PL165353B1

PL165353B1 - Dyfuzor swiatlowodowy i sposób jego wytwarzania PL PL

Info

Publication number: PL165353B1
Application number: PL91289331A
Authority: PL
Inventors: William R Potter
Original assignee: Health Research Inc
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1994-12-30
Also published as: ZA908982B; DE69027204D1; IL96317A0; KR0180558B1; IL96317A; DE69027204T2; HUT60396A; CA2028757C; FI911117A; PL289331A1; EP0450149A1; PH27174A; HU910741D0; IE903848A1; JPH04218002A; CN1054669A; CA2028757A1; FI911117A0; ATE138741T1; KR910016306A

Abstract

1. Dyfuzor swiatlowodowy, zawierajacy swiatlowód z rdzeniem i oslona oraz odslo- nieta czesc rdzenia, znamienny tym, ze kon- cówka (15) rdzenia (14) jest otoczona tuleja (18) w sposób bezkontaktowy, która jest przy- mocowana do oslony (11, 12) swiatlowodu (10) w sasiedztwie koncówki (15) rdzenia (14), przy czym tuleja (18) zaopatrzona jest w czesc z zamknietym koncem i czesc z otwartym koncem. F i g . 3 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku są dyfuzory światłowodowe i sposób ich wytwarzania.

Wynalazek ten dotyczy urządzenia stosowanego w technice światłowodowej do wytwarzania w przybliżeniu jednolicie rozproszonego strumienia światła. W szczególności wynalazek dotyczy udoskonalenia dwóch typów dyfuzorów światłowodowych, które można wykorzystać w środowisku biologicznym. Ponadto wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania dyfuzorów.

Metoda znana jako „terapia fotodynamiczna“ (PDT) jest ostatnio szeroko stosowana w leczeniu nowotworów i guzów jak też w leczeniu innych chorób u ludzi a nawet u zwierząt.

Znana jest z opisu patentowego St. Zjedn. Ameryki nr 4 889 129 metoda PDT oraz urządzenie umożliwiające stosowanie tej metody. Istnieją trzy typy urządzeń optycznych wykorzystywane w metodzie PDT a służące do rozpraszania światła w obszarze operacyjnym. Jednym z tych typów urządzeń, dostarczających rozproszony strumień światła do obszaru poddawanych zabiegowi powierzchni tkanek są mikrosoczewki światłowodowe. Światłowodowe dyfuzory cylindryczne lub „źródła liniowe to następny typ tych urządzeń posiadający cylindryczny obszar rozpraszania światła w stosunku do osi centralnej światłowodu i nadający się do wykorzystania w cylindrycznych układach geometrycznych do leczenia takich obszarów jak oskrzela czy esica. Światłowodowy dyfuzor kulisty lub „żarówka świetlna jest trzecim typem tych urządzeń, wykorzystywanym zazwyczaj w leczeniu organów mających w przybliżeniu kształt kulistych, np. pęcherza czy jam powstałych w wyniku resekcji nowotworu.

Typowy przykład światłowodowego dyfuzora cylindrycznego i sposób jego wytwarzania przedstawiono w opisie patentowym St.Zjedn. Ameryki nr 4660925 z 28 kwietnia 1987 należącym do Jamesa S. McCaughana, Jr. Dyfuzor cylindryczny przedstawiony w tym opisie zawiera światłowód posiadający z jednej strony odsłoniętą część rdzenia z nałożonym na niego i na przylegającą doń osłonę światłowodu, medium rozpraszające oraz otwartą na końcu rurkę przylegającą do medium rozpraszającego. Sposób wytwarzania dyfuzora polega zasadniczo na usunięciu okładziny i osłony światłowodu z jednej strony w celu odsłonięcia fragmentu rdzenia światłowodu, polerowaniu odsłoniętego rdzenia, pokryciu go i przylegającej osłony medium rozpraszającym, szczelnego wprowadzenia medium rozpraszającego do rurki, wypełnieniu szpar między wcześniej naniesionym medium rozpraszającym i rurką przy użyciu medium rozpraszającego i usunięciu uwięzionego powietrza.

Typowy światłowodowy dyfuzor sferyczny oraz sposób jego wytwarzania przedstawiono w opisie patentowym St.Zjedn.Ameryki nr 4 693 556 z 15 września 1987 r., należącym do Jamesa

S.McCaughana, Jr. Metoda ta polega na usunięciu okładziny i osłony światłowodu z jednej strony w celu odsłonięcia fragmentu rdzenia światłowodu, polerowaniu odsłoniętego rdzenia, pokryciu go i przylegającej osłony medium rozpraszającym aż do uzyskania końcówki o kształcie kulistym.

165 353

W terapii fotodynamicznej podstawowym wymogiem dla dyfuzorów światłowodowych jest uzyskanie maksymalnie jednorodnego rozproszenia strumienia świetlnego w granicach tkanki zawierającej nowotwór przy zapewnieniu niezawodnych właściwości mechanicznych. Jeśli zespół dyfuzora światłowodowego pęknie w trakcie operacji czy w czasie wprowadzania, to kończy się to w najlepszym razie nieodpowiednim rozproszeniem światła. Pozostaje jednak ponadto możliwość pozostania odłamka złamanego światłowodu, a przy wystąpieniu podwyższonego poziomu koncentracji tlenu istnieje niebezpieczeństwo pożaru z powodu wystąpienia wysokiej gęstości mocy w złamanym końcu światłowodu. Ponadto istotnym wymogiem w metodzie PDT jest uzyskanie sztywności dyfuzora światłowodowego, gdyż droga, po której wprowadza się zespół światłowodowy w kanalik elastycznego endoskopu czy w tkankę nowotworu powinna być kontrolowana. Jest również pożądane, aby dyfuzory światłowodowe charakteryzowały się małymi stratami mocy i posiadały zdolność do przenoszenia maksymalnego poziomu mocy. Wymagania te nie są spełnione w wystarczającym stopniu w urządzeniach konwencjonalnych z powodu niedoskonałości ich konstrukcji i sposobów ich wytwarzania.

W opisie patentowym nr EP 299448 opisano urządzenie z włóknem światłowodowym do przenoszenia i bocznego wypromieniowywania energii laserowej, złożone z włókna światłowodowego z końcem wylotowym, który po zdjęciu jego osłony pokrywany jest mikrokapsułką. Mikrokapsułka jest przezroczysta dla promieniowania laserowego i ma w zasadzie toroidalną, pogrubioną część otaczającą końcówkę. Tak więc, mikrokapsułka skonstruowana jest tak, aby wzmocnić „koronowy wyjściowy strumień laserowy, po żądany w chirurgii plastycznej naczyń.

W opisie patentowym nr GB 2 154781 opisano końcówkę włókna światłowodowego stosowaną w fototerapeutycznym leczeniu nowotworów. Włókno ma część cylindryczną i zwężoną część końcową. Obszar rdzeniowy części końcowej pozbawiony jest osłony zewnętrznej i pokryty jest medium rozpraszającym zawierającym materiał ziarnisty. Czynnik rozpraszający ' może mieć wzdłuż zwężenia grubości równomierną lub nierównomierną, i działa jak rozpraszacz wychodzącego światła.

W opisie patentowym USA nr 4889 129 zwłaszcza na fig. 13 i 14, włókno światłowodowe wstawione jest w bańkę rozpraszającą, która przejmuje światło, rozprasza je wewnątrz bańki i emituje z równym natężeniem we wszystkich kierunkach. .

W opisie patentowym USA nr 4 693 556, ujawniono kulisty dyfuzor sferyczny stosowany w terapii fotodynamicznej. Na fig. 2 - pokazano dyfuzor 2 w skład którego wchodzi element rozpraszający 7, ukształtowany bezpośrednio na odsłoniętej końcówce rdzenia włókna, i sąsiadującą z nim osłonkę 5 bez żadnych dodatkowych elementów wzmacniających, na przykład elementu tulejowego. Tego rodzaju rozpraszacz sferyczny zwykle wykazuje małą wytrzymałość i sztywność, a zatem nie zapewnia niezawodności mechanicznej urządzenia.

Ponadto opisany w tym przeciwstawieniu sposób wytwarzania elementu rozpraszającego obejmuje etapy pokrywania osłoniętej części końcówki rdzenia kolejnymi warstwami w celu osiągnięcia symetrycznej charakterystyki rozpraszania, ale taki sposób czyni proces wytwarzania nie efektywnym i nie zapewnia również umieszczenia końcówki rdzenia włókna dokładnie w środku sfery rozpraszającej. Tak więc nie jest przy tym łatwe osiągnięcie równomierności wyjściowego strumienia światła.

Opisany wynalazek przedstawia udoskonalenie istniejących dyfuzorów światłowodowych, w tym dyfuzorów cylindrycznych i kulistych, jak też metod ich wytwarzania.

Celem wynalazku jest opracowanie cylindrycznego i kulistego dyfuzora światłowodowego wytarzającego w przybliżeniu jednorodny strumień światła rozproszonego i posiadającego dobre właściwości mechaniczne.

Celem wynalazku jest również opracowanie sposobu wytwarzania dyfuzorów światłowodowych upraszczającego konwencjonalny proces produkcji.

Dyfuzor światłowodowy zawierający światłowód z rdzeniem i osłoną oraz odsłoniętą część rdzenia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że końcówka rdzenia jest otoczona tuleją w sposób bezkontaktowy, która jest przymocowana do osłony światłowodu w sąsiedztwie końcówki rdzenia, przy czym tuleja zaopatrzona jest w część z zamkniętym końcem i część z otwartym końcem.

165 353

Korzystnie końcówka rdzenia światłowodu jet pokryta medium rozpraszającym. Korzystnie powstały jednorodny strumień światła skierowany na zewnątrz ma kształt cylindrycznej formy rozpraszającej w stosunku do osi centralnej światłowodu.

Korzystnie tuleja posiada otwór o średnicy większej niż średnica rdzenia światłowodu, lub średnica pokrytej rozpraszaczem końcówki rdzenia i posiada kształt cylindryczny z zamkniętą jedną ścianką przednią. Korzystnie tuleja jest połączona gwintową z osłoną światłowodu.

Korzystnie w czasie montażu na połączeniu gwintowym tulei jest umieszczony klej dla zapewnienia wodoszczelnego uszczelnienia między tuleją i osłoną światłowodu.

Korzystnie medium rozpraszające składa się z optycznego materiału klejącego o współczynniku załamania światła zgodnym ze współczynnikiem załamania światła rdzenia światłowodu oraz ze sproszkowanego materiału rozpraszającego o współczynniku załamania światła różnym od wspóczynnika załamania światła dla materiału klejącego, przy czym materiał rozpraszający stanowi 5% do 20% wagowych medium rozpraszającego.

Korzystnie sproszkowany materiał rozpraszający jest wybrany z grupy zawierający proszek szafirowy (tlenek aluminium), pył diamentowy lub pył tlenku cyrkonu.

Dyfuzor światłowodowy cylindryczny zawierający światłowód z odsłoniętą końcówką rdzenia do emisji energii świetlnej, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że końcówka rdzenia pokryta jest cienką warstwą medium rozpraszającego, a do osłony światłowodu w sąsiedztwie odsłoniętym końcówki rdzenia przymocowana jest tuleja z jednym końcem zamkniętym, a drugim - otwartym, przy czym pomiędzy tuleją a warstwą medium rozpraszającego znajduje się wolna przestrzeń.

Korzystnie tuleja zawiera głowicę osłaniającą rdzeń, ustawioną pod odpowiednim kątem w stosunku do osi centralnej światłowodu. Korzystnie tuleja jest połączona gwintowo z osłoną światłowodu w pobliżu końcówki rdzenia światłowodu. Korzystnie na gwincie tulei lub na gwincie osłony światłowodu w czasie montażu znajduje się klej dla zapewnienia wodoszczelnego uszczelnienia i wzmocnienia połączenia.

Korzystnie dyfuzor zawiera medium rozpraszające, które jest mieszaniną kleju optycznego i sproszkowanego materiału rozpraszającego.

Korzystnie medium rozpraszające składa się z optycznego materiału klejącego o współczynniku załamania światła zgodnym ze współczynnikiem załamania światła rdzenia światłowodu oraz ze sproszkowanego materiału rozpraszającego o współczynniku załamania światła różnym od współczynnika załamania światła dla wymienionego materiału klejącego, przy czym materiał rozpraszający stanowi 5% do 20% wagowych medium rozpraszającego.

Korzystnie sproszkowany materiał rozpraszający jest wybrany z grupy zawierającej proszek szafirowy (tlenek aluminium), pył diamentowy lub pył tlenku cyrkonu.

Dyfuzor światłowodowy kulisty zawierający światłowód z odsłoniętą końcówką rdzenia z jednej strony według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera tuleję otaczającą odsłoniętą końcówkę rdzenia, nie stykając się z nią i przymocowaną do płaszcza światłowodu w sąsiedztwie odsłoniętej końcówki rdzenia oraz medium rozpraszające, otaczające część tulei oraz odsłoniętej końcówki rdzenia.

Korzystnie tuleja jest połączona gwintowo z płaszczem światłowodu.

Korzystnie dyfuzor zawiera medium rozpraszające które jest mieszaniną optycznego materiału klejącego i sproszkowanego materiału rozpraszającego.

Korzystnie medium rozpraszające zawiera od 5% do 20% wagowych materiału rozpraszającego.

Korzystnie medium rozpraszające składa się z optycznego materiału klejącego o współczynniku załamania światła zgodnym ze współczynnikiem załamania światła rdzenia światłowodu oraz ze sproszkowanego materiału rozpraszającego o współczynniku załamania światła różnym od współczynnika załamania światła dla materiału klejącego.

Sposób wytwarzania dyfuzora światłowodowego, według wynalazku, polega na tym, że usuwa się okładzinę i osłonę światłowodu z jednego końca na określonej długości, poleruje się tę odsłoniętą końcówkę rdzenia aż do uzyskania czystej i gładkiej powierzchni, wybiera się materiał

165 353 bezbarwny i przezroczysty dla światła o określonej długości i nadaje się mu pożądany kształt przy czym jest on dłuższy od odsłoniętej końcówki rdzenia, przewierca się tę kształtkę mającą jeden koniec zamknięty uzyskując tuleję, do której wprowadza się odsłoniętą końcówkę rdzenia, po czym mocuje się tuleję od strony otwartego końca do osłony światłowodu w sąsiedztwie odsłoniętej końcówki rdzenia.

Korzystnie nakłada się optycznie homogeniczną cienką warstwę medium rozpraszającego światło na odsłoniętą i wypolerowaną końcówkę rdzenia, przy czym średnica zewnętrzna tej warstwy jest mniejsza od średnicy wewnętrznej tulei.

Korzystnie dodatkowo nadaje się kształt stożkowy zamkniętemu końcowi tulei pod określonym kątem uzyskując głowicę o zaostrzonym kształcie.

Korzystnie mocowanie tulei przeprowadza się poprzez walcowanie gwintu na wewnętrznej powierzchni tulei i wykonywanie gwintu na zewnętrznej powierzchni tulei i wykonywanie gwintu na zewnętrznej powierzchni osłony światłowodu na odcinku przylegającym do odsłoniętej końcówki rdzenia, a następnie nakładaniu materiału klejącego na gwint w czasie montażu dla uzyskania wodoszczelnego uszczelnienia i wzmocnienia połączenia.

Korzystnie stosuje się medium rozpraszające składające się z optycznego materiału klejącego o współczynniku załamania światła zgodnym ze współczynnikiem załamania światła rdzenia światłowodu oraz sproszkowanego materiału rozpraszającego w współczynniku załamania światła różnym od współczynnika załamania światła dla materiału klejącego, przy czym materiał rozpraszający stanowi 5% do 20% wagowych medium rozpraszającego.

Korzystnie sproszkowany materiał rozpraszający wybiera się z grupy zawierającej proszek szafirowy (tlenek aluminium), pył diamentowy lub pył tlenku cyrkonu.

Sposób wytwarzania kulistego dyfuzora światłowodowego, według wynalazku, polega na tym, że usuwa się okładzinę i osłonę światłowodu z jednego końca na określonej długości, poleruje się tę odsłoniętą końcówkę rdzenia aż do uzyskania czystej i gładkiej powierzchni, następnie przygotowuje się krzemokauczukową formę odlewniczej zawierającej okrągłą komorę z szyjką cylindryczną, wolno wypełnia się formę medium rozpraszającym i wprowadza się odsłoniętą końcówkę rdzenia do formy wypełnionej medium rozpraszającym, po czym utwardza się to medium rozpraszające w określonej temperaturze.

Korzystnie przed wprowadzeniem odsłoniętej końcówki rdzenia do tulei mocuje się tę tuleję do osłony światłowodu.

Korzystnie przed napełnieniem formy medium rozpraszającym przygotowuje się to medium poprzez mieszanie materiału klejącego ze sproszkowanym materiałem rozpraszającym przez określony czas, następnie odstawia się mieszaninę na pewien określony czas, po czym odgazowuje się tę mieszaninę za pomocą pompy próżniowej przez określony czas.

Korzystnie jako materiał klejący stosuje się materiał o współczynniku załamania światła zgodnym ze współczynnikiem załamania światła rdzenia światłowodu, a jako sproszkowany materiał rozpraszający stosuje się materiał o współczynniku załamania światła różnym od współczynnika załamania światła materiału klejącego, przy czym materiał rozpraszający stanowi 5% do 20% wagowych medium rozpraszającego.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku, uzyskano cylindryczny dyfuzor światłowodowy, charakteryzujący się dość małymi stratami mocy, mogący przenosić w sposób ciągły bez zniszczenia strumień światła o mocy co najmniej 600 mw/cm i o długości fali 630 nm. Ponadto światłowód ten posiada dobrą wytrzymałość mechaniczną oraz sztywność umożliwiając płynne wprowadzenie zespołu światłowodowego po prostej drodze poprzez kanalik biopsyjny elastycznego endoskopu czy też do tkanki nowotworu. Ponadto zostaje wytworzony, w przybliżeniu, jednorodny, strumień światła rozproszonego w postaci wiązki sferycznie roproszonej i posiadającej dobre właściwości mechaniczne.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku uzyskano kulisty dyfuzor światłowodowy, charakteryzujący się dość małymi stratami mocy, mogący przenosić w sposób ciągły bez zniszczenia strumień światła o mocy co najmniej 3 W i o długości fali 630 nm oraz posiadający dobre właściwości mechaniczne, umożliwiające przeprowadzenie zimnej sterylizacji i płynne wprowadzanie za pośrednictwem cytoskopu.

165 353

Przedstawiony wynalazek dotyczy udoskonalenia konstrukcji dyfuzorów światłowodowych, mających zastosowanie w terapii PDT. Wynalazek dotyczy światłowodowego dyfuzora cylindrycznego zawierającego światłowód z zakończeniem w postaci pozbawionego osłony rdzenia, z cienką warstwą medium rozpraszającego naniesionego na odsłoniętą końcówkę rdzenia i bezbarwną tuleję otaczającą końcówkę światłowodu, nie stykającą się z medium rozpraszającym i przymocowaną do osłony światłowodu. W korzystnym przykładzie wykonania tuleja posiada głowicę rdzenia ustawioną pod odpowiednim kątem w stosunku do centralnej osi światłowodu. Pożądane jest, aby tuleja była połączona z osłoną światłowodu za pomocą połączenia gwintowanego z uszczelnieniem wodoszczelnym. W rozwiązaniu alternatywnym, dla dyfuzorów z krótką końcówką, odsłonięta końcówka rdzenia jest po prostu polerowana do uzyskania płaskiej, kwadratowej powierzchni czołowej bez pokrywania medium rozpraszającym.

Przedstawiony wynalazek dotyczy światłowodowego dyfuzora kulistego zawierającego światłowód z zakończeniem w postaci pozbawionego osłony rdzenia z tulejką otaczającą odsłoniętą końcówkę rdzenia i przymocowaną do osłony światłowodu oraz z medium rozpraszającym, otaczającym odsłoniętą końcówkę rdzenia i część tulejki w postaci formy kulistej. W procesie wytwarzania, osłona z medium rozpraszającego nie jest nanoszona warstwa po warstwie, ale uzyskiwana jest od razu przy wykorzystaniu formy odlewniczej z krzemokauczuku.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony poniżej na załączonych rysunkach, na których: fig. 1 przedstawia cylindryczny dyfuzor światłowodowy według wynalazku w widoku z przekroju poprzecznym; fig. 2A, 2B, 2C -trzy korzystne przykłady wykonania głowic stożkowych tulei w przekroju poprzecznym, wykorzystywanych światłowodowych dyfuzorach cylindrycznych według wynalazku; fig. 3 - inny przykład wykonania cylindrycznego dyfuzora światłowodowego według wynalazku, w przekroju poprzecznym; fig. 4 - korzystny przykład wykonania kulistego dyfuzora światłowodowego według wynalazku w przekroju poprzecznym; fig. 5 - zespół tuleja-światłowód i korzystny sposób połączenia między tuleją i osłoną światłowodu w przekroju poprzecznym; fig. 6 -wielokomorową metalową formę odlewniczą do wykonywania krzemokauczukowych form odlewniczych w przekroju poprzecznym; fig. 7 - korzystny sposób wykonywania kulistej formy rozpraszającej na światłowodowym dyfuzorze sferycznym z niniejszego wynalazku.

Na figurze 1 pokazano światłowodowy dyfuzor cylindryczny 20. Dyfuzor cylindryczny 20 zawiera ułożone wzdłużnie włókno światłowodu 10 z odsłoniętą końcówką 15 rdzenia 14 pokrytą warstwą medium rozpraszającego 16 oraz tuleję 18. Tuleja 18 otacza pokrytą medium 16, końcówkę 15 rdzenia 14 lecz nie styka się z medium rozpraszającym 16 i przymocowana jest do osłony 12światłowodu 10 przylegającej do końcówki 15rdzenia 14. Dyfuzor cylindryczny 20 wytwarza w przybliżeniu jednorodny strumień światła w postaci wiązki cylindrycznej rozpraszanej na zewnątrz względem osi centralnej 24 światłowodu 10.

Światłowód 10jest światłowodem kwarcowym, zawierającym rdzeń 14, wykonany z kwarcu o średnicy 400 mikronów. Rdzeń 14 pokryty jest płaszczem, który składa się z okładziny 13 i osłony

12. Rdzeń 14 zostaje najpierw pokryty przezroczystą warstwą polimerową stanowiącą okładzinę 13 o grubości 10-20 mikronów. Następnie warstwa polimerowa zostaje zabezpieczona przed zniszczeniem osłoną 12 o zewnętrznej średnicy około 860 mikronów. Średnica zewnętrzna osłony 12 może być zmieniana, jednak osłona 12 o średnicy 860 mikronów jest bardzo użyteczna, ponieważ idealnie nadaje się do walcowego wytwarzania gwintu o standardowym rozmiarze 000-120 (rozmiar zegarmistrzowski). Szczegółowo zostanie to opisane później. Długość włókna 10 może wynosić około 2 metrów.

Jeden z końców światłowodu 10 jest zakończony łącznikiem typu SMA (nie pokazanym) i połączonym (SMA z SMA) z 10 metrowej długości pośrednim światłowodem połączeniowym o średnicy rdzenia 100 mikronów, który sprzęgnięty jest optycznie z wyjściem lasera, np. lasera neonowo-helowego 5 mv NeHe.

Na przeciwnym końcu światłowodu 10 osłona 12 zostaje zdjęta za pomocą narzędzia do ściągania izolacji z przewodów, a okładzina 13 zostaje usunięta za pomocą płomienia miniaturowego palnika gazowego lub w inny właściwy sposób, tak aby odsłonić końcówkę 15 rdzenia 14. Korzystna długość odsłoniętej końcówki 15 rdzenia 14 wynosi 0,5 do 2,5 cm. Jednakże można również stosować dłuższe końcówki.

165 353

Odsłonięty fragment końcówki 15 rdzenia 14 zostaje następnie pokryty warstwą medium rozpraszającego 16, składającego się z kleju optycznego, takiego jak Norland 61 czy epoksydowego Epc-Tek 301 oraz ze sproszkowanego rozpraszacza w rodzaju sproszkowanego szafiru syntetycznego (tlenku aluminium), pyłu diamentowego czy pyłu tlenku cyrkonu. Rozpraszacze te posiadają współczynniki załamania dla światła 630 nm w zakresie 1,7 do 2,2. Niektóre spośród innych materiałów nadają się również do wykorzystanie. Jednakże materiał na klej optyczny powinien posiadać współczynnik załamania maksymalnie zgodny ze współczynnikiem załamania dla kwarcu (około 1,3) aby uniknąć całkowitego odbicia wewnętrznego na połączeniu klej-kwarc. Rozpraszacz musi posiadać współczynnik załamania różny od kleju. W celu wytworzenia dyfuzorów o małych stratach ważne jest, aby wykorzystywany materiał minimalnie pochłaniał światło w zakresie fal emitowanych przez wykorzystywane źródło światła, zaś sproszkowany materiał rozpraszający musi być czysty optycznie.

Korzystne jest, aby odsłonięta końcówka rdzenia 15 była pokryta cienką warstwą medium rozpraszającego 16. Można to uzyskać za pomocą następującej metody. Na początku nanosi się cienką warstwę optycznie czystego kleju na odsłoniętą końcówkę 15 rdzenia 14. Następnie za pomocą małego pędzelka nanosi się medium rozpraszające 16 na pokrytą klejem końcówkę 15 rdzenia 14 światłowodu 10. Nanoszenie rozpraszacza jest ukierunkowane wiązką światła transmitowanego poprzez światłowód z lasera HeNe. W czasie tej operacji światłowód 10 ustawiony jest równolegle do arkusza białego papieru (około 1 mm od powierzchni). Jeśli papier umieszczony jest między światłowodem 10 a okiem pracownika, to dobrą jednorodność strumienia światła można uzyskać na podstawie rozmiaru i kształtu czerwonego oświetlenia. Po uzyskaniu pożądanego wyniku warstwa kleju jest albo utwardzana za pomocą światła ultrafioletowego w przypadku kleju Norland?^651 albo przez odstawienie jej do utwardzenia w przypadku kleju epoksydowego.

Końcówka 15 rdzenia 14 zostaje osłonięta bezbarwną przezroczystą tuleją 18 o kształcie cylindrycznym z głowicą 19 zamkniętą ścianką 17. Średnica wewnętrznego otworu tulei 18 jest większa niż średnica pokrytej warstwą medium rozpraszającego 16 końcówki 15 rdzenia 14. Chodzi o to, aby tuleja 18 nie stykała się z końcówką 15 światłowodu 10, a jednocześnie można ją było zamocować do osłony 12 światłowodu 10 w pobliżu końcówki 15 rdzenia 14. Tuleja 18 może być wykonana z poliwęglanu Lexan.

W korzystnym przykładzie wykonania jak pokazano na fig. 1 tuleja 18 jest połączona gwintem z osłoną 12 światłowodu 10. Cylinder wykonany z Lexanu (np. o zewnętrznej średnicy 1,8 mm) jest przewiercany tak, aby uzyskać średnicę wymaganą dla gwintownika 000-120 (wiertło//70). Wiertło jest wprowadzane na odległość 1 do 2 mm od przedniej ścianki głowicy 19. Cylinder jest następnie gwintowany (000-120) na głębokość 3 mm. Cylinder wykonany z Lexanu jest przewiercany na długości co najmniej o 3 mm większej od długości odsłoniętej końcówki 15 rdzenia 14. Wykonana tuleja 18 jest następnie nakręcana na osłonę 12 światłowodu 10. Osłona 12 może posiadać gwint walcowany, wykonany wcześniej za pomocą metalowego tłocznika albo wytłoczony przez tuleję 18 dopiero w czasie jej instalowania. Niewielka ilość kleju epoksydowego naniesiona na gwint tulei 18 przed jej wkręceniem zapewni wodoszczelne uszczelnienie i wzmocni połączenie. Po prawidłowym zamocowaniu tuleja 18 nie styka się bezpośrednio z medium rozpraszającym 16, od którego jest oddzielona przestrzenią 22. Dzięki temu tuleja 18 nie zmienia właściwości optycznych dyfuzora, a jedynie zabezpiecza przed uderzeniami mechanicznymi. Konstrukcja ta jest łatwa w wykonaniu i zapobiega wytworzeniu niejednorodnej wiązki światła na skutek powstania nierównych warstw medium rozpraszającego 16 na końcówce 15 rdzenia 14, co niestety było możliwe w poprzednich rozwiązaniach.

Na figurze 2a, 2b, 2c przedstawiono korzystne przykłady wykonania tulei 18. Tuleja 18 posiada uformowaną stożkowo część głowicy 19. Kąt R stożkowej głowicy 19 zawiera się między 30 i 90 stopni i wybrany jest tak, aby ułatwić wprowadzenie zespołu dyfuzora światłowodowego poprzez endoskop oraz w nowotwór.

Światłowodowy dyfuzor cylindryczny nigdy nie uległ uszkodzeniu w czasie badań eksperymentalnych (powyżej 100 cykli użytkowania) i wytrzymał powtarzalną operację sterylizacji na zimno w roztworze gluteraldehydu („Cydex“) jak również sterylizację gazową.

Na figurze 3 pokazano krótki dyfuzor światłowodowy (około 1 cm lub mniej). Jest to inny przykład rozwiązania niż na fig. 1. Polega ona na odcięciu światłowodu 10 i wypolerowaniu

165 353 odsłoniętej końcówki 15 rdzenia 14, w celu uzyskania płaskiej kwadratowej powierzchni czołowej, a następnie na wkręceniu tulei 18 w osłonę 12 światłowodu 10. Powierzchnia rozpraszająca przewierconej tulei 18 rozpasza światło wydostające się z wypolerowanej końcówki 15 rdzenia 14 światłowodu 10. W metodzie tej światłowód 10 jest odsłaniany i odcinany bardzo ostrożnie tak, że tylko sama końcówka 15 wystaje z osłony 12 na niewielką odległość poniżej 1 mm.

Na figurze 4 przedstawiono inny przykład wykonania dyfuzora. Jest to światłowodowy dyfuzor kulisty 30. Dyfuzor kulisty 30 zawiera światłowód 10 z odsłoniętą końcówką 15 rdzenia 14, bezbarwną tuleję 35 z otwartym końcem, która otacza końcówkę 15 rdzenia 14 i przymocowana jest do płaszcza 11 światłowodu 10 oraz medium rozpraszające 38 o kształcie kuli otaczające tuleję 35 i końcówkę 15 rdzenia 14.

Światłowód 10 posiada rdzeń 14 zabezpieczony płaszczem 11, składającym się z okładziny i osłony (nie pokazanej). Światłowód 10 posiada pozbawioną osłony końcówkę 15 tzn. odsłoniętą końcówkę 15 rdzenia 14.

Tuleja 35 musi posiadać maksymalnie niski współczynnik pochłaniania światła z danego zakresu fal. Tuleja 35 może być wykonana z poliwęglanu Lexan. W korzystnym przykładzie wykonania tuleja 35 jest połączona gwintowo z osłoną 11 światłowodu 10. Tuleja 35 jest gwintowana przy wykorzystaniu techniki gwintu walcowanego 000-120jak w przypadku dyfuzora cylindrycznego z niniejszego wynalazku. Różnica pomiędzy oboma rozwiązaniami polega na tym, że tuleja 35 nie posiada ścianki końcowej. W czasie w^t^^^^z^nia koniec światłowodu 10 zostaje oczyszczony i wypolerowany, aby uzyskać płaską kwadratową powierzchnię, a następnie zostaje połączony gwintem z przezroczystą tuleją 35 wykonaną z poliwęglanu, jak to pokazano na fig. 5. Fig. 5 przedstawia również zestawienie różnych rozmiarów zespołów światłowód-tuleja 34.

Medium rozpraszające 38 o kształcie kulistym jest utworzone z czystego optycznie kleju z zawieszonymi w nim cząstkami sproszkowanego materiału rozpraszającego. Podobnie jak w przypadku dyfuzora cylindrycznego najlepszymi materiałami są te, które najsłabiej pochłaniają światło z danego zakresu. Jako klej optyczny można stosować żywice epoksydowe. Współczynnik załamania światła dla żywicy epoksydowej powinien być zgodny ze współczynnikiem załamania dla kwarcu, aby zminimalizować straty wynikłe z odbić na połączeniu kwarc-żywica epoksydowa. Żywica epoksydowa może być dowolnym, czystym i bezbarwnym produktem w rodzaju Epo-tek 201. Jako materiał rozpraszający można stosować proszek szafirowy lub inny rozpraszacz o małych stratach w rodzaju pyłu diamentowego lub sproszkowanego cyrkonu.

Dokładne proporcje rozpraszacza w stosunku do żywicy epksydowej zależą od kilku czynników, takich jak: zewnętrzna średnica dyfuzora, współczynnik załamania światła cząsteczek jak również ich wielkość. Jednakże wykorzystanie minimalnej ilości materiału rozpraszającego, zapewniającej jednorodność strumienia światła zapewnia najmniejsze straty i maksymalną zdolność przenoszenia natężenia. Wagowy skład mieszanki zawiera od 5% do 20% materiału rozpraszającego, przy czym wynosi ona 7% dla proszku szafirowego.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, wytwarzanie formy kulistej może być tanie i wydajne przy użyciu techniki odlewniczej. Technika ta wykorzystuje do formowania epoksydowych rozpraszających form kulistych nadające się do wielokrotnego użytku formy odlewnicze z krzemokauczuku. Forma odlewnicza może zawierać wiele gniazd wskutek czego w tym samym czasie można wytwarzać więcej niż jeden dyfuzor kulisty.

Jak pokazano na fig. 6, krzemokauczukowa forma odlewnicza zawierająca wiele identycznych gniazd może stanowić komorę 41, zawierającą stopiony krzemokauczuk 44 i metalowy uchwyt (nie pakazano), podstrzymujący zespół identycznych metalowych form odlewniczych w postaci baniek

42. Jedną z metod łatwego uzyskania formy w kształcie bańki 42 jest wykorzystanie kulki z łożyska kulkowego o średnicy 0,3 cm (1/8 cala), wykonanej z brązu, nawierconej i zawierającej wtłoczoną w wykonany otwór szpilkę ze stali szlachetnej o średnicy 0,15 cm (1/16 cala). Po utwardzeniu krzemokauczuku metalowe formy mogą zostać wyciągnięte z elastycznej formy bez jej zniszczenia.

Na figurze 7 pokazano, że forma krzemokauczukowa 45 jest wolno wypełniana z dołu do góry za pomocą pipety przygotowaną epoksydową mieszaniną rozpraszającą 38 aż do całkowitego wypełnienia, po czym następuje usunięcie uwięzionego powietrza i pęcherzyków przez ściśnięcie formy 45. Następnie zmontowany zespół światłowód-tuleja 34 jest utrzymywany wewnątrz formy 45 za pomocą odpowiedniego uchwytu przez określony czas w określonej temperaturze, np. przez

165 353 dwie godziny w 60°C, aż do utwardzenia. W czasie utwardzania mieszaniny 38 położenie końcówki światłowodu 10 w jej wnętrzu może być dokładnie kontrolowane. Jest to ważne ponieważ symetria strumienia światła zależy od położenia końcówki światłowodu 10. Emisja światła może być precyzyjnie regulowana przez zmianę położenia końcówki światłowodu 10 wewnątrz tulei 35.

Dodatkowo optyczne własności dyfuzora dotyczące rozpraszania światła zależą do procesu przygotowania do wypełniania samej mieszaniny rozpraszającej 38. W jednym z przykładów wykonania, epoksyd najpierw miesza się przez 3 minuty z szafirem, następnie mieszaninę odstawia się na 1 godzinę. Potem znów miesza się przez 1 minutę, a następnie odgazowywuje się przez 2 minuty za pomocą pompy próżniowej. Czas utwardzania przed zalaniem może być regulowany w celu uzyskania lepszego rozprowadzania światła.

Symetria i roproszenie strumienia światła w gotowym światłowodowym dyfuzorze kulistym mogą być mierzone za pomocą obrotowego urządzenia pomiarowego, zawierającego źródło promieniowania laserowego 5 mv HeNe i odbiornika połączonego z woltomierzem cyfrowym.

Chociaż w niniejszym wynalazku przedstawiono i opisano korzystne przykłady wykonania, powinno być jednak oczywiste dla osób zorientowanych w tej dziedzinie techniki, że możliwych jest dużo więcej modyfikacji bez zmiany koncepcji przedstawionego wynalazku. W załączonych zastrzeżeniach zamierza się przedstawić wszystkie te modyfikacje zgodne z istotą i zakresem wynalazku.

~ Imm

Fig. 7.

24' η μ η

_rta/ /ύ ^.22 /'.wy/.yZy >/ /9 ί2Ζ /'///////ΐ////^^

Z7s./.

Ρ

L/D ·!.9 fazo.

^,ΰ\ !* /2 >3 /-'³ ,'⁵	Λ '9
	><
t//YS'//ff'// //	sV/
/ΓΤ&3.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Dyfuzor światłowodowy, zawierający światłowód z rdzeniem i osłoną oraz odsłoniętą część rdzenia, znamienny tym, że końcówka (15) rdzenia (14) jest otoczona tuleją (18) w sposób bezkontaktowy, która jest przymocowana do osłony (11, 12) światłowodu (10) w sąsiedztwie końcówki (15) rdzenia (14), przy czym tuleja (18) zaopatrzona jest w część z zamkniętym końcem i część z otwartym końcem.
2. Dyfuzor według zastrz. 1, znamienny tym, że końcówka (15) rdzenia (14) światłowodu (10) jest pokryta medium rozpraszającym (38).
3. Dyfuzor według zastrz. 1, znamienny tym, że powstały jednorodny strumień światła skierowany na zewnątrz ma kształt cylindrycznej formy rozpraszającej w stosunku do osi centralnej (24) światłowodu (10).
4. Dyfuzor według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja (18) posiada otwór o średnicy większej niż średnica rdzenia (14) światłowodu (10), lub średnica pokrytej rozpraszaczem końcówki (15) rdzenia (14) i posiada kształt cylindryczny z zamkniętą jedną ścianką przednią.
5. Dyfuzor według zastrz. 4, znamienny tym, że tuleja (18) jest połączona gwintowo z osłoną (11,12) światłowodu (10).
6. Dyfuzor według zastrz. 5, znamienny tym, że w czasie montażu na połączeniu gwintowym tulei (18) jest umieszczony klej dla zapewnienia wodoszczelnego uszczelnienia między tuleją (18) i osłoną (11,12) światłowodu (10).
7. Dyfuzor według zastrz. 2, znamienny tym, że medium rozpraszające (38) składa się z optycznego materiału klejącego o współczynniku załamania światła zgodnym ze współczynnikiem załamania światła rdzenia (14) światłowodu (10) oraz ze sproszkowanego materiału rozpraszającego o współczynniku załamania światła różnym od współczynnika załamania światła dla materiału klejącego, przy czym materiał rozpraszający stanowi 5% do 20% wagowych medium rozpraszającego (38).
8. Dyfuzor według zastrz. 7, znamienny tym, że sproszkowany materiał rozpraszający jest wybrany z grupy zawierającej proszek szafirowy (tlenek aluminium), pył diamentowy lub pył tlenku cyrkonu.
9. Dyfuzor światłowodowy, cylindryczny zawierający światłowód z odsłoniętą końcówką rdzenia do emisji energii świetlnej, znamienny tym, że końcówka (15) rdzenia (14) pokryta jest cienką warstwą medium rozpraszającego (38), a do osłony (12) światłowodu (10) w sąsiedztwie odsłoniętej końcówki (15) rdzenia (14) przymocowana jest tuleja (18) z jednym końcem zamkniętym a drugim - otwartym, przy czym pomiędzy tuleją (18) a warstwą medium rozpraszającego (38) znajduje się wolna przestrzeń (22).
10. Dyfuzor według zastrz. 9, znamienny tym, że tuleja (18) zawiera głowicę (19) osłaniającą rdzeń (14), ustawioną pod odpowiednim kątem w stosunku do osi centralnej (24) światłowodu (10).
11. Dyfuzor według zastrz. 8, znamienny tym, że tuleja (18) jest połączona gwintowo z osłoną (12) światłowodu (10) w pobliżu końcówki (15) rdzenia (14) światłowodu (10).
12. Dyfuzor według zastrz. 9, znamienny tym, że na gwincie tulei (18) lub na gwincie osłony (12) światłowodu (10) w czasie montażu znajduje się klej dla zapewnienia wodoszczelnego uszczelnienia i wzmocnienia połączenia.
13. Dyfuzor według zastrz. 7, znamienny tym, że zawiera medium rozpraszające (38), które jest mieszaniną kleju optycznego i sproszkowanego materiału rozpraszającego.
14. Dyfuzor według zastrz. 13, znamienny tym, że medium rozpraszające (38) składa się z optycznego materiału klejącego o współczynniku załamania światła zgodnym ze współczynnikiem załamania światła rdzenia światłowodu oraz ze sproszkowanego materiału rozpraszającego o współczynniku załamania światła różnym od współczynnika załamania światła dla wymienionego materiału klejącego, przy czym materiał rozpraszający stanowi 5% do 20% wagowych medium rozpraszającego (38).

165 353
15. Dyfuzor według zastrz. 14, znamienny tym, że sproszkowany materiał rozpraszający jest wybrany z grupy zawierającej proszek szafirowy (tlenek aluminium), pył diamentowy lub pył tlenku cyrkonu.
16. Dyfuzor światłowodowy kulisty zawierający światłowód z odsłoniętą końcówką rdzenia z jednej strony, znamienny tym, że zawiera tuleję (18) otaczającą odsłoniętą końcówkę (15) rdzenia (14), nie stykając się z nią, i przymocowaną do płaszcza (11) światłowodu (10) w sąsiedztwie odsłoniętej końcówki (15) rdzenia (14) oraz medium rozpraszające (38), otaczające część tulei (18) oraz odsłoniętej końcówki (15) rdzenia (14).
17. Dyfuzor według zastrz. 16, znamienny tym, że tuleja (18) jest połączona gwintowo z płaszczem (11) światłowodu (10).
18. Dyfuzor według zastrz. 16, znamienny tym, że zawiera medium rozpraszające (38), które jest mieszaniną optycznego materiału klejącego i sproszkowanego materiału rozpraszającego.
19. Dyfuzor według zastrz. 18, znamienny tym, że medium rozpraszające (38) zawiera od 5% do 20% wagowo materiału rozpraszającego.
20. Dyfuzor według zastrz. 19, znamienny tym, że medium rozpraszające (38) składa się z optycznego materiału klejącego o współczynniku załamania światła zgodnym ze współczynnikiem załamania światła rdzenia światłowodu oraz ze sproszkowanego materiału rozpraszającego o współczynniku załamania światła różnym od współczynnika załamania światła dla materiału klejącego.
21. Dyfuzor według zastrz. 20, znamienny tym, że sproszkowany materiał rozpraszający jest wybrany z grupy zawierającej proszek szafirowy (tlenek aluminium), pył diamentowy lub pył tlenku cyrkonu.
22. Sposób wytwarzania dyfuzora światłowodowego, znamienny tym, że usuwa się okładzinę i osłonę światłowodu z jednego końca na określonej długości, poleruje się tę odsłoniętą końcówkę rdzenia aż do uzyskania czystej i gładkiej powierzchni, wybiera się materiał bezbarwny i przezroczysty dla światła o określonej długości i nadaje się mu pożądany kształt, przy czym jest on dłuższy od odsłoniętej końcówki rdzenia, przewierca się tę kształtkę mającą jeden koniec zamknięty uzyskując tuleję, do której wprowadza się odsłoniętą końcówkę rdzenia, po czym mocuje się tuleję od strony otwartego końca do osłony światłowodu w sąsiedztwie odsłoniętej końcówki rdzenia.
23. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że nakłada się optycznie homogeniczną cienką warstwę medium rozpraszającego światło na odsłoniętą i wypolerowaną końcówkę rdzenia przy czym średnica zewnętrzna tej warstwy jest mniejsza od średnicy wewnętrznej tulei.
24. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że dodatkowo nadaje się kształt stożkowy zamkniętemu końcowi tulei pod określonym kątem uzyskując głowicę o zaostrzonym kształcie.
25. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że mocowanie tulei przeprowadza się poprzez walcowanie gwintu na wewnętrznej powierzchni tulei i wykonywanie gwintu na zewnętrznej powierzchni osłony światłowodu na odcinku przylegającym do odsłoniętej końcówki rdzenia, a następnie nakładaniu materiału klejącego na gwint w czasie montażu dla uzyskania wodoszczelnego uszczelnienia i wzmocnienia połączenia.
26. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że stosuje się medium rozpraszające składające się z optycznego materiału klejącego o współczynniku załamania światła zgodnym ze współczynnikiem załamania światła rdzenia światłowodu oraz sproszkowanego materiału rozpraszającego o współczynniku załamania światła różnym od współczynnika załamania światła dla materiału klejącego, przy czym materiał rozpraszający stanowi 5% do 20% wagowych medium rozpraszającego.
27. Sposób według zastrz. 26, znamienny tym, że sproszkowany materiał rozpraszający wybiera się z grupy zawierającej proszek szafirowy (tlenek aluminium), pył diamentowy lub pył tlenku cyrkonu.
28. Sposób wytwarzania kulistego dyfuzora światłowodowego, znamienny tym, że usuwa się okładzinę i osłonę światłowodu z jednego końca na określonej długości, poleruje się tę odsłoniętą końcówkę rdzenia aż do uzyskania czystej i gładkiej powierzchni, następnie przygotowuje się krzemokauczukową formę odlewniczą zawierającą okrągłą komorę z szyjką cylindryczną, wolno wypełnia się formę medium rozpraszającym i wprowadza się odsłoniętą końcówkę rdzenia do formy wypełnionej medium rozpraszającym, po czym utwardza się to medium rozpraszające w określonej temperaturze.

165 353
29. Sposób według zastrz. 28, znamienny tym, że przed wprowadzeniem odsłoniętej końcówki rdzenia do tulei mocuje się tę tuleję do osłony światłowodu.
30. Sposób według zastrz. 28, znamienny tym, że przed napełnieniem formy medium rozpraszającym przygotowuje się to medium poprzez mieszanie materiału klejącego ze sproszkowanym materiałem rozpraszającym przez określony czas, następnie odstawia się mieszaninę na pewien określony czas, po czym odgazowuje się tę mieszaninę za pomocą pompy próżniowej przez określony czas.
31. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, że jako materiał klejący stosuje się materiał o współczynniku załamania światła zgodnym ze współczynnikiem załamania światła rdzenia światłowodu, a jako sproszkowany materiał rozpraszający stosuje się materiał o współczynniku załamania światła różnym od współczynnika załamania światła materiału klejącego, przy czym materiał rozpraszający stanowi 5% do 20% wagowych medium rozpraszającego.
32. Sposób według zastrz. 31, znamienny tym, że sproszkowany materiał rozpraszający wybiera się z grupy zawierającej proszek szafirowy (tlenek aluminium), pył diamentowy lub pył tlenku cyrkonu.