KR100724822B1 - 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링장치 및 방법 - Google Patents

광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 광섬유 프리폼 오버 클래딩 공정에 의하여 모재봉과 석영관의 접합이 시작됨에 따라 정해진 원주 방향으로 회전하면서 상기 모재봉과 상기 석영관의 접합 경계면을 따라 빛을 발생시키기 위한 광원; 상기 광원과 연동하여 원주 방향으로 회전하면서, 상기 모재봉과 상기 석영관의 접합 경계면을 통과한 빛의 세기를 감지하기 위한 광센서; 및 상기 모재봉과 상기 석영관의 접합이 시작됨에 따라 상기 광원과 상기 광센서를 원주 방향으로 회전시키면서, 상기 광원에서 발생시킨 빛이 접합 경계면을 통과하여 상기 광센서에 도달하도록 제어하며, 그 결과로 상기 광센서에서 감지한 빛의 세기를 모니터링하여 출력시키기 위한 제어장치를 포함한다.
광섬유 프리폼 오버 클래딩, 접합 경계면, 버블, 이물질, 실시간 모니터링

Description

광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치 및 방법{Apparatus and method for monitoring of sealing intervace in overcladding an optical fiber preform}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치의 구성도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 설명도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 결과를 나타내는 그래프, 및
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 방법에 대한 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
10 : 1차 광섬유 모재봉 11 : 광원
12 : 광센서 13 : 제어장치
20 : 석영관 30 : 열원
본 발명은, 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 모재봉과 석영관 사이의 접합 경계면을 실시간으로 모니터링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광섬유는 1차 모재(이하, 광섬유 모재봉)를 제조한 후, 로드-인 튜브(RIT) 또는 오버 클래딩이라 부르는 방법을 통하여 대구경 광섬유 2차 모재(이하, 광섬유 프리폼)를 제조하고, 광섬유 프리폼을 용융하여 미소 굵기의 광섬유를 인선하는 과정을 거쳐 제조된다.
광섬유 모재봉을 제조하는 방법으로는 크게 VAD(Vapour Phase Axial Deposition)법, OVD(Outside Vapour Deposition)법과 같은 외부증착법과 수정화학기상증착법(Modified Chemical Vapour Deposition: MCVD)과 같은 내부증착법이 있다.
이중에서 수정화학기상증착법은 그 제조 공법상의 특성 때문에 직경이 큰 모재를 제조하는데 있어 여러가지 애로점이 있다. 이러한 애로점을 해결하기 위하여 일반적으로는 대구경의 석영관 내부에 수정화학기상증착법에 의해 제조된 광섬유 모재봉을 게재하여 용융, 접합하는 오버클래딩 방법이 사용된다.
오버클래딩 방법은 미리 만들어져 있는 광섬유 모재봉을 대구경의 석영관(glass tube)에 넣고, 버너로 이를 가열하여 모재봉과 석영관을 녹여서 붙이는 방법에 의하여 대구경의 광섬유 프리폼을 제조한다.
이와 관련한 기술이 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 등에 개시되어 있다.
상술한 종래의 오버클래딩 기법은 광섬유 모재봉과 석영관을 클리닝하여 표면을 세척한 후, 석영관 내에 광섬유 모재봉을 삽입하고, 그 일단을 가열하여 광섬유 모재봉과 석영관을 초기 접합시킨다. 그리고, 버너를 이동시키면서 초기 접합한 석영관 내부에 음압을 형성하여 석영관과 모재봉을 결합시키는 과정을 거치게 된다.
그런데, 광섬유 모재봉과 석영관을 접합시킬 때 버블 또는 이물질의 잔류, 부분적 미접합 등으로 인한 접합 경계면의 불완전성이 발생할 수 있으며, 이는 광섬유 품질의 저하로 연결될 수 있다. 특히, 최근에는 가격 경쟁력 향상을 위하여 광섬유 모재봉의 대형화가 진행되면서 이러한 문제점이 더욱 커지고 있다.
따라서, 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면에서 발생할 수 있는 불완전성을 실시간으로 모니터링하여 즉각적으로 대응할 수 있도록 하는 방안이 절실히 요구된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 모재봉과 석영관 사이의 접합 경계면을 실시간으로 모니터링하기 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치로서, 광섬유 프리폼 오버 클래딩 공정에 의하여 모재봉과 석영관의 접합이 시작됨에 따라 정해진 원주 방향으로 회전하면서 상기 모재봉과 상기 석영관의 접합 경계면을 따라 빛을 발생시키기 위한 광원; 상기 광원과 연동하여 원주 방향으로 회전하면서, 상기 모재봉과 상기 석영관의 접합 경계면을 통과한 빛의 세기를 감지하기 위한 광센서; 및 상기 모재봉과 상기 석영관의 접합이 시작됨에 따라 상기 광원과 상기 광센서를 원주 방향으로 회전시키면서, 상기 광원에서 발생시킨 빛이 접합 경계면을 통과하여 상기 광센서에 도달하도록 제어하며, 그 결과로 상기 광센서에서 감지한 빛의 세기를 모니터링하여 출력시키기 위한 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 방법으로서, 광섬유 프리폼 오버 클래딩 공정에 의하여 모재봉과 석영관의 접합이 시작됨에 따라 상기 모재봉과 상기 석영관의 양끝에 평행하게 구비된 광원과 광센서를 구동시키는 구동 단계; 상기 광원과 상기 광센서를 원주 방향으로 회전시키면서, 상기 모재봉과 상기 석영관의 접합 경계면을 통과한 빛의 세기를 감지하는 감지 단계; 및 상기 감지한 빛의 세기를 모니터링하여 출력시키는 출력 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 빛의 일반적인 특성을 이용하여 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합 상태를 실시간으로 모니터링한다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일정한 세기를 갖는 빛이 유리 매질(200)을 통과할 때, 버블 또는 이물질(21)을 만나게 되면, 빛의 산란 또는 광흡수가 발생하여 빛의 세기가 감소하게 된다. 본 발명은 이러한 빛의 일반적인 특성을 이용하여 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합 경계면에 존재하는 버블 또는 이물질, 부분적 미접합과 같은 접합 불완전성(40)을 실시간으로 모니터링한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치는, 광원(11), 광센서(12), 및 제어장 치(13)를 포함한다.
본 발명이 적용되는 광섬유 프리폼 오버 클래딩 공정을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 미리 만들어져 있는 1차 광섬유 모재봉(10)을 대구경의 석영관(glass tube)(20)에 삽입하고, 열원(30)으로 이를 가열하여 모재봉과 석영관을 접합시킨다.
이 때, 열원(30)은 모재봉(10)과 석영관(20)의 일단에서부터 다른 일단으로 이동하면서 모재봉(10)과 석영관(20)을 접합시키게 되는데, 접합면에 버블 또는 이물질이 잔류하거나 부분적으로 미접합되는 현상이 발생할 수 있다.
이러한 접합 불완전성을 실시간으로 모니터링하기 위하여 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합이 시작되는 일단에 광원(11)을 구비하고, 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합이 종료되는 광원(11)과 평행한 반대쪽에 광센서(12)를 구비한다.
여기서, 광원(11)은 레이저 다이오드(LD) 또는 발광 다이오드(LED)와 같이 직진성이 우수한 발광 소자로서, 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합이 시작되면 일정한 속도로 원주 방향으로 회전하면서 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합 경계면을 따라 빛을 발생시킨다. 광원(11)에서 발생된 빛은 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합 경계면을 통과하여 반대쪽에 구비된 광센서(12)에 도달한다. 이 때, 접합 경계면에 버블 또는 이물질이 잔류하거나 미접합된 부분이 있다면 빛의 반사, 흡수, 산란 등이 일어나 광센서(12)에 도달하는 빛의 세기(광파워)가 감소하게 된다.
광센서(12)는 상기 광원(11)과 연동하여 동일한 속도와 방향으로 회전하면서, 광원(11)에서 발생하여 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합 경계면을 통과한 빛의 세기를 감지한다. 이 때, 광센서(11)는 광원(11)에서 발생시킨 빛의 파장에 민감하게 반응하는 센서로서, 포토 다이오드(PD Photo Diode) 등을 이용할 수 있다.
제어장치(13)는 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합이 시작됨에 따라 광원(11)과 광센서(12)를 서로 평행한 위치에서 일정한 속도로 원주방향으로 회전시키면서, 광원(11)에서 발생시킨 빛이 접합 경계면을 통과하여 광센서(11)에 도달하도록 제어한다. 그리고, 광센서(11)에서 감지한 빛의 세기(광파워)에 상응하는 신호를 측정 단위(A.U)로 변환하여 출력시킨다.
여기서, 광원(11)과 광센서(12)가 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합 경계면을 따라 360˚ 회전하는 동작을 1 주기로 볼 수 있으며, 이 과정은 열원(30)이 이동하면서 접합이 진행됨에 따라 반복수행된다. 이 때, 광원(11)과 광센서(12)의 회전 속도는 열원(30)의 이동 속도를 고려하여 정해진다.
또한, 제어장치(13)는 그 실시간 모니터링 결과를 도 4에 도시된 바와 같이 감지한 빛의 세기(광파워)와 회전각을 축으로 하는 그래프 형태로 출력시킬 수도 있다. 도 4에서 빛의 세기가 급격하게 감소하는 지점(400)에 버블 또는 이물질이 존재한다고 추정할 수 있으며, 열원(30)의 위치와 회전각으로부터 버블 또는 이물질의 위치를 비교적 정확하게 파악할 수 있다.
따라서, 제어장치(13)는 빛의 세기가 급격하게 감소하는 지점에 상응하는 열원의 위치 및 회전각을 버블 또는 이물질이 존재하는 위치로 추정하여 보고(report)하는 기능을 부가적으로 수행할 수 있다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 전체적인 동작 과정을 살펴보기로 한 다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 광섬유 프리폼 오버 클래딩 공정에 의하여 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합이 시작되면(S501) 모재봉(10)과 석영관(20)의 양끝에 평행하게 구비된 광원(11)과 광센서(12)를 구동시킨다(S502).
그리고, 광원(11)과 광센서(12)를 정해진 원주 방향으로 회전시키면서, 광원(11)에서 발생시킨 빛이 접합 경계면을 통과하여 광센서(11)에 도달하도록 제어한다(S503). 이 때, 광원(10)은 모재봉(10)과 석영관(20)의 양끝 가운데 접합이 시작되는 일단에 구비되고, 광센서(12)는 접합이 완료되는 반대쪽 단에 구비된다. 광원(10)과 광센서(12)는 접합 경계면을 따라 그 위치가 서로 일치하도록 연동하여 회전한다.
한편, 광센서(12)를 통하여 모재봉(10)과 석영관(20)의 접합 경계면을 통과시키면서 1회전 동안 감지한 빛의 세기(광파워)를 빛의 세기와 회전각을 축으로 하는 그래프 상에 매핑시켜 출력시킨다(S504).
그 결과, 운영자는 그래프 출력 결과로부터 빛의 세기가 급격하게 감소하는 지점(400)에 버블 또는 이물질이 존재한다고 추정할 수 있으며, 열원(30)의 위치와 회전각으로부터 버블 또는 이물질의 위치를 비교적 정확하게 파악할 수 있다. 이러한 모니터링 결과는 실시간으로 이루어질 수도 있고, 모니터링 결과를 저장하였다가 보고(report)하는 형식으로 이루어질 수도 있음은 자명하다.
이후, 접합이 모두 완료되었는지를 확인하여(S505), 즉 열원(30)이 모재봉(10)과 석영관(20)의 끝까지 이동하였는지를 확인하여, 접합이 모두 완료되었으면 모니터링을 종료하고, 접합이 완료되지 않았으면 "S503" 과정으로 진행하여 반복수행한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상기와 같이 본 발명은, 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면에서 발생할 수 있는 불완전성을 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 광섬유 프리폼의 오버 클래딩 장치에 있어서,
    모재봉과 석영관의 접합이 시작되는 지점에 설치되어 일정한 속도로 원주 방향으로 회전하면서 상기 모재봉과 상기 석영관의 접합 경계면을 따라 빛을 발생시키기 위한 광원;
    상기 광원과 연동하여 동일한 속도와 방향으로 회전하면서, 상기 모재봉과 상기 석영관의 접합 경계면을 통과한 빛을 수신하기 위한 광센서; 및
    상기 모재봉과 상기 석영관의 접합이 시작됨에 따라 상기 광원과 상기 광센서를 일정한 속도로 원주 방향으로 회전시키면서 상기 광원에서 발생시킨 빛이 접합 경계면을 통과하여 상기 광센서에 도달하도록 제어하며, 그 결과로 상기 광센서에서 감지한 빛의 세기를 모니터링하여 출력시키기 위한 제어장치를 포함하는 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 모재봉과 상기 석영관의 양끝 가운데 접합이 시작되는 일단에 구비되고, 상기 광센서는 접합이 완료되는 반대쪽에 구비되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어장치는,
    상기 모재봉과 상기 석영관의 접합에 이용되는 열원의 이동 속도를 고려하여 상기 광원과 상기 광센서의 회전 속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어장치는
    상기 모니터링 결과를, 감지한 빛의 세기(광파워)와 회전각을 축으로 하는 그래프 형태로 매핑시켜 출력시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어장치는
    상기 매핑시킨 그래프 상에서 빛의 세기가 급격하게 감소하는 지점에 상응하는 열원의 위치 및 회전각을 버블 또는 이물질이 존재하는 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원은,
    레이저 다이오드(LD) 또는 발광 다이오드(LED)인 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광센서가 포토 다이오드(PD Photo Diode)인 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면 실시간 모니터링 장치.
  8. 광섬유 프리폼 오버 클래딩 공정에 있어서,
    모재봉을 석영관내에 삽입하는 단계와;
    모재봉이 삽입된 석영관의 표면에 열을 가하는 것에 의해 모재봉과 석영관을 초기 접합하는 단계와;
    상기 초기 접합 지점에 설치된 광원을 일정한 속도로 회전시키면서 광을 방사시키고, 그 광을 모재봉과 석영관의 접합 경계면을 통해 투과시키는 단계와;
    상기 초기 접합 지점의 반대편에 설치되어 상기 광원과 연동하여 동일한 속도와 방향으로 회전하는 광센서가 상기 접합 경계면을 투과한 광을 수신하는 단계와;
    상기 수신한 광의 세기가 급격하게 감소하는 지점을 모니터링하는 것에 의해 버블, 이물질, 미접합과 같은 접합 불완전성을 체크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면의 실시간 모니터링 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광원과 상기 광센서의 회전 속도는,
    상기 모재봉과 상기 석영관의 접합에 이용되는 열원의 이동 속도를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 오버 클래딩시 접합 경계면의 실시간 모니터링 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0333580A1 (fr) 1988-03-16 1989-09-20 ETAT FRANCAIS représenté par le Ministre des Postes, Télécommunications et de l'Espace Dispositif de fabrication de préformes pour fibres optiques

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0333580A1 (fr) 1988-03-16 1989-09-20 ETAT FRANCAIS représenté par le Ministre des Postes, Télécommunications et de l'Espace Dispositif de fabrication de préformes pour fibres optiques

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