KR100334781B1 - 광섬유 모재 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직 선반 및 상기 수직 선반에 설치된 증착 튜브를 구비한 광섬유 모재 제조 장치에 있어서, 상기 증착 튜브 내부로 투입되는 가스가 저장되며, 질소 저장부와 염소 저장부를 포함하여 구성된 가스 저장부와; 밸브 구동 신호에 응답하여 상기 가스 저장부에서 증착 튜브 내부로의 가스공급을 개폐하는 가스 밸브와; 상기 증착 튜브 내부의 공기를 진공 펌핑하기 위한 진공 펌핑부와; 진공 지시 신호에 응답하여 상기 진공 펌핑부와 증착 튜브 사이를 개폐하는 진공 밸브와; 미리 설정된 공정 정보에 따라 상기 밸브 구동 신호 및 진공 지시 신호를 출력하는 공정 제어부와; 상기 증착 튜브 내부에서 배출되는 폐가스를 정화시키는 폐가스 처리부와; 상기 폐가스 처리부와 증착 튜브 사이에 설치되어 폐가스 배출을 개폐시키는 폐가스 밸브를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 수정된 화학 기상 증착법(Modified Chemical Vapor-phase Deposition, MCVD)을 이용한 수직 방식의 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 광섬유 제조 과정은 크게 모재 제조(Preform Manufacture), 인출(Drawing), 피복 코팅(Sheath Coating) 및 와인딩(Winding) 과정으로 이루어진다. 특히, 상기 모재 제조 과정은 광섬유를 인출하기 위한 기본 모재를 형성하는 과정이다. 상기 모재를 형성하는 공법에는 VAD(Vapor-phase Axial Deposition), OCVD(Outer Chemical Vapor-phase Deposition), PCVD(Plasma Chemical Vapor-phase Deposition) 및 MCVD(Modified Chemical Vapor-phase Deposition) 공법 등이 있으며, 이 중에서도 MCVD 공법이 널리 사용되고 있다.
도 1은 수평 선반에서 이루어지는 MCVD 공법에 의한 광섬유 모재 제조 장치를 나타낸 개략도이다. 상기 MCVD 공법에 의한 모재 제조 과정을 도 1을 참조하여 간단히 설명하면, 일정 속도로 회전하도록 설치된 증착 튜브(102) 내부에 SiCl4, GeCl4와 같은 원료 가스를 주입하고, 좌우로 이동가능한 산/수소 버너(104)를 이용하여 상기 증착 튜브(102) 외주면을 가열한다.
상기 증착 튜브(102) 내벽에는 원료가스 산화물의 미립자가 증착되고, 상기증착된 산화물은 버너의 높은 열에 의해 소결(Sintering)된다. 이어, 응축(Collapse) 및 클로즈(Close) 과정을 거치면, 코아 및 클래드층이 형성된 광섬유 모재가 완성된다. 실시예에 따라서는 상기 모재에 오버자켓팅 튜브를 오버 클래딩(Over Cladding)하여 대구경 모재를 제조하기도 한다. 이때, 상기 코아 및 클래드의 굴절율 차이는 증착 튜브 내부로 공급되는 원료 가스의 구성 성분을 조절함으로써 이루어진다. 이러한 MCVD 방법에 의한 모재 제조 과정은 미국특허번호 제4,389,230호 등에 상세히 개시되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래 수평 선반에서 이루어지는 MCVD 공법은 산/수소 버너의 화염 온도 및 음압에 의해서 응축 및 클로즈 과정이 진행되므로, 상기 응축 및 클로즈 과정에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 종래 수평 선반에서 이루어지는 MCVD 공법은 응축 및 클로즈 과정에 있어 산/수소 버너가 일정 위치에 머무르는 시간이 길기 때문에, 모재의 국부적인 변형으로 인해 코아의 비원률(Ovality) 증가는 물론 편광 모드 분산(Polarization Mode Dispersion, PMD) 특성이 저하되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 광섬유 모재를 제조하는데 있어 응축 및 클로즈 과정에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 각종 손실의 원인이 되는 광섬유 모재의 국부적인 변형을 방지하기 위한 광섬유 모재의 제조 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수직 선반 및 상기 수직 선반에 설치된 증착 튜브를 구비한 광섬유 모재 제조 장치에 있어서, 상기 증착 튜브 내부로 투입되는 가스가 저장되며, 질소 저장부와 염소 저장부를 포함하여 구성된 가스 저장부와; 밸브 구동 신호에 응답하여 상기 가스 저장부에서 증착 튜브 내부로의 가스공급을 개폐하는 가스 밸브와; 상기 증착 튜브 내부의 공기를 진공 펌핑하기 위한 진공 펌핑부와; 진공 지시 신호에 응답하여 상기 진공 펌핑부와 증착 튜브 사이를 개폐하는 진공 밸브와; 미리 설정된 공정 정보에 따라 상기 밸브 구동 신호 및 진공 지시 신호를 출력하는 공정 제어부와; 상기 증착 튜브 내부에서 배출되는 폐가스를 정화시키는 폐가스 처리부와; 상기 폐가스 처리부와 증착 튜브 사이에 설치되어 폐가스 배출을 개폐시키는 폐가스 밸브를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 장치를 제공한다.
도 1은 종래 수평 방식의 광섬유 모재 제조 장치를 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 모재를 제조하기 위한 수직 선반을 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치를 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 방법을 나타낸 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 증착 튜브 30 : 가스 파이프
100 : 진공 펌핑부 110 : 폐가스 처리부
140 : 공정 제어부 150 : 가스 저장부
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 모재를 제조하기 위한 수직 선반을 나타낸 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 수직 선반은 증착 튜브의 입력단과 출력단을 고정시켜 주는 상/하부 척과, 상하로 이동하면서 상기 증착 튜브를 가열하는 버너를 구비한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치를 나타낸구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 모재 장치는 가스 저장부(150), 진공 펌핑부(100), 폐가스 처리부(110) 및 공정 제어부(140)를 포함하고, 질소가스 밸브(70), 염소가스 밸브(80), 진공 밸브(120) 및 폐가스 밸브(130)를 구비한다.
상기 가스 저장부(150)는 증착 튜브 내부로 투입되는 가스가 저장되는 곳이다. 상기 가스 저장부(150)는 버너 산화 방지 및 내부 압력 조절을 위해 증착 튜브 내부로 공급되는 질소가 저장된 질소 저장부(50)와, 증착 튜브 내부의 수분을 제거하기 위해 공급되는 염소가 저장된 염소 저장부(60)로 구성된다. 상기 가스 저장부(150)의 질소 저장부(50) 및 염소 저장부(60)는 각각 가스 호스(40)에 의해 수직 선반의 하부 척(20) 일측과 연결되며, 상기 하부 척(20) 일측에 연결된 가스 호스(40)의 단부는 다시 증착 튜브(10) 내부에 위치한 가스 파이프(30)와 도통된다. 상기 질소 저장부(50)와 연결된 가스 호스(40)에는 질소 밸브(70)가 설치되고, 상기 염소 저장부(50)와 연결된 가스 호스(40)에는 염소 밸브(80)가 설치된다. 상기 질소 밸브(70) 및 염소 밸브(80)는 밸브 구동 신호에 응답하여 개폐됨으로써 증착 튜브(10) 내부로의 질소 및 염소의 공급을 조절한다.
상기 진공 펌핑부(100)는 증착 튜브 내부의 공기를 진공 펌핑하는 수단이다. 상기 진공 펌핑부(100)는 진공 펌프로 구성한다. 상기 진공 펌핑부(100)는 증착 튜브 내의 응축 과정이 완료되면, 증착 튜브 내의 공기를 펌핑하여 진공 상태에 가깝도록 내부 압력을 유지시킨다. 상기 진공 펌핑부(100)는 연결 호스(90)에 의해 수직 선반의 하부 척(20) 일측과 연결되고, 상기 진공 호스(90)에는 진공 밸브(120)가 설치된다. 상기 진공 밸브(120)는 진공 지시 신호에 응답하여 걔폐됨으로써, 증착 튜브 내부의 압력을 조절한다.
상기 폐가스 처리부(110)는 증착 튜브 내부에서 배출되는 폐가스를 정화한다. 상기 폐가스 처리부(110)는 증착 튜브 내부에 잔존하고 있는 염소 가스와 같은 폐가스를 중화시킨 후 증착 튜브 외부로 배출한다. 상기 폐가스 처리부(110)는 연결 호스(90)에 의해 수직 선반의 하부 척(20) 일측과 연결되고, 상기 연결 호스(90)에는 폐가스 밸브(130)가 설치된다. 상기 폐가스 밸브(130)는 폐가스 밸브 구동 신호에 응답하여 개폐됨으로써, 증착 튜브(10) 내부의 폐가스 배출을 조절한다.
상기 공정 제어부(140)는 미리 설정된 공정 정보에 따라 상기 밸브 구동 신호 및 진공 지시 신호를 출력한다. 상기 공정 제어부(140)는 증착 튜브 내부의 압력 상태, 응축 및 클로즈 공정 진행 상태에 따라, 각 밸브로 질소 밸브 구동 신호, 염소 밸브 구동 신호, 진공 지시 신호 및 폐가스 밸브 구동 신호를 출력한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 광섬유 모재 제조 방법은 준 모재 장착 과정(300), 가스 투입 과정(310), 버너 가열 과정(320), 폐가스 배출 과정(330), 가스 차단 과정(340), 진공 처리 과정(350), 버너 승온 과정(360)을 포함한다. 이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다.
상기 준 모재 장착 과정(300)은 내부 증착을 마친 증착 튜브(102)를 수직 선반(201)에 설치하는 과정이다. 이때, 상기 내부 증착을 마친 증착 튜브(102)를 완성된 모재와 대비하여 준 모재라고 한다. 상기 수직 선반(201)에 구비된 상부 척(221)과 하부 척(222)에 각각 증착 튜브(102)의 상단 및 하단을 고정시킨다.
상기 가스 투입 과정(310)은 수직 선반(201)에 설치된 증착 튜브(102) 내부로 산소, 염소 및 질소를 공급하는 과정이다. 상기 증착 튜브(102) 내부로 가스를 공급함으로써 증착 튜브(102) 내부를 응축 과정에서 요구되는 적정 압력 상태로 유지함과 동시에 증착 튜브(102) 내부의 수분을 제거한다.
상기 버너 가열 과정(320)은 상하로 이동하는 버너(104)를 이용하여 상기 증착 튜브(102) 내부를 응축이 일어나는 온도까지 가열하는 과정이다.
상기 폐가스 배출 과정(330)은 증착 튜브(102) 내부의 잔존 염소 가스를 폐가스 처리부(110)에서 중화시킨 후 외부로 배출하는 과정이다. 상기 염소 가스는 인체에 해로운 유독성 가스이므로, 상기 폐가스 처리부(110)에서 독성을 없애기 위해 중화시킨 후 외부로 배출한다.
상기 가스 차단 과정(340)은 질소 밸브(70) 및 폐가스 밸브(130)를 닫아 증착 튜브(102) 내부로의 가스 공급 및 폐가스 배출을 중단시키는 과정이다. 상기 가스 차단 과정(340)은 증착 튜브(102) 내부의 응축된 증착층을 클로즈하기 위한 환경을 조성한다.
상기 진공 처리 과정(350)은 버너 가열 과정(320)에 의해 응축이 완료되면, 증착 튜브(102) 내부의 공기를 진공 펌핑하는 과정이다. 상기 증착 튜브(102) 내부의 공기를 진공 펌핑함으로써 클로즈 과정을 수행하기 위한 내부 압력을 조성한다.이와 같이 증착 튜브(102) 내부를 진공 펌핑한 후 클로즈 과정을 수행하면, 클로즈 효율이 증대되어 클로즈 과정에 소요되는 시간이 줄어든다.
상기 버너 승온 과정(360)은 버너(104)를 클로즈 온도까지 승온시켜 증착 튜브(102)를 가열하는 과정이다. 승온된 버너(104)에 의해 가열된 증착 튜브(102) 내부에서는 클로즈 과정이 진행된다.
상술한 과정에 의해 제조된 광섬유 모재는 대구경 모재 제조를 위해 오버자켓팅 공정을 거치기도 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조 방법은 응축 및 클로즈 공정에 소요되는 시간을 단축하므로써 광섬유 모재의 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조 방법은 광섬유 모재의 국부적인 변형을 방지함으로써 편광 모드 분산 특성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조 방법은 유독 가스를 중화시켜 배출함으로써 제조 환경 개선 및 환경 오염 방지에 효과가 있다.
Claims (5)
- 수직 선반 및 상기 수직 선반에 설치된 증착 튜브를 구비한 광섬유 모재 제조 장치에 있어서,상기 증착 튜브 내부로 투입되는 가스가 저장되며, 질소 저장부와 염소 저장부를 포함하여 구성된 가스 저장부와;밸브 구동 신호에 응답하여 상기 가스 저장부에서 증착 튜브 내부로의 가스공급을 개폐하는 가스 밸브와;상기 증착 튜브 내부의 공기를 진공 펌핑하기 위한 진공 펌핑부와;진공 지시 신호에 응답하여 상기 진공 펌핑부와 증착 튜브 사이를 개폐하는 진공 밸브와;미리 설정된 공정 정보에 따라 상기 밸브 구동 신호 및 진공 지시 신호를 출력하는 공정 제어부와;상기 증착 튜브 내부에서 배출되는 폐가스를 정화시키는 폐가스 처리부와;상기 폐가스 처리부와 증착 튜브 사이에 설치되어 폐가스 배출을 개폐시키는 폐가스 밸브를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 장치.
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- 삭제
- 수직 선반을 이용한 광섬유 모재 제조 방법에 있어서,내부 증착을 마친 증착 튜브를 수직 선반에 설치하는 준 모재 장착 과정과;상기 증착 튜브 내부로 염소 및 질소를 공급하는 가스 투입 과정과;상하로 이동하는 버너를 이용하여 상기 증착 튜브 내부를 응축 온도까지 가열하는 버너 가열 과정과;상기 증착 튜브 내부의 잔존 염소 가스를 증착 튜브 외부로 배출시키는 폐가스 배출 과정과;상기 버너 가열 과정에 의해 응축이 완료되면 증착 튜브 내부의 공기를 진공 펌핑하는 진공 처리 과정과;상기 버너를 클로즈 온도까지 승온시켜 증착 튜브를 가열하는 버너 승온 과정을 포함하는 광섬유 모재 제조 방법.
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