KR100573508B1 - 광섬유 모재 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

고굴절율의 관 형상의 GeO2 첨가 석영 유리 파이프를 제작하고(단계 S2), F원소가 첨가된 원주 형상의 석영 유리 로드를 이 GeO2 첨가 석영 유리 파이프 안쪽에 삽입하며(단계 S3), 그 삽입 상태에 있는 Ge02 첨가 석영 유리 파이프 및 석영 유리 로드를 가열하여 일체화한다(단계 S4), 또한 이 결과물을 순수 석영 유리 파이프 안쪽에 삽입하고(단계 S5), 가열 일체화하여(단계 S6), 광섬유 모재를 제조한다.
광섬유, 석영 유리 파이프, 굴절율, 소결, 탈수

Description

광섬유 모재 제조 방법{Method of manufacturing optical fiber base material}
본 발명은 선 모양으로 당겨(drawing:인발) 광섬유를 얻을 수 있는 광섬유 모재의 제조 방법에 관한 것이다.
분산 천이 광섬유(dispersion-shifted optical fiber)는 파장 분산치가 0이 되는 0분산 파장을 1.55μm 부근에 갖는 것으로, 그 일종으로 중심 코어 영역 주위에 고굴절율의 링 코어 영역이 있고, 그 링 코어 영역 주위에 클래드(clad) 영역이 있는 것이 있다. 이러한 링형 구조의 굴절율 프로파일을 갖는 분산 천이 광섬유는 동일한 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유 모재를 선 모양으로 당겨 제조된다.
이러한 광섬유 모재의 굴절율 프로파일은 석영 유리로 이루어지는 광섬유의 중심 코어 영역이 되는 중심 코어부와 GeO2(이산화 게르마늄)을 포함하는 석영 유리로 이루어지는 광섬유의 링 코어 영역이 되는 링 코어부에 의해 실현된다. 또, 광섬유 모재는 일반적으로 VAD(vapour-phase axial deposition)법이나 OVD(outside vapour deposition)법 등에 의해 제조된다.
그렇지만, VAD법이나 OVD법에 의해 상기 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유 모재를 제조하는 데에는, CF4 가스 및 SiF4 가스 등의 F원소 첨가용 가스를 도입하여 중심 코어부에 F원소를 첨가하지만, 그 때에 링 코어부에도 F원소가 첨가된다. 고굴절율로 해야 할 링 코어부에 F원소가 첨가되면 전체 굴절율이 저하하여, 원하는 굴절율 프로파일이 얻어지지 않으며, 원하는 파이버 특성이 얻어지지 않는다. 또, 이의 대책으로서, 링 코어부의 GeO2 농도를 크게 하면, 광섬유의 전송 손실이 커지고, 또한, 비선형 광학 현상이 발생하기 쉬워진다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 중심 코어부에 F원소가 첨가된 링형 구조의 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유 모재를 적합하게 제조할 수 있는 광섬유 모재 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관련되는 광섬유 제조 방법은 (1) 석영 유리에 대한 상대 굴절율 차이가 0.2 내지 1.5% 범위내의 굴절율을 갖는 영역을 포함하는 관 형상의 석영 유리 파이프 안쪽에 상대 굴절율 차이가 -1.0 내지 0.0% 범위에 있는 양의 F원소가 첨가된 원주 형상의 석영 유리 로드(rod)를 삽입하는 삽입 공정과, (2) 삽입 공정에 의해 삽입 상태에 있는 석영 유리 파이프 및 석영 유리 로드를 가열하여 일체화하는 가열 일체화 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 광섬유 제조 방법에 의하면, 광섬유의 저굴절율의 중심 코어 영역이 되는 석영 유리 로드에 원하는 양의 F원소가 첨가되는 한편, 광섬유의 고굴절율의 링 코어 영역이 되는 석영 유리 파이프에는 F원소가 첨가되지 않아, 원하는 링형 구조의 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유 모재를 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명에 관련되는 광섬유 제조 방법에 있어서의 석영 유리 파이프는 (a) 출발 파이프의 외주면 상에 GeO2 및 SiO2의 수트체(soot material)를 합성하는 수트체 합성 공정과, (b) 출발 파이프의 외주면 상의 수트체를 탈수·소결하여 투명 유리체로 하는 투명 유리화 공정과, (c) 투명 유리체 중 출발 파이프 부분을 제거하여 석영 유리 파이프를 제작하는 제거 공정으로 제작되는 것이 적합하다. 혹은 (a) 로드 형상의 GeO2 및 SiO2의 수트체를 합성하는 수트체 합성 공정과, (b) 수트체를 탈수·소결하여 투명 유리체로 하는 투명 유리화 공정과, (c) 투명 유리체의 중심 축을 따라 천공하여 석영 유리 파이프를 제작하는 천공 공정에서 제작되는 석영 유리 파이프도 적합하다. 또, (a) 출발 로드의 외주면 상에 GeO2 및 SiO2의 수트체를 합성하는 수트체 합성 공정과, (b) 수트체를 탈수·소결하여 투명 유리체로 하는 투명 유리화 공정과, (c) 투명 유리체 중 출발 로드 부분을 제거하여 석영 유리 파이프를 제작하는 제거 공정에서 제작되는 석영 유리 파이프도 적합하다. 더욱이, (a) 로드 형상의 GeO2 및 SiO2의 수트체를 합성하는 수트체 합성 공정과, (b) 수트체를 탈수·소결하여 투명 유리체로 하는 투명 유리화 공정과, (c) 투명 유리체를 연화 온도 이상으로 가열하여 그 중심 축을 따라 이 연화 온도보다 융점이 높은 로드를 삽입함으로써 석영 유리 파이프를 작성하는 파이프화 공정에서 제작되는 석영 유리 파이프도 또한 적합하다. 이들 어느 제작 방법에 의해서도, 순수 석영 유리의 굴절율보다 큰 굴절율을 갖는 GeO2이 첨가된 석영 유리 파이프가 제작된다.
본 발명은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 더욱 충분히 이해 가능해진다. 이들은 단지 예시를 위해 도시되는 것으로, 본 발명을 한정하는 것으로 생각해서는 안된다.
본 발명의 한층 더한 응용 범위는 이하의 상세한 설명으로 분명해질 것이다. 그렇지만, 상세한 설명 및 특정 사례는 본 발명의 적합한 실시예를 도시하는 것이기는 하지만, 예시를 위해서만 도시되어 있는 것으로, 본 발명의 사상 및 범위에 있어서의 각종 변형 및 개량은 이 상세한 설명으로부터 당업자에게 있어서 자명한 것은 분명하다.
도 1은 본 발명에 관련되는 광섬유 모재 제조 방법에 의해 적합하게 제조되는 광섬유 모재를 선 모양으로 당겨 얻어지는 광섬유의 굴절율 프로파일을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 관련되는 광섬유 모재 제조 방법의 적합한 실시예를 설명하는 플로우 챠트.
도 3a 내지 도 3f는 도 2의 각 공정 각각의 종료 시점에 있어서의 석영 유리 파이프 및 석영 유리 로드의 횡단면도.
도 4는 석영 유리 파이프 제작 방법의 제 1 실시예를 설명하는 플로우 챠트.
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 각 공정 각각의 종료 시점에 있어서의 석영 유리 파이프의 횡단면도.
도 6은 석영 유리 파이프 제작 방법의 제 2 실시예를 설명하는 플로우 챠트.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 각 공정 각각의 종료 시점에 있어서의 석영 유리 파이프의 횡단면도.
도 8은 석영 유리 파이프 제작 방법의 제 3 실시예를 설명하는 플로우 챠트.
도 9a 내지 도 9d는 도 8의 각 공정 각각의 종료 시점에 있어서의 석영 유리 파이프의 횡단면도.
도 10은 석영 유리 파이프 제작 방법의 제 4 실시예를 설명하는 플로우 챠트.
도 11a 내지 도 11d는 도 1O의 각 공정 각각에 있어서의 석영 유리 파이프의 종단면도.
도 12a 내지 도 12d, 도 13a 내지 도 13c는 각각 본 발명에 관련되는 광섬유 모재 제조 방법에 의해 적합하게 제조되는 광섬유 모재의 다른 굴절율 프로파일을 설명하는 도면.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 더구나, 도면 설명에 있어서 동일 요소에는 동일 부호를 붙여 중복하는 설명을 생략한 다.
우선, 본 발명에 관련되는 광섬유 모재 제조 방법에 의해 제조되는 광섬유 모재를 선 모양으로 당겨 얻어지는 광섬유에 대해서 설명한다. 도 1은 이 광섬유의 굴절율 프로파일을 설명하는 도면이다. 굴절율 프로파일은 광섬유의 광 축에 직교하는 횡단면 방향에 있어서의 굴절율 분포를 나타내는 것이다.
이 도면에 도시하는 광섬유는 광 축을 포함하는 중심 영역에 굴절율 n1의 중심 코어 영역(11; 외경(2a))을 가지고, 그 주위에 굴절율 n2의 링 코어 영역(12; 외경(2b))을 가지며, 더욱이 그 주위에 굴절율 n3의 클래드 영역(13; 외경(2c))을 갖는다. 링 코어 영역(12)의 굴절율 n2은 중심 코어 영역(11)의 굴절율 n1 및 클래드 영역(13)의 굴절율 n3의 어느 것보다도 크다. 중심 코어 영역(11)의 외경(2a)은 수 μm이고, 링 코어 영역(12)의 외경(2b)은 수 μm 내지 10μm 정도로, 클래드 영역(13)의 외경(2c)은 통상 125μm이다. 또, 클래드 영역(13)의 굴절율 n3을 기준으로 한 중심 코어 영역(11)의 상대굴절율 차 △n-=(n1-n3)/n3 는 -1% 내지 0%이고, 마찬가지로 클래드 영역(13)의 굴절율 n3 을 기준으로 한 링 코어 영역(12)의 상대굴절율 차 △n+=(n2-n3)/n3 는 0.2 내지 1.5% 정도이다. 이러한 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유를 선 모양으로 당겨 제작하는 근원이 되는 광섬유 모재도 이와 동일한 굴절율 프로파일을 갖는다.
다음으로, 본 발명에 관련되는 광섬유 모재 제조 방법의 적합한 실시예에 대해서, 도 2 및 도 3a 내지 도 3f를 사용하여 설명한다. 도 2는 본 실시예의 광섬유 모재 제조 방법을 설명하는 플로우 챠트이다. 도 3a 내지 도 3f는 본 실시예의 광섬유 모재 제조 방법의 각 공정 각각의 종료 시점에 있어서의 광섬유 모재의 원재료 또는 중간 생성물인 석영 유리 파이프(20) 및 석영 유리 로드(1O)의 단면도이다.
처음에 단계 S1에서는, 도 3a에 도시되는 바와 같은 석영 유리 로드(10)를 준비한다. 이 석영 유리 로드(10)는 도 1에 도시되는 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유의 저굴절율의 중심 코어 영역(11)이 되는 것으로, 예를 들면, 직경 40mm 정도이고 길이 300mm 정도의 원주 형상으로, SiO2 유리를 주성분으로 하여 F원소가 첨가되어 있다. 그 F원소 농도는 0.1wt(%) 내지 2wt(%) 정도이다. 이 석영 유리 로드(1O)는 예를 들면 공지의 VAD법으로 SiO2의 수트체를 제작하여, 이 수트체를 SiF4, Cl2 및 He 등으로 이루어지는 혼합 가스 분위기 속에서 탈수·소결하여 투명 유리화함으로써 제조된다. F원소를 첨가함으로써 석영 유리 로드(10)를 순수 SiO2 유리에 비해 저굴절율로 할 수 있다. 순수 SiO2 유리의 굴절율을 nst, 석영 유리 로드(10)의 굴절율을 nr 로 했을 때의 순수 SiO2 유리를 기준으로 한 석영 유리 로드(10)의 상대굴절율 차 △nr=(nr-nst)/nst 의 F원소 농도에 의한 차이를 다음 표에 정리하여 도시한다.
F 원소농도 상대굴절율차 △nr
0.6wt% -0.2%
1.1wt% -0.4%
1.4wt% -0.5%
2.0wt% -0.7%
또, 단계 S2에서는, 도 3b에 도시되는 바와 같은 석영 유리 파이프(20)를 준비한다. 이 석영 유리 파이프(20)는 도 1에 도시되는 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유의 고굴절율의 링 코어 영역(12)이 되는 것으로, 예를 들면, 내경 10mm 정도, 외경 24mm 정도, 길이 300mm 정도의 관 형상으로, SiO2 유리를 주성분으로 하여 GeO2가 첨가되어 있다. 그 GeO2 농도는 0.3mol% 내지 30 mol% 정도이다. GeO2를 첨가함으로써 석영 유리 파이프(20)를 순수 SiO2 유리에 비해 고굴절율로 할 수 있다. 석영 유리 파이프(20)의 굴절율을 np로 했을 때의 순수 SiO2 유리를 기준으로 한 석영 유리 파이프(20)의 상대굴절율 차 △np=(np-nst)/nst 의 GeO2 농도에 의한 차이를 다음 표에 정리하여 도시한다.
GeO2농도 상대굴절율차△np
11mol% 1.1%
12mol% 1.2%
15mol% 1.5%
이 석영 유리 파이프(20)의 제작 방법에 대해서는 후술한다. 또한, 단계 S1 및 단계 S2는 순서가 서로 반대라도 혹은 별도로 병행하여 행해도 된다.
단계 S3에서는, 도 3c에 도시되는 바와 같이, 석영 유리 파이프(20)의 안쪽에 석영 유리 로드(10)를 삽입한다. 이 때, 석영 유리 파이프(20)와 석영 유리 로드(1O) 사이에는, 틈이 생겨도 상관 없다. 단, 중심 코어 영역(11)의 타원율이 작은 광섬유를 얻기 위해서는, 이 틈이 작은 쪽이 바람직하다. 또, 삽입 전에, 석영 유리 파이프(20) 및 석영 유리 로드(10)의 쌍방 또는 어느 한쪽을 적절한 직경이 될 때까지 가열 연신해도 되고, 또, 석영 유리 파이프(20)의 내주면 및 석영 유리 로드(10) 외주면의 쌍방 또는 어느 한쪽을 HF 용액으로 표면 처리해도 된다. 또한, 산소·수소 불꽃(炎)을 사용하여 석영 유리 로드(10)의 가열 연신을 행할 경우에는, 석영 유리 로드(10) 표면에 부착하는 수분을 제거하기 위해, HF용액으로 표면 처리하는 것은 필수이다.
단계 S4에서는, 단계 S3에서 석영 유리 로드(10)가 삽입된 석영 유리 파이프(20) 조립체를 가열하여, 도 3d에 도시되는 바와 같이 일체화한다. 이 가열 일체화 공정에서는, Cl2 가스 또는 Cl2 및 02의 혼합 가스 분위기 속에서 행해진다.
단계 S5에서는, 단계 S4에서 가열 일체화된 석영 유리 파이프(20) 및 석영 유리 로드(10)를 도 3e에 도시되는 바와 같이 순수 석영 유리 파이프(3O)의 안쪽에 삽입한다. 이 순수 석영 유리 파이프(30)는 광섬유의 저굴절율의 클래드 영역(13)이 되는 것이다. 또한, 삽입 전에, 가열 일체화된 석영 유리 파이프(20) 및 석영 유리 로드(10)를 적절한 직경이 될 때까지 가열 연신해도 되고, 또, 그 외표면을 HF용액으로 표면 처리해도 된다. 또한, 산소·수소 불꽃을 사용하여 가열 일체화된 석영 유리 파이프(20) 및 석영 유리 로드(1O)의 가열 연신을 행할 경우에는, 가열 일체화된 석영 유리 파이프(20) 및 석영 유리 로드(10) 표면에 부착하는 수분을 제거하기 위해, HF용액으로 표면 처리하는 것이 필수이다.
그리고, 단계 S6에서는, 가열 일체화된 석영 유리 로드(10)와 석영 유리 파이프(20)를 단계 S5에서 순수 석영 유리 파이프(30)에 삽입하여 작성한 조립체를 가열하여, 도 3f에 도시되는 바와 같이 일체화한다. 이상으로 광섬유 모재 제조는 종료한다. 이렇게 하여 제조된 광섬유 모재는 도 1에 도시한 광섬유의 굴절율 프로파일과 동일한 굴절율 프로파일을 갖는다.
이 광섬유 제조 방법에 의하면, 광섬유의 저굴절율의 중심 코어 영역이 되는 석영 유리 로드(10)에 원하는 양의 F원소가 첨가되는 한편, 광섬유의 고굴절율의 링 코어 영역이 되는 석영 유리 파이프(20)에는 F원소가 첨가되지 않아, 원하는 링형 구조의 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유 모재를 용이하게 제조할 수 있다.
다음으로, 석영 유리 파이프(20)의 제작 방법에 대해서 이하에 4개의 실시예를 설명한다.
석영 유리 파이프(20) 제작 방법의 제 1 실시예는 이하와 같다. 도 4는 이 제 1 실시예를 설명하는 플로우 챠트이고, 도 5a 내지 도 5c는 이 제 1 실시예의 각 공정 각각의 종료 시점에 있어서의 석영 유리 파이프(2O)의 횡단면도이다.
우선, 단계 S11에서는, 도 5a에 도시되는 바와 같이, 예를 들면 내경 10mm이 고 외경 20mm인 석영 유리 파이프를 출발 파이프(21)로 하여, 그 출발 파이프(21)의 외주면 상에 GeO2 및 SiO2로 이루어지는 수트체(20A)를 VAD법에 의해 합성한다. 다음으로, 단계 S12에 있어서, 이것을 탈수·소결하여 도 5b에 도시되는 바와 같이 투명 유리체로 하여, 이것을 가열 연신한다. 더욱이, 단계 S13에서는, 농도 5% 내지 50%의 HF용액을 사용한 용해, 또는 SF6 가스 등을 사용한 기상 에칭에 의해, 투명 유리체 중 출발 파이프(21) 부분을 제거하여 도 5c에 도시되는 바와 같이 내경 12mm, 외경 24mm, 길이 300mm의 석영 유리 파이프(20)를 제작한다.
또한, 석영 유리 파이프를 출발 파이프로 하여, 그 출발 파이프의 내주면 상에 GeO2 및 SiO2으로 이루어지는 수트체를 합성하여 투명 유리화하여, 외주면을 표면으로부터 수 mm 정도 줄여 OH기 혼입 부분을 제거하여, 이것을 석영 유리 파이프(20)로 해도 된다. 이 경우, 출발 파이프를 모두 제거할 필요 없이, 잔존한 출발 파이프 부분은 클래드 영역(13)이 된다.
석영 유리 파이프(20) 제작 방법의 제 2 실시예는 이하와 같다. 도 6은 이 제 2 실시예를 설명하는 플로우 챠트이고, 도 7a 내지 도 7c는 이 제 2 실시예의 각 공정 각각의 종료 시점에 있어서의 석영 유리 파이프(20)의 횡단면도이다.
우선, 단계 S21에 있어서, 도 7a에 도시되는 바와 같은 예를 들면 외경 40mm이고 길이 300mm의 로드 형상의 GeO2 및 SiO2로 이루어지는 수트체(20B)를 VAD법에 의해 합성한다. 다음으로, 단계 S22에 있어서는, 이것을 탈수·소결하여 도 7b에 도시되는 바와 같은 투명 유리체(20C)로 한다. 단계 S23에 있어서는, 초음파 천공 기 등을 사용하여, 이 투명 유리체(20C)의 중심 축을 따라 천공하여 내경 10mm의 구멍을 뚫어 파이프화하고, 이 파이프를 가열 연신하여, 도 7c에 도시되는 바와 같이 내경 6mm이고 외경 24mm인 석영 유리 파이프(2O)를 제작한다.
석영 유리 파이프(20) 제작 방법의 제 3 실시예는 이하와 같다. 도 8은 이 제 3 실시예를 설명하는 플로우 챠트이고, 도 9a 내지 도 9d는 이 제 3 실시예의 각 공정 각각의 종료 시점에 있어서의 석영 유리 파이프(20)의 횡단면도이다.
우선, 단계 S31에 있어서, 출발 로드(22)를 준비하여, 그 출발 로드(22)의 외주면 상에 도 9a에 도시되는 바와 같이 GeO2 및 SiO2로 이루어지는 수트체(20D)를 VAD법에 의해 합성한다. 다음으로, 단계 S32에 있어서는, 이것을 탈수·소결하여 도 9b에 도시되는 바와 같이 투명 유리체로 한다. 단계 S33에서는, 초음파 천공기 등을 사용하여, 이 투명 유리체 중 출발 로드(22) 부분을 중심 축을 따라 천공하여, 그 출발 로드(22)의 외경으로부터 약간 작은 내경의 구멍을 뚫어 도 9c에 도시되는 바와 같이 파이프화한다. 단계 S34에서는, 농도 5% 내지 50%의 HF용액을 사용한 용해, 또는 SF6 가스 등을 사용한 기상 에칭에 의해, 출발 로드(22)의 잔류 부분을 도 9d에 도시되는 바와 같이 제거한다. 이렇게 하여, 석영 유리 파이프(20)를 제작한다.
석영 유리 파이프(20) 제작 방법의 제 4 실시예는 이하와 같다. 도 1O은 이 제 4 실시예를 설명하는 플로우 챠트이고, 도 11a 내지 도 11c는 이 제 4 실시예의 각 공정에 있어서의 석영 유리 파이프(20)의 종단면도이다.
우선, 단계 S41에 있어서, 도 11a에 도시되는 바와 같이, VAD법으로 싱글 모드 파이버용 수트체를 합성하는 것과 동일한 요령으로 수트체를 합성한 후에, 단계 S42에 있어서, 더욱이 이것을 가열하고 투명 유리화하여, 도 11b에 도시되는 바와 같이, 파이프 형상의 석영 유리 영역(20E)의 축 중심 근방에 GeO2가 첨가되어 있는 영역(2OF; 링 코어 영역(12)이 됨)을 갖는 석영 유리 로드를 얻는다. 단계 S43에 있어서는, 이 유리 로드를 불활성 가스 분위기 속에서 융점보다 약간 낮은 연화 온도인 1500℃ 이상으로 가열한 후에, 도 11c에 도시되는 바와 같이, 중심 축을 따라 내열 재료, 예를 들면 텅스텐, 알루미나 혹은 탄소제 로드(30)를 집어 넣음으로써, 유리 로드를 소성 변형시켜, 중심 축을 따라 개구를 형성하여(piercing), 도 11d에 도시되는 바와 같은 석영 유리 파이프를 얻는다. 단계 S44에 있어서는, 이 석영 유리 파이프 표면을 농도 5% 내지 50%의 HF용액을 사용한 용해 또는 1000℃ 이상으로 이 석영 유리 파이프를 가열한 후에, SF6 가스 등을 사용한 기상 에칭에 의해 처리함으로써, 내주면을 최저 10μm 이상 제거하여 매끄럽게 한다. 이로써, 처리 후는 내면 거칠기가 10μm 이하인 석영 유리 파이프(20)가 얻어진다. 또한, 단계 S41, 단계 S42 대신, 석영 유리 파이프의 내주면에 MCVD법으로 SiO2-GeO2 유리층을 퇴적하여, 이 파이프에 로드(30)를 집어 넣어 개구를 확대해도 된다.
본 발명자들은 도 11b의 외경 20mm 내지 150mm에서, 20E부 외경/20F부 외경의 비가 1.1 내지 20인 각종 석영 유리 로드를 사용하여 제 4 실시예의 유리 파이프 제작 방법에 의해 각종 유리 파이프를 제작했다. 그 결과, 얻어진 중공 유리 파이프는 편심율((최대 두께-최소 두께)/외경)이 1% 미만이고, 길이 방향에 있어서의 영역(20F)의 외경 변동은 5% 이하, 내경, 외경 각각의 비원율(非圓率)은 1% 이하로, 정밀도 좋게 중공 유리 파이프를 제작할 수 있는 것이 확인되었다.
다음으로, 본 발명에 관련되는 광섬유 모재 제조 방법에 따라서 제조된 광섬유 모재를 선 모양으로 당겨 얻어진 광섬유의 모든 특성에 대해서 평가한 결과에 대해서 서술한다.
여기서는, 석영 유리 로드(1O)로서는, F원소 농도가 1.lwt(%)로 상대굴절율 차 △n-가 -0.4%인 것을 전기로에서 가열 연신하여 외경 8.5mm로 하고, 이것을 농도 10%의 HF용액에 의해 외경 8mm로 가공한 것을 사용했다. 또한, 석영 유리 파이프(2O)는 상기 제 1 실시예에 따라서 제작된 것으로, GeO2 농도가 12mol(%)로 상대굴절율 차 △n+가 1.2%의 것이고, 내경 12mm이고 외경 24mm이다. 석영 유리 로드(10)를 석영 유리 파이프(20)에 삽입한 상태에서 Cl2 가스 또는 Cl2 가스와 02 가스의 혼합 가스 분위기 속에서 가열하여 양자를 일체화했다. 석영 유리 로드(1O) 및 석영 유리 파이프(20)가 일체화된 로드를 가열 연신하여 외경 10mm로 하고, 더욱이, HF용액을 사용하여 표면 처리하여 외경 6.2mm로 했다. 이것을 순수 석영 유리 파이프(30)에 삽입하여 가열 일체화하여 광섬유 모재를 제조했다. 그리고, 이 광섬유 모재를 선 모양으로 당겨 외경 125μm의 광섬유를 얻었다.
이렇게 하여 얻어진 광섬유 코어 영역의 외경(2a)은 4.9μm이고, 링 코어 영역의 외경(2b)은 7.5μm이었다. 이 광섬유의 모든 특성은 이하와 같았다. 파장 1550nm에 있어서의 전송 손실은 0.21dB/km이고, 모드 필드 직경은 7.4μm이며, 0분산 파장은 1580nm이며, 파장 분산 슬로프는 0.088ps/nm2/km이며, 유효 단면적은 86μm2이며, 직경 20mm에 있어서의 왜곡 손실은 0.02dB/m이며, 편파 모드 분산은 0.08ps/km1/2였다. 즉, 파장 1.55μm 부근에 0분산 파장을 갖는 분산 천이 광섬유로, 전송 손실이나 왜곡 손실이 작고, 유효 단면적이 큰 광섬유가 얻어졌다. 즉, 본 발명의 광섬유 모재 제조 방법을 사용하여 제조한 광섬유 모재로부터 비선형 광학 현상이 발생하기 어려우며, 뛰어난 특성을 갖는 광섬유를 적합하게 제작할 수 있는 것을 확인했다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 각종 변형이 가능하다. 본 발명에 관련되는 광섬유 모재 제조 방법에 의해 제조되는 광섬유 모재의 굴절율 프로파일 즉 이 광섬유를 사용하여 제조되는 광섬유의 굴절율 프로파일은 도 1에 도시되는 굴절율 프로파일을 갖는 것에 한정되지 않는다. 도 12a 내지 도 12d는 본 발명에 관련되는 광섬유 모재 제조 방법에 의해 적합하게 제작할 수 있는 광섬유 모재 그 밖의 굴절율 프로파일을 각각 도시하고 있다. 예를 들면, 도 12a 및 도 12b에 도시되는 바와 같이 링 코어 영역(12)의 굴절율 프로파일이 일정하지 않고, 직경 방향으로 변화하는 것이어도 된다. 이러한 링 코어 영역(12)은 석영 유리 파이프(20)를 상술한 제 1 내지 제 4 실시예에 의해 제조할 때에, GeO2와 SiO2의 비율을 변화시키면서 수트체를 합성함으로써, 형성될 수 있다. 또, 도 12c에 도시되는 바와 같이 내부 클래드 영역(13)의 굴절율 분포가 일정하지 않고, 직경 방향으로 변화하는 것이어도 된다. 이러한 내부 클래드 영역(13)을 갖는 광섬유 모재를 제조하는 데에는, 이러한 굴절율 분포를 갖는 석영 유리관의 안쪽 표면에 GeO2와 SiO2로 이루어지는 수트체를 합성함으로써 형성될 수 있다. 더욱이, 도 12d에 도시되는 바와 같이, 중심 코어 영역(11)의 굴절율이 직경 방향으로 곡선적으로 변화하는 것이어도 된다. 이러한 중심 코어 영역(11)을 갖는 광섬유 모재를 제조하는 데에는, 이러한 굴절율 분포를 갖는 유리 로드를 석영 유리 로드(10)로서 사용하면 된다.
더욱이, 도 1이나 도 13a에 도시되는 바와 같이 링 코어 영역(12)은 1개로 한정되는 것이 아니라, 도 13b나 도 13c에 도시되는 바와 같이 링 코어 영역을 다중으로 설치해도 된다. 이들 어느 한 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유 모재도 본 발명에 관련되는 광섬유 모재 제조 방법에 의해 적합하게 제조된다. 이러한 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유 모재를 제조하는 데에는, 각각의 굴절율 프로파일을 갖는 내경 2a이고 외경 2b인 석영 유리 파이프(20)를 사용한다. 그리고, 이들 굴절율 프로파일을 갖는 석영 유리 파이프(20)를 제작할 때에는, GeO2, SiO2, F원소 각각의 혼합 비율을, 고굴절율이 필요한 영역을 형성할 때에는 GeO2의 농도가 높아지도록, 저굴절율이 필요한 영역을 형성할 때에는 F원소의 농도가 높아지도록 변화시키면서, 수트체를 퇴적시켜 합성하면 된다.
본 발명에 의하면, 원하는 링형 구조의 굴절율 프로파일을 갖는 광섬유 모재를 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 선 모양으로 당긴 광섬유도 원하는 굴절율 프로파일이 얻어지며, 링부에 과잉 GeO2를 첨가하지 않고, 광섬유의 전송 손실이 작아, 비선형 광학 현상이 발생하기 어렵다. 특히 분산 천이 광섬유를 제작하기 위한 광섬유 모재 제작에 적합하게 적용 가능하다.

Claims (7)

  1. 석영 유리에 대한 상대 굴절율 차이가 0.2 내지 1.5% 범위내의 굴절율을 갖는 영역을 포함하는 관 형상의 석영 유리 파이프 안쪽에 상대 굴절율 차이가 -1.0 내지 0.0% 범위에 있는 양의 F원소가 첨가된 원주 형상의 석영 유리 로드를 삽입하는 삽입 공정과,
    상기 삽입 공정에 의해 삽입 상태에 있는 상기 석영 유리 파이프 및 상기 석영 유리 로드를 가열하여 일체화하는 가열 일체화 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    출발 파이프의 외주면 상에 GeO2 및 SiO2의 수트체를 합성하는 수트체 합성 공정과,
    상기 출발 파이프의 외주면 상의 상기 수트체를 탈수·소결하여 투명 유리체로 하는 투명 유리화 공정과,
    상기 투명 유리체 중 상기 출발 파이프 부분을 제거하여 상기 석영 유리 파이프를 제작하는 제거 공정을 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    로드 형상의 GeO2 및 SiO2의 수트체를 합성하는 수트체 합성 공정과,
    상기 수트체를 탈수·소결하여 투명 유리체로 하는 투명 유리화 공정과,
    상기 투명 유리체의 중심 축을 따라 천공하여 상기 석영 유리 파이프를 제작하는 천공 공정을 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    출발 로드의 외주면 상에 GeO2 및 SiO2의 수트체를 합성하는 수트체 합성 공정과,
    상기 수트체를 탈수·소결하여 투명 유리체로 하는 투명 유리화 공정과,
    상기 투명 유리체 중 상기 출발 로드 부분을 제거하여 상기 석영 유리 파이프를 제작하는 제거 공정을 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    로드 형상의 GeO2 및 SiO2의 수트체를 합성하는 수트체 합성 공정과,
    상기 수트체를 탈수·소결하여 투명 유리체로 하는 투명 유리화 공정과,
    상기 투명 유리체를 연화 온도 이상으로 가열하여 해당 투명 유리체의 중심 축을 따라 해당 연화 온도보다 융점이 높은 로드를 삽입함으로써 상기 석영 유리 파이프를 제작하는 파이프화 공정을 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 방법.
  6. 중심 코어부와, 상기 중심 코어부를 둘러싸며 중심 코어부 보다 높은 굴절율을 갖는 링 코어부를 구비하는 분산 천이 광섬유를 위한 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서,
    로드 형상의 GeO2 및 SiO2의 수트체를 합성하는 수트체 합성 공정과,
    상기 수트체를 탈수·소결하여 순수 석영 유리에 대한 상대 굴절율 차이가 0.2 내지 1.5% 범위내에 있는 투명 유리체로 형성하는 투명 유리화 공정과,
    상기 투명 유리체를 연화 온도 이상으로 가열하여 해당 투명 유리체의 중심 축을 따라 해당 연화 온도보다 융점이 높은 로드를 삽입함으로써 상기 링 코어부를 위한 유리 파이프를 제작하는 파이프화 공정과,
    상기 유리 파이프 안쪽에 순수 석영 유리에 대한 상대 굴절율 차이가 -1.0 내지 0.0% 범위에 있으며 F원소가 첨가된 원주 형상의 중심 코어부를 위한 석영 유리 로드를 삽입하는 삽입 공정과,
    상기 삽입 공정에 의해 삽입 상태에 있는 상기 석영 유리 파이프 및 상기 석영 유리 로드를 가열하여 일체화하는 가열 일체화 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 삽입 공정 전에 상기 유리 파이프의 내주면을 HF 용액 또는 SF6 가스로 에칭함으로써 매끄럽게 하는 표면 처리 공정을 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 방법.
KR1020007008422A 1998-02-03 1998-11-18 광섬유 모재 제조 방법 KR100573508B1 (ko)

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