DE4332328A1 - Abbildungsoptik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abbildungsoptik zur Abbildung eines koaxial zu einer ersten Achse verlaufenden Einfalls­ strahls elektromagnetischer Strahlung auf einen sich ko­ axial zu einer zweiten Achse ausbreitenden Ausgangsstrahl. Derartige Abbildungsoptiken werden beispielsweise dazu be­ nützt, um eine von einer Laserstrahlungsquelle ausgehende und sich entlang der ersten Achse ausbreitende elektroma­ gnetische Strahlung so aus ihrer ursprünglichen Ausbrei­ tungsrichtung umzulenken, daß sie koaxial zur zweiten Achse verläuft und anschließend auf weitere optische Ele­ mente trifft, durch die die Strahlung beispielsweise auf einen Brennpunkt fokussiert wird.

Im einfachsten Fall kann als Abbildungsoptik ein schräg zur ersten Achse ausgerichteter ebener Spiegel verwendet werden, an dessen Oberfläche die sich entlang der ersten Achse ausbreitende und auf den Spiegel auftreffende Strah­ lung in Richtung der zweiten Achse reflektiert wird.

In vielen Fällen weist der Strahlquerschnitt der verwen­ deten elektromagnetischen Strahlung einen inneren Freiraum mit im wesentlichen vernachlässigbarer Strahlungsleistung auf, der umgeben ist von strahldurchsetzten Bereichen, zum Beispiel in Form eines Ringes, mit nicht vernachlässig­ barer Strahlungsleistung.

Dies ist beispielsweise regelmäßig bei leistungsstarken Kohlendioxydlasern der Fall, die meist nicht in der trans­ versalen Grundmode schwingen, in der der Strahlquerschnitt eine Intensitätsverteilung in Form einer Gaußkurve auf­ weist, sondern in einer angeregten Schwingungsmode mit kreisringförmiger Intensitätsverteilung. In anderen Fällen, in denen die verwendete elektromagnetische Strah­ lung nicht schon aufgrund ihrer Erzeugung ein Strahlprofil mit einem inneren Freiraum aufweist, werden entsprechende Umformungselemente verwendet, die einen ringförmigen Strahlquerschnitt ausbilden.

Wird als Abbildungsoptik ein - wie beispielsweise in der US 4,421,721 dargestellt - schräg zur ersten Achse posi­ tionierter Spiegel verwendet, so kreuzt die koaxial zur ersten Achse verlaufende Strahlung die zweite Achse bei der Umlenkung. Dies wirkt sich in den Fällen nachteilig aus, in denen bei Verwendung von Strahlquerschnitten mit einem inneren Freiraum koaxial zur zweiten Achse ein Gegenstand im Freiraum fixiert ist, da der koaxial zur zweiten Achse ausgerichtete Gegenstand im Bereich der Um­ lenkung der elektromagnetischen Strahlung eine Abschattung der Strahlung sowie unerwünschte Reflexionen hervorruft.

Der Erfindung liegt ausgehend von der US 4,421,721 die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Abbildungsoptik so auszubilden, daß beim Abbilden eines koaxial zu einer ersten Achse verlaufenden Einfallsstrahls, dessen Strahl­ querschnitt einen inneren Freiraum mit im wesentlichen vernachlässigbarer Strahlungsleistung auf­ weist, auf einen sich koaxial zu einer zweiten Achse ver­ laufenden Ausgangsstrahl Abschattungen der Strahlung durch koaxial zur zweiten Achse ausgerichtete Gegenstände sowie unerwünschte Reflexionen an diesen Gegenständen reduziert werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Abbildungsoptik der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,daß die Abbildungsoptik ein den Einfallsstrahl in mindestens zwei sich in unterschiedliche Richtungen ausbreitende Teil­ strahlen aufteilendes Strahlteilungselement aufweist, welches eine Querschnittsfläche des Einfallsstrahles in einzelne, sich gegenseitig nicht überlappende Teilquer­ schnittsflächen aufteilt, daß ein die einzelnen Teilstrah­ len zum Ausgangsstrahl zusammenführendes Vereinigungsele­ ment vorgesehen ist und daß ein die vom Strahlteilungsele­ ment ausgehenden Teilstrahlen auf das Vereinigungselement lenkendes Umlenkelement vorgesehen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Abbildungsoptik wird der koaxial zur ersten Achse verlaufende Einfallsstrahl beispielsweise in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, die sich in unterschied­ liche Richtungen ausbreiten. Die einzelnen Teilstrahlen werden über Umlenkelemente zu einem Vereinigungselement gelenkt, das die einzelnen Teilstrahlen wieder zu einem Gesamtstrahl in Form des koaxial zur zweiten Achse ver­ laufenden Ausgangsstrahles vereinigt.

Mit Hilfe der Umlenkelemente und des Vereinigungselementes werden die einzelnen Teilstrahlen in eine koaxial zur zweiten Achse verlaufende Richtung umgelenkt, ohne daß sie dabei die zweite Achse kreuzen. Somit treffen diese Teil­ strahlen bei der Umlenkung nicht auf Gegenstände, die koaxial zur zweiten Achse fixiert sind. Demzufolge stellen diese Gegenstände für den Einfallsstrahl bei dessen Abbil­ dung auf den Ausgangsstrahl kein Hindernis dar, und Ab­ schattungen und damit verbundene Leistungsverluste durch die Gegenstände sowie unerwünschte Reflexionen an diesen Gegenständen werden vermieden.

Bei einer konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung weist das Strahlteilungselement zwei in einem Winkel zueinander angeordnete, Teile des Einfalls­ strahles in unterschiedliche Richtungen reflektierende Flächen auf. Das Strahlteilungselement wird derart ausge­ richtet, daß der Einfallsstrahl auf die reflektierenden Flächen auftrifft. Durch die Reflexion an den einzelnen Flächen wird der Einfallsstrahl in mehrere Teil strahlen aufgeteilt, die sich in unterschiedliche Richtungen aus­ breiten.

Ein besonders übersichtlicher und einfacher Strahlengang ergibt sich dadurch, daß die in einem Winkel zueinander angeordneten Flächen spiegelbildlich bezüglich einer Symmetrieebene ausgerichtet sind. Denn durch eine der­ artige Orientierung der Flächen ist es möglich, das Strahlteilungselement so auszurichten, daß der Einfalls­ strahl in der Symmetrieebene verläuft; dies hat zur Folge, daß die Teil strahlen spiegelbildlich zueinander in unter­ schiedliche Richtungen reflektiert werden.

Eine konstruktiv besonders einfache Lösung sieht vor, daß die in einem Winkel zueinander angeordneten Flächen eben ausgebildet sind.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die in einem Winkel zueinander angeordneten Flächen zur Symmetrieebene einen Neigungswinkel von 45° aufweisen, denn dies ermög­ licht, das Strahlteilungselement mit seiner Symmetrieebene parallel zur ersten Achse auszurichten, so daß die Teil­ strahlen bei einem Neigungswinkel der in einem Winkel zu­ einander angeordneten Flächen von ca. 45° ungefähr um 90° aus der Einfallsrichtung abgelenkt werden und in einer senkrecht zur ersten Achse orientierten Ebene verlaufen. Das Strahlteilungselement bewirkt somit einen von einer Bedienungsperson gut zu überblickenden Strahlengang und zeichnet sich somit durch eine besonders gute Handhabbar­ keit aus.

Besonders geringe Leistungsverluste bei der Abbildung des koaxial zur ersten Achse verlaufenden Einfallsstrahles auf die zweite Achse lassen sich dadurch erreichen, daß die in einem Winkel zueinander angeordneten, reflektierenden Flächen des Strahlteilungselementes eine gemeinsame Kante ausbilden. Die reflektierenden Flächen grenzen somit direkt aneinander, so daß sich dazwischen kein weiterer Bereich erstreckt, auf den eventuell ein Teil der Strah­ lungsleistung des Einfallsstrahles auftreffen könnte, die dann nicht von einem der Teilstrahlen aufgenommen wird. Dadurch, daß die in einem Winkel zueinander angeordneten, reflektierenden Flächen aneinandergrenzen und eine gemeinsame Kante ausbilden, wird die Strahlungs­ leistung des Einfallsstrahles im wesentlichen vollständig auf die Teilstrahlen aufgeteilt, daß heißt die Summe der Strahlungsleistung der Teilstrahlen entspricht im wesent­ lichen der Strahlungsleistung des Einfallsstrahles.

Eine konstruktiv besonders einfache Variante der erfin­ dungsgemäßen Lösung wird dadurch erzielt, daß das Strahl­ teilungselement durch einen ersten Keilspiegel gebildet wird mit auf der Außenseite verspiegelten, in einer Keil­ kante zusammentreffenden Keilflächen. Der erste Keilspie­ gel kann beispielsweise mit seiner Keilkante senkrecht zur ersten Achse positioniert werden. Dadurch wird der Ein­ fallsstrahl in zwei in entgegengesetzte Richtungen ver­ laufende Teilstrahlen aufgeteilt, die jeweils ungefähr die Hälfte der Strahlungsleistung des Einfallsstrahles auf­ weisen.

Aus konstruktiven Gründen ist es außerdem günstig, wenn das Vereinigungselement zwei in einem Winkel zueinander angeordnete, die einzelnen Teilstrahlen als gemeinsamer Ausgangsstrahl reflektierende Flächen aufweist. In diesem Fall werden die vom Strahlteilungselement ausgehenden Teilstrahlen auf die schräg zueinander angeordneten reflektierenden Flächen des Vereinigungselementes gelenkt, an denen die Teilstrahlen in Richtung des Ausgangsstrahles reflektiert werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Teilquerschnittsflächen mit Hilfe des Vereinigungselementes ohne zu überlappen nahtlos aneinandergefügt werden, da damit eine der ursprünglichen Querschnittsfläche des Eingangsstrahles formähnliche Quer­ schnittsfläche ausgebildet wird.

Eine in bezug auf die auftretenden Fertigungskosten beson­ ders vorteilhafte Ausführungsform wird dadurch erreicht, daß das Vereinigungselement in seinem Aufbau im wesent­ lichen ungefähr dem Strahlteilungselement entspricht.

Bei einer auf Grund seiner guten mechanischen Stabilität bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Ver­ einigungselement durch einen zweiten Keilspiegel gebildet wird mit in Richtung des Ausgangsstrahles weisender Keil­ spitze und mit auf der Außenseite verspiegelten, in einer Keilkante zusammentreffenden Keilflächen.

Dabei ist es besonders günstig, wenn die Keilkante des ersten Keilspiegels mit der Keilkante des zweiten Keil­ spiegels fluchtet.

Sofern die Keilkante des ersten Keilspiegels senkrecht zur ersten Achse ausgerichtet ist, ermöglicht die fluchtende Anordnung der Keilkanten einen besonders einfachen, bezüg­ lich der Keilkanten symmetrischen Strahlengang der Teil­ strahlen. In diesem Falle wird der Einfallsstrahl auf einen Ausgangsstrahl abgebildet, dessen Strahlachse paral­ lel zur ersten Achse ausgerichtet und dessen Ausbreitungs­ richtung der Ausbreitungsrichtung des Einfallsstrahles entgegengesetzt ist.

Die fluchtende Anordnung der Keilkanten läßt sich in kon­ struktiver Hinsicht besonders einfach dadurch erreichen, daß die beiden Keilspiegel einen einzigen Keilspiegel bil­ den. Dabei wird der Keilspiegel so positioniert, daß der Einfallsstrahl auf eine erste Längshälfte des Keilspiegels auftrifft, die somit als Strahlteilungselement wirkt, wäh­ rend die zweite Längshälfte des Keilspiegels das Vereini­ gungselement darstellt, auf das die von der ersten Längs­ hälfte ausgehenden Teilstrahlen durch die Umlenkelemente gelenkt werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß die Abbildungsoptik für jeden der vom Strahlteilungselement ausgehenden Teilstrahlen jeweils zwei einander zugeordnete Umlenkelemente aufweist. Jeweils zwei Umlenkelemente stellen somit eine ohne Schwierig­ keiten auszurichtende Führung dar, durch die ein vom Strahlteilungselement ausgehender Teilstrahl auf das Ver­ einigungselement gelenkt wird.

Die Umlenkung der Teilstrahlen kann beispielsweise durch Brechung oder Beugung erfolgen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Umlenkelemente die Teilstrahlen re­ flektierende Oberflächen aufweisen, da es dadurch möglich ist, das für die Umlenkelemente verwendete Material dem jeweiligen Spektralbereich der verwendeten elektromagne­ tischen Strahlung anzupassen und somit die Strahlungsver­ luste bei der Umlenkung möglichst gering zu halten.

Bei einer konstruktiv besonders einfachen Lösung ist vor­ gesehen, daß die Umlenkelemente durch ebene Spiegel gebil­ det werden.

Bei einer aufgrund der übersichtlichen Strahlführung vor­ teilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden einander zugeordneten, jeweils einen Teil­ strahl reflektierenden Spiegel gegeneinander weisend parallel zur Richtung des Einfallsstrahles und in einem Winkel von etwa 45° zur Symmetrieebene des Strahlteilungs­ elements bzw. des Vereinigungselementes angeordnet sind. Bei einer derartigen Positionierung der Spiegel wird der auftreffende Teilstrahl jeweils zweimal um 90° aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt und kann dadurch bei­ spielsweise ausgehend von einer ersten Längshälfte eines Keilspiegels auf die zweite Längshälfte des Keilspiegels gelenkt werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß das Strahlteilungselement, das Vereinigungselement sowie die Umlenkelemente auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordnet sind, auf der die ein­ zelnen Teile fixiert werden können.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß die Abbildungsoptik eine das Strahlteilungselement, das Vereinigungselement sowie die Umlenkelemente überdeckende Deckplatte aufweist, durch die eine besonders hohe mechanische Stabilität er­ zielt wird.

Dabei ist es besonders günstig, wenn die Deckplatte im wesentlichen parallel zur Grundplatte ausgerichtet ist. Die Anordnung der genannten optischen Elemente zwischen der Grundplatte und der Deckplatte bewirkt zum einen einen besonders guten Schutz der empfindlichen Elemente vor mechanischen Einwirkungen und zum andern eine besonders einfache Handhabung der Abbildungsoptik.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abbildungsoptik ein einen im wesent­ lichen kreisflächenförmigen Strahlquerschnitt in einen ungefähr kreisringförmigen Strahlquerschnitt umformendes Strahlformungselement umfaßt. Weist die einfallende elektromagnetische Strahlung beispielsweise eine Inten­ sitätsverteilung in Form einer Gaußkurve auf, so bewirkt das Strahlformungselement eine Veränderung der Intensi­ tätsverteilung, so daß der Einfallsstrahl nach Durchlaufen des Strahlformungselementes einen im wesentlichen kreis­ ringförmigen Strahlquerschnitt aufweist.

Das Strahlformungselement läßt sich konstruktiv besonders einfach durch ein Refraxicon realisieren, das einen Außen­ kegelspiegel und einen konzentrisch zu diesem positio­ nierten Innenkegelspiegel aufweist, wobei die Kegelspitze des Außenkegelspiegels in die entgegengesetzte Richtung der Spitze des Innenkegelspiegels zeigt. Dabei kann die Mittelachse des Refraxicons fluchtend zur Strahlachse des Einfallsstrahles ausgerichtet werden, so daß der auf die Kegelmantelfläche des zentrisch positionierten Außenkegel­ spiegels auftreffende Einfallsstrahl gleichmäßig in ra­ diale Richtung reflektiert wird, anschließend auf die Kegelmantelfläche des Außen­ kegelspiegels auftrifft und an dieser in eine dem Ein­ fallsstrahl entgegengerichtete Richtung reflektiert wird. Somit bewirkt das Refraxicon neben der Ausbildung eines im wesentlichen kreisringförmigen Strahlquerschnittes eine Reflexion des Einfallsstrahles um 180°.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Strahlteilungselement eine ein Hin­ durchtreten des Einfallsstrahles durch das Strahlteilungs­ element ermöglichende Öffnung aufweist und daß das Re­ fraxicon in Richtung des Einfallsstrahls hinter der Öff­ nung angeordnet ist, wobei der Innen- und der Außenkegel­ spiegel des Refraxicons auf die reflektierenden Flächen des Strahlteilungselementes weisen. Damit läßt sich die Abbildungsoptik so zur Richtung des Einfallsstrahls Posi­ tionieren, daß dieser zuerst durch die Öffnung im Strahl­ teilungselement hindurchtritt, anschließend auf das Re­ fraxicon trifft, mit im wesentlichen kreisringförmigem Strahlquerschnitt um 180° zurück reflektiert wird und schließlich auf die reflektierenden Flächen des Strahl­ teilungselementes trifft.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Er­ findung umfaßt die Abbildungsoptik zusätzlich einen den Ausgangsstrahl kegelmantelförmig auffächernden Außenkegel­ spiegel. Dadurch läßt sich der Ausgangsstrahl rotations­ symmetrisch zu seiner Strahlachse auffächern, sofern die Mittelachse des Außenkegelspiegels koaxial zur Strahlachse des Ausgangsstrahles ausgerichtet ist.

Ist die Kegelmantelfläche des Außenkegelspiegels unter einem Winkel von ungefähr 45° zur Strahlachse des Aus­ gangsstrahles geneigt, so wird dadurch der Ausgangsstrahl in radiale Richtung aufgefächert.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein den auf­ gefächerten Ausgangsstrahl auf einen Brennpunkt fokussie­ rendes Fokussierelement vorgesehen. Dies ermöglicht die gesamte Strahlungsleistung des Ausgangsstrahls auf ein relativ eng begrenztes Gebiet zu konzentrieren.

Konstruktiv besonders einfach läßt sich das Fokussierele­ ment durch einen Parabolspiegel realisieren. Der Parabol­ spiegel umgibt den den Ausgangsstrahl auffächernden Außen­ kegelspiegel im Abstand zur Kegelmantelfläche entlang des gesamten Umfanges des Außenkegelspiegels und fokussiert den aufgefächerten Ausgangsstrahl auf einen Brennpunkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Brennpunkt in Strahlrichtung des Aus­ gangsstrahles hinter dem Außenkegelspiegel auf der Strahl­ achse des Ausgangsstrahls liegt und somit besonders leicht zugänglich ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Abbildungsoptik wird der Einfallsstrahl ebenso wie die einzelnen Teilstrahlen und der Ausgangsstrahl an re­ flektierenden Oberflächen gespiegelt.

Um einen besonders hohen Reflexionsgrad zu erreichen und Strahlungsverluste möglichst gering zu halten, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorge­ sehen, daß die reflektierenden Oberflächen der Abbildungs­ optik aus Metall gebildet werden.

Insbesondere bei der Verwendung von elektromagnetischer Strahlung im infraroten Spektralbereich ist es günstig, wenn die reflektierenden Oberflächen aus Kupfer gebildet werden, da Kupfer zum einen einen hohen Reflexionsgrad aufweist und sich zum anderen durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet.

Eine zusätzliche Steigerung des Reflexionsgrades läßt sich dadurch bewirken, daß die reflektierenden Oberflächen diamantgedreht sind, da dadurch Rauhigkeiten in der Ober­ fläche, die eine diffuse Streuung der auftreffenden Strah­ lung zur Folge haben, vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Abbildungsoptik zeichnet sich dadurch aus, daß der koaxial zur ersten Achse verlaufende Ein­ fallsstrahl auf den koaxial zur zweiten Achse verlaufenden Ausgangsstrahl abgebildet wird, ohne daß dabei der Ein­ fallsstrahl die zweite Achse schneidet, so daß es bei Ver­ wendung der erfindungsgemäßen Abbildungsoptik auch dann nicht zu Abschattungen kommt, wenn bei Verwendung eines Einfallsstrahls, dessen Strahlquerschnitt einen inneren Freiraum aufweist mit im wesentlichen vernachlässigbarer Strahlleistung, koaxial zur zweiten Achse im Bereich des inneren Freiraums ein von den strahldurchsetzten Bereichen des Ausgangsstrahles umgebener Gegenstand ausgerichtet ist. Wie im folgenden dargestellt wird, eignet sich deshalb die erfindungsgemäße Abbildungsoptik besonders gut zur Verwendung in einer Kristallzuchtvorrichtung zur Herstellung kristalliner Fasern durch tiegelfreies Laserzonenschmelzen.

Beim tiegelfreien Laserzonenschmelzen wird üblicherweise als Ausgangsmaterial eine vertikal angeordnete, stäbchen­ förmige Keramik der zu züchtenden Substanz oder ein Kristallstab durch Laserstrahlung an einem Ende aufge­ schmolzen. Anschließend wird dem aufgeschmolzenen Bereich ein Keimkristall zugeführt, bis dieser das Ausgangs­ material berührt und durch die Wirkung der Laserstrahlung eine geschlossene Schmelzzone entsteht. Der Keimkristall wird dann stetig aus der Schmelze herausgezogen, wobei sich zwischen Keimkristall und Schmelze eine Kristallfaser ausbildet. Zur Erhaltung eines stationären Zustandes muß gleichzeitig mit dem Herausziehen des Keimkristalles Aus­ gangsmaterial in die ortsfeste Schmelzzone nachgeführt werden. Das Ausgangsmaterial wird mit Hilfe eines Einfüh­ rungselementes in die Schmelzzone geführt und die kristal­ line Faser wird mit Hilfe eines Zugelementes aus der Schmelzzone herausgezogen.

Zum Schmelzen des Ausgangsmateriales wird üblicherweise die Infrarotstrahlung eines Kohlendioxydlasers verwendet. Damit in der Kristallfaser Kristallfehler vermieden werden und eine möglichst gleichmäßige Dicke der Kristallfaser erreicht wird, ist eine möglichst rotationssymmetrisch zur Kristallfaser erfolgende Einstrahlung der Laserstrahlung erforderlich, so daß das Ausgangsmaterial entlang des gesamten Umfanges gleichmäßig aufgeschmolzen wird.

Um Abschattungseffekte bei der Abbildung der Laserstrah­ lung auf die durch die Kristallfaser definierte Richtung durch koaxial zu dieser Richtung fixierte Gegenstände zu vermeiden, wie sie beispielsweise bei der in der US-PS 4 421 721 beschriebenen Kristallzuchtvorrichtung auf­ treten, ist es besonders günstig, eine Kristallzucht­ vorrichtung zu verwenden, die eine erfindungsgemäße Abbil­ dungsoptik umfaßt, wobei sich koaxial zur Strahlachse des Ausgangsstrahles durch die Grundplatte sowie durch das Vereinigungselement und den den Ausgangsstrahl auffächern­ den Außenkegelspiegel der Abbildungsoptik hindurch eine Öffnung erstreckt, durch die die kristalline Faser von der im Brennpunkt der Abbildungsoptik positionierten Schmelz­ zone ausgehend gleichmäßig hindurchgeführt wird.

Dabei ist es konstruktiv besonders günstig, wenn das Ein­ führungselement das Ausgangsmaterial entlang der Strahl­ achse des Ausgangsstrahles in den Brennpunkt der Abbil­ dungsoptik führt. Die kristalline Faser ist somit ebenso wie das Ausgangsmaterial koaxial zur Strahlachse des Aus­ gangsstrahles ausgerichtet. Aufgrund der vorstehend be­ schriebenen Abbildungseigenschaften der erfindungsgemäßen Abbildungsoptik bewirkt jedoch die koaxiale Ausrichtung der kristallinen Faser und des Ausgangsmaterials keine Ab­ schattung des Laserstrahls, so daß dieser vollständig rotationssymmetrisch bezüglich der Kristallfaser in die Schmelzzone des Ausgangsmaterials eingestrahlt werden kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Kri­ stallzuchtvorrichtung ist ein eine Dicke der kristallinen Faser von maximal ungefähr 1 mm bewirkendes Verhältnis einer Vorschubgeschwindigkeit des das Ausgangs­ material zu führenden Einführungselementes zu einer Zugge­ schwindigkeit des die kristalline Faser aus der Schmelz­ zone herausziehenden Zugelementes vorgesehen.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Kristallzuchtvorrichtung, die die Herstellung einer besonders dünnen kristallinen Faser ermöglicht, ist ein eine Dicke der kristallinen Faser von weniger als ungefähr 200 Mikrometer, insbesondere 50 bis ungefähr 100 Mikro­ meter, bewirkendes Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeit zur Zuggeschwindigkeit vorgesehen.

Eine besonders einfach zu handhabende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kristallzuchtvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der den Ausgangsstrahl auffächernde Außenkegelspiegel an einer das Vereinigungselement durch die Öffnung hindurchgreifenden Hülse fixiert ist, durch die die kristalline Faser hindurchgeführt ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Hülse und der Außenkegelspiegel als einteiliges Faserführungselement ausgebildet sind in Form eines das Vereinigungselement durchgreifenden Hohlzylinders, dessen Außendurchmesser sich an seinem der Schmelzzone zuge­ wandten Ende kegelmantelförmig erweitert und dessen äußere Mantelfläche in dem sich erweiternden Bereich als Re­ flexionsfläche für den Ausgangsstrahl wirkt.

Die Hülse, die an der Grundplatte fixiert sein kann, be­ wirkt einen Schutz insbesondere des Vereinigungselementes der Abbildungsoptik, durch dessen Öffnung die kristalline Faser hindurchgeführt wird, sowohl vor mechanischen Be­ lastungen durch die kristalline Faser als auch vor Verun­ reinigungen.

Einen besonderen Schutz vor mechanischen Einwirkungen sowie vor Substanzablagerungen, die beispielsweise durch Kondensation von flüchtigen Spezies während des Züchtungs­ vorgangs hervorgerufen werden können, wird bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Kristallzuchtvorrichtung dadurch erreicht, daß die Hülse, der Außenkegelspiegel und die Deckplatte der Ab­ bildungsoptik eine einen geradlinigen Eintritt von Verun­ reinigungen von der Schmelzzone in den Bereich des Strahl­ teilungs- und des Vereinigungselementes, der Umlenkele­ mente und des Refraxicons verhindernde Abdeckung ausbilden.

Neben dem besonders guten Schutz sämtlicher reflektieren­ der Oberflächen der Abbildungsoptik vor mechanischen Ein­ wirkungen und Substanzablagerungen und der vollkommen rotationssymmetrischen Einstrahlung der Laserstrahlung hat die Kristallzuchtvorrichtung außerdem den Vorteil, daß der Brennpunkt der Abbildungsoptik und somit die Schmelzzone des Ausgangsmaterials sowie das Einführungselement, das das Ausgangsmaterial der Schmelzzone zuführt, frei zugäng­ lich bleiben für Messaufgaben und für weitere mechanische Einbauten.

Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung.

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Abbildungsoptik;

Fig. 2 eine Draufsicht einer Kristallzuchtvorrichtung mit einer Abbildungsoptik;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 2 und

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine Abbildungsoptik dargestellt, die im wesentlichen einen Keilspiegel 10 sowie vier ebene Spiegel 18, 20, 22, 24 aufweist. Der Keilspiegel 10 umfaßt zwei ebene, in einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtete, reflektierende Keilflächen 12, 14, die eine die Keilspitze darstellende gemeinsame Kante 16 bilden.

Die beiden Keilflächen 12, 14 des Keilspiegels 10 sind gleich groß und begrenzen mit ihren der gemeinsamen Kante 16 abgewandten Kanten 26, 28 eine ebene Grundfläche 30, die auf einer ebenen Grundplatte 32 gehalten ist. Jeweils zwei Spiegel 18, 20 und 22, 24 sind einander zugeordnet und weisen mit ihren Spiegelflächen gegeneinander sowie gegen eine Keilfläche 12 bzw. 14 des Keilspiegels 10. Die ebenen Spiegel sind senkrecht zur Grundplatte 32 und in einem Winkel von jeweils 45° zur gemeinsamen Kante 16 des Keilspiegels 10 ausgerichtet.

Trifft ein koaxial zu einer ersten Achse (im folgenden bezeichnet als Achse A) verlaufender Einfallsstrahl, bei­ spielsweise ein Laserstrahl, mit, wie in Fig. 1 strich­ punktiert dargestellt, kreisringförmigem Strahlquerschnitt im Bereich einer ersten Längshälfte 11 des Keilspiegels 10 auf die reflektierenden Keilflächen 12, 14, wobei die Achse A des Einfallsstrahles senkrecht zur gemeinsamen Kante 16 und senkrecht zur Grundplatte 32 verläuft, so wird der Einfallsstrahl an den Keilflächen 12 und 14 je­ weils um 90° reflektiert und in zwei in entgegengesetzte Richtungen verlaufende Teilstrahlen 34, 36 aufgeteilt. Die Teilstrahlen 34, 36 werden an den ebenen Spiegeln 18, 20 bzw. 22, 24 jeweils zweimal um 90° umgelenkt, so daß sie nach der zweiten Reflexion wieder aufeinander zu laufen und im Bereich einer zweiten Längshälfte 13 des Keil­ spiegels 10 erneut auf die reflektierenden Keilflächen 12 und 14 auftreffen, reflektiert werden und einen gemein­ samen, koaxial zu einer zweiten Achse (im folgenden be­ zeichnet als Achse B) verlaufenden Ausgangsstrahl mit kreisringförmigem Strahlquerschnitt ausbilden.

Durch die Anordnung der Keilflächen 12, 14 und der ebenen Spiegel 18, 20, 22, 24 wird somit erreicht, daß der koaxial zur Achse A verlaufende Einfallsstrahl auf einen koaxial zur Achse B verlaufenden Ausgangsstrahl abgebildet wird, ohne daß dabei der Einfallsstrahl die Achse B kreuzt. Dabei wirkt die erste Längshälfte 11 des Keil­ spiegels 10 als den Einfallsstrahl aufteilendes Strahl­ teilungselement, und die zweite Längshälfte 13 dient als die Teil strahlen zusammenführendes Vereinigungselement.

Während bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ beispiel der Abbildungsoptik ein einziger Keilspiegel 10 sowohl zur Aufteilung des Einfallsstrahles in einzelne Teilstrahlen 34, 36 als auch zur Vereinigung der Teil­ strahlen 34, 36 zu einem gemeinsamen Ausgangsstrahl ver­ wendet wird, ist es prinzipiell möglich, zur Strahlauf­ teilung und zur Teilstrahlenvereinigung unterschiedliche Keilspiegel zu verwenden, die in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sind, so daß der koaxial zur Achse A verlaufende Einfallsstrahl auf einen Ausgangsstrahl abge­ bildet werden kann, der koaxial zu einer beliebig zur Achse A orientierten Achse B verläuft.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen ein Anwendungsbeispiel der Ab­ bildungsoptik, wobei die Abbildungsoptik zur Strahlführung eines Laserstrahls in einer Kristallzuchtvorrichtung ver­ wendet wird.

Wie am besten aus Fig. 2 deutlich wird, weist die verwen­ dete Abbildungsoptik wie schon bei der in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsform einen einzigen Keilspiegel 38 auf mit zwei in einem Winkel von 90° zueinander orientierten, ebenen, reflektierenden Keilflächen 40, 42, die eine gemeinsame Kante 44 ausbilden, sowie 4 ebene Spiegel 46, 48, 50, 52, die von den Keilflächen ausgehende Teilstrahlen 43, 45 wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel reflektieren und jeweils um 90° aus ihrer Richtung ablenken. Dadurch werden die von einem ersten Bereich 39 des Keilspiegels 38 ausgehenden Teil­ strahlen 43, 45 auf einen diesem gegenüberliegenden zweiten Bereich 41 des Keilspiegels 38 gelenkt und dort von den Keilflächen 40, 42 so reflektiert, daß die Teil­ strahlen 43, 45 einen gemeinsamen Ausgangsstrahl bilden, dessen Strahlquerschnittsfläche im wesentlichen der Strahlquerschnittsfläche des Einfallsstrahles entspricht.

Entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wirkt der erste Bereich 39 des Keilspiegels 38 als Strahl­ teilungselement, während der zweite Bereich 41 als Ver­ einigungselement dient.

Im Gegensatz zu dem in Fig. I dargestellten Ausführungs­ beispiel ist jedoch bei der in den Fig. 2 bis 5 darge­ stellten Kristallzuchtvorrichtung der Einfallsstrahl nicht direkt gegen die reflektierenden Keilflächen 40, 42 des Keilspiegels 38 gerichtet, sondern, wie insbesondere aus Fig. 3 deutlich wird, er trifft zuerst auf eine Grund­ fläche 56 des Keilspiegels 38. In der Grundfläche 56 ist eine sich durch den Keilspiegel 38 hindurcherstreckende Öffnung in Form einer Eingangsbohrung 54 angeordnet, so daß der Eingangsstrahl von der Grundfläche 56 ausgehend in Richtung auf die Kante 44 durch den Keilspiegel 38 hin­ durchtreten kann.

Nach dem Durchlaufen der Eingangsbohrung 54 trifft der Einfallsstrahl auf ein konzentrisch zur Eingangsbohrung 54 positioniertes Refraxicon 58. Dieses umfaßt im wesent­ lichen einen zentrisch positionierten Außenkegelspiegel 60 und einen konzentrisch zu diesem orientierten Innenkegel­ spiegel 62. Der im Gegensatz zu dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel ursprünglich ungefähr kreis­ flächenförmige Strahlquerschnitt des Einfallsstrahles wird mit Hilfe des Refraxicons 58 in einen im wesentlichen kreisringförmigen Strahlquerschnitt umgeformt. Zusätzlich bewirkt das Refraxicon 58 auf Grund der zweimaligen Re­ flexion des Einfallsstrahles an den Kegelmantelflächen des Außenkegelspiegels 60 und des Innenkegelspiegels 62 insge­ samt eine Reflexion um 180°, so daß der Einfallsstrahl nach Durchlaufen des Refraxicons 58 auf die reflektieren­ den Keilflächen 40, 42 des Keilspiegels 38 gerichtet ist.

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird der auf die reflektierenden Keilflächen 40, 42 gerichtete Einfalls­ strahl durch Reflexion an diesen in einem Winkel zuein­ ander angeordneten Flächen entsprechend dem in Fig. 1 dar­ gestellten Ausführungsbeispiel in zwei in entgegengesetzte Richtungen verlaufende Teilstrahlen 43, 45 aufgeteilt. Nachdem die Teilstrahlen 43, 45 an den ebenen Spiegeln 46, 48 bzw. 50, 52 reflektiert wurden, laufen sie wieder auf­ einander zu und treffen erneut auf die reflektierenden Keilflächen 40, 42 des Keilspiegels 38. Die Teilstrahlen 43, 45 werden an den Keilflächen 40, 42 reflektiert und bilden einen gemeinsamen Ausgangsstrahl, dessen Strahlachse parallel zur Strahlachse des Eingangsstrahles ausgerichtet ist und dessen Ausbreitungsrichtung mit der Ausbreitungsrichtung des Einfallsstrahles vor dessen Auftreffen auf das Refra­ xicon übereinstimmt.

In weiterem Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiel weist die in den Fig. 2 bis 5 darge­ stellte Abbildungsoptik der Kristallzuchtvorrichtung im Keilspiegel 38 zusätzlich eine durchgängige, koaxial zur Strahlachse der Ausgangsstrahlung ausgerichtete Öffnung in Form einer Ausgangsbohrung 66 zur Aufnahme einer Hülse 64 auf. Dies wird am besten aus Fig. 4 deutlich. Der Außen­ durchmesser der Hülse 64 stimmt mit dem Durchmesser der Ausgangsbohrung 66 überein und ist kleiner als der Innen­ durchmesser des kreisringförmigen Strahlquerschnittes des Ausgangsstrahles, so daß ein aus dem Keilspiegel 38 vor­ stehender Bereich 67 der Hülse 64 entlang seines gesamten Umfanges vom Ausgangsstrahl umgeben ist.

Im Abstand von der gemeinsamen Kante 44 des Keilspiegels 38 erweitert sich der Außendurchmesser der Hülse 64 kegel­ mantelförmig bis auf einen Durchmesser, der den Außen­ durchmesser des ungefähr kreisringförmigen Strahlquer­ schnitts des Ausgangsstrahles übertrifft. Die kegelmantel­ förmige Erweiterung der Hülse 64 bildet einen koaxial zur Strahlachse des Ausgangsstrahles ausgerichteten Außen­ kegelspiegel 68, an dessen Kegelmantelfläche 70 der Aus­ gangsstrahl in radiale Richtung reflektiert wird.

Der an der Kegelmantelfläche 70 reflektierte Ausgangs­ strahl trifft anschließend auf eine weitere Reflexions­ fläche in Form eines außeraxialen Parabolspiegels 72, durch den er schließlich auf einen auf der Strahlachse des Ausgangsstrahles in Ausbreitungsrichtung des von den Keil­ flächen 40, 42 ausgehenden Ausgangsstrahles hinter dem Außenkegelspiegel 68 positionierten Brennpunkt 74 fo­ kussiert wird.

Die gesamte Abbildungsoptik der in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Kristallzuchtvorrichtung ist zwischen einer unteren und einer oberen Abdeckplatte 76, 78 positioniert. Dabei weist die obere Abdeckplatte in Höhe der Eingangs­ bohrung 54 und der Ausgangsbohrung 66 ebenfalls Bohrungen auf, wobei die der Eingangsbohrung 54 zugeordnete Bohrung der oberen Abdeckplatte 78 den gleichen Durchmesser auf­ weist wie die Eingangsbohrung 54, während die der Aus­ gangsbohrung 66 zugeordnete Bohrung der oberen Abdeck­ platte 78 einen Durchmesser aufweist, der dem Innendurch­ messer der Hülse 64 entspricht. Die untere Abdeckplatte 76 weist ebenfalls eine Bohrung 80 auf. Diese ist koaxial zur Strahlachse des Ausgangsstrahles positioniert. Der Durch­ messer der Bohrung übertrifft geringfügig den maximalen Durchmesser des Außenkegelspiegels 68, so daß durch eine Außenseite 65 der Hülse 64 einerseits und durch die Boh­ rung 80 andererseits ein schmaler Austrittsspalt 82 gebil­ det wird, durch den der von den Keilflächen 40 und 42 aus­ gehende Ausgangsstrahl aus dem Bereich zwischen der un­ teren und der oberen Abdeckplatte 76, 78 heraustreten kann, um anschließend an der Kegelmantelfläche 70 in ra­ diale Richtung reflektiert zu werden.

Zusätzlich zur Abbildungsoptik umfaßt die Kristallzucht­ vorrichtung ein in Fig. 5 nur schematisch dargestelltes Einführungselement 84, von diesem koaxial zur Strahlachse des Ausgangsstrahles in den Brennpunkt 74 geführtes stab­ förmiges Ausgangsmaterial 86 sowie ein in der Zeichnung ebenfalls nur schematisch dargestelltes Zugelement 88, das eine vom Brennpunkt 74 ausgehende Kristallfaser 90 koaxial zur Strahlachse des Ausgangsstrahles durch die Hülse 64 und die damit korrespondierende Bohrung der oberen Abdeck­ platte 78 hindurchzieht.

Die mit Hilfe der Abbildungsoptik vollkommen rotations­ symmetrisch zur Strahlachse des Ausgangsstrahles ohne jegliche Abschattung auf den Brennpunkt 74 fokussierte Strahlung führt dazu, daß ein mit Hilfe des Einführungs­ elementes 84 in den Brennpunkt 74 geführtes oberes Ende 92 des Ausgangsmaterials 86 aufschmilzt und sich eine Schmelzzone 94 ausbildet. Mit Hilfe des Zugelementes 88 wird dieser Schmelzzone ein Keimkristall zugeführt, so daß dieser ebenfalls aufschmilzt und sich ein gemeinsamer Schmelzbereich bildet. Anschließend wird der Keimkristall stetig aus der Schmelzzone 94 herausgezogen, wobei sich eine Kristallfaser 90 ausbildet, deren Dicke und kristal­ line Qualität einerseits durch die rotationssymmetrische Einstrahlung der Laserstrahlung und andererseits durch das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeit des Einführungsele­ mentes 84 zur Zuggeschwindigkeit des Zugelements 88 be­ stimmt wird.

Claims (37)

1. Abbildungsoptik zur Abbildung eines koaxial zu einer ersten Achse verlaufenden Einfallsstrahls elektro­ magnetischer Strahlung auf einen sich koaxial zu einer zweiten Achse ausbreitenden Ausgangsstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik ein den Einfallsstrahl in mindestens zwei sich in unterschiedliche Richtungen ausbreitende Teilstrahlen (34, 36; 43, 45) auftei­ lendes Strahlteilungselement (11; 39) aufweist, welches eine Querschnittsfläche des Einfallsstrahles in einzelne, sich gegenseitig nicht überlappende Teilquerschnittsflächen aufteilt, daß ein die ein­ zelnen Teilstrahlen (34, 36; 43, 45) zum Ausgangs­ strahl zusammenführendes Vereinigungselement (13; 41) vorgesehen ist und daß ein die vom Strahltei­ lungselement ausgehenden Teilstrahlen (34, 36; 43, 45) auf das Vereinigungselement lenkendes Umlenkele­ ment (18, 20, 22, 24; 46, 48, 50, 52) vorgesehen ist.

2. Abbildungsoptik nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Strahlteilungselement (11; 39), das Umlenkelement (18, 20, 22, 24; 46, 48, 50, 52) und das Vereinigungselement (13; 41) den Einfalls­ strahl ohne die zweite Achse (B) zu kreuzen zum Aus­ gangsstrahl führen.

3. Abbildungsoptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Strahlteilungselement (11; 39) zwei in einem Winkel zueinander angeordnete, Teile des Einfallsstrahls in unterschiedliche Richtungen reflektierende Flächen (12, 14; 40, 42) aufweist.

4. Abbildungsoptik nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in einem Winkel zueinander ange­ ordneten Flächen (12, 14; 40, 42) spiegelbildlich bezüglich einer Symmetrieebene ausgerichtet sind.

5. Abbildungsoptik nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in einem Winkel zueinander an­ geordneten Flächen (12, 14; 40, 42) jeweils eben ausgebildet sind.

6. Abbildungsoptik nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in einem Winkel zueinander an­ geordneten Flächen (12, 14; 40, 42) zur Symmetrie­ ebene einen Neigungswinkel von ungefähr 45° auf­ weisen.

7. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Winkel zu­ einander angeordneten Flächen (12, 14; 40, 42) eine gemeinsame Kante (16; 44) ausbilden.

8. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahl­ teilungselement (11; 39) durch einen ersten Keil­ spiegel gebildet wird mit auf der Außenseite ver­ spiegelten, in einer Keilkante (16) zusammentreffen­ den Keilflächen (12, 14).

9. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vereini­ gungselement (13; 41) zwei in einem Winkel zueinan­ der angeordnete, die einzelnen Teilstrahlen (34, 36; 43, 45) in Form eines gemeinsamen Ausgangsstrahles reflektierende Flächen (12, 14; 40, 42) aufweist.

10. Abbildungsoptik nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Vereinigungselement (13, 41) in seinem Aufbau im wesentlichen ungefähr dem Strahl­ teilungselement (11; 39) entspricht.

11. Abbildungsoptik nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Vereinigungselement (13; 41) durch einen zweiten Keilspiegel gebildet wird mit in Richtung des Ausgangsstrahles weisender Keilspitze und mit auf der Außenseite verspiegelten, in einer Keilkante zusammentreffenden Keilflächen.

12. Abbildungsoptik nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Keilkante des ersten Keilspiegels mit der Keilkante des zweiten Keilspiegels fluchtet.

13. Abbildungsoptik nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet daß der erste Keilspiegel und der zweite Keilspiegel einen einzigen Keilspiegel (10; 38) bil­ dend, in Richtung der Keilkanten aneinandergrenzend, nebeneinander angeordnet sind.

14. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungs­ optik für jeden der vom Strahlteilungselement (11; 39) ausgehenden Teilstrahlen (34, 36; 43, 45) je­ weils zwei einander zugeordnete Umlenkelemente (18 und 20, 22 und 24; 46 und 48, 50 und 52) aufweist.

15. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkele­ mente (18, 20, 22, 24; 46, 48, 50, 52) die Teil­ strahlen (34, 36; 43, 45) reflektierende Oberflächen aufweisen.

16. Abbildungsoptik nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die reflektierenden Oberflächen der Umlenkelemente (18, 20, 22, 24; 46, 48, 50, 52) eben ausgebildet sind.

17. Abbildungsoptik nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umlenkelemente durch ebene Spiegel (18, 20, 22, 24; 46, 48, 50, 52) gebildet werden.

18. Abbildungsoptik nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden einander zugeordneten, jeweils einen Teilstrahl (34, 36; 43, 45) reflek­ tierenden ebenen Spiegel (18 und 20; 22 und 24; 46 und 48; 50 und 52) gegeneinanderweisend jeweils parallel zur Richtung des Einfallsstrahles und in einem Winkel von etwa 45° zur Symmetrieebene des Strahlteilungselements bzw. des Vereinigungselements angeordnet sind.

19. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungs­ optik ein einen im wesentlichen kreisflächenförmigen Strahlquerschnitt in einen ungefähr kreisringför­ migen Strahlquerschnitt umformendes Strahlformungs­ element umfaßt.

20. Abbildungsoptik nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Strahlformungselement durch ein einen Außenkegelspiegel (60) und einen konzentrisch zu diesem positionierten Innenkegelspiegel (62) auf­ weisendes Refraxicon (58) gebildet wird, wobei die Kegelspitze des Außenkegelspiegels (60) in die ent­ gegengesetzte Richtung der Spitze des Innenkegel­ spiegels (62) zeigt.

21. Abbildungsoptik nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Strahlteilungselement (39) eine ein Hindurchtreten des Einfallsstrahles durch das Strahlteilungselement (39) ermöglichende Öffnung (54) aufweist und daß das Refraxicon (58) in Richtung des Einfallsstrahles hinter der Öffnung (54) angeordnet ist, wobei die Kegelmantelflächen des Innen- und des Außenkegelspiegels (62, 60) des Refraxicons (58) auf die reflektierenden Flächen (40, 42) des Strahlteilungselementes (39) weisen.

22. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungs­ optik einen den Ausgangsstrahl kegelmantelförmig auffächernden Außenkegelspiegel (68) aufweist.

23. Abbildungsoptik nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Mittelachse des Außenkegelspie­ gels (68) koaxial zur Strahlachse des Ausgangsstrah­ les ausgerichtet ist.

24. Abbildungsoptik nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Kegelmantelfläche (70) des Augen­ kegelspiegels (68) unter einem Winkel von ungefähr 45° zur Strahlachse des Ausgangsstrahles geneigt an­ geordnet ist.

25. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungs­ optik ein den aufgefächerten Ausgangsstrahl auf einen Brennpunkt fokussierendes Fokussierelement aufweist.

26. Abbildungsoptik nach Anspruch 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Fokussierelement durch einen Para­ bolspiegel (72) gebildet ist.

27. Abbildungsoptik nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennpunkt (74) des Fokus­ sierelementes in Strahlrichtung des Ausgangsstrahles hinter dem Außenkegelspiegel (68) auf der Strahl­ achse des Ausgangsstrahles liegt.

28. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß reflektierende Oberflächen der Abbildungsoptik aus Metall gebildet sind.

29. Abbildungsoptik nach Anspruch 28, dadurch gekenn­ zeichnet, daß reflektierende Oberflächen der Abbil­ dungsoptik aus Kupfer gebildet sind.

30. Abbildungsoptik nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß reflektierende Oberflächen diamantgedreht sind.

31. Kristallzuchtvorrichtung zur Herstellung kristal­ liner Fasern durch tiegelfreies Laserzonenschmelzen, wobei Ausgangsmaterial mit Hilfe eines Einführungs­ elementes in eine Schmelzzone geführt wird und eine kristalline Faser aus der Schmelzzone mit Hilfe eines Zugelementes herausgezogen wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kristallzuchtvorrichtung eine Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden An­ sprüche umfaßt, wobei sich koaxial zu der Strahl­ achse des Ausgangsstrahles durch das Vereinigungs­ element (41) hindurch eine Öffnung (66) zum Hin­ durchführen der kristallinen Faser (90) erstreckt.

32. Kristallzuchtvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnung (66) durch den den Ausgangsstrahl auffächernden Außenkegelspiegel (68) hindurch erstreckt und daß die Schmelzzone (94) im Brennpunkt (74) der Abbildungsoptik positioniert ist.

33. Kristallzuchtvorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführungselement (84) das Ausgangsmaterial (86) entlang der Strahlachse des Ausgangsstrahles in den Brennpunkt (74) der Abbil­ dungsoptik führt.

34. Kristallzuchtvorrichtung nach Anspruch 31, 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis einer Vorschubgeschwindigkeit des Einführungselements (84) zu einer Zuggeschwindigkeit des Zugelements (88) so gewählt ist, daß die Dicke der kristallinen Faser (90) maximal ungefähr 1 mm beträgt.

35. Kristallzuchtvorrichtung nach Anspruch 31, 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeit des Einführungselements (84) zur Zuggeschwindigkeit des Zugelements (88) so ge­ wählt ist, daß die Dicke der kristallinen Faser (90) weniger als ungefähr 200 Mikrometer, insbesondere ungefähr 50 bis ungefähr 100 Mikrometer beträgt.

36. Kristallzuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß der den Aus­ gangsstrahl auffächernde Außenkegelspiegel (68) an einer das Vereinigungselement (41) durch die Öffnung (66) hindurchgreifenden Hülse (64) fixiert ist, durch die die kristalline Faser (90) hindurchgeführt ist.

37. Kristallzuchtvorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (64), der Außenkegel­ spiegel (68) und eine das Strahlteilungselement (39), das Vereinigungselement (41) sowie die Umlenk­ elemente (46, 48, 50, 52) überdenkende Deckplatte (76) eine einen geradlinigen Eintritt von Verun­ reinigungen von der Schmelzzone (94) in den Bereich des Strahlteilungselementes (39), des Vereinigungs­ elementes (41), der Umlenkelemente (46, 48, 50, 52) und des Refraxicons (58) verhindernde Abdeckung aus­ bilden.