KR100282627B1 - 광섬유 커넥터용 페룰 및 그 제조 방법 - Google Patents

광섬유 커넥터용 페룰 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서에는 광섬유 커넥터에 사용되는 개량된 페룰(ferrule)이 개시되어 있다. 페룰은 미분 세라믹 재료로 제조되며, 상기 재료는 기본 재료(base)로서 미분 지르코니아(ZrO2)와 적어도 0.01 중량부의 미분 알루미나(Al2O3)를 함유하여 페룰의 물리적인 접촉면의 곡률 반경이 시간에 따라 변하는 것을 방지한다.

Description

광섬유 커넥터용 페룰 및 그 제조 방법
본 발명은 대향 관계로 2개의 광섬유를 연결하는 페룰 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
대개 대향 광섬유를 연결하는 데 사용되는 광섬유 커넥터는, 대향이고 연결될 광섬유의 단부에 부착된 2개의 페룰과, 상기 페룰을 보유하는 각각의 페룰에 각각 할당된 2개의 하우징과, 상기 대향 페룰이 서로 맞닿을 때까지 서로를 향해 이동 가능한 안내 슬리브를 포함한다. 페룰은 종방향 중심축을 따라 형성된 관통 구멍을 갖는 외부 직경이 2.5㎜ 등으로 미세한 크기를 갖는 미세 중공 실린더이고 흔히 지르코니아(ZrO2)로 제조된다.
페룰은 미분 지르코니아(ZrO2)와 소정량의 안정제의 혼합물을 준비하는 단계와, 상기 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 단계와, 상기 형성된 혼합물을 소결하는 단계와, 마지막으로 상기 소결체를 정밀 연마하는 단계를 거쳐 제조된다. 사용 중에는 광섬유 케이블의 벗겨진 단부의 노출된 길이 만큼 광섬유가 상기 페룰의 일단부에 있는 관통 구멍 내에 삽입되어 있다. 안내 슬리브에서 반대편 페룰의 단부에 대해 맞닿아 있는 페룰의 단부는 광섬유 페룰 복합체의 단부가 반구(semi-spherical) 형상이 될 수도 있도록 연마된다. 상기 구성으로 광섬유 페룰 복합체는 결합부에서 광학 손실(optical loss)을 야기할 수 있는 대향 광섬유 사이의 간극없이 반대 광섬유 슬리브 복합체의 반구 단부에 대해 물리적으로 접촉 가능하다. 따라서, 광섬유의 중심은 반구면의 중심(천정)에 정확히 정렬되어야 하는 것과, 반구의 물리적인 접촉면은 장기간의 사용 동안에 변하지 않아야 하는 것이 필수적이다.
종래 기술에 의한 지르코니아(ZrO2)로 된 페룰에 대해, 물리적인 접촉면의 곡률 반경은 시간이 지남에 따라 변하기 쉽다. 즉, 대개 물리적인 접촉면은 평탄해지기 쉽다. 상기와 같이 상당한 정도로 변형되면 대향 광섬유 사이에 간극이 야기될 것이다. 또는 대향 광섬유 사이의 오정렬을 야기할 것이다. 어쨋든, 상기 역효과로 인해 결합부에서 광학 손실이 증대되어 연결 신뢰성이 저하된다.
본 발명의 목적은 장기간의 사용후에도 거의 변하지 않는 물리적인 접촉면을 갖는 광섬유 커넥터용 페룰을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 거의 변하지 않는 물리적인 접촉면을 갖는 상기 페룰을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 광섬유 커넥터용 페룰은 기본 재료로서 미분 지르코니아(ZrO2)와 소정의 소량 미분 알루미나(Al2O3)를 함유한 미분 세라믹 재료의 혼합물로 제조되어 페룰의 물리적인 접촉면의 곡률 반경이 시간에 따라 변하는 것을 방지한다.
특히, 본 발명에 따라 미분 세라믹 재료를 성형 및 소결하여 제조된 광섬유 커넥터용 페룰은 상기 미분 세라믹 재료가 기본 재료로서 미분 지르코니아(ZrO2)와, 소정량의 안정제와, 소정의 소량 미분 알루미나(Al2O3)를 함유하여 페룰의 물리적인 접촉면의 곡률 반경이 시간에 따라 변하는 것을 방지한다는 점에서 개량된 것이다.
본 발명에 따라 미분 세라믹 재료를 성형 및 소결한 후에 안정제를 혼합하여 광섬유 커넥터용 페룰을 제조하는 방법은, 페룰의 물리적인 접촉면의 곡률 반경이 시간에 따라 변하는 것을 방지하도록 기본 재료로서 지르코니아(ZrO2), 소정량의 안정제 및 소정의 소량 미분 알루미나(Al2O3)의 혼합물을 제조하는 단계와; 상기 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 단계와, 상기 형성된 혼합물을 소결하는 단계를 포함한다는 점에서 개량된 것이다.
미분 알루미나의 양은 0.2 내지 0.3 중량부 범위 내인 것이 좋다. 0.2 중량부 미만의 미분 알루미나를 첨가하면 페룰의 물리적인 접촉면의 곡률 반경이 시간에 따라 변하는 것을 방지하는 데 상당히 효과적이다. 반면, 0.3 중량부를 초과하여 미분 알루미나를 첨가하면 세라믹 소결체의 경도는 소결체를 반구 형상으로 연마하기 어려울 정도로 증가될 것이다. 0.25 중량부의 미분 알루미나를 첨가하는 것이 가장 좋다.
지르코늄 소결체가 등축계로 유지되는 것을 가능케 하여 비정상 팽창 또는 수축을 방지할 목적으로, Y2O3(이트리아), CeO2, CaO, MgO 또는 기타 산화물 등의 안정제를 미분 형태로 첨가한다. 첨가되는 상기 안정제의 양은 4 내지 6 중량부의 범위 내이다.
미분 세라믹 재료는 소정의 형상을 가질 수 있고, 상기 성형된 세라믹 미분체는 미분 지르코니아를 이용하여 종래 기술에 의해 페룰을 형성할 수 있는 방법과 동일하게 소결될 수 있다. 미분 세라믹 재료는 예컨대 사출 성형에 의해 소정의 형상을 가질 수 있다. 소결체를 종래 기술에 따라 정밀 연마할 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유 커넥터용 페룰은 상당한 변형 및 변색을 야기하지 않는 물리적인 접촉면을 갖고 있다. 또한 본 발명에 따라 상기 페룰을 제조할 수 있는 미분 세라믹 혼합물은 소정의 형상을 용이하게 가질 수 있고, 어렵지 않게 상기 성형체를 소결할 수 있다. 알루미나의 첨가로 인한 상당한 정도의 경도 증가가 없기 때문에 연마를 용이하게 수행할 수 있다.
도1은 본 발명에 따라 제조될 수 있는 페룰을 구비한 광섬유 커넥터의 부분 측면도.
도2는 서로 맞닿아 있는 대향 광섬유 페룰 복합체의 물리적인 접촉면을 도시하는 도면.
도3은 본 발명에 따른 1 세트의 선택된 대향 페룰에 있어서 각각의 물리적인 접촉면이 시간에 따라 변하는 과정을 도시하는 도면.
도4는 1 세트의 선택된 종래 기술에 의한 대향 페룰에 있어서 각각의 물리적인 접촉면이 시간에 따라 변하는 과정을 도시하는 도면.
도5는 종래 기술에 의한 페룰과 본 발명에 따른 페룰의 곡률 반경이 소정의 환경하에서 시간에 따라 변하는 과정을 도시하는 그래프.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 광섬유 커넥터
2 : 페룰
3 : 하우징
4 : 슬리브
5 : 광섬유
6 : 광섬유 케이블
7 : 접촉면
첨부 도면에 도시되어 있는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 광섬유 커넥터의 페룰에 대한 다음 설명을 참조하면 본 발명의 기타 목적 및 장점을 이해할 것이다.
이하에서는 선택된 종래 기술에 의한 페룰과 비교하여 본 발명에 따른 광섬유 커넥터의 페룰을 설명하기로 한다.
구체적으로, 각각 본 발명에 따른 1쌍의 페룰을 포함하는 3세트의 페룰과 각각 1쌍의 종래 기술에 의한 페룰을 포함하는 다른 3세트의 페룰을 준비하였고, 물리적인 접촉면이 고온 고습 환경에서 시간에 따라 변하는 과정을 측정하여 상기 3세트의 페룰을 평가하였다. 본 발명에 따른 페룰은 표1에 주어진 성분으로 구성되었다. 구체적으로, 표1에 주어진 성분을 함유하는 미분 세라믹 재료를 소정의 형상으로 성형하였고, 상기 성형체를 소결하였다. 각각의 소결 제품에 광섬유를 삽입하였고, 마지막으로 각각의 광섬유 페룰 복합체를 정밀 연마하여 결합 단부에서 물리적인 접촉면을 형성하였다. 마찬가지로, 각각이 결합 단부에 형성된 물리적인 접촉면을 갖는 종래 기술에 의한 광섬유 페룰 복합체는 표2에 주어진 성분을 함유하는 미분 세라믹 재료를 성형, 소결 및 연마하여 제공되었다.
[표 1]
성분 중량(중량부)
ZrO2 94.4693
Y2O3 5.27
Al2O3 0.2522
불가피한 불순물
SiO2 0.0017
Fe2O3 0.0008
TiO2 0.0012
Na2O 0.0004
Cl 0.0043
[표 2]
성분 중량(중량부)
ZrO2 94.751
Y2O3 5.24
불가피한 불순물
Al2O3 0.0016
SiO2 0.0015
Fe2O3 0.0007
TiO2 0.0016
Na2O 소량, 측정 불능
Cl 0.0036
전형적인 광섬유 커넥터에 대해 본 발명의 페룰 세트와 종래 기술에 의한 페룰 세트를 평가하였다. 도1에서, 광섬유 커넥터(1)는 2개의 대향 페룰(2)과, 상기 페룰(2)을 지지하는 2개의 하우징(3)과, 상기 페룰(2)을 보유하는 슬리브(4)와, 결합된 광섬유 케이블(6)로부터 연장되는 광섬유(5)를 포함한다. 도2에서, 각각의 광섬유 페룰 복합체의 단부를 정밀 연마하여 반구의 물리적인 접촉면(7)을 제조하였고, 반구의 물리적인 접촉면(7)이 소정의 압력(약 1㎏)의 인가에 의해 어댑터 슬리브(4)에서 서로 맞닿을 때까지 어댑터 슬리브(4)에 상기 연마된 광섬유 페룰 복합체를 삽입하였으므로, 필요한 물리적인 접촉면이 이루어졌다.
고온 및 고습 환경에 도1에 도시된 바와 같은 최종 조립체를 노출시켰으며, 상기 환경은 정온 정습 용기(PLIG를 이용하는 타바이 에스팍사제)로 생성시켰다. 각각의 광섬유 페룰 복합체의 물리적인 접촉면(7)을 관찰하여 곡률 반경과, 페룰에서 광섬유의 후퇴량과, 페룰에서 광섬유의 축방향 편차량을 측정하였다. 상기는 NTT 어드밴스트 테크놀로지사의 ACCIS의 도움을 받아 접촉 방식으로 관찰하였다.
도3은 본 발명에 따른 대향 페룰에서 각각의 물리적인 접촉면이 시간에 따라 변하는 과정을 도시하고 있다. 페룰은 미분 세라믹 재료와, 페룰의 물리적인 접촉면의 곡률 반경이 시간에 따라 변하는 것을 방지하도록 첨가된 소정의 소량 미분 알루미나(Al2O3)로 제조되었다. 도4는 종래 기술에 의한 대향 페룰에서 각각의 물리적인 접촉면이 시간에 따라 변하는 과정을 도시하고 있다. 도3 및 도4의 상기 도표 각각에서, 하나의 페룰의 물리적인 접촉면은 500 시간 마다 도면 상부에 도시되어 있는 반면에, 다른 페룰의 물리적인 접촉면은 500 시간 마다 도면 하부에 도시되어 있다. 도3 및 도4의 도표에서, "X" 및 "Y"는 페룰의 직교 좌표축을 나타내고 "Z"는 광섬유를 수용하는 페룰의 구멍을 따른 방향의 좌표축을 나타낸다. 도3에서, 본 발명에 따른 페룰의 물리적인 접촉면은 거의 변하지 않는다. 반대로, 종래 기술에 의한 페룰의 물리적인 접촉면은 시간에 따라 점점 평탄해졌다.
변형 정도를 나타내는 일부 선택된 변수의 평균값은 표3 및 도5에서 볼 수 있는 바와 같이 500 시간 후마다 측정하였다. 상기 데이터는 본 발명에 따른 페룰의 곡률 반경이 대체로 시간에 따라 변하지 않아서 결국 페룰에서 광섬유의 축방향 편차가 최소화된다는 것을 나타낸다. 도5는 표3의 데이터로부터 시간에 대한 곡률 반경을 나타내는 그래프이다. 상기 그래프에서 비어 있는 원으로 나타낸 점의 데이터는 종래 기술에 의한 페룰에 해당하고 검게 칠해진 원으로 나타낸 점의 데이터는 본 발명에 따른 페룰에 해당한다.
[표 3]
본 발명에 따른 페럴
0 시간 500 시간 1000 시간
곡률 반경(㎜) 19.8 22.6 25.0
광섬유의 후퇴(㎛) 0.01 -0.04 -0/04
축방향 편차(㎛) 26.0 27.8 32.0
종래 기술에 의한 페럴
곡률 반경(㎜) 18.9 78.7 175.4
광섬유의 후퇴(㎛) 0.01 0.01 0.04
축방향 편차(㎛) 28.5 73.7 247.3
상기 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유의 페룰은 소정의 소량 미분 알루미나(Al2O3)와 함께 기본 재료로서 미분 지르코니아(ZrO2)를 함유한 소결 미분 세라믹 재료로 제조된다. 상기 페룰은 물리적인 접촉면의 곡률 반경이 시간에 따라 변하는 것을 방지하는 효과를 갖고 있고, 성형, 소결, 연마 및 변색 공정에 있어서 어려움 등의 역효과를 수반하는 단점없이 결합부에서 광학 손실을 감소시킨다. 또한, 추가 단계없이 종래 기술에 의한 방법에 따른 광섬유 커넥터용 페룰을 제조하는 데 상기 복합체를 사용할 수 있다는 장점도 갖고 있다.

Claims (11)

  1. 지르코니아(ZrO2)와 적어도 0.01 중량부의 미분 알루미나(Al2O3)를 함유하는 세라믹 재료를 포함하는 광섬유 커넥터용 페룰.
  2. 제1항에 있어서, 상기 알루미나의 양이 0.2 내지 0.3 중량부 범위 내인 것을 특징으로 하는 페룰.
  3. 제1항에 있어서, 상기 알루미나의 양이 0.25 중량부인 것을 특징으로 하는 페룰.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 재료가 안정제를 함유하는 것을 특징으로 하는 페룰.
  5. 미분 세라믹 재료를 성형 및 소결하여 광섬유 커넥터용 페룰을 제조하는 방법에 있어서,
    미분 지르코니아(ZrO2)와 적어도 0.01 중량부의 미분 알루미나(Al2O3)의 혼합물을 준비하는 단계와,
    상기 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 단계와,
    상기 형성된 혼합물을 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페룰의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 미분 알루미나의 양이 0.2 내지 0.3 중량부 범위 내인 것을 특징으로 하는 페룰의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 미분 알루미나의 양이 0.25 중량부인 것을 특징으로 하는 페룰의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 혼합물이 소정량의 안정제를 함유하는 것을 특징으로 하는 페룰의 제조 방법.
  9. 미분 세라믹 재료를 성형 및 소결하여 제조된 광섬유 커넥터용 페룰에 있어서,
    상기 세라믹 재료는 미분 지르코니아(ZrO2)와, 소정량의 안정제와, 적어도 0.01 중량부의 미분 알루미나(Al2O3)를 포함하여 상기 페룰의 물리적인 접촉면의 곡률 반경이 시간에 따라 변하는 것을 방지하도록 된 것을 특징으로 하는 페룰.
  10. 제9항에 있어서, 상기 미분 알루미나의 양이 0.2 내지 0.3 중량부 범위 내인 것을 특징으로 하는 페룰.
  11. 제9항에 있어서, 상기 미분 알루미나의 양이 0.25 중량부인 것을 특징으로 하는 페룰.
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