Berechnung der NOHD für einen gepulsten Laser

[Almaviva]

Liebe Mitstreiter,

dies ist mein erstes Thema in diesem Forum und ich hoffe auf konstruktive und zielführende Diskussionen

Das Thema, welches mich seit kurzem beschäftigt, ist die Berechnung der NOHD für einen gepulsten Laser.

Fregestellung:

wir haben vor, einen gepulsten Laser im Freien einzusetzen (Forschungsprojekt) und wollen den Bereich abgrenzen, der nicht betreten werden darf (mit Flatterband und entsprechender Beschilderung). Dafür wollte ich die NOHD bestimmen und als Radius des Kreises um den Laser nehmen. Der Laserstrahl hat einen effektiven Durchmesser am Austritt von 4 mm. Der Strahl wird mittels einer Optik auf einen Punkt fokussiert. Wir versuchen unterschiedliche Materialien im Fokus zu schneiden. Es kann folglich sein, dass wir auf ein reflektierendes Material fokussieren und der Strahl im worst case zu 100% in irgendeine Richtung reflektiert wird. Die Divergenz haben wir noch nicht berechnet (da frage ich mich, was eigentlich mehr Sinn macht - die Divergenz am Austritt oder nach dem Fokus?). Wie kann ich denn nun die NOHD berechnen?! Die DIN EN 60825-1 liegt mir vor, ich verliere mich aber in ihr...

Laserdaten:

Wellenlänge: 532 nm
Pulsenergie: 1.5 mJ
mittlere Leistung: 3 W
Repetitionsrate: 10 Einzelpulse pro burst, Burstrate 200 Hz
Zeitlicher Abstand Einzelpulse im burst: ca. 40 µs
Dauer Burst: ca. 400 µs
Pulsdauer: ca. 3 – 5 ns
Effektiver Strahldurchmesser am Ausgang: 4 mm
Divergenz: ?

Frage:

Wie ist die richtige Vorgehensweise, um aus den bekannten Daten die NOHD zu berechnen?

Vielen Dank im Voraus!

[ekkard]

Es gibt in der DIN EN 60825 Teil 1 irgendwo die Berechnung des NOHD. Die durch zu ackern ist nicht ganz so einfach. Insbesondere dann nicht, wenn man die Divergenz nicht kennt.

Nach meiner Erfahrung sind Schneid-Lasereinrichtungen so justiert, dass sie in einigen cm Entfernung schneiden. Danach läuft der Strahl auseinander, genau so, wie er zuvor auf den Fokus zugelaufen ist. Durch die (üblicherweise relativ) große Divergenz nimmt die Gefahr nach dem Fokus vergleichsweise schnell ab.

Wie groß ist denn die Brennweite der Optik? Aus den 4 mm Strahldurchmesser und der Brennweite kann man die Divergenz zumindest abschätzen.

Was meinst du mit "effektivem Durchmesser". Schau mal in die Unterlagen, was der angegebene Durchmesser meint: Die (1-1/e)-, 1/e² oder die Abnahme auf 50% der Strahlungsleisung. Ansonsten muss man mit einem Sicherheitszuschlag rechnen. Das liegt daran, dass die Norm den (kleineren) (1-1/e)-Wert der Leistung meint.

Dann gibt es noch ein paar Fallstricke: Bei gepulsten Lasern kann man das o. erwähnte Rechnenverfahren nicht anwenden. Man berechnet deshalb eine Reihe von Bestrahlungswerten in verschiedenen Abständen und schaut, wo die maximal zulässige Bestrahlung unterschritten wird = NOHD für diesen Fall.
Ich bin gerne bereit, die Berechnungen vorzuführen. Allerdings brauche ich dazu die o. g. Divergenz, möglicherweise die Art der Strahlbewegung (falls eine solche existiert).
Soviel erst einmal ...

[guido]

OT, aber was willst du mit 532nm und der Leistung schneiden ??

[Almaviva]

Hallo Ekkard,

vielen Dank für Deine Antwort. Inzwischen habe ich gar nicht mehr damit gerechnet, dass jemand zurückschreibt Warum kann man denn die Formel nicht anwenden? Ich müsste doch eigentlich "nur" die passenden MZB Werte ablesen und einsetzen. Ich gehe davon aus, dass ich für meinen Fall 3 unterschiedliche Berechnungen durchführen muss - eine für einen EInzelpuls, eine für einen Burst und eine für die maximal denkbare Einwirkzeit (in unserem Fall 600s).

Wie groß ist denn die Brennweite der Optik? Aus den 4 mm Strahldurchmesser und der Brennweite kann man die Divergenz zumindest abschätzen.

- inzwischen habe ich die Divergenz berechnet - 16 mrad. Wir haben die Spotgröße im Fokus bestimmt und in 10 cm Entfernung - daraus die Divergenz errechnet.

Allerdings brauche ich dazu die o. g. Divergenz, möglicherweise die Art der Strahlbewegung (falls eine solche existiert).

zur Zeit bewegen wir die Probe und nicht den Laser.

Ich würde mich auf jeden Fall sehr freuen, mit Dir den Rechenweg besprechen zu können!

Danke im Voraus!

[Almaviva]

OT, aber was willst du mit 532nm und der Leistung schneiden ??

Typische Verpackungsmaterialien wie Alu, Polymere, Pappe, Echt- und Kunstleder...

[ekkard]

Inzwischen habe ich gar nicht mehr damit gerechnet, dass jemand zurückschreibt

Nun, das liegt an der Forensoftware, die mir die Benachrichtigung erst vorgestern zugeleitet hat. Sorry!

Warum kann man denn die Formel nicht anwenden? Ich müsste doch eigentlich "nur" die passenden MZB Werte ablesen und einsetzen. Ich gehe davon aus, dass ich für meinen Fall 3 unterschiedliche Berechnungen durchführen muss - eine für einen EInzelpuls, eine für einen Burst und eine für die maximal denkbare Einwirkzeit (in unserem Fall 600s).

Ich habe die Berechnungen schon öfter mit der Formel versucht, bin aber bei Impulslasern nicht recht voran gekommen. Beim Mittelwertkriterium wird es funktionieren. Nun, gut, ich kann mich irren und habe etwas übersehen. Versuchs halt mal selbst. Was du schreibst klingt plausibel. Das ungünstigste (Impulsgruppen-) Kriterium bestimmt den Nominal Ocular Hazard Distance (NOHD).

- inzwischen habe ich die Divergenz berechnet - 16 mrad. Wir haben die Spotgröße im Fokus bestimmt und in 10 cm Entfernung - daraus die Divergenz errechnet.
...
zur Zeit bewegen wir die Probe und nicht den Laser.

Ich würde mich auf jeden Fall sehr freuen, mit Dir den Rechenweg besprechen zu können!

Dann mach mal! Kannst ja die PN-Funktion verwenden oder unsere "Send an email" in meinem Profil. Es genügt im ersten Anlauf eine Email dieser Art, dann kann ich dir meine private Emailadresse zusenden. Damit ist es einfacher, beispielsweise gescannte Seiten hin und her zu schicken. Du kannst auch mal auf http://www.lasersafe.de gucken. Dort steht meine Emailadresse auch rechts oben.
Das abgestimmte Endergebnis können wir ja anonymisieren und hier posten.