Universitäre Forschung mit mehreren Lasern: Knappe Budgets – hohe Anforderungen

Im Rahmen zahlreicher Projekte in der Laseranwendungs-Forschung müssen unterschiedliche Laserquellen getestet, ihre Leistungen bestätigt und dokumentiert werden. Nur so kann sichergestellt werden, dass:

  • die Laserquelle laut Hersteller-Spezifikation arbeitet.
  • die Qualität des fokussierten Strahls den Anforderungen entspricht.
  • die Ausgangsbasis als Vergleich für zukünftige Messungen korrekt dokumentiert wird.

In Zeiten knapper Budgets kann dies zu einer echten Herausforderung für das Labor werden, insbesondere wenn die Messtechnik aus den gleichen Mitteln finanziert werden muss, wie die Laserquellen selbst. Es geht darum, kostengünstige, einfach handhabbare und effiziente Messtechnik zu finden, deren Ergebnisse von allen Seiten anerkannt werden.

 

Hochwertige Strahldiagnose gesucht
In unserem Beispiel stand eine Universität vor der Herausforderung, drei unterschiedliche Laser mit geringer Leistung (< 5mW) aber sehr unterschiedlichen Wellenlängen vermessen zu müssen:

  • Laser 1: 700 nm Quelle mit einem Strahldurchmesser von 3 mm
  • Laser 2: 1300 nm Quelle mit einem Strahldurchmesser von 3 mm
  • Laser 3: 1800 nm Quelle mit einem Strahldurchmesser von 0,8 mm

Zunächst lag dem Forschungsteam ein hochpreisiges Angebot über zwei Kameras zur Strahlprofilmessung vor: eine zur Messung der ersten Quelle mit 700 nm, die zweite für die beiden weiteren Wellenlängen. Ophir Spiricon schlug eine effizientere, gleichzeitig qualitativ hochwertigere und doch zunächst ungewöhnliche Lösung vor: Die XC-130 InGaAs Strahlprofilkamera (30 μm x 30 μm, 320 x 256 Array, 9,6 mm x 7,6 mm Größe).

 

Diese Kamera eignet sich für alle drei Laseranwendungen, lässt sich einfach nutzen, liefert präzise Ergebnisse und reichhaltiges Zubehör. Allerdings wird die Sensitivität des Arrays in den Spezifikationen von 900 bis 1700 nm angegeben. Die tatsächliche Entscheidung für diese Lösung erforderte zunächst einen Labortest mit den drei unterschiedlichen Laserquellen. Unabhängig von dem konkreten Projekt hatten Tests schon zuvor gezeigt, dass das Array bei ausreichender Leistung auch unterhalb der 900 bzw. oberhalb der 1800 nm Grenze gute Aufnahmen machen konnte. Dies sollte nun im konkreten Anwendungsfall unter Beweis gestellt werden.

 

Tests mit dem 700 nm Laser
Der erste Test wurde mit der 700 nm Quelle bei einer durchschnittlichen Leistung von 281 μW durchgeführt. Die Sensitivität der XC-130 nutzt ein Software-Feature, das die Addition von elf Kamera-Frames erlaubt. Damit bot sie im Test ausreichende Bildkapazitäten, um den Strahl anzusehen und präzise Messwerte zu erhalten. Obwohl die Kamera nicht für Wellenlängen unter 700 nm und 281μW spezifiziert ist, kann sie durchaus auch bei kürzeren Wellenlängen genutzt (keine Gewährleistung durch den Hersteller) und mit der Strahlanalyse-Software weiter verbessert werden.

 


Abb. 1: Darstellung der Messergebnisse bei dem 700 nm Laser mit der BeamGage Software

 

Tests mit dem 1300 nm Laser
Anschließend kam die zweite Quelle mit 1300 nm, einem Strahldurchmesser von 2-3 mm und einer durchschnittlichen Leistung von 3 mW kam auf den Prüfstand. Eine Standard-CCD-Kamera kann mit starken Einschränkungen an diese Grenze heranreichen, meistens jedoch, in dem die zugelassene Leistung der Kamera überschritten wird. Mit der XC-130 konnte dieser Strahl einfach und exakt vermessen werden, da die Wellenlänge genau in der Mitte des spektralen Bereichs der Kamera liegt.

 


Abb. 2: Darstellung der Messergebnisse bei dem 1300 nm Laser mit der BeamGage Software

 

Tests mit dem 1800 nm Laser
Die letzte Laserquelle stellte indes die größte Herausforderung dar. Hier sollte die durchschnittliche Leistung bei 1800 nm 687 μm betragen, die Wellenlänge lag aber gerade oberhalb der vom Hersteller spezifizierten 1700 nm. Hier wurde ein nicht beweiskräftiges Ergebnis erwartet.

 


Abb. 3: Darstellung der Messergebnisse bei dem 1800 nm Laser mit der BeamGage Software

 

Laser und Kamera wurden eingerichtet und getestet. Es zeigte sich jedoch, dass – bedenkt man Wellenlänge und Leistung – die gelieferten Bilder und Messungen absolut ausreichend waren und die Erwartungen weit übertrafen.

 

Eine Kamera für alle Anwendungen
Obwohl die Kamera laut ihren Spezifikationen die Anforderungen der Universität eigentlich nicht vollständig erfüllte, konnte durch die praktischen Test mit den drei Anwendungs-Lasern ihre Eignung bewiesen werden. Das Forschungsinstitut sparte durch die erfolgte Validierung der Ophir Strahldiagnose-Lösung die Anschaffung einer zusätzlichen Kamera. Einmal mehr zeigte es sich, dass es sich lohnt, den direkten Kontakt zu den Experten von Ophir Spiricon zu suchen, um eine optimale Lösung zu erhalten.