Glasfasern nach Maß

Neues Laserverfahren ermöglicht Serienfertigung

Die moderne Medizin setzt Glasfasern ein, um kranke Venen minimalinvasiv zu veröden. Fraunhofer-Forscher haben ein Verfahren zur Laserbearbeitung entwickelt, mit dem sich die Fasern automatisiert in Serie fertigen lassen. Zudem können sie viel feiner modelliert werden als bisher.

Dank des neuartigen Laserverfahrens können Glasfasern künftig in noch kleinere Venenzweige vordringen. Bei diesem Prototyp liegt die Spitze der Fasersonde innen. (© Fraunhofer IZM)

Venenerkrankungen sind hierzulande nahezu eine Volkskrankheit geworden: Jede fünfte Frau und jeder sechste Mann hat nach Angaben der Deutschen Venenliga Probleme mit Krampfadern, Thrombosen und anderen Venenbeschwerden. Eine Venenverödung kann Abhilfe schaffen: Dazu wird eine Glasfaser mit etwa einem halben Millimeter Durchmesser in die betroffene Ader eingeschoben. Die Faser ist mit Kunststoff ummantelt und führt in ihrem Innern Laserlicht. Dieses ist in der Lage, das Gewebe zu veröden: Das Licht tritt aus der Faserspitze aus, es entsteht eine Temperatur von mehreren hundert Grad – die Vene verschließt sich.

Damit das Licht nicht frontal, sondern seitlich direkt auf die Venenwand auftreffen kann, läuft die Faser an ihrem Ende spitz zu. So bilden die Kegelwände Reflexionsflächen. Eine Schutzkappe aus Glas sorgt dafür, dass sich direkt auf der Spitze kein Blut ablagert. Das könnte die optischen Eigenschaften des Laserlichts verändern. Zudem beugt die Kappe Verletzungen des Patienten durch die Faserspitze vor.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM entwickelten im Projekt „LaserDELight“ ein neuartiges, laserbasiertes Verfahren, um solche Glasfasern exakt zu modellieren. Hierzu nutzen sie den FiberTurningLaser, einen Laser zur Glasbearbeitung. „Die Methode erlaubt erstmals eine automatisierte Herstellung im Serienmaßstab“, erklärt Dr. Henning Schröder vom IZM. Bislang werden die Fasern aufwändig mechanisch und manuell gefertigt. Das dauert nicht nur wesentlich länger, sondern ist auch kostenintensiver. „Darüber hinaus erreicht man so nur schwer eine produkttaugliche Reproduzierbarkeit“, sagt Schröder. Die Automatisierung stellt dagegen eine gleichbleibende Qualität sicher. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

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Faserspitze befindet sich in der Sonde
Durch einen Laserstrahl bringen die Forscher das Glasfaserende in Form. In einem weiteren Produktionsschritt wird die Schutzkappe aufgesetzt und mit der Faser verschmolzen, ohne dass weitere Ausstattung erforderlich ist. „Bei dem neuen Verfahren erwies es sich als praktikabler, die Faserspitze nicht mehr wie bei einem Bleistift spitz nach außen zulaufend, sondern als kegelförmige Einbuchtung in die Faser hinein zu modellieren“, erläutert Schröder. Dies bietet einen weiteren Vorteil: Die Kappe am Ende der Faser wird kleiner, da der spitze Kegel wegfällt. Damit wird der Fasersondenkopf insgesamt kompakter und beweglicher. Er kann in noch winzigere Venenverästelungen vordringen.

Mit Hilfe der Lasertechnologie wollen die Wissenschaftler zudem noch feinere Dimensionen erreichen, die sich per Hand nicht mehr bearbeiten lassen: Das Ziel sind Glasfasern mit einem Durchmesser von nur noch 100 bis 200 µm. Diese könnten auch im Bereich der optischen Sensorik neue Anwendungen eröffnen, etwa als Kleinstoptik für die Visible Light Communication – eine Technologie zur optischen Datenübertragung. In diesem Fall würde der Prozess vereinfacht gesagt umgekehrt laufen: „Die Faserspitze nimmt dann Dateninformationen aus der Umgebung auf und schickt sie durch die Faser an einen Detektor“, erklärt Schröder. Dieser Detektor – etwa eine Fotodiode oder ein CMOS-Chip – wandelt die optischen in auswertbare elektrische Signale.

Den Prototyp einer Fasersonde stellen Schröder und seine Kollegen vom IZM vom 19. bis 21. Mai in Nürnberg auf der Messe SENSOR+TEST (Halle 12, Stand 537) vor.

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