DE10145945A1

DE10145945A1 - Lichtleiter mit einem Kern aus Silikongummi und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE10145945A1
Application number: DE10145945A
Authority: DE
Inventors: Guenter Zeidler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2002-04-18

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um einen neuen Kunststofflichtleiter, der gegenüber den bisher verwendeten Lichtleitern aus Plastik unter anderem eine höhere Einsatztemperatur und eine größere Dehnung erlaubt. DOLLAR A Der lichtführende Kern des Lichtleiters besteht aus einem vernetzten Silikongummi, der optisch aktive Mantel zum Beispiel aus Silikongummi oder einem Fluor-Copolymer. Die Materialien sind in ihrer Zusammensetzung so modifiziert und in den Abmessungen aufeinander abgestimmt, daß sie den optischen, mechanischen und thermischen Anforderungen gerecht werden. Dämpfungswerte um 1 dB/m werden erreicht, Werte bis zu 0,1 dB/m sind möglich. Weitere Schutzmäntel sind vorgesehen. DOLLAR A Das hauptsächliche Anwendungsgebiet für diese neuen Lichtleiter sind Lichtleitkabel für die optische Informationsübertragung in Kurzstreckenanwendungen. DOLLAR A Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel. Ein Kern (5) aus einem Silikongummi mit erhöhtem Brechungsindex, z. B. aus Polymethylphenylsiloxan oder Polygermanonsiloxan, wird von einem Mantel (6) aus einem Silikongummi mit niedrigerem Brechungsindex, z. B. Polydimethylsiloxan oder Polymethylfluoralkylsiloxan, und einem weiteren Gummi-Schutzmantel (7) umgeben.

Description

1. Stand der Technik

Die optische Informationsübertragung hat in den letzten Jahren in den öffentlichen und privaten Nachrichtennetzen und auch im industriellen und konsumnahen Bereich viele Anwendungen gefunden. Die Basis dieser Anwendungen sind Lichtleiter, meist in faserförmiger Form. In den Nachrichtennetzen werden meist Lichtleitfasern aus Quarzglas, auch Glasfasern genannt, eingesetzt, im Bereich der industriellen und konsumnahen Anwendungen werden auch häufig Lichtleitfasern aus Plastik (POF, Plastic Optical Fibre) verwendet. Dies hat damit zu tun, daß Glasfasern wegen der unvermeidlichen Eigenschaften eines spröden, harten Werkstoffes recht dünn ausgezogen werden müssen (meist 0,125 mm) und bei der Verwendung besondere Verfahren des Trennen, Verbindens und Handhabens bedürfen. Plastikfasern dagegen sind aus einem im Vergleich zu Quarzglas duktileren und nachgiebigeren Werkstoff, können dicker hergestellt werden (z. B. 1 mm) und sind auch beim Trennen, Verbinden und Koppeln leichter zu Handhaben. Obwohl die Lichtdämpfung bei Plastikfasern recht hoch ist (z. B. 200 dB je km) im Vergleich zu den Quarzglasfasern (1 dB je km und darunter) werden die Plastikfasern gerne in Anwendungen benützt bei denen die Übertragungsstrecke kurz ist (z. B. 1 bis 100 m) und es auf die einfache Handhabung ankommt.

Beispiele dafür sind Maschinensteuerungen, Signalübertragungen in HiFi-Anlagen, Informationsübertragung in Automobilen, oder auch direkt in Beleuchtungseinrichtungen. Alle heute verwendeten Plastiklichtleitfasern bestehen aus thermoplastischen Materialien, und zwar aus einem dicken Kern aus Polymethylmetacrylat (PMMA), der von einem dünnen Mantel eines Fluor-Copolymers umgeben ist.

Neben faserförmigen Lichtleitfasern sind auch flache Wellenleiterstrukturen interessant, die in Komponenten und Modulen, auf Bauplatten und in Geräten z. B. zur Rückwandverdrahtung eingesetzt werden.

2. Nachteile der heute verwendeten Plastik-Lichtleitfasern mit einem PMMA-Kern.

Polymethylmetacrylat ist ein glasklarer, amorpher Thermoplast mit einer Erweichungstemperatur zwischen 85 und 125°C. Der Temperaturbereich für die Formbeständigkeit wird allgemein für die Stoffklasse des PMMA mit 80 bis 105°C angegeben, die obere Gebrauchstemperatur wird auf 65 bis 95°C eingegrenzt (siehe z. B. Hellerich/Harsch/Haenle: "Werkstofführer für Kunststoffe", Hanser-Verlag). Da Lichtleitfasern im Betrieb besonders stabil bleiben müssen und nicht durch Fließen oder Kriechen ihre Form verändern dürfen, wird eine maximale Dauergebrauchstemperatur von 65°C empfohlen, gelegentlich werden auch Temperaturen um 70°C eingeschränkt erlaubt, doch kann es bei diesen Temperaturen bereits zu Langzeitproblemen bei der Zuverlässigkeit kommen.

Für manche Anwendungen ist dies natürlich zu wenig, gerade im Automobil können wesentlich höhere Temperaturen an den Stellen der günstigsten Kabelverlegung auftreten. Ein Temperaturbereich deutlich über 80°C, z. B. bis 100°C wäre erwünscht. Auch bei fast allen industriellen Systemen und nachrichtentechnischen Geräten werden für die Kabel standardmäßig 80°C von den Anwendungsnormen gefordert. Tatsächlich auftreten können solche hohen Dauergebrauchstemperaturen bei Geräten mit Eigenerwärmung durch die Verlustleistung z. B. von Netzgeräten und bei Anlagen, die noch zusätzlich dem direkten Sonnenschein ausgesetzt sind oder allgemein für Anwendungen in heißen Klimazonen vorgesehen sind.

Ein weiterer Nachteil des amorphen Thermplasten PMMA liegt in der beschränkten Dauerdehnbarkeit. Bereits bei einer Kurzzeitbeanspruchung kann es bei Dehnungen von 2,5 bis 8% zum Reißen kommen. Bei einer Dauerbeanspruchung, wie sie z. B. bei einer dauernd gebogenen Faser im Randbereich auftritt, kommt es schon unterhalb dieser Werte zur schleichenden Schadensbildung, es treten feine Mikrorisse in der Dehnungszone auf, die den ansonsten glasklaren Werkstoff trübe erscheinen lassen und bei der optischen Übertragung zu einer langsamen Zunahme der Dämpfung führen können. Meist wird in den Spezifikationen eine erlaubte Dauerdehnung unter 2% vorgegeben. Bei einer 1 mm dicken Faser bedeutet dies, daß der Biegeradius für dauernde Verlegebiegungen über 25 mm liegen muß, da bei schärferen Biegungen bereits höhere Dehnungswerte in der Randfaser auftreten und die Wahrscheinlichkeit für Langzeitschäden gegeben ist. Dies ist gerade für die Plastikfaser eine unangenehme Beschränkung, da der Anwender von seiner üblichen Erfahrung mit Plastikfäden ausgeht und auch die Lichtleitfaser eigentlich "um seinen Finger" wickeln möchte und in der Montage und der Kabelverlegung es nur schwer einsieht, daß ein größerer Biegeraum für den geforderten Biegeradius von mehr als 25 mm zur Verfügung stehen muß. Gerade für Anwendungen mit beschränktem Raum, wie in Geräten oder im Automobil, würde es von wesentlichem Vorteile sein, wenn deutlich engere Biegungen erlaubt wären, also Fasern mit einer Dauerdehnung über 2% zur Verfügung stehen würden.

Das Problem der beschränkten Dauerdehnung wird noch verschärft durch die Spannungsrißanfälligkeit des PMMA. Wird die Oberfläche mit Chemikalien, wie polaren, aromatischen oder chlorierten Lösungsmitteln behandelt, so tritt die Mikrorißbildung bereits bei wesentlich kleineren Dehnungswerten (schon bei der Hälfte) und bei kurzen Wirkdauern (Minuten und Stunden) auf. Dabei reichen schon Spuren der chemischen Reagenzien, die die Risse auslösen können. Diese Spuren können durch den dünnen Fluorpolymermantel hindurchwandern oder an Verletzungsstellen direkt auf das PMMA wirken. In der Praxis ist dies eine besondere Gefahr beim Reinigen der Fasern, wenn z. B. am Kabelende ein Stecker montiert werden soll und das Kabelende durch die Installationsarbeiten verschmutzt ist oder das Kabel in einer Umgebung eingesetzt werden muß, in der auch im bestimmungsgemäßen Betrieb niedrig konzentrierte Dämpfe von Benzin, Öl, Alkohol etc. auftreten können. Ebenfalls schädlich ist der Einfluß von Wasser, das nicht nur Spannungsrisse begünstigt, sondern auch bei langer Einwirkungsdauer und höheren Temperaturen zu einer chemischen Schädigung des PMMA führen kann. Insgesamt wäre eine verbesserte Beständigkeit gegen Chemikalien und Spannungsrißauslösern erwünscht, die Anwendbarkeit einer solchen neuen Plastikfaser würde in wichtige Bereiche hinein erweitert.

3. Anforderungen an eine neue Lichtleitfaser aus Kunststoff

Faßt man obige Anforderungen nach einem verbesserten Lichtleiter zusammen, so zeigt sich folgendes Bild:

- Temperaturbereich über 80°C
- Erlaubte Dauerdehnung über 2%
- Geringe Neigung zu Spannungsrissen
- Chemikalienbeständigkeit

Zu diesen aus der Anwendungstechnik, insbesondere in der Automobiltechnik stammenden Anforderungen kommen natürlich noch die Anforderungen aus der optischen Übertragungstechnik. Dies ist insbesondere eine niedrige optische Dämpfung aufgrund der Absorbtion und Streuung des Lichtes im Kernmaterial. Dies ist nur mit Werkstoffen möglich, die mit großer Reinheit hergestellt werden können und die ein homogenes, nicht-kristallines Gefüge aufweisen. Zusätzlich müssen noch die für eine Lichtführung in einer Kern- Mantelstruktur geeigneten optischen Brechzahlen realisierbar sein. Es gelten folgende optische Anforderungen:

- Geringe Lichtabsorbtion, hohe Reinheit
- Geringe Lichtstreuung, Homogenität
- Geeignete Brechzahlen

Konzentriert man sich eher auf die neuen Anwendungsfelder z. B. in der Automobiltechnik, so kann man die optischen Anforderungen wegen der kurzen Übertragungsstrecken von ca. 10 bis 20 Meter geringer gewichten als die aus der Anwendung stammenden Temperatur- und Dehnungsanforderungen. Einfache optische Datenübertragungssysteme erlauben eine Streckendämpfung in der Gegend von 20 dB, die in den Zielanwendungen gefragten Übertagungslängen liegen etwa bei 10 bis 20 Meter, wir müssen also Mindestdämpfungswerte um ca. 1 bis 2 dB/m erreichen.

4. Beschreibung der Lichtleitung auf der Basis von Silikonen a) Allgemeines

Es wird hier ein neuer Kunststofflichtleiter vorgeschlagen, dessen lichtführender Kern aus einem geeigneten, hauptsächlich vernetzten Polysiloxan (genauer: Polydiorganosiloxanen) besteht. Diese Werkstoffklasse wird auch als Gruppe der Silikone, bestehend aus den Silikonölen und den Silikongummis, bezeichnet. Ein Beispiel ist das Polymethydisiloxan, das als Öl unterschiedlicher Zähigkeit oder als vernetzter Gummi in vielen Anwendungen mit erhöhten Anforderungen eingesetzt wird.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Stoffmasse ist die hohe Temperaturbeständigkeit von -50°C bis weit über 100, ja bis zu +180°C und in seiner vernetzten Form als Gummi seine Unempfindlichkeit gegen Spannungsrisse, seine hohe Dehnbarkeit von über weit 10%, ja über 100% und seine gute Beständigkeit gegen Chemikalien. (Allgemeines zu Silikonen siehe z. B. in Silicone, Chemie und Technologie, Vulkan-Verlag Essen, 1989).

b) Absorption des Lichtes

Ohne Farb- oder Füllstoffbeimischung können die Polysiloxane glasklar sein. Sie werden deshalb auch in Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf die optische Transparenz ankommt, wie z. B. als durchsichtiger Verguß elektronischer Baugruppen oder zur Verklebung von Linsen und Glasteilen. Die optisch aktive Schichtdicke ist dabei gering und liegt im Bereich von Zehnteln von Millimetern bis zu einigen Millimetern.

Im Zusammenhang mit der hier vorgestellten Erfindung stellt sich nun die Frage, ob auch Lichtübertagungsstrecken möglich sind, die wesentlich länger sind (Faktor 1000 und mehr). Der synthetische Herstellprozess der Silikone erlaubt grundsätzlich eine hohe Reinheit des Materialsystems, absorbierende Beimengungen, z. B. Ionen von Übergangsmetallen, können durch Destillation der Vorprodukte (Silane) ausgeschlossen werden. Meist werden Metallkomplexe (Platin) als Katalysatoren für die Polymerisation beigemischt. Da diese Verbindungen breite Absorbtionsbänder im interessanten Spektralbereich aufweisen, ist es wichtig, daß nur so wenig wie möglich beigemischt wird (Anteil z. B. unter 6 ppm) oder auf andere Weise die Polymerisationsreaktion angeregt wird. Grundsätzlich bietet das molekulare Grundgerüst der Siloxane zwischen den Elektronenabsorbtionen im UV und den Molekülschwingungen der Si-O-Si-Grundkette und der Kohlenwasserstoff-Seitengruppen ein optisch nutzbares Fenster im interessanten Wellenlängenbereich des Sichtbaren und des nahen Infraroten. Diese Zusammenhänge wurden aus einzelnen Messungen theoretisch verallgemeinert und sind in Fig. 1 dargestellt. Die Messergebnisse wurden zum großen Teil an Mustern gewonnen, die im Laufe der Entwicklungsarbeiten zu dieser Erfindung hergestellt wurden und im nächsten Kapitel beschrieben sind. Sie beziehen sich hauptsächlich auf Lichtleiter aus vernetzten Polydimethylsiloxanen, wurden aber theoretisch verallgemeinert. Man sieht in dieser für Siloxane neuen Grenzdarstellung, daß die für Kurzstreckenanwendungen interessanten Dämpfungswerte um 1,0 dB je Meter für Lichtwellenlängen zwischen der kurzwelligen (1) und der langwelligen (2, 3) Grenze im Bereich von ca. 400 bis 850 nm theoretisch möglich sind. An der durch die Molekülschwingungen bedingten langwelligen Grenze treten natürlich deutliche Maxima (2) und Minima (3) auf, je nachdem, ob man gerade eine Schwingungsoberwelle anregt oder daneben in einem Fenster liegt. Diese Dämpfungsspitzen sind für Wellenlängen über 630 nm zu beachten, das theoretische Dämpfungsminimum dürfte in einem Fenster um 770 nm liegen und im Idealfall eine Minimaldämpfung von bis zu 0,1 dB/m ermöglichen. Diese Erkenntnis ist im Zusammenhang mit den besonders interessanten Anwendungen durchaus neu und für eine neue Produktklasse ermutigend! Bei der Anpassung der empirischen Daten an die Theorie wurden für das Infraroten die für die Polysiloxane typischen Molekülschwingungen berücksichtigt. Beim kurzwelligen Bereich wurde ein für organische Materialien übliche UV-Bandenstruktur angenommen und an die Meßwerte angeglichen.

c) Streuung des Lichtes

Neben der Absorption an Atom- und -Molekülresonanzen und deren Oberschwingungen wird die Dämpfung des Lichtes hauptsächlich durch die Lichtstreuung an Materialinhomogenitäten bestimmt, wenn man durch Reinheit in Synthese und Polymerisation dafür sorgt, daß sonstiger Schmutz vermieden wird (allgemein zur Lichtstreuung siehe z. B. Born/Wolf, Principles of Optics, Pergamon, 1959, Seiten 633 bis 664). Sind die Inhomogenitäten wesentlich kleiner als die Wellenlänge des verwendeten Lichtes (z. B. ein Hundertstel), so nimmt die Lichtstreuung, also auch die dadurch hervorgerufene Dämpfung mit der 4. Potenz der Wellenlänge ab. Dieses Verhalten bezeichnet man als die Rayleigh-Streuung, sie tritt z. B. im Dämpfungsverhalten von Quarzglasfasern zu Tage. Haben die Materialinhomogenitäten größere Abmessungen und kommen gar in die Größenordnung der Lichtwellenlänge, so erreicht die Streuung ein Maximum, fällt dann wieder leicht ab und nimmt periodisch zu und ab, auch nach der Streurichtung zeigen sich Maxima und Minima. Dieses Verhalten wird Mie- Streuung genannt. Sind verschieden große Inhomogenitäten vorhanden, so sind diese Resonanzphänomene nicht mehr aufzulösen, es bildet sich durch Überlagerung ein gemischtes Verhalten aus, bei dem die Dämpfung mit steigender Wellenlänge eher konstant bleibt oder nur schwach abfällt. Bei vernetzten Kunststoffen sind grundsätzlich verschieden große Inhomogenitäten zu erwarten. Neben den Grundzellen der Kunststoffmoleküle (z. B. Siloxangruppen, Methylgruppen) ist insbesondere die Vernetzungsart (linearer Knäuel oder Raumnetz) und die Vernetzungsdichte wichtig, die aus Größe und Art der Monomere folgt.

Darüber hinaus können sich im makromolekularen Bereich Überstrukturen ausbilden. Letztendlich kommen auch die Inhomogenitäten der Mischung der Monomere und des Katalysatorsystems und der Temperatur zum Tragen. Ein Filtern der Komponenten mit einer Porengröße des Filters unter 10 Mikrometern ist zu empfehlen. Bei den im Zusammenhang mit dieser Erfindung auftretenden Forderung nach Homogenität bietet sich insbesondere die Polyaddition (z. B. Vinyl- an Siloxanwasserstoffgruppen) als Polymerisationsmethode an, da bei der alternativen Polykondensation störende Nebenprodukte im Volumen des Materials auftreten können.

In Fig. 1 wurden als Beispiel Meßergebnisse für die Lichtstreudämpfung von Polydimethylsiloxanen gestrichelt eingezeichnet (4). Man sieht ein weniger starkes Abfallen über der Wellenlänge, als es nach der Rayleigh-Streuung zu erwarten wäre, es nähert sich eher dem Mie-verhalten an. Wir haben also in den Meßobjekten, die im nächsten Kapitel beschrieben werden, durchaus eine Mischung aus verschieden großen Inhomogenitäten bis hin zu Mie-Streuern, die einen deutlichen Einfluß auf die Lichtdämpfung nehmen.

Was beeinflußt nun die Homogenität eines vernetzten Polyorganosiloxanes im Einzelnen? Bei der Vernetzung durch Polyaddition werden 2 chemisch unterschiedliche Monomere mit einer in etwa definierten Kettenlängen von n Si-O-Siloxangrundbausteinen z. B. mit Hilfe von katalytisch aktivierten Vinylgruppen auf der einen Kette über eine Wasserstoff-Silizium- Gruppe auf der anderen Kette verknüpft. Nehmen wir als Beispiel für ein Monomer eine Kettenlänge von n = 200, so würde dies bei der Länge des Grundbausteines von ca. 0,3 nm eine gestreckte Länge der Kette von 60 nm bedeuten. Wegen der freien Drehbarkeit der verbundenen Glieder bildet sich ein regelloses Knäuel mit einem statistisch errechenbaren wahrscheinlichen Durchmesser von nur 3,5 nm. In Wirklichkeit bilden sich natürlich unterschiedlich geformte Knäuel aus, die nun mit einem nächsten Molekül über die irgendwo in den Knäueln liegenden Andockstellen zu Makromolekülen verknüpft werden. Im Idealfall würde sich bei endständigen Andockstellen somit eine immer längere Kette bilden, die dann den Raum homogen ausfüllt. Im Grunde müßte dafür unendlich viel Zeit zur Verfügung stehen, damit durch Temperaturbewegung, Diffusion des Katalysators, etc. sich alle Andockstellen finden und störungsfrei miteinander reagieren können. Dieser Idealfall ist natürlich nicht zu erwarten, es wird sich die Knäuelstruktur der Monomere wiederfinden, da sie sich nicht völlig aufgelöst haben, es werden unvernetzte Stellen übrigbleiben, an anderen Stellen werden dafür die Andockstellen besonders häufig aneinander finden, es wird zu Ringschlüssen kommen und schließlich kann es durch Anlagerungen ähnlicher, benachbarter Gruppen zu einer Überstruktur mit einer Nahordnung kommen. Die dadurch auftretenden Verdichtungs- und Verdünnungszonen werden Abmessungen von einem Mehrfachen der Abmessung der Monomerknäuel haben, sind damit nicht mehr sehr klein gegen die Lichtwellenlänge und werden das Licht entsprechend stark streuen. (Nach einer einfachen Modellvorstellung kann die Lichtstreuung mit der 6. Potenz der Abmessung einer Inhomogenität zunehmen). Die in Fig. 1 wiedergegebenen Streumessungen (4) weisen ebenfalls auf Abmessungen der Inhomogenitäten von bis zu einigen Zehntel der Lichtwellenlänge hin.

Was kann im Zusammenhang mit dieser Erfindung dagegen getan werden? Zunächst müssen alle Komponenten (z. B. der Katalysator, die beiden Monomere) so gut wie möglich gereinigt, gefiltert und gemischt werden, die Zeit zum Vernetzen muß ausreichend und die Temperatur gleichmäßig sein. Gegebenenfalls muß der Prozeß so ausgestaltet werden, daß eine Nachvernetzungs- oder Temperzeit zur Verfügung steht.

Entsprechen obiger Theorie müßte man darüber hinaus die Monomermoleküle so klein wie möglich machen, dann wären ja die inhomogenen Bezirke aufgrund der vom Monomerknäuel und deren Vernetzung her stammenden großräumigen Strukturen auch kleiner und würden weniger stark streuen. Weiterhin sinkt mit kürzer werdenden Ketten die Viskosität ab, so daß die Monomere sich besser mischen könnten. Dummerweise wird jedoch mit immer kleiner werdenden Monomeren und steigender Vernetzungsdichte das Endprodukt immer härter, es reißt bei Temperaturänderungen leichter auf und die erlaubte Dauerdehnung nimmt ab. Es ist hier also ein Kompromiß zu suchen zwischen den geforderten mechanischen Eigenschaften und der Streudämpfung. Die hierzu durchgeführten Versuche zeigen, daß für Monomerkettenlängen unter n = 20 das Endprodukt zu spröde wird. Eine Monomerkettenlänge größer als 30 und kleiner als 300 stellt innerhalb dieser Erfindung einen vernünftigen Bereich für einen Kompromiß dar, bei den kleineren Werten wird mehr auf die Lichtstreuung geachtet, bei den größeren Werten des Bereiches liegt das Augenmerk mehr auf den mechanischen Eigenschaften.

Eine weitere Möglichkeit zur optischen Homogenisierung ist die Beimischung von nichtvernetzenden Polysiloxanen, also von Silikonölen. Werden die Ölmoleküle kleiner gemacht als die im vernetzten System übrigbleibenden Löcher, so können sie diese auffüllen und die Lichtstreuung verringern. Wenn die Ölmoleküle nicht zu klein gewählt werden, ist die Flüchtigkeit gering, sie bleiben auch in der Matrix. Die hier durchgeführten Versuche zeigten, daß eine Kettenlänge über n = 10 für das Beimischöl anzustreben ist. Die Kettenlänge des Öls sollte natürlich auch kleiner als die Kettenlänge der Monomere sein, da es dann in den Zwischenräumen gut Platz findet. Daraus folgt, daß das die optimale Kettenlänge des Öls etwa zwischen 10 und der Kettenlänge der Monomere liegen sollte, Werte um 30 haben zu guten Ergebnissen in der Homogenisierung geführt. Eine Ölbeimengung bewirkt auch eine gewisse Weichmachung, im Vernetzungsprozess können die Ketten leichter aneinander entlang gleiten, die Andockstellen finden sich eher und das Endprodukt wird zwar etwas weicher aber auch homogener. Die beimischbare Ölmenge ist begrenzt, sie sollte unter 50% bleiben, gute Ergebnisse wurden hier mit Werten von 20 bis 40% Ölanteil erzielt.

Eine weitere Methode zur Homogenisierung mittels Weichmachung stellt die geringfügige Beimischung von verträglichen Lösungsmitteln dar. In Frage kommen Lösungsmittel mit einem Siedepunkt deutlich über 150°C aus der Gruppe der polaren Lösemittel, wie höhere Alkohole, Äther, Ketone und Ester oder aus der Gruppe der aromatischen Lösemittel, wie Benzolabkömmlinge. Bereits eine geringe Beimischung im Bereich weniger Prozente (1 bis 5) führt zu einer verbesserten Beweglichkeit der Ketten, innere Spannungen werden abgebaut, die Knäuel können sich lösen. Die dabei auftretende geringe Anquellung des Endproduktes stellt keinen wesentlichen Nachteil dar.

Eine weitere bequeme Methode zur Homogenisierung stellt die innere Weichmachung durch eine Untervernetzung dar. Hierbei werden die beiden Monomere - das Eine enthält die Vinylgruppen, das Andere die Wasserstoffatome, nicht in ihrem stöchiometrisch vorgegebenen Gleichmaß gemischt, sondern in einem davon und wenige Prozent abweichenden Mischungsverhältnis. Dadurch bleiben unvernetzte Andockstellen übrig, es kommt durch Kettenabbruch zu kürzeren Makromolekülen, die beweglicher sind und den Raum homogener ausfüllen können.

d) Brechungsindex

Ein Lichtleiter besteht aus einem lichtführenden Kern, dessen Brechungsindex geringfügig höher als der des optisch aktiven Mantels ist (siehe z. B. S. Geckeler, Lichtwellenleiter für die optische Nachrichtenübertragung, Springer-Verlag, 1986, S. 8). Die Brechzahldifferenz zwischen Kern und Mantel legt fest, mit welchem maximalen Neigungswinkel die Lichtstrahlen im Kern geführt werden (der Sinus dieses Winkels wird als numerische Apertur des Leiters bezeichnet). Mit großen Führungswinkeln kann man zwar viel Licht auffangen, aber die stark unterschiedlich geneigten Strahlen führen zu einer großen Laufzeitdifferenz und damit zu einer begrenzten Übertragungsbandbreite. Je nach Anwendung werden unterschiedliche Brechzahldifferenzen benötigt, meist liegen sie zwischen 1 und 5%. Die Brechzahl der Polydiorganosiloxane wird vom Siloxangrundgerüst und von den funktionellen Seitengruppen festgelegt. Beim Polydimethylsiloxan liegt die Brechzahl für sichtbares Licht im Bereich von 1,404 bis 1,406, die etwas höhere Brechzahl gilt dabei für die etwas dichteren, also stärker vernetzten Materialien. Werden in die Seitenketten schwerere Atome (wie Germanium z. B. in Form von Germanongruppen oder Zinn z. B. in Form von Stannongruppen) eingebaut, so steigt die Brechzahl. Bei leichteren Atomen, wie Fluor sinkt die Brechzahl. Beispiele sind Polysiloxane mit Fluoroalkylgruppen, wie mit Trifluorpropyl- oder vollständig fluorierten, längeren Ketten, wie C6-F14. Werden andererseits Benzolringe als Phenylgruppen an die Siloxankette mit angebunden, so steigt die Brechzahl, bei einem Polymethylphenylsiloxan erreicht man z. B. eine Brechzahl von etwa 1,430. Dieser Wert liegt um ca. 2% höher ist als beim Polymethylsiloxan. Die Paarung beider Materialien ermöglicht somit bereits einen neuen elstisch-dehnbaren "Gummi"-Lichtleiter.

Eine Ölbeimengung verändert die Brechzahl ebenfalls entsprechend dem Mischungsverhältnis und den Werten der Ausgangsstoffe. Bei einem kurzkettigen, niedrigviskosen Polymethylsiloxan-Öl liegt die Brechzahl bei etwa 1,402, bei einem Polyphenylsiloxanöl können werte bei 1,44 erreicht werden. Ersteres erniedrigt die Brechzahl etwas, letzteres wirkt erhöhend.

Ähnliches gilt auch für die Beimischung von Weichmachern. Besonders die aromatischen Substanzen, wie z. B. Benzylalkohol (mit einem Brechungsindex von 1,538), können die Brechzahl erhöhen.

Will man noch größere Brechzahldifferenzen erreichen, so bieten sich natürlich auch die in den üblichen PMMA-Plastikfasern als Mantel verwendeten Fluor-Copolymere an. Dabei handelt es sich um aus unsymetrischen Molekülen aufgebaute thermoplastische Copolymere, bei denen durch den unsymmetrischen Molekülaufbau die bei Fluorpolymeren vorhandene Neigung zur Kristallisation unterdrückt ist und die somit klar und transparent aus der Schmelze erstarren. Ein Beispiel ist das Poly-Fluor-Ethylen-Propylen (FEP), das mit einer Brechzahl von 1,335 zusammen mit einem Kern aus Polymethylsiloxan eine sehr große numerische Apertur erlaubt. Weitere Beispiele sind Copolymere aus Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen und Vinilydenfluorid, bei denen sich durch das Mischverhältnis der 3 Molekülgruppen die Brechzahl zwischen 1,36 und 1,39 einstellen läßt. Ein Problem all dieser thermoplastischen Fluor-Copolymere ist ihr starkes Kriechen bei Dauerbelastung. Dieses nichtelastische Verhalten muß besonders beachtet werden, wenn sie als Mantelschicht um einen Kern aus Polysiloxanen angeordnet sind. Dies gilt insbesondere für eine langandauernde Erwärmung, da sich Polysiloxane mit der Temperatur stark ausdehnen und den Fluor- Copolymermantel bleibend erweitern. Bei einer nachfolgenden Abkühlung, kann sich dann der Mantel vom Kern abheben, was zu Dämpfungserhöhungen führen würde. Diesen Effekt kann man verhindern, wenn der optisch aktive Mantel so dünn wie möglich gemacht wird und wenn darüber ein dritter, dicht aufsitzender, dickerer Mantel aus einem elastischen, wenig zum Kriechen neigenden Material aufgebracht wird. Geeignet dafür sind Gummis oder fest elastische Thermoplaste, wie Polyester, Polyamide, Polycarbonate, Polypropylen. Eine andere Methode zur Vermeidung von Ablöseerscheinungen besteht in der Verwendung von vernetzten, elastisch bleibenden Fluor-Copolymeren als optisch aktivem Mantelmaterial. Ebenfalls möglich ist die Verwendung eines Glasmantels, z. B. in Form einer mit Siloxan gefülltem Quarzglaskapillare.

Von der Brechzahlauswahl her passen also mehrere Stoffklassen zu einem lichtführenden Kern aus Polydiorganosiloxan. Die gemeinsamen Merkmale für die Mantelmaterialien liegen darin, daß sie in ihrer makromolekularen Struktur entweder Siloxanketten (-Si-O-Ketten, also Silizium-Sauerstoffketten) oder Fluoralkyl-Gruppen oder beides enthalten.

5. Beschreibung der Versuchsergebnisse

In einer Versuchsanordnung wurden mehrere Handmuster mit Längen zwischen 3 und 10 Metern hergestellt und dann vermessen. Zur versuchsweisen Herstellung wurden jeweils Schläuche aus Polymethyldisiloxan oder FEP mit einer lichten Weite zwischen 0,5 und 1,0 mm an einen Druckbehälter dicht angeschlossen, in dem eine für die Polyaddition geeignete Siloxanmonomermischung, gegebenenfalls mit weiteren Beimischungen, eingebracht war. Durch einen Überdruck zwischen 1 und 3 bar konnten die Rohre in einigen Minuten gefüllt werden. Je nach Mischung und Temperatur wurden Ausnetzzeiten zwischen 10 Minuten und 6 Tagen erreicht. Die Vernetzung wurde anhand eines Probevolumens in einem separaten Behälters kontrolliert. Nach dem Abschneiden wurden die Dämpfung der experimentellen Lichtleiter mit LED-Sendern bei 660 nm und bei 950 nm und einem Fotoempfänger nach der Einfügemethode gemessen, die numerische Apertur wurde bei 660 nm bestimmt. Bei interessant aussehenden Prüflingen wurde das komplette Dämpfungsspektrum mit Hilfe der Rückschneidemethode bestimmt. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 2, das an einem Lichtleiter mit einem FEP-Mantel (Außendurchmesser 1,5 mm) und einem Kern aus vernetztem Polydimethylsiloxan (Durchmesser 0,75 mm) besteht. Trotz der in den Handversuchen verbesserungswürdigen Prozesstechnik hinsichtlich Reinheit, Entgasung und Filterung konnte bereits eine überraschend niedere Dämpfung von wenigen dB je Meter erreicht werden. Die numerische Apertur dieses Leiters wurde zwischen 0,43 und 0,46 gemessen. Aus den Brechzahlwerten von 1,404 im Kern und 1,335 im Mantel folgt ein theoretischer Wert von 0,44, was gut zu den Messergebnissen paßt. Durch Beimischung kurzkettiger Silikonöle in das Kernpolymer konnte eine Erniedrigung der Dämpfung im Bereich bis zu 2,5 dB/m erreicht werden.

Die Messerebnisse an den verschiedenen Versuchsmustern können wie folgt zusammengefaßt werden:

1. Die für Kurzstreckenanwendungen nötigen Dämpfungswerte können in dem interessanten Wellenlängenfenster (600 bis 850 nm) mit einem lichtführenden Kern aus Polysiloxanen erreicht werden.
2. Als Mantelmaterialien kommen neben Fluor-Copolymeren auch modifizierte Polyorganodisiloxane in Frage. Eine für die Lichtführung wichtige numerische Apertur kann in den interessanten Bereichen erreicht werden.
3. Die oben geschilderten Zusammenhänge über die Lichtstreudämpfung in Abhängigkeit von den makromolekularen Strukturen konnten nach nachgewiesen werden.

Aus diesen neuen Ergebnissen und den dazugehörenden theoretischen Überlegungen können mehrere neue Produkte mit ihren Herstellverfahren definiert werden.

6. Beschreibung von Aufbau und Herstellung der neuen Lichtleiter

Die neuen Lichtleiter mit einem Kern aus einem Polydiorganosiloxan und einem Mantelmaterial, dessen Makromoleküle entweder Siliziumoxydgruppen oder Fluoralkylgruppen oder beides enthalten, unterscheiden sich hauptsächlich in ihren mechanischen Eigenschaften, je nachdem, welches konkrete Mantelmaterial man auswählt.

a) Lichtleiter, bei dem sowohl Kern als auch optisch aktiver Mantel und Schutzmantel aus Gummi sind ("Gummifaser")

Verwendet man sowohl im Kern als auch im optisch aktiven Mantel ein wegen der Brechzahlen geeignet modifiziertes Polydiorganosiloxan (Silikongummi), so entsteht zusammen mit einer eventuell vorhandenen weiteren Gummischutzhülle ein Lichtleiter mit besonders hoher Dehnbarkeit. Es sind Dehnungswerte weit über 2%, ja bis zu 100% und mehr möglich. Im Grundsatz ist ein solches Produkt für Anwendungen sinnvoll, bei denen eine hohe Dauerdehnung (z. B. in engen Biegungen) oder eine zeitlich variierende Dehnung (bei beweglichen Anordnungen) zu erwarten ist. Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines Ausführungsbeispiels. Der lichtleitende Kern (5) besteht aus einem Polymethylphenylsiloxan, der optisch aktive Mantel (6) aus einem Polydimethylsiloxan oder einem Polymethylfluoroalkylsiloxan. Wenn sich die beiden Materialien beim Herstellprozess nicht mischen, entsteht ein stufenförmiges Brechzahlprofil. Da es sich aber um verwandte Stoffe handelt, ist bei geeigneter Temperatur-Zeitführung im Herstellprozess auch eine Interdiffusion möglich, es entsteht dann ein verschliffenes Brechzahlprofil (Gradientenprofil), das für höhere Übertragungsfrequenzen vorteilhaft ist.

Der Herstellprozess dieser "Gummi"-Faser läuft wegen Symmetrie und Schwerkraft bevorzugt senkrecht ab (Fig. 6). Die gereinigten Monomermischungen für Kern (16) und Mantel (17) werden einer Düsenanordnung zugeführt. Die Düsen für Kern und Mantel sind in ihrem Austrittsquerschnitten dem gewünschten Produkt angepaßt, sie können entweder hintereinander in Tandemanordnung (A) oder in einer koaxialen Doppeldüsenanordnung (B) aufgebaut sein. Aufklappbare Röhrenöfen (18) sorgen für die allmähliche Ausnetzung, die Abzuggeschwindigkeit (19) eines Abzugs (z. B. Umlenkrad mit Andruckrolle) wird durch Viskosität, Düsendruck, Faserdurchmesser, Temperatur und Ofenlänge bestimmt.

Ein dichtaufsitzender weiterer Schutzmantel (7) aus einem preiswerteren Gummi, wie einem nicht gereinigtem Silikon oder einem thermoplastischen Gummi (TPR), z. B. einem Polyurethangummi (PUR) schließt die Konstruktion nach außen ab. Der Schutzmantel ist üblicherweise mit einem Farbpigment gefüllt. Damit wird eine Lichteinstrahlung über den Mantel vermieden und der Leiter z. B. mit einem Farbcode unterscheidbar gemacht.

Ist der Kerndurchmesser so klein gewählt, daß er zusammen mit der Brechzahldifferenz nur noch die Ausbreitung einer Wellenform erlaubt (Einmodenbedingung, siehe z. B. S. Geckeler, Lichtwellenleiter, S. 97), so entsteht eine "Gummi"-Einmodenfaser. Durch mechanisches Dehnen dieser Faser kann Phase und Laufzeit des übertragenen Lichtes stufenlos verstellt werden, was für Anwendungen in photonischen Systemen mit Einmodenfasern (wie Dipersionskompensatoren, Komponenten mit Interferometeranordnungen, etc.) wichtig sein kann.

b) Lichtleiter mit Kern und optisch aktiven Mantel aus Silikongummi und einem Schutzmantel aus einem festen Thermoplasten

Sind kleinere Dehnungswerte, aber eine erhöhte Querdruckfestigkeit gegen seitliche Verformung gefordert, so kann der äußere, weiche Gummimantel durch ein festes Material ersetzt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die in a) angegebene Kern-Mantelstruktur aus Silikongummi durch eine thermoplastische Schutzhülle aus einem festen, elastischen Material abgeschlossen. Als Materialien kommen Werkstoffe aus den Klassen der Polyester, Polycarbonate, Polyamide und Polyolefine in Frage. Die Schutzhülle kann aus Gründen der Herstellkosten oder der Handhabung zweischichtig ausgebildet sein, wobei nur die äußere Schicht gefärbt ist, die innere aber transparent oder naturfarben bleibt. Die beiden Schichten können sowohl in Koextrusion als auch in Tandemextrusion aufgebracht werden.

c) Lichtleiter mit einem Kern aus Silikongummi und einem optisch aktiven Mantel aus einem Fluor-Copolymer und einem Schutzmantel aus einem festen Thermoplasten

Wählt man ein Fluor-Copolymer als optisch aktiven Mantel für einen lichtführenden Kern aus einem Polyorganodisiloxan, so erreicht man nach den in 4c) angegebenen Werten besonders hohe Brechzahlunterschiede mit einer entsprechend großen numerischen Apertur, man muß aber das Kriechen des Fluor-Copolymers und den großen Ausdehnungskoeffizienten des Silikongummis beachten und konstruktiv auffangen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Fluor-Copolymermantelschicht wesentlich dünner als die nachfolgende elastische Schutzschicht gemacht wird. Die grundsätzliche mechanische Theorie einer solchen koaxialen Anordnung ist bekannt (siehe z. B. Hütte, Die Grundlagen der Ingenieurwissenschaften, Herausgeber H. Czichos, Springer-Verlag, 1996, Seite E 98). Ergänzt man sie noch durch Abschätzungen zum Kriechen der Fluorpolymermantelschicht unter Langzeitlast und den typischen Bedingungen für einen Lichtleiter, so erreicht man sinnvolle Dimensionierungen, wenn Schichtdicke und Elastizitätsmodul des Schutzmantels jeweils mehr als doppelt so groß sind als die entsprechenden Werte des optisch aktiven Mantels. Ein Aufbaubeispiel zeigt Fig. 4. Ein Kern (8) aus Polymethyldisiloxan mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 1 mm ist von einer optisch aktiven Mantelschicht (9) von nur 10 bis 300 Mikrometer umgeben, der eine äußere Mantelschicht aus elastisch-festen Thermoplasten der Stoffklassen Polyester, Polycarbonat, Polyamid oder Polyolefin mit einer Schichtdicke von 0,2 bis 1 mm folgt. Die Schutzschicht kann bevorzugt zweischichtig ausgeführt werden (10, 11).

(Diese Dimensionierung für einen äußeren Schutzmantel ist nicht nötig, wenn man ein vernetztes Fluor-Copolymer als optischen Mantel benützt, da dieses bei Temperaturänderungen elastisch bleibt und nicht wegkriecht.)

Die Herstellung eines Lichtleiters nach Fig. 4 durch Füllung eines vorgefertigten Schlauches läuft folgendermaßen ab:

- Herstellen eines Schlauches mit einer dünnen Fluor-Copolymerinnenschicht innen und einer dicken, äußeren Schutzschicht durch Extrusion.
- Füllen des abgekühlten Schlauches durch Anschluß an einem Druckbehälter mit Polydisiloxan. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sollten mehrere Schläuche parallel angeschlossen und gefüllt werden. Wird zur Beschleunigung der Vernetzungsreaktion erwärmt, so ist der beim Vernetzen auftretende, geringe Volumenschrumpfung zu beachten. Um Vakuolen zu vermeiden, wird der Schlauch bei anstehendem Druck vom Ende her durch eine wandernde Wärmezone stetig erwärmt, fehlendes Volumen kann dann vom Anfang des Schlauches aus dem Druckbehälter nachströmen
- Abklemmen oder Abschneiden der Leiter nach der durch das Monomersystem und die Temperatur gegebenen Ausnetzzeit.

d) Silikon-Glas-Lichtleiter.

Nimmt man als Kernmaterial ein Polyorganosiloxan, bei dem die funktionellen Seitenketten besonders viele Phenylgruppen enthalten oder mit Germanongruppen besetzt sind oder beides enthalten, so ist auch eine Kernbrechzahl zu erreichen, die über der von Quarzglas (1,45) liegt. Eine so gefüllte Quarzglaskapillare stellt einen Kunststoff-Glas-Lichtleiter dar, der für Spezialanwendungen interessant ist. Der optisch aktive Mantel aus Glas ist hoch elastisch, bei Temperaturzyklen kommt es zu keinen Ablösungen, da die unterschiedliche Temperaturausdehnung wegen des hohen Elastizitätsmodules des Glases durch Volumenkompression des Siloxanes aufgenommen wird. Da weiterhin Glas den Sauerstoff gut aussperrt, wird der oxidative Abbau des Siloxanes verhindert, damit sind Gebrauchstemperaturen bis in den Bereich von 200°C denkbar.

e) Streifenleiter

Alle oben ausgeführten Lichtleitstrukturen lassen sich nicht nur mit kreisrundem Querschnitt, sondern auch eben, als Schicht- oder -Streifenleiter mit rechteckförmigem Querschnitt (12) ausführen. Fig. 5 zeigt Ausführungsbeispiele. Ausgegangen wird von einem Substrat aus Fluor-Copolymer (13), in das durch Heißpressen oder Tiefziehen hohle, rillenförmige Kanäle eingebracht sind oder das durch Druckguß entsprechend hergestellt wird. Die Kanäle werden mit der Polysiloxanmischung ausgegossen (12) und dann fallweise mit einem Fluor- Copolymerdeckel (Folie) abgedeckt. (Fig. 5a). Der Mantelgrundkörper kann auch aus einem üblichen Trägermaterial, wie Metall, Glas, Keramik bestehen, das mit dem Fluor-Copolymer beschichtet und entsprechend strukturiert ist. Die Querabmessungen der streifenförmigen Lichtleiter (12) können dabei von wenigen Mikrometern bis in den Millimeterbereich reichen, je nach der Modenzahl der Anwendung. Für manche Anwendungen in einer definierten, sauberen Umgebung (in einem geschlossenen Gerät oder in einer Komponente) kann der Deckel auch wegbleiben, die Lichtführung findet dann an der Grenzschicht Siloxan-Luft statt (Fig. 5b). Dies hat Vorteile bei der Ein-und-Auskopplung, die dann direkt über die an der Oberfläche zugänglichen Leckwellen und entsprechend geformten Einkoppelteilen (14) erfolgen kann. Diese prismatisch geformten, transparenten Koppelteile (14) können über eine Immersionsflüssigkeit (15), bevorzugt aus einem zähen Silikonöl angekoppelt werden. Sie sind dann in gewissen Maße beweglich, was für Justier-und-Abstimmarbeiten bedeutend ist (Fig. 5c).

7. Beschreibung der 6 Figuren Fig. 1

Grundsätzlicher Verlauf der Dämpfung α von Lichtleitern mit Silikonkern als Funktion der Lichtfrequenz ν (Thz) und der Lichtwellenlänge λ (nm). Die Dämpfung α in dB/m ist logarithmisch aufgetragen. 1 Bandkante im Ultravioletten
2 Grenzlinie für die Dämpfungsmaxima der Molekülschwingungen im Infraroten
3 Grenzlinie für die Dämpfungsminima zwischen den Molekülschwingungen im Infraroten
4 Dämpfung durch Lichtstreuung in unvollkommenen Versuchsmustern
5 Wirkung der Maßnahmen zur Homogenisierung
Fig. 2
Dämpfung α des Musters Nr. 9 in dB/m als Funktion der Wellenlänge λ in nm
Fig. 3
Querschnitt einer "Gummifaser" mit einem Silikonkern mit erhöhtem Brechungsindex, einem Silikonmantels mit erniedrigtem Brechungsindex und einem Gummischutzmantel.
5 Optischer Kern z. B. aus Polymethylphenylsiloxan, Polymethylgermanonsiloxan
6 Optischer Mantel z. B. aus Polydimethylsiloxan oder Polymethylfluoralkylsiloxan
7 Schutzmantel aus thermoplastischen Gummi (TPR), z. B. PUR
Fig. 4
Querschnitt eines Lichtleiters mit einem Silikonkern, einem dünnen optischen Mantel aus einem thermoplastischen Fluor-Copolymer und mit einer dicken zweischichtigen fest elastischen Außenhülle
8 Lichtleitender Kern z. B. aus Polydimethylsiloxan
9 Dünner optischer Mantel aus thermoplastischem Fluor-Copolymer
10 Innerer Mantel aus z. B. Polycarbonat (PC) oder Polyester (PETP, PBTP)
11 Äußerer, gefärbter Mantel aus z. B. Polyester (PETP, PBTP), Polyolefin (PP) oder Polyamid (PA)
Fig. 5
Streifenleiter, jeweils mit lichtführendem Silikonkern und Fluor-Copolymer-Mantelteil
A Abgedeckte Anordnung (Querschnitt)
B Offene, für Leckwellenkoppler zugängliche Struktur (Querschnitt)
C Beispiel einer Leckwelleneinkopplung mit LED (Längsschnitt)
12 Eingebetteter Streifenlichtleiter
13 Mantelkörper aus thermoplastischem Fluor-Copolymer
14 Prismatischer Leckwellenkoppler
15 Immersionsöl, z. B. Silikonöl
Fig. 6
Vertikale Vorrichtung zur Fertigung von "Gummi"-Fasern (Misch-und Zuführvorrichtung mit Druck-und Mengenkontrolle nicht gezeichnet)
A Kerndüse und Manteldüse in Tandemanordnung
B Doppeldüsenvorrichtung
16 Kernmaterial
17 Mantelmaterial
18 Aufklappbare Röhrenöfen, elektrisch aufgeheizt auf z. B. 180°C
19 Abzugsystem, z. B. 1 bis 20 m/min

Claims

1. Lichtleiter mit einem transparenten, lichtführenden Kern mit kreis- oder rechteckförmigem Querschnitt und einem den Kern dicht umgebenden Mantel, wobei die Brechzahl des Kernes um bis zu 10% höher ist als die des Mantels, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem vernetzten Polydiorganosiloxan und der Mantel aus einer makromolekularen Substanz besteht, die entweder längere Ketten von Silizium-Sauerstoff-Gruppen oder Fluor-Alkyl- Gruppen oder beides enthält.

2. Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial vernetzt ist und daß die Molekülkettenlänge zwischen den Vernetzungspunkten zwischen 50 und 300 Siloxan-Grundzellen (Si-O-Gruppen), bevorzugt 100 bis 200, beträgt.

3. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial durch Polyaddition zweier gereinigter und mit einer Filterweite unter 10 Mikrometer gefilterter Monomermischungen vernetzt wird, von denen die eine Vinylgruppen, die andere Wasserstoffsiloxane als Andockstellen für den Vernetzungsprozess enthält und die Vernetzung durch einen Platinkatalysator mit einer Gesamtkonzentration unter 6 ppm oder durch die separate Energiezufuhr mittels ultraviolettem Licht oder durch Hitze beschleunigt wird.

4. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kernmaterial bis zu 50% des Volumens ein reines, gefiltertes Silikonöl, bevorzugt aus Polymethylphenylsiloxan, beigemischt wird, dessen Molekülkettenlänge zwischen 10 und 200 Siloxan-Grundzellen (Si-O-Gruppen) beträgt.

5. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kernmaterial bis zu 5% des Volumens polare oder aromatische Lösungsmittel mit einem Siedepunkt über 150°C als Weichmacher beigemischt sind.

6. Lichtleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher vor der Polyaddition in nur eines der Monomere eingemischt wird und daß er bevorzugt aus längerkettigen Estern, Äthern, Ketonen oder Alkoholen besteht.

7. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Monomermischung für das Kernmaterialien von dem für vollständige Vernetzung stöchiometrisch errechenbaren Verhältnis um bis zu 20% abweicht, insbesondere daß die Komponente mit den Wasserstoffsiloxanen im Mischungsverhältnis verringert ist und so eine Weichmachung mit verbesserter Kettenbeweglichkeit des ausgenetzten Kernmaterials entsteht.

8. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, oder auch 4, 5, 6, oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vernetzte Polydiorganosiloxan des Kernes funktionelle Seitengruppen aus der Familie der Phenyl-, Germanon- oder Stannonverbindungen, jeweils einzeln oder gemischt, enthält und der Mantel aus einem vernetzten Polyorganodisiloxan besteht, dessen funktionellen Seitengruppen entweder Methylgruppen sind oder Verbindungen aus der Familie der Fluoralkylverbindungen sind.

9. Lichtleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem vernetzten Polymethylphenylsiloxan und der Mantel aus einem vernetzten Polydimethylsiloxan besteht.

10. Lichtleiter nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch Interdiffusion der chemisch verwandten Kern- und Mantelmaterialien während des Herstellprozesses ein Brechzahlprofil mit einem gleitenden Übergang, ein Gradientenprofil mit einer annähernd parabelförmigen Brechzahlverteilung, entsteht.

11. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, oder auch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem vernetzten Polymethylphenylsiloxan oder einem Polydimethylsiloxan und der Mantel aus einem vernetzten Poly-Fluor-Alkyl-Gummi besteht.

12. Lichtleiter nach den Ansprüchen 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und daß der Kern (5) und der optisch aktive Mantel (6) von einem weiteren Schutzmantel (7) aus einem gefärbten elastischen Gummi, bevorzugt einem thermoplastischen Gummi (TPR), bevorzugt Polyurethan (PUR) koaxial umgeben ist (Fig. 3).

13. Lichtleiter nach den Ansprüchen 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und daß der optisch aktive Mantel (6) von einem weiteren Schutzmantel aus einem fest-elastischem Thermoplasten aus den Klassen der Polyester, der Polycarbonate, der Polyamide oder der Polyolefine besteht.

14. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, oder auch 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (8) aus einem vernetzten Polydimethylsiloxan oder einem Polyphenylmethylsiloxan und der optisch aktive Mantel (9) aus einem thermoplastischen Fluor-Copolymer, hergestellt durch Copolymerisation bevorzugt aus mindestens zwei Vertretern der Stoffklassen Fluorethylen, Fluorpropylen, Vinilidenfluorid, mit einer Schichtdicke unter 0,3 mm besteht.

15. Lichtleiter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (8) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und daß der optisch aktive Mantel (9) von einem weiteren koaxialen Schutzmantel (10, 11) aus fest-elastischen Thermoplasten aus den Familien der Polyester, der Polycarbonate, der Polyamide oder der Polyolefine mit einem Elastizitätsmodul und einer Schichtdicke, deren Werte jeweils mindestens um den Faktor 2 über den entsprechenden Werten des optisch aktiven Mantels (9) liegt.

16. Lichtleiter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch aktive Mantel (9) eine Schichtdicke zwischen 5 und 30 Mikrometer aufweist und der Schutzmantel (10) aus einem Polycarbonat, einem Polyester oder einem Polyamid besteht.

17. Lichtleiter nach den Ansprüchen 12, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel (10, 11) zweischichtig aufgebaut ist, die äußere Schicht (11) gefärbt ist und bevorzugt aus einem Polyester wie PETP oder PBTP, einem Polyamid wie PA12 oder einem Polyolefin wie PP besteht (Fig. 4).

18. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, oder auch 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vernetzte Polydiorganosiloxan des Kernes funktionelle Seitengruppen aus der Familie der Phenyl-, Germanon-oder Stannonverbindungen, jeweils einzeln oder gemischt, enthält und der optisch aktive Mantel aus einem Glas, bevorzugt aus Quarzglas besteht.

19. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, oder auch 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12) einen rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitt aufweist.

20. Lichtleiter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch aktive Mantel (13) aus zwei flachen Teilen zusammengesetzt wird, die aus einem thermoplastischen Fluor- Copolymer bestehen und von denen mindestens ein Teil Gräben enthält, die mit dem Kernmaterial gefüllt sind. (Bild 5a).

21. Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch aktive Mantel (13) aus einem flachen Teil besteht, das aus einem thermoplastischen Fluor-Copolymer besteht und das Gräben enthält, die mit dem Kernmaterial gefüllt sind und der andere Teil des optisch aktiven Mantels aus Luft oder Vakuum besteht, womit der Lichtleiter für Leckwellenein- oder auskoppelung (14, 15) zugänglich wird. (Bild 5b und c).

22. Phasen- oder Laufzeitschieber für Licht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silikon- Lichtleiter nach den Ansprüchen 8 bis 13 in seiner Länge mechanisch definiert gedehnt wird.

23. Herstellverfahren für Lichtleiter nach den Ansprüchen 8, 9, 10, 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einer senkrechten Anordnung die Monomermischung des Kernmaterials (16) durch eine erste Düse mit kontrolliertem Druck tritt, in einer ersten koaxialen Heizstrecke (18) angenetzt wird, durch eine zweite Düse tritt, in der die Monomermischung des optisch aktiven Mantelmaterials (17) mit kontrolliertem Druck koaxial aufgebracht wird, dann eine zweite Heizstrecke (18) durchläuft, in der die Kernmantelstruktur ausnetzt und dann aufgewickelt (19) oder weiteren Verarbeitungsschritten, wie einer Extrusion von thermoplastischen Schutzhüllen, zugeführt wird (Fig. 6a).

24. Herstellverfahren für Lichtleiter nach den Ansprüchen 8, 9, 10, 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einer senkrechten Anordnung die Monomermischung des Kernmaterials (16) durch die innere Bohrung einer koaxialen Doppeldüse und die Monomermischung des Mantelmaterials (17) gleichzeitig durch den äußeren Spalt der Doppeldüse mit kontrolliertem Druck tritt und in einer koaxialen Heizstrecke (18) ausgenetzt werden (Fig. 6b).

25. Herstellverfahren für Lichtleiter nach den Ansprüchen 14, 15, 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten, getrennten Arbeitsschritt Mantelschläuche mit einer inneren Schicht aus Fluor-Copolymer und äußeren Schichten aus fest-elastischen Thermoplasten durch Extrusion hergestellt werden, diese dann in einem zweiten Arbeitsschritt an ein Druckgefäß dicht angeschlossen werden, in welchem sich die noch nicht ausgenetzte Kernmonomermischung befindet, die dann in die Schläuche gedrückt wird und danach ausnetzt. Gegebenenfalls wird dies durch Wärme unterstützt, wobei bei noch anstehendem Druck eine wandernde Wärmequelle vom Ende her die Schläuche aufheitzt.

26. Herstellverfahren für Lichtleiter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten, getrennten Arbeitsschritt ein Schlauch aus einem polare Gruppen enthaltenden Thermoplasten, wie Polyester, Polycarbonat oder Polyamid, durch Extrusion hergestellt wird, dieser in einem zweiten Arbeitsschritt auf der Innenfläche mittels einer Druckvorrichtung mit einem gelösten Fluoralkylsilan beschichtet wird und nach Trocknung der so entstehenden Fluoralkylsiloxanschicht in einem dritten Arbeitsschritt mit der Kernmonomermischung durch Druck gefüllt und ausgenetzt wird.