KR100547755B1

KR100547755B1 - 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100547755B1
Application number: KR1020030033197A
Authority: KR
Inventors: 이재호; 오성국
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-05-24
Filing date: 2003-05-24
Publication date: 2006-01-31
Also published as: EP1481951A1; JP4009274B2; CN1572743A; KR20040100747A; US20040231366A1; JP2004345947A; CN100357205C

Abstract

본 발명에 따른 스핀을 이용한 광섬유 제조 방법은, 광섬유 모재의 끝단을 용융시켜서 광섬유를 인출하는 단계와; 상기 광섬유에 피복을 코팅하는 단계와; 상기 코팅된 광섬유에 일 방향으로 스핀을 인가하는 단계와; 상기 코팅된 광섬유에 타 방향으로 스핀을 인가함으로써 상기 광섬유 피복의 꼬임 상태를 해소하는 단계를 포함한다.

광섬유 모재, 인출, 스핀, 용융로

Description

스핀을 이용한 광섬유 제조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FABRICATING OPTICAL FIBER USING SPIN}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치의 구성을 나타내는 도면,

도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 제1 및 제2 휠의 제1 작동예를 나타내는 도면,

도 3a 내지 도 3b는 도 1에 도시된 제1 및 제2 휠의 제2 작동예를 나타내는 도면,

도 4a 내지 도 4b는 도 1에 도시된 제1 및 제2 휠의 제3 작동예를 나타내는 도면.

본 발명은 광섬유에 관한 것으로서, 특히 광섬유 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.

편광 모드 분산(Polariztion Mode Dispersion: PMD)는 광섬유의 물리적 성질과 광섬유를 통과하는 빛의 편광 상태 사이의 상호작용에 의해 발생하는 것으로, 코어(core) 비원률 및 굴절률 비대칭, 인출 공정에서의 스트레스(stress) 비대칭 등에 의해 나타나는 복굴절에 의해 두 편광 축들을 따라 진행하는 편광 성분들의 속도들(group velocity)이 차이를 보이게 되고, 이 결과 도착 시간의 차이(differential group delay; DGD)에 의한 펄스(pulse) 퍼짐이 발생하는 것을 말한다. 이러한 PMD 현상을 제어하기 위하여 여러 가지 방법이 이용되는데 일반적으로 광섬유에 스핀(spin)을 인가하고, 모드 커플링(mode-coupling)을 통해 DGD를 줄이는 것이 효과적이라고 알려져 있다. 광섬유 내에서 편광 모드가 위치하는 주축들(principle axes)은 일정한 방향성 없이 무작위적으로 위치한다. 따라서 광 펄스(pulse)가 진행할 경우 에너지 교환에 의한 커플링(coupling)이 일어나게 되는데, 이러한 모드 커플링 결과로서 광섬유 내에 존재하는 두 모드들의 속도차가 줄게 되어 빛이 통과하는 광섬유 길이가 길어질수록 PMD가 낮아진다. 그러나 주축들이 무작위적으로 위치하기 때문에 PMD의 통계적인 경향성만을 확인할 수 있으며, 개개의 PMD 측정 결과는 입사 편광 및 측정 조건에 따라 큰 편차를 가진다. 광섬유를 인출 공정에서 인위적으로 꼬아주면, 편광 모드가 위치하는 주축들이 이동하게 되는데, 일정한 주기로 광섬유를 꼬아서 무작위로 배치되어 있는 주축들에 방향성을 부여한다. 즉, 어느 한 주축 상의 느린 모드(slow mode)와 나머지 주축 상의 빠른 모드(fast mode)가 번갈아 가면서 일정한 주기로 배열되도록 한다. 이렇게 꼬인 광섬유는 국부적으로는 편광에 의한 분산이 일어나지만 일정 길이 이상에서는 PMD 가 감소하게 된다. 대니 엘. 헨더슨(Dany L. Henderson) 등에 의해 발명되어 특허허여된 미국특허번호 제5,943,466호(FREQUENCY AND AMPLITUDE MODULATED FIBER SPINS FOR PMD REDUCTION)에서는 진폭과 주기를 사인 펑션 등에 의하여 모듈레이션한 사인 함수 형태의 스핀 펑션에 대하여 개시하고 있다.

상술한 바와 같은 종래의 스핀을 이용한 광섬유 제조 방법은 통상적으로 코터(coater)를 통과한 후 피복이 경화된 광섬유에 스핀을 인가함으로써, 용융로(furnace) 내부에 장착된 광섬유 모재의 끝단에 이러한 스핀이 전달되도록 한다. 이 때, 상기 광섬유를 잡아서 당기는 장치(통상적으로 캡스턴(capstan)이라고 칭함)와 상기 코터 사이에 스핀 장치가 배치된다. 상기 광섬유 모재의 끝단은 상기 용융로에 의해 용융 상태에 있게 되며, 상기 광섬유 모재로부터 인출되어 냉각된 광섬유는 꼬임 상태를 유지하게 되며, 이후 코팅된 광섬유의 피복도 꼬임 상태를 유지하게 된다(이하, "피복 꼬임"이라고 칭함). 이러한 방식은 스핀을 인가할 때 발생하는 측방향 응력(shear stress)에 의하여 광섬유가 단선되는 것을 방지할 수 있으나, 상기 캡스턴 이후의 광섬유 부분도 이러한 스핀에 영향을 받게 된다는 문제점이 있다. 다시 말해서, 상기 캡스턴을 지난 광섬유는 피복 꼬임을 유지한 채로 광섬유 스풀에 귄취되는데, 이후 상기 광섬유를 루즈 튜브(loose tube) 등에 케이블링(cabling)할 때 이러한 피복 꼬임이 상기 광섬유의 국부 스트레스 분포 등에 원하지 않았던 영향을 끼치게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 PMD를 제거하기 위해 광섬유에 스핀을 인가하면서도 피복 꼬임을 배제할 수 있는 스핀을 이용한 광섬유 제조 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 스핀을 이용한 광섬유 제조 방법은, 광섬유 모재의 끝단을 용융시켜서 광섬유를 인출하는 단계와; 상기 광섬유에 피복을 코팅하는 단계와; 상기 광섬유에 일 방향으로 스핀을 인가하는 단계와; 상기 광섬유에 타 방향으로 스핀을 인가함으로써 상기 광섬유 피복의 꼬임 상태를 해소하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치는, 광섬유 모재의 끝단을 용융시켜서 광섬유를 인출하기 위한 용융로와; 상기 광섬유와 접하며 그 제1 축 주위로 회전하는 외주면을 갖고, 상기 광섬유에 일방향의 스핀을 인가하는 제1 휠과; 상기 광섬유와 접하며 그 제2 축 주위로 회전하는 외주면을 갖고, 상기 광섬유에 타방향의 스핀을 인가하는 제2 휠을 포함한다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 제조 장치는 용융로(110), 코터(140), 캡스턴(150), 제1 및 제2 휠(wheel, 160,170) 및 다수의 도르래(181~184)를 포함한다.

상기 용융로(110)는 실린더(cylinder) 형태를 가지며, 내부에 삽입된 광섬유 모재(optical fiber preform, 120)의 끝단을 가열하여 용융시킨다. 상기 광섬유 모재는 그로부터 인출되는 광섬유(130)와 동일한 구성을 가지나, 그 직경이 상기 광섬유(130)에 비해 매우 크다. 또한, 상기 용융로(110) 내부가 열에 의해 산화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 용융로(110) 내부에 불활성 기체를 흐르게 할 수 있다.

상기 코터(140)는 상기 용융로(110)에서 인출되는 광섬유(130)에 자외선 경화성 수지, 열경화성 수지 등의 코팅액을 도포함으로써, 상기 광섬유(130)에 피복을 코팅한다. 상기 코팅액으로서 자외선 경화성 수지를 사용하는 경우에는 상기 코터(140)의 하단에 상기 자외선 경화수지에 자외선을 조사하여 경화시키는 자외선 경화기를 추가적으로 구비해야 한다.

상기 캡스턴(150)은 상기 광섬유(130)를 기설정된 힘으로 잡아 당겨서, 상기 광섬유 모재(120)로부터 상기 광섬유(130)가 일정 직경을 유지하면서 연속적으로 인출될 수 있도록 한다.

상기 제1 휠(160)은 상기 코터(140)와 상기 캡스턴(150) 사이에 배치되며, 회전축에 해당하는 제1 축과 상기 광섬유(130)와 접하며 상기 제1 축 주위로 회전하는 외주면을 갖는다. 상기 제1 축은 광섬유 인출축과 수직을 이루는 위치를 기준으로 기설정된 각도 범위 내에서 진동하거나 기설정된 각도로 기울어져 있음으로 써, 상기 광섬유(130)가 상기 제1 휠(160)의 외주면을 따라 구르도록 한다. 즉, 상기 제1 휠(160)은 상기 광섬유(130)에 스핀을 인가하고, 이러한 스핀은 상기 광섬유 모재(120)의 끝단에 전달된다.

상기 제2 휠(170)은 상기 광섬유 인출 경로를 따라 상기 캡스턴(150) 이후에 배치되며, 제2축과 상기 광섬유(130)와 접하며 상기 제2 축 주위로 회전하는 외주면을 갖는다. 상기 제2 축은 상기 광섬유 인출축과 수직을 이루는 위치를 기준으로 기설정된 각도 범위 내에서 진동하거나 기설정된 각도로 기울어져 있음으로써, 상기 광섬유(130)가 상기 제2 휠(170)의 외주면을 따라 구르도록 한다. 상기 제1 및 제2 휠(160,170)은 서로 반대 방향으로 진동하거나 기울어져 있다. 상기 제2 휠(170)은 상기 광섬유(130)에 스핀을 인가함으로써, 상기 제1 휠(160)에 의한 상기 광섬유(130) 피복의 꼬임 상태를 해소한다. 즉, 상기 제1 휠(160)에 의해 야기된 상기 광섬유(130) 피복의 꼬임 상태는 상기 캡스턴(150) 이전의 광섬유 인출 구간 뿐만 아니라, 그 이후의 광섬유 인출 구간에서도 유지된다. 상기 제2 휠(170)은 상기 캡스턴(150) 이후의 광섬유 인출 구간에 배치되며, 상기 광섬유(130)에 타방향의 스핀을 인가함으로써 해당 구간 내에서 상기 제1 휠(160)에 의해 야기된 상기 광섬유(130) 피복의 꼬임 상태를 해소하게 된다.

상기 다수의 도르래(181~184)는 상기 광섬유 인출 경로 상에 설치됨으로써 그 경로 변경을 돕는 기능을 한다.

상술한 실시예에서, 제1 및 제2 휠(160,170) 사이에 위치하는 캡스턴(150)은 상기 제2 휠(170)이 상기 제1 휠(160)의 역방향으로 위치하여 광섬유(130) 피복의 꼬임 상태를 해소할 수 있도록 상기 광섬유(130)를 잡아주는 역할을 한다. 만약, 상기 캡스턴(150)과 같이 상기 제1 및 제2 휠(160,170) 사이에 상기 광섬유(130)를 잡아주는 기능을 하는 장치가 없다면, 상기 광섬유(130)에 꼬임을 주는 것은 불가능하다. 상기 캡스턴(150) 이외에 상기 제1 및 제2 휠(160,170) 사이에 상기 광섬유(130)를 잡아주는 장치가 위치하는 경우에 상기 캡스턴(150)은 상기 제2 휠 이후의 광섬유 인출 구간에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 인출 공정 상의 안정성을 고려할 때 바람직하지 않을 수 있으나, 상기 제1 및 제2 휠(160,170) 사이에 상기 광섬유(130)를 잡아주는 추가의 도르래를 설치할 수도 있다. 이러한 경우에, 상기 제2 휠(170)은 상기 추가 도르래 및 캡스턴(150) 사이에 배치되며, 상기 광섬유(130)에 스핀을 인가함으로써 상기 광섬유(130) 피복의 꼬임 상태를 해소한다.

도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 제1 및 제2 휠의 제1 작동예를 나타내는 도면이다. 상기 제1 휠(160)은 회전축에 해당하는 제1 축(165)이 광섬유 인출축(135)을 기준으로 시계방향의 θ1의 범위 내에서 진동한다. 상기 제2 휠(170)은 회전축에 해당하는 제2 축(175)이 광섬유 인출축(135)을 기준으로 반시계방향의 θ2의 범위 내에서 진동한다. 상기 제1 및 제2 휠(160,170)은 서로 반대 방향으로 진동한다.

도 3a 내지 도 3b는 도 1에 도시된 제1 및 제2 휠의 제2 작동예를 나타내는 도면이다. 상기 제1 휠(160)은 회전축에 해당하는 제1 축(165)이 광섬유 인출축(135)을 기준으로 좌우로 각각 θ3의 범위 내에서 진동한다. 상기 제2 휠(170)은 회전축에 해당하는 제2 축(175)이 광섬유 인출축(135)을 기준으로 좌우로 각각 θ4의 범위 내에서 진동한다. 상기 제1 및 제2 휠(160,170)은 서로 반대 방향으로 진동한다.

도 4a 내지 도 4b는 도 1에 도시된 제1 및 제2 휠의 제3 작동예를 나타내는 도면이다. 상기 제1 휠(160)은 회전축에 해당하는 제1 축(165)이 광섬유 인출축(135)을 기준으로 시계방향의 θ5만큼 기울어져 있다. 상기 제2 휠(170)은 회전축에 해당하는 제2 축(175)이 광섬유 인출축(135)을 기준으로 반시계방향의 θ6만큼 기울어져 있다. 상기 제1 및 제2 휠(160,170)은 서로 반대 방향으로 기울어져 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스핀을 이용한 광섬유 제조 방법 및 장치는 서로 반대 방향으로 진동하거나 기울어져 있는 제1 및 제2 휠을 이용함으로써 PMD를 제거하면서도 피복 꼬임을 배제할 수 있다는 이점이 있다.

Claims

광섬유 제조 방법에 있어서,

광섬유 모재의 끝단을 용융시켜서 광섬유를 인출하는 단계와;

상기 광섬유에 피복을 코팅하는 단계와;

상기 광섬유에 일 방향으로 스핀을 인가하는 단계와;

상기 광섬유에 타 방향으로 스핀을 인가함으로써 상기 광섬유 피복의 꼬임 상태를 해소하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 스핀을 이용한 광섬유 제조 방법.
광섬유 제조 장치에 있어서,

광섬유 모재의 끝단을 용융시켜서 광섬유를 인출하기 위한 용융로와;

상기 광섬유와 접하며 그 제1 축 주위로 회전하는 외주면을 갖고, 상기 광섬유에 일방향의 스핀을 인가하는 제1 휠과;

상기 광섬유와 접하며 그 제2 축 주위로 회전하는 외주면을 갖고, 상기 광섬유에 타방향의 스핀을 인가하는 제2 휠을 포함함을 특징으로 하는 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치.
제2항에 있어서,

상기 용융로 및 제1 휠 사이에 배치되며, 상기 용융로에서 인출되는 광섬유에 코팅액을 도포하는 코터를 더 포함함을 특징으로 하는 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 휠 사이에 배치되며, 상기 광섬유를 잡아 당기는 캡스턴을 더 포함함을 특징으로 하는 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치.
제2항에 있어서,

상기 광섬유 인출 경로 상에 설치됨으로써 그 경로를 변경하는 다수의 도르래를 더 포함함을 특징으로 하는 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 휠은 상기 광섬유 인출축을 기준으로 일방향의 기설정된 각도 범위 내에서 진동하고, 상기 제2 휠은 상기 광섬유 인출축을 기준으로 타방향의 기설정된 각도 범위 내에서 진동함을 특징으로 하는 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 휠 각각은 상기 광섬유 인출축을 기준으로 좌우로 각각 기설정된 각도 범위 내에서 진동함을 특징으로 하는 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 휠은 상기 광섬유 인출축을 기준으로 일방향의 기설정된 각도로 기울어져 있고, 상기 제2 휠은 상기 광섬유 인출축을 기준으로 타방향의 기설정된 각도로 기울어져 있음을 특징으로 하는 스핀을 이용한 광섬유 제조 장치.