975nm Laserdiode lässt sich nicht schön kollimieren

[ElSandro]

Hallo Leute,

das ist mein erster Eintrag hier, daher eine kleine Vorstellung:
mein name ist Aleks, ich studiere zur Zeit Laser- und Optotechnologien an der Fachhochschule in Jena.
Für meine Masterarbeit bin ich in einem kleinen Laserbetrieb tätig, welcher kompakte Lasermodule und Spektrometer für Forschungseinrichtungen baut.

Hier meine Frage:
ich versuche diese Diode zu kollimieren, und zwar mit dieser Linse.

Dabei erhalte ich das angehängte Strahlprofil bei Fokussierung auf unendlich.
Kann jemand etwas mit diesen seltsamen Streifen anfangen, die nur in der fast axis auftreten? Offensichtlich sind sie beugungsbedingt.
Die Abstrahlwinkel der Diode sind laut datenblatt 8°x28°, die NA der Linse ist 0,62 bei einer Brennweite von 4mm.

Ich bin dankbar für jede Antwort!

aleks

[ElSandro]

Verstehe, dann hätte ich also einen TEM-14/0 Strahl vorliegen
Spaß beiseite, kann es wirklich sein, dass die Diode so extrem viele Moden in der fast axis ausstrahlt? Im Datenblatt steht single-mode laser diode.
Interferenzen kannst du ausschließen? Wenn man genau hinsieht erscheinen die Streifen eher wie konzentrische Ringe, so dass ich eigentlich sicher war, dass die Linse ihre Finger im Spiel hat. Ich hatte eingentlich vor, den Strahl mit Zylinderlinsen rund zu biegen, aber das fällt ja jetzt wohl ins Wasser
Danke für deine Antwort!

aleks

[vakuum]

das ist ein typisches Phänomen wenn eine Linse nicht zur Diode passt......

andere Linse sollte das Problem lösen.....

[floh]

Evtl. reicht es schon die Linse leicht zu kippen oder aus der Achse zu bringen. Das geht natürlich zu Lasten des Strahlprofiles. Ich vermute hier Rückreflektionen der Linse (verkehrt herum eingebaut?) die zu einem mehr oder weniger undefinierten mitschwingen zwischen der Diode und der Linse führen.
Diese können die Diode sogar killen wenns dumm kommt!

[ElSandro]

Hab extra diese Linse wegen der hohen NA ausgewählt, damit eben keine Fehler entstehen.
Jetzt habe ich gerade diese Linse drin (halbe NA!), und das Ergebnis seht ihr unten.
Anscheinend spielt die NA eine untergeordnete Rolle, stattdessen scheinen die Fehler mit kleinerem Krümmungsradius der Linse anzusteigen.

[ElSandro]

floh, die Linse ist IR-entspiegelt, plane Seite zur Diode. Soll ich mal die gekrümmte Seite zur Diode drehen? Dann wäre ein externer Resonatoreffekt ausgeschlossen.
Dagegen spricht auch, dass die Streifen oder Ringe immer da sind, egal wie die Linse gekippt ist. Ein externer Resonator sollte sich um welten empfindlicher verhalten.

[ElSandro]

Nein, sollte man meines Wissens nach nicht, denn dann übernimmt nur eine einzige Fläche (die gekrümmte) die Lichtbrechung.
Die Einfallswinkel der Strahlen auf die gekrümmte Linsenfläche sind deutlich größer, und damit auch die Aberrationen.
Ist jedoch die plane Fläche zur Diode gedreht, teilt sich die Brechung auf zwei Flächen auf, die Aberrationen nehmen ab.

[tschosef]

Sollte man eigentlich nicht IMMER die gewölbte Seite der Linse zur Quelle ausrichten?

dazu ne "faustregel"...... die gewölbte seite immer da hin drehen, wo die Strahlen "paralleler" verlaufen !!!
Ursache Spärische Aberration, die sich bei Linsen mit 2 unterschiedlichen Radien etwas "verringern" lässt...

siehe dazu:
http://www.av.ph.tum.de/Experiment/3000 ... er3090.php



der link... weil da so n schönes bild drauf ist......

gruß
Erich

[ElSandro]

Schöner Link, an Anschaulichkeit nicht zu übertreffen.

[andythemechanic]

Hi Aleks,

ich denke das die Struktur auf jeden Fall auf Beugungseffekte zurückzuführen ist. Die Laserdiode kann auf keinen Fall in fast in höheren Ordnungen emittieren.
Ich hab solche Phänomene auch schon öfters gesehen, aber nie rausgefunden was es ist. Da die NA der Linse ja groß genug ist und sie auch schön symmetrisch vor der Diode zu hängen scheint wird es nicht durch Beugung an der Apertur der Linse kommen.
Was ich mal gehört habe: Die Linsen die du da zeigst sind gepresse Asphären. d.H. sie werden mit einem Werkzeug in Form gepresst und nicht weiter bearbeitet. Das Werkzeug wird gefräst und es kann durch die Bearbeitung hochfrequente Welligkeiten enthalten die dann auf die Linse übetragen werden. Auch wenn die Oberfläche dann evtl lambda/2 oder besser ist hat man trotzdem eine Art Beugungsgitter auf der Linse, was zu solchen Effekten führen kann.
Eine Abbhilfe wäre mal eine polierte Asphäre zu nehmen, z.b. von Asphericon. Gibts leider erst ab Brennweite 8 aber man könnte schauen ob der Effekt damit weg ist.

Grüße
Andreas

[ElSandro]

Hi Andreas, danke für deinen Tipp.
Ich bin mittlerweile auch sehr sicher, dass es beugungsbedingt ist. Hab heute erst eine Linse geliefert bekommen, deren design wavelength 980nm beträgt.
Wenn es mit der auch nicht besser ist, werde ich eine polierte Asphäre ausprobieren.
Das Ergebis wird dann hier zu sehen sein.
Gruß,

aleks

[omnichrome]

Sieht ja fast wie eine Kollimation mit einer Fresnel-Linse aus!
Schaut aber wirklich sehr nach einem fertigungsbedingtem Abbildungsfehler der Linse aus.
Einfach mal andere testen und dann die Abbildung vergleichen.
Was ist mit den Glasasphären von LASER COMPONENTS ? -> Überblick Glasaspären

[andythemechanic]

Was ist mit den Glasasphären von LASER COMPONENTS ? -> Überblick Glasaspären

Das dürften mehr oder weniger die gleiche nsein die er schon probiert.

Grüße
Andreas

[VDX]

... ich verwende 975nm-Dioden mit einer angekoppelten Faser mit 0.1mm Kerndurchmesser.

Damit bekomme ich zwar keinen so guten Spot wie mit einer direkt kollimierten Diode mit Prisma,
die Optik ist aber viel einfacher und das Srahlprofil fast perfekt 'rund' ...

Viktor

[ElSandro]

Hallo Viktor,

das ist mir auch schon in den Sinn gekommen, aber ich gehe davon aus, dass man dadurch die Polarisation des Laserstrahles verliert, es sei denn es ist eine polarisationserhaltende Faser.
Hast du das Polarisationsverhältnis schon mal getestet?
Gruß

[VDX]

... da die Teile 'nur' Pumpdioden für einen Faserlaser waren, denke ich, daß das ganz normale Glasfasern sind, so daß die Polarisation auch weg sein dürfte

Viktor

[ElSandro]

Hab jetzt diese Linse drin, ausgewählt aufgrund ihrer design wavelength von 980nm, und siehe da, 1A Kollimation.
Strahlverhältnis ca. 1:3, nach einer Zylinderoptik habe ich das angehängte Strahlprofil erhalten. So muss das sein

[omnichrome]

Fein, fein. So soll es sein.
Die Bilder erinnern mich immer etwas an Thermografie-Fotos
LG omnichrome