DE102011122209A1

DE102011122209A1 - Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahlprofils

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Publication number: DE102011122209A1
Application number: DE102011122209A
Authority: DE
Inventors: René Denner; Dr. Dick Manfred; Jenny Dünger; Dr. Kunath-Fandrei Gerald
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2013-06-27
Also published as: US20130170806A1; US9182540B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahlprofils. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fokussierung und Homogenisierung eines Laserstrahls bei der Laserphotokoagulation zur Koagulation von organischem Gewebe, bspw. im Auge eines Lebewesens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahlprofils. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fokussierung und Homogenisierung eines Laserstrahls bei der Laserphotokoagulation zur Koagulation von organischem Gewebe, bspw. im Auge eines Lebewesens.
Aus der DE 3936716 A1 und der DE 10135944 ist ein System zur Laserphotokoagulation bekannt.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik beschriebenen Laserphotokoagulatoren ist, dass stark mit „Specklen” belegte räumliche Laserstrahlprofile am Auftrittspunkt des Augenhintergrundes auftreten, welche insbesondere durch die inhomogene Intensitätsverteilung der transversalen Modenstruktur zu begründen ist. Diese Inhomogenitäten führen innerhalb des Laserstrahlprofils zu erheblichen lokalen thermischen Überhöhungen (Temperaturspitzen) während der Behandlung, die weit über die eigentliche Koagulationstemperatur von ca. 50°C hinausgehen. Bei der klassischen Laserphotokoagulation führt dies infolge der wärmeleitung in die Nervenfaserschicht hinein zu erheblich größeren Schmerzen beim Patienten und zusätzlich zur Schädigung von erhaltungswürdigem Gewebe.
Außerdem kommt es zusätzlich infolge der räumlich inhomogenen kurzen Messpulse von wenigen Nanosekunden, bis zu einigen Mikrosekunden, infolge des thermischen Einschlusses (50 μs) zu erheblichen Temperaturspitzen (> 100°C bis 140°C) und damit auch zur Ausbildung von Kavitationsblasen innerhalb einer lichtabsorbierenden Gewebeschicht des retinalen Pigmentepithels (RPE).
Beim Kollabieren dieser Kavitationsblasen entstehen Drucktransienten, welche die durch Optoakustik erzeugten Drucktransienten der temperaturgesteuerten Laserphotokoagulation um ein vielfaches übersteigen und somit das eigentliche Temperaturmesssignal unbrauchbar machen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahlprofils und zur Fokussierung eines Laserspots gelöst, die einen Lichtwellenleiter mit einem Faserkern aufweist, wobei der Rand des Querschnitts des Faserkerns mindestens einen Geradenabschnitt aufweist.
Ein Laserstrahlprofil ist bevorzugt ein Intensitätsprofil im Sinne einer Intensitätsverteilung im Querschnitt eines Laserstrahls. Das Laserstrahlprofil ist umso homogener, je weniger Bereiche einer lokal erhöhten Intensität innerhalb des betrachteten Querschnitts vorkommen.
Ein Laserspot ist die Abbildung des aus dem Faserkern austretenden Laserlichts auf einer zu fokussierenden Ebene. Er wird in einer Zielebene fokussiert, bevorzugt auf einer Retina.
Ein Faserkern ist bevorzugt ein innerhalb der Faser longitudinal verlaufender Kern. Der Kern ist bevorzugt von einem Fasermantel und einer Schutzhülle umgeben. Der Kern und der Mantel weisen bevorzugt unterschiedliche Brechungsindizes auf.
Ein Lichtwellenleiter bzw. Lichtleitkabel sind bevorzugt aus Lichtleitern bestehende und teilweise mit Steckverbindern konfektionierte Kabel und Leitungen zur Übertragung von Licht. Die verwendeten Lichtleiter, in denen das Licht geführt wird, sind bevorzugt Fasern aus Quarzglas oder polymere optische Fasern aus Kunststoff. Sie werden häufig auch als Glasfaserkabel bezeichnet, wobei es sich typischerweise um ein Verbund aus mehreren optischen Fasern bzw. Lichtwellenleitern handelt, mit integrierter mechanischer Verstärkung zum Schutz und zur Stabilisierung der einzelnen Fasern.
Ein Geradenabschnitt ist bevorzugt eine im Wesentlichen gerade Linie, die von zwei Punkten begrenzt wird. Sie verläuft stetig und ist im geometrisch strengen Sinne die kürzeste Verbindung ihrer beiden Endpunkte. Erfindungsgemäß sind auch im Wesentlichen gerade Abschnitte mit einer Toleranz verwendbar.
Anstatt des Geradenabschnitts sind bevorzugt auch konvexe, konkave oder andere Geometrien verwendbar.
Bei einem kreisrunden Querschnitts dessen Umfang mindestens einen Geradenabschnitt aufweist, wird im Folgenden von einem „abgeplatteten” Querschnitt gesprochen.
Der abgeplatteten Faserkernquerschnitt ist bevorzugt ein Querschnitt, der nicht exakt rund ist, sondern die Geometrie eines Kreisbogens aufweist, dessen beide offenen Kreisbogenenden mit einer Geraden verbunden sind.
Durch die Abbildung des abgeplatteten Faserquerschnitts auf das Behandlungsfeld, sieht der behandelnde Arzt in der Fokusebene erstmals einen abgeplatteten Laserspot und kann so die Fokusebene sehr einfach durch die entstehende Form der Abbildung erkennen. Der behandelnde Arzt ist damit in der Lage, anhand des Geradenabschnitts eine exakte Fokussierung des Behandlungslaserstrahls auf der Netzhaut durchzuführen.
Außerdem bekommt durch diese Geometrie der behandelnde Arzt erstmals einen Laserspot, dessen Fokusebene nun sehr einfach durch die Schärfe der Ecken erkannt werden kann. Der behandelnde Arzt ist somit in der Lage anhand der vorhandenen Ecken eine exakte Fokussierung des Behandlungslaserstrahls auf der Netzhaut durchzuführen.
Diese besondere Geometrie des Kernes führt überraschenderweise zu einer extrem guten Homogenisierung des Identitätsprofils des Laserstrahls. Durch die oben erwähnte Abplattung werden die sonst im wesentlichen außen umlaufenden Helixstrahlen gebrochen und damit direkt durch den Faserkern geleitet, wo zusätzliche Fasermoden anregt werden. Die sonst bei runden Geometrien auftretenden Spikes, die zu lokalen Energieüberhöhungen führen und die empfindliche akustische Temperaturmessung stören, treten nicht mehr auf. Dadurch wird eine Homogenität erzeugt, die auch akustische Temperaturmessungen beispielsweise während einer Photokoagulation der Retina zulassen.
Bevorzugt weist der Kreisbogen des abgeplatteten Querschnitts einen Radius von 30 μm–100 μm auf. Besonders bevorzugt ist der Radius von 40 μm–60 μm. Ganz besonders bevorzugt ist der Radius 50 μm.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Lichtwellenleiter Geradenabschnitte auf, die aneinandergereiht sind und einen vieleckigen/n-eckigen Faserkernquerschnitt bilden. Bevorzugt schließt zunächst das eine Ende des Geradenabschnitts an den Anfang eines nächsten Geradenabschnitts. Durch die Aneinanderreihung einer Vielzahl von Geradenabschnitten wird der n-eckige Querschnitt der Faserkerns gebildet.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Umfang des Querschnitts des Faserkerns vier gleichlange Geradenabschnitte auf, die einen quadratischen Faserkernquerschnitt bilden. Bevorzugt beträgt die Kantenlänge (Länge des Geradenabschnitts) 50 μm–100 μm. Besonders bevorzugt beträgt die Kantenlänge 60 μm–80 μm. Ganz besonders bevorzugt beträgt die Kantenlänge 50 μm.
Unter vieleckigen (n-eckigen) Faserquerschnitten sind Formen zu verstehen, die bspw. rautenförmig, dreieckig, rechteckig, trapezförmig sind oder neben diesen Formen noch kreisbogen- bzw. kurvenförmige Geometrien aufweisen. Jede der Ecken sorgt für eine Störung der oben erwähnten Helixstrahlung.
Bevorzugt weist der n-eckige Querschnitt, für n = 1, 2, 3, 4, ..., 12, 16, 20, 24 Ecken auf. Ein eineckiger Querschnitt weist lediglich eine Ecke auf, die sich bspw. aus einem Tangentenschnittpunkt zweier Tangenten eines Kreisbogens ergibt. Ein zweieckiger Querschnitt weist zwei Ecken auf, die sich bspw. beim Schnitt einer Sekante mit dem Kreisbogen ergeben.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Lichtwellenleiter abschnittsweise unterschiedliche Faserquerschnitte auf. Damit sind unterschiedliche Querschnittsformen in Longitudinalrichtung des Lichtwellenleiters miteinander kombinierbar. Bspw. kann ein kreisrunder Querschnitt des Lichtwellenleiters in einen quadratischen Querschnitt übergehen bzw. sich anschließen. Ferner kann auch ein quadratischer Querschnitt in einen dreieckigen Querschnitt übergehen bzw. sich anschließen.
Bevorzugt sind Faserquerschnitte mit abgeplatteten, bevorzugt vieleckigen (n-eckig), besonders bevorzugt quadratischen Faserendflächen zum Ende des Lichtwellenleiters hin angeordnet. Dabei ist bevorzugt, dass mindestens die letzten 5%, bevorzugt die letzten 10%, besonders bevorzugt die letzten 20% der Gesamtlänge des Lichtwellenleiters einen abgeplatteten, bevorzugt vieleckigen (n-eckig), besonders bevorzugt quadratischen Faserquerschnitt aufweist.
Bevorzugt ist an der Einstrahlfläche des erfindungsgemäßen Lichtwellenleiters eine mikrooptisch wirksame Struktur vorgesehen. Durch eine solche mikrooptisch wirksame Struktur wird der Laserstrahl bereits beim Eintritt in den Lichtwellenleiter auch in die Mitte des Kerns gelenkt, wo dieser dann weitere Fasermoden anregen kann.
Hierzu wird bspw. die Einstrahlfläche des Lichtwellenleiters, bevorzugt innerhalb einer Flusssäurelösung, besonders bevorzugt innerhalb der sich ausbildenden Dampfphase einer 60%-igen Flusssäurelösung angeätzt.
Die Verweildauer des Lichtwellenleiters in dem ätzenden Medium beträgt bevorzugt 2 bis 8 Minuten und besonders bevorzugt 5 Minuten. Dadurch kann ein ausreichender Materialabtrag an der Faserendfläche erfolgen und die mikrooptisch wirksame Fläche kann sich dabei ausreichend ausbilden, ohne dass die Faserendfläche für die spätere Lichteinkopplung unbrauchbar gemacht wird.
Bevorzugt wird die mikrooptisch wirksame Struktur durch grobes Anschleifen der Einstrahlfläche des Lichtwellenleiters mit Faserschleifpapier erzeugt.
Bevorzugt wird die mikrooptische Struktur so aufgebracht, dass der Grenzwinkel der Totalreflexion bzw. die Grenzapertur der Faser nicht überschritten wird. Dies wird durch die Wahl der Strukturierung der Fasereinkoppelseite in Bezug auf die Strukturtiefe, Strukturbreite und refraktiver bzw. diffraktiver optischer Wirkung so gestaltet, dass die Überkoppelverluste aus dem Faserkern in den Fasermantel der Stufenindex- oder auch Gradientenindexfaser in einem geringen Prozentbereich gehalten werden.
Bevorzugt wird bei der Einkopplung eine, die Apertur des einzukoppelnden Laserstrahls unter der Grenzapertur der Faser gewählt, um mit Hilfe der mikrooptischen Struktur an der Faseroberfläche die Grenzapertur der Faser gänzlich auszuschöpfen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Lichtwellenleiter zur Homogenisierung des Laserstrahlprofils in einem bestimmten Muster gelegt/angeordnet. Hierbei kommt es durch unterschiedliche Krümmungsradien der Lichtstrahlenleiter in dem gelegten Muster zu einer guten Modenmischung innerhalb des Lichtwellenleiters. Die Muster sind bevorzugt Schleifen; die Schleifen sind bevorzugt als Achter-Schleifen ausgebildet. Die Achter-Schleife weist in etwa die Form einer liegenden Acht auf.
Bevorzugt ist der Lichtwellenleiter in mehreren Achter-Schleifen einer Größe, besonders bevorzugt in mehreren Achter-Schleifen unterschiedlicher Größe verlegt.
Bevorzugt weist das Muster mindestens eine Achter-Schleife auf, wobei die Schleifengröße die Maße 70 mm × 80 mm oder 100 mm × 160 mm aufweist.
Besonders bevorzugt weist das Muster mindestens zwei unterschiedliche Achter-Schleifen auf, wobei eine Schleifengröße das Maß 70 mm × 80 mm und die andere Schleifengröße das Maß 100 mm × 160 mm aufweist.
Bevorzugt soll die Länge des Lichtwellenleiters lang gewählt werden, so dass sie an die Kohärenzlänge des verwendeten Lasers herankommt, oder sogar darüber hinausgeht, um eine ausreichende Modenmischung zu gewährleisten.
Bevorzugt ist der Lichtwellenleiter mindestens 2 Meter, weiterhin bevorzugt bis zu 10 Meter, besonders bevorzugt mindestens 50 Meter lang.
Bevorzugt weist die Vorrichtung einen externen Biegemechanismus zum Biegen des verwendeten Lichtwellenleiters auf. Der Biegeradius des Lichtwellenleiters ist durch den externen Biegemechanismus veränderbar. Der Biegeradius wird ständig verändert, so dass sich das Modenbild ständig ändert, was zu einer zeitlichen Homogenisierung des Laserstrahlprofils während der Behandlung des Patienten führt.
Der Biegemechanismus ist dabei bevorzugt als mechanisches Schwingungssystem im Sinne eines Feder Masse-Systems, Magnetantriebs und/oder Pleuelantriebs, besonders bevorzugt jedoch als Piezoaktor ausgebildet.
Das Feder Masse-Systems beschreibt eine Vorrichtung, um das Deformationsverhalten von Objekten zu bestimmen. Es kann sowohl auf ebene als auch auf räumliche Objekte angewandt werden.
Der Pleuelantrieb ist ein Antrieb bei dem ein Pleuel (Pleuelstange, Schubstange, Treibstange) bei einem Kurbeltrieb die Verbindung zwischen der Kurbelwelle oder dem Kurbelzapfen und dem sich in gerader Linie bewegenden Teil bildet.
Piezoaktoren werden verwendet, um Materialien beim Anlegen einer elektrischen Spannung zu verformen. Infolge des Anlegens einer elektrischen Spannung führt der Piezoaktor eine mechanische Bewegung aus (sogenannten inversen Piezoeffekt).
Bevorzugt ist der Biegemechanismus eingerichtet, den Lichtwellenleiter mit einer die Wiederholungsrate zwischen 1 bis 10 kHz, bevorzugt zwischen 3 bis 8 kHz, besonders bevorzugt bei 5 kHz zu biegen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das abbildende System der Fasereinkopplung so auslegbar, dass die numerische Apertur der Faser maximal ausgenutzt werden kann. Dies führt zur Anregung möglichst vieler Fasermoden und damit ebenfalls zur Laserstrahlhomogenisierung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Vorrichtung bei einer Laserphotokoagulation im Auge eines Lebewesens zu verwenden.
In den beiden folgenden Beispielen (Beispiel 1 und 2) werden Werte einer runden Faser nach dem Stand der Technik und eine quadratische Faser gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen und tabellarisch erfasst.
Demnach werden in Beispiel 1 verschiedene Werte für Energien je Fläche (= Energiedichte) [in mJ/cm²] bspw. für eine runde Faser dargestellt, die sich bei entsprechender Pulsenergie [in ηJ] und Spotgröße [in μm] ergeben. Die Länge des Lichtwellenleiters beträgt hier 2 Meter. Dabei wurde ein frequenzverdoppelter Nd:YAG Laser (Wellenlänge 532 nm) mit einer Pulslänge von ca. 250 ns verwendet.
Die Bereiche, in welchen die Energie je Fläche > 250 mJ/cm² ist und in denen mit einer Kavitationsblasenbildung zu rechnen ist.
Beispiel 1
In Beispiel 2 werden verschiedene Werte für Energien je Fläche [in mJ/cm²] bspw. für eine quadratische Faser dargestellt, die sich bei entsprechender Pulsenergie [in μJ] und Spotgröße [in μm] ergeben. Die Länge des Lichtwellenleiters beträgt hier ebenfalls 2 Meter.
Es gibt keine Werte, bei denen die Energie je Fläche > 250 mJ/cm² ist. Damit ist eine Kavitationsblasenbildung nicht zu erwarten.
Beispiel 2
Damit ist mit der quadratischen Faser eine verbesserte Homogenität der Intensitätsverteilung erreicht und Nachteile durch Kavitationsblasenbildung wurden vermieden.
Neben der Homogenisierung eines Laserstrahls tritt auch eine Verbesserung der Fokussierbarkeit des Laserstrahls während der Laserphotokoagulation im Auge eines Lebewesens durch die Verwendung eines entsprechenden Lichtwellenleiters ein.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahlprofils innerhalb eines Laserphotokoagulators vor, zur Vermeidung von lokalen Temperaturspitzen, innerhalb des zu behandelnden Netzhautareals, welche gleichzeitig eine flexible Verbindung zwischen Photokoagulationslaser und dem dazugehörigen Applikator (bevorzugt einer Laserspaltlampe) herstellt und einen Spotdurchmesser von ≥ 50 μm an der Endfläche zur Verfügung stellt, damit dieser 1:1 in das Behandlungsfeld auf die Netzhaut des Patienten abgebildet werden kann.
Es wird gleichzeitig dafür gesorgt, dass der Behandlungslaser exakt in das Behandlungsfeld auf die Netzhaut des Patienten fokussiert werden kann.
Die Erfindung soll nun noch anhand von Zeichnungen beispielhaft weiter veranschaulicht werden. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem einseitig abgeplattetem Faserkernquerschnitt,
2 eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem quadratischen Faserkernquerschnitt,
3 eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit beidseitig abgeplattetem Faserkernquerschnitt,
4 eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem rautenförmigen Faserkernquerschnitt,
5 eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem dreieckigen Faserkernquerschnitt,
6 eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem rechteckigen Faserkernquerschnitt,
7 eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem trapezförmigen Faserkernquerschnitt,
8 eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit dreiseitig abgeplattetem Faserkernquerschnitt,
9 eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem sichelförmigen Faserkernquerschnitt,
10 eine schematische Darstellung einer 8-Schleife,
11 eine alternative schematische Darstellung einer 8-Schleife aus 9,
12 eine Darstellung der Verteilung der Homogenität des Laserstrahlprofils bei einem runden Faserkern und
13 eine Darstellung der Verteilung der Homogenität des Laserstrahlprofils bei einem quadratischen Faserkern.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem „abgeplatteten” Faserkernquerschnitt. Der Faserkernquerschnitt (1) des Lichtwellenleiters weist eine kreisförmige Geometrie (3) mit dem Durchmesser (d) auf, die durch einen Gradenabschnitt (2) unterbrochen ist. (d) ist bspw. 50 μm. Der Gradenabschnitt (2) ist als Sekante ausgebildet. Die Sekante verbindet die beiden Bogenenden (Punkte (4, 5)) des kreisförmigen Grundkörpers miteinander; dabei bilden sich an den Punkten (4) und (5) zwei Ecken aus. Die Fläche des „abgeplatteten” Faserkernquerschnitts reduziert sich infolge der Abflachung auf ca. 90% der Fläche des Vollkreises.
Durch die oben erwähnte Abplattung werden die sonst im wesentlichen außen umlaufenden Helixstrahlen gebrochen und damit direkt durch den Faserkern geleitet, wo zusätzliche Fasermoden anregt werden.
Diese besondere Geometrie des Kernes führt zu einer extrem guten Homogenisierung des Identitätsprofils des Laserstrahls.
Durch die Abbildung des abgeplatteten Faserquerschnitts auf das Behandlungsfeld, sieht der behandelnde Arzt in der Fokusebene erstmals einen abgeplatteten Laserspot und kann so die Fokusebene sehr einfach durch die entstehende Form der Abbildung erkennen. Der Arzt ist damit in der Lage, anhand des Geradenabschnitts eine exakte Fokussierung des Behandlungslaserstrahls auf der Netzhaut durchzuführen.
Außerdem bekommt durch diese Geometrie der behandelnde Arzt erstmals einen Laserspot, dessen Fokusebene nun sehr einfach durch die Schärfe der Ecken erkannt werden kann. Der behandelnde Arzt ist somit in der Lage anhand der vorhandenen Ecken eine exakte Fokussierung des Behandlungslaserstrahls auf der Netzhaut durchzuführen.
Entsprechendes gilt auch für die in den 2 bis 9 dargestellten weiteren alternativen Ausgestaltungen eines Faserkernquerschnitts der 1. Die Erfindung ist nicht auf diese Querschnitte beschränkt.
Die 2 zeigt eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem quadratischen Faserkernquerschnitt. Der Faserkernquerschnitt des Lichtwellenleiters weist eine Kantenlänge (a) auf. Die Kantenlänge entspricht der Länge (2) des Geradenabschnitts. Die Kantenlänge beträgt bspw. 70 μm.
Die 3 zeigt eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit beidseitig abgeplattetem Faserkernquerschnitt. Der Durchmesser des kreisförmigen Teils des Querschnitts (d) beträgt bspw. 50 μm. Die Fläche des beidseitig „abgeplatteten” Faserkernquerschnitts reduziert sich infolge der Abflachungen auf ca. 80% der Fläche des Vollkreises.
Die 4 zeigt eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem rautenförmigen Faserkernquerschnitt mit einer Diagonalenlänge (c), die bspw. 70 μm beträgt.
Die 5 zeigt eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem dreieckigen Faserkernquerschnitt. Die Seiten des Dreiecks sind gleichseitig, wobei die Dreieckhöhe (h) bspw. 50 μm beträgt. Ein gleichschenkliges Dreieck ist alternativ denkbar (nicht dargestellt).
Die 6 zeigt eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem rechteckigen Faserkernquerschnitt, wobei die längste Seite (e) bspw. 70 μm beträgt.
Die 7 zeigt eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem trapezförmigen Faserkernquerschnitt, wobei die Trapezhöhe (f) bspw. 70 μm beträgt.
Die 8 zeigt eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit dreiseitig abgeplattetem Faserkernquerschnitt, wobei die Höhe (g) bspw. 70 μm beträgt.
Die 9 zeigt eine alternative schematische Darstellung eines Lichtwellenleiters mit einem sichelförmigen Faserkernquerschnitt, wobei der kreisförmige Teil mit dem Mittelpunkt R₁ des Querschnitts den Radius (r₁) aufweist. Die Ausnehmung mit dem Radius R₂ weist den Radius (r₂) auf. Durch die Geometrie der beiden ineinander greifenden Kreisformen entstehen Ecken, die einen rechten Winkel einschließen.
Die 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Schleife. Die Schleife ist als Achter-Schleife ausgebildet und besteht aus zwei ovalen Teilkörpern. Die Abmessungen der Teilkörper sind identisch, wobei deren Höhe mit 100 mm und deren Breite mit 160 mm angegeben ist.
Die 11 zeigt eine alternative schematische Darstellung einer Achter-Schleife mit anderen Abmessungen. Die Achter-Schleife besteht ebenfalls aus zwei ovalen Teilkörpern. Die Abmessungen der Teilkörper sind identisch, wobei deren Höhe mit 70 mm und deren Breite mit 80 mm angegeben ist.
Die 12 und die 13 zeigen eine Darstellung der Verteilung der Homogenität des Laserstrahlprofils eines runden bzw. eines quadratischen Faserkerns bei einer Länge des Wellenleiters von jeweils 2 Metern.
Wie in 12 dargestellt, beträgt die Homogenität des Laserstrahlprofils bei einem 2 Meter langen runden Faserkern, nach dem Stand der Technik meist nicht mehr als ±50%.
Dies führt gerade bei kleineren Spotgrößen ≤ 100 μm zu Energiedichten von ≥ 250 mJ/cm² und damit zu der unerwünschten Kavitationsblasenbildung bei der optoakustischen Onlinetemperaturmessung bei der Laserphotokoagulation (vgl. Beispiel 1 von oben).
Wie in 13 an einem 2 Meter langen quadratischen Faserkern dargestellt, wird eine Homogenität des Laserstrahlprofils von ≤ ±20%, besser noch von ≤ ±10% erreicht, um Energiedichten von deutlich unter 250 mJ/cm² zu gewährleisten, und damit die unerwünschte Kavitationsblasenbildung zu vermeiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3936716 A1 [0002]
DE 10135944 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahlprofils und zur Fokussierung eines Laserspots aufweisend einen Lichtwellenleiter mit einem Faserkern (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des Querschnitts des Faserkerns (1) mindestens einen Geradenabschnitt (2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradenabschnitte aneinandergereiht sind und einen n-eckigen, bevorzugt quadratischen Faserkernquerschnitt (1) bilden.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass an einer Einstrahlfläche des Lichtwellenleiters eine mikrooptisch wirksame Struktur vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter in einem bestimmten Muster angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster mindestens eine Schleife ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schleife eine Schleifengröße der Maße 70 mm × 80 mm oder 100 mm × 160 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen externen Biegemechanismus zum Biegen des verwendeten Lichtwellenleiters aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Biegemechanismus ein mechanisches Schwingungssystem im Sinne eines Feder-Masse-Systems und/oder Magnetantriebs und/oder Pleuelantriebs und/oder ein Piezoaktor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegemechanismus eingerichtet ist, den Lichtwellenleiter mit einer die Wiederholungsrate zwischen 1 bis 10 kHz zu biegen.