DE69126518T2

DE69126518T2 - Verfahren zum herstellen von zylindrischen mikrolinsen bestimmter form und also hergestelltes produkt

Info

Publication number: DE69126518T2
Application number: DE69126518T
Authority: DE
Inventors: Thomas M. San Jose Ca 94040 Baer; James J. San Jose Ca 95129 Snyder
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2011-03-16
Also published as: EP0503006A1; US5080706A; JP3121614B2; WO1992006046A1; EP0503006A4; DE69126518D1; EP0503006B1; JPH05502851A; ES2103002T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Mikrolinsen. Speziell betrifft sie zylindrische Mikrolinsen zur Verwendung mit Laserdioden und integrierten optischen Bauelementen.

Beschreibung des Stands der Technik

Die Linse ist ein optisches Element, das Licht fokussieren oder defokussieren kann. Die bekanntesten Linsentypen sind kreisförmig; zum Beispiel fokussiert eine kreisförmige Sammellinse Licht auf einen Punkt. Solche Linsen sind für viele Anwendungen beispielsweise zum Abbilden und in der Fotografie nützlich. Die bekannte kreisförmige Linse hat eine Form, die um die optische Achse herum symmetrisch ist.
Ein weiterer wichtiger Typ einer Linse ist die zylindrische Linse. Eine zylindrische Sammellinse fokussiert das Licht längs einer Linie, die typischerweise mit "Strichfokus" bezeichnet wird. Die typische zylindrische Linse ist um eine senkrecht zur optischen Achse befindliche Hauptachse herum symmetrisch geformt. Zum Beispiel kann eine zylindrische gläserne Linse die Form eines Zylinders mit kreisförmigen Abmessungen um eine Mittelachse herum aufweisen. Das Licht fällt auf eine erste gekrümmte Oberfläche des Zylinders ein und tritt aus der anderen, zweiten gekrümmten Seite des Zylinders aus.
Für viele Anwendungen ist ein kreisförmiger Querschnitt jedoch nicht erwünscht, und deshalb können die Kurven der zylindrischen Linsen spezielle Formen erforderlich machen, die sehr unterschiedlich zu der kreisförmigen Kurve des vorherigen Beispiels sind. Die erforderliche Form kann flach sein oder könnte eine etwas andere, nicht kreisförmige, beispielsweise eine elliptische oder hyperbolische Kurve sein. Mit anderen Worten, zylindrische Linsen können mit vielfältigen gekrümmten Oberflächen ausgebildet sein. Die ausgewählte exakte Form ist sehr von der Anwendung abhängig.
Die kreisförmigen und flachen Formen sind leicht herzustellen und sind üblich bei zylindrischen Linsen. Jedoch weisen diese Formen Nachteile wie beispielsweise eine sphärische Aberration auf, die eine Fehlfokussierung der Randstrahlen verursacht. Die sphärische Aberration kann durch sorgfältige Konstruktion und Herstellung der Form der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche wesentlich reduziert werden. Andere Typen von Aberrationen wie beispielsweise der Asymmetriefehler können ebenfalls durch eine sorgfältige Konstruktion und Herstellung der Linse vermindert werden. Wenn eine Linse so konstruiert ist, daß sie alle bedeutenden Aberrationen wesentlich reduziert, dann kann sie "beugungsbegrenzt" bezeichnet werden. Eine beugungsbegrenzte Linse nutzt das empfangene Licht effizient, indem die höchste Intensität am Brennpunkt vorgesehen wird.
Eine wichtige Größe für jede beliebige Linse ist ihre numerische Apertur. Die numerische Apertur ist quantitativ gegeben durch:
N.A: (numerische Apertur) = n sin θ,
wobei θ die winkelartige Halböffnung der Linse und n der Brechungsindex des Mediums ist, in welchem das Licht fokussiert wird. Die numerische Apertur ist ein Maß des Auflösungs- und Lichtsammelvermögens einer Linse, die durch die Größe der Apertur und ihre Brennweite beeinflußt wird. Wenn die numerische Apertur einer Linse größer ist als die numerische Apertur der Quelle, die die Linse kollimiert, dann kann das gesamte Licht von dieser Quelle kollimiert werden. Andererseits kann dann, wenn die numerische Apertur der Linse geringer ist als die der Quelle, etwas von dem aus der Quelle ausgetretenen Licht nicht kollimiert werden und kann verloren gehen oder abgelenkt werden. Wenn eine Linse eine hohe numerische Apertur aufweist, dann kann sie als "lichtstark" bezeichnet werden. Sorgfältig konstruierte Linsenoberflächen auf optischen Bauelementen mit großem Maßstab (> 5mm) mit großen numerischen Aperturen (1 oder besser) können durch herkömmliche Schleif- und Polierverfahren hergestellt werden. Für Linsen mit kleinerem Maßstab (< 5mm) sind die herkömmlichen Schleif-und Polierverfahren jedoch ungeeignet, um zylindrische Linsen mit optischer Qualität zu erzeugen. Für kleine Mikrolinsen (< 1 mm) wurden andere Verfahren entwickelt. Es sind Mikrolinsen hergestellt worden, indem lichtempfindliches Glas, Glas mit abgestuftem Brechungsindex und rechnergestützt hergestellte optische Beugungselemente oder Phasen-Fresnel-Linsen verwendet wurden. Keines dieser Verfahren ist in der Lage gewesen, eine Linse mit einer numerischen Apertur herzustellen, die sich dem Wert von 0,5 oder größer nähert.
Bei der Herstellung von Mikrolinsen aus lichtempfindlichem Glas wird zuerst eine Maske auf dem Glas abgelegt und das außerhalb der gewünschten Linse befindliche Material wird dem Licht ausgesetzt. Wenn das Glas anschließend erhitzt wird, dehnt das belichtete Material sein Volumen aus, und der unbelichtete Linsenbereich wird zusammengedrückt. Die Kompression bewirkt, daß sich der Linsenbereich wölbt, wobei eine einfache Linse geformt wird.
Mikrolinsen mit abgestuftem Brechungsindex werden durch das Eindiffundieren von den Brechungsindex veränderndem Material in das Glas gebildet. Aus dem Diffusionsvorgang ergibt sich ein Brechungsindex, der sich vom Mittelpunkt der Linse zum Rand hin gleichmäßig verändert. Der abgestufte Brechungsindex fokussiert das Licht mehr als es eine herkömmliche Linse vermag. Bei einer beugenden Zwillingslinse oder einer rechnergestützt hergestellten Phasen-Fresnel-Linse wird die Oberfläche einer Glasplatte entsprechend einem durch einen Computer erzeugten Muster geätzt. Die geätzte Oberfläche ist ausgelegt, um Licht zu einem Brennpunkt zu beugen, so daß sie wie eine herkömmliche Linse funktioniert. Aus lichtempfindlichem Glas gefertigte zylindrische Mikrolinsen und planare Mikrolinsen mit abgestuftem Brechungsindex können in großer Menge preisgünstig hergestellt werden, aber diese einzelnen optischen Elemente sind in der Lichtempfindlichkeit auf numerische Aperturen von 0,25 bis 0,32 begrenzt und darüber hinaus kann die sphärische Aberration bei ihnen nicht korrigiert werden. Phasen-Fresnel-Linsen mit Beugungsoptik können fehlerkorrigiert werden, aber leistungsstarke Phasen-Fresnel-Linsen mit numerischen Aperturen, die sich dem Wert 0,5 annähern, erfordern die Verwendung einer unter einem Viertel Mikrometer liegenden Lithografie (sub-quarter-micron-lithography), die gegenwärtig jenseits des Stands der Technik liegt.
Optische Fasern mit kreisförmigem Querschnitt sind als zylindrische Linsen verwendet worden. Die optische Faser ist preisgünstig und leicht verfügbar. Die sphärische Aberration wird bei kreisförmigen optischen Fasern jedoch nicht korrigiert, d.h. derartige optische Fasern sind nicht beugungsbegrenzt.
Die Druckschrift GB-A-2 108 483 offenbart ein Verfahren der Formgebung einer zylindrischen Linse aus einem gläsernen Vorformling.
Eine solche Linse ist jedoch nicht beugungsbegrenzt.
Es wäre vorteilhaft, eine kundenspezifische beugungsbegrenzte, lichtstarke, zylindrische Linse sowie ein preisgünstiges Verfahren zur Herstellung einer solchen Linse bereitzustellen. Diese Linse könnte mit einer beliebigen der vielfältigen möglichen Eintritts- und Austrittsflächen entworfen sein. Eine derartige Linse könnte konstruiert sein, um zum Beispiel die sphärische Aberration zu korrigieren.
Zylindrische Mikrolinsen könnten in integrierten optischen Elementen und zum Fokussieren von Laserdioden-Gitterstrichen verwendet werden. In integrierten optischen Elementen könnte eine sorgfältig ausgelegte zylindrische Mikrolinse Licht effektiv und leicht in enge Wellenleiter oder in einen engen Spalt hinein oder aus ihnen heraus koppeln.
In einer weiteren Anwendung könnten zylindrische Mikrolinsen einen Teil eines preisgünstigen, hochleistungsfähigen Laserdiodensystems zum elektronischen Pumpen von Laser mit höherer Leistung bilden. Gegenwärtig weisen Hochleistungslaser einen Verstärkungswerkstoff auf, der durch Blitzlampen mit hoher Intensität optisch aktiviert wird, die ineffizient sind und Hochspannung erfordern. Im Vergleich zu Blitzlampen sind Laserdioden leistungsfähiger und langlebiger und erfordern eher elektrische Stromquellen mit niedriger Spannung als die Hochspannungsquellen, die zum elektronischen Pumpen von Blitzlampen verwendet werden. Der Ersatz von Blitzlampen durch Laserdioden würde die Leistungsfähigkeit eines Hochleistungslasers durch die Verringerung der elektrischen Kosten erhöhen, und ein derartiger Austausch würde ebenfalls die Zuverlässigkeit und die Langlebigkeit erhöhen. Darüber hinaus emittiert eine Laserdiode im wesentlichen eine einzige Wellenlänge, die passend zum Absorptionsspektrum des Verstärkungs materials für eine hochleistungsfähige Umwandlung von Pumpenergie in gespeicherte Energie im Verstärkungsmaterial ausgewählt werden kann. Die Pumpenergie kann aus einer regelmäßigen Anordnung von Laserdioden geliefert werden, die eine Anzahl von eng gestapelten Laserdiodenzeilen aufweist. in einer solchen Anordnung ist es nützlich, wenn im wesentlichen das gesamte durch die Laserdiodenzeilen emittierte Licht zu dem im festen Zustand befindlichen Verstärkerwerkstoff geliefert wird. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, daß die Laserdiodenstrahlen aus jeder einzelnen Laserdiodenzeile auf das Verstärkermaterial gerichtet werden. Jeder Teil des Strahlenbündels, der nicht auf das Verstärkermaterial gerichtet ist, kann verlorengegangene Energie sein. Die Laserdiodenzeilen haben jedoch eine numerische Apertur von etwa 0,5, und deshalb sollte eine geeignete zylindrische Linse eine numerische Apertur von 0,5 oder höher haben, eine Form, die jenseits des Standes der gegenwärtigen Technik liegt.
Falls eine beugungsbegrenzte zylindrische Linse mit einer numerischen Apertur vongrößer als 0,5 verfügbar wäre, könnte diese ein Strahlenbündel aus einer Laserdiode kollimieren. Ein kollimierter Strahl ist einer, der weder konvergiert noch divergiert, d.h. die Lichtstrahlen im Strahlenbündel verlaufen im wesentlichen parallel. Vergleichsweise konvergiert ein fokussiertes Strahlenbündel zum Brennpunkt und divergiert dann ins Unendliche. Die Laserdiodenzeile ist eine wirksame Quelle der Laserstrahlung, jedoch stellt das aus der Laserdiode emittierte 20 stark divergente Strahlenbündel Probleme bei den Anwendungen dar. Die Divergenz des Strahlenbündeis der Laserdiode wird durch ihre Austrittsöffnung verursacht, die sehr nahe längs einer Achse (der "lichtstarken" Achse) liegt ünd die entlang der anderen (senkrechten) Achse viel breiter ist. Der Querschnitt des längs der lichtstarken Achse (der engen Öffnung) emittierten Strahlenbündels ist infolge von Beugungseffekten sehr divergent. Im Vergleich dazu emittiert die breitere Öffnung einen Strahlenquerschnitt, der nur geringfügig divergiert. Herkömmliche optische Fasern mit kreisförmigem Querschnitt sind verwendet worden, um das Strahlenbündel aus einer Laserdiodenzeile zu kollimieren. Die kreisförmige Faser ist jedoch nicht beugungsbegrenzt und die kreisförmige Form hat den Nachteil einer sphärischen Aberration und somit würde ein großer Teil des durch eine derartige Faser fokussierten Lichts fehlgeleitet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung einer beugungsbegrenzten zylindrischen Mikrolinse mit hoher numerischer Apertur vorgeschlagen, umfassend die Schritte:
(a) Bilden eines nicht kreisförmigen gläsernen Vorformlings, der die Form einer zylindrischen Linse mit mindestens einer gekrümmten Oberfläche aufweist; und
b) Ziehen des gläsernen Vorformlings zur Bildung einer zylindrischen Linse mit einer Querschnittsform des Vorformlings, aber mit unter die Querschnittsabmessungen des Vorformlings verringerten Querschnittsabmessungen, zum Herstellen einer beugungsbegrenzten Linse.
Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Bilden einer beugungsbegrenzten zylindrischen Mikrolinse mit hoher numerischer Apertur vorgesehen, umfassend die Schritte:
(a) Bilden eines nicht kreisförmigen gläsernen Vorformlings in Form einer zylindrischen Linse mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten gekrümmten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegend angeordnet ist;
(b) Erwärmen des gläsernen Vorformlings auf die Erweichungstemperatur, so daß der Vorformling eine Viskosität aufweist, die ausreichend ist, um das Ziehen zu gestatten, wobei aber die genannte Viskosität gering genug ist, um im wesentlichen zu verhindern daß die Oberflächenspannung die Form des Vorformlings verformt;
Ziehen des gläsernen Vorformlings zum Bilden einer zylindrischen Linse mit der Querschnittsform des Vorformlings aber mit gegenüber den Abmessungen des Vorformlings verringerten Querschnittsabmessungen zum Herstellen einer beugungsbegrenzten Linse.
Außerdem wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine zylindrische Mikrolinse vorgeschlagen, umfassend:
eine erste optische Oberfläche; und
eine zweite optische Oberfläche, die zwischen 50 und 1000 Mikrometer von der ersten Oberfläche angeordnet ist;
wobei die erste und die zweite Oberfläche so ausgebildet sind, daß die Linse über ihre numerische Apertur im wesentlichen beugungsbegrenzt ist; und
die zylindrische Mikrolinse eine numerische Apertur aufweist, die größer als 0,4 ist.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Herstellen einer beugungsbegrenzten, nicht kreisförmigen, zylindrischen Mikrolinse mit hoher numerischer Apertur (lichtstark) vor. Das Verfahren kann für die Herstellung einer zylindrischen Linse angepaßt werden, die beinah jede beliebige Form auf der einen oder beiden ihrer optischen Flächen mit einer numerischen Apertur aufweist, die gleich 1,5 ist. Die zylindrische Linse ist im wesentlichen über ihre numerische Apertur beugungsbegrenzt. In einigen Ausführungsbeispielen kann die zylindrische Linse eine gekrümmte optische Fläche aufweisen, die die Form einer Hyperbel hat, oder kann in anderen Ausführungsbeispielen die Form einer Ellipse haben. In noch anderen Ausführungsbeispielen kann die zylindrische Linse eine etwas andere Form haben, die so konstruiert ist, um eine besondere vorgegebene Verteilung des Eintrittslichts in eine gewünschte Verteilung des Austrittslichts umzuwandeln.
Die gewünschte Form wird zuerst in einem gläsernen Vorformling ausgebildet, die gegenüber dem Enderzeugnis groß ist. Bei Abmessungen dieser Größe können herkömmliche Schleifverfahren verwendet werden, um die gewünschte Form auszubilden. Dann wird der gläserne Vorformling auf die Mindesttemperatur zum Ziehen erwärmt, und daraus wird eine Mikrolinse der gewünschten Abmessungen gezogen. Die Querschnittsform des Glases bleibt beim Ziehen konstant. Infolgedessen werden die Querschnittabmessungen ständig kleiner, während die Form die gleiche bleibt. Als Vorteil werden Unvollkommenheiten bei der Herstellung des Vorformlings ("Formfehler") zur Bedeutungslosigkeit verringert (weniger als eine Wellenlänge), wenn der Vorformling zu einer Mikrolinse gezogen wird. Zum Beispiel wird ein 0,0254 mm (0,001 Zoll) großer Defekt im Vorformling in der endgültigen zylindrischen Mikrolinse zur Bedeutungslosigkeit verringert. Als zusätzlicher Vorteil werden beim Ziehvorgang die Oberflächen der zylindrischen Linse infolge des Feuerpolierens optisch glatt.
Die vorliegende Erfindung umfaßt viele Anwendungen, wie beispielsweise integrierte optische Bauelemente, optische Detektoren und Laserdioden. Die Linse kann eine hochintensive Quelle der Laserstrahlung zum Pumpen eines Festkörperlasers mit hoher Durchschnittsleistung bereitstellen, wenn sie mit einer Laserdiodenzeile verbunden ist. In integrierten optischen Elementen kann eine Linse verwendet werden, um Licht in und aus Aperturen wie beispielsweise Wellenleitern zu koppeln. Die Linse kann ebenfalls verwendet werden, um Licht zu bündeln und dieses auf einen Detektor zu fokussieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine zylindrische Linse;
Fig. 2 den Querschnitt entlang des in Fig. 1 dargestellten Abschnitts einer zylindrischen Linse mit elliptischer Oberfläche;
Fig. 3 das Beispiel eines gläsernen Vorformlings in Form einer zylindrischen Linse;
Fig. 4 ein weiteres Beispiel eines gläsernen Vorformlings in Form 5 einer zylindrischen Linse;
Fig. 5 das Beispiel eines zum Herstellen eines gläsernen Vorformlings verwendeten Glasstabes;
Fig. 6 das Ablaufdiagramm eines bevorzugten Verfahrens zum Herstellen der zylindrischen Linse der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 den Querschnitt einer zylindrischen Linse mit hyperbolischer Oberfläche;
Fig. 8 den Querschnitt einer zylindrischen Linse, die mit einer Laserdiode verbunden ist;
Fig. 9 die perspektivische Ansicht einer Laserdiodenzeile und einer daran angeschlossenen zylindrischen Linse zur Bildung einer gemeinsamen Anordnung;
Fig. 10 ein die Konstruktion der Linse veranschaulichendes Schema;
Fig. 11 den Querschnitt eines Laserstrahis, der aus der Austrittsöffnung einer Laserdiode emittiert wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wird am besten durch einen Bezug auf die Figuren verständlich, in denen gleiche Teile überall mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen eine zylindrische Linse 10, die einen Körper 11 mit einer ersten Oberfläche 12 und einer zweiten Oberfläche 14 umfaßt. Die zylindrische Linse 10 hat einen Querschnitt, der entlang einer zylindrischen Achse 16 konstant ist; wobei der in der Fig. 2 gezeigte Querschnitt die gleiche Form darstellt wie das in der Fig. 1 veranschaulichte äußere Ende 17. Wie in Fig. 1 dargestellt, treten die Lichtstrahlen 18 in den Körper 11 der zylindrischen Linse 10 durch die erste Oberfläche 12 ein und treten durch die zweite Oberfläche 14 aus dieser Linse 10 aus. In anderen Formen kann die Richtung der Lichtausbreitung umgekehrt sein.
Das durch die zylindrische Linse 10 verlaufende Licht wird durch die Form der ersten Fläche 12 und der zweiten Fläche 14 stark beeinflußt. In Abhängigkeit von den Formen der Flächen 12, 14 und auch von der Ausbreitungsrichtung des Lichts kann das austretende Licht fokussiert, defokussiert, gedreht oder in seinen Eigenschaften anderweitig verändert werden. Wie es dargestellt wird, ist die erste Oberfläche 12 flach und die zweite Oberfläche 14 konvex; deshalb ist die in den Fig. 1 und 2 dargestellte zylindrische Linse 10 eine Kollimationslinse; wobei das Licht, das an der Eintrittsfläche 1 2 fokussiert wird, als Parallelstrahlen an der Austrittsfläche 14 austreten wird. In anderen Ausführungsbeispielen können die Formen der Flächen 12, 14 für unterschiedliche Eigenschaften beliebige einer vielfältigen Zahl von Formen wie beispielsweise eine konkave oder ebene Form haben und können unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von zylindrischen Mikrolinsen vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
(a) Bilden eines gläsernen Vorformlings 20 mit einer nicht kreisförmigen Form einer zylindrischen Linse, und
(b) Ziehen des gläsernen Vorformlings 20 zur Verringerung seiner Querschnittsabmessungen während seine Querschnittsform beibehalten wird, um eine zylindrische Mikrolinse mit hoher numerischer Apertur bereitzustellen.
Beispiele des gläsernen Vorformlings 20 sind in den Fig. 3 und 4 im allgemeinen bei den Bezugszeichen 20a, 20b veranschaulicht. Jeder gläserne Vorformling 20 hat einen zylindrischen Querschnitt, der eine erste Oberfläche 22 und eine zweite Oberfläche 24 aufweist. Dieser Querschnitt ist entlang einer zylindrischen Achse 26 unverändert. Die Fig. 3 zeigt eine Form, in welcher der gläserne Vorformling 20a eine erste Fläche 22a mit einer flachen Form und eine zweite Fläche 24a mit einer gekrümmten Form umfaßt. Die Fig. 4 veranschaulicht eine weitere Form des gläsernen Vorformlings 20b, wobei sowohl eine erste Fläche 22b als auch eine zweite Fläche 24b eine gekrümmte Form aufweist.
Die spezifische Querschnittsform des Vorformlings 20 ist natürlich stark von der gewünschten Anwendung der zylindrischen Linse, die daraus geformt wird, abhängig. Die Form des Vorformlings 20 wird in dem gesamten Tiefziehverfahren im wesentlichen beibehalten, und deshalb wird die Querschnittsform des Vorformlings 20 ausgewählt, um eine speziell vorgegebene Verteilung des Eintrittslichts in eine gewünschte Verteilung des Austrittslichts der endgültigen zylindrischen Mikrolinse umzuwandeln. In einigen Ausführungsbeispielen kann die eine oder die andere Fläche oder können beide Flächen 22, 24 des Vorformlings 20 die Form einer Hyperbel aufweisen, oder in anderen Ausführungsbeispielen können die eine oder die andere Fläche oder beide Flächen 22, 24 die Form einer Ellipse haben. In einem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 kann jede Fläche 22b, 24b die Form einer Hyperbel in entgegengesetzter Beziehung, wie in dieser Fig. veranschaulicht, aufweisen.
Zur Bildung eines gläsernen Vorformlings 20 kann eine beliebige Anzahl herkömmlicher Mittel wie beispielsweise Schleifen, Gießen oder Extrudieren verwendet werden. Die Qualität der fertigbearbeiteten zylindrischen Mikrolinse ist von der Qualität der Oberflächen des gläsernen Vorformlings 20 abhängig, wobei vorzugsweise das Formverfahren ausgewählt wird, das eine glatte und genaue Oberfläche auf dem gläsernen Vorformling erzeugt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung gestattet es jedoch, einige Nachteile der "Formfehler", die geringfügige Fehler bei der Herstellung des gläsernen Vorformlings 20 sind, auszugleichen. Zum Beispiel wird ein 0,0254 mm (0,001 Zoll) großer Defekt im Vorformling 20 in der endgültigen zylindrischen 5 Mikrolinse zur Bedeutungslosigkeit verringert.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zur Formgebung des Vorformlings 20 ein numerisch gesteuerter Universalschleifer verwendet, wie beispielsweise das Modell 1632 CNC Zylindrischer Schleifer mit einem wahlweise programmierbaren CNC-Bearbeitungskopf für Unrund- Schleifen, der von der Firma Weldon Machine Tool of York, Pennsylvania, erhältlich ist. Der gläserne Vorformling 20 kann aus einem kreisförmigen Glasstab wie beispielsweise dem in der Fig. 5 dargestellten Stab 30 geschliffen werden. Durch Verwendung des Universalschleifers wird der Stab 30 zu einer willkürlichen Form ausgebildet, womit der gläserne Vorformling 20 eine unbegrenzte Vielfalt von Formen aufweisen kann.
Für den Formvorgang zum Bilden des Vorformlings 20 wird eine Form mit gewünschter Gestalt erzeugt, wobei herkömmliche Mittel verwendet werden. Dann wird normalerweise das geschmolzene Glas ausgegossen oder in die Form gepreßt, um den Vorformling 20 herzustellen. Das Gießen hat den Vorteil der Beständigkeit und Präzision von einem Vorformling zum anderen. Die anfänglichen Bearbeitungskosten zur Herstellung der Gießform sind kostspielig, aber sobald die Form ausgebildet ist, sind zusätzliche Vorformlinge 20 leicht herzustellen.
Nachdem der gläserne Vorformling 20 geformt wurde, wird er auf eine Weise tiefgezogen, die den in der Faseroptikindustrie verwendeten Verfahren analog ist. Der gläserne Vorformling 20 wird zumindest auf die Mindesttemperatur zum Ziehen erwärmt, und eine Mikrolinsenfaser der gewünschten Abmessungen wird daraus gezogen. Die Querschnittsform des Glases bleibt nach dem Streckziehen konstant. Infolgedessen werden die Querschnittsabmessungen ständig kleiner, während die Form die gleiche bleibt. Die Querschnittsform des gläsernen Vorformlings 20 bleibt beim Ziehen konstant, jedoch werden die Querschnitts abmessungen ständig kleiner. Während des Verfahrens werden die Oberflächen durch Feuerpolieren optisch glatt, wobei dies vermutlich davon herrührt, daß die Temperatur auf der Oberfläche größer ist als die Innentemperatur. Das Feuerpolieren ist ein Oberflächeneffekt (Skineffekt).
Während des Ziehverfahrens wird der gläserne Vorformling 20 in einem Ofen mindestens auf die Erweichungstemperatur erwärmt. Vorzugsweise hat der gläserne Vorformling 20 einen Werkstoff mit geringer Erweichungstemperatur, wie beispielsweise SFL6, welches von der Firma Schott Glass of Duryea, Pennsylvania, erhältlich ist.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der zylindrischen Linse 1 (Fig. 1) ist im Ablaufdiagramm der Fig. 6 veranschaulicht. Im ersten Schritt, der im Fach 32 dargestellt ist, wird der gläserne Vorformling in die gewünschte Form geformt. Im nächsten Schritt, der im Fach 34 veranschaulicht ist, wird der gläserne Vorformling 20 in einen Ofen gelegt und erwärmt. Vorzugsweise wird die Temperatur sorgfältig auf die zum Ziehen minimal notwendige Temperatur geregelt. Vermutlich verhilft eine Minimaltemperatur dem Vorformling 20 dazu, seine Form während des Ziehens beizubehalten. Mit anderen Worten, die Ziehtemperatur wird vorzugsweise so gewählt, daß der Glaswerkstoff des Vorformlings 20 eine Viskosität aufweist, die ausreichend ist, um ein Ziehen zu gestatten, aber niedrig genug ist, daß die Oberflächenspannung die Gestalt des Vorformlings 20 nicht wesentlich verformt. Die Oberflächenspannung auf dem erwärmten Vorformling 20 wird eine Verformung der Gestalt des Vorformlings 20 und der streckgezogenen Linse bewirken, wenn die Viskosität zu hoch ist, oder wenn zugelassen wird, daß zuviel Zeit vergeht, während das Glas viskos bleibt. Natürlich wird die für eine besondere Anwendung gewählte Temperatur in Abhängigkeit von dem im Vorformling 20 enthaltenen Werkstoff variieren, wobei einige Werkstoffe niedrige und andere höhere Erweichungstemperaturen aufweisen. Im nächsten Schritt, der im Fach 36 dargestellt ist, wird der Vorformling 20 gezogen, indem analoge Faseroptikverfahren verwendet werden. Wenn der Vorformling 20 streckgezogen wird, wird eine zylindrische Mikrolinsenfaser mit verringerten Abmessungen gebildet. Zum Beispiel können die Abmessungen um einen Faktor von 50 bis 100 verringert werden. Die endgültigen Querschnittsabmessungen (Abstand von der ersten optischen Fläche zur zweiten optischen Fläche) der gezogenen Mikrolinsenfaser kann 50 Mikrometer klein oder möglicherweise 1000 Mikrometer (1 Millimeter) groß sein. Wenn die Mikrolinsenfaser gezogen ist, kann sie auf einen Zylinder aufgespult oder abgeschnitten werden. In dem nächsten Schritt, der im Fach 38 veranschaulicht ist, wird die Mikrolinsenfaser in Abschnitte mit einer gewünschter Länge, die von der Anwendung abhängig ist, zerschnitten.
Die in der Fig. 1 dargestellte zylindrische Linse 10 stellt einen Abschnitt einer nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gezogenen Mikrolinsenfaser dar. Derartige zylindrische Linsen 10 wurden experimentell mit Querschnittsabmessungen (Abstand zwischen der ersten Fläche 1 2 und der zweiten Fläche 14) von ungefähr 185 und 220 Mikrometer geformt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie beispielsweise dem in der Fig. 1 gezeigten, umfaßt die erste Fläche 12 eine flache Oberfläche und die zweite Fläche 14 eine gekrümmte Oberfläche auf. Speziell kann die zweite Fläche 14 die Form einer Ellipse aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel ist bevorzugterweise eine Brennlinie 40 der Ellipse auf der flachen Fläche 12 oder in deren Nähe angeordnet. Infolgedessen wird ein von der Brennlinie 40 ausgehendes divergentes Strahlenbündel 42 von der elliptischen Oberfläche 14 austreten und zu einem kollimierten Strahlenbündel 44 werden, wie es im Querschnitt gemäß Fig. 2 veranschaulicht ist. Das kollimierte Strahlenbündel 44 ist bezüglich sphärischer Aberration fehlerkorrigiert. Diese Konfiguration findet Anwendung beim Kollimieren eines aus einer kleinen Öffnung, wie beispielsweise einer Laserdiode, erzeugten Strahlenbündeis. Umgekehrt wird ein durch die elliptische Oberfläche 14 in die zylindrische Linse 10 eintretender kollimierter Strahl 44 längs der Brennlinie 40 fokussieren. Die Linse 10 mit plan-elliptischer Anordnung findet Anwendung beim Koppeln von Licht in eine Öffnung wie beispielsweise einem Detektor oder einem Wellenleiter in integrierten optischen Elementen. Zylindrische Linsen 10 mit dieser plan-elliptischen Anordnung wurden mit Brennweiten von 185 und 220 Mikrometer hergestellt. Die bis heute besten Ergebnisse wurden mit der zylindrischen Linse erzielt, welche die Brennweite von 220 Mikrometer aufweist.
Mit Bezug auf die Fig. 1 und 10 kann die zylindrische Linse 10 mit einer flachen ersten Oberfläche 12 und einer mit optischer Wirkung versehenen zweiten Oberfläche 14 ausgelegt sein, die eine ebene Welle auf der Achse in eine perfekte zylindrische Welle umwandelt. Eine mit "optischer Wirkung" versehene Fläche ist diejenige, die auf das Strahlenbündel einwirkt, um es zu beugen oder in anderer Weise zu formen. Das Folgende sind Betrachtungen zur Konstruktion, die beim Entwerfen einer besonderen Linse berücksichtigt werden können. Der Strahlenverlauf zwischen dem Scheitelpunkt der dielektrischen Trennfläche 45 und dem Brennpunkt 46 wird mit jedem anderen Strahlengang 46 zum Brennpunkt 46, wie es in der Fig. 10 dargestellt ist, gleichgesetzt:
n&sub2;f=n&sub1;x+n2 [(f-x)²+y²] (1)
wobei n&sub1; und n&sub2; jeweils die Brechungsindexe der Medien links und rechts der Trennfläche 25 sind und f die Brennweite von der Trennfläche 45 zum Brennpunkt 46 ist. Die Gleichung kann in die Standardform für einen Kegelschnitt mit dem Mittelpunkt x = a umgestellt werden.
(x-a)² / a² + y² / b² = 1 (2)
wobei
jeweils die Quadrate der großen und kleinen Halbachsen sind, und
Δ n&sub2; - n&sub1; ist (5)
Die Exzentrizität des Kegelschnitts ist
e [1±b²/a²] = n¹ / n² (6)
wobei das untere Zeichen in den Gleichungen (4) und (6) für n&sub1; > n&sub2; steht.
Es gibt zwei Kategorien von Oberflächen, die frei von sphärischer Aberration sind. Wenn sich das Medium mit dem hohen Index auf der rechten Seite befindet (d.h., n&sub1; < n&sub2;), dann ist der Koeffizient des y²- Terms in der Gleichung (2) positiv, und die Kurve ist eine Ellipse. Da der Brennpunkt sich innerhalb des Mediums mit höherem index befindet, hat diese Form die Eigenschaften einer Immersionsimse. Wenn sich das Medium mit dem hohen Index auf der linken Seite befindet, dann ist der Koeffizient des y²-Terms in der Gleichung (2) negativ und die Kurve ist eine Hyperbel. Für beide Kurven fällt der Brennpunkt der Linse mit dem einen Brennpunkt des Kegelschnitts zusammen, da aus den Gleichungen (3) und (6) sich folgende Brennweite ergibt:
Die Größe a ist der Abstand längs der x-Achse vom Scheitelpunkt des Kegelschnitts zu seinem Mittelpunkt, und ea ist der Abstand vom Mittelpunkt zum Brennpunkt.
Da die Brennweite zur großen Halbachse proportional ist und die Exzentrizität [Gleichung (6)] nur von den Brechungsindices abhängt, legt das Dimensionieren der Linsenabmessungen auch die Brennweite fest. Theoretisch beträgt die maximale numerische Apertur für eine planelliptische Linse:
wobei n&sub2; = der Brechungsindex in der Linse, n&sub1; = der Brechungsindex des Umgebungsmediums, a = der Abstand der großen Halbachse der Ellipse und b = der Abstand der kleinen Halbachse der Ellipse ist. Wenn sich die elliptische Linse in Luft befindet, wie es normal ist, dann ist die maximale numerische Apertur:
M.N.A.E11 = [n² - 1]
Wenn zum Beispiel die elliptische Linse aus SFL6 hergestellt ist, welches einen Brechungsindex von 1,78 bei 800 nm besitzt, dann beträgt die maximal mögliche numerische Apertur 1,47. Ein Linsenwerkstoff mit höherem Brechungsindex würde natürlich eine höhere numerische Apertur erzeugen.
Es wurde eine plan-elliptische zylindrische Linse 10 hergestellt. Ein 0,75 cm breiter Vorformling 20 wurde aus einem SFL6-Stangenmaterial auf einem numerisch gesteuerten Universal-Schleifer erzeugt. Die elliptische Linse hatte eine Brennweite von 220 Mikrometer und der Brechungsindex betrug 1,78. Die große Halbachse war a = 141,0 Mikrometer, die kleine Halbachse b = 11 7,0 Mikrometer und die Exzentrizität e = 0,56 groß. Die Dicke der Linse wurde so gewählt, daß sie ungefähr mit der Brennweite von 220 Mikrometer zusammenpaßt, so daß die Linse direkt an der Ausgangsseitenfläche einer Laserdiode befestigt werden konnte, indem ein dem Brechungsindex angepaßter optischer Zement verwendet wurde. Darüber hinaus wurde durch die Verwendung einer Interferogrammanalyse eine völlig beugungsbegrenzte Wirksamkeit beobachtet. Die beugungsbegrenzte Wirksamkeit über einer 150 Mikrometer großen Öffnung (Numerische Apertur = 0,6) wurde mit Hilfe einer interferometrischen Analyse bestimmt.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die erste Oberfläche 12 flach sein, und die zweite Oberfläche 14 kann die Form einer Hyperbel aufweisen. Die Fig. 7 veranschaulicht einen Querschnitt dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels und seine Wirkung auf durchgehendes Licht. Der sich von dem Brennpunkt 48 ausbreitende Lichtstrahl 47 divergiert in Richtung der zylindrischen Linse 10. Beim Eintritt in die zweite Fläche 1 4 wird das Licht ein kollimiertes Strahlenbündel 49, welches an der flachen ersten Oberfläche 1 2 austritt. Das kollimierte Strahlenbündel 49 wird für sphärische Aberration fehlerkorrigiert. Diese Konfiguration kann als freistehende Linse angewendet werden, um ein Strahlenbündel von einer punktförmigen Quelle wie beispielsweise einer Laserdiode zu kollimieren. Umgekehrt ist ein durch die flache erste Oberfläche 12 in die zylindrische Linse 10 eintretendes kollimiertes Strahlenbündel 49 unbeeinflußt, bis es die hyperbolische zweite Fläche 14 erreicht. Nach seinem Austritt aus der zweiten Fläche 14 wird es auf den Punkt 48 fokussiert. Diese Konfiguration kann als freistehende Linse zum Koppeln des Lichts in eine Öffnung wie beispielsweise einem Detektor oder einem Wellenleiter in integrierten optischen Elementen Anwendung finden. Die planhyperbolische zylindrische Linse hat eine maximale numerische Apertur von:
wobei a = die große Halbachse, b = die kleine Halbachse, e = die Exzentrizität, n&sub2; = der Brechungsindex der Linse und n&sub1; = der Brechungsindex des Umgebungsmediums ist. Für den normalen Fall in Luft beträgt die maximale numerische Apertur:
M.N.A. Hyp = [n² - 1 / n]
Für eine hyperbolische Linse aus SFL6 in Luft beträgt die maximale numerische Apertur 0,83. Im Vergleich dazu weist die elliptische Linse aus SFL6, die eine maximale numerische Apertur von 1,47 hat, eine viel größere numerische Apertur auf.
Wie es in der Fig. 8 dargestellt ist, kann die zylindrische Linse 10a an eine äußere Fläche wie beispielsweise die Ausgangsseitenfläche einer Laserdiode geklebt werden, wenn die erste Fläche 12a eine geeignet passende Form aufweist. Eine im Querschnitt dargestellte Laserdiode 50 enthält eine Halbleiterverbindung 52, die Laserlicht aus einer Emissionsöffnung 54 emittiert, die an einer Seitenfläche 56 angeordnet ist. Die Verbindung 52 stellt das Verstärkermaterial zur Emission von Laserstrahlung bereit und definiert den Laserresonator. Ein Laserstrahl 58 wird aus der Emissionsöffnung 54 in Richtung des Pfeils 60 emittiert. Die Fig. 11 ist ein Beispiel des Querschnitts von einem Laserstrahl 58 an der Emissionsöffnung 54. Der enge Teil des Strahls 58 definiert eine lichtstarke Achse 62, und der breitere Abschnitt des Strahls 58 definiert eine lange Achse 64. An der Austrittsöffnung 54 hat der Strahl 58 eine Breite 65 von zum Beispiel 1 Mikrometer und eine Länge 66 von zum Beispiel 7 Mikrometer; jedoch ist es bekannt, daß die Beugungseffekte bewirken, daß der Strahl 58 längs der lichtstarken Achse 62 viel schneller divergiert als längs der langen Achse 64.
Die Seitenfläche 56 ist mit der ersten Fläche 12a der zylindrischen Linse 10a durch ein beliebiges verfügbares Mittel wie beispielsweise durch Kleben verbunden. Vorzugsweise wird ein optischer Zement 67 verwendet, das auf den Brechungsindex der Linse 10 angepaßt ist. Alternativ dazu können die Seitenfläche 56 und die erste Fläche 1 2a durch ein Material mit angepaßtem Brechungsindex, wie beispielsweise Öl, getrennt werden, und die Diode 50 kann mit der Linse 10a durch andere mechanische Mittel verbunden werden. Mit der an die erste Fläche 12a angeschlossenen Seitenfläche 56 wird eine leistungsfähige Kopplung des Laserlichts aus der Laserdiode 50 in die Linse 10a bereitgestellt.
In den meisten Ausführungsbeispielen ist es vorteilhaft, daß die Linse 10 so angeordnet ist, daß ihre zylindrische Achse 16 (Fig. 1) parallel zur langen Achse 64 (Fig. 11) der Laserdiode 50 verläuft. In dieser Konfiguration ist die mit optischer Wirkung versehene zweite Fläche 14 der Linse 10 so angeordnet, daß sie auf die sehr divergente lichtstarke Achse 62 des Laserstrahis 58 einwirkt.
In einem Ausführungsbeispiel weist die zweite Fläche 14 die Form einer Ellipse auf, und die Emissionsöffnung 54 ist so angeordnet, daß sie sich in der Nähe des Brennpunkts dieser Ellipse befindet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der die Linse 10a verlassende Laserstrahl 58 im wesentlichen längs der lichtstarken Achse 62 kollimiert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die zylindrische Linse 10 eine Form, die bewirkt, daß die sehr divergierende lichtstarke Achse 62 des Lichtstrahls 58 weniger divergierend wird. Zum Beispiel kann die Kurve der zweiten Fläche 14 so gewählt werden, daß der Strahl 58 eine Divergenz längs seiner lichtstarken Achse 62 aufweist, die hnlich der Divergenz des Strahls 58 längs seiner langen Achse 64 ist, wodurch ein Strahl bereitgestellt wird, der längs beider Achsen 62, 64 ungefähr gleichgroß divergiert.
Die zylindrische Linse 10 kann mit einem beliebigen Typ einer Laserdiode 50 verbunden werden, die eine geeignete Form aufweist, um die Ausgangsseitenfläche 56 und die erste Fläche 1 2 zu verbinden. Fig. 9 veranschaulicht eine Laserdiodenzeile 70, die in einem wesentlichen Abstand entlang ihrer Länge 71 Laserlicht aussendet. Die zylindrische Linse 10 ist mit der Laserdiodenzeile 70 verbunden, um eine Anordnung 72 zu bilden. Die zylindrische Achse 16 (Fig. 1) der Linse 10 ist parallel zur langen Achse 64 der Laserdiodenzeile 70 angeordnet. Obwohl die gekrümmte zweite Fläche 14 der Linse 10 eine beliebige Form aufweisen kann, ist es besser, wenn die Fläche 14 eine Form hat, die so ausgewählt ist, daß ein von der Linse 10 emittierter Laserstrahl 74 im wesentlichen längs seiner lichtstarken Achse 62 kollimiert wird. Zum Beispiel wird der aus der Linse 10 emittierte Lasersträhl 74 im wesentlichen längs seiner lichtstarken Achse 62 kollimiert, wenn die gekrümmte zweite Fläche 1 4 so ausgebildet ist, daß sie eine elliptische Form längs der lichtstarken Achse 62 aufweist und der Brennpunkt der Ellipse in der Nähe der Emissionsöffnung 54 (Fig. 8) liegt.
In den Ausführungsbeispielen der zylindrischen Linse 10, bei denen die zweite Fläche eine elliptische Form wie in Fig. 2 aufweist, wurde erwähnt, daß vorzugsweise der Brennpunkt dieser Ellipse in der Nähe der ersten Fläche 12 anzuordnen ist. Der Vorformling 20 kann mit dieser Anordnung konstruiert werden, aber infolge der Unvollkommenheiten bei der Herstellung kann der tatsächliche Brennpunkt der gezogenen zylindrischen Linse 10 gegenüber der ersten Fläche 12 variieren. Deshalb kann es in einigen Anwendungen besser sein, den Brennpunkt angrenzend an die optische Fläche 12 mit einer Lage wie beispielsweise an dem Punkt 76 zu konstruieren, der in Fig. 2 veranschaulicht ist. Somit kann beim Formen einer tatsächlichen zylindrischen Linse 10 die Position der Linse 10 gegenüber der Emissionsöffnung 54 auf eine Lage eingestellt werden, die bewirkt, daß der Austrittsstrahl 74 im wesentlichen längs seiner lichtstarken Achse 62 kollimiert wird. In dieser Lage kann der Strahl 74 die Linse 10 in einem Winkel verlassen, der von der Fokalkurve der Linse 10 abhängig ist.
Eine Laserdiodenzeile 70 ist eine leistungsfähige, kompakte Quelle einer Laserstrahlung, und wenn sie mit der Linse 10 in der Laserdioden-Linsen Anordnung 72 verbunden ist, sind viele Anwendungen möglich. Zum Beispiel kann eine regelmäßige Anordnung von Laserdioden-Laser- Anordnungen 72 miteinander verbunden werden, um ein wirksames kollimiertes Ausgangssignal mit hoher Intensität zu erzeugen. Die Laserdioden-Linsen-Anordnung 72 stellt eine Paket bereit, das zum elektronischen Pumpen von Festkörper-Lasermaterial gut geeignet ist.
Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen verwirklicht werden, ohne den Schutzumfang der angefügten Patentansprüche zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Formgebung einer beugungsbegrenzten, zylindrischen Mikrolinse (10) mit hoher numerischer Apertur, umfassend die Schritte:

a) Bilden eines nicht kreisförmigen, gläsernen Vorformlings (20), der die Form einer zylindrischen Linse mit mindestens einer gekrümmten Oberfläche (24a; 24b) aufweist; und

b) Ziehen des gläsernen Vorformlings (20) zum Bilden einer zylindrischen Linse mit der Querschnittsform des Vorformlings (20), aber mit unter die Querschnittsabmessungen des Vorformlings (20) verringerten Querschnittsabmessungen zum Herstellen einer beugungsbegrenzten Linse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas im Schritt (b) feuerpoliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (b) die Formfehler reduziert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 31 dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) das Erwärmen des gläsernen Vorformlings (20) auf die Erweichungstemperatur umfaßt, so daß der Vorformling (20) eine Viskosität aufweist, die ausreichend ist, um ein Ziehen zu gestatten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (a) das Schleifen des gläsernen Vorformlings (20) umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (a) das Formgießen des Glases umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (a) das Bilden einer zweiten gekrümmten Oberfläche (22b) auf der zylindrischen Linse umfaßt, so daß sie mindestens zwei gekrümmte Oberflächen (24b, 22b) aufweist, die in gegenüberliegender Beziehung angeordnet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede gekrümmte Oberfläche (24b; 22b) so ausgebildet ist, daß sie die Form einer Hyperbel umfaßt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (a) das Bilden einer ebenen Fläche (22a) auf der zylindrischen Linse umfaßt, die in gegenüberliegender Beziehung zu der gekrümmten Fläche (24a) angeordnet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (a) die gekrümmte Fläche (24a) so ausgebildet wird, daß sie die Form einer Hyperbel umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (a) die gekrümmte Fläche (24a) so ausgebildet wird, daß sie die Form einer Ellipse umfaßt.

1 2. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (a) diese gekrümmte Fläche (24a) so angeordnet wird, daß die Ellipse eine Fokallinie aufweist, die in unmittelbarer Nähe zu der ebenen Fläche (22a) angeordnet ist.

13. Verfahren zur Formgebung einer beugungsbegrenzten zylindrischen Mikrolinse (10) mit hoher numerischer Apertur, umfassend die Schritte:

a) Bilden eines nicht kreisförmigen, gläsernen Vorformlings (20a; 20b), der die Form einer zylindrischen Linse mit einer ersten Oberfläche (22a; 22b) und einer zweiten gekrümmten Oberfläche (24a; 24b) aufweist, die in gegenüberliegender Beziehung zu der ersten Oberfläche (22a; 22b) angeordnet ist;

Erwärmen des gläsernen Vorformlings (20a; 20b) auf die Erweichungstemperatur, so daß der Vorformling eine Viskosität aufweist, die ausreichend ist, um ein Ziehen zu gestatten, diese Viskosität aber niedrig genug ist, um im wesentlichen zu verhindern, daß die Oberflächenspannung die Gestalt des Vorformlings (20a; 20b) verformt;

c) Ziehen des gläsernen Vorformlings (20a; 20b), um eine zylindrische Linse zu bilden, die die Querschnittsform des Vorformlings aufweist, aber mit gegenüber den Abmessungen des Vorformlings (20a; 20b) verringerten Querschnittsabmessungen zum Herstellen einer beugungsbegrenzten Linse.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oberfläche (22a) eine ebene Form umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (a) die genannte zweite Oberfläche (24a) so ausgebildet wird, daß sie die Form einer Ellipse umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (a) die genannte zweite Oberfläche (24a) so ausgebildet wird, daß sie die Form einer Hyperbel umfaßt.

17. Zylindrische Mikrolinse (10) umfassend:

eine erste optische Oberfläche (12); und

eine zweite optische Oberfläche (14), die zwischen 50 und 1000 Mikrometer von der ersten Oberfläche angeordnet ist;

wobei die erste Oberfläche (12) und die zweite Oberfläche (14) so ausgebildet sind, daß die Linse gegenüber ihrer numerischen Apertur im wesentlichen beugungsbegrenzt ist;

wobei diese zylindrische Mikrolinse (10) eine numerische Apertur aufweist, die größer als 0,4 ist.

18. Zylindrische Mikrolinse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Apertur zwischen 0,5 und 1,5 beträgt.

19. Zylindrische Mikrolinse nach Anspruch 17 oder 1 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ersten optischen Oberfläche (12) und der zweiten optischen Oberfläche (14) zwischen 100 und 300 Mikrometer beträgt.

20. Zylindrische Mikrolinse nach Anspruch 1 7, 18 oder 1 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Oberfläche (14) die Form einer Hyperbel umfaßt.

21. Zylindrische Mikrolinse nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Oberfläche (12) eine ebene Fläche umfaßt.

22. Zylindrische Mikrolinse nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Oberfläche (14) die Form einer Ellipse umfaßt.

23. Zylindrische Mikrolinse nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite der Ellipse zwischen 50 und 1000 Mikrometer beträgt.

24. Zylindrische Mikrolinse nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die elliptische zweite Oberfläche (14) einen Brennpunkt aufweist, der in unmittelbarer Nähe zu der ersten optischen Oberfläche (12) angeordnet ist.

25. Zylindrische Mikrolinse nach Anspruch 22, 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Oberläche (12) eine ebene Form umfaßt.