DE102016002183A1

DE102016002183A1 - Femtola-based generation of micro-optics with variable functional-optical properties

Info

Publication number: DE102016002183A1
Application number: DE102016002183.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine eigentlich ursprünglich passive transmissive optische Komponente, beispielsweise eine Linse, mit optisch-funktionalen variablen Eigenschaften, beispielsweise der Brennweite. Dies lässt sich dadurch bewerkstelligen, indem man die Linse als Hohllinse realisiert, bei der ein durch eine äußere Hülle oder Außenhülle begrenzter Hohlraum ausbildet ist. Dieser Hohlraum dient zur Aufnahme von einem fluiden Medium (Fluidum), so dass sich dort dieses Fluidum (Flüssigkeit oder Gas) befindet. Die Außenhülle der Linse dient somit als Gefäß oder Leerbehälter für das Fluidum. Durch die Ausbildung von zwei Anschlüssen zum Zuführen und Abführen des Fluidums lässt sich eben dieses Fluidum auswechseln, und somit lassen sich die optisch-funktionalen Eigenschaften, wie beispielsweise die Brechzahl und somit die Brennweite oder das spektrale Transmissionsverhalten, zeitlich verändern. Das ersetzt den Aufbau von ansonsten komplizierten Vorrichtungen wie beispielsweise von verstellbaren Objektiven mit einer Vielzahl von mechanisch und/oder elektro-mechanischen Komponenten wie Verstelleinheiten, so dass besonders in der Mikrotechnik/Mikrooptik, in der es naturgemäß wenig Raum oder Platz gibt und in der das Linsenvolumen allgemein klein ist, so dass das Fluidum schnell ausgetauscht werden kann, diese Vorteile besonders zur Geltung kommen. In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird die Herstellung einer solchen Mikrolinse mit Femtolaserstrahlung und anschließendem Wegätzen des mittels Femtolaserstrahlung modifizierten Materials vorgestellt.The invention relates to an actually originally passive transmissive optical component, for example a lens, with optically-functional variable properties, for example the focal length. This can be done by implementing the lens as a hollow lens, in which a limited by an outer shell or outer shell cavity is formed. This cavity serves to receive a fluid medium (fluid), so that there is this fluid (liquid or gas). The outer shell of the lens thus serves as a vessel or empty container for the fluid. By the formation of two ports for supplying and discharging the fluid just this fluid can be exchanged, and thus the optical-functional properties, such as the refractive index and thus the focal length or the spectral transmission behavior, change over time. This replaces the construction of otherwise complicated devices such as adjustable lenses with a variety of mechanical and / or electro-mechanical components such as adjustment, so that especially in microtechnology / micro-optics, in which there is naturally little room or space and in the Lens volume is generally small, so that the fluid can be replaced quickly, these advantages come into their own. In a specific embodiment, the production of such a microlens with femtolaser radiation and subsequent etching away of the material modified by means of femtolaser radiation is presented.

Description

Einleitung:Introduction:

Die Erfindung betrifft eine eigentlich ursprünglich passive transmissive optische Komponente, beispielsweise eine Linse, mit optisch-funktionalen variablen Eigenschaften, beispielsweise der Brennweite.The invention relates to an actually originally passive transmissive optical component, for example a lens, with optically-functional variable properties, for example the focal length.

Stand der Technik:State of the art:

Adaptive Optiken spielen in der Angewandten und Technischen Optik eine wichtige Rolle; man kann ohne Auswechslung der Linse oder anderer optischer Komponenten die funktionalen Eigenschaften den gegebenen Umständen sofort und ohne großen Aufwand anpassen. Meist sind adaptive Optiken in Form von mechanisch-optischen Aufbauten realisiert worden. Dabei handelt es sich beispielsweise um konventionelle Linsen, deren Abstände man mechanisch variieren kann. Allerdings sind dazu feinmechanische Vorrichtungen erforderlich, und die einzelnen optischen Komponenten müssen bewegt werden. Daher sind solche Aufbauten sehr anfällig gegenüber diversen Umwelteinflüssen wie Vibration oder Verschmutzung. Man ist daher bestrebt, adaptive Optiken zu entwickeln, die möglichst ohne mechanische Verstellvorrichtungen auskommen können.Adaptive optics play an important role in applied and technical optics; without changing the lens or other optical components, it is possible to adapt the functional properties to the given circumstances immediately and without much effort. Most adaptive optics have been realized in the form of mechanical-optical structures. These are, for example, conventional lenses whose distances can be varied mechanically. However, precision mechanical devices are required and the individual optical components must be moved. Therefore, such structures are very susceptible to various environmental influences such as vibration or pollution. It is therefore desirable to develop adaptive optics that can get along as possible without mechanical adjustment.

Eine Alternative dazu stellen die Flüssiglinsen dar [1]: B. Berge hat 2002 ein Konzept entwickelt, bei dem zwei miteinander nicht mischbare Flüssigkeiten schichtweise übereinanderliegen. Legt man nun eine Spannung an, so verändert sich die Form der Grenzfläche zwischen beiden Flüssigkeiten und somit auch deren optisch-funktionalen Eigenschaften wie Refraktion, Brennweite etc. (Electrowetting). Dabei kann ein gesamtes Objektiv mit starrer und verstellbarer Optik durch eine einzelne adaptive Optik ersetzt werden.An alternative to this is represented by the liquid lenses [1]: B. Berge developed a concept in 2002 in which two immiscible liquids overlap one another in layers. If a voltage is applied, the shape of the interface between the two fluids changes and thus also their opto-functional properties such as refraction, focal length, etc. (electrowetting). In this case, an entire lens with a rigid and adjustable optics can be replaced by a single adaptive optics.

Auch andere Anbieter wie beispielsweise Edmund Optics/optotune bieten ebenfalls elektrisch adaptive Optiken auf Flüssigkeitsbasis an [2]: dabei ist eine optische Flüssigkeit zwischen zwei Polymermembranen eingeschlossen. Diese werden wiederum seitlich mit einem Ring gehaltert. Durch eine elektrische Ansteuerung wird die Form des Ringes und somit die Form der damit verbundenen Polymermembran und damit die des optischen Flüssigkeitskörpers verändert. Dadurch kann die Brennweite kontrolliert eingestellt werden. Eine andere Art von adaptiven Optiken stellen die sogenannten viskosen Linsen dar. Die Linse selber ist aus einem viskosen Material hergestellt worden, deren Form sich durch mechanische Kräfteeinwirkung ändern kann: durch bloße Druckeinwirkung kann somit die Brennweite kontrolliert gesteuert werden.Other suppliers such as Edmund Optics / optotune also offer electrically adaptive liquid-based optics [2]: an optical fluid is sandwiched between two polymer membranes. These are in turn held laterally with a ring. By an electrical control, the shape of the ring and thus the shape of the associated polymer membrane and thus the optical fluid body is changed. This allows the focal length to be controlled. Another type of adaptive optics represent the so-called viscous lenses. The lens itself is made of a viscous material, the shape of which can be changed by mechanical action of force: thus, the focal length can be controlled controlled by mere pressure.

Auch feste, aber deformierbare Linsen können als adaptive Optiken eingesetzt werden; das beste Beispiel hierfür ist das (menschliche) Auge.Fixed but deformable lenses can also be used as adaptive optics; the best example of this is the (human) eye.

In der letzten Zeit wurde über die Erzeugung von transparenten fluidischen und optischen Mikrokomponenten mittels fs-Laserstrahlung und Mehrphotonprozessen berichtet [3–12]. Dabei wurde ein fs-Laserstrahl von einem Ti:Saphir-Laser in einem transparenten Substrat oder Material wie Glas oder Polymer fokussiert. Durch die hohen Intensitäten im Fokusbereich des fs-Laserstrahls werden optisch nichtlineare Prozesse im Material wie Mehrphotonabsorption ermöglicht. Das führt zu einer Modifizierung des transparenten Materials in der bestrahlten Zone. Je nach verwandtem Material wird dadurch die Löslichkeit des bestrahlten Materials erhöht, so dass das Material in der bestrahlten Zone durch bestimmte Flüssigkeiten wie Flußsäure oder MIBK (Methylisobutylketon) weggeätzt oder aufgelöst und weggespült werden kann. Der so verbliebene Bereich in der bestrahlten Zone ist dann frei von Material und kann je nach geometrischer Ausgestaltung als Ausgangsbasis für einen Fluidkanal oder für eine optische Komponente verwendet werden.The production of transparent fluidic and optical microcomponents by means of fs laser radiation and multi-photon processes has recently been reported [3-12]. In this case, an fs laser beam was focused by a Ti: sapphire laser in a transparent substrate or material such as glass or polymer. Due to the high intensities in the focus area of the fs laser beam, optically non-linear processes in the material such as multi-photon absorption are possible. This leads to a modification of the transparent material in the irradiated zone. Depending on the related material, this increases the solubility of the irradiated material so that the material in the irradiated zone can be etched away or dissolved and washed away by certain liquids, such as hydrofluoric acid or MIBK (methyl isobutyl ketone). The remaining area in the irradiated zone is then free of material and, depending on the geometric configuration, can be used as the starting point for a fluid channel or for an optical component.

Aufgabenstellung:Task:

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, dass passive transmissive optische Komponenten entwickelt werden sollen, deren optische und/oder funktionale Eigenschaften kontrolliert gesteuert und somit zeitlich veränderbar sind, ohne dass ein allzu großer apparativer Aufwand erforderlich ist.It is an object of the present invention to develop passive transmissive optical components whose optical and / or functional properties are controlled in a controlled manner and thus can be changed over time, without requiring too much equipment.

Dies ist besonders für die Mikrotechnik bzw. Mikrooptik wichtig, bei der im Allgemeinen wenig Platz zur Verfügung steht.This is especially important for microtechnology or micro-optics, where there is generally little space available.

Lösungsweg:Solution:

Zunächst wird der Lösungsweg anhand einer Linse bezüglich der Brennweite erläutert und anschließend auf weitere passive optische Komponenten bezüglich anderer optischer Eigenschaften ausgedehnt und verallgemeinert. Außerdem werden ein paar exemplarische Beispiele eingehender erörtert.First, the solution approach is explained with reference to a lens with respect to the focal length and then extended to other passive optical components with respect to other optical properties and generalized. In addition, some examples are discussed in more detail.

Eine Linse besitzt je nach Funktion eine bi- oder plankonvexe oder -konkave Form. Im allgemein besteht eine Linse aus einem optischen (transparenten) Material mit homogenen optischen Eigenschaften, d. h. das Material an der Oberfläche besitzt dieselben optischen Materialeigenschaften wie das Material innerhalb des Linsenvolumens (abgesehen von Spezialfällen wie Linsenfehler-korrigierte Linsensysteme bestehend z. B. aus Korn- und Flintglas oder Linsen mit unerwünschten fertigungsbedingten Produktionsfehlern, die außerhalb der Toleranzgrenze liegen und daher Ausschussware darstellen).A lens has a bi- or plano-convex or concave shape depending on the function. In general, a lens consists of an optical (transparent) material with homogeneous optical properties, ie the material on the surface has the same optical material properties as the material within the lens volume (apart from special cases such as lens aberration-corrected lens systems consisting for example of grains). and flint glass or lenses with unwanted manufacturing-related Production errors that are outside the tolerance limit and therefore represent rejects).

Nun kann man sich den Linsenkörper in eine äußere Hülle (Außenhülle) und einem inneren Bereich (Innenbereich oder Innenraum) unterteilt vorstellen. Durch Wegnahme des Materials aus dem inneren Bereich entsteht im Linsenkörper ein Hohlraum, und man erhält so einen Hohlkörper mit derselben äußeren Form der ursprünglichen Linse, sozusagen einen hohlen Linsenkörper (Hohllinse), allerdings mit veränderten optisch-funktionalen Eigenschaften im Vergleich zur ursprünglichen Linse, da die Brechzahlverteilung im Innenbereich sich verändert hat. Die Außenhülle dient nun als Gefäß oder Leerbehälter für ein fluides Medium (Fluidum oder Fluidmedium), bzw. zu dessen Aufnahme. Das fluide Medium muss fließfähig sein; dabei kann es sich um eine Flüssigkeit oder Gas oder um irgendein anderes fließfähiges Medium (Pulver, Sand, Rauch, Dampf, Aerosol, Lösung, Emulsion, Schaum, Suspension, oder irgendein anderes homogenes oder heterogenes Gemisch (Dispersion) etc.) handeln.Now you can imagine the lens body divided into an outer shell (outer shell) and an inner area (interior or interior). By removing the material from the inner region, a cavity is formed in the lens body, and one obtains a hollow body with the same outer shape of the original lens, so to speak, a hollow lens body (hollow lens), but with altered optical-functional properties compared to the original lens since the refractive index distribution in the interior has changed. The outer shell now serves as a vessel or empty container for a fluid medium (fluid or fluid medium), or for its inclusion. The fluid medium must be fluid; this may be a liquid or gas or any other fluid (powder, sand, smoke, vapor, aerosol, solution, emulsion, foam, suspension, or any other homogeneous or heterogeneous mixture (dispersion), etc.).

Durch Ausbildung von mindestens einem Anschluss, besser von zwei Anschlüssen geeignet zum Einleiten und Ableiten des Fluidums lässt sich das fluide Medium mit einer bestimmten Brechzahl einführen und abführen. Dabei ist es egal, ob das Fluidum gasförmig oder flüssig ist.By forming at least one connection, better of two connections suitable for introducing and discharging the fluid, the fluid medium can be introduced and removed with a specific refractive index. It does not matter whether the fluid is gaseous or liquid.

Mittels der Anschlüsse lässt sich der Innenraum mit dem Fluidum auffüllen und dadurch die Brechzahlverteilung im Innenbereich der Linse gezielt einstellen und somit die Brennweite kontrolliert steuern.By means of the connections, the interior can be filled up with the fluid and thereby specifically adjust the refractive index distribution in the interior of the lens and thus control the focal length in a controlled manner.

Jede Art von Linse (Sammellinse, Streulinse, bikonvexe, bikonkave, plankonvexe, plankonkave, konkav-konvexe oder konvex-konkave Linse) oder Kombinationen hiervon können für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.Any type of lens (collimating lens, diffusing lens, biconvex, biconcave, plano-convex, plano-concave, concave-convex or convex-concave lens) or combinations thereof may be used in the method of the invention.

Anstelle einer konventionellen Sammel- oder Streulinse kann auch eine Fresnellinse eingesetzt werden, oder Kombinationen zwischen einer konventionellen Linse oder einer Fresnellinse mit anderen optischen Komponenten wie beispielsweise eine konventionelle Linse mit einer anderen konventionellen Linse oder mit einer Fresnellinse, oder eine Kombination zwischen zwei Fresnellinsen, oder eine konventionelle Linse oder eine Fresnellinse mit einer Gitterstruktur oder einem Prisma oder einer anderen optischen Komponente, die keine Linse darstellt. Auch komplexe Linsensysteme wie z. B. ein Linsen-Array oder -Dublett oder Objektive oder Kombinationen hiervon oder mit anderen passiven oder aktiven optischen Nicht-Linsen-Komponenten zählen dazu. Auch bei achromatischen Linsensystemen ist es denkbar, deren funktionale Eigenschaften wie Brechungsindex durch den Durchfluss des Fluidums zu steuern, so dass der farbfehlerfreie Bereich sich dadurch frei verschieben lässt.Instead of a conventional collecting or dispersing lens, a Fresnel lens can be used, or combinations between a conventional lens or a Fresnel lens with other optical components such as a conventional lens with another conventional lens or with a Fresnel lens, or a combination between two Fresnel lenses, or a conventional lens or a Fresnel lens with a grid structure or a prism or other optical component that does not represent a lens. Even complex lens systems such. As a lens array or doublet or lenses or combinations thereof or with other passive or active optical non-lens components are included. In the case of achromatic lens systems, it is also conceivable to control their functional properties, such as the refractive index, by the flow of the fluid, so that the color-defect-free region can thereby be moved freely.

Der Durchfluss von Fluidum durch den inneren Hohlraum der Linse ist auch geeignet, die Linse zu kühlen oder auch aufzuheizen, damit eine genau definierte Temperatur erreicht werden kann.The flow of fluid through the inner cavity of the lens is also suitable for cooling or heating the lens so that a well-defined temperature can be achieved.

Fluide Medien:Fluids Media:

Als konkretes Fluidmedium kann beispielsweise bei Raumtemperatur flüssiges niedermolekulares Paraffin oder α-Bromnaphthalin verwendet werden: niedermolekulares Paraffin besitzt je nach Kettenlänge einen Brechungsindex zwischen 1,4 und 1,5, während α-Bromnaphthalin einen Brechungsindex von 1,6576 besitzt. Das ist schon bereits in der Nähe von verschiedenen optischen Gläsern wie BK 7, CaF₂ und Quarzglas. Beide Flüssigkeiten sind auch gut miteinander mischbar, so dass man abhängig vom Mischungsverhältnis jeden Wert zwischen 1,4 und 1,6576 einstellen kann. Um Fluidmedien mit einem geringeren Brechungsindex herzustellen, kann man auch Zucker- oder Salzlösungen mit verschiedenen Konzentrationen herstellen.As a concrete fluid medium, for example, liquid at room temperature, low molecular weight paraffin or α-bromonaphthalene may be used: low molecular weight paraffin has depending on the chain length a refractive index between 1.4 and 1.5, while α-bromonaphthalene has a refractive index of 1.6576. This is already close to various optical glasses such as BK 7, CaF ₂ and quartz glass. Both liquids are also miscible with each other so that you can set any value between 1.4 and 1.6576 depending on the mixing ratio. To produce fluid media with a lower refractive index, one can also prepare sugar or salt solutions of various concentrations.

Auch können zwei oder mehrere verschiedene Flüssigkeiten oder fluide Medien mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften (Brechzahl, Transmission o. a.) durch jeweils eine eigene Zuleitung eingeleitet werden, so dass jede Flüssigkeit seine eigene Zuleitung besitzt, die man kontrolliert und unabhängig von den anderen Flüssigkeitszuleitungen steuern kann. Dabei kann es sich um miteinander mischbare oder nicht mischbare Flüssigkeiten handeln. Falls es sich um miteinander mischbare Flüssigkeiten handelt, kann man die entsprechende optimale optische oder funktionale Eigenschaft durch das Mischungsverhältnis einstellen. Falls es sich um nicht-mischbare Flüssigkeiten handelt, kann man andere optische Effekte erzielen: beispielsweise wenn sich die erste Flüssigkeit im oberen und die zweite Flüssigkeit im unteren Bereich des Linsenkörpers befinden, können zwei verschiedene Brennpunkte mit unterschiedlichen Brennweiten realisiert werden. Der Lichteinfall auf die jeweiligen Brennpunkte ist dann asymmetrisch. Im Falle einer heterogen dispergierten Phase aus zwei sich nicht homogen mischbaren Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Brechungsindizes kann man die Brennweite ebenfalls mittels des Mischungsverhältnisses einstellen. Wenn beide Phasen unterschiedliche Brechungsindizes besitzen und man einen Konzentrationsgradient innerhalb des Flüssigkeitsvolumens erzielen kann, bei dem die Konzentration der ersten Phase von unten nach oben abnimmt und die Konzentration der zweiten Phase von unten nach oben zunimmt, woraus ein Brechzahlgradient resultiert, dann kann bei einfallendem Licht sogar eine Brennlinie parallel oder sogar direkt entlang auf der optischen Achse der Linse erzeugen werden. Wenn anstelle von zwei Phasen sich nur eine Phase im Hohlraum befindet, die aber anisotrop ist (d. h. der Brechungsindex abhängig von der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts ist) und das einfallende Licht unpolarisiert oder zyklisch polarisiert ist, dann lassen sich zwei verschiedene Brennpunkte mit unterschiedlichen Brennweiten realisieren, wobei die beiden Brennpunkte sich hinsichtlich ihrer Polarisation unterscheiden. Wenn das einfallende Licht linear polarisiert ist, lässt sich beim Wechsel der Polarisationsebene der Brennpunkt wechseln. Weiterhin ist auch eine heterogene Dispersion aus zwei Phasen denkbar, die beide optisch unterschiedlich aktiv und unterschiedlich anisotrop sind. So ergeben sich auch hier beim Einfall von unpolarisiertem oder zyklisch polarisiertem Licht zwei verschiedene Brennpunkte mit hinsichtlich ihrer Polarisation jeweils unterschiedlich fokussiertem Licht. Wenn nun das Mischungsverhältnis zwischen den beiden dispergierten Phasen verändert wird, dann lassen sich die beiden Brennpunkte noch räumlich auseinanderziehen; und wenn ein Konzentrationsgradient der einzelnen Phasen im inneren Linsenhohlraum vorliegt, entstehen mehrere Brennlinien parallel zur optischen Achse, und der Lichteinfall in die jeweiligen Brennlinien kann asymmetrisch gestaltet werden. Man kann auch die Zuleitung für eine Flüssigkeit so ausgestalten, dass diese aus zwei Unterzuleitungen besteht, die vor dem eigentlichen Eintritt in den hohlen Linsenkörper sich vereinigen: die erste Unterzuleitung ist für die eigentliche Flüssigkeit und die zweite Unterzuleitung für eine Verdünnungsflüssigkeit vorgesehen (je nach Anforderung kann es sich um Verdünnungsmedien mit einem polaren (z. B. Wasser) oder unpolaren Charakter (z. B. n-Hexan) oder um Verdünnungsmedien handeln, die sowohl einen polaren als auch einen unpolaren Charakter besitzen (wäßrig gelöste Tenside, Alkohole)). Dadurch kann man die Wirkung der Flüssigkeit auf die optischen oder funktionalen Eigenschaften besonders genau und gezielt einstellen. So kann man auch eine Flüssigkeit mischen und mit dieser den Linsenhohlraum füllen, die denselben Brechungsindex besitzt wie das ursprüngliche Linsenmaterial, das aus dem Inneren der Linse entfernt worden ist bzw. wie das Linsenmaterial der Außenhülle der Linse, so dass der erfindungsgemäße Effekt temporär verschwindet. Übrig bleiben dann nur noch beobachtbare Effekte, die von der Turbulenz oder von einer Schlierenbildung im Fluidum herrühren. Besonders wenn die Flüssigkeit zur Kühlung oder zum Aufheizen auf eine definierte Temperatur verwendet werden soll, ohne dass ein optischer Effekt erzielt oder eine optisch-funktionale Eigenschaft verändert werden soll, ist ein Fluidmedium mit derselben Brechzahl wie das Linsenmaterial geeignet.Also, two or more different liquids or fluid media with different optical properties (refractive index, transmission or the like) can be introduced through their own supply line, so that each liquid has its own supply line, which can be controlled and controlled independently of the other liquid supply lines. These may be immiscible or immiscible liquids. In the case of liquids that can be mixed with each other, the corresponding optimum optical or functional property can be set by the mixing ratio. If it is immiscible liquids, you can achieve other optical effects: for example, if the first liquid in the upper and the second liquid in the lower part of the lens body, two different focal points with different focal lengths can be realized. The incidence of light on the respective focal points is then asymmetrical. In the case of a heterogeneously dispersed phase of two non-homogeneously miscible liquids with different refractive indices, the focal length can also be adjusted by means of the mixing ratio. If both phases have different refractive indices and one can achieve a concentration gradient within the liquid volume at which the concentration of the first phase decreases from bottom to top and the concentration of the second phase increases from bottom to top, resulting in a refractive index gradient, then with incident light even a focal line parallel or even directly along on the optical axis of the lens. If instead of two phases there is only one phase in the cavity but which is anisotropic (ie the refractive index is dependent on the polarization direction of the incident light) and the incident light is unpolarized or cyclically polarized, then two different focal points with different focal lengths can be realized , where the two foci differ with respect to their polarization. If the incident light is linearly polarized, the focus can be changed as the polarization plane changes. Furthermore, a heterogeneous dispersion of two phases is conceivable, both of which are optically different active and different anisotropic. Thus, here too, two different foci result in the incidence of unpolarized or cyclically polarized light, with light differently focussed with respect to their polarization. If now the mixing ratio between the two dispersed phases is changed, then the two foci can still be spatially separated; and if there is a concentration gradient of the individual phases in the inner lens cavity, several focal lines are formed parallel to the optical axis, and the incidence of light in the respective focal lines can be made asymmetrical. It is also possible to configure the supply line for a liquid in such a way that it consists of two sub-feed lines which join before the actual entry into the hollow lens body: the first sub-feed line is provided for the actual liquid and the second sub-feed line for a dilution liquid (as required they may be diluent media with a polar (eg water) or apolar character (eg n-hexane) or dilution media which have both a polar and a non-polar character (aqueous surfactants, alcohols)) , This makes it possible to adjust the effect of the liquid on the optical or functional properties in a particularly precise and targeted manner. So you can also mix a liquid and fill it with the lens cavity, which has the same refractive index as the original lens material that has been removed from the interior of the lens or as the lens material of the outer shell of the lens, so that the effect of the invention temporarily disappears. What remains are then only observable effects that result from the turbulence or from a streaking in the fluid. Especially when the liquid is to be used for cooling or for heating to a defined temperature without achieving an optical effect or changing an optically-functional property, a fluid medium having the same refractive index as the lens material is suitable.

Innerhalb des Linsenhohlraums müssen die beiden oder mehreren Flüssigkeitskomponenten nicht unbedingt homogen gemischt sein, sondern es kann auch eine inhomogene Flüssigkeitsverteilung (z. B. ein Konzentrationsgradient innerhalb des Fluidums) vorliegen. Damit verbunden sind auch die entsprechenden physikalisch-optischen und optisch-funktionalen Eigenschaften räumlich inhomogen verteilt, wie beispielsweise Brechzahl, Absorption oder Dispersionseigenschaften. So besitzt die Linse beispielswiese in ihrer oberen Hälfte eine höhere Dispersion als in ihrer unteren Hälfte oder umgekehrt. So hat die Linse zwei Funktionen: erstens eine Strahlformung (Fokussierung oder Kollimation) und zweitens eine Dispersion wie ein Prisma. Anstelle eines Linsenhohlkörpers kann man auch ein Prismenhohlkörper oder etwas anderes nehmen. Bei dem fluiden Medium muss es sich nicht unbedingt um eine Flüssigkeit handeln, es kann auch jedes andere fließfähige Medium wie Gas o. a. dazu benutzt werden.Within the lens cavity, the two or more liquid components need not necessarily be homogeneously mixed, but there may also be an inhomogeneous liquid distribution (eg, a concentration gradient within the fluid). Associated with this, the corresponding physical-optical and opto-functional properties are spatially inhomogeneously distributed, such as refractive index, absorption or dispersion properties. For example, the lens has a higher dispersion in its upper half than in its lower half or vice versa. So the lens has two functions: first, a beam shaping (focusing or collimation) and second, a dispersion like a prism. Instead of a lens hollow body, you can also take a prismatic hollow body or something else. The fluid medium does not necessarily have to be a liquid, it can also be any other flowable medium such as gas or the like. to be used.

Anstelle von flüssigen oder gasförmigen Fluiden kann man sich auch andere Fluidmedien vorstellen, wie beispielsweise Pulver (z. B. mit einem Korndurchmesser in Nanometergröße), sandartige Medien oder (bipolare) Elektrolyte/Polyelektrolyte. Man kann auch magnetische Nanopartikel entweder in reiner oder in gelöster Form verwenden. Dadurch wird das fließfähige Medium magnetisch, und man kann es durch ein extern angelegtes Magnetfeld steuern, beispielsweise in der Zu- oder Ableitung oder auch innerhalb des Linsenkörpers. Eventuell kann man durch das externe Magnetfeld auch die funktionalen Eigenschaften des fließfähigen magnetischen Mediums beeinflussen, beispielsweise Orientierung der magnetischen Nanopartikel. Eine magnetische Flüssigkeit kann auch so ausgestaltet werden, dass der magnetische Flüssigkeitskörper durch Einwirkung des externen Magnetfeldes seine Form sogar ohne äußere Linsenhülle ändern kann. Analoges gilt auch für elektrisch aufgeladene Partikel und elektrische Felder.Instead of liquid or gaseous fluids, one can also imagine other fluid media, such as, for example, powders (eg having a particle diameter of nanometer size), sand-like media or (bipolar) electrolytes / polyelectrolytes. One can also use magnetic nanoparticles either in pure or in dissolved form. As a result, the flowable medium is magnetic, and it can be controlled by an externally applied magnetic field, for example in the inlet or outlet or within the lens body. Optionally, the external magnetic field can also influence the functional properties of the flowable magnetic medium, for example orientation of the magnetic nanoparticles. A magnetic fluid can also be designed so that the magnetic fluid body can change its shape even without outer lens shell by the action of the external magnetic field. The same applies to electrically charged particles and electric fields.

Auch zweiphasige Fluide wie beispielsweise bestimmte Polymerlösungen oder auch Salzlösungen sind denkbar.Also, two-phase fluids such as certain polymer solutions or salt solutions are conceivable.

Auch Niederdruckplasmen könnten ein fluides Medium darstellen, die man durch den Linsenkörper fließen lassen kann.Low-pressure plasmas could also be a fluid medium that can be flowed through the lens body.

Eine besondere Flüssigkeit sind auch Elektrolyte oder Pyroelektrolyte oder auch LCD/Flüssigkeitskristalle oder andere Fluidmedien mit anisotropen Eigenschaften. Besonders bei letzterem läßt sich die Polarisation durch Anlegen einer externen Spannung an in den (Linsen-)körper implementierte Elektroden kontrolliert steuern, eventuell auch ortsaufgelöst, wenn man den Linsenkörper vorher in kleine Kammern unterteilt, bei der jede Kammer sein eigenes Zu- und Ableitungssystem und Elektroden- und Spannungsversorgungssystem besitzt und unabhängig voneinander steuerbar ist (siehe Ausführungen weiter unten). Der Weg zu einem SLM (Spatial Light Modulator) ist dann nicht mehr allzu weit.A special liquid are also electrolytes or pyroelectrolytes or LCD / liquid crystals or other fluid media with anisotropic properties. Particularly in the latter case, the polarization can be controlled by applying an external voltage to the (lens) body implemented electrodes controlled, possibly also spatially resolved if the lens body previously divided into small chambers, each chamber its own supply and discharge system and Electrode and power supply system and is independently controllable (see comments further down). The path to a SLM (Spatial Light Modulator) is then not too far.

Wenn als fluides Medium Flüssigkristalle verwandt werden und in der Außenhülle der optischen Komponenten Elektroden eingebaut werden, so lässt sich bei Spannungsbeaufschlagung auch die gewünschte Polarisation einstellen. Durch eine (schlagartige) Änderung der Transmission von 100% auf 0% (oder umgekehrt) lässt sich auch ein ortsaufgelöster fluido-optischer Schalter in Linsenform realisieren und aus einer passiven optischen Komponente wird eine aktive optische Komponente mit fokussierenden Eigenschaften.If liquid crystals are used as the fluid medium and electrodes are incorporated in the outer shell of the optical components, the desired polarization can also be set when voltage is applied. By a (sudden) change of the transmission from 100% to 0% (or vice versa), a spatially resolved fluido-optical switch in lens form can be realized and a passive optical component becomes an active optical component with focusing properties.

Neben extern angelegter Spannung oder Magnetfelder kann auch durch Erwärmung, mechanischem Druck, akustische Wellen u. a. die optischen Eigenschaften des Fluidums und somit die funktionalen Eigenschaften der optischen Komponente verändert werden.In addition to externally applied voltage or magnetic fields can also u by heating, mechanical pressure, acoustic waves. a. the optical properties of the fluid and thus the functional properties of the optical component are changed.

Als ein spezielles Ausführungsbeispiel kann man eine zu untersuchende flüssige Analytlösung oder ein anderes Analytmedium durch einen Linsenhohlkörper fließen lassen. Je nach Brechzahl des flüssigen Analyten ändert sich die Brennweite, und der Brennpunkt wandert von einer räumlichen Position zu einer anderen. Hängt nun die Brechzahl der flüssigen Analytlösungen von der Konzentration und der Analytart des in ihr gelösten Analyten ab, so ist die Brennweite bzw. die Position des Brennpunktes ein Maß für die Analytkonzentration oder der Analytart in der Flüssigkeit. Ebenfalls kann dadurch auch die Absorption und somit die Intensität des fokussierten Lichtstrahls im Brennpunkt beeinflusst werden. Der Aufbau ähnelt dem der Durchflusszytometrie. Optional kann eine zusätzliche Zuleitung implementiert werden, in der das zum Zielanalyt passende Reagenz zufließt oder umgekehrt das flüssige Reagenz fließt anstelle des Zielanalyts durch den hohlen Linsenkörper und durch die zusätzliche Zuleitung fließt das Zielanalyt in den Linsenkörper hinein (Assay/Immunoassay). Anstelle einer Linse kann man auch ein Hohlprisma oder einen Hohlkörper basierend auf einer anderen optischen Komponente verwenden; das (Ziel-)analyt bzw. die Nachweisreaktion beeinflusst dann die Dispersion der optischen Komponente.As a specific embodiment, a liquid analyte solution or another analyte medium to be examined can be flowed through a lens hollow body. Depending on the refractive index of the liquid analyte, the focal length changes and the focus moves from one spatial position to another. If the refractive index of the liquid analyte solutions now depends on the concentration and the type of analyte of the analyte dissolved in it, then the focal length or the position of the focal point is a measure of the analyte concentration or the type of analyte in the liquid. Likewise, this can also influence the absorption and thus the intensity of the focused light beam at the focal point. The structure is similar to that of flow cytometry. Optionally, an additional lead may be implemented in which the reagent appropriate to the target analyte flows, or vice versa, the liquid reagent flows through the hollow lens body instead of the target analyte and through the additional lead, the target analyte flows into the lens body (assay / immunoassay). Instead of a lens, one can also use a hollow prism or a hollow body based on another optical component; the (target) analyte or the detection reaction then influences the dispersion of the optical component.

Kammer:Chamber:

Desweiteren kann man den Innenraum der Linse in verschiedene Kammern unterteilen, die jeweils ihre eigenen Zuleitungen besitzen. Dabei kann jede Kammer nur eine oder mehrere Zuleitungen für eine oder mehrere verschiedene Flüssigkeiten besitzen. Somit kann man unabhängig voneinander die Kammern mit verschiedenen Flüssigkeiten in unterschiedlicher Konzentration befüllen oder entleeren.Furthermore, you can divide the interior of the lens into different chambers, each having their own leads. Each chamber may have only one or more supply lines for one or more different liquids. Thus, one can independently fill or empty the chambers with different liquids in different concentrations.

Als ein weiteres Ausführungsbeispiel kann man sich den hohlen Innenbereich der Linse in viele, zur optischen Achse und zueinander parallele längliche Unterkammern unterteilt vorstellen. Befüllt man abwechselnd diese länglichen Unterkammern mit zwei verschiedenen Fluiden mit jeweils unterschiedlicher Brechzahl, dann kann man zwei unterschiedliche Brennpunkte mit zwei verschiedenen Brennweiten mit fast symmetrischem Lichteinfall bewerkstelligen. Befüllt man dagegen die oberen Unterkammern mit dem ersten Fluidum und die unteren Unterkammern mit dem zweiten Fluidum, dann entstehen ebenfalls zwei Brennpunkte mit unterschiedlicher Brennweite, aber mit asymmetrischem Lichteinfall. Man kann auch jede einzelne Unterkammer mit einem Fluidum anderer Brechzahl befüllen: beispielsweise wenn das Fluidum eine Lösung oder Mischung ist, kann die Konzentration von unten nach oben zunehmen. Durch diesen Konzentrationsgradient kann man eine Brennlinie parallel zur optischen Achse mit asymmetrischem Lichteinfall erzeugen.As a further embodiment, the hollow interior of the lens may be thought of as being subdivided into many elongate subchambers parallel to the optical axis and parallel to each other. If one alternately fills these elongated subchambers with two different fluids, each with different refractive index, then one can accomplish two different focal points with two different focal lengths with almost symmetrical incidence of light. On the other hand, filling the upper sub-chambers with the first fluid and the lower sub-chambers with the second fluid also gives rise to two focal points with different focal lengths, but with asymmetrical light. It is also possible to fill each individual sub-chamber with a fluid of a different refractive index: for example, if the fluid is a solution or mixture, the concentration can increase from the bottom to the top. Due to this concentration gradient, it is possible to generate a focal line parallel to the optical axis with asymmetrical incidence of light.

In Kombination mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann jede einzelne Unterkammer der Linse mit einer weiteren Zuleitung für das Reagenz versehen sein. Beinhaltet jede längliche Unterkammer eine Analytlösung unterschiedlicher Konzentration oder unterschiedlichem Zielanalyt, können so biokombinatorische Untersuchungen durchgeführt werden.In combination with the embodiment described above, each individual sub-chamber of the lens can be provided with a further supply line for the reagent. If each elongated sub-chamber contains an analyte solution of different concentration or different target analyte, biocombinational studies can be carried out.

In einer speziellen Ausführungsform kann der Hohlraum im Linsenkörper nicht das fast gesamte Innenvolumen umfassen, sondern nur ein Teil davon, beispielsweise die Hälfte, während die andere Hälfte durch konventionelles Linsenmaterial mit fester Konsistenz wie z. B. Glas oder Polymere aufgefüllt worden ist. Dabei kann dieses feste Linsenmaterial gleich oder anders als das feste Material der Linsenaußenhülle sein.In a specific embodiment, the cavity in the lens body may not comprise almost the entire inner volume, but only a part thereof, for example half, while the other half may be covered by conventional solid-consistency lens material, e.g. As glass or polymers has been filled. In this case, this solid lens material may be the same or different than the solid material of the lens outer sheath.

Auch muss die Form des mit Fluidum bestückten Hohlraums innerhalb des Linsenkörpers nicht die gleiche Form der Außenhülle der Linse besitzen, sondern kann eine davon unabhängige oder abweichende Form haben; beispielsweise kann der mit Fluidum gefüllte Hohlraum eine Kugel- oder Quaderform oder eine bikonkave Form besitzen, während die Außenkontur der Linse beispielsweise bikonvex ist (und somit die Wirkung der bikonkaven Form des inneren Hohlraums teilweise aufhebt), oder der mit Fluidum durchflossene Hohlraum innerhalb des Linsenkörpers kann sich in Form eines Rohres oder Kanals mäanderförmig durch den Linsenkörper winden. Dies ist besonders gut geeignet, um die Linse abzukühlen oder auf eine bestimmte Temperatur aufzuheizen. Anstelle von mäanderförmigen Kanälen kann man auch andere Kanalformen benutzen, z. B. spiralförmige, spulenförmige, sinusförmige oder andere kurvenartige Kanalstrukturen. Außerdem sollte die Brechzahl des Fluidmediums identisch sein mit der des Linsenmaterials.Also, the shape of the fluid-filled cavity within the lens body need not have the same shape of the outer shell of the lens, but may have an independent or deviating shape; For example, the fluid-filled cavity may have a spherical or cuboidal shape or a biconcave shape while the outer contour of the lens is, for example, bi-convex (thus partially canceling out the effect of the biconcave shape of the inner cavity), or the fluidly perfused cavity within the lens body can meander through the lens body in the form of a tube or channel meandering. This is particularly well suited to cool the lens or to heat it up to a certain temperature. Instead of meandering channels you can also use other channel shapes, eg. B. spiral, coil-shaped, sinusoidal or other curved channel structures. In addition, the should Refractive index of the fluid medium to be identical to that of the lens material.

Auch kann man sich mehrere verschieden geformte Hohlräume innerhalb eines (Linsen-)körpers vorstellen: einmal einen linsenförmigen Hohlraum, der beispielsweise in der oberen Hälfte des Linsenkörpers sich befindet und genau dieselbe Form besitzt wie die Außenhülle der Linse (oder genau die gegenteilige Form der Außenhülle der Linse besitzt, z. B. bei einer Bikonvexlinse besitzt der Hohlraum eine bikonkave Form (,bspw. um die Wirkung der bikonvexen Außenhülle teilweise oder vollständig aufzuheben), und in der unteren Hälfte des Linsenkörpers ist ein prismaförmiger Hohlkörper ausgebildet, um Licht zu dispergieren. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann sich im Linsenhohlraum wieder ein fester Kern befinden, der durch das Fluidum umspült wird; oder das Fluidum kann durch einen äußeren Mantel hindurchgeleitet werden, um die Lichtführung zu manipulieren oder eine Strahlformung des einfallenden Lichtstrahls durchzuführen. Auch diese Konfiguration ist geeignet, um den Linsenkörper zu kühlen oder aufzuheizen, um es auf eine bestimmte Temperatur zu bringen.Also one can imagine several differently shaped cavities within a (lens) body: once a lenticular cavity, which is located for example in the upper half of the lens body and has exactly the same shape as the outer shell of the lens (or just the opposite shape of the outer shell For example, in a biconvex lens, the cavity has a biconcave shape (for example, to partially or completely cancel the action of the biconvex outer shell), and a prismatic hollow body is formed in the lower half of the lens body to disperse light In another embodiment, the lens cavity may again have a solid core surrounded by the fluid, or the fluid may be passed through an outer jacket to manipulate the light guide or beamform the incident light beam suitable to de To cool or heat the lens body to bring it to a certain temperature.

Herstellung:production:

Die Herstellung des Hohlkörpers einer solchen Linse kann durch die Fertigung zweier Halbformen erfolgen, die danach zusammengefügt werden. Dabei muss man auch auf die Anschlüsse achten: mindestens ein Anschluss muss realisiert werden, der gleichzeitig als Zuleitung und als Ableitung fungiert, d. h. erst wird durch den Anschluss das fluide Medium eingeführt und anschließend durch denselben Anschluss wird das fluide Medium wieder abgeleitet und ausgetauscht. Vorteilhafterweise werden aber mindestens zwei Anschlüsse realisiert; der erste Anschluss als Zuleitung und der zweite Anschluss als Ableitung, so dass beide gleichzeitig in Betrieb genommen werden können und ein Durchfluss des fluiden Mediums realisiert werden kann. Damit kann man die optischen und funktionalen Eigenschaften der Linse zeitabhängig steuern. Durch das Hinzufügen eines jeden weiteren Anschlusses kann man den Zu- und Abfluss genauer steuern und kontrollieren. Auch eine hohle Glaskapillare kann als ein einfaches Ausführungsbeispiel dieser Erfindung dienen: die Glaskapillare fungiert selber als Hohllinse, die Zuleitung sind bereits in Form der Glaskapillare selber realisiert worden und die Glaswände der Glaskapillare dient als refraktives Medium für die Linsenaußenhülle. Fließt nun ein Fluidum durch die Glaskapillare, so ändert sich aus oben besagtem Grunde die optisch-funktionalen Eigenschaften der Glaskapillare. Analoges gilt auch für Mikrokanalstrukturen in einem transparenten opto-fluiden Mikrochip (z. B. μ-TAS) oder für die Durchflusszytometrie optional integriert in einen modularen Chip.The production of the hollow body of such a lens can be done by the production of two half-forms, which are then joined together. At the same time, one must also pay attention to the connections: at least one connection must be realized, which at the same time functions as a supply line and as a discharge, ie. H. first, the fluid medium is introduced through the port and then through the same port, the fluid medium is discharged again and replaced. Advantageously, however, at least two connections are realized; the first port as a supply line and the second port as a derivative, so that both can be put into operation simultaneously and a flow of the fluid medium can be realized. This allows you to control the optical and functional properties of the lens time-dependent. By adding each additional port, you can control and control the inflow and outflow more precisely. A hollow glass capillary can also serve as a simple embodiment of this invention: the glass capillary itself acts as a hollow lens, the supply line has already been realized in the form of the glass capillary itself and the glass walls of the glass capillary serve as a refractive medium for the outer lens cover. If a fluid now flows through the glass capillary, the optically functional properties of the glass capillary will change for the reason stated above. The same applies analogously to microchannel structures in a transparent opto-fluid microchip (eg μ-TAS) or optionally integrated into a modular chip for flow cytometry.

optische Eigenschaften (zunächst hauptsächlich nur für Linse):optical properties (initially mainly for lens only):

Durch den Einsatz von fluiden Medien können noch andere optische und/oder funktionale Eigenschaften kontrolliert gesteuert werden wie beispielsweise das spektrale Absorptionsverhalten oder Transmissionsverhalten oder Reflexionsverhalten. Beispielsweise kann durch Einleitung einer rotgefärbten Flüssigkeit erreicht werden, dass nur noch Rotanteile des einfallenden Lichts transmittiert werden. Damit hat man sowohl eine Strahlformungsfunktion (Fokussierung oder Kollimation) mit einer Filterfunktion verbunden. Selbstverständlich können auch andere Farben verwendet werden.Through the use of fluid media, other optical and / or functional properties can be controlled in a controlled manner, such as, for example, the spectral absorption behavior or transmission behavior or reflection behavior. For example, it can be achieved by introducing a red-colored liquid that only red portions of the incident light are transmitted. This has been combined with a beam shaping function (focusing or collimation) with a filter function. Of course, other colors can be used.

Auch andere optische und funktionale Eigenschaften der optischen Komponente, insbesondere der Linse, können durch das durchströmende Fluidum gesteuert werden, wie beispielsweise der komplexe Brechungsindex, Polarisationsverhalten, dielektrische Eigenschaften, Brechung (Refraktion), Beugung (Diffraktion), Phasen- und Gruppengeschwindigkeit, Dispersionseigenschaften, Beugungseffizienz, numerische Apertur usw.. Auch lassen sich in gewissen Grenzen die mechanischen Eigenschaften oder andere physikalische Eigenschaften wie Gewicht, Festigkeit oder Schallgeschwindigkeit leicht variieren, falls es für die Anwandung relevant sein sollte.Other optical and functional properties of the optical component, in particular the lens, can also be controlled by the fluid flowing through, such as the complex refractive index, polarization behavior, dielectric properties, refraction, diffraction, phase and group velocity, dispersion properties, Diffraction efficiency, numerical aperture, etc. Also, within certain limits, the mechanical properties or other physical properties such as weight, strength or speed of sound may be varied slightly, if relevant to the application.

optische Komponentenoptical components

Das Prinzip, die funktionalen und/oder optischen Eigenschaften einer optischen Komponente mittels eines durch einen entsprechend ausgestalteten Hohlkörper fließenden fluiden Mediums variabel zu gestalten, beschränkt sich nicht nur auf einzelne Linsen, sondern kann auch auf alle möglichen optisch passiven (und eventuell auch optisch aktiven) Komponenten ausgedehnt werden. Zu diesen optischen Nicht-Linsen-Komponenten zählen beispielsweise Spiegel (Planspiegel, Hohlspiegel, Wölbspiegel usw.), verschiedene Arten von Prismen (einfaches Prisma, Reflexionsprisma, Dispersionsprisma, Polarisationsprisma, Nicolsches Prisma, Rechen Prisma usw.), Gitter (Amplituden- oder Phasengitter, Echelette-Gitter usw.), planparallele Platten (z. B. zum kontrolliert gesteuerten Versatz eines einfallenden Lichtstrahls), optische Keile, Lichtwellenleiter(-stäbe), planare Wellenleiter (mit Totalreflexion oder verspiegelten Innenseiten wie Hohllichtwellenleiter), Filter, Deckgläser, optische Fenster, Strahlteiler, (Iris-)Blenden, Objektive ( DE 10 2014 111 167 , dort Seite 16) lambda/4-Plättchen, Verzögerungsplatten, Polarisatoren, Strahlfallen, Laserstäbe (z. B. laser-aktives Medium für einen Flüssigkeitslaser), Diffraktive Optische Elemente (DOE), Volumen-Bragg-Gitter (VBG), Sonderoptiken, Strahlformer, Homogenisierer/Diffusoren, Streuscheiben, elliptische Diffusoren, Vortex-Linsen, Etalons, optische Masken wie Lithographiemasken usw., Abschwächer, Faraday Isolatoren, Abschwächer, Retroreflektoren, Kollimatoren, Faseroptiken, photonische Kristalle und andere optische Komponenten, wie sie beispielsweise in einschlägigen Produktkatalogen von den großen optischen Anbietern wie bspw. http://www.lasercomponents.com/de/optik/optische-komponenten/ angeboten werden oder in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2014 014 414 aufgelistet sind.The principle of making the functional and / or optical properties of an optical component variable by means of a fluid medium flowing through a correspondingly configured hollow body is not limited to individual lenses but can also be applied to all possible optically passive (and possibly also optically active) Components are extended. These non-lens optical components include, for example, mirrors (plane mirrors, concave mirrors, dome mirrors, etc.), various types of prisms (simple prism, reflection prism, dispersion prism, polarization prism, Nicol's prism, rake prism, etc.), gratings (amplitude or phase grating , Echelette gratings, etc.), plane-parallel plates (eg for the controlled controlled displacement of an incident light beam), optical wedges, optical waveguides (rods), planar waveguides (with total reflection or mirrored insides such as hollow waveguides), filters, coverslips, optical Windows, beam splitters, (iris) diaphragms, lenses ( DE 10 2014 111 167 , there page 16) lambda / 4 plates, retardation plates, polarizers, beam traps, laser rods (eg laser-active medium for a liquid laser), diffractive optical elements (DOE), volume Bragg gratings (VBG), special optics, Jet former, homogenizer / diffuser, spreading discs, elliptical diffusers, vortex lenses, etalons, optical masks such as lithography masks, etc., attenuators, Faraday isolators, attenuators, retroreflectors, collimators, fiber optics, photonic crystals, and other optical components such as those described in relevant product catalogs by the major optical providers, such as. http://www.lasercomponents.com/de/optik/optische-komponenten/ offered or in the German patent application DE 10 2014 014 414 are listed.

Auch sind alle Kombinationen zwischen den einzelnen Komponenten denkbar, egal, ob es sich hierbei um Linsen oder um andere optische Komponenten handelt (optische Hybridkomponenten). Dabei kann man alle möglichen physikalisch-optischen und funktionalen Eigenschaften (nicht nur Brechzahl, auch Transmission etc.) mittels des durch den inneren Hohlraum strömenden Fluids bei allen möglichen optischen Komponenten einschließlich sämtlicher Kombinationen hiervon kontrolliert variieren und steuern.Also, all combinations between the individual components are conceivable, regardless of whether these are lenses or other optical components (optical hybrid components). In this case, all possible physical-optical and functional properties (not only refractive index, also transmission, etc.) can be varied and controlled by means of the fluid flowing through the inner cavity in all possible optical components including all combinations thereof.

Bei einem Spiegel stellt sich die Frage, welchen Bereich des Spiegels das Fluidum durchströmen soll: entweder den Bereich hinter der Spiegeloberfläche, um den Reflexionsgrad über die Fresnel'schen Formeln zu steuern, oder durch einen mittels des Fluidums zu durchströmenden flachen, abgeplatteten Hohlkörper vor der Spiegeloberfläche, welcher eben zusätzlich vor der Spiegeloberfläche implementiert worden ist, um das Reflexionsspektrum oder das Polarisationsverhalten o. a. zu steuern. In dieser Funktion dient der Hohlkörper als Filter oder Polarisator. Solch ein flacher, abgeplatteter Hohlkörper lässt sich auch vor anderen optischen Komponenten installieren, wie beispielsweise vor einer optischen Gitterstruktur oder vor photonischen Kristallen. Wenn z. B. ein Phasengitter von einem fluiden Medium umspült wird, dann lässt sich abhängig von der Brechzahl des Fluidums die Beugungseigenschaften wie Beugungswinkel oder Beugungseffizienz des Phasengitters kontrolliert einstellen.In the case of a mirror, the question arises as to which region of the mirror the fluid should flow through: either the region behind the mirror surface in order to control the reflectance via the Fresnel formulas, or by a flat, flattened hollow body through which the fluid flows Mirror surface, which has just been additionally implemented in front of the mirror surface to the reflectance spectrum or the polarization behavior or the like to control. In this function, the hollow body serves as a filter or polarizer. Such a flat, flattened hollow body can also be installed in front of other optical components, such as in front of an optical lattice structure or in front of photonic crystals. If z. B. a phase grating is lapped by a fluid medium, then can be adjusted depending on the refractive index of the fluid, the diffraction properties such as diffraction angle or diffraction efficiency of the phase grating controlled.

Anhand einiger exemplarischer Beispiele soll das Prinzip der mittels eines durchströmenden Fluidums steuerbaren funktionalen Eigenschaften von optischen Nicht-Linsen-Komponenten eingehend erörtert werden:

– Bei einem Hohl-Prisma lässt sich die Dispersion mittels des durchströmenden Mediums gezielt steuern. Durch einen Konzentrationsgradienten kann der obere Teil des Prismas eine höhere Dispersion besitzen als der untere Teil des Prismas
– Bei einer hohlen Gitterstruktur kann man die Brechzahl und somit den Beugungswinkel und/oder die Beugungseffizienz mittels des durchströmenden Mediums kontrolliert einstellen. Bei einem Absorptionsgitter kann man das spektrale Transmissionsverhalten und bei einem Phasengitter die Brechzahl/Phase einstellen
– Bei einer hohlen planparallelen Platte kann man mittels des durchströmenden Mediums die Farbe und somit das spektrale Absorptionsverhalten der planparallelen Platte und somit deren Filterfunktion reproduzierbar regeln. Auch den Brechungsindex kann man dadurch einstellen und somit die optische Weglänge, den Gangunterschied, die Parallelverschiebung und auch den Bildebenenversatz der Platte steuern. Handelt es sich bei der Flüssigkeit um Flüssigkristalle (LCD), so lässt sich die Polarisation des einfallenden Lichtes steuern, vergleichbar mit einem λ/4-Plättchens. Wird die hohle planparallele Platte noch in einzelne Kammern unterteilt (Kammerarray), die jede eine unabhängige Zu- und Ableitung sowie ein eigenes Elektrodenpaar besitzt, um extern eine Spannung anlegen zu können, so ist der Weg zu einem Spatial Light Modulator (SLM) nicht mehr weit.

By means of a few exemplary examples, the principle of the functional properties of non-lens optical components that can be controlled by means of a flowing fluid will be discussed in detail:

- In a hollow prism, the dispersion can be controlled by means of the flowing medium targeted. Due to a concentration gradient, the upper part of the prism can have a higher dispersion than the lower part of the prism
In the case of a hollow lattice structure, the refractive index and thus the diffraction angle and / or the diffraction efficiency can be adjusted in a controlled manner by means of the medium flowing through. For an absorption grating, one can set the spectral transmission behavior and for a phase grating the refractive index / phase
In the case of a hollow plane-parallel plate, the color and thus the spectral absorption behavior of the plane-parallel plate and thus its filter function can be regulated reproducibly by means of the medium flowing through. You can also adjust the refractive index and thus control the optical path length, the path difference, the parallel shift and the image plane offset of the plate. If the liquid is liquid crystal (LCD), the polarization of the incident light can be controlled, comparable to a λ / 4 plate. If the hollow plane-parallel plate is subdivided into individual chambers (chamber array), each of which has an independent supply and discharge as well as its own pair of electrodes in order to apply a voltage externally, then the way to a Spatial Light Modulator (SLM) is gone far.

Spezielle Ausführungsbeispiele:Special embodiments:

Plasmalinseplasma lens

In der Laserschweißtechnik ist der sogenannte Tiefschweißeffekt bekannt: wenn genügend Laserleistung in das zu bearbeitende Metallstück eingekoppelt werden kann, dann verdampft das Metall von der Metalloberfläche und wird dann vom einfallenden Laserstrahl ionisiert: innerhalb der Schweißkuhle oder dem Dampfkanal bildet sich so eine laserinduzierte Plasmasäule aus. Da diese Plasmasäule aus geladenen Teilchen besteht, besitzt sie deswegen einen fokussierenden Effekt auf die einfallende elektromagnetische Laserstrahlung, so dass der Schweißeffekt u. a. neben der erhöhten Absorption auch dadurch noch verstärkt werden kann.In the laser welding technique, the so-called deep-welding effect is known: if enough laser power can be coupled into the metal piece to be machined, then the metal evaporates from the metal surface and is then ionized by the incident laser beam: within the weld pool or steam channel, a laser-induced plasma column is formed. Since this plasma column consists of charged particles, it therefore has a focusing effect on the incident electromagnetic laser radiation, so that the welding effect u. a. In addition to the increased absorption and thereby can be reinforced.

Schon anhand des Tiefschweißeffektes kann man erkennen, dass die Form und Dichteverteilung eines Plasmas durch extern angelegte elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder beeinflusst werden können und dass das Plasma die einfallende Laserstrahlung formt. Da das Plasma aus geladenen Teilchen (in der Regal Ionen und freie Elektronen) besteht, hat dieses einen Einfluss auf einfallende elektromagnetische Strahlung, beispielsweise UV-, Vis- oder IR-Strahlung (Licht). Dagegen haben die extern angelegten elektrischen, magnetischen und/oder elektromagnetischen Felder einen Einfluss auf die Ausbildung der Plasmalinse/Plasmazone. Durch ein gezielt angelegtes elektrisches, magnetisches und/oder elektromagnetisches Feld kann man die Größe, Form und Dichteverteilung des Plasmas kontrolliert steuern, so dass dieser genau definiert eingestellte Plasmabereich auf einfallendes Licht eine bestimmte und beabsichtigte Wirkung oder Einfluss besitzt. Dies kann man beispielsweise zur gezielten Strahlformung eines einfallenden (Laser-)strahls verwenden. Diese Vorrichtung kann man auch als Plasmalinse bezeichnen. Auch eine zeitliche Änderung der funktionalen Eigenschaften der Plasmalinse erscheint möglich: durch Änderung des extern angelegten Feldes werden die funktionalen Eigenschaften der Plasmalinse wie Brennweite, Dispersion, „effektive Brechzahl” des Plasmas o. a. verändert, und so kann beispielsweise aus einer fokussierenden Sammellinse eine kollimierende Zerstreuungslinse werden oder umgekehrt. Auch kann durch Änderung des externen Feldes die Funktion des Plasmabereichs komplett verändert werden: aus einer „Plasmalinse” wird dann ein „Plasmaprisma” oder „Plasmagitter”, welches Licht nicht fokussiert oder kollimiert, sondern dispergiert (in einzelne Spektralfarben aufspaltet). Auch Plasma-Hybridelemente wie eine kombinierte „Plasmalinse” mit einer anderen „Plasmalinse” gleichen oder unterschiedlichen Typs, einem „Plasmaprisma” oder einem „Plasmagitter” sind theoretisch vorstellbar. Allerdings ist ein Einsatz in der Mikrotechnik/Mikrooptik wegen der aufwendigen Vorrichtung zur Erzeugung eines externen Feldes und eines Vakuums und eines Plasmas wahrscheinlich zunächst nur beschränkt möglich; es sein denn, man kann eine Mikro-„Plasmalinse” innerhalb eines Mikrosystems z. B. in Form einer Spule ausbilden. Das Problem einer solchen Plasmalinse ist, dass das Plasma selber leuchtet und das einfallende Licht je nach Wellenlänge absorbieren kann. Daher muss die Wellenlänge des einfallenden Lichtes genau mit dem vorhandenen Plasma abgestimmt werden. Durch Auswahl des zu ionisierenden Gases für das Plasma kann man je nach Bedarf den geeigneten Wellenlängenbereich verschieben.Already on the basis of the deep-welding effect, it can be seen that the shape and density distribution of a plasma can be influenced by externally applied electric, magnetic or electromagnetic fields and that the plasma shapes the incident laser radiation. Since the plasma consists of charged particles (in the shelf ions and free electrons), this has an influence on incident electromagnetic radiation, such as UV, Vis or IR radiation (light). In contrast, the externally applied electrical, magnetic and / or electromagnetic fields have an influence on the formation of the plasma lens / plasma zone. By means of a specifically applied electric, magnetic and / or electromagnetic field, one can control the size, shape and density distribution of the plasma in a controlled manner, so that this precisely defined plasma region has a specific and intended effect or influence on incident light. This can be for example for use targeted beam shaping of an incident (laser) beam. This device can also be referred to as a plasma lens. A change in the functional properties of the plasma lens also appears to be possible: by altering the externally applied field, the functional properties of the plasma lens such as focal length, dispersion, "effective refractive index" of the plasma, etc. are changed, and thus, for example, a focusing focusing lens can become a collimating diverging lens or the other way around. Also, by changing the external field, the function of the plasma region can be completely changed: a "plasma lens" then becomes a "plasma prism" or "plasma lattice", which does not focus or collimate light but disperses it (splits it into individual spectral colors). Also, plasma hybrid elements such as a combined "plasma lens" with another "plasma lens" of the same or different type, a "plasma prism" or a "plasma lattice" are theoretically conceivable. However, a use in microtechnology / micro-optics is probably initially only limited possible because of the complex device for generating an external field and a vacuum and a plasma. unless, you can a micro "plasma lens" within a microsystem z. B. form in the form of a coil. The problem with such a plasma lens is that the plasma itself shines and the incident light can absorb depending on the wavelength. Therefore, the wavelength of the incident light must be accurately matched with the existing plasma. By selecting the gas to be ionized for the plasma, one can shift the appropriate wavelength range as needed.

Rotationsspiegelrotating mirror

Ein weiteres Beispiel für eine auf Flüssigkeit basierende Optik ist ein Spiegel bestehend aus einer Flüssigkeitsoberfläche. Unter Einwirkung der Schwerkraft und unter völliger Ruhe ist diese absolut glatt. Befindet sich nun die Flüssigkeit in einem Behälter und wird dieser in Rotation versetzt, dann wirken Fliehkräfte auch auf die Flüssigkeitsoberfläche/Flüssigkeit und es bildet sich eine gemäß einem Rotationsellipsoid geformte Flüssigkeitsoberfläche aus. Reflektiert diese Licht, handelt es sich dann dabei um einen fast idealen Hohlspiegel. Allerdings ist ein Einsatz in der Mikrotechnik zunächst nur schwer vorstellbar, da die Vorrichtung, mit der man die Flüssigkeit in Rotation versetzen will, wohl sehr aufwendig und platzbeanspruchend ist.Another example of a liquid-based optic is a mirror consisting of a liquid surface. Under the influence of gravity and under complete rest, this is absolutely smooth. Now, if the liquid in a container and this is rotated, then centrifugal forces also act on the liquid surface / liquid and it forms a shaped according to a Rotationsellipsoid liquid surface. Reflects this light, it is then an almost ideal concave mirror. However, an application in microtechnology is initially difficult to imagine because the device with which you want to put the liquid in rotation, probably very expensive and space consuming.

Inverse Optische Komponenten (IOK)Inverse Optical Components (IOK)

Bei einer inversen optischen Komponente (IOK) wird in ein (quaderförmiges) transparentes Substrat ein Hohlraum in Form einer Linse eingebracht (siehe 1), aber auch andere optische Komponenten wie ein inverses Prisma sind denkbar. Je nach Form des inneren Hohlraums besitzt diese optische Komponente eine zerstreuende, kollimierende oder fokussierende Funktion: wenn der Hohlraum bikonvex ist, kann die optische Komponente eine kollimierende oder zerstreuende Funktion besitzen (1a), und wenn der Hohlraum bikonkav ist, kann die Komponente eine fokussierende Funktion (1b) besitzen.In the case of an inverse optical component (IOK), a cavity in the form of a lens is introduced into a (cuboid) transparent substrate (see 1 ), but also other optical components such as an inverse prism are conceivable. Depending on the shape of the internal cavity, this optical component has a dispersive, collimating, or focussing function: if the cavity is biconvex, the optical component may have a collimating or scattering function ( 1a ), and when the cavity is biconcave, the component may have a focussing function ( 1b ).

Allgemein ausgedrückt wirkt eine solche inverse optische Komponente mit einem bikonkaven Hohlraum wie zwei plan-konvexe Linsen mit den jeweiligen Brennweiten f₁ und f₂, wobei die beiden plan-konvexen Linsen auf derselben optischen Achse angeordnet sind und deren gewölbten konvexen Linsenseiten zueinander und somit nach innen gewendet sind und somit deren planen Linsenseiten nach außen gewendet sind.Generally speaking, such an inverse optical component with a biconcave cavity acts like two plano-convex lenses with the respective focal lengths f ₁ and f ₂ , the two plano-convex lenses being arranged on the same optical axis and their convex convex lens sides facing each other and thus after are turned inside and thus their plan lens pages are turned to the outside.

Es wird im Folgenden immer angenommen, dass auf die linke plan-konvexe Linse mit der Brennweite f₁ paralleles Licht einfällt. Aufgrund einfacher strahlenoptischer Überlegungen kann man die folgenden Fälle unterscheiden:
Wenn nun die Brennweite f₁ kleiner als die Brennweite f₂ ist und der Abstand d beider plan-konvexer Linsen ist größer als die Brennweite f₁, dann wirkt diese Inverse Optische Komponente (IOK) auf das von der linken Seite parallel einfallende Licht zerstreuend. Wenn der Abstand d jedoch kleiner als die Brennweite f₁ ist, dann wirkt die IOK auf das parallel einfallende Licht fokussierend.It is always assumed below that incident on the left plano-convex lens with the focal length f ₁ parallel light. Due to simple ray-optical considerations, one can distinguish the following cases:
Now, if the focal length f _{1 is} smaller than the focal length f ₂ and the distance d of both plano-convex lenses is larger than the focal length f ₁ , then this inverse optical component (IOK) acts on the parallel incident light from the left side. However, if the distance d is smaller than the focal length f ₁ , then the IOC acts focusing on the parallel incident light.

Wenn nun die Brennweite f₁ gleich der Brennweite f₂ ist und der Abstand d beider plan-konvexer Linsen ist größer als die Brennweite f₁, dann tritt auf der rechten Seite das Licht parallel aus, wenn auf der linken Seite das Licht parallel einfällt. Wenn der Abstand d jedoch kleiner als die Brennweite f₁ ist, dann wirkt die IOK auf das parallel einfallende Licht fokussierend.Now, if the focal length f _{1 is} equal to the focal length f ₂ and the distance d of both plano-convex lenses is greater than the focal length f ₁ , then occurs on the right side of the light in parallel, if incident on the left side of the light in parallel. However, if the distance d is smaller than the focal length f ₁ , then the IOC acts focusing on the parallel incident light.

Wenn nun die Brennweite f₁ größer als die Brennweite f₂ ist und der Abstand d beider plan-konvexen Linsen ist größer als die Brennweite f₁, dann wirkt diese Inverse Optische Komponente (IOK) auf das von der linken Seite parallel einfallende Licht fokussierend. Wenn der Abstand d kleiner als die Brennweite f₁ ist, dann wirkt die IOK auf das parallel einfallende Licht ebenfalls fokussierend, und zwar in einem viel stärkeren Maße als im obigen Falle oder wenn nur die linke plankonvexe Linse vorhanden wäre.Now, if the focal length f _{1 is} greater than the focal length f ₂ and the distance d of both plano-convex lenses is greater than the focal length f ₁ , then this inverse optical component (IOK) acts focusing on the light incident from the left side in parallel. If the distance d is smaller than the focal length f ₁ , then the IOK also acts on the parallel incident light to a much greater extent than in the above case, or if only the left plano-convex lens were present.

Zusammengefasst lässt sich erklären, dass eine IOK mit einem bikonkaven Hohlraum wie zwei plankonvexe Linsen auf derselben optischen Achse und somit wie ein einfaches Objektiv oder Kepler-Fernrohr funktioniert.In summary, it can be explained that an IOC with a biconcave cavity works like two plano-convex lenses on the same optical axis and thus like a simple objective or Kepler telescope.

Auch IOKs mit anders geformten Hohlräumen sind denkbar, beispielsweise mit einem plan-konvexen, einem plan-konkaven, einem konvex-konkaven oder einem konkav-konvexen Hohlraum sind denkbar. Letzteres fungiert wie ein Galilei-Fernrohr. Bei einem IOK mit einem konvex-konkaven oder einem konkav-konvexen Hohlraum können beide Linsen, aus denen man sich den IOK zusammengesetzt denken kann, denselben oder verschiedene Krümmungsradien/Wölbungen/Brennweiten besitzen. Auch IOKs mit ganz anderen Hohlräumen wie beispielsweise eines prismaförmigen oder gitterförmigen Hohlraums sind denkbar. Solche IOKs besitzen aber keine fokussierende oder kollimierende oder zerstreuende Wirkung, sondern eine dispergierende Wirkung. Auch ein oder zwei quaderförmige Hohlräume sind denkbar als optisches Analogon zu einer oder zwei planparallele Platten. Solche IOKs besitzen eine versetzende Wirkung auf einen schräg einfallenden Lichtstrahl. Also, IOCs with differently shaped cavities are conceivable, for example, with a plano-convex, a plano-concave, a convex-concave or a concavo-convex cavity are conceivable. The latter acts like a Galilean telescope. In an IOC with a convex-concave or a concavo-convex cavity, both lenses, from which one can think of the IOC as composed, may have the same or different radii of curvature / bulges / focal lengths. Also, IOCs with very different cavities such as a prismatic or lattice cavity are conceivable. However, such IOKs have no focusing or collimating or dispersing effect, but a dispersing effect. Also, one or two cuboid cavities are conceivable as an optical analogue to one or two plane-parallel plates. Such IOCs have a staggering effect on an obliquely incident light beam.

Vorzugsweise werden die IOKs aus demselben Material hergestellt; denkbar ist es aber auch, dass die erste und zweite (plankonvexe) Linse, aus denen man sich die IOKs zusammengesetzt denken kann, aus unterschiedlichen Materialen bestehen.Preferably, the IOCs are made of the same material; but it is also conceivable that the first and second (plano-convex) lens, from which one can think of the IOCs composed, consist of different materials.

Man kann solche inversen optischen Komponenten (IOKs) mittels Femtolaser-(fs-)Laserstrahlung und Mehrphotonprozessen herstellen (das Verfahren ist angelehnt an [3–12]): Dabei wird eine Zone im Volumen eines transparenten Substrates mittels eines fokussierten fs-Laserstrahl beaufschlagt. Wegen der hohen Pulsleistung können im Fokusbereich Mehrphotonprozesse wie bspw. Multiphotonabsorption im Material stattfinden, wodurch das durch den fs-Laserstrahl beaufschlagte Material im Fokusbereich physikalisch-chemisch modifiziert wird, während außerhalb des Fokusbereichs keine Mehrphotonprozesse und somit keine physikalisch-chemische Modifizierung des Materials stattfindet. Durch die Modifizierung der molekularen Struktur durch die fs-Laserstrahlung wird das Material für bestimmte Flüssigkeiten lösbar, während der nicht durch fs-Laserstrahlung beaufschlagte Bereich nicht modifiziert wird und somit seine ursprüngliche molekulare Struktur beibehält und somit nicht für bestimmte Flüssigkeiten lösbar ist. Durch Abscannen mit dem fokussierten fs-Laserstrahl lässt sich somit ein relativ großer Bereich beispielsweise mit bikonvexer oder bikonkaver Form modifizieren, während der nicht mit dem fokussierten fs-Laserstrahl beleuchtete Bereich unmodifiziert bleibt. Durch ein oder mehrere Zu- oder Abflusskanäle lässt sich eine (ätzende) Flüssigkeit in das transparente Substratvolumen einleiten, so dass der modifizierte (bikonvexe oder bikonkave) Bereich innerhalb des transparenten Substratvolumens weggeätzt, herausgelöst oder ausgewaschen wird, während der nicht modifizierte Bereich nicht wegätzbar ist und somit nicht lösbar oder ausgewaschen wird, sondern bestehen bleibt. Somit bleibt ein leerer materialfreier (bikonvexer oder bikonkaver) Hohlraum übrig. Besitzt dieser nun eine bikonvexe oder bikonkave Form, so kann das gesamte Substrat eine zerstreuende oder kollimierende oder fokussierende Eigenschaft besitzen. Bei einer keil- oder prismenförmigen Form besitzt die Komponente eine dispergierende Eigenschaft. Die zum Wegspülen des modifizierten Materials eingesetzten Zu- oder Abflusskanäle kann man später dafür verwenden, um ein fluides Medium mit einem bestimmten (spektralen) Brechungsindex oder einem spektralen Absorptionskoeffizienten durch die optische Komponente durchzuleiten oder einzuleiten (wie bereits weiter oben detailliert beschrieben), damit während des Betriebes die optisch-funktionalen Eigenschaften kontrolliert eingestellt werden können (spektrales Transmissions- oder Brechzahl-Matching), oder um vorher ein reaktives fluides Medium durch den Hohlraum durchzuleiten, um die Innenoberflächen der inversen optischen Komponente zu modifizieren oder zu funktionalisieren (beispielsweise, um diese zu verspiegeln oder zu versiegeln oder um deren Oberflächenenergie zu verändern). Vorteil einer solchen inversen Optik mit einer quaderförmigen Außenhülle ist die mechanische Stabilität, die einfache Halterung und der modulare Aufbau, da jede Linse oder inverse optische Komponente dieselben äußeren Abmessungen besitzen kann und somit leicht durch eine andere inverse optische Komponente ausgewechselt werden kann.One can produce such inverse optical components (IOKs) by means of femtolaser (fs) laser radiation and multiphoton processes (the method is based on [3-12]): A zone in the volume of a transparent substrate is acted upon by means of a focused fs laser beam. Because of the high pulse power, multiphoton processes such as multiphoton absorption in the material can take place in the focus area, whereby the material acted upon by the fs laser beam is physico-chemically modified in the focus area, while outside the focus area no multiphoton processes take place and thus no physico-chemical modification of the material. By modifying the molecular structure by the fs laser radiation, the material for certain liquids is solvable, while the not acted upon by fs laser radiation area is not modified and thus maintains its original molecular structure and thus is not soluble for certain liquids. By scanning with the focused fs laser beam can thus be a relatively large area, for example, modify with biconvex or biconcave shape, while the not illuminated with the focused fs laser beam area remains unmodified. Through one or more inflow or outflow channels, a (caustic) liquid can be introduced into the transparent substrate volume so that the modified (biconvex or biconcave) region within the transparent substrate volume is etched away, dissolved out or washed out, while the unmodified region can not be etched away and thus not solvable or washed out, but remains. This leaves an empty, material-free (biconvex or biconcave) cavity. If this now has a biconvex or biconcave form, then the entire substrate can have a dissipating or collimating or focussing property. In a wedge or prism shape, the component has a dispersing property. The inflow or outflow channels used to flush away the modified material may later be used to pass or initiate a fluid medium having a certain (spectral) refractive index or spectral absorption coefficient through the optical component (as described in detail above) In operation, the optically-functional properties can be controlled (spectral transmission or refractive index matching), or to previously pass a reactive fluid medium through the cavity to modify or functionalize the inner surfaces of the inverse optical component (e.g. to mirror or seal or to change their surface energy). The advantage of such an inverted optic with a parallelepiped-shaped outer shell is the mechanical stability, the simple mounting and the modular construction, since each lens or inverse optical component can have the same external dimensions and thus can be easily replaced by another inverse optical component.

Als Ausgangsmaterial kann man jedes transparente und photo-modifizierbare Material wie Glas (Foturan u. a.) oder Polymer (PMMA u. a.) verwenden.The starting material may be any transparent and photo-modifiable material such as glass (Foturan et al.) Or polymer (PMMA et al.).

Anstelle von Linsen lassen sich mit demselben erfindungsgemäßen Verfahren auch andere passive oder aktive optische Komponenten wie Prismen, Gitterkomponenten oder passive oder aktive optische Hybridstrukturen mit kontrolliert steuerbaren und somit zeitlich gezielt veränderlichen optischen Eigenschaften herstellen.Instead of lenses, other passive or active optical components such as prisms, lattice components or passive or active hybrid optical structures with controlled controllable and thus time-selectively variable optical properties can be produced with the same inventive method.

Literatur:Literature:

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Zeichnungslegende:Drawing Legend:

1a: inverse optische Komponente (IOK) mit einem bikonvexen Hohlraum und somit u. U. mit einer zerstreuenden Funktionalität; man beachte die Zu- und Abflusskanäle zunächst zum Wegätzen des mittels fs-Laserstrahlung modifizierten Innenbereichs und anschließend für das spektrale Transmissions- oder Brechzahl-Matching 1a : inverse optical component (IOC) with a biconvex cavity and thus u. U. with a dissipating functionality; note the inflow and outflow channels first for etching away the inner area modified by means of fs laser radiation and then for the spectral transmission or refractive index matching

1b: inverse optische Komponente (IOK) mit einem bikonkaven Hohlraum und somit u. U. mit einer fokussierenden Funktionalität; man beachte die Zu- und Abflusskanäle zunächst zum Wegätzen des mittels fs-Laserstrahlung modifizierten Innenbereichs und anschließend für das spektrale Transmissions- oder Brechzahl-Matching 1b : inverse optical component (IOK) with a biconcave cavity and thus u. U. with a focusing functionality; note the inflow and outflow channels first for etching away the inner area modified by means of fs laser radiation and then for the spectral transmission or refractive index matching

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014111167 [0036]
DE 102014014414 [0036]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

http://www.lasercomponents.com/en/optics/optical-components/ [0036]

Claims

Method for producing a microlens with variable focal length by femtolaser radiation and subsequent treatment by means of a corrosive medium, in which a. first a femtosecond (fs) laser beam is focused into the volume of a transparent and photomodifiable material, b. the molecular structure of the transparent and photomodilizable material located in the focus area is physically-chemically modified by the exposure of the transparent and photomodilizable material by the focused fs laser beam, so that it can be etched away by a suitable liquid by means of a multiphoton process c. the focused laser beam completely scans a lenticular region to be modified, d. In addition, the focused laser beam, a line-shaped area, which will later form the inflow and outflow channel, scans, e. the area modified by the focused femtolaser radiation is etched away by application of a liquid, while the unmodified area remains, so that a cavity is formed which has the shape of a lens with an inflow and outflow channel, f. the lenticular cavity is filled by the inflow and outflow channel with a liquid or gaseous fluid having a precisely defined refractive index or transmission, so that thereby the functional optical properties (eg focal length, absorption, transparency, reflection) of the lenticular cavity, as Lens acts, is affected.