DPSS 532nm Laser..

[NiklasH]

Hallo zusammen,

Wie ihr aus den anderen Themen hier im Unterforum wisst, wollte ich mir "schnell" einen einfachen grünen CW DPSS Laser für Kalibrierzwecke bauen. Tja, so einfach scheint es nicht..
Ich habe ein 808nm 300mW Lasermodul von insaneware gekauft und den folgenden Kristall:

https://www.ebay.de/itm/222718941983

Ich habe das ganze Projekt eigentlich nur in Erwägung gezogen, weil der Kristall so günstig ist. Es ist ein Kombikristall aus YVO4 + KTP und es wird explizit gesagt, dass der für 808 LD-Pumpen ist.. Unten ist ein Schema von dem Kristall, dass ich hier gefunden habe:

https://www.optoscience.com/maker/caste ... serKit.pdf

Es wurde ja schon gesagt, dass diese Dinger eigentlich deppensicher sind, aber ich habe nicht auch nur einen Funken grün da raus bekommen. Neben dem typischen "ich leuchte mal rein" habe ich das Setup aus dem Foto unten verwendet:
Ist natürlich auch nicht ideal, aber müsste eigentlich gehen.. Die Diode scheint in den Spiegel, mit dem ich dann den Strahl ganz vorsichtig und sauber lenken kann. Das Kristallmodul ist im Fokus des Laserstrahls.
Ich habe jeweils den Strahl in die Mitte des Kristalls gelenkt und geguckt, ob grün rauskommt. Dann habe ich das Modul um 45° gedreht und das Ganze wiederholt. Das habe ich also 8-mal gemacht und nie kam grün raus :/

Die Diode war bei 300mA, also etwa 300mW. Das müsste definitiv genug Leistung sein. Der Vanadat-Kristall ist auf der Eingangsseite, der KTP-Kristall auf der Ausgangsseite. Das ist doch so richtig, oder? Die Kristalle sind in einwandfreiem Zustand, absolut klar.

Ich raff das nicht.. Hat jemand einen Tipp oder tröstende Worte?

LG

Niklas

[VDX]

... hmmm ... wenn die Leistungsdichte ausreichend ist, dann evtl. die Wellenlänge eher bei 810nm?

Viktor

[medusa]

(1) Ist da irgendwo an dem Aufbau eine Fokuslinse dran? Man muß nämlich in die kleinen Module durchaus auch die Strahltaille des Pumpstrahls in den Vanadat setzen.

(2) Eigentlich macht man das linear und ohne den Umlenkspiegel. Durch den Vanadat kommt eh nicht viel grün, Nd3+ absorbiert das nämlich ganz gut.

(3) Das Vanadatende muß gekühlt werden. Der KTP mag es lieber wärmer, deswegen läßt man den besser frei in der Luft hängen.
YVO4 leitet Wärme auch ziemlich schlecht, deshalb klappt es am besten, wenn man eine Seite davon in direktem Kontakt mit einem Kühler hat und dann dicht über dem Kühler den Pumpstrahl reinsetzt.

(4) Die Diode MUSS aktiv (TEC) gekühlt werden. 808er Dioden haben ein GaAs Substrat und damit eine relativ große Temperaturdrift. Kühl' Deine 810er mal 7° runter und Du bist schon bei 808nm. Wenn Du sie gar nicht kühlst.... Du weißt schon.

Normalerweise ist das aber gar nicht so wild. Ich hatte nur eine 500mW 807er Diode und hab das bei 300mW meistens relativ schnell geschafft, wenigstens ein paar grüne Blitze rauszubekommen, auch mit schlechter Fokussierung. Selbst wenn der Kristall falsch liegt sollte das klappen.

[NiklasH]

Danke für die Hinweise!

(1) Ja, auf jeden Fall, es handelt sich um das Modul hier:

https://www.insaneware.de/p/500mw-808nm ... lasermodul

Der Kristall liegt definitiv im Fokus.

(2) Ja, das hab ich am Anfang auch probiert. Das hat genauso wenig geklappt wie jetzt Der Spiegel ist nur dafür da, damit ich den Fokus so fein wie möglich lenken kann.

(3) Ja, daher hab ich das ja mit Thermokleber auf das Messingplättchen gepackt. Dass der KTP freihängen sollte wusste ich nicht. Ich bin mir auch nicht so 100% sicher, ob ich so eine feine Positionierung mit dem Sandkörnchen (1x1x2.5mm) hinkriege

(4) Okay, das habe ich gar nicht gemacht. Ich muss wohl (Schande über mein Haupt) zugeben, dass das Modul auch zu Zeiten handwarm geworden ist. Nie ansatzweise heiß, aber zumindest leicht spürbar warm. Dann hole ich mir mal einen TEC (oder ein paar) und konstruiere das mal um. Doch nicht einfach reinleuchten und feddich Noch ein Projekt mehr.. Ich kipp um

Ich hatte nur eine 500mW 807er Diode und hab das bei 300mW meistens relativ schnell geschafft, wenigstens ein paar grüne Blitze rauszubekommen, auch mit schlechter Fokussierung. Selbst wenn der Kristall falsch liegt sollte das klappen.

Ja, wenigstens ein kurzer grüner Blitz wäre schön, damit ich weiß, dass ich auf dem richtigen Weg bin.. Naja, vielleicht ist die Kühlung der Weg zum Erfolg.

Meint ihr/du, ich sollte die Diodenpackung öffnen und den Emitter direkt an den Kristall halten (mit 0.1-0.2mm Luft), oder lieber das mit dem Modul lassen? Wenn ich eine Diode kaputt mache, kann ich eine nachkaufen, die sind ja recht günstig bei Ebay.

LG
Niklas

[VDX]

Hi Niklas,

ich denke, du hast doch nicht genug Energiedichte, da der Fokusabstand zu groß ist -- bei den kleinen Diodenmodulen solltest du den Spiegel weglassen und direkt mit der Diode und Fokusabstand um die 10-15mm drangehen - dann dürftest du in etwa die 10-fache Energiedichte im Spot bekommen ... die Diode direkt dran ist auch deutlich weniger, als mit kurzem Abstand fokussiert ...

Viktor

[medusa]

Ich hab damals die Linsen aus einem CD-Player Pickup rausgerissen. Die Fokusline war schön kurzbrennweitig, hab ich immer noch als Kolli in der 808er Pumpdiode drin. Eine andere Linse hatte sowas um f=20mm, wenn ich mich recht erinnere, die hab ich zum Fokussieren genommen.

Casix.png

Ich hab mal mein altes Modul rausgekramt und den Kristall fotografiert. Das ist noch ein echter Casix DPM 1101, hat vor 20 Jahren über 100€ gekostet. Ist alles in einen Kühlkörper mit Plexiglasabdeckung eingebaut.
Ich wollte damals auch alles richtig machen, war mein allererster DPSS. Insofern weiß ich, wie Du Dich jetzt fühlst.
Auf dem Bild siehst Du den Casix, den ich an einen Kühlfinger aus Messing geklebt habe, mit selbstgemischtem Silberepoxy (das, was am Kristall aussieht wie Lötzinn).. Das KTP Ende hängt nach hinten in die "Heizspirale", ich wollte damals auch alles ganz besonders gut machen. Unten im Bild unter dem Kühlfinger siehst Du den TEC.

KTP heizen hat übrigens nie was gebracht. Den Vanadat kühlen allerdings schon. Man lernt.

[VDX]

... da FL ab Mitte Linse/Objektiv angegeben wird, dürfte ein Fokusanstand vom Kollimator bei 10-15mm in etwa FL=20 entsprechen ...

Viktor

[jojo]

Doch nicht einfach reinleuchten und feddich

Doch. Es reicht völlig reinleuchten. Allerdings wie oben schon gesagt, mit einem sehr kurzen Fokusabstand (10-15mm) reinfokussieren.
Dann gibts Grün genug, ohne TEC und Pipapo.
Grüne DPSS-Pointer sind genau so aufgebaut und haben auch keinen TEC.

Das mit dem "direkt an die Diode setzen" (butt coupling) wird auch gerne gemacht. Allerdings nicht ohne Mikroskop und Feinpositionierer. Berührst Du auch nur leicht mit dem Kristall den Emitter der Diode wars das.

Gruß

Joachim

[NiklasH]

Ich habs hingekriegt!! Der Aufbau ist im untenstehenden Bild zu sehen.

Zu allererst: Mein Problem war in der Tat nicht genug Leistungdichte. Ich habe eine kleine Kunststofflinse mit f=~10mm eingesetzt, das hat gut geklappt.
Außerdem: Ich habe immer bis 300mA hochgedreht, das war aber nicht genug. Im Datenblatt, das ich jetzt gefunden habe, steht Operating Current = 500mA. Also hab ich mal 500mA draufgegeben und nachdem ich das Modul einmal gedreht hatte und gegen den (instabilen) Halter gekommen bin, habe ich einen leichten grünen Blitz gesehen. Also an den Justierschrauben gedreht und siehe da: grün

Also, das mit dem einfach reinleuchten kann ich immer noch nicht ganz bestätigen, die optische Achse des Kristalls und der Diode müssen schon recht gut übereinstimmen und der Fokus muss genau draufliegen. Aber: Das Kühlen des Moduls oder Kristalls war tatsächlich nicht nötig.
Da ich den Laser aber schon für ein paar Minuten am Stück laufen lassen möchte, werde ich da schon noch eine Kühlung einbauen, besonders für die Diode und den Treiber. Beide werden hier schon recht nah am Limit betrieben. Das Modul werde ich hier auch reinposten, wenn es fertig ist.

Ich hätte gern ein Foto vom grünen Punkt gemacht, aber das 808nm Licht überblendet die Kamera natürlich total. Kennt ihr zufällig etwas, was man da provisorisch als Filter nehmen könnte?

Danke für die Hilfe!!

LG

Niklas

[VDX]

... z.B. Glasplättchen mit Kerzenruß schwärzen oder eine CD ohne (oder mit durchscheinendem) Aufdruck ...

Viktor

[NiklasH]

Danke für den Tipp! Das hat aber leider nicht geklappt.. Der grüne Punkt wird vom Ruß genau so abgeschwächt, wie das IR-Licht. Ich guck mal, ob ebay o.Ä. günstige Filter hat.

[VDX]

... meine aktuellen Filter machen genau das Gegenteil - blocken sichtbares Licht ab und sind für IR ab 800nm völlig durchsichtig!

Hab's eher zufällig rausgefunden: hatte mir ein paar schwarze 1mm dicke Acrylglasplatten bestellt, um sie mit dem Faserlaser (1064nm) schneiden zu können ... was aber partout nicht ging!

Dann kurz gegen die Lampe gehalten, die dadurch schwach dunkelgrün aber sonst sehr gut zu sehen war!

Dann mit anderen IR-Lichtquellen und Kameras ausprobiert -- ist jetzt unser "offizielles" Abblend-Filter für IR-Kameras im aktuellen F&E-Projekt

Viktor

[jojo]

Danke für den Tipp! Das hat aber leider nicht geklappt.. Der grüne Punkt wird vom Ruß genau so abgeschwächt, wie das IR-Licht.

Was ja klar war. Ich kann doch kein sichtbares Licht durch Ruß durchlassen.

Guckst Du
https://www.ebay.de/itm/324507558004?ha ... Sw~xRgQgf5
oder direkt aus China
https://www.ebay.de/itm/403037726494?ha ... SwYf9bGj8A

Diese IR-Sperrfilter werden auch gerne als "hot mirror" bezeichnet.

Gruß

Joachim

[NiklasH]

Genau das ist es, wonach ich gesucht hatte! Vielen Dank, Joachim!

[Death]

Sage auch Danke

[NiklasH]

Soo, die Filter sind angekommen, also habe ich mal fix ein paar Fotos geknipst. Siehe unten.
Ich plane bereits einen deutlich stabileren und portablen Aufbau, der auch eine Peltier-Kühlung beinhaltet. Dazu aber später mehr.
Der Filter ist super, lässt nur sehr wenig durch. Für einen sicheren Aufbau nehme ich vielleicht zwei von denen. Wobei die Leistungsdichte des Pumplichts wegen der kurzen Brennweite sehr schnell abfallen dürfte.
Bemerkenswert ist, dass ich es endlich mal geschafft habe, eine TEM-Mode, hier TEM10, in der freien Wildbahn abzuknipsen Schön schön..

LG
Niklas

[Hatschi]

Halli Hallo

Da sieht man schön daß die Pumpstrahlung nicht im rechten Winkel in den Kristall reingeht.

Hatschi

[medusa]

Like

[Death]

Like

me too

[VDX]

... was ich mich schon seit Tagen frage, ob die "deckungsgleiche Überlagerung" der grünen Emission mit dem "Fernfeld" rein zufällig oder mit Absicht erfolgt ist?

Wenn mit Absicht, dann kannst du ja mal probieren, den blauen Strahl mehr mittig auf den Kristall auszurichten und dann schauen, ob die anderen Moden (=parallele Streifen im Fernfeld) das auch schaffen

Viktor

[jojo]

Schön schön

Wenn Du es schaffst, TEM00 hinzubekommen, dann wirst Du auch sehen, dass die Leistung in Grün schlagartig zunimmt, während der Anteil des durchgelassenen Pumplichts abnimmt.

Diese kleinen geklebten Kompositkristalle haben leider etxrem große Qualitätsunterschiede. Ich habe vor 20 Jahren auch mal damit experimentiert (Casix DPM 2x2mm). Damals gepumpt mit 2 Watt habe ich zwischen 30mW und 300mW grün herausbekommen. Das Problem ist dass diese Kristalle geklebt sind. Fokussiert man aus Versehen in der Nähe der Klebeverbindung, dann kann man den Kleber schädigen und die Effizienz geht an diesem Punkt gegen Null.
Auch hält der Kleber bei höheren Ausgangsleistungen (ab 100mW) nicht dauerhaft stand und die Leistung wird mit der Zeit weniger. Durch die große Qualitätsstreuung hatte man mit den Modulen eine Effizienz von 2-15% Pumpleistung zu Grün.
Als ich vor über 20 Jahren mit DPSS-Lasern angefangen habe, gabs die Billigmodule aus China noch nicht.
Im Jahr 1999 hatte ich Kristallmodule benutzt, die nicht geklebt, sondern nur zusammengefügt (angesprengt) waren. Die gabs von Firmen wie FEM, VLOC oder auch der russischen "SPA Firn".
Die Russen benutzten als Laserkristall statt des üblichen Yttriumorthovanadat YVO4 das exotische Lanthanscandiumborat LSB.
Mit diesen Modulen konnte man 300-500mW Grün aus 2 Watt schaffen.
Die ungeklebten Module kosteten aber um Größenordnungen mehr. Anfangs bis zu 3000 Dollar, ein paar Jahre später dann zwischen 300 und 1000 Dollar. Ein Laser mit 300mW Grün kostete aber damals auch etliche Tausend Euro. Der erste grüne DPSS mit einer Leistung von 7mW (Sieben!) hatte mich 1998 1800,- Deutschmark gekostet.
Aus Kostengründen habe ich dann aber auf die Module verzichtet und das ganze diskret aufgebaut.
Einzelkristalle Vanadat und KTP waren aus China relativ billig zu bekommen. Die Verspiegelung habe ich gleich mit beschichten lassen, um damit einen ca. 15mm langen Plan/Plan-Resonator aufzubauen.
Den musste man natürlich justieren. Also im Prinzip wie die Module, nur nicht zusammengeklebt, sondern die Kristallflächen dazwischen entspiegelt für 1064nm.

Ein Planresonator ist natürlich sehr empfindlich gegen Dejustage. Daher musste die ganze Mechanik temperiert werden, damit sich nichts verzieht.
Ich habe auch Aufbauten mit diskreten spärischen Auskoppelspiegeln getestet. Aber die waren auch nicht leicht zu justieren und die Effizienz war geringer. Auch die Kosten waren höher. Die Spiegel kosteten alleine mehr als ein Kristall mit der Verspiegelung.

Von den Lasern konnte ich damals einige verkaufen. Die hatten Ausgangsleistungen zwischen 120mW und 200mW. Ich stellte die nie auf die maximale mögliche Ausgangsleistung ein. Denn diese war meistens sehr instabil und konnte bei den kleinsten Temperaturschwankungen im Kristall zusammenbrechen. Um die Idealtemperatur zu ermitteln, wurde in einem Testaufbau für jeden Laser der gesamte Temperaturbereich von ca. 20°C bis 40°C durchfahren und die Ausgangsleistung und Stabilität gemessen. Anhand der Testaufzeichungen, die meistens über einige Stunden in der Nacht gemacht wurden, konnte ich dann den Leistungs- und Temperaturbereich sehen, bei dem am wenigsten Schwankungen aufgetreten waren und der Temperaturbereich relativ breit war. So wurde der Laser dann eingestellt. Das gab dann die beste Betriebssicherheit.

Als dann aber die Flut von billigen DPSS-Lasern aus China einsetzte, habe ich das Projekt aufgegeben.

Gruß

Joachim

[jojo]

Hier mal das Verhalten des Casix DPM-Kristallmoduls über die Temperatur.
Aufgezeichnet vor 21 Jahren.
Man sieht dass die Leistung bei über 20°C instabil war. Also geringste Temperaturänderung bewirkte große Leistungsänderung. Über 45°C brach die Leistung völlig ein.
Erst ab unter 20°C wurde es stabil. Die Leistung stieg von 19 bis 12°C auf ein stabiles Maximum bei über 50mW an und brach dann ab unter 9°C schlagartig ein. Man konnte also diesen Kristall zwischen 12°C und 10°C sehr zuverlässig betreiben, ohne starke Leistungssprünge befürchten zu müssen.

Die Temperatur der Pumpdiode war natürlich unabhängig davon und meistens über 30°C, weil die Dioden damals meisten zwischen 805nm und 807nm Wellenlänge bei 25°C hatten. Die mussten daher eher wärmer laufen. Teilweise bis 40°C.

Gruß

Joachim

[NiklasH]

Ah, das ist sehr interessant.. Dann werde ich mit meinem Modul keine Idealleistungen erreichen können, weil ich nur einen TEC einbauen werde, also keine separaten Temperaturregelung möglich ist. Aber ich will ja eh keine Riesenleistungen, dafür hab ich nen CO2-Laser..
Ich bau aber einen Temperatursensor ein, dann kann ich wenigstens versuchen, Kurven vom Gesamtsystem herzustellen.
Danke auch für die Infos im ersten Post! Dann werde ich versuchen, die TEM00 Mode zu erreichen.

LG Niklas

[medusa]

Also ich hab damals für 35mW Grün aus meinem Casix nur 500mW 807nm reinpumpen müssen. Daß der Vanadat es kühl mag, kann ich bestätigen, ich hab ihn auch immer unter 20° gehalten.

Ein Fan meiner Webseite hat mir mal "defekte" grüne DPSS Module geschenkt, in denen volldiskret aufgebaute kleine Nd:YAG+KTPs mit Spiegeln drin waren. Ich hab einige davon geschlachtet für die Komponenten (Spiegel, Kristalle) und später nur noch das komplette verklebte Kristall/Spiegel Modul rausgeholt.
Diese volldiskreten Module haben eine deutlich höhere Qualität. Die kann man in einen unfokussierten kollimierten Strahl 808nm bei etwa 500mW halten und bekommt schon grüne Blitze zu sehen.
Da sind recht große YAGs drin, da würde sich per Leistung einiges mit machen lassen, wenn man die Außenseite ordentlich kühlt....

[NiklasH]

Hallo zusammen,

ich habe das Modul jetzt fertig! Anbei ein paar Bilder vom Aufbau und der Funktion. Zuerst: Da kommt nicht viel Leistung raus. Vielleicht um 1mW, hab ich aber nicht gemessen. Ich brauche aber auch nicht viel zum Kalibrieren, im Gegenteil, ich will ja die Kamera nicht überblenden

Das Modul hat eine Peltierkühlung für den ganzen Aufbau (CNC-gefräst) und kann über die Schrauben noch justiert werden, auch wenn ich da keine große Leistungssteigerung rausholen konnte.. Entweder Strahl oder kein Strahl . Gegen eindringenden Staub und austretende IR-Strahlung hab ich den Deckel (SLA-Drucker) mit den IR-Filtern (hab 2 hintereinander genommen) als Fenster eingesetzt. Der Deckel hat zwei Eingänge + Schalter für die Diode und das Peltierelement. Für kurze Betriebszeiten ist letzteres nicht nötig.

Der Kristall ist so einklebt, dass der Vanadat auf dem Aluteil liegt und der KTP freihängt. So wird der Vanadat zumindest passiv gekühlt. Das war ne Fummelei, mit Lupe und Pinzette..

Das ganze ist so stabil, dass ich das Modul auch mal in andere Räume mitnehmen kann, ohne dass der Strahl flöten geht. Das ist schonmal schön.

Wie gesagt, viel Leistung ist es nicht, aber 1. brauche ich wie gesagt nicht viel zum Kalibrieren, und 2. kommt aus dem Sandkorn eh nicht viel Leistung raus. An einem Bau eines 1000mW+ DPSS-Lasers wäre ich äußerst interessiert, aber eins nach dem Anderen Erstmal der PrYlf..



LG und Danke für eure Hilfe,

Niklas

[Hatschi]

547nm ?

[NiklasH]

Die Position des Peaks ist erstmal irrelevant - Noch ist das Spektroskop nicht kalibriert. Es ging mir primär um die geringe Breite des Peaks.

LG Niklas

[jojo]

Sehr schön.

Was ich jetzt noch fragen wollte: Was willst Du mit dem Laser eigentlich kalibrieren?

Gruß

Joachim

[Hatschi]

Sein Spectrometer so viel ich mitbekommen habe.

[Death]

Niklas, laß mir nochmal bitte deine Adresse zukommen

Dann kriegste Samstag oder Montag Post von mir

[NiklasH]

Genau, für das DIY Spektroskop.. Ich brauche zwei genau definierte Wellenlängen(peaks) für die Kalibrierung der Skala. Also scheine ich zwei DPSS Laser (Rubin und den hier) auf einen Spot und sehe damit die beiden Wellenlänge gleichzeitig. Das ist der Plan..

@Michael: Habe ich getan. Ich bin sehr gespannt, was du da für mich gefunden hast Vielen Dank auf jeden Fall jetzt schon!

LG
Niklas

[Death]

Hier im Forum per PN ? oder wo


Angekommen

[NiklasH]

Ja genau. Habs eben verpasst, auf Senden zu drücken, daher hab ichs nochmal geschickt

LG Niklas

[medusa]

Dein grüner Peak hat eine Halbwertsbreite von ca. 5nm, wenn ich mir die Grafik oben etwas genauer anschaue, völlig unabhängig davon, daß die Absolutwellenlänge noch unkalibriert ist. Und das bei einer sehr scharfen Laserlinie von 532nm als Input. Das ist für den ganzen Aufwand ehrlich gesagt nicht so prall...
Die Genauigkeit, die die analoge Optik nicht schafft, machen die digitalen Nachkommastellen dann auch nicht mehr wett.

Soll kein Bashing sein, nur ein Denkanstoß, was so ein selbstgebautes Instrument überhaupt zu leisten in der Lage ist.

[NiklasH]

Hi medusa, ich denke, dass das Hauptproblem in dem konkreten Fall jetzt war, dass ich den Laser direkt ins Spektroskop gehalten habe. Das hat die Kamera total überblendet, so wie es aussieht. Im Programm sehe ich ja auch die Live-View der Kamera.
Ich muss nochmal den Aufsatz davor bauen, um eine bessere Messung machen zu können.
Dass das Teil nicht das Gelbe vom Ei ist, sehe ich definitiv auch so. Aber für den Gesamtpreis (~100€) finde ich, dass es ganz nützlich ist. Besonders spannend wird es auch, wenn ich mal anfange, mit dem TEA-Laser Farbstoffe zu pumpen. Dann sehe ich wenigstens die Wellenlängenpeaks gut. Was das dann wiederum bringt, ist eine andere Frage Hobby halt..

Achja: Das mysteriöse Paket vom Michael ist angekommen! Es ist ein HeNe-Laser samt Netzteil aus einem alten Kassenscangerät. Die Strahlqualität ist der absolute Hammer.. Sowas hab ich noch nie gesehen Schon toll.. Danke auch hier nochmal, Michael

LG

Niklas