KR100280049B1 - 광섬유 모재 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광섬유 모재 제조 방법에 관한 것으로, 증착튜브에 반응가스를 유입하고, 가스가 반응하도록 증착튜브를 가열하여 증착 튜브 안쪽에 미세 입자층과 다공질 층을 차례로 형성하는 단계; 도핑하고자하는 원소가 용해된 용액에서 수분을 탈취하여 침전물을 생성하는 단계; 생성된 침전물을 다공질 층에 소킹하는 단계; 및 소킹에 의해 도핑하고자하는 원소가 도핑된 다공질 층을 건조하고 응축하는 단계를 포함함을 특징으로한다.
본 발명에 의하면, 희토류 원소가 용해된 용액을 소킹하여 광섬유 모재를 제조할 때, 수분이 탈취된 용액 혹은 침전물을 도핑함으로써 고농도의 희토류 도핑 광섬유를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 광섬유 모재 제조 방법에 관한 것으로, 특히 코아에 희토류 원소(rare-earth element)가 도핑된 광섬유 모재(optical fiber preform)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
광신호를 직접 증폭하는 광증폭기에서 어븀(Er)과 같은 희토류 원소가 도핑된 광섬유가 핵심소자로 사용된다. 광섬유는 두꺼운 봉의 형태인 광섬유 모재로 부터 드로잉하여 얻는다. 광섬유 모재를 제작하는 방법으로는 변형된 화학기상증착법(Modified Chemical Vapor Deposition, MCVD)이 있다. MCVD 방법은 원료가스들을 증착튜브에 유입시키고, 반응이 일어날 때까지 튜브의 길이를 따라 가열한다. 가열하는 동안 산화 반응물이 튜브의 안쪽에 증착되는데, 원료 가스의
농도를 미세하게 제어함으로써 굴절률을 조절하여 광섬유 모재의 클래딩과 코아층을 만든다. 증착공정이 완료된 후, 응축과정을 거쳐서 봉형태의 모재를 얻게된다.
희토류 원소가 도핑된 광섬유 모재를 얻는 방법으로는 용액 소킹(Solution Soaking)법이 있다. 이 방법은 먼저, MCVD 방법으로 튜브 안쪽에 미세한 입자의 산화 반응물층 그리고 다공질의 산화 반응물을 차례로 증착한다. 증착 후 튜브를 선반에서 탈거하고 일측 부분을 밀봉한다. 타측의 개방된 부분으로 다공질 층(porous layer)에 희토류 원소가 용해된 용액을 소킹(soaking)시킨 후, 용액을 부어내고 다시 선반에 장착한다. 갑작스런 수분 증발로 인한 다공질 막의 붕괴를 예방하기위해 선반에 장착된 튜브를 저온에서 장시간 건조한 다음, 응축한다.
그러나, 이러한 방법은 희토류 원소의 용해도로 인한 제약으로 고농도의 희토류 도핑 광섬유를 제조하는데 제한이 있다. 또한, 다량의 수분이 포함된 용액을 장시간 소킹함으로써 약하게 결합된 다공질 층이 붕괴될 수도 있으며, 소킹 후 건조시 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다. 또한 다공질 층을 이루는 입자끼리의 결합이 약하게 형성되었거나 불완전한 건조가 이루어질 경우, 잔존하는 수분의 증발로 인한 다공질 층의 구조적 불안정에 의해 다공질 층의 붕괴가 일어날 수도 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 건조시간을 단축하도록 용액중의 수분을 탈취하는 용매를 혼입하여 생성시킨 침전물을 다공질층에 소킹하는 광섬유 모재 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광섬유 모재 제조 방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 침전물 도핑 방법으로 희토류 도핑 광섬유 모재를 제작하기 위한 증착튜브의 단면도이다.
도 3은 도 1의 침전물 생성 공정에 사용되는 장치를 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 증착튜브에 반응가스를 유입하고, 상기 가스가 반응하도록 상기 증착튜브를 가열하여 상기 증착 튜브 안쪽에 미세 입자층과 다공질 층을 차례로 형성하는 단계; 도핑하고자하는 원소가 용해된 용액에서 수분을 탈취하여 침전물을 생성하는 단계; 상기 생성된 침전물을 상기 다공질 층에 소킹하는 단계; 및 상기 소킹에 의해 상기 도핑하고자하는 원소가 도핑된 다공질 층을 건조하고 응축하는 단계를 포함함을 특징으로한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 광섬유 모재 제조 방법에 대한 흐름도이다. 도 2는 침전물 도핑 방법으로 희토류 도핑 광섬유 모재를 제작하기 위한 증착튜브의 단면도이다. 참조번호 200은 증착 튜브를 나타내고, 202는 미세 입자층, 204는 다공질 층 그리고 206은 침전물이 유입되는 공극을 나타낸다. 208은 공극(206)에 침전물을 유입시키기위해 증착 튜브의 일측을 밀봉하는 밀봉대이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 광섬유 모재 제조 방법을 설명하기로 한다. 먼저, 석영관(quartz tube)과 같은 증착 튜브(200)에 반응 가스들을 유입시키고, 증착 튜브를 가열하면서 증착튜브(200)의 안쪽에 미세입자층(202)과 다공질 층(204)을 차례로 증착한다(100단계). 증착 후, 증착 튜브를 선반에서 탈거하고 일측 부분을 밀봉대(208)를 사용하여 밀봉한다. 상술한 다공질 층(204)으로 희토류 원소를 도핑하기위해, 물에 대한 흡수능이 있는 물질, 예컨대, 알콜을 사용하여 희토류 원소가 용해된 용액에서 용매작용을 하는 수분을 탈취한다(102단계).
타측의 개방된 부분을 통해 공극(206)으로 상기 단계에서 수분탈취된 용액 혹은 침전물을 유입시켜서 소킹한다(104단계). 소킹이 이루어지면, 공극(206)에 채워진 용액 또는 침전물을 부어내고 다시 선반에 장착하여 건조 및 응축한다(106단계).
도 3은 102단계의 수분을 탈취하여 침전물을 생성하는 공정에 사용되는 장치를 도시한 것이다. 어떤 용액으로부터 수분을 탈취하는 방법은 여러가지가 있겠으나, 본 발명에서는 물에 대한 흡수능이 있는 물질을 사용하여 용액내에 포함된 수분이 탈취되는 침전물을 생성하는 방법을 채택한다. 도 3에 따른 수분 탈취 장치는 깔때기(300), 가스 투입구(301)를 구비한 분무 노즐(302) 그리고 알콜을 채운 비이커(306)를 구비한다. 상기 장치를 이용한 수분 탈취 방법은 다음과 같다. 먼저, 깔때기(300)를 통해 분무 노즐(302)에 용액을 유입한다. 용액은 비이커(306)에 있는 알콜과의 접촉 면적을 넓게하기위해서 가스 투입구(301)로부터 들어오는 블로잉 가스(blowing gas)에 의해 미세한 액적으로 형성되고, 형성된 액적은 와동하는 알콜에 분무된다. 이렇게 분무된 액적에 포함된 수분을 알콜로 탈수함으로써 용액의 과포화도가 증가되어 침전물이 생성된다. 또한, 생성된 침전물에 대해 필터링과 같은 물리적인 탈수공정을 추가하여 보다 고농도의 침전물을 얻을 수 있다.
여기서, 알콜의 양은 수분의 흡수능을 결정하며, 그 부피는 용액의 10배 이상이다. 분무된 액적의 크기 및 분포는 노즐의 내경, 블로잉 가스의 유량 및 압력을 제어함으로써 조절가능하다. 블로잉 가스로는 N2, O2, 또는 He 등이 적절하다.
이렇게 분무된 액적은 알콜과의 접촉을 통하여 침전물이 석출되면서 비이커(306)의 바닥으로 가라앉게 된다. 최종적으로 얻어진 침전물을 다공질 층이 형성된 증착 튜브의 공극으로 소킹함으로써 도핑 농도가 조절되는 광섬유 모재를 제조한다.
본 발명에 의하면, 희토류 원소가 용해된 용액을 소킹하여 광섬유 모재를 제조할 때, 수분이 탈취된 용액 혹은 침전물을 도핑함으로써 고농도의 희토류 도핑 광섬유를 제조할 수 있다. 또한, 용액에 포함된 수분을 미리 탈취하므로 건조시간이 단축되고, 다공질 층의 붕괴를 막을 수 있다.
Claims (6)
- 증착튜브에 반응가스를 유입하고, 상기 가스가 반응하도록 상기 증착튜브를 가열하여 상기 증착 튜브 안쪽에 미세 입자층과 다공질 층을 차례로 형성하는 단계;도핑하고자하는 원소가 용해된 용액에서 수분을 탈취하여 침전물을 생성하는 단계;상기 생성된 침전물을 상기 다공질 층에 소킹하는 단계; 및상기 소킹에 의해 상기 도핑하고자하는 원소가 도핑된 다공질 층을 건조하고 응축하는 단계를 포함함을 특징으로하는 광섬유 모재 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 침전물 생성 단계는상기 도핑하고자하는 원소가 용해된 용액을 분무 노즐에 유입하는 단계;상기 분무 노즐에 블로잉 가스를 유입하여 상기 용액을 액적으로 만드는 단계; 및수분을 흡수하는 물질에 상기 액적을 투입하여 상기 물질에 의해 수분이 탈취된 침전물을 형성하는 단계를 구비함을 특징으로하는 광섬유 모재 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 수분 흡수 물질은알콜임을 특징으로하는 광섬유 모재 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 블로잉 가스는N2, O2및 He 중 어느 하나임을 특징으로하는 광섬유 모재 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 침전물 생성 단계는상기 생성된 침전물로부터 수분을 탈취하는 필터링 단계를 더 구비함을 특징으로하는 광섬유 모재 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 도핑하고자하는 원소는희토류 원소임을 특징으로하는 광섬유 모재 제조 방법.
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