Flüssiglichtleiter unter starker UV-Einkoppelung zeigen deutliche spektrale Transmissionsänderung

Flüssiglichtleiter weisen besonders im UV-Spektralbereich eine hohe Transmission auf und sind daher in der Forschung und bei industriellen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden dann eingesetzt, wenn UV-Strahlung von Strahlern zum jeweils bestrahlten Objekt effizient und sicher geleitet werden muss. In der PTB wurden die zeitliche und die spektrale Transmissionsstabilität von typischerweise im UV-Bereich verwendeten Flüssiglichtleitern unter dem Einfluss hoher UV-Bestrahlung erstmalig systematisch untersucht. Die Messungen weisen eine deutliche Degradation der spektralen Transmission der Lichtleiter nach, die wesentlich von der Art des UV-Strahlungsspektrums und der eingestrahlten Dosis bestimmt wird. Die erzielten Ergebnisse zeigen Probleme bei denjenigen Anwendungen auf, bei denen die zeitliche und spektrale Stabilität der UV-Strahlung gefordert ist.

Einleitung

Aufgrund ihrer hohen Transmission und ihrer großen numerischen Apertur bei vertretbaren Kosten, werden Flüssiglichtwellenleiter (FL) oft bei Anwendungen bevorzugt, bei denen die Ausstrahlung eines Strahlers möglichst effizient und sicher auf das bestrahlte Objekt geleitet werden muss. Im UV-Spektralbereich befassen sich derartige Anwendungen unter anderen mit UV-Härtung, Fluoreszenz-Analyse, Phototherapie oder Eximer-Laser Anwendungen. Für einige solcher Anwendungen ist eine zeitliche und spektrale Stabilität des FL-Durchgangs erforderlich. Umfangreiche Untersuchungen hierzu wurden jedoch bisher noch nicht durchgeführt bzw. veröffentlicht.

An dieser Stelle werden daher Untersuchungsergebnisse über die zeitliche und spektrale Stabilität von mehreren ausgewählten FL unter starker UV-Einkoppelung vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen deutliche Abhängigkeiten der Degradation der FL-Transmission von der angewendeten UV-Dosis und dem angewendeten Spektrum.

Untersuchung der UV-Auswirkung auf die Flüssig-Lichtleiter

Um die Auswirkung der UV-Bestrahlung auf die FL zu untersuchen, wurde ein Hamamatsu LC5 UV-Strahler mit einer Lampe vom Typ L8251 eingesetzt. Die UV-Strahlung wurde in den FL eingekoppelt und die austretende Strahlung dann mit einem Spektroradiometer und SiC- sowie GaN-Photodioden über die gesamte Expositionszeit überwacht. Die zeitliche und die spektrale Stabilität des UV-Strahlers wurde hierbei getrennt überprüft [1].

Es wurden mehrere unterschiedliche, kommerziell erhältliche FL für UV-Anwendungen untersucht. Zunächst wurde ein FL mit hoher Transmission oberhalb 260 nm überwacht (Abb. 1 und Abb. 2). Wie man in den Abbildungen sehen kann, hat die UV-Strahlung bei Wellenlängen unterhalb von 290 nm eine intensive spektral variierende Degradation des FL Durchgangs ausgelöst. Ähnliche Auswirkungen wurden auch bei einem anderen FL Typ bemerkt, der nach der Angabe des Herstellers 50 % Transmissionsgrad bei einer Wellenlänge von 300 nm hat. Jedoch wurde in diesem Fall die Degradierung der FL auch durch Strahlung oberhalb von 290 nm ausgelöst (Abb. 3). Der dritte Typ der FL ist laut der Hersteller sogar bis zu einer Wellenlänge von 230 nm geeignet. Wie beim ersten FL, zeigte dieser FL keinerlei Degradation bei Strahlungseinkoppelung oberhalb von 290 nm. Jedoch wurde erneut ein Abfall der Transmission der FL beobachtet, wenn Strahlung unterhalb 290 nm in den FL gelangte (Abb. 4 und Abb. 5).  

[1]        S. Nevas, P. Sperfeld, C. Reichold, A. Heinrich, B. Seiferling, K. Haberstroh, and R. Gruler, New transfer standards for high UV-irradiances – investigation of Xe-Hg lamps, NEWRAD Proceeding (2008).