Flexible Führung ultrakurzer Laserpulse in ophthalmologischen Therapiesystemen

Zusammenfassung

Ultrakurz gepulste Laser haben in den letzten 2 Jahrzehnten einen immer größer werdenden Stellenwert in der Augenheilkunde eingenommen. Mit herkömmlichen Glasfasern ist die Führung ultrakurzer Laserpulse jedoch nicht möglich. Die energiereichen Femtosekundenpulse würden das Fasermaterial zerstören und nichtlineare Dispersionseffekte die Strahlparameter erheblich verändern. Im Gegensatz dazu werden Laserpulse in photonischen Kristallfasern (engl. Photonic Crystal Fibers) hauptsächlich in Luft geleitet, sodass Absorption und Pulsverbreiterungen aufgrund der Dispersion eine deutlich geringere Rolle spielen. Im Folgenden werden insbesondere Freistrahloptiken und photonische Kristallfasern als mögliche Strahlführungsvarianten vorgestellt und hinsichtlich ihrer technischen Parameter und dem aktuellen Stand der Technik verglichen. Es zeigt sich, dass hinsichtlich der optischen Eigenschaften ein klassischer Spiegelgelenkarm deutlich variabler ist, während die HCF (engl. Hollow-Core Photonic Crystal Fiber) hinsichtlich der Laserenergie und des Laserspektrums genau abgestimmt werden muss. Demgegenüber weist die HCF in Bezug auf Handhabung, Systemintegration und Kosten eine Reihe von Vorteilen auf. Die im Gegensatz zu einem Freistrahlaufbau vergleichsweise geringe Zerstörschwelle der photonischen Kristallfasern ist für Applikationen, die auf einer photodisruptiven Laser-Gewebe-Wechselwirkung basieren, nicht akzeptabel. Wenn hingegen mit Laserstrahlung genügend geringer Spitzenintensität gearbeitet wird – z. B. im Regime der plasmainduzierten Ablation – kann die Strahlführung mittels photonischer Kristallfasern durchaus als alternative Lösung betrachtet werden.

Abstract

In the last 20 years, the role of ultrashort pulsed lasers in ophthalmology has become increasingly important. However, it is still impossible to guide ultra-short laser pulses with standard glass fibres. The highly energetic femtosecond pulses would destroy the fibre material, and non-linear dispersion effects would significantly change beam parameters. In contrast, photonic crystal fibres mainly guide the laser pulses in air, so that absorption and dispersive pulse broadening have essentially no effect. This article compares classical beam guidance with mirrors, lenses and prisms with photonic crystal fibres and describes the underlying concepts and the current state of technology. A classical mirror arm possesses more variable optical properties, while the HCF (Hollow-Core Photonic Crystal Fibre) must be matched in terms of the laser energy and the laser spectrum. In contrast, the HCF has more advantages in respect of handling, system integration and costs. For applications based on photodisruptive laser-tissue interaction, the relatively low damage threshold of photonic crystal fibres compared to classic beam guiding systems is unacceptable. If, however, pulsed laser radiation has a sufficiently low peak intensity, e.g. as used for plasma-induced ablation, photonic crystal fibres can definitely be considered as an alternative solution to classic beam guidance.

Schlüsselwörter

Strahlführungssystem - ultrakurze Laserpulse - photonische Kristallfaser - Freistrahlsystem

Key words

beam guidance - ultrashort laser pulses - photonic crystal fiber - articulated arm

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