- Hochschule München
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HOCHSCHULE MÜNCHEN FÜR ANGEWANDTE WISSENSCHAFTEN ENTWICKLUNG UND CHARAKTERISIERUNG VON OPTISCHEN SEITBLICK-SONDEN FÜR DEN MINIMAL-INVASIVEN EINSATZ IN DER GEWEBEDIAGNOSTIK Bachelorarbeit von Sebastian Fiedler Studiengang: Physikalische Technik vorgelegt am: 14. März 2014 Prüfer: Dr. rer. nat. Gerhard Franz Laser-Forschungslabor des Klinikum der Universität München Betreuer: Dr. Herbert Stepp und Dr. Ronald Sroka Zusammenfassung Die häufigste Tumorerkrankung im Zentralnervensystem, das Glioblastom, hat eine extrem schlechte Prognose. Als erfolgversprechende neue Therapiemöglichkeit befindet sich die stereotaktische interstitielle Photodynamische Therapie derzeit in klinischen Untersuchungen. Diese Therapie könnte mit einer individuellen in vivo Bestimmung der optischen Parameter des zu behandelnden Gewebes verbessert werden. Mit diesem Anwendungsziel wurde eine neue, Glasfaser-basierende Seitblick-Sonde entwickelt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Herstellungsprozess für winkelgeschliffene und Aluminium-verspiegelte Quarzfasern verschiedener Durchmesser etabliert und ein Aufbau für die Charakterisierung des Detektionsverhaltens von entsprechend endflächenmodifizierten Lichtwellenleitern, in Luft als umgebendes Medium, entwickelt. Des Weiteren wurde das Verhalten dieser Seitblick-Sonden mit einem RaytracingProgramm, in diesem Fall auch für Wasser als umgebendes Medium, simuliert. Vorab konnte schon eine gute Übereinstimmung zwischen Messung und Simulation anhand des winkelabhängigen Detektionsverhaltens eines „plan“-geschliffenen Lichtwellenleiters gezeigt werden. Insgesamt konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die neu entwickelte SeitblickSonde, unabhängig vom äußeren Medium, das gewünschte Detektionsprofil aufweist. Somit ist der Weg für eine medizinische Etablierung der individuellen Bestimmung der optischen Parameter eines Patienten geebnet. MUNICH UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCE DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF OPTICAL SIDE-VIEW PROBES FOR MINIMALLY INVASIVE TISSUE DIAGNOSTICS Bachelor's thesis of Sebastian Fiedler Course of studies: Physikalische Technik submitted on: 14th March 2014 Examiner: Dr. rer. nat. Gerhard Franz Laser-Forschungslabor Clinic of the University Supervisor: Dr. Herbert Stepp und Dr. Ronald Sroka Abstract The most frequent tumour in the central nervous system is the so-called glioblastoma. It has an extremely bad prognosis. A promising new treatment modality is the stereotactic interstitial photodynamic therapy, currently investigated in clinical trials. The treatment outcome might be significantly improved, if the optical parameters of the treated tissue could be individually determined in vivo. With this aim, a new, fibre-based side-viewing probe was developed. Within the scope of this bachelor’s thesis, the manufacturing process for diagonally ground and aluminium coated quartz fibres of various diameters was established. Additionally, a setup for the measurement of the detection characteristics of such fibres, with air as surrounding medium, was developed. Finally, a ray-tracing program was used for computer simulations of the angle-dependent detection characteristics of the side-viewing probes, here also enabling to define water as a surrounding medium. In prior investigations, a good agreement between measurement and simulation could be demonstrated on bare-cut fibres. In summary, it could be shown that the newly developed side-viewing fibres show the desired detection profile – independent of the surrounding medium. Consequently, the way for the medical establishment was opened of the individual determination of the optical parameters of a patient. Inhaltsverzeichnis 1 2 Einleitung ...................................................................................................................... 1 1.1 Motivation ............................................................................................................... 1 1.2 Photodynamische Therapie: .................................................................................... 2 1.3 Lichtwellenleiter ..................................................................................................... 4 1.4 Lichtapplikationssysteme........................................................................................ 8 1.5 Ziel der Arbeit ......................................................................................................... 9 Material und Methoden ............................................................................................... 10 2.1 Das Goniometer-System ....................................................................................... 11 2.2 Endflächenmodifkation der Lichtwellenleiter ...................................................... 14 2.3 Experimente .......................................................................................................... 17 2.3.1 Intensitäts-Stabilitätsprüfung des Diodenlasers............................................. 17 2.3.2 Reproduzierbarkeit der Winkelabhängigkeit ................................................. 17 2.3.3 Reproduzierbarkeit der Justage ..................................................................... 18 2.3.4 Detektionscharakteristik einer polierten bare-Faser ...................................... 18 2.3.5 Detektionscharakteristik einer Side-Firing-Fiber .......................................... 18 2.3.6 Detektionscharakteristik eines Lichtwellenleiters mit 45°-Schliffwinkel ....... mit verspiegelter Endfläche ........................................................................... 19 2.4 2.4.1 Detektionscharakteristika unterschiedlicher Faserendmodifikation.............. 20 2.4.2 Detektionscharakteristika in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter ...... 23 2.5 3 Simulationen ......................................................................................................... 19 Auswertung ........................................................................................................... 24 Ergebnisse.................................................................................................................... 25 3.1 Intensitäts-Stabilitätsüberprüfung des Diodenlasers ............................................. 25 3.2 Reproduzierbarkeit der Winkelabhängigkeit ........................................................ 26 3.3 Reproduzierbarkeit der Justage ............................................................................. 27 3.4 Detektionscharakteristik einer polierten bare-Faser ............................................. 28 I 3.5 Detektionscharakteristik einer Side-Firing-Fiber ................................................. 29 3.6 Detektionscharakteristik eines Lichtwellenleiters mit 45°-Schliffwinkel ............... mit verspiegelter Endfläche ................................................................................. 30 Theoretische Detektionscharakteristika unterschiedlicher Faserendmodifikation 31 3.8 Detektionscharakteristika in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter ............. 34 4 3.7 Diskussion ................................................................................................................... 38 4.1 Testung des Goniometer-System .......................................................................... 38 4.2 Simulationsermittelte Detektionscharakteristik einer polierten bare-Faser.......... 39 4.3 Vergleich experimentell und simuliert ermittelte Detektionscharakteristik ............ einer polierten bare-Faser ..................................................................................... 41 4.4 Detektionscharakteristik einer Side-Firing-Fiber ................................................. 44 4.5 Vergleich experimentell und simuliert ermittelte Detektionscharakteristik ............ eines Lichtwellenleiters mit 45°-Schliffwinkel mit verspiegelter Endfläche ....... 44 4.6 Detektionscharakteristika in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter ............. 45 5 Anwendungen und Zukunftsperspektive ..................................................................... 46 6 Abbildungsverzeichnis ................................................................................................ 49 7 Diagrammverzeichnis.................................................................................................. 50 8 Tabellenverzeichnis ..................................................................................................... 51 9 Formelverzeichnis ....................................................................................................... 52 10 Literaturverzeichnis ..................................................................................................... 52 11 Danksagung ................................................................................................................. 54 12 Anhang ........................................................................................................................ 55 Ergebnisse ......................................................................................................... 55 12.2 Datenblätter ....................................................................................................... 65 13 12.1 Selbstständigkeitserklärung ......................................................................................... 73 II Einleitung 1 Einleitung 1.1 Motivation Im Jahre 2010 sind in Deutschland 6920 Menschen an einem Tumor im Zentralnervensystem erkrankt. 95% der Tumore sind im Gehirn und Hirnstamm lokalisiert. Die relative 5-Jahres-Überlebenswahrscheinlichkeit der Patienten beträgt 22 %. Etwa 66 % der Patienten die an einem Tumor im Gehirn leiden, weisen den histologischen Befund Glioblastom auf. Bei der Diagnose Glioblastom beträgt die 5-Jahres- Überlebenswahrscheinlichkeit 8 % [Rob13]. Diese geringe Überlebenswahrscheinlichkeit motiviert die Entwicklung neuer Therapieformen. Eine erfolgversprechende neue selektive Therapieform ist die Photodynamische Therapie (PDT). Die erste Veröffentlichung, bei der diese Therapieform an einem Patienten mit bösartigem Gehirntumor angewendet wurde, erschien im Jahre 1980 [Per80, Joh10]. Seither wurde die PDT für die Behandlung neurochirurgischer Tumore weiterentwickelt und verbessert. Heute wird am Klinikum Großhadern in medizinisch spezifizierten Fällen die stereotaktische interstitielle PDT (iPDT), nach Gabe von 5-Aminolävulinsäure (5-ALA) als Photosensibilisator, als Heilungsverfahren angeboten. Die technische Herausforderung der iPDT im Gehirn liegt darin, dass sich die optischen Eigenschaften des Gewebes von Patient zu Patient unterscheiden und so bei gleicher Lichtapplikation unterschiedliche Lichtverteilungen im Gewebe entstehen, welche ihrerseits die klinischen Effekte beeinflussen. Für eine iPDTBehandlung im Gehirn wird bei einer Therapiewellenlänge von 635 nm eine optische Eindringtiefe des Lichts ins Gewebe von 1 Einleitung wird und somit im Gewebe unter-therapiert wird. Für die klinische Optimierung hinsichtlich dieses Aspektes ist es daher wünschenswert, die individuellen optischen Parameter in-vivo und in-situ vor Beginn einer jeden Therapie zu ermitteln, ohne zusätzlich den minimal invasiven Therapieansatz der iPDT zu gefährden. Als potentieller Lösungsansatz ist folgendes Vorgehen denkbar: Zunächst werden im Schädel zwei Zugänge mit definiertem Abstand gelegt. In einem wird ein Strahler (Zylinderdiffusor) und im anderen ein Lichtdetektor mit Seitblick als Sonde platziert. Mit Hilfe einer Messung der Winkelverteilung der Lichtintensität am Ort der Seitblicksonde könnten die optischen Parameter bestimmt werden [Gra12]. Mit diesen individuellen optischen Parametern kann eine optimale Positionierung der Lichtapplikatoren, für eine optimale und suffiziente Lichtverteilung, errechnet werden, um somit die Abstände der weiteren Zylinderdiffusoren anzupassen. Bei einem solchen Vorgang sind jedoch für eine ausreichende Spezifikation der optischen Eigenschaften des umliegenden Gewebes an die Lichtdetektion-Seitblick-Sonde spezielle Anforderungen zu stellen, welche durch die reproduzierbare Exaktheit der Fertigung und der exakten Ermittlung der Detektionscharakteristik gewährleistet werden müssen. Dies bedeutet im Speziellen die Erstellung einer Seit-Blick-Sonde mit definierter Detektionscharakteristik bei gleichzeitig geringstem Sondendurchmesser, sowie eine hohe Winkelauflösung bei der Vermessung der Detektionscharakteristik. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Grundlagen für die reproduzierbare Herstellung einer Seitblick-Sonde und deren experimentellen Bestimmung der Empfangscharakteristik zu schaffen, sowie durch Simulation der Detektionscharakteristik mit einem RaytracingProgramm ein tieferes Verständnis zu gewinnen. 1.2 Photodynamische Therapie: Bei der Photodynamische Therapie (PDT) und der Fluoreszenzdiagnostik (FD) wird die Wechselwirkung von Licht geeigneter Wellenlänge und einem Photosensibilisator (PS) genutzt. Der PS kann Licht mit geeigneter Energie bzw. Wellenlänge absorbieren und befindet sich anschließend im elektronisch angeregten Zustand. Eine Energieabgabe erfolgt durch Erzeugung von Wärme, Fluoreszenz oder Intersystem Crossing. Bei der FD wird die Aussendung eines Fluoreszenzphotons zur Diagnostik verwendet. Dagegen nutzt die PDT die Wahrscheinlichkeit das Intersystem Crossing des Photosensibilisators aus. 2 Einleitung Beim Intersystem Crossing wird die absorbierte Energie in einen langlebigen TriplettZustand gespeichert. Die Energie in diesem Zustand kann mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit an einem Substratmolekül in der direkten Umgebung abgeben werden. Der PS befindet sich wieder im Grundzustand und steht für einen weiteren Anregungsprozess zur Verfügung. Das Substratmolekül befindet sich anschließend in einem angeregten Zustand. Zwei Mechanismen werden dabei unterschieden: - Typ I-Mechanismus: Bildung von Radikalen oder Radikalionen, die wiederum mit Sauerstoff reagieren und Oxydationsprodukte erzeugen - Typ II.Mechanismus: Durch direkte Abgabe der PS-Energie an Sauerstoff bildet sich Singulett-Sauerstoff. Diese Art von Sauerstoff ist hoch reaktiv und für die therapeutische Behandlung verantwortlich. An einem geeigneten PS werden verschiedenen Anforderungen gestellt. Einerseits sollte sich der PS im zu behandelten Gewebe (Tumor) bevorzugt anreichern und somit gegenüber der Umgebung abgrenzen, dieses wird Selektivität genannt. Andererseits sollte die Wahrscheinlichkeit für den Übergang in den Triplett-Zustand nicht zu gering sein bzw. die Erzeugung von reaktiven Singulett-Sauerstoff sollte hoch sein, dies wird Phototoxizität genannt. Weiterhin soll die Absorptionswellenlänge der PS im langwelligen Spektralbereich (NIR) liegen, um eine große optische Eindringtiefe ins Gewebe zu ermöglichen. In diesem Wellenlängenbereich (NIR) weist Gewebe geringe Absorptionseigenschaft und somit eine bevorzugte Transparenz für eine hohe Eindringtiefe auf, wodurch bei der PDT eine Tiefenwirkung erzielt wird. Als Beispiele für medizinisch zugelassene PS mit Angabe ihrer Aktivierungswellenlänge sind Photofrin® - 3 Einleitung Strahl I wird einerseits unter dem Winkel zur Normalebene der Grenzschicht zweier Medien einfallender 1.3 Lichtwellenleiter 2. Einfallswinkel 1. Strahl I und II liegen in einer Ebene Bedingungen: in das Medium gebrochen (Strahl III). Für den reflektierten Strahl II gelten folgende reflektiert und andererseits unter dem Winkel Unter Lichtwellenleitung wird die optische Übertragung bzw. Führung von Licht in einem Dielektrikum verstanden. Dabei wird Licht mit Hilfe des Effektes der Totalreflexion an einer Grenzschicht ausgenutzt, um die Lichtführung in einem Medium zu ermöglichen. Für die Totalreflexion werden die Reflexion und Brechung einer ebenen Welle an einer Grenzschicht zweier Medien mit unterschiedlicheren Brechungsindizes betrachtet, welches in Abbildung 1 dargestellt ist. I II Medium 2 mit Medium 1 mit III Abbildung 1: Reflexion und Brechung einer ebenen Welle an einer Grenzschicht Ein unter dem Winkel 4 Einleitung Mit der Formel 2 wird erkannt, dass nur Totalreflexion auftreten kann, wenn Medium 2 einen kleineren Brechungsindex aufweist als Medium 1 ( Abbildung 2: Lichtführung in einer Stufenindexfaser 5 Einleitung Abbildung 3: Brechungsindexprofil einer Stufenindex- und einer Gradientenfaser 6 Einleitung Bei der Gradientenfaser wird der Lichtstrahl aufgrund des radial abhängigen Brechungsindex gleichmässig im Kern gebrochen bzw. umgelenkt, sodass ein schematische Verlauf eines Strahlengangs wie in Abbildung 4 dargestellt verlaufen kann. Abbildung 4: Lichtführung in einer Gradientenindexfaser Bei der Gradientenindexfaser ist der Akzeptanzwinkel streng genommen von der radialen Position des Lichteintritts abhängig. Da jedoch in der optischen Achse des LWL ein Maximum des Brechungsindex 7 Einleitung 1.4 Lichtapplikationssysteme Für die PDT werden unterschiedliche Lichtapplikationssysteme entsprechend ihrer Anwendung in den jeweiligen medizinischen Organen, wie in Abbildung 5 dargestellt ist, genutzt. Lichtdiffusor der symmetrisch kugel- abstrahlt für Hohlkugelorgane z.B. Harnblase. Lichtdiffusor der symmetrisch zylindriche zylindrisch- abstrahlt für Hohlorgane z.B. Speiseröhre, Harnleiter. Lichtdiffusor für die fläche Bestrahlung z. B. Haut Lichtdiffusoren mit homogener Lichtintensitätsabstrahlung für die interstitielle Anwendung in Abbildung 5: Darstellung verschiedener Lichtapplikatoren [Sro03] Gewebevolumen z.B. Tumorvolumen, Prostata, Hirngewebe Für die lasergestützte thermische Vaporisationstherapie, beispielsweise der Prostatavaporisation, wurden seitlich abstrahlende LWL entwickelt und werden als sogenannte SideFire-Fasern angeboten wie z.B. die Dornier-SideFocus-Fiber (Typ:S026229-P-0, Dornier MedTech Europe GmbH, Wessling, Germany). Der prinzipielle Aufbau ist in Abbildung 6 als gekapseltes und modifiziertes LWL-Ende dargestellt. Abbildung 6: Darstellung einer typischen SideFire-Faser [Las14] 8 Einleitung Eine spezifische Ausführung dieser SideFire-Fasern ist so ausgestaltet, dass die Endfläche eines LWL unter definiertem Winkel angeschliffen ist. Anschließend wird der LWL mit einer Glasabdeckung, indem ein Luftvolumen eingeschlossen wird, umschlossen. Durch den Schliffwinkel und der Grenzschicht Glas-Luft erfahren Strahlen unter bestimmten Bedingungen Totalreflexion, die für die seitliche Abstrahlung verantwortlich ist. Die Glasabdeckung dient nun einerseits zum Schutz des Schliffs und andererseits, dass die Totalreflexion auch in einem veränderlichem äußeres Medium weiter gewährleisten wird. Als alternativ, als rein seitlich detektierender Lichtwellenleiter, dient ein so ähnlich aufgebauter LWL. Diese Faser wird unter definiertem Winkel angeschliffen, aber anschließend wird der Schliff verspiegelt, welches eine Glasabdeckung unbrauchbar macht. Somit wird ein besseres Detektionsprofil und eine kleinere Dimensionierung, da nur der Lichtwellenleiters die Dimensionierung bestimmt, erreicht (siehe Kapitel 4.4, 4.5 und 4.6). 1.5 Ziel der Arbeit Inhalt dieser Arbeit ist es einerseits einen Goniometer-System für die reproduzierbare Vermessung von Detektionscharakteristika unterschiedlichster LWL zu erstellen, einen Detektions-LWL mit Seitblick zu entwickeln und zu charakterisieren, sowie mittels Simulation der Detektionscharakteristik mit einem tieferen Verständnis der optischen Prozesse die Basis für die Entwicklung weiterer Detektions-LWL zu ermöglichen. 9 Material und Methoden : -145° bis +145° und der des Polarwinkels über 2 Material und Methoden Die Entwicklung eines Goniometer Aufbaus diente dem Ziel, die Detektionscharakteristik von Lichtwellenleitern mit unterschiedlicher Faserendmodifikation zu bestimmen. Die Anforderungen des Aufbaus ist die Vermessung der Gesamtwinkelbereiche des Azimutwinkels von 10 Material und Methoden Abbildung 9: Darstellung der Abstrahlung einer winkelgeschliffen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWLTyps „FT600UMT“ 2.1 Das Goniometer-System Das Goniometer-System ist in Abbildung 10 schematisch und in Abbildung 11 real dargestellt und wurde mit Schienensystemen, Säulen, Stangen, Aufnahmeplatten und bearbeiteten Blindstopfen (Qioptiq Photonics GmbH & Co. KG, Göttingen, Germany) aufgebaut. Spezielle Halterungen wurden in der LFL-Laborwerkstatt selbst gefertigt. Um den Polarwinkel einzustellen, wurde ein Hohlwellenschrittmotor (SHS 39/200–1853.D, MicroStep GmbH, Sömmerda, Germany), verwendet. Für die Einstellung des Azimutwinkels wurde ein laboreigener Schrittmotor mit Getriebeuntersetzung 5:1 (Datenblatt unbekannt, ähnlich wie GKS 39/200/5 – 2200, MicroStep GmbH, Sömmerda, Germany), verwendet. Die Schrittmotoren werden über eine Schrittmotorsteuerung (LFLEigenentwicklung) angesteuert. Die Ansteuerung der Schrittmoteren und die Datenaufnahme erfolgt mit Hilfe des Programms „LabVIEW“ über eine USBSchnittstelle.elt. Als Lichtquelle dient ein Diodenlaser (LFL-Eigenentwicklung) mit integrierter Laserdiode (RLT635-500-TO3, Roithner Lasertechnik GmbH, Vienna, Austria), welche eine ZentralWellenlänge von 635 nm und einer max. Leistung von 500 mW aufweist. Im GoniometerSystem wird jedoch eine Leistung von 5 mW eingestellt. Das Licht wird in eine Mikrolinsenfaser (Medlight S.A., FD1, Ecublens, Switzerland) eingekoppelt. Das detektierte Licht, eingekoppelt und geleitet über die zu vermessende Faser, wird mit einer Photodiode (BPY64P, Siemens) nachgewiesen. Die Photodiode liefert einen Strom, welcher mit Hilfe eines nachgeschalteten Strom-Spannungs-Wandlers (I-U-Wandler) (OT- 11 Material und Methoden 100, Laser Components GmbH, Olching, Germany) in ein Spannungssignal umgewandelt wird. Diese Spannung wird mit einem Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) (Keithley Instruments, KUSB-3108, Germering, Germany) digitalisiert und zu einem Laptop weitergeleitet, worauf sich das Messprogramm mit integrierter Speicherroutine befindet. Abbildung 10: schematischer Aufbau zur Vermessung der Detektionscharakteristik von Lichtwellenleitern 12 Material und Methoden Abbildung 11: realer Aufbau zur Vermessung der Detektionscharakteristik von Lichtwellenleitern Der zu vermessende Detektor-Lichtwellenleiter wird in einer Führungshülse in der Hohlwelle des Schrittmotor 1 mit einer Kunststoffschraube fixiert. Dies ermöglicht die Rotation des Detektor-Lichtwellenleiters um seine optische Achse. Durch die Rotation um die eigene Achse, lässt sich das Detektionsverhalten in Abhängigkeit des Polarwinkels vermessen. Der Schrittmotor 2 dient zur Bewegung der Beleuchtungseinheit um den Azimutwinkels. Mit Hilfe der Justageeinheit lässt sich der Detektor-LWL in der x-,y- und z-Achse verstellen, um ihn in die optische Achse zur Beleuchtungseinheit und exakt über dessen Drehpunkt zu justieren. Die Ansteuerung und Datenerhebung des Goniometer-Systems erfolgt rechnergesteuert (LabVIEW 8.1, National Instruments, Austin, Texas, USA). Der Programmierer kann mit dieser Software externe Hardware integrieren und Messdaten „live“ aufnehmen, auswerten, visuell darstellen und speichern. Die umfassende interne Datenbank, mit verschiedenen Operationen und Unterprogrammen, sogenannte „SubVI’s“, zeichnet diese Software aus und ermöglicht die Überschaubarkeit und die Vereinfachung des Programmierens. Die grundlegenden Anwendungen dieser Software liegen in der Datenerfassung, Signalverarbeitung, Steuerung externer Prozesse und Automatisierungen. 13 Material und Methoden 2.2 Endflächenmodifkation der Lichtwellenleiter Es wurden bare-Fasern mit polierter plangeschliffener Endfläche sowie eine Faser mit schräg angeschliffener Endfläche hergestellt und hinsichtlich ihrer Detektionscharakteristik vermessen. Zusätzlich wurden die Fasern mit schrägangeschliffener Endfläche sowohl mit als auch ohne Verspiegelung untersucht. 2.2.1 Plangeschliffene Faser Bei dieser Modifikation werden beide Endflächen der Faser unter Verwendung der in Abbildung 12 dargestellten Komponenten bearbeitet. Dazu wurden an beiden LWL-Enden jeweils ca. 10 mm des LWL mit einer Kevlarschere abgeschnitten, um so annähernd plane Flächen bzw. eine Endflächen ohne Ausbrüche zu erhalten. Anschließend wird an beiden LWL-Enden der Mantel über eine Länge von ca. 5 mm entfernt. Dies wird mit Hilfe eines Faserstrippers durchgeführt. Dabei empfiehlt es sich, Latex-Handschuhe zu verwenden. Die Handschuhe vermeiden ein Abrutschen der Finger. Der sorgfältigste Schritt ist das Schleifen und Polieren einer Endfläche der Faser. Ein Kunststoffblock mit Bohrungen für unterschiedliche Faserdurchmesser dient zur Führung der Faser, damit diese senkrecht zum Polierteller gehaltert und geschliffen wird. Die Faser wird mit mäßigem Druck aufs Polierpapier gedrückt, welches mit Hilfe des Poliertellers rotiert (siehe Abbildung 13). Es werden nacheinander verschiedene Polierpapiere, mit abnehmender Korngröße (30 µm, 12 µm, 5 µm, 1 µm und 0.3 µm) verwendet. Je feiner das Polierpapier ist, desto aufmerksamer muss darauf geachtet werden, dass die Faser nicht durch Dreckpartikel, verkratzt wird. Nach jedem Schleifvorgang wird die polierte Endfläche unter einem Mikroskop (Leica MZ12, Leica Mikrosysteme Vertrieb GmbH, Wetzlar, Germany), mit maximal 100-facher Vergrößerung auf Kratzer oder Abbrüche, kontrolliert. Liegen diese vor, wird der letzte durchgeführte Polierschritt wiederholt. Ist die Endfläche für gut befunden, folgt eine Reinigung des Lichtwellenleiters. Dazu wird die Endfläche mit Isopropanol bespritzt: 14 Material und Methoden Abbildung 12: verwendete Materialien zur Präparation von Lichtwellenleitern Abbildung 13: Schleifvorgang eines Lichtwellenleiters für eine plane Endfläche 2.2.2 LWL mit schräger Endfläche Ein LWL-Ende wird über ca. 10 mm abgemantelt. Das Mantel-Stück wird aufgehoben, um bei der Bedampfung als Schutz genutzt zu werden. Das LWL-Ende wird mit Hilfe einer im Schleifwinkel gefrästen V-Nut, in einen Kunststoffblock so eingeklemmt, dass austrittsseitig ca. 5mm des LWL überstehen. Dieser Überstand wird nun bis zum Kunststoffblock, mit dem Schleifpapier der Körnung 30µm abgeschliffen (siehe Abbildung 14). Es folgt der Feinschliff mit abnehmender Korngröße. Zwischen den Schleifvorgängen finden Kontrollen mittels Mikroskop statt. Die Reinigung erfolgt in einem mit Isopropanol 15 Material und Methoden gefüllten Ultraschallbad. Der Lichtwellenleiter wird anschließend in eine speziell angefertigte Halterung für die Verspiegelung (siehe Abbildung 15) eingebracht und luftdicht verpackt. Dadurch wird vermieden, dass sich Staub an der Endfläche der Faser ablagert, wodurch die Qualität der Verspiegelung beeinträchtigt würde. Schließlich wird das Mantel-Stück wieder auf die LWL-Ende gestülpt. Abbildung 14: Schleifvorgang eines Lichtwellenleiters für eine winkelgeschliffene Endfläche Abbildung 15:Spezial-Faserhalterung für eine anschließende Verspiegelung 16 Standardabweichung ( ) und Material und Methoden mit planem LWL-Ende wurde mit der Mikrolinse der Azimutalbereich von Detektionssignals für einen LWL (FT600UMT, Thorlabs Inc., Newton, New Jersey, USA) Zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit der winkelabhängigen Messungen des 2.3.2 Reproduzierbarkeit der Winkelabhängigkeit dargestellt. ). Die Intensität ist aufs Maximum normiert und in Prozent 2.2.3 Verspiegelung Die Verspiegelung der winkelgeschliffenen Endfläche des Lichtwellenleiters erfolgte in einer Aufdampfanlage (Eigenbau des Labors für Oberflächenveredlung der Fakultät 06 an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften München) in der Hochschule München unter Betreuung von Herrn W. Preisser. Die Spezial-Faserhalterung (Abbildung 15) kann und wird hierfür in die Aufdampfanlage eingebracht. Die Lichtwellenleiter werden vor der Verspiegelung einer 10-minütigen Plasmareinigungen unterzogen. Als Reflektionsmaterial wird 99 % reines Aluminium verwendet. Im Anschluss an die Bedampfung wird der Schutz-Mantel entfernt und die verspiegelte Fläche hinsichtlich makroskopischer Qualität unter einem Mikroskop, mit 100-facher Vergrößerung, begutachtet 2.3 Experimente 2.3.1 Intensitäts-Stabilitätsprüfung des Diodenlasers Da die Messung der Detektionschrakteristik eines einzelnen LWL über den weiten Azimutal- und Polarwinkelbereich mehrere Stunden in Anspruch nimmt, ist die Intensitätsstabilität des Diodenlasers als Lichtquelle zu überprüfen. Zu diesem Zweck wurde das Diodenlaserlicht in einen LWL mit angekoppelter Mikrolinse geführt. Als Detektor wurde im Gonimeter-System ein plangeschliffener LWL (FT600UMT, Thorlabs Inc., Newton, New Jersey, USA) in der optischen Achse mit der Mikrolinsenfaser justiert. Die Position von Lichtquelle Mikrolinse und Detektions-LWL wurden konstant gelassen. Die Intensitätsstabilitätsmessung erfolgte über 10 h bei einer gleichbleibenden Abtastfrequenz (50 Hz) mit 20 ms Integrationszeit. Die Messung erfolgte im Dunkeln, um eventuelles störendes Umgebungslicht zu vermeiden. Die Auswertung erfolgte durch Darstellung in einem Intensitäts-Zeit-Diagramm sowie Bildung von Mittelwert ( 17 Material und Methoden ), Standardabweichung ( Mittelwert ( ) und die relative Standardabweichung zum +90° in 9°-Schritten durchfahren. Es wurden n=5 identische Experimente Detektionssignal als Funktion des Azimutalwinkels durchgeführt. Die Auswertung beinhaltet Bildung von Mittelwert ( 18 Material und Methoden Für die Auswertung wurde die Detektionscharakteristik graphisch dargestelltund subjektiv Begutachtet. 2.3.6 Detektionscharakteristik eines Lichtwellenleiters mit 45°-Schliffwinkel mit verspiegelter Endfläche Es werden die Detektionscharakteristika von 5 Lichtwellenleitern (FT600UMT, Thorlabs Inc., Newton, New Jersey, USA) versehen mit detektionsseitigem 45°-Winkel und verspiegelter Endflächen mit dem Goniometer-System vermessen. Die Integrationsdauer betrug 19 Material und Methoden 2.4.1 Detektionscharakteristika unterschiedlicher Faserendmodifikation Es wurden die Detektionscharakteristika von LWLn mit unterschiedlicher Endfläche simuliert. Als Endflächen wurde ein planpoliertes, eine sphärische Endfläche und eine Endfläche mit 45°-Winkel inkl. Verspiegelung programmiert. Als Lichtquelle dient ein Kreisfläche mit dem 0.99-fachen Radius des Kernradius des Lichtwellenleiters, somit werden Randstrahlenprobleme vermieden. Für die Untersuchungen der Unterschiede zwischen meridional und helxförmige Strahlen wurde einerseits die Strahlenaussendung über den Lichtquellenquerschnitt randomisiert, somit werden im Lichtwellenleiter meridionale und helixförmige Strahlen geführt. Andererseits wurden in einer zweiten Version der Lichtquelle nur Strahlen entlang eines Durchmessers ausgesendet, die somit nur meridional im LWL geführt werden. Für alle Lichtstrahlen gilt Aussendung senkrecht zur Lichtquellenoberfläche, somit wird jeweils von einem Parallelstrahl ausgegangen. Die schematische Simulationsgeometrie, zur Bestimmung der Detektionscharakteristik einer plangeschliffenen Endfläche eines LWL, ist in Abbildung 16, im Querschnitt mit einstrahlender Lichtquelle von links und als Detektoreinheit eine absorbierende Endfläche rechts dargestellt. Abbildung 16: schematische Simulationsgeometrie einer plangeschliffenen Endfläche eines LWL. Die Geometrie des Lichtwellenleiters spiegelt einen Zylinder als Kern und einen umhüllenden Zylindermantel, denen die Brechungsindices des Lichtwellenleiters zugeordnet sind. Dem äußeren Medium wird der Brechungsindex von Luft 20 Material und Methoden sowohl im Azimutwinkel vorherigen Untersuchungen in einer Ebene, Azimutalebene, findet nun die Untersuchung nachfolgenden Abbildung 18, im Querschnitt, dargestellt. Im Unterschied zu den Detektionscharakteristik einer winkeligen und verspiegelten Endfläche eines LWL, in der Zuletzt ist die schematische Simulationsgeometrie zur Bestimmung der Abbildung 17: Simulationsgeometrie einer Kugellinsen-geschliffener, mit Krümmungsradius R, Endfläche eines LWL Detektionscharakteristik in der graphischen Darstellung. vergleichende Bewertung der geometrischen Dimensionen der jeweiligen ∞ mm (plangeschliffen) angenommen. Die Auswertung erfolgte durch subjektiv : 0.315 mm (Spezialfall: Halbkugel); 0.7 mm; 2.1 mm; 7.0 mm; bis +90° um den Lichtwellenleiter bewegt, da eine perfekte Symmetrie in der Simulationsgeometrie herrscht. Für die Simulation mit helixförmigen geführten Strahlen wurden jeweils n=100 Strahlen je Lichtquellenposition simuliert. Ein Strahl erhält die Gewichtung von 1 W. Für eine Abschätzung der Reproduzierbarkeit wurden die Simulationen 100-mal mit unterschiedlichen Startparametern für den Zufallszahlengenerator wiederholt. Bei der Simulation für die nur meridional Strahlen wurden 10000 Strahlen, mit gleichmäßigem Abstand in einer Ebene, die in der optischen Achse des LWL liegt, generiert. Ein Strahl erhält die Gewichtung von 1 W. Die Simulationsgeometrie des Lichtwellenleiters, sowie dessen optischen Parameter, blieben unverändert. Die Simulation der Empfangscharakteristik von LWL mit sphärischer Endfläche (wie in Abbildung 17 dargestellt) wird nach demselben Prinzip wie oben erläutert, jedoch jeweils helixförmige und meridional Strahlen durchgeführt. Als sphärische Endflächen werden Krümmungsradien 21 Material und Methoden und Abbildung 18: Simulationsgeometrie einer seitlichen Detektionsfaser bei einer Quellenposition von 22 Material und Methoden Bei der Simulation für die nur meridional Strahlen wurden 10000 Strahlen, mit gleichmäßigem Abstand in einer Ebene, die in der optischen Achse des LWL liegt, generiert. Ein Strahl erhält die Gewichtung von 1 W. Die Simulationsgeometrie des Lichtwellenleiters, sowie dessen optischen Parameter, blieben unverändert. 2.4.2 Detektionscharakteristika in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter Mit Hilfe der Simulation konnte der Einfluss des Brechungsindex des umgebenden umgebendes Medium, des Winkels der Faser-Endfläche, der NA und des LWLKerndurchmessers auf die Detektionscharakteristik untersucht werden. Hierfür wurden die optischen Eigenschaften des LWL-Typs FT600UMT (Thorlabs Inc., Newton, New Jersey, USA) mit einem Winkel der Endfläche von 45°, 40° und 50°, und die optischen Eigenschaften des LWL- Typs UM22 mit Kerndurchmessern r=600 µm und r=200 µm (Thorlabs Inc., Newton, New Jersey, USA) bei jeweiligem 45°-Winkel der Endfläche simuliert. Die Detektionscharakteristika der fünf unterschiedlichen LWL-Variationen werden jeweils mit unverspiegelter und verspiegelter Endfläche, und jeweils mit dem Brechungsindex von Wasser 23 Material und Methoden 2.5 Auswertung Für die Verarbeitung der Mess- und Simulationsergebnisse und deren Auswertungen wurde die Software Matlab® (MATLAB 7.10.0.499 (R2010a), The MathWorks®, Inc., Natick, Massachusetts, USA) verwendet. MATLAB® dient zur Lösung einfacher mathematischen Operationen bis hin zu Differenzialgleichungen und numerischer Berechnungen. Dazu können viele interne Funktionen genutzt werden, wobei auch eigene Funktionen definiert werden können. MATLAB® dient des Weiteren zur Programmierung für diverse Anwendungen wie z.B. in den Bereichen Kommunikationstechnik, Bildverarbeitung, Regelungstechnik und viele mehr. Dazu wird dem Anwender ermöglicht Messdaten zu importieren, um diese auszuwerten und gegebenenfalls graphisch zu visualisieren. Im Allgemeinen ist MATLAB® eine Programmiersprache für Wissenschaftler und Entwickler. Die Auswertung der Messungen und Simulationen erfolgt mittels der Bestimmung der vollen Halbwertsbreite (eng. Full Width Half Maximum - FWHM), mit Hilfe linearer Interpolation, für den Azimutwinkelbereich (FWHM-Azimut) und Polarwinkelbereich (FWHM-Polar). Ebenso wird die jeweilige Ebene angegeben, in der die FWHM liegt (z. B. FWHM-Azimut liegt in einer bestimmten Polarebene) und die Ebene der Mitte der FWHM. Die geometrische Mitte des FWHM-Azimut-Bereiches wird als Azimutmitte bezeichnet. Eine analoge Auswertung erfolgt für den Polarwinkelbereich. 24 Standardabweichung beträgt 98.3 % bei einer von 0.62 %. Der maximale Intensitätsverlust beträgt 2.6 %. Ergebnisse 3 Ergebnisse 3.1 Intensitäts-Stabilitätsüberprüfung des Diodenlasers In Diagramm 1 ist der zeitliche Verlauf der Intensitätsschwankung des Diodenlasers über 10 Stunden dargestellt. Diagramm 1: Intensitäts-Zeit-Diagramm des Diodenlasers Dem Diagramm 1 kann entnommen werden, dass die Intensität des Diodenlasers über der gesamten Zeitspanne leicht schwankt. Die mittlere Intensität 25 Ergebnisse geringem Messsignal ( Aus der Tabelle 1 geht hervor, dass in Azimutalwinkelbereichen von grösser |63|° bei Detektionscharakteristik bei unterschiedlichen Integrationsdauern Tabelle 1: relative Standardabweichung in Prozent zur Reproduzierbarkeit der Azimut-winkelabhängigen 100 0,07 0,25 0,58 0,44 0,35 0,55 0,44 2,62 2,53 2,72 0,12 0,18 0,24 0,39 0,36 0,31 0,45 1,25 1,23 1,73 5,12 1 0,30 0,34 0,54 0,53 0,67 0,28 0,34 0,97 4,55 3,88 5,07 0 9 18 27 100 0,07 10 2,45 2,33 1,02 0,98 0,30 0,15 0,08 0,20 0,10 0,08 10 2,85 3,18 2,92 0,48 0,23 0,19 0,15 0,25 0,19 0,12 1 5,71 2,71 2,70 0,85 0,28 0,38 0,26 0,32 0,35 0,44 -90 -81 -72 -63 -54 -45 -36 -27 -18 36 45 54 63 72 81 90 Azimutwinkel -9 Azimutwinkel Azimutwinkels und der Integrationsdauer aufgelistet. berechnet und sind in Tabelle 1 in Prozent in Abhängigkeit des 3.2 Reproduzierbarkeit der Winkelabhängigkeit Aus den Messungen der winkelabhängigen Standardabweichungen 26 Positionen wurden die relativen Ergebnisse : 0° bis +90° auf den -90° bis 0° Bereich gespiegelt wurde. Diagramm 3: Darstellung der Detektionscharakteristik einer plangeschliffenen „FT600UMT-Faser“ Diagramm 2: Darstellung der Detektiionscharakteristik eines plangeschliffenen LWLs mit 9° Azimutwinkelauflösung 3.3 Reproduzierbarkeit der Justage In Diagramm 3 ist eine beispielhafte Azimutwinkelbereich 27 Messung dargestellt, in der der Ergebnisse Die relative Standardabweichung beträgt für für den jeweiligen Winkelbereich errechnet. Aus Diagramm 3 wird die die Azimut-winkelabhängige Detektionscharakteristik und eine gewisse Symmetrie deutlich. Diese Symmetrie bezieht sich jedoch nicht auf die optische Achse um die 0°-Position. Zur Abschätzung der Reproduzierbarkeit wird das Integral der Signalverläufe (n=10 Messungen) jeweils von 0° bis +90° bzw. -90° bis 0°, mit Hilfe der Funktion „trapz“ von Matlab gebildet, und davon Mittelwert und Standardabweichung, sowie die relative Standardabweichungen 28 Ergebnisse 3.5 Detektionscharakteristik einer Side-Firing-Fiber In Diagramm 5 ist die Countour-Plot-Darstellung der gemessenen Detektionscharakteristik einer side-Fire-Faser dargestellt. Es wird deutlich, dass im Azimutalbereich -50° bis 90° und im Polarbereich von -40° bis +20° eine seitliche Detektion stattfindet. Jedoch wird ebenfalls über einen großen Polarwinkelbereich (+50° bis -80°) nahe dem Azimutalbereich von -10° bis -30° mit einer Intensität von bis zu 40 % der max. Intensität nachgewiesen. Diagramm 5: Messung der Detektionscharakteristik der „Dornier SideFocus-Fiber“ 29 Ergebnisse 3.6 Detektionscharakteristik eines Lichtwellenleiters mit 45°-Schliffwinkel mit verspiegelter Endfläche Eine typische Detektionscharakteristik einer Side-Blick-Faser mit Verspiegelung ist mittels Contour-Plot in Diagramm 6 abgebildet. Der eindeutig eingegrenzte Detektionsbereich liegt im Bereich -50 bis +50 im Polarwinkel und -75° bis -125° im Azimutwinkel. Die über die n=5 selbst-gefertigten Side-Blick-Fasern gemittelten Werte zur Beschreibung des Detektionsprofils sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die geringen Standardabweichungen belegen die gute Reproduzierbarkeit von Fertigung und Goniometer-System. Diagramm 6: 1. Messung der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffener mit verspiegelter Endflächenmodifikation des Typs „FT600UMT“ Azimutebene -102 ±6 Azimutmitte -97±4 FWHM-Azimut 42±2 Polarebene 0±6 Polarmitte -1±3 FWHM-Polar 50±3 Tabelle 2: Ergebnisse der Messungen der 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifikation der LWL-Typen „FT600UMT“ 30 Ergebnisse 3.7 Theoretische Detektionscharakteristika unterschiedlicher Faserendmodifikation In Diagramm 7 ist der Vergleich der Detektionscharakteristika der Mittelwert-Kurve (n= 100 Simulationen) für nur meridional geführte Lichtstrahlen gegenüber der MittelwertKurve der meridional-plus-helixförmigen Lichtstrahlen eines plangeschliffenen LWL, dargestellt. Diagramm 7: Simulation der Detektionscharakteristik der Faser des Typs „FT600UMT“ für nur meridional und mit Berücksichtigung von helixförmig geführten Strahlen. Während die meridional Strahlen eine scharfe Abgrenzung ab einem Winkel von 22° erfahren, ist das Detektionsprofil bei zusätzlichen helixförmigen Strahlen deutlich verbreitert. Die scharfe Abgrenzung ist bedingt durch der NA des genutzten LWLs. Laut der Definition der NA sollten nur Strahlen innerhalb eines Öffnungswinkels von 22.9° geführt werden, dies gilt nach Diagramm 7 nur für meridional Strahlen. Die FWHM der mit helixförmigen Strahlen ergibt sich zu: 31 Ergebnisse Im nachstehenden Diagramm 8 werden die Ergebnisse, der Simulation der Kugellinsengeschliffener Endflächenmodifikation mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufgeführt. Diagramm 8: Simulation der Detektionscharakteristik der Faser des Typs „FT600UMT“ mit geschliffenen Kugellinsen unterschiedlicher Krümmungsradien als Endfläche. Mit zunehmendem Krümmungsradius nähert sich die Detektionscharakteristik der einer planen Endfläche (Krümmungsradius 32 Ergebnisse Diagramm 9: Simulationsergebnisse einer 45° geschliffenen und verspiegelten Detektionsfaser des Typs „FT600UMT“ Azimutebene / ° -101 Azimutmitte / ° -91 FWHM-Azimut / ° 42 Polarebene / ° 2 Polarmitte / ° 0 FWHM-Polar / ° 49 Tabelle 3: Ergebnisse der Simulation der 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifikation des LWL-Typs „FT600UMT“ 33 Ergebnisse 3.8 Detektionscharakteristika in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter Polar darstellt, findet gleichzeitig jedoch über den gesamten Polarwinkelbereich eine dominierende Detektion von vorne (Azimutwinkel nahe 0°) statt. Die Detektionschrakteristik verändert sich durch Verspiegelung, bei sonst gleichen Bedingungen, dramatisch wie in Diagramm 11 dargestellt. Es werden nur Strahlen aus dem seitlichen Kegelbereich von -70 bis -100° Azimutal und +40° Polar nachgewiesen. In den nachstehenden Diagrammen 10, 11, 12 und 13 sind die Simulationsergebnisse des Typs FT600UMT mit einem 45° Schliff bei unterschiedlichen weiteren Parametern dargestellt. Diagramm 10: Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Luft Während im Diagramm 10 die Simulation mit einer unverspiegelten Endfläche und im umgebenden Medium Luft zwar den Nachweis von Strahlen in einem seitlichen Kegelbereich von -70° bis -100° Azimutal und 34 Ergebnisse Diagramm 11: Simulationsergebniss der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Luft Aus den Diagrammen 12 und 13 wird das Detektionverhalten durch Veränderung des umgebenden Milieus Wasser dargestellt. Bei einem unverspiegelten Side-Blick-LWL werden unter Wasser nur Lichtstrahlen aus dem Bereich der optischen Achse nachgewiesen (Azimutal +10° bis -30°, gesamter Polarbereich). Bei Verspiegelung der Endfläche (diagramm 13) wird der azimutale Anteil auf Null reduziert und die Detektion unter Wasser erfolgt nur noch mittels Side-Blick unter azimuatl -70° bis -110° und polar 35 Ergebnisse Diagramm 12: Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Wasser Diagramm 13: Simulationsergebnisse einer 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Wasser 36 Ergebnisse ( seitlichen Detektionskegel bei Variation des Schliffwinkels in Richtung zu negativeren Contour-Plot graphisch vergleichbare Verhaltensweisen auf. Jedoch sind die Maximum der 40° und 50° und Faser-Typ UM22-Kerndurchmesser 200 µm und 600 µm) weisen im von Die weiteren Simulationsrechnungen (Faser-Typ FT600UMT, Endflächen-Winkel 37 Diskussion 4 Diskussion 4.1 Testung des Goniometer-System Aus der Stabilitätsprüfung für die Emissions-Intensität des Diodenlasers geht hervor, dass die geringen Intensitätsschwankungen zusätzlich reduziert werden können, wenn der Diodenlaser bereits 30 min vor Beginn der experimentellen Messungen eingeschaltet wird. Bei dieser Warmlaufzeit verringert sich die relative Standardabweichung um einen Faktor von 1.4 was bei den folgenden Messungen mittels Goniometer-System berücksichtigt wird. Die Untersuchungen zur Reproduzierbarkeit der Winkelabhängigkeit belegen, dass im relevanten Winkelbereich die Genauigkeit mit der Anzahl der Messung zwar erhöht wird, jedoch steigt damit die benötigte Messdauer erheblich. Da die Genauigkeit bei einer Integrationszeit von 38 Diskussion Die relativen Standardabweichungen können als akzeptabel betrachtet werden, da die Intensitätsschwankungen der Lichtquelle beinhaltet sind. Somit war und ist eine manuelle Justierung mit dem Goniometer-Aufbau erfolgreich. Zusammenfassend kann aus der Konstruktion, dem Aufbau und der Testung des Goniometer-Systems folgende Erkenntnisse aufgeführt werden, die bei weiterer Verwendung berücksichtigt werden sollten: 1. Die Intensität des verwendeten Diodenlasers wird, mit Berücksichtigung einer 30 minütigen Warmlaufzeit, als konstant angenommen. 2. Messungen können als Einzelmessung 39 Diskussion Die Simulation ergibt, dass bei 0° eine Reflexion von 3.46 % vorliegt. Diese stimmt mit der theoretischen Reflexion exakt überein. Eine zweite Erklärung der Intensitätsverringerung liegt darin, dass sich mit zunehmendem Azimutwinkel sich die effektive Endfläche des LWL mit dem Kosinus verkleinert. Im nachstehenden Diagramm 14 sind die vorherigen Simulationsergebnisse zusammen mit der winkelabhängigen Fresnel-Reflexion für unpolarisiertes Licht und der Kosinus Abhängigkeit korrigierten Ergebnisse dargestellt. Diagramm 14: Simulation der Detektionscharakteristik der Faser des Typs „FT600UMT“ für nur meridional, mit Berücksichtigung von helixförmigen geführten Strahlen und deren jeweiligen Kosinus- / Fresnelkorrektur.. In Diagramm 14 kann gut erkannt werden, das sich für meridional und helixförmig geführten Strahlen bis zur NA ein Plateau, ausbildet. Dabei trägt die Kosinus-Korrektur hauptsächlich zur Plateau-Ausbildung bei, da die Fresnel-Reflexion bis zur NA annähernd konstant ist. 40 Diskussion 4.3 Vergleich experimentell und simuliert ermittelte Detektionscharakteristik einer polierten bare-Faser In diesem Abschnitt wird diskutiert ob die experimentelle Messung eines plangeschliffenen LWL mit den technischen Angaben des Lichtwellenleiters und der Simulation übereinstimmt. Laut Hersteller weisen die Brechungsindices von Kern und Mantel für die Wellenlänge 635 nm folgende Werte auf: 41 Diskussion Diagramm 15: Mittelung der Messung der Detektionscharakteristik eines plan-geschliffenen LWLs des Typs FT600UMT Zusätzlich wird das experimentelle Detektionsprofil Kosinus und Fresnel (vergleiche Kapitel 4.2) korrigiert. Dabei wird nur der Bereich von 0° bis +70° dargestellt. Zusätzlich wird das Simulationsergebnis mit Korrektur mit aufgeführt. Diagramm 16: Simulation und Mittelwerte der Messung der Detektionscharakteristik eines plan-geschliffenen LWLs des Typs FT600UMT mit Kosinus- und Fresnelkorrektur 42 Diskussion Im Diagramm 16 kann gut erkannt werden, dass Messung und Simulation weitgehend übereinstimmen. Die größten Unterschiede ergeben sich im Bereich des Azimutwinkels, der der Numerischen Apertur entspricht. Die Abweichung der Messung gegenüber der Simulation kann an mehreren Punkten liegen: - Divergenz der Lichtquelle - Justagefehler - Radius des Lichtwellenleiters - Rauigkeit der Endfläche des LWLs - Fehler der Angabe der NA des Lichtwellenleiters - Nicht perfekt plan-polierte Endfläche der Faser (evtl. Linseneffekt) Während die ersten vier Aspekte nähere Untersuchungen benötigten, soll hier auf die Einflüsse NA und Linseneffekt näher eingegangen werden. Die NA des LWL-Typs FT600UMT ist mit 43 Diskussion 4.4 Detektionscharakteristik einer Side-Firing-Fiber Obwohl eine kommerzielle Side-Fire-Faser das Prinzip der seitlichen Detektionscharakteristik beinhaltet, genügt es nicht den Ansprüchen an ein minimal invasives Detetktionssystem. Die Dimensionierung dieser Faser ist durch die Glasabkappe stark vergrößert. Die verwendete Dornier SideFocus-Fiber weist einen Kerndurchmesser von 600 µm auf, jedoch ist der gesamt Durchmesser des Lichapplikators, mit Glasabdeckung, 2.1 mm. Daher war die Entwicklung einer minimal-invasiv nutzbaren Seitblick-Sonde notwendig. Diese basiert auf einer verspiegelten Endfläche eines angeschliffenen LWL. Die Herstellung einer solchen Faser wurde im Kapitel 2.2. erläutert und eine beispielhafte Detektionscharakteristik ist in Diagramm 6 dargestellt. 4.5 Vergleich experimentell und simuliert ermittelte Detektionscharakteristik eines Lichtwellenleiters mit 45°-Schliffwinkel mit verspiegelter Endfläche Da bei einer seitlichen Detektionsfaser das Detektionsverhalten in Richtung des Azimutund Polarwinkels unterschiedlich ist (Messung: siehe Diagramm 6 Simulation: siehe Diagramm 9), wurde auch für beide Winkelbereiche eine unabhängige Auswertung durchgeführt. Zudem kommt hinzu, dass helixförmig geführte Strahlen einen maßgeblichen Anteil an der detektierten Leistung haben. Aus diesem Grunde wird die FWHM als Vergleich zwischen Messung und Simulation genutzt. In Tabelle 4 sind die Ergebnisse der experimentell ermittelten Detektionscharakteristika derjenigen aus der Simulation gegenübergestellt und belegen unter Berücksichtigung der Standardabweichung hinreichende Übereinstimmung. Messung Simulation Azimutebene -102 ±6 -101 Azimutmitte -97±4 -91 FWHM-Azimut 42±2 42 Polarebene 0±6 2 Polarmitte -1±3 0 FWHM-Polar 50±3 49 Tabelle 6: Ergebnisse der Messungen und Simulation der 45° geschliffenen und verspiegelten Lichtwellenleiter 44 Diskussion 4.6 Detektionscharakteristika in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter Mit Hilfe der Simulationsrechnungen zur Detektionschrakteristik von LWL mit unterschiedlichen Endflächen konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden: - Eine Verspiegelung der Faserendfläche ist für eine rein seitliche Detektion notwendig. Gegenüber den Nachteilen einer unverspiegelten Endfläche, kann mit einer verspiegelten Endfläche der Detektion-LWL sowohl in Luft als auch unter Wasser genutzt werden und weist ausschließlich eine seitliche Detektionscharakteristik auf. - Es scheint, dass der Radius des lichtleitenden Kerns eines LWLs keinen Einfluss auf das Detektionsverhalten hat. Somit ist es denkbar, Detektionsfasern mit seitwärts gerichteter Charakteristik auch in kleinen Dimensionen (100 µm-Bereich) herzustellen. - Eine Modifizierung des Winkels der Endfläche führt zwar nicht einer relevanten Veränderung der FWHMs, jedoch verschiebt sich der Azimutwinkel für die maximale Detektionsintensität. Somit lassen sich anhand des Winkels der Endflächen definierte Vorzugsrichtungen für spezifische Nutzungen herausarbeiten. 45 Anwendungen und Zukunftsperspektive 5 Anwendungen und Zukunftsperspektive Im Rahmen der vorliegenden Studie konnte schließlich der experimentelle Einsatz einer dieser neuentwickelten Seitblicksonden zur Bestimmung optischer Parameter eines streuenden Mediums gezeigt werden. Dazu wird ein Experiment der Arbeitsgruppe [Gra12] die die Methode, mit Hilfe der Vermessung der winkelabhängigen Intensitätsverteilung einer Lichtquelle, zur Bestimmung der optischen Parameter entwickelt haben, nachgestellt, ist in Abbildung 19 schematisch dargestellt und beinhaltet auch Komponenten aus dem Goniometer-System (auf die Komponenten wird in diesem Zusammenhang nicht eingegangen). Abbildung 19: Experimenteller Aufbau, selbst im LFL entwickelt, zur Bestimmung von optischen Parametern Als Lichtquelle dient ein kugelförmiger Lichtdiffusor (eng. Spherical Light Diffusor) (SD200, Medlight S.A., Ecublens, Switzerland) in den Licht einer Weißlichtquelle (DLight 20133220, KARL STORZ GmbH & Co. KG, Tuttlingen, Germany) eingekoppelt wird. Die Messung der Lichtintensität und der Wellenlänge, die die Seitblick-Sonde detektiert, wird über ein Spektrometer (USB2000+, Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA) abgewickelt. Als Seitblick-Sonde wurde nun die entwickelte, Seitblick-Sonde verwendet. 46 im Rahmen dieser Arbeit Anwendungen und Zukunftsperspektive Dabei wurde der LWL-Typ FT600UMT (Thorlabs Inc., Newton, New Jersey, USA) mit 45° winkelgeschliffener mit verspiegelter Endmodifikation verwendet. Ziel dieses Experimentes war es die winkelabhängige Lichtintensität durch axial Drehung der Seitblicksonde für unterschiedliche Wellenlängen in einem streuenden Medium (Lipovenös 1%) zu vermessen, um aus diesen Daten die optischen Eigenschaften des die Seitblicksonde-umgebenden Medium zu ermitteln. In Diagramm 17 ist ein Messergebnis der Intensitätsverteilung in 1%iger-LipovenösLösung im Lichtquellen-Seitblick-Sonden Abstand von 12 mm für jeweils der Wellenlänge von 550 nm und 811 nm dargestellt. Diagramm 17: Winkelabhängige Intensitätsverteilung einer 1%iger-Lipovenös-Lösung, im Lichtquellen-SeitblickSonden-Abstand von 12 mm für 550 nm und 811 nm, welche mit dem LWL-Typs FT600UMT mit einer 45° winkelgeschliffener und verspiegelter Endfläche bestimmt wurde. Verglichen mit dem Ergebnis mit der Arbeitsgruppe (siehe Diagramm 18) ist mit der in dieser Arbeit entwickelten Seitblicksonde die Messung einer ähnliche Signaländerung bei Miniaturisierung der Detektionssonde möglich. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe werden nun die theoretischen Untersuchungen zur Ermittlung der optischen Eigenschaften wie Absorptions- und Streukoeffizient, sowie Anisotropie-Faktor, auf der Basis des theoretischen Verlaufs der Kurven ermöglicht. 47 Anwendungen und Zukunftsperspektive Diagramm 18: Winkelabhängige Intensitätsmessung einer 1%iger Lipovenös-Lösung im Lichtquellen-Seitblick-Sonde von 12 mm für 550 nm und 850 nm, welche mit einer Side-Firing-Fiber bestimmt wurde. [Gra12] Bevor jedoch die eine endgültige „medizinische“ Etablierung der neuen Seitblick-Sonde zur Bestimmung der optischen Parameter in die medizinische Anwendung erfolgen kann, sind noch Aspekte der weiteren Miniaturisierung, der Verringerung des Detektionsvolumens, die Datenerfassung und Auswertung, sowie die medizinische Zulassung zu bewerkstelligen. 48 und Abbildungsverzeichnis 6 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Reflexion und Brechung einer ebenen Welle an einer Grenzschicht .............. 4 Abbildung 2: Lichtführung in einer Stufenindexfaser........................................................... 5 Abbildung 3: Brechungsindexprofil einer Stufenindex- und einer Gradientenfaser ............. 6 Abbildung 4: Lichtführung in einer Gradientenindexfaser ................................................... 7 Abbildung 5: Darstellung verschiedener Lichtapplikatoren [Sro03] .................................... 8 Abbildung 6: Darstellung einer typischen SideFire-Faser [Las14] ....................................... 8 Abbildung 7: Schematische Beschreibung des Azimut- und Polarwinkel an einem plangeschliffenen Faserende ......................................................................... 10 Abbildung 8: Schematische Darstellung des Azimut- und Polarwinkels an einem winkelgeschliffenen und verspiegelten Faserende ........................................ 10 Abbildung 9: Darstellung der Abstrahlung einer winkelgeschliffen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“............................. 11 Abbildung 10: schematischer Aufbau zur Vermessung der Detektionscharakteristik von Lichtwellenleitern ................................................................................. 12 Abbildung 11: realer Aufbau zur Vermessung der Detektionscharakteristik von Lichtwellenleitern ....................................................................................... 13 Abbildung 12: verwendete Materialien zur Präparation von Lichtwellenleitern ................ 15 Abbildung 13: Schleifvorgang eines Lichtwellenleiters für eine plane Endfläche ............. 15 Abbildung 14: Schleifvorgang eines Lichtwellenleiters für eine winkelgeschliffene Endfläche .................................................................................................... 16 Abbildung 15:Spezial-Faserhalterung für eine anschließende Verspiegelung .................... 16 Abbildung 16: schematische Simulationsgeometrie einer plangeschliffenen Endfläche eines LWL.................................................................................................. 20 Abbildung 17: Simulationsgeometrie einer Kugellinsen-geschliffener, mit Krümmungsradius R, Endfläche eines LWL .............................................. 21 Abbildung 18: Simulationsgeometrie einer seitlichen Detektionsfaser bei einer Quellenposition von 49 Diagrammverzeichnis 7 Diagrammverzeichnis Diagramm 1: Intensitäts-Zeit-Diagramm des Diodenlasers ................................................ 25 Diagramm 2: Darstellung der Detektiionscharakteristik eines plangeschliffenen LWLs mit 9° Azimutwinkelauflösung .................................................................... 27 Diagramm 3: Darstellung der Detektionscharakteristik einer plangeschliffenen „FT600UMT-Faser“ ..................................................................................... 27 Diagramm 4: Messung der Detektionscharakteristik einer plan-geschliffenen LWLs des Typs“FT600UMT“ ................................................................................. 28 Diagramm 5: Messung der Detektionscharakteristik der „Dornier SideFocus-Fiber“ ....... 29 Diagramm 6: 1. Messung der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffener mit verspiegelter Endflächenmodifikation des Typs „FT600UMT“ ................... 30 Diagramm 7: Simulation der Detektionscharakteristik der Faser des Typs „FT600UMT“ für nur meridional und mit Berücksichtigung von helixförmig geführten Strahlen. ......................................................................................................... 31 Diagramm 8: Simulation der Detektionscharakteristik der Faser des Typs „FT600UMT“ mit geschliffenen Kugellinsen unterschiedlicher Krümmungsradien als Endfläche. ...................................................................................................... 32 Diagramm 9: Simulationsergebnisse einer 45° geschliffenen und verspiegelten Detektionsfaser des Typs „FT600UMT“ ...................................................... 33 Diagramm 10: Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Luft ................................................................................. 34 Diagramm 11: Simulationsergebniss der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Luft ......................................................................................................... 35 Diagramm 12: Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Wasser ............................................................................ 36 Diagramm 13: Simulationsergebnisse einer 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Wasser ......... 36 50 Tabellenverzeichnis Diagramm 14: Simulation der Detektionscharakteristik der Faser des Typs „FT600UMT“ für nur meridional, mit Berücksichtigung von helixförmigen geführten Strahlen und deren jeweiligen Kosinus- / Fresnelkorrektur.. ...................... 40 Diagramm 15: Mittelung der Messung der Detektionscharakteristik eines plangeschliffenen LWLs des Typs FT600UMT ................................................. 42 Diagramm 16: Simulation und Mittelwerte der Messung der Detektionscharakteristik eines plan-geschliffenen LWLs des Typs FT600UMT mit Kosinus- und Fresnelkorrektur ........................................................................................... 42 Diagramm 17: Winkelabhängige Intensitätsverteilung einer 1%iger-Lipovenös-Lösung, im Lichtquellen-Seitblick-Sonden-Abstand von 12 mm für 550 nm und 811 nm, welche mit dem LWL-Typs FT600UMT mit einer 45° winkelgeschliffener und verspiegelter Endfläche bestimmt wurde. ............ 47 Diagramm 18: Winkelabhängige Intensitätsmessung einer 1%iger Lipovenös-Lösung im Lichtquellen-Seitblick-Sonde von 12 mm für 550 nm und 850 nm, welche mit einer Side-Firing-Fiber bestimmt wurde. [Gra12]................................ 48 8 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: relative Standardabweichung in Prozent zur Reproduzierbarkeit der Azimutwinkelabhängigen Detektionscharakteristik bei unterschiedlichen Integrationsdauern ............................................................................................... 26 Tabelle 2: Ergebnisse der Messungen der 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifikation der LWL-Typen „FT600UMT“ .................................. 30 Tabelle 3: Ergebnisse der Simulation der 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifikation des LWL-Typs „FT600UMT“ .................................... 33 Tabelle 4: Ergebnisse der Simulationen einer winkelgeschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifikation unterschiedlicher LWL-Typen und Schliffwinkeln. Zusätzlich dient Luft als äußeres Medium. ........................................................ 37 Tabelle 5: Ergebnisse der Simulationen einer winkelgeschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifikation unterschiedlicher LWL-Typen und Schliffwinkeln. Zusätzlich dient Wasser als äußeres Medium. ................................................... 37 Tabelle 6: Ergebnisse der Messungen und Simulation der 45° geschliffenen und verspiegelten Lichtwellenleiter ........................................................................... 44 51 Formelverzeichnis 9 Formelverzeichnis Formel 1: SnelliusschesBrechungsgesetz.............................................................................. 4 Formel 2: Grenzwinkel einer Grenzschicht .......................................................................... 4 Formel 3: SnelliusschesBrechungsgesetz für den Grenzübergang äüßeres Medium-Kern eines LWL ............................................................................................................ 5 Formel 4: Numerische Apertur ............................................................................................. 6 10 Literaturverzeichnis [Bec03] Beck, T. 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[Sro03] Sroka, Ronald, und Herbert Stepp. „Fluoreszenzdiagnostik und photodynamische Therapie.“ In Lasergeschützte Operationsverfahren in der Urologie, von Alfons G. Hofstetter, 17-21. Stuttgart-New York: Georg Thieme Verlag, 2003. 53 Danksagung 11 Danksagung Ein besonderer Dank gilt dem wissenschaftlichen Leiter des Laser-Forschungslabor des Klinikum der Universität München Dr. Ronald Sroka und dem Kollegen Dr. Herbert Stepp, welche mir dieses interessantes Projekt vorgestellt und gleichzeitig mich während der gesamten Zeit betreut haben. Des Weiteren gilt ein Dank dem restlichem Team des LWLs, die jederzeit mit Rat und Tat bei wissenschaftliche Fragen mir zur Seite standen, dabei möchte ich Herrn Thomas Pongratz hervorheben. Außerdem möchte ich mich beim Leiter des Labors für Oberflächenveredlung der Fakultät 06 an der „Hochschule für Angewandte Wissenschaften München“ Prof. Dr. rer. nat. Gerhard Franz, der sein Labor für diese Arbeit zur Verfügung gestellt hat und sich bereit erklärt hat meine erst Korrektur vorzunehmen. Zudem möchte ich dem Mitarbeiter Werner Preisser danken, der die Verspiegelung der Lichtwellenleiter betreut hat. Last but not least möchte ich meinen Eltern danken, die mich während meiner gesamten Studiumslaufzeit sehr unterstützt und immer motiviert haben. 54 Anhang 12 Anhang 12.1 Ergebnisse Contour-Plot-Darstellung der 2. Messung der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffener mit verspiegelter Endflächenmodifikation des LWL-Typs „FT600UMT“. Die Messwerte sind aufs Maximum normiert. Contour-Plot-Darstellung der 3. Messung der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffener mit verspiegelter Endflächenmodifikation des LWL-Typs „FT600UMT“. Die Messwerte sind aufs Maximum normiert. 55 Anhang Contour-Plot-Darstellung der 4. Messung der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffener mit verspiegelter Endflächenmodifikation des LWL-Typs „FT600UMT“. Die Messwerte sind aufs Maximum normiert. Contour-Plot-Darstellung der 5. Messung der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffener mit verspiegelter Endflächenmodifikation des LWL-Typs „FT600UMT“. Die Messwerte sind aufs Maximum normiert. 56 Anhang Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 40° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Luft als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 40° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Luft als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. 57 Anhang Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 40° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Wasser als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 40° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Wasser als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. 58 Anhang Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 50° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Luft als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 50° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Luft als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. 59 Anhang Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 50° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Wasser als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 50° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „FT600UMT“ in Wasser als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. 60 Anhang Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „UM22-200“ in Luft als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „UM22-200“ in Luft als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. 61 Anhang Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „UM22-200“ in Wasser als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „UM22-200“ in Wasser als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. 62 Anhang Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „UM22-600“ in Luft als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „UM22-600“ in Luft als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. 63 Anhang Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit unverspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „UM22-600“ in Wasser als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. Simulationsergebnisse der Detektionscharakteristik einer 45° geschliffenen mit verspiegelter Endflächenmodifizierung des LWL-Typs „UM22-600“ in Luft als äußeres Medium. Die Simulationswerte beziehen sich auf die gesamt Emissionsleistung 1000 W der Lichtquelle. 64 Anhang 12.2 Datenblätter 1. LWL FT600UMT 2. LWL UM22-600 3. LWL UM22-200 4. Schrittmotor SHS 39/200 65 Anhang 66 Anhang 67 Anhang 68 Anhang 69 Anhang 70 Anhang 71 Anhang 72 Selbstständigkeitserklärung 13 Selbstständigkeitserklärung Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Arbeit mit dem Titel ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ selbständig angefertigt, nicht anderweitig für Prüfungszwecke vorgelegt, alle benutzten Quellen und Hilfsmittel angegeben habe, sowie wörtlich oder sinngemäße Zitate kenntlich gemacht habe. _________________________ ________________________ Ort, Datum Unterschrift 73
