KR100528752B1 - 광섬유 모재봉의 오버클래딩 방법 및 장치 - Google Patents

광섬유 모재봉의 오버클래딩 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 오버클래딩 방법은 코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 제조하는 단계; 상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영 튜브를 준비하는 단계; 광섬유 모재봉의 길이축과 석영 튜브의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영 튜브의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영 튜브 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계; 광섬유 모재봉을 수용하고 있는 석영 튜브의 일단(one end)으로 퍼징가스(purging gas)를 주입하면서 대향하는 석영 튜브의 외주면을 가열하여 석영 튜브의 타단(opposite end)과 모재봉을 접합시키는 단계;
상기 퍼징가스의 압력변화(△P) 또는 유량변화(△M)를 측정하는 단계; 측정결과, 퍼징가스의 압력이 현저하게 높아지거나 퍼징가스의 유량이 급속히 줄어드는 경우 퍼징가스의 공급을 중단하고, 석영 튜브 내부에 대기압 보다 낮은 음압을 형성하는 단계; 석영 튜브 내부에 음압이 형성된 상태에서 열원을 석영 튜브의 일단으로부터 타단으로 이동시키면서 석영 튜브의 외주면을 가열하여 석영튜브를 클로징하는 단계를 포함한다.

Description

광섬유 모재봉의 오버클래딩 방법 및 장치{METHOD OF AND APPARATUS FOR OVERCLADDING A OPTICAL PREFORM ROD}
본 발명은 광섬유 모재봉을 오버클래딩 하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 오버클래딩시 퍼징가스를 사용하여 모재봉과 석영 튜브 경계면에서 발생할 수 있는 오염을 방지할 수 있는 오버클래딩 방법 및 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 광섬유는 아래와 같은 공정을 통해 제조된다.
광섬유 1차 모재(이하, 광섬유 모재봉)를 제조한 후, 로드-인 튜브(RIT) 또는 오버 클래딩이라 부르는 방법을 통해 대구경 광섬유 2차 모재(이하, 광섬유 프리폼)를 제조하고, 이 광섬유 프리폼을 용융하여 미소 굵기의 광섬유를 인선하게 된다.
상기 광섬유 모재봉을 제조하는 방법은 크게 외부증착법과 내부증착법으로 나눌 수 있다. 또한, 상기 외부증착법은 다시 VAD(Vapour Phase Axial Deposition)법과 OVD(Outside Vapour Deposition)법으로 나뉜다. 대표적인 내부증착법으로는 수정화학기상증착법(Modified Chemical Vapour Deposition: MCVD)을 들 수 있다.
상기한 광섬유 모재봉의 제조방법중 수정화학기상증착법은 그 제조 공법상의 특성 때문에 직경이 큰 모재를 제조하는데 여러가지 애로점이 있다. 따라서, 생산성 향상의 측면에서 대구경의 석영관 내부에 수정화학기상증착법에 의해 제조된 광섬유 모재봉을 게재하여 용융, 접합하는 오버클래딩이라는 방법이 사용된다.
이 오버클래딩 방법은 미리 만들어져 있는 광섬유 모재봉을 대구경의 석영 튜브(glass tube)에 넣고, 버너로 가열하여 모재봉과 석영 튜브를 녹여서 붙이는 것에 의해 대구경의 광섬유 프리폼을 제조하는 방법이다.
미국 특허 제 4,231,777 호, 미국 특허 제 4,547,644 호, 미국 특허 제 4,505,729 호, 미국 특허 제 4,820,322 호 등은 다양한 오버 클래딩 방법을 소개하고 있다.
상술한 종래의 오버클래딩 방법은 광섬유 모재봉과 석영 튜브를 클리닝하여 표면을 세척한 후, 석영 튜브내에 광섬유 모재봉을 삽입하고 그 일단을 가열하여 광섬유 모재봉과 석영 튜브를 초기 접합시켜 외부공기의 유입을 방지한다. 이렇게 초기 접합이 완료되면, 버너를 이동시키면서 석영 튜브 내부에 음압을 형성하여 석영 튜브를 붕괴시켜 모재봉에 결합되도록 한다. 이때, 만일 석영 튜브와 모재봉의 초기 접합부에 누설이 있는 상황에서 석영 튜브 내부에 음압을 걸게되면, 외부 공기가 모재봉과 석영 튜브의 경계면에 인입되어 광섬유 프리폼의 품질을 저하시킨다.
따라서, 본 발명자들은 모재봉과 석영 튜브의 초기 접합시에 그 경계면에 외부공기가 유입되지 않도록 하는 방안을 모색하였다. 즉, 초기 접합면의 개방부를 통해 외부 공기가 유입되지 않도록 석영 튜브의 타단으로부터 퍼징가스를 주입하고, 이 퍼징가스를 초기 접합면의 개방부를 통해 배출함으로써 외부공기의 유입을 차단하였다.
또한, 본 발명자들은 모재봉과 석영 튜브의 초기 접합이 완료되는 시점을 정확하게 포착한 후 음압을 인가하는 방안을 모색하였다. 즉, 석영 튜브의 타단으로 유입되어 접합면의 개방부를 향해 배출되는 퍼징가스의 압력변화나 유량변화를 측정하고, 이 측정값을 분석함으로써 접합의 완료시점을 파악할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 광섬유 프리폼의 오버클래딩시 발생하는 모재봉과 석영 튜브의 경계면에 외부 공기가 유입되는 것을 차단하고, 석영 튜브의 신속한 붕괴가 이루어질 수 있는 오버클래딩 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명의 일 양태로서의 오버클래딩 방법은
코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 제조하는 단계;
상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영 튜브를 준비하는 단계;
광섬유 모재봉의 길이축과 석영 튜브의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영 튜브의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영 튜브 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계;
광섬유 모재봉을 수용하고 있는 상기 모재봉과 석영 튜브 사이의 간극(clearance)으로 퍼징가스(purging gas)를 주입하면서, 석영 튜브의 외주면을 가열하여 석영 튜브와 모재봉을 초기 접합시키는 단계;
이때, 상기 퍼징가스는 상기 간극을 통해 흘러서 상기 석영 튜브의 개방부를 통해 배출되면서 외부의 이물질이 석영 튜브 내부로 유입되는 것을 차단하고,
상기 퍼징가스의 압력변화(△P) 또는 유량변화(△M)를 측정하는 단계;
측정결과, 퍼징가스의 압력이 현저하게 높아지거나 퍼징가스의 유량이 급속히 줄어드는 경우, 퍼징가스의 공급을 중단하고 석영 튜브 내부에 대기압 보다 낮은 음압을 형성하는 단계;
석영 튜브 내부에 음압이 형성된 상태에서 열원을 석영 튜브의 일단으로부터 타단으로 이동시키면서 석영 튜브의 외주면을 가열하여 모재봉과 석영튜브를 완전하게 클로징하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태로서의 오버 클래딩 장치는
코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod);
상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경 보다 큰 내경을 갖는 석영 튜브;
상기 모재봉을 그 길이축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 길이축에 대해 고정하기 위한 제 1 지지수단;
모재봉이 수용된 석영 튜브를 그 길이축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 길이축에 대해 고정하기 위한 제 2 지지수단;
이때, 상기 제 1 및 제 2 지지수단은 상기 모재봉과 석영 튜브의 길이축이 서로 일치되도록 상기 모재봉과 석영 튜브의 대향지점을 각각 고정하고;
상기 모재봉과 석영 튜브를 그 길이축을 중심으로 소정 속도로 회전시키기 위한 회전수단;
상기 석영 튜브의 길이축을 따라 이동하면서 석영 튜브의 외주면을 가열하기 위한 이동 열원;
상기 석영 튜브 내부에 퍼징가스를 공급하기 위한 퍼징 가스 공급수단;
상기 석영 튜브 내부에 음압을 형성하기 위한 진공 배기 수단;
상기 석영 튜브 내부에 퍼징가스를 공급하거나 음압을 형성하기 위해, 석영 튜브와 상기 퍼징가스 공급수단 사이 또는 석영 튜브와 상기 진공배기수단 사이에 선택적으로 통로를 형성하기 위한 가스유로;
상기 석영 튜브 내부로 주입되는 퍼징가스의 압력을 모니터링하여 퍼징가스의 압력이 급격하게 증가될 경우, 상기 석영 튜브 내부에 음압이 형성되도록 석영 튜브와 진공 배기수단 사이에 상기 가스 유로를 형성하는 유로조절수단을 포함한다.
또한, 상기 유로조절수단은
상기 가스유로에 설치되어, 퍼징가스의 압력을 측정하기 위한 압력게이지와;
상기 석영 튜브와 상기 진공배기수단 사이 또는 석영 튜브와 상기 퍼징가스 공급수단에 사이에 선택적으로 가스유로를 형성하기 위한 전환밸브; 및
상기 압력 게이지로부터 압력신호를 전달받아 압력 변화값을 산출하고, 이 압력 변화값이 기준값에 비해 큰 격차를 보일 경우 상기 석영튜브와 진공배기수단에 사이에 가스유로가 형성되도록 상기 전환밸브를 제어하기 위한 밸브제어수단으로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 일 양태로서의 광섬유 오버 클래딩 장치는
코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod);
상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경 보다 큰 내경을 갖는 석영 튜브;
상기 모재봉을 그 길이축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 길이축에 대해 고정하기 위한 제 1 지지수단;
모재봉이 수용된 석영 튜브를 그 길이축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 길이축에 대해 고정하기 위한 제 2 지지수단;
이때, 상기 제 1 및 제 2 지지수단은 상기 모재봉과 석영 튜브의 길이축이 서로 일치되도록 상기 모재봉과 석영 튜브의 대향지점을 각각 고정하고;
상기 모재봉과 석영 튜브를 그 길이축을 중심으로 소정 속도로 회전시키기 위한 회전수단;
상기 석영 튜브의 길이축을 따라 이동하면서 석영 튜브의 외주면을 가열하기 위한 이동 열원;
상기 석영 튜브 내부에 퍼징가스를 공급하기 위한 퍼징 가스 공급수단;
상기 석영 튜브 내부에 음압을 형성하기 위한 진공 배기 수단;
상기 석영 튜브 내부에 퍼징가스를 공급하거나 음압을 형성하기 위해, 석영 튜브와 상기 퍼징가스 공급수단 사이 또는 석영 튜브와 상기 진공배기수단 사이에 선택적으로 통로를 형성하기 위한 가스유로;
상기 석영 튜브 내부로 주입되는 퍼징가스의 유량을 모니터링하여 퍼징가스의 유량이 급격하게 감소될 경우, 상기 석영 튜브 내부에 음압이 형성되도록 석영 튜브와 진공 배기수단 사이에 상기 가스 유로를 형성하는 유로조절수단을 포함한다.
상기 유로조절수단은
상기 가스유로에 설치되어, 퍼징가스의 유량을 측정하기 위한 유량게이지와;
상기 석영 튜브와 상기 진공배기수단 사이 또는 석영 튜브와 상기 퍼징가스 공급수단에 사이에 선택적으로 가스유로를 형성하기 위한 전환밸브; 및
상기 유량 게이지로부터 유량신호를 전달받아 유량 변화값을 산출하고, 이 유량 변화값이 기준값에 비해 큰 격차를 보일 경우, 상기 석영튜브와 진공배기수단 사이에서 상기 가스유로가 형성되도록 상기 전환밸브를 제어하기 위한 밸브제어수단으로 이루어진다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태로서의 광섬유 제조방법은
코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 제조하는 단계;
상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영 튜브를 준비하는 단계;
광섬유 모재봉의 길이축과 석영 튜브의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영 튜브의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영 튜브 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계;
광섬유 모재봉을 수용하고 있는 상기 모재봉과 석영 튜브 사이의 간극(clearance)으로 퍼징가스(purging gas)를 주입하면서, 석영 튜브의 외주면을 가열하여 석영 튜브와 모재봉을 초기 접합시키는 단계;
이때, 상기 퍼징가스는 상기 간극을 통해 흘러서 상기 석영 튜브의 개방부를 통해 배출되면서 외부의 이물질이 석영 튜브 내부로 유입되는 것을 차단하고,
상기 퍼징가스의 압력변화(△P) 또는 유량변화(△M)를 측정하는 단계;
측정결과, 퍼징가스의 압력이 현저하게 높아지거나 퍼징가스의 유량이 급속히 줄어드는 경우, 퍼징가스의 공급을 중단하고 석영 튜브 내부에 대기압 보다 낮은 음압을 형성하는 단계;
석영 튜브 내부에 음압이 형성된 상태에서 열원을 석영 튜브의 일단으로부터 타단으로 이동시키면서 석영 튜브의 외주면을 가열하여 모재봉과 석영튜브를 완전하게 클로징하는 단계; 및
밀봉된 오버클래드 광섬유 모재로부터 광섬유를 인선하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 퍼징가스는 순수한 공기, 여과된 질소, 여과된 아르곤, 여과된 헬륨가스로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 오버 클래딩 장치가 도시되어 있다. 이 장치는 모재봉(10)과 오버클래딩(32)을 포함하는 광섬유 프리폼(35)을 제조하기 위한 장치이다.(도 2 참조)
상기 광섬유 모재봉(10)은 소정의 광학적 내지 기하학적 특성을 갖는 코어층과 클래드층을 포함한다. 이 광섬유 모재봉(10)은 예를들어, 잘 알려진 MCVD공법을 통해 제조된다.(MCVD 공법 : 미국 특허 제 4,217,027 호 참조)
광섬유 모재봉(10)은 광섬유의 생산효율의 향상을 위해 오버클래딩 되는데, 이 오버클래딩은 모재봉(10)을 소정의 광학적 내지 기하학적 특성을 갖는 석영 튜브(30)내에 일정한 간극(clearance)(33)을 갖도록 삽입하고(도 3 참조), 이 모재봉 위에 튜브를 붕괴시키는 것에 의해 성취된다.
도 1에 도시된 바와같이, 대구경을 갖는 석영 튜브(30)의 한쪽끝에는 보조튜브(31)를 결합시키고, 이 보조튜브(31)의 끝단을 밀봉부재(20)(sealing member)로 밀봉한다. 밀봉부재(20)에는 관통홀이 형성되고, 이 관통홀을 통해 가스 공급관(71)이 삽입되어 보조튜브(31)내로 연장된다. 이때, 가스공급관(71)은 보조튜브(31)의 길이 보다 더 길게 연장되어서는 안된다.
석영 튜브(30)와 연결된 보조튜브(31)는 척(미도시)과 같은 지지수단에 의해 고정된 상태에서 도시되지 않은 수직선반에 의해 수직으로 지지된다. 또한, 석영 튜브(30)의 수직 상단측에 위치하는 개방부(40)를 통해 모재봉(10)이 석영 튜브(30)내로 삽입된다. 이때, 모재봉(10)의 끝단은 도시되지 않은 상부 보조튜브에 접합된 후 오버헤드 척(15)에 의해 고정되고, 이로인해 모재봉(10)은 석영 튜브(30)에 수용된 상태에서 길이축에 대해 수직으로 지지된다.
이와같이, 석영 튜브(30) 내부에 수용되는 모재봉(10)의 외경과 석영 튜브(30)의 내경 사이에는 도 3의 도면부호 33과 같은 간극(clearance)을 갖게 되는데, 이 간극은 석영 튜브(30)의 내주면 전체를 따라 일정하게 균일해야 한다. 즉, 석영 튜브(30)의 길이축과 모재봉(30)의 길이축(21)이 서로 일치할 수 있도록 모재봉(10)을 석영 튜브(30)내에 배치해야 할 것이다.
또한, 상기 수직 선반(도면에 미도시)에는 석영 튜브(30)의 길이축을 따라 상,하(화살표 B)로 이동하는 이동열원(45)이 부착되는데, 이 이동 열원(45)은 산소-수소 버너인 것이 바람직하다. 물론, 링형 토치나 전기 저항로, 인덕션 가열로 등도 본 발명의 이동 열원으로 채택 가능하다.
또한, 상기 모재봉(10)과 석영 튜브(30)는 그 길이축(21)에 대해 수직으로 지지된 상태에서 각각 일정한 속도로 회전된다. 따라서, 모재봉(10)과 석영 튜브(30)를 그 길이축(21)을 중심으로 회전시키기 위한 회전수단(도면에 미도시)이 수직 선반상에 구비되어야 할 것이다.
한편, 상기 가스 공급관(71)은 가스 공급로(72) 및 진공 배기로(73)를 거쳐서 각기 퍼징가스 공급원(purging gas source)(80) 또는 진공 배기원(vaccum source)(70)에 연결된다. 또한, 가스 공급관(71)과 가스 공급로(72) 및 진공 배기로(73)가 만나는 지점에는 가스 공급관(71)을 가스 공급로(72) 또는 진공 배기로(73)에 선택적으로 연결하기 위한 전환밸브(90)가 설치된다. 이 전환 밸브(90)은 밸브제어수단(95)에 의해 제어된다. 즉, 밸브제어수단(95)으로부터의 제어신호에 따라 전환 밸브(90)는 가스 공급관(71)과 진공 배기로(73) 사이의 유로를 폐쇄하고, 가스 공급관(71)과 가스 공급로(72) 사이의 유로를 개방하여 퍼징 가스를 석영 튜브(30)내로 인입시키거나 가스 공급관(71)과 가스 공급로(72) 사이의 유로를 폐쇄하고, 가스 공급관(71)과 진공 배기로(73) 사이의 유로를 개방하여 석영 튜브(30)내에 음압이 형성되도록 한다. 이 전환 밸브(90)로는 상술한 기능을 달성할 수 있다면 다양한 형태의 모든 밸브가 채택 가능하다.
상기 가스 공급로(72)에는 유량 게이지(85)와 압력 게이지(75)가 각각 설치되고, 이 유량 게이지(85) 및 압력 게이지(75)는 상기 밸브제어수단(95)에 결합된다. 상기 유량 게이지(85) 및 압력 게이지(75)는 퍼징 가스의 압력이나 유량을 센싱하여 압력신호나 유량신호를 생성하고, 이를 상기 밸브제어수단(90)에 전달하는 일종의 센서이다.
유량 게이지(85) 및 압력 게이지(75)로부터 유량 신호 또는 압력 신호를 입력받은 밸브제어수단(95)은 그 내부 메모리에 미리 입력되어 있는 초기 압력치 및 초기 유량치와 상기 입력신호를 비교하여 압력 변화값과 유량 변화값을 연산한다.
이렇게 연산된 압력 변화값(△P)이나 유량 변화값(△M)이 기준값과 비교하여 큰 변화가 있는 경우 밸브의 전환을 지시하는 밸브제어신호를 생성하고, 이를 전환밸브(90)를 구동하는 액츄에이터에 인가한다.
도 1의 경우 전환 밸브(90)가 가스 공급관(71)과 가스 공급로(72) 사이의 유로를 개방하여 퍼징 가스 공급원(80)으로부터 제공되는 퍼징 가스가 가스 공급관(71)을 거쳐 석영 튜브(30) 내부로 인입되고 있는 상태를 도시하고 있다. 이렇게 인입된 퍼징 가스는 모재봉(10)과 석영 튜브(30) 사이에 형성되는 간극(33)을 통해 석영 튜브(30)의 개방부(40)를 거쳐 외부로 배출된다. 따라서, 모재봉(10)과 석영 튜브(30)의 초기 접합시에 개방부(40)를 통해 외부 공기가 인입되어 모재봉(10)과 석영 튜브(30)의 경계면을 오염시키는 문제점을 해결할 수 있다.
상기 퍼징 가스로는 순수한 공기, 여과된 질소, 여과된 아르곤, 여과된 헬륨가스 등과 같이 불순물의 제거를 목적으로 하는 필터링된 가스가 사용된다.
상술한 구성의 오버 클래딩 장치를 이용하여 광섬유 모재봉에 석영 튜브를 오버 클래딩하는 공정을 도 4를 참조하여 설명한다.
먼저, MCVD공정을 이용하여 코어층과 클래드층을 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 곧게 뻗어있는 광섬유 모재봉(10)을 제조한다. 이 광섬유 모재봉(10)을 제조하기 위한 MCVD공정에 대한 구체적인 설명은 미국 특허 제 4,217,027 호를 참조하는 것에 의해 생략한다.
다음으로, 모재봉(10)을 내부에 수용할 수 있도록 상기 모재봉(10)의 외경 보다 큰 내경을 가진 석영 튜브(30)를 준비한다. 이 석영 튜브(30)는 인선되는 광섬유의 최외각 클래드층을 형성하는 만큼 이에 대응하는 광학적 내지 기하학적 특성을 구비해야 할 것이다. 준비된 석영 튜브(30)의 일측 끝단에 보조 튜브(31)를 접합하고, 이 보조 튜브(31)의 끝단에는 관통홀이 구비된 밀봉부재(20)를 끼운다. 또한, 상기 밀봉 부재(20)의 관통홀을 거쳐서 가스 공급관(71)을 석영 튜브(30) 내부로 인입한다.
준비된 모재봉(10)의 길이축과 석영 튜브(30)의 길이축이 서로 일치되도록 모재봉(10)을 석영 튜브(30) 내부에 개재한 상태에서 모재봉(10)의 일단과 대향하는 석영 튜브(30)의 타단을 각기 수직선반에 고정시킨다. 이로 인해, 모재봉(10)과 석영 튜브(30)가 커플링된 상태에서 모재봉(10)과 석영 튜브(30)가 그 길이축에 대해 수직(또는 수평)으로 지지된다.
이동 열원(45)을 석영 튜브(30)의 상단으로 이동시켜 초기 접합부 근처에 위치시키고, 모재봉(10)과 석영 튜브(30)를 각기 그 길이축을 중심으로 소정의 속도로 회전시키면서 석영 튜브(30)의 외주면을 가열한다. 이때, 가스 공급관(71)을 통해 퍼징 가스를 제공하여 도 4a의 화살표 82와 같이 모재봉(10)과 석영 튜브(30) 사이의 간극(33)을 통해 외부로 배출한다. 따라서, 오염된 외부 공기가 초기 접합부(40)를 통해 석영 튜브(30) 내부로 인입되는 것이 차단된다.
한편, 밸브제어수단(95)은 가스 공급로(72)를 통해 공급되는 퍼징 가스의 유량신호와 압력신호를 체크하여 전환 밸브(90)의 유로를 전환시켜야 할 시점에 도달되었는지 여부를 판단한다.
퍼징 가스가 공급되는 상태에서 열원(45)에 의해 석영 튜브(30)의 외주면이 가열되면, 핫존(hot zone)이 형성되는 석영 튜브의 부분(즉, 초기 접합부)이 붕괴(collapse)되면서 도 4b와 같이 클로징된다. 이와같이, 석영 튜브(30)가 붕괴해서 모재봉(10)과 석영 튜브(30)가 밀봉되면, 공급되는 퍼징 가스(82)는 외부로 배출될 수 없게 되어 퍼징 가스(82)의 압력이 급격하게 증가(P1 〉P2)하거나 퍼징 가스(82)의 공급 유량이 급속하게 감소하게 된다.
즉, 압력 변화값(△P)이나 유량 변화값(△M)이 일정 수준을 초과하게 되고, 이를 통해 밸브 제어수단(95)은 초기 접합부의 접합이 완료되었음을 감지하게 된다.
초기 접합이 완료되었음을 감지한 밸브 제어수단(95)은 전환 밸브(90)에 밸브제어신호를 인가하여 가스 공급관(71)과 가스 공급로(72) 사이의 유로를 폐쇄하고, 가스 공급관(71)과 진공 배기로(73) 사이의 유로를 개방한다.
가스 공급관(71)과 진공 배기로(73) 사이의 유로가 개방되면, 도 4c의 화살표 83과 같이 석영 튜브(30)내에 진공(vaccum)이 걸려 음압(P1 〈 P2)이 형성된다. 이와같이, 석영 튜브(30)내에 음압을 형성한 상태에서 열원(45)을 길이축을 따라 하부로 이동시키면서 가열하여 도 4d와 같이 모든 영역에서 모재봉(10)과 석영 튜브(30)를 클로징시킨다.
상술한 오버 클래딩 작업이 완료되면, 도 2와 같은 형태의 대구경 광섬유 프리폼(또는 2차 모재)이 제조된다.
이렇게 제조된 광섬유 프리폼은 도 5의 인선 장치에 의해 미세 직경의 광섬유로 인출된다.
도 4의 공정을 통해 제조된 광섬유 프리폼(35)을 인선로(110)내에서 가열하고, 용융하여 미세 직경의 광섬유(115)로 인출한다. 인출된 광섬유(115)는 장치 120에서 그 직경이 측정된 후 장치 130에 의해 그 외주면에 보호 코팅층이 도포된다. 보호 코팅층이 도포된 광섬유(115)는 중심 측정장치(140)와 외경 측정장치(150)를 거쳐 보빈(미도시)에 감기게 된다. 인선로(110)로부터 광섬유를 인출하는 동력은 도면부호 160의 캡스턴으로부터 제공된다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다
본 발명의 오버 클래딩 방법은 모재봉과 석영 튜브를 초기 접합할 때 석영 튜브 내부로 오염된 외부공기가 유입되지 않도록 퍼징 가스를 사용하고, 접합이 완료되는 시점을 정확하게 체크하여 접합이 완료된 후 석영 튜브내에 음압을 형성하기 때문에 모재봉과 석영 튜브 사이의 경계면에 오염물질이 잔존하지 않게 된다.
따라서, 광섬유 인선이나 PT(proof test)시에 발생하는 단선을 현저히 줄일 수 있기 때문에 생산성이 매우 좋아져서 생산원가를 낮추는 것이 가능해진다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 오버클래딩 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 장치에 의해 제조되는 오버클래드 프리폼의 횡단면도이다.
도 3은 내부에 광섬유 모재봉을 수용하고 있는 오버클래딩 직전의 석영 튜브에 대한 횡단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 광섬유 오버클래딩 방법에 대한 개략적인 공정도이다.
도 5는 오버클래딩 프리폼으로부터 광섬유를 인선하기 위한 장치의 개략적인 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
10 : 모재봉 20 : 밀봉부재
30 : 석영 튜브 45 : 산소-수소 버너
70 : 진공배기수단 71 : 가스공급관
75 : 압력 게이지 80 : 퍼징가스 공급원
85 : 유량게이지 90 : 전환 밸브
95 : 밸브제어장치

Claims (12)

  1. 코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 제조하는 단계;
    상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영 튜브를 준비하는 단계;
    광섬유 모재봉의 길이축과 석영 튜브의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영 튜브의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영 튜브 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계;
    광섬유 모재봉을 수용하고 있는 상기 모재봉과 석영 튜브 사이의 간극(clearance)으로 퍼징가스(purging gas)를 주입하면서, 석영 튜브의 외주면을 가열하여 석영 튜브와 모재봉을 초기 접합시키는 단계;
    이때, 상기 퍼징가스는 상기 간극을 통해 흘러서 상기 석영 튜브의 개방부를 통해 배출되면서 외부의 이물질이 석영 튜브 내부로 유입되는 것을 차단하고,
    상기 퍼징가스의 압력변화(△P) 또는 유량변화(△M)를 측정하는 단계;
    측정결과, 퍼징가스의 압력이 현저하게 높아지거나 퍼징가스의 유량이 급속히 줄어드는 경우, 퍼징가스의 공급을 중단하고 석영 튜브 내부에 대기압 보다 낮은 음압을 형성하는 단계;
    석영 튜브 내부에 음압이 형성된 상태에서 열원을 석영 튜브의 일단으로부터 타단으로 이동시키면서 석영 튜브의 외주면을 가열하여 모재봉과 석영튜브를 완전하게 클로징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재봉의 오버클래딩 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼징가스는 순수한 공기, 여과된 질소, 여과된 아르곤, 여과된 헬륨가스로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 석영 튜브의 외주면을 열원으로 가열하면서, 모재봉과 석영 튜브를 그 길이축을 중심으로 소정의 속도로 회전시키는 것을 특징하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모재봉과 석영 튜브가 수직으로 지지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod);
    상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경 보다 큰 내경을 갖는 석영 튜브;
    상기 모재봉을 그 길이축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 길이축에 대해 고정하기 위한 제 1 지지수단;
    모재봉이 수용된 석영 튜브를 그 길이축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 길이축에 대해 고정하기 위한 제 2 지지수단;
    이때, 상기 제 1 및 제 2 지지수단은 상기 모재봉과 석영 튜브의 길이축이 서로 일치되도록 상기 모재봉과 석영 튜브의 대향지점을 각각 고정하고;
    상기 모재봉과 석영 튜브를 그 길이축을 중심으로 소정 속도로 회전시키기 위한 회전수단;
    상기 석영 튜브의 길이축을 따라 이동하면서 석영 튜브의 외주면을 가열하기 위한 이동 열원;
    상기 석영 튜브 내부에 퍼징가스를 공급하기 위한 퍼징 가스 공급수단;
    상기 석영 튜브 내부에 음압을 형성하기 위한 진공 배기 수단;
    상기 석영 튜브 내부에 퍼징가스를 공급하거나 음압을 형성하기 위해, 석영 튜브와 상기 퍼징가스 공급수단 사이 또는 석영 튜브와 상기 진공배기수단 사이에 선택적으로 통로를 형성하기 위한 가스유로;
    상기 석영 튜브 내부로 주입되는 퍼징가스의 압력을 모니터링하여 퍼징가스의 압력이 급격하게 증가될 경우, 상기 석영 튜브 내부에 음압이 형성되도록 석영 튜브와 진공 배기수단 사이에 상기 가스 유로를 형성하는 유로조절수단을 포함하고,
    상기 유로조절수단은
    상기 가스유로에 설치되어, 퍼징가스의 압력을 측정하기 위한 압력게이지와;
    상기 석영 튜브와 상기 진공배기수단 사이 또는 석영 튜브와 상기 퍼징가스 공급수단에 사이에 선택적으로 가스유로를 형성하기 위한 전환밸브; 및
    상기 압력 게이지로부터 압력신호를 전달받아 압력 변화값을 산출하고, 이 압력 변화값이 기준값에 비해 큰 격차를 보일 경우 상기 석영튜브와 진공배기수단에 사이에 가스유로가 형성되도록 상기 전환밸브를 제어하기 위한 밸브제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재봉의 오버클래딩 장치.
  6. 삭제
  7. 코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod);
    상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경 보다 큰 내경을 갖는 석영 튜브;
    상기 모재봉을 그 길이축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 길이축에 대해 고정하기 위한 제 1 지지수단;
    모재봉이 수용된 석영 튜브를 그 길이축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 길이축에 대해 고정하기 위한 제 2 지지수단;
    이때, 상기 제 1 및 제 2 지지수단은 상기 모재봉과 석영 튜브의 길이축이 서로 일치되도록 상기 모재봉과 석영 튜브의 대향지점을 각각 고정하고;
    상기 모재봉과 석영 튜브를 그 길이축을 중심으로 소정 속도로 회전시키기 위한 회전수단;
    상기 석영 튜브의 길이축을 따라 이동하면서 석영 튜브의 외주면을 가열하기 위한 이동 열원;
    상기 석영 튜브 내부에 퍼징가스를 공급하기 위한 퍼징 가스 공급수단;
    상기 석영 튜브 내부에 음압을 형성하기 위한 진공 배기 수단;
    상기 석영 튜브 내부에 퍼징가스를 공급하거나 음압을 형성하기 위해, 석영 튜브와 상기 퍼징가스 공급수단 사이 또는 석영 튜브와 상기 진공배기수단 사이에 선택적으로 통로를 형성하기 위한 가스유로;
    상기 석영 튜브 내부로 주입되는 퍼징가스의 유량을 모니터링하여 퍼징가스의 유량이 급격하게 감소될 경우, 상기 석영 튜브 내부에 음압이 형성되도록 석영 튜브와 진공 배기수단 사이에 상기 가스 유로를 형성하는 유로조절수단;을 포함하고,
    상기 유로조절수단은
    상기 가스유로에 설치되어, 퍼징가스의 유량을 측정하기 위한 유량게이지와;
    상기 석영 튜브와 상기 진공배기수단 사이 또는 석영 튜브와 상기 퍼징가스 공급수단에 사이에 선택적으로 가스유로를 형성하기 위한 전환밸브; 및
    상기 유량 게이지로부터 유량신호를 전달받아 유량 변화값을 산출하고, 이 유량 변화값이 기준값에 비해 큰 격차를 보일 경우, 상기 석영튜브와 진공배기수단 사이에서 상기 가스유로가 형성되도록 상기 전환밸브를 제어하기 위한 밸브제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재봉의 오버클래딩 장치.
  8. 삭제
  9. 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 지지수단이 모재봉과 석영 튜브를 수직으로 지지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 퍼징가스는 순수한 공기, 여과된 질소, 여과된 아르곤, 여과된 헬륨가스로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 제조하는 단계;
    상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영 튜브를 준비하는 단계;
    광섬유 모재봉의 길이축과 석영 튜브의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영 튜브의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영 튜브 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계;
    광섬유 모재봉을 수용하고 있는 상기 모재봉과 석영 튜브 사이의 간극(clearance)으로 퍼징가스(purging gas)를 주입하면서, 석영 튜브의 외주면을 가열하여 석영 튜브와 모재봉을 초기 접합시키는 단계;
    이때, 상기 퍼징가스는 상기 간극을 통해 흘러서 상기 석영 튜브의 개방부를 통해 배출되면서 외부의 이물질이 석영 튜브 내부로 유입되는 것을 차단하고,
    상기 퍼징가스의 압력변화(△P) 또는 유량변화(△M)를 측정하는 단계;
    측정결과, 퍼징가스의 압력이 현저하게 높아지거나 퍼징가스의 유량이 급속히 줄어드는 경우, 퍼징가스의 공급을 중단하고 석영 튜브 내부에 대기압 보다 낮은 음압을 형성하는 단계;
    석영 튜브 내부에 음압이 형성된 상태에서 열원을 석영 튜브의 일단으로부터 타단으로 이동시키면서 석영 튜브의 외주면을 가열하여 모재봉과 석영튜브를 완전하게 클로징하는 단계; 및
    밀봉된 오버클래드 광섬유 모재로부터 광섬유를 인선하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 퍼징가스는 순수한 공기, 여과된 질소, 여과된 아르곤, 여과된 헬륨가스로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
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