KR100572424B1 - 볼록부를 가지는 모재봉을 사용한 광섬유 프리폼의 오버클래딩 방법 - Google Patents

볼록부를 가지는 모재봉을 사용한 광섬유 프리폼의 오버클래딩 방법 Download PDF

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Abstract

대구경 광섬유 프리폼을 제조하기 위한 오버 클래딩 방법이 개시된다. 이 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법은, 그 일단부에 석영관의 내경보다 큰 외경의 볼록부를 갖는 광섬유 모재봉을, 볼록부와 석영관의 단부의 사이에 밀봉용 튜브를 개재하여 석영관에 삽입하고, 진공 펌프를 작동하지 않은 상태에서 볼록부와 석영관 사이의 간극을 실링한 후, 진공 펌프를 작동하여 석영관과 모재봉의 본격적인 접합 공정을 진행한다. 따라서, 접합 초기에 모재봉과 석영관의 사이로 유입되는 이물질을 막을 수 있어, 이 방법에 의해 제조된 광섬유 프리폼은 청정도가 높으며, 이 광섬유 프리폼으로부터 인선된 광섬유는 쉽게 단선되지 않고 광흡수 손실의 증가가 없다.
광섬유 프리폼, 오버 클래딩, 자켓팅, RIC(Rod in Cylinder), RIT(Rod in Tube), 밀봉, 실링, 이물질

Description

볼록부를 가지는 모재봉을 사용한 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법{Over Cladding Method of Optical Fiber Preform Using Preform Rod Having Convex Portion}
도 1은 광섬유 프리폼의 오버 클래딩(over cladding) 장치의 일반적인 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치를 사용하여 광섬유 프리폼을 오버 클래딩하는 과정을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따라 광섬유 프리폼을 오버 클래딩하기 위한 구성을 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 광섬유 프리폼을 오버 클래딩하는 과정을 도시한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 광섬유 프리폼을 오버 클래딩하는 과정을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따라 볼록부를 가지는 모재봉을 제조하는 방법을 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 볼록부를 가지는 모재봉을 제조하는 다른 방법을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명과 종래의 방법에 따라 광섬유를 제조하였을 때 각각의 광흡수 손실을 측정하여 도시한 그래프이다.
본 발명은 광섬유 프리폼의 제조방법에 관한 것으로, 특히 대구경 광섬유 프리폼의 제조를 위한 오버 클래딩 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광섬유는 광섬유 프리폼(preform)을 제조하는 과정과, 제조된 프리폼으로부터 광섬유 심선을 인선(drawing)하는 과정으로 나누어진다. 한편, 최근에는 프리폼으로부터 보다 긴 길이의 광섬유 심선을 얻기 위해 프리폼의 대구경화가 진행되고 있다. 대구경의 프리폼을 얻기 위해서는 오버 클래딩(over cladding), 자켓팅(jacketting), RIT(Rod in Tube), 또는 RIC(Rod in Cylinder)라 불리우는 방법이 사용된다. 오버 클래딩은 수정화학기상 증착법(Modified Chemical Vapor Deposition; MCVD), 외부기상 증착법(Outside Vapor Deposition; OVD), 축상증착법(Vapor Axial Deposition; VAD) 등의 방법에 의해 제조한 봉상의 기초 프리폼(모재봉)을 중공 튜브상의 석영관 내에 넣고 가열하여 접합(붕괴; collapse)시키는 기술이다.
이러한 오버 클래딩 기법은 대구경의 광섬유 프리폼을 비교적 쉽게 얻을 수 있는 방법이지만, 여러 가지 해결해야 할 과제가 많다. 특히, 접합시 모재봉과 중공 튜브상의 석영관 사이의 틈으로 여러 가지 이물질이 침투하여 융착함으로써, 제 조된 프리폼의 품질을 저하시키고 광섬유의 인선시 단선이나 인선된 광섬유의 품질을 저하시키는 문제를 해결하여야 한다. 오버 클래딩시의 이물질 침투 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
미국특허 제4,820,322호 등에 개시된 일반적인 오버 클래딩 방법은, 먼저, 도 1에 도시된 바와 같은 오버 클래딩 장치의 하부 척(1)에 중공 튜브상의 석영관(3)을 고정시키고, 상부 척(2)에 모재봉(4)을 고정시킨다. 석영관(3)과 모재봉(4)의 중심이 일치하도록 정렬한 다음, 열원(5)을 석영관(3)의 상단에서부터 하단쪽으로 서서히 이동시키면서 가열하고, 동시에 진공 펌프(6)로 모재봉(4)과 석영관(3) 사이의 압력을 음압으로 설정함으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 모재봉(4)과 석영관(3) 사이를 접합시키게 된다. 그런데, 이때 접합의 초기 단계에서 진공 펌프(6)의 작동에 의해 모재봉(4)과 석영관(3) 사이의 틈으로 공기의 유동이 발생하고 여러 가지 이물질 특히, 열원(5)에 의해 발생되는 이물질이 유입되어 모재봉(4)의 표면이나 석영관(3)의 내벽에 흡착 또는 융착된다.
열원(5)에 따라 발생되는 이물질 및 그에 따라 제조된 프리폼 또는 인선된 광섬유에 생기는 문제점은 다음과 같다.
열원(5)으로서 산소-수소 토치를 이용하는 경우에는, 접합의 초기 단계에서 H2O를 다량 함유하고 있는 화염이 모재봉(4)과 석영관(3) 사이로 유입되고, 상대적으로 온도가 낮은 모재봉(4)의 표면이나 석영관(3)의 내벽에 수분이 응결된다. 이렇게 응결된 수분은 제조된 프리폼 또는 인선된 광섬유 내에서 수산기(OH기)로 존 재하며, 1383nm 부근의 파장의 빛을 흡수함으로써 1383nm 파장 부근에서의 광흡수 손실을 증가시킨다.
열원(5)으로서 흑연로(graphite furnace)를 사용하는 경우에는, 탄소(C) 입자가 이물질로서 모재봉(4)과 석영관(3) 사이로 유입되어 흡착된다. 이렇게 흡착 및 융착된 탄소 입자는 광섬유의 인선시 단선을 유발한다.
한편, 모든 종류의 열원에서 이물질로서 SiO2 수트가 발생할 수 있다. 즉, 석영관(3)이 열원(5)에 의해 고온으로 가열되면 그 표면에서 SiO2가 기화되어 존재하다가 진공 펌프(6)의 작동에 의해 모재봉(4)과 석영관(3) 사이로 유입된다. 이렇게 유입된 SiO2 수트는 프리폼의 내부에 버블등의 결함(imperfection)으로 존재하여 인선된 광섬유의 접속 특성을 악화시키는 에어라인(air line)을 형성하거나, 인선시 단선을 유발한다.
본 발명은 광섬유 프리폼을 오버 클래딩에 의해 제조할 때, 접합 단계에서 이물질의 유입을 효과적으로 방지할 수 있는 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 오버 클래딩 방법은, 일단부에 볼록부를 가지는 광섬유 모재봉을 이용하여 석영관과 볼록부의 사이에 밀봉용 튜브를 개재한 상태에서, 볼록부와 석영관 사이의 간극을 밀봉(초기 접합 공정)한 다음, 진공 펌프를 작동시켜 본격적인 접합 공정을 진행한다.
즉, 본 발명에 따른 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법은, 먼저, 일단부에 볼록부를 갖는 광섬유 모재봉과, 이 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영관과, 모재봉의 볼록부와 석영관 사이에 개재될 밀봉용 튜브를 준비한다. 여기서, 석영관은 모재봉의 외경보다 크고 상기 볼록부의 외경보다 작은 내경을 가진다. 또한, 밀봉용 튜브는 석영관의 내경보다 크고 석영관의 외경보다 작은 외경을 갖고, 모재봉의 외경보다 크고 상기 볼록부의 외경보다 작으며 석영관의 내경보다 크거나 같은 내경을 갖고, 그 두께가 3mm 이상이고 석영관 두께의 1/2 이하인 것을 준비한다. 이어서, 광섬유 모재봉의 볼록부와 석영관 사이에 상기 밀봉용 튜브를 개재한 상태에서, 모재봉의 볼록부와 밀봉용 튜브가 접촉하고 밀봉용 튜브와 석영관이 접촉할 때까지 모재봉을 상기 볼록부가 형성된 일단부의 반대편 단부로부터 석영관 내부에 삽입한다. 이후, 열원에 의해 볼록부와 밀봉용 튜브를 가열하여 볼록부와 석영관 사이의 간극을 실링한 다음, 모재봉과 석영관의 상기 반대편 단부쪽에서 모재봉과 석영관 사이의 공간에 있는 공기를 빨아들여 음압으로 유지하면서, 열원에 의해 모재봉과 석영관을 상기 반대편 단부쪽으로 가열해 감으로써 모재봉과 석영관을 접합한다.
또한, 상기 모재봉의 볼록부와 석영관 사이의 간극을 실링할 때에는, 볼록부와 밀봉용 튜브를 가열하여, 밀봉용 튜브가 유동성이 생길 정도로 가열되면 상기 볼록부로 밀봉용 튜브를 압착함으로써, 볼록부, 밀봉용 튜브 및 석영관이 서로 접합되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 볼록부를 갖는 광섬유 모재봉은, 외경이 일정한 봉상의 광섬유 모재봉의 일단부에 상기 볼록부를 형성할 석영 링을 끼우고 접합함으로써 준비할 수 있다. 또는 볼록부를 갖는 광섬유 모재봉은, 두 개의 1차 석영관을 길이방향으로 압착하면서 가열함으로써 접합부를 볼록하게 하면서 두 개의 1차 석영관을 접합한 후, 볼록한 접합부를 가지는 접합된 1차 석영관의 내부에 외경이 일정한 1차 모재봉을 삽입하고, 1차 석영관을 가열함으로써 이 1차 석영관과 1차 모재봉을 접합함으로써 준비할 수도 있다. 또 다른 방법으로, 1차 석영관 및 1차 모재봉을 길이방향으로 압착하면서 가열하여 접합함으로써, 가열된 부위를 볼록하게 하여 상기 볼록부를 갖는 광섬유 모재봉을 준비할 수도 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법은, 볼록부를 갖는 모재봉과 밀봉용 튜브를 사용하여 오버 클래딩 초기에 모재봉과 석영관 사이의 간극을 밀봉함으로써, 진공 펌프의 작동에 의해 이물질이 모재봉과 석영관 사이로 유입되는 것을 막을 수 있다.
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 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므 로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명에 따라 광섬유 프리폼을 오버 클래딩하기 위한 구성을 도시한 단면도로서, 도 1에 도시된 오버 클래딩 장치의 일부를 나타내고 있다. 한편, 도 3에 도시된 각 부재중 참조번호가 도 1과 같은 것은 동일한 부재를 의미한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 광섬유 프리폼을 오버 클래딩하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같은 오버 클래딩 장치의 하부 척(1)에 중공 튜브상의 석영관(3)을 고정시키고, 상부 척(2)에는 일단부(도면에서 상단부) 근방에 볼록부(10a)를 갖는 모재봉(10)을 장착한다(볼록부를 갖는 모재봉을 제조하는 방법에 대해서는 후술한다). 이때 볼록부(10a)와 석영관(3)의 사이에 밀봉용 튜브(11)를 개재시켜 모재봉(10)을 석영관(3)에 삽입하여 볼록부(10a), 밀봉용 튜브(11) 및 석영관(3)을 서로 물리적으로 접촉시키고 석영관(3)과 모재봉(10)의 중심이 일치하도록 정렬하면, 오버 클래딩의 준비가 완료된다.
여기서, 석영관(3), 모재봉(10) 및 밀봉용 튜브(11)의 대소관계는 다음과 같이 되도록 석영관, 모재봉 및 밀봉용 튜브를 준비한다.
즉, 중공 튜브상의 석영관(3)은 모재봉(10)을 내부에 수용하기 위하여 모재봉(10)의 외경(d0)보다 큰 내경(D0)을 가지는 것을 준비한다. 이때 모재봉(10)의 외경(d0)과 석영관(3)의 내경(D0)의 차는, 모재봉과 접합되어 완성될 프리폼의 크기에 따라 다르지만, 효율적이고 균일한 접합을 위해 0.1∼10mm, 더욱 바람직하게는 0.2∼5mm 인 것이 좋다.
볼록부(10a)의 외경(d1)은 석영관(3)의 내경(D0) 및 밀봉용 튜브(11)의 내경보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 볼록부(10a)의 높이(h1)는 모재봉(10)의 외경(d0)의 0.1배∼5배, 더욱 바람직하게는 0.2배∼2배인 것이 좋다.
한편, 밀봉용 튜브(11)는, 그 내경이 모재봉(10)의 외경(d0)보다 크고 볼록부(10a)의 외경(d1)보다 작아야 하며, 석영관(3)의 내경(D0)보다 약간 크거나 같은 것이 좋다. 이는, 밀봉용 튜브(11)의 내경이 석영관(3)의 내경(DO)보다 작게 되면 후술하는 본격적인 접합 공정에서 진공 펌프(도 1의 6)의 작동에 의해 석영관(3)과 모재봉(10) 사이에 음압이 형성되고, 이에 따라 밀봉용 튜브(11)가 석영관과 모재봉 사이로 빨려들어가지 않도록 하기 위하여, 밀봉용 튜브의 두께를 두껍게 하여야 하는 바람직하지 않은 결과를 가져올 수 있기 때문이다.
또한, 밀봉용 튜브(11)의 외경은 석영관(3)의 외경보다 작은 것이 바람직하고, 밀봉용 튜브의 높이(h0)는 볼록부(10a)의 높이(h1)의 0.5배∼3배인 것이 바람직하다. 특히, 이와 같은 각 크기에 의해 규정되는 밀봉용 튜브(11)의 두께는, 3mm 이상이고 석영관(3) 두께(t)의 1/2 이하인 것이 바람직하다. 이는, 후술하는 본격적인 접합 공정에서 진공 펌프(도 1의 6)의 작동에 의해 밀봉용 튜브(11)가 석영관(3)과 모재봉(10)의 사이로 빨려들어가지 않으면서 효율적인 실링이 가능하도록 하기 위함이다. 즉, 밀봉용 튜브(11)가 너무 얇으면 진공 펌프(6)의 작동시 유동성을 가지도록 가열된 밀봉용 튜브(11)가 석영관(3)과 모재봉(10) 사이로 빨려들어가고, 너무 두꺼우면 후술하는 초기 접합 공정에 걸리는 시간이 너무 길어 밀봉용 튜브(11)를 준비한 실익이 없게 된다.
이어서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 초기 접합 공정과 본격적인 접합 공정을 거쳐 광섬유 프리폼을 오버 클래딩하는 과정을 상세히 설명한다.
도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 오버 클래딩 준비가 완료되면, 볼록부(10a), 밀봉용 튜브(11) 및 석영관(3)의 간극을 실링하는 초기 접합 공정을 실시한다. 초기 접합 공정 중에 진공 펌프(6)는 작동하지 않는 상태로 둔다. 본 실시예에 따른 초기 접합 공정은 세분하면, 예열 공정, 초기 접합부 가열 공정 및 초기 접합부 최종 가열 공정의 세 가지 공정으로 나눌 수 있다. 여기서 초기 접합부라 함은, 볼록부에서부터 석영관의 상단까지의 위치를 의미한다. 이렇게 세분된 각 공정에 대해 상술하면 다음과 같다.
먼저, 예열 공정에서는 도 3에 도시된 바와 같이 준비된 상태에서 열원(5)을 점화하고 열원의 온도를 상승시킨다. 점화시에 열원의 위치는, 특히 열원이 흑연로인 경우, 가능한 한 초기 접합부로부터 멀리 떨어뜨리는 것이 좋다. 이는 열원의 초기 점화시에 이물질이 다량 발생하므로 이 이물질이 초기 접합부의 간극 사이로 침투할 여지를 없애기 위함이다. 열원(5)이 점화되면(또는 점화되어 소정의 온도에 도달하면) 열원을 초기 접합부 쪽으로 이동시켜 초기 접합부 및 그 근방을 가열한다. 이때 열원의 이동 범위 및 이동 속도는 열원의 온도 상승 특성과 관련하여 적절히 설정하지만, 대략 석영관(3)과 열원(5) 간의 거리(Z)가 -100∼500mm(음의 값은 도면에서 열원의 하단면이 석영관(3)의 상단보다 아래쪽에 위치함을 의미한다)의 범위 내에서, 바람직하게는 0∼200mm의 범위 내에서, 더욱 바람직하게는 50∼150mm의 범위 내에서 초기 접합부를 골고루 가열하도록 설정한다. 이때 열원(5)이 최종 온도에 도달하였을 때 열원의 위치는 Z가 0mm 이상이 되도록 하는 것이 좋다.
예열이 끝나면 볼록부(10a)와 밀봉용 튜브(11)의 점도가 낮아져 유동성이 생길 정도로 초기 접합부를 가열하는 초기 접합부 가열 공정을 실시한다. 이때 열원(5)의 이동 범위는 대략 Z가 -50∼300mm, 바람직하게는 0∼150mm, 더욱 바람직하게는 10∼100mm의 범위가 되도록 한다. 한편, 열원의 이동 속도 및 가열 시간은 밀봉용 튜브(11)의 두께 및 높이(h0), 볼록부(10a)의 형상 및 크기, 그리고 열원의 온도와 상관이 있고, 열원의 온도는 열원의 종류 및 특성, 가열부의 크기에 따라 좌우되는데, 열원(5)의 가열 온도는 예컨대 1800∼2300℃ 정도로 할 수 있다. 중요한 것은 전술한 바와 같이, 열원의 온도 및 다른 가열 조건을 볼록부(10a)와 밀봉용 튜브(11)의 점도가 유동성을 가질 정도로 낮아지는 조건으로 설정한다는 점이다.
이어서 초기 접합부 최종 가열 공정은, 열원(5)의 이동 범위를 대략 Z가 -300∼300mm, 바람직하게는 -200∼200mm, 더욱 바람직하게는 -100∼100mm의 범위가 되도록 하여 수행한다. 이때의 열원의 이동 속도 및 가열 시간은 전술한 초기 접합부 가열 공정과 마찬가지로, 밀봉용 튜브(11)의 두께 및 높이(h0), 볼록부(10a)의 형상 및 크기, 그리고 열원의 온도와 상관이 있는데, 전술한 바와 같이 볼록부(10a)와 밀봉용 튜브(11)의 점도가 유동성을 가질 정도로 낮아지는 조건으로 설정한다.
이렇게 예열 공정, 초기 접합부 가열 공정 및 초기 접합부 최종 가열 공정을 거치면, 초기 접합부의 볼록부(10a), 밀봉용 튜브(11) 및 석영관(3)의 상단부가, 도 4a에 도시된 바와 같이 어느 정도 유동성을 가지게 되고, 그에 따라 물리적으로 접촉해 있던 볼록부(10a), 밀봉용 튜브(11) 및 석영관(3)의 상단부는 서로 화학적으로 접합되어 간극이 완전히 실링된다.
이렇게 초기 접합 공정이 완료되면 진공 펌프(6)를 가동시켜 모재봉(10)과 석영관(3) 사이 공간의 압력을 음압으로 설정하고 본격적인 접합 공정을 실시한다. 즉, 열원(5)의 온도를 1800∼2300℃로 유지하면서 적절한 속도로 이동시킴으로써 석영관(3)의 외주면을 가열하여 석영관(3)을 모재봉(10)에 접합시킨다. 그러면 도 4b에 도시된 바와 같이, 밀봉용 튜브를 비롯하여 석영관(3')의 상단에서부터 석영관(3')이 모재봉(10)에 접합되어 대구경의 광섬유 프리폼이 얻어진다. 이때 필요하다면 석영관(3)과 모재봉(10)을 일정한 속도 예컨대 60rpm 이하의 속도로 회전시켜 균일한 접합이 이루어지도록 한다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면 진공 펌프(6)를 작동하지 않은 상태에서 초기 접합 공정을 거쳐 모재봉(10)과 석영관(3) 사이의 간극을 밀봉한 후, 진공 펌프(6)를 작동하는 본격적인 접합 공정을 실시함으로써 모재봉과 석영관 사이의 간극으로 유입되는 이물질을 막을 수 있다.
한편, 상술한 본 실시예에서 초기 접합 공정을 세 단계로 세분하여 수행하였으나 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않는다. 즉, 열원(5)의 특성이나 볼록부(10a), 밀봉용 튜브(11) 및 석영관(3)의 형상과 크기에 따라서는 초기 접합부 가열 공정 및 초기 접합부 최종 가열 공정을 묶어서 한 번의 가열 공정으로 할 수도 있고, 나아가서 예열 공정까지도 묶어서 하나의 연속적인 가열 공정으로 할 수도 있다.
이어서, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법에 대하여 설명한다. 이들 도면에서 도 4a 및 도 4b와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 의미하고, 이하에서는 전술한 일 실시예의 오버 클래딩 방법과 다른 점만을 설명하기로 한다.
본 실시예의 방법도 전술한 일 실시예의 방법과 마찬가지로, 도 3과 같은 구성으로 오버 클래딩 준비를 하고, 예열, 초기 접합부 가열, 및 초기 접합부 최종 가열 공정을 실시한다. 다만, 본 실시예에서는 초기 접합부 가열 공정후 또는 초기 접합부 최종 가열 공정과 동시에 초기 접합부 압착 공정을 거친다는 점이 다르다.
즉, 볼록부(10a)와 밀봉용 튜브(11)가 유동성을 가지도록 충분히 가열된 상태에서 모재봉(10)을 석영관(3) 쪽으로 밀어(또는 석영관을 모재봉 쪽으로 밀어) 압착한다. 그러면 도 5a에 도시된 바와 같이, 유동성을 갖는 볼록부(10a)와 밀봉용 튜브(11')가 압착되어 변형되면서 볼록부(10a)와 밀봉용 튜브(11')의 사이 및 밀봉용 튜브(11')와 석영관(3) 상단부 사이의 간극이 더욱 확실하게 실링된다. 여기서 밀봉용 튜브를 석영관(3) 쪽으로 미는(도면에서 아래쪽으로 누르는) 거리는 0.5mm 이상 다양하게 설정할 수 있는데, 예컨대 이 거리를 밀봉용 튜브(11)의 원래 높이 만큼으로 설정하면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 밀봉용 튜브(11')가 완전히 변형되어 접합된 석영관(3")과 볼록부(10a)가 서로 접합되어 이들 사이의 간극이 완전히 밀봉된다.
이어서, 전술한 일 실시예와 마찬가지로 진공 펌프(6)를 작동하면서 본격적인 접합 공정을 실시하면 도 5b에 도시된 바와 같이 석영관(3")이 모재봉(10)에 접합되어 대구경의 광섬유 프리폼이 얻어진다. 이렇게 얻어진 광섬유 프리폼은 석영관과 모재봉 사이의 간극으로 이물질이 유입되지 않아 청정도가 높은 고품질의 것이 된다.
한편, 본 실시예에서도 전술한 일 실시예와 마찬가지로, 초기 접합 공정을 세 단계로 세분하지 않고 총 두 번의 가열 공정 또는 하나의 연속적인 가열 공정으로 할 수도 있다.
또한, 상술한 실시예들에서 오버 클래딩 장치를 도 1에 도시된 바와 같이 수직으로 구성하여 위쪽에서 아래쪽으로 접합 공정을 실시하는 것으로 하였으나, 장치의 구성 및 방향은 다양하게 변형할 수 있다. 예컨대, 수평으로 하거나, 수직으로 하더라도 볼록부(10a)와 밀봉용 튜브(11)를 석영관(3)의 상단이 아닌 하단에 배치할 수도 있다. 이 경우 진공 펌프는 석영관(3)의 상단에 배치되고 접합 공정은 아래쪽에서 위쪽을 향하여 진행된다.
한편, 본 발명의 오버 클래딩 방법에 사용되는 광섬유 모재봉(10)을 다음과 같이 제조할 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 일정한 외경을 가지는 광섬유 모재봉(20)의 일단부 근방에 볼록부를 형성할 석영 링(20a)을 끼워서 가열하여 접합함으로써 제조할 수 있다.
또한, 볼록부(10a)를 가지는 모재봉(10)은 도 7a 내지 도 7d에 도시된 방법 으로 제조할 수도 있다.
즉, 도 7a에 도시된 바와 같이, 두 개의 1차 석영관(13a,13b)을 준비하여 길이방향으로 서로 붙인다. 이어서, 그 접합부를 열원(15)에 의해 가열하면서 마주보는 방향으로 압착한다. 이때 필요하다면 1차 석영관(13)의 내부로 불활성 가스를 공급하여 양압을 형성할 수도 있다. 그러면 도 7b에 도시된 바와 같이 접합부가 부풀어 오른 하나의 석영관(13')이 얻어진다.
이어서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 접합부가 부푼 석영관(13')의 내부에 접합부의 대략 중간 부분까지 이르도록 외경이 일정한 1차 모재봉(12)을 삽입하고, 열원(25)에 의해 가열하면서 석영관(13')을 1차 모재봉(12)에 접합시킨다. 그러면, 도 7d에 도시된 바와 같이, 부푼 접합부가 볼록부로 되는 광섬유 모재봉을 얻을 수 있다.
또한, 볼록부(10a)를 가지는 모재봉(10)은 다음과 같은 방법으로 제조할 수도 있다.
즉, 외경이 비슷한 1차 석영관과 1차 모재봉을 준비하여 길이방향으로 서로 붙인다. 이어서, 그 접합부 근방을 열원에 의해 가열하면서 마주보는 방향으로 압착한다. 그러면 가열된 부위가 부풀어 올라 볼록부가 된 광섬유 모재봉이 얻어진다.
한편, 본 발명에 따른 효과를 검증하기 위하여 상술한 본 발명의 방법을 적용하여 오버 클래딩한 광섬유 프리폼과 종래의 방법으로 오버 클래딩한 광섬유 프리폼을 각각 제조하여 그 품질을 비교하였다. 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명에 따른 실험예의 광섬유 프리폼은 전술한 두 번째 실시예의 방법으로 제조되었다. 구체적으로 도 3에서 볼록부(10a)의 외경(d1)은 밀봉용 튜브(11)의 내경보다 10mm 정도 크게 하고, 볼록부의 높이(h1)는 모재봉(10)의 외경(d0)의 0.5배로 하였다. 또한, 밀봉용 튜브의 높이(h0)는 볼록부의 높이(h1)의 1.5배로 하였으며, 석영관(3)의 내경(D0)과 모재봉(10)의 외경(d0)간의 차는 5mm로 하였다.
이렇게 모재봉(10), 석영관(3) 및 밀봉용 튜브(11)를 준비하고, 초기 접합 공정을 진행하였는데, 구체적으로 예열 공정은 석영관(3)의 상단에서부터 열원(5)까지의 거리(Z)가 100mm에서 시작하여 50mm에서 종료했다. 이때 열원(5)의 하강 속도는 30mm/min이었고 열원의 온도는 1900℃까지 상승시켰다. 초기 접합부 가열 공정은 석영관(3)의 상단에서부터 열원(5)까지의 거리(Z)가 50mm에서 시작하여 20mm에서 종료했으며, 이때 열원(5)의 하강 속도는 5분 동안 6mm/min이었고 열원의 온도는 1900℃로 유지했다. 이어서 10mm 만큼 모재봉(10)을 하강시켜 압착시켰다. 초기 접합부 최종 가열 공정은 석영관(3)의 상단에서부터 열원(5)까지의 거리(Z)가 20mm에서 시작하여 5mm에서 종료했으며, 이때 열원(5)의 하강 속도는 8분 동안 2mm/min이었고 열원의 온도는 1900℃로 유지했다.
초기 접합 공정이 끝난 후 진공 펌프(6)를 작동시켜 석영관(3)과 모재봉(10) 사이의 공간의 압력을 0.8 기압으로 유지하고, 열원(5)은 1900℃를 유지하면서 아래쪽으로 이동시킴으로써 석영관(3)을 모재봉(10)에 접합시켰다. 이때 석영관(3)과 모재봉(10)은 3rpm의 속도로 회전시켰다.
한편, 비교예의 광섬유 프리폼은 도 2에 도시된 바와 같이 외경이 일정한 모재봉(4)과, 모재봉(4)의 외경과 석영관(3)의 내경의 차가 1.5mm이 석영관(3)을 이용하여 오버 클래딩함으로써 제조되었다. 구체적으로, 본 발명의 초기 접합 공정에 대응되는 초기 접합 공정으로서, 열원(5)의 온도를 2000℃로 유지하며 2분 동안 석영관(3)의 상단부를 가열했다. 이후 진공 펌프(6)를 작동시켜 내압을 0.2 기압으로 유지하고 열원은 2000℃를 유지하면서 15mm/min의 속도로 아래쪽으로 이동하여 석영관(3)을 모재봉(4)에 접합시켰다. 이때 석영관(3)과 모재봉(4)은 3rpm의 속도로 회전시켰다.
이상과 같이 제조된 본 발명에 따른 실험예와 종래 기술에 따른 비교예의 광섬유 프리폼의 내부 청정도를 측정한 결과, 본 발명의 실험예에서는 이물질이 관찰되지 않은 반면, 비교예에서는 100mm 당 20개 정도의 이물질이 관찰되었다.
특히, 열원을 산소-수소 토치로 하여 제조된 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 비교예의 광섬유 프리폼으로 제조된 광섬유는 1383nm 부근의 파장대에서 뚜렷한 광흡수 손실의 증가가 관측된 반면, 실험예의 광섬유 프리폼으로 제조된 광섬유의 경우는 1383nm 부근의 파장대에서 광흡수 손실의 증가가 거의 없다.
또한, 흑연로를 사용하여 제조된 경우, 비교예의 광섬유 프리폼에서는 광섬유 인선 및 테스트시 1000km 당 10번의 단선이 기록되었으나, 실험예의 광섬유 프리폼에서는 광섬유 인선 및 테스트시 1000km 당 1번 이하의 단선이 기록되었다.
아울러, 열원의 종류에 관계없이 발생하는 SiO2 수트 이물질의 경우 비교예 에서는 10개 이상의 에어라인이 발견되었으나, 실험예의 경우에는 에어라인이 발견되지 않았다.
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.
본 발명에 따르면, 볼록부를 갖는 광섬유 모재봉을 밀봉용 튜브를 개재하여 석영관에 삽입하고, 진공 펌프를 작동하지 않은 상태에서 볼록부와 석영관 사이의 간극을 실링한 후, 진공 펌프를 작동하여 본격적인 접합 공정을 진행함으로써, 접합 초기에 모재봉과 석영관의 사이로 유입되는 이물질을 막을 수 있다.
따라서, 본 발명의 오버 클래딩 방법에 의해 제조된 광섬유 프리폼은 청정도가 높으며, 이 광섬유 프리폼으로부터 인선된 광섬유는 쉽게 단선되지 않고 광흡수 손실의 증가가 없다.

Claims (8)

  1. 일단부에 볼록부를 갖는 광섬유 모재봉을 준비하는 단계;
    상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경보다 크고 상기 볼록부의 외경보다 작은 내경을 가지는 석영관을 준비하는 단계;
    상기 석영관의 내경보다 크고 석영관의 외경보다 작은 외경을 갖고, 상기 모재봉의 외경보다 크고 상기 볼록부의 외경보다 작으며 상기 석영관의 내경보다 크거나 같은 내경을 갖고, 그 두께가 3mm 이상이고 상기 석영관 두께의 1/2 이하인 밀봉용 튜브를 준비하는 단계;
    상기 광섬유 모재봉의 볼록부와 상기 석영관 사이에 상기 밀봉용 튜브를 개재한 상태에서, 상기 볼록부와 밀봉용 튜브가 접촉하고 상기 밀봉용 튜브와 석영관이 접촉할 때까지 상기 모재봉을 상기 일단부의 반대편 단부로부터 상기 석영관 내부에 삽입하는 단계;
    열원에 의해 상기 볼록부와 밀봉용 튜브를 가열하여 상기 볼록부와 석영관 사이의 간극을 밀봉하는 단계; 및
    상기 모재봉과 석영관의 상기 반대편 단부쪽에서 모재봉과 석영관 사이의 공간에 있는 공기를 빨아들여 음압으로 유지하면서, 열원에 의해 상기 모재봉과 석영관을 상기 반대편 단부쪽으로 가열해 감으로써 상기 모재봉과 석영관을 접합하는 단계;를 포함하고,
    상기 밀봉하는 단계에서는 상기 모재봉과 석영관 사이의 공간에 있는 공기를 의도적으로 빨아들이지 않는 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밀봉하는 단계는,
    상기 볼록부와 밀봉용 튜브를 가열하는 단계; 및
    상기 밀봉용 튜브가 유동성이 생길 정도로 가열되면 상기 볼록부와 밀봉용 튜브를 압착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압착하는 단계는,
    상기 볼록부와 상기 밀봉용 튜브를 압착하여 상기 볼록부와 밀봉용 튜브 및 상기 밀봉용 튜브와 석영관을 접합하는 단계; 및
    상기 볼록부와 상기 밀봉용 튜브를 계속 압착하여 상기 볼록부와 석영관을 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 밀봉하는 단계 및 접합하는 단계는 동일한 열원을 이용하여 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 밀봉하는 단계에서 상기 열원의 가열온도 및 가열시간은 상기 밀봉용 튜브가 유동성이 생길 정도의 점도가 되는 온도 및 시간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가열온도가 1800~2300℃인 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광섬유 모재봉을 준비하는 단계는,
    외경이 일정한 봉상의 광섬유 모재봉의 일단부에 상기 볼록부를 형성할 석영 링을 끼우고 접합함으로써 상기 볼록부를 갖는 광섬유 모재봉을 준비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광섬유 모재봉을 준비하는 단계는,
    두 개의 1차 석영관을 길이방향으로 압착하면서 가열함으로써 접합부를 볼록하게 하면서 두 개의 1차 석영관을 접합하는 단계;
    볼록한 접합부를 가지는 접합된 1차 석영관의 내부에 외경이 일정한 1차 모재봉을 삽입하는 단계; 및
    상기 1차 석영관을 가열함으로써 이 1차 석영관과 1차 모재봉을 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 방법.
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