用于光波導的耦合器的制造方法
【專利摘要】為了自動識別光波導的過熱，用于光波導(28)的耦合器(16)包括用于第一光波導(28)的光波導連接(26)。根據(jù)本發(fā)明的耦合器(16)包括設(shè)置在激光光源(11)和光波導連接(26)之間的光路中的光濾波器(20)，其反射第一波長范圍(22)或第一偏振化方向的光和透射第二波長范圍(24)或第二偏振化方向的光。
【專利說明】用于光波導的耦合器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將光波導連接至關(guān)聯(lián)的光波導連接的耦合器。
【背景技術(shù)】
[0002]耦合器耦合由激光光源產(chǎn)生的光進入光波導，以便進一步的使用。該光波導可為導管或醫(yī)療產(chǎn)品的一部分，例如，意欲為了治療或診斷的目的將激光引入人體或動物體。作為一個可選方案，光波導也可用于材料處理或用于電信和信息【技術(shù)領(lǐng)域】中的信息傳輸。特別地，當用作醫(yī)學技術(shù)中的導管時，具有光波導過熱的重大風險。利用有缺陷的或污染的光波導，激光輻射光波導纖維周圍的覆層中和/或在芯體的斷點(breaking point)上被吸收。由此，纖維被加熱。該加熱可引起纖維材料熔化或甚至蒸發(fā)。特別地，作為纖維破裂的結(jié)果，例如在由液體圍繞的心導管的情況下，增加的激光吸收可導致溫度高達1，000°C的等離子體形成。特別地，心導管患者由于一旦過熱而形成的等離子體而產(chǎn)生50%死亡風險。光波導的過熱可能成為光導纖維破裂的典型結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是在預定時間段內(nèi)檢測光波導的過熱。
[0004]本發(fā)明的耦合器由權(quán)利要求1的特征定義。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，耦合器包括設(shè)置在激光光源和光波導連接之間的光路中的折射或衍射濾波器，該濾波器反射第一波長范圍或第一偏振化方向的光和透射第二波長范圍或第二偏振化方向的光。光的反射或透射依賴波長或偏振化在光濾波器中實現(xiàn)。因此，在耦合器中，當光波導變得過熱的情況下產(chǎn)生的熱輻射或等離子體產(chǎn)生的處于可見光的波長范圍中的白光，可沿不同于激光光路的光路由濾波器引導。因此，本發(fā)明的基本想法是提供激光和熱輻射/白光(在下文中被稱為信號輻射)的光路的依賴波長和/或偏振化的分離，以便能夠分別檢測一旦波導過熱產(chǎn)生的輻射并將它識別為波導過熱的指示。
[0006]這里，通常可想到將光濾波器設(shè)計為介質(zhì)鏡并例如以90°角反射激光到光波導連接上，但是在過熱期間產(chǎn)生并通過波導反射到光濾波器上的信號輻射通過光濾波器透射并在與光波導連接相對的光濾波器側(cè)上檢測。作為一個可選方案，可設(shè)計光濾波器，以便激光從激光光源通過光濾波器透射到相對的光波導連接，而反射的信號輻射例如在90°角下、在鏡子上從光波導連接反射。決定性的是光濾波器實施依賴波長-或偏振化的反射和透射，以便在耦合器中將耦合入光波導的光的光路從一旦波導過熱而反射的信號輻射的光路中分離，以便反射的信號輻射可作為波導過熱的指示分別進行檢測。
[0007]作為一個可選方案，光濾波器可被設(shè)計為衍射折射或透射格柵或色散棱鏡，其取決于波長、偏振化和入射角使在不同方向上從波導反射的輻射衍射或折射，，從而信號輻射可通過多個檢測器的空間隔離在光譜上分辨。優(yōu)選地，第一測光儀裝置設(shè)置在從光波導連接經(jīng)光濾波器延伸至第一測光儀裝置的光路中，以便一旦過熱而產(chǎn)生的反射的信號輻射可由第一測光儀裝置測量。優(yōu)選地，第一儀表裝置設(shè)置在與光濾波器相對的光波導連接側(cè)上并將激光從激光光源反射至光波導連接，所述光濾波器透射反射的信號輻射。
[0008]作為一個可選或附加方案，第二測光儀裝置可設(shè)置在從激光光源經(jīng)光濾波器至第二儀表裝置的光路中，以便能夠檢測也在激光光源和光濾波器之間的波導中的過熱或電纜破裂。這里，應分別設(shè)計第一儀表裝置和/或第二儀表裝置，以測量在第一或第二波長范圍中的光的輸出，以便僅測量例如一旦纖維過熱的信號輻射，而不檢測將損害測量結(jié)果的激光的噪音部分。
[0009]第一和/或第二儀表裝置優(yōu)選包括具有光濾波器的光電二極管，其位于光電二極管和光濾波器之間的光路中，光濾波器僅允許一個波長范圍的光通過并阻止其他波長范圍的光。作為一個可選方案，該儀表裝置也可為具有成排設(shè)置的多個光敏傳感器的檢測器。
[0010]由光濾波器反射的第一波長范圍優(yōu)選包括超出可見光范圍的至少一個激光光源的波長范圍，以便僅激光而沒有可見信號輻射由光濾波器反射。第一波長范圍可處于超過800nm的紅外線范圍內(nèi)，而第二波長范圍為可見光的波長范圍，特別是低于800nm。因此，光濾波器僅透射以一旦由纖維破裂引起過熱而產(chǎn)生的白光形式存在的信號輻射，而不透射來自激光光源的激光。透射的信號輻射由儀表裝置之一進行檢測。在由儀表裝置之一檢測信號輻射后，可激活緊急停止功能，該功能允許當波導過熱時，激光光源在幾毫秒的時間內(nèi)停止工作，以便避免患者的健康風險。
[0011]光濾波器可反射第一波長范圍即激光的光輸出的一部分，和可透射該光輸出的一部分。例如，反射的激光部分可從激光光源引導至光波導連接，而另一部分向兩個儀表裝置之一透射，以便立即從所測量的光輸出檢測對激光光源和光濾波器之間的供給光路的損壞。
[0012]除了光波導連接，耦合器優(yōu)選進一步包括波導輸入，第二光波導可連接至波導輸入，以便供應外部激光源的激光至耦合器。
[0013]用于集束激光或信號輻射的集束光學器件可設(shè)置在第二波導和光濾波器之間、光濾波器和第一波導之間、光濾波器和第一儀表裝置之間和/或光濾波器和第二儀表裝置之間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]以下時參考附圖的本發(fā)明實施方式的詳細說明。
[0015]在圖中:
[0016]圖1為第一實施方式的示意性圖解，
[0017]圖2為包括第一和第二波長范圍的波長成分的圖，
[0018]圖3為第一實施方式的簡化的圖解，
[0019]圖4顯示了與圖3中的圖解相對應的第二實施方式，
[0020]圖5顯示了與圖3中的圖解相對應的第三實施方式，
[0021]圖6顯示了與圖3中的圖解相對應的第四實施方式，和
[0022]圖7圖解了另一實施方式的細節(jié)。
【具體實施方式】
[0023]圖1示出了常規(guī)設(shè)計的激光器10，其包括以激光二極管的形式存在的激光光源11，用于產(chǎn)生激光。該激光具有大約980nm的工作波長，其超出可見光的380 - 780nm的波長范圍。產(chǎn)生的激光被稱合至第二光波導12并經(jīng)波導入口 14被稱合至本發(fā)明的稱合器16。耦合的激光通過集束光學器件18引導至光濾波器20上，該濾波器相對于激光的傳播以大約45°的傾角設(shè)置在從波導入口 14至光濾波器20的光路中。
[0024]光濾波器20反射大于850nm的第一波長范圍22內(nèi)的光，而小于850nm的第二波長范圍24的光被透射。因此，耦合的具有波長980nm的激光通過光濾波器以90°反射朝向光波導連接26，并經(jīng)光波導連接26耦合至第一光波導28。波導28為用于心臟病學應用的激光心導管，以便以大約40W的典型輸出引導激光至受影響的心肌區(qū)域，以便治療心功能不全或心肌擾動或心率。一旦波導破裂或波導的多個纖維破裂，則能量在破裂位點上轉(zhuǎn)化為熱。當用于患者的充血的心臟或血管系統(tǒng)中時，高達1，000°C和以上的所得溫度引起等離子體形成，其產(chǎn)生以白光形式存在的信號輻射。激光和信號輻射(白光)之間的差別專門基于依賴波長，或如果可以，依賴偏振化并因此不依賴輸出。由此，以相對于激光顯著更低的輸出檢測信號輻射也是可能的，該信號輻射通過光波導28返回至光波導連接26。
[0025]由光波導連接26反射的白光通過光波導連接26和光濾波器20之間的集束光學器件30引導至光濾波器20，并且不通過所述集束光學器件30反射到波導入口 14上，但向第一測量裝置32透射。白光透射但不反射，因為它的最大780nm的波長落入由鏡子20透射但不反射的低于850nm的第二波長范圍24。第一測量裝置32設(shè)置在與光濾波器20相對的光波導連接26側(cè)上，以便光路沿直線路程從光波導連接26通過光濾波器20至第一測量裝置32的光電二極管。
[0026]第一測量裝置32進一步設(shè)置有在測量裝置32的光濾波器20和光電二極管之間的光濾波器。光濾波器為具有在可見光范圍內(nèi)的通帶的帶通濾波器，以便可能的波長大于900nm的激光不到達光電二極管。
[0027]第二測光儀裝置34設(shè)置在與濾波器20相對的光波導入口 14側(cè)，以便來自光波導入口 14的光經(jīng)光濾波器20入射在第二儀表裝置34的光電二極管上。因此，入射在光波導入口 14上的由于耦合的第二光波導12中的破裂而產(chǎn)生的白光可通過光濾波器20透射并由第二儀表裝置34的光電二極管測量。另外，設(shè)計光濾波器20，以便大約99.99%的第一波長范圍22的激光被反射和大約0.01%的輸出被透射。因此，在正常操作中，利用未損壞的第二波導12，第二儀表裝置34檢測0.01%的激光輸出。如果激光輸出顯著不同于0.01%，則因為太少的激光到達耦合器10，例如因為波導破裂或裂開或激光光源11的故障，或因為，由于激光光源11的故障，耦合的激光輸出超過對患者有危險的程度，測量的信號可激活緊急停止功能，以便激光源停止工作。
[0028]圖2示出了兩個波長范圍22和24通過光濾波器20相互分離。由激光光源11產(chǎn)生的激光在980nm的激光的工作波長范圍內(nèi)具有最大值，其被標準化至值I。如由光濾波器20的透射曲線說明的(由虛線圖解)，具有工作波長980nm的激光不被透射，而是被反射。在第二波長范圍24中，可看見在670nm和750nm之間的范圍內(nèi)的進一步的局部最大值。波長成分產(chǎn)生于由波導28損壞引起的可見光(白光)范圍內(nèi)的信號輻射。信號輻射的該波長成分幾乎完全由光濾波器20透射，但不被反射，如由利用用于圖2中透射的波長成分的虛線的重疊部分代表的。
[0029]圖3為第一實施方式的基本原理的簡化圖解，其中激光(顯示為陰影線)的絕大部分從光波導入口 14反射至光波導連接26并向第二儀表裝置34透射較小的部分。光濾波器20透射信號福射(顯不為點)，其在光波導28中反射,從光波導連接26完全朝向第一測量裝置32。
[0030]圖4不出的第二實施方式不同于圖3的第一實施方式,其在于光波導入口 14和光波導連接26沿直線路經(jīng)設(shè)置在光濾波器20的相對側(cè)，其中第一波長范圍22的光的主要部分(激光)通過光濾波器20透射朝向光波導連接26，而第一波長范圍22中光輸出的較小部分通過光濾波器20反射朝向第二儀表裝置34。在光波導28中反射的信號輻射(顯示為點)在光濾波器20上從光波導連接26完全反射至第一測量裝置32。
[0031]圖5示出的第三實施方式不同于圖3的第一實施方式，其在于第一波長范圍22的光輸出在光濾波器20上從光波導入口 14完全反射朝向光波導連接26,其沒有任何部分被透射。未設(shè)置第一測量裝置32。
[0032]圖6不出的第四實施方式不同于圖4圖解的第二實施方式,其在于整個第一波長范圍22的光輸出(激光)從光波導入口 14通過光濾波器20，在光波導連接26的方向上透射，沒有任何部分的第一波長范圍22的光輸出被反射。未設(shè)置第二測光儀裝置34。
[0033]對圖1至6進行補充，圖7描述了包括衍射光濾波器20的設(shè)置，其中信號光22通過衍射在光譜上分解成不同部分的光束24a、24b、24c并被分配至測光儀裝置32a、32b、32c。
【權(quán)利要求】
1.用于光波導(28)的耦合器(16)，包括用于第一光波導(28)的光波導連接(26)，其特征在于: 所述耦合器(16)包括設(shè)置在激光光源(11)和所述光波導連接(26)之間的光路中的光濾波器(20)，其反射第一波長范圍(22)或第一偏振化方向的光并透射第二波長范圍(24)或第二偏振化方向的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器(16)，其特征在于第一測光儀裝置(32)設(shè)置在從所述光波導連接(26)經(jīng)所述光濾波器(20)至所述第一測光儀裝置(32)的光路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耦合器(16)，其特征在于第二測光儀裝置(34)設(shè)置在從所述激光光源(11)經(jīng)所述光濾波器(20)至所述第二測光儀裝置(34)的光路中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的耦合器(16)，其特征在于分別設(shè)計所述第一測光儀裝置(32)和/或所述第二測光儀裝置(34)，以測量所述第一或所述第二波長范圍(22、24)中任一的光輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耦合器(16)，其特征在于所述第一測光儀裝置(32)和/或所述第二測光儀裝置(34)分別包括在所述光電二極管和所述光濾波器(20)之間的所述光路中的光電二極管和光濾波器，所述光濾波器(20)僅透射所述一個波長范圍的光。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的耦合器(16)，其特征在于所述第一波長范圍(22)包括超出可見光范圍的至少一個激光源的波長范圍，和優(yōu)選處于超過SOOnm的紅外線波長范圍內(nèi)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的耦合器(16)，其特征在于所述第二波長范圍(24)為可見光的波長范圍，特別是低于800nm。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的耦合器(16)，其特征在于所述光濾波器(20)反射所述第一波長范圍(22)的一部分所述光輸出和透射所述第一波長范圍(22)的一部分所述光輸出。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的耦合器(16)，其特征在于光集束光學器件(18、30)設(shè)置在所述光濾波器(20)和所述第一波導(28)之間、所述光濾波器(20)和所述第二波導(12)之間、所述光濾波器(20)和所述第一測光儀裝置(32)之間和/或所述光濾波器(20)和所述第二測光儀裝置(34)之間。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的耦合器(16)，其特征在于所述耦合器包括用于第二光波導(12)的光波導入口(14)，其中所述光濾波器(20)設(shè)置在所述光波導入口(14)和所述光波導連接(26)之間的所述光路中。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的耦合器(16)，其特征在于用于所述信號光的所述耦合器包括在光譜上分配所述信號光至不同測光儀裝置的衍射或色散濾波器。
【文檔編號】G02B6/293GK103688204SQ201280032840
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月19日
【發(fā)明者】簡·卡倫德魯賽, 沃克爾·辛恩霍夫, 克里斯蒂安·韋斯林, 卡伊·烏爾夫·馬庫斯 申請人:英格瑞克有限公司, 維姆肯有限公司