Miniaturisierte Pump-Lasermodule Robuste Lasermodule für die Behandlung von Netzhautablösung

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Ferd.-Braun-Institut

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Prototypen miniaturisierter und robuster Lasermodule speziell für die Augenheilkunde haben Forscher entwickelt. Die schmalbandige Pumpquelle soll bei der Behandlung von Netzhautablösungen eingesetzt werden.

Löst sich die Netzhaut im Auge, kann das zu Sehstörungen bis hin zur Erblindung führen. Ein etabliertes Verfahren zur Behandlung ist die Laserkoagulation. Mit präzisen Laserpunkten lassen sich damit Löcher oder Risse der Netzhaut therapieren. Das Verfahren wird eingesetzt, um Erkrankungen wie etwa diabetische Retinopathie oder altersbedingte Makuladegeneration zu behandeln. Die aktuell genutzten Systeme sind jedoch vergleichsweise teuer und zudem auf einige wenige Laserwellenlängen beschränkt.

Laserquellen im nahinfraroten (NIR) Wellenlängenbereich

Halbleiter-basierte, besonders effiziente und zuverlässige Laserquellen aus dem Ferdinand-Braun-Institut könnten dies ändern. Sie lassen sich flexibel auf die jeweils optimale Wellenlänge einstellen und kostengünstig realisieren. Erst kürzlich haben Wissenschaftle am FBH miniaturisierte und robuste Laserquellen im nahinfraroten (NIR) Wellenlängenbereich mit hoher spektraler Strahldichte und industrietauglicher Performance entwickelt.

Sie bestehen jeweils aus einem Pumplaser, dessen Licht aus dem NIR-Bereich anschließend mithilfe eines Kristalls umgewandelt werden kann – durch diese Frequenzverdoppelung (Second Harmonic Generation – SHG) wird die Wellenlänge halbiert. Dadurch emittiert der Laser dann im sichtbaren Spektralbereich.

Aktuell verwendete Lasersysteme für die Laserkoagulation nutzen vor allem die Wellenlängen 532 und 577 nm. Daher zielen die FBH-Pumpmodule auf diese etablierten Wellenlängen im gelb-grünen Spektralbereich. Laser mit Emission bei 577 nm sind für die Augenheilkunde besonders interessant, weil bei dieser Wellenlänge der sauerstoffreiche Blutfarbstoff, das so genannte Oxyhämoglobin, am stärksten absorbiert.

Die Laserquelle im Detail

Die spektral schmalbandigen Pumpquellen bei 1.154 nm und 1.064 nm liefern sehr hohe optische Ausgangsleistungen und eine exzellente Strahlqualität. Die anschließende Frequenzverdoppelung in den gelb-grünen Spektralbereich vereinfacht sich dadurch. Dies reduziert die Kosten und das Gewicht verglichen mit den bisherigen komplexeren Laserquellen für die Laserkoagulation. Auch ein portabler, entsprechend flexibler Einsatz der Systeme im ambulanten Umfeld wäre möglich.

Um die Einsatztauglichkeit der Lichtmodule als Pumpquellen zu demonstrieren, haben die Wissenschaftler am FBH Modulprototypen mit getrennter Laserstrahlerzeugung (Master Oscillator – MO) und Leistungsverstärkung (Power Amplifier – PA) entwickelt. Zwischen beiden Komponenten wurde ein kommerzieller miniaturisierter Isolator integriert, der den Laser (MO) komplett vor externer Rückkopplung schützt. Diese kann bei SHG-Kristallen mit Wellenleitern sehr groß (>1 Prozent) sein und den MO signifikant stören.

Trotz der geringen Baugröße der Grundfläche von 25 mm x 25 mm erreichen die Module optische Ausgangsleistungen von mehr als 8 W im Dauerstrichbetrieb (CW) bei 1.064 nm sowie 1.156 nm. Zugleich erzielen sie eine Strahlqualität von M2 <2 und eine spektrale Linienbreite von <5 MHz. Diese Performance lässt sich auch auf andere Wellenlängen übertragen.

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