KR100554423B1 - method of controlling refractive index of optical fiber preform in MCVD and optical fiber made by the method - Google Patents
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Abstract
본 MCVD공법에 있어서 광섬유 모재의 굴절률 제어방법은 석영튜브 내부로 주입되는 반응가스 중 산소와 헬륨의 양을 조절하여 광섬유의 길이방향을 따라 굴절률이 일정한 광섬유 모재를 제조하는 방법을 포함한다. The refractive index control method of the optical fiber base material in the MCVD method includes a method of manufacturing an optical fiber base material having a constant refractive index along the longitudinal direction of the optical fiber by controlling the amount of oxygen and helium in the reaction gas injected into the quartz tube.
바람직하게, 상기 석영 튜브 내부의 총 반응가스와 산소의 유량비는 1.2 ~ 1.4이며, 이때의 상기 산소의 유량은 1000 ~ 4000 sccm 인 것을 포함한다. 또한, 상기 석영 튜브 내의 산소와 헬륨의 유량비는 4.0 ~ 6.0이며, 이때의 상기 헬륨의 유량은 400 ~ 800 sccm 인 것을 포함한다. Preferably, the flow rate ratio of the total reaction gas and oxygen in the quartz tube is 1.2 to 1.4, wherein the flow rate of the oxygen includes 1000 to 4000 sccm. In addition, the flow rate ratio of oxygen and helium in the quartz tube is 4.0 to 6.0, and the flow rate of the helium at this time includes 400 to 800 sccm.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면 상기에 정의된 방법으로 제조되는 단일모드 또는 다중모드 광섬유가 제공된다. In addition, according to another aspect of the present invention there is provided a single-mode or multi-mode optical fiber manufactured by the method defined above.
반응가스, 산소, 헬륨Reactive gas, oxygen, helium
Description
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.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.
도 1은 MCVD 공법에 있어서 석영 튜브에 입자가 증착되는 공정을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a process of depositing particles in a quartz tube in the MCVD method.
도 2는 MCVD 공법에 있어서 광섬유 모재의 붕괴 공정을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the collapse process of the optical fiber base material in the MCVD method.
도 3은 MCVD 공법에 있어서 광섬유 모재의 인선 공정을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a cutting process of the optical fiber base material in the MCVD method.
도 4는 MCVD 공법에 있어서 광섬유의 길이 방향에 따른 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the change of the refractive index along the longitudinal direction of the optical fiber in the MCVD method.
도 5는 MCVD 공법에 있어서 석영튜브 내에 주입되는 반응 가스 POCl3가 입자에 미치는 영향을 나타낸 도면이다.5 is a view showing the effect of the reaction gas POCl 3 injected into the quartz tube in the MCVD method on the particles.
본 발명은 수정 화학 기상 증착법에 있어서 광섬유 모재의 굴절률을 조절하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 광섬유를 나타낸 것으로서, 더욱 상세하게는 단일모드 또는 다중모드 광섬유 모재 제조시 석영튜브 내부로 유입되는 반응가스의 유량 및 유속을 제어하여 모재의 길이방향 굴절률 변화를 최소화 할 수 있는 수정 화학 기상 증착법에 있어서 광섬유 모재의 굴절률을 조절하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 광섬유에 관한 것이다.The present invention shows a method for adjusting the refractive index of the optical fiber base material in the crystal chemical vapor deposition method and the optical fiber manufactured by the method, more specifically, the reaction gas flowing into the quartz tube during the production of the single-mode or multi-mode fiber base material The present invention relates to a method for controlling the refractive index of an optical fiber base material in a modified chemical vapor deposition method which can minimize the change in the longitudinal refractive index of the base material by controlling the flow rate and the flow rate of the base material.
광섬유 모재를 제조하는 방법으로서 현재 가장 널리 사용되는 것은 수정화학 기상증착(Modified Chemical Vapor Depositon; 이하 MCVD)방법이다. MCVD 공법은 크게 증착, 붕괴, 인선의 세 단계로 나누어져 이루어진다. The most widely used method of manufacturing the optical fiber base material is the Modified Chemical Vapor Depositon (hereinafter referred to as MCVD) method. The MCVD process is largely divided into three stages: deposition, collapse and edge cutting.
도 1 내지 도 3은 상기 MCVD 공법의 세 단계를 순차적으로 나타낸 것으로, 도 1은 증착(Depositon) 공정을 나타낸 것이다. 증착 공정은 40 ~ 80 rpm의 속도로 회전하는 석영튜브(10) 안으로 화학기체(20)를 주입하고, 수소/산소 토치(30)가 회전하는 석영튜브(10)의 외부를 회전축방향으로 천천히 이송하면서 가열하여 반응을 유도한다. 그러면, 석영튜브(10)의 내부를 흐르던 화학기체(20)는 토치(30)의 전방 근처에 이르러 가열되어 반응 온도에 도달하게 되고, 산화반응을 일으키면서 석영튜브(10) 내벽에 증착하게 된다. 토치(30)가 한번 이송함에 따라 한층의 입자층(40)이 형성되며, 원하는 두께의 광섬유 모재 예컨대, 원하는 굴절률을 가지는 광섬유 모재를 제조하기 위해서는 각 층마다 화학 기체의 조성을 변화시키면서 입자가 증착되는 과정을 수회 반복 실시하게 된다. 1 to 3 sequentially show three steps of the MCVD method, and FIG. 1 shows a deposition process. The deposition process injects the
상기 공정을 통해 제조된 코어 증착층을 가지는 석영튜브(10)는 다음으로 붕괴(Collapse) 공정을 거치게 된다. 붕괴 공정은 도 2에 도시한 것과 같이 석영튜브 (10)의 축 방향으로 천천히 이송하는 토치(30)가 석영튜브를 약 2000 ~ 2300℃의 온도로 가열하도록 이루어진다. 그 결과, 석영튜브(10)의 내경 및 외경은 높은 온도에서 석영튜브 내의 점성유동과 내외벽의 압력차이 및 표면장력에 의해 차츰 줄어들게 된다. 이러한 과정을 수회 반복하게 되면 석영튜브(10) 내부에 존재하던 공간은 완전히 제거되어 석영봉 형태의 최종 광섬유 모재가 완성되고, 도 3과 같이 가열로(32)를 구비한 인선장치를 거치게 되면서 최종 광섬유가 제조된다.The
상기한 바와 같이 MCVD 공법은 석영 튜브 내부의 온도차이에 의해서 반응물을 증착시키는 공정이므로 석영튜브 내부의 온도 분포뿐만 아니라, 튜브 내부의 화학가스 유속에 따라서 길이방향으로의 증착 효율이 달라지게 된다. As described above, since the MCVD method is a process of depositing a reactant by a temperature difference in the quartz tube, the deposition efficiency in the longitudinal direction varies according to not only the temperature distribution inside the quartz tube but also the chemical gas flow rate inside the tube.
즉, 석영튜브의 길이가 길어질수록 열반응에 의해 형성되는 증착층은 불균일하게 되고, 증착층의 불균일은 다시 광섬유의 광특성을 악화시키는 문제점을 야기시켰다. 예를 들면, 튜브 길이에 따른 굴절률 변화는 단일 모드의 경우 모드 필드경(Mode Field Diameter; MFD)과 차단파장(λc; Cutoff vavelength)에 영향을 미치며, 다중 모드 광섬유의 경우에는 개구수(Numerical Aperture; NA) 및 대역폭 (Bandwidth)이 굴절률 분포 변화에 민감하게 반응하여, 광섬유의 특성값들을 저하시키는 문제점이 있었다. That is, as the length of the quartz tube increases, the deposition layer formed by the thermal reaction becomes nonuniform, and the nonuniformity of the deposition layer causes a problem of deteriorating optical characteristics of the optical fiber. For example, the change in refractive index with tube length affects the Mode Field Diameter (MFD) and Cutoff Vavelength (λc) for single mode, and the numerical aperture for multimode fiber. NA) and bandwidth are sensitive to changes in refractive index distribution, thereby degrading characteristics of the optical fiber.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 석영튜브 내부에 주입되는 반응가스들의 유량에 따라 산소와 헬륨의 양을 조절하여 반응가스들의 유속과 내부 온도를 제어함으로서, 광섬유의 길이방향 굴절률 변동을 최소화 할 수 있는 MCVD공법에 있어서 광섬유 모재의 굴절률 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, by controlling the flow rate and the internal temperature of the reaction gas by adjusting the amount of oxygen and helium in accordance with the flow rate of the reaction gas injected into the quartz tube, the longitudinal direction of the optical fiber It is an object of the present invention to provide a refractive index control method of an optical fiber base material in an MCVD method capable of minimizing refractive index fluctuations.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 MCVD공법에 있어서 광섬유 모재의 굴절률 제어방법은 석영튜브 내부로 주입되는 반응가스 중 산소와 헬륨의 양을 조절하여 길이방향을 따라 굴절률이 일정한 광섬유 모재를 제조하는 방법을 포함한다. In order to achieve the above object, the refractive index control method of the optical fiber base material in the MCVD method according to the present invention is to adjust the amount of oxygen and helium in the reaction gas injected into the quartz tube to the optical fiber base material having a constant refractive index along the longitudinal direction It includes a method of manufacturing.
바람직하게, 상기 석영 튜브 내부의 총 반응가스와 산소의 유량비는 1.2 ~ 1.4이며, 이때의 상기 산소의 유량은 1000 ~ 4000 sccm 인 것을 포함한다. 또한, 상기 석영 튜브 내의 산소와 헬륨의 유량비는 4.0 ~ 6.0이며, 이때의 상기 헬륨의 유량은 400 ~ 800 sccm 인 것을 포함한다. Preferably, the flow rate ratio of the total reaction gas and oxygen in the quartz tube is 1.2 to 1.4, wherein the flow rate of the oxygen includes 1000 to 4000 sccm. In addition, the flow rate ratio of oxygen and helium in the quartz tube is 4.0 to 6.0, and the flow rate of the helium at this time includes 400 to 800 sccm.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 MCVD 공법을 이용하여 길이방향으로 굴절률이 일정한 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서 석영튜브 내부로 주입되는 반응가스와 산소의 유량비는 1.2 ~ 1.4, 산소와 헬륨의 유량비는 4.0 ~ 6.0로 조절하여 길이방향을 따라 굴절률이 일정한 광섬유 모재를 제조하는 방법을 포함한다. According to another aspect of the present invention, the present invention is a method for producing an optical fiber base material having a constant refractive index in the longitudinal direction using the MCVD method is a flow rate ratio of the reaction gas and oxygen injected into the quartz tube is 1.2 ~ 1.4, oxygen and helium The ratio of the flow rate is adjusted to 4.0 to 6.0, including a method of manufacturing an optical fiber base material having a constant refractive index along the longitudinal direction.
바람직하게, 상기 산소의 유량은 1000 ~ 4000 sccm 이며, 헬륨의 유량은 400 ~ 800 sccm 인 것을 포함한다. Preferably, the flow rate of oxygen is 1000 to 4000 sccm, the flow rate of helium includes 400 to 800 sccm.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면 상기에 정의된 방법으로 제조되는 단일모드 또는 다중모드 광섬유가 제공된다. In addition, according to another aspect of the present invention there is provided a single-mode or multi-mode optical fiber manufactured by the method defined above.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
상기 종래 기술에서 설명한 MCVD 공법 중 증착 공정을 도 1과 함께 좀 더 자세히 살펴보면, 석영튜브(10)의 내부에 주입되는 반응기체 SiCl4, GeCl4, POCl3
및 O2의 화학반응식은 다음의 화학식 1과 같다. Looking at the deposition process of the MCVD method described in the prior art in more detail in conjunction with Figure 1, the chemical reaction of the SiCl 4 , GeCl 4 , POCl 3 and O 2 injected into the
GeCl4(g) + O2 ↔ GeO2(S) + 2Cl2 GeCl 4 (g) + O 2 ↔ GeO 2 (S) + 2Cl 2
2POCl3(g) +3/2O2 ↔ P2O5(S) +3Cl2 2POCl 3 (g) + 3 / 2O 2 ↔ P 2 O 5 (S) + 3Cl 2
상기 식에서 SiO2 입자는 광섬유 코어의 직경을 결정하는 요소이며, GeO2는 광섬유 코어의 굴절률을 조절하기 위해 첨가되는 요소이다. 또한, P2O5는 반응 입자들의 소결 온도를 200 ~ 400℃ 정도 낮추어 주는 것으로 광섬유 모재의 제조를 용이하게 한다. 그리고, 상기 화학식 1에 나타내지 않았지만 부가적으로 첨가되는 헬륨가스는 석영튜브(10) 내부의 온도 분포를 반경방향으로 확산시키는 역할을 한다. In the above formula, SiO 2 particles are an element that determines the diameter of the optical fiber core, GeO 2 is an element added to adjust the refractive index of the optical fiber core. In addition, P 2 O 5 to lower the sintering temperature of the reaction particles by about 200 ~ 400 ℃ to facilitate the manufacture of the optical fiber base material. Although not shown in
본 발명에 따르면, 석영튜브(10) 내부에 주입되는 반응가스와 산소의 부피비는 q/Q 로서 표현할 수 있다. 여기서 q는 석영 튜브(10) 내부로 유입되는 반응가스의 총 유량이고, Q는 석영 튜브(10) 내부로 유입되는 산소 가스의 유량을 나타낸다. 또한, 산소와 헬륨 가스의 비는 Q/α로서 나타내며, 여기서 α는 반응 가스들의 열확산도를 나타낸다.According to the present invention, the volume ratio of the reaction gas and oxygen injected into the
바람직하게, MCVD공정을 이용한 광섬유 모재 제조에 있어서 다중모드 광섬유의 반응가스와 산소의 부피비(q/Q)는 1.2 ~ 1.4의 값을 가지며, 상기 값에 근거하여 산소와 헬륨가스의 비(Q/α)가 결정되는데 그 값은 4.0 ~ 6.0이다. 왜냐하면, 석영튜브(10) 내로 주입된 반응가스들은 석영튜브(10)의 외부에 설치된 토치(30)에 의해 가열되어 반응입자(42)를 생성하게 되는데, 이때 생성된 반응입자들의 이동 속도는 산소 유량에 의해 좌우되며, 헬륨 유량에 의해서 반경 방향으로의 온도 균일성을 확보하게 되기 때문이다. 총반응가스와 산소의 유량비인 q/Q가 1.4 이상일 경우 즉, 총 반응가스에 비해 산소의 유량이 적은 경우에는 튜브 내부에서 산화반 응이 충분히 일어나지 못하게 되어 반응 효율이 떨어진다. 반대로, 산소의 유량이 많을 경우에는 제조의 문제점은 없으나 광섬유 모재의 길이방향으로의 불균일이 심해진다. 결과적으로, 본 발명에 따르면 석영튜브 내로 주입되는 산소 가스는 1000 ~ 4000sccm이 바람직하며, 이때의 헬륨가스는 400 ~ 800sccm이 주입되는 것이 바람직하다. Preferably, the volume ratio (q / Q) of the reaction gas and oxygen of the multimode optical fiber in the preparation of the optical fiber base material using the MCVD process has a value of 1.2 to 1.4, and the ratio of oxygen to helium gas (Q / α) is determined and its value is 4.0 to 6.0. Because, the reaction gas injected into the
상기 반응가스들의 열확산도를 나타내는 α값이 광섬유 모재의 광특성에 미치는 영향을 좀 더 살펴보기로 한다. 일반적으로 단일모드 광섬유의 경우 모드 필드경은 9.0 ~ 10.0 ㎛ 사이의 값을 가지도록 제조되며, 차단파장은 1310nm 이하가 되게 한다. 또한, 다중모드 광섬유의 경우에는 코어경은 60.0 ~ 65.0㎛, 47.5 ~ 52.5㎛의 값을 가지며 개구수 값은 0.260 ~ 0.290, 0.185 ~ 0.215 사이의 값을 가지는 것을 표준으로 한다. The influence of the α value representing the thermal diffusivity of the reaction gases on the optical properties of the optical fiber base material will be further discussed. In general, in the case of a single mode optical fiber, the mode field diameter is manufactured to have a value between 9.0 and 10.0 μm, and the blocking wavelength is 1310 nm or less. In the case of a multimode optical fiber, the core diameter is 60.0 to 65.0 µm and 47.5 to 52.5 µm, and the numerical aperture is 0.260 to 0.290 and 0.185 to 0.215.
단일모드 광섬유는 계단형 굴절률 분포를 가지므로, 모드필드경, 차단파장과 같은 광특성은 코어의 직경과 굴절률 높이에 의해 결정된다. 다중모드 광섬유의 경우에는 반경방향으로 굴절률이 변화하는 언덕형 굴절률 분포를 가지므로, 광특성은 코어의 직경과 코어 중심에서의 굴절률 변화기울기에 의해 영향을 크게 받는다. 예를 들어, 다중모드 광섬유에 있어서 코어 굴절률 구조를 살펴보면 다음의 수학식 1과 같다.Since the single mode optical fiber has a stepped refractive index distribution, optical properties such as mode field diameter and blocking wavelength are determined by the diameter of the core and the refractive index height. In the case of a multimode optical fiber, since it has a hill-shaped refractive index distribution in which the refractive index changes in the radial direction, the optical properties are greatly influenced by the diameter of the core and the gradient of the refractive index change in the center of the core. For example, the core refractive index structure of the multimode optical fiber is represented by
상기 식에서 a는 코어의 반경, α는 굴절률 변화의 기울기정도를 나타내는 값으로 α가 1일 경우에는 삼각형의 굴절률 분포를 가지며, 무한대인 경우에는 단일모드 광섬유와 같은 계단형 굴절률 분포를 나타내게 된다. 여기서 Δ는 코어와 클래드의 상대 굴절률 차이(Relative Refractive Indes Difference)로서 다음의 수학식 2와 같다.In the above formula, a represents a radius of the core and α represents a degree of inclination of the change in refractive index. When α is 1, it has a triangular refractive index distribution, and in infinity, it exhibits a stepped refractive index distribution like a single mode optical fiber. Here, Δ is a relative refractive index difference between the core and the clad, which is represented by
따라서, 다중모드 광섬유의 경우 α값에 의해서 광섬유의 전송 특성인 대역폭이 결정되어지며, MCVD 공법의 증착형태는 석영 튜브의 길이방향으로 변화하므로 α값은 광섬유의 길이방향으로 변화하게 된다. 아울러, 상기 대역폭의 변화는 다중모드 광섬유의 길이방향 신뢰성을 나타내는 지표인 감마(γ)값이 저하되는 원인이 된다. Therefore, in the multimode optical fiber, the bandwidth, which is a transmission characteristic of the optical fiber, is determined by the α value, and the α value changes in the longitudinal direction of the optical fiber because the deposition form of the MCVD method changes in the longitudinal direction of the quartz tube. In addition, the change of the bandwidth causes the gamma (γ) value, which is an index indicating the longitudinal reliability of the multimode optical fiber, to decrease.
여기에서 감마값은 다중모드 광섬유에서의 대역폭 특성의 길이에 따른 의존성을 나타내는 것으로서, 광섬유의 길이방향으로의 불균일 정도를 나타내는 지표가 되며 수학식 3과 같이 표현되어 진다. Here, the gamma value indicates the dependence of the bandwidth characteristics in the multimode optical fiber, which is an index indicating the degree of nonuniformity in the longitudinal direction of the optical fiber, and is expressed by
상기 식에서 정의한 바와 같이, 다중모드 광섬유의 대역폭은 광섬유의 길이에 따라 변화하게 되며, 일반적으로 광섬유 코어부분의 길이 방향에 의한 불균일 현상때문에 광섬유의 길이가 길수록 대역폭 특성이 향상된다. 이러한 대역폭의 광섬유 길이에 대한 의존성은 상기 수학식 3의 감마값에 의해서 표현되어지며, MCVD 방법에 의한 광섬유 제조의 경우, 감마값은 일반적으로 0.5 ~ 1.0사이의 값을 가지는 것이 바람직하다. 감마값이 1.0일 경우에는 전송특성을 나타내는 대역폭 특성이 광섬유 길이에 대해 의존성이 없어지게 되므로 균일한 광섬유를 의미한다. 본 발명에서는 MCVD공법을 이용한 다중모드 광섬유 제조시, 광섬유 코어의 길이방향으로의 불균일 현상을 석영튜브 내부의 반응가스들의 유속으로 제어함으로써 감마값을 1.0에 가깝도록 제조할 수 있다.As defined in the above equation, the bandwidth of the multimode optical fiber changes according to the length of the optical fiber, and in general, the longer the length of the optical fiber is, the better the bandwidth characteristic is due to the unevenness caused by the longitudinal direction of the optical fiber core portion. The dependence of the bandwidth on the optical fiber length is expressed by the gamma value of
도 4는 일반적인 다중모드 광섬유의 굴절률 파라미터인 α값의 길이방향에 따른 변화를 나타낸 것이다. 종래의 다중모드 광섬유는 길이방향으로 (A), (B), (C)의 형태와 같은 궤적 변화를 나타내며, 이 경우 α값은 다음의 수학식 4와 같이 변화한다. Figure 4 shows the change in the longitudinal direction of the α value which is the refractive index parameter of a general multimode optical fiber. Conventional multi-mode optical fibers exhibit a change in trajectory in the longitudinal direction as in the form of (A), (B) and (C), in which case the α value changes as shown in Equation 4 below.
또한, 상기 도 4에 있어서 궤적 변화 (D)는 최적화된 α값의 길이방향 분포를 나타낸 것으로, 상기 수학식 4와 같이 다중모드 광섬유가 길이 방향으로 변하는 α값을 가질 경우에 평균 α 값은 다음의 수학식 5과 같이 계산된다.In addition, in FIG. 4, the trajectory change (D) shows the longitudinal distribution of the optimized α value. When the multimode optical fiber has the α value changing in the longitudinal direction as shown in Equation 4, the average α value is It is calculated as in Equation 5.
상기 수학식 5에서 계산한 평균 α값이 도 4의 최적화된 α값과 같을 경우의 대역폭 값은, 길이방향으로 굴절률 변화가 없는 경우의 대역폭 값에 비해 2/3으로 감소하게 된다.When the average value α calculated in Equation 5 is equal to the optimized value α of FIG. 4, the bandwidth value is reduced to 2/3 of the bandwidth value when there is no change in refractive index in the longitudinal direction.
도 5는 MCVD 공법에 있어서 석영튜브(10) 내부에 투입되는 반응 가스 POCl3가 입자에 미치는 영향을 나타낸 도면이다. 이를 참조하면, 참조부호(50)은 석영튜브(10)에 있어서 산화반응이 일어나는 반응 영역(Reaction Zone)을 나타낸 것으로, 반응 영역(50)에서 반응이 일어난 입자(42)들은 다양한 궤적을 그리면서 튜브의 내주면에 증착하게 된다. 예를 들면, 입자 궤적(31, 32)은 반응 가스 POCl3이 튜브 내부로 주입되지 않았을 때의 것이며, 입자 궤적(33)은 POCl3을 참가한 경우의 입자들의 궤적이다. POCl3은 다중모드 광섬유 모재의 제조시 반응 입자들의 소결온도를 낮추기 위해 첨가되는 것으로, 입자의 크기를 커지게 하고 입자형태를 균일하게 만드는 효과가 있다. 5 is a view showing the effect of the reaction gas POCl 3 introduced into the
실시예Example
본 실시예에서는 MCVD 공정을 이용한 광섬유 모재의 코어 제조시 석영 튜브 내부의 반응가스의 유량이 일정할 경우에 대해서 산소와 헬륨의 양에 따라 굴절률의 높이, 코어 직경, 굴절률 기울기인 알파값의 변화량에 대해서 실험하였다. 모재로 사용되는 튜브의 내경이 27mm인 경우, 각각의 산소와 헬륨의 양에 따른 변화는 다음 표 1과 같다.In this embodiment, when the flow rate of the reaction gas inside the quartz tube is constant when manufacturing the core of the optical fiber base material using the MCVD process, the amount of change in the alpha value, which is the height of the refractive index, the core diameter, and the refractive index gradient, depends on the amount of oxygen and helium. Was tested. When the inner diameter of the tube used as the base material is 27mm, the change according to the amount of oxygen and helium is shown in Table 1 below.
표 1에서 q는 석영 튜브 내부로 유입되는 반응가스의 총 부피이며, Q는 산소의 유량을 나타낸다. 상기의 표에서 알 수 있듯이 석영 튜브 내부의 총 가스의 유량과 산소의 비가 1.2 ~1.4 일 경우에 바람직한 굴절률 편차인 1.0×10-3에 근사함을 알 수 있으며, 더욱 바람직하게는 총가스의 유량과 산소의 비가 1.3일 경우 코어의 직경변화 폭이 길이방향으로 가장 적음을 확인 할 수 있다.In Table 1 q is the total volume of the reaction gas flowing into the quartz tube, Q is the flow rate of oxygen. As can be seen from the above table, it can be seen that the flow rate of the total gas in the quartz tube and the oxygen ratio are close to 1.0 × 10 −3 , which is a preferable refractive index deviation when the ratio is 1.2 to 1.4. If the ratio of oxygen is 1.3, it can be seen that the diameter change width of the core is the smallest in the longitudinal direction.
또한, 하기의 표 2에서는 산소의 유량이 3200sccm인 경우의 헬륨유량에 따른 광섬유의 코어 직경과 굴절률 변화를 보여준다.In addition, Table 2 below shows the change in the core diameter and refractive index of the optical fiber according to the helium flow rate when the flow rate of oxygen is 3200sccm.
표 2에 있어서 Q는 산소의 유량이며, α는 석영 튜브 내부의 열확산 정도를 나타낸다. 상기의 표에서 알 수 있듯이 석영 튜브 내부의 산소가스가 3200sccm인 경우에 Q/α가 5.1인 것이 굴절률 및 코어의 직경이 길이방향으로 변화 폭이 가장 적음을 확인 할 수 있다. In Table 2, Q is oxygen flow rate, and (alpha) shows the thermal diffusion degree inside a quartz tube. As can be seen from the above table, when the oxygen gas inside the quartz tube is 3200sccm, Q / α of 5.1 shows that the refractive index and the diameter of the core have the smallest change in the longitudinal direction.
결과적으로, 본 발명의 실시예에 따르면 MCVD공정에 있어서 석영 튜브 내부의 가스의 비가 q/Q는 1.3인 경우, Q/α는 5.1인 경우에 길이방향으로의 광섬유 코어경 및 굴절률 변화 폭이 가장 적음을 알 수 있다.Consequently, according to the embodiment of the present invention, when the ratio of the gas inside the quartz tube in the MCVD process is q / Q is 1.3 and Q / α is 5.1, the optical fiber core diameter and the refractive index change width in the longitudinal direction are the most wide. It can be seen that less.
상기와 같이 반응가스 및 산소와 헬륨의 유량이 조절되어 제조된 광섬유 모재는 붕괴과정과 인선과정을 통해 광섬유로 제조된다. 상기 광섬유 제조과정은 종래기술에 기재하였으므로 별도의 설명은 생략한다. As described above, the optical fiber base material manufactured by controlling the flow rate of the reaction gas, oxygen, and helium is manufactured into an optical fiber through a collapse process and a cutting process. Since the optical fiber manufacturing process is described in the related art, a separate description is omitted.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment and drawing, this invention is not limited by this and is within the equal range of a common technical idea in the technical field to which this invention belongs, and a claim to be described below. Of course, various modifications and variations are possible.
본 발명의 MCVD 방법에 있어서 광섬유 모재의 굴절률 제어방법 및 상기 방법에 의해 제조된 광섬유에 따르면, 석영튜브 내부에 주입되는 반응 가스들의 유량에 따라 산소와 헬륨의 유량을 조절하고, 상기 산소와 헬륨의 유량에 따라 반응 가스 들의 유속과 내부 온도를 조절함으로써 길이방향으로 굴절률 변동을 최소화한 광섬유를 만들 수 있다. According to the refractive index control method of the optical fiber base material and the optical fiber manufactured by the method in the MCVD method of the present invention, the flow rate of oxygen and helium is adjusted according to the flow rate of the reaction gases injected into the quartz tube, By adjusting the flow rate and the internal temperature of the reaction gases according to the flow rate it can be made an optical fiber with the minimum refractive index variation in the longitudinal direction.
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