DE2536738B2 - Lichtleiter zur Übertragung eines energiereichen Laserstrahles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er beispielsweise aus der DE-OS 23 52 670 bekannt geworden ist.

Lichtleiter zur Übertragung von Licht mit einer biegsamen Röhre aus einem transparenten Material, in der eine transparente Flüssigkeitsfüllung mit einem Brechungsindex enthalten ist, der wesentlich größer ist als der des Röhrenmaterials, und der Abdichtungseinrichtungen an beiden Enden der Röhre mit darin eingefaßten Eintrittsfenstern besitzt, sind bekannt (DE-OS 20 12 100, US-PS 34 34 776, Japanisches Gebrauchsmuster 42-1492, US- PS 37 70 350).

Aus der DE-OS 23 52 670 ist ferner bekannt, durch Druck im Inneren des Lichtleiters Bläschenbildung zu vermeiden, die zu einer unerwünschten Streuung des Lichts führen würden. Ferner ist aus dieser Druckschrift bekannt, Quarzstoffe und Abdichtungseinrichtungen in Form hohler Blöcke vorzusehen.

Die für den Flüssigkeitsk?rn zu verwendenden Stoffe müssen verschiedene Bedingungen erfüllen. Neben der guten Transparenz und dem hohen Brechungsindex sollten die Stoffe nicht brennbar und chemisch stabil sein, so daß sie mit den anderen Bauteilen des Lichtleiters nicht reagieren. Diesen Bedingungen genügen etwa Kohlenstofftetrachlorid, Bromtrichlormethan, Bromoform und Tetrachloräthylen, das aus der US-PS 37 70 350 bekannt geworden ist. Obgleich diese Flüssigkeiten für viele Anwendungsfälle bei Lichtleitern zufriedenstellend sind, kann es ihnen unter bestimmten Bedingungen an Farbstabilität mangeln, wenn sie Wärme oder intensivem Licht ausgesetzt sind. Diese Flüssigkeiten weisen außerdem zum Teil eine erhebliche Giftigkeit auf, was sie für manche medizinische Anwendungsfälle ungeeignet macht. Da sie flüchtig sind, sind ihre Herstellungsbedingungen schwieriger als bei nicht so stark flüchtigen Flüssigkeiten.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, Materialien für den Flüssigkeitskern auszugeben, mit denen diese Nachteile überwunden werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Fie. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Lichtleiter nach der vorliegenden Erfindung;

F i g. 2 ist ein Querschnitt durch den Lichtleiter längs der Linie 2-2 der F i g. 1; und

F i g. 3 ist ein schematischer Längsschnitt durch einen Lichtleiter mit einer anderen Fensteranordnung und zwei alternativen Dichtungsmöglichkeiten.

Der in F i g. 1 gezeigte flexible Lichtleiter aus einer Kunststoffröhre 10 und einem Flüssigkeitskern 11 stellt eine leicht handhabbare und zuverlässige Einrichtung zum Übertragen eines Laserstrahles verhältnismäßig hoher Energie auf ein gewünschtes Arbeitsfeld dar. Das Kunststoffrohr 10 und der Flüssigkeitskern 11 sind so ausgewählt, daß die Röhre 10 einen wesentlich niedrigeren Brechungsindex besitzt als die Flüssigkeit, die die Röhre ausfüllt. Die als Röhre 10 und Flüssigkeit 11 ausgewählten Materialien müssen auch bei der Frequenz oder Wellenlänge des durch den Leiter übertragenen Lichts transparent sein.

Der Lichtleiter gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt einen Eingangsblock 12 und einen Ausgangsblock 13, die jeweils dazu dienen, die Flüssigkeit 11 in der Röhre 10 einzuschließen und die den Eingang und den Aurgang des durch den Leiter zu übertragenden Laserstrahls darstellen. Der Eingangsblock 12 besitzt ein Eintrittsfenster 14, das ein Quarzblatt ist. Ein ähnliches Austrittsfenster 15 ist im Ausgangsblock 13 vorgesehen. Diese Blöcke dienen dazu, eine Eingangsoptik und an dem Ausgangsblock einen nicht dargestellten Handgriff vorzusehen, den Strahl zu steuern und ihn im gewünschten Maße zu fokussieren.

Eine andere, in der F i g. 3 gezeigte Ausführungsform weist einen einfachen Quarzstopfen 16 zum Abschließen der Enden der Röhre 10 ein und bilden gleichzeitig die Eintritts- und Austrittsfenster. Die Stopfen 16 können gegen die Röhre 10 durch geeignete Mittel abgedichtet sein, beispielsweise durch die angewürgte äußere Metallhülse 17. Es können aber auch die üblichen kommerziellen Rohranschiußstücke 18 verwendet werden.

Als besonders geeignet für den Flüssigkeitskern haben sich Dimethylpolysiloxan (Brechungsindex 1,40), Methylphenylpolysiloxan (Brechungsindex 1,44) und Methylalkylpolysiloxane (Brechungsindizes 1,4243— 1,4555) herausgestellt. Diese Materialien sind insbesondere entweder vollkommen farblos oder leicht gelb, aber sie haben eine hohe Farbstabilität bei Wärme und hochintensivem Licht. Sie sind nicht giftig oder haben nur sehr geringe Giftigkeit. Dimethylpolysiloxan ist beispielsweise in einer Güte erhältlich, die für die Verwendung bei Lebensmitteln zugelassen worden ist, und andere Gütegrade werden für medizinische Zwecke hergestellt. Die Materialien sind auch nicht flüchtig, was weniger komplizierte Herstellungsverfahren möglich macht.

Schließlich sind die Flüssigkeiten kompressibel, was sehr bedeutsam ist. Deshalb können Röhren mit permanent abgedichteten Enden, wie sie in F i g. 3 gezeigt sind, zusammen mit dem Flüssigkeitskern U unter Druck zusammengebaut werden. Somit kann die fertige Röhre 10 und die Flüssigkeit 11 verschiedenen Temperaturen ausgesetzt werden, ohne daß sich Hohlräume in der Flüssigkeit ausbilden, weil sich die Flüssigkeit ausdehnen und zusammenziehen und trotzdem den Hohlraum in der Röhre vollständig ausfüllen kann.

Beim Zusammenbau des in der Fig. 3 gezeigten Lichtleiters unter Verwendung der kompressiblen Flüssiekeiten wird ein Slonfen 16 verwendet, der lane ist

im Verhältnis zu seinem Durchmesser. Wenn beispielsweise der Leiter 180 cm lang ist und einen Innendurchmesser von 4,6 mm besitzt, sind Stopfen von 46 mm Länge und 4,8 mm Durchmesser geeignet. Der zweite einzusetzende Stopfen kann, nachdem Flüssigkeit in die Röhre eingefüllt worden ist, dazu verwendet werden, die Flüssigkeit zu komprimieren, d. h. er kann mit seiner ganzen Länge eingepreßt werden, ohne daß irgendwelche Flüssigkeit austritt Die Flüssigkeit ist somit komprinvert und kann danach expandieren, um ein größeres Volumen zu füllen, sobald die Röhre expandieren sollte. Die Stopfen 16 können geringfügig konisch ausgebildet sein, d. h. einen Durchmesser von 4,9 mm am inneren Ende und einen Durchmesser von 4,8 mm am äußeren Ende aufweisen, um eine sichere Abdichtung zu erreichen.

Die Stopfen 16 sollen aus einem Material mit dem gleichen Brechungsindex hergestellt sein wie der des Flüssigkeitskerns 11, um so die Verluste zu verringern, die an den Trennflächen zwischen der Flüssigkeit und dem Stopfen auftreten. Falls eine solche Anpassung nicht möglich ist, sollte der Stopfen 16 einen höheren Brechungsindex haben als die Flüssigkeit 11. Längere Leiter sollten entsprechend längere Stopfen aufweisen, um für die gewünschte Kompression der Flüssigkeit >·> beim Zusammenbau zu sorgen.

Zusätzlich zu dem verhältnismäßig niedrigen Brechungsindex muß die Röhre 10 zäh und flexibel genug sein, um den Anforderungen einer wiederholten Benutzung Genüge zu tun. Sie sollte jedoch nicht so flexibel sein, daß sehr scharfe Biegungen ohne weiteres erzeugt werden können, wodurch die Totalreflexion an einigen Punkten in der Röhre IO verhindert würde. Es haben sich Rohrmaterialien als zufriedenstellend erwiesen, die die Fluorkohlenstoffe Tetrafiuoräthylen-Hexafluorpropylen (FEP) und Chlortrifluoräthylen (KEL-F) sind.

Der Eingangsblock 12 der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform weist einen sich durch diesen erstreckenden Kanal 20 auf und das Eintrittsfenster 14 und die Röhre 10 sind an den einander gegenüberliegenden Enden des Kanals vermittels Dichtungsringen 21 abgedichtet, so daß die Bohrung eine Verlängerung der Röhre bildet, wobei das Eintrittsfenster als Endwandung der Röhre wirkt In ähnlicher Weise weist der Endblock 13 einen Kanal 22 auf und Dichtungsringe 23 dichten das Rohr 10 und das Austrittsfenster 15 gegenüber dem Block ab. Die Blocks 12 und 13 können aus rostfreiem Stahl oder einem geeigneten Material hergestellt sein, das durch einen längeren Kontakt mit dem Flüssigkeitskern 11 nicht beeinträchtigt wird. Eine Füllbohrung 24 und ein Stopfen 25 sind ebenfalls in dem Endblock 12 vorgesehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Lichtleiter zur Übertragung eines energiereichen Laserstrahls, mit einer biegsamen Röhre aus einem Material, das transparent ist, mit einer Flüssigkeitsfüllung in dem Rohr, die für Licht der Wellenlänge des Laserstrahls transparent ist und einen Brechungsindex besitzt, der wesentlich größer ist als der des Röhrenmaterials, und mit Abdichtungseinrichtungen an jedem Ende der Röhre, wobei diese Einrichtungen ein Eintrittsfenster an einem Ende und ein Aastrittsfenster am anderen Ende einschließen, wobei die Flüssigkeit in der Röhre in einem komprimierten Zustand gehalten wird, und wobei ferner wenigstens eine der Abdichtungseinrichtungen Mittel einschließt zum Komprimieren des Flüssigkeüskerns, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskern (11) aus Dimethylpolysiloxan und/oder Methylphenylpolysiloxan und/ oder Methylalkylpoiysüoxanen besteht. 2»