Versuch 77

Wir charakterisieren einen Diodenlaser, pumpen damit einen Pr:YLF-Kristall und versuchen, in einem optischen Resonator Laserbetrieb zu erreichen.

Versuchsaufbau

Versuchsaufbau mit zwei Netzgeräten, dem Diodenlaser und diversen Komponenten auf einem optischen Tisch mit Abschirmung, Laserschutzbrillen und Analogmultimeter.

Fluoreszenz im Kristall, Pumpstrahl im Resonator, höhere Transversalmoden bei roter und oranger Laseremission.

Netzgeräte

Der Diodenlaser benötigt zwei Netzgeräte:

Das Labornetzgerät LPS1305 liefert die elektrische Leistung, Spannung 10 V, Strom 3 A maximal.

Das Labornetzgerät LPS1153 liefert die Regelspannung 0...12 V.

📄 Voltcraft LPS Datasheet.pdf

Optischer Tisch

Alle Komponenten werden auf einem optischen Tisch (Breadboard) aufgebaut. Dieser besteht aus einer speziellen Konstruktion, die thermisch stabil ist und Schwingungen dämpft. Die Oberseite besteht aus einer Edelstahlplatte mit M6-Gewindebohrungen in einem 25-mm-Raster. Die Komponenten werden mit verschiedenen Haltern auf dem optischen Tisch fixiert.

🔗 https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=7154

Diodenlaser

Links: Der Diodenlaser (LaserTack PD-01159, LDM-445-2000-CC) emittiert cw-Strahlung mit Wellenlänge 444 nm, Linienbreite ~2 nm, Strahlquerschnitt ~10 mm², maximale Leistung 2 W, Laserklasse 4. Die Prismen dienen der Korrektur des Strahlprofils.

🔗 https://www.lasertack.com

🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Laser#Laserklassen

Rechts: Der Diodenlaser ist in einem Gehäuse eingebaut, dessen Deckel als Kühlkörper dient. Der Laserstrahl wird mit zwei Spiegeln auf die optische Achse justiert, die durch die beiden Irisblenden festgelegt wird.

Komponenten

Die optischen Komponenten werden auf einer Schiene aufgebaut:

1. Irisblende
2. Linse, in einem Halter mit xy-Translation
3. Einkoppelspiegel, eben, in einem Halter mit Winkeleinstellung
4. Pr:YLF-Kristall, in einem Halter mit xy-Translation
5. Auskoppelspiegel, sphärisch, in einem Halter mit Winkeleinstellung
6. Graufilter (ND, neutral density), in einem fixen Halter
7. Farbfilter, in einem fixen Halter
8. Irisblende

⚠ Berühren Sie die Oberflächen der optischen Komponenten nicht. Verunreinigungen können durch erhöhte Absorption irreversible Schäden verursachen. Die Pr:YLF-Kristalle und die Resonatorspiegel sind Sonderanfertigungen (~1000 Euro pro Stück).

Fotodiode

Fotodiode im Gehäuse, Öffnung 10 mm Durchmesser, mit Buchsen für Bananenstecker.

Der Fotodiodenstrom wird mit dem aus Versuch 44 bekannten analogen Multimeter PeakTech 3260 gemessen.

🔗 https://omnibus.uni-freiburg.de/~phypra/ap/44/#Analoges Multimeter

Laserleistungsmessgerät

Das kalibrierte Laserleistungsmessgerät besteht aus Messkopf (Gentec UP19K-15S-H5-D0) und Monitor (Gentec Uno).

📄 Gentec UP Series Thermopile Power Detectors.pdf

📄 Gentec Uno.pdf

Laserschutzbrillen

Laserschutzbrillen in verschiedenen Passformen und mit verschiedenen Gläsern. Beide Modelle absorbieren den blauen Diodenlaser und transmittieren die Strahlung des Pr:YLF-Lasers.

Die Kennzeichnung gibt den Wellenlängenbereich, die Betriebsart (DIRM) und die Laserschutzstufe (LB) an, optional auch die optische Dichte (OD), die Durchsichtigkeit (visible light transmission, VLT) und eine Kurzbezeichnung des Filters (YLW, LG10, LG12).

🔗 https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=762

Energieschema

Das Energieschema des Pr:YLF-Kristalls (rechts) entspricht einem 4-Niveau-Laser: Nach Anregung mit 444 nm relaxiert das System schnell und strahlungslos in das obere Laserniveau. Dieses Niveau hat eine vergleichsweise lange Lebensdauer, so dass der eigentliche Laserübergang 2→1 effizient zur stimulierten Emission beiträgt. Das untere Laserniveau relaxiert schnell in den Grundzustand.