Mini-Laser für die Augenheilkunde
Günstige Halbleiter-Laser lassen sich flexibel auf die jeweils optimale Wellenlänge einstellen.
Forschende am Berliner Ferdinand-Braun-Institut (FBH) haben Prototypen miniaturisierter und robuster Lasermodule für die Augenheilkunde entwickelt. Sie können als preisgünstige Pumpquellen in Systemen zur Behandlung von Netzhautablösungen eingesetzt werden. Zudem lassen sie sich exakt auf die optimale Wellenlänge für die jeweilige Anwendung einstellen.
Ein etabliertes Verfahren zur Behandlung der Netzhautablösung 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. 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 Wissenschaftler 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 Lichtfrequenz aus dem NIR-Bereich anschließend mithilfe eines Kristalls verdoppelt werden kann. Dadurch emittiert der Laser dann im sichtbaren Spektralbereich. Aktuell verwendete Lasersysteme für die Laserkoagulation nutzen insbesondere die Wellenlängen 532 Nanometer und 577 Nanometer. Daher zielen die FBH-Pumpmodule auf diese etablierten Wellenlängen im gelb-grünen Spektralbereich. Laser mit Emission bei 577 Nanometer sind für die Augenheilkunde besonders interessant, weil bei dieser Wellenlänge der sauerstoffreiche Blutfarbstoff, das Oxyhämoglobin, am stärksten absorbiert.
Die einzigartige Kombination der miniaturisierten Lichtmodule als Pumpquelle mit einer nachfolgenden hocheffizienten SHG-Stufe ermöglicht es, das gesamte Spektrum von 400 bis 600 Nanometer abzudecken. Die Wellenlängen bisheriger Festkörperlaser-Systeme hingegen sind auf die Laserlinien 532, 561, 577 und 586 Nanometer beschränkt. Laserdioden und Verstärker können zudem in großer Stückzahl auf Wafern hergestellt werden – dies reduziert die Kosten. So passen beispielsweise 400 dieser aktiven Komponenten auf einen 3-Zoll-Wafer mit 7,6 Zentimeter Durchmesser.
Die spektral schmalbandigen Pumpquellen bei 1154 und 1064 Nanometer 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 Modulprototypen mit getrennter Laserstrahlerzeugung (Master Oscillator – MO) und Leistungsverstärkung 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 sein und den MO signifikant stören. Trotz der geringen Baugröße erreichen die Module optische Ausgangsleistungen von mehr als acht Watt im Dauerstrichbetrieb (CW) bei 1064 sowie 1156 Nanometer. Zugleich erzielen sie eine sehr gute Strahlqualität von M2 < 2 und eine spektrale Linienbreite von weniger als fünf Megahertz. Diese Performance lässt sich auch auf andere Wellenlängen übertragen.
FBH / JOL
