Blitzlampen gepumpter Farbstofflaser

Mit Blitzlampen gepumpte Farbstofflaser entsprechen im Aufbau den ebenfalls mit Blitzlampen gepumpten >Festlörperlasern<. Aber es gibt einen wichtigen Unterschied. Während beim Rubinlaser die Blitzdauer einige Millisekunden und beim YAG-Laser einige Hundert Mikrosekunden beträgt muss sie beim Farbstofflaser sehr viel kürzer sein. Das liegt am Vorhandensein von langlebigen Energieniveaus des Farbstoffmoleküls, die mit den Laserübergängen konkurrieren. Deshalb muss vor Allem die Anstiegszeit des Pumppulses möglichst kurz sein. Erreicht wird das mit Speicherkondensatoren kleiner Kapazität, der Vermeidung unnötiger Induktivitäten im Entladekreis und hohen Ladespannungen.

Das Zeigerinstrument misst die Ladespannung, Vollausschlag entspricht 30 kV. Darunter das Poti zum Einstellen der Spannung, daneben der Schalter zum Einschalten der Hochspannung. Links davon der Schalter für das Triggerteil mit dem Poti zum Einstellen der Wiederholrate. Ganz links die Buchse für das 15V Netzteil oder den Akku.

Beim vorliegendem Aufbau wird ein Kondensator mit nur 30 nF und einer Ladespannung von 30 kV verwendet. Die maximale Pumpenergie beträgt somit 13,5 Ws. Da die Ladespannung wesentlich größer als die Durchbruchspannung der Blitzlampe ist wird in den Entladekreis eine zusätzliche Funkenstrecke geschaltet. Die Triggerung dieser Funkenstrecke erfolgt mittels einer Zündspule die wiederum von einem Pulsgenerator mit Überspannungsableiter betrieben wird. Ein wichtiges Bauteil ist die Blitzlampe die zwar nur eine kleine Energie aber eine sehr hohe Pulsleistung im Megawatt-Bereich vertragen muss. Diese Lampen sind meist sehr teuer, aber mittlerweile gibt es auch Lampen für IPL-Anwendungen, eine Methode zur kosmetischen Haarentfernung. Diese Lampen werden in großen Stückzahlen hergestellt und können manchmal relativ günstig erworben werden.
Noch eine Warnung: Hin und wieder werden Laserpumplampen bei Ebay verkauft die aber keine Blitzlampen sondern Kryptonbogenlampen für CW-Laser sind. Solche Lampen eignen sich nicht für den Impulsbetrieb und explodieren oft schon beim ersten Impuls.

Auch dieser Laseraufbau kann mit einem Akku betrieben werden. Gut geeignet ist ein Lipoakku mit 4 Zellen und einer Spannung von 14,8 V. Zum Laden des Kondensators wird ein AC-Inverter ( High Voltage Shop) mit anschliessender 10-stufiger Kaskade verwendet. Die Hochspannung für den Pulsgenerator erzeugt ein >CCFL-Konverter<. Der Pulsgenerator hat als Schaltelement einen Überspannungsableiter der beim Durchbruch einen Kondensator über die Zündspule entlädt und somit Funkenstrecke und Blitzlampe zündet. Die Eingangsspannung beider Generatoren kann mit einem Regler eingestellt werden, sodass Ladespannung und Wiederholrate verändert werden können.

>Schaltplan im PDF-Format<

Ein 100ml Reservoir enthält den Laserfarbstoff, Rhodamin 6G, gelöst in Ethanol, die Konzentration beträgt 2x10^-4 Mol. Der Farbstoff wird mit einer Zahnradpumpe durch die Küvette gepumpt. Im Kreislauft sitzt noch ein kleines Kraftstoffilter aus dem Modellbaubereich. Laserküvette und Blitzlampe sitzen in einer ellyptischen Pumpkammer. Wie beim Rubinlaser wurde diese aus einem gedrücktem Alurohr gefertigt. Die Laserküvette besteht aus einem Glasrohr mit 6 mm Aussen- und 5 mm Innendurchmesser. Der Aufbau ist rechts zu sehen. Zur Abdichtung werden O-Ringe verwendet. Der Zu- und Ablauf der Farbstofflösung erfolgt über eingelötete Kupferröhrchen.
Der Auskoppelspiegel besitzt etwa 40% Refektion, der Andere nahe 100%, beide sind Planspiegel.

Der geöffnete Laser, in der Mitte der große Speicherkondensator von Maxwell, links daneben die Funkenstrecke mit rotem Ladewiderstand. Unter den blauen Messwiderständen ist die Zahnradpumpe zu erkennen. Rechts neben dem Kondensator das Farbstoffreservoir. Oben im Bild die Pumpkammer, links der 100% Reflektor und rechts der Auskoppelspiegel.

Der Laser mit abgenommener optischer Bank. Links das Ladenetzteil mit Kaskade, in der Mitte die Zündspule und der Impulsgenerator., rechts der Motor der Zahnradpumpe.

Bei der ersten Inbetriebnahme konnte die Laserschwelle auch mit einer Ladespannung von 27 kV nicht erreicht werden. nach einigen erfolglosen Versuchen wurde der obere Teil der Pumpkammer entfernt und Blitzlampe und Küvette mit Alufolie umwickelt. In dieser "close coupled" Anordung konnte endlich Laserbetrieb erreicht werden. Allerdings ist das Strahlprofil ziemlich mies, möglicherweise auf Grund der unregelmäßigen Pumpbeleuchtung.
Neben dem einigermaßen rundem zentralen Spot und dem Reflex vom vorderen Küvettenfenster sieht man ein merkwürdiges Filament. Auch der Einbau eines anderen Küvettenrohrs 6 mm Aussen- und 4mm Innendurchmesser brachte keine Verbesserung, lediglich der zentrale Spot wurde entsprechend kleiner.

Links unten ist der zeitliche Verlauf des Blitzlampemlichts zu sehen. Der Impuls dauert etwa 5 Mikrosekunden und zeigt ein starkes Überschwingen, dafür ist aber die Anstiegszeit extrem kurz und beträgt weniger als 100 Nanosekunden. Rechts ist auf einer stark gedehnten Zeitachse der Verlauf von Laser- und Blitzlampenlicht zu sehen. Der Laserpuls dauert nur 160 ns, d.h. es wird nur ein sehr kleiner Teil der Pumpenergie umgesetzt und der Wirkungsgrad ist entsprechend schlecht. Blitzlampe und Laser wurden mit einer schnellen Fotozelle
(RCA 922) die mit 500V Betriebsspannung auf einen 50 Ohm Widerstand arbeitet gemessen.

	Eine Messung mit dem Energiemesskopf (Gentec ED-200, 10V/J ) ergibt ein Signal von 500mV entsprechend 500 µJ. Die, aus Energie und Pulsdauer berechnete Leistung beträgt Somit einige kW.