Polarisationsverhältnis - Argon-Ionen-Laser

Physikalische Grundlagen, Information und Fragen zu Lasern.

Moderator: ekkard

Antworten
2ndsky
Beiträge: 5
Registriert: Sa 20 Okt, 2012 10:41 am
Do you already have Laser-Equipment?: Nd:YAG-Laser - optisches Messgerät zur Messung von Partikelgrößen
water cooled argon ion laser - Phase Doppler Anemometry

Polarisationsverhältnis - Argon-Ionen-Laser

Beitrag von 2ndsky » So 21 Okt, 2012 9:12 pm

Guten Tag,

im Rahmen meiner Promotion arbeite ich mit einem Argon-Ionen-Laser zur ortsaufgelösten Bestimmung von Partikelgrößen und –geschwindigkeiten. Das Verfahren nennt sich Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA).

Kurze Beschreibung des Verfahrens: http://www.dantecdynamics.com/Default.aspx?ID=822

Um exakte Messergebnisse zu erhalten ist es wichtig, dass der Laserstrahl (514 nm grün) linear polarisiert ist. Je nach Messanordnung muss zudem zwischen horizontal und vertikal (zur Messebene) linear polarisiertem Laserlicht unterschieden werden. Speziell in meiner verwendeten Messkonfiguration muss mit horizontal polarisiertem Laserlicht gemessen werden. Meine erhaltenen Messergebnisse entsprechen jedoch nicht den Erwartungen der Literatur. Ein möglicher Fehler könnte die Polarisationsrichtung (horizontal oder vertikal) des Laserlichtes sein.

Der verwendete Argon-Ionen-Laser hat laut Hersteller ein Polarisationsverhältnis von 100:1 vertikal. Der Laserstrahl tritt durch zwei λ/4 – Blättchen. Durch Drehung des zweiten λ/4 – Blättchen um 90 ° kann zwischen parallel und senkrecht polarisiertem Licht unterschieden wird.

Meine Frage an euch:

Ist es möglich, dass nach dem zweiten λ/4 – Blättchen sowohl horizontal als auch vertikal parallelisiertes Licht vorhanden ist, d.h. eine Art "Mischpolarisation". Wenn ja, an was kann es liegen?

- Kann das Polarisationsverhältnis des Lasers sich mit der Zeit (Alterung) oder durch sonstige Effekte ändern?

- Was passiert wenn das zweite λ/4 – Blättchen nicht um exakt 90° gedreht wird. Kann das ebenfalls für eine „Mischpolarisation“ sprechen?

- Was für Möglichkeiten habe ich um diese Effekte zu untersuchen?

Ich freue mich auf eine kurze Rückmeldung von euch.

Vielen Dank im Voraus

Benutzeravatar
floh
Beiträge: 2406
Registriert: Mo 04 Feb, 2002 12:00 pm
Do you already have Laser-Equipment?: Lexel 88, Compass 315, diverse HeNe und eine Menge Kleinkram.
Wohnort: Ostschweiz
Kontaktdaten:

Re: Polarisationsverhältnis - Argon-Ionen-Laser

Beitrag von floh » So 21 Okt, 2012 10:33 pm

- Kann das Polarisationsverhältnis des Lasers sich mit der Zeit (Alterung) oder durch sonstige Effekte ändern?
Eher nicht, die Polarisation wird beim Argonlaser mit den Brewster-Fenstern definiert..
- Was passiert wenn das zweite λ/4 – Blättchen nicht um exakt 90° gedreht wird. Kann das ebenfalls für eine „Mischpolarisation“ sprechen?
Klar, du hast dann einen Zwischenwert.
- Was für Möglichkeiten habe ich um diese Effekte zu untersuchen?
Ich würde mit einem linearen Polfilter dessen genaue Ausrichtung bekannt ist mal kontrollieren ob die Geschichte wirklich so herum polarisiert ist wie du das haben willst. Alternativ: Glasplättchen in den Brewster Winkel und die minimale Reflektion suchen.

Statt 2x λ/4 würde ich einmal λ/2 nehmen, falls du da was passendes hast, das ist eine Fehlerquelle weniger. Oder auch mal mit einem Fresnell Rhombus versuchen (sofern vorhanden).

stoppi
Beiträge: 227
Registriert: Fr 17 Feb, 2006 11:33 am
Wohnort: Graz, Austria

Re: Polarisationsverhältnis - Argon-Ionen-Laser

Beitrag von stoppi » Mo 22 Okt, 2012 8:47 pm

Hallo!

Wenn dein linear polarisiertes Licht auf ein λ/4-Plättchen trifft dann entsteht dahinter je nach Ausrichtung des Plättchens zu deiner Eingangspolarisationsebene entweder dein unverändertes linear polarisiertes (S1 oder S2 = 0), elliptisch polarisiertes (S1 ungleich S2 aber beide > 0) oder bei genau gleichen Intensitäten des ordentlichen bzw. außerordentlichen Strahls (S1 = S2) zirkular polarisiertes Licht.

Trifft nun z.B. dieses zirkular polarisierte Licht auf das zweite λ/4-Plättchen, dann entsteht immer linear polarisiertes Licht, egal wie du das zweite λ/4-Plättchen anordnest. Das kannst du drehen wie du möchtest, dies hat keinen Einfluss auf den linear polarisierten Ausgang. Dieses linear polarisierte Licht steht dann genau senkrecht zum Einfallenden. Den gleichen Effekt würdest du auch mit einem λ/2-Plättchen bewirken.

Trifft aber elliptisch polarisierte Licht auf das zweite λ/4-Plättchen, so erhältst du zwar auch wieder linear polarisiertes Licht, aber dieses steht nicht mehr genau senkrecht zum einfallenden linear polarisierten Licht.

Trifft linear polarisiertes Licht auf das zweite λ/4-Plättchen hast du wieder je nach Ausrichtung genau die 3 Möglichkeiten: linear polarisiertes, elliptisch oder eben zirkular polarisiertes Licht, aber diesmal hinter dem zweiten λ/4-Plättchen...

P.S.: Hänge noch einige Photos meiner vor Urzeiten mit Turbo Pascal selbst programmierten 3D-Darstellung der Doppelbrechung an :wink:
Du hast keine ausreichende Berechtigung, um die Dateianhänge dieses Beitrags anzusehen.
Der größte Idiot kann mehr Fragen stellen als der Schlaueste je zu beantworten vermag.

2ndsky
Beiträge: 5
Registriert: Sa 20 Okt, 2012 10:41 am
Do you already have Laser-Equipment?: Nd:YAG-Laser - optisches Messgerät zur Messung von Partikelgrößen
water cooled argon ion laser - Phase Doppler Anemometry

Re: Polarisationsverhältnis - Argon-Ionen-Laser

Beitrag von 2ndsky » Di 23 Okt, 2012 4:07 pm

Erstmals vielen Dank für die ausführliche Hilfe von euch.

Meine Laser- und Optikkenntnis sind leider derzeit noch nicht die besten. Daher muss ich zuerst ein paar Grundsätzliche Fragen stellen:

Für den Fall das ich linear polarisiertes Laserlicht habe, welches einen bestimmten Winkel beta zur Achse senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes hat (z.B. beta 45°), setzt sich dieses polarisierte Licht aus einem horizontal und vertikal polarisierten Anteil zusammen. Ist dieser Winkel beta = 0° habe ich nur vertikal linear polarisiertes Licht. Ist der Winkel 90° habe ich ausschließlich horizontal polarisiertes Licht. Ist diese Annahme richtig?

Für den Fall das mein Verständnis über linear polarisiertes Licht korrekt ist habe ich folgendes Gedankenexperiment:

Folgende Annahme:
- Ich habe Laserlicht mit ausschließlich vertikal linear polarisiertem Licht!
- lamda/2 - Blättchen

Trifft der Laserstrahl in einem Winkel von 45 ° auf das lamda/2 Blättchen dann befindet sich doch hinterm lamda/2 Blättchen ausschließlich horizontal polarisiertes Laserlicht. Ist der Winkel jedoch kleiner 45° erhalte ich doch auf der anderen Seite des lamda/2 Blättchen linear polarisiertes Licht mit sowohl einem horizontalen und auch vertikalen Anteil. Ist dieses Verständnis meinerseits ebenfalls korrekt?

@Dr. Ulli:
Was wäre ein gutes Polarisationsverhältnis? Das Polarisationsverhältnis beschreibt doch den Anteil an horizontalem und vertikal polarisiertem Licht? Ist es überhaupt möglich einen rein horizontal oder rein vertikal polarisiertes Laserlicht zu erhalten? (also ohne irgendwelche Filter?)

Über Kommentare von euch welches mein Verständnis bestätigen bzw. dementieren freue ich mich.

Vielen Dank!

2ndsky
Beiträge: 5
Registriert: Sa 20 Okt, 2012 10:41 am
Do you already have Laser-Equipment?: Nd:YAG-Laser - optisches Messgerät zur Messung von Partikelgrößen
water cooled argon ion laser - Phase Doppler Anemometry

Re: Polarisationsverhältnis - Argon-Ionen-Laser

Beitrag von 2ndsky » Mi 24 Okt, 2012 11:18 am

Hallo Dr. Ulli,

vielen Dank. Mittlerweile habe ich jetzt ein besseres Verständnis bezüglich Verzögerungsplatten und Polarisation.

Der Hersteller meines PDA - Systems erklärte mir mittlerweile (neue Verwirrung meinerseits) das die Drehung der Polarisationsrichtung von linear vertikal (Austritt Argon-Laser) gar nicht mittels eines lamda/2 - Blättchen erfolgt sondern lediglich über die Drehung eines "Single Mode Fibre mit Polarisationserhaltung um 90°. Ist das Überhaupt möglich. Meinem Verständnis nach handelt es sich bei einem SMF lediglich um eine polarisationserhaltende Faser (Polarisationsrichtung am Eintritt = Polarisationsrichtung am Austritt). D.h. benötige ich doch in jedem Fall ein lamda/2 Blättchen am Eintritt in die Faser!? Oder kann die Drehung des linear polarisierten Laserlichts von vertikal auf horizontal auch durch Drehung der SMF um 90° erfolgen?

Vielen Dank

Benutzeravatar
floh
Beiträge: 2406
Registriert: Mo 04 Feb, 2002 12:00 pm
Do you already have Laser-Equipment?: Lexel 88, Compass 315, diverse HeNe und eine Menge Kleinkram.
Wohnort: Ostschweiz
Kontaktdaten:

Re: Polarisationsverhältnis - Argon-Ionen-Laser

Beitrag von floh » Mi 24 Okt, 2012 6:25 pm

Es gibt fixfertige Polarisationsdreher für Fasern, bei den üblichen Verdächtigen für Faserzeugs gibts die zu kaufen. Im Prinzip wird nur die Faser um 90° verdreht. Die Dinger sind einfach so gebaut, dass sie an mehreren Stellen (2-3) um jeweils maximal 30° bzw. 45°gedreht wird.

2ndsky
Beiträge: 5
Registriert: Sa 20 Okt, 2012 10:41 am
Do you already have Laser-Equipment?: Nd:YAG-Laser - optisches Messgerät zur Messung von Partikelgrößen
water cooled argon ion laser - Phase Doppler Anemometry

Re: Polarisationsverhältnis - Argon-Ionen-Laser

Beitrag von 2ndsky » Do 25 Okt, 2012 10:09 am

Genau so einen Polfilter habe ich mir bestellt und hoffe somit die Polarisationsrichtung meines Strahls herauszufinden.

Ich habe euch ein Foto des entsprechenden optischen Aufbaus mit angehängt. Laut Hersteller ermöglicht die Drehung des "Polarization rings" (Skizze) um 90 ° die Drehung der Polarisationsrichtung des Eintretenden Laserstrahls um 90°. Dabei dreht sich die Faser um 90 ° mit (d.h. die Faser wird in sich verdreht). Wie im vorletzten Beitrag bereits schon erwähnt wird die Drehung der Polarisation laut Hersteller dabei lediglich durch Torsion der Single Mode Faser realisiert. Ist das physikalisch überhaupt möglich?

Kann jemand von euch etwas mit den beiden Symbolen auf dem „Polarization Ring“ anfangen (über Pfeile markiert). Das offene Quadrat und das geschlossene Quadrat befinden sich genau gegenüber. Haben diese Symbole evt. etwas mit der Spannungsachse der Single Mode Faser zu tun?

Leider bekomme ich vom Hersteller keine detailliertere Aussage und bin somit sehr froh über Hilfe und Kommentare von euch. Vielen Dank.

Gruß
PDA Fibre Optics_1024px.jpg
Moderation by floh: Ich war mal so frei das Bild kleiner zu machen (1024px breit ist es jetzt). Sollten dabei wichtige Details verloren gegangen sein, bitte den entsprechenden Ausschnitt nochmals posten. Breiter als 800px sollte die Ausnahme sein.
Du hast keine ausreichende Berechtigung, um die Dateianhänge dieses Beitrags anzusehen.

2ndsky
Beiträge: 5
Registriert: Sa 20 Okt, 2012 10:41 am
Do you already have Laser-Equipment?: Nd:YAG-Laser - optisches Messgerät zur Messung von Partikelgrößen
water cooled argon ion laser - Phase Doppler Anemometry

Re: Polarisationsverhältnis - Argon-Ionen-Laser

Beitrag von 2ndsky » Do 25 Okt, 2012 5:53 pm

Sry, war keine Absicht :).

Gedreht wird jedoch am Eintritt der SMF. Laut Literatur muss bei polarisationserhaltende SMF Licht mit einer Polarisation parallel zur Spannungsachse in die Faser gekoppelt werden. Ansonsten wird elliptisch pollarisiertes licht erhalten. Würde die Faser am Austritt um 90 ° gedreht; würde ich das ja noch verstehen...
Kennt jemand die Symbole auf den Polarisatoren?

Gruß

Antworten

Zurück zu „Laserphysik“

Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 4 Gäste