DE69432598T2

DE69432598T2 - Optischer wellenleiter mit flüssigem kern

Info

Publication number: DE69432598T2
Application number: DE69432598T
Authority: DE
Inventors: Harold Frederick Eastgate
Original assignee: Eastgate Harold Frederick Knoxfield
Current assignee: Eastgate Harold Frederick Knoxfield
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2014-10-26
Also published as: ATE239238T1; EP0727054B1; WO1995012138A1; JPH09504121A; EP0727054A4; ZA948392B; CA2175336A1; DE69432598D1; EP0727054B9; EP0727054A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Lichtwellenleiter und insbesondere Flüssigkern-Lichtwellenleiter zur Übertragung von kohärenter und inkohärenter Strahlung.
Nach dem Stand der Technik sind Wellenleiter für eine Vielzahl medizinischer, dentaler und industrieller Anwendungen benutzt worden, um sowohl kohärente als auch inkohärente Strahlung mit relativ hohem Energieniveau und mit ultravioletten, sichtbaren und infraroten Wellenlängen zu übertragen. Ein aus dem Stand der Technik bekannter Typ von Wellenleitern besteht aus einer Folge von Spiegeln, die entlang eines Gelenkarms angeordnet sind, wobei ein Laserstrahl von Spiegel zu Spiegel entlang des Armes reflektiert wird. Es ist offenkundig, daß eine solche Anordnung nur eine begrenzte Flexibilität hat und für Fehler bei der Ausrichtung empfänglich ist, wobei sie zudem unhandlich und relativ teuer bei der Herstellung und Wartung ist.
Ein weiterer allgemeiner Typ eines aus dem Stand der Technik bekannten Lichtwellenleiters verwendet das Prinzip totaler innerer Reflexion, um Licht entlang einer Säule oder eines Kerns eines Materials, üblicherweise Quarz oder Glas, zu übertragen. Die Step-Indexfasern bestehen aus einem zentralen Kern aus Glas oder Quarz, der von einer optischen Cladding-Schicht umgeben ist, die einen Brechungsindex hat, der niedriger ist als der des Kernmaterials. Licht, das auf den Übergang zwischen Kern und Cladding einfällt, wird fast vollständig reflektiert, wenn der Einfallswinkel, gemessen von einer Linie senkrecht zu dem Übergang, größer ist als ein kritischer Wert. Somit kann Licht entlang der Faser und um Biegungen übertragen werden, vorausgesetzt, daß der Radius nicht zu klein ist. Bei den Gradient-Index-Fasern ist der Brechungsindex des Kernmaterials an der Achse der Faser am höchsten und nimmt allmählich zu dem Cladding hin ab, so daß das Licht einer glatt gekrümmten Bahn innerhalb des Kerns folgt anstelle einer scharfen Zickzackbahn, wie bei den Step-Indexfasern.
Die Glaskernfaseroptik überträgt Wellenlängen, die hauptsächlich auf den sichtbaren Bereich begrenzt sind. Quarz überträgt einen weiten Bereich von Wellenlängen von ultraviolett bis nahe infrarot, jedoch sind Quarzwellenleiter zerbrechlich und sehr teuer und schwierig herstellbar.
Obwohl ideal für Kommunikationszwecke, die die Übertragung von Niedrigenergiestrahlung über lange Strecken erfordern, haben Fasern des herkömmlichen Typs große Schwierigkeiten bei der Übertragung relativ großer Mengen oder Stärke über kürzere Distanzen.
Das Hauptproblem mit diesen Fasern ist, daß sie sehr dünn sein müssen (2 bis 150 Mikron), um die erforderliche Flexibilität zu haben. Einzelne Fasern aus Quarz oder dergleichen sind notwendigerweise ziemlich zerbrechlich, insbesondere bei Anwendungen, bei denen ein wiederholtes Biegen erforderlich ist. Insbesondere bei Laseranwendungen können die Leistungsdichten in dünnen Fasern hoch genug sein, um einen Durchschlag des Kernmaterials infolge nicht-linearer und anderer Effekte hervorzurufen. Außerdem ist es sehr schwierig, erfolgreich inkohärente Lichtstrahlen, die einen Durchmesser von 50 mm oder mehr haben, oder Laserstrahlen großen Durchmessers in Fasern dieser Art ohne hohe Verluste zu schicken.
Einige optische Fasern dieses Typs sind aus fein gezogenen Quarzkapillar-röhrchen geformt, die mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, aber dieselben Probleme der Zerbrechlichkeit, Ausrichtung und des Durchschlags des Materials verhindern ihre Benutzung in jedem der oben erwähnten Anwendungen, die ein hohes Leistungsniveau erfordern.
Das Zusammenbinden einer großen Anzahl einzelner Glasfasern zur Bildung flexibler Lichtfaserbündel sehr viel größeren Durchmessers als einzelne Fasern hat sich als nützlich für eine Anzahl von Anwendungen erwiesen. Mit der Benutzung beginnen die einzelnen Fasern jedoch zu brechen, was zu einer ansteigenden Anzahl von „Toten Flecken" führt und die Wirksamkeit des Bündels verringert. Da zudem nur die Kerne der einzelnen Fasern Licht übertragen und diese nur einen Prozentsatz der Querschnittsfläche eines optischen Faserbündels ausmachen, wird Licht, das auf das Material zwischen den Fasern fällt, nicht übertragen, sondern absorbiert. Dies führt zu Anfangsverlusten, die proportional zu der nicht-übertragenen Fläche des Bündels ist, und wenn die Energie des einfallenden Lichtstrahls hoch genug ist zur Zerstörung des Bündels. Somit können Wellenleiter dieses Typs üblicherweise nicht zur Übertragung von Hochenergiestrahlung verwendet werden.
Optische Fasern mit Kunststoffkernen sind beschrieben worden, sie haben jedoch hohe Lichtverluste wegen der Natur der Materialien, aus denen sie gebildet sind, sie können nur bei niedrigen Temperaturen arbeiten und sind allgemein nur für nichtkritische Anwendungen geringen Lichts geeignet.
Patent Abstracts of Japan Vol 12 No. 361 (S 763) und JP-A-63 113 406 (Bridgestone Corp.) offenbaren einen Lichtwellenleiter mit einem flüssigen Kern und Fenstermaterialien an jedem Ende davon, wobei die Lichtübertragungs-wirksamkeit verbessert ist, indem der Außendurchmesser des äußeren Teils vergrößert ist und sich zu dem inneren Teil des Fenstermaterials verjüngt.
DE-A-42 12 392 offenbart einen Lichtleiter mit einer transparenten Hülse, die ein lichtleitendes Fluid enthält, das in einem geschlossenen Reinigungskreis zirkuliert, wodurch eine Lichtverschlechterung durch Unreinheiten in dem Fluid vermieden wird.
US 4,907,133 offenbart einen Lichtleiter, der aus einem Fluorplastikrohr besteht, das mit einem transparenten Fluid gefüllt ist, das Phenyl-Methylsilikonöl enthält. Die hohe Differenz des Brechungsindex zwischen Rohr und dem Fluid gewährleistet geringe Biegeverluste.
US-Patent Nr. 3,740,113 beschreibt einen flexiblen Lichtleiter, der ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Kunststoffrohr enthält. Die Kernflüssigkeiten, die darin offenbart sind, haben jedoch bestimmte Beschränkungen, die sie für viele Anwendungen ungeeignet machen. Beispielsweise ist ein solcher Lichtleiter vollständig ungeeignet für die Übertragung von Laserenergie oder inkohärentem Licht hoher Stärke.
US-Patent Nr. 4,045,1119 von dem vorliegenden Anmelden beschreibt einen flexiblen Flüssigkernwellenleiter für die Übertragung eines Laserstrahls verhältnismäßig hoher Energie auf den Anwendungsbereich. Der Wellenleiter enthält ein flexibles Rohr aus Tetrafluorethylenhexafluorpropylen (FEP) oder Chlor-Trifluorethylen (KEL-F). Der Brechungsindex von FEP ist 1,34 und derjenige von KEL-F ist 1,42. Das Rohr hat einen Kern aus Flüssigkeit, die einen Brechungsindex hat, der erheblich größer ist als derjenige des Rohrmaterials. An jedem Ende des Rohres gibt es Mittel, die Flüssigkeit abzudichten, einschließlich eines Eingabefensters an einem Ende, in das der Laserstrahl geschickt wird, und eines Auslaßfensters an dem anderen Ende.
Obwohl die oben erwähnten Wellenleiter für eine Anzahl von Anwendungen geeignet oder akzeptabel sind, sind FEP und KEL-F halbkristallin, was die Wirkung hat, daß einige Streuung des übertragenen Lichtes mit proportionalen Übertragungsverlusten hervorgerufen wird. Dies verleiht ein charakteristisches „milchiges" Aussehen. Außerdem begrenzen die Brechungsindizes der Cladding-Materialien den Bereich der Kernflüssigkeiten, die bei solchen Wellenleitern verwendet werden können. Im Ergebnis sind die Wellenleiter für viele Anwendungen ungeeignet. Beispielsweise ist es nicht möglich, solche Wellenleiter für bestimmte medizinische Anwendungen zu verwenden, wenn die einzigen Materialien, die als Wellenleiterkerne verwendbar sind, unsicher für diese Anwendungen sind. Außerdem ist es nicht möglich, solche Wellenleiter zur Übertragung bei bestimmten Wellenlängen zu verwenden.
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oder mehrere der beim Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten abzustellen oder wenigstens zu vermindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Lichtwellenleiter zur Übertragung von Strahlen vorgesehen, wobei der Wellenleiter enthält:
einen Schlauch mit einer Innenauskleidung, die als optisches Cladding für den Wellenleiter wirkt, einen flüssigen Kern, der den Schlauch füllt und einen Brechungsindex hat, der größer ist als derjenige des Auskleidungsmaterials, und Abdichtmittel an jedem Ende des Schlauchs, wobei der flüssige Kern in dem Schlauch unter Druck abgedichtet ist, und wobei die Innenauskleidung ein amorphes Fluorpolymer enthält.
Der Schlauch besteht bevorzugt aus einem flexiblen Kunststoff oder dergleichen. Weiter bevorzugt enthält das Schlauchmaterial einen amorphen Fluorpoly-merharz. Vorteilhafterweise hat das Schlauchmaterial eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften:

1) Einen relativ niedrigen Brechungsindex;
2) eine gute Lichtübertragung über einen breiten Wellenlängenbereich;
3) inert,
4) nicht entflammbar;
5) widerstandsfähig gegen relativ hohe Temperaturen;
6) im wesentlichen transparent für die Strahlung.

Die Fluorpolymerharze Teflon PSA, Cytop, Teflon AF-1600 und Teflon AF-2400 haben sich als besonders geeignete Schlauchmaterialien herausgestellt.
Teflon AF-1600, Teflon AF-2400 und Cytop sind amorphe Fluorpolymere und sind im wesentlichen klar. Die Anmelden haben entdeckt, daß sie Licht nicht in demselben Maß wie halbkristalline Fluorpolymere wie FEP zerstreuen. Dadurch ist ihre gesamte Lichtübertragung von ultraviolett bis infrarot sehr verbessert gegenüber solchen halbkristallinen Fluorpolymeren. Die Anmelden haben herausgefunden, daß ihre Übertragung bei ultravioletten Wellenlängen besonders gut ist. Teflon AF-1600 und Teflon AF-2400 beginnt die Übertragung bei einer Wellenlänge von etwa 150 nm, und ihre Übertragung steigt auf 80% bei 200 nm und schließlich auf etwa 95% bei 400 nm. Auf gleiche Weise erreicht Cytop 80% Übertragung bei 225 nm. Im Vergleich beginnt FEP erst bei 200 nm mit der Übertragung und erreicht 80% Übertragung bei etwa 280 nm.
In einer Ausführungsform ist das Schlauchmaterial ein Fluorpolymerharz mit einem Brechungsindex bis zu etwa 1,35. Es wurde gefunden, daß die Fluorpolymerharze Teflon AF-1600 und Teflon AF-2400 besonders geeignete Schlauchmaterialien sind.
Die Anmelden haben entdeckt, daß Schlauchmaterialien mit einem relativ niedrigen Brechungsindex die numerischen Öffnungen verbessern (d. h. der Aufnahmewinkel für das Licht zum Eintritt des Wellenleiters und zur Übertragung ist erhöht). Somit ist die Übertragungsleistung von Wellenleitern mit Kernflüssigkeiten, die bisher mit FEP und KEL-F verwendet wurden, verbessert, und die Auswahl neuer Kernflüssigkeiten ist möglich, die vorher mit Schläuchen dieser Materialien nicht verwendbar waren. Teflon AF-1600 und Teflon AF-2400 haben beispielsweise relativ niedrige Brechungsindizes (1,31 bzw. 1,29). Reines Wasser ohne aufgelöste Stoffe zur Steigerung des Brechungsindex von 1,3336 konnten früher nicht als Kernflüssigkeit für Lichtwellenleiter verwendet werden, sie können aber beispielsweise in einem optischen Wellenleiter mit einem Schlauch aus Teflon AF-2400 verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspektes der Erfindung ist demnach ein Lichtwellenleiter zur Übertragung von Strahlung vorgesehen, der einen Schlauch aus einem Material mit einem Brechungsindex bis etwa 1,35 hat und bei dem ein flüssiger Kern aus Wasser den Schlauch füllt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält der Schlauch ein Material, das beständig gegenüber relativ hohen Temperaturen ist.
Bevorzugt besteht der Schlauch aus einem Material, das eine Dauerbetriebstemperatur über etwa 200°C, und bevorzugt über etwa 250°C hat. Weiter bevorzugt besteht der Schlauch aus einem flexiblen Kunststoff oder dergleichen. Am meisten bevorzugt ist als Schlauchmaterial ein Fluorpolymerharz.
Es wurde gefunden, daß die Fluorpolymerharze Teflon PFA, Cytop, Teflon AF-1600 und Teflon AF-2400 besonders geeignet sind. Teflon AF-1600 und Teflon AF-2400 haben beispielsweise eine sehr gute Wärmebeständigkeit, und ihre Dauerbetriebstemperatur beträgt 285°C. Auf gleiche Weise haben Cytop und Teflon PFA eine Dauerbetriebstemperatur von 260°C. Dies steht im Vergleich mit 205°C für FEP.
Während amorphe Fluorpolymerharze wie Teflon AF-1600, Teflon AF-2400 und Cytop in der Form von massiven Rohren verwendet werden können, wie oben beschreiben, bedeuten ihre gegenwärtig hohen Kosten, daß dies nicht ökonomisch ist. Die Anmelden haben aber herausgefunden, daß eine Innenauskleidung aus einem amorphen Fluorpolymer auf einen Schlauch aus einem anderen Material aufgebracht werden kann und daß die Innenauskleidung als optisches Cladding eines solchen Wellenleiters wirken kann.
Der Schlauch kann aus jedem geeigneten Typ bestehen, seine Natur und Eigenschaften sind nicht kritisch bei diesem Aspekt der Erfindung. Der Schlauch kann aus einem flexiblen Kunststoff oder dergleichen bestehen, beispielsweise aus einem Fluorpolymerharz. Zweckmäßigerweise hat das Schlauchmaterial eine oder mehrere der folgenden Eingenschaften:

1) Inert
2) nicht entflammbar
3) beständig gegen relativ hohe Temperaturen.

Die Fluorpolymerharze FEP, KEL-F-Teflon BFA, Tefzel und Hostaflon TFB haben sich als geeignet herausgestellt. Polyethylen, PVC, Polycarbonat oder andere Kunststoffe können für dieselben Anwendungen verwendet werden.
Die oben beschriebenen Cladding-Schläuche haben gerade, glatte Außen- und Innenwände. Jedoch für einige Anwendungen, beispielsweise Beleuchtung von Zeichen und Displays, kann es vorteilhaft sein, einen Wellenschlauch wie Bunnell Plastics CT-Flex FEP für das optische Cladding zu verwenden. Die Wellen in einem solchen Schlauch können das Austreten von Licht aus dem Schlauch erleichtern.
Die Innenauskleidung enthält einen amorphen Fluorpolymerharz. Bevorzugt ist die Innenauskleidung im wesentlichen transparent für die Strahlung und hat eine gute Lichtübertragung über einen breiten Bereich von Wellenlängen. Die Fluorpolymerharze Teflon AF-1600, Teflon AF-2400 und Cytop haben sich als besonders geeignet herausgestellt.
Bevorzugt kann das als Innenauskleidung verwendete Material zur Auftragung in einem Lösungsmittel gelöst sein, bevorzugt einem Fluor-Inated-Lösungsmittel. Beispielsweise können Fluorpolymerharze wie Teflon AF und Cytop, obwohl sie gegenüber anderen Lösungsmitteln und Prozeßchemikalien beständig sind, in perfluorinierten Lösungsmitteln wie Fluorinert, Flutec und Hostinert gelöst werden. Teflon AF-1600 und Teflon AF-2400 sind als Lösungen bereits gelöst in Fluorinert FC-75 als Teflon AF-1601S6, Teflon AF-1601S-18 und Teflon AF-2401S-1 erhältlich.
Die Innenauskleidung kann auf jede geeignete Weise aufgebracht werden, beispielsweise Spin-Beschichtung, Lösungsgießen oder Anstreichen. Beispielsweise kann ein amorphes Fluorpolymerharz, das in einem perfluorinierten Lösungsmittel gelöst ist, durch Lösungsgießen auf die Innenfläche des Schlauchs in dünnen, glatten Schichten aufgebracht werden, indem die Lösung auf die zu beschichtende Fläche aufgebracht und dann das Lösungsmittel mit mäßiger Wärme abgeführt wird. Die perfluorinierten Lösungsmittel, die verwendet werden können, um die amorphen Fluorpolymere zu lösen, weichen die Innenwand von FEP oder PFA etwas auf und dies verbessert die Verbindung der Materialien. Silane wie Perfluorodecyltriethoxysliane können die Verbindung erleichtern.
Bevorzugt ist die Innenauskleidung zwischen etwa 0,1 μm bis etwa 10 μm dick. Weiter bevorzugt ist die Innenauskleidung etwa 0,5 μm bis 2 μm dick. Beispielsweise kann ein Schlauch aus FEP oder PFA eine Innenschicht aus Teflon AF-1600 oder Teflon AF-2400 oder Cytop mit einer Dicke von etwa 1 μm haben, die als optisches Cladding wirkt.
Der Schlauch mit einer Innenauskleidung kann aus einem Verbundmaterial bestehen. Beispielsweise hat sich TygonSE-200 als geeignet herausgestellt. Es besteht aus Tygon mit einer dünnen Innenauskleidung von FEP. Der Anmelden hat entdeckt, daß er viel flexibler ist, während er dieselben optischen Eigenschaften wie ein massiver FEP-Schlauch hat. Ähnliche zusammengesetzte Schlauchmaterialien sind Furon Pure-Line-1, ein Polyethylenschlauch, ausgekleidet mit FEP, und Pennchem-A, ein thermoplastischer Gummischlauch, der ebenfalls mit FEP ausgekleidet ist.
Es versteht sich, daß die Abmessungen des Claddingschlauches für die Erfindung nicht kritisch sind und weitgehend von der Anwendung abhängen. Wellenleiter können in jedem Durchmesser konstruiert sein, für den Cladding-Schläuche erhältlich oder herstellbar sind.
Beim Gebrauch stimmt der Kerndurchmesser des Wellenleiters Idealerweise mit dem Durchmesser des übertragenden Lichtstrahles überein, so daß der Lichtstrahl direkt in das Eingangsfenster mit minimalen Verlusten geschickt werden kann. Für praktische Zwecke ist dies oft nicht möglich, so daß der Lichtstrahl größer sein kann als der Kerndurchmesser, und ein Linsensystem kann verwendet werden, um den Strahldurchmesser um denjenigen des Kerns zu verringern. Der Anmelden hat jedoch herausgefunden, daß der Strahldurchmesser mit dem Kerndurchmesser übereinstimmen kann, indem das Eintrittsende des Wellenleiters so erweitert ist, daß er sich von dem Kerndurchmesser bis zu dem Durchmesser des Strahls erweitert. Auf diese Weise wird der Strahl von der Wand des abgeschrägten Abschnitts gebrochen und im Durchmesser auf die Größe des Kerns reduziert, so daß der abgeschrägte Abschnitt als ein nicht-abbildender Konzentrator wirkt. Die Größe und die Form des konisch abgeschrägten Abschnitts hängt von einer Zahl von Faktoren ab, wie die relativen Größen des Strahls und des Kerns, numerische Öffnung des Wellenleiters und Typ des Strahls. In einigen Fällen können die Wände gerade abgeschrägt sein, in anderen können sie gekrümmt sein, um eine maximale Konzentration des Strahles zu erhalten.
Dieselben Anordnungen können an dem anderen Ende des Wellenleiters verwendet werden, um die Lichtabgabe zu modifizieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung fungiert der Lichtwellenleiter als ein nicht-abbildender Konzentrator, wobei der Wellenleiter enthält: einen Schlauch mit einem Eintrittsende, einem Austrittsende und einem Schlauchkörper, wobei der Schlauchkörper eine Innenauskleidung hat, die das amorphe Fluorpolymer enthält, und ein flüssiger Kern füllt den Schlauch, wobei der Durchmesser des Schlauches an dem Eintrittsende und/oder Austrittsende größer ist als der Durchmesser des Schlauchkörpers.
Der Schlauch kann von jeder geeigneten Art sein. Bevorzugt besteht der Schlauch aus einem flexiblen Kunststoff oder dergleichen. Bevorzugter ist das Schlauchmaterial ein Fluorpolymerharz. Zweckmäßigerweise enthält das Schlauchmaterial eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften:

1) Relativ niedriger Brechungsindex;
2) im wesentlichen transparent für die Strahlung;
3) gute Lichtübertragung über einen breiten Bereich der Wellenlängen;
4) inert;
5) nicht-entflammbar;
6) widerstandsfähig gegenüber relativ hohen Temperaturen.

Das Schlauchmaterial kann ein amorphes Fluorpolymerharz sein wie Cytop, Teflon AF-1600 und Teflon AF-2400. Der Schlauch mit einer Innenauskleidung kann ein Verbundmaterial sein.
Für einige Anwendungen des Wellenleiters kann es erforderlich sein, relativ hohe Leistungslevel fortlaufend über lange Perioden zu übertragen, mit dem Ergebnis, daß sich Wärme aufbauen kann. Der Anmelden hat entdeckt, daß der flüssige Kern von dem Wellenleiter durch ein Kühlsystem zirkuliert werden und zurück in den Wellenleiter gelangen kann, um die aufgebaute Wärme zu verringern. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der flüssige Kern durch ein Kühlsystem zirkuliert werden, um die Wärme von dem Wellenleiter abzuführen.
In den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann der flüssige Kern von jedem geeigneten Typ sein. Der flüssige Kern besitzt zweckmäßigerweise eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften:

1) Nicht-entflammbar;
2) chemisch stabil;
3) nicht-reaktiv mit anderen Komponenten des Wellenleiters;
4) im wesentlichen keine Absorptionsbänder an der Wellenlänge der übertragenen Strahlung;
5) stabile Temperatur;
6) relativ farblos;
7) hohe Lichtstabilität;
8) sehr wenig oder nicht toxisch;
9) nicht gefährlich zu handhaben.

Außerdem besteht ein Problem bei Wellenleitern mit flüssigem Kern in der Bildung von Hohlräumen und Blasen in dem Volumen des Schlauches, die beispielsweise durch Temperaturänderungen hervorgerufen werden. Deshalb ist eine sehr wünschenswerte Eigenschaft des flüssigen Kerns die, daß er eine relativ hohe Kompressibilität hat, um ein Abdichten und Druck zu ermöglichen, wodurch die Bildung von Hohlräumen und Blasen vermieden ist. D. h. es ist bevorzugt, daß der flüssige Kern in dem Schlauch in einem verdichteten Zustand gehalten ist, wobei sein Volumen wesentlich kleiner ist als sein Volumen unter normalem atmosphärischen Druck. Dies schließt nicht die Verwendung von nicht-zusammendrückbaren Flüssigkeiten oder solchen mit geringer Kompressibilität für den Kern aus. Bevorzugt sollten diese in dem Schlauch unter Druck abgedichtet sein, wobei die natürliche Elastizität des Schlauchmaterials benutzt wird. Obwohl dies nicht so wünschenswert ist wie die Verwendung einer hochgradig zusammendrückbaren Kernflüssigkeit, ist dies noch wirksam hinsichtlich des Reduzierens oder Verhinderns von derartigen Hohlräumen und Blasen. In einigen Umständen kann es wünschenswert sein, einen Flüssigkernwellenleiter zu konstruieren, dessen Kern nicht unter Druck steht.
Die folgenden Arten von Flüssigkernen haben sich als für die Praxis der vorliegenden Erfindung als besonders geeignet herausgestellt.
Kohlenwasserstoffe oder ähnliche Flüssigkeiten
Beispielsweise Tetrachlorethylene, Bromoform, Bromo-trichlormethane, α-Fluoranaphtalene, α-Bromonaphtalene, Para-isopropylaniline, Methyldiphenylphosphate, Dimethylphthalate, Diethylphthalate, Clorotrifluoroethylene (wie Fluorolube, Dalfioll, Voltalef, halocarbon CTFE), Dichlormethane (Methyline Dichloride), Hexachlorbutadiene, Methylbuthylcarbonate, Hyvis (Polybutene), Mineralöl wie Marcol 82, Therminol D-12 oder VP-1, Trimethylpropanpolyolester, Butylterphenyl, Pentaarithritolpolyolester, zusammengesetztes Langkettenpolyol, Trixylylphosphat-ester und Isopropylphosphatester.
Siliconflüssigkeiten
Beispielsweise Dimethylpolysiloxane, Polyphenylmethylsiloxane (Phenyltrimethacone), Silikonglykolcopolymer (Dimethaconecopolyol), Methylalkylpolysilocane, Siliconelastomer, Polychlorophenylmethylsiloxane und Fluorosiloxane.
Wässrige Lösungen
Beispielsweise Natriumchloridlösung, Calciumchloridlösung, Kaliumchloridllösung, Ammoniumchloridlösung und Natriumnitratlösung.
Wasser
Gemische davon
Zwei oder mehr kompatible Flüssigkeiten können gemischt werden, um eine Kernflüssigkeit mit einem gewünschten Brechungsindex oder Übertragungsband zu produzieren. Beispielsweise ist Dimethylpolysiloxan lösbar in Tetrachloroethylen in allen Verhältnissen, so daß eine Kernflüssigkeit aus jeder Kombination dieser zwei Flüssigkeiten produziert werden kann.
Silikonfluide sind als Kernflüssigkeiten besonders bevorzugt, da sie sehr stabil sind, einen breiten Bereich von Wellenlängen übertragen und in den meisten Fällen nicht toxisch sind oder eine sehr geringe Toxizität haben. Am wichtigsten ist, daß sie wegen ihrer molekularen Struktur vollständig kompressibel sind.
Die genannten Fluide sind nur Beispiele. Es gibt eine große Anzahl anderer Materialien in den obigen Kategorien, die die richtige Kombination von Eigenschaften haben können um für spezielle Zwecke ausgewählt zu werden.
Es gibt auch eine Anzahl anderer Klassen von Flüssigkeiten, die in den vergangenen Jahren für solche Zwecke entwickelt wurden, wie Wärmeüber-tragungsflüssigkeiten, hydraulische Flüssigkeiten etc. Diese Flüssigkeiten werden kollektiv synthetische flüssige Hochleistungsflüssigkeiten genannt, und jede Klasse kann eine große Anzahl von einzelnen Mitgliedern enthalten (Beachte – die obigen Silikonflüssigkeiten gehören zu dieser allgemeinen Klassifikation der synthetischen Hochleistungsflüssigkeiten und andere Mitglieder dieser Gruppen sind separat aufgelistet worden.
Einige einzelne Mitglieder dieser Gruppen von Flüssigkeiten haben physikalische, chemische und optische Eigenschaften, die sie ideal als Flüssigkernfluide für eine Anzahl von Zwecken machen. Beispielsweise sind die meisten Chlorotrifluoroethylene niedrigen Molekulargewichts vollständig inert, nicht-toxisch, farblos, haben einen Brechungsindex von 1,4 oder mehr und sind in anderen aufgelisteten Kernflüssigkeiten wie Silikone und Tetrachloroethylen lösbar.
Es ist möglich, einige dieser synthetischen Flüssigkeiten mit Eigenschaften zu produzieren, die für eine spezielle Verwendung geeignet sind. Die Kategorien der synthetischen Hochleistungsfluide enthalten:

1. Polyalphaholefine
2. Ester, wie Polyole und Phtalatester
3. Phosphatester
4. Polyalkylenglycole
5. Alkylhaltige Aromate
6. Perfluoralkylpolyester
7. Chlorotrifluorethylene
8. Silahydrocarbone
9. Phosphazene
10. Dialkylcarbonate
11. Cycloaliphate
12. Polybutene

Für einige Anwendungen kann ein Lichtwellenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung Dichtungsmittel an jedem Ende des Schlauches haben. Die Dichtungsmittel können von jedem geeigneten Typ sein. Bevorzugt enthalten die Dichtungsmittel ein Eintrittsfenster an einem Ende des Schlauches und ein Austrittsfenster an dem anderen Ende zur Übertragung der Strahlung in und aus dem Schlauch. Weiter bevorzugt sind das Eintrittsfenster und das Austrittsfenster entweder Platten oder Stopfen eines Materials mit guter optischer Übertragung. Besonders geeignete Eintritts- und Austrittsfenster sind zylindrische Stopfen eines transparenten Materials für den zu übertragenden Bereich der Wellenlängen. Diese Stopfen sind bevorzugt lang im Verhältnis zu ihrem Durchmesser und an den Endflächen und an den Seiten optisch poliert. Bevorzugt ist der Durchmesser so gewählt, daß er gut zu dem Cladding-Schlauch paßt. Für einige Anwendungen können jedoch die Fenster an einem Ende des Wellenleiters aus einem plattenförmigen Material bestehen und an dem Ende des Schlauches angebracht sein.
Quarz ist ein besonders bevorzugtes Material für die Fenster, da verschiedene Grade einen Wellenlängenbereich von 0,17 Micron von in dem Ultraviolett bis 3,3 Micron in dem Infrarot übertragen. Andere Materialien wie optische Gläser oder Polymere können ebenfalls verwendet werden. Für Infrarot-Wellenlängen, die länger sind als die obere Übertragungsgrenze für Quarz kann eine Anzahl anderer Materialien als Fenster verwendet werden. Diese schließen ein:

– Calciumfluorid (Bereich 0,13 Micron bis 12 Micron)
– Irtran-2 (Bereich 2 Micron bis 13 Micron)
– Zinkselenid (Bereich 0,5 Micron bis 20 Micron)
– Germanium (Bereich 3 Micron bis 23 Micron)
– Silicium (Bereich 1,3 Micron bis 300 Micron)

Bevorzugt hat das Fenstermaterial einen Brechungsindex, der erheblich größer ist als derjenige des optischen Claddingschlauchs oder Auskleidung, und weiter bevorzugt derselbe ist wie die Kernflüssigkeit, um Lichtverluste an der Zwischenfläche zwischen Kern und Fenster zu minimieren. Die Außenflächen der Fenster können mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen sein, um Eintritts- und Austrittsverluste zu reduzieren. Beispielsweise können herkömmliche Beschichtungen wie Magnesiumfluorid verwendet werden. Die Anmelden haben auch herausgefunden, daß dünne Lösungs gußschichten von amorphen Fluorpolymeren als Anti-Reflexionsschichten auf den Eintrittsfenstern und den Austrittsfenstern verwendet werden können.
Wenn Stopfen als Dichtungsmittel verwendet werden, können sie in dem Schlauch mittels einer gekräuselten äußeren Metallschicht oder durch andere ähnliche Mittel abgedichtet sein. Beispielsweise kann die Abdichtung bewirkt werden durch Einsetzen der Stopfen in den Schlauch in ihrer vollen Länge und anschließendes Einschnüren des Metallbandes, das zuvor über die Enden der Cladding-Schläuche plaziert wurde. Kupferbänder, die zur Verwendung bei Zähnen bestimmt sind, haben sich als sehr geeignet für diese Zwecke herausgestellt. Sie sind verfügbar in vorgeschnittenen Längen von etwa 1,25 cm in einem breiten Durchmesserbereich und können leicht über dem Schlauch und dem Stopfen eingeschnürt werden, um eine Abdichtung hervorzurufen. Wenn sie an ihrer Stelle eingeschnürt sind, erhöhen sie nicht nennenswert den Außendurchmesser des Cladding-Schlauchs. Es ist jedoch offensichtlich, daß Abschnitte des Schlauches anderer Materialien, wie Aluminium oder rostfreier Stahl, ebenfalls für diesen Zweck geeignet sind. Kommerziell erhältliche Schlauchfittings wie diejenigen, die von Swagelok hergestellt sind, sind ebenfalls zur Abdichtung des Schlauches geeignet. Diese bestehen aus Metall, Teflon oder Nylon. Um eine zwangsläufigere Abdichtung zu gewährleisten, können die Enden der Stopfen abgeschrägt sein, so daß sie etwas breiter an ihren inneren Enden als in ihren äußeren Enden sind.
Bevorzugt enthält wenigstens ein Dichtungsmittel Mittel zum Verdichten des flüssigen Kerns beim Zusammensetzen des flexiblen Wellenleiters.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß verschiedene Kombinationen von Kernflüssigkeiten, optischem Cladding und Endfenstern zu einem System kombiniert werden können, um Flüssigkernwellenleiter zu konstruieren, die spezielle Wellenlängen von ultraviolett bis infrarot für eine Vielzahl von Zwecken übertragen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Lichtwellenleiter Strahlung in dem Bereich von etwa 1,8 Micron bis etwa 7,0 Micron übertragen.
Bevorzugt ist das Schlauchmaterial ausgewählt aus Teflon PFA, Teflon FEP, Cytop, Teflon AF-1600 und Teflon AF-2400.
Bevorzugt ist der Flüssigkern ausgewählt aus Chlorotrifluorethylenfluiden, Tetrachlorethylen, Siliconfluid, Hexachlorobutadiene, Methylendichlorid, Marcol 82, Nujol, Diethylphthalate, Dimethylphthalate, Polyolester und Gemischen des Obigen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Lichtwellenleiter Strahlung in dem Bereich von etwa 7 Micron bis etwa 12 Micron übertragen. Bevorzugt ist das Schlauchmaterial ausgewählt aus Teflon PFA, Teflon AF-1600, Teflon AF-2400 und Polyethylen. Bevorzugt ist der Flüssigkern ausgewählt aus Tetrachlorethylen, Bromoform, α-Fluoronaphthalen, α-Bromonaphthalen, Methylendichlorid, Marcol 82, Nujol, Diethylphthalat, Dimethylphthalat, Polyolester und Gemischen des Obigen.
Anwendungen der Flüssigkernwellenleiter
Es gibt einen weiten Bereich von möglichen Anwendungen der erfindungsgemäßen Flüssigkernwellenleiter mit sowohl kohärenter als auch inkohärenter Strahlung und bei ultravioletten, sichtbaren und infraroten Wellenlängen. Die meisten dieser Anwendungen hängen von dem Design und den Konstruktionsmerkmalen ab, die früher beschrieben sind, die Flüssigkernwellenleitern bestimmte Vorteile gegenüber der konventionellen Glasfaseroptik geben.
Diese Anwendungen enthalten folgendes:

1. Beleuchtung mit sichtbarem Licht mit einer Lichtquelle, die von dem Bereich der Beleuchtung entfernt ist, beispielsweise Beleuchtung von Flächen, an denen es große Feuergefahren oder Explosionsgefahren gibt, und wo eine normale elektrische Beleuchtung gefährlich sein könnte.
2. Beleuchtung von Zeichen und Displays. Dies kann entweder eine direkte Beleuchtung des Zeichens von einer Lichtquelle, die entfernt ist, sein, oder durch Benutzung eines Wellenleiters, der konstruiert ist, um Licht an den Seiten abzugeben, um das beleuchtete Zeichen zu bilden. Die Abgabe von Licht von den Seitenwänden des Wellenleiters kann erleichtert werden durch Wellen in dem Schlauch, die Verwendung von reflektierenden Mitteln wie Spiegel an einem Ende und der Auswahl der Kombinationen von Kern und optischem Claddingschlauch, die dazu neigen, Licht entlang der Länge des Schlauchs zu zerstreuen, so daß er glüht.

Beispielsweise haben die Anmelden herausgefunden, daß ein Kern von Dietyhlphthalat in einem Teflon FEP-Schlauch Licht seitlich zerstreuen kann, wie dies ein Kern aus Dimetyhlpolysiloxan oder eine wässrige Salzlösung in einem Rohr von Teflon PFA kann.
Außerdem sind Silikonelastomere wie Dow Corning Sylgard 184 geeignete Kernmaterialien für diese Zwecke. Sie können verwendet werden, um den Cladding-Schlauch in einer flüssigen Form zu füllen, der dann zu einem transparenten flexiblen Gel erhärtet, das in dem Schlauch ohne getrennte Endfenster gehalten wird. Lichtleiter dieses Typs können in großen Längen produziert werden, die dann einfach auf die erforderliche Größe geschnitten werden.
Geeignete Filter, die zwischen der Lichtquelle und dem Eintrittsfenster des Lichtleiters plaziert werden, können die Lichtabgabe färben, und durch Benutzung mehrere verschiedener Filter kann die Farbe schnell geändert werden.
Es ist auch möglich, den flüssigen Kern selbst mit einer geeigneten Farbe zu färben, so daß er mit der gewünschten Farbe glüht, indem nur eine weiße Lichtquelle verwendet wird.

3. Wissenschaftliche, forensische und industrielle Geräte und Vorrichtungen, in denen ultraviolette, sichtbare oder infrarote Strahlung von dem Strahlungserzeuger zu dem Punkt der Anwendung durch den Wellenleiter übertragen werden, der so ausgebildet ist, daß er bestimmte betroffene Wellenlängen überträgt. Verwendung einer hochintensiven Lichtquelle, abstimmbar über einen breiten Bereich der ultravioletten, sichtbaren und infraroten Wellenlängen, und dann übertragen durch einen geeigneten Flüssigkernwellenleiter für die Erfassung von Fingerabdrücken, Dokumentprüfung und eine Anzahl von anderen forensischen Anwendungen. In ähnlichen und verwandten Arten von Zwecken der Prüfung oder Analyse können spezielle Wellenlängen durch Flüssigkernwellenleiter übertragen werden und auf Materialien oder Flächen gerichtet werden, die Fluoreszenz oder andere erfassbare optische Effekte hervorrufen.
4. Fotografische Beleuchtung: Beispielsweise Übertragung von fotografischer Blitzenergie von einem Blitzerzeuger, um einen bestimmten Subjektbereich zu beleuchten.
5. Industrielle und wissenschaftliche Laserübertragung bei ultravioletten, sichtbaren und infraroten Wellenlängen.
6. Entfernte Lichterfassungs- und Schaltvorrichtungen: beispielsweise Infraroterfassung der ersten Zeichen von Öl, das aus einem Kompressor zu lecken beginnt. Zu diesem Zweck kann das äußere Ende des Wellenleiters, das als eine Sonde wirkt, in der Form eines nicht-abbildenden Konzentrators sein, um die Sensitivität oder das Lichtsammelvermögen speziell bei niedrigen Lichtlevel zu erhöhen.
7. Solarenergieübertragung: Beispielsweise Übertragung von Solarenergie von eine Sammelvorrichtung zu einem Anwendungsbereich, anstatt sofortiger Umwandlung in Wärme oder in Elektrizität.
8. Lichthärten von Polymeren, Harzen und Farben.
9. Medizinische Anwendungen wie Endoskopie, Transillumination, Coagulierung und Laserchirurgie.
10. Optische Kommunikationen, insbesondere bei Wellenlängen, bei denen Glasfaseroptik nicht arbeiten kann: Beispielsweise Wellenlängen oberhalb von 3,3 Micron in dem Infrarotbereich.

Die folgende Beschreibung soll nur erläuternd sein und ist nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der oben beschriebenen Erfindung auf irgendeine Weisung zu beschränken.
In den Figuren:
1 zeigt ein Linsensystem, das verwendet werden kann, um den Strahldurchmesser auf denjenigen des Kerns zu verringern.
2 bis 4 zeigen nicht-abbildende Konzentratoren gemäß der Erfindung.
5 zeigt ein Dichtungsmittel gemäß der Erfindung.
6 zeigt ein Eintrittsende, das anstelle eines transparenten Stopfens in Wellenleitern verwendet werden kann, die Laserstrahlung übertragen sollen.
Angaben zu den Figuren:

1.: Flüssiger Kernpunkt
2.: Fenster (Beispielsweise Quarz)
3.: eingeschnürte Metalldichtungsbänder
4.: Schlauch aus Fluorpolymer (z. B. FEP oder PFA) oder aus geeignetem
: anderen Material
5.: amorphe Fluorpolymerauskleidung (Teflon AF-2401S-1) zur Bildung des
: optischen Cladding
6.: abgeschrägter, Flüssigkeits-gefüllter Abschnitt des optischen Clad
: dingschlauchs zur Bildung eines nicht-abbildenden Konzentrators
7.: abgeschrägte Endfenster, überdeckt mit optischem Claddingmaterial zur
: Bildung eines festen nicht-abbildenden Konzentrators.
8.: Beispiel eines Sammellinsensystems
9.: Fluidbehälter
10.: O-Ring-Dichtung
11.: das Fenster haltender Ring
12.: Füllkanal
13.: Körper des Eintrittsendes
14.: Schraubkappe (z. B. FEP)
15.: Öffnung
16.: Nut für O-Ring
17.: bearbeiteter nicht-abbildender Konzentrator (z. B. FEP)

Beispiel 1 – Nicht-abbildender Konzentrator
Früher wurden Linsensysteme (1) verwendet, um den Strahldurchmesser dieses Kerns zu reduzieren. Ein nicht-abbildender Konzentrator gemäß der vorliegenden Erfindung kann gebildet werden, indem sich der mit Flüssigkeit gefüllte Abschnitt des optischen Cladding-Schlauchs oder der Auskleidung verjüngt (2). Für Wellenleiter kleinen Durchmessers, z. B. 2 mm, kann der optische Endstopfen aus Quarz oder einem Glasstab desselben Durchmessers wie der Strahl konstruiert sein und beispielsweise in einer Flamme ausgezogen sein, so daß er sich auf den Durchmesser des Kerns verjüngt (3). Er kann an dem Eintrittsende des Wellenleiters auf solche Weise angebracht sein, daß er mit dem Cladding-Schlauchmaterial ausgekleidet ist. Für Wellenleiter größeren Durchmessers kann es leichter sein, den Cladding-Schlauch bis zu dem Durchmesser des Strahls aufzuweiten, das Ende mit einem Fenster abzudichten, den Wellenleiter und den erweiterten Abschnitt von dem anderen Ende mit Kernflüssigkeit zu füllen und dieses Ende abzudichten. Der erweiterte Abschnitt kann integral mit dem Cladding-Schlauch oder ein getrennter Abschnitt sein, der aus demselben Material wie der Schlauch besteht und mit diesem mittels einer Hülle zusammengefügt ist, unter Verwendung eines geeigneten Verbindungssystems wie Lochte Prism 770 Primen und 406 Klebemittel (4). Der erweiterte Abschnitt kann auf mehrere Arten ausgebildet werden wie durch Spritrgießen oder beispielsweise Bearbeiten eines Stabes aus beispielsweise FEP (4). Er kann auch aus einigen anderen geeigneten Materialien wie Metall bestehen und mit dem Cladding-Schlauchharz z. B. FEP oder Teflon AF-2401 S-1 ausgekleidet sein. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, diesen Konzentrator in Kombination mit einer Linse zu verwenden, so daß die Linse den Platz des Eintrittsfensters einnimmt. Ein nichtabbildender Konzentrator, der an dem Austrittsende des Wellenleiters angeordnet ist, so daß die Lichtstrahlen ihn umgekehrt passieren, kann auch dazu dienen, den Austrittsstrahl des Wellenleiters zu modizifizieren.
Beispiel 2 - Wellenleiter
Teflon PFA optisches Cladding mit Dalfloll oder Tetrachlorethylenkernflüssigkeit (oder ein Gemisch von beiden) mit Zinkselenidfenstern bilden einen Wellenleiter, der von einer Wellenlänge von etwa 600 nm bis etwa 6,5 Micron in dem Infrarot, nicht jedoch ultravioletten oder sichtbaren Bereich überträgt.
Tygon SE-200, Hostaflon TFB, Teflon AG-1600 oder Teflon AF-2400 mit einem Dimethylpolysiloxankern und Quarzfenstern bilden einen Wellenleiter, der in dem ultravioletten, sichtbaren und nahezu Infrarotbereich überträgt.
Teflon AF-1600 oder Teflon AF-2400 mit einer wässrigen Lösung oder allein mit Wasser und Quarzfenstern bildet einen Wellenleiter, der von einer Wellenlänge von 200 nm in dem ultravioletten über den sichtbaren, nicht jedoch den infraroten Bereich überträgt.
Beispiel 3 - Herstellung der Wellenleiter
Die oben erwähnten Beispiele und die meisten anderen Konfigurationen des Wellenleiters können auf die folgende Weise gebildet werden.

1. Die Bestandteile werden ausgewählt.
2. Der optische Claddingschlauch wird auf Größe geschnitten, und Metalldichtungsbänder über jedem Ende in der korrekten Position plaziert. Diese sollten so ausgewählt sein, daß sie fest über der Außenseite des Cladding-Schlauchs sitzen, ohne die Bohrung zu beschränken. Bei den Dentalkupferbändern werden üblicherweise zwei an jedem Ende verwendet. Der Schlauch wird dann sorgfältig mit deionisiertem Wasser oder anderen geeigneten Lösungsmittel gereinigt und von unter Druck stehendem Stickstoff durchströmt.
3. Der erste optische Stopfen wird in seiner vollen Länge in ein Ende des Schlauches eingesetzt und in Position abgedichtet, indem die Bänder über diesem eingeschnürt werden (5). Ein modifizierter Schlauchschneider kann zu diesem Zweck verwendet werden oder jede andere Vorrichtung, die die Bänder in Position einschnürt. Die zuverlässigste Dichtung wird erhalten, wenn die Metallbänder durch eine fortlaufende Spiralnut eingeschnürt werden.
4. Der Schlauch wird vertikal gehängt, mit unten liegendem abgedichteten Ende, und etwa zu 95% mit Kernflüssigkeit gefüllt. Das offene Ende wird lose überdeckt, und der Schlauch wird für eine Zeitspanne belassen, um sicher zu stellen, daß jegliche eingeschlossene Luft zur Oberfläche ansteigt und beseitigt wird.
5. Der Schlauch wird dann vollständig gefüllt und die Spitze des zweiten optischen Stopfens wird in der Bohrung in einem kurzen Abstand plaziert, wobei sichergestellt wird, daß keine Luft eingeschlossen ist. Das andere Ende des Stopfens ist in einem Swagelok (oder einer ähnlichen Einrichtung) der korrekten Größe plaziert, in einer Klemme gehalten und in seiner vollen Länge in den Schlauch gedrückt. Der Swagelok, der zu diesem Zweck modifiziert worden ist, wird festgezogen, so daß er das äußerste Ende des Schlauchs ergreift und den Stopfen fest an seiner Stelle hält.
6. Die Metallbänder werden dann eingeschnürt, um den Stopfen fest in dem Schlauch abzudichten, der Swagelok wird entfernt, und das Schlauchende erforderlichenfalls getrimmt. Wenn der Durchmesser und die Länge des optischen Stopfens korrekt gewählt sind, kann er in den Schlauch ohne Austritt von Flüssigkeit eingedrückt werden, und der Kern wird nun in dem Schlauch unter Druck abgedichtet, oder in einem zusammengedrückten Zustand. Die Länge des Stopfens variiert in Abhängigkeit von dem Durchmesser und der Länge des Cladding-Schlauchs und dem Typ der Kernflüssigkeit. Beispielsweise können die optischen Stopfen 45 mm lang sein (5) in einem Wellenleiter von 2 m Länge und 8 mm Innendurchmesser mit einem Kern aus kompressibler Siliconflüssigkeit. Wie zuvor erwähnt, ist es nicht nötig, die eingeschnürten Metallbänder an dem Ende zu verwenden, wenn ein Swagelokkompressi onsfitting (oder eine ähnliche Vorrichtung) als permanente Abdichtung an einem Ende des Schlauchs verwendet wird, und der Swagelok wird nach dem Abdichten nicht entfernt.
7. Für die meisten Anwendungen sind die Flüssigkernwellenleiter so ausgebildet, wie oben beschrieben, d. h. der Schlauch ist ständig an jedem Ende abgedichtet und der Flüssigkeitskern entweder zusammengedrückt oder unter Druck. Für die Übertragung von pulsierender Laserstrahlung kann es wünschenswert sein, einen Flüssigkernwellenleiter zu bilden, bei dem der Kern nicht unter Druck steht. In diesem Fall kann ein Eintrittsende wie in 6 ausgebildet sein. Dieses enthält ein Fenster aus Quarz oder einem anderen geeigneten Material, welches das Eintrittsende des Wellenleiters abdichtet. Dieses Fenster ist von dem Wellenleiterschlauch durch einen Flüssigkeitsbehälter eines größeren Durchmessers als der Schlauch getrennt. Der kohärente Laserstrahl kann dann durch das Eintrittsfenster und den Behälter hindurchtreten und in den Wellenleiterschlauch eintreten. Von dem Flüssigkeitsbehälter zur Oberseite des Eintrittsendes führt ein kleiner Kanal, der mit einer Schraube abgedichtet sein kann. Dieser Kanal kann benutzt werden, um den Wellenleiter zu füllen, so daß der Flüssigkeitsspiegel über dem Behälter, d. h. in dem Kanal liegt. Alternativ kann das Eintrittsende ohne Einfüllkanal ausgebildet sein, und der Schlauch wird wie üblich von dem Austrittsende vor dessen Abdichtung gefüllt. Das Eintrittsende kann aus jedem geeigneten Material wie rostfreiem Stahl, Teflon FEP oder Teflon PFA Harz bestehen.
8. Eine äußere Schutzhülle aus jedem geeigneten Material, Endanschlüsse und andere Zubehörteile können angebracht werden.
9. Während des Herstellungsprozesses sollte große Sorgfalt auf Sauberkeit gelegt werden. Obwohl betriebsfähige Wellenleiter in einer normalen Atmosphäre ausgebildet werden können, gibt es vermutlich mehrere hunderttausend kleine Partikel pro Liter Luft, die den Wellenleiter kontaminieren und seine Leistungsfähigkeit verschlechtern. Sehr viel bessere Resultate werden erhalten, wenn die Herstellung unter sauberen Raumbedingungen erfolgt. Eine Klasse 350 Clean-Room mit einer Klasse 3,5 Workbench wäre für den tatsächlichen Herstellungsprozeß ideal. Es sollte auch sorgfältig darauf geachtet werden, daß die Kernflüssigkeiten so rein und unkontaminiert sind wie möglich. Erforderlichenfalls sollten sie durch einen Filter mit einer Porengröße von 0,1 oder 0,2 Micron geführt und dann einem Vakuum oder einem Ultraschallentgasen ausgesetzt werden, um gelöste Gase zu entfernen. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, den Wel lenleiter unter einem partiellen Vakuum zu füllen, um weiter die Möglichkeit von gelösten Gasen oder kleinen Blasen, die in den Flüssigkern eingeschlossen sind, zu reduzieren.
10. Wenn der Wellenleiterschlauch innen beispielsweise mit Teflon AF-2401 S-1 beschichtet ist, kann ein Verfahren verwendet werden, das demjenigen gleicht, das in DuPont Production Information Publication N-44585-1 ausgeführt ist.
11. Wenn der Wellenleiter von dem Typ mit einem aufgeweiteten Ende ist, um einen nicht-abbildenden Konzentrator zu bilden, wird der Konzentrator befestigt, und dieses Ende wird zuerst abgedichtet. Danach wird der Schlauch durch eine geeignete Methode gefüllt, und das zweite Ende wird abgedichtet wie oben angegeben ist.

Schließlich versteht es sich, daß zahlreiche weitere Modifikationen und/oder Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung, wie sie oben ausgeführt ist, abzuweichen.

Claims

Lichtwellenleiter zum Übertragen von Strahlung, der als ein nicht-abbildender Konzentrator (6, 7) fungiert, wobei der Wellenleiter enthält: a) einen flexiblen Schlauch (4) mit einer Innenauskleidung (5), die ein amorphes Fluorpolymer aufweist, wobei die Innenauskleidung (5) als optische Hülle für den Wellenleiter fungiert, b) einen flüssigen Kern, der den Schlauch (4) füllt und einen Brechungsindex hat, der größer ist als der des Auskleidungsmaterials (5), und c) Dichtmittel (3, 10) an jedem Ende des Schlauchs, wobei der flüssige Kern unter Druck in dem Schlauch (4) eingeschlossen ist, wobei weiterhin der flexible Schlauch (4) ein Eintrittsende, ein Austrittsende und einen Schlauchkörper aufweist, wobei der Schlauchkörper die Innenauskleidung (5) mit dem amorphen Fluorpolymer aufweist, und. wobei der Durchmesser des Schlauchs (4) am Eintrittsende und/oder am Austrittsende größer ist als der Durchmesser des Schlauchkörpers.
Lichtwellenleiter nach Anspruch 1, wobei die Innenauskleidung (5) Cytop und/oder Teflon AF-1600 und/oder Teflon AF-2400 enthält.
Lichtwellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Innenauskleidung (5) vor dem Auftragen auf den Schlauch (4) in einem fluorierten Lösungsmittel gelöst wird.
Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Innenauskleidung (5) eine Dicke zwischen etwa 0,6 μm und etwa 2 μm aufweist.
Lichtwellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der flexible Schlauch (4) aus einem Verbundmaterial gebildet wird.
Lichtwellenleiter nach Anspruch 5, wobei das Verbundmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tygon SE-200m, Furon Pure-Line1 oder Pennchem A.
Lichtwellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Eintrittsende einen verjüngten Abschnitt mit gekrümmten Wänden aufweist, so daß beim Gebrauch ein Lichtstrahl von den Wänden gebrochen wird.
Analyseeinrichtung, die enthält: a) eine Quelle hochintensiven abstimmbaren Lichts und b) einen Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Einrichtung zum Sammeln und Übertragen von Solarenergie, die enthält: a) ein Sammelmittel und b) einen Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wellenleiter Strahlung im Bereich zwischen etwa 1,8 μm und etwa 7,0 μm übertragen kann.
Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der flüssige Kern ausgewählt ist aus Chlorfluorethylen-Fluiden, Tetrachlorethylen, Silikon-Fluiden, Hexachlorbutadien, Metyhlendichlorid, Marcol 82, Nujol, Diethylphthalat, Dimethylphthalat, Polyester und Mischungen davon.
Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der flexible Schlauch einen Brechungsindex von bis zu etwa 1,35 aufweist.
Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der flexible Schlauch eine Dauerbetriebstemperatur von über 200°C aufweist.
Lichtwellenleiter zum Übertragen von Strahlung, der als ein nicht-abbildender Konzentrator (6,7) fungiert, wobei der Wellenleiter folgendes enthält: a) einen flexiblen Schlauch (4) mit einer Innenauskleidung (5), die ein amorphes Fluorpolymer aufweist, wobei die Innenauskleidung (5) als optische Hülle für den Wellenleiter fungiert; b) einen den Schlauch (4) füllenden flüssigen Kern mit einem Brechungsindex, der größer ist als der des Auskleidungsmaterials (5), und c) Abdichtmittel (3,10) an jedem Ende des Schlauchs, wobei der flüssige Kern unter Druck im Schlauch (4) eingeschlossen ist. wobei weiterhin der Schlauch (4) aus einem Verbundmaterial ausgebildet ist.
Lichtwellenleiter nach Anspruch 14, wobei das Verbundmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tygon SE-200m, Furon Pure-Line 1 oder Pennchem A.