MZB Berechnung fs Laser

[Azzuen]

Hallo Community,

ich habe schon einige Beiträge zum Thema MZB Wert Berechnung gefunden.

Jedoch würde es mich sehr interessieren wie ich den Wert für meinen Laser bestimmen kann.
Es ist ein faserbasierter fs Laser.

In der Kavität läuft 980nm um und 1550nm werden als Puls durch Modenkopplung ausgekoppelt.

Könnte mir dabei jemand behilflich sein?


Liebe Grüße

[ekkard]

Ja, vielleicht! Du müsstest mir aber ein paar mehr Daten liefern. Für jede Wellenlängen, die nach außen gesandt wird, braucht man dazu:
die Pulsdauer, die Impulsleistung und die Wiederholfrequenz (bei unregelmäßigen Impulsfolgen andere Angaben zur Modulation). Statt der Impulsleistung genügt bei bekanntem Impuls/Pause-Verhältnis auch die mittlere Leistung.

"Vielleicht" deshalb, weil der Femtosekundenbereich (10^-15s) in der Norm eigentlich nicht vorkommt. Man kann aber so ähnlich argumentieren, wie dies in den Anmerkungen unterhalb der Tabelle A.1 der DIN EN 60825-1:2008-05 geschieht.

[Azzuen]

Lieben Dank für die schnelle Antwort.

Da fs eigentlich Stand der Technik sind wundert es mich, dass diese nicht in die Tabelle aufgenommen werden. Aber das liegt nicht an mir zu entscheiden.
Die 1550nm haben eine Pulsdauer von 70fs, eine Repetitionsrate von 48MHz und eine Pulsenergie von 377pJ. Die 980nm werden zum Pumpen genutzt sind also cw mit 35mW vorhanden.
Es wäre fantastisch, wenn du mir die Berechnung zusenden/posten könntest.

Liebe Grüße

[VDX]

... üblicherweise wird die Pump-Wellenlänge vom Austrittsfenster geblockt - was von den 980nm kommt vorne tatsächlich noch raus?

Viktor

[ekkard]

Wie auch immer, die beiden Bestrahlungen sind getrennt zu betrachten (Additivität nur für die Haut, nicht fürs Auge, Tabelle 2, S. 35 der Norm DIN EN 60825-1:2008). Bei dem, was sich hier ergibt, dürfte die Haut das kleinere Problem sein.

Betrachten wir also das Auge bei 1550 nm, einem regelmäßigen Impulszug von 48 Mhz und Impulse von 70 fs (1 Femtosekunde = 10^-15s). Für diese kurzen Impulse (rund 14 Wellenzüge) gilt unterhalb 1 ns eine maximal zulässige Bestrahlungsstärke von 10^13 W/m². Der Grund dafür: Oberhalb gewisser Feldstärken ergeben sich Durchbruchsströme und/oder Ionisation. Es kommt also für die Wirkung gar nicht mehr so sehr auf die Dauer und Energie (thermische Wirkung) der Impulse als vielmehr auf ihre Spitzenfeldstärken an.
Die Impulsenergie wurde mit 377 pJ angegeben. Geteilt durch die Impulsdauer ergibt sich eine Spitzenleistung von 5,386 kW. Diese ist auf die bestrahlte Fläche zu beziehen. Nehmen wir einen kollimierten Strahl, dann ist die maßgebliche Fläche die vorgeschriebene Messblende von 7 mm Durchmesser (Querschnittsfläche = 38,48x10^-6 m²). Also ergibt sich eine Bestrahlungsstärke während des Einzelimpulses von 5,368 kW/38,48*10^-6m² = 1,399x10^8 W/m². Die maximal zulässige Bestrahlung (10^13 W/m²) wird pro Impuls eingehalten. Aber es ist auch für den Mittelwert dieselbe Überlegung anzustellen.

Betrachten wir nun den Mittelwert:
Dieser ergibt sich aus der Einzelenergie durch Multiplikation mit der Wiederholfrequenz (48 MHz) und Bezug auf die Blendenfläche.
Mittlere Bestrahlungsstärke = 377 pJ * 48 MHz / 38,48*10^-6 m² = 470 W/m² (470,27). Für die Dauerbestrahlung gilt eine maximal zulässige Bestrahlungsstärke von 1000 W/m². Dieser Wert wird eingehalten.

Ich höre mal an dieser Stelle auf. Bei Rückfragen können wir weitere Überlegungen anstellen. Ich möchte auch, dass ihr die Berechnungen prüft. Bei den vielen Zehnerpotenzen kann man auch mal "daneben" liegen.

Die Prüfung des während der Zeitdauer Ti =10 s (Tabelle 3, S. 38)zusammen gefassten Impulses muss ich mal genauer durchdenken. Möglicherweise führt diese Betrachtung zu einer Überschreitung. Ich melde mich dann wieder.

[ekkard]

Gleicher Wellenlängenbereich wie vor und "reduziertes Einzelimpulskriterium":

Die Norm sagt dazu das Folgende: "
C5 nur für Einzelimpulse von Dauern unter 0,25 s anwendbar.
Treten während der Zeitdauer Ti (siehe Tabelle 3) Mehrfachimpulse auf, dann werden sie, um N zu
bestimmen, als ein einziger Impuls gezählt und die Energien der einzelnen Impulse werden zum
Vergleich mit dem GZS für Ti addiert."
Die Zeit Ti für die Wellenlänge von 1550n beträgt nach Tabelle 3: 10 s.
(C5 wird nicht berechnet, bzw. ist 1)
Wir addieren also 48*10^6 * 10s * 377pJ auf = 0,181 J
Dies beziehen wir auf die Blende von 7 mm Durchmesser (38,5*10^-6 m²)-->4703J/m²
Die maximal zulässige Bestrahlungsstärke bei 10 s beträgt: 1000 W/m². Wir müssen die Energie also noch auf 10 s beziehen.
Somit bleiben 470,3 W/m². Dieser Wert liegt deutlich unter 1000 W/m².

Im vorliegenden Fall führt das reduzierte Einzelimpulskriterium zu keinen neuen Erkenntnissen, wie ich mir das schon gedacht hatte, aber gestern Abend nicht mehr hinschreiben wollte.
Ich hoffe, du kannst das nachvollziehen?

[ekkard]

... üblicherweise wird die Pump-Wellenlänge vom Austrittsfenster geblockt - was von den 980nm kommt vorne tatsächlich noch raus?

Viktor

35 mW: Die vorstehende Frage bleibt. Auch wäre zu prüfen, wie groß die Divergenz der Pumpstrahlung ist. Davon hängt ab, wie viel Leistung pro m² im Außenraum herum schwirrt. 35 mW kollimiert = Klasse 3B = ungesund!