EP4515309A1 - Fernsensorik-vorrichtung - Google Patents

Fernsensorik-vorrichtung

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Publication number
EP4515309A1
EP4515309A1 EP23714514.9A EP23714514A EP4515309A1 EP 4515309 A1 EP4515309 A1 EP 4515309A1 EP 23714514 A EP23714514 A EP 23714514A EP 4515309 A1 EP4515309 A1 EP 4515309A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical waveguide
light
structural elements
distal end
cross
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23714514.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas KOGLBAUER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of EP4515309A1 publication Critical patent/EP4515309A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
    • A61B5/14552—Details of sensors specially adapted therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images

Definitions

  • the invention relates to a remote sensor device comprising an optical waveguide with a proximal and a distal end, a primary light source arranged at the proximal end and a unit arranged at the distal end for receiving the primary light and emitting secondary light for retransmission to the proximal end.
  • a light recording/emitting unit located at the distal end or Sensor unit can basically serve or contribute to the detection of various measured variables. For example, a measurement of magnetic fields, conductivities, temperatures, or oxygen saturations can be enabled or supported.
  • Diameter or materials of the light-conducting cores or Surrounding jacket layers or properties of a bundle can be selected appropriately, for example a bundle of individual fibers or tubes with different refractive indices.
  • certain general conditions must also be taken into account, such as flexibility and dimensions, although in some fields, especially in medical applications, miniaturization is often desirable.
  • An object of the present invention is to provide a remote sensory device which is suitable for various distal light recording/emission or Sensor units one Optimization for the respective requirements is made possible and, in particular, miniaturization is permitted.
  • the invention discloses a remote sensor device with a primary light source, an optical fiber and a light recording/emitting unit.
  • the primary light source is set up to emit primary light with a first wavelength.
  • the optical waveguide has a proximal end and a distal end and is set up to transmit the primary light from the proximal end to the distal end and / or to retransmit secondary light with a second wavelength caused by the primary light at the distal end to the proximal end.
  • the light recording/emitting unit for receiving the primary light, in particular from the distal end, and for emitting the secondary light to the distal end of the optical waveguide.
  • the secondary light receiver is in particular a detector for the secondary light and can be designed, for example, as a photodiode or, for example, as an imaging area detector.
  • the optical waveguide has a numerical aperture which is greater than 0.4 or preferably greater than 0.5 or greater than 0.6. This advantageously enables a relatively high light collection efficiency with sometimes small dimensions, which enables the requirements for the light recording/emitting or sensor unit to be optimized for various areas of application.
  • the indication that the optical waveguide has in particular a numerical aperture which is greater than 0.4 or preferably greater than 0.5 or greater than 0.6 therefore corresponds to the indication that the optical waveguide has an acceptance angle a which is greater is greater than 23.6° or preferably greater than 30.0° or greater than 36.9°.
  • the primary light comprises at least a first wavelength and the secondary light comprises at least a second wavelength.
  • the second wavelength is in particular a wavelength that deviates from the first wavelength.
  • the first and the second wavelength are identical.
  • the primary light like the secondary light, can of course also be designed as a spectrum.
  • the light recording/emitting unit is designed in particular as a sensor unit and/or interaction unit, wherein the light recording/emitting unit emits the secondary light after or during the irradiation of the primary light and in this context enables a measurement variable to be determined.
  • an interaction of the primary light also occurs outside the light recording/emitting unit, for example in a tissue to be examined.
  • the light recording/emitting unit can also be designed to record secondary light generated outside the device and to deliver this in turn to the distal end of the optical waveguide or, if necessary. to be delivered as tertiary light to the distal end of the optical waveguide even after a further process.
  • the optical waveguide can be designed as a so-called Anderson waveguide or TAL waveguide.
  • the optical waveguide can be set up to transmit primary light and/or the secondary light in a transversely localized manner, in particular to transmit transversally with a spatial resolution, wherein the optical waveguide can also be designed as an image guide.
  • a transversally localized transmission has the particular advantage that less excitation light or Primary light is necessary, if necessary. a lower scattered light background is enabled, and/or a minimization of the unused excitation light or primary light, which might otherwise be can be emitted into the sample space.
  • excitation with primary light is thus made possible in a sometimes small area, while, on the other hand, secondary light can be recorded over a larger cross section.
  • the optical waveguide can in particular comprise a large number of structural elements, each of which extends from the proximal to the distal end and proportionately over the cross section of the optical waveguide, such that a large number of cross-sectional regions are defined in the cross section of the waveguide, each of which corresponds to the cross section of a single structural element.
  • Structural elements in particular their cross-sectional regions, are preferably arranged non-uniformly, such that a transversal Anderson localization of the primary light and/or the secondary light is effected.
  • the light recording/emitting unit at the distal end of the optical waveguide comprises an excitable material which has an electronic structure which enables excitation by the primary light and decay with the release of secondary light.
  • the excitation can preferably be made possible by primary light with a wavelength between 200nm and 20pm.
  • the decay can preferably be made possible by emitting secondary light with a wavelength between 200nm and 20pm.
  • the energetic states are preferably designed in such a way that an external measured variable can be measured using the received secondary light, for example an external measured variable from the group comprising a magnetic field, a conductivity, a temperature, an amount of substance or substance concentration, e.g. B. an oxygen saturation.
  • an external measured variable from the group comprising a magnetic field, a conductivity, a temperature, an amount of substance or substance concentration, e.g. B. an oxygen saturation.
  • the light recording/emitting unit at the distal end of the optical waveguide comprises a diamond with one or more nitrogen f-vacancy centers as an excitable material, which has an electronic structure which enables excitation by the primary light and decay while emitting secondary light.
  • the excitation can preferably be done by primary light with a wavelength between 500nm and 560nm, e.g. B. 532nm, is possible.
  • the decay can preferably be made possible by emitting secondary light with a wavelength between 600 nm and 800 nm.
  • the energetic states are preferably designed in such a way that an external magnetic field can be measured with the aid of the received secondary light, in particular with the aid of a splitting and/or energy shift of spectral lines under the influence of the external magnetic field, preferably under irradiation of microwaves.
  • the light absorption/emission unit, in particular the diamond can also include further or different centers, in particular as excitable material, for example one or more elements of the carbon-silicon group (the fourth main group).
  • the light recording/emitting unit, in particular the diamond can comprise one or more of the following elements: Si, Ge, Sn, Pb.
  • the excitation can, especially with Si, preferably also be carried out by primary light with a wavelength between 708nm and 768nm.
  • the excitation can, especially with Ge, preferably also be carried out by primary light with a wavelength between 572nm and 632nm.
  • the excitation can, especially with Sn, preferably also be carried out by primary light with a wavelength between 590nm and 650nm.
  • the excitation can, especially with Pb, preferably also be carried out by primary light with a wavelength between 490nm and 550nm and/or between 522nm and 582nm.
  • the optical waveguide preferably has a low intrinsic fluorescence at the wavelength of the primary light and/or the secondary light.
  • excitation with primary light comprising more than one wavelength, in particular comprising a spectrum, can also be provided.
  • a spatially limited recording of the primary light can be provided, in particular if the primary light is transmitted in a transversally localized manner. This can e.g. B. a gradient field measurement can be made possible.
  • the light recording/emitting unit, the nitrogen vacancy center(s) and/or the excitable material can be arranged at the distal end of the optical waveguide in such a way that a spatially limited recording of the primary light, in particular a spatially limited excitation through the primary light, is made possible when a transversally localized transmission of primary light takes place through the optical waveguide.
  • the light recording/emitting unit in particular the diamond, has a reflector for redirecting the primary light and/or the secondary light, e.g. B. a chamfer and/or a coating, in particular in such a way that a spatially limited recording of the primary light perpendicular to the cross-sectional area of the distal end of the optical waveguide is possible.
  • the reflector can serve to redirect the portion of the secondary light that is not emitted towards the distal end.
  • more complex optical configurations of the interaction zone can also be provided, e.g. B. Lenses, a microlens array and/or parabolic mirrors.
  • Diamond can be mechanically connected to the distal end of the
  • the light recording/emitting unit in particular the diamond, can be firmly attached to the distal end of the optical waveguide.
  • the light recording/emitting unit in particular the diamond, preferably extends over at least 50% of the cross section of the distal end of the optical waveguide, particularly preferably over at least 75% of the cross section of the distal end of the optical waveguide.
  • the nitrogen f-vacancy centers or the excitable material are preferably arranged only in a spatial sub-area of the light recording/emitting unit or the diamond, for example in a radially inner sub-area, which is separated from a radially outer sub-area without or without excitable material Nitrogen f-defect centers are surrounded.
  • a reflector for deflecting the primary light and/or the secondary light is provided in the radially outer portion of the light receiving/emitting unit or the diamond, e.g. B. a chamfer and/or a coating.
  • the reflector can preferably deflect secondary light, in particular radially emitted secondary light, onto the distal end of the optical waveguide in order to increase the light collection efficiency of the optical waveguide.
  • the reflector can also be primary light, in particular transversely localized Redirect primary light to the nitrogen vacancy centers or the excitable material.
  • the light recording/emitting unit in particular the diamond, the nitrogen vacancy center(s) and/or the stimulable material, can be arranged at the distal end of the optical waveguide in such a way that at least 0.5%, preferably at least 5 % of the secondary light can be coupled into the optical waveguide at the distal end, in particular after deflection by the bevel or the reflector.
  • the light recording/emitting unit in particular the nitrogen vacancy center(s) and/or the excitable material, can only be arranged over a partial area of the cross section of the distal end of the optical waveguide, preferably over a partial area of less than 50%. the cross-sectional area, particularly preferably over a portion of less than 25% of the cross-sectional area.
  • the optical waveguide can have a cross section between 30pm and 5000pm, preferably between 50pm and 3000pm.
  • the optical waveguide can have a length between 10mm and 10,000mm, preferably between 50mm and 2000mm.
  • the optical waveguide can be at least partially flexible and/or at least partially rigid or even semi-rigid.
  • a taped optical waveguide can also be provided.
  • the optical waveguide can have a cross section which is smaller than the cross section of the stimulable material, in particular in order to prevent primary light from flowing past the stimulable material into the light recording/emitting unit.
  • the optical waveguide has a transmission of at least 30%, preferably at least 40%, even more preferably at least 50%, for a wavelength of 532 nm.
  • the optical waveguide preferably has a transmission of at least 30%, preferably at least 40%, even more preferably at least 50%, for a wavelength in the range between 600 nm and 800 nm.
  • the optical waveguide can comprise at least two different types of structural elements, namely a first type with a first refractive index and a second type with a second refractive index.
  • the difference in the refractive indices is preferably greater than 0.05, in particular greater than 0.1, in particular greater than 0.2, in particular greater than 0.5.
  • a large number of structural elements of the first type and a large number of structural elements of the second type can be included, the structural elements of the first type being designed as, in particular rod-shaped or tubular, bodies with or made of a first medium, the first medium has the first refractive index, wherein the structural elements of the second type are designed as, in particular rod-shaped or tubular, bodies with or made of a second medium, wherein the second medium has the second refractive index or wherein the structural elements of the second type are designed as cavities in the structural elements of the first type, wherein the cavities preferably form the second refractive index.
  • a structural element of the first type and a large number of structural elements of the second type can also be included, wherein the structural element of the first type is designed as a, in particular monolithic, base body with or made of a first medium, the first medium having the first refractive index, and wherein the structural elements of the second type are designed as cavities in the base body, the cavities preferably forming the second refractive index.
  • the structural elements in particular their cross-sectional regions, can be arranged non-uniformly in order to achieve a transverse Anderson localization of the primary light and/or the secondary light to effect.
  • the structural elements can e.g. B. be really randomly arranged.
  • the non-uniformity may be determined by a predetermined rule.
  • the structural elements in particular their cross-sectional regions, can have a non-uniform arrangement, which is clearly defined by a predetermined rule, wherein the non-uniform arrangement, which is clearly defined by the predetermined rule, is formed
  • the remote sensor device comprises a microwave generator and/or a microwave antenna for irradiating microwaves onto the light recording/emitting unit, in particular the diamond, the nitrogen defect center(s) and/or that stimulable material.
  • the remote sensor device preferably comprises an evaluation unit for evaluating the secondary light received by the secondary light receiver in order to determine the external measured variable using the received secondary light.
  • the invention also relates to a remote sensor unit with an optical fiber and a light recording/emitting unit.
  • the optical waveguide has a proximal end and a distal end and is set up to transmit primary light from the proximal end to the distal end and/or to retransmit secondary light with a preferably different wavelength caused by the primary light at the distal end to the proximal end.
  • the light recording/emitting unit At the distal end of the optical waveguide is the light recording/emitting unit for receiving the primary light, in particular from the distal end, and for emitting the secondary light to the distal end of the optical waveguide.
  • the optical waveguide has a numerical aperture which is greater than 0.4 or preferably greater than 0.5 or greater than 0.6.
  • Remote sensor unit may further comprise one or more of the features described above in connection with the remote sensor device.
  • the optical waveguide of the remote sensor unit and/or the remote sensor device is preferably designed to transmit the primary light from the proximal end to the distal end.
  • the primary light reaches the distal end and thus to the light recording/emission unit in another way, for example by sending the primary light as a free beam or via another supply fiber to the light recording/emission unit at the distal end End of the optical fiber is guided.
  • the remote sensor unit and/or the remote sensor device can therefore comprise a further supply waveguide, which is designed to guide the primary light to the distal end of the optical waveguide.
  • the invention relates to an endoscope comprising a remote sensor device or a remote sensor unit as described above.
  • Preferred exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the figures. Show:
  • Fig. 1 a schematic representation of the distal end of an optical waveguide with a light recording/emitting unit mounted on the distal end, which receives primary light in the axial direction,
  • Fig. 2 a schematic representation of the distal end of an optical waveguide with a light recording/emitting unit mechanically attached to the distal end, which receives primary light in the radial direction,
  • Fig. 3 Schematic illustration of various options for optical waveguides with structural elements or structural elements designed unevenly but clearly determined by a predetermined rule. their cross-sectional regions,
  • Fig. 4 Schematic illustration of various aspects of variations among structural elements or their cross-sectional regions and possibilities for combinations of these aspects
  • Fig. 5 Schematic illustration of exemplary possibilities for optical fibers with non-uniform, but clearly defined by a predetermined rule, structural elements or their cross-sectional regions, the waveguides each being a structural element of a first type and a large number of structural elements of a second type and possibly.
  • other types include,
  • Fig. 6 Schematic illustration of various possibilities for waveguides with non-uniform, but clearly defined by a predetermined rule, structural elements or their cross-sectional regions, the waveguides each having a large number of structural elements of a first type and a large number of structural elements of a second type and possibly.
  • other types include,
  • Fig. 7 schematic perspective views of an optical waveguide with two types of structural elements whose cross-sectional areas are arranged unevenly distributed on a grid.
  • Fig. 8 a schematic representation of the distal end of an optical waveguide with a light recording/emission unit with excitable material applied to the distal end, which extends transversely over the entire width of the optical waveguide.
  • Fig. 1 shows the distal end of an optical waveguide 1 on which a light recording/emitting unit 2 is mechanically applied.
  • the light recording/emitting unit 2 comprises stimulable material 20, which during operation receives the primary light 3 transmitted through the optical waveguide 1 and emits the secondary light 4.
  • the light recording/emitting unit 2 is designed as a diamond and the stimulable material 20 is designed as a partial area of the diamond in which one or more nitrogen f-vacancy centers (NV centers) are located.
  • NV center is characterized by the fact that in the diamond lattice a carbon atom is replaced by a nitrogen atom (N) and another, neighboring carbon atom is missing (V).
  • the excitation is carried out by primary light 3 with a wavelength of z. B. 532nm or a wavelength between 515nm and 550nm.
  • the secondary light 4 can have a wavelength between 600 nm and 800 nm.
  • the optical waveguide 1 is therefore preferably selected so that for a wavelength of 532 nm and for a wavelength in the range between 600 nm and 800 nm there is a transmission of at least 50%, preferably at least 70%, over the length of the optical waveguide 1.
  • the stimulable material 20 is arranged in a locally limited manner in the light recording/emitting unit 2.
  • the stimulable material 20 is arranged transversely over a width B which is less than the width of the optical waveguide 1, in particular less than 40% or less than 30% thereof.
  • the stimulable material 20 is therefore transversally only locally limited in the light recording/emitting unit 2, here the diamond.
  • the primary light 3 can be transmitted in a transversally localized manner. This makes it possible to excite the transversally only locally limited excitable material 20 with transversely localized transmitted primary light 3, the transversal position of the primary light 3 corresponding to that of the excitable material 3.
  • the primary light 3 is received by the excitable material in the axial direction.
  • the stimulable material 20 emits the secondary light 4 in different directions, for example also in the radial direction. Due to the relatively high numerical aperture of the optical waveguide 1, which in this case is greater than 0.5, a high light collection efficiency with respect to the secondary light 4 can be achieved.
  • the light recording/emitting unit 2 here the diamond
  • the light recording/emitting unit 2 has a reflective coating 22 which is applied to the outer surface.
  • the light recording/emitting unit 2, here the diamond has a circumferential chamfer 24 for deflecting the secondary light, which can also be provided with the coating 22.
  • Fig. 2 shows the distal end of an optical waveguide 1 as in Fig. 1, whereby the transverse position of the primary light 3 deviates from that of the transversely locally arranged excitable material 20.
  • the transversal position of the primary light 3 can be in the area of the reflector or the circumferential bevel 24 of the light recording/emitting unit 2.
  • the excitable material 20 is thereby in the axial direction (ie perpendicular to the cross-sectional area of the distal end of the optical waveguide) can be stimulated in a spatially limited manner. It is therefore possible for the excitable material 20 extending over the height H to be excited only over a part of this height H, so that a gradient field measurement is made possible.
  • the structural elements in particular their cross-sectional regions, can be characterized on the one hand by an unevenness in relation to one another, and on the other hand by a regularity in the sense that the non-uniformity of the structural elements is clearly predetermined, in particular is deterministic and/or reproducible and does not follow chance.
  • the structural elements or whose cross-sectional regions have a non-uniform arrangement, which is clearly determined by a predetermined rule have mutually non-uniform geometries, which are clearly determined by a predetermined rule, and/or have mutually non-uniform refractive indices, which are clearly determined by the predetermined rule.
  • Fig. 3 uses a tree diagram to show various options for realizing an uneven arrangement, which is clearly determined by a predetermined rule.
  • Fig. 3a shows a structural element 10a as a starting point, which z. B. can be designed as a matrix material (it is also possible that the structural element 10a is designed as air or is absent).
  • Figure 3b shows a further starting point derived therefrom with the structural element 10a and a large number of periodic positions P for assignment with structural elements, which then have a periodic positioning.
  • Figure 3d shows another one from Fig. 3a derived starting point with the structural element 10a and a large number of aperiodic positions P for assignment with structural elements in order to achieve an aperiodic positioning. Based on the data shown in Fig. 3b and 3d shown starting points result from occupying the positions P with structural elements waveguides according to the invention as will be described in more detail below.
  • Fig. 3b shows Fig. 3c a waveguide 1 with structural elements 10b, 10c whose cross-sectional regions have a periodic positioning and / or lie in periodic positions.
  • the one in Fig. 3c has three types of structural elements 10a, 10b, 10c, each of which can have a different refractive index.
  • the structural element 10a can be designed as a matrix material and the structural elements 10b and 10c can be cavities in the matrix material which are filled with materials of different refractive indices.
  • one of the materials of the structural elements 10b and 10c in turn corresponds to the matrix material of the structural element 10a or. that the (filled) cavities corresponding to these structural elements are missing in the matrix material (compare below to Fig. 5a). It is also possible that the structural element 10a is designed as air or is absent and the structural elements 10b and 10c adjoin one another (compare to FIG. 6a below).
  • the one in Fig. 3c shown waveguide 1 has structural elements 10b, 10c with a periodic positioning.
  • the structural elements 10b, 10c are of different types and the occupancy of the different types on the regular grid is uneven, but determined by a predetermined rule.
  • the variation of the structural elements 10b, 10c among themselves is therefore uneven, but is determined by a predetermined rule.
  • the structural elements 10b, 10c can in particular be described as deterministically disordered.
  • Fig. 3c thus shows a case of a waveguide 1, wherein the structural elements or whose cross-sectional regions have an uneven arrangement, which is clearly determined by a predetermined rule.
  • the term f f of the arrangement is to be understood to mean that the selection or Occupancy of the different types of structural elements 10b, 10c on the respective periodic positions is uneven, but is determined by the predetermined rule, i.e. is not random.
  • the structural elements 10b, 10c do not differ in terms of their refractive indices, i.e. e.g. B. have the same refractive index or consist of the same material, but vary in terms of other aspects (compare below to Fig. 4). It is also possible that the structural elements 10b, 10c differ both in terms of their Refractive indices differ as well as with regard to other aspects.
  • Fig. 3e a waveguide 1 with two types of structural elements, namely the structural element 10a, which z. B. can be designed as a matrix material, as well as a large number of structural elements 10b, which can be designed, for example, as, in particular filled, cavities in the matrix material.
  • the cross-sectional regions of the structural elements 10b are positioned aperiodically in this case.
  • the positioning of the structural elements 10b can now represent the unevenness, which is determined by a predetermined rule.
  • the structural elements 10b of the second type may have non-uniform positions, but determined by a predetermined rule.
  • FIG. 3e thus shows a case of a waveguide 1, wherein the structural elements or whose cross-sectional regions have an uneven arrangement, which is clearly determined by a predetermined rule.
  • the term “arrangement” is to be understood to mean that the or some of the structural elements or whose cross-sectional regions are positioned aperiodically, the positions being determined by the predetermined rule, i.e. not being random.
  • the structural elements 10b of the second type have a uniform refractive index, have uniform geometries and/or are uniformly designed with regard to further aspects, in particular are identically designed. In this case one can speak of a uniform assignment of the aperiodic positions.
  • FIG. 3 f shows, starting from Fig. 3d a waveguide 1 in which an aperiodic positioning of structural elements with different types of structural elements 10b, 10c is provided.
  • the non-uniformity which is clearly determined by a predetermined rule, can lie in the aperiodic positioning of the structural elements 10b, 10c or in the occupancy, i.e. the variation of the structural elements 10b, 10c with one another, or both in the positioning in the occupancy.
  • Fig. 4 shows various possible variations, which can have structural elements among each other (middle row) as well as exemplary, non-exhaustive, possible combinations of the variations (lower goals).
  • the variations shown can be used in particular for occupying positions with structural elements, which are designed non-uniformly but are clearly determined by a predetermined rule.
  • Structural elements whose cross-sectional regions are in periodic or aperiodic positions, e.g. B. within a matrix material can, for example, vary among themselves in terms of their shape, in terms of their type or Refractive index vary, vary in terms of their substructure and/or vary in terms of their rotation (and/or local position).
  • variations of the geometries of the structural elements can be designed as variations of the shape (number of corners, diameter).
  • Variations of the geometry can also be designed as variations of the substructure.
  • a substructure can in particular be that a structural element, in particular its cross-sectional region, has at least two different areas of different refractive indices, in particular a core and a surrounded jacket (core-cladding system).
  • a first type of structural elements can have a polygonal shell and/or a polygonal core and a second type of structural elements can have a round shell and a polygonal core (bottom row, first column). These two types of structural elements can then be used, for example, to occupy periodic or aperiodic positions.
  • a first type of structural elements can have a first refractive index and a first diameter and a second type of structural elements can have a second refractive index and a second diameter (bottom row, second column); or a first type of structural elements a core-cladding system with a core with a first diameter and a second type of structural elements a core-cladding system with a core with a second diameter (bottom row, third column); or a first type of structural elements a core-cladding system with a core with a first refractive index and a second type of structural elements a core-cladding system with a core with a second refractive index (bottom row, fourth column); or a first type of structural elements having a first diameter and rotation about one outside the Structural element pivot point and a second type of structural elements a second diameter and a rotation around a pivot point located outside the structural element (bottom row, fifth column), or a first type of structural elements a core-shell system with a centered core and a second type
  • Fig. 5a shows a waveguide 1, which is comparable in some aspects with the waveguide from Fig. 3c.
  • the waveguide has a first structural element 10a, which can be designed, for example, as a matrix material.
  • the waveguide has a plurality of structural elements 10b, which can be designed, for example, as filamented cavities in the matrix material.
  • the structural elements 10b are located in periodic locations, but not all periodic locations are occupied by a structural element.
  • 5a thus shows a case of a waveguide 1, wherein the structural elements or their cross-sectional regions have a non-uniform arrangement, which is clearly determined by a predetermined rule.
  • arrangement is to be understood here as meaning that the or some of the structural elements or their cross-sectional regions lie on periodic locations, with some of the periodic locations being occupied and some of the periodic locations being unoccupied and the occupancy being clearly determined by a predetermined rule is, so it is not random.
  • Fig. 5b shows a waveguide 1, which in each case some aspects with the waveguide from Fig. 3 f is comparable.
  • the waveguide has a first structural element 10a, which z. B. can be designed as a matrix material.
  • the waveguide has a large number of structural elements 10b with a first diameter and a large number of structural elements 10c with a second diameter.
  • the structural elements are positioned aperiodically, whereby the aperiodic positioning can be uneven but clearly determined by a predetermined rule.
  • Fig. 5b thus shows a case of a waveguide 1, wherein the structural elements or whose cross-sectional regions have an uneven arrangement, which is clearly determined by a predetermined rule.
  • arrangement is to be understood to mean that the or some of the structural elements or the cross-sectional regions of which are positioned aperiodically, the aperiodic positions being determined by the predetermined rule, i.e. not being random, and/or the structural elements having a variation among themselves, which is formed non-uniformly but clearly determined by a predetermined rule, the variation being as two types of structural elements are formed, e.g. B. with different diameters.
  • Fig. 6 shows some waveguides 1, each with a large number of structural elements of a first type and a large number of structural elements of a second type (and sometimes further types in FIG. 6d).
  • the waveguides 1 shown here in particular do not have any matrix material; rather, the structural elements border one another.
  • the ones in Fig. 6 waveguides 1 shown have in common that the structural elements of different types, in particular whose cross-sectional regions are positioned periodically, but the occupancy of the periodic positions with the types of structural elements is uneven, but clearly determined by a predetermined rule.
  • the structural elements or their cross-sectional regions have an uneven arrangement, which is clearly determined by a predetermined rule, the term arrangement being understood here to mean that the selection or Occupancy of the different types of structural elements on the periodic positions is uneven, but is determined by the predetermined rule, i.e. is not random.
  • FIG. 6a shows, for example, a waveguide 1 with a plurality of structural elements 10a and a plurality of structural elements 10b, which have different refractive indices.
  • 6b shows a waveguide 1 with a plurality of structural elements 1Od and a plurality of structural elements 1Oe, which have different refractive indices and a different substructure, the substructure being formed by the sub-structural elements 10a and 10b (with refractive indices a and b) or 10a and 10c (with refractive indices a and c) is defined.
  • the substructure here is that the structural elements lOd and lOe are designed as core-shell systems, whereby the cores differ.
  • 6c similarly shows a waveguide 1 with a plurality of structural elements lOd and a plurality of structural elements lOe, which are different Refractive indices and a different substructure, the substructure being defined by the sub-structural elements 10a and 10b (with refractive indices a and b) or 10c and 10b (with refractive indices c and b).
  • the substructure here is that the structural elements lOd and lOe are designed as core-shell systems, whereby the shells differ.
  • 6d similarly shows a waveguide 1 with a plurality of structural elements lOe, a plurality of structural elements lOf, a plurality of structural elements 10g, and a plurality of structural elements 10h, which have different refractive indices and a different substructure, the substructure being represented by the Sub-structural elements 10a and 10b (with refractive indices a and b) or 10a and 10c (with refractive indices a and c) or 10b and lOd (with refractive indices b and d) or 10c and lOd (with refractive indices c and d). is.
  • the substructure here is that the structural elements lOe, lOf, 10g and 10h are designed as core-shell systems, whereby both the shells and the cores differ.
  • Fig. 6e shows a waveguide 1 with a large number of
  • Structural elements 10d which have different geometries and a different substructure, the substructure of the structural element 10c being defined by the sub-
  • Structural elements 10a and 10b (with refractive indices a and b and a first core diameter) are defined, and the substructure of the structural element 1Od is defined by the sub- Structural elements 10a and 10b (with refractive indices a and b and a second core diameter).
  • Fig. 6f shows a waveguide 1 with a large number of structural elements 10c and a large number of structural elements 1 Od, which have different geometries and a different substructure, the substructure of the structural element 10c being represented by the sub-structural elements 10a and 10b (with refractive indices a and b and a centrally positioned core), and the substructure of the structural element l Od by the sub-structural elements 10a and 10b (with refractive indices a and b and an eccentrically positioned core).
  • Fig. 7 shows an example of a three-dimensional view of an optical waveguide 1 with a large number of structural elements of a first type 10a and a large number of structural elements of a second type 10b.
  • the cross-sectional regions of the structural elements are arranged on a periodic grid.
  • Fig. 8 shows a further exemplary embodiment of a remote sensor unit with an optical waveguide 1 and a light recording/emitting unit 2 mounted on the distal end of the optical waveguide 1.
  • the light recording/emitting unit 2 comprises stimulable material 20, which extends in the radial direction essentially over the entire width of the optical waveguide.
  • the stimulable material extends over a width which corresponds to at least 50 percent, preferably at least 75 percent, of the width of the light recording/emitting unit 2 and/or the optical waveguide 1.
  • the stimulable material extends in the axial direction (ie perpendicular to the cross-sectional area of the distal end of the optical waveguide) only over a part of the light recording/emitting unit 2, for example over less than 90 percent, in particular over less than 75 percent the height of the light recording/emitting unit 2.
  • the stimulable material preferably extends in the axial direction over the entire light recording/emitting unit 2.
  • the light recording/emitting unit 2 can be designed, for example, as a diamond layer, which extends, for example, over the entire distal facet.
  • the excitable material can be designed, for example, as an, at least radially, homogeneous population with NV centers.
  • the light receiving/emitting unit 2 and/or the stimulable material 20 can be irradiated over the entire surface with primary light 3.
  • the secondary light 4 emitted by the light recording/emitting unit 2 to the distal end of the optical waveguide 1 can have different intensity in the radial direction, i.e. along the width of the stimulable material 20.
  • This secondary light 4 can then be transmitted in a transversely localized manner through the optical waveguide 1, which is preferably designed as an Anderson waveguide.
  • the described exemplary embodiment can therefore be used to realize a remote sensor unit which forms a radially spatially resolved sensor, for example a 2D sensor.
  • a remote sensor unit which forms a radially spatially resolved sensor, for example a 2D sensor.
  • the German patent application DE 10 2020 116 444.0 and the international patent application PCT/EP2021/066986 are hereby incorporated by reference.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fernsensorik-Vorrichtung umfassend eine Primärlichtquelle zur Abgabe von Primärlicht mit einer bestimmten Wellenlänge, einen Lichtwellenleiter mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, eingerichtet zur Übertragung des Primärlichts von dem proximalen Ende zum distalen Ende und zur Rückübertragung von an dem distalen Ende durch das Primärlicht bewirktem Sekundärlicht mit vorzugsweise einer anderen Wellenlänge zum proximalen Ende, eine am distalen Ende des Lichtwellenleiters angeordnete Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit zur Aufnahme des Primärlichts von dem distalen Ende und zur Abgabe des Sekundärlichts an das distale Ende des Lichtwellenleiters, und einen am proximalen Ende des Lichtwellenleiters angeordneten Sekundärlichtempfänger zum Empfang des Sekundärlichts von dem proximalen Ende des Lichtwellenleiters, wobei der Lichtwellenleiter eine numerische Apertur aufweist, welche größer ist als 0,5.

Description

SCHOTT AG 1 14.03.2023
P05801 WO
Fernsensorik-Vorrichtung
Die Erfindung betri f ft eine Fernsensorik-Vorrichtung umfassend einen Lichtwellenleiter mit einem proximalen und einem distalen Ende , einer am proximalen Ende angeordneten Primärlichtquelle und einer am distalen Ende angeordneten Einheit zur Aufnahme des Primärlichts und Abgabe von Sekundärlicht zur Rückübertragung zum proximalen Ende . Eine am distalen Ende befindliche Licht-Aufnahme/Abgabe- Einheit bzw . Sensoreinheit kann dabei grundsätzlich zur Detektion verschiedener Messgrößen dienen oder beitragen . Beispielsweise kann eine Messung von Magnetfeldern, Leitfähigkeiten, Temperaturen, oder Sauerstof f Sättigungen ermöglicht oder unterstützt werden .
Je nach Anwendungsgebiet können dabei unterschiedliche Anforderungen an den Lichtleiter bestehen . Dazu können z . B . Durchmesser oder Materialien der lichtleitenden Kerne bzw . umgebenden Mantelschichten oder auch Eigenschaften eines Bündels geeignet gewählt werden, beispielsweise ein Bündel aus Einzel fasern oder Rohren mit unterschiedlichen Brechungsindi zes . Je nach Anwendungs f eld sind hierbei zudem bestimmte Rahmenbedingungen zu beachten, wie beispielsweise Flexibilität und Abmessungen, wobei in einigen Feldern, insbesondere in medi zinischen Anwendungen, häufig eine Miniaturisierung wünschenswert ist .
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , eine Fernsensorik-Vorrichtung anzugeben, welche für verschiedene distale Licht-Aufnahme/Abgabe- bzw . Sensoreinheiten eine Optimierung für die j eweiligen Anforderungen ermöglicht und insbesondere eine Miniaturisierung erlaubt .
Dazu of fenbart die Erfindung eine Fernsensorik-Vorrichtung mit einer Primärlichtquelle , einem Lichtwellenleiter und einer Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit .
Die Primärlichtquelle ist eingerichtet zur Abgabe von Primärlicht mit einer ersten Wellenlänge . Der Lichtwellenleiter weist ein proximales Ende und ein distales Ende auf und ist eingerichtet zur Übertragung des Primärlichts von dem proximalen Ende zum distalen Ende und/oder zur Rückübertragung von an dem distalen Ende durch das Primärlicht bewirktem Sekundärlicht mit einer zweiten Wellenlänge zum proximalen Ende .
Am distalen Ende des Lichtwellenleiters befindet sich die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit zur Aufnahme des Primärlichts , insbesondere von dem distalen Ende , und zur Abgabe des Sekundärlichts an das distale Ende des Lichtwellenleiters .
Am proximalen Ende des Lichtwellenleiters befindet sich zudem vorzugsweise ein Sekundärlichtempfänger zum Empfang des rückübertragenen Sekundärlichts von dem proximalen Ende des Lichtwellenleiters . Der Sekundärlichtempfänger ist insbesondere ein Detektor für das Sekundärlicht und kann beispielsweise als Photodiode ausgebildet sein oder beispielsweise auch als bildgebender Flächendetektor .
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter eine numerische Apertur aufweist , welche größer ist als 0 , 4 oder bevorzugt größer ist als 0 , 5 oder größer ist als 0 , 6 . Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine verhältnismäßig hohe Lichtsammeleffizienz bei mitunter zugleich kleinen Abmessungen ermöglicht werden, was für verschiedene Anwendungsgebiete eine Optimierung der Anforderungen an die Licht-Aufnahme/Abgabe- bzw. Sensoreinheit ermöglicht.
Die numerische Apertur (NA) des Lichtwellenleiters bezeichnet im Rahmen dieser Offenbarung den Sinus des Akzeptanzwinkels a des Lichtwellenleiters, d.h. den Sinus des halben Öf fnungswinkels des Lichtwellenleiters. Dies entspricht der Formel NA = nsina für n=l . Die Angabe, dass der Lichtwellenleiter insbesondere eine numerische Apertur aufweist, welche größer ist als 0,4 oder bevorzugt größer ist als 0,5 oder größer ist als 0, 6, entspricht somit der Angabe, dass der Lichtwellenleiter einen Akzeptanzwinkel a aufweist, welcher größer ist als 23, 6° oder bevorzugt größer ist als 30,0° oder größer ist als 36,9°.
Für den Fall, dass der Lichtwellenleiter zumindest eine Glasfaser mit einem Kern und einem Mantel umfasst, insbesondere eine Stufenindexfaser, kann die numerische Apertur z.B. auch angegeben werden als WA = wobei nKern den Brechungsindex des Kerns und nMantet den Brechungsindex des Mantels bezeichnet.
Das Primärlicht umfasst wie beschrieben zumindest eine erste Wellenlänge und das Sekundärlicht zumindest eine zweite Wellenlänge. Die zweite Wellenlänge ist hierbei insbesondere eine von der ersten Wellenlänge abweichende Wellenlänge. Es soll jedoch bezugnehmend auf spezielle Aus führungs formen nicht ausgeschlossen sein, dass die erste und die zweite Wellenlänge identisch sind . Das Primärlicht , ebenso wie das Sekundärlicht , kann selbstverständlich auch als Spektrum ausgebildet sein .
Die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit ist insbesondere als Sensoreinheit und/oder Wechselwirkungseinheit ausgebildet , wobei die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit das Sekundärlicht nach oder während der Einstrahlung des Primärlichts abgibt und in diesem Zusammenhang eine Bestimmung einer Messgröße ermöglicht . Es soll j edoch nicht ausgeschlossen sein, dass eine Wechselwirkung des Primärlichts auch außerhalb der Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , beispielsweise in einem zu untersuchenden Gewebe , erfolgt . Insofern kann die Licht- Aufnahme/Abgabe-Einheit in einer Aus führungs form auch ausgebildet sein, außerhalb der Vorrichtung erzeugtes Sekundärlicht aufnehmen und dieses wiederum an das distale Ende des Lichtwellenleiters abzugeben oder ggf . auch nach einem weiteren Prozess als Tertiärlicht an das distale Ende des Lichtwellenleiters abzugeben .
Gemäß einer Aus führungs form kann der Lichtwellenleiter als sogenannter Anderson-Wellenleiter oder TAL-Wellenleiter ausgebildet sein . Insbesondere kann der Lichtwellenleiter dazu eingerichtet sein, dass Primärlicht und/oder das Sekundärlicht transversal lokalisiert zu übertragen, insbesondere transversal mit einer räumlichen Auflösung zu übertragen, wobei der Lichtwellenleiter auch als Bildleiter ausgebildet sein kann .
Eine transversal lokalisierte Übertragung hat insbesondere den Vorteil , dass weniger Anregungslicht bzw . Primärlicht nötig ist , ggf . ein geringerer Streulichthintergrund ermöglicht wird, und/oder eine Minimierung des ungenutzten Anregungslichts bzw . Primärlichts , welches andernfalls ggf . in den Probenraum emittiert werden kann, ermöglicht wird . Es wird somit insbesondere eine Anregung mit Primärlicht auf einem mitunter kleinen Gebiet ermöglicht , während andererseits eine Aufnahme von Sekundärlicht über einen größeren Querschnitt erfolgen kann .
Der Lichtwellenleiter kann insbesondere eine Viel zahl von Strukturelementen umfassen, welche sich j eweils von dem proximalen zum distalen Ende sowie anteilig über den Querschnitt des Lichtwellenleiters erstrecken, derart , dass im Querschnitt des Wellenleiters eine Viel zahl von Querschnittsregionen definiert ist , welche j eweils dem Querschnitt eines einzelnen Strukturelements entsprechen .
Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, sind vorzugsweise ungleichmäßig angeordnet , derart , dass eine transversale Anderson-Lokalisierung des Primärlichts und/oder des Sekundärlichts bewirkt wird .
Die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit am distalen Ende des Lichtwellenleiters umfasst gemäß einer Aus führungs form ein Material , welches unter Aufnahme des Primärlichts eine Abgabe des Sekundärlichts ermöglicht . Beispielsweise kann das Material kohärente Prozesse wie beispielsweise eine Frequenzverdopplung ermöglichen .
Insbesondere umfasst die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit am distalen Ende des Lichtwellenleiters ein anregbares Material , welches eine elektronische Struktur aufweist , welche eine Anregung durch das Primärlicht und einen Zerfall unter Abgabe des Sekundärlichts ermöglicht . Die Anregung kann vorzugsweise durch Primärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 200nm und 20pm ermöglicht sein . Alternativ oder zusätzlich kann der Zerfall vorzugsweise unter Abgabe von Sekundärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 200nm und 20pm ermöglicht sein .
Die energetischen Zustände sind vorzugsweise derart ausgebildet , dass mithil fe des empfangenen Sekundärlichts eine externe Messgröße messbar wird, beispielsweise eine externe Messgröße aus der Gruppe umfassend ein Magnetfeld, eine Leitfähigkeit , eine Temperatur, eine Stof fmenge oder Stof f konzentration, z . B . eine Sauerstof f Sättigung .
Gemäß einer Aus führungs form umfasst die Licht- Aufnahme/Abgabe-Einheit am distalen Ende des Lichtwellenleiters einen Diamanten mit einem oder mehreren Stickstof f-Fehlstellen-Zentren als anregbares Material , welches eine elektronische Struktur aufweist , welche eine Anregung durch das Primärlicht und einen Zerfall unter Abgabe des Sekundärlichts ermöglicht .
Die Anregung kann vorzugsweise durch Primärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 500nm und 560nm, z . B . 532nm, ermöglicht sein . Alternativ oder zusätzlich kann der Zerfall vorzugsweise unter Abgabe von Sekundärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 600nm und 800nm ermöglicht sein .
Die energetischen Zustände sind vorzugsweise derart ausgebildet , dass mithil fe des empfangenen Sekundärlichts ein externes Magnetfeld messbar wird, insbesondere mithil fe einer Aufspaltung und/oder Energieverschiebung von Spektrallinien unter Einfluss des externen Magnetfelds , bevorzugt unter Einstrahlung von Mikrowellen . Die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit, insbesondere der Diamant, kann auch weitere bzw. andere Zentren, insbesondere als anregbares Material, umfassen, z.B. eines oder mehrere Elemente der Kohlenstoff-Silicium-Gruppe (der vierten Hauptgruppe) . Beispielsweise kann die Licht- Aufnahme/Abgabe-Einheit, insbesondere der Diamant, eines oder mehrere folgender Elemente umfassen: Si, Ge, Sn, Pb.
Die Anregung kann, insbesondere bei Si, vorzugsweise auch durch Primärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 708nm und 768nm erfolgen. Die Anregung kann, insbesondere bei Ge, vorzugsweise auch durch Primärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 572nm und 632nm erfolgen. Die Anregung kann, insbesondere bei Sn, vorzugsweise auch durch Primärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 590nm und 650nm erfolgen. Die Anregung kann, insbesondere bei Pb, vorzugsweise auch durch Primärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 490nm und 550nm und/oder zwischen 522nm und 582nm erfolgen.
Vorzugsweise weist der Lichtwellenleiter eine geringe Eigenfluoreszenz bei der Wellenlänge des Primärlichts und/oder des Sekundärlichts auf.
In einer Weiterbildung kann auch eine Anregung mit Primärlicht umfassend mehr als eine Wellenlänge, insbesondere umfassend ein Spektrum, vorgesehen sein.
Der Lichtwellenleiter weist vorzugsweise einen hohen mittleren Brechungsindex auf, um den Totalreflexionswinkel beim Übergang zur Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit, insbesondere dem Diamanten (n=2.4) , zu vergrößern. In einer Weiterbildung der Erfindung kann eine räumlich begrenzte Aufnahme des Primärlichts vorgesehen sein, insbesondere , wenn das Primärlicht , transversal lokalisiert übertragen wird . Hierdurch kann z . B . eine Gradientenfeldmessung ermöglicht werden .
Insbesondere kann die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , das oder die Stickstof f-Fehlstellen-Zentren und/oder das anregbare Material , derart an dem distalen Ende des Lichtwellenleiters angeordnet sein, dass eine räumlich begrenzte Aufnahme des Primärlichts , insbesondere eine räumlich begrenzte Anregung durch das Primärlicht , ermöglicht ist , wenn eine transversal lokalisierte Übertragung von Primärlicht durch den Lichtwellenleiter erfolgt .
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Licht- Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere der Diamant , einen Reflektor zur Umlenkung des Primärlichts und/oder des Sekundärlichts aufweist , z . B . eine Fase und/oder eine Beschichtung, insbesondere derart , dass eine räumlich begrenzte Aufnahme des Primärlichts senkrecht zur Querschnitts fläche des distalen Endes des Lichtwellenleiters ermöglicht ist . Im Weiteren kann der Reflektor dazu dienen, den Anteil des Sekundärlichtes , welcher nicht in Richtung des distalen Endes emittiert wird, dahin umzulenken .
In einer Weiterbildung können auch komplexere optische Ausgestaltungen der Wechselwirkungs zone vorgesehen sein, z . B . Linsen, ein Mikrolinsenarray und/oder Parabolspiegel . Die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere der
Diamant , kann mechanisch mit dem distalen Ende des
Lichtwellenleiters verbunden sein . Mit anderen Worten kann die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere der Diamant , auf dem distalen Ende des Lichtwellenleiters fest aufgebracht sein .
Die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere der Diamant , erstreckt sich vorzugsweise über zumindest 50% des Querschnitts des distalen Endes des Lichtwellenleiters , besonders bevorzugt über zumindest 75% des Querschnitts des distalen Endes des Lichtwellenleiters .
Die Stickstof f-Fehlstellen-Zentren oder das anregbare Material sind vorzugsweise lediglich in einem räumlichen Teilbereich der Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit oder des Diamanten, angeordnet , beispielsweise in einem radial inneren Teilbereich, welcher von einem radial äußeren Teilbereich ohne anregbares Material oder ohne Stickstof f- Fehlstellen-Zentren umgeben ist .
Vorzugsweise ist in dem radial äußeren Teilbereich der Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit oder des Diamanten ein Reflektor zur Umlenkung des Primärlichts und/oder des Sekundärlichts vorgesehen, z . B . eine Fase und/oder eine Beschichtung .
Der Reflektor kann dabei vorzugsweise Sekundärlicht , insbesondere radial abgegebenes Sekundärlicht , auf das distale Ende des Lichtwellenleiters umlenken, um die Lichtsammelef fi zienz des Lichtwellenleiters zu erhöhen . Alternativ oder zusätzlich kann der Reflektor auch Primärlicht , insbesondere transversal lokalisiertes Primärlicht , auf die Stickstof f-Fehlstellen-Zentren oder das anregbare Material umlenken .
Die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere der Diamant , das oder die Stickstof f-Fehlstellen-Zentren und/oder das anregbare Material , können derart an dem distalen Ende des Lichtwellenleiters angeordnet sein, dass zumindest 0 , 5% , vorzugsweise zumindest 5% des Sekundärlichts am distalen Ende in den Lichtwellenleiter einkoppelbar ist , insbesondere nach Umlenkung durch die Fase oder den Reflektor .
Die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere das oder die Stickstof f-Fehlstellen-Zentren und/oder das anregbare Material , können lediglich über einen Teilbereich des Querschnitts des distalen Endes des Lichtwellenleiters angeordnet sein, vorzugsweise über einen Teilbereich von weniger als 50% der Querschnitts fläche , besonders bevorzugt über einen Teilbereich von weniger als 25% der Querschnitts fläche .
Der Lichtwellenleiter kann einen Querschnitt zwischen 30pm und 5000pm aufweisen, vorzugsweise zwischen 50pm und 3000pm aufweisen .
Der Lichtwellenleiter kann eine Länge zwischen 10mm und 10000mm aufweisen, vorzugsweise zwischen 50mm und 2000mm aufweisen .
Der Lichtwellenleiter kann zumindest teilweise flexibel ausgebildet sein und/oder zumindest teilweise starr oder auch halbstei f ausgebildet sein . In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch ein getaperter Lichtwellenleiter vorgesehen sein .
Ferner kann in einer Weiterbildung der Lichtwellenleiter einen Querschnitt aufweisen, welcher geringer ist als der Querschnitt des anregbaren Materials , insbesondere , um zu vermeiden, dass Primärlicht an dem anregbaren Material vorbei in die Licht-Aufnahme/Abgabeinheit einläuft .
Vorzugsweise weist der Lichtwellenleiter eine Transmission von zumindest 30% , bevorzugt zumindest 40% , nochmals bevorzugter zumindest 50% , für eine Wellenlänge von 532nm auf .
Ferner weist der Lichtwellenleiter vorzugsweise eine Transmission von zumindest 30% , bevorzugt zumindest 40% , nochmals bevorzugter zumindest 50% , für eine Wellenlänge im Bereich zwischen 600nm und 800nm auf .
Der Lichtwellenleiter kann für eine Wellenlänge von 532nm und/oder für eine Wellenlänge im Bereich zwischen 600nm und 800nm eine Dämpfung von unter 50 dB/m, insbesondere von unter 10 dB/m, insbesondere von unter 1 dB/m aufweisen .
Bevorzugt ist der Lichtwellenleiter polarisationserhaltend ausgebildet . Der Lichtwellenleiter kann nicht-magnetisch ausgebildet sein .
Der Lichtwellenleiter kann zumindest zwei verschiedene Typen von Strukturelementen umfassen, nämlich einen ersten Typ mit einem ersten Brechungsindex und einen zweiten Typ mit einem zweiten Brechungsindex . Vorzugsweise ist der Unterschied der Brechungsindi zes dabei größer als 0 , 05 , insbesondere größer als 0 , 1 , insbesondere größer als 0 , 2 , insbesondere größer als 0 , 5 .
Es können dabei eine Viel zahl von Strukturelementen des ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sein, wobei die Strukturelemente des ersten Typs ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem ersten Medium, wobei das erste Medium den ersten Brechungsindex aufweist , wobei die Strukturelemente des zweiten Typs ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem zweiten Medium, wobei das zweite Medium den zweiten Brechungsindex aufweist oder wobei die Strukturelemente des zweiten Typs ausgebildet sind als Hohlräume in den Strukturelementen des ersten Typs , wobei die Hohlräume vorzugsweise den zweiten Brechungsindex bilden .
Es kann auch ein Strukturelement des ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sein, wobei das Strukturelement des ersten Typs ausgebildet ist als , insbesondere monolithischer, Grundkörper mit oder aus einem ersten Medium, wobei das erste Medium den ersten Brechungsindex aufweist , und wobei die Strukturelemente des zweiten Typs ausgebildet sind als Hohlräume in dem Grundkörper, wobei die Hohlräume vorzugsweise den zweiten Brechungsindex bilden .
Wie bereits beschrieben können die Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, ungleichmäßig angeordnet sein, um eine transversale Anderson- Lokalisierung des Primärlichts und/oder des Sekundärlichts zu bewirken . Die Strukturelemente können z . B . echt zufällig angeordnet sein . Andererseits kann die Ungleichmäßigkeit durch eine vorbestimmte Regel festgelegt sein .
Beispielsweise können die Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist , wobei die ungleichmäßige Anordnung, welche eindeutig durch die vorbestimmte Regel festgelegt ist , ausgebildet ist
( a ) als eine periodische Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, wobei die periodisch positionierten Strukturelemente untereinander eine Variation aufweisen, welche ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , wobei die Variation der periodisch positionierten Strukturelemente untereinander vorzugsweise als Variation des Typs der Strukturelemente , des Brechungsindex der Strukturelemente und/oder der Geometrie ( z . B . der Form, des Durchmessers und/oder der Substruktur ) der Strukturelemente ausgebildet ist ,
(b ) als eine aperiodische Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, wobei die aperiodischen Positionen der Strukturelemente ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet sind, wobei optional die Strukturelemente zudem untereinander eine Variation aufweisen, welche ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , und/oder ( c ) als eine Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, auf periodischen Plätzen, wobei einige der periodischen Plätze belegt sind und einige der periodischen Plätze unbelegt sind und die Belegung eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , wobei optional die Strukturelemente zudem untereinander eine Variation aufweisen, welche ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist .
In einer Aus führungs form der Erfindung umfasst die Fernsensorik-Vorrichtung einen Mikrowellengenerator und/oder eine Mikrowellenantenne zur Einstrahlung von Mikrowellen auf die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere den Diamanten, das oder die Stickstof f- Fehlstellen-Zentren und/oder das anregbare Material .
Die Fernsensorik-Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine Auswerteeinheit zur Auswertung des von dem Sekundärlichtempfänger empfangenden Sekundärlichts zur Bestimmung der externen Messgröße mithil fe des empfangenen Sekundärlichts .
Die Erfindung betri f ft ferner eine Fernsensorik-Einheit mit einem Lichtwellenleiter und einer Licht-Aufnahme/Abgabe- Einheit .
Der Lichtwellenleiter weist ein proximales Ende und ein distales Ende auf und ist eingerichtet zur Übertragung von Primärlicht von dem proximalen Ende zum distalen Ende und/oder zur Rückübertragung von an dem distalen Ende durch das Primärlicht bewirktem Sekundärlicht mit einer vorzugsweise anderen Wellenlänge zum proximalen Ende . Am distalen Ende des Lichtwellenleiters befindet sich die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit zur Aufnahme des Primärlichts , insbesondere von dem distalen Ende , und zur Abgabe des Sekundärlichts an das distale Ende des Lichtwellenleiters .
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter eine numerische Apertur aufweist , welche größer ist als 0 , 4 oder bevorzugt größer ist als 0 , 5 oder größer ist als 0 , 6 .
Fernsensorik-Einheit kann ferner eines oder mehrere der vorstehend im Zusammenhang mit der Fernsensorik-Vorrichtung beschriebenen Merkmale umfassen .
Bevorzugt ist der Lichtwellenleiter der Fernsensorik- Einheit und/oder der Fernsensorik-Vorrichtung dazu ausgebildet , das Primärlicht von dem proximalen Ende zum distalen Ende zu übertragen . Es kann aber alternativ auch vorgesehen sein, dass das Primärlicht anderweitig zum distalen Ende und damit zur Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit gelangt , etwa indem das Primärlicht als Freistrahl oder über eine andere Zuleitungs faser an die Licht- Aufnahme/Abgabe-Einheit am distalen Ende des Lichtwellenleiters geleitet wird . Die Fernsensorik-Einheit und/oder die Fernsensorik-Vorrichtung kann demnach einen weiteren Zuleitungswellenleiter umfassen, welcher dazu ausgebildet ist , das Primärlicht an das distale Ende des Lichtwellenleiters zu leiten .
Ferner betri f ft die Erfindung ein Endoskop umfassend eine Fernsensorik-Vorrichtung oder eine Fernsensorik-Einheit wie vorstehend beschrieben . Nachfolgend werden bevorzugte Aus führungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben . Dabei zeigen :
Fig . 1 : eine schematische Darstellung des distalen Endes eines Lichtwellenleiters mit einer auf dem distalen Ende aufgebrachten Licht-Aufnahme/Abgabe- Einheit , welche Primärlicht in axialer Richtung empfängt ,
Fig . 2 : eine schematische Darstellung des distalen Endes eines Lichtwellenleiters mit einer auf dem distalen Ende mechanisch aufgebrachten Licht- Aufnahme/Abgabe-Einheit , welche Primärlicht in radialer Richtung empfängt ,
Fig . 3 : schematische Veranschaulichung verschiedener Möglichkeiten für Lichtwellenleiter mit ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildeten Strukturelementen bzw . deren Querschnittsregionen,
Fig . 4 : schematische Veranschaulichung verschiedener Aspekte für Variationen unter Strukturelementen bzw . deren Querschnittsregionen und Möglichkeiten für Kombinationen dieser Aspekte ,
Fig . 5 : schematische Veranschaulichung exemplarischer Möglichkeiten für Lichtwellenleiter mit ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildeten Strukturelementen bzw . deren Querschnittsregionen, wobei die Wellenleiter j eweils ein Strukturelement eines ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen eines zweiten Typs und ggf . weiterer Typen umfassen,
Fig . 6 : schematische Veranschaulichung verschiedener Möglichkeiten für Wellenleiter mit ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildeten Strukturelementen bzw . deren Querschnittsregionen, wobei die Wellenleiter j eweils eine Viel zahl von Strukturelementen eines ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen eines zweiten Typs und ggf . weiterer Typen umfassen,
Fig . 7 : schematische perspektivische Ansichten eines Lichtwellenleiters mit zwei Typen von Strukturelementen deren Querschnittsbereiche ungleichmäßig auf einem Gitter verteilt angeordnet sind .
Fig . 8 : eine schematische Darstellung des distalen Endes eines Lichtwellenleiters mit einer auf dem distalen Ende aufgebrachten Licht-Aufnahme/Abgabe- Einheit mit anregbarem Material , welches sich transversal über die gesamte Breite des Lichtwellenleiters erstreckt .
Fig . 1 zeigt das distale Ende eines Lichtwellenleiters 1 auf welchem eine Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit 2 mechanisch aufgebracht ist . Die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit 2 umfasst anregbares Material 20 , welches im Betrieb das durch den Lichtwellenleiter 1 übertragene Primärlicht 3 empfängt und das Sekundärlicht 4 abgibt . In dem gezeigten Beispiel ist die Licht-Aufnahme/Abgabe- Einheit 2 als ein Diamant ausgebildet und das anregbare Material 20 ist ausgebildet als ein Teilbereich des Diamanten in welchem sich ein oder mehrere Stickstof f- Fehlstellen-Zentren (NV-Zentren) befinden . Ein NV-Zentrum ist dadurch gekennzeichnet , dass im Diamantgitter ein Kohlenstof f atom durch ein Stickstof f atom (N) ersetzt ist und ein weiteres , benachbartes Kohlenstof f atom fehlt (V) .
Die Anregung erfolgt hierbei durch Primärlicht 3 mit einer Wellenlänge von z . B . 532nm oder eine Wellenlänge zwischen 515nm und 550nm . Das Sekundärlicht 4 kann eine Wellenlänge zwischen 600nm und 800nm aufweisen . Der Lichtwellenleiter 1 ist daher vorzugsweise so gewählt , dass für eine Wellenlänge von 532nm und für eine Wellenlänge im Bereich zwischen 600nm und 800nm j eweils eine Transmission von zumindest 50% , vorzugsweise von zumindest 70% , über die Länge des Lichtwellenleiters 1 vorliegt .
Die NV-Zentren, bzw . das anregbare Material 20 , ist in diesem Aus führungsbeispiel lokal begrenzt in der Licht- Aufnahme/Abgabe-Einheit 2 angeordnet . In diesem Beispiel ist das anregbare Material 20 transversal über eine Breite B angeordnet , welche geringer ist als die Breite des Lichtwellenleiters 1 , insbesondere geringer als 40% oder geringer als 30% davon . Das anregbare Material 20 ist somit transversal lediglich lokal begrenzt in der Licht- Aufnahme/Abgabe-Einheit 2 , hier dem Diamanten, anzutref fen .
Da der Lichtwellenleiters 1 in diesem Aus führungsbeispiel als Anderson-Wellenleiter ausgebildet ist , kann das Primärlicht 3 transversal lokalisiert übertragen werden . Dadurch ist es möglich, das transversal lediglich lokal begrenzt angeordnete anregbare Material 20 mit transversal lokalisiert übertragenem Primärlicht 3 anzuregen, wobei die transversale Position des Primärlichts 3 derjenigen des anregbaren Materials 3 entspricht. Der Empfang des Primärlichts 3 durch das anregbare Material erfolgt hierbei in axialer Richtung.
Das anregbare Material 20 emittiert das Sekundärlicht 4 jedoch in verschiedene Richtungen, z.B. auch in radialer Richtung. Aufgrund der verhältnismäßig hohen numerischen Apertur des Lichtwellenleiters 1, welche in diesem Fall größer ist als 0,5, kann eine hohe Lichtsammeleffizienz bezüglich des Sekundärlichts 4 erreicht werden.
Um die Lichtsammeleffizienz noch zu erhöhen ist zudem vorgesehen, dass die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit 2, hier der Diamant, eine reflektierende Beschichtung 22 aufweist, welche auf der Außenoberfläche aufgebracht ist. Ferner weist die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit 2, hier der Diamant, eine umlaufende Fase 24 zur Umlenkung des Sekundärlichts auf, welche ebenfalls mit der Beschichtung 22 versehen sein kann.
Fig. 2 zeigt das distale Ende eines Lichtwellenleiters 1 wie in Fig. 1, wobei hier die transversale Position des Primärlichts 3 von derjenigen des transversal lokal begrenzt angeordneten anregbare Material 20 abweicht. Insbesondere kann die transversale Position des Primärlichts 3 im Bereich des Reflektors bzw. der umlaufenden Fase 24 der Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit 2 liegen. Das anregbare Material 20 ist dadurch in axialer Richtung (d.h. senkrecht zur Querschnittsfläche des distalen Endes des Lichtwellenleiters ) räumlich begrenzt anregbar . Es ist demnach möglich, dass das sich über die Höhe H erstreckende anregbare Material 20 nur über einen Teil dieser Höhe H angeregt wird, so dass eine Gradientenfeldmessung ermöglicht wird .
Bezugnehmend auf die Fig . 3 bis 6 soll nachfolgend nochmals beispielhaft auf verschiedene Ausprägungen einer möglichen Ungleichmäßigkeit der Strukturelemente des Lichtwellenleiters eingegangen werden . Wie beschrieben können die Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, einerseits durch eine Ungleichmäßigkeit im Verhältnis zueinander gekennzeichnet sein, andererseits durch eine Regelmäßigkeit dahingehend, dass die Ungleichmäßigkeit der Strukturelemente eindeutig vorbestimmt ist , insbesondere deterministisch und/oder reproduzierbar ist und nicht dem Zufall folgt .
Beispielsweise können die Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist , zueinander ungleichmäßige Geometrien aufweisen, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt sind und/oder zueinander ungleichmäßige Brechungsindi zes aufweisen, welche eindeutig durch die vorbestimmte Regel festgelegt sind .
Fig . 3 zeigt anhand eines Baumdiagramms verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung einer ungleichmäßigen Anordnung, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist . In Fig . 3a ist als Ausgangspunkt ein Strukturelement 10a gezeigt , welches z . B . als Matrixmaterial ausgebildet sein kann ( es ist auch möglich, dass das Strukturelement 10a als Luft ausgebildet ist bzw . abwesend ist ) . Figur 3b zeigt einen davon abgeleiteten weiteren Ausgangspunkt mit dem Strukturelement 10a sowie einer Viel zahl von periodischen Positionen P zur Belegung mit Strukturelementen, welche dann eine periodische Positionierung aufweisen . Figur 3d zeigt einen weiteren von Fig . 3a abgeleiteten Ausgangspunkt mit dem Strukturelement 10a sowie einer Viel zahl von aperiodischen Positionen P zur Belegung mit Strukturelementen, um eine aperiodische Positionierung zu erlangen . Ausgehend von den in Fig . 3b und 3d gezeigten Ausgangspunkten ergeben sich durch Belegung der Positionen P mit Strukturelementen erfindungsgemäße Wellenleiter wie nachfolgend näher beschrieben wird .
Ausgehend von Fig . 3b zeigt Fig . 3c einen Wellenleiter 1 mit Strukturelementen 10b, 10c deren Querschnittsregionen eine periodische Positionierung aufweisen und/oder auf periodischen Positionen liegen . Der in Fig . 3c gezeigte Wellenleiter weist drei Typen von Strukturelementen 10a, 10b, 10c auf , welche j eweils einen anderen Brechungsindex aufweisen können . Beispielsweise kann das Strukturelement 10a als Matrixmaterial ausgebildet sein und die Strukturelemente 10b und 10c können Hohlräume in dem Matrixmaterial sein, welche mit Materialien abweichender Brechungsindi zes gefüllt sind .
Möglich ist j edoch ebenso , dass eines der Materialien der Strukturelemente 10b und 10c wiederum dem Matrixmaterial des Strukturelements 10a entspricht bzw . dass die diesen Strukturelementen entsprechenden ( gefüllten) Hohlräume in dem Matrixmaterial fehlen (vergleiche hierzu weiter unten zu Fig . 5a ) . Möglich ist ebenso , dass das Strukturelement 10a als Luft ausgebildet ist bzw . abwesend ist und die Strukturelemente 10b und 10c aneinandergrenzen (vergleiche hierzu weiter unten zu Fig . 6a ) .
Der in Fig . 3c gezeigte Wellenleiter 1 weist Strukturelemente 10b, 10c mit einer periodischen Positionierung auf . Die Strukturelemente 10b, 10c sind j edoch unterschiedlichen Typs und die Belegung der unterschiedlichen Typen auf dem regelmäßigen Gitter ist ungleichmäßig, aber durch eine vorbestimmte Regel festgelegt . Insbesondere ist somit die Variation der Strukturelemente 10b, 10c untereinander ungleichmäßig, aber durch eine vorbestimmte Regel festgelegt . Die Strukturelemente 10b, 10c können insbesondere als deterministisch ungeordnet bezeichnet werden . Fig . 3c zeigt somit einen Fall eines Wellenleiters 1 , wobei die Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist . Der Begri f f der Anordnung ist hierbei dahingehend zu verstehen, dass die Auswahl bzw . Belegung der verschiedenen Typen von Strukturelementen 10b, 10c auf den j eweiligen periodischen Positionen ungleichmäßig ist , aber durch die vorbestimmte Regel festgelegt ist , also nicht zufällig ist .
Möglich ist darüber hinaus , dass die Strukturelemente 10b, 10c sich nicht hinsichtlich ihrer Brechungsindi zes unterscheiden, also z . B . denselben Brechungsindex aufweisen bzw . aus demselben Material bestehen, j edoch hinsichtlich anderer Aspekte variieren (vergleiche hierzu weiter unten zu Fig . 4 ) . Es ist ferner möglich, dass die Strukturelemente 10b, 10c sich sowohl hinsichtlich ihrer Brechungsindi zes unterscheiden als auch hinsichtlich anderer Aspekte .
Ausgehend von Fig . 3d zeigt Fig . 3e einen Wellenleiter 1 mit zwei Typen von Strukturelementen, nämlich dem Strukturelement 10a, welches z . B . als Matrixmaterial ausgebildet sein kann, sowie einer Viel zahl von Strukturelementen 10b, welche beispielsweise als , insbesondere gefüllte , Hohlräume in dem Matrixmaterial ausgebildet sein können . Die Querschnittsregionen der Strukturelemente 10b sind in diesem Fall aperiodisch positioniert . Die Positionierung der Strukturelemente 10b kann hierbei nun die Ungleichmäßigkeit darstellen, welche durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist . Insbesondere können die Strukturelemente 10b des zweiten Typs ungleichmäßige , aber durch eine vorbestimmte Regel festgelegte , Positionen aufweisen . Fig . 3e zeigt somit einen Fall eines Wellenleiters 1 , wobei die Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist . Der Begri f f der Anordnung ist hierbei dahingehend zu verstehen, dass die oder einige der Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen aperiodisch positioniert sind, wobei die Positionen durch die vorbestimmte Regel festgelegt sind, also nicht zufällig sind . Im Fall von Fig . 3e ist insbesondere vorgesehen, dass die Strukturelemente 10b des zweiten Typs einen einheitlichen Brechungsindex aufweisen, einheitliche Geometrien aufweisen und/oder im Hinblick auf weitere Aspekte einheitlich ausgebildet sind, insbesondere identisch ausgebildet sind . In diesem Fall kann von einer einheitlichen Belegung der aperiodischen Positionen gesprochen werden . Fig . 3 f zeigt demgegenüber ausgehend von Fig . 3d einen Wellenleiter 1 bei welchem eine aperiodische Positionierung von Strukturelementen mit zugleich verschiedenen Typen von Strukturelementen 10b, 10c vorgesehen ist . In diesem Fall kann die Ungleichmäßigkeit , welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist , in der aperiodischen Positionierung der Strukturelemente 10b, 10c liegen oder in der Belegung, also der Variation der Strukturelemente 10b, 10c untereinander, liegen, oder sowohl in der Positionierung als auch in der Belegung liegen .
Fig . 4 zeigt verschiedene Möglichkeiten von Variationen, welche Strukturelemente untereinander aufweisen können (mittlere Zeile ) sowie beispielhafte , nicht abschließend zu verstehende , Kombinationsmöglichkeiten der Variationen (untere Ziele ) . Die gezeigten Variationen können insbesondere für eine Belegung von Positionen mit Strukturelementen herangezogen werden, welche ungleichmäßig ausgebildet ist , aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist . Strukturelemente , deren Querschnittsregionen auf periodischen oder auch aperiodischen Positionen, z . B . innerhalb eines Matrixmaterials , lokalisiert sind, können beispielsweise untereinander hinsichtlich ihrer Form variieren, hinsichtlich ihres Typs bzw . Brechungsindex variieren, hinsichtlich ihres Substruktur variieren und/oder hinsichtlich ihrer Rotation (und/oder lokalen Position) variieren .
Beispielsweise können Variationen der Geometrien der Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, ausgebildet sein als Variationen der Form (Anzahl der Ecken, Durchmesser ) . Variationen der Geometrie können auch als Variationen der Substruktur ausgebildet sein . Eine Substruktur kann insbesondere darin liegen, dass ein Strukturelement , insbesondere dessen Querschnittsregion, zumindest zwei verschiedene Bereiche unterschiedlicher Brechungsindi zes aufweist , insbesondere einen Kern und einen umgebenen Mantel (Kern-Mantel-System) .
In Kombination kann beispielsweise eine erste Art von Strukturelementen einen polygonalen Mantel und/oder einen polygonalen Kern aufweisen und eine zweite Art von Strukturelementen einen runden Mantel und einen polygonalen Kern aufweisen (untere Zeile , erste Spalte ) . Diese zwei Arten von Strukturelementen können dann beispielsweise zur Belegung periodischer oder auch aperiodischer Positionen dienen .
Ferner kann beispielsweise eine erste Art von Strukturelementen einen ersten Brechungsindex und einen ersten Durchmesser aufweisen und eine zweite Art von Strukturelementen einen zweiten Brechungsindex und einen zweiten Durchmesser aufweisen (untere Zeile , zweite Spalte ) ; oder eine erste Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem Kern mit einem ersten Durchmesser und eine zweite Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem Kern mit einem zweiten Durchmesser (untere Zeile , dritte Spalte ) ; oder eine erste Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem Kern mit einem ersten Brechungsindex und eine zweite Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem Kern mit einem zweiten Brechungsindex (untere Zeile , vierte Spalte ) ; oder eine erste Art von Strukturelementen einen ersten Durchmesser und eine Rotation um einen außerhalb des Strukturelements liegenden Drehpunkt und eine zweite Art von Strukturelementen einen zweiten Durchmesser und eine Rotation um einen außerhalb des Strukturelements liegenden Drehpunkt (untere Zeile, fünfte Spalte) , oder eine erste Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem zentrierten Kern und eine zweite Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem Kern mit einer Rotation um einen außerhalb des Kerns liegenden Drehpunkt (untere Zeile, sechste Spalte) , und dergleichen mehr.
Fig. 5a zeigt einen Wellenleiter 1, welcher jeweils in einigen Aspekten mit dem Wellenleiter aus Fig. 3c vergleichbar ist. Der Wellenleiter weist ein erstes Strukturelement 10a auf, welches z.B. als Matrixmaterial ausgebildet sein kann. Ferner weist der Wellenleiter eine Vielzahl von Strukturelementen 10b auf, welche z.B. als filamentierte Hohlräume in dem Matrixmaterial ausgebildet sein können. Die Strukturelemente 10b liegen auf periodischen Plätzen, jedoch sind nicht alle periodischen Plätzen mit einem Strukturelement belegt. Fig. 5a zeigt somit einen Fall eines Wellenleiters 1, wobei die Strukturelemente bzw. deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist. Der Begriff der Anordnung ist hierbei dahingehend zu verstehen, dass die oder einige der Strukturelemente bzw. deren Querschnittsregionen auf periodischen Plätzen liegen, wobei einige der periodischen Plätze belegt sind und einige der periodischen Plätze unbelegt sind und die Belegung eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt, ausgebildet ist, also nicht zufällig ist.
Fig. 5b zeigt einen Wellenleiter 1, welcher jeweils in einigen Aspekten mit dem Wellenleiter aus Fig . 3 f vergleichbar ist . Der Wellenleiter weist ein erstes Strukturelement 10a auf , welches z . B . als Matrixmaterial ausgebildet sein kann . Ferner weist der Wellenleiter eine Viel zahl von Strukturelementen 10b mit einem ersten Durchmesser auf sowie eine Viel zahl von Strukturelementen 10c mit einem zweiten Durchmesser . Die Strukturelemente sind in diesem Beispiel aperiodisch positioniert , wobei die aperiodische Positionierung ungleichmäßige , aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet sein kann . Fig . 5b zeigt somit einen Fall eines Wellenleiters 1 , wobei die Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist . Der Begri f f der Anordnung ist hierbei dahingehend zu verstehen, dass die oder einige der Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen aperiodisch positioniert sind, wobei die aperiodischen Positionen durch die vorbestimmte Regel festgelegt sind, also nicht zufällig sind und/oder wobei die Strukturelemente untereinander eine Variation aufweisen, welche ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , wobei die Variation als zwei Arten von Strukturelementen ausgebildet ist , z . B . mit verschiedenen Durchmessern .
Fig . 6 zeigt einige Wellenleiter 1 , mit j eweils einer Viel zahl von Strukturelementen einer ersten Art und einer Viel zahl von Strukturelementen einer zweiten Art (und mitunter weiteren Arten in Fig . 6d) . Die hier gezeigten Wellenleiter 1 weisen insbesondere kein Matrixmaterial auf , vielmehr grenzen die Strukturelemente aneinander . Die in Fig . 6 gezeigten Wellenleiter 1 haben gemeinsam, dass die Strukturelemente der verschiedenen Arten, insbesondere deren Querschnittsregionen, periodisch positioniert sind, jedoch die Belegung der periodischen Positionen mit den Arten der Strukturelemente ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt, ausgebildet ist. Die in Fig. 6 gezeigten Wellenleiter 1 zeichnen sich somit dadurch aus, dass die Strukturelemente bzw. deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist, wobei der Begriff der Anordnung hierbei dahingehend zu verstehen ist, dass die Auswahl bzw. Belegung der verschiedenen Arten von Strukturelementen auf den periodischen Positionen ungleichmäßig, aber durch die vorbestimmte Regel festgelegt ist, also nicht zufällig ist.
Fig. 6a zeigt etwa einen Wellenleiter 1 mit einer Vielzahl von Strukturelementen 10a und einer Vielzahl von Strukturelementen 10b, welche unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
Fig. 6b zeigt einen Wellenleiter 1 mit einer Vielzahl von Strukturelementen lOd und einer Vielzahl von Strukturelementen lOe, welche unterschiedliche Brechungsindizes und eine unterschiedliche Substruktur aufweisen, wobei die Substruktur durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindizes a und b) bzw. 10a und 10c (mit Brechungsindizes a und c) definiert ist. Die Substruktur liegt hier darin, dass die Strukturelemente lOd und lOe als Kern-Mantel-Systeme ausgebildet sind, wobei sich die Kerne unterscheiden.
Fig. 6c zeigt in ähnlicher Weise einen Wellenleiter 1 mit einer Vielzahl von Strukturelementen lOd und einer Vielzahl von Strukturelementen lOe, welche unterschiedliche Brechungsindizes und eine unterschiedliche Substruktur aufweisen, wobei die Substruktur durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindizes a und b) bzw. 10c und 10b (mit Brechungsindizes c und b) definiert ist. Die Substruktur liegt hier darin, dass die Strukturelemente lOd und lOe als Kern-Mantel-Systeme ausgebildet sind, wobei sich die Mäntel unterscheiden.
Fig. 6d zeigt in ähnlicher Weise einen Wellenleiter 1 mit einer Vielzahl von Strukturelementen lOe, einer Vielzahl von Strukturelementen lOf, einer Vielzahl von Strukturelementen 10g, und einer Vielzahl von Strukturelementen 10h, welche unterschiedliche Brechungsindizes und eine unterschiedliche Substruktur aufweisen, wobei die Substruktur durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindizes a und b) bzw. 10a und 10c (mit Brechungsindizes a und c) bzw. 10b und lOd (mit Brechungsindizes b und d) bzw. 10c und lOd (mit Brechungsindizes c und d) definiert ist. Die Substruktur liegt hier darin, dass die Strukturelemente lOe, lOf, 10g und 10h als Kern-Mantel-Systeme ausgebildet sind, wobei sich sowohl die Mäntel als auch die Kerne unterscheiden .
Fig. 6e zeigt einen Wellenleiter 1 mit einer Vielzahl von
Strukturelementen 10c und einer Vielzahl von
Strukturelementen lOd, welche unterschiedliche Geometrien und eine unterschiedliche Substruktur aufweisen, wobei die Substruktur des Strukturelements 10c durch die Sub-
Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindizes a und b und einem ersten Kerndurchmesser) definiert ist, und die Substruktur des Strukturelements lOd durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindi zes a und b und einem zweiten Kerndurchmesser ) .
Fig . 6f zeigt einen Wellenleiter 1 mit einer Viel zahl von Strukturelementen 10c und einer Viel zahl von Strukturelementen l Od, welche unterschiedliche Geometrien und eine unterschiedliche Substruktur aufweisen, wobei die Substruktur des Strukturelements 10c durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindi zes a und b und einem zentral positionierten Kern) definiert ist , und die Substruktur des Strukturelements l Od durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindi zes a und b und einem exzentrisch positionierten Kern) .
Fig . 7 zeigt beispielhaft eine dreidimensionale Ansicht eines Lichtwellenleiters 1 mit einer Viel zahl von Strukturelementen eines ersten Typs 10a und eine Viel zahl von Strukturelementen eines zweiten Typs 10b . In diesem Beispiel sind die Querschnittsregionen der Strukturelemente auf einem periodischen Gitter angeordnet .
Fig . 8 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel einer Fernsensorik-Einheit mit einem Lichtwellenleiter 1 und einer auf dem distalen Ende des Lichtwellenleiters 1 aufgebrachten Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit 2 . Die Licht- Aufnahme/Abgabe-Einheit 2 umfasst in diesem Beispiel anregbares Material 20 , welches sich in radialer Richtung im Wesentlichen über die gesamte Breite des Lichtwellenleiters erstreckt . Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass sich das anregbare Material über eine Breite erstreckt , welche zumindest 50 Prozent , vorzugsweise zumindest 75 Prozent , der Breite der Licht-Aufnahme/Abgabe- Einheit 2 und/oder des Lichtwellenleiters 1 entspricht . Das anregbare Material erstreckt sich in manchen Aus führungs formen in axialer Richtung (d.h. senkrecht zur Querschnittsfläche des distalen Endes des Lichtwellenleiters) lediglich über einen Teil der Licht- Aufnahme/Abgabe-Einheit 2, beispielsweise über weniger als 90 Prozent, insbesondere über weniger als 75 Prozent der Höhe der Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit 2. Bevorzugt erstreckt sich das anregbare Material jedoch in axialer Richtung über die gesamte Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit 2.
Konkret kann die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit 2 beispielsweise als eine Diamantschicht ausgebildet sein, welche sich z.B. über die komplette distale Facette erstreckt. Das anregbare Material kann dabei z.B. als eine, zumindest radial, homogene Besetzung mit NV-Zentren ausgebildet sein.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann insbesondere eine vollflächige Bestrahlung der Licht-Aufnahme/Abgabe- Einheit 2 und/oder des anregbaren Materials 20 mit Primärlicht 3 erfolgen. Das von der Licht-Aufnahme/Abgabe- Einheit 2 an das distale Ende des Lichtwellenleiters 1 abgegebene Sekundärlicht 4 kann hierbei in radialer Richtung, d.h. entlang der Breite des anregbaren Materials 20, unterschiedliche Intensität aufweisen. Dieses Sekundärlicht 4 kann dann transversal lokalisiert durch den vorzugsweise wiederum als Anderson-Wellenleiter ausgebildeten Lichtwellenleiter 1 übertragen werden.
Durch das beschriebene Ausführungsbeispiel kann somit eine Fernsensorik-Einheit realisiert sein, welche einen radial ortsaufgelösten Sensor bildet, z.B. einen 2D-Sensor. Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2020 116 444.0 und die internationale Patentanmeldung PCT/EP2021/066986 werden hiermit durch Referenz inkorporiert.

Claims

Patentansprüche
1 . Fernsensorik-Vorrichtung umfassend : eine Primärlichtquelle zur Abgabe von Primärlicht mit einer ersten Wellenlänge , einen Lichtwellenleiter mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende , eingerichtet zur Übertragung des Primärlichts von dem proximalen Ende zum distalen Ende und zur Rückübertragung von an dem distalen Ende durch das Primärlicht bewirktem Sekundärlicht mit einer zweiten Wellenlänge zum proximalen Ende , eine am distalen Ende des Lichtwellenleiters angeordnete Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit zur Aufnahme des Primärlichts von dem distalen Ende und zur Abgabe des Sekundärlichts an das distale Ende des Lichtwellenleiters , und einen am proximalen Ende des Lichtwellenleiters angeordneten Sekundärlichtempfänger zum Empfang des Sekundärlichts von dem proximalen Ende des Lichtwellenleiters , wobei der Lichtwellenleiter eine numerische Apertur aufweist , welche größer ist als 0 , 5 .
2 . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei der Lichtwellenleiter dazu eingerichtet ist , dass Primärlicht und/oder das Sekundärlicht transversal lokalisiert zu übertragen, insbesondere transversal mit einer räumlichen Auflösung zu übertragen, derart , dass der Lichtwellenleiter einen Bildleiter bildet , und/oder wobei der Lichtwellenleiter eine Viel zahl von Strukturelementen umfasst , welche sich j eweils von dem proximalen zum distalen Ende sowie anteilig über den Querschnitt des Lichtwellenleiters erstrecken, derart , dass im Querschnitt des Wellenleiters eine Viel zahl von Querschnittsregionen definiert ist , welche j eweils dem Querschnitt eines einzelnen Strukturelements entsprechen, und/oder wobei die Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, ungleichmäßig angeordnet sind, um eine transversale Anderson-Lokalisierung des Primärlichts und/oder des Sekundärlichts zu bewirken . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit am distalen Ende des Lichtwellenleiters ein Material umfasst , welches unter Aufnahme des Primärlichts eine Abgabe des Sekundärlichts ermöglicht , und/oder wobei die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit am distalen Ende des Lichtwellenleiters ein anregbares Material umfasst , welches eine elektronische Struktur aufweist , welche eine Anregung durch das Primärlicht und einen Zerfall unter Abgabe des Sekundärlichts ermöglicht , wobei die Anregung vorzugsweise durch Primärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 200nm und 20pm ermöglicht ist und/oder der Zerfall vorzugsweise unter Abgabe von Sekundärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 200nm und 20pm ermöglicht ist , und wobei die energetischen Zustände vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass mithil fe des empfangenen Sekundärlichts eine externe Messgröße messbar wird, beispielsweise eine externe Messgröße aus der Gruppe umfassend ein Magnetfeld, eine Leitfähigkeit , eine Temperatur, eine Stof fmenge oder Stof f konzentration, z . B . eine Sauerstof f Sättigung . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit am distalen Ende des Lichtwellenleiters einen Diamanten mit einem oder mehreren Stickstof f-Fehlstellen-Zentren als anregbares Material umfasst , welches eine elektronische Struktur aufweist , welche eine Anregung durch das Primärlicht und einen Zerfall unter Abgabe des Sekundärlichts ermöglicht , wobei die Anregung vorzugsweise durch Primärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 500nm und 560nm, z . B . 532nm, ermöglicht ist und/oder der Zerfall vorzugsweise unter Abgabe von Sekundärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 600nm und 800nm ermöglicht ist , und wobei die energetischen Zustände vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass mithil fe des empfangenen Sekundärlichts ein externes Magnetfeld messbar wird, insbesondere mithil fe einer Aufspaltung und/oder Energieverschiebung von Spektrallinien unter Einfluss des externen Magnetfelds , bevorzugt unter Einstrahlung von Mikrowellen . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere das oder die Stickstof f-Fehlstellenzentren und/oder das anregbare Material , derart an dem distalen Ende des Lichtwellenleiters angeordnet ist , dass eine räumlich begrenzte Aufnahme des Primärlichts , insbesondere eine räumlich begrenzte Anregung durch das Primärlicht , ermöglicht ist , wenn eine transversal lokalisierte Übertragung von Primärlicht durch den Lichtwellenleiter erfolgt , und/ oder wobei die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere der Diamant , einen Reflektor zur Umlenkung des Primärlichts und/oder des Sekundärlichts aufweist , z . B . eine Fase und/oder eine Beschichtung, insbesondere derart , dass eine räumlich begrenzte Aufnahme des Primärlichts senkrecht zur Querschnitts fläche des distalen Endes des Lichtwellenleiters ermöglicht ist .
6. Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere der Diamant , mechanisch mit dem distalen Ende des Lichtwellenleiters verbunden ist , und wobei die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere der Diamant , sich vorzugsweise über zumindest 50% des Querschnitts des distalen Endes des Lichtwellenleiters erstreckt , besonders bevorzugt über zumindest 75% des Querschnitts des distalen Endes des Lichtwellenleiters erstreckt , und wobei die Stickstof f-Fehlstellen-Zentren oder das anregbare Material , vorzugsweise lediglich in einem räumlichen Teilbereich der Licht-Aufnahme/Abgabe- Einheit oder des Diamanten, angeordnet sind, beispielsweise in einem radial inneren Teilbereich, welcher von einem radial äußeren Teilbereich ohne anregbares Material oder ohne Stickstof f-Fehlstellenzentren umgeben ist , wobei zumindest in dem radial äußeren Teilbereich der Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit oder des Diamanten vorzugsweise ein Reflektor zur Umlenkung des Primärlichts und/oder des Sekundärlichts vorgesehen ist , z . B . eine Fase und/oder eine Beschichtung, und wobei der Reflektor vorzugsweise Sekundärlicht , insbesondere radial abgegebenes Sekundärlicht , auf das distale Ende des Lichtwellenleiters umlenkt , um die Lichtsammelef fi zienz des Lichtwellenleiters zu erhöhen, und/oder wobei der Reflektor Primärlicht , insbesondere transversal lokalisiertes Primärlicht , auf die Stickstof f-Fehlstellen-Zentren oder das anregbare Material umlenkt .
7 . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Stickstof f-Fehlstellen-Zentren oder das anregbare Material sich radial im Wesentlichen über die gesamte Breite der Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere des Diamanten, erstrecken oder zumindest über 50% des Querschnitts , vorzugsweise zumindest über 75% des Querschnitts der Licht-Aufnahme/Abgabe- Einheit , insbesondere des Diamanten, erstrecken und/ oder wobei die Stickstof f-Fehlstellen-Zentren oder das anregbare Material sich radial im Wesentlichen über die gesamte Breite des Lichtwellenleiters erstrecken oder zumindest über 50% des Querschnitts , vorzugsweise zumindest über 75% des Querschnitts des Lichtwellenleiters erstrecken .
8 . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere der Diamant , das oder die Stickstof f- Fehlstellen-Zentren und/oder das anregbare Material , derart an dem distalen Ende des Lichtwellenleiters angeordnet ist , dass zumindest 0 , 5% , vorzugsweise zumindest 5% des Sekundärlichts am distalen Ende in den Lichtwellenleiter einkoppelbar ist , insbesondere nach Umlenkung durch die Fase oder den Reflektor, und/ oder wobei die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere das oder die Stickstof f-Fehlstellenzentren und/oder das anregbare Material , lediglich über einem Teilbereich des Querschnitts des distalen Endes des Lichtwellenleiters angeordnet ist , vorzugsweise über einen Teilbereich von weniger als 50% der Querschnitts fläche , besonders bevorzugt über einen Teilbereich von weniger als 25% der Querschnitts fläche .
9. Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei der Lichtwellenleiter einen Querschnitt zwischen 30pm und 5000pm aufweist , vorzugsweise zwischen 50pm und 3000pm aufweist , und/oder wobei der Lichtwellenleiter eine Länge zwischen zwischen 10mm und 10000mm aufweist , vorzugsweise zwischen 50mm und 2000mm aufweist , und/oder wobei der Lichtwellenleiter zumindest teilweise flexibel ausgebildet ist und/oder zumindest teilweise starr ausgebildet ist .
10 . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei der Lichtwellenleiter eine Transmission von zumindest 30% , bevorzugt zumindest 40% , nochmals bevorzugter zumindest 50% , für eine Wellenlänge von 532nm aufweist und/oder wobei der Lichtwellenleiter eine Transmission von zumindest 30% , bevorzugt zumindest 40% , nochmals bevorzugter zumindest 50% , für eine Wellenlänge im Bereich zwischen 600nm und 800nm aufweist und/oder wobei der Lichtwellenleiter für eine Wellenlänge von 532nm und/oder für eine Wellenlänge im Bereich zwischen 600nm und 800nm eine Dämpfung von unter 50 dB/m, insbesondere von unter 10 dB/m, insbesondere von unter 1 dB/m aufweist , und/oder wobei der Lichtwellenleiter polarisationserhaltend ausgebildet ist und/oder wobei der Lichtwellenleiter nicht-magnetisch ausgebildet ist . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei der Lichtwellenleiter zumindest zwei verschiedene Typen von Strukturelementen umfasst , nämlich einen erster Typ mit einem ersten Brechungsindex und einen zweiten Typ mit einem zweiten Br e chungs index, wobei vorzugsweise eine Viel zahl von Strukturelementen des ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind, wobei die Strukturelemente des ersten Typs ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem ersten Medium, wobei das erste Medium den ersten Brechungsindex aufweist , wobei die Strukturelemente des zweiten Typs ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem zweiten Medium, wobei das zweite Medium den zweiten Brechungsindex aufweist oder wobei die Strukturelemente des zweiten Typs ausgebildet sind als Hohlräume in den Strukturelementen des ersten Typs , wobei die Hohlräume vorzugsweise den zweiten Brechungsindex bilden, und/oder wobei vorzugsweise ein Strukturelement des ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind, wobei das Strukturelement des ersten Typs ausgebildet ist als , insbesondere monolithischer, Grundkörper mit oder aus einem ersten Medium, wobei das erste Medium den ersten Brechungsindex aufweist , und wobei die Strukturelemente des zweiten Typs ausgebildet sind als Hohlräume in dem Grundkörper, wobei die Hohlräume vorzugsweise den zweiten Brechungsindex bilden . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist , wobei die ungleichmäßige Anordnung, welche eindeutig durch die vorbestimmte Regel festgelegt ist , ausgebildet ist
( a ) als eine periodische Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, wobei die periodisch positionierten Strukturelemente untereinander eine Variation aufweisen, welche ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , wobei die Variation der periodisch positionierten
Strukturelemente untereinander vorzugsweise als Variation des Typs der Strukturelemente , des Brechungsindex der Strukturelemente und/oder der Geometrie ( z . B . der Form, des Durchmessers und/oder der Substruktur ) der Strukturelemente ausgebildet ist , (b ) als eine aperiodische Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, wobei die aperiodischen Positionen der Strukturelemente ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet sind, wobei optional die Strukturelemente zudem untereinander eine Variation aufweisen, welche ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , und/oder ( c ) als eine Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, auf periodischen Plätzen, wobei einige der periodischen Plätze belegt sind und einige der periodischen Plätze unbelegt sind und die Belegung eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , wobei optional die Strukturelemente zudem untereinander eine Variation aufweisen, welche ungleichmäßig, aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, derart angeordnet sind, vorzugsweise derart ungleichmäßig angeordnet sind, besonders bevorzugt derart ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt angeordnet sind, dass der Lichtwellenleiter eine numerische Apertur aufweist , welche größer ist als 0 , 4 , vorzugsweise größer ist als 0 , 5 , besonders bevorzugt größer ist als 0 , 6 . Fernsensorik-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , ferner umfassend einen Mikrowellengenerator und/oder eine Mikrowellenantenne zur Einstrahlung von Mikrowellen auf die Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit , insbesondere den Diamanten, das oder die Stickstof f- Fehlstellen-Zentren und/oder das anregbare Material und/ oder ferner umfassend eine Auswerteeinheit zur Auswertung des von dem Sekundärlichtempfänger empfangenden Sekundärlichts zur Bestimmung der externen Messgröße mithil fe des empfangenen Sekundärlichts . Fernsensorik-Einheit umfassend : einen Lichtwellenleiter mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende , eingerichtet zur Übertragung von Primärlicht von dem proximalen Ende zum distalen Ende und/oder zur Rückübertragung von an dem distalen Ende durch das Primärlicht bewirktem Sekundärlicht mit einer anderen Wellenlänge zum proximalen Ende , und eine am distalen Ende des Lichtwellenleiters angeordnete Licht-Aufnahme/Abgabe-Einheit zur Aufnahme des Primärlichts , insbesondere von dem distalen Ende , und zur Abgabe des Sekundärlichts an das distale Ende des Lichtwellenleiters , wobei der Lichtwellenleiter eine numerische Apertur aufweist , welche größer ist als 0 , 5 . Fernsensorik-Einheit gemäß dem vorstehenden Anspruch umfassend eines oder mehrere der Merkmale gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 . Endoskop umfassend eine Fernsensorik-Vorrichtung oder eine Fernsensorik-Einheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche .
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