Laserdiode fokussieren

[hammelkeule]

Hallo Zusammen,

leider bin ich in Sachen Laser ein totaler newbie und ich würde mich sehr freuen, wenn Ihr mir helfen könntet.
Ich würde gerne ein Laserdiodenmodul mit einer Wellenlänge von 670 nm basteln, in welchem bei einem Abstand von 15-20 mm der Strahl auf 10 um fokussiert wird. Theoretisch müsste dies mit einer Linse hoher Numerischer Apertur doch möglich sein? Leider besitzen die Linsen mit hoher NA einen kleinen Fokus. Dies hat wahrscheinlich zufolge, dass der Strahl in der Entfernung von 20 mm unscharf wäre oder?
Als Laserdiodentreiber habe ich mir schon den IC-WJ gekauft, über welchen ich die Laserdiode später analog modulieren möchte.
Für einige Tipps wäre ich sehr dankbar.

Viele Grüße
Hammelkeule

[VDX]

... wie sieht die Abstrahlgeometrie (Barren, Einzelemitter, Höhe/Breite, Divergenz in beiden Richtungen) der Diode aus?

[hammelkeule]

Das ging aber schnell
Ich habe bis jetzt noch keine Diode gekauft. Aber diese denke ich mal wäre nicht schlecht:
http://www.lasercomponents.com/fileadmi ... 70561a.pdf

Die Divergenz liegt parallel bei max 11 grad und perpendicular bei max. 35 grad

Leider weiß ich nicht auf welche Angabe sich Barren, Einzelemitter, Höhe und Breite genau bezieht.

[VDX]

... im Prinzip bildest du durch die Linse die Quelle ab - wenn die Quelle eine Linie (beim Dioden-Barren) ist, bekommst du auch nur eine Linie ...

Für 10µ mußt du also eine passende Abbildung erreichen ...

Viktor

[ekkard]

... im Prinzip bildest du durch die Linse die Quelle ab - wenn die Quelle eine Linie (beim Dioden-Barren) ist, bekommst du auch nur eine Linie ...

... mit einer sphärischen Linse ja. Um einen 10µm-Punkt zu erreichen, muss man mit entsprechend kleinen Blende die "Randstrahlen" entfernen (Verlust).

Für 10µ mußt du also eine passende Abbildung erreichen

Nun ja, die Linse muss auf den Astigmatismus der Diode abgestimmt sein, d. h. ihrerseits stark astigmatisch geschliffen sein. Für eine Einzelanfertigung ein teures Vergnügen! Bei CD- und DVD-Playern scheint das genau so zu funktionieren. Aber die sind Massenfertigung.

Ich könnte mir vorstellen, dass es mit einer Kombination aus Zylinderlinse, welche den größeren Winkel auf ebenfalls etwa 11 Grad reduziert, und einer nachgeschalteten sphärischen Linse, die den nunmehr nahezu runden Strahlquerschnitt zu einem "Punkt" zusammenquetscht, funktionieren könnte. Ob man mit zwei optischen Komponenten allerdings 10µm erreicht, wage ich zu bezweifeln.

[hammelkeule]

Hallo Zusammen,

ersteinmal vielen Dank für die Antworten.
Also könnte ich eigentlich mal eine Linse aus einem CD Rom Laufwerk mit der vorgeschlagenen Laserdiode testen.
Kann man irgendwie mit einfachen Mitteln den Strahlendurchmesser bestimmen? In einer Diplomarbeit habe ich gesehen, dass jemand eine Webcam ohne Optik verwendet hat. Hat jemand hier Erfahrung? Wie erfolgt die Auswertung?

Viele Grüße,
Hammelkeule

[ekkard]

Also könnte ich eigentlich mal eine Linse aus einem CD Rom Laufwerk mit der vorgeschlagenen Laserdiode testen.

Probieren ja.

Kann man irgendwie mit einfachen Mitteln den Strahlendurchmesser bestimmen?

Wo? im Fokus? = sehr schwierig, weil sehr klein. Man macht dies meistens mit einem "Messmikroskop", an das eine CCD-Kamera angeschlossen ist. Die Vergrößerung eines solchen Instruments ist bekannt. Folglich kann man die Pixel im vergrößerten Bild abzählen, auf mm umrechnen und schließlich den Durchmesser im Fokus bestimmen.

Ansonsten geht es tatsächlich auch nur mit einem CCD-Baustein (= WebCam ohne Optik), wenn der Strahldurchmesser deutlich größer als der Pixelabstand ist. Für das Auszählen der Pixel und deren Umrechnung auf mm gibt es bereits Software, die nur einmal kalibriert werden muss.

Hat jemand hier Erfahrung? Wie erfolgt die Auswertung?

Einige Landesämter für den Immissionsschutz besitzen Messfernrohre, mit denen man auf die vorbeschriebene Weise den Raumwinkel einer fernen Lichtquelle bestimmt.

Ich selbst habe den Quellendurchmesser immer mit einer vergrößernden Optik bestimmt. Bei genügender Vergrößerung tut es ein Lineal mit mm-Teilung.

[andythemechanic]

Hi,

hier noch ein paar Tips zur Laserdiodenfokussierung: Im Grund kann man das mit einer einzelnen Linse und Abbilden des Emitters im richtigen Abbildungsverhältnis machen. Das ist aber technisch gar nicht so einfach da man die Abstände zwischen Linse und Laserdiode sehr genau einstellen muss. Auch sind die meisten Linsen mit hohen NA's für Kollimation optimiert und man kriegt heftige Abberationen wenn man sie anders benutzt. Einfacher ist die Diode erst zu kollimieren, dann den Strahl mittels Teleskop aufzuweiten und anschliessend mit einer Fokussierlinse zu fokussieren. Aus dem gewünschten Durchmesser im Fokus und dem gewünschten Arbeitsabstand kriegt man mithilfe der Formel für das Beugungsscheibchen (http://de.wikipedia.org/wiki/Beugungsscheibchen) den Strahldurchmesser vor der Fokussierlinse. Damit kann man dann die richtige Kollimationslinse und das Telekop auswählen. In deinem Fall hab ich jetzt für 20mm Arbeitsabstand einen Strahldurchmesser for der Fokussierlinse von 3.2mm ausgerechnet. Das entspricht NA=0.08 was noch ziemlich unkritisch ist (wenn ich richtig gerechnet habe ).
Bei der Diode würde ich drauf achten, das sie von Haus aus schon einen niedrigen Astigmatismus mitbringt. Sonst muss man die Aufweitung evtl mit 2 separaten Teleskopen aus Zylinderlinsen oder Prismenpaaren machen um den zu korrigieren.

Grüße
Andreas