Ich schrubselte soeben:
Ouuups. Das sollte
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-- Kai-Martin Knaak kmkn@tem-messtechnik.de gpg-key: http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=kai-martin&op=index&exact=on
kai-martin knaak schrieb im Beitrag ...
Also: Das Muster des defekten Halbleiterlasers ist das Muster von Multimoden, also ist der garantiert nicht mehr TEM00 oder TEM01, sondern aehnelt eher mehreren leicht gegeneinander geneigten sich ueberlagernden guten Lasern.
Speckles gibt es sobald schon ein bischen kohaerentes Licht da ist, ob single mode oder multi mode ist egal, aber die Oberflaeche muss geeignet sein (eher kristallin als matt)
Das waere die physikalische Erklaerung von Speckles, aber "partially coherent" bezog sich auf die Lichtquelle. Die meinen damit multi mode denk ich.
Das war nicht das Problem, die Aufweitung gelingt einfacher als bei HeNe.
Du meinst das ist die Ursache, warum bei 30 sec Belichtung mit 3mW Halbleiter- Laser 650nm kein Bild entstand, das bei demselben Aufbau in 10 sec mit 5mW 635nm HeNe (leidlich muss ich leider sagen) gelang ? Weil in den 30 sec die Freqeunz und damit die Position der Interferenze der Lichtwellenberge und -taeler so weit wandert, das das Bild verschwimmt ? Zu beheben durch TempReglung und Stromreglung ? Schade das man es nicht mehr ausprobieren kann, weil es das empfindliche Agfa Holographiepapier nicht mehr gibt. Auf der anderen Seite sind selbst 100mW inzwischen erschwinglich...
So, wir wissen aber immer noch nicht, ob Heins nun nur Speckles oder das multi-mode-Bild einer wie oben zerschossenen Laserdiode sieht.
-- Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/ de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/ Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask. Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.
MaWin schrieb:
635nmIch glaube nicht, daß Du mit einer Wald-und-Wiesen-Diode und Standard Stromquelle überhaupt sowas wie Kohärenzlänge hinkriegst.
Wäre interessant, mal ein 'Kontaktholo' damit herzustellen. Über ein paar mm geht das vielleicht.
Es gibt günstiges und gutes Material aus Russland.
- Carsten
-- Audio Visual Systems fon: +49 (0)2234 601886 Carsten Kurz fax: +49 (0)2234 601887 Von-Werth-Straße 111 email: audiovisual@t-online.de 50259 Pulheim / Germany WGS84:N50°57'50.2" E06°47'28.5"
Auch auf die Gefahr mich zu wiederholen: Die ganz normalen, billigen roten Laserdioden mit einigen mW Leistung, die man bei Reichelt und Roithner bekommt, arbeiten im oberen Strombereich Single-Mode. Das habe ich nicht nur gehört, oder vagen Datenblättern entnommen, sondern nutze es an meinem Arbeitsplatz. Genaugenommen bauen wir Geräte, die unter anderem die Single-Mode-Eigenschaft messen :-)
Was ist schon "Standard"? Wenn die Stromquelle ein eigenes Gerät ist und als Dioden-Stromtreiber entwickelt wurde, ist Stabilität kein Problem. Ansonsten kochen diese Geräte auch nur mit Wasser. Sie messen den aktuellen Strom über einen Shunt-Widerstand und nutzen das Signal in der Rückkopplung einer Treiber-Endstufe bestehend aus einem FET und einem Operationsverstärker. Der Großteil der restlichen Schaltung besteht aus Sicherheits-Schaltungen und Bedien-Elementen, die das Gerät narrensicher werden lassen -- schnelle Strombegrenzung, verzögerter Einschaltvorgang, Anpassung an verschiedene Diodenpolung, Filter gegen Netzspitzen undsoweiter.
Wenn es auf Frequenz-Stabilität ankommt ist eine Regelung auf die durch die integrierte Photodiode gemessene Leistung eher ungünstig.
Ein extrem primitiver Stromtreiber, bestehend aus einem passenden Widerstand und einem Akku ist übrigens in Bezug auf Kurzzeit-Stabilität nur schwer zu schlagen ;-)
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Also Zebrastreifen? Ich dachte, es wären konzentrische Kreise. Es gibt nicht nur die TEM-Moden, die sich in mehr oder weniger vielen nebeneinander liegenden Flecken äußern. Das sind die Hermite-Gauss Moden. Dazu kommen noch die Laguerre-Gauss Moden, die im Grunde die Erweiterung des Hermite-Konzepts ins Komplexe sind.
Eben habe ich eine gute Website dazu gefunden:
Jupp. Genau so meinte ich das.
Die Leistungsdioden leuchten aber im Infraroten, wo das Photopapier nicht mehr so richtig empfindlich ist. Außerdem sind die erschwinglichen Dioden mit 100mW im Zweifelsfall Multimode-Dinger, auf halbem Weg zum Leucht-Balken.
Ach ja. Das OP gibt es ja auch noch :) Er schreibt etwas von "den tollsten Interferenzmustern". Das dürften ziemlich sicher Speckles sein, denn die haben hohen Kontrast und wandern und bewegen sich ganz anders als man es von Taschenlampenlicht gewöhnt ist. Ein Multimode-Strahl sieht dagegen langweilig aus. Sein Hauptproblem besteht darin, dass ihm nicht klar war, dass er eine Kollimationslinse braucht, wenn er einen kollimierten Strahl quer durchs Labor schicken will. Aber das wurde ja schon mehrfach bemerkt --- Schade, dass er sich nicht wieder gemeldet hat.
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Kaum. Der typische HeNe läuft auf >=3 longitudinalen Moden. Die Ne-Verstärkungsbandbreite ist durch den Dopplereffekt etwa 1.2 GHz breit. Die Kohärenzlänge ist damit wenige cm bis dm. Single-Mode HeNe sind aufwändig, teuer (Faktor 10 oder so) und eher selten. Sie benötigen elektronische Regelung der Cavitylänge und polarisations- abhängige Photodioden und möglichst isotopenreines Neon (Ne-20) und und und.
-- mfg Rolf Bombach
Die natürliche Lebensdauer eines angeregten Farbstoffmoleküls ist einige Pikosekunden. Die Verstärkungsbandbreite mehrere Nanometer. Trotzdem kann man Farbstofflaser bauen/kaufen mit einer Bandbreite von
Hi!
Oops, sorry, die Lebensdauer war doch nicht direkt drin.
Klar, das bestreite ich doch am wenigsten :-)
Aber hallo, und sogar quadratisch!
Und in zweiter Näherung kann mans nachrechnen (...got the t-shirt) :-))
Bei einem passiven Resonator der Länge l mit Brechungsindex n ergibt sich ein freier Spektralbereich von
f_sr = c / 2 n l
und mit der Reflektivität R durch die Resonatorgüte eine Halbwertsbreite der einzelnen Moden von
f_cav = f_sr (1-R) / (pi sqrt(R)).
Das ist jetzt die Halbwertsbreite des nackten Resonators. Für einen Laser in eben diesem Resonator, mit Leistung P und Frequenz f_laser ergibt sich nach Schawlow-Townes eine Linienbreite von mindestens
f_linie = 2 pi h f_laser (f_cav)^2 / P
Siehe auch S.230 in Meschede; "Optik, Licht und Laser"; Leipzig 1999 Teubner, ISBN
3-519-03248-1Gruß, Michael.
Hi!
Das meinte ich mit "kommt auf die Zielgruppe an" und erklärt, warum manche hier eben Angaben der Kohärenzlänge von wenigen dm (begrenzt durch longitudinal multimodig) oder mehrere 100m (singlemodig, begrenzt durch Schawlow-Townes) finden.
Gruß, Michael.
kai-martin knaak schrieb:
Und was bedeutet das jetzt bitte in Bezug auf die Kohärenzlänge?
Solche simplen Aufbauten dürften bestenfalls das erreichen, was Gabor mit seinen Gaslampen hingekriegt hat.
- Carsten
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Hi!
Eine typische DFB-Diode (mit schmalbandigen Interferenz-Filtern (Bragg-Gittern) als "Spiegel") läuft per se singlemodig. Typische Bandbreiten liegen im Bereich 1..5MHz so bei 10mW, das ist die rein _optische_ Bandbreite. Durch Strom- und Temperaturschwankungen schwabbelt die Frequenz dann aber hin und her, ca 10GHz/K und ca
1GHz/mA.Ich hatte mal eine Ansteuerung für Temperatur und Strom aufgebaut, mit Bandgap-Referenz, LT1028 Operationsverstärker, FET-Treiber, Shunt, ordentlicher Stromversorgung und Masseführung. Ein üblicher Telekom- Diodenlaser lief damit auf weniger als 10MHz (über Sekunden) und weniger als 100MHz (über Stunden) stabil.
Das war dann allerdings mitsamt Laser (fasergekoppelt), Netzteil, Anzeigen und Sicherheitsschaltungen ein komplettes 19"-Gehäuse. Mit zwei-Widerständen-und-ein-Transistor-Ansteuerungen aus Laserpointern halt nicht vergleichbar.
Vielleicht transversal single mode, ich glaub das hängt von der Form der Spiegel ab. Bei einer "billigen" (Melles Griot) Röhre ohne Stabilisierung hab ich auch mal den netten Effekt gesehen, daß da zwei Moden unterschiedlicher Polarisation am laufen waren und sich so alle
5 Sekunden abwechselten.Gruß, Michael.
Hier, bei den Elektronik-Spezialisten möchte man vielleicht die Lasertreiber eher selber bauen statt die Euros Tausender-weise bei irgendwelchen High-Tech-Apotheken zu versenken. Dazu gibt es eine SEHR empfehlenswerte Website:
Wer Präzisions-Stromquellen für Diodenlaser selbst bauen will, der könnte sich an den Schaltungen Australischen Quantenoptiker orientieren.
Die anderen Treiber für Peltier- und Piezo-Element erscheinen mir auch sehr vernünftig :-)
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-- Kai-Martin Knaak kmkn@tem-messtechnik.de gpg-key: http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=kai-martin&op=index&exact=on
Hallo Rolf!
Ja, wie schon in der Antwort auf Mawin angedeutet, hatte ich ein etwas verzerrtes Bild vom "typischen" HeNe-Laser.
Es sei denn, man hat im Interferometer-Geschäft zu tun. Da wäre eine Kohärenzlänge im dm-Bereich in vielen Fällen das Ende der Show.
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-- Kai-Martin Knaak kmkn@tem-messtechnik.de gpg-key: http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=kai-martin&op=index&exact=on
Die Formel könnte man jetzt mit ein paar konkreten Zahlen zum Leben erwecken. Bei irgendwelchen praxisnahen Rs und Längen kommt so ungefähr 1 MHz raus, also bereits un-entdämpft (sorry, blödes Wort) haben wir Werte, die sich gerade so in der Praxis des Laserbetriebs erreichen lassen.
Au weia. Das ist _sehr_ theoretisch, so Phasenfluktuationen aufgrund der Photonenstatistik. Was so ein Photon pro Sekunde im Vergleich zur Laserleistung ausmacht. Vergiss es. Gibt was im Mikrohertz-Bereich. Weit vorher wird dir die mechanische und thermische Stabilität des Aufbaus einen Strich durch die Rechnung machen. Auch wenn du unverspiegelte Glasplatten als "Spiegel" verwendest, spielt das für die Bandbreite keine Rolle _in der Praxis_. Das meinte ich damit. (Zum Entsetzen der Physiker hatte ich einen Kopfhörer an die Photodiode gehängt und konnte so einige Quellen von mechanischen Schwingungen ausfindig machen ;-)). Dass rein theoretisch rund 12 (!) Grössenordnungen darunter andere Limiten auftreten, mag Theoretiker interessieren.
Auch im Demtröder (ebenfalls entsetzt ob des Kopfhörers) auffindbar.
-- mfg Rolf Bombach
Das ist erstaunlich gut.
Ich denke auch, dass die mit single mode einfach TEM00 meinen. Die stabilisierten erkennt man am Preis, 1000+ Euro oder so. MIt guten Nerven kann der ausdauernde Bastler aber auch selber was hinkriegen. Oftmals reicht eine Heizfolie direkt am Glas, ein Polarisationsstrahlteiler, ersatzweise zwei Glasplättchen,
2 Photodioden und einige Opamps. Im Netz sind sicher Bauanleitungen zu finden. Geht natürlich nur mit nicht polarisierten Lasern.Insbesondere kurze HeNes lasern auf recht wenigen Moden. Mit der Aufwärmung des Glasrohrs fahren dann diese Moden unter der Glockenkurve des Verstärkungsprofils durch. Neue kommen, alte gehen, jeweils zwei aufeinanderfolgende sind senkrecht aufeinander polarisiert. Bringt einem zum Wahnsinn, wenn irgendwo eine Glasplatte als Strahlteiler verwendet wird; fast vollständige Modulation des reflektierten Strahls. Auch die Gesamtleistung ist leicht moduliert, wegen definierten Anschwingvorgängen oft leicht stufig, einige % sind schnell passiert. Diese Leistungsoszillationen werden mit zunehmender Erwärmung immer langsamer. Ein EMPA-Profi-Physiker, bereich Messtechnik, wollte ja unbedingt einen HeNe einsetzen, da dessen Ausgangsleistung konstanter sein _müsse_, als diejenige eines billigen Diodenlasers. Das dem nicht so ist, musste ein armes Schwein von Lehrling in der Abschlussprüfung merken :-(. Naja, welcher Physiker hört schon auf einen Chemiker ;-].
-- mfg Rolf Bombach
Hi!
Beim HeNe dürfte der mechanische Aufbau durchaus kritischer sein als Shawlow-Townes, wie Du unten schon schreibst.
Für Diodenlaser hab ichs mal durchgerechnet:
GaAs, Wellenlänge (bei diesem Laser) 852nm, n = 3,5
geschätzt: l = 0,3mm ; R = 0,3 und ca 50mW
Also recht geringe Reflektivität, wie bei Diodenlasern üblich (die Verstärkung machts).
f_sr = 143 GHz
f_cav = 60 GHz
Aufgrund der schwachen Reflektivität ist also die Linienbreite des Resonators schon halb so breit wie der Modenabstand.
Das ergäbe dann ca 100 kHz, aaaaaaber:
Nejnej, jetzt kommts erst, hab ich vorhin noch unterschlagen :-) Im Halbleiter hat man eine Kopplung zwischen Amplituden- und Phasenrauschen durch den Effekt Ladungsträgerkonzentration ->
effektiver BI -> effektive Resonatorlänge. Also über den gleichen Weg, wie auch durch den Strom bewirkt wird. Die Bandbreite wird größer mit
f_linie' = f_linie * (1+alpha)² und alpha = 1,5..6 für Halbleiter.
Frag mich aber bloß nicht, wo das alpha jetzt herkommt :-) Hab das vor Jahren mal nachgeschlagen und rausgeschrieben, Meschede dürfte aber ein guter Ansatz sein (hab ich nich hier)....
Na jedenfalls liegen wir mit dem worst case, also alpha = 6, dann bei ca
f_linie' = 4 MHz
Und das ist denke ich ziemlich realistisch, um nicht zu sagen großzügig für 50mW.
[Die Theorie...]
Bei HeNe mit großer Baulänge und guten Spiegeln wahrscheinlich ja.
Der HeNe, mit dem ich mal gearbeitet hatte (mit dessen Licht gearbeitet.. nicht drin geschraubt) hat einen Resonator von etwa 40cm, aufgehängt an Invar-Stäben (Glaskeramik, ändert ihre Länge kaum über die Temperatur). Die Röhre hat Brewsterfenster, damit hat sich die Polarisationsfrage erledigt. Achja, stabilisiert auf ne Jod- Absorptionslinie, Sättigungsspektroskopie, also intra-cavity im Laserresonator mit drin - aber der lock-in läuft irgendwo bei wenigen kHz, also gehts da wirklich nur um die Langzeitstabilität.
Ich werd aber morgen mal nachfragen, was das Teil für ne Linienbreite und Stabilität hat.
Bei uns wars wohl schon wichtig, um die Leistungsüberhöhung für die Sättigungsspektroskopie zu haben - inwiefern sich das in "normalen" HeNe auf die Linienbreite auswirkt, kann ich schlecht einschätzen.
Dioden hab ich nie beschallt :-) Aber wie gesagt, bei Dioden (kurze Länge, niedrige Reflektivität) passt die Theorie recht gut - weil...
...die theoretischen Limits schon so bescheiden ist, daß man mechanisch/akustisch/thermisch/elektronisch nicht mehr viel vergurken kann, wenn man sich denn ein wenig Mühe gibt :-))
Oweh, ja, der bei uns auch irgendwo - aber den lass ich lieber von Physikern lesen und mir dann erklären :-)
Gruß, Michael.
Wie gross ist diese Begrenzung konkret bei einem single mode 20mW-Holo-HeNe? Wahrscheinlich mache ich einen Rechenfehler, aber ich kriege Kohärenzlängen bis zum Pluto und zurück, und damit meine ich nicht unseren Hund. Die Bandbreite ist ja auch Fourier- limitiert, da ich irgendwann ja den Laser einschalten muss und irgendwann geht er kaputt, und das scheint so (beinahe ;-)) in der gleichen Grössenordnung zu sein.
-- mfg Rolf Bombach
Hi!
Ich komme mit l=40cm und R=0,99 (also schon was halbwegs ordentliches) auf f_cav = 1,2 MHz (also schonmal um den Faktor 50000 schmaler als die Laserdiode).
Mit f_laser = 470THz komme ich dann auf f_linie = 0,14 mHz.
Na ist doch schön: Die Bandbreite von HeNe-Lasern hängt alleine vom Aufbau ab, egal wie gut er sein mag, er ist immer von der mechanischen und thermischen Stabilität etc begrenzt. Darum ist es auch nicht verwunderlich, daß die Kohärenzlänge käuflicher Systeme von cm bis
100m geht. Oder wie ich ganz zu Anfang schon schrieb: "Kommt auf die Qualität / Zielgruppe an".Auf der anderen Seite sind Laserdioden durch ihren Aufbau schon mechanisch relativ unempfindlich. Dafür liegt das Limit aber physikalisch schon so hoch, daß es mit einem kleinen Sack guter Bauteile für 100 Euronen gut erreicht werden kann, wenn auch eben nicht mit Hühnerfutter ausm Laserpointer.
Gruß, Michael.
Rolf Bombach schrieb:
Wie gesagt - einige Dezimeter. Ich mag mich täuschen, aber in der Praxis ist das die Resonatorlänge. So großzügig sind Holo Aufbauten jedenfalls nicht, der korrekte Wegeausgleich unter Berücksichtigung der Kohärenzlänge ist essentiell bei sowas.
- Carsten
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Michael Eggert schrieb:
- Carsten
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