Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

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X-Mind
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Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von X-Mind »

Hi

Etwas, was mich schon länger interessiert ist, wie das Problem gelöst wird, das in Gaslasern, welche bei niedrigen Drücken arbeiten umherfliegende Ionen auf den Spiegeln, bzw auf den Brewsterfenstern landen. Diese müssten dann ja eigentlich zersetzt, werden, nur warum passiert das dann nicht? :gruebel:

Im Amateurbereich habe ich schon verschiedene lösungsansätze gesehen, z.B das montieren der Fenster auf einem Abstandshalter, weitergehend wird das ganze eventuell auch mit Hochspannung beaufschlagen, um genug Bremswirkung zu erzielen, usw.

Die Frage ist jetzt: warum wird das bei "Hobbylasern" so gemacht, aber bei den kommerziellen Lasern nicht? (zumindest habe ich das noch bei keinem kommerziellen Laser gesehen).

Der Anstroß dieser Frage ist der Sauerstofflaser von Thomas Rapp. Er hat eine große HeNe-Röhre mit Sauerstoff befüllt, und einmal ein Selbstaufgebautes Setup verwendet. Bei dem HeNe waren KEINE Maßnahmen gegen die Ionen vorhanden, bei bei dem selbstgebauten Laser jedoch schon.

(Später hat der HeNe nichtmehr funktioniert, was aber an den stromstarken Pulsen, welche die Elektroden zerstört hatten lag, und nicht an den Ionen. Die Röhre hat BTW mit HeNe, Ar, O² und N² funktioniert).
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CRHV
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von CRHV »

Die Frage ist jetzt: warum wird das bei "Hobbylasern" so gemacht, aber bei den kommerziellen Lasern nicht? (zumindest habe ich das noch bei keinem kommerziellen Laser gesehen).
Es ist eigentlich so, dass es keine kommerziellen Laser gibt, bei denen ein solcher Schutz notwendig wäre. Ionenbombardement hängt vom Füllgas und vom Druck in der Röhre ab. Je geringer der Druck, desto größer ist die freie Weglänge der Ionen.
Nehmen wir als Beispiel den Argonlaser: dieser Laser kann selbstbaumäßig nur als im Impulsbetrieb arbeitender Laser erstellt werden. Hier muss der Gasdruck wenige Pa betragen. Die meisten kommerziellen Laser arbeiten aber im Dauerstrichbetrieb, und hier muss der Betriebsdruck einige 10 Pa betragen, folglich ist die freie Weglänge bedeutend geringer und ein Schutz vor Ionen ist nicht mehr sooo aufwendig, da diese relativ nierderenergetisch sind.
Ich hoffe ich hab jetzt keinen Mist erzählt, wenn ja korrigiert mich bitte :hehe:

Gruss CRHV
Zuletzt geändert von CRHV am Di 26. Jul 2011, 20:01, insgesamt 1-mal geändert.
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plasmarist
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von plasmarist »

Naja die Betriebsspannung in Abhängigkeit zum Druck spielt eine wichtige Rolle. Bei Ar-Lasern ist der Druck noch relativ hoch und obendrein die Betriebsspannung niedrig. Da gibt es nicht viel zu befürchten was Sputtern angeht.

Es ist einfach nur eine Frage der Geschwindigkeit mit der Teilchen auf eine Oberfläche krachen und die hat vor allem etwas damit zu tun wie viele Gasteilchen im Weg liegen, die als Stopper fungieren.

Sputtern wird erst bei niedrigen Drücken und hoher Spannung ein Problem (etwa bei gepulsten Eigenbau-Ionenlasern), wobei ich selbst da mehr Probleme durch den Niederschlag von Elektrodenmaterial sehe.

Direktes Sputtern ist bei einem Gaslaser kein Thema. Dafür ist der Druck zu hoch.

Viele Eigenbauer wissen gar nicht so recht wieso sie ihren Laser so bauen wie sie ihn bauen. Wenn es mal sinnvoll ist die Spiegel auf Abstandshalter zu setzen, dann eigentlich immer nur deshalb weil sonst entweder der Laserstoff selbst (bei Metalldampflasern) oder abgedampftes bzw. abgesputtertes Elektrodenmaterial auf den Fenstern/Spiegeln kondensiert.

Bei einem Druck bei dem die Fenster selbst Gefahr laufen würde auch ein gewisser Abstand nicht mehr allzu viel bringen (außer in einem sehr kleinen Druckbereich, der gerade so an der Grenze zum Sputtern liegt).
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X-Mind
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von X-Mind »

Ok, danke für die Erklärung.

Jetzt stellt sich mir allerdings die Frage: wie schnell geht die Zersetzung den Glases der Fenster von statten, und was kann man bei den von dir beschrieben Bedingungen(niedriger Druck, große freie Weglänge) dagegen tun?
Oder in anderer Form: nach wievielen Minuten Betrieb müsste man das Glas ersetzen?

ich *glaube*, dass das sehr langsam geht. zur meiner Theorie: in den alten Bildröhren ist der (heute weniger bekannte) Ionenfleck aufgetreten ist, bei dem die Leuchtschicht wegbombardiert wurde, und das Bild deswegen in der Mitte des Bildschirms dunkler war. Ich *glaube* auch, dass das Glas wesentlich resistenter gegenüber Ionen ist als der Phosphor aus den Bildröhren. Außerdem ist die freie Weglänge in den Bildröhren viel höher, was zu nochmehr Ionen führt(die Beschleunigungsspannung ist vergleichbar).
Da der Ionenfleck erst nach längerer Betriebszeit aufgetreten ist( ich schätze so nach 3 Monaten), und das warscheinlich auch nur bei den Amis, die 6 Stunden am tag vor der Kiste saßen :trollface:
Da kein "normaler" Bastler sein Setup so lange eingeschaltet lässt, gehe ich davon aus, das eine "Glasladung" wohl eine weile hält.

Soweit meine Theorie. Es wäre nett, wenn das jemand bestätigen könnte, oder mir(wenn es denn so ist) sagen könnte, das meine vermutung falsch ist.

MfG X-Mind
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plasmarist
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von plasmarist »

Das kann man so pauschal nicht sagen. Das ist in etwa so wie wenn man fragt wie weit man mit 100 Litern Sprit kommt ohne anzugeben mit welchem Fortbewegungsgerät man unterwegs ist.

Je nachdem wie es mit dem Druck, Spannung, Gasart, Oberflächenbeschaffenheit, Strom und einigem Anderen aussieht ergeben sich ganz unterschiedliche Situationen.
Außerdem ist die freie Weglänge in den Bildröhren viel höher, was zu nochmehr Ionen führt(die Beschleunigungsspannung ist vergleichbar).
Meinst Du ernsthaft Ionen? Ich dachte in Bildschirmen wird mit Elektronen gearbeitet. Das macht einen großen Unterschied, da die Massen komplett unterschiedlich sind. Abgesehen davon hat die mittlere freie Weglänge nicht direkt etwas mit der Ionenmenge zu tun sondern eher mit der Durchschnittsgeschwindigkeit. Mit wachsender mittleren freien Weglänge haben die Elektronen mehr Energie und damit können sie auch leichter Restgasteilchen ionisieren aber dann sprechen wir so oder so erst mal von Elektronen. In einem Monitor sollten nach Möglichkeit gar keine Ionen vorhanden sein (korrigiert mich wenn das falsch ist, da ich keine Details über Bildschirmröhren kenne).

Und wie gesagt das metallische Material, dass sich auf Spiegeln und Fenstern ablagert ist das Problem. Dieses Material kann ungeladen sein und lässt sich somit nicht ganz einfach davon abbringen diese Oberflächen zu erreichen.

Nur so als Beispiel: In meinem Fusor ist nach wenigen Betriebsstunden das Sichtfenster mit einer spiegelnden Schicht überzogen, die ich dann wegätze. Bei meinem Entladungsröhren dauert es meist nicht lange und eine undurchsichtige Metallschicht hat sich abgelagert.

Ab einem gewissen Druck-Spannung-Verhältnis steigt die Sputterrate sprunghaft an.

Wenn Du ein konkretes Projekt im Sinn hast könnte ich damit eher abschätzen ob Sputtern ein Problem darstellt.
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Zypo
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von Zypo »

Die Frage ist jetzt: warum wird das bei "Hobbylasern" so gemacht, aber bei den kommerziellen Lasern nicht? (zumindest habe ich das noch bei keinem kommerziellen Laser gesehen).
Wurde auch bei kommerziellen Laser gemacht.

Hier ein Beispiel an einem ALC60x.
(Pics sind schrecklich aber man kann die extra Elektroden erkennen)

http://laserpointerforums.com/f48/alc60 ... 47419.html


Gruss
Zypo
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DickerFunke
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von DickerFunke »

Meine erste ALC60X Röhre hatte genau solche Elektroden :)
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kilovolt
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von kilovolt »

Meiner Meinung nach sind diese Extra-Elektroden aber nur dazu da um Staub- oder andere Schmutzpartikel von den Brewsterfenstern fernzuhalten. Ich glaube, das hat weniger mit Ionenbeschuss zu tun.

Gruss kilovolt
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von X-Mind »

Meinst Du ernsthaft Ionen? Ich dachte in Bildschirmen wird mit Elektronen gearbeitet. Das macht einen großen Unterschied, da die Massen komplett unterschiedlich sind. Abgesehen davon hat die mittlere freie Weglänge nicht direkt etwas mit der Ionenmenge zu tun sondern eher mit der Durchschnittsgeschwindigkeit. Mit wachsender mittleren freien Weglänge haben die Elektronen mehr Energie und damit können sie auch leichter Restgasteilchen ionisieren aber dann sprechen wir so oder so erst mal von Elektronen. In einem Monitor sollten nach Möglichkeit gar keine Ionen vorhanden sein (korrigiert mich wenn das falsch ist, da ich keine Details über Bildschirmröhren kenne).
Ja, ich meine Ionen. Jedoch meinte ich nicht, dass diese zur Bilderzeugung benutzt werden, sondern gerade dafür unbrauchbar, bzw sogar gefährlich waren, da sie die Leuchtschicht weggeballert haben. Ich wollte damit nur sagen, das ich davon ausgehe, das ein ungeschütztes Fenster warscheinlich länger überleben wird als solch eine Bildröhre.
In Bildröhren wird btw selbstverständlich mit Elektronen zur Bilderzeugung gearbeitet.

@Zypo:

das Board, welches du verlinkt hast ist, zumindest zum Zeitpunkt als ich diesen Post erstellt habe offline, also kann ich mir das bild nicht ansehen.

@kilovolt:

Ohne viel Ahnung zu haben würde ich jetzt mal meinen, dass, die "Zusatzelektroden" nicht einfach so aus Metall gefertigt wurden, denn zum Staubschutz hätte auch ein Stück Silikonschlauch gereicht(meine Meinung).
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von DickerFunke »

X-Mind hat geschrieben: @kilovolt:

Ohne viel Ahnung zu haben würde ich jetzt mal meinen, dass, die "Zusatzelektroden" nicht einfach so aus Metall gefertigt wurden, denn zum Staubschutz hätte auch ein Stück Silikonschlauch gereicht(meine Meinung).
Ähm wie bitte?
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von X-Mind »

@Dicker Funke:

kilovolt hat ja geschrieben, das er glaubt, das diese "Elektroden" nur zum Staubschutz sind.
Ich glaube das nicht, da man sie ja sonst nicht aus Metall fertigen müsste, sondern auch silikonschlauch verwenden könnte.
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von DickerFunke »

Weisst du überhaupt wie diese Elektroden aussehen?
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X-Mind
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von X-Mind »

eben nicht, da der Link nicht geht

EDIT:

ich sehe gerade, das der Link wieder geht.
Nun zur Frage: ich meine diese "Kupferringe" zwischen dem Glasteil der Röhre, und dem großen schwarzen "etwas"(ist wohl die Spiegelhalterung)
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plasmarist
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von plasmarist »

Die Distanzhülsen aus Kupfer mit dem angeschlossenen Trockenmittelreservoir dienen dem Schutz der Optiken und der Außenseite der Fenster. Die Elektroden sind in die Röhre eingeschmolzen und sollen verhindern, dass sich metallischer Staub und Metalldämpfe auf der Innenseite der Brewsterfenster ablagern. Dieser Staub oder Metalldampf ist ein Resultat von abgesputtertem oder verdampftem Röhrenmaterial.

Silikonschläuche habe ich persönlich im Innern einer Ar-Laserröhre noch nie gesehen. :D

Und wie gesagt es hängt komplett von Deinem System ab ob die Fenster/Spiegel schon nach wenigen Minuten hin sind oder erst nach Jahrhunderten. Mit einer Bildröhre ist das nicht einfach zu vergleichen. Wie gesagt das Fenster meines Fusors muss ich bereits nach wenigen Stunden reinigen und der ist eigentlich gar nicht so ein Sputtermonster.

Ein gewisser Abstand zwischen Fenster und Elektrode macht für mich bei einem Eigenbaulaser ohnehin fast nur dann Sinn, wenn der Druck recht hoch ist. Bei einem niedrigen Druck hält die Wegstrecke auch nicht mehr viel von den Teilchen ab.

Wenn Du uns verrätst, was Du vorhast kann man das auf jeden Fall besser einschätzen.

Im Prinzip gibts aber nicht viel zu sagen. Unter einem bestimmten Druck und Spannung ist Sputtern ein massives Problem, dass meist recht schnell zu Schäden führt.
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Zypo
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Re: Ionenbombardement bei kommerziellen Lasern

Beitrag von Zypo »

@ Kilovolt
Ok, habe die Posts im LPF mal durchgelesen.
Scheinbar sollten die Elektroden wirklich Schmutz von den Brewsterfenster fernhalten.
Ich behaupte aber jetzt einfach mal, dass der Schmutz im Pasmastrom ionisiert wird und Richtung Brewsterfenster wandert. :)
Ionen sind ja nichts anderes als geladene Atome und Moleküle.

@ X-Mind,
Diese Kupferringe sind dafür da, die Optik zu schützen (Schmutz, Feuchtigkeit....)

Gruss
Zypo

Edit: plasmarist war schneller.
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