KR100777498B1 - 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법 및 이를위한 장치 - Google Patents

오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법 및 이를위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법 및 이를 위한 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 접합 경계면 향상 방법은, 소구경의 광섬유 모재봉을 석영관에 삽입하여 대구경의 광섬유 프리폼을 제조하기 위한 오버 클래딩 공정에 있어서, (A) 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경보다 큰 내경의 석영관을 준비하는 단계; (B) 석영관의 내경보다 크거나 같고, 석영관의 외경보다 작은 두께의 보조 튜브를 상기 석영관의 길이 방향 일측단에 접합하는 단계; (C) 보조 튜브가 접합된 석영관의 내주면을 불산(HF) 수용액으로 세척하여, 내주면을 식각하는 단계; (D) 식각된 내주면을 증류수(DI Water)로 세척하여, 불산 수용액의 잔류액을 제거하는 단계; (E) 석영관의 보조 튜브가 접합된 일측단을 지지 수단상에 수직으로 거치하고, 석영관의 타측단을 가스 주입구가 구비된 밀봉 수단으로 밀봉하는 단계; 및 (F) 가스 주입구에 불활성 가스를 소정 시간 이상 주입하여, 석영관의 내주면을 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
오버 클래딩, 접합 경계면, 세척, 건조

Description

오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법 및 이를 위한 장치{Method for improving the sealing interface in process of overcladding and Apparatus for the same}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석영관과 보조 튜브간의 접합 과정을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석영관의 건조 과정을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석영관을 모재봉에 접합하는 과정을 도시하는 도면.
<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>
10...석영관 20...보조 튜브 30...열원
40...불순물 50...밀봉 수단 51...마개
52...가스 주입구 60...광섬유 모재봉 70...열원
80...지지 수단 81...지지판 82...지지 받침대
90...진공 펌프
본 발명은 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대구경 광섬유 프리폼을 제조하기 위한 오버 클래딩 공정에서, 모재봉을 석영관에 삽입하기 전에 석영관을 세척 및 건조함으로써, 오버 클래딩 공정시 석영관과 모재봉 간의 경계면에 잔류하는 불순물에 의해 품질이 저하되는 것을 방지하는 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광섬유는 광섬유 프리폼(Preform)을 제조하는 과정과, 제조된 프리폼으로부터 광섬유 심선을 인선(Drawing)하는 과정으로 나누어진다. 한편, 프리폼으로부터 보다 긴 길이의 광섬유 심선을 수득하기 위해 프리폼의 대구경화가 필수적이다. 대구경의 프리폼을 수득하기 위해서는 오버 클래딩(Over Cladding), 자켓팅(Jacketting), RIT(Rod In Tube), 또는 RIC(Rod In Cylinder)라 불리우는 방법이 사용된다.
특히, 오버 클래딩은 수정화학기상 증착법(Modified Chemical Vapor Deposition ; MCVD), 외부기상 증착법(Outside Vapor Deposition ; OVD), 축상증착법(Vapor Axial Deposition ; VAD) 등의 증착법이 적용되는 기술이다.
이러한 오버 클래딩의 구현은 전술한 증착법에 의해 제조된 봉상의 기초 프리폼 즉, 모재봉을 중공 튜브상의 석영관 내에 삽입 및 가열하고, 가열된 석영관의 붕괴(Collapse)에 의해 이루어진다.
여기서, 오버 클래딩 기법은 대구경의 광섬유 프리폼을 비교적 쉽게 수득할 수 있지만, 접합시 석영관과 모재봉 사이의 경계면에 불순물이 침투 및 융착할 수 있다. 이러한 불순물은 제조된 프리폼의 품질을 저하시킨다. 예컨데, 광섬유의 인선시 단선을 유발하거나, 인선된 광섬유의 품질을 저하시킨다.
전술한 석영관과 모재봉 사이의 경계면에 불순물이 침투되는 것을 방지하기 위한 방법들이 제안되었는데, 대한민국 공개특허 제2005-0068211호(볼록부를 가지는 모재봉을 사용한 광섬유 프리폼의 오버클래딩 방법)에는 접합 초기에 모재봉과 석영관의 사이로 유입되는 이물질을 막을 수 있는 기술이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허 제2005-0032891호(가열로를 사용하는 오버 클래딩 장치 및 오버 클래딩시의 퍼징 방법)에는 오버 클래딩 중의 가열로의 산화반응이나 외부공기의 유입에 의해 생성된 이물질을 가열로의 이동방향의 후단부쪽으로 쓸어내는 기술이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허 제2005-0063001호(광섬유 모재봉의 오버 클래딩 방법)에는 오버클래딩 공정에 어닐링 공정을 도입함으로써 인선공정시, 불균일한 응력으로 인해 프리폼에 크랙이 발생되는 것을 방지하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상기 '68211호 내지 '63001호의 공개특허에 따른 대구경의 광섬유 프리폼에 대한 제조 방법은 오버 클래딩 공정 중 외부에서 유입되는 불순물을 방지하는데는 효과적이지만, 석영관의 준비 과정 또는 석영관과 보조 튜브의 접합 과정에서 침투 및 융착된 불순물을 제거하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 석영관에 모재봉을 삽입하기 전에 석영관의 내주면을 세척 및 건조함으로써, 대구경의 광섬유 프리폼을 제조하기 위한 오버 클래딩 공정에서 석영관과 모재봉 간의 경계면에 잔류할 수 있는 이물질을 최소화하는 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법은, 소구경의 광섬유 모재봉을 석영관에 삽입하여 대구경의 광섬유 프리폼을 제조하기 위한 오버 클래딩 공정에 있어서, (A) 상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경보다 큰 내경의 석영관을 준비하는 단계; (B) 상기 석영관의 내경보다 크거나 같고, 상기 석영관의 외경보다 작은 두께의 보조 튜브를 상기 석영관의 길이 방향 일측단에 접합하는 단계; (C) 상기 보조 튜브가 접합된 석영관의 내주면을 불산(HF) 수용액으로 세척하여, 상기 내주면을 식각하는 단계; (D) 상기 식각된 내주면을 증류수(DI Water)로 세척하여, 상기 불산 수용액의 잔류액을 제거하는 단계; (E) 상기 석영관의 보조 튜브가 접합된 일측단을 지지 수단상에 수직으로 거치하고, 상기 석영관의 타측단을 가스 주입구가 구비된 밀봉 수단으로 밀봉하는 단계; 및 (F) 상기 가스 주입구에 불활성 가스를 소정 시간 이상 주입하여, 상기 석영관의 내주면을 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (F) 단계에서 불활성 가스는 N2, Ar 및 He 을 포함하고, 상기 불활성 가스의 주입 시간은 30분이다.
본 발명에 따르면, 상기 (F) 단계 이후에, (G) 상기 내주면이 건조된 석영관 에 모재봉을 삽입하는 단계; (H) 상기 석영관의 타측 외주면에 열을 가하여 상기 석영관의 타측을 붕괴(Collapse)시키고, 상기 붕괴에 의해 상기 석영관의 타측과 모재봉 사이가 밀봉되어 외부 공기가 유입되지 않도록 하는 단계; 및 (I) 상기 석영관의 밀봉된 타측 외주면에서 일측 외주면으로 길이 방향 이송되는 열원과, 상기 석영관의 일측에서 공기를 빨아들이는 음압 유지 수단을 이용하여 상기 석영관과 모재봉을 접합하는 단계;를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 (I) 단계에서 음압 유지 수단은 진공 펌프이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 석영관의 길이 방향 타측단을 밀폐하는 마개, 상기 마개에 삽착되어 외부 가스를 석영관 내부로 유입시키는 가스 주입구를 구비하는 밀봉 수단; 및 상기 외부 가스가 석영관의 길이 방향 일측단에 접합된 보조 튜브를 통해 배출될 수 있도록, 중앙에 가스 배출 통공이 형성된 지지판, 상기 지지판의 하면에 결합 고정되고 상기 보조 튜브의 길이보다 긴 받침대를 구비하는 지지 수단;을 포함하여, 상기 석영관의 일측단을 지지판의 상면에 수직으로 거치하고, 상기 석영관의 타측단을 가스 주입구가 구비된 밀봉 수단으로 밀봉하며, 상기 가스 주입구에 가스를 주입하여, 오버 클래딩 공정에서 길이 방향 일측에 보조 튜브가 접합된 석영관의 내주면이 건조될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 개선 장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 가스 배출 통공의 지름은 상기 보조 튜브의 외경 지름보다 크고, 상기 석영관의 외경 지름보다 작다.
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. 따러서, 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.
본 발명에 따른 광섬유 모재봉은 소정의 광학적 내지 기하학적 특성을 갖는 코어층과 클래드층을 포함하며, MCVD(미국 특허 제4,217,027호 참조)와 같은 내부기상증착법 또는 OVD나 VAD와 같은 외부기상증착법을 통해 제조된 1차 모재이거나, 상기 1차 모재에 소구경의 석영관을 자켓팅한 1차 오버 클래딩 모재일 수 있다.
상기 광섬유 모재봉은 광섬유의 생산 효율의 향상을 위해 오버 클래딩되는데, 도 1 내지 도 3을 참조로 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 소구경의 광섬유 모재봉을 오버 클래딩(Over Cladding)하기 위하여, 상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 중공 튜브상의 석영관(10) 및 상기 석영관(10)의 길이 방향 일측단에 열원(30)에 의하여 접합되는 중공 튜브상의 보조 튜브(20)를 준비한다.
상기 석영관(10)은 상기 광섬유 모재봉의 외경보다 큰 내경을 갖는다. 여기서, 상기 석영관(10)은 인선되는 광섬유의 최외각 클래드층을 형성하는 만큼 이에 대응하는 광학적 내지 기하학적 특성을 구비함은 자명하다.
상기 보조 튜브(20)는 상기 석영관(10)의 내경보다 크거나 같고, 상기 석영관(10)의 외경보다 작은 두께를 갖는다. 여기서, 상기 보조 튜브(20)는 오버 클래딩을 위한 진공 펌프 또는 상기 석영관(10)을 수직으로 유지하기 위한 장치(미도시)에 고정시키기 위한 수단이다.
이때, 상기 석영관(10)의 준비 과정 중에서 불순물(40)이 내주면상에 융착하거나, 상기 석영관(10)과 보조 튜브(20)의 접합시, 상기 열원(30)에 의해 발생된 불순물(40)이 석영관(10)의 내주면상에 침투 및 융착하게 된다.
상기 불순물(40)은 오버 클래딩 공정에서 석영관(10)과 광섬유 모재봉 사이의 경계면에 대한 얼룩 생성 또는 버블 생성의 원인으로 작용하며, 상기 작용에 의해 인선 공정에서 단선의 원인이 된다.
전술한 불순물(40)의 제거를 위해서, 상기 보조 튜브(20)가 접합된 석영관(10)을 불산 수용액(HF)으로 세척한다. 이때, 상기 불산 수용액은 석영관(10)의 내주면을 식각함으로써, 상기 불순물(40)을 제거한다. 다음으로, 상기 식각된 석영관(10)을 증류수(DI Water)로 세척한다. 이때, 상기 증류수에 의한 세척으로 석영관(10)에 남아있는 불산 수용액이 제거된다.
상기 불산 수용액 및 증류수에 의한 석영관(10)의 세척 후, 상기 석영관(10)의 내주면에 잔류하는 증류수에 의한 수분을 제거하게 되는데, 도 2를 참조하여, 상기 수분을 제거하기 위한 건조 장치 및 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 건조 장치는 상기 석영관(10)의 보조 튜브 (20)가 접합된 일측단이 하방을 향하고, 상기 일측단과 대향하는 석영관(10)의 타측단이 상방을 향하도록, 상기 석영관(10)을 수직으로 세우기 위한 지지 수단(80) 및 상기 석영관(10)의 타측단을 밀봉하고, 상기 석영관(10) 내부로 외부 가스를 유입시키기 위한 밀봉 수단(50)을 포함하여 구비한다.
상기 밀봉 수단(50)은 석영관(10)의 길이 방향 타측단을 밀폐하는 마개(51) 및 상기 마개(51)에 삽착되어 외부 가스를 석영관(10) 내부로 유입시키는 가스 주입구(52)를 구비한다.
상기 지지 수단(80)은 상기 외부 가스가 석영관(10)의 길이 방향 일측단에 접합된 보조 튜브(20)를 통해 배출될 수 있도록, 중앙에 가스 배출 통공이 형성된 지지판(81) 및 상기 지지판(81)의 하면에 결합 고정되고 상기 보조 튜브(20)의 길이보다 긴 받침대(82)를 구비한다. 여기서, 상기 가스 배출 통공의 지름은 상기 보조 튜브(20)의 외경 지름보다 크고, 상기 석영관(10)의 외경 지름보다 작은 것이 바람직하다.
전술한 건조 장치를 이용하여 석영관(10) 내부의 수분을 제거하는 방법은, 먼저, 상기 건조 장치의 지지 수단(80)상에 석영관(10)을 수직으로 세운다. 이때, 상기 석영관(10)의 일측단에 접합된 보조 튜브(20)는 상기 가스 배출 통공으로 삽입되며, 상기 석영관(10)의 일측단은 상기 지지판(81)상에 거치된다.
다음으로, 상기 석영관(10)의 타측단을 밀봉 수단(50)으로 밀폐한다. 이때, 상기 마개(51)는 석영관(10)의 타측단에 삽착되어 외부 공기의 유입을 방지한다. 또한, 상기 마개(51)에 구비된 가스 주입구(52)를 통하여 외부 가스를 석영관(10) 내부로 유입시킨다.
상기 외부 가스는 N2, Ar 및 He 을 포함하는 고순도의 불활성 가스이며, 상기 불활성 가스를 수직으로 선 석영관(10) 내부로 30분 내지 3시간 이상 충분히 흘려줌으로써, 상기 석영관(10) 내부에 잔류된 수분이 제거된다.
상기 석영관(10)의 내주면상에 잔류된 수분의 제거 후, 초기 접합 공정과 본격적인 접합 공정을 거쳐 광섬유 모재봉을 오버 클래딩하는데, 도 3을 참조로 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 석영관(10) 내에 모재봉(60)을 개재한 상태에서 열원(70)을 석영관(10)의 타측 외주면으로 이동시켜 초기 접합부 근처에 위치시키고, 상기 모재봉(60)과 석영관(10)을 각기 그 길이축을 중심으로 소정의 속도로 회전시키면서 석영관(10)의 타측 외주면을 가열한다.
이때, 상기 열원(70)에 의해 석영관(10)의 타측 외주면이 가열되면, 핫존(Hot Zone)이 형성되는 상기 타측 외주면 즉, 초기 접합부가 붕괴(Collapse)된다. 또한, 상기 석영관(10)의 타측과 모재봉(60) 사이가 밀봉되어 외부 공기의 유입이 방지됨은 자명하다.
여기서, 상기 열원(70)의 발열체로 전기 저항로 형태의 그라파이트를 사용하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨데, 유도 가열 형태의 지르코니아(ZrO2)가 사용될 수 있다. 또한, 바람직하지는 않지만 산, 수소 버너 등이 상기 열원(70) 대신에 채택될 수 있다.
상기 초기 접합부가 형성되면 본격적인 접합 공정이 실시되는데, 상기 석영관(10)의 일측에서 공기를 빨아들이는 음압 수단인 진공 펌프(90)를 이용하여 석영관(10) 내에 음압을 걸고, 상기 석영관(10)의 밀봉된 타측 외주면에서 일측 외주면으로 길이 방향 이송되는 열원(70)을 이용하여 석영관(10)과 모재봉(60)을 접합시킨다.
전술한 접합 공정에 의해 소구경의 광섬유 모재봉을 대구경의 광섬유 프리폼으로 제조하는 오버 클래딩 공정이 이루어진다. 이때, 상기 광섬유 모재봉을 석영관 내로 삽입하기 전에 실시하는 세척 및 건조 과정에 의해 석영관 및 광섬유 모재봉 간의 접합 경계면에 대한 청결을 유지함으로써, 상기 오버 클래딩 공정시 접합 경계면에 대한 손실을 줄일 수 있음은 자명하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따른 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법은 보조 튜브가 접합된 석영관에 모재봉을 삽입하기 전에 석영관의 내주면을 세척 및 건조함으로써, 오버 클래딩 공정시 석영관과 모재봉의 접합 경계면에 이물질이나 버블의 잔류를 현저히 감소시키는 효과가 있다.
또한, 종래에 비해 광섬유 인출시 광섬유의 단선이 감소하고, 이에 따라 제 조 시간의 단축 및 생산성을 증대시킬 수 있다.
아울러, 오버 클래딩 공정에서 접합 경계면의 이물질이나 버블의 제거에 따른 품질 향상을 기대할 수 있다.

Claims (7)

  1. 소구경의 광섬유 모재봉을 석영관에 삽입하여 대구경의 광섬유 프리폼을 제조하기 위한 오버 클래딩 공정에 있어서,
    (A) 상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경보다 큰 내경의 석영관을 준비하는 단계;
    (B) 상기 석영관의 내경보다 크거나 같고, 상기 석영관의 외경보다 작은 두께의 보조 튜브를 상기 석영관의 길이 방향 일측단에 접합하는 단계;
    (C) 상기 보조 튜브가 접합된 석영관의 내주면을 불산(HF) 수용액으로 세척하여, 상기 내주면을 식각하는 단계;
    (D) 상기 식각된 내주면을 증류수(DI Water)로 세척하여, 상기 불산 수용액의 잔류액을 제거하는 단계;
    (E) 상기 석영관의 보조 튜브가 접합된 일측단을 지지 수단상에 수직으로 거치하고, 상기 석영관의 타측단을 가스 주입구가 구비된 밀봉 수단으로 밀봉하는 단계; 및
    (F) 상기 가스 주입구에 불활성 가스를 소정 시간 이상 주입하여, 상기 석영관의 내주면을 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서 불활성 가스는 N2, Ar 및 He 을 포함하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서 소정 시간은 30분인 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (F) 단계 이후에,
    (G) 상기 내주면이 건조된 석영관에 모재봉을 삽입하는 단계;
    (H) 상기 석영관의 타측 외주면에 열을 가하여 상기 석영관의 타측을 붕괴(Collapse)시키고, 상기 붕괴에 의해 상기 석영관의 타측과 모재봉 사이가 밀봉되어 외부 공기가 유입되지 않도록 하는 단계; 및
    (I) 상기 석영관의 밀봉된 타측 외주면에서 일측 외주면으로 길이 방향 이송되는 열원과, 상기 석영관의 일측에서 공기를 빨아들이는 음압 유지 수단을 이용하여 상기 석영관과 모재봉을 접합하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (I) 단계에서 음압 유지 수단은 진공 펌프인 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 향상 방법.
  6. 석영관의 길이 방향 타측단을 밀폐하는 마개, 상기 마개에 삽착되어 외부 가스를 석영관 내부로 유입시키는 가스 주입구를 구비하는 밀봉 수단; 및
    상기 외부 가스가 석영관의 길이 방향 일측단에 접합된 보조 튜브를 통해 배출될 수 있도록, 중앙에 가스 배출 통공이 형성된 지지판, 상기 지지판의 하면에 결합 고정되고 상기 보조 튜브의 길이보다 긴 받침대를 구비하는 지지 수단;을 포함하여,
    상기 석영관의 일측단을 지지판의 상면에 수직으로 거치하고, 상기 석영관의 타측단을 가스 주입구가 구비된 밀봉 수단으로 밀봉하며, 상기 가스 주입구에 가스를 주입하여, 오버 클래딩 공정에서 길이 방향 일측에 보조 튜브가 접합된 석영관의 내주면의 세척 후 발생하는 잔류물이 건조될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 개선 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스 배출 통공의 지름은 상기 보조 튜브의 외경 지름보다 크고, 상기 석영관의 외경 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 공정에서의 접합 경계면 개선 장치.
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