DE4332328C2 - Abbildungsoptik sowie diese verwendende Kristallzuchtvorrichtung - 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 aufweist, sondern in einer angeregten Schwingungsmode mit kreisring­ förmiger Intensitätsverteilung. In anderen Fällen, in denen die verwendete elektromagnetische Strahlung nicht schon aufgrund ihrer Erzeugung ein Strahlprofil mit einem inneren Freiraum aufweist, werden entsprechende Umformungselemente verwendet, die einen ringförmigen Strahlquerschnitt aus­ bilden.

Wird als Abbildungsoptik ein - wie beispielsweise in der US 4,421,721 dargestellt - schräg zur ersten Achse positio­ nierter Spiegel verwendet, so kreuzt die koaxial zur ersten Achse verlaufende Strahlung die zweite Achse bei der Umlen­ kung. 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 Umlenkung der elektromagnetischen Strahlung eine Abschattung der Strahlung sowie unerwünschte Reflexionen hervorruft.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 40 21 487 ist eine Abbildungsoptik mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt.

Die in der genannten Druckschrift offenbarte Abbildungsoptik dient dem Abtasten der Oberfläche von beliebig langen Objek­ ten, um damit eine optische Abbildung für die Wiedergabe eines Bereiches einer bestimmten vorgebbaren Breite des Umfangs des Objektes zu gewinnen. Zu diesem Zweck umfaßt die Abbildungsoptik gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 40 21 487 neben einem Strahlteilungs- und Vereinigungselement und Umlenkelementen noch einen Ringspiegel, einen Sensor sowie eine Abbildungsoptik zur optischen Abbildung auf den Sensor. Diese Abbildungsoptik ist daher dazu geeignet, von einem Umfangsring eines sich in einer axialen Richtung be­ liebig weit erstreckenden Objektes in radialer Richtung aus­ gesandtes oder reflektiertes Licht einem Sensor zuzuführen. Hingegen ist die Abbildungsoptik gemäß der deutschen Offen­ legungsschrift 40 21 487 ungeeignet dazu, einen auf das in axialer Richtung beliebig weit ausgedehnte Objekt einfallen­ den Lichtstrahl auf dasselbe zu fokussieren, um an der Ober­ fläche des Objektes eine hohe Leistungsdichte zu erzeugen, die ausreicht, um beispielsweise das Material des Objektes aufzuschmelzen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abbildungsoptik zu schaffen, die es ermöglicht, einen ein­ fallenden Lichtstrahl abschattungsfrei auf einen Körper zu fokussieren, der sich selbst oder dessen Halterung sich längs der Achse des fokussierten Strahles beliebig weit erstreckt.

Diese Aufgabe wird bei einer Abbildungsoptik mit den Merk­ malen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abbildungsoptik einen den Ausgangsstrahl kegelmantelförmig auffächernden Außenkegelspiegel, dessen Mittelachse koaxial zur Achse des Ausgangsstrahles ausge­ richtet ist, ein den aufgefächerten Ausgangsstrahl auf einen Brennpunkt fokussierendes Fokussierungselement und eine sich koaxial zu der Strahlachse des Ausgangsstrahles durch das Vereinigungselement hindurch erstreckende Öffnung umfaßt.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Abbildungsoptik einen den Ausgangsstrahl kegelmantelförmig auffächernden Außenkegel­ spiegel umfaßt, dessen Mittelachse koaxial zur Achse des Aus­ gangsstrahles ausgerichtet ist, läßt sich der Ausgangsstrahl rotationssymmetrisch zu seiner Strahlachse auffächern.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Abbildungsoptik ein den aufgefächerten Ausgangsstrahl auf einen Brennpunkt fokussie­ rendes Fokussierungselement umfaßt, ist es ermöglicht, die gesamte Strahlungsleistung des Ausgangsstrahls auf ein relativ eng begrenztes Gebiet zu konzentrieren.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Abbildungsoptik eine sich koaxial zu der Strahlachse des Ausgangsstrahles durch das Vereinigungselement hindurch erstreckende Öffnung umfaßt, werden Abschattungseffekte bei der Abbildung des Einfalls­ strahls auf ein durch diese Öffnung hindurchgeführtes Objekt vermieden.

Bei der erfindungsgemäßen Abbildungsoptik wird der koaxial zur ersten Achse verlaufende Einfallsstrahl beispielsweise in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, die sich in unterschiedliche 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 verlaufenden 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 Teilstrahlen bei der Umlenkung nicht auf Gegenstände, die koaxial zur zweiten Achse fixiert sind. Demzufolge stellen diese Gegenstände für den Einfallsstrahl bei dessen Abbildung auf den Ausgangs­ strahl kein Hindernis dar, und Abschattungen und damit ver­ bundene Leistungsverluste durch die Gegenstände sowie uner­ wünschte Reflexionen an diesen Gegenständen werden vermieden.

Ein besonders übersichtlicher und einfacher Strahlengang er­ gibt sich dadurch, daß die Flächen des Strahlteilungselements und des Vereinigungselements jeweils spiegelbildlich bezüg­ lich einer Symmetrieebene ausgerichtet sind. Denn durch eine derartige Orientierung der Flächen ist es möglich, das Strahlteilungselement so auszurichten, daß der Einfallsstrahl in der Symmetrieebene verläuft; dies hat zur Folge, daß die Teilstrahlen spiegelbildlich zueinander in unterschiedliche Richtungen reflektiert werden.

Bei einer konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung sind die Flächen des Strahlteilungselements in ei­ nem Winkel zueinander angeordnet und reflektieren Teile des Einfallsstrahles in unterschiedliche Richtungen. Das Strahl­ teilungselement wird derart ausgerichtet, daß der Einfalls­ strahl auf die reflektierenden Flächen auftrifft. Durch die Reflexion an den einzelnen Flächen wird der Einfallsstrahl in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt, die sich in unterschiedliche Richtungen ausbreiten.

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, das 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 aufgrund 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°.

Ein solches Refraxicon an sich ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 36 13 088 bekannt.

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 Refraxicon in Richtung des Einfallsstrahls hinter der Öffnung angeordnet ist, wobei der Innen- und der Außenkegelspiegel 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.

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

Konstruktiv besonders einfach läßt sich das Fokussierelement durch einen Parabolspiegel realisieren. Der Parabolspiegel umgibt den den Ausgangsstrahl auffächernden Außenkegelspiegel im Abstand zur Kegelmantelfläche entlang des gesamten Um­ fanges des Außenkegelspiegels und fokussiert den aufgefächer­ ten Ausgangsstrahl auf einen Brennpunkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß der Brennpunkt in Strahlrichtung des Ausgangs­ strahles hinter dem Außenkegelspiegel auf der Strahlachse des Ausgangsstrahls liegt und somit besonders leicht zugänglich ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abbildungsoptik wird der Einfallsstrahl ebenso wie die ein­ zelnen Teilstrahlen und der Ausgangsstrahl an reflektierenden 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, stäbchenförmige Keramik der zu züchtenden Substanz oder ein Kristallstab durch Laserstrahlung an einem Ende aufgeschmolzen. Anschlie­ ßend wird dem aufgeschmolzenen Bereich ein Keimkristall zuge­ führt, bis dieser das Ausgangsmaterial berührt und durch die Wirkung der Laserstrahlung eine geschlossene Schmelzzone ent­ steht. 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 Keimkri­ stalles Ausgangsmaterial in die ortsfeste Schmelzzone nach­ geführt werden. Das Ausgangsmaterial wird mit Hilfe eines Einführungselementes in die Schmelzzone geführt und die kri­ stalline Faser wird mit Hilfe eines Zugelementes aus der Schmelzzone herausgezogen.

Eine Kristallzuchtvorrichtung zur Herstellung kristalliner Fasern durch tiegelfreies Laserzonenschmelzen ist beispiels­ weise aus der US-PS 4,421,721 bekannt.

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 er­ folgende Einstrahlung der Laserstrahlung erforderlich, so daß das Ausgangsmaterial entlang des gesamten Umfanges gleichmä­ ßig aufgeschmolzen wird.

Um Abschattungseffekte bei der Abbildung der Laserstrahlung 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 be­ schriebenen Kristallzuchtvorrichtung auftreten, ist es be­ sonders günstig, eine Kristallzuchtvorrichtung zu verwenden, die eine erfindungsgemäße Abbildungsoptik umfaßt, wobei die kristalline Faser von der im Brennpunkt der Abbildungsoptik positionierten Schmelzzone ausgehend gleichmäßig durch die sich koaxial zur Strahlachse des Ausgangsstrahles durch die Grundplatte sowie durch das Vereinigungselement und den den Ausgangstrahl auffächernden Außenkegelspiegel der Abbildungs­ optik hindurch erstreckende Öffnung hindurchgeführt wird.

Dabei ist es konstruktiv besonders günstig, wenn das Einfüh­ rungselement das Ausgangsmaterial entlang der Strahlachse des Ausgangsstrahles in den Brennpunkt der Abbildungsoptik führt. Die kristalline Faser ist somit ebenso wie das Aus­ gangsmaterial koaxial zur Strahlachse des Ausgangsstrahles ausgerichtet. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Abbil­ dungseigenschaften der erfindungsgemäßen Abbildungsoptik be­ wirkt jedoch die koaxiale Ausrichtung der kristallinen Faser und des Ausgangsmaterials keine Abschattung 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 zuführenden 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 einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung.

Es zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung einer Abbil­ dungsoptik;

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 Keilspiegels 10 als den Einfalls­ strahl aufteilendes Strahlteilungselement, und die zweite Längshälfte 13 dient als die Teilstrahlen zusammenführendes Vereinigungselement.

Während bei der in der Fig. 1 dargestellten Abbildungsoptik ein einziger Keilspiegel 10 sowohl zur Aufteilung des Ein­ fallsstrahles in einzelne Teilstrahlen 34, 36 als auch zur Vereinigung der Teilstrahlen 34, 36 zu einem gemeinsamen Ausgangsstrahl verwendet wird, ist es prinzipiell möglich, zur Strahlaufteilung und zur Teilstrahlenvereinigung unter­ schiedliche Keilspiegel zu verwenden, die in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sind, so daß der koaxial zur Achse A verlaufende Einfallsstrahl auf einen Ausgangsstrahl abgebildet werden kann, der koaxial zu einer beliebig zur Achse A orientierten Achse B verläuft.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen ein Anwendungsbeispiel der Abbil­ dungsoptik, wobei die Abbildungsoptik zur Strahlführung eines Laserstrahls in einer Kristallzuchtvorrichtung verwendet wird.

Wie am besten aus Fig. 2 deutlich wird, weist die verwendete Abbildungsoptik wie schon bei der in Fig. 1 dargestellten 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 Ausführungsbei­ spiel reflektieren und jeweils um 90° aus ihrer Richtung ab­ lenken. Dadurch werden die von einem ersten Bereich 39 des Keilspiegels 38 ausgehenden Teilstrahlen 43, 45 auf einen diesem gegenüberliegenden zweiten Bereich 41 des Keilspiegels 38 gelenkt und dort von den Keilflächen 40, 42 so reflek­ tiert, daß die Teilstrahlen 43, 45 einen gemeinsamen Aus­ gangsstrahl bilden, dessen Strahlquerschnittsfläche im we­ sentlichen der Strahlquerschnittsfläche des Einfallsstrahles entspricht.

Entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Abbildungsoptik wirkt der erste Bereich 39 des Keilspiegels 38 als Strahl­ teilungselement, während der zweite Bereich 41 als Vereini­ gungselement dient.

Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Abbildungsoptik ist jedoch bei der in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Kri­ stallzuchtvorrichtung 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 Grundfläche 56 des Keilspie­ gels 38. In der Grundfläche 56 ist eine sich durch den Keil­ spiegel 38 hindurcherstreckende Öffnung in Form einer Ein­ gangsbohrung 54 angeordnet, so daß der Eingangsstrahl von der Grundfläche 56 ausgehend in Richtung auf die Kante 44 durch den Keilspiegel 38 hindurchtreten kann.

Nach dem Durchlaufen der Eingangsbohrung 54 trifft der Ein­ fallsstrahl auf ein konzentrisch zur Eingangsbohrung 54 positioniertes Refraxicon 58. Dieses umfaßt im wesentlichen einen zentrisch positionierten Außenkegelspiegel 60 und einen konzentrisch zu diesem orientierten Innenkegelspiegel 62. Der im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Abbildungsoptik ursprünglich ungefähr kreisflächenförmige Strahlquerschnitt des Einfallsstrahles wird mit Hilfe des Refraxicons 58 in einen im wesentlichen kreisringförmigen Strahlquerschnitt umgeformt. Zusätzlich bewirkt das Refraxicon 58 aufgrund der zweimaligen Reflexion des Einfallsstrahles an den Kegelmantelflächen des Außenkegelspiegels 60 und des Innen­ kegelspiegels 62 insgesamt eine Reflexion um 180°, so daß der Einfallsstrahl nach Durchlaufen des Refraxicons 58 auf die reflektierenden 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 Einfallsstrahl durch Reflexion an diesen in einem Winkel zueinander ange­ ordneten Flächen entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Abbildungsoptik in zwei in entgegengesetzte Richtungen ver­ laufende Teilstrahlen 43, 45 aufgeteilt. Nachdem die Teil­ strahlen 43, 45 an den ebenen Spiegeln 46, 48 bzw. 50, 52 reflektiert wurden, laufen sie wieder aufeinander 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 Ein­ fallsstrahles vor dessen Auftreffen auf das Refraxicon über­ einstimmt.

In weiterem Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Abbil­ dungsoptik weist die in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Abbil­ dungsoptik der Kristallzuchtvorrichtung im Keilspiegel 38 zu­ sätzlich eine durchgängige, koaxial zur Strahlachse der Aus­ gangsstrahlung ausgerichtete Öffnung in Form einer Ausgangs­ bohrung 66 zur Aufnahme einer Hülse 64 auf. Dies wird am be­ sten aus Fig. 4 deutlich. Der Außendurchmesser der Hülse 64 stimmt mit dem Durchmesser der Ausgangsbohrung 66 überein und ist kleiner als der Innendurchmesser des kreisringförmigen Strahlquerschnittes des Ausgangsstrahles, so daß ein aus dem Keilspiegel 38 vorstehender 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 kegelman­ telförmig bis auf einen Durchmesser, der den Außendurchmesser des ungefähr kreisringförmigen Strahlquerschnitts des Ausgangsstrahles übertrifft. Die kegelmantelförmige Erweite­ rung der Hülse 64 bildet einen koaxial zur Strahlachse des Ausgangsstrahles ausgerichteten Außenkegelspiegel 68, an dessen Kegelmantelfläche 70 der Ausgangsstrahl 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 (32)

1. Abbildungsoptik zur Abbildung eines koaxial zu einer ersten Achse verlaufenden Einfallsstrahls elektromag­ netischer Strahlung auf einen sich koaxial zu einer zweiten Achse ausbreitenden Ausgangsstrahl, umfassend ein den Einfallsstrahl in mindestens zwei sich in unterschiedliche Richtungen ausbreitende Teilstrahlen (43, 45) aufteilendes Strahlteilungselement (39), wel­ ches eine Querschnittsfläche des Einfallsstrahles in einzelne, sich gegenseitig nicht überlappende Teilquer­ schnittsflächen aufteilt, ein die einzelnen Teilstrah­ len (43, 45) zum Ausgangsstrahl zusammenführendes Ver­ einigungselement (41) und ein die vom Strahlteilungs­ element ausgehenden Teilstrahlen (43, 45) auf das Ver­ einigungselement lenkendes Umlenkelement (46, 48, 50, 52), wobei das Strahlteilungselement (39), das Umlenk­ element (46, 48, 50, 52) und das Vereinigungselement (41) den Einfallsstrahl, ohne die zweite Achse zu kreu­ zen, zum Ausgangsstrahl führen und das Strahlteilungs­ element (39) und das Vereinigungselement (41) jeweils zwei spiegelbildlich bezüglich einer Symmetrieebene ausgerichtete Flächen (40, 42) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik einen den Ausgangsstrahl kegel­ mantelförmig auffächernden Außenkegelspiegel (68), dessen Mittelachse koaxial zur Achse des Ausgangsstrah­ les ausgerichtet ist, ein den aufgefächerten Ausgangs­ strahl auf einen Brennpunkt fokussierendes Fokussie­ rungselement und eine sich koaxial zu der Strahlachse des Ausgangsstrahles durch das Vereinigungselement (41) hindurch erstreckende Öffnung (66) umfaßt.

2. Abbildungsoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Flächen (40, 42) des Strahlteilungsele­ ments (39) in einem Winkel zueinander angeordnet sind und Teile des Einfallsstrahls in unterschiedliche Rich­ tungen reflektieren.

3. Abbildungsoptik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die in einem Winkel zueinander angeordneten Flächen (12, 14; 40, 42) jeweils eben ausgebildet sind.

4. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die in einem Winkel zueinan­ der angeordneten Flächen (40, 42) zur Symmetrieebene einen Neigungswinkel von ungefähr 45° aufweisen.

5. Abbildungsoptik nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die in einem Winkel zuein­ ander angeordneten Flächen (40, 42) eine gemeinsame Kante (44) ausbilden.

6. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlteilungs­ element (39) durch einen ersten Keilspiegel gebildet wird mit auf der Außenseite verspiegelten, in einer Keilkante (44) zusammentreffenden Keilflächen (40, 42).

7. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Vereinigungsele­ ment (41) zwei in einem Winkel zueinander angeordnete, die einzelnen Teilstrahlen (43, 45) in Form eines ge­ meinsamen Ausgangsstrahles reflektierende Flächen (40, 42) aufweist.

8. Abbildungsoptik nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vereinigungselement (41) in seinem Aufbau im wesentlichen ungefähr dem Strahlteilungselement (39) entspricht.

9. Abbildungsoptik nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Vereinigungselement (41) durch einen zweiten Keilspiegel gebildet wird mit in Richtung des Ausgangsstrahles weisender Keilspitze und mit auf der Außenseite verspiegelten, in einer Keilkante zu­ sammentreffenden Keilflächen.

10. Abbildungsoptik nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Keilkante des ersten Keilspiegels mit der Keilkante des zweiten Keilspiegels fluchtet.

11. Abbildungsoptik nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Keilspiegel und der zweite Keilspie­ gel einen einzigen Keilspiegel (38) bildend, in Rich­ tung der Keilkanten aneinandergrenzend, nebeneinander angeordnet sind.

12. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik für jeden der vom Strahlteilungselement (39) ausgehen­ den Teilstrahlen (43, 45) jeweils zwei einander zuge­ ordnete Umlenkelemente (46 und 48, 50 und 52) aufweist.

13. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkelemente (46, 48, 50, 52) die Teilstrahlen (43, 45) reflektie­ rende Oberflächen aufweisen.

14. Abbildungsoptik nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die reflektierenden Oberflächen der Umlenk­ elemente (46, 48, 50, 52) eben ausgebildet sind.

15. Abbildungsoptik nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Umlenkelemente durch ebene Spiegel (46, 48, 50, 52) gebildet werden.

16. Abbildungsoptik nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden einander zugeordneten, jeweils ei­ nen Teilstrahl (43, 45) reflektierenden ebenen Spiegel (46 und 48; 50 und 52) gegeneinanderweisend jeweils parallel zur Richtung des Einfallsstrahles und in einem Winkel von etwa 45° zur Symmetrieebene des Strahltei­ lungselements bzw. des Vereinigungselements angeordnet sind.

17. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik ein einen im wesentlichen kreisflächenförmigen Strahl­ querschnitt in einen ungefähr kreisringförmigen Strahlquerschnitt umformendes Strahlformungselement umfasst.

18. Abbildungsoptik nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß das Strahlformungselement durch ein einen Außenkegelspiegel (60) und einen konzentrisch zu diesem positionierten Innenkegelspiegel (62) aufweisendes Refraxicon (58) gebildet wird, wobei die Kegelspitze des Außenkegelspiegels (60) in die entgegengesetzte Richtung der Spitze des Innenkegelspiegels (62) zeigt.

19. Abbildungsoptik nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß das Strahlteilungselement (39) eine ein Hin­ durchtreten des Einfallsstrahles durch das Strahltei­ lungselement (39) ermöglichende Öffnung (54) aufweist und daß das Refraxicon (58) in Richtung des Einfalls­ strahles hinter der Öffnung (54) angeordnet ist, wobei die Kegelmantelflächen des Innen- und des Außenkegel­ spiegels (62, 60) des Refraxicons (58) auf die reflek­ tierenden Flächen (40, 42) des Strahlteilungselementes (39) weisen.

20. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kegelmantelfläche (70) des Außenkegelspiegels (68) unter einem Winkel von ungefähr 45° zur Strahlachse des Ausgangsstrahles geneigt angeordnet ist.

21. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Fokussierelement durch einen Parabolspiegel (72) gebildet ist.

22. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennpunkt (74) des Fokussierelementes in Strahlrichtung des Aus­ gangsstrahles hinter dem Außenkegelspiegel (68) auf der Strahlachse des Ausgangsstrahles liegt.

23. Abbildungsoptik nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß reflektierende Ober­ flächen der Abbildungsoptik aus Metall gebildet sind.

24. Abbildungsoptik nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich­ net, daß reflektierende Oberflächen der Abbildungsoptik aus Kupfer gebildet sind.

25. Abbildungsoptik nach Anspruch 23 oder 24, dadurch ge­ kennzeichnet, daß reflektierende Oberflächen diamant­ gedreht sind.

26. Kristallzuchtvorrichtung zur Herstellung kristalliner Fasern durch tiegelfreies Laserzonenschmelzen, wobei Ausgangsmaterial mit Hilfe eines Einführungselementes in eine Schmelzzone geführt wird und eine kristalline Faser aus der Schmelzzone mit Hilfe eines Zugelementes herausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallzuchtvorrichtung eine Abbildungsoptik nach ei­ nem der voranstehenden Ansprüche umfaßt, wobei die kristalline Faser (90) durch die sich koaxial zu der Strahlachse des Ausgangsstrahles durch das Vereini­ gungselement (41) hindurch erstreckende Öffnung (66) hindurchführbar ist.

27. Kristallzuchtvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch ge­ kennzeichnet, 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.

28. Kristallzuchtvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Einführungselement (84) das Aus­ gangsmaterial (86) entlang der Strahlachse des Aus­ gangsstrahles in den Brennpunkt (74) der Abbildungs­ optik führt.

29. Kristallzuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, 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.

30. Kristallzuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeit des Einführungselements (84) zur Zuggeschwindigkeit des Zugelements (88) so gewählt ist, daß die Dicke der kristallinen Faser (90) weniger als ungefähr 200 Mikrometer, insbesondere ungefähr 50 bis ungefähr 100 Mikrometer beträgt.

31. Kristallzuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der den Ausgangs­ strahl auffächernde Außenkegelspiegel (68) an einer das Vereinigungselement (41) durch die Öffnung (66) hin­ durchgreifenden Hülse (64) fixiert ist, durch die die kristalline Faser (90) hindurchgeführt ist.

32. Kristallzuchtvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hülse (64), der Außenkegelspiegel (68) und eine das Strahlteilungselement (39), das Vereinigungselement (41) sowie die Umlenkelemente (46, 48, 50, 52) überdeckende Deckplatte (76) eine einen ge­ radlinigen Eintritt von Verunreinigungen von der Schmelzzone (94) in den Bereich des Strahlteilungs­ elementes (39), des Vereinigungselementes (41), der Umlenkelemente (46, 48, 50, 52) und des Refraxicons (58) verhindernde Abdeckung ausbilden.