KR100526534B1 - 광섬유 모재 제작 방법과 장치 - Google Patents

광섬유 모재 제작 방법과 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 화학 반응에 의해서 생성된 슈트들을 석영관의 내벽에 증착시키는 광섬유 모재 제작 방법은 생성된 슈트들을 대전시키고, 상기 석영관의 내벽에 증착되지 않은 슈트들을 대전된 슈트들과 상반되는 전하로 대전된 대전체에 흡착시키며, 상기 슈트들이 대전된 상기 대전체를 상기 석영관의 외부로 이동시킨 후 대전된 상기 슈트와 동일한 전하를 갖도록 대전시킴으로써 상기 대전체에 흡착된 상기 슈트들을 대전 현상을 이용해서 상기 석영관의 외부로 배출한다.

Description

광섬유 모재 제작 방법과 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING OPTICAL FIBER PREFORMS}
본 발명은 광섬유 모재 제작 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 수정된 화학 기상 증착 방법에 의한 광섬유 모재 제작 장치 및 방법에 관한 것이다.
광섬유 제조 과정은 크게 모재 제조(Preform Manufacture), 인출(Drawing), 피복 코팅(Sheath Coating) 및 와이딩(Winding) 과정을 포함한다. 특히, 상기 모재 제조 과정은 광섬유를 인출하기 위한 기본 모재를 형성하는 과정으로서, 상기 모재를 형성하는 공법에는 기상 축 증착법(Vapor-phase Axial Deposition), 외부 증착법(Outer Chemical Vapor-phase Deposition), 플라즈마 화학 증착법(Plasma Chemical Vapor Deposition) 및 수정 화학 기상 증착법(Modified Chemical Vapor Deposition) 등이 있다.
특히, 수정 화학 기상 증착법은 광섬유 모재를 제작하고자 하는 중공형의 관 내부에 원료 가스 및 산소 가스를 주입하고, 상기 관을 가열함으로써 상기 관의 내부에 열산화 반응을 일으켜 투명한 유리막을 증착하는 방법을 말한다.
도 1은 수정 화학 기상 증착법에 의한 광섬유 모재 제작 장치를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 종래의 광섬유 모재 제작 장치는 일정 속도로 회전 가능하게 설치된 석영관(140)과, 상기 석영관(140)의 양 단을 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 척들(130a, 130b)과, 그 양 측벽들(112a, 112b)에 상기 척들(130a, 130b)를 지지하는 선반(110)과, 상기 선반(110)의 기저면을 따라서 좌우로 왕복 이송하는 이송대(123)와, 상기 이송대(123) 상에 안착됨으로써 상기 석영관(150)의 장축을 따라서 좌우로 왕복 이송하며 상기 석영관(150)의 외벽을 가열하는 버너(150)와, 상기 이송대(123)를 관통하며 나사 선이 형성된 이송 나사(121)와, 상기 이송 나사(121)에 구동력을 전달하는 모터(122)와, 상기 석영관 내의 원료 가스 및 슈트의 흐름을 원할히 하기 위한 질소 가스를 주입하는 질소관(160)을 포함한다.
상기 석영관(140)은 상기 척들(130a, 130b)에 의해서 회전되며, 상기 석영관(140)은 그 내부에 SiCl4 및 GeCl4 등의 원료 가스와 산소 가스가 주입된다.
상기 버너(150)는 상기 석영관(140)의 장축을 따라서 좌우로 왕복 이송을 하며, 원료가스가 주입되고 있는 상기 석영관(140)의 외벽을 가열한다.
상기 석영관(140)은 상기 버너(150)에 의해 그 내부에 고온 상태가 형성되며, 상기 석영관(140)의 내부에 주입된 원료 가스와 산소 등은 상기 석영관(140) 내부의 온도 증가로 인해 산화 반응을 일으키며, 산화 반응에 의해서 형성된 SiO2, GeO2 등과 같은 슈트들이 상기 석영관(140)의 내벽에 증착된다.
그러나, 상기 석영관의 내부에 형성된 산화물인 슈트들은 석영관의 내벽에 증착되는 효율이 낮아서, 생성된 슈트들 중의 40 ~ 50% 정도만이 석영관의 내벽에 증착되고, 나머지 증착되지 못한 슈트들은 상기 광섬유 모재 제조 장치의 내부에 잔존하면서, 광섬유 모재 제조 공정이 중단시키거나 광섬유 모재의 불량을 유발하는 문제가 있다.
석영관의 내부에 증착되지 못한 슈트들을 상기 광섬유 모재의 외부로 배출하기 위해 제안된 수단으로는 상기 석영관의 일단에 연결된 배기관을 통해서 상기 슈트들을 배출하는 방법과, 상기 석영관의 내부에 질소 가스 등을 주입함으로써 상기 석영관 내부에 잔존하는 슈트들을 보다 원활히 배기시키는 방법 등이 제안되고 있다.
즉, 상기 질소관(160)은 상기 석영관(140)의 내부에 질소 가스를 주입함으로써 상기 석영관(140) 내에 인위적인 와류를 형성한다. 상기 석영관(140) 내에 형성된 와류는 과도하게 형성된 슈트 및 미처 배기되지 못한 원료 가스를 상기 석영관(140)의 외부로 밀어내게 된다.
그러나, 석영관 내부에 질소 가스를 주입하는 방법은 석영관 내부에 원료 가스의 주입 방향에 역방향으로 질소 가스를 주입 함으로써 질소 가스에 의해 형성된 와류가 원료 가스의 주입 방향과 역방향을 이룸으로써 슈트 등의 배기가 이루어지지 못하는 문제가 있다.
본 발명에 따른 광섬유 모재 제작 방법은 석영관 내부에 과도하게 생성된 슈트들을 석영관의 외부로 원활히 배출할 수 있는 광섬유 모재 제작 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 화학 반응에 의해서 생성된 슈트들을 석영관의 내벽에 증착시키는 광섬유 모재 제작 방법은,
생성된 슈트들을 대전시키고, 상기 석영관의 내벽에 증착되지 않은 슈트들을 대전된 슈트들과 상반되는 전하로 대전된 대전체에 흡착시키며, 상기 슈트들이 대전된 상기 대전체를 상기 석영관의 외부로 이동시킨 후 대전된 상기 슈트와 동일한 전하를 갖도록 대전시킴으로써 상기 대전체에 흡착된 상기 슈트들을 대전 현상을 이용해서 상기 석영관의 외부로 배출한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 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.
본 발명에 따른 석영관의 내벽에 화학 기상 증착법에 의해 형성된 슈트들을 증착시키는 광섬유 모재 제작 방법은 생성된 상기 슈트들을 대전시키고, 상기 석영관의 내벽에 증착되지 않은 슈트들을 대전된 슈트들과 상반되는 전하로 대전된 대전체에 흡착시키며, 상기 슈트들이 대전된 상기 대전체를 상기 석영관의 외부로 이동시킨 후 대전된 상기 슈트와 동일한 전하를 갖도록 대전시킴으로써 상기 대전체에 흡착된 상기 슈트들을 대전 현상을 이용해서 상기 석영관의 외부로 배출시킨다.
도 2는 본 발명의 바른 실시예에 따른 광섬유 모재 제작 장치를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 모재 제작 장치는 제1 대전체(263)등을 포함하는 슈트 배출 수단(260)과, 그 기저면에 가이드 홈이 형성된 선반(210)과, 버너(250)와, 이송대(223)와, 한 쌍의 척들(230a, 230b)를 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 광섬유 모재 제작 장치는 광섬유 모재를 형성하고자 하는 석영관(240)을 가열해서 상기 석영관(240)의 내부를 고온 상태로 형성한다. 또한, 고온 상태가 형성된 상기 석영관(240) 내부에 SiCl4, GeCl4 등의 원료 가스와, O2 등을 주입함으로써 상기 석영관(240) 내부에 화학 반응에 의한 슈트들을 형성하며, 형성된 상기 슈트들이 열영동 현상에 의해서 상기 석영관(240)의 내벽에 증착됨으로써 광섬유 모재가 형성된다.
상기 척들(230a, 230b)은 상기 선반(210)의 양 측벽(212a, 212b)을 관통하며 상기 석영관(240)을 상기 선반(210)에 회전 가능하게 고정시킨다.
상기 선반(210)은 양 측벽(212a, 212b)을 관통하는 상기 척들(230a, 230b)을 지지하며, 그 기저면(211)에 상기 이송대(223)를 상기 석영관(240)의 장축을 따라서 좌우로 왕복 이송시키기 위한 가이드 홈(211a)이 형성된다.
상기 버너(250)는 상기 이송대(223) 상의 일측에 안착됨으로써 상기 석영관(240)의 장축을 따라서 좌우로 이송하며, 상기 석영관(240)의 외벽을 가열한다.
상기 이송대(223)는 상기 선반(210)의 가이드 홈(211a) 상에 위치되며, 그 중앙부에 형성된 나사산이 형성된 이송 나사(221)가 관통한다. 상기 이송 나사(221)는 모터(222)에서 생성된 구동력에 의해서 상기 이송대(223)를 상기 석영관(240)의 장축을 따라서 좌우로 왕복 이송시킨다.
상기 이송대(223)는 그 상면에 상기 버너(250)와, 상기 대전체(263)가 안착됨으로써, 상기 버너(250)와, 상기 대전체(263)를 상기 석영관(240)의 장축을 따라서 좌우로 왕복 이송시킨다.
상기 슈트 배출 수단(260)은 상기 석영관(240) 내에 과잉 생성된 슈트들을 양전하로 대전시키기 위한 제1 대전체(263)와, 상기 석영관의 내부에 삽입 또는 퇴축되는 제2 대전체(261)와, 상기 제2 대전체가 도전되는 극성 및 위치를 제어하기 위한 제어부(262)를 포함한다.
즉, 상기 제1 대전체(263)는 상기 석영관 내에 과잉 생성된 슈트들을 양전하로 대전시킨다.
상기 제2 대전체(261)는 상기 제어부(262)에 의해서 상기 석영관(240)의 내부에 삽입 또는 퇴축되는 왕복 이송 동작을 반복하며, 상기 제2 대전체(261)는 상기 석영관(240)의 내부에 삽입된 경우에, 상기 제어부(262)에 의해서 음극으로 도전됨으로써 양전하로 대전된 상기 슈트들을 흡착한다. 또한, 상기 슈트들을 흡착한 상기 제2 대전체(261)는 상기 석영관(240)의 외부로 퇴축 됨과 동시에 양극으로 도전시킴으로써 흡착된 상기 슈트들을 상기 석영관(262)의 외부로 배출시킨다. 상기 제2 대전체(261)로는 금속 재질의 봉 등을 사용할 수 있다.
상기 슈트 배출 수단(260)은 상기 석영관(240)의 내벽에 증착되지 않은 슈트들을 대전 현상을 이용해서 상기 석영관(240)의 외부로 배기시킨다.
본 발명에 따른 광섬유 모재 제작 장치는 석영관 내에 과잉 생성된 슈트들을 양전하로 대전시킨 상태에서 음극으로 도전된 금속에 의해서 대전 현상을 이용해서 그 외부로 배출시킴으로써 과잉 생성된 슈트의 배기가 용이하고, 과잉 생성된 슈트로 인한 광섬유 모재의 불량 발생을 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광섬유 모재 제작 장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 바른 실시예에 따른 광섬유 모재 제작 장치를 나타내는 도면,

Claims (3)

  1. 화학 반응에 의해서 생성된 슈트들을 석영관의 내벽에 증착시키는 광섬유 모재 제작 방법에 있어서,
    생성된 슈트들을 대전시키고, 상기 석영관의 내벽에 증착되지 않은 슈트들을 대전된 슈트들과 상반되는 전하로 대전된 대전체에 흡착시키며, 상기 슈트들이 대전된 상기 대전체를 상기 석영관의 외부로 이동시킨 후 대전된 상기 슈트와 동일한 전하를 갖도록 대전시킴으로써 상기 대전체에 흡착된 상기 슈트들을 대전 현상을 이용해서 상기 석영관의 외부로 배출함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 방법.
  2. 석영관의 내부에 주입된 원료 가스로부터 화학 반응에 의해 생성된 슈트들을 상기 석영관의 내벽에 증착하는 광섬유 모재 제작 장치에 있어서, 상기 석영관 내에 과도하게 생성된 슈트들을 제거하기 위한 슈트 배출 수단은,
    상기 석영관의 장축을 따라서 좌우 왕복 이송을 하며, 상기 석영관의 내부에 과도하게 형성된 슈트들을 대전시키기 위한 제1 대전체와;
    상기 석영관 내부에 삽입시 상기 슈트와 반대되는 전하로 대전됨으로써 대전된 상기 슈트들을 흡착하고, 상기 슈트들을 흡착한 상태에서 상기 석영관의 외부로 퇴축 후에 상기 슈트와 동일한 전하로 대전됨으로써 흡착된 상기 슈트들을 상기 석영관의 외부로 배출시키는 제2 대전체와;
    상기 제2 대전체의 운동과, 도전 상태를 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 광섬유 모재 제작 장치는,
    양 측벽에 상기 석영관의 양 단부를 제자리 회전 가능하게 지지하며, 그 기저면에 가이드 홈이 형성된 선반과;
    상기 석영관의 외벽을 가열하는 버너와;
    그 상면에 상기 버너 및 상기 제1 대전체가 상호 이격되게 안착되며, 상기 가이드 홈을 따라서 상기 석영관의 장축을 따라서 좌우로 왕복 이송을 하는 이송대와;
    상기 선반의 양 측벽을 관통하며 상기 석영관을 회전 가능하게 상기 선반에 고정시키는 한 쌍의 척들을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
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