Модификация структуры поверхности

Модификация структуры поверхности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к способу модифицирования структуры поверхности материала и, в частности, для формирования наконечника оптического волокна, пригодного для эмитирования и детектирования излучения. Настоящее изобретение относится также к способу и устройству для взаимодействия с частью субъекта и, в частности, использованию наконечника оптического волокна для эмитирования или детектирования излучения.

Описание известного уровня техники

Ссылка в этом описании на любую предшествующую публикацию (или информацию, полученную из нее) или любой объект, который известен и не рассмотрен как подтверждение или допущение, или любая форма предложения, что предшествующая публикация (или информация, полученная из нее) или известный объект являются частью общедоступного известного уровня техники в области применений, к которой это описание относится.

Оптические волокна используются в ряде различных медицинских применений типично для доставки лазерного или другого подобного излучения к части субъекта или для детектирования излучения, такого как флуоресценция. В стоматологии излучение применяют для идентификации кариеса, зубного камня и бактериальной инфекции на зубах.

Патенты США №№ 5306144, 6024562 и 6186780 от имени Гибста (Hibst) с соавторами, переуступленные Kaltenbach & Voigt GmbH & Co., раскрывают оптические способы и устройства для обнаружения кариеса зубов, зубного камня и бактериальных инфекций на зубах, используя видимый красный свет из лазера, который вызывает флуоресценцию. Однако эти методики не предусмотрены для идентификации бактериальной инфекции внутри пульповых камер и корневых каналов зубов.

Патент США № 5503559 от имени Вари (Vari), переуступленный медицинскому центру Cedars-Sinai Medical Center, раскрывает оптоволоконный эндодонтический способ и устройство для определения местоположения входа корневого канала, используя индуцированную флуоресцентную спектроскопию и потом герметизацию и пломбирование корневого канала, используя светоотверждаемый пломбировочный материал. Однако этот способ и устройство не определяют наличие места или степень бактериальной инфекции в корневом канале и не обеспечивают управляемое средство для удаления такой инфекции во время обработки.

Коммерчески доступное лазерное устройство флуоресцентной эмиссии и детектирования, обычно называемое как DiagnoDENT®, использует диодный лазер, который испускает видимое лазерное излучение при длине волны 655 нм, и оптические наконечники с центральным эмитирующим волокном и множеством периферических собирающих волокон. Комплекс многоэлементных жестких оптических наконечников, типично используемый с этим устройством для детектирования зубного кариеса, является непригодным для использования в пульповой камере и пространстве корневого канала из-за его большого диаметра и длины, а также отсутствия гибкости.

Известным способом обработки корневого канала от микробной инфекции является фотоактивируемая дезинфекция (PAD) - (photo-activated disinfection), фотодинамический процесс, который использует маломощное излучение от диодного лазера, которое типично передается посредством одноразового оптического волокна, чтобы активировать светочувствительное вещество (агент) в водном растворе. Патент США 5611793 Уилсона (Wilson) и Уилсона раскрывает способ использования PAD для дезинфицирования или стерилизации тканей ротовой полости или раны, или повреждения в ротовой полости, используя фотосенсибилизирующее соединение, облученное светом лазера.

Лазеры также используют для удаления слоя мазка и приготовления корневого канала, а также для применений на мягких тканях, таких как защитное покрытие пульпы и пульпотомия. Для эндодонтических применений на твердых тканях подачу лазерной энергии типично выполняют, используя плоские оптические волокна, прикрепленные к дентальным наконечникам.

Оптические волокна в эндодонтологии должны быть небольшими и гибкими для того, чтобы преодолевать комплексную искривленную и извилистую анатомию корневого канала. Гибкость существующих оптических волокон меньше, чем для сверхэластичных Ni-Ti инструментов, используемых в традиционной эндодонтологии. Что еще более важно, существующие волокна имеют плоские концы, так что энергия лазера выходит прямо с относительно небольшой дивергенцией, требующейся клинисту для перемещения волокна в погружающем, извлекающем и вращающем действии, чтобы попытаться усилить равномерное облучение стенок канала.

Ряд модификаций оптических волокон для медицинских применений был изложен в Verdaasdonk RM, van Swol CF. Laser light delivery systems for medical applications. PhysMed Biol 1997; 42(5):869-894.

Для стоматологии такие модификации включают в себя удлинители полых волноводов к оптическим волокнам для (Er:YAG) Alves PR, Aranha N, Alfredo E, Marchesan MA, Brugnera Junior A, Sousa-Neto MD. "Evaluation of hollow fibreoptic tips for the conduction of Er:YAG laser", Photomed Laser Surg 2005; 23(4):410-415, и применение полых металлических конических наконечников с щелями для боковой эмиссии Stabholz A, Zeltser R, Sela M, Peretz B, Moshonov J, Ziskind D, Stabholz A. "The use of lasers in dentistry: principles of operation and clinical applications", Compend Contin Educ Dent 2003; 24(12):935-948. Такие металлические волноводы имеют ограниченное клиническое применение в ситуациях, кроме как в больших и прямых корневых каналах из-за их размера и присущей жесткости.

Для оптических волокон конические концы могут быть созданы путем шлифования и полирования, как описано в ShirkGJ, Gimpelson RJ, Krewer К "Comparison of tissue effects with sculptured fibreoptic cables and other Nd:YAG laser and argon laser treatments", Lasers Surg Med 1991; 11(6):563-568, и Shoji S, Hariu H, Horiuchi H. "Canal enlargement by Er:YAG laser using a cone-shaped irradiation tip". J Endod 2000; 26(8):454-458.

Концы оптических волокон могут также быть модифицированы путем крепления определенных материалов к концу волокна для распределения энергии, включающих диоксид титана. Такие изотропические наконечники могут иметь применение для фотодинамической терапии (фотоактивируемой дезинфекции) в эндодонтологии, как описано в работе Walsh LJ. "The current status of laser applications in dentistry", Aust Dent J 2003; 48(3):146-155.

Однако даже с применением конических концов, а также наконечников, модифицированных произвольными фиксирующими материалами, большинство эмиссий происходит обычно из конца волокна. Следовательно, такие конфигурации требуют значительной манипуляции оператором, чтобы попытаться равномерно облучить (осветить) или иным способом подвергнуть полость воздействию излучения. Это в свою очередь ведет к трудоемкой обработке с возможностью только ограниченной гарантии успеха. Поэтому очевидно, что такая известная волоконная оптика является неподходящей для использования в ортодонтических применениях.

Оптические волокна могут быть использованы также в других медицинских применениях, таких как фотодинамическая терапия (PDT) - (photodynamic therapy), которая является минимально инвазивной обработкой, используемой в обрабатывании злокачественных новообразований.

В работе "Photodynamic therapy: a clinical reality in the treatment of cancer" LANCET Oncology Vol 1 декабрь 2000 г., Колин Хоппер (Colin Hopper) описывает использование кислорода, фотосенсибилизатора, а также облучения для проведения PDT. В этом документе лазерный свет направляют по волоконно-оптическим кабелям, дающим возможность вводить свет в полые органы и глубоко расположенные опухоли.

Кроме того, оптические волокна могут быть использованы в интерстициальной лазерной термотерапии, как описано, например, в работе Thomas J. Polascik и Vladimir Mouraviev "Focal therapy for prostate cancer" Curr Opin Urol 18:269-274.

Использование рассеивателя и вращающихся волокон описано в работе Thomas J. Vogl, Katrin Eichler, Martin G. Mack, Stephan Zangos, Christopher Herzog, Axel Thalhammer, Kerstin Engelmann "Interstitial photodynamic laser therapy in interventional oncology" Eur Radiol (2004) 14:1063-1073.

С другой стороны, в этих применениях оптические волокна типично обеспечивают эмиссии только из конца волокна. Следовательно, опять требуется значительная манипуляция оператором, чтобы равномерно облучить опухоль другой части субъекта при обработке.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение стремится по существу преодолеть, по меньшей мере, улучшить, один или более недостатков существующих установок.

Согласно первой широкой форме настоящее изобретение стремится обеспечить способ формирования наконечника оптического волокна, причем способ включает в себя:

a) огрубление (придание шероховатости), по меньшей мере, части концевой части оптического волокна и

b) травление огрубленной концевой части, чтобы, таким образом, образовать наконечник оптического волокна.

Типично, поверхность наконечника оптического волокна имеет многочисленные грани.

Типично, грани являются закругленными с вогнутой формой.

Типично, каждая грань предназначена для распределения падающего излучения под множеством углов.

Типично, грани имеют размер в области от 10 мкм до 100 мкм.

Типично, наконечник оптического волокна имеет сотовую структуру поверхности.

Типично, способ включает в себя огрубление конца путем абразивного действия (обработки).

Типично, способ включает в себя абразивную обработку конца с использованием пучка частиц.

Типично, способ включает в себя:

a) вращение концевой части и

b) подвергание вращающейся концевой части действию пучка частиц.

Типично, пучок частиц включает в себя частицы, по меньшей мере, одного из:

a) оксида алюминия;

b) кубического нитрида бора;

c) карбида кремния;

d) диоксида кремния;

e) оксида циркония;

f) диоксида циркония;

g) карборунда;

h) корунда и

i) оксида магния.

Типично, частицы имеют средний размер, по меньшей мере, один из:

a) от 25 до 100 мкм и

b) приблизительно 50 мкм.

Типично, пучок частиц генерируют, используя сжатый газ.

Типично, газом является, по меньшей мере, один из:

a) воздуха;

b) азота;

c) диоксида углерода и

d) негорючего газа.

Типично, газ имеет давление приблизительно 2,8 бар.

Типично, способ включает в себя травление концевой части с использованием кислоты.

Типично, кислота включает в себя, по меньшей мере, одну из:

a) фтористоводородной кислоты;

b) смеси фтористоводородной кислоты и ортофосфорной кислоты и

c) смеси фтористоводородной кислоты, ортофосфорной кислоты и фторидного соединения.

Типично, кислота находится, по меньшей мере, в одной из:

a) паровой фазе и

b) жидкой фазе.

Типично, способ включает в себя травление концевой части в течение 10-15 минут.

Типично, способ включает в себя придание формы концевой части.

Типично, способ включает в себя придание формы концевой части до огрубления концевой части.

Типично, способ включает в себя придание формы концевой части, так что концевая часть сужается к окончанию оптического волокна.

Типично, способ включает в себя придание концевой части конической формы.

Типично, способ включает в себя придание формы концевой части путем предварительного травления концевой части.

Типично, способ включает в себя предварительное травление конца, используя кислоту.

Типично, способ включает в себя предварительное травление конца в течение примерно 45-180 минут.

Типично, способ включает в себя удаление полимерного покрытия с оптического волокна, чтобы обнажить концевую часть.

Типично, оптическим волокном является, по меньшей мере, одно из:

a) стекловолокна;

b) стекловолокна, легированного фторидом, и

с) стекловолокна, легированного германием.

Согласно второй широкой форме настоящее изобретение стремится обеспечить оптическое волокно, включающее в себя наконечник, имеющий граненую структуру поверхности.

Типично, грани являются закругленными и вогнутыми по форме.

Типично, каждая грань способна к распределению излучения и собиранию падающего излучения под множеством углов.

Типично, грани имеют размер в области 10 - 100 мкм.

Типично, наконечник оптического волокна имеет сотовую структуру поверхности.

Типично, наконечник имеет по существу коническую форму.

Типично, наконечник сужается к окончанию оптического волокна.

Согласно третьей широкой форме настоящее изобретение стремится обеспечить устройство для взаимодействия с частью субъекта, причем устройство включает в себя:

a) оптическую систему для, по меньшей мере, одного из излучения генерирования или излучения детектирования; и

b) оптическое волокно, связанное с оптической системой на первом конце, второй конец оптического волокна включает наконечник, по меньшей мере, часть наконечника, имеет коническую или граненую структуру поверхности, которая позволяет излучению испускаться или приниматься посредством наконечника, по меньшей мере, частично в направлении, перпендикулярном оси оптического волокна.

Типично, наконечник оптического волокна имеет сотовую структуру поверхности.

Типично, наконечник оптического волокна имеет коническую форму.

Типично, оптическая система включает в себя источник излучения для генерирования испускаемого излучения из наконечника.

Типично, оптическая система включает датчик для обнаружения излучения, полученного посредством наконечника.

Типично, оптическая система включает в себя:

a) первый источник излучения для испускания излучения первой длины волны;

b) второй источник излучения для испускания излучения второй длины волны и

c) оптические элементы для оптического связывания первого и второго источников излучения с первым концом оптического волокна.

Типично, оптические элементы включают в себя оптический переключатель для селективного связывания источников излучения с оптическим волокном.

Типично, первый источник излучения является, по меньшей мере, одним из:

a) твердотельного лазера;

b) газового лазера;

c) диодного лазера;

d) светоизлучающего диода.

Типично, первый источник испускает лазерное излучение первой длины волны от 650 до 670 нм.

Типично, второй источник излучения является, по меньшей мере, одним из:

a) твердотельного лазера;

b) газового лазера;

c) мощного диодного лазера и

d) светоизлучающего диода.

Типично, первый и второй источники излучения формируют из диодного лазера, работающего в режиме с низкой мощностью для испускания первого излучения и в режиме высокой мощности для испускания второго излучения.

Типично, источник второго излучения испускает лазерное излучение второй длины волны от 480 до 830 нм, чтобы активировать фотосенсибилизатор.

Типично, по меньшей мере, один из источников излучения эксплуатируется в импульсном режиме.

Типично, источник излучения эксплуатируется в импульсном режиме, по меньшей мере, для одного из того, чтобы:

a) уменьшать аккумуляцию тепла;

b) генерировать кавитацию во флюидах, в которые помещают волокно;

c) генерировать ударные волны во флюидах, в которые помещают наконечник волокна;

d) достигать абляции твердых тканей зуба;

e) генерировать фотоакустические эффекты;

f) улучшать отношение сигнал-шум;

g) снижать тепловое рассеивание из устройства;

h) снижать расход энергии.

Типично, устройство включает в себя блок обработки, связанный с оптическими элементами для:

a) получения вызванного светом флуоресцентного излучения и

b) измерения уровня бактерий в полости с использованием принятого излучения.

Типично, устройство включает в себя блок обработки для управления, по меньшей мере, одним из первого и второго источников излучения и оптический переключатель.

Типично, устройство предназначено, по меньшей мере, для одного из:

a) измерения уровня бактерий в полости с использованием индуцированной светом флуоресценции и

b) дезинфицирования бактерий в полости с использованием, по меньшей мере, одной из фототермической, фотоакустической и фотодинамической обработки;

c) подвергания, по меньшей мере, одной из полости и опухоли воздействию излучения;

d) для детектирования оптической флюоресценции и

e) идентификации и обработки бактерий в полостях зубов.

Типично, полости включают в себя корневые каналы.

Согласно четвертой широкой форме настоящее изобретение стремится обеспечить способ взаимодействия с частью субъекта, причем устройство включает в себя:

a) позиционирование наконечника оптического волокна смежным, по меньшей мере, с частью субъекта, причем оптическое волокно имеет граненую структуру поверхности, которая позволяет излучению испускаться или приниматься посредством наконечника, по меньшей мере, частично в перпендикулярном направлении к оси оптического волокна; и

b) использование оптической системы, связанной с оптическим волокном, по меньшей мере, для того, чтобы генерировать или детектировать излучение.

Согласно пятой широкой форме настоящее изобретение стремится обеспечить устройство для идентификации и обработки бактерий в полостях зубов, при этом устройство включает в себя:

а) первый источник излучения для испускания излучения первой длины волны;

b) второй источник излучения для испускания излучения второй длины волны и

c) оптические элементы для оптического связывания первого и второго источников излучения с полостями для:

i) измерения уровня бактерий в полости с использованием индуцированной светом флуоресценции и

ii) дезинфицирования бактерий в полости с использованием, по меньшей мере, одного из фототермического, фотоакустического и фотодинамического способа обработки, где существует уровень бактерий.

В шестой широкой форме настоящее изобретение стремится обеспечить способ идентификации и обработки бактерий в полостях зубов, причем способ включает в себя этапы:

a) измерения уровня бактерий в полостном канале с использованием индуцирования светом флуоресценции;

b) дезинфицирования бактерий в полости с использованием способа фототермической или фотодинамической обработки, где существует уровень бактерий, и

c) повторного измерения уровня бактерий в полости с использованием индуцированной светом флуоресценции, чтобы обеспечить обратную связь для эффективности обработки.

В седьмой широкой форме настоящее изобретение стремится обеспечить способ модифицирования структуры поверхности материала, чтобы, таким образом, модифицировать оптические свойства, причем способ включает в себя:

a) огрубление поверхности материала и

b) травление огрубленной концевой поверхности так, что материал имеет граненую структуру поверхности.

Типично, грани являются закругленными.

Типично, каждая грань предназначена для распределения падающего излучения под множеством углов.

Типично, наконечник оптического волокна имеет сотовую структуру поверхности.

Типично, способ включает в себя огрубление поверхности путем абразивной обработки.

Типично, способ включает в себя абразивную обработку поверхности с использованием пучка частиц.

Типично, пучок частиц включает в себя частицы, по меньшей мере, одного из:

a) оксида алюминия;

b) кубического нитрида бора;

c) карбида кремния;

d) диоксида кремния;

e) оксида циркония;

f) диоксида циркония;

g) карборунда;

h) корунда и

i) оксида магния.

Типично, частицы имеют средний размер, по меньшей мере, один из:

a) от 25 до 100 мкм; и

b) приблизительно 50 мкм.

Типично, пучок частиц генерируют, используя сжатый газ.

Типично, газом является, по меньшей мере, один из:

a) воздуха;

b) азота;

c) диоксида углерода и

d) негорючего газа.

Типично, газ имеет давление приблизительно 2,8 бар.

Типично, способ включает травление поверхности с использованием кислоты.

Типично, кислота включает в себя, по меньшей мере, одну из:

a) фтористоводородной кислоты;

b) смеси фтористоводородной кислоты и ортофосфорной кислоты и

c) смеси фтористоводородной кислоты, ортофосфорной кислоты и фторидного соединения.

Типично, кислота находится в, по меньшей мере, одной из:

a) паровой фазе и

b) жидкой фазе.

Типично, способ включает в себя травление поверхности в течение 10-15 минут.

Краткое описание фигур чертежей

Теперь будет описан пример настоящего изобретения со ссылкой на прилагающиеся чертежи, на которых:

фиг.1 представляет собой блок-схему процесса образования наконечника оптического волокна;

фиг.2A представляет собой блок-схему примера оптического волокна, имеющего концевую часть;

фиг.2B представляет собой блок-схему оптического волокна на фиг.2A, имеющего концевую часть приданной определенной формы;

фиг.2C представляет собой блок-схему оптического волокна с фиг.2B с концевой частью, имеющего травленую, огрубленную концевую часть;

фиг.3A представляет собой изображение от сканирующего электронного микроскопа, показывающее топографию поверхности примера оптического волокна, имеющего конусообразный наконечник;

фиг.3B представляет собой изображение от сканирующего электронного микроскопа, показывающее топографию поверхности примера оптического волокна, имеющего огрубленный наконечник;

фиг.3C представляет собой первое изображение от сканирующего электронного микроскопа, показывающее топографию поверхности примера оптического волокна, имеющего огрубленный и травленый наконечник;

фиг.3D представляет собой второе изображение от сканирующего электронного микроскопа, показывающее топографию поверхности примера наконечника оптического волокна, имеющего огрубленный и травленый наконечник;

фиг.4A представляет собой блок-схему примера испускания излучения из оптического волокна фиг.3A;

фиг.4B представляет собой блок-схему примера рассеяния излучения огрубленной и травленой поверхностью;

фиг.4C представляет собой блок-схему примера испускания излучения из оптического волокна фиг.3C;

фиг.5 представляет собой блок-схему второго примера процесса формирования наконечника оптического волокна;

фиг.6A-6C представляют собой блок-схемы примера процесса травления оптического волокна, чтобы создать конусообразный наконечник;

фиг.7 представляет собой блок-схему примера устройства для огрубления наконечника оптического волокна;

фиг.8A-8C представляют собой элементные аналитические диаграммы примеров оптических волокон;

фиг.9A представляет собой диаграмму примеров прямых испусканий из ряда различных наконечников оптического волокна;

фиг.9B представляет собой диаграмму примеров боковых испусканий из ряда различных наконечников оптического волокна;

фиг.10A представляет собой пример распределения видимого красного света из коаксиального прицельного луча для немодифицированного оптического волокна;

фиг.10B представляет собой пример распределения видимого красного света из коаксиального прицельного луча для оптического волокна, имеющего конический наконечник;

фиг.10C представляет собой пример распределения видимого красного света из коаксиального прицельного луча для оптического волокна, имеющего огрубленный конический наконечник;

фиг.10D представляет собой пример распределения видимого красного света из коаксиального прицельного луча для оптического волокна, имеющего огрубленный и травленый конический наконечник;

фиг.11A представляет собой фотографию наконечника оптического волокна, имеющего коническую форму;

фиг.11B представляет собой тепловой отпечаток, полученный с использованием наконечника оптического волокна с фиг.8A при использовании Nd:YAG лазера;

фиг.11C представляет собой фотографию наконечника оптического волокна, имеющего огрубленный и травленый конический наконечник; и

фиг.11D представляет собой тепловой отпечаток, полученный с использованием наконечника оптического волокна с фиг.8C при использовании Nd:YAG лазера;

фиг.12 представляет собой блок-схему, показывающую пример устройства для обрабатывания бактерий;

фиг.13 представляет собой блок-схему, показывающую второй пример устройства для обрабатывания бактерий;

фиг.14 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ обработки бактерий; и

фиг.15A представляет собой блок-схему устройства для подвергания части субъекта воздействию излучения;

фиг.15B представляет собой блок-схему наконечника оптического волокна для подвергания части субъекта воздействию излучения;

фиг.16 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую эффект модифицирования структуры поверхности материала.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения

Теперь будет описан пример способа модифицирования структуры поверхности материала, чтобы, таким образом, модифицировать оптические свойства. С целью этого примера способ используют для получения наконечника оптического волокна, как будет теперь описано со ссылкой на фиг.1, а также фиг.2А-2С.

В этом примере на этапе 100 концевой части оптического волокна опционально придают форму. Пример оптического волокна 200 показан на фиг.2А. В этом примере оптическое волокно 200 заключает в себе материал сердцевины 210, такой как кварцевое стекло или подобное, который может опционально окружать оболочка 220, такая как защитный полимерный слой или подобное. В этом примере концевая часть 211 типично простирается на расстояние D от конца 212 сердцевины 210. Типично, оболочку 220 удаляют, чтобы открыть для воздействия, по меньшей мере, концевую часть 211 и, опционально, для дополнительной части сердцевины 210, как показано.

Формообразование может быть любой подходящей формы, и его типично выбирают для того, чтобы максимально увеличить величину излучения, падающего на внутреннюю поверхность концевой части 211. Соответственно, в одном примере концевая часть 211 сужается, чтобы, таким образом, обеспечивать в основном коническую форму, пример которой показан на фиг.2В. Формообразование может быть осуществлено любым подходящим способом, таким как полирование, шлифование, травление, тепловая деформация или подобное, в зависимости от требуемой формы.

На этапе 110 наружную поверхность концевой части огрубляют (делают шероховатой). Огрубление может быть осуществлено любым подходящим способом, но в одном примере его осуществляют абразивным действием, например, используя зернистый материал, увлекаемый в газовую струю. Подходящие зернистые материалы включают в себя оксид алюминия (корунд), кубический нитрид бора, карбид кремния, диоксид кремния, оксид циркония, диоксид циркония, карборунд, корунд и оксид магния. Газ может содержать сжатый воздух, азот, диоксид углерода или другие негорючие газы. В этом примере газовую струю направляют на концевую часть, так что зернистый материал воздействует на поверхность, таким образом скалывая и, по-другому, абразивно обрабатывая поверхность концевой части 211, вызывая огрубление поверхности. Частицы типично имеют размер между 25 мкм и 100 мкм и, типично, приблизительно 50 мкм.

Более стойкий эффект может быть достигнут с пучком частиц, чем с использованием абразивов со связкой, таких как в абразивной бумаге или шлифовальных кругах, используя или ручную технику, или вращающийся полировальник, и также уменьшается угроза повреждения волокна.

На этапе 120 огрубленную концевую часть волоконно-оптического кабеля травят, используя способ травления, такой как обработка кислотным травлением с подходящей кислотой. Подходящие обработки включают, по меньшей мере, одну из фтористоводородной кислоты; смеси фтористоводородной кислоты и ортофосфорной кислоты и смеси фтористоводородной кислоты, ортофосфорной кислоты и фторидного соединения, такого как фторид натрия, фторид калия или фторид аммония. Скорость травления и достигнутая форма могут меняться путем изменения состава и температуры кислотной обработки, а также путем изменения продолжительности воздействия для обработки кислотным травлением. Типично, травление осуществляют в течение приблизительно 10-15 минут. Кислота может быть в паровой фазе или подобной фазе. В одном примере кислоту применяют к волокну, используя паровой способ. В дополнительном примере кислотная обработка может быть выполнена путем погружения волокна в кислотостойкий или тефлоновый контейнер с травильной жидкостью. В наиболее предпочтительном способе травление достигается путем погружения конца волокна в жидкость посредством второй среды, которая изменяет поверхностное натяжение и угол контакта между кислотным раствором и наконечником волокна. Подходящей второй средой является силиконовое масло, однако могут быть также использованы другие подходящие кислотостойкие материалы.

Способ травления типично улучшает характеристики в огрубленной поверхности, таким образом, давая в результате нерегулярную структуру поверхности, как показано на фиг.2С. В одном примере структурой поверхности является граненая или сотовая структура, имеющая ряд граней, которые действуют, чтобы рассеивать падающее излучение на структуре поверхности, как будет подробнее описано ниже.

Изображения от сканирующего электронного микроскопа примера концевых частей оптического волокна теперь будут описаны со ссылкой на фиг.3А-3D.

В примере фиг.3А концевой части придали определенную форму на этапе 100, используя способ кислотного травления, как будет подробнее описано ниже. Изображение иллюстрирует, что наружная поверхность концевой части 211 типично является гладкой после процедуры придания формы.

Фиг.3В показывает пример, в котором концевую часть оптического волокна огрубили, используя зернистый абразив. В этом случае, изображение показывает, что концевая часть 211 имеет огрубленную поверхность, включающую маленькие пики и впадины.

После процесса травления этапа 120 травленая поверхность имеет нерегулярную структуру поверхности, имеющую ряд граней 300, которые образуют, как правило, сотовую структуру поверхности, как показано на фиг.3С и 3D. Сотовая структура поверхности возникает из-за травления пиков и впадин в огрубленной поверхности концевой части, которая увеличивает свой относительный размер.

Размер граней может регулироваться изменением размера частиц и/или времени травления. В этом примере, используя частицы, имеющие размер между 25 мкм и 100 мкм, и время травления от 10 до 15 минут, грани типично имеют размер в области от 10 до 100 мкм и наиболее предпочтительно 50 мкм. Они имеют правильную вогнутую форму, и общая топография обработанной поверхности является правильной, хотя размер отдельных граней изменяется от одного до следующего.

Присутствие сотовой структуры поверхности улучшает рассеяние излучения с поверхности концевой части 211. В результате концевая часть испускает большую величину излучения в боковом направлении (направлении, простирающемся по существу перпендикулярно к оси концевой части). Пример этого показан на фиг.4А-4С. Эта модификация поверхности также улучшает способность конца волокна собирать излучение, например, для использования в диагностических целях. Общая регулярная форма поверхности способствует и передаче, и собиранию света. В частности, вогнутая сферическая форма граней, а также их размер оптимизируют боковую дисперсию и собирание и видимого, и ближнего инфракрасного света.

В примере фиг.4А показана гладкая суженная концевая часть 211, получающаяся от придания формы концевой части 211. В этом примере излучение, переданное сердцевиной 210, отражается от внутренней поверхности и сердцевины 210, и концевой части 211, как показано стрелками 400. В результате, большая часть излучения испускается из конца 212 оптического волокна, как показано стрелками 401, причем, только с очень маленькими величинами излучения, которые испускаются из концевой части 211 в боковом направлении, как показано стрелками 402.

Однако в случае оптического волокна, имеющего структуру поверхности, образованную огрублением и травлением, как показано на фиг.4В, излучение 410, переданное сердцевиной 210, рассеивается структурой поверхности, как показано стрелками 411. В частности, в этом случае каждая грань структуры поверхности распределяет падающее излучение под множеством углов, таким образом, приводя к широкому профилю рассеяния. Этому способствует размер граней, который заключается в области 10 мкм - 100 мкм, который оптимизирует эффект рассеяния, таким образом, повышая боковые эмиссии. В результате, гораздо большая часть излучения испускается из концевой части 211 в боковом направлении 412, как показано на фиг.4С.

Из этого очевидно, что присутствие структуры поверхности повышает величину излучения, испускаемого вбок из оптического волокна. Следует принять во внимание, что подобным образом, если излучение сталкивается с наружной поверхностью наконечника в боковом направлении, структура поверхности улучшает рассеяние излучения, которое, в свою очередь, повышает величину излучения, переданного по оптическому волокну. Это полезно в детектировании флуоресценции или подобном.

Размер и форма структур поверхности имеет воздействие на величину рассеяния и, отсюда, количество излучения, испускаемого вбок из наконечника волокна. Изменения в характере излучения, испускаемого из наконечника волокна, влияют на степень, до которой эта энергия вызывает одно или более из следующих действий:

- получение кавитации, фотоакустические эффекты и ударные волны во флюидах, в которых помещен наконечник волокна;

- абляцию твердых тканей, таких как кость и зуб;

- уничтожение бактерий фототермическими действиями;

- уничтожение бактерий фотодинамическими действиями;

- уменьшение аккумуляции тепла;

- генерирование фотоакустических эффектов;

- улучшение соотношения сигнал-шум;

- уменьшение расхода энергии устройством.

Структура поверхности подобным образом влияет на способность наконечника волокна получать излучение для диагностических целей. Размер структур поверхности может регулироваться путем установления параметров, относящихся к процессам огрубления и травления. Параметры, которые могут быть изменены в процессе абразивной обработки, включают время абразивного действия, используемые материалы абразивной обработки, а также скорость прижимания материалов абразивной обработки. Указанные выше параметры травления, которые могут быть установлены, включают время травления, способ травления, температуру травителя, а также концентрацию и химический состав используемого травителя. Параметры будут также выбирать в соответствии с материалом, образующим оптическое волокно. Соответственно, путем соответствующего регулирования процессов огрубления и травления это позволяет регулировать пропорцию излучения, которое испускается в боковом, как противоположном осевому, направлении.

Конкретный пример способа формирования эмитирующего (испускающего) вбок наконечника оптического волокна теперь будет описан со ссылкой на фиг.5.

На этапе 500 какую-либо оболочку 220 удаляют с сердцевины 210, по меньшей мере, для концевой части 211 перед тем, как травят концевую часть 211, чтобы обеспечить коническую форму на этапе 510. Пример процесса травления показан на фиг.6А-6С.

В этом примере конец сердцевины 210 оптического волокна погружают в подходящий травильный раствор 610, такой как фтористоводородная кислота (HF) или другие материалы, указанные выше. В одном примере, если используют чистую HF, травления достигают путем обеспечения кислоты под слоем органического растворителя 620, чтобы уменьшить количество паров HF, выпускаемых в окружающую среду. Травильный раствор увлажняет погруженную поверхность волокна и образует начальную высоту мениска из-за поверхностного натяжения на границе раздела между оптическим волокном 210 и травителем. Поскольку протекает травление, направленная снизу вверх сила выталкивания, получающаяся от поверхностного натяжения, уменьшается из-за уменьшения радиуса волокна в контакте с травильным раствором, как показано на фиг.6В. Следовательно, высота мениска постепенно уменьшается до тех пор, пока часть волокна ниже слоя растворителя полностью не вытравится, таким образом, образуя имеющую определенную форму концевую часть, как показано позицией 211 на фиг.6С.

Конец волокна можно также травить путем помещения его в пары HF и вращая его, чтобы получить желательную форму поверхности. Эта вариация способа травления использует пар, полученный над ванной из HF при отрицательном давлении вентиляционной системы.

После того как закончили травление, травленое волокно затем удаляют из травителя и могут обработать до нейтрализации какого-нибудь остающегося травителя, на