Häufig gestellte Fragen zu Lasermodulatoren (FAQ)

1. Was ist der Unterschied zwischen Intensitäts-, Phasen- und Universalmodulatoren?

Es gibt drei Arten von Lasermodulatoren:

a) Intensitätsmodulator (P) – Moduliert die Intensität (Leistung P) entsprechend der Amplitude des polarisierten Laserlichts. Der Intensitätsmodulator (P) ändert die Intensität entsprechend der Amplitude des Laserlichts. Ein Intensitätsmodulator ist ein universeller Lasermodulator, der einen Ausgangspolarisator enthält.

b) Phasenmodulator (PHAS) – Moduliert die Phase von polarisiertem Laserlicht. Der Phasenmodulator (PHAS) ändert die Phase von linear polarisiertem Laserlicht. Infolgedessen durchläuft das linear polarisierte Licht den Phasenmodulator langsamer, wenn eine Spannung angelegt wird (Phasenverschiebung um eine halbe Welle bzw. eine halbe Periode, wenn eine Halbwellenspannung angelegt wird).

c) Universalmodulator – Moduliert den Zustand von polarisiertem Laserlicht oder moduliert die Phase von Laserlicht. Der Universalmodulator kann in drei verschiedenen Betriebsarten verwendet werden:

1) Der Universalmodulator ändert den Zustand des linear polarisierten Lichts von linear (es wird keine
Spannung angelegt) über zirkular (es wird eine Viertelwellenspannung angelegt) bis hin zu linear, aber um 90° gedreht (es wird eine Halbwellenspannung
angelegt). Wenn der Kunde seinen eigenen Polarisator nach dem Ausgang des Lasermodulators hinzufügt, dann ändert dieses Set (universeller Lasermodulator
und Polarisator) die Intensität des Laserlichts und wirkt infolgedessen als Intensitätsmodulator.
2) Wird am Ausgang des Universalmodulators eine Viertelwellenplatte positioniert, so kann die Polarisationsebene des
linear polarisierten Lichts abhängig von der angelegten Spannung kontinuierlich gedreht werden.
3) Ein Universalmodulator kann auch die Phase von linear polarisiertem Laserlicht ändern, wenn er in einer anderen Ausrichtung verwendet wird.
Weitere Informationen dazu finden Sie in den Handbüchern der Lasermodulatoren LM13 und LM0202. Ein Universalmodulator kann sowohl zur
Polarisations- als auch zur Phasenmodulation verwendet werden. Jedoch erfordert die Phasenmodulation mit einem Universalmodulator eine doppelt so hohe
Schaltspannung wie mit einem reinen Phasenmodulator, bzw. wenn der Universalmodulator als
Polarisationsmodulator verwendet wird.

2. Welchen Lasermodulator benötige ich für die Amplituden(intensitäts)modulation?

Zur Amplituden- (Intensitäts-) Modulation können Sie entweder einen Universalmodulator [siehe 1. c)] oder einen Intensitätsmodulator (P) [siehe 1. a)] verwenden. Um einen Universalmodulator für die Amplitudenmodulation (Intensitätsmodulation) zu verwenden, müssen Sie einen eigenen Polarisator hinzufügen. Der Intensitätsmodulator (P) ist bereits mit einem geeigneten Polarisator ausgestattet.

3. Welchen Lasermodulator benötige ich für die Modulation des Polarisationszustandes oder die Rotation der linearen Polarisation?

a) Für die Modulation des Polarisationszustandes (von linear über elliptisch zu zirkular und zurück zu linear, aber um 90° gedreht) sollten Sie einen Universalmodulator verwenden [siehe 1. c)].
b) Für die Rotation der linearen Polarisation sollten Sie einen Universalmodulator [siehe 1. c)] und eine zusätzliche Viertelwellenplatte hinter dem Universalmodulator verwenden [siehe 1. c)].

4. Welchen Lasermodulator benötige ich für die Phasenmodulation?

Zur Phasenmodulation können Sie den Phasenmodulator (PHAS) [siehe 1. b)] oder einen Universalmodulator [siehe 1. c)] verwenden. Bitte beachten Sie: Bei der Verwendung eines Universalmodulators zur Phasenmodulation benötigt er die doppelte Schaltspannung im Vergleich zu einem reinen Phasenmodulator bzw. zu dem, was für die Halbwellenspannung des Universalmodulators angegeben ist. Daher ist für eine Halbwellen-Phasenverschiebung eine 2-fach größere Halbwellenspannung erforderlich.

5. Wie hoch ist die Schaltspannung bei einer bestimmten Wellenlänge?
Die Schaltspannung (z. B. Viertel- oder Halbwellen-Schaltspannung) ist annähernd linear proportional zur verwendeten Laserwellenlänge. Die Viertelwellen-Schaltspannung beträgt 50% der Halbwellen-Schaltspannung. Die Halbwellen-Schaltspannung unserer Lasermodulatoren (Serie LM0202) geben wir bei der für den Lasermodulatortyp typischen Wellenlänge an:

bei 355nm für UV-Modulatoren – 120 V für Ø1,5 mm Blende*/200V für Ø3,5 mm Blende*
bei 633 nm für sichtbare Modulatoren – 210 V für 3x3 mm² Blende/350 V für 5x5 mm² Blende
bei 1064 für Infrarot-Modulatoren – 360 V für 3x3 mm² Blende/590 V für 5x5 mm² Blende

* Bei einigen Lasermodulator-Modellen (z. B. UV- oder High-Power-Versionen) ist der runde Blendendurchmesser aufgrund einer kreisförmigen Blende kleiner als die quadratische Kristallblende.

6. Wie kann ich die Schaltspannung für eine bestimmte Wellenlänge berechnen?

Die Schaltspannung (z. B. Viertel- oder Halbwellen-Schaltspannung) ist nahezu linear proportional zur verwendeten Laserwellenlänge. Wir geben die Halbwellen-Schaltspannung unserer Lasermodulatoren bei einer typischen Wellenlänge an. Damit können Sie die Schaltspannung bei der Wellenlänge Ihrer Anwendung berechnen. Nehmen wir als Beispiel U₁ = 210 V für 3x3 mm² Blende bei l₁ = 633 nm für sichtbare Modulatoren. Die Schaltspannung U₂ für eine zweite Wellenlänge l₂ beträgt demzufolge:

U₁/l₁ = U₂/l₂
U₂ = l₂ * U₁/l₁

Beispiel: Wenn die Wellenlänge Ihrer Anwendung l₂ = 800 nm ist, dann ist die Schaltspannung U₂:

U₂ = 800 nm * 210V/633 nm = 265 V

7. Weisen Lasermodulatoren Piezo-Ringing auf?

Der Piezo-Ringing-Effekt ist bei LINOS-Lasermodulatoren aufgrund der Nutzung transversaler elektrischer Felder und verhältnismäßig niedriger Spannungen im Vergleich zu Pockels-Zellen gering. Ein Betrieb mit einer sinusförmigen Wellenform zeigt ein schwächeres Piezoring im Vergleich zum Pulsbetrieb, der steile Schaltflanken aufweist. Siehe auch Frage 13.

8. Treiber für Lasermodulatoren

Lasermodulatoren erfordern eine relativ hohe Spannung, um eine Halbwellenspannungsmodulation oder ein Schalten zu erreichen. Nachfolgend finden Sie eine Auswahl von Lieferanten verschiedener Hochspannungstreiber für Lasermodulatoren. Es gibt zwei generelle Möglichkeiten, einen Lasermodulator zu betreiben:

digitale oder Pulsmodulation (ähnlich der Ein-/Aus-Modulation oder Ein-/Aus-Schaltung) und
kontinuierliche Analogmodulation (Anlegen einer analogen Wellenform an den Modulator).

a) Treiber für Impulse, Ein/Aus-Schaltung oder digitale Modulation – Pockels Cell-Treiber und Impulsverstärker:

Qioptiq DIV20 digitaler Pulsverstärker – bestens geeignet für die meisten unserer Lasermodulatoren:
http://www.qioptiq-shop.com/en/Precision-Optics/LINOS-Laser-Modulators-Pockels-Cells/LINOSLaser-Modulators/Digital-Pulse-Amplifier-DIV-20.html

Behlke – Set von Hochspannungsschaltern und Netzteilen:
http://www.behlke.com/separations/separation_d.htm
Kentech: http://kentech.co.uk/index.html?/pock_cell_drivers.html&2
Adamietz: https://www.elektronik-adamietz.de/produkte/pockels-cell-driver/
RPMC: https://www.rpmclasers.com/types/pockels-cell-driver/
Piezo Drive (Piezotreiber): https://www.piezodrive.com/drivers/
OEM-Tech: https://www.oem-tech.by/catalog/embedded-pcd/

b) Treiber für analoge Modulation (analoge Spannungsverstärker bieten wir nicht an):

Lieferanten für analoge Spannungsverstärker:
http://www.trekinc.com/products/products_m.asp
http://www.matsusada.com/product/

Verteiler für Hochspannungsverstärker:
http://www.hivolt.de/index.php?id=hvamplifiers&L=1

9. Welche Impulsfrequenzen unterstützt der Impulsverstärker DIV20?

Bitte beachten Sie die Abb. 2 (Seite 9) des DIV20-Handbuchs, aus der hervorgeht, welche maximale Spannung der DIV20-Treiber bis zu welcher Frequenz unterstützt. Typische Maximalspannungen sind:

≤590 V bis zu 1 MHz
≤500 V bis zu 2 MHz
≤300 V bis zu 5 MHz
≤100 V bis zu 15 MHz

Der DIV20 unterstützt z. B. keine Schaltspannung von ≥300 V für Frequenzen über 5 MHz. Bitte beachten Sie die maximale Halbwellenspannung des Lasermodulators. Beispielsweise hat ein LM0202 mit 3x3 mm² Blende bei 815 nm eine Halbwellenspannung von 270 V ±10%. Aufgrund dessen muss eine maximale Schaltspannung von 300 V beachtet werden.

10. Welche Funktion oder welchen Wellenformgenerator benötige ich zum Triggern des Impulsverstärker DIV20?

Für die meisten Anwendungen ist ein Standard-Funktions- oder Wellenformgenerator mit 0–5V-Ausgang (zur Erzeugung des TTL-Signals) und einer Pulsfrequenz von typisch 10 MHz oder mehr geeignet (die maximale Frequenz sollte sich nach der erforderlichen maximalen Pulsfrequenz richten). Der Funktions- (oder Signal- oder Wellenform-) Generator kann eine PC-Karte (typischerweise eine PCIe-Karte) oder ein externes, eigenständiges Gerät sein. Üblicherweise haben DAC-Karten (AD/DA-Datenerfassungskarten) einfache TTL-Signalausgänge (oder konfigurierbare 5V-Analogspannungsausgänge), die verwendet werden können, solange sie die erforderliche Schaltfrequenz unterstützen.
Wenn Sie Zufallsimpulse erzeugen wollen, ist ein Arbiträrwellenformgenerator erforderlich (der konfigurierbare Analogausgang einer DAC-Karte könnte dies ebenfalls unterstützen, aber bitte vergewissern Sie sich der unterstützten Frequenz).

Die Auswahl an Funktions- oder Wellenformgeneratoren ist riesig, hier nur einige Beispiele:

https://www.digikey.com/en/products/filter/equipment-functiongenerators/630?s=N4IgTCBcDaIO4EMBuBTAZgewE4FsAEA5igHYpYIAu2IAugL5A
https://uk.farnell.com/c/test-measurement/signal-generators-counters/arbitrary-function-pulsegenerators
https://www.ni.com/de-de/shop/hardware/products/pxi-waveform-generator.html

11. Kann ich eine Pockels-Zelle anstelle eines Lasermodulators verwenden?

Im Allgemeinen können Pockels-Zellen zur kontinuierlichen Modulation der Amplitude oder des Polarisationszustands von Laserlicht verwendet werden. Allerdings haben Pockels-Zellen in der Regel eine ziemlich hohe (mehrere kV) Schaltspannung. Dies macht den Treiber teuer, wenn man eine kontinuierliche Modulation der Amplitude oder des Polarisationszustandes benötigt. Pockels-Zellen werden üblicherweise als Güteschalter, Pulse Slicer oder Pulse Pickers eingesetzt. Pockels-Zellen sind nicht für die Phasenverschiebung ausgelegt.

12. Was ist der Unterschied zwischen den Reihen LM13 und LM0202?

Die Modulator-Serie LINOS LM0202 ist mit 4 Kristallen in einer Linie ausgestattet (die Kapazität ist typischerweise C = 82pF), während unsere Modulator-Serie LM13 mit 2 Kristallen in einer Linie ausgestattet ist. Die LM13-Serie hat eine Kapazität von typischerweise nur C = 46pF, benötigt aber die doppelte Schaltspannung im Vergleich zu einem LM0202-Modulator.
Die Modulatorreihe LINOS LM13 ist im Vergleich zur Modulatorreihe LM0202 kürzer. Sie ist möglicherweise besser geeignet, wenn der verfügbare freie Raum begrenzt ist.

13. Was ist der Unterschied zwischen ADP- und KD*P-basierten Lasermodulatoren?

ADP (Ammoniumdihydrogenphosphat) und KD*P (Deuteriertes Kaliumphosphat) sind beides elektrooptische Kristalle. ADP hat weniger und schwächeres Piezo-Ringing, aber stärkere temperaturabhängige Änderung der Schaltspannung im Vergleich zu KD*P.

14. Was ist das Auslöschverhältnis und wie wird es gemessen?

Das Auslöschverhältnis (ER) ist das Verhältnis der optischen Leistung bei maximaler (angelegte Spannung ist 0V oder Kontakte sind elektrisch geerdet) und minimaler (angelegte Spannung ist die Halbwellenspannung) Transmission (T_max und T_min). Das Auslöschverhältnis wird gemessen, wenn der Lasermodulator zwischen einem linear polarisierten Dauerstrichlaser als Eingang und einem Parallelpolarisator am Ausgang platziert wird (die Ausrichtung ist parallel zum linear polarisierten Laserstrahl).

ER = T_max/T_min

15. Bieten Sie Resonanzkreis-Lasermodulatoren an?

Alle unsere Standardmodulatoren sind breitbandig. Wir können einen separaten SINE-Verstärker anbieten, der zur Bildung eines Resonanzkreises mit unseren Modulatoren (insbesondere mit unserem Phasenmodulator PM-C-BB) verwendet werden kann. Die häufigste Anwendung ist die Seitenbandgenerierung.

16. Wie wähle ich den am besten geeigneten Lasermodulator für meine Anwendung aus?

Bitte berücksichtigen Sie die folgenden Parameter Ihres Systems, einschließlich des Hochspannungstreibers:

a) Typ des Modulators: Sie können einen Phasen-, Intensitäts- oder Universal-Lasermodulator wählen. Weitere Einzelheiten entnehmen Sie bitte den Fragen 1 bis 4.
b) Wellenlänge: Wir bieten Lasermodulatoren an, die in den Wellenlängenbereichen UV (300– 390 nm), sichtbar (400–850 nm) und Infrarot (650–1000 nm, 700–950 nm oder 950–1100) arbeiten.
c) Leistungsvermögen: Abhängig von der von Ihnen gewählten Wellenlänge bieten wir Laserleistungen von 0,1 W bis zu 20 W an.
d) Blende: Abhängig von der Größe Ihres Laserstrahls können Sie entweder einen 3x3 mm² oder 5x5 mm² Blendenmodulator wählen. Einige UV- und Hochleistungsmodulatoren haben einen Durchmesser von Ø 1 mm und eine Blende von Ø 3 mm.
e) Laserstrahldurchmesser: Der Laserstrahldurchmesser sollte mindestens um den Faktor 2,5 kleiner sein als der Blendendurchmesser. Für eine 3x3 mm² Blende ist der maximale Strahldurchmesser also d1/e² ≤ 1,2 mm, und für eine 5x5 mm² Blende ist er d1/e² ≤ 2,0 mm. Die Verwendung von größeren Strahldurchmessern ist möglich, führt aber zu einer Strahlabschneidung.
f) Anforderungen an die Halbwellenspannung: Schätzen Sie die erforderliche Betriebsspannung für Ihren Lasermodulator gemäß den Fragen 5 und 6 und stellen Sie sicher, dass Ihr Hochspannungstreiber diese Spannung bei der erforderlichen Modulationsfrequenz liefern kann. Bitte beachten Sie, dass die maximale Spannung 800 V nicht überschreiten sollte.
g) Modulationsanforderungen: Versichern Sie sich, dass die benötigten Modulationsfrequenzen vom Lasermodulator (100 MHz bei 3 dB, die 3dB-Grenze ist eine Modulationstiefe von nur 50% bei 100 MHz) und dem Hochspannungstreiber unterstützt werden. Wenn Sie den Impulsverstärker DIV20 verwenden, lesen Sie bitte Frage 9.
h) Platzbedarf: Wenn Sie ein kompaktes Lasermodul benötigen (auf Kosten einer größeren Halbwellen-Schaltspannung), schauen Sie sich unsere LM13-Serie an. Wenn Sie einen Lasermodulator mit einer niedrigeren Halbwellenspannung benötigen, sehen Sie sich unsere LM0202-Serie an. Siehe Frage 12 für weitere Details.
i) Andere Überlegungen: Löschung (siehe Frage 0), Transmission (siehe Spezifikation des Lasermodulators), Piezo-Ringing-Effekte (siehe Frage 7), Anstiegs-/Abfallzeit, etc.

17. Wie wähle ich einen geeigneten Treiber aus?

Wichtige Leistungsparameter für den Lasermodulator-Treiber sind:
Ob digitale Pulsmodulation (ähnlich der Ein-/Aus-Modulation oder Ein-/Aus-Schaltung) und/oder kontinuierliche analoge Modulation gewünscht ist (siehe Frage 8).

Maximale Hochspannung (bitte erforderliche Maximalspannung prüfen, siehe Fragen 5 und 6)
Modulations- oder Pulsfrequenz-Bandbreite und maximal unterstützte Frequenz
Anstiegs- und Abfallzeit (siehe Spezifikation des Lasermoduls und des Treibers)
Maximale Kapazitätsbelastung des Treibers (LM13 hat eine typische Kapazität von C = 46pF, und LM0202 hat C = 82pF)

18. Kann ich einen Lasermodulator verwenden, um die Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht zu drehen?

Ein Universalmodulator ist geeignet, um die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts zu drehen (siehe Frage 1). Wird eine Viertelwellenplatte am Ausgang des Universalmodulators positioniert, so kann die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts in Abhängigkeit von der angelegten Spannung kontinuierlich gedreht werden.

19. Kann ich einen Lasermodulator verwenden, um die Laserintensität langsam oder schnell ein-/auszuschalten?

Entweder ein Intensitätsmodulator oder ein Universalmodulator ist geeignet, um die Laserintensität langsam oder schnell mit Frequenzen bis in den MHz-Bereich und Anstiegszeiten von < 30 ns (siehe Frage 1) ein- bzw. auszuschalten.

20. Kann ich einen Lasermodulator verwenden, um die Laserintensität kontinuierlich zu modulieren?

Für die kontinuierliche Modulation der Laserintensität mit Frequenzen bis in den MHz-Bereich und Anstiegszeiten von < 30 ns (siehe Frage 1) ist entweder ein Intensitätsmodulator oder ein Universalmodulator geeignet.

21. Kann ich einen Laser Modulator zur Phasenstabilisierung verwenden?

Ja, ein Phasenmodulator eignet sich zur Phasenstabilisierung von interferometrischen oder holographischen Aufbauten. Die an den Phasenmodulator angelegte Spannung muss durch eine PID-Verstärkerschaltung in Abhängigkeit vom Rückführsignal geregelt werden.

22. Muss ich den Lasermodulator in Bezug auf den Laserstrahl justieren?

Ja, es ist notwendig, die Eingangs- und Ausgangsöffnungen des Lasermodulators (also die optische Achse) in Bezug auf die Position des Laserstrahls zu justieren, um die höchste Transmission und Extinktion zu erreichen. Auch die Offset-Spannung kann durch Justierung des Lasermodulators verringert oder erhöht werden. Die seitliche und winklige Justage des Lasermodulators ist wichtig, um die Positionen der optischen Achse und der Blende des Lasermodulators in Bezug auf den Laserstrahl zu optimieren und die höchste Transmission und Extinktion zu gewährleisten.

23. Wie wird der Lasermodulator montiert?

Wir empfehlen die Verwendung von zwei „Verstellbarer Halter 55 – M“ (Teilenummer G035904000) aus unserem LINOS-Katalog. Dies ermöglicht die korrekte Montage sowie die seitliche und winkelmäßige Justage des Lasermodulators. Jedes andere Montagekonzept kann ebenfalls geeignet sein, sofern es eine seitliche und winklige Justage des Lasermodulators ermöglicht. Es ist auch möglich, eine feste Montage des Lasermodulators zu verwenden, wenn der Laserstrahl in Bezug auf die Eingangs- und Ausgangsapertur des Lasermodulators lateral und winklig justiert werden kann. Dies kann in der Regel durch die Verwendung von zwei verstellbaren Spiegeln erreicht werden. Die seitliche und winkelmäßige Justage der Position des Lasermodulators ist wichtig, um die Positionen der optischen Achse und der Blende Apertur des Lasermodulators in Bezug auf den Laserstrahl zu optimieren und die
höchste Transmission und Extinktion zu gewährleisten.

24. Welche Vorkehrungen kann ich treffen, um eine lange Lebensdauer meines Lasermodulators zu gewährleisten?

Wenn ein Modulator längere Zeit nicht benutzt wird (z. B. über Nacht), stellen Sie bitte sicher, dass keine Spannung anliegt. Bitte lagern Sie den Lasermodulator nicht aufrecht. Die meisten unserer Lasermodulatoren sind mit einer optischen Immersionsflüssigkeit gefüllt. Es besteht die Gefahr der Bildung kleiner Luftblasen zwischen den Fenstern und den Kristallen, wenn der Lasermodulator aufrecht gelagert wird. Bitte installieren Sie den Lasermodulator in Ihrem Aufbau aus dem gleichen Grund nicht in aufrechter Position.