CH680819A5 - - Google Patents

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CH680819A5
CH680819A5 CH2309/90A CH230990A CH680819A5 CH 680819 A5 CH680819 A5 CH 680819A5 CH 2309/90 A CH2309/90 A CH 2309/90A CH 230990 A CH230990 A CH 230990A CH 680819 A5 CH680819 A5 CH 680819A5
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Hartmut Rhoese
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Souriau Electric Gmbh
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Description

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CH 680 819 A5
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Beschreibung
Gegenstand der Erfindung ist ein Stecker für einen laseroptischen Lichtwellenleiter gemäss des Anspruches 1.
Faseroptische Lichtwellenleiter werden in den letzten Jahren in zunehmendem Masse zur irdischen Nachrichtenübertragung, aber zum Beispiel auch für mikrochirurgische Operationen eingesetzt. Dabei dienen die Lichtwellenleiter häufig als Leiter für Laserlicht, das entsprechend fokussiert in den Lichtwellenleiter überführt wird.
Hieraus ergibt sich bereits, dass die Stirnfläche des Lichtwellenleiters im Brennpunkt des entsprechenden Linsensystems angeordnet werden muss, um eine möglichst vollständige Energieübertragung zu erreichen. Zu diesem Zweck ist es weiterhin erforderlich, eine absolut plane Stirnfläche des Lichtwellenleiters zu besitzen, um Streustrahlen und Reflexionen soweit wie möglich zu verhindern.
Dazu sind Stecker bekannt, die einen mittigen axialen Durchgangskanal besitzen, in dem der Lichtweilenleiter angeordnet wird. Nach der Konfektionierung der Faser wird dessen freie Stirnfläche gemeinsam mit der Stirnfläche der Steckerspitze plangeschliffen.
Insbesondere bei der Verwendung faseroptischer Lichtwellenleiter für hochenergetische Anwendungsfälle zum Beispiel bei der Materialbearbeitung oder der Medizintechnik, wo Energien im Milli-watt- bis Wattbereich übertragen werden müssen, besteht bei der Verwendung des vorstehend beschriebenen Steckers die Gefahr, dass es durch schräg einfallende Lichtanteile oder Reflexionen zu Abbrandverlusten an der Übergangsstelle von fo-kussiertem Laserlicht zum Lichtwellenleiter aufgrund der hohen Übertragungsenergien kommt. Diese Abbrandverluste entstehen vor allem im Bereich des den optisch wirksamen Kern der Faser umhüllenden Polymermantels, der In der Regel wiederum von einer äusseren Beschichtung umgeben ist, um der Faser insgesamt eine bestimmte Biegsamkeit zu verleihen, wie sie zum Beispiel für den Anwendungsbereich Endoskopie notwendig ist. Die Folge derartiger Abbrandverluste ist, dass keine sichere Energieübertragung mehr gewährleistet werden kann und der Stecker mit angeschlossenem Licht-welienleiter ersetzt werden muss. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Stecker für den eingangs genannten Anwendungsbereich anzugeben, mit dem die beschriebenen Nachteile verhindert werden können. Dabei soll der Stecker vorzugsweise so gestaltet sein, dass er auch für Einmal-Anwendungsfälle, wie sie in der Medizintechnik häufig vorkommen, wo zugehörige Endoskope nach einer Operation aus hygienischen Gründen verworfen werden, eingesetzt werden kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die beschriebenen Abbrandverluste im Bereich des Mantels des Lichtwellenleiters vor allem dadurch bedingt sind, dass durch den «geschlossenen Einbau» des Lichtwellenleiters in einem bekannten Stecker keine ausreichende Wärmeabfuhr gegeben ist und folglich für eine Kühlung der Faser gesorgt werden muss. Dabei hat die Erfindung weiter erkannt, dass eine externe Kühlung, zum Beispiel über ein Kühlaggregat, aus technischen Gründen praktisch ausscheidet, weil der zu kühlende Abschnitt des Lichtwellenleiters mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,5 mm und einer Länge von wenigen Millimetern zu klein ist, um eine gezielte Kühlung mittels eines Kühlaggregates zu bewirken.
Um so überraschender ist es, dass nunmehr festgestellt wurde, dass sich die gewünschte Kühlung verblüffend einfach dadurch bewerkstelligen lässt, dass der freie Endbereich der Faser von der Beschichtung befreit wird und nur noch aus dem optisch wirksamen Kern und einem diesen umhüllenden dünnen Mantel besteht und dieser freie Endabschnitt so angeordnet wird, dass er keinen unmittelbaren Berührungskontakt zu der Durchgangsöffnung im Stecker beziehungsweise dessen Stirnfläche aufweist. Mit anderen Worten: der freie Endbereich der Faser soll nunmehr den Durchgangskanal beziehungsweise die zugehörigen Teile zum Positionieren des Lichtwellenleiters frei nach vorne überragen.
Dabei hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass zum Teil bereits ein freier, vorragender Abschnitt des Lichtwellenleiters von etwa 1 mm ausreicht, um die vorstehend beschriebenen Abbrandverluste vollständig zu verhindern, weil durch das freiliegende Ende des Lichtwellenleiters eine ungehinderte Abstrahlung von Lichtwellen und damit von Energie aus dem Polymermantel in die Umgebung möglich wird.
Danach betrifft die Erfindung einen Stecker für einen faseroptischen Lichtwellenleiter mit einem optisch aktiven Kern, einem, den Kern umhüllenden Mantel sowie einer darum angeordneten äusseren Beschichtung zur lösbaren Ankopplung an hochenergetisches Laserlicht aussendende elektro-opti-sche Bauteile mit folgenden Merkmalen:
- Der Stecker weist ein Steckergehäuse auf,
- im Steckergehäuse sind ein axialer Durchgangskanal sowie Positionierungsmittel zur Aufnahme und Festlegung des Lichtwellenleiters angeordnet,
- der Lichtwellenleiter verläuft bis in den Bereich der Steckerspitze,
- der Lichtwellenleiter ist an seinem freien Ende ohne äussere Beschichtung ausgebildet,
- das freie Ende des Lichtwellenleiters ist beabstandet zur Wand des Durchgangskanals angeordnet und/oder es überragt den Durchgangskanal der entsprechenden Positionierungsmittel.
Im einfachsten Fall würde sich der Stecker von einem bekannten Stecker dadurch unterscheiden, dass der optisch aktive Kern mit zugehörigem Mantel mit seinem freien Ende die Stirnfläche der Steckerspitze überragt. Mit einer solchen Ausführungsform wird zwar der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung realisiert, es besteht jedoch die Gefahr, dass bei der Anwendung eines solchen Steckers die vorstehende Spitze des Lichtwellenleiters abbricht.
Aus diesem Grunde wird nach einer vorteilhaften Ausfüfirungsform vorgeschlagen, den Lichtwellen-ieiter so anzuordnen, dass seine Stirnfläche am freien Ende mit der Stirnfläche der Steckerspitze
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fluchtet oder mit geringem Abstand nach hinten versetzt endet.
Aufgrund der obigen Ausführungen ergibt sich hieraus implicid, dass bei dieser Ausführungsform zwischen der Umfangsfläche des freien Endes der Faser und der korrespondierenden Wandung des Durchgangskanals ein Hohlraum ähnlich einem Ringkanal verbleiben muss. Dieser Hohlraum wird ohne weiteres bereits dadurch realisiert, dass der entsprechende Abschnitt des Lichtwellenleiters keine äussere Beschichtung aufweist. Ebenso kann es aber auch vorteilhaft sein, den entsprechenden stirnseitigen Abschnitt des Durchgangskanals mit einer grösseren Öffnungsweite auszubilden, insbesondere dann, wenn in diesem Bereich ein Zentrierelement für den Lichtwellenleiter angeordnet wird.
Ein solches Zentrierelement wird deshalb bevorzugt, um eine sichere und exakte Positionierung der Faser im Stecker und eine genaue Zuordnung der Stirnfläche der Faser am Brennpunkt des aufzunehmenden Laserlichts zu gewährleisten.
Das Zentrierelement ist dann versetzt zur freien Stirnfläche der Steckerspitze angeordnet, während die Faserspitze darüber hinausragt und vor oder mit der Stirnfläche der Steckerspitze fluchtet. Auf diese Weise kann die Stirnfläche der Steckerspitze gleichzeitig zur Positionierung des Steckers an einem korrespondierenden elektro-optischen Bauteil genutzt werden.
Dabei kann auch der vom Zentrierelement er-fasste Abschnitt des Lichtwellenieiters ohne äussere Beschichtung ausgebildet sein, während der dahinter, im Durchgangskanal des Steckers einliegende Abschnitt des Lichtwellenleiters in üblicher Weise ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform dient das Zentrierelement gleichzeitig zur zusätzlichen Kühlung des vorderen Abschnittes des Lichtwellenleiters und besteht zu diesem Zweck vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material.
Zum Beispiel für medizinische Anwendungsfälle wie Endoskopie weist der optisch aktive Kern des Lichtwellenleiters einen Durchmesser von weniger als 0,5 mm auf. Der den Kern umhüllende Mantel, der insbesondere aus einem Polymer besteht, aber auch aus anderen Werkstoffen, zum Beispiel Gläsern bestehen kann, ist nur wenige um dick. Zusammen mit der äusseren Beschichtung ergibt sich ein Gesamtdurchmesser von etwa einem Millimeter. In diesem Fall genügt es, den freien Endabschnitt des Lichtwellenleiters etwa ein Millimeter auf die beschriebene Art und Weise frei vorstehen zu lassen. Hierdurch können Lichtwelien, die unter einem relativ steilen Winkel einfallen, ungehindert durch den Mantel In den freien Umgebungsraum abstrahlen, während die unter relativ flachen Winkeln einfallenden Lichtwellen im rückwärtigen Bereich des Lichtwellenleiters ohne weiteres am Grenzflächenbereich zwischen optisch aktivem Kern und umhüllenden Polymermantel total reflektiert werden. Hierauf beruht letztendlich das Prinzip der faseroptischen Lichtwellenleiter.
Der Stecker selbst besteht vorzugsweise aus Metall und der Lichtwellenleiter wird zum Beispiel durch Crimpen am Steckergehäuse festgelegt, wobei die Crimpstelle in einem Bereich des Leiters vorzusehen ist, in dem dieser eine äussere Beschichtung aufweist, um eine Deformation des Polymermantels beziehungsweise des optisch aktiven Kerns zu verhindern.
Selbstverständlich muss die Stirnfläche des freien Endes des Lichtwellenleiters auch im vorliegenden Fall möglichst absolut plan sein, um Streustrahlen zu unterbinden. Ein gemeinsames Planschleifen mit der Stirnfläche der Steckerspitze scheidet hier aus, dass der spröde Leiter frei die zugehörigen Steckerbauteile überragt und abbrechen würde. Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, dass eine absolut plane Stirnfläche durch einfaches Brechen ebenfalls erreicht werden kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche sowie den sonstigen Anmeidungsunterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei in der einzigen Figur in stark schematisierter Darstellung ein Stecker mit einliegendem faseroptischen Lichtwellenleiter im Schnitt dargestellt ist.
Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist der hintere, hier nicht interessierende Teil des Steckers 10 nicht dargestellt. Der vordere, in der Figur rechte Teil des Steckers 10 besteht aus Metall und weist eine stirnseitige, nach innen verlaufende Bohrung 12 auf, in der eine Steckerspitze 14 ortsfest einliegt.
Koaxial zur Mittenlängsachse M ist im Stecker 10 sowie der Steckerspitze ein Durchgangskanal 16 mit Kreisquerschnitt angeordnet. Der Durchgangskanal weist einen Durchmesser d auf. Zum vorderen, in der Figur rechten Ende hin ist der Durchgangskanal 16 mit einem vergrösserten Innendurchmesser D ausgebildet. Der Stecker 10 weist so im Bereich des freien Endes 14a der Steckerspitze 14 eine topfför-mige Ausnehmung 18 auf.
Im Durchgangskanal 16 ist ein faseroptischer Lichtwellenleiter 20 angeordnet. Dieser besteht aus einem optisch aktiven Glasfaserkern 22 mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm und einem den Kern 22 umhüllenden dünnen Poiymermantel 24 sowie einer darum angeordneten Beschichtung 26, zum Beispiel aus einem Kunststoff.
Der Lichtwellenleiter 20 ist am linken, in der Figur nicht dargestellten Ende des Steckers 10 am Steckergehäuse angecrimpt und erstreckt sich entlang des Durchgangskanals 16 bis in den Bereich der Stirnfläche 14b der Steckerspitze 14.
Wie sich der Figur entnehmen lässt, ist der innerhalb der topfförmigen Ausnehmung 18 verlaufende freie Endabschnitt 20a des Lichtwellenleiters von der äusseren Beschichtung 26 befreit.
fm Bereich der topfförmigen Ausnehmung 18 ist ein Zentrierelement 28 angeordnet, das dort bündig einsitzt und den freien Endbereich 20a des Lichtwellenleiters 20 flächig umschliesst, jedoch nur in einem Teilbereich, so dass die Spitze 20b des Lichtwellenleiters 20 über die Stirnfläche 28a des Zentrierelementes 28 vorragt. Wie der Figur weiter zu entnehmen ist, liegt das Zentrierelement 28 im übrigen mit seiner rückwärtigen Fläche gegen die Stufe 30 im Bereich der topfförmigen Ausnehmung 18 an.
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Das Zentrierelement 28 ist im vorliegenden Fall in der Ausnehmung 18 eingeklebt.
Das wesentliche Merkmal des Steckers besteht darin, dass die Spitze 20b des Lichtwellenleiters 20 keinen Flächenkontakt zur Wand des Durchgangskanals 16 beziehungsweise der Ausnehmung 18 aufweist und den Durchgangskanal 16 beziehungsweise das Zentrierelement 28 frei überragt, so dass zwischen der Spitze 20b und der Wand der Ausnehmung 18 ein Hohlraum 32 ausgebildet wird.
Die Stirnfläche 20c des Lichtwellenleiters 20 ist senkrecht zur Mittenlängsachse M absolut plan ausgebildet, und zwar durch Brechen des optisch aktiven Kerns 22 an dieser Stelle, und fluchtet im übrigen mit der Stirnfläche 14b der Steckerspitze 14.
Hierdurch wird auch bei unsachgemässem Gebrauch des Steckers 10 verhindert, dass die Spitze 20b abbrechen kann, die durch die Steckerspitze 14 geschützt wird. Gleichzeitig dient die Stirnfläche 14b der Steckerspitze 14 zur Positionierung des Steckers in einem elektro-optischen Bauteil. Dabei wird der Stecker so positioniert, dass der Brennpunkt des von dem Bauteil ausgesendeten und fo-kussierten Laserlichts direkt in der Mitte der Stirnfläche 20c des Lichtwellenleiters 20 liegt.
Sollten bei der Benutzung der Einrichtung doch einmal Lichtwellen unter einem relativ steilen Winkel in die Spitze 20b des Lichtwellenieiters 20 eindringen, so werden diese ungehindert in den Hohlraum 32 abgestrahlt. Eine Überhitzung durch Reflexionen wird verhindert. Dadurch werden Abbrandverluste durch unkontrollierbare Reflexionen und ein entsprechender Wärmestau im Bereich des Mantels verhindert.

Claims (10)

Patentansprüche
1. Stecker (10) für einen faseroptischen Lichtwel-lenleiter (20) mit einem optisch aktiven Kern (22), einem den Kern umhüllenden Mantel (24) sowie einer darum angeordneten äusseren Beschichtung (26) zur lösbaren Ankopplung an hochenergetisches Laserlicht aussendende elektrooptische Bauteile mit einem Steckergehäuse (10, 14), das einen axialen Durchgangskanal (16) sowie Positionierungsmittel (28) zur Aufnahme und Festlegung des Lichtwellenleiters (20) aufweist, wobei der Lichtwellenleiter (20) bis in den Bereich der Steckerspitze (14) verläuft und an seinem freien Ende (20b) ohne äussere Beschichtung (26) ausgebildet sowie mit Abstand zur Wand des Durchgangskanais (16) angeordnet ist und/oder den Durchgangskanal (16) der entsprechenden Positionierungsmittel (28) überragt.
2. Stecker nach Anspruch 1, bei dem der Lichtwellenleiter (20) so angeordnet ist, dass seine Stirnfläche (20c) am freien Ende mit der Stirnfläche (14b) der Steckerspitze (14) fluchtet.
3. Stecker nach Anspruch 1, bei dem der Lichtwellenleiter so angeordnet ist, dass seine Stirnfläche am freien Ende die Stirnfläche der Steckerspitze geringfügig überragt.
4. Stecker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Lichtwellenleiter (20) im Bereich der
Steckerspitze (14) von einem Zentrierelement (28) positioniert wird.
5. Stecker nach Anspruch 4, bei dem das Zentrierelement (28) aus einem hochfesten, aber gut wärmeleitenden Material besteht.
6. Stecker nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das Zentrierelement (28) in einem erweiterten, zur Stirnfläche (14b) der Steckerspitze (14) hin offenen Abschnitt (18) des Durchgangskanals (16) unmittelbar vor dem frei überstehenden Endabschnitt (20b) des Lichtwellenleiters (20) angeordnet ist.
7. Stecker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der frei vorstehende Endabschnitt (20b) des Lichtwellenleiters (20) ein bis fünfmal so lang wie der Durchmesser des optischen Kerns (22) des Lichtwellenleiters (20) ist.
8. Stecker nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem das Zentrierelement (28) aus Rubin besteht.
9. Stecker nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem das Zentrierelement (28) aus einer Neusilberlegierung besteht.
10. Stecker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Steckerspitze (14) aus Keramik besteht.
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CH2309/90A 1989-07-15 1990-07-11 CH680819A5 (de)

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