Fragen zum Diodenlaser zu Präsentationszwecken

[cbacon]

Hallo,
ich bin Mitglied einer Gruppe, die gerade an einer Seminarfacharbeit, über das Thema "Laserstrahlschweißen von Kunststoffen" verfasst.
Zur Verteidigung unserer Arbeit vor der Lehrerschaft, haben wir uns für verschiedene Versuche entschieden, um die Eigenschaften von Kunststoffen und Laserstrahlen zu veranschaulichen.
Die ersten beiden Versuche, zeigen die Eigenschaften Transparenz und Absorption. Dazu schießen wir mit einem handelsüblichen Laserpointer auf eine transparente und eine mit Ruß eingefärbte, schwarze Polypropylenschreibe.
Im Hintergrund befindet sich ein weißes Blatt Papier, worauf man den Strahl sehen kann (oder eben nicht).
Im dritten Versuch geht es darum, die Energieübertragung eines Laserstrahls nachzuweisen. Dazu habe ich mit meinen Elektronikkentnissen (ich bastel viel in meiner Freizeit) ein Temperatursensor mit LC Display gebaut, der mit Hilfe eines Heißleiters die Umgebungstemperatur ausrechnet. Die Schule hat einen kleinen Gaslaser, der aber leider nicht ausreicht, um eine messbare Temperaturdifferenz zu verursachen.
Die Firma die uns beim schreiben betreut, besitzt Laserdioden, mit ca. 70W (el. Ansteuerung mit 80A und 2V), die entsprechend teuer und gefährlich sind. Ein Ausleihen eines solchen Lasers ist damit leider ausgeschlossen.
Ich habe mich dazu bereit erklärt, einen kleinen Laser mit 100 bis 200mW zu bauen, der diesen Versuch ermöglicht.
Zum Schutze vor dem Laserstrahl wird der Versuch von einer Kamera gefilmt. Der Versuchsaufbau befindet sich in einem abgeschlossenen Behälter.

Wäre dieser Laser leistungsfähig genug um einen Temperaturanstieg beim Bestrahlen des grau lackierten Heißleiters nachzuweisen?
Was muss ich beim Bau des Diodentreibers speziell beachten?
- Festspannungsregler, Potentiometer, Abblockkondensatoren?
Könnt ihr mir eine Bezugsquelle für die Diode empfehlen?
Wie bündele ich diesen Strahl richtig?
- gebündelt oder kollimiert? Brennweite der Linse?
Ist eine Kühlung notwendig?
Wie viel Geld müsste ich ungefähr ausgeben?


Viele Grüße,
cbacon

[goamarty]

Also ich würde den Heißleiter schwarz lackieren, dann reicht die Absorbtion sicher. Schlecht wärmeleitende Stoffe wie getrocknete Tabakblätter lassen sich mit 300mW grün über die Zündtemperatur erhitzen, wenn ausreichende Luftsrömung besteht.

[cbacon]

Also ich würde den Heißleiter schwarz lackieren, dann reicht die Absorbtion sicher. Schlecht wärmeleitende Stoffe wie getrocknete Tabakblätter lassen sich mit 300mW grün über die Zündtemperatur erhitzen, wenn ausreichende Luftsrömung besteht.

Danke für die schnelle Antwort. Der Heißleiter an sich ist schon sehr dunkel. Ich hab nur angst wenn ich ihn lackiere, dass ich entweder einen Kurzschluss verursache oder ihn Wärmeisoliere.

Was ich noch Fragen möchte: Die einfachste Ansteuerung für die Laserdiode dächte ich mir als zwei Kondensatoren (100nF und 100pF) zum abblocken von Störungen, eine Diode die eine Verpolung verhindert und der Poti parallel geschaltet. Ich würde das erstmal zusammen bauen und mir dann die Ausgangsstromstärke anschauen und dann ggf noch einen Vorwiderstand einbauen. Die Diode ist teuer ich will sie nicht beim ersten Mal kaputt machen. Könnte ich das so bauen wäre das denkbar?

[karsten]

Was ich noch Fragen möchte: Die einfachste Ansteuerung für die Laserdiode dächte ich mir als zwei Kondensatoren (100nF und 100pF) zum abblocken von Störungen, eine Diode die eine Verpolung verhindert und der Poti parallel geschaltet. Ich würde das erstmal zusammen bauen und mir dann die Ausgangsstromstärke anschauen und dann ggf noch einen Vorwiderstand einbauen. Die Diode ist teuer ich will sie nicht beim ersten Mal kaputt machen. Könnte ich das so bauen wäre das denkbar?

Ganz so einfach wird es wohl nicht gehen, da Laserdioden an Konstantstromquellen betrieben werden sollten. Da die Kennlinie sehr steil ist, und diese mit der Tempertur sich verändert, ist die Diode, wenn sie nur über einen Vorwiderstand betrieben wird, schnell hinüber. Im einfachsten Fall kann man eine Konstantstromquelle mit einem LM317 realisieren. Wie man diesen Spannungsregler als Konstantstromquelle verwendet, steht im Datenblatt.

Was möglicherweise auch eine Alternative wäre um die Leistungen nicht unnötig in die höhe zu treiben, wäre die Verwendung eines Peltierelements (schwarz lackiert), was auf einen großen Kühlkörper geklebt wird und vom Laser bestrahlt wird (also eigentlich das übliche Prinzip zur Leistungsmessung). Die Thermospannung kann einfach mit einem Multimeter messen.

Hab das gerade mal mit einem roten Pointer (2,3mW) ausprobiert. Bei meinem Peltier komme ich da schon auf fast 2mV. Es ist also garnicht so viel Leistung nötig, um eine Reaktion zu zeigen.

[medusa]

Das mit dem Peltier hätte ich auch so vorgeschlagen. Ich hab zum Leistungsmessen echt eine supersimple Angelegenheit, den kleinsten erhältlichen Typ (4W, 15x15mm groß) auf einen handelsüblichen Kühlkörper der Größe 100x50mm (ungefähr) mit Wärmeleitkleber aufgeklebt. Die Frontfläche des Peltiers mit Tusche schwarz gemacht und fertig. Selbst dieser krude Aufbau bringt schon 0.11mV/mW, bei Meßzeiten unter einer Minute. Sollte als Demo für die Schule mehr als genug sein, und Du kämst mit 10-20mW Laserleistung lang hin, was viel sicherer ist.

~medusa.

[cbacon]

Das mit dem Peltier hätte ich auch so vorgeschlagen. Ich hab zum Leistungsmessen echt eine supersimple Angelegenheit, den kleinsten erhältlichen Typ (4W, 15x15mm groß) auf einen handelsüblichen Kühlkörper der Größe 100x50mm (ungefähr) mit Wärmeleitkleber aufgeklebt. Die Frontfläche des Peltiers mit Tusche schwarz gemacht und fertig. Selbst dieser krude Aufbau bringt schon 0.11mV/mW, bei Meßzeiten unter einer Minute. Sollte als Demo für die Schule mehr als genug sein, und Du kämst mit 10-20mW Laserleistung lang hin, was viel sicherer ist.

~medusa.

Super Idee! Diese Elemente kannte ich noch garnicht. Wird gleich zusammengebaut.
Verstehe ich das richtig: diese Elemente erzeugen bei anliegender Wärmedifferenz eine elektrische Spannung?
Also müsste dann auch ein einfacher Laserpointer mit 5 mW genügen.
Das macht die Sache um Vieles einfacher. Danke!

[floh]

diese Elemente erzeugen bei anliegender Wärmedifferenz eine elektrische Spannung

Ja, eigentlich sind Peltiere Elemente für den umgekehrten Fall gedacht: Man legt Spannung an und es ergibt sich eine Temperaturdifferenz. Packt man die "heisse" Seite auf einen Kühlkörper und sorgt dafür, dass die Wärme weg kann (oft mit Lüfter), bekommt man auf der anderen Seite kalt. Das wird oft benutzt um Laserdioden oder optische Elemente zu temperieren oder aber um einfache Kühlboxen für Auto und Camping zu betreiben. Bei uns nennt man das TEC (thermo electric cooler).
Aber eben, es funktioniert auch umgekehrt. Temperaturdifferenz gibt Spannung. In so einem Fall nennt man das ganze "Thermoelement". Es wird (in optimierter Form) z.B. für die Stromversorgung von diversen Raumsonden benutzt. Die kalte Seite gibt dabei über den Weltraum die Wärme ab, die "heisse" Seite wird über die Zerfallswärme von z.B. Plutonium "befeuert".

http://de.wikipedia.org/wiki/Radionuklidbatterie

[Dr.Ulli]

Ich les immer Schule, Schule, Schule....
Da sind maximal Klasse 2 erlaubt!!!
Also bis 1mW...

Ihr macht zwar:

Zum Schutze vor dem Laserstrahl wird der Versuch von einer Kamera gefilmt. Der Versuchsaufbau befindet sich in einem abgeschlossenen Behälter.

Aber das muss ja jemand aufbauen....

[cbacon]

Ich les immer Schule, Schule, Schule....
Da sind maximal Klasse 2 erlaubt!!!
Also bis 1mW...

Ihr macht zwar:

Zum Schutze vor dem Laserstrahl wird der Versuch von einer Kamera gefilmt. Der Versuchsaufbau befindet sich in einem abgeschlossenen Behälter.

Aber das muss ja jemand aufbauen....

Schule hört sich so jung an. Ich stell mit darunter immer vor, wie ich in der 7. Klasse in Physik mit Prismen experimentiert hab.
Nein, wir sind volljährig und entwerfen den Versuch zusammen mit dem Betrieb, für den wir das überhaupt erforschen.
Zusammengestellt gibt das die Seminarfacharbeit also eine Wissenschaftliche Arbeit die uns hoffentlich eine gute Note fürs Abitur bringt.
Bei dem Behälter handelt es sich mehr um einen optisch abgeschlossenen Raum, der von Kameras überwacht wird.
Aufbauen tun wir das wahrscheinlich mit verringerter Leistung oder mit Blick auf den Bildschirm. Wäre ja doof wenn jemand auf die Idee kommt sowas mit einer Laserschutzbrille auszurichten

Das soll den nicht-sachkundigen Lehrern einen Einblick in die Eigenschaften von gebündeltem annähernd Kohärentem Licht geben.
Warum die Schule denn Deutschlehrer schickt, die uns bewerten sollen weiß ich auch nicht genau...
Die Arbeit geht aber eigendlich mehr um die Vorgänge beim Zusammenschmelzen von PP und PC und wie die Abzugskräfte aufeinander geschweißter Platten von den Schweißparametern abhängt.

Die Alternative mit dem Pelti und dem 5mW laser (Klasse 3R) dürfte kostengünstig sein und locker ausreichen