DE2830261A1

DE2830261A1 - Einkopplung in lichtleitfasern mit schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE2830261A1
Application number: DE19782830261
Authority: DE
Inventors: Juergen Prof Dr Eichler
Original assignee: Salk juergen dipl-Physdr
Current assignee: Salk juergen dipl-Physdr
Priority date: 1978-07-10
Filing date: 1978-07-10
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE2830261C3; DE2830261B2

Description

Einkopplung in Lichtleitfasern mit Schaltvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei faseroptischen energieübertragenden Geräten, z.B. für die Laser-Chirurgie, ist es oft wünschenswert, daß die Strahlung aus einem Laser wahlweise in verschiedene Lichtleitfasern eingekoppelt werden kann. Beispielsweise wird es in der Laser-Chirurgie dadurch möglich, während einer Operation durch eine Umschaltung schnell das faseroptische Instrumentarium zu wechseln. Bisher war es dazu notwendig,# die vorübergehend nicht mehr benutzte Lichtleitfaser aus einer Halterung auszubauen und daraufhin die gewählte Faser wieder einzubauen. Aus den Offenlegungsschriften-27 332 81 und 27 313 76 sind Anordnungen bekannt, die es gestatten, das Licht aus einer Lichtleitfaser zu beliebigen Anteilen auf zwei Lichtleitfasern zu verteilen. Diese Anordnungen erfordern jedoch noch zusätzlich eine Vorrichtung zur Einkopplung des Lichtes in die erste Lichtleitfaser. Weiterhin wird bei den erwähnten Anordnungen gefordert, daß sich die beiden Lichtleitfasern am Ende seitlich berühren, wobei die Ummantelung entfernt ist. Dadurch wird eine Erweiterung auf mehr als zwei Umschaltmöglichkeiten schwierig. Weiterhin besteht die Gefahr, daß bei thermischer Zerstörung der einen Lichtleitfaser auch die andere mit beschädigt wird. Ein Auswechseln einer der beiden Lichtleitfasern unabhängig von der anderen ist schwierig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Einkopplung der Strahlung aus einem Laser in eine Lichtleitfaser anzugeben, die zusätzlich eine Umschaltung der Einkopplung zwischen mehreren Lichtleitfasern ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, daß der Laserstrahl beispielsweise durch eine Linse gebündelt wird, und die Lichtleitfasern in eine Halterung eingeschoben werden, kann durch eine Bewegung der Halterung der gebündelte Laserstrahl in die Endfläche jeder gewünschten Lichtleitfaser eingekoppelt werden. Die Bewegung kann in diskreten Schritten erfolgen, die durch einen mechanischen, pneumatisch'oder elektromechanischen Schalter ausgelöst wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Kombination der Einkopplung in die Lichtleitfaser mit der Schaltvorrichtung in verschiedene Lichtleitfasern die Zahl der optischen Bauelemente verringert wird. Weiterhin werden die eingangs erwähnten Nachteile der beiden zitierten bekannten Anordnungen vermieden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Be zu nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung zur Einkopplung in Lichtleitfasern mit Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 eine weitere vereinfachte Darstellung einer Anordnung zur Einkopplung in Lichtleitfasern mit Schaltvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 eine Vorrichtung zur Bündelung des Laserstrahls, wie sie mit einer Halterung 20 nach Fig. 1 oder 2 verwendet werden kann.
In Fig. 1 wird die Strahlung 11 aus dem Laser 10 durch eine Linse 12 gebündelt, so daß ein konvergentes Bündel 13 entsteht. In der Halterung 20 befinden sich in regelmäßigen Abständen zylindrische Bohrungen, in die zylindrische Endhülsen 21a-e eingeschoben und mit einer nicht gezeichneten Vorrichtung arretiert werden. Die Bohrungen und Endhülsen 21a-e müssen mit möglichst wenig Spiel zueinander gefertigt werden. In der Achse der Endhülsen befindet sich eine Lichtleitfaser 22 a-e. Die zylindrischen Bohrungen sind vorzugsweise so angebracht, daß die Endhülsen 2 a#eparallel angeordnet sind, wobei die Endflächen der Lichtleitfasern in einer Ebene liegen. Das divergente Bündel 13 fällt in Fig. 1 senkrecht auf die Endfläche der Lichtleitfaser 22c. Die geometrischen Verhältnisse sind so dimensioniert, daß die Querschnittsfläche der Endfläche der Lichtleitfasern größer ist als die Querschnittsfläche des konvergenten Bündels 13 an der Stelle der Endfläche.
Die Halterung 20 kann parallel zu den Achsen der Führungshülsen 21 a-e in Richtung des Pfeiles 30 verschoben werden. Durch diese Verschiebung ist es möglich, das Bündel 13 wahlweise auf die Endfläche jeder Lichtleitfaser 22 a-e zu richten und dort einzukoppeln. Es kann eine nicht gezeigte Einrastung vorgesehen werden, so daß nach dem Verschieben das konvergente Bündel 13 jeweils zentral auf die Endflächen einer der Lichtleitfasern 22 a-e fällt.
Mit der Einrastung können auch verschiedene Schaltfunktionen beispielsweise für die Drähte zur Signalübertragung 23 a, c, d gekoppelt sein.
Die Lichtleitfasern 22 a-e sind in den Endhülsen 21a-e beispielsweise durch einen nicht gezeichneten gequetschten Gummiring arretiert. Dabei wird das Ende (z.B. 24 c der Lichtleitfaser 22 c) von der Ummantelung befreit und durch die Blende (z.B. 25 c) geführt.
Es ist vorteilhaft, eine zweite Blende (z.B. 26 c) vorzusehen, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser des Endes (z.B. 24 c). Durch diese Anordnung wird verhindert, daß bei leichter Dejustierung die Ummantelung (z.B. 28 c) der Lichtleitfaser vom konvergenten Bündel 13 getroffen werden kann, #was zu einer thermischen Zerstörung der Lichtleitfaser führen#kann; Die Lichtleitfasern 22 a-e aus den Endhülsen 21 a-e-werden zur Endplatte 40 geführt. In Bohrungen der Endplatte 40 sind flexible Schutzschläuche 41 a-e befestigt. In diesen Schutzschläuchen 41 a-e laufen die jeweiligen Lichtleitfasern 22 a-e.und eventuell noch zusätzliche Drähte zur Signalübertragung 23 a, c, d und nicht gezeichnete andere Elemente. Zur Vermeidung von mechanischen Spannungen in den Lichtleitfasern 22 a-e kann eine Schlaufe (z.B.
2, c) oder Bögen (z.B. 27 a, b, d, e) zwischen der Halterung 20 und der Endplatte 40 eingelegt werden Durch die Führung der Lichtleitfasern 22 a-e in Endhülsen 21a-e-, die in die Bohrungen der Halterung 20 eingeschoben werden, ist ein Auswechseln einer Lichtleitfaser schnell und einfach möglich.
Falls die Lichtleitfasern 22 a-e nicht alle den gleichen Durchmesser haben, kann es sinnvoll sein, die Führungshülsen 21a-e und die Halterung 20 so zu konstruieren, daß die Endflächen nicht in einer Ebene liegen. Dadurch kann erreicht werden, daß der Durchmesser des konvergenten Bündels 13 auf der Endfläche der Lichtleitfasern 22 a-e dem Durchmesser der Lichtleitfaser 22 a-e angepaßt werden kann.
Eine nicht gezeichnete Variante von Fig. 1 besteht darin, daß das konvergente Bündel parallel zur Richtung des Pfeiles 30 verschoben wird, wobei die Halterung 20 fest sein kann. Die Verschiebung des konvergenten Bündels 13 kann beispielsweise durch Drehung einer Planplatte im Strahlengang oder durch Verschieben der Linse 12 in Pfeilrichtung 30 erfolgen.
Eine weitere nicht gezeichnete Variante von Fig. 1 besteht darin, daß die Endhülsen 21a-e kreisförmig in der Halterung 20 angeordnet sind. Die Halterung 20 ist in diesem Fall wie bei einem Revolver drehbar, so daß die Achsen der Lichtleitfasern bei der Drehung durch das Zentrum des konvergenten Bündels 13 laufen. Der Drehwinkel sollte auf ca. i 1800 beschränkt werden.
In Fig. 2 kann das konvergente Bündel 13 durch einen drehbaren Spiegel 14 abgelenktwerden. Die Drehachse 15 und die geometrischen Verhältnisse sind so gewählt, daß bei Drehung des Spiegels 14 das konvergente Bündel 13 nacheinander in die Lichtleitfasern 21 a-e eingekoppelt wird. Dazu ist es vorteilhaft, daß die Endflächen der Lichtleitfasern auf einem Kreis liegen, in deren Mittelpunkt die Drehachse 15 liegt.
In Fig. 3 ist eine Einrichtung zur Bündelung der Strahlung 11 gezeigt, die mit einer Halterung 20 nach Fig. 1 oder 2 verwendet werden kann. Die Strahlung 11 tritt durch die ebene oder sphärische Stirnfläche 50 in den sich verjüngenden Lichtleiter 51 ein.
Durch Totalreflexion bleibt die Strahlung in dem Lichtleiter 51, und sie tritt an der ebenen Fläche 52 mit kleinem Durchmesser aus.
In sehr geringem Abstand von der Fläche 52 befindet sich das Ende einer Lichtleitfaser 21, in die die Strahlung eingekoppelt wird.
Durch Bewegung des sich verjüngenden Teiles des Lichtleiters 51 kann eine Einkopplung auch in andere nicht: gezeichnete Lichtleitfasern erfolgen. Auf die Fläche 50 kann direkt der nicht gezeichnete Laserspiegel aufgedampft werden oder die Fläche 50 kann reflexionsfrei mit dem Spiegelträger des Lasers verbunden werden.

Claims

Patentansprüche 1. Anordnung zur wahlweisen Einkopplung eines Strahles aus einem Laser in eine von mehreren Lichtleitfasern für energieübertragende optische Systeme, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Bündelung des Strahles aus dem Laser vorhanden ist, daß mehrere Lichtleitfasern (22 a-e) in einer Halterung 20 befestigt sind, daß durch eine Relativbewegung zwischen der Halterung 20 und dem konvergenten Bündel 13 des Strahles dieses auf die Endfläche einer ausgewählten Lichtleitfaser trifft, wobei der Querschnitt des konvergenten Bündels 13 innerhalb der Umrandung der Endfläche der Lichtleitfaser (22 a-e) liegt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bündelung aus einem Linsensystem oder einer Linse 12 besteht.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bündelung aus einem sich im Querschnitt verjüngenden rotationssymmetrischen Lichtleiter 51 besteht, der an der Stirnfläche 50 einen Durchmesser von mindestens dem Durchmesser der Strahlung 11 aus dem Laser 10 hat und an der anderen Fläche 52 von h#c#st0n.# dem Durchmesser der Endfläche der Lichtleitfaser 22 a-e, und daß die Fläche 52 direkt bis ans Ende einer Lichtleitfaser 22 a-e herangeführt wird.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche 50 als Laserspiegel ausgebildet oder reflexionsfrei auf die Außenseite des Laserspiegels aufgesetzt wird.
5. Anordnung nach Anspril 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende jeder Lichtleitfaser 22 a-e mit einer zylinderförmigen Führungshülse 21 a-e versehen ist, daß in der Halterung 20 vorzugsweise regelmäßigen Abstanden Bohrungen vorhanden sind, in die die Führungshülse 21a-e eingeschoben wird.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endflächen der Lichtleitfasern 22 a-e in einer Ebene, einer Zylinder- oder einer Kugelfläche liegen.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch qekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern von der Halterung 20 aus durch eine feste endsatte 40 geführt werden, an welcher Scllutzsshlauche 4 a-c befestigt sind, durch die die Lichtleitfasern 22 a-e und eventuell Drähte zur Signalübertragung 23 a, c, d oder andere zusätzliche Elemente geleitet werden.
S. Anordnung nach Anspruch 7, dad-:-h gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern 22 a-e zwischen Halterung 20 und Endplatte 40 eine Schlaufe 2 c oder einen Bogen 27 a, b, d, e durchlauren.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung durch eine Bewegung der Halterung 20 erfolgt.
10. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung durch die Bewegung eines optischen Elementes (z.B. 12, 14) vor der Halterung 20 erfolgt.
11. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung durch das relativ lang ausgebildete dünne Ende des sich verjüngenden Lichtleiters 51 erfolgt.
12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung mit mechanischen, pneumatischen oder elektrmechanischen Schaltern gekoppelt ist.