KR100438348B1 - 길이 방향으로 굴절율이 상이한 광섬유 및 이에 적합한광섬유 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 및 광섬유의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 길이 방향으로 굴절율이 상이하도록 제작되어 구조가 상이한 광섬유의 물리적 접속 시 접속 손실을 최소화할 수 있도록 구성된 광섬유 및 이에 적합한 광섬유 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 서로 다른 특성을 갖는 광섬유를 연결할 때 물리적인 장치인 스플라이스를 사용하는데 따른 특성 저하를 방지할 수 있는 길이 방향으로 굴절율이 상이한 광섬유 및 이에 적합한 광섬유 제조 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 고안은 모재(51)에서 광섬유(L)를 소정 길이로 방사할 때, 광섬유(L)를 당기는 캡스턴(53)의 인장력을 광섬유(L)의 전체 직경이 변화되지 않는 한도내에서 클래드(CL)에 인가되는 스트레스를 변화시켜 소정 위치에서 클래드 굴절율을 변화시키도록 구성함을 특징으로 한다.

Description

길이 방향으로 굴절율이 상이한 광섬유 및 이에 적합한 광섬유 제조 방법{OPTICAL FIBER HAVING DIFFERENT REFRACTIVE INDEX DIRECTED TO THE LENGTH AND TO BE FITTED MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 광섬유 및 광섬유의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 길이 방향으로 굴절율이 상이하도록 제작되어 구조가 상이한 광섬유의 물리적 접속 시 접속 손실을 최소화할 수 있도록 구성된 광섬유 및 이에 적합한 광섬유 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광섬유는 일정한 속도 및 방향으로 회전되는 석영관 내부에 원료 가스인 SiCl₄, POCl₃, Fluorine, BCl₃, GeCl₄등을 적당한 비율로 공급함과 아울러 석영관을 좌우 이동 가능한 버너로 가열하는 화학 기상 증착법등에 의해 모재를 제작하게 된다.

즉, 모재는 석영관 내부에 굴절율이 낮은 클래드층을 먼저 증착시킴과 아울러 굴절율이 높은 코어층을 증착시켜서 제작하게 되는 것이다.

모재가 제작되면 이를 가열함과 아울러 소정 인장력을 가해 미세한 직경의 광섬유를 제작하는 방사 공정을 실시하게 된다.

상기한 방사 장치는 도3에 도시된 바와 같이 모재 위치 제어기(50)에 연결되어 있는 모재(51)와, 상기한 모재(51)가 삽입되어 있는 상태에서 1800∼2300?? 정도로 가열되도록 설치된 가열로(52)와, 상기한 가열로(52)에서 가열된 모재(51)로부터 광섬유(L)가 방사(紡絲)됨과 아울러 일정한 인장력으로 당기도록 설치된 캡스턴(53)과, 상기한 캡스턴(53)을 통해 당겨지면서 방사된 광섬유(L)가 권취되는 스풀(54)로 구성되어 있다.

또한, 상기한 광섬유(L)의 인출되는 직경을 측정하도록 설치된 직경 측정기(55) 및 측정된 광섬유(L)의 직경을 조절하도록 캡스턴(53)을 제어할 수 있게 설치된 제어기(56)와, 상기한 광섬유(L)의 외부에 고분자 물질을 피복하도록 설치된 제1, 2차 코팅 장치(57, 58)로 구성되어 있다.

상기한 바와 같은 광섬유 방사 장치의 동작을 설명하면 모재 위치 제어기(50)에서 모재(51)의 위치가 정해지면, 상기한 가열로(52)에서 모재(51)를 가열하게 된다.

모재(51)를 가열함과 아울러 모재(51)가 소정 온도가 되면 이를 당겨서 가늘게 뽑아 광섬유(L)를 제작하게 되는 바, 상기한 광섬유(L)는 캡스턴(53)의 회전 속도를 균일하게 유지하면서 이에 따른 인장력으로 그 직경을 결정하게 된다.

즉, 도4에 도시된 바와 같이 광섬유(L)의 시작단과 종단을 비교하면, 코어(C)의 반경 a와 굴절율 n₁및 클래드(석영관 포함)(CL)의 반경 b와 굴절율 n₀가 전체적으로 동일한 상태를 유지하도록 제작하게 되는 것이다.

물론, 상기한 광섬유(L)의 성능은 코어(C), 클래드(CL)의 굴절율 및 반경에 의해 결정되고 유지되는 바, 상기한 코어(C) 및 클래드(CL)의 굴절율을 허용된 일정 범위내에서 유지하는 것이 중요하게 된다.

여기서, 상기한 모재(51)의 코어(C) 및 클래드(CL) 굴절율을 그래프로 표시하게 되면, 도5에 도시된 바와 같이 Si+Ge로 증착된 코어(C)의 굴절율(약 0.005)이 매우 높고, Si+P+F로 증착된 클래드(CL)의 굴절율(약 0.0005)이 코어에 비해 낮은 것이 나타나는 바, 상기한 광섬유의 방사 후에도 모재(51)와 유사한 굴절율을 갖도록 방사 조건(캡스턴의 회전 속도: 50m/min, 인장력 150g)을 설정하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같이 캡스턴을 일정한 회전 속도로 회전시키면서 광섬유를 방사, 제작하여 광섬유의 시작단과 종단에서 굴절율이 거의 동일한 광섬유를 사용하게 되면, 상기한 굴절율(또는 싱글 유닛과 멀티 유닛등과 같이 구조가 상이한)이 다른 광섬유를 연결할 때 별도의 물리적인 접속 장치인 스플라이스(splice)를 사용하기 때문에, 특성 저하 및 손실이 발생되는 문제점이 있다.

즉, 광섬유를 방사할 때는 일정한 길이로 방사하게 되고, 상기한 광섬유를 스플라이스로 연결하여 설치하게 되지만, 서로 다른 특성 및 구조를 갖는 광섬유를 연결할 때는 광섬유의 특성 손실이 발생되는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 서로 다른 특성을 갖는 광섬유를 연결할 때 물리적인 장치인 스플라이스를 사용하는데 따른 특성 저하를 방지할 수 있는 길이 방향으로 굴절율이 상이한 광섬유 및 이에 적합한 광섬유 제조 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 고안은 모재에서 광섬유를 소정 길이로 방사할 때, 광섬유를 당기는 캡스턴의 인장력을 광섬유의 전체 직경이 변화되지 않는 한도내에서 클래드에 인가되는 스트레스를 변화시켜 소정 위치에서 클래드 굴절율을 변화시키도록 구성함을 특징으로 한다.

도1은 본 발명에 따른 광섬유에서 인장 또는 압축 스트레스에 의해 광섬유의 시작단과 종단에서의 코어 및 클래드 직경이 상이하게 된 것을 도시한 광섬유 단면도,

도2는 본 발명에 따른 광섬유에서 캡스턴의 인장력 변화에 따른 굴절율의 변화를 도시한 그래프,

도3은 일반적인 광섬유의 방사를 위한 인출부를 도시한 개략도,

도4는 도3에서 일정한 인장력에 따라 제작된 광섬유의 시작단과 종단을 도시한 단면도,

도5는 통상적으로 코어와 클래드가 일정한 굴절율을 갖도록 제작된 모재의 굴절율을 도시한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

C: 코어CL: 클래드

n1, n0: 시작단의 굴절율 n'₁, n'₀: 종단의 굴절율

51: 모재53: 캡스턴

도1은 본 발명에 따른 광섬유의 시작단과 종단에서의 직경 및 굴절율을 표시한 개략 단면도로서, 시작단과 종단의 직경은 같은 상태(허용 오차 이내)에서 광섬유(L)의 방사 시 코어(C) 및 클래드(CL)에 인가되는 인장 및 압축 스트레스에 의해 코어(C) 및 클래드(CL)의 굴절율이 시작단(n₁, n₀)과 종단(n'₁, n'₀)에서 상이하게 구성되어 있다.

즉, 캡스턴(53)으로 광섬유(L)를 당겨서 뽑을 때 모재 위치 제어기(50)와 캡스턴(53)의 회전 속도를 조정함으로써, 코어(C)와 클래드(CL)에 인가되는 인장력이 변화되도록 하는 바, 상기한 인장력의 변화에 의해 광섬유(L)의 전체 굴절율과 광섬유의 일부분(특히 종단)에서의 굴절율이 상이하게 되는 것이다.

여기서, 상기한 광섬유(L)의 시작단과 종단의 직경은 허용 오차 이내인 상태에서 상기한 인장력을 변화시켜, 특히 클래드(CL)에 인가되는 스트레스를 조절하게 된다.

상기한 캡스턴(53)의 회전 속도는 시작단에서는 50m/min(150g의 힘)로 회전시키게 되고, 종단에서는 100m/min(270g의 힘)로 회전시키게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 작용 효과를 설명하면 모재(51)를 모재 위치 제어기(50)에 설치한 후, 상기한 모재(51)를 가열로(52)에 투입함과 아울러 광섬유(L)를 뽑아 캡스턴(53)에 권취하게 된다.

물론, 상기한 광섬유(L)는 직경 측정기(55)를 통과하면서 직경을 측정하게 되는 바, 상기한 캡스턴(53)의 속도를 50m/min으로 설정하여 광섬유(L)를 뽑게 된다.

50m/min의 속도로 캡스턴(53)을 회전시키게 되면 인장력이 150g이 되고, 도2에서 점선으로 표시된 바와 같이 굴절율이 모재(51)의 코어(C) 및 클래드(CL) 굴절율과 유사하게 설정된다.

이 상태에서 종단 위치(예를 들면 굴절율을 바꾸고 싶은 위치)에서는 캡스턴(53)의 회전 속도를 100m/min으로 변화시키게 된다.

100m/min으로 회전 속도가 변화되면 인장력이 270g으로 변화되면서 클래드(CL)에 압축 스트레스가 인가되고, 이에 따라 도2에서 실선으로 표시된 바와 같이 클래드(CL)의 굴절율이 상승하게 된다.

즉, 상기한 시작단(점선 표시)과 종단(실선 표시)에서의 굴절율이 150g(캡스턴의 회전 속도 50m/mim)으로 방사를 했을 때는 모재(51)의 굴절율과 유사한 상태를 갖게 되고, 270g(캡스턴의 회전 속도 100m/min)으로 방사를 했을 때는 모재(51)의 굴절율에 비해 클래드(CL)에서의 굴절율이 높아져 있음을 알 수 있다.

상기한 굴절율은 광섬유(L)에 압축 스트레스가 인가되면 굴절율이 높아지고, 팽창 스트레스가 인가되면 굴절율이 낮아지는 바, 상기한 캡스턴(53)의 회전 속도가 100m/min이 되면 클래드(CL)에 압축 스트레스가 인가됨으로써, 상기한 클래드(CL)에서의 굴절율이 높아지게 되는 것이다.

여기서, 상기한 캡스턴(53)의 회전 속도를 50∼100m/min으로 한 것은광섬유(L)의 직경을 허용 오차 이내로 유지할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기한 바와 같이 시작단과 종단의 클래드(CL) 굴절율이 상이한 광섬유(L)가 제작되면, 상기한 광섬유(L)로 선로를 구성하게 되는 바, 상기한 광섬유(L)들로 선로를 구성할 때는 소정 길이인 광섬유(L)를 다수 연결하여 구성하게 된다.

상기한 광섬유(L)를 연결할 때는 접속 장치인 스플라이스를 사용하게 되는 바, 상기한 스플라이스로 광섬유(L)를 연결할 때, 구간별로 특성이 상이한 광섬유(L)가 사용되면 상기한 특성을 완충하여 손실을 최소화할 수 있는 스플라이스를 사용하게 된다.

이때, 상기한 스플라이스 연결 부분에는 본 발명에서 제작된 굴절율이 종단에서 상이하게 제작된 광섬유(L)를 사용하게 된다.

예를 들어, 종단에서 클래드(CL)의 굴절율이 높아지거나 또는 낮아지는 광섬유(L)의 종단을 스플라이스에 물리적으로 연결하게 되면, 전파가 스플라이스를 통과함과 아울러 광섬유(L)의 종단을 통과할 때의 굴절율 변화를 완충시킬 수 있게 되는 것이다.

즉, 종단 클래드(CL)에서의 굴절율을 스플라이스 통과시에 발생되는 손실분만큼 향상시키면, 상기한 손실분을 보상할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 광섬유를 방사하여 제작할 때 종단에서 클래드의 굴절율이 스플라이스의 접속에 따른 손실만큼 향상되도록 제작함으로써, 광섬유의 선로 설치 시 전파의 전송 손실을 최소화할 수 있는 잇점이 있는 것이다.

Claims (3)

1. 삭제
2. (정정) 모재에서 광섬유를 소정 길이로 방사할 때, 광섬유를 당기는 캡스턴의 인장력을 광섬유의 전체 직경이 변화되지 않는 한도내에서 클래드에 인가되는 스트레스를 변화시켜 소정 위치에서 클래드 굴절율을 변화시키도록 구성하되, 상기한 캡스턴의 인장력은 150g∼270g 사이로 조절하여 구성함을 특징으로 하는 길이 방향으로 굴절율이 상이한 광섬유.
3. 캡스턴의 회전 속도와 모재의 위치를 제어하면서 광섬유의 직경을 일정하게 유지하는 광섬유 제조 방법에 있어서,

   상기한 광섬유를 방사할 때 캡스턴의 회전 속도를 종단에서 변화시킴과 아울러 광섬유의 전체 직경은 변화하지 않는 범위내에서 인장 또는 압축 스트레스를 인가하여 클래드 굴절율을 변화시키도록 구성함을 특징으로 하는 길이 방향으로 굴절율이 상이한 광섬유 제조 방법.