Strahldaten versch. Lasertypen

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Moderator: ekkard

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smoky
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Strahldaten versch. Lasertypen

Beitrag von smoky » Do 06 Mär, 2014 7:53 pm

Hallo zusammen,

für eine Facharbeit (Schule) bräuchte ich Belege, dass mit Gas-Lasern bessere Strahlparameter als mit Festkörper- bzw. Halbleiterlaser erreicht werden können.
Das ganze sollte am Besten halbwegs Wissenschaftlich sein.
Bei Google habe ich leider nur Angaben gefunden, die das bestätigen aber meistens nicht belegen.

Vielen Dank für eure Mühe!


Einen schönen Abend,

Patrick

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ekkard
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Re: Strahldaten versch. Lasertypen

Beitrag von ekkard » Do 06 Mär, 2014 8:30 pm

Was ist mit "Strahlparametern" gemeint, und was mit "besser"?

Beispiele für Strahlparameter:
Divergenz, gaußförmiger Strahlquerschnitt, Mode, Modenkopplung, Astigmatismus, Linienbreite, Kohärenzlänge

Beispielsweise hängt die Divergenz nicht davon ab, ob man Halbleiter oder Gas als aktives Medium verwendet, sondern vom Querschnitt und der Wellenlänge. Hingegen kennt der Gaslaser (fast) keinen Astigmatismus, die Halbleiterlaser sehr wohl.

Wie ist es mit "Energie-Effizienz". Bei Gaslasern ist die nicht besonders hoch, bei Halbleiterlasern kommt man auf sehr hohe Werte.

Ich habe im Augenblick keinerlei Buch über Laserphysik hier zu Hause. Du müsstest also mal gezielt in der (Schul-/Uni-) Bibliothek die einzelnen Begriffe suchen einerseits für Gas- andererseits für Halbleiterlaser.
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

smoky
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Re: Strahldaten versch. Lasertypen

Beitrag von smoky » Do 06 Mär, 2014 8:51 pm

Hallo ekkard,

danke für deine schnelle Antwort.

Das Buch : "Einführung in die Lasertechnik" von Bert Struve habe ich schon größenteils gelesen. Ein paar Grundlagen sind mir bekannt.
Jedoch hatte ich nach der Information, dass Gaslaser geringere Divergenzen und kleine Strahldurchmesser aufweisen, auf Bauart bedingte Gründe geschlossen.
Letzt endlich geht es mir darum die drei Lasertypen zu vergleichen, wobei ich als großen "Pluspunkt" des Gaslasers eben diese Strahldaten anführen wollte.

Meinst du mit Astigmatismus diese Eigenschaft?
http://de.wikipedia.org/wiki/Abbildungs ... .C3.BCndel

Das wäre ja schon ein Punkt, den man anführen könnt. Die Frage wäre nur wo dieser Effekt entsteht?

Mit freundlichen Grüßen,

Patrick

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ekkard
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Re: Strahldaten versch. Lasertypen

Beitrag von ekkard » Fr 07 Mär, 2014 10:54 am

Astigmatismus:
Ja, der tritt auch bei Linsen auf. Bei Festkörperlasern (Kristallstruktur) kann die Strahltaille in verschiedenen, senkrecht zur Strahlachse gelegenen Ebenen an unterschiedlichen Stellen liegen. Bei Fokussierung solcher Strahlenbündel erhält man keinen exakten "Punkt".
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

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Re: Strahldaten versch. Lasertypen

Beitrag von undineSpektrum » Fr 07 Mär, 2014 2:47 pm

Hallo smoky, :)

( und natürlich alle die mitlesen wollen )...

Du suchst Informationen für eine Facharbeit in der Schule bezüglich Strahlqualität / Strahlqualitätsunterschieden bei Gas- und Festkörperlasern?
Ich vermute mal du bist in der gymnasialen Oberstufe und hast ja bereits hier Vorwissen in Punkto Laser angegeben...?

Ein wichtiger Unterschied in der Strahlqualität entsteht vor allem bei der Licht-Material-Wechselwirkung innerhalb des aktiven Materials - also da wo der Laserstrahl erzeugt wird.
Bei einem Festkörperlaser der allgemein einen Kristall geringer Wärmeleitfähigkeit enthält bildet sich im Bereich des Laserstrahles eine "thermische Linse" innerhalb des Festkörpers aus, der einen TEM-00-Mode erheblich verzerrt - bei Lasern höherer Leistung treten dabei beim TEM-00-Mode eher Rechteckförmige Strahlprofile auf. -> Thermische Linse im Festkörper als aktives Material

Eine andere Ursache ist die hohe Verstärkungsbandbreite von Festkörperlasern gegenüber Gaslasern... schwingt in der Regel ein ganzes Spektrum von Moden innerhalb der durch die Laserschwelle definierten Verstärkungsbandbreite an die sich gegenseitig beeinflussen und aus der selben Inversion ( homogene Verbreiterung des Verstärkungsprofils ... sagt Dir das was? )
gespeist werden... das ist bei Gaslasern eher in der Anfangsphase der Fall wenn es nicht durch eine Modenselektion komplett unterdrückt wird - letzteres ist bei dem Helium-Neon-Laser in der Schule ( der kleine rot leuchtende Laser in der Physiksammlung ) der Fall.

Auch andere nichtlineare Effekte wie z.B. der Kerr-Effekt ( Einfluß der Feldstärke des Laserlichtes auf den Brechungsindex des Laserkristalls ) spielen dabei im Festkörperlaser eine Rolle.
Weißt Du auch wofür dieser sonst technisch eher störende Effekt in einem bestimmten Festkörperlaser (Titan-Saphir-Laser) sinnvoll genutzt wird? :wink:

Ansonsten halt das Übliche - Fertigungsmängel im Kristall bei seiner Herstellung z.B. nach dem Zonenschmelzverfahren oder anderen Methoden.
Das gibt es bei Gaslasern in dieser Form nicht weil sich ja Gase auf den gesamten in der Laserröhre zur Verfügung stehenden Raum verteilen...


Wenn Du Literatur hierzu suchst empfehle ich das mir aus meiner Zeit der Beschäftigung mit dem Rubin-Laser das trotz seines Alters immer noch gut brauchbare Buch - den Klassiker der Lasertechnik schlechthin - von Dieter Röss : " Laser - Lichtverstärker und Oszillatoren" /Technisch-Physikalische Sammlung Band 4 / Akademische Verlagsgesellschaft Frankfurt am Main 1966.
Das müsstest Du in jeder örtlichen Bibliothek per Fernleihe rasch bestellen können.
Dort wird in deutscher Sprache und mit Zeichnungen und Fotos ( noch in schwarz-weiß ) auch verständlich erklärt welche Strahlqualtätsmängel z.B. Festkörperlaseranordnungen haben und wie sich diese ggf. kompensieren lassen.

Trotzdem noch viel Erfolg mit Deiner Facharbeit... :)

Grüße,

Undine

smoky
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Re: Strahldaten versch. Lasertypen

Beitrag von smoky » Fr 07 Mär, 2014 3:55 pm

Hallo Undine,

da weiß man wieder, warum man sich in diesem Forum angemeldet hat. Danke für deine schnelle detaillierte und hochwertige Hilfe.

Mit Hilfe der Stichworte, die du mir geliefert hast, werde ich mich mal weiter einlesen. Machen Dinge kann ich noch nicht zuordnen ... Und dann mit einfließen lassen. Da der Hauptteil aber dem grundsätzlichen Vergleich der Laser (Aufbau und Funktionsweise) gewidmet ist, der schon mehr als genug Informationen mit sich bringt, werde ich nur etwas kürzer auf diese Punkte eingehen können.

In diesem Sinne,

Patrick

undineSpektrum
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Re: Strahldaten versch. Lasertypen

Beitrag von undineSpektrum » Sa 08 Mär, 2014 3:45 pm

Hallo, :)

noch ein kleiner Nachtrag zu den Gaslasern, zu denen der (meistens rot leuchtende He-Ne-Laser der Schule aber auch der in der Technik als Werkzeug verwendete Kohlendioxidlaser gehört ) :

Die Verstärkungsprofile dieses Mediums sind inhomogen Verbreitert, so dass eigentlich hier die Lasermoden immer aus unterschiedlichen Anregungszuständen des Gases gespeist werden ... das erklärt sich aus der kinetischen Gastheorie (Wärmelehre) und der durch den Doppler-Effekt entstehenden spektralen Verbreiterung bei der Lichtaussendung der Atome / Moleküle.

Hier wird bei nicht zu kleinen Wellenlängenabständen jede Lasermode aus einer eigenen Inversion gespeist - Relaxationsschwingungen des Laserlichtes treten beim He-Ne-Laser eher beim Einschalten auf bei verschiedenen TEM-Moden untereinander auf ... "Aufwärmphase" ... allgemein ist die Verstärkung des He-Ne-Lasers ziemlich klein...
Die Verstärkungsbandbreiten bei Gaslasern sind durch die Dopplerverbreiterung bestimmt und betragen etwa 1500 MHz bei z.B. dem He-Ne-Laser, den Ihr in der Schule habt. Eigentlich sollte innerhalb der Verstärkungsbandbreite eine Vielzahl von transversalen und Longitudinalen Moden anschwingen, das wird dort aber durch kurze Bauweise des Resonators ->großer Freier Spektralbereich (c/2*L)(!) für die longitudinalen Moden und mit Hilfe einer Modenselektionsblende für die transversalen Moden (TEM) unterdrückt. Die transversalen Moden liegen sehr viel dichter im Wellenlängenbereich beieinander, weshalb diese Methode durch die Produktion von Verlusten bei der Strahlrückkoppelung sinn- und wirkungsvoll ist.

Auf diese Weise wird bei eurem He-Ne-Laser in der Schule ein hervorragendes Strahlprofil im TEM00-Mode erzeugt, dieser Laser verhält sich in der Tat wie ein idealer Ein-Moden-Laser und kann in der Theorie auch so beschrieben werden... die Strahlungsleistung liegt bei etwa 500µW bis 1 mW auf dieser einen Mode - ein Musterbeispiel für einen Gaslaser hoher Strahlqualität.
Der He-Ne-Laser ist einer der genauesten Laser überhaupt - er kommt dem theoretischen Fall eines Ein-Moden-Lasers so nahe wie kein anderes Gerät, die besten Strahlqualitäten und die größte Frequenzstabilität des Laserlichtes werden nach wie vor mit diesem relativ einfachen (Gas!-) Laser erzielt.

Viel Spaß noch bei der weiteren Ausarbeitung :)

Grüße,

Undine

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