DE4414552C2 - Verfahren zur Herstellung von mikrooptischen Elementen oder eines Faserendes in Form eines mikrooptischen Elements - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen für Anwendungen in einem Spektralbereich von 0.4 bis 30 µm, bei dem ein länglicher polykristalliner Ausgangskörper durch Pressen plastisch verformt wird.

Die EP-A1 0 567 896 beschreibt unter anderem das Herstellen eines mikrooptschen Elements, wobei zunächst ein Träger aus einem Keramik-Metall-Verbundwerkstoff bereitgestellt wird, auf dessen einer Seite eine Schicht aufgebracht wird, die eine zu der einen Hälfte der herzustellenden Linse negative Form aufweist. Diese Schicht wird dann auf ihrer Oberseite mit verschiedenen Legierungsschichten und mit einer abschließenden Schutzschicht überzogen, die die Eigenschaft haben soll, sich nicht mit Glas zu verbinden. Entsprechend der herzustellenden Mikrolinse, beispielsweise eine Fresnellinse, kann eine zweite, negative Preßformhälfte hergestellt werden, die zur Bildung der anderen Hälfte der Linse dient. Diese beiden Formen werden dann in eine Preßanordnung eingespannt. In die Preßform wird eine dünne Glasplatte eingelegt, dann die Glasplatte oberhalb deren Erweichungstemperatur aufgehetzt und unter Druck die Preßformhälften aufeinanderzubewegt, so daß das Glas den Hohlraum der Preßform ausfüllt. Nach dem Abkühlen wird die Glaslinse aus der Form herausgenommen. Ein wesentliches Problem, das diese Druckschrift behandelt, ist die Vermeidung des Anhaftens des Glases in der Preßform, wozu verschiedene Zwischen- und Schutzschichten auf die Formen jeweils aufgebracht werden. Diese Schutzschichten sind beispielsweise aus einer Legierung der Platingruppe hergestellt. Durch das Aufbringen der Schutzschichten ist das Verfahren aufwendig, darüber hinaus kann nicht vermieden werden, daß sich dennoch das Material der Schutzschicht mit dem Linsenmaterial verbindet bzw. an der gepreßten Linse anhaftet. Als Ausgangsmaterial werden Gläser eingesetzt. Ihre Transparenz ist auf einen engeren Spektralbereich beschränkt als die Transparenz kristalliner Materialien. Weiterhin haben im fernen Infraroten transparente Gläser eine sehr niedrige Aufweichtemperatur und kristallisieren sehr leicht bei Erwärmung durch z. B. Laserstrahlung, was ihre optische Transparenz zerstört. Z. B. Ge₁₀As₅₀Te₄₀-Glas ist transparent im Spektralbereich 1,6/25 µm und hat eine Einfriertemperatur von lediglich 170°C (siehe: E. Hartouni; F. Huldermann and T. Guiton, SPIE Proceedings 505 (1984), Seiten 131-140). Kristallines CsI ist dagegen im Spektralbereich 0,25 . . . 80 µm transparent und hat einen Schmelzpunkt von 621°C (siehe: A. L. Gentile, M. Braunstein, D. A. Pinnow, J. A. Harrington "Infrared Fiber Optical Materials" in Fiber Optics: Advances in Research and Development, ed. by B. Bendow and S. S. Mitra, Plenum Publishing, NY (1979) Seiten 105-108).

Weiterhin ist in der US-PS 5,080,706 ein Verfahren zur Herstellung von zylindrischen Mikrolinsen mit elliptischer oder hyperbolischer Querschnittsform beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird zunächst eine Glasvorform angefertigt, die in ihren Querschnitts­ konturen der Querschnittskontur der herzustellenden Mikrolinse entspricht. Diese Vorform wird dann solange beheizt, bis sie viskos wird. Von dieser Vorform werden dann dünne Fasern abgezogen, wobei die Querschnittsform der abgezogenen Fasern direkt zu der Querschnittsform der Vorform korrelliert. Die abgezogene Faser wird dann in einzelne, zylindrische Mikrolinsen unterteilt. Als Material für die Linsen soll ein solches eingesetzt werden, das eine ausreichende Viskosität besitzt, so daß von der Vorform die Faser mit verkleinertem, kongruentem Querschnitt abgezogen werden kann. Weitere Aussagen über das Ausgangsmaterial, das zur Herstellung dieser Linse eingesetzt werden soll, sind nicht angegeben. Es sind durch das Abziehen von der Vorform ausschließlich einzelne Zylinderlinsen herstellbar. Weiterhin sind Mikrolinsen, die aus gezogenen Glasfasern durch deren Unterteilen in einzelne Abschnitte unmittelbar hergestellt werden, gegenüber polykristallinen Fasern in ihrer Strahlungstransparenz stark eingeschränkt. Allgemein sind auf dem Markt unterschiedliche kristalline, im Infraroten transparente Linsen, Prismen, Fenster, usw. erhältlich. Diese optischen Bauelemente sind aus Materialien wie ZnSe, ZnS, Al₂O₃, CdTe, Si, BaF₂, KRS-6, KRS-5, CsI, AgCl, AgBr, NaCl, NaI, KCL, KBr, CsCl, KI und CsBr in Form von Platten oder Blöcken hergestellt. Solche Materialien werden beispielsweise durch die Produktinformation "Precision Optical Components" der L.O.T. GmbH angeboten. Aus den vorstehenden Materialien sind plankonvexe, bikonvexe bzw. bikonkave, plankonkave und Meniskuslinsen mit Durchmessern im Bereich von minimal 10 mm erhältlich.

Es hat sich gezeigt, daß mit kleiner werdendem Durchmesser die reproduzierbare Qualität der bekannten Linsen stark abnimmt.

Weiterhin haben sich in den letzten Jahren auch Verfahren zur Herstellung von Mikrolinsen auf Si und SiO₂-Basis duchgesetzt, bei denen Ätz-Techniken oder fotolitographische Techniken eingesetzt werden. Die Transparenz dieser Linsen aus kristallinem SiO₂-Quarz ist auf den engen Spektralbereich von 0,15 bis 4 µm und für reines Si auf den engen Spektralbereich von etwa 1,2 bis 8,5 µm und auf sphärische Geometrien beschränkt. Insbesondere Si-Mikrolinsen-Arrays finden als thermografische Systeme Anwendung. Mikrolinsensysteme mit einer Transparenz im Spektralbereich oberhalb von 8,5 µm sind erforderlich für Sensoren im Raumtemperaturbereich und darunter.

In "Infrared Fiber Optics", Band 1048, 1989, Seiten 9-16, wird über Versuche berichtet, die sich auf die optischen Eigenschaften von Mischkristallen und polykristallinen, optischen Fasern aus Silberhalogenid, insbesondere aus AgCl_xBr_1-x R (0 ≦ x < 1), beziehen. Die AgCl_xBr_1-x Mischkristalle wurden aus der Schmelze nach dem Verfahren von Bridgman-Stockberger gezogen und aus diesen Kristallen wurden Querschnittsscheiben von wenigen Millimetern Dicke geschnitten, mechanisch poliert und für spektrale Transmissionsmessungen verwendet. Abschnitte von einigen Blöcken (ingots) wurden zu polykristallinen Fasern mit 0,9 mm Durchmesser und einer Länge von einigen Metern ausgezogen. Zur Messung der spektralen Transmission einer Faser wurde sie in kurze Abschnitte (von wenigen Millimetern) geschnitten und zu einem Bündel von etwa 25 Fasern zusammengefügt. Die Zwischenräume zwischen den Faserabschnitten wurden mit einem Material gefällt, das im Untersuchungswellenbereich opak ist. Die spektrale Transmission wurde im sichtbaren, ultravioletten und im infraroten Spektralbereich gemessen.

Aus der US-A-4,410,468 ist ein Verfahren zur Bearbeitung optischer Materialien, die wenigstens in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs 0,2 bis 30 µm transparent sind, bekannt, wobei die optischen Materialien aus der Gruppe, bestehend aus einem ionischen Salz und einem optischen Oxid, ausgewählt sind. Ausgangsmaterialien sind beispielsweise KRS-5 - eine Legierung aus ThI und ThBr -, CaF₂ und CsI genannt. Die Materialien, die entweder als Block oder als polykristallines Extrudat vorliegen, werden in einer Preßform in einem zweistufigen Heißpress-Verfahren verformt. Dabei wird in dem Ringraum zwischen dem Extrudat und der Preßform ein polykristallines, das Extrudat umgebendes Pulver eingebracht und anschließend das Heißpressen durchgeführt. Das Pulver besteht im wesentlichen aus einem anorganischen Material, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Extrudat. Das Pulver bildet nach dem Heißpressen eine äußere Schicht um den Preßkörper, die anschließend entfernt werden muß. Der so erhaltene, heißgepreßte optische Körper ist im wesentlichen frei von Oberflächen­ defekten und Rissen in Nähe seiner Peripherie.

Ausgehend von dem vorstehend angegebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen anzugeben, mit dem Elemente herstellbar sind, die auch in größeren Chargen reproduzierbar sind, die über einen im Vergleich zum Stand der Technik größeren bzw. breitbandigeren Spektralbereich mit geringen Verlusten transparent sind, die in ihrer Oberflächengeometrie nicht beschränkt und die kostengünstig herstellbar sind.

Die vorstehenden Aufgabenpunkte werden für ein Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen für Anwendungen in einem Spektralbereich von 0,4 bis 30 µm, bei dem ein länglicher, polykristalliner Ausgangskörper durch Pressen plastisch verformt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Herstellung mikrooptischer Elemente mit linsenartiger Wirkung für Strahlung als Ausgangskörper eine aus einer festen Lösung hergestellte Faser oder ein Abschnitt mit sehr feiner Mikrokristallitstruktur mit Mikrokristalliten im Bereich von 0,1-0,5 µm bereitgestellt werden, daß dieser Ausgangskörper mittels einer Preßform, die eine Negativform des mikrooptischen Elementes darstellt, durch Druckbeaufschlagung zu dem mikrooptischen Element so verformt wird, daß die Oberfläche(n) des verformten Ausgangskörpers an der (den) Oberfläche(n) der Preßform anliegt bzw. anliegen. Dadurch, daß verfahrensgemäß polykristalline Fasern bereitgestellt werden, die dann, zum Herstellen der mikrooptischen Elemente, in einzelne Abschnitte vor oder nach einem Formgebungsverfahrensschritt unterteilt werden, können zwischen den einzelnen, hergestellten mikrooptischen Elementen hinsichtlich ihrer Transparenz reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Dies findet seinen Grund insbesondere darin, daß durch die Umformung des Ausgangsmaterials zunächst zu einer Faser, ein Ausgangsmaterial erhalten wird, das nicht ausgerichtete Mikrokristallite enthält, deren Größe etwa im Bereich von 0,1 um bis 0,5 µm liegen. Im Gegensatz zu polykristallinem Material in Form von Blöcken oder Platten, wird über das Herstellungsverfahren der Faser oder des Faserabschnitts bzw. über den Verformungsvorgang eine hohe Anzahl von zusätzlichen Versetzungslinien mit isotroper Orientierung erzeugt, die für die geringe Größe der Mikrokristalle verantwortlich ist.

Durch die sehr feine Mikrokristallitstruktur mit einer großen Anzahl an isotrop verteilten Versetzungslinien in der Faser bzw. dem Faserabschnitt findet bei der Formgebung zum mikrooptischen Element eine dynamische Rekristallisation des Ausgangsmaterials auf einer Längenskala von kleiner als 0,1 µm statt. Dadurch werden reproduzierbare, optische Oberflächen erzielt, deren Rauhigkeit im Vergleich zu Oberflächen, die mit dem gleichen Formgebungsprozeß an block- oder plattenförmigem Ausgangsmaterial hergestellt werden, um eine bis zwei Größenordnungen geringer ist. Die Streuung der Strahlung an der Oberfläche des aus polykristallinen Fasern bzw. Faserabschnitten hergestellten, mikrooptischen Elementes ist daher viel kleiner, was wiederum geringere Strahlungsverluste und eine breite spektrale Transparenz der mikrooptischen Elemente zwischen 0,4 µm und 30 µm mit sich bringt. Dadurch, daß reproduzierbare Ergebnisse bei den einzelnen, hergestellten Mikrolinsen, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, erzielt werden können, kann hohen Qualitätsanforderungen nachgekommen werden, so daß beispielsweise Endkontrollen im Rahmen einer Qualitätssicherung nicht notwendig sind, die ansonsten erforderlich wären, um Linsen, die nicht die vorgegebene Spezifikation erfüllen, auszusortieren.

Weiterhin können dadurch, daß Fasern als Ausgangsmaterial zur Herstellung von mikrooptischen Elementen bereitgestellt werden, verfahrenstechnische Vorteile wie z. B. eine hohe Produktsionsrate, sowie geringere Materialverluste und wenige Arbeitsschritte erzielt werden. Weiterhin ist das verfahrensgemäß eingesetzte Material dazu geeignet, sowohl im Preßverfahren als auch spanabhebend bearbeitet zu werden. Beispielsweise können mit den angegebenen, verfahrensgemäß einzusetzenden Fasern, beispielsweise aus einer festen AgBr-AgI-Lösung, folgende Werte erzielt werden:

• - Spektraler Durchlaßbereich einer Faser mit dem Durchmesser 0,7 mm und der Länge 4 m: 3-30 µm
• - Spektraler Durchlaßbereich eines Faserabschnitts mit dem Durchmesser 0,7 mm und der Länge 5 cm: 0,4-30 µm
• - Dämpfung bei 10,6 µm: 0,1-0,5 dB/m
• - Dämpfung bei 5-6 µm: < 0,7 dB/m

Bevorzugt wird als Ausgangsmaterial eine feste Lösung mit kubischer Kristallstruktur in die Form gebracht. Solche festen Lösungen mit kubischer Kristallstruktur zeichnen sich dadurch aus, daß diese Materialien optisch isotrop sind, d. h. der Brechungsindex ist in allen Richtungen gleich.

Weiterhin werden durch die Verwendung fester Lösungen die mechanischen Eigenschaften, wie Flexibilität, Stärke oder Korrosionsempfindlichkeit der Faser, verbessert sowie die spektrale Transmission erweitert. So kann z. B. durch Erhöhung der Konzentration von AgI in einer festen Lösung aus AgBr-AgI die Transmission im sichtbaren Spektralbereich verbessert und die UV-Empfindlichkeit reduziert werden.

Vorzugsweise werden Fasern oder Faserabschnitte mit einem Durchmesser zwischen 50 µm und 3 mm bereitgestellt, und zwar in Abhängigkeit der Abmessungen des herzustellenden, mikrooptischen Bauelements.

Bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Fasern oder Faserabschnitte, aus einem polykristallinen Material in Form einer festen Lösung, mit elliptischem Querschnitt oder rechteckigem Querschnitt bereitgestellt. Faserabschnitte mit elliptischem Querschnitt können in ihrer herzustellenden Querschnittsform der Zylinderlinse angepaßt werden, so daß die einzelnen Zylinderlinsen durch Unterteilung der Faser hergestellt werden. Eine Faser mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt eignet sich insbesondere für einen nachfolgenden Preßvorgang senkrecht zur Faserachse, da die Faser mit einer flachen Außenseite flächig in die Preßform eingelegt werden kann.

Während der Druckbeauschlagung im Rahmen des Preßvorgangs kann die in dem Fasermaterial vorhandene, nicht ausgerichtete Orientierung der Versetzungslinien einer dynamischen Rekristallisation unterzogen werden. Das polykristalline Material kann dadurch während des Preßprozesses seine Form in sehr kleinen Einheiten, d. h. kleiner 0,1 µm, verändern. Dies ermöglicht optische Oberflächen und reproudzierbare Eigenschaften der hergestellten mikrooptischen Elemente.

In Verbindung mit diesen mikrooptischen Bauelementen wird das Verfahren vorzugsweise derart durchgeführt, daß die Faser oder der Faserabschnitt parallel oder senkrecht zur Achse der Faser oder des Faserabschnitts mit Druck beaufschlagt wird. Durch diese spezielle Ausrichtung der Faser oder des Faserabschnitts bei der Druckbeaufschlagung im Rahmen des Preßvorgangs können hohe Produktionsraten bei einer minimalen Anzahl an Arbeitsschritten und geringen Materialverlusten sowie reproduzierbare Ergebnisse erzielt bzw. die Eigenschaften der so hergestellten mikrooptischen Elemente noch weiter einander angeglichen werden. Von den beiden bevorzugten Ausrichtungen ist die Ausrichtung der Faser bzw. des Faserabschnitts, bei der die Faserachse senkrecht zu der Richtung der Druckbeaufschlagung verläuft, besonders hervorzuheben, da hierbei insbesondere Mikrolinsenarrays bzw. Reihen- oder Feldanordnungen aus einem Faserstück herstellbar sind, so daß die Einzel-Mikrolinsen im Rahmen des Arrays gleiche optische Eigenschaften besitzen. Die Druckbeaufschlagung parallel zur Faserachse wird insbesondere zur Herstellung mikrooptischer Elemente am Faserende benutzt.

Um eine weiche, d. h. streßfreie Verformung, zu erzielen, sollte das Ausgangsmaterial für dessen Verformung erwärmt werden. Bevorzugt wird eine Temperatur gewählt, die höchstens dem 0,8-fachen und mindestens dem 0,3-fachen des Schmelzpunkts des Ausgangsmaterials entspricht. Vorzugsweise sollte die Temperatur im Bereich des 0,5-fachen des Schmelzpunkts des Ausgangsmaterials liegen. Die genaue Temperatureinstellung ist darüberhinaus stark von der Größe bzw. dem Durchmesser des herzustellenden, mikrooptischen Bauteils abhängig. Zum Beispiel wurde herausgefunden, daß zum Verformen von Faserstücken mit einem Durchmesser von 2 mm die Temperatur zwischen dem 0,7-fachen und 0,8-fachen und zur Verformung von Fasern mit sehr kleinem Durchmesser die Temperatur zwischen dem 0,2- und 0,3-fachen des Schmelzpunktes des Ausgangsmaterials liegen sollte. Darüberhinaus können mit den verfahrensgemäß eingesetzten polykristallinen Fasern als Ausgangsmaterial in Form einer festen Lösung mikrooptische Elemente unmittelbar auf das Ende der Faserstücke als Strahlungseintritts- und/oder Strahlungsaustrittsfläche aufgepreßt werden, wobei hierzu der geeignete Temperaturbereich während der Verformung von Fasern mit dem Durchmesser 2 mm zwischen dem 0,7-fachen und 0,8-fachen und zur Verformung von Fasern mit sehr kleinem Durchmesser zwischen dem 0,2- und 0,3-fachen des Schmelzpunktes des Ausgangsmaterials liegen sollte.

Als weiterer Verfahrensparameter sollte der beim Verformen der Faser oder des Faserabschnitts angewandte Preßdruck kleiner als die Zerreißfestigkeit, jedoch größer als die Formänderungs­ festigkeit der Faser sein. Die maximal anzuwendenden Drücke liegen je nach verwendetem Material zwischen 20 MPa bis 170 MPa. Die Formänderungsfestigkeit beträgt etwa 0,2% der Zerreißfestigkeit der erfindungsgemäß eingesetzten Faser. Um eine Kontaminierung der Mikrolinse zu vermeiden, wird während der Verformung eine Umgebungsatmosphäre aufrechterhalten, die gegenüber dem Fasermaterial bei der Verformungstemperatur inert ist.

Weiterhin sollte die Druckbeaufschlagung bevorzugt derart durchgeführt werden, daß die Deformationsgeschwindigkeit der Faser oder des Faserabschnitts während der Druckbeaufschlagung geringer ist als das 0,1-fache der Schallgeschwindigkeit in dem Fasermaterial. Sollte ein solcher Verfahrensparameter nicht eingehalten werden, kann dies zu Mikrorissen und Mikrospaltenbildung führen. Außerdem können größere Kristallite entstehen, wodurch die Lichtstreuung im mikrooptischen Element vergrößert wird. Bei Einhaltung dieser Deformationsgeschwindigkeit können die sich unter dem Preßdruck bewegenden Versetzungen eine ähnlich feine Mikrokristallitstruktur, wie das Fasermaterial vor dem Pressen, bilden.

Für das Material der Preßform haben sich, gerade für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Ti-Verbindungen, Ge und Monokristalle aus Al₂O₃, ZrO₂ als bevorzugt erwiesen. Eine solche Preßform hat den Vorteil, daß sie ausreichend stabil ist, bei der Prozeßtemperatur nicht mit dem Ausgangsmaterial reagiert oder sich damit verbindet und eine mechanische Bearbeitung mit Oberflächenrauhigkeiten < 0,05 µm erfolgen kann, was wiederum zu einer optischen Qualität der Mikrolinsenoberläche mit einer Rauhigkeit < 0,05 µm führt. In Verbindung mit polykristallinem Ausgangsmaterial ergibt sich bei Verwendung von kristallinen Materialien für die Preßform eine Oberflächenrauhigkeit, die gegenüber anderen, nicht kristallinen Preßformmaterialien um den Faktor 3 verringert ist.

Für die Herstellung von planen Oberflächen hat sich die Bearbeitung des Ausgangsmaterials mit einem polierten Messer als bevorzugt erwiesen. Eine solche Bearbeitung hat den Vorteil, daß schadhafte Faserabschnitte in einem Arbeitsgang mit der Erzeugung des neuen mikrooptischen Elements abgetrennt werden können. Die mit einem polierten Messer hergestellte Oberfläche erreicht ebenfalls optische Qualität mit einer Rauhigkeit kleiner 0,05 µm.

Für das Material des Messers und/oder Zerspanungswerkzeugs haben sich, gerade für die Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, Ti-Verbindungen, Ge und Monokristalle aus Al₂O₃ und ZrO₂ als bevorzugt erwiesen. Ein solches Messer und/oder Zerspanungswerkzeug besitzt eine ausreichende Härte und ist gegenüber dem Ausgangsmaterial inert.

Das zur Herstellung der mikrooptischen Elemente eingesetzte Ausgangsmaterial wird bevorzugt wie nachfolgend spezifiziert, um insbesondere die angegebenen, vorteilhaften Eigenschaften der mikrooptischen Elemente zu erzielen:
X₁: AgCl in einer Konzentration (0-100 mol-%)
X₂: AgBr in einer Konzentration (0-100 mol%)
X₃: AgI in einer Konzentration (0-10 mol-%)
in folgender Kombination:

mit x₁ + x₂ + x₃ = 100 mol-%.

In den oben angegebenen Grenzen existiert eine feste Lösung in kubischer Kristallstruktur. Durch eine höhere Konzentration an AgCl wird die minimale Absorption zum kurzwelligen Spektralbereich verschoben. Durch eine höhere Konzentration an AgBr wird eine Verschiebung der maximalen Transparenz in den langweiligen Spektralbereich erreicht. Reines AgBr hat eine Transparenz von 0,48-34 µm, während der transparente Spektralbereich von AgCl 0,42-23 µm umfaßt. Außerdem wird der Brechungsindex zwischen 1,98 und 2,3 variiert. Eine Stabiliserung der Mikrokristallite verhindert eine Alterung. Dies wird durch Hinzugabe von einigen Prozenten AgI in feste Lösungen aus AgCl-AgBr erreicht. Eine höhere Konzentration an AgI, 10 mol-% und höher, ist mit einer kristallografischen Transformation in eine nicht kubische Kristallstruktur und der Schwierigkeit, einen dichten Kristall zu wachsen, verknüpft und sollte daher vermieden werden. Auf der anderen Seite erhöht AgI die photochemische Stabilität, insbesondere im Hinblick auf einfallendes Sonnenlicht, erhöht die mechanische Stabilität und setzt die Oberflächenkorrosion in feuchter Luft um einen Faktor 10 herab, so daß ein geringer Anteil an AgI von Vorteil ist.

Als bevorzugte Ausgangsmaterialien kann darüber hinaus ZnSe, KRS-5, CsI, KCl, BaF₂, Al₂O₃, CaF₂, NaCl, KBr, TlBr und CsBr eingesetzt werden. Die vorstehend angegebenen Ausgangsmaterialien haben jeweils spezifische Eigenschaften bzw. Vorteile, wie folgt:
ZnSe: ZnSe ist wasserunlöslich, sehr hart und hat einen relativ hohen Brechungsindex von 2,43.
TlBr: TlBr besitzt einen breiten Spektralbereich, ist aber mechanisch nicht so robust wie KRS-5.
KRS-5: KRS-5 ist wasserunlöslich, toxisch, hat einen relativ hohen Brechungsindex von 2,38 und eine hohe Knoop-Härte, d. h. es ist sehr robust. KRS-5 findet im Einsatzbereich von CO₂-Hochleistungslasern Verwendung. Fasern aus KRS-5 erlauben im CW-Be­ trieb eine Transmission von bis zu 30 kW/cm². Dieser Wert ist etwa doppelt so hoch wie bei Silberhalogenid-Fasern.
NaCl, KCl, CsI, KCl und KBr
haben geringe Transmissionsverluste und eine hohe Wasserlöslichkeit. Ihre hohe Schmelztemperatur macht sie für Laseranwendungen besonders geeignet.
BaF₂, CaF₂, Al₂O₃
sind im Vergleich zu den vorstehenden Materialien sehr hart und haben einen Brechungsindex von ca. 1,5. Der Bereich maximaler Transmission ist kurzwelliger als bei den oben aufgeführten Materialien. Aufgrund ihrer großen Härte finden sie für folgende Laser Anwendung:

• - HF-Laser (2,7 µm),
• - YAG: Er³⁺ (2,94 µm),
• - OF-Laser (3,8 µm)
• - CO-Laser (5,3-6,2 µm)
• - CO₂-Laser (10 µm).

Um die Linsen für Anwendungen in Verbindung mit Lasern, insbesondere in Verbindung mit CO₂-Lasern, einzusetzen, wird in einem weiteren Verfahrensschritt auf dem aus der Preßform nach dem Preßvorgang herausgenommenen, mikrooptischen Element eine Antireflexionsbeschichtung aufgebracht. Eine solche Antireflexionsbeschichtung besteht vorzugsweise aus PbF₂ (für eine Wellenlänge von 10 µm), die über ein Bedampfungsverfahren auf die Strahleintritts- und Strahlaustrittsseite des mikrooptischen Elements aufgebracht wird. Durch die breitbandige, spektrale Transparenz sind die mikrooptischen Bauelemente, wie beispielsweise Mikrolinsen, oder Fasern mit aufgesetzten Mikrolinsen, insbesondere für die Strahlführung und Strahlfokussierung in der IR-Laser- und FTIR-Spektroskopie (FTIR - Fourier Transform Infrared), wo derzeit die Strahlführungs- und Fokussierungssysteme noch aus Spiegeln bestehen, geeignet. Die FTIR- Spektroskopie benutzt im Gegensatz zur IR-Laserspektroskopie ein breitbandiges IR- Spektrum. Das transmittierte, reflektierte bzw. absorbierte Probenspektrum wird über eine Fouriertransformation der Meßgröße, dem sogenannten Interferogramm, berechnet. Weiterhin erweitert die breitbandige, spektrale Transparenz der mikrooptischen Elemente den nachweisbaren Temperaturbereich unterhalb des Raumtemperaturbereichs. Aufgrund des kleinen Durchmessers der fokussierten Strahlung lassen sich die mikrooptischen Elemente besonders effektiv mit Detektorelementen verknüpfen, deren empfindliche Detektorflächen etwa dem Fokusdurchmesser entsprechen und die dadurch eine deutlich höhere Empfindlichkeit besitzen als großflächige Detektorelemente.

Ein weiteres, bevorzugtes Anwendungsgebiet der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten mikrooptischen Elemente ist der Einsatz als optische Bauteile in einem Infrarot- Spektrometer. Um insbesondere Transmissions- bzw. Reflexionsuntersuchungen an Proben außerhalb des Spektrometers an nur schwer zugänglichen Positionen, z. B. innerhalb geschlossener Anlagen, durchführen zu können, werden Mikrolinsen mit gleichen Krümmungsradien am Ende der Beleuchtungs- und Detektionsfaser aufgebracht. Ohne den Einsatz zusätzlicher Sammeloptiken gelangt die gesamte, an der Probe reflektierte bzw. transmittierte Strahlung zum Detektor.

Ein weiteres bevorzugtes Anwendungsgebiet der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten mikrooptischen Elemente ist der Einsatz als fokussierendes Bauteil in einem IR- Mikroskop. Im Gegensatz zu den üblicherweise in der IR-Mikroskopie eingesetzten Cassegrain-Spiegelsystemen sind die Mikrolinsen über den ganzen Öffnungswinkel transparent. Weiterhin ist der Mikrolinsenfokus von der Größenordnung der Wellenlänge. Zusätzliche, den Meßfleck begrenzende Blenden sind nicht mehr erforderlich.

Weiterhin ist ein Mikrolinsenmikroskop aufgrund der kurzen, optischen Wege viel kleiner. Seine Größe ist nur noch durch die Dimension des Positionierers und Detektors bestimmt.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise bzw. dem eingesetzten Material können unter Präparation der entsprechenden Preßformen mikrooptische Gitterelemente, Mikro- Fresnellinsen oder Zylinderlinsen hergestellt werden.

Es hat sich gezeigt, daß mit dem angegebenen Verfahren insbesondere sphärisch, parabolisch und hyperbolisch geformte mikrooptische Elemente, deren Oberflächen einen Abstand zueinander haben, der größer als das 0,1-fache des Faserdurchmessers ist, herstellbar sind. Da Fasern als Ausgangsmaterial eingesetzt werden, können mikrooptische Elemente, deren Dicke nur durch die maximale Faserlänge begrenzt ist, an beiden Faserenden hergestellt werden.

Ein bevorzugtes mikrooptisches Element wird in Form eines Zylinders mit zwei optischen Oberflächen hergestellt, die unter einem Winkel α = arctann verlaufen, wobei α der Winkel zwischen der Ebene der Oberfläche und der Faserachse ist und wobei der Brechungsindex des Ausgangsmaterials n ist. Dieses mikrooptische Bauelement eignet sich insbesondere zur reflexionsfreien Transmission von in der Einfallsebene polarisierter Strahlung im Spektralbereich von 0,4-30 µm, insbesondere von Infrarotstrahlung. Die Strahlung tritt unter einem Winkel i = 2arctan(n) - π/2 zur Faserachse in das mikrooptische Element ein und verläßt unter dem gleichen Winkel das Bauelement.

Ein mikrooptisches Element, das mindestens eine plane Oberfläche aufweist, die die Achse der Fasern unter einem Winkel von 45° schneidet, eignet sich insbesondere zur Einkopplung von Dioden-Laserstrahlung in ein Faserende oder zur Auskopplung der am Faserende umgelenkten und über den Fasermantel fokussierten Strahlung.

Weiterhin ist ein mikrooptisches Element bevorzugt mit mindestens einer Oberfläche, die als Vertiefung ausgebildet ist, und zwar zur Umlenkung und Einkopplung von Strahlung in ein Faserende oder zur Auskopplung von Strahlung aus dem Faserende. Mit einer solchen Geometrie an dem Ende des mikrooptischen Elements kann entweder Strahlung von mehreren Strahlungsquellen, insbesondere von Diodenlasern, die auf einem Kreisring angeordnet sind, über die Flächen dieser konischen Vertiefung in ein solches Ende eingekoppelt werden bzw. in umgekehrter Strahlungsrichtung gesehen, ringförmig aus einem solchen Ende, ausgekoppelt werden; bei einem Verlauf der Fläche der konischen Vertiefung unter 45° zu der Achse wird die Strahlung entlang eines Kreisrings senkrecht zu der Achse der Faser ausgekoppelt und fokussiert. Hinsichtlich der Einkopplung von Strahlung kann ein solches mikrooptisches Bauelement für die Laserspektroskopie von Vorteil sein, da dann um eine Zylinderlinse mit einem solchen mikrooptischen Element an seinem Ende eine Geometrie dargestellt wird, die es ermöglicht, um die Achse der Faser herum verschiedene Laser verschiedener Wellenlänge anzuordnen (hierfür ist ein ausreichender Raum vorhanden), um Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge in dieses mikrooptische Faserende einzukoppeln.

Falls nur zwei solcher Einkoppelflächen bzw. Auskoppelflächen benötigt werden, beispielsweise um die Strahlung aus dem Ende in zwei Teilstrahlen auszukoppeln oder von außen Strahlung von zwei Lasern in das Faserende einzukoppeln, kann die Vertiefung in mindestens zwei oder mehr plane Flächen unterteilt werden. Um insbesondere hinsichtlich einer Auskopplung von Strahlung und Teilstrahlen unterschiedliche Strahlungsintensitäten zu erhalten, werden solche Teilflächen in unterschiedlicher Größe gewählt.

Ein bevorzugtes, mikrooptisches Bauelement ist durch einen zylindrischen Faserabschnitt gegeben, der ein Faserende mit einem rotationssymmetrisch zu der optischen Achse des zylindrischen Faserabschnitts angeordneten Konus und/oder mehrere konzentrisch angeordnete Konusringe aufweist. Ein solches Ende der Faser kann dazu eingesetzt werden, die über das andere Ende eingekoppelte Strahlung bei einem Winkel der konischen Fläche zu der Achse von 45° oder weniger total zu reflektieren.

Ein weiteres bevorzugtes Anwendungsgebiet der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten mikrooptischen Elemente ist der Einsatz solcher Elemente als Bauteile für Mikroobjektive, bestehend aus mindestens zwei Mikrolinsen, die insbesondere über einen breiten Spektralbereich transparent sein sollen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Beispiel zur Herstellung einer Preßform für eine lineare Anordnung von Mikrolinsen mit einer sphärischen Krümmung;

Fig. 2 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung die Herstellung einer linearen Anordnung von bikonvexen Mikrolinsen mit den in Fig. 1 hergestellten Preßformen, wobei die Anordnung geöffnet mit einem eingelegten Faserrohling dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt schematisch im Schnitt eine Anordnung zur Herstellung eines sphärischen Faserendes.

Fig. 4a) bis 4h) zeigen Beispiele für unterschiedliche Geometrien mikrooptischer Elemente und mikrooptischer Elemente am Faserende, die beispielsweise mit der Anordnung nach Fig. 2 oder 3 hergestellt werden können.

Fig. 5a zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Bestimmung des Strahl­ fokusdurchmessers, der mit einer Mikrolinse gemäß der Erfindung erzielbar ist.

Fig. 5b zeigt zwei Spektren, die mit einer Anordnung gemäß Fig. 5a mit einem Meßfleck von 60 µm (gestrichelt) bzw. 100 µm (ausgezogen) aufgenommen sind.

Fig. 6a zeigt ein Spiegelspektrum (durchgezogene Linie) im Vergleich zu einem Spektrum, das unter Einsatz der erfindungsgemäß hergestellten Mikrolinsen aufgenommen ist (gestrichelte Linie).

Fig. 6b zeigt ein Spektrum, das mit einer sphärischen Mikrolinse am Ende einer 4 m langen polykristallinen AgBr-AgI-Faser aufgenommen ist.

Fig. 7 zeigt schematisch die Anwendung der erfindungsgemäß hergestellten Mikrolinse in einem herkömmlichen Infrarot-Spiegelmikroskop.

Fig. 8 zeigt die Anwendung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Mikrolinse in fester Verbindung mit einem Detektor.

Fig. 9 zeigt ein Mikroobjektiv in einem Schnitt, das aus erfindungsgemäßen Mikrolinsen aufgebaut ist.

Fig. 10a zeigt schematisch im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Infrarot- Emissionsmikroskops unter Einsatz von mikrooptischen Bauelementen, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.

Fig. 10b zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Infrarot-Reflexions- /Transmissionsmikroskops unter Einsatz von mikrooptischen Bauelementen, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.

Fig. 11 zeigt im Schnitt schematisch ein Beispiel einer flexiblen Beleuchtungs- und Detektionsoptik für Reflexionsmessungen mit einem Infrarot-Spektrometer unter Einsatz von polykristallinen Fasern mit an dem Ende aufgepreßten, mikrooptischen Bauelementen gemäß der Erfindung.

Fig. 12 zeigt im Schnitt schematisch ein Beispiel einer flexiblen Beleuchtungs- und Detektionsoptik für Transmissionsmessungen mit einem Infrarot-Spektrometer unter Einsatz von polykristallinen Fasern mit an dem Ende aufgepreßten mikrooptischen Bauelementen gemäß der Erfindung.

Fig. 13a und 13b zeigen einen Längs- und Querschnitt durch ein erfindungsgemäß herge­ stelltes, planes, unter 45° geformtes Faserende zur Einkopplung von Dioden- Laserstrahlung.

Fig. 14a und 14b zeigen einen Längs- und Querschnitt durch eine konische Spitze einer Faser mit einem Halbwinkel α = 45°, zur Totalreflexion von Strahlung am Faserende.

Fig. 15a und 15b zeigen einen Längs- und Querschnitt durch eine konische Spitze einer Faser mit einem äußeren Konusring, die ebenfalls zur Totalreflexion von Strahlung am Faserende geeignet ist.

Fig. 16 zeigt einen Längsschnitt durch ein mikrooptisches Element zur reflexionsfreien Transmission von in der Einfallsebene polarisiertem Licht, das unter einem Winkel i zur Faserachse einfällt.

Fig. 17a und 17b zeigen einen Quer- und Längsschnitt durch eine konische Vertiefung mit einem Halbwinkel α = 45°, zur Einkopplung von Strahlung mehrerer Dioden-Laser in das Faserende.

Fig. 18a, 18b, 18c und 18d zeigen jeweils Draufsichten eines Faserendes mit Blick in Richtung der Faserachse, und zwar in zwei, drei und vier planen Flächen aufgeteilt, zur Einkopplung von zwei, drei oder vier Dioden-Lasern in ein Faserende.

Fig. 19 zeigt die Verwendung des Faserendes aus Fig. 18 als Strahlteiler, und zwar in einer Draufsicht von vorne und in einer seitlichen Draufsicht.

Um ein mikrooptisches Element oder ein Faserende in Form eines mikrooptischen Elements herzustellen, ist es zunächst erforderlich, eine Preßform zu erstellen, die eine Negativform des mikrooptischen Elements, beispielsweise eine sphärische Mikrolinse, darstellt. Solche mikrooptischen Elemente können als Einzelelemente erstellt werden oder aber als lineare Reihenanordnungen oder flächenförmige Anordnungen bzw. Arrays. Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Herstellung einer Preßform für vier linear angeordnete, sphärische Mikrolinsen, wobei die nach Fig. 1 hergestellte Preßform dann in einer Preßanordnung einsetzbar ist, wie sie die Fig. 2 zeigt. Die Anordnung, wie sie die Fig. 1 zeigt, umfaßt einen Linearpositionierer 101 mit einem Grundkörper 102, in dem ein Preßform-Rohling 103 gehalten ist. In einem Stift 104, der mit seiner Achse senkrecht zu der Ebene des Preßform-Rohlings 103 gehalten ist, trägt an seinem Ende eine Kugellagerkugel 105 in einer entsprechenden Mulde, wobei die Kugellagerkugel 105 in die Mulde des zylindrischen Stifts 104 eingeklebt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser der Kugel 105 2 mm. Der Stift 104 ist in einer Scheibe 106 aus Edelstahl geführt, die auf der Oberseite des Preßform-Rohlings 103 bzw. auf einer Auflagefläche 107 des Grundkörpers 102 flächig aufliegt. Sowohl der Stift 104 als auch die Scheibe 106 sind in einem Träger 108 geführt, der horizontal zwischen einem Federelement 109 auf der einen Seite und einer Mikro-Positionierschraube 110 auf der anderen Seite geführt ist. Mit der Mikro-Positionierschraube 110 wird der Stift 104 mit der Kugel 105 über dem Preßform-Rohling, der beispielsweise aus kristallinem ZrO₂ besteht, einpoliert, indem der Stift 104 über einen geeigneten Antrieb um seine Achse und damit die Kugel 105 gedreht wird. Die Edelstahl-Scheibe 106 dient dabei als Führung für den Stift 104 und der Kugel 105. Als Poliermittel wird Diamantpaste der Korngröße 25 µm bis 0,15 µm verwendet. Ein zylindrischer Ring 112, der auf den Stift 104 aufgesetzt und vom Ende des Stifts 104 bzw. dem Ende der Kugel 105 zurückversetzt ist, dient als Tiefenanschlag für das Eindringen der Kugel 105 in den Preßform-Rohling 103. Dieser Anschlag kann durch geeignete, nicht dargestellte Einstellmittel in Achsrichtung des Stifts 104 verschoben werden und damit kann die Einschleiftiefe der Kugel 105 in dem Rohling 103 reproduzierbar eingestellt werden. Nachdem eine erste, sphärische, der Form der Kugel 105 angepaßte Preßform-Vertiefung 111 gebildet ist, wird der Träger 108 über die Mikro-Positionierschraube 110 in X-Richtung, wie dies durch den Pfeil in Fig. 1 angedeutet ist, gegen den Gegendruck des Federelements 109 verschoben, um dann im Anschluß an die Vertiefung 171 eine weitere Vertiefung in den Rohling 103 einzubringen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Nacheinander können in dem dargestellten Preßform-Rohling 103 vier solcher spärischer Vertiefungen 111 in einer linearen Anordnung gebildet werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Entsprechend der Darstellung der Fig. 1 kann eine weitere, nicht dargestellte Positioniereinrichtung vorgesehen werden, um den Träger 108 zusammen mit dem Stift 104 und der Kugel 105 in der Y-Richtung zu verschieben, um ein Array bzw. eine Feldanordnung aus sphärischen Vertiefungen 111 zu bilden. Um identische, sphärische Vertiefungen zu erhalten, ist es in einfacher Weise möglich, die Kugellager-Kugel 105 während des Bearbeitungsverfahrens des Preßform-Rohlings 103 gegen eine neue, ungebrauchte Kugel auszutauschen. Es hat sich gezeigt, daß mit der Diamantpaste die Oberflächenrauhigkeit, mit während des Schleifens abnehmender Korngröße, auf weniger als 0,1 µm reduziert werden kann. Entsprechend der Eindringtiefe der Kugel 105 kann beispielsweise der Durchmesser der sphärischen Vertiefung 1 mm betragen. Benachbarte Vertiefungen 111 können mit ihren Randbereichen in einem Abstand von 0,2 mm zueinander angeordnet werden. Mikrolinsen-Arrays mit 10 × 10 Mikrolinsen sind problemlos mit der Anordnung nach Fig. 1 herstellbar.

Preßformen, die aus den Preßform-Rohlingen 103 der Fig. 1 hergestellt sind, werden dann in eine Preßanordnung 201 eingesetzt, wie sie In Fig. 2 dargestellt ist. Um bikonvexe Linsen zu fertigen, wird jeweils eine Preßform 202 und 203 in eine Halterung 204 und 205 eingesetzt, die gegenüberliegend zueinander positioniert sind. Jede Halterung 204, 205 Ist mit integrierten Heizeinrichtungen 206 und 207 ausgestattet. Ein oder mehrere, nicht dargestellte Thermoelemen­ te messen die Temperatur der Preßformen 202, 203. Zum Pressen von bikonvexen Mikrolinsen oder Mikrolinsenreihenanordnungen wird das Ende einer 1 mm dicken, bis zu 10 m langen, polykristallinen AgBr-AgI-Faser 208 über eine hülsenförmige Führung 217 geführt zwischen die beiden Preßformen 202, 203 geschoben. In dem gezeigten Beispiel weist die AgBr-Agl-Faser 208 einen AgI-Anteil von 5 mol-% auf. In der Stellung, die in Fig. 2 dargestellt ist, werden die beiden Halterungen 204, 205 über die Heizeinrichtung 206, 207 erwärmt und die Preßformen 202, 203 aufeinanderzubewegt, wofür die obere Preßform an einem Kolben 210 gehalten ist. Um die Preßtiefe zu begrenzen, sind an dem Kolben 210 Anschläge 211 vorgesehen, während die untere Halterung 204 über ein höhenverstellbares Gestell 212 gehalten ist. Um eine korrekte Ausrichtung der oberen Preßform 203 zu der unteren Preßform 202 zu gewährleisten, ist an dem Kolben 210 ein Positionierungssensor 213 vorgesehen. Mit dem Aufeinanderzubewegen der beiden Halterungen 204, 205 bzw. der beiden Preßformen 202, 203 wird gleichzeitig der gepreßte Faserabschnitt 214 entlang der Linie 215 mit einem Messer 216 abgetrennt. Bei dem Messer handelt es sich um eine polierte Schneide aus kristallinem Zirkoniumoxid, um eine Reaktion mit dem Fasermaterial zu vermeiden. Weiterhin ist eine Zirkoniumoxidschneide sehr hart, so daß sie durch den Schneidvorgang nicht beschädigt wird. Der Preßdruck für die Faser mit der in Fig. 2 dargestellten Anordnung beträgt etwa 80 MPa; die Deformationsgeschwindigkeit während der Druckbeaufschlagung ist kleiner 1 mm/s. Der Preßvorgang wird in einer stickstoffgefüllten Atmosphäre 209 innerhalb des Gehäuses der Preßanordnung 201 durchgeführt. Die gepreßten und von der Faser 208 abgetrennten Faserabschnitte 214 werden dann in Richtung des Pfeils 218 nach öffnen der Halterung 204 und 205 abtransportiert und anschließend wird das Ende der Faser 208 in Richtung des Pfeils 218 vorgeschoben, um den nächsten Faserabschnitt zwischen die Preßformen 202, 203 zu bringen. Die jeweilige Länge der Faserabschnitte beträgt etwa 6 mm in der dargestellten Ausführungsform.

In Fig. 3 ist eine Preßanordnung 301 dargestellt, um auf das Ende einer Faser 302 ein sphärisches Faserende zu formen. Die Preßanordnung entspricht im wesentlichen dem Aufbau der Preßanordnung 201 der Fig. 2 in Bezug auf die obere Halterung 303, die Preßform 304, die Heizeinrichtung 305 in der Halterung 303, den Kolben 306, an dem die Halterung 303 geführt ist, den Anschlägen 307 und den Positionierungssensor 308. Anstelle der unteren Halterung 204 und der unteren Preßform 202 der Fig. 2 ist in der Anordnung der Fig. 3 eine hülsenförmige Führung 309 an dem Gehäuse 310 angeordnet, in der eine Faser 311 geführt ist. Die Faser 311 besitzt in dieser Ausführung einen Durchmesser von 1 mm und ist aus AgBr-AgI als feste Lösung mit einem Silberjodidanteil von 5 mol-% hergestellt. Die Preßform 304 besitzt eine einzelne, sphärische Vertiefung 312, die beispielsweise mit einer Anordnung, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, in die Preßform 304 eingebracht ist. Das Faserende der Faser 311 wird über die Stirnseite der hülsenförmigen Führung 309 überstehend vorgeschoben. Zum Aufpressen eines sphärischen Faserendes auf die Faser 311 wird die Halterung 303 mittels der Heizeinrichtung 305 auf etwa 200°C erwärmt und dann wird der Kolben 306 nach unten auf das Ende der Faser 311 bewegt. Mit einem Preßdruck von etwa 80 MPa wird die sphärische Vertiefung 312 auf das Faserende aufgepreßt, danach der Kolben 306 wieder nach oben bewegt und die Faser aus der hülsenförmigen Führung 309 herausgezogen.

In den Fig. 4a bis 4h sind verschiedene mikrooptische Elemente gezeigt, die als einzelne, mikrooptische Elemente hergestellt oder auf ein Faserende aufgepreßt werden können, und zwar mit Anordnungen, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt und vorstehend beschrieben sind. Die Durchmesser und Krümmungsradien der in den Abb. 4a und 4b dargestellten Mikrolinsen betragen 0,5 mm, während die Einzelmikrolinse des In Fig. 4c gezeigten Mikrolinsen- Arrays einen Durchmesser von 0,35 mm bei einem Krümmungsradius von 0,25 mm besitzt. In Fig. 4d ist eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Mikro-Fresnel-Linse dargestellt, die auf der Gegenseite eine konvex gekrümmte Oberfläche besitzt. Die Linse der Fig. 4e besitzt eine plane, dem Mikro-Gitter gegenüberliegende Linsenfläche. Aufgrund der breiten, spektralen Transparenz des erfindungsgemäß eingesetzten Ausgangsmaterials in Form einer polykristallinen Faser oder eines Abschnitts einer Faser mit einem spektralen Durchlaßbereich von 0,4 µm bis 30 µm, die aus einem Ausgangsmaterial einer festen Lösung hergestellt sind, ergibt sich eine breite Einsatzmöglichkeit der Mikrolinsen und Mikro-Gitter bzw. der Fasern der Fig. 4f, 4g und 4h mit unterschiedlich geformten Faserenden, sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Spektralbereich. Die Fasern mit den in den Fig. 4f bis 4h gezeigten sphärischen, parabolischen bzw. hyperbolischen Faserenden sind insbesondere für flexible Fokussieroptiken geeignet und finden ihren besonderen Einsatz in der Lasermedizin, der Laser- Materialbearbeitung und der Spektroskopie. Beispielsweise kann mit dem hyperbolischen Faserende, wie es in Fig. 4h dargestellt ist, der Durchmesser der fokussierten Strahlung um einen Faktor 1,8 gegenüber dem sphärischen Faserende, wie es in Fig. 4f dargestellt ist, verringert werden.

In Fig. 5a ist ein Verfahren bzw. eine schematische Anordnung dargestellt, mit der der Fokusdurchmesser einer erfindungsgemäß hergestellten Mikrolinse 501 bestimmt werden kann. Dazu wird die Mikrolinse 501, bei der es sich um eine Mikrolinse mit einer sphärischen Strahleintrittsfläche und einer ebenen Strahlaustrittsfläche handelt, mit einem parallelen Strahlenbündel 502 beleuchtet. Der Fokus der Mikrolinse 501 wird über die beiden Cassegrain-Spiegeloptiken 503, 504 mit Hilfe der Justieroptik 505 und einer Feldblende 506 im Strahlengang zwischen den beiden Spiegeloptiken 503 und 504 und einem Positionierer 507, auf dem die Mikrolinse 501 in der X-, Y- und Z-Richtung einstellbar gehalten ist, auf ein HgCdTe-Detektorelement 508 (Hg, Cd, Te sind die Elemente, aus denen das Detektorelement besteht) abgebildet.

In Fig. 5b sind zwei Spektren aufgetragen, die mit der Anordnung nach Fig. 5a aufge­ nommen sind, und zwar die Intensität in Abhängigkeit der Wellenlänge, die durch die Mikrolinse 501 hindurchgelassen wird. Das in durchgezogener Linie aufgetragene Spektrum stellt einen Meßfleck auf dem Detektorelement 508 mit einem Durchmesser von 100 µm dar, während das mit unterbrochener Linie aufgetragene Spektrum einen Meßfleck auf dem Detektorelement 508 mit einem Durchmesser von 60 µm zeigt. Ein Vergleich dieser beiden Spektren zeigt, daß mehr als 95% der fokussierten Intensität innerhalb eines aufgenommenen Bereichs mit einem Durchmesser von 60 µm liegen. Weiterhin zeigen diese Spektren, daß die Mikrolinse eine gute Transparenz im Wellenlängenbereich zwischen 2 und 18 µm besitzt. Strahlung mit Wellenlängen größer als 18 µm kann mit dem hier verwendeten HgCdTe-Element nicht nachgewiesen werden. In Fig. 6a ist ein Spektrum, das mit einer erfindungsgemäßen Mikrolinse aufgenommen ist (gestrichelte Kurve), einem Spektrum, das ohne erfindungsgemäße Mikrolinse aufgenommen ist (durchgezogene Kurve), gegenübergestellt. Beide Spektren wurden mit einem Aufbau vermessen, wie er in Fig. 5a dargestellt ist. Das Mikrolinsen­ spektrum zeigt analog dem Spektrum, das ohne Mikrolinse angenommen wurde, keine Streuverluste im kurzwelligen Bereich. Dies ist ein Hinweis auf eine sehr feine, mikrokristalline Struktur des Ausgangsmaterials und auf die optische Qualität der Oberflächen der Mikrolinse, die mit dem erfindungsgemäß eingesetzten Material bzw. mit dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren erzielt werden. Außerdem ist das Fehlen von zusätzlichen Absorptionsbanden im Spektrum typisch für die polykristalline IR-Faser, die aus einem Ausgangsmaterial in Form einer festen Lösung hergestellt ist, und zwar für die Herstellung mikrooptischer Elemente.

In Fig. 6b ist das Transmissionsspektrum einer 4 m langen, polykristallinen AgBrI-Faser mit sphärischem Faserende, wie es beispielsweise mit der Anordnung der Fig. 3 hergestellt und in Fig. 4f gezeigt ist, dargestellt. Die breite, absorptionsfreie, spektrale Transparenz der Faser im Bereich von 4 bis 18 µm ermöglicht Anwendungen, insbesondere in der Spektroskopie, die ansonsten mit herkömmlichen Glasfasern dadurch eingeschränkt sind, daß der absorptionsfreie Spektralbereich wesentlich enger ist und nur wenig spektrale Information zur Verfügung steht. Das sphärische, unmittelbar auf die Faser aufgepreßte Ende ersetzt Fokussierungsoptiken, vermindert Strahlungsverluste an Übergangsbereichen zwischen einem Faserende und einer Linsenoptik und gestaltet die Faser dadurch wesentlich flexibler.

Fig. 7 zeigt schematisch die Anwendung der erfindungsgemäß hergestellten Mikrolinse in der Projektebene eines herkömmlichen Spiegelmikroskops. In diesem IR-Mikroskop, das einen klassischen Aufbau aufweist, ist eine sphärische Mikrolinse 701 zur Verbesserung der Ortsauflösung eingesetzt. Aufgrund der großen Wellenlängen (bis 20 µm) machen sich Beugungseffekte in der IR-Mikroskopie sehr stark bemerkbar. Sie können sowohl zur Fehlinterpretation der Meßergebnisse als auch zu starken, spektral abhängigen Intensitätsverlusten führen. Die Mikrolinse 71 fängt als Immersionslinse, mit einem Durchmesser und einem Krümmungsradius von 0,5 mm und einer Dicke von 0,75 mm, die stark gebeugten Strahlen 702 in das Objektiv 703 ein. Sie verringert die spektral abhängigen Intensitätsverluste aufgrund des hohen Brechungsindex des Linsenmaterials (n = 2,2) und verbessert die beugungsbedingte Auflösung um einen Faktor n.

Ähnlich ist die Wirkung der sphärischen Mikrolinse 801, die in Fig. 8 dargestellt ist, die fest mit einem Detektor 802 verbunden ist. Die Mikrolinse 801 ist mittels einer Haft-Zwischen-schicht 803 auf einer Detektorkontaktierung 804 befestigt. Aufgrund der breiten, spektralen Transparenz der erfindungsgemäß hergestellten Immersionsmikrolinse 801 wird das Signal- Rausch-Verhältnis eines HgCdTe-Detektorelements 805, das auf einem Trägerkörper 806 angeordnet ist, verbessert, was wiederum zum Beispiel in der IR-Mikrospektroskopie geringere Meßzeiten und eine bessere Ortsauflösung ermöglicht.

Fig. 9 zeigt eine weitere Möglichkeit des Einsatzes einer kombinierten Mikrolinsenanordnung in Form eines Mikroobjektivs 901, das aus einer Bikonvex-Linse 902 und einer Meniskus-Linse 903 besteht, die In einer Trägerstruktur 904 an ihrem Rand gehalten sind. Diese Linsenkombination verringert den Fokusdurchmesser einer einzelnen, planen Konvex-Linse um einen Faktor 1,7. Aufgrund der breiten, spektralen Transparenz des Ausgangsmaterials, die im Bereich von 0,4 bis 30 µm liegt, kann dieses Objektiv sowohl im sichtbaren Spektralbereich als auch im infraroten Spektralbereich, für die es durchlässig ist, eingesetzt werden.

In den Fig. 10a, 10b, 11 und 12 sind weitere Anwendungsmöglichkeiten für den Einsatz von Mikrolinsen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den entsprechenden Materialien hergestellt sind und die in einem Spektralbereich von 0,4 bis 30 µm durchlässig sind, gezeigt.

Fig. 10a zeigt eine Ausführung eines Infrarot-Emissions-Mikroskops. Als Probe 1001 wird beispielsweise ein mikroelektronisches Bauelement 1001 auf Siliziumbasis untersucht. Aufgrund der Transparenz der erfindungsgemäß hergestellten Mikrolinsen, insbesondere im langweiligen Spektralbereich (bis 30 µm). können sehr geringe, lokale Temperaturerhöhungen nachgewiesen werden. Der gewünschte Meßfleck wird auf der Probe 1001 über eine Mikroskopoptik ausgewählt. Anschließend wird die Probe 1001 auf einem beheizbaren, XYZ- Positionierer 1002 in den Fokus des Mikrolinsensystems 1003 geschwenkt. Das Mikrolinsensystem 1003 besteht aus vier identischen, sphärischen Mikrolinsen mit einem Krümmungsradius und einem Durchmesser von 1 mm und einer Dicke von 0,35 mm. über eine Feldblende 1004 wird die gewünschte Meßfleckgröße eingestellt. Die Messung wird durchgeführt, indem die Probe 1001 über den XYZ-Positionierer 1002 aufgeheizt und der eingestellte Meßfleck abgetastet wird. Damit die emittierte IR-Strahlung mit ausreichender Empfindlichkeit von einem stickstoffgekühlten HgCdTe-Detktorelement 1005 nachgewiesen werden kann, wird sie mit einem Chopper 1006 moduliert. Falls in einer solchen Anordnung dickere Mikrolinsen eingesetzt werden, wird aufgrund der höheren numerischen Apertur eine bessere Ortsauflösung erreicht. Gleichzeitig verringert sich jedoch der Abstand zur Probe. Die höchste Auflösung liefert eine Anordnung, bei der die Mikrolinse direkt auf der Probe sitzt. Fig. 10b zeigt den Aufbau eines Reflexions/Transmissions-IR-Mikroskops. Diese Anordnung kann zur Bestimung der optischen Eigenschaften wie Reflexion, Transmission und Absorption von Proben 1001 mit einer Inhomogenität auf der Skala weniger Mikrometer benutzt werden, wozu entweder ein Reflexionselement 1007 oder ein Transmis­ sionselement 1008 eingesetzt wird. Die Probe 1001 befindet sich wiederum, entsprechend Fig. 10a, auf einem XYZ-Positionierer 1002. Der gewünschte Meßfleck auf der Probe 1001 wird mit einem Mikroskop ausgewählt. Anschließend wird die Probe 1001 in das Mikrolinsensystem 1003 geschwenkt und in vertikaler Richtung mit der über einen Strahlteiler 1009 in Reflexion 1007 eingekoppelten IR-Interferometerstrahlung auf maximale Intensität an einem Detektorelement 1005 nachjustiert. Analog zum IR-Emissionsmikroskop der Fig. 10a wird der gewünschte Meßbereich abgetastet und in jeder Stellung ein Reflexions- und/oder Transmissionsspektrum aufgenommen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Spiegelmikroskopen sind keine Blenden zur Begrenzung des Meßflecks erforderlich. Die Anzahl der optischen Komponenten beschränkt sich auf drei Mikrolinsen und einen Strahlteiler 1009, wie dies in Fig. 10b zu sehen ist. Die Größe des IR-Mikrolinsenmikroskops wird nur noch durch die Dimension des Positionierers 1002 bzw. des stickstoffgekühlten Detektors 1005 bestimmt. Hierdurch und durch die hohe numerische Apertur wird der Lichtleitwert, verbessert. Der hohe Lichtleitwert und die Empfindlichkeit des an die Größe des Meßflecks angepaßten Detektorelements 1005 ermöglichen den Betrieb des Mikrolinsenmikroskops mit einem Parallelstrahl 1007, 1008.

In den Abb. 11 und 12 ist eine Beleuchtungs- und Detektionsoptik für flexible Reflexionsmessungen (Fig. 11) bzw. Transmissionsmessungen (Fig. 12) in einem Infrarotspektrometer gezeigt. Diese Anordnungen ermöglichen infrarotspektroskopische und infrarotmikroskopische Untersuchungen in Umgebungen, in denen herkömmliche Strahlführungssysteme aufgrund der Dimension ihrer empfindlichen Optiken nicht eingesetzt werden können.

Wie die Fig. 11 zeigt, wird in der auf Reflexionsmessungen ausgerichteten Anordnung der parallele IR-Interferometerstrahl 1101 über eine plankonvexe Linse 1102 mit einem Öffnungswinkel von 200 in die Beleuchtungsfaser 1103 (Durchmesser 0,7 mm) eingekoppelt und mit einem sphärischen oder asphärischen Faserende 1104 auf die Probe 1105 fokussiert. Das reflektierte Licht wird von einer Detektionsfaser 1106, auf die ebenfalls ein mikrooptisches Einkoppelelement 1107 mit einer Anordnung entsprechend Fig. 3 aufgepreßt ist, erfaßt und auf ein Detektorelement 1108 an dem anderen Ende der Detektionsfaser 1106 gebündelt. Der Öffnungswinkel, mit dem die Probe beleuchtet und das reflektierte Licht aufgesammelt wird, kann über die Krümmung des Faserendes 1104 bzw. das entsprechende, aufgepreßte mikrooptische Element eingestellt werden. Für mikroskopische Messungen mit parabolischen Faserenden 1104 beträgt der Öffnungswinkel zum Beispiel 60° und der Fokusdurchmesser 40 µm. Werden Fasern mit kleinerem Durchmesser eingesetzt, kann der Fokusdurchmesser weiter reduziert werden. Für mikroskopische Untersuchungen ist die Kombination einer Beleuchtungsfaser 1103 mit kleinem Durchmesser (zum Beispiel 0,3 mm) und einer Detektionsfaser 1106 mit größerem Durchmesser (zum Beispiel 1 mm) als bevorzugt anzusehen. Die große Detektionsfaser 1106 sammelt einen größeren Anteil der an der Probe 1105 gebeugten Strahlung auf, wodurch ein höheres Auflösungsvermögen erhalten wird. Sphärische Faserenden mit einem Krümmungsradius von 1,5 mm an dem Faserende 1104 der Beleuchtungsfaser 1103, Durchmesser 0,7 mm, fokussieren die Strahlung mit einem Öffnungswinkel von 150. Der Fokusdurchmesser beträgt dann 500 µm. Die vorstehenden Ausführungen. hinsichtlich der Reflexionsanordnung der Fig. 11 können sinngemäß auf die Transmissionsanordnung in einem Infrarotspektrometer der Fig. 12 übertragen werden. Auch in diesem Fall wird der Interferometerstrahl 1101 über eine Plankonvexlinse 1102 in eine Beleuchtungsfaser 1103 eingekoppelt und auf die Probe 1105 fokussiert. Die Probe wird durchleuchtet und das transmittierte Licht über eine Detektionsfaser 1106 abgegriffen und dem Detektorelement 1108 zugeführt. Auch in diesem Fall sind die Faserenden 1104 und 1107 in Form von mikrooptischen Elementen unmittelbar auf die Enden der Fasern 1103 und 1106 aufgepreßt.

In den Ausführungsformen 11 und 12 besteht die Möglichkeit, die Detektionsfaser um einen Winkel ω, durch den Pfeil 1109 in Fig. 12 angedeutet, um den Meßfleck zu drehen. Hierdurch können beispielsweise die Streueigenschaften von Proben 1105 untersucht werden. In den Fig. 13 bis 18 sind weitere mikrooptische Bauelemente, die am Ende einer Faser ungeformt sind, dargestellt.

Die Fig. 13a und 13b zeigen die Einkopplung von Strahlung 1303, die von einer Laserdiode 1304 ausgeht, in das Ende 1305 einer Faser 1302, wobei die Faserachse in der Draufsicht der Fig. 13a und der Längsschnittansicht der Fig. 13b mit dem Bezugszeichen 1301 angegeben ist. Das Faserende 1305 bzw. die Einkoppelfläche ist unter einem Winkel α von 45° zu der Faserachse 1301 angeschnitten. Typischerweise beträgt die Strahlungsdivergenz einer von einer Laserdiode 1304 ausgehenden Strahlung 1303 40° bis 80° in der einen Richtung bzw. 10° bis 15° in der dazu senkrecht stehenden Richtung, wie dies in den beiden Darstellungen aus verschiedenen Richtungen der Fig. 13a und 13b ersichtlich ist. Die Länge und die Dicke der aktiven Laserschicht der Laserdiode 1304 beträgt 200 µm in der einen Richtung bzw. 1 µm in der dazu senkrecht stehenden Richtung. Die zylindrische Oberfläche der Faser 1302 und das unter 45° geschnittene Faserende 1305 formen die divergente Laserstrahlung in nahezu paralleles Licht innerhalb der Faser 1302 um. Weiterhin verhindert ein so geformtes Faserende 1305 die Rückkopplung von reflektiertem Licht in die aktive Schicht der Laserdiode 1304; eine solche Rückkopplung würde ansonsten den Mode und die Frequenz des emittierten Lichts zerstören. Auch in diesem Anwendungsfall ist der breite, durchlässige Spektralbereich der erfindungsgemäß hergestellten Faser 1302 von Vorteil.

Die Fig. 14a und 14b zeigen einen ähnlichen Anwendungsfall wie die Fig. 13a und 13b mit einer Draufsicht auf das Faserende 1405 und einer Schnittansicht durch die Faser 1402 entlang der Faserachse 1401. Das Faserende 1405 ist in Form einer konischen Spitze ausgeführt, wie die Schnittansicht der Fig. 14b zeigt. Falls der halbe Öffnungswinkel des konischen Faserendes 1405 weniger oder gleich α = π/4 beträgt, kann ein so geformtes mikrooptisches Element als total reflektierendes Faserende 1405 eingesetzt werden, wie durch den Strahlverlauf 1403 in der Fig. 14b angedeutet ist. Ein solches optisches Element wäre beispielsweise zur Verlängerung des optischen Wegs in ATR-Fasersensoren (ATR Attenated Total Reflection - Abgeschwächte Totalreflexion) geeignet.

Eine Mehrfachanordnung konzentrischer Konusringe ist in den Fig. 15a und 15b dargestellt, wobei wiederum der halbe Öffnungswinkel des konischen Faserendes 1505 der Faser 1502 unter einem Öffnungswinkel α zu der Faserachse 1501 weniger als π/4 beträgt, so daß verschiedene Strahlen 1503 an den Konusringen 1504 total reflektiert und in die Faser 1502 zurückreflektiert werden.

Ein mikrooptisches Faserelement 1602 ist an seinem Faserende 1605 unter einem Winkel α zur Faserachse 1601 sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig der Strahlung 1603 angeschnitten. In der Einfallsebene polarisierte Strahlung 1603 fällt unter einem Winkel i = 2arctann - π/2 zur Faserachse 1601 auf das schräge Faserende 1605 ein, wobei das Faserende 1605 unter einem Winkel von α = arctann zur Faserachse 1601 angeschnitten ist. In dieser Anordnung wird das in der Einfallsebene polarisierte Licht reflexionsfrei in die Faser 1602 ein- und ausgekoppelt. Auch ein solcher Anwendungsfall ist mit einer erfindungsgemäß hergestellten Faser 1602 dann von Vorteil, wenn ein breitbandiger, spektraler Durchgangsbereich, d. h. ein Durchlaßbereich zwischen 0,4 bis 30 µm, gefordert wird.

In den Fig. 17a und 17b ist eine Anordnung zur gleichzeitigen Einkopplung von Strahlung 1703, die von einer Vielzahl von Laserdioden 1704 abgegeben wird, die radial zu der Achse 1701 einer Faser 1702 angeordnet sind, dargestellt. Das Faserende 1705 der Faser 1702 weist eine konische Ausnehmung oder Vertiefung auf, die mit einem Öffnungswinkel α von 45° zur Faserachse 1701 dargestellt ist. Die einzelnen Laserdioden 1704 können Strahlung 1703 mit unterschiedlicher Wellenlänge abgeben, die über das total reflektierende Faserende 1705 in das Innere der Faser 1702 eingekoppelt werden. Die stark divergierende Strahlung der Laserdioden 1704 verläuft in der Faser 1702, aufgrund der Umformung an der zylinderförmigen Faseroberfläche, nahezu parallel, wie durch die Strahlen 1703 im Innern der Faser 1702 schematisch angedeutet ist. Eine solche Anordnung ist insbesondere für die Laserspektroskopie von Bedeutung.

In den Fig. 18a bis 18b sind verschiedene strahlungsteilende, plane Faserenden 1805, ähnlich der Ausführung der Fig. 17a und 17b, gezeigt, in die die Strahlung 1803 einzelner Laserdioden 1804 eingekoppelt werden. In umgekehrter Richtung können so geformte Faserenden auch als Strahlteiler benutzt werden. Hierbei stellt die Fig. 18d einen Strahlteiler mit ungleichmäßig aufgeteilten, ausgekoppelten Strahlungsintensitäten dar. Die Auskopplung von spektraler Breitbandstrahlung auf Detektoren mit unterschiedlich starker Empfindlichkeit ist eine weitere, mögliche Anwendung der in den Abb. 18a bis 18d dargestellten Faserenden. Eine weitere Anwendung ist in Fig. 19 gezeigt; sie zeigt die Kopplung zweier Fasern 1901 und 1902 an ein Faserende 1903 einer Faser 1902. Die zweiteilige Vertiefung 1904, die symmetrisch zur Faserachse 1905 verläuft, dient als jeweilige Reflexionsfläche, um die Strahlung 1906 in die jeweiligen Fasern 1901 und 1902 einzukoppeln.

Claims (22)

1. Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen für Anwendungen in einem Spektralbereich von 0,4 bis 30 µm, bei dem ein länglicher, polykristalliner Ausgangskörper durch Pressen plastisch verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung mikrooptischer Elemente mit linsenartiger Wirkung für Strahlung als Ausgangskörper eine aus einer festen Lösung hergestellte Faser oder ein Faserabschnitt mit sehr feiner Mikrokristallitstruktur mit Mikrokristalliten einer Größe im Bereich 0,1 µm bis 0,5 µm bereitgestellt werden, daß dieser Ausgangskörper mittels einer Preßform, die eine Negativform des mikrooptischen Elements darstellt, durch Druckbeaufschlagung zu dem mikrooptischen Element so verformt wird, daß die Oberfläche(n) des verformten Ausgangskörpers an der (den) Oberfläche(n) der Preßform anliegt bzw. anliegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern oder Faserabschnitte mit einem Durchmesser zwischen 50 µm und 3 mm bereitgestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern oder Faserabschnitte mit elliptischem Querschnitt bereitgestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern oder Faserabschnitt mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt bereitgestellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung parallel und/oder senkrecht zur Achse der Faser oder des Faserabschnitts erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Pressen das Ausgangsmaterial einer Wärmebehandlung unterworfen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßdruck kleiner als die Zerreißfestigkeit der Fasern angewandt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß während des Pressens eine Umgebungsatmosphäre aufrechterhalten wird, die gegenüber dem Fasermaterial bei der Verformungstemperatur inert ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung derart durchgeführt wird, daß die Deformationsgeschwindigkeit während der Druckbeaufschlagung auf die Faser oder den Faserabschnitt geringer als das 0,1-fache der Schallgeschwindigkeit in dem Fasermaterial ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial mit einem Messer und/oder einem Zerspanungswerkzeug in seine Form gebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Messer und/oder Zerspanungswerkzeug ein Material eingesetzt wird, das gegenüber dem Ausgangsmaterial inert ist und bei der Bearbeitung des Ausgangsmaterials nicht verformt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial eine feste Lösung aus:
x₁: AgCl in einer Konzentration (0-100 mol-%)
x₂: AgBr in einer Konzentration (0-100 mol-%)
x₃: AgI in einer Konzentration (0-10 mol-%)
mit x₁ + x₂ + x₃ = 100 mol-%
eingesetzt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ZnSe, KRS-5, CsI, BaF₂, Al₂O₃, CaF₂, NaCl, KCI, KBr, TlBr und/oder CsBr eingesetzt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf das geformte, mikrooptische Element eine Antireflexionsbeschichtung aufgebracht wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein mikrooptisches Element in Form einer Mikro-Fresnellinse hergestellt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein mikrooptisches Element in Form einer Zylinderlinse hergestellt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein mikrooptisches Element in Form eines Zylinders mit einer ersten, sphärischen, parabolischen, hyperbolischen oder Mehrfach-Anordnung von sphärischen und/oder parabolischen und/oder hyperbolischen optischen Oberflächen und einer zweiten, planen, sphärischen, parabolischen, hyperbolischen oder Mehrfachanordnung von sphärischen und/oder parabolischen und/oder hyperbolischen optischen Oberfläche hergestellt wird, wobei die erste und die zweite Oberfläche einen Abstand zueinander haben, der größer als dem 0,1-fachen des Durchmessers der eingesetzten Faser oder des eingesetzten Faserabschnitts ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zwei­ te optische Oberfläche unter einem Winkel von α = arctann, zur optischen Achse verlaufend gebildet wird, wobei α der Winkel zwischen der Ebene der Oberfläche und der Faserachse ist und wobei n der Brechungsindex des Fasermaterials ist.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite optische Oberfläche unter einem Winkel von α = 45° zur optischen Achse verlaufend gebildet wird, wobei α der Winkel zwischen der Ebene der Oberfläche und der Faserachse ist.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite optische Oberfläche als Vertiefung ausgebildet ist und in mindestens zwei plane Flächen unterteilt ist.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite optische Oberfläche mit einer konischen Vertiefung ausgebildet ist, deren Halbwinkel geringer oder gleich π/4 ist.

22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Oberfläche mit einer konischen Spitze und/oder mehreren konzentrisch angeordneten Konusringen ausgebildet ist, deren Halbwinkel geringer oder gleich π/4 sind.