Helium-neon (HeNe) Laser: Der Klassiker der Vibrometrie

Helium-Neon Laserquellen (HeNe Laserquellen) werden seit vielen Jahren für herkömmliche Laser-Doppler-Vibrometer verwendet und sind dank ihrer einzigartigen Eigenschaften ein nützliches Werkzeug für die berührungslose Schwingungsmessung. Der Helium-Neon-Laser ist dank seiner einzigartigen Eigenschaften und vielseitigen Einsatzmöglichkeiten ein unverzichtbares Werkzeug in der Vibrometrie. Der Gaslaser besteht aus einem Gasgemisch aus Helium und Neon und emittiert rotes Licht mit einer Wellenlänge von 632,8 nm im roten Spektrum.

Kommerzielle HeNe-Laser sind relativ kleine Geräte mit Hohlraumlängen, die normalerweise zwischen 15 und 50 cm liegen, manchmal aber auch bis zu etwa 1 Meter, um die höchsten Leistungen zu erzielen, und optischen Ausgangsleistungen zwischen 0,5 und 50 mW. Die genaue Wellenlänge roter He-Ne-Laser beträgt im Vakuum 632,991 nm und wird in Luft auf etwa 632,816 nm gebrochen.

Dieser Messstrahl des HeNe-Lasers ist für das menschliche Auge sichtbar und kann ohne Hilfsmittel ausgerichtet werden. Diese vergleichsweise kurze Wellenlänge erlaubt es, den Laserstrahl präzise auf einen sehr kleinen Messpunkt zu fokussieren, was den HeNe-Laser besonders für die Messung von Mikrostrukturen und feinen Details geeignet macht. Vibrometer mit HeNe-Lasern werden daher regelmäßig eingesetzt, wenn ein ausreichendes Signal vom Messobjekt zurückgestreut wird, die Messfläche ein ausreichendes Reflexionsvermögen hat oder durch Wasser hindurch gemessen werden soll, denn Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm durchdringt Wasser fast ungehindert.

Ein weiterer Vorteil des HeNe-Lasers ist seine Sicherheit. Die Ausgangsleistung des HeNe-Lasers ist auf 1 mW begrenzt, um das menschliche Auge zu schützen, zumal es hauptsächlich aus Wasser besteht. HeNe-basierte Laser-Doppler-Vibrometer (LDV), wie z.B. das Einpunkt-Vibrometer der Vector-Serie, sind nach EN 60825-1 in die Laserschutzklasse 2 eingestuft und für eine kurzzeitige Exposition des Auges unbedenklich, da natürliche Ablenkungsreaktionen (z.B. Lidschlussreflex) wirksam sind. Das Starren in den Laser unterdrückt den Schutzreflex und kann das Auge schädigen. werden daher regelmäßig eingesetzt, wenn ein ausreichendes Signal vom Messobjekt zurückgestreut wird.

Der HeNe-Laser verfügt über eine ausgezeichnete Kohärenz mit sehr langen Kohärenzlängen und ist daher ideal für den Einsatz in der Interferometrie geeignet.

Die Kohärenzlänge eines Helium-Neon-Lasers (HeNe) beträgt in der Regel einige Zentimeter bis mehrere Meter, je nach den spezifischen Eigenschaften des Lasers. Dieser Parameter bestimmt die Länge des Interferenzbereichs des Lasers und ist für bestimmte Anwendungen wichtig, insbesondere für die Interferometrie oder holografische Techniken.

Es ist wichtig zu wissen, dass der HeNe-Laser mehr als eine longitudinale Mode hat. Wellenzüge mit nahe beieinander liegenden Frequenzen überlagern sich zu einer Schwebung, was bedeutet, dass die Intensität des Messstrahls und damit die Signalqualität vom Arbeitsabstand abhängig ist.

Allerdings unterliegen HeNe-Laser einem starken Alterungsprozess, der sich im Laufe der Lebensdauer in einer Abnahme der Laserleistung bis hin zum kompletten Ausfall bemerkbar macht.

Insgesamt ist der Helium-Neon-Laser ein bewährter und zuverlässiger Laser in der Vibrometrie, der aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften und vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sowohl in der Forschung als auch in der Industrie weit verbreitet ist.

Infrarot-Laser: Das Multitalent

Optomet setzt auf die neueste und modernste kurzwellige Infrarot-Lasertechnologie (SWIR) für beste Signalqualität bei anspruchsvollen Messaufgaben.

Das SWIR-Laser emittiert nicht sichtbares Licht bei einer Wellenlänge von 1.550 nm mit einer Ausgangsleistung von bis zu 10 mW. Dies entspricht dem Zehnfachen der Ausgangsleistung eines HeNe-Lasers. In Kombination mit FPhotodetektoren mit einem Wirkungsgrad von mehr als 98% ergibt sich ein um 20 dB höheres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR).

Trotz der höheren Laserleistung hat der SWIR-Laser die höchste Laserschutzklasse 1 nach EN 60825-1 und ist damit augensicher. Die Flüssigkeit im Auge absorbiert das Infrarotlicht und schützt so das Auge. Der nicht sichtbare Messstrahl wird mittels eines koaxial geführten grünen Pilotlasers (Wellenlänge: ca. 532 nm) positioniert. Die Leistung des Pilotlasers ist auf 1 mW begrenzt, was zu einer Einstufung in die Laserschutzklasse 2 nach EN 60825-1 führt. DieOptomet SWIR-Vibrometer haben daher immer die Laserschutzklasse 2, bezogen auf  das Gesamtsystem.

Für spezielle Anwendungen, bei denen eine größere Reichweite oder eine höhere Signalqualität erforderlich ist, setzt Optomet auch auf die fortschrittliche Short Wavelength Infrared (SWIR) Technologie. SWIR-Vibrometer bieten aufgrund des höchsten SNR eine höhere Ausgangsleistung und eignen sich daher besonders für anspruchsvolle Messaufgaben, bei denen Vibrometer mit herkömmlichen Laserquellen an ihre Grenzen stoßen. Selbst auf dunklen, rauen, gewölbten  oder anderen Oberflächen mit geringem Reflexionsvermögen erübrigt sich mit dem Infrarot-Vibrometer die Behandlung der Messfläche. Auch bei Messungen über große Distanzen, auf glühenden Oberflächen und auf biologischem Gewebe ist das SWIR-Vibrometer die unangefochtene Domäne der SWIR-Schwingungsmessung. Hohe Temperaturstabilität und eine lange Lebensdauer bieten weitere Vorteile.