DE4206182A1 - Bauteil fuer die uebertragung von energiereichem licht und verwendung des bauteils - Google Patents
Bauteil fuer die uebertragung von energiereichem licht und verwendung des bauteilsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bauteil für die Übertragung von Licht hoher Ener
giedichte mit einer Wellenlänge zwischen 250 nm und 400 nm, aus synthetischem,
hochreinem Quarzglas, mit einem, eine Lichteintrittsfläche aufweisenden Licht
einkoppelbereich, einem, eine Lichtaustrittsfläche aufweisenden Lichtauskop
pelbereich und einer zwischen Lichteinkoppelbereich und Lichtauskoppelbereich
angeordneten Lichtübertragungsstrecke und die Verwendung des Bauteils.
Derartige Bauteile werden zur Übertragung von ultraviolettem Licht mit großer
Energiedichte, insbesondere für die Übertragung des Lichtes von Excimer-La
sern, beispielsweise zur Materialbearbeitung oder im medizinischen Bereich zur
Behandlung von Gefäßerkrankungen oder in der Ophthalmologie, eingesetzt. Die
Anwendung derartiger Bauteile für die Übertragung von Laserstrahlung im ultra
violetten Spektralbereich wird jedoch durch die sogenannte "Photodegradation"
eingeschränkt. Darunter wird die Abnahme der Transmission aufgrund der durch
die energiereiche Strahlung induzierten Dämpfung verstanden. Dieser Effekt der
"Photodegradation", der umso ausgeprägter ist, je größer die Energiedichte der
zu übertragenen Lichtstrahlung ist, wurde unter anderem auch für die Excimer-
Laserwellenlängen von 351 nm (XeF), 308 nm (XeCl) und 248 nm (KrF) beobachtet.
Neben deutlich sichtbaren makroskopischen Defekten, wie Aufschmelzungen der
Oberfläche, Abplatzungen oder Rissen, kann die Abnahme der Transmission durch
mikroskopische Störungen der Glasstruktur hervorgerufen werden.
Aus der EP-A2 04 01 845 sind optische Bauteile zur Übertragung von ultravio
lettem Licht mit einer Wellenlänge, die kürzer als 360 nm ist bekannt, wobei
die Bauteile aus hochreinem, schlierenfreiem, synthetischem Quarzglas beste
hen, das Hydroxylionen mit einem Gehalt von mindestens 50 ppm enthält und das
mit Wasserstoff dotiert ist. Es wird darin erläutert, daß der Wasserstoff und
der Hydroxylionengehalt des Glases einen positiven Einfluß auf die Beständig
keit der Gläser gegenüber gepulsten Excimer-Laserstrahlen haben können. Gegen
über Bauteilen aus reinem Quarzglas zeichnen sich die bekannten Bauteile durch
eine verbesserte Strahlenbeständigkeit aus. Insbesondere sind mittels Bautei
len aus derartigen Quarzgläsern höhere Energiedichten im Ultravioletten über
tragbar, bevor eine merkliche Materialschädigung zu beobachten ist. Das heißt,
die Photodegradations-Effekte der Wasserstoff- und Hydroxylionenhaltigen
Quarzgläser treten gegenüber denjenigen von reinem Quarzglas erst bei höheren
Energiedichten auf. Weiterhin ist aus dieser Schrift bekannt, daß metallische
Verunreinigungen die Beständigkeit des Quarzglases gegen Laserstrahlen mit
hohem Energiegehalt herabsetzen können.
Im Aufsatz von Rod S. Taylor et al., "Dependence of the damage and trans
mission properties of fused silica fibers on the excimer laser wavelength",
veröffentlicht in APPLIED OPTICS, Vol. 27, No. 15 (1988) wird die Strahlenbe
ständigkeit von Bauteilen im Hinblick auf die Übertragung definierter
Excimer-Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von 193 nm bis 351 nm unter
sucht. Bei den untersuchten Bauteilen handelt es sich um Fasern aus undotier
tem, synthetischem Quarzglas mit einem Gehalt an Hydroxylionen zwischen
325 ppm und 1200 ppm. Es wird gezeigt, daß mit Ausnahme der 351 nm-Excimer-La
serwellenlänge, die Transmission der Fasern mit zunehmender Betriebsdauer
abnimmt, wobei jedoch einige Zeit nach der Bestrahlung mit dem energiereichen
Laserlicht eine teilweise Erholung der Transmission zu beobachten ist. Weiter
hin wurde in diesem Aufsatz in einem direkten Vergleich der Transmissionsände
rung von Quarzglas-Fasern mit einem Hydroxylionengehalt von 400 ppm gegenüber
solchen mit 1200 ppm gefunden, daß bei gleicher Wellenlänge und gleicher Ener
gie der von den Fasern übertragenen Laserstrahlung, die Faser mit dem Hydro
xylionengehalt von 400 ppm die geringere Transmissionsänderung erfährt.
Aus dem Artikel von C. Whitehurst, et al, "Ultraviolet pulse transmission in
optical fibres", journal of modern optics, 1988, vol. 35, No. 3, 371-385, sind
Bauteile bekannt, die aus Quarzglas bestehen, das bis zu 1500 ppm Hydroxylio
nen enthält und das gegenüber reinem, "trockenem" Quarzglas eine zu höheren
Energiedichten hin verschobene "Zerstörschwelle" aufweist. In diesem Artikel
ist auch die Ausbildung von Bauteilen aus hydroxylionenhaltigem Quarzglas mit
einem, eine Lichteintrittsfläche aufweisenden Lichteinkoppelbereich, einem,
eine Lichtaustrittsfläche aufweisenden Lichtauskoppelbereich und einer zwi
schen Lichteinkoppelbereich und Lichtauskoppelbereich angeordneten Lichtüber
tragungsstrecke beschrieben, bei denen der Lichteinkoppelbereich in Form eines
in Einstrahlrichtung sich verjüngenden Konus ausgebildet ist.
Anhand des Aufsatzes "Defects and Stress Phenomena in Optical Fibers" von
H. Nishikawa et al., Proc OFC′1989, Paper THI1, sind Messungen des Absorp
tionsverhaltens optischer Fasern bekannt geworden, wobei die Fasern durch
ihren Gehalt an Sauerstoffionen, das Verfahren ihrer Herstellung, ihren Chlor
ionengehalt und ihren Hydroxylionengehalt charakterisiert werden. An den Fa
sern mit unterstöchiometrischem Gehalt an Sauerstoff konnte eine Absorptions
bande bei 245 nm gemessen werden, wobei diese Absorptionsbande einer, aufgrund
des unterstöchiometrischen Sauerstoffgehaltes, intrinsisch vorhandenen Defekt
art der Glasstruktur, nämlich sogenannten "Sauerstofflücken" zugeordnet wird.
Ähnliche Messungen wurden auch von R. Thomon et al. in dem Aufsatz
"Correlation of the 5.0- and 7.6-eV absorption bands in SiO2 with oxygen
vacancy", PHYSICAL REVIEW B, Vol. 39 (1989), No. 2, veröffentlicht. Aufgrund
von Messungen und entsprechenden Berechnungen wird dargelegt, daß die bei
verschiedenen, hochreinen Quarzgläsern beobachteten Absorptionsbanden bei
5.0 eV (245 nm) auf Sauerstofflücken und andere Sauerstoffdefizit-Defekte
zurückzuführen sind. Die für die Messungen verwendeten Quarzgläser werden
dabei ebenfalls durch die Art ihrer Herstellung sowie durch ihre Gehalte an
Chlorionen und Hydroxylionen charakterisiert.
Gegenüber energiereicher Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 250 nm und
400 nm zeigen die bekannten Bauteile aus Quarzglas eine Abnahme der
Transmission von Beginn der Bestrahlung an. Ausgehend von einem Anfangswert
nimmt dabei die Transmission der Bauteile normalerweise bis zu einem "Plateau
wert" ab, ab dem sie sich auch bei längerer Bestrahlung nur noch wenig verän
dert. Es hat sich gezeigt, daß diese Änderungen der Transmission von ihrem
Anfangswert bis zu dem "Plateauwert" mit wachsender Energiedichte der zu über
tragenden Strahlung deutlich ansteigen. Für zahlreiche Anwendungen sind jedoch
größere Transmissionsänderungen im Verlaufe des Einsatzes des Bauteils nicht
tolerierbar. Da aber andererseits gerade die maximal transmittierbare Energie
dichte für die meisten Anwendungen der entscheidende Parameter ist, wird der
Einsatzbereich der bekannten Bauteile durch den Effekt dieser "Photodegrada
tion" stark eingeschränkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil anzugeben,
das eine möglichst geringe Transmissionsänderung bei der Übertragung von Licht
hoher Energiedichte und einer Wellenlänge zwischen 250 nm und 400 nm aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, ausgehend von dem
bekannten Bauteil, das Quarzglas einen Hydroxylionengehalt im Bereich zwischen
50 ppm und 1200 ppm und einen unterstöchiometrischen Gehalt an Sauerstoff
aufweist. Durch die Übertragung ultravioletter Strahlung werden im Material
des Bauteils zwangsläufig Defekte erzeugt. Die Art der Defekte, deren Konzen
tration sowie deren Auswirkungen auf die Transmission hängen im wesentlichen
von der Energiedichte und der Wellenlänge der zu übertragenden Strahlung ab.
Dabei können unter anderem sogenannte "Sauerstoffüberschußdefekte" entstehen,
die zur Bildung oder Verstärkung von Absorptionsbanden bei verschiedenen Wel
lenlängen im UV-und IR-Spektrum führen können. Insbesondere hat es sich ge
zeigt, daß eine Absorptionsbande mit einem Maximum bei 265 nm mit der Bildung
derartiger "Sauerstoffüberschußdefekte" korrelierbar ist. Neben der Charak
teristik des zu übertragenden Lichtes hängt die Bildungswahrscheinlichkeit für
derartige Defekte auch von der Glasstruktur, insbesondere von der Stärke und
der Art der atomaren Bindungen sowie von der Koordination der Siliciumatome
bzw. der mittleren Häufigkeit der Sauerstoffionen in der Nachbarschaft des
Siliciums ab.
Durch den unterstöchiometrischen Gehalt an Sauerstoff im Quarzglas wird ge
währleistet, daß die Wahrscheinlichkeit der Ausbildung derartiger "Sauerstoff
überschußdefekte" bei der Übertragung von energiereicher Strahlung mit einer
Wellenlänge zwischen 250 nm und 400 nm verringert wird.
Andererseits würde jedoch auch eine allmähliche Anhäufung derartiger Defekte
zu einer sich stetig verschlechternden Transmission des Bauteils führen. Durch
den Hydroxylionengehalt des Quarzglases kann aber bekanntermaßen ein Ausheilen
bereits entstandener Defekte erreicht werden. Im Verlaufe der Übertragung von
energiereichem Licht bildet sich dann durch die miteinander konkurrierenden
Effekte der Defekt-Bildung und der Defekt-Ausheilung ein annäherndes Defekt-
Gleichgewicht im Bauteil aus, das den "Plateauwert" der Transmission; also
deren Abnahme vom ursprünglichen Transmissionswert, bestimmt. Es hat sich nun
überraschend gezeigt, daß die bei der Übertragung von ultraviolettem, energie
reichem Licht mit einer Wellenlänge zwischen 250 nm bis 400 nm in "sauerstoff
armem", hochreinem Quarzglas erzeugten Defekte derart sind, daß die im Quarz
glas-Netzwerk vorhandenen Hydroxylionen, insbesondere der darin enthaltene
Wasserstoff, eine besonders effektive Ausheilung dieser Defekte bewirken kön
nen, so daß die Abnahme der Transmission vom ursprünglichen Wert bis auf den
"Plateauwert" sehr gering ist.
Als "hochrein" wird dabei ein Quarzglas bezeichnet, dessen Gehalt an Alkali
ionen insgesamt weniger als 150 ppb, an Erdalkaliionen insgesamt weniger als
100 ppb und an anderen metallischen Verunreinigungen wie Ti, Cr, Fe, und Ni
insgesamt weniger als 50 ppb beträgt.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein Bauteil erwiesen, bei dem das Quarzglas
einen Hydroxylionengehalt von weniger als 600 ppm aufweist und der unterstö
chiometrische Gehalt an Sauerstoff derart ist, daß das Quarzglas eine Absorp
tionsbande mit einem Maximum im Wellenlängenbereich von 240 nm bis 250 nm mit
einer Intensität von mehr als 0,1 dB/m aufweist. Als Intensität der Absorp
tionsbande ist hierbei der Dämpfungswert in dB/m gemeint, der der Höhe des
Maximums der Absorptionsbande über der Grundlinie der Absorptionsbande ent
spricht. Dadurch, daß der unterstöchiometrische Gehalt an Sauerstoff minde
stens so groß ist, daß er im Quarzglas eine Absorptionsbande mit einer Inten
sität von mindestens 0,1 dB/m im Maximum erzeugt, wird gewährleistet, daß so
wenig "Sauerstoffüberschußdefekte" entstehen, daß die durch sie erzeugbare
Absorption bei 265 nm nicht oder kaum merklich auftritt und daß gleichzeitig
die durch die energiereiche Strahlung mit Wellenlängen zwischen 250 nm und
400 nm in dem derartig sauerstoffarmen Quarzglas erzeugten Defekte derart
sind, daß sie entweder von relativ geringen Hydroxylionenkonzentrationen von
50 ppm bis 600 ppm sehr effektiv ausgeheilt werden können oder zumindest im
Wellenlängenbereich um 250 nm bis ca. 400 nm keine oder wenig Absorption
erzeugen und daher die Übertragung energiereicher Strahlung in diesem
Wellenlängenbereich nicht oder kaum behindern. Dabei wirkt sich der relativ
geringe Hydroxylionengehalt des Quarzglases von weniger als 600 ppm auf das
Transmissionsverhalten des Quarzglases vorteilhaft aus. Es hat sich nämlich
gezeigt, daß hohe Hydroxylionengehalte in Quarzgläsern ebenfalls zu einer
Defektbildung bei der Übertragung energiereicher Strahlung beitragen können.
Ein Hydroxylionengehalt von mindestens 200 ppm hat sich aber als günstig
erwiesen.
Insbesondere hinsichtlich einer möglichst ungestörten Übertragung von Licht
hoher Energiedichte über einen großen Wellenlängenbereich hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, daß das Bauteil Quarzglas aufweist, das im Wellenlängen
bereich zwischen 200 nm und 350 nm nur eine einzige Absorptionsbande aufweist.
Für die Übertragung von energiereichem Licht über eine längere Strecke hat es
sich bewährt, den Lichtübertragungsbereich in Form einer Faser oder in Form
eines Stabes auszubilden. Dabei ist es besonders günstig, den Lichteinkoppel
bereich und/oder den Lichtauskoppelbereich in Form eines in Richtung auf den
Lichtübertragungsbereich sich verjüngenden Konus auszubilden. Da die Zerstör
schwelle der Oberfläche eines Bauteils gegenüber derjenigen des Vollmaterials
herabgesetzt ist, können bei der Einkopplung bzw. auch bei der Auskopplung von
Strahlung bereits bei Leistungsdichten, die im Vollmaterial des Bauteils
selbst übertragen werden könnten, Schädigungen oder Zerstörungen der Einkop
pel- bzw. der Auskoppelfläche auftreten. Durch eine Vergrößerung dieser Ein
koppel- bzw. Auskoppelflächen gegenüber dem Querschnitt der eigentlichen
Lichtübertragungsstrecke und eine damit einhergehende mögliche Aufweitung des
einzukoppelnden bzw. des auszukoppelnden Lichtstrahles, wird die optische
Belastung pro Flächeneinheit der jeweiligen Fläche verringert.
Dies ermöglicht die Übertragung energiereicher Strahlung, die andernfalls
aufgrund ihrer hohen optischen Leistungsdichten die Oberflächen des Bauteils
beim Ein- bzw. beim Auskoppeln zerstören würden.
Zur Kompensation spezieller Strahlcharakteristiken des einzukoppelnden bzw.
des auszukoppelnden Lichtes hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, die
Lichteintrittsfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche gekrümmt auszubilden.
Insbesondere für die Führung von energiereicher Strahlung über längere Strec
ken oder Biegungen hat es sich als günstig erwiesen, mindestens die Lichtüber
tragungsstrecke des Bauteils mit einem Mantelmaterial zu umhüllen, dessen
Brechungsindex kleiner als 1,4589 ist. Als Mantelmaterial haben sich insbeson
dere Fluor und/oder Bor dotiertes Quarzglas oder gegen ultraviolette Strahlen
beständiger Kunststoff bewährt.
Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz des erfindungsgemäßen Bauteils
für die Übertragung von energiereichem Licht im Wellenlängenbereich zwischen
300 nm und 320 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge um 310 nm erwiesen. Die
aufgrund der Strahlung in diesem Wellenlängenbereich erzeugten Defekte werden
entweder besonders leicht in dem erfindungsgemäßen Bauteil ausgeheilt oder sie
erzeugen lediglich solche Absorptionsbanden, die für die Übertragung von Licht
in diesem Wellenlängenbereich nicht störend sind.
In einer Ausführungsform, bei der der Lichtübertragungsbereich in Form einer
Faser oder in Form eines Stabes ausgebildet ist, hat sich das erfindungsgemäße
Bauteil auch zur Verwendung als Einzelelement in einer flexiblen Anordnung
mehrerer, mit ihren Längsachsen parallel oder im wesentlichen parallel zuei
nander verlaufender, gleicher oder geometrisch ähnlicher Einzelelemente für
die Übertragung von ultraviolettem Licht mit hohen Energiedichten zur Mate
rialbehandlung bewährt. Dabei können die Bauteile beispielsweise in einem
aushärtbaren Material eingebettet und/oder gegeneinander verdrillt sein.
Für spezielle Anwendungen hat sich ein Bauteil bewährt, bei dem der Lichtüber
tragungsbereich in Form eines dickwandigen Hohlzylinders oder in Form einer
Lochscheibe ausgebildet ist. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bau
teils ist insbesondere bei der Übertragung von ultraviolettem Licht als
Strahlaufweiter und/oder zur Homogenisierung der von einzelnen Lichtstrahlen
eines Strahlerbündels ausgehenden Lichtenergien in einer Ebene senkrecht zur
Licht-Ausbreitungsrichtung geeignet. Es hat sich gezeigt, daß energiereiche
Strahlung aus dem Wellenlängenbereich zwischen 250 nm und 400 nm, die bei
spielsweise von einzelnen, zu einem Bündel zusammengefaßten Lichtwellenleitern
ausgeht, vorteilhaft in ein derartiges Bauteil eingekoppelt werden kann, wobei
die von den einzelnen Lichtwellenleitern ausgehenden Lichtmoden sich im Ver
laufe ihrer Übertragung über die Länge der Lichtübertragungsstrecke des Bau
teils miteinander vermischen. Hierzu wird die Länge der Lichtübertragungs
strecke vorteilhafterweise so gewählt, daß an der dem Lichtwellenleiter-Bündel
abgewandten Seite des Bauteils, die Lichtenergien der einzelnen Lichtstrahlen
aufgrund ihrer Divergenz zumindest teilweise überlappen. Ein zu behandelndes
oder abzutragendes Material oder Gewebe kann dadurch gleichmäßig über eine
größere Fläche mit hoher Energie beaufschlagt werden. Der Kanal in dem Hohlzy
linder kann dabei der Zufuhr von gasförmigen oder flüssigen Medien sowie zur
Durchführung von Führungsdrähten dienen. Dies ist beispielsweise bei der abla
tiven Behandlung von Ablagerungen in Blutgefäßen mittels eines medizinischen
Katheters, der aus einzelnen, mit ihren Längsachsen parallel zueinander ver
laufenden Einzelfasern aufgebaut ist, über welche das Arbeitslicht übertragen
wird, von Bedeutung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und
wird nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Messung der Dämpfung von verschiedenen Lichtwellenleitern und
Fig. 2 eine Messung des Photodegradations-Verhaltens eines erfindungsgemäßen
Bauteils bei der Übertragung von Licht hoher Energiedichte mit hohen
Pulszahlen, im Vergleich zu dem Photodegradations-Verhaltens eines
Bauteils gemäß dem Stand der Technik.
Die in der Fig. 1 dargestellten Kurven 1, 2 und 3 stellen den Verlauf der
Dämpfung von Lichtwellenleitern dar, die nach jeweils dem gleichen Verfahren
aus undotiertem, hochreinem, synthetischem Quarzglas hergestellt worden sind.
Das Material der Lichtwellenleiter unterscheidet sich lediglich aufgrund des
unterschiedlichen Sauerstoffangebotes während der Materialherstellung. Die
Lichtwellenleiter 1, 2, 3 wurden aus Vorformen gezogen, deren Hydroxylionen
gehalt jeweils 600 ppm betrug.
Das Quarzglas für den Lichtwellenleiter 1 wurde mit einem Sauerstoffangebot
hergestellt, das der Menge entspricht, die zur Herstellung eines Quarzglases
mit korrekter Materialstöchiometrie (Silicium : Sauerstoff = 1 : 2) notwendig
ist. Bei der Herstellung des Materials für den Lichtwellenleiter 2 wurde das
Sauerstoffangebot im Vergleich dazu deutlich verringert, während bei der Her
stellung des Quarzglases für den Lichtwellenleiter 3 ein Sauerstoffüberangebot
gewählt wurde.
Mit Hilfe eines Plasma-Außenbeschichtungsverfahrens wurden auf die so herge
stellten Quarzglaszylinder fluordotierte Quarzglas-Mantelschichten aufge
bracht, wobei das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Mantels und dem
Kerndurchmesser 1,1 betrug. Aus den so hergestellten Vorformen wurden dann die
Lichtwellenleiter 1, 2 und 3 mit jeweils einem Faserdurchmesser von 220 µm
gezogen.
Der Verlauf der Grunddämpfung der Lichtwellenleiter 1, 2, 3 im Spektralbereich
zwischen 200 nm und 350 nm weist signifikante Unterschiede auf, die allein auf
das unterschiedliche Sauerstoffangebot bei der Quarzglasherstellung zurückzu
führen sind. Der Lichtwellenleiter 1 zeigt einen Kurvenverlauf, der durch den
Anstieg der Streuung zu kürzeren Wellenlängen hin bestimmt wird. Der Lichtwel
lenleiter 3, dessen Kern aus einem Quarzglas mit überstöchiometrischem Sauer
stoffgehalt besteht, weist eine breite Absorptionsbande 4 mit einem Maximum
bei ca. 265 nm auf, die die Kurvencharakteristik im untersuchten Spektralbe
reich bestimmt. Aus dieser Absorptionsbande 4 kann auf das Vorhandensein von
sog. "Sauerstoffüberschußdefekten" geschlossen werden.
Die Grunddämpfung des Lichtwellenleiters 2, dessen Kern aus einem Quarzglas
mit unterstöchiometrischem Sauerstoffgehalt besteht, weist dagegen eine
relativ schwach ausgeprägte, schmalbandige Absorption 5 mit einem Maximum bei
ca. 245 nm auf. Diese Bande 5, deren Intensität ca. 0,2 dB/m beträgt, läßt auf
das Vorhandensein sog. "Sauerstofflücken" oder andere Sauerstoff-Defekte
schließen.
Durch Teilstücke der Lichtwellenleiter 1 und 2 wurde anschließend energie
reiches XeCl-Excimer-Laserlicht übertragen und das Photodegradations-Verhalten
gemessen. Die Wellenlänge des Excimer-Laserlichtes betrug dabei 308 nm, die
Pulsdauer 28 ns, die Energiedichte 15 J/cm2 und die Impulsfrequenz 30 Hz.
Bei den gemessenen Lichtwellenleitern 1a; 2a (Fig. 2) handelte es sich um 2 m
lange Probenstücke. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in der Fig. 2
dargestellt und zeigen den starken Einfluß des Sauerstoffangebotes bei der
Kernmaterialherstellung auf die Photodegradationseigenschaften der daraus
hergestellten Lichtwellenleiter.
Der mit der Bezugsziffer 1a bezeichnete Lichtwellenleiter, der dem Stand der
Technik entspricht, zeigt einen raschen Abfall der ursprünglichen Transmission
auf einen "Plateauwert" und nach ca. 20000 Laserpulsen eine Transmission von
ca. 70% gegenüber dem Wert bei Bestrahlungsbeginn. Der mit der Bezugs
ziffer 2a bezeichnete Lichtwellenleiter dessen Kern aus sauerstoffarmem Quarz
glas besteht, zeigt hingegen ein besseres Photodegradationsverhalten. Nach
20000 Laserpulsen liegt die Transmission bei diesem Lichtwellenleiter 2a noch
oberhalb von 90% ihres ursprünglichen Wertes. Die Transmission des Licht
wellenleiters 2a betrug selbst nach 100 000 Laserpulsen immer noch 90% des
ursprünglichen Wertes.
Claims (14)
1. Bauteil für die Übertragung von Licht hoher Energiedichte mit einer Wel
lenlänge zwischen 250 nm und 400 nm, aus synthetischem, hochreinem Quarz
glas, mit einem, eine Lichteintrittsfläche aufweisenden Lichteinkoppelbe
reich, einem, eine Lichtaustrittsfläche aufweisenden Lichtauskoppelbereich
und einer zwischen Lichteinkoppelbereich und Lichtauskoppelbereich ange
ordneten Lichtübertragungsstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarz
glas einen Hydroxylionengehalt im Bereich zwischen 50 ppm und 1200 ppm und
einen unterstöchiometrischen Gehalt an Sauerstoff aufweist.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzglas einen
Hydroxylionengehalt von weniger als 600 ppm aufweist und der unterstöchio
metrische Gehalt an Sauerstoff derart ist, daß das Quarzglas eine Absorp
tionsbande (5) mit einem Maximum im Wellenlängenbereich von 240 nm bis
250 nm mit einer Intensität von mehr als 0,1 dB/m aufweist.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzglas
einen Hydroxylionengehalt von mindestens 200 ppm aufweist.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Quarzglas im Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 350 nm nur eine ein
zige Absorptionsbande (5) aufweist.
5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Lichtübertragungsbereich in Form einer Faser oder in Form eines Stabes
ausgebildet ist.
6. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichteinkoppelbe
reich und/oder der Lichtauskoppelbereich in Form eines sich in Richtung
auf die Lichtübertragungsstrecke verjüngenden Konus ausgebildet ist.
7. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichteintrittsfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche
gekrümmt ist.
8. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß mindestens die Lichtübertragungsstrecke von einem Mantelma
terial umhüllt ist, das einen Brechungsindex von weniger als 1,4589 auf
weist.
9. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial
mit Fluor und/oder Bor dotiertes Quarzglas enthält.
10. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial
einen gegen ultraviolette Strahlen beständigen Kunststoff enthält.
11. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtübertragungsstrecke in Form eines
dickwandigen Hohlzylinders oder einer Lochscheibe ausgebildet ist.
12. Verwendung eines Bauteils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11
für die Übertragung von Licht hoher Energiedichte mit einer Wellenlänge im
Bereich zwischen 300 nm und 320 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von
308 nm.
13. Verwendung eines Bauteils nach Anspruch 5 und einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 10 als Einzelelement in einer flexiblen Anord
nung mehrerer, mit ihren Längsachsen im wesentlichen parallel zueinander
verlaufender, gleicher oder geometrisch ähnlicher Einzelelemente für die
Übertragung von ultraviolettem Licht mit hohen Energiedichten zur
Materialbehandlung.
14. Verwendung eines Bauteils nach Anspruch 11 bei der Übertragung von ultra
violettem Licht als Strahlaufweiter und/oder zur Homogenisierung der von
einzelnen Lichtstrahlen eines Strahlerbündels ausgehenden Lichtenergien in
einer Ebene senkrecht zur Licht-Ausbreitungsrichtung.
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