CMOS als Beam Profiler?

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CMOS als Beam Profiler?

Beitragvon andal » Mo 02 Jun, 2014 4:03 pm

Hallo Community,

ich stehe vor der Aufgabe den Durchmesser eines Fokussierten Strahls zu vermessen.
Da ich leider keinen symmetrischen Gauß zu erwarten habe, wollte ich hierzu eine Beamcam besorgen.
Leider haben die meisten Beam Cams eine Auflösung >5-10µm, weshalb ich daran gedacht hab mir eine CMOS Kamera zu besorgen und die Bilder manuell mit origin auswerte.

Meine Frage ist nun, eigenen sich S/W CMOS Kameras für solche Anwendungen?
Praktisch wäre es, da es solche mit Pixelgrößen von unter 2µm gibt, aber mich wundert es nur, warum es keine kommerziellen Beamprofiler mit diesen Sensoren gibt...
Die meisten haben CCDs oder CMOSs mit größeren Pixeln.
Auch habe ich gelesen, dass jeder Pixel bei der CMOS Technik eine eigene Verstärkung besitzt. Ist der dadurch bedingte Unterschied in der Verstärkung so groß, dass kleine Profile (wenig belichtete Pixel) falsch dargestellt werden?
Hat jemand evtl. Erfahrungen?

Ein paar Eckdaten zum Laser:
lambda = 975nm
2W_0 ~ 20µm (Erwartungswert)
Gepulste Diode (f und E lassen sich deshalb leicht einstellen)

Schon einmal vielen Dank!
lg Andi

PS: Sorry falls dies die falsche Kategorie ist, aber ich konnte mich nicht entscheiden in welche es sonst soll ;)
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Re: CMOS als Beam Profiler?

Beitragvon Hatschi » Mo 02 Jun, 2014 6:01 pm

Halli Hallo

Tja, das liegt wohl an dem kleinen Dynamikumfang der üblichen CMOS/CCD.

Die großen neunen "Nikon"Sensoren haben immerhin über 14 Blenden, die großen Canon nur etwas über 11, und Billigsensoren schon mal nur 6.

Würde es mit der Belichtungszeit des Sensors hinhauen so wird wegen der fehlenden Dynamik entweder die Mitte komplett überstrahlt sein oder die Außenbereiche nur noch Schwarz.
Selbst mit 100mW würde das nix werden.

Ich warte auch schon sehnsüchtig auf die Sensoren bei denen jedes Pixel verschieden belichtet werden kann, vorgestellt wurde ja schon mal was vor einigen Jahren.

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Re: CMOS als Beam Profiler?

Beitragvon undineSpektrum » Mo 02 Jun, 2014 6:03 pm

Hallo,

um deine Frage
Zitat anfang
andal hat geschrieben:Meine Frage ist nun, eigenen sich S/W CMOS Kameras für solche Anwendungen?

Zita ende...

zu beantworten : Grundsätzlich ja...
Wenn eine direkte Aufnahme des Strahlprofils bei 975 nm stattfinden soll so werden hier meistens Optiken wie z.B. Teleskope zur Vergrößerung des Strahlprofils benutzt - dann ist die Anforderung an die Größe der Sensorelemente gar nicht mehr so groß - es sei denn das ist aus irgendeinem Grund bei Deinen Messungen nicht erwünscht oder nicht möglich... :)
Bei der Wellenlänge sind auch noch normale Glasoptiken möglichen, wie sie im vis-Bereich verwendet werden.
Ich habe selber mit dieser Wellenlänge vor etwas längerer Zeit und im Rahmen eines Schulprojektes gearbeitet. Für die Aufweitung reichte da sogar ein altes Teleobjektiv. :freak:
Wahrscheinlich nimmst Du aus Kostengründen von einem kommerziellen Strahlprofilanalysesystem Abstand.(?)
Für viele Anwendungen mit der besagten Aufweitungsoptik geht die Strahlprofilanalyse mit einer gewöhnlichen web-cam - gerade im nahen Infrarotbereich. :freak:
Ob dies für Dich in Hinblick auf Genauigkeit und Flexibilität allerdings eine Lösung ist kann ich nicht beurteilen, weil ich nicht weiss, was Du beobachten / Vermessen willst und ggf. mit welchem Hintergrund... :wink:

Im Rahmen des Schulprojektes ging es darum mit einem Diodenlaser dieser Wellenlänge den Poisson-Fleck im infraroten Spektralbereich zu beobachten und diesen ggf. zur Fokussierung für Materialbearbeitung zu nutzen... -> Entwickelung einer einfachen, diffraktiven Optik

Vielleicht soviel mal dazu.

Grüße,

Undine
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Re: CMOS als Beam Profiler?

Beitragvon andal » Di 03 Jun, 2014 2:39 pm

Hallo,

Danke euch zwei!
Ich muss zugeben, vor lauter Pixelgröße habe ich nicht an den geringen Dynamikumfang der Sensoren gedacht :roll:
Wobei das für meine Anwendung evtl. nicht gar so tragisch wäre, da ich den Fokus eines Super-Gauß/Top-Head Strahles vermessen möchte (Abbild eines multimode Faserendes).

Ein Teleskop wollte ich nicht verwenden, da ich hier die Befürchtung haben, dass der Fehler beim zurück rechnen auf die tatsächliche Fokusgröße doch größer sein könnte.
Allerdings fehlt mir hier auch die Erfahrung, was würdet ihr schätzen in welcher Größenordnung sich der Fehler bewegt?

Ich werde mich dann doch wohl lieber nach einem scanning slit profiler umsehen.

Ziel des Projektes ist es übrigens eine Multimodefaser (~100µm) möglichst klein fokussiert zu bekommen und die Spotgröße dann zu vermessen (für Materialverarbeitung).

Kennt ihr noch andere Methoden, die bei diesen Spotgrößen möglich sind?

Gruß,
Andi

PS: @Undine Am liebsten wäre mir natürlich ein kommerzieller guter knife-edge profiler, allerdings liegen diese wirklich weit außerhalb meiner finanziellen Mittel :wink:
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Re: CMOS als Beam Profiler?

Beitragvon Hatschi » Di 03 Jun, 2014 7:29 pm

Halli Hallo

Nimm doch mal probeweise eine ausrangierte GuckiDrucki zum porbieren ob es eventuell für deine Zwecke reicht.
Eventuell auch eine Vorrichtung mit einer Platte auf der der Laserspot ist und die Kamera fix in einem Winkel draufschaut.
So könntest du die Verzerrung durch den Winkel einfach rausrechnen in dem du auf der Platte Markierungen (oder Milimeterpapier) hast.
Auch könntest du merhere Bilder mit unterschidlicher Belichtung für eine höhere Dynamik machen und so auf die Bestrahlungsstärke rückrechnen/aufrechnen.

Nur mal so als Idee.

Hatschi
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