Vergleich verschiedener Laserdioden-Typen und Gehäuse

[VDX]

... neee - die Firmen sind auch noch nicht viel weiter

Für LIDAR-Anwendungen gibt's jetzt schon kommerziell verfügbare kleine Module mit 40 Ampere Spitzenstrom und 4 Nanosekunden Pulszeit (und keine Angabe über Wiederholraten).

Für Hochleistungs-QCW-Treiber sind sie aber auch erst bei ab 3 Millisekunden, wo ich mit meinem OpAmp-Treiber doch schon etwas schneller schalten kann

https://picolas.de/wp-content/uploads/2 ... Driver.pdf

Viktor

[VDX]

... eher der "Vollständigkeit" halber, als daß es was lohnendes wäre - hab' mir aus Neugier zwei "unbekannte" 808nm-Laserdioden mit Kükö und Lüfter für 30€+Porto bei ebay gekauft - die kamen vorhin an.

Die Daten zu den Dioden zu finden war fast unmöglich, zumindest haben sie bei 1A und etwa 2.6V schonmal "geleuchtet" ohne kaputt zu gehen oder heiß zu werden.

Dann, nach mühsamer Suche nach Datenblättern oder Handbüchern habe ich eher zufällig was in einem Bild gefunden - das sind 1.5W-Dioden mit max. 1.5A Strom ... also "nix großes", aber schonmal was zum "Herumspielen" - für Papier oder Karton reichts noch nicht, schwarzen Kunststoff kann man aber schon relativ fein (0.1mm-Spot) gravieren und schwarze Kunststoffolie auch schneiden

1_5W-Dioden.jpg

Testaufbau.jpg

Der Spot ist deutlich keiner, als hier im Kamera-Bild zu sehen - bei 1Watt überstrahlt das aber schon recht stark:

Spot-1W.jpg

Viktor

[VDX]

... hab' heute Morgen noch ein paar Sachen ausprobiert -- und weiß jetzt nicht, ob ich mich freuen, oder doch lieber heulen sollte ... oder ob demnächst Leute vom Geheimdienst oder vom Nobelpreis-Kommitee an der Tür klingeln werden

Aus den vorherigen Tests wußte ich ja schon, daß es auf der Fliese ziemlich gut "blitzt" - hier nochmal das Bild von einem der vorherigen "Fliesen-Flares":

Linse30mm-5A-Fliese.jpg

Nach einigen Anpassungen an der Leitungsführung und Einsatz eines größeren Filterkondensators und einer Drossel als Gegen-Induktion habe ich noch einige ziemlich gute "Blitze" rausbekommen und wollte noch ein Video davon machen.

Wie ich das Video starte und den ersten etwas längeren Puls auslöse, höre ich ein ganz kurzes "Zischen" aus Richtung der Diode und des Netzteils und dann Knallt das mächtig auf der Fliese und auch noch auf dem Netzteil, das etwa 15 Zentimeter hinter der Fliese positioniert war !!!

Hier die Bilder von dem Malheur - der Laserpuls hat ein kleines Loch komplett durch die Fliese geschossen:

Fliese-Megapuls_kl.jpg

- und danach noch die Anzeige vom Netzteil angeschmolzen!!

Netzteil-Einschuß.jpg

Auch das Auskoppel-Schutzfenster in der Diode hat mächtig was abbekommen:

Diode-Fenster.jpg

Die Diode scheint noch zu funktionieren (zumindest pulst sie noch sichtbar auf die Fliese, wenn auch nicht so heftig, wie bei dem "Mega-Blitz"), ich werde aber das Schutzfenster austauschen müssen.

Jetzt frage ich mich, wie ich diesen "Mega-Puls" überhaupt hinbekommen habe ... und ob ich das wieder reproduzieren kann ... und ob ich das überhaupt nachverfolgen sollte, weil das schon ziemlich heftig in Richtung "Waffen-Entwicklung" geht, was ich doch schon immer abgelehnt habe

Viktor

[VDX]

... weil das Forum zeitweise weg war, komme ich erst jetzt dazu das aufzulösen


Der "Mega-Puls" mit "Fliesen-Durchschuß" ist (eigentlich sehr, sehr Schade) nur ein "1. April"-Scherz mit Halbwahrheiten

Die Fliese sieht im Original so aus - die beiden Löcher links unten sind nur etwa 1mm tief reingeschmolzen und da hat es schon einige 100Watt-Pulse dafür gebraucht:

Fliese-Megapuls-OK.jpg

Das "angeschmolzene Netzteil-Display" habe ich auch nur auf die Schnelle "gemalt" ... daran hätte man das mit dem April-Scherz am ehesten sehen können - einmal die etwas andere "Bild-Unschärfe", aber auch daß die IR-Diode den klaren Kunststoff so nicht schmelzen würde -- die würde da einfach hindurchleuchen und bestenfalls den schwarzen Kunststoff dahinter etwas deformieren

Viktor

[VDX]

... hier mal ein kurzer Test mit 8kHz PWM und Puls:Pause etwa 1:4 (also 20% oder ca. 40Watt mittlerer Leistung) auf Stahl und Holz -- da ich den Treiber noch nicht ins Gehäuse eingebaut habe und der so relativ schnell heiß wird, nicht mehr mittlere Leistung ... und beim Holz (ohne Preßluft als Schutz für die Linse) auch erstmal nur kurz durchgezogen

https://vimeo.com/328196237

Viktor

[VDX]

... bin gerade wieder an was anderem dran - eine blaue 6Watt-Diode mit Prismen-Strahlformung und Beam-Expander für einen Galvoscanner.

Die "Strahlform" in den Bildern sieht etwas undefiniert aus, das ist aber bei der Materialbearbeitung kein großes Problem, solange 90% der Leistung in einem sauberen Spot ankommen (siehe letztes Bild mit dem Brennfleck in 1m Abstand).

Zuerst mal nur die Diode mit Prismen, ohne Beam-Expander - einmal bei 300mA noch als "LED" und mit 400mA, wo die meisten Moden schon angeschwungen sind:

1 - 6W-Diode mit Prismen - Nahfeld.jpg

- hier das "Fernfeld" in 1m Abstand:

2 - 6W-Diode mit Prismen - Fernfeld 1m.jpg

- und hier durch den Beam-Expander bei ebenfalls 300 und 400mA und mit Min- und Max-Einstellung im Fernfeld:

3 - BeamExpander Nahfeld 300_400mA.jpg

4 - BeamExpander Fernfeld-1m-MinMax 300_400mA.jpg

So schaut dann bei 1A (etwa 1.5Watt Leistung auf ca. 4x4mm) der "Brennfleck" in 1m Abstand aus:

5 - Brennfleck 1m 3x3mm.jpg

Viktor

[VDX]

... zusammen mit dem Galvokopf schauts dann so aus - das montiere ich dann zum Testen an eine meiner CNC-Anlagen:

Mit Galvoscanner.jpg

In der späteren Anwendung ist der Galvokopf im Gehäuse auf einer mittig angeordneten Z-Achse montiert und darunter bewegt sich ein XY-Koordinatentisch mit etwa DIN-A3 Verfahrbereich.

Für meine eigene Variante davon habe ich eine richtig stabile Movtec-XY-Anlage mit 500x500mm - hier ein Video von der, wie mein Jüngster mit der im jog-Mode etwas "rumspielt", nachdem wir sie nach dem Transport wieder zusammengeschraubt hatten:

https://vimeo.com/251230543

Viktor

[VDX]

... und das wird die spätere Z-Achse:

Z-Achse.jpg

Für die Vortests montiere ich den Galvokopf auf meine CNC-Anlage, so wie in dem Video hier:

https://vimeo.com/207474893

Viktor

[VDX]

... hab' mal "freihändig" den Fokus-Abstand ausgemessen - mit den 1064nm-Linsen für den Faserlaser sind das normal 176mm -- wegen der blauen Laserdioden habe ich Linsen für 532nm drin (für 445nm haben sie noch keine) ... damit sind das 158mm - also 20mm näher dran.

Dann nochmal ohne Beam-Expander (=BE) -- da wird der Fokusabstand nochmal um 13mm kürzer ... und etwas mehr Leistung (einmal wegen weniger Verluste durch die BE-Optik, aber auch wegen kürzerem Fokusabstand => kleinerer Fokuspunkt und damit höhere Energiedichte).

Muß dann mal schauen, wie das mit oder ohne BE später auf Schaumstoff geht (die eigentliche Anwendung) ... dann eventuell doch besser/kräftiger ohne BE?

Viktor

[VDX]

... bin gerade am Aufbauen eines Faser-Anschluß-Adapters für die 200Watt-Dioden.

Da nach dem Ausbauen der speziellen SMA-Buchse "praktischerweise" ein Loch mit 15mm Durchmesser vor dem Austritt ist, habe ich mir aus "Baumarkt-Teilen" einen passenden justierbaren Adapter mit verschiedenen Gewinde-Buchsen und -Hülsen aufgebaut, in den ich dann beliebige Fasern reinsetzen kann -- geplant sind vorerst 0.4mm Glasfasern ... dafür habe ich mir ein 2mm-Messing-Röhrchen für die "Ferrulen" besorgt, das dann in die Justierbuchsen eingeklebt wird.

Die ursprünglichen Teile / abgedreht+aufgebohrt / zusammengeschraubt / und in die Diode eingesteckt:

15mm-Faseranschluss-Fertigung.jpg

15mm-Faseranschluss-eingesteckt.jpg

Viktor

[VDX]

... hab' die "dicke M12 Gewindebuchse" kürzer abgedreht, so daß ich die M6-Messing-Gewindebuchse mit einer Kontermutter über mehr als den kompletten Justierbereich fixieren und wieder lösen kann - mit dem 15mm-Hülse drumrum läßt sich das Faserende auch sehr gut auf "knapp drüber" einstellen und dann schleifen und polieren

Hier auf der Rolle mit der 0.4mm-Glasfaser und einem Stück Panzerschlauch, das zuletzt drüberkommt:

15mm-Faseranschluss-Mod2.jpg

Und hier nochmal mit 15mm-Buchse eingesteckt - später schaut die M6-Gewindebuchse noch etwas mehr raus und eignet sich perfekt zur Befestigung des Panzerschlauchs über eine Hülse mit M6-Innengewinde:

15mm-Faseranschluss-Mod2-eingesteckt.jpg

Viktor

[StealthPoint]

Hallo Viktor,

ich verfolge deine Thread sehr aufmerksam, ganz großes Kino zeigst du hier Bitte nie damit aufhören!

Rein aus Interesse habe ich eine kurze Frage zu den "Beam-Guides". Sind diese fest mit dem Glasfaserkabel verbunden, also eine untrennbare Einheit oder ist dieser "Beam-Guide" nur ein passendes Stück Glas?, dass in die SMA Buchse eingeklebt wurde?

Gäbe es keine einfache Option diesen "Beam Guide" zu fertigen und in die/der SMA Buchse zu schieben/verkleben?

Grüße
Lukas

[VDX]

Hi Lukas,

der "beam-guide" ist leider fest mit der Faser verbunden ... bzw. die 0.2mm-Faser fängt hinter dem etwa 3mm langen Glaszylinder an der Spitze des "beam-guides" an

Ich denke, das ist wohl extra so designt worden, damit keine andere SMA-Faser an die Dioden angeschlossen werden kann .

Viktor

[VDX]

... so, hab's Input-Faserende poliert (das andere nur gebrochen bzw. "cleaved").

Hier eine rote Laserdiode vom anderen Ende her eingekoppelt und aus dem Strahl-Eintritt herausleuchten lassen, um zu sehen, ob es da irgendwelche Störstellen gibt -- sieht doch schonmal ganz gut aus

Faser-Lichtaustritt.jpg

Ob die Faser auch die 200 Watt übersteht, probiere ich dann morgen aus ...

Viktor

[VDX]

... hab' vorhin noch etwas Zeit gefunden und die Diode mit Meßgerät aufgebaut und einmal ohne und dann mit der Faser drin gemessen.

Kurz und knapp -- die 0.4mm-Faser ist bei knapp 200 Watt "abgebrannt"

Evtl. war ich auch selber schuld, weil ich sie genau in den Fokus-Abstand gesetzt und dann etwas hinundher gedreht habe -- irgendwann hat's statt in den Kern rein, kurz den Rand angeleuchtet, der dann sofort "aufgeleuchtet" hat - das Leuchten habe ich dann vorne am Austritt gesehen

Also muß ich den Fokus vorher peinlich genau auf die Mitte der Faser ausrichten (bzw. die Faser exakt in den Fokus setzen) und das dann so fixieren.

Muß mir noch überlegen, wie ich das "meßtechnisch" mit Mikroskop-Kamera (evtl. eins der kleinen Mikro-Fiberskope mit Winkel-Objektiv reaktiveren?) in der geöffenten Diode am einfachsten hinbekomme ...

Viktor

[VDX]

... jetzt, mit etwas Übung, geht das neu schleifen und polieren deutlich zügiger von der Hand

Hab's neu aufgebaut und den Leistungsverlust mit Fasereinkopplung gegen ohne gemessen - aus der Faser kommen um die 15 bis 20% weniger raus, was mit nicht poliertem Austritts-Ende auch nicht besser zu erwarten war ... einiges geht als Reflexion beim Eintritt verloren, der Rest wird dann am Austrittsende absorbiert und in Hitze umgewandelt.

Die Einkopplung scheint jetzt zumindest zu funktionieren ... jetzt hat's mir das andere, nicht polierte Ende abgefackelt - da war dann auch schön zu sehen, wie das beim esten Mal schlagartig in Flammen aufging (es "knallte" richtig! - evtl. etwas Staub oder Flusen drauf gewesen) ... und nachdem der Dreck zusammen mit etwas von dem Glas "weggeplatzt" war, bei den nächsten Tests viel langsamer heiß wurde ... dann etwas Rauch aufstieg ... und nach etwa 4 Sekunden das Ende zu glühen anfing

Das ist aber kein Problem, muß das sowieso noch anders aufbauen, bevor ich den Panzerschlauch drüberziehe

Werd' das auch kaum mit den vollen 200 Watt "braten" lassen - ich will ja nur was aufschmelzen und nicht gleich Alles wegdampfen

Viktor

[VDX]

... und so schauen die "DIY"-Kollimatoren fürs andere Ende aus -- damit geht auch Fokussieren bis auf etwa 20mm Fokusabstand

DIY-Faser-Kollimatoren.jpg

Jetzt fehlen mir nur noch die M6-Gewindehülsen, die ich innen noch etwas ausdrehen muß, damit ich die Enden vom Panzerschlauch da reinkleben kann ... oder ich drehe die Enden so ab, wie bei meinen "kleinen" Laserdiodenmodulen, und klebe den Panzerschlauch direkt drauf ...

30W-Diode - verkleben3.jpg

30W-Diode Komplett.jpg

Viktor

[VDX]

... noch mehr "DIY" -- um die Enden des Panzerschlauchs "optisch sauber" anzubinden, habe ich zwei Alu-Hülsen abgedreht - am Eintrittsende eine M6-, am anderen Ende eine M5-Hülse:

Panzerfaser-Enden.jpg

Viktor

[VDX]

... zum Schleifen und Polieren des Austrittsendes mit dem M5-Gewinde habe ich mir ein rundes POM-Reststück mit 4mm aufgebohrt und ein M5-Gewinde reingeschnitten - das geht damit fast noch besser, als mit den kommerziellen Metall-Schleifpucks!!

Hier das Teil mit gekonterter Gewindebuchse aber ohne Faser für den Test:

POM-Schleifpuk-M5.jpg

Hier nach dem Schleifen:

POM-Schleifpuk-M5_schleifen.jpg

Und hier beim Polieren - man sieht gut, wieviel noch zu polieren wäre (das Glas ist vor dem Kunststoff "blank"):

POM-Schleifpuk-M5_polieren.jpg

Viktor

[VDX]

... hier am Einkleben des "Austritts-Endes":

0.4mm-Faser-einkleben_b1.jpg

0.4mm-Faser-einkleben_b2.jpg

0.4mm-Faser-einkleben_b3.jpg

0.4mm-Faser-einkleben_b4.jpg

Jetzt gehts erstmal ans Schleifen und Polieren des Faserendes

Viktor

[VDX]

... das Projekt mit der "laserunterstützten Additiven Fertigung", wofür ich zwei von den 200W-Dioden für die Firma hab' kaufen lassen, ist (z.T. auch wegen Covid-19) eingestellt worden -- die beiden Dioden dürften dann wohl bei mir bleiben ... hab' jetzt also 8 von den Teilen bzw. bis 1.6kW in einem "Todesstern"-Aufbau :trollface:

Dafür (und für eine Anfrage/Bestellung aus meinem Bekanntenkreis) habe ich den Analog-Treiber nochmal "vereinfacht" und 17 Platinen davon bestellt - muß die erstmal bestücken, dann kann ich ausprobieren, bis zu welcher CW- oder Puls-Leistung die Stabil bleiben -- der vorherige konnte bis 12A Dauerstrom und ich hatte die bis 20A gepulst (hatte damals noch kein stärkeres Netzteil).

Mit etwas Glück reicht jeweils einer davon für die 200W-Dioden, welche für die volle Leistung 40A brauchen ... sonst müßte ich zwei oder mehr parallel schalten ...

17x-Analogtreiber.jpg

Fertig zusammengebaut sehen die in etwa so aus (die beiden MOSFET's werden "flachgelegt" und auf den KüKö geschraubt):

VDX-Analogtreiber - 3D-Ansicht.jpg

Viktor

[VDX]

... und hier noch ein Video vom "Laserbeschriften" der Platinen

https://www.youtube.com/watch?v=pZ-ecPl ... e=youtu.be

Viktor

[Schorschi]

Hi Viktor,

sehr sehr interessant was du hier machst.

Ein paar Fragen hätte ich aber noch:
- du hast hier, auf den Bildern, einige Diodenarrays offen. Dort sind doch die Halbleiter quasi freiliegend. Ich dachte immer, im Gehäuse wäre eine Schutzatmosphäre ohne Sauerstoff usw.
Beim Öffnen ist die ja dann weg. Oder verschließt du die dann in anderer Umgebung wieder?

- Was sind dass für neue Treiber die du aufgebaut hast? Scheint nichts mehr mit Linear LMxxx zu sein. ODER?

Danke und Gruß.
Schorschi

[VDX]

Hi Schorschi,

... bei Medinzinlasern hatte ich ein paar größere Modulgehäuse, welche Schutzgas mit leichtem Überdruck enthielten ... auch mal eins, wo innendrin nochmal ein kleineres, gekapseltes, luftdicht eingehäustes Modul drin war - also "doppelt gedichtet".

Aber sonst ist das nur mit einer umlaufenden Gummi-Dichtung im Gehäusedeckel verchraubt oder bei den kleinen Teilen mit aufgeschweißtem Blechdeckel abgedichtet ... bei einigen größeren Modulen hat's gelegentlich auch Öffnungen oder mit über Öffnungen geklebten Folien, also nur gegen Staub geschützt.

Die verschweißten Module lasse ich zu (außer der paar, wo ich zum Reinschauen die Gehäusedeckel-Schweißnähte abgefeilt hatte) -- bisher laufen die aber Alle noch problemlos ... hab' davon aber auch noch genug da

Bei den 200Watt-Modulen war auch kein Schutzgas drin - hab' davon eins komplett offen (zum Ausprobieren, ob oder wie lange das so hält) -- eins geöffnet, um die innere Fokussierlinse auszubauen, dann wieder verschraubt/abgedichtet -- im Keller habe ich relativ trockene und saubere Luft (wenn ich nicht gerade die letzten paar Tage was staubendes gemacht hatte) und "riskiere" das erstmal ... hab' in den letzten 30 Jahren damit aber auch noch keine Probleme wegen Oxidation oder "Oberflächen-Pest" bei meinen eigenen Aufbauten gehabt ... nur bei einem alten NdYAG-Laser habe ich nach dem Öffnen gesehen, daß bei zwei Spiegeln die aufgedampfte AR-Beschichtung abgeblättert war (also schon bevor ich den geöffnet hatte).

Meine "nicht LM3xx-Treiber" sind um einen DoppelOpAmp herum aufgebaute Analog-Stromkonstanter, die ich entweder auf einen fixen Strom einstelle, oder so aufbaue, daß ich den Strom von Außen über 0-5V oder 0-10V regeln kann -- ab dann kann ich die auch bei Analog-Leistungs-Regelung mit einem TTL-Eingang AN/AUS/CW schalten oder bis etwa 200kHz Pulsen ... will das noch etwas optimieren, so daß ich auch bei 35A bis 500kHz gehen kann bzw. bei Pulslängen von 1 Mikrosekunde noch genug Strom ausgegeben wird (die Laserdioden könnten bis einige MHz) ...

Viktor

[Schorschi]

Hmm... Okay...

Ich war der Meinung, dass die Halbleiter sonst schnell oxidieren bzw. bei den Leistungen mit Sauerstoff reagieren.

[VDX]

... die "Kunst" ist, die Halbleitertemperatur unter 40°C zu halten - da ist noch nicht viel mit Oxidation ... eher Probleme mit Feuchtigkeit bzw. Kondensation, weswegen die Lasermodule normal auch nicht unter 15°C gekühlt werden sollten.

Es gibt aber auch Fälle, wo das deutlich weiter runtergekühlt wird (extremfall z.B. mit flüssigem Stickstoff), um spezifische Wellenlängen-Änderungen zu bekommen

Viktor

[VDX]

... hrrmpf -- hab' die eigentlich als "200W-Dioden" gekauft ... sind aber "nur" 135W-Dioden

Dafür waren die günstig genug, daß es sich auch dafür noch gelohnt hat -- wird mal Zeit, mit meinen "Todesstern-Laser V3" anzufangen!

Ich finds nur schade, daß die beim Ausbauen die Fasern viel zu kurz abknippsen

[Schorschi]

Hi,

ist schon ne Weile her dass ich hier aktiv war
Ich habe inzwischen schon einige Diodenlaser auf Basis der NUBM47 Diode gebaut.
Ausgestattet mit einer TEC Kühlung laufen diese schon lange und zuverlässig.

Einen IR-Laser mit angeblich 120W habe ich auch noch da liegen. Auch schon eine Stromquelle dafür gebaut.
Auch bei mir sind leider die Fasern abgeknipst. Scheinbar kann man diese (eingeklebt in eine Aderendhülse z.B.) wieder schleifen
und fokussieren kann.

Wie hast du es denn vor?

Gruß.

[VDX]

... normal schraube ich bei diesem Typ die FSMA-Buchse raus, öffne den oberen Deckel und entferne die interne Fokussierlinse - dann kommt vorne aus dem Schutzfenster ein fast paralleler "quadratischer" Strahl mit etwa 5x5mm raus ... den kann ich dann mit einer 50mm Fokussierlinse auch um 0.2mm fokussieren

Viktor