Laserdiode

Hallo,

ich habe mir zum "spielen" eine Laserdiode bei Reichelt gekauft (LD670-05= )

Wenn man die wie eine LED mit einem lt. Datenblatt korrekten Strom vom=20

45mA betreibt, dann lasert die auch, jedoch ergibt sich kein scharf=20 geb=FCndelter Strahl (wie ich in meinem Unwissen bei der Bestellung=20 annahm), sondern ein breiter schmaler Lichtkegel wie von einem=20 Nebelscheinwerfer. Die Diode sendet offensichtlich auch Laserstrahlung=20 aus, da man schon auf dem Labortisch die tollsten Interferenzmuster sieht= =2E

Frage: Mache ich etwas falsch mit der Ansteuerung oder habe ich nur eine falsche Diode gekauft, die keinen geb=FCndelten Strahl liefert ?

Was wird denn in den g=E4ngigen Laserzeigern so verbaut ?

Gru=DF Hans

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Heins Mueller
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IMHO gehört da noch eine Linse davor, das ist aber so üblich.

Koherente Strahlung heißt noch lange nicht gebündelte Abstrahlung.

Gruß Oliver

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Oliver Bartels

Heins Mueller schrieb im Beitrag ...

Falsch machst du hoechstens, das du die Laserleistung nicht mit der eingebauten Photodiode regelst, denn eigentlich kannst du auf deinem Labortisch keine Interferenzmuster sehen. Du siehst wohl nur die Fehlerstellen des bereits wegen Ueberstrom teilweise weggebrannten Halbspiegel der Diode.

Aber der Strahl ist weder zu 100% kohaerent, sondern multimode, noch gebuendelt, dazu brauchte es eine viel laengere Laserzone, so wie in einerm HeNe-Gaslaser. Also nix mit TEM00 und 20cm Kohaerenzlaenge, wie man es fuer Holographoe braeuchte, sondern halt eine billige bessere LED.

Der Produktionsausschuss.

Auch noch ueble 670nm statt 4 mal so hell erscheinender 635nm

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MaWin

Heins Mueller schrieb:

Ein Kollimator zusätzlich zur Diode. Oder eine Diode mit angebautem Kollimator.

- Carsten

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Carsten Kurz

Heins Mueller schrieb:

Die Dinger spielt man ruckzuck kaputt, saumäßig ESD-empfindlich und ohne Strahlleistungsregelung auch schnell mal in eine teure LED verwandelt.

Eine Kollimatorlinse hättest halt noch gebraucht.

Sowas wie Pollin, #860422, eben alles o.g. in einer Einheit, auch für angemessene Kühlung ist damit gesorgt.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Hi!

Ein HeNe hat vor allem auch einen viel größeren Strahldurchmesser, wodurch keine merklichen Beugungseffekte wie bei Laserdioden entstehen.

Gruß, Michael.

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Michael Eggert

Auch wenn es nicht danach aussieht: Der Strahl ist an der Laserdiode bestmöglich gebündelt. Allerdings hat er dort einen so dünnen Durchmesser (~10Mikrometer), dass er in einigen Millimetern von alleine auseinanderläuft. Für einen Strahl, der eine längere Strecke gebndelt bleibt, brauchst Du noch eine Linse. Die linse sollte eine hohe Numerische Apertur haben (~0.5). Sonst wirfst Du einen Teil des Strahls weg.

Typische Kollimations-Linsen für Laserdioden findest Du bei Reichelt direkt auf der Seite mit den Laserdioden. Diese asphärischen Linsen sind erstaunlich gut. ---> Wunder der Massenfertigung.

Kann man machen, muss man aber nicht. Ist halt eine bequeme Regelungsmöglichkeit, die noch dazu das "richtige" Signal anschaut. Bei eienr Stromregelung braucht man einen Mess-Shunt, der entweder Leistung frisst, oder nur kleine Signale liefert.

Die Muster nennen sich "Speckle" und sind die Interferenz im Auge, die durch die Oberfläche-Rauigkeit des Tischs hervorgerufen werden. Sie sind sind in der Tat ein typisches Zeichen für Kohärentes Licht.

Wenn die Diode durch zuviel Strom beschädigt wurde, macht sich das in verminderter Leistung bemerkbar. Das Strahlprofil bleibt erstmal unbeeinflußt. Es ist am Ausgang der Diode ohnehin Beugungsbegrenzt, da können durch Risse und Löcher keine noch kleineren Strukturen aufgeprägt werden. Nebenbei: Die Dioden sind am Ausgang nicht verspiegelt, sondern bestenfalls entspiegelt. Die billigsten Dioden sind allerdings einfach nur gebrochen und unbeschichtet.

Rote Laserdioden, laufen üblicherweise ab etwa 2/3 ihres Maximalstroms Single-Mode.

Wohl. Laserdioden, insbesondere solche mit wenig Leistung (einige mW) laufen transversal Single-Mode. Das heißt es kommt sehr wohl eine TEM00-Mode mit ideal gaußförmigem Profil heraus. Wegen des rechteckigen Profils der aktiven Zone ist das Gauß-Profil allerdings nicht kreisförmig, sondern sondern eine Ellipse.

Die Kohärenzlänge eines typischen HeNe liegt bei einigen Hundert Metern. Das Licht einer Laserdiode die longitudinal Single-Mode läuft hat immernoch einige Meter Kohärenzlänge.

Zwischen LED und LD würde ich doch deutliche Unterschiede ausmachen. Die eine ist quasi unkaputtbar, während die Andere ein elektrisches Sensibelchen vor dem Herren ist. Das Licht der LD ist beugungsbegrenzt und kann mit geeigneter Optik in einen beliebig parallelen Strahl umgeformt werden. Beim Licht der LED stößt man dagegen auf ähnliche fundamentale Hürden wie bei einer Glühbirne -- Ein Laserpointer macht mit einer LED bestenfalls einen dicken Flatschen auf der Projektionswand.

Soweit ich weiß, sind die Herstellungsprozesse mittlerweile soweit unter Kontrolle, dass es für die Laserdioden, die in CD-Roms und DVD eingesetzt werden, keinen nennenswerten Ausschuss mehr gibt, der noch gut genug wäree, um als Laserpointer sein leben zu Fristen. Stattdessen werden in den Pointern die LD verbaut, die Du auch in CD-RW und DVD eingesetzt werden könnten. Bei unter 1EUR Stückkosten lohnt es sich vermutlich auch nicht wirklich, die Gelegenheiten für Ausschuss-Dioden zu suchen. Im Zweifelsfall werden die Laserdioden ein wenig kastriert, um nicht die Leistungsgrenzen für Laserpointer zu überschreiten.

Eine der besten www-Sites für praktische Laser-Geschichten ist "Sams Laser FAQ" von Samuel Goldwasser. Hier das Kapitel über Diodenlaser:

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und das über die dazugehörigen Stromtreiber:

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Aber Diodenlaser sind natürlich nur einer von vielen Aspekten in der Laser-FAQ:

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Man beachte die Home-Built-XXX Kapitel :-)

Tschüss, ------

PS: Reichelt verkauft Sony-Laserdioden. De kann man in größerer Auswahl und zu besseren Preisen auch von IMM in München bekommen:

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Kai-Martin Knaak
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kai-martin knaak

"Dieter Wiedmann" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@t-online.de...

(LD670-05)

ohne

verwandelt.

Also cih kann das nicht bestätigen. Wir haben in einem Studentepraktikum

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einen solche Laser-Diode nur mit Vorwiderstand betrieben und sie hält es immer noch aus, nach zig' Testversuchen, Umbauten, Aufbauten und etlichen Stunden Betrieb. Der einzige ESD Schutz war eine 1N4148 antiparallel, welche die Studenten als erste anlöten mussten. Die war aber eher als verpolungsschutz gedacht.

für

genau die habe wir verwendet

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Dan Oprisan

Dan Oprisan schrieb:

[Robustheit von Laserdioden]

Und? Das ist ja auch keine nackte Laserdiode mehr, da ist bereits eine Strahlleistungsregelung drin, dadurch auch soweit ESD-geschützt.

Gruß Dieter, mehrfacher Laserdiodenmörder

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Dieter Wiedmann

"Dieter Wiedmann" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@t-online.de...

war

auch

eine

Missverständniss: Wir haben die _Diode_ verwendet, also ausgelötet und in unserer Schaltung eingebaut. Ausserdem hat ein bischen Reverse-Engineering gezeigt dass die mitgelieferte Platine lediglich eine Konstantstromquelle beinhaltet. Der Photodioden-Pin war gar nicht angeschossen. Es leben die Fernost-Produkte!

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Dan Oprisan

Dan Oprisan schrieb:

Staun, die Sparsamkeit im Reich der Mitte bringt doch immer noch neue Überraschungen.:-O Dennoch: da habt ihr einfach Glück gehabt, die Biester *sind* übel empfindlich.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Heins Mueller schrieb:

ht.

Hallo,

das ist ein sehr weit verbreitetes Vorurteil das alle Laserstrahlen=20 exakt geb=FCndelt sind, genau parallel und eine v=F6llig gleichm=E4=DFige= =20 Helligkeitsverteilung im Strahlquerschnitt haben.

Alle realen Laserstrahlen weiten sich mit der Entfernung auf und die=20 Helligkeit ist =FCber den Querschnitt nicht konstant, daf=FCr sorgen=20 physikalische Gesetze wie die Beugung. Besonders stark weiten sich die kleinen Strahldurchmesser auf.

Bye

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Uwe Hercksen

kai-martin knaak schrieb im Beitrag ...

Hmm, du sagst ja zu so ziemlich jedem Satz: "Nein". Das muss man wohl aufarbeiten.

Ich habe hier 5mW HeNe und einen 3mW Halbleiterlaser, die beide auf Papier oder dem Tisch nur einen gleichmaessig roten Fleck abbilden. Nur wenn man sie auf kristalline Oberflaechen richtet (Dia-Leinwand, Marmor mit eingeschlossenem Feldspat) werden Interferenzen sichtbar, die sich bei Bewegung des Lasers und bei Bewegung der Augenposition aendern.

Ich habe hier auch einen Halbleiterlaser, der ueberlastet wurde, und nun auf Papier oder weisser Wand ein Muster hinterlaesst, das wie Regentropfen mit ihren Wellenlinien in einer Pfuetze aussieht, also Inteferenzen von mehreren Strahlen aus dem Laser selbst. Das Muster bleibt gleich, wenn man den Laser naher/weiter weg bewegt und ist Augenpositionsunabhaengig.

Welches ist nun das Speckle-Muster ? Welches ist das Multi-Mode-Muster, welche Muster entstand durch Uberlastung ? Das Muster der kristallinen Oberflaechen entsteht durch unterschiedliche Lichtwegelaengen (ja, des dazu notwendig zumindest teilweise kohaerenten Lichts) in den Kristallen, aber das kann man nicht als Muster des Laserstrahls bezeichnen. Die ersten 50 Hits von Google zeigen leider nur Volltexterklaerungen, keine Bilder (%&§%&), also im Text:

formatting link
speckle pattern: In optical systems, a field-intensity pattern produced by the mutual interference of partially coherent beams that are subject to minute temporal and spatial fluctuations. (188) Note: In a multimode fiber, a speckle pattern results from a superposition of mode field patterns. If the relative modal group velocities change with time, the speckle pattern will also change with time. If differential mode attenuation occurs, modal noise results.

Das sagt, Speckle entsteht (bei einer Quelle, die nicht mit sich selbst gemischt wird) nur bei Multimode-Quellen = partially coherent.

Nun du.

Scheint nach Begutachtung von 3 Datenblaettern zu stimmen. Also daher auch der fast ebenso gute Strahl des Halbleiterlasers zum HeNe-Laser, bloss Holographiebilder lassen sich damit nicht machen, also stimmt wohl die spatial coherence bei ihm nicht so, was auch mit dem Helligkeitsverteilung-ueber- Wellenlaenge-Diagramm uebereinstimmen wuerde, das eine deutliche Glocke und keine Nadel ist.

Dazu sagt mein Holographie-Buch: your coherence length is probably around six to eight inches. This is the approximate length of an average 5 milliwatt, HeNe laser. Das Datenblatt von meinen sagt

28cm.

Wir koennen nun darueber nachdenken, ob sich daran was in den letzten 10 Jahren deutlich verbessert hat, denn so alt ist mein Kram.

Nun, CD-Player und Writer verwenden infrarote Laser, da kommen die Laserpointer also nicht her. Die Zeit der Laserpointerschwemme war auch zu Beginn der DVD-Aera.

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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MaWin

MaWin schrieb:

Speckles sind die feinen Pünktchen/Helligkeitsunterschiede, die Du siehst, wenn Du dir den HeNe Punkt auf einer gleichmässigen Oberfläche anschaust.

Bei Laserpointern/LDs sieht man die nicht.

- Carsten

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Carsten Kurz

Carsten Kurz schrieb:

Gleichmässig ist natürlich insofern falsch, als daß die auf einer wirklich gleichmässigen Oberfläche nicht zu sehen wären. Man kann sie halt auf wirklich grobem Material nicht mehr auflösen.

- Carsten

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Carsten Kurz

"Carsten Kurz" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@t-online.de...

Multi-Mode-Muster,

kristallinen

Ich meine doch. Die Speckles entstehen außerdem wahrscheinlich wirklich irgendwo auf der Abbildungsebene im Auge: Ich bin kurzsichtig und wenn ich die Brille abnehme, sehe ich alles unscharf, auch den Laserpointerpunkt, nicht aber die Speckles im Laserpointerpunkt: Die sehen noch genau gleich aus. Ich habs gerade extra ausprobiert. Das ganze scheint auch von dem betstrahlten Untergrund relativ unabhängig zu sein. Mein Laserpointer ist sehr alt und hat bei Conrad mal relativ viel Geld gekostet. Ich meine 50 bis 70 Mark. Trotzdem glaube ich nicht, dass er von besonderer Qualität ist. Es gab auch noch viel teurere.

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Josef Fischer

Hi!

Kleine Anmerkung am Rande:

Man unterscheidet zwischen transversal und longitudinal single / multimode.

Transversal beschreibt die unterschiedlichen Moden quer zum Strahl, ein transversal singlemodiger Laser hat eine gaussförmige Helligkeitsverteilung über den Strahlquerschnitt, ein transversal multimodiger kann Ringe, Punkte und Streifen machen, je nachdem, wie sich die Moden überlagern (und dabei verstärken oder auslöschen).

Longitudinal beschreibt, auf welchen Frequenzen - die alle in den Resonator passen - der Laser leuchtet. Longitudinal singlemodig nennt man daher manchmal zur Unterscheidung auch single frequency.

Die Kohärenzlänge hängt alleine von der Bandbreite des emittierten Lichts ab, für hohe Kohärenzlänge (binnen der es eine Interferenz gibt zwischen dem Licht, was gerade aus dem Laser kommt und dem Licht, was vor ein paar ns (cm) aus dem Laser kam) interessiert nur die longitudinale.

approximate

28cm.

Kommt sicher auf die Qualität / Zielgruppe an.

Hm die minimale Bandbreite ist gegeben durch die Länge des Resonators, die Güte der Spiegel, die Verstärkung und die Lebensdauer des angeregten Zustands bis zur spontanen Emission. DFB-Dioden, mit denen ich viel arbeite, haben so in der Größenordnung 10MHz (bei 1mW) bis

1MHz (bei 10mW) - die sind im Gegensatz zu den Fabry-Perot in Laserpointern aber auch schon wegen ihrer Struktur single frequency.

Gruß, Michael.

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Michael Eggert

Michael Eggert schrieb:

approximate

28cm.

Hundert Meter ist haltlos übertrieben. Die kleinen billigen Teile haben einige dcm. Bessere kommen vielleicht in den Meterbereich.

- Carsten

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Carsten Kurz

Moin Mawin!

Das Problem mit Papier und anderen besonders weißen Oberflächen ist, dass das Licht dort mehrfach gestreut wird. Dabei wird zusätzlich die Polarisation durchmischt und es kann keine kontrastreiches Interferenzmuster entstehen. Bei nur einer Streuung ist die Mischung der Polarisation geringer. Aufgerautes Metall, wie zum Beispiel eloxiertes Alu sollte deswegen gute Speckles geben.

Hmm. Das kann eigentlich nur heißen, dass der Laser jetzt lieber in höheren Transversalmoden abstrahlt --> Doughnut-Mode höherer Ordnung :°) Ein Muster das aus Beugung an Staub oder kaputten Teilen der Front-Facette stammt, würde sich mit der Entfernung ändern. Das kann ich mir nur dadurch erklären, dass der zentrale Teil der Ausgangs-Facette der Laserdiode so beschädigt ist, dass die äußeren Bereiche lasern, die normalerweise wegen zu wenig Gain nicht zum Zuge kommen.

So ein Krankheitszustand scheint mir aber recht ungewöhnlich. Die Laserdioden, die bei uns aus dem einen oder anderen Grund einen Schlag wegbekommen haben, zeigen lediglich weniger Leistung und sind nicht mehr so gut von außen in der Laserfrequenz zu bändigen. Im Endstadium sind sie dann eine LED mit adliger Vergangenheit :-|

Die wirren Punkte, die sich bewegen, wenn Du den Kopf drehst.

Die Muster im Austritts-Strahl einer Multi-Mode-Faser werden zwar häufig ebenfalls mit Speckles bezeichnet. Das ist aber ein grundsätzlich anderes Phänomen. Das sieht man schon daran, dass dieses Muster sich als reeles Bild auf einem Stück Papier projezieren läßt. Linsen und unterschiedlicher Bickwinkel ändern nichts an der Form des Multimode-Musters. Insgesamt ist das eher verwandt mit dem Muster, das sich im Profil eines Lasers mit höheren Transversal-Moden zeigt.

"partially coherent" kann sich nur auf räumliche Kohärenz beziehen. Das heißt, das Licht sollte aus ganz leicht unterschiedlichen Richtungen kommend sich auf der Netzhaut überlagern. Die zeitliche Fluktuationen im Licht sind normalerweise ohne Belang, weil die Wegunterschiede der zum Speckle-Muster beitragenden Lichtstrahlen nur einige Mikrometer groß sind. Eine Abschätzung dafür ist: Delta f = c / Delta L (c = Lichtgeschwindigkeit, Delta L = Weglängenunterschied, Delta f = Frequenzhub) Da bräuchte es schon SEHR große Frequenzhübe, um die Interferenz zu beseitigen.

Doch doch. Der Strahl einer Laserdiode ist schon perfekt beugungsbegrenzt. Besser geht nicht. Allerdings braucht man für Holographie einen Strahl mit deutlich dickerer Strahl-Taille. Dafür braucht man dann die Kollimations-Linse und meist noch ein Aufweitungs-Objektiv. Das meist gar schröcklich aussehende Strahlpofil eines Laserpointers kommt von der zu kleinen Kollimationslinse, die die Randbereiche des Laserlichtes abschneidet und damit Beugungsmuster induziert. Die Linsen, die für CD/DVD-Laufwerke gedacht sind, sind trotz niedrig-Preis (2Euronen) erstaunlich gute Asphären mit hoher Numerischer Apertur.

Ein Problem für die Holographie ist allerdings die geringe Laserleistung zusammen mit eklatanter Frequenzdrift durch schwankende Temperatur und Strom. Mit Peltier-Element und Präzisions-Stromquelle bekommt man das in den Griff. Bei kommerziell erhältichen Geräten fällt dann die Laserdiode selbst gar nicht mehr ins finanzielle Gewicht --- Schau mal bei Thorlab.com nach den Preisen für Temperatur und Strom-Treiber. Aber hier in dse sollte man den Elektronikteil Aus dem Ärmel schütteln können...

Wie gesagt, im oberen Bereich des "erlaubten Stromes" schwingt eine rote Laserdiode normalerweise nur auf einer Longitudinal-Mode. Die Frequenz-Breite dieser Mode ist sowas wie 10-20MHz. Dazu kommt zwar noch der Jitter durch das Rauschen der Stromquelle. Aber im wesentlichen ist das die "schmale Nadel". Hast Du ein Online-Beispiel für ein Datenblatt aus dem Du die Glockenkurve siehst?

Ok. Offensichtlich ist das ein HeNe, der gleichzeitig auf mehreren Longitudinal-Moden läuft. Die Frequenzen der verschiedenen Moden laufen gegeneinander und kommen periodisch außer Takt. Die räumliche Strekce nach der die Moden maximal gegeneinander schwingen ist gerade die Länge des Resonatoors. Untereinander sind die Moden aber viel besser synchronisiert. Das heißt nach weiteren 15cm sind sie wieder im Takt und schwingen kohärent. Das Spiel geht aber nicht ewig so weiter, denn eine Mode hat auch in sich unterschiedliche Frequenzanteile. Jenseits einiger Hundert Meter ist es dann endgültig mit der Kohärenz vorbei. Genaugenommen hat Multimoden-HeNe also so etwas wie zwei Kohärenzlängen.

Mein Bild vom HeNe war bisher von stabilisierten Exemplaren geprägt, die gerade für Interferenz-Messungen bei größeren Abständen geeignet sind. Bei denen fällt der periodische Verlust der Kohärenz im Dezimeter- Abstand weg und es bleibt die Kohärenzlänge, die sich aus der Laserlinienbreite ergibt. Ohne besondere Maßnahmen sind das einige hundert Meter aber das kann man für entsprechend viel Geld auch noch besser kaufen. Zum Beispiel hier:

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"With stabilized HeNe lasers, the cavity length is precisely controlled, providing an overall integrated linewidth of a few MHz, and coherence lengths of a kilometer or more."

Die Eigenschaften von HeNe-Lasern sollten sich in den letzten 30 Jahren nicht dramatisch verändert haben. Ich bin nur verwöhnt durch die Geräte, die im Dienste der hehren Wissenschaft angeschafft wurden :-)

Stimmt, hab mich informiert. Die 785 die in CD-Playern stecken sind nicht mehr wirklich gut sichtbar. Das ist allerdings auch eine Gefahr --- Ein Fleck mit 500mW sieht echt harmlos aus und brennt doch Löcher in schwarze Pappe...

Das passt doch prima damit zusammen, dass DVD mit 650nm schon annehmbar rot zu sehen ist :-)

------ PS: Grüne Laserpointer sind immernoch ein Hingucker :-)

--
Kai-Martin Knaak
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kai-martin knaak

Und noch besser: Du kannst an den Speckles erkennen, dass Du eine Brille brauchst. Wenn Du ohne Brille den Kopf bewegst, laufen die Punkte wie blöde gegen die Bewegungsrichtung. Mit Brille bewegen sie sich uneinheitlich. Und bei Weitsichtigkeit laufen sie mit der Bewegungsrichtung. Wenn sie mit Brille koordiniert marschieren, ist wahrscheinlich eine neue Linse fällig.

------ (Hoffentlich habe ich jetzt nicht die bewegungsrichtungen vertauscht...)

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Kai-Martin Knaak
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kai-martin knaak

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