KR100878294B1 - 편광 유지 광섬유 및 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법 - Google Patents

편광 유지 광섬유 및 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편광 유지 광섬유 및 광섬유용 모재의 제조 방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 코아용 수우트 퇴적체 중심에 게르마늄(GeO2)과 규소(SiO2)를 도핑한 후 인(P2O5)과 규소(SiCl4)와 플루오르(F2)로 만들어진 1차 클래드에 규소(SiO2)로 만들어진 2차 클래드를 만들고, 1차 클래드를 중심으로 크기가 다른 2개 내지 6개의 공기홀을 길이로 천공하고, 공기홀 안에 붕소(B2O3)와 규소(SiO2)로 만들어진 응력이 가해진 로드(rod)를 삽입하고, 공기홀을 가짐으로 편광을 유지하고 외부 스트레스에 강한 편광 유지 광섬유에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 공기홀을 구비하므로 편광을 유지하고 외부 스트레스에 강한 광섬유을 길게 생산할 수 있는 장점이 있다.
또, SA rod가 삽입된 공기홀을 지닌 광섬유를 대량 생산할 수 있고, 비용이 저렴하고 작업 공정이 간단한 효과가 있다.
편광유지, 광섬유, 모재, 클래드용 수우트, SA rod

Description

편광 유지 광섬유 및 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법 {Polarization Maintaining Fiber and the Method therof}
도 1은 종래의 단일모드, 단일편광 광섬유 사시도.
도 2는 본 발명의 광섬유 단면도.
도 3은 클래드용 수우트 퇴적체의 삽입용 공기홀에 SA rod를 삽입하는 공정을 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명의 광섬유 모재를 제조하는 공정을 보여주는 플로차트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 광섬유 2 : 코아
4 : 중간영역 5 : 응력 적용영역
10 : 클래드용 수우투 퇴적체 11 : 코아
12 : 1차클래드 13 : 2차클래드
14 , 16: 공기홀 15 : 응력 부여부
20 : SA rod(도핑된 응력을 지닌 로드)
본 발명은 편광 유지 광섬유 및 광섬유용 모재의 제조 방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 코아용 수우트 퇴적체 중심에 게르마늄(GeO2)과 규소(SiO2)를 도핑한 후 인(P2O5)과 규소(SiCl4)와 플루오르(F2)로 만들어진 1차 클래드에 규소(SiO2)로 만들어진 2차 클래드를 만들고, 1차 클래드를 중심으로 크기가 다른 2개 내지 6개의 공기홀을 길이로 천공하고, 공기홀 안에 붕소(B2O3)와 규소(SiO2)로 만들어진 응력이 가해진 로드(rod)를 삽입하고, 공기홀을 가짐으로 편광을 유지하고 외부 스트레스에 강한 광섬유를 길게 생산할 수 있는 편광 유지 광섬유 및 광섬유용 모재의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 "편광 유지 광섬유(polarization maintaining fiber)"란 싱글 모드 광섬유내의 응력 분포에 이방성을 가지게 함으로써 광섬유에서 전파되는 2개의 직교 모드 사이의 축퇴를 해체하여 전파 정수에 차이를 가지게 하여 모드 사이의 결합을 없앤 광섬유이다. 이에 따라, 어떤 편파에 일치된 광을 광섬유에 입사하면, 그 편파만 유지된 채 전파된다.
편파 유지 광섬유에는 여러 종류가 있지만, 응력부여부의 형상에 따라 판다(PANDA)형, 보우타이(bow-tie)형, 타원재킷(Elliptic-cladding)형 등으로 나뉜다. 이중에서도 판다형 광섬유는 복굴절률(Birefringence)이 크고 편파 유지 특성이 우수하다는 점에서 널리 사용되고 있다.
종래의 편광 유지 광섬유의 제조방법에서는 MCVD(Modified Chemical-Vapor Deposition) 공정을 이용하였다. 즉, 고순도 석영관의 내벽에 우선 SiO2 + P2O5층을 증착시킨 다음, 이 위에 코아내에 응력을 가해주기 위해 SiO2 + B2O3 층을 증착시키고 ,다시 그 위에 코아층에 해당되는 SiO2 + GeO2 층을 증착시킨다. 증착이 완료된 후 석영관 안으로 SF6 + He 기체를 흘리면서 에칭버너에 의해 응력층에 해당되는 SiO2 + B2O3 층을 일부 에칭시킨 다음, 석영관을 고온에서 응축시킴으로 만들 수 있다.
이 방법은 비대칭적으로 응력을 가하는 물질로써 보로실리케이트 유리 (Borosilicate glass)를 주로 사용하는데, 이는 실리카 유리와의 열팽창계수 차이를 극대화시킴으로써 광섬유 모재 및 인출시 냉각과정에서 수축현상에 의해 열적인 잔류 응력을 발생시키기 때문이다.
그러나 보로실리케이트 유리는 적외선 영역에서 산란에 의한 손실을 다른 물질보다 많이 일으키며, 굴절률을 낮추기 때문에 코어에 가까이 접근시키지 못한다. 광손실 증가와 코어 영역과 거리유지라는 구조적 설계상의 장애들 때문에 제조 공정이 복잡해지고 소비되는 시가도 길어진다. 또한 보로실리케이트 유리는 열팽창계수가 실리카 유리와 붕소의 농도에 따라 큰 차이를 만들어 내는데, 광섬유 인출시 만 열적 잔류 응력을 발생시키는 것이 아니라 모재 생성 과정에서도 유사한 응력을 발생시키게 된다.
따라서, 모재 상태에서 큰 비대칭 응력을 받고 있으므로 물리적으로 매우 불안정한 상태일 수 있으며, 제조 공정상에 모재가 깨지지 않도록 상당한 주의와 어닐링 처리가 요구된다.
VAD 공법(Vapor- Axial Deposition Method)에 의해 유리 재료의 모재를 제조하는 방법은 유리원료를 화염 가수분해 반응시켜 코아(SiO2+GeO2) 및 클래드(SiO2 +P2O5 +F2)를 가진 다공질 유리 미립자를 준비된 유리로드에 퇴적시켜 코아용 수우트(soot) 퇴적체를 형성하는 공정과(이하 "유리로드(glass rod)'를 "씨드로드(seed rod)"라 하고, 그 위에 퇴적된 상태를 "코아용 수우트 퇴적체"라 한다).
상기의 코아용 수우트 퇴적체를 염소(Cl2)가스가 함유된 분위기의 로속에서 OH기를 제거하는 탈수공정과; 상기의 OH기가 제거된 코아용 수우트 퇴적체를 적절한 온도에서 소결하여 투명 유리화하는 공정과; 상기의 유리화된 코아용 수트 퇴적체를 설계된 외경으로 연신하여 코아용 유리봉을 만드는 공정과; 상기의 코아용 유리봉의 외주부에 다시 화염가수분해 반응을 시켜 "씰리카 수우트"(이하 "클래드용 수우트"라 부름)를 퇴적시키는 공정과; 상기의 클래드용 수우트 퇴적체를 소결하는 공정과; 상기의 클래드용 수우트 퇴적체 소결하는 공정과; 상기 유리화된 클래드용 수우트 퇴적체의 중심을 동심으로 하여 2개의 홀(hole)을 수우트 퇴적체에 길이방향으로 천공하는 공정과; 상기 천공되어진 클래드용 수우트 퇴적체의 공기홀에 금 속으로 "도핑(dopping)된 응력을 지닌 로드"(stress apply rod : 이하 "SA rod"라 부름)(SiO2 + B2O3)를 삽입하는 공정과; 상기의 소결된 클래드용 수우트 퇴적체를 광섬유로 생산하는 공정을 통해 편광 유지 광섬유를 생산하였다.
도 1은 특허공보 제10-0172600호 (공고일 : 1999. 5. 1, 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴패니) "단일 모드, 단일 편광 광섬유"의 도 1이다.
도 1은 종래의 단일모드, 단일편광 광섬유 사시도로, 광섬유(1)는 환형 단면의 코어(2), 중간영역(4) 및 외부 클래딩 영역을 갖는데, 상기 외부 클래딩 영역은 장방형 응력 적용 영역(5) 및 장방형 외부장벽(6)을 포함하고, 외부 클래딩 영격은 증기기판 튜브에 의해 제공되는 자켓(8)을 포함한다.
그러나, 상기 특허공보 제10-0172600호(종래 기술)에는 응력 적용영역의 크기, 코아와의 간격, 코아와 응력 적용영역 간의 위치 등이 공개되어 있지 않고, 공기홀에 대한 개념 및 역할은 기술되어 있지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여 안출한 발명으로, 본 발명의 목적은 코아 주변에 공기홀을 만들어서 코아와 응력부여부의 굴절률 차를 위해 코아에 첨가되어지는 GeO2의 양을 적게하여 모재 제조공정 중에 발생하는 갈라짐(Crack)을 방지하며, 코아에 클래드를 추가함으로 2차 클래드와의 접속력을 증가시키고 공기층 형성을 방지하여 광섬유의 기계적 강도의 결함과 손실을 향상시켜서 외부의 스트레스에 강한 편광 유지 광섬유를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공기홀에 삽입되는 SA rod에 클래드를 추가함으로 2차 클래드와의 접속력을 증가시키고 공기층 형성을 방지하여, 모재의 유효부를 증가시켜 광섬유의 기계적 강도의 결함과 손실을 향상시킨 외부의 스트레스에 강한 편광 유지 광섬유용 모재의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적을 구현하기 위한 편광 유지 광섬유는 코어와 응력 적용영역을 포함하는 클래드를 갖는 편광 유지 광섬유에 있어서,
코아용 수우트 퇴적체 중심에 게르마늄(GeO2)과 규소(SiO2)를 도핑한 후 인(P2O5)과 규소(SiCl4)와 플루오르(F2)로 만들어지는 1차 클래드와; 상기 1차 클래드에 규소(SiO2)로 만들어지는 2차 클래드와; 상기 1차 클래드를 중심으로 크기가 다른 2개 내지 6개의 천공된 공기홀을 포함하여 구성하고, 상기 천공된 공기홀 안에 붕소(B2O3)와 규소(SiO2)로 만들어진 응력이 가해진 로드(rod)를 삽입하여 편광을 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 편광 유지 광섬유용 모재를 제조하는 방법은 유리원료를 화염 가수분해 반응시켜 코어에는 이산화규소(SiO2) + 이산화게르마늄(GeO2)+ 금속염화물(또는 불소화합물), 클래드에는 이산화규소(SiO2)+금속염화물(또는 불소화합물)을 증 착시켜 다공질 유리미립자를 준비된 씨드로드에 퇴적시키는 공정과; 상기 씨드로드 위에 퇴적된 코아용 수우트 퇴적체를 Cl2(또는 SiCl4)가스와 금속염화물(또는 불소화합물)이 함유된 분위기의 로속에서 OH기를 제거하는 탈수공정과; 상기의 OH기가 제거된 코아용 수우트 퇴적체를 적절한 온도에서 소결하여 투명 유리화하는 공정과; 상기의 유리화된 코아용 수우트 퇴적체를 설계된 외경으로 연신하여 코아용 유리봉을 만드는 공정과; 필요에 따라서는 코아용 유리봉을 증류수와 불산 혼합물(0.5~10%)로 표면을 에칭(etching)하는 공정을 거치고, 상기의 코아용 유리봉의 외주부에 다시 화염가수분해 반응을 시켜 클래드용 수우트를 퇴적시키는 공정과; 광섬유로 인출하는 드로잉 공정으로 구성되는 통상의 VAD 공법에 의해 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서,
상기 씨드로드에 퇴적시키는 공정중에 코어에는 이산화규소(SiO2) +이산화게르마늄(GeO2), 클래드에는 이산화규소(SiO2)+인산(P2O5)+불소(F2)를 증착시켜 다공질 유리미립자를 준비된 씨드로드에 퇴적시키는 공정과, 필요에 따라서는 이산화규소(SiO2)의 클래드를 추가로 씨드로드에 퇴적시키는 공정과, 상기 유리화된 클래드용 수우트 퇴적체의 중심을 동심으로 하여 2개에서 6개의 홀(hole)을 3 ~ 30mm의 크기로 하여 수우트 퇴적체에 길이방향으로 천공하는 공정과; 상기 천공되어진 클래드용 수우트 퇴적체를 설계된 외경으로 연신하는 공정과, 상기 연신되어진 클래드용 수우트 퇴적체의 공기홀　2곳에 응력을 지닌 로드(SA rod)를　삽입하는 공정과, 필요에 따라서는 공기홀에 삽입할 응력을 지닌 로드(SA rod)에 이산화규소(SiO2)의 클래드를 추가로 퇴적시키는 공정과, 응력 부여부와 공기홀로 외부의 스트레스에 강하고 편광을 유지할 수 있는 광섬유를 인출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유리화된 수우트 퇴적체의 코아부에는 사염화 게르마늄(GeCl4)이 도핑된 것과 순수 실리카로만 된 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 광섬유 모재 내에 존재하는 OH기를 제거하는 탈수공정은 광섬유 코어 내에 수분을 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유리화된 클래드용 수우트 퇴적체에 특정크기와 개수로 코어 주위에 일정한 배열로 천공하는 공정에서 코아부를 중심으로 공기홀의 직경(d2)은10 ~ 40mm이며 코아의 중심과 응력부여부의 중심을 연결한 일직선상에 2개이고, 코아를 중심으로 d2의 사이각(θ)은 70도~ 120도로 하며, 다른 작은 공기홀의 직경(d3)은 1 ~ 20mm인 2 ~ 4개의 공기홀을 가지면서 코아의 중심과 응력부여부의 중심 연결선과 평행하도록 천공한다.
코아는 2.0 ~ 10mm의 크기를 가지며 코아의 클래드부 직경(d)은 5 ~ 20mm의 크기를 가지고 전체 외경(D)은 60 ~ 100mm의 크기를 가지며, 코아와 응력을 지닌 로드(SA rod)간의 간격은 0.1 ~ 10mm인 것을 특징으로 한다.
코아와 응력을 지닌 로드(SA rod)간의 간격이 커지면 복굴절률이 커지고 편광유지광섬유에서 편광(Polarized)된 신호가 얼마의 길이동안 변하지 않고 그대로 유지되는가 하는 정도(H-parameter)는 작아져 편광의 특성은 좋아지나, 반대로 간격이 작아지면 복굴절률이 작아지고 편광유지광섬유에서 편광(Polarized)된 신호가 얼마의 길이동안 변하지 않고 그대로 유지되는가 하는 정도(H-parameter)는 커져 편광의 특성은 나빠진다.
필요에 따라서는, 천공한 클래드용 수우트 퇴적체를 증류수와 불산 혼합물(0.5~10%)로 표면과 천공한 공기홀의 내부를 에칭(etching)하는 공정을 거치고 SA rod를 삽입한다.
도핑하는 금속으로는 코아에는 인(P), 불소(F)로 도핑이 되고, 응력을 지닌 로드(SA rod)에는 어븀(Er) 혹은 플루오라이드(fluoride), 비스무스(bismuth), 알루미늄(Al), 보론(Br), 이터븀(Yb), 세슘(Se), 붕소(B)중에서 선택된 금속으로 도핑하여 공기홀에 삽입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 광섬유 코아 양옆 공기홀에 대칭적으로 응력을 지닌 로드(SA rod)를 삽입한다. 이 응력을 지닌 로드(SA rod)는 클래드보다 열팽창계수가 크고, 광섬유로 인출시 냉각구간에서 클래드보다 더 많이 수축되어, 코아내에 잔존하는 응력을 지닌 로드(SA rod) 방향의 인장력(tensile stress)은 응력(stress)이 큰 복굴절률(birefringence)을 야기시켜 보다 안전한 편파를 유지할 수 있게 된다. 응력을 지닌 로드(SA rod)와 직교되는 부분에 공기홀을 지님으로서 코아부에 도핑되는 Ge의 양을 줄여 굴절룰이 0.8%까지 낮아지더라도 편광 유지 광섬유의 특성을 유지해 줄 수 있다.
응력을 지닌 로드(SA rod)를 삽입한 광섬유의 클래딩 굴절율은 기존 광섬유보다 코어내로 신호 광을 제한하고 구조분산(waveguide dispersion)을 크게 한다. 접속 특성을 향상하도록 코아경을 특정외경으로 유지하기 위해서는 다중모드 전송이 불가피하다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 다중층 구조가 채택된다. 1.55㎛에서 8.0㎛의 MFD는 기존의 대개구수(HNA : High Numerical Aperture) 광섬유와 같은 수준이며 곡률 손실(bending loss)은 기본 모드에서 8mm 외경에 구부렸을 때 0.13dB/m까지 최소화되었다.
본 발명에 의하여 제조된 광섬유를 고출력 광섬유 레이저뿐만 아니라 광섬유 자이로스코프에도 이용할 수 있다. 본 발명의 이용발명을 청구한다.
이하 본 발명의 실시예를 도면을 토대로 설명한다.
도 2는 본 발명의 광섬유 단면도이고, 도 3은 클래드용 수우트 퇴적체의 삽입용 공기홀에 응력을 지닌 로드(SA rod)를 삽입하는 공정을 나타내는 개략도이다. 도 4는 본 발명의 광섬유 모재를 제조하는 공정을 보여주는 플로챠트이다.
도 2는 유리화된 클래드용 수우트 퇴적체(10)에 일정한 깊이로 각각의 공기홀(14)을 천공한 것을 보여주는 편광 유지 광섬유 단면도이다.
도 2에 도시된 광섬유는 중심부에 위치한 코아(11)와, 상기 코아(11)의 둘레에 존재하는 1차 클래드(12)와, 응력 부여부(15)를 구비한 2차 클래드(13)와, 상기 2차 클래드(13)에 천공된 다수개의 공기홀(14),(16)로 구성된다.
상기 1차 클래드(12)의 직경은 d이고, 클래드용 수우트 퇴적체(10)의 외경은 D이고, 길이는 L 이다. 응력 부여부(15)의 외경은 d2 이다. 공기홀(14)의 외경은 d3이고, 코아(11)를 기점으로 응력 부여부(15)외경으로 뻗은 경사각은 θ이다.
본 발명은 다이아몬드 드릴(drill)을 이용하여 공기홀(14)의 외경이 3~30mm 크기로 약 200mm 깊이까지 천공 할 수 있다. 편광 유지 특성을 위해 삽입하는 로드에 금속으로 도핑 할 수 있고, 로드를 삽입하지 않는 hole 부분은 굴절률과 외부 stress를 조절하기 위함이다.
본 발명의 편광 유지 광섬유는 천공된 공기홀(14) 안에 붕소(B2O3)와 규소(SiO2)로 만들어져 응력을 지닌 로드(SA rod)를 삽입하는 것을 특징으로 한다.
상기 편광 유지 광섬유는 파장 1550nm에서의 전송되는 손실이 0.3dB/km이하이고, MFD는 8.0㎛이하이며, 개구수(Numerical aperture)는 0.15보다 큰 것을 특징으로 한다.
또, 편광유지 광섬유의 편광(Polarized)된 신호가 얼마의 길이동안 변하지 않고 그대로 유지되는가 하는 정도(H-parameter)가 5×10-5/m 이하이고, 633nm에서의 비트길이가 (Beat length@633nm)가 1.5이하인 것이 바람직하다.
상기 편광 유지 광섬유의 8mm 밴딩(bending) 손실은 0.1dB/km이하인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 편광 유지 광섬유는 선형 편광 광섬유 레이저와 광섬유 자이로스크프에 이용할 수 있다.
도 3은 설계된 외경으로 연신된 클래드용 수우트 퇴적체(10)의 삽입용 공기홀(16)에 응력을 지닌 로드(SA rod)(20)를 삽입하는 공정의 개략도이고, 연신된 클래드용 수우트 퇴적체(10)의 외경(D)은 40mm이하이다. 연신된 공기홀의 외경에 맞추어 응력을 지닌 로드(SA rod)(20)도 연신하여 삽입한다. 응력을 지닌 로드(SA rod)의 굴절률은 -0.5% 이하의 값을 가진다.
도 4는 본 발명의 편광 유지 광섬유용 모재를 제조하는 과정을 보여주는 블록도이다.
본 발명은 편광 유지 광섬유를 제조하기 위하여, 유리원료를 화염 가수분해 반응시켜 코어에는 이산화규소(SiO2) + 이산화게르마늄(GeO2) + 금속염화물(또는 불소화합물), 클래드에는 이산화규소(SiO2) + 금속염화물(또는 불소화합물)을 증착시켜 다공질 유리미립자를 준비된 씨드로드에 퇴적시키는 공정; 상기 씨드로드 위에 퇴적된 코아용 수우트 퇴적체를 Cl2(또는 SiCl4)가스와 금속염화물(또는 불소화합물)이 함유된 분위기의 로속에서 OH기를 제거하는 탈수공정; 상기의 OH기가 제거된 코아용 수우트 퇴적체를 적절한 온도에서 소결하여 투명 유리화하는 공정; 유리화된 코아용 수우트 퇴적체에 길이방향으로 특정크기와 개수로 공기홀을 천공하는 공정; 경우에 따라서는, 표면 가공한 코아용 수우트 퇴적체를 증류수와 불산 혼합물(0.5~10%)로 표면을 에칭(etching)하는 공정; 코아용 유리봉의 외주부에 다시 화염가수분해 반응을 시켜 클래드용 수우트를 퇴적시키는 공정; 상기의 클래드용 수우트 퇴적체를 소결하는 공정과 가늘게 광섬유를 뽑아내는 공정으로 이루어진 종래의 VAD 공법에 있어서,
씨드로드에 퇴적시키는 공정중에 코어에는 이산화규소(SiO2)+이산화게르마늄(GeO2), 클래드에는 이산화규소(SiO2)+인산(P2O5)+불소(F2)를 증착시켜 다공질 유리미립자를 준비된 씨드로드에 퇴적시키는 공정과, 필요에 따라서는 이산화규소(SiO2)의 클래드를 추가로 씨드로드에 퇴적시키는 공정과, 상기 유리화된 클래드용 수우트 퇴적체의 중심을 동심으로 하여 2개에서 6개의 홀(hole)을 3 ~ 30mm의 크기로 하여 수우트 퇴적체에 길이방향으로 천공하는 공정과; 상기 천공되어진 클래드용 수우트 퇴적체를 설계된 외경으로 연신하는 공정과, 상기 연신되어진 클래드용 수우트 퇴적체의 공기홀에 금속으로 도핑되어 응력을 지닌 로드(SA rod)를 삽입하는 공정으로 구성된다.
필요에 따라서는 공기홀에 삽입할 응력을 지닌 로드(SA rod)에 이산화규소(SiO2)의 클래드를 추가로 퇴적시키는 공정과, 응력부여부와 공기홀로 외부의 스트레스에 강하고 편광을 유지할 수 있는 광섬유를 인출하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 편광 유지 광섬유용 모재 제조방법에 의하여 제조된 모재는 굴절율이 -0.8 ~ 5.0%이고, 1차 클래드를 포함한 코아대 클래드 외경비(D/d)가 1.0 - 10.0 사이에 있고, 상기 소결된 코아용 수우트 퇴적체 제조시 GeO₂가 첨가된 코아의 외경은 3 ~ 8mm의 크기이고, 코아의 둘레에 1 ~ 5mm 두께의 P2O5와 F2가 첨가된 1차 클래드를 형성하는 것이 바람직하다. 또, 상기 유리화된 코아용 수우트 퇴적체에 0.5 ~ 3mm 두께의 제2차 클래드를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 소결된 클래드용 수우트 퇴적체의 전체 외경은 60 ~ 100mm이며 코아의 중심으로 일직선상에 10 ~ 40mm 크기의 공기홀을 코아와 공기홀의 중심간에 거리가 5 ~ 30mm가 되는 위치에 양쪽으로 2개를 천공하고, 코아의 중심에서 공기홀간의 천공 각도(θ)는 70 ~ 120도인 것을 특징으로 한다.
상기 소결된 클래드용 수우트 퇴적체에 코아와 천공되어진 공기홀의 일직선상에 직교되는 방향으로 1 ~ 20mm 크기의 공기홀을 코아와 공기홀의 중심간에 거리가 5 ~ 30mm가 되는 위치에 양쪽으로 2개 내지 4개를 천공한다.
제조 공정중에, 천공되어진 소결된 클래드용 수우트 퇴적체를 10 ~ 50mm의 외경으로 연신하는 것을 특징으로 한다.
상기 소결된 클래드용 수우트 퇴적체에 천공되어진 공기홀에 삽입할 10 ~ 40mm의 B2O3가 첨가된 스트레스가 가미된 로드에 0.5 ~ 3mm 두께의 클래드를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또, 응력을 지닌 로드응력을 지닌 로드(SA rod)를 1 ~ 15mm로 연신하여 공기홀에 삽입하는 것을 특징으로 한다.
상기 광섬유 모재 내에 존재하는 OH기를 제거하는 탈수공정은 광섬유 코어 내에 수분을 제거하는 것을 특징으로 한다.
천공 작업시 다이아몬드 드릴(diamond drill)을 사용하여 길이 방향으로 코아와 평행하게 천공하여 금속으로 도핑된 로드를 삽입할 수 있도록 천공한다.
상기 천공 작업 후 작업 내부면의 이물질 및 먼지 제거를 위해 불산에 의한 에칭(etching) 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
앞에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 실시예인 편광 유지 광섬유는 우수한 전송 손실을 유지하는 응력을 지닌 로드(SA rod)에 의하여 큰 복굴절률과 굴절률차이로 편광유지 광섬유의 특성을 가진다. 특히, 광섬유가 지니는 공기홀로 인해 코아의 적은 굴절률을 보상해주며, 외부의 큰 stress에 강하며, 기존 광섬유보다 우수한 생산성을 가지고 있고, 응용분야가 다양하다.
본 발명은 상술한 바람직한 실시 예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.
본 발명에 의하면, 공기홀을 구비하므로 편광을 유지하고 외부 스트레스에 강한 광섬유을 길게 생산할 수 있는 장점이 있다.
또, 응력을 지닌 로드(SA rod)가 삽입된 공기홀을 지닌 광섬유를 대량 생산할 수 있다. 특히, 클래드용 수우트 퇴적체에서 공기홀을 3 ~ 30mm으로 천공한 후 설계된 외경으로 연신 작업을 하여 0.5 ~ 10mm로 축소된 공기홀에 SA rod로드를 삽입하면 비용이 저렴하고 작업 공정이 간단한 효과가 있다.
본 발명은 원거리 통신 산업을 위해 개발되어진 판다형 편광유지 광섬유는 고유한 균일성과 재생산성으로 선형편광 광섬유 레이저를 위한 설계 뿐만 아니라 극도로 높은 복굴절률과 그에 상응하는 비트 길이(beat length), 더욱 작은 클래딩 직경(80㎛ 이하) 특성을 가지는 광섬유 자이로와 같은 광섬유 센서를 위한 고도 복굴절 광섬유로 응용할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (22)

  1. 코아와 응력 적용영역을 포함하는 클래드를 갖는 편광 유지 광섬유에 있어서,
    코아용 수우트 퇴적체 중심에 게르마늄(GeO2)과 규소(SiO2)를 도핑한 후 인(P2O2)과 규소(SiCl4)와 플루오르(F2)로 만들어지는 1차 클래드와;
    상기 1차 클래드에 규소(SiO2)로 만들어지는 2차 클래드와;
    상기 1차 클래드를 중심으로 크기가 다른 2개 내지 6개의 천공된 공기홀을 포함하며,
    상기 천공된 공기홀 안에 붕소(B2O3)와 규소(SiO2)로 만들어진 응력이 가해진 로드(rod)를 삽입하는 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유.
  2. 제 1항에 있어서, 코아용 수우트 퇴적체 중심에 게르마늄(GeO2)과 규소(SiO2)를 도핑한 후 1차 클래드에 굴절율이 -1.0 ~ -0.1%인 플루오르(SiF6 , SiF2 , CF2)를 도핑하여 코아부분의 굴절율 차가 1.0 ~ 2.5%인 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 편광 유지 광섬유가 파장 1550nm에서의 전송되는 손실이 0.3dB/km이하이고, MFD는 8.0㎛이하이며, 개구수(Numerical aperture)는 0.15보다 큰 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유.
  5. 제 1항에 있어서, 편광 유지 광섬유의 편광(Polarized)된 신호가 얼마의 길이동안 변하지 않고 그대로 유지되는가 하는 정도(H-parameter)가 5×10-5/m 이하이고, 633nm에서의 비트길이가 (Beat length@633nm) 1.5이하인 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 편광 유지 광섬유의 8mm밴딩(bending) 손실이 0.1dB/km이하인 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 편광 유지 광섬유는 선형 편광 광섬유 레이저와 광섬유 자이로스크프에 이용되는 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유.
  9. 제 1항의 편광 유지 광섬유용 모재를 제조하는 방법에 있어서,
    씨드로드를 퇴적시키는 공정과;
    코아용 수우트 퇴적체를 적절한 온도에서 소결하여 투명 유리화하는 공정과;
    상기 클래드용 수우트를 퇴적시키는 공정과;
    상기의 유리화된 클래드용 수우트 퇴적체를 특정크기와 개수로 코어 주위에 일정한 배열로 천공하는 공정과 설계된 외경으로 연신하여 공기홀에 금속으로 도핑되어 스트레스가 가미된 로드를 삽입하는 공정과;
    광섬유로 인출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유용 모재의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 씨드로드에 퇴적시키는 공정 중에 코어에는 이산화규소(SiO2) + 이산화게르마늄(GeO2), 클래드에는 이산화규소(SiO2) + 인산(P2O5) + 불 소(F2)를 증착시켜 다공질 유리미립자를 준비된 씨드로드에 퇴적시키는 공정과;
    이산화규소(SiO2)의 클래드를 추가로 씨드로드에 퇴적시키는 공정과;
    상기 유리화된 클래드용 수우트 퇴적체의 중심을 동심으로 하여 2개에서 6개의 홀(hole)을 3 ~ 30mm의 크기로 하여 수우트 퇴적체에 길이방향으로 천공하는 공정과;
    상기 천공되어진 클래드용 수우트 퇴적체를 설계된 외경으로 연신 하는 공정과;
    상기 연신되어진 클래드용 수우트 퇴적체의 공기홀에 스트레스가 가미된 로드를 삽입하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유용 모재의 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 공기홀에 삽입할 응력을 지닌 로드(SA rod)에 이산화규소(SiO2)의 클래드를 추가로 퇴적시키는 공정과;
    응력부여부와 공기홀로 외부의 스트레스에 강하고 편광을 유지할 수 있는 광섬유를 인출하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유용 모재의 제조 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 편광 유지 광섬유용 모재는 굴절율이 -0.8 ~ 5.0%이고, D/d 가 1.0 - 10.0 사이에 있는 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 소결된 코아용 수우트 퇴적체 제조시 이산화게르마늄(GeO2)이 첨가된 코아의 외경은 3 ~ 8mm의 크기이고, 코아의 둘레에 1 ~ 5mm 두께의 인산(P2O5)과 불소(F2)가 첨가된 1차 클래드를 형성하는 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법.
  14. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 유리화된 코아용 수우트 퇴적체에 0.5 ~ 3mm 두께의 제2차 클래드를 형성하는 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 소결된 클래드용 수우트 퇴적체의 전체 외경은 60 ~ 100mm이며 코아의 중심으로 일직선상에 10 ~ 40mm 크기의 공기홀을 코아와 공기홀의 중심간에 거리가 5 ~ 30mm가 되는 위치에 양쪽으로 2개를 천공하고, 코아의 중심에서 공기홀간의 천공 각도(θ)는 70 ~ 120도인 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 소결된 클래드용 수우트 퇴적체에 코아와 천공되어진 공기홀의 일직선상에 직교되는 방향으로 1 ~ 20mm 크기의 공기홀을 코아와 공기홀의 중심간에 거리가 5 ~ 30mm가 되는 위치에 양쪽으로 2개 내지 4개를 천공하는 것을 특징으로 하는 광섬유용 모재의 제조 방법.
  17. 제 9항에 있어서, 상기 천공되어진 소결된 클래드용 수우트 퇴적체를 10 ~ 50mm의 외경으로 연신하는 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법.
  18. 제 9항에 있어서, 상기 소결된 클래드용 수우트 퇴적체에 천공되어진 공기홀에 삽입할 10 ~ 40mm의 붕소(B2O3)가 첨가되어 응력을 지닌 로드에 0. 5~ 3mm 두께의 클래드를 형성하는 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 응력을 지닌 로드를 1 ~ 15mm로 연신하여 공기홀에 삽입하는 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법.
  20. 제 9항에 있어서, 상기 광섬유 모재 내에 존재하는 OH기를 제거하여 100ppm이하의 OH기를 지니는 탈수공정은 광섬유 코어 내에 수분을 제거하여 1383nm에서 0.27 ~ 0.40dB/km의 손실 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법.
  21. 제 9항에 있어서, 천공 작업시 다이아몬드 드릴(Diamond drill)을 사용하여 길이 방향으로 코아와 평행하게 천공하여 금속으로 도핑된 로드를 삽입하는 것을 특징으로 하는 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법.
  22. 제 9항에 있어서, 상기 천공 작업 후 작업 내부면의 이물질 및 먼지 제거를 위해 불산에 의한 에칭(etching) 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유용 모재의 제조 방법.
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