KR100951644B1

KR100951644B1 - 광섬유 모재의 제조방법, 광섬유 모재, 광섬유

Info

Publication number: KR100951644B1
Application number: KR1020057000410A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 이토; 마사타카 콘; 타카유키 하야시; 츠요시 타카노
Original assignee: 미츠비시 덴센 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2010-04-07
Also published as: DE10392917B4; KR20050021451A; DE10392917T5; JP3559269B2; WO2004007382A1; JP2004043236A; CN1312067C; CN1668541A

Abstract

무수 유리체(11’)를 제작하는 유리체 제작공정과, 무수 유리체(11’)를 가열 연신하는 막대연신공정과, 무수 유리막대(11)와 유리파이프(12)를 일체화시키는 일체화공정을 포함한다. 막대연신공정에서는, 무수 유리체(11’)를 전기로(4)로 가열함과 동시에, 무수 유리체(11’)의 외표면 부분을 승화시켜 제거하면서, 이를 연신한다.

광섬유 모재의 제조방법, 광섬유 모재, 광섬유

Description

광섬유 모재의 제조방법, 광섬유 모재, 광섬유{METHOD FOR MANUFACTURING THE PREFORM OF OPTICAL FIBER, PREFORM OF OPTICAL FIBER, OPTICAL FIBER}

본 발명은, 유리파이프 내에 유리막대를 삽입하고, 상기 유리파이프 내를 감압시키면서 양자를 가열함으로써, 상기 유리파이프와 유리막대의 일체화를 실시하는 광섬유 모재의 제조방법에 관하며, 특히 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 싱글모드 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재의 제조방법과 이 제조방법으로 제조된 광섬유 모재 및 광섬유에 관한 것이다.

광섬유는 광섬유 모재를 인출시킴으로써 제조되며, 이 광섬유 모재의 제조방법으로는 VAD(Vapor-phase Axial Deposition;기상축 증착)법, OVD(Outside Vapor-phase Deposition;외부 기상축 증착)법, 및 Rod-In Tube법 등이 알려져 있다.

그런데, 광섬유의 생산성 관점에서, 광섬유 모재의 대형화가 요구되고 있다. 대형 광섬유 모재를 제조하는 방법으로서, 코어부와 클래딩부로 된 유리막대(1차 모재)의 외주 둘레를 다시 클래딩부에서 피복하는 제조방법이 알려져 있다.

예를 들어 VAD법이나 OVD법(이하, 이들을 총칭하여 수트(soot)법이라고도 함)에 의해 제작된 유리막대(코어부와 클래딩부를 갖는 1차 모재)의 외주 둘레에, 다시 수트법으로 수트(유리미립자)를 퇴적시키고, 이를 투명화시킴으로써 대형 광섬유 모재를 제조하는 방법이 알려져 있다.

또 이와는 달리, 상기 수트법으로 제작된 유리막대를 유리파이프에 삽입하고, 이 유리파이프를 축경시켜 이 유리막대와 유리파이프를 일체화시킴으로써, 대형 광섬유 모재를 제조하는 방법도 알려져 있다.

근년 들어, 파장이 다른 복수의 신호광을 1 개의 광섬유(싱글모드 광섬유)로 동시에 전송하는 파장다중(WDM: Wavelength Division Multiplexing) 전송방식이 주목되고 있다. 이 WDM전송방식에서 주로 이용되는 신호파장은 1550nm대이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 이 파장대역은 광섬유의 손실값이 가장 작은 것이 그 이유의 하나이다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 광섬유의 파장손실 특성은, 1385nm대에서 매우 큰 피크를 갖는다. 이는 광섬유 중에 잔류하는 OH^-이온에 의한 흡수손실이 주된 원인이다. 이 흡수손실을 없애면, WDM전송시스템에서 이용 가능한 파장대역의 확대를 도모할 수 있으며, 이로써 WDM전송시스템의 전송용량을 대폭으로 증대시킬 수 있다.

이를 위해서는, 광섬유 중에 잔류하는 OH^-이온의 농도를 저하시킬 필요가 있으며, 나아가 OH^-이온의 농도가 저농도인 광섬유 모재를 제조할 필요가 있다.

이러한 OH^-이온의 농도가 저하된 광섬유 모재를 제조하는 데는 주로, 다음의 2 가지 방법을 생각할 수 있다.

첫째로, 상술한 바와 같이 수트법에 의한 광섬유 모재의 제조방법이다. 즉 수트법에 의해 OH^-이온의 농도가 소정값 이하의 무수 유리체(1차 모재)를 제작함과 더불어, 이를 연신하여 무수 유리막대로 하고, 이 연신된 무수 유리막대의 외주 둘레에, 다시 수트법으로 수트를 퇴적시키는 방법이다. 이 방법에서는 무수 유리막대에 퇴적시킨 수트를 투명화시킬 때, 수트의 수축에 의해 계면왜곡이 발생하는 것을 방지할 필요가 있다. 때문에 수트와 무수 유리막대를 융착시키기 위해, 수트를 퇴적시킬 때는 무수 유리막대의 표면을 가열(예를 들어 800℃ 정도)해야 한다. 이러한 가열은, 수트의 퇴적과 동시에 실시되므로 산수소화염(酸水素火炎)으로 실행하게 된다. 때문에 무수 유리막대의 외표면에 OH^-이온이 혼입되는 것을 피할 수 없으며, 이로써 광섬유 모재의 OH^-이온의 농도가 증대돼버린다.

그래서 무수 유리체(무수 유리막대)로서, 코어부에 대한 클래딩부의 외경비인 C/C가 큰 것(예를 들어 C/C≥7)을 제작하는 것을 생각할 수 있다. 이로써 산수소화염에 의한 가열에 의해 무수 유리막대의 외표면에 OH^-이온이 혼입됐다 하더라도, 그 OH^-이온은 코어부로부터 분리된다. 그 결과 광섬유 모재에서 코어부 근방의 OH^-이온 농도는 저농도로 유지된다.

그러나 이 경우는, 광섬유 모재의 생산성이 저하돼버리게 된다. 즉 제작되는 무수 유리체의 외경은, 제조장치의 크기에 의해 제한된다. 이 점에서 무수 유리체의 C/C를 크게 하기 위해서는 코어부 외경을 작게 해야만 한다. 때문에 무수 유리체의 제조장치로 생산하는 코어부가 현저히 적어져 코어부의 생산성이 저하돼버린다. 코어부의 생산성이 저하되면, 상대적으로 클래딩부 생산이 과잉이 되고, 결과적으로 제조장치의 가동률이 저하되어 광섬유 모재의 생산성이 저하된다.

OH^-이온의 농도가 저하된 광섬유 모재를 제조하는 두 번째 방법은, Rod-In Tube법에 의한 광섬유 모재의 제조방법이다(예를 들어 일특개평 11-171575호 공보 참조). 즉 수트법으로 무수 유리체를 제작함과 더불어, 이를 연신하여 무수 유리막대로 하고, 이 연신된 무수 유리막대의 외주 둘레에 유리파이프를 피복하는 방법이다. 이 방법에서는, 무수 유리막대에 유리파이프를 피복할 때 OH^-이온이 혼입되기 어렵다. 때문에 무수 유리체의 C/C를 크게 할 필요가 없다. 따라서 OH^-이온의 농도가 저하된 광섬유 모재를 제조하기 위해서는, 그 생산성의 관점에서 수트법보다 Rod-In Tube법이 적합하다.

그러나 Rod-In Tube법에는 다음과 같은 문제점도 존재한다.

제 1 문제점은, 무수 유리체의 연신에 관한 것이다. 즉 Rod-In Tube법에서도, 제작한 무수 유리체를 가열 연신시켜 무수 유리막대로 한다. 그 연신방법으로서, 첫째로 무수 유리체를 산수소화염으로 가열 연신하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 이렇게 산수소화염을 이용할 경우에는, 상술한 바와 같이 무수 유리체(무수 유리막대)의 외표면에 OH^-이온이 혼입돼버린다. 이로써 광섬유 모재의 OH^-이온 농도가 증대해버린다. 그래서 이 경우는, 무수 유리막대와 유리파이프를 일체화시키기 전에, 연신된 무수 유리막대의 외표면 부분(OH^-이온이 혼입된 부분)을, 플라즈마화염 연마나, 기계적 연삭으로 제거할 필요가 있다. 이렇게 함으로써, 무수 유리막대의 OH^-이온 농도를 저하시킬 수 있지만, 화염연마 또는 연삭공정이 따로 필요하게 되어, 공정 수의 증가로 제조원가가 증대해버린다.

또 제 2 수법으로서, OH^-이온이 발생하지 않는 플라즈마화염으로 무수 유리체를 가열하고, 이를 연신하는 것도 생각할 수 있다. 그러나 이 경우는, 산수소화염을 채용하는 경우에 비해 제조원가가 대폭으로 증대돼버린다.

그리고 제 3 수법으로서, 무수 유리체의 가열을 전기로를 이용하여 실행하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우는, OH^-이온을 혼입시키는 일없이 무수 유리체를 연신시켜 무수 유리막대로 할 수 있음과 동시에, 플라즈마화염을 이용한 경우보다 저원가가 된다. 이로써 제 3 수법은, 가장 우수한 무수 유리체의 연신수법이다.

그러나 연신된 무수 유리막대의 외표면에는, 그 제조과정에서 흠이 생기거나, 이물질이 부착하거나 한다. 전기로로서 탄소저항 가열식 전기로를 이용할 경우에는, 그 가열 시에 재 등이 유리막대의 외표면에 부착되기 쉽다. 이러한 흠이나 이물질을 방치해두면, 무수 유리막대와 유리파이프를 일체화시켰을 때, 그 막대와 파이프의 계면에서, 기포 등이 발생해버리고, 그 결과 광섬유의 손실 증가를 초 래해버린다.

또 수트법으로 무수 유리체를 제작했을 경우는, 그 외표면 부분의 OH^-이온 농도가 비교적 높아질 경우가 있음이 실험에 의해 판명됐다. 이는 다음과 같은 이유에 의한 것으로 생각된다. 즉 수트법에서는, 퇴적시킨 수트를, 우선 약 1200℃의 가열로에 의해 헬륨가스 및 염소가스 분위기 중에서 탈수처리하는 탈수공정을 실시한다. 그 후에, 약 1500℃ 이상의 고온 가열로에 의해 헬륨가스 분위기 중에서 투명유리로 하는 투명화 공정을 실시한다. 여기서, 탈수공정에서 온도가 낮으면 염소가스가 충분히 활성화되지 못하여 탈수반응이 불충분해진다. 한편 이 탈수공정에서는, 분위기 가스가 염소가스만이 아닌, 유리의 투명화를 목적으로 헬륨가스를 혼합시키며, 이 헬륨가스가 수트 표면을 냉각시킨다. 때문에, 수트 표면부분은 탈수가 불충분해질 우려가 있으며, 그 결과 수트법으로 제작한 무수 유리체는, 그 외표면 부분의 OH^-이온 농도가 높아지는 경우가 있는 것으로 생각된다.

이와 같이 무수 유리체를 연신한 무수 유리막대는, 그 외표면에 흠이나 이물질이 존재하거나, 그 외표면 부분의 OH^-이온 농도가 높아지거나 하는 점에서, 보다 저손실의 광섬유를 제조하는 데는, 그 무수 유리막대의 외표면을 연마 연삭할 필요가 있다. 그러나 산수소화염을 이용한 연마는, OH^-이온의 혼입을 방지하는 관점에서 채용할 수 없으며, 플라즈마화염을 이용한 연마는 제조원가의 관점에서 바람직하지 않다.

따라서 OH^-이온의 농도가 저하된 광섬유 모재를 제조하기 위해서는, 제조원가가 대폭으로 증대해버린다는 문제가 발생하게 된다.

제 2 문제점은, 광섬유에서의 OH^-이온에 의한 흡수손실을 방지할 수 있는 대신 산란손실이 증대해버릴 우려가 있는 점이다.

즉 Rod-In Tube법에서는, 유리막대가 삽입된 유리파이프를 축경시켜 유리막대와 유리파이프를 일체화시킨다. 이때 상기 유리막대에 지름방향의 압축왜곡이 발생하는 경우가 있다. 유리막대에 압축왜곡이 발생할 경우, 제조한 광섬유 모재를 인출시킨 광섬유에서는, 마이크로밴드에 의한 산란손실이 발생한다. 그 결과, 1550nm 부근의 장파장 쪽에서 손실값이 증대해버린다. 이는 파장이 긴 광일수록 광섬유 중의 전파 빔이 커다란 확산을 가지므로, 장파장 쪽일수록 마이크로밴드 손실을 받기 쉽기 때문이다. OH^-이온에 의한 흡수손실을 저감시켰다 하더라도, 산란손실에 의해 광섬유의 전체 손실은 증가하며, WDM전송시스템에서 이용 가능한 파장대역의 확대를 도모한다는 당초의 목적을 달성할 수 없다.

또 Rod-In Tube법에 의해 광섬유 모재를 제조할 때도, 상술한 바와 같이, 유리막대(일차 모재)의 C/C를, 비교적 작은 값으로 하지 않으면 광섬유 모재의 생산성이 저하되어 제조법으로서 경쟁력을 잃게 된다. 그러나 유리막대의 C/C가 작으면, 유리막대와 유리파이프를 일체화시킬 때 상기 유리막대에 지름방향의 압축왜곡이 생기기 쉬워, 광섬유의 손실 증가를 초래하기 쉽다.

제 3 문제점은, 광섬유 모재의 OH^-이온 농도에 불균일이 발생하기 쉬운 점이다.

즉 무수 유리막대와 유리파이프의 일체화 전에, 그 무수 유리막대를 유리파이프에 삽입한 상태로 방치하면, 공기 중의 수분에 의해 무수 유리막대의 외주면 및 유리파이프 내주면에 결로가 생길 경우가 있다. 결로가 생긴 상태로 무수 유리막대와 유리파이프를 일체화시키면, 무수 유리막대와 유리파이프 사이에 잔류하는 수분으로 광섬유 모재의 OH^-이온 농도가 높아져버린다.

또 Rod-In Tube법의 하나로서, 무수 유리막대와 유리파이프를 가열하여 일체화시키기 전에, 무수 유리막대가 삽입된 유리파이프의 양끝을 산수소화염으로 가열하고, 그 개구를 폐쇄하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 산수소화염을 이용함으로써 물이 발생하는 동시에, 가열된 유리가 냉각될 때 그 표면에 결로가 생겨, 무수 유리막대와 유리파이프 사이에 수분이 잔류하기 쉽다.

광섬유 모재의 OH^-이온 농도는, 일체화 전의 무수 유리막대와 유리파이프 사이에 잔류하는 수분으로 변화하는 것이다.

본 발명은, 이와 같은 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 파장 1385nm대에서 저손실이면서, 산란손실 증대가 방지된 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재를, 저원가로 확실하게 제조하는 것이다.

본 발명의 제조방법은, 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 싱글모드 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재를 제조하는 방법이다.

이 제조방법은, 상기 광섬유에서 코어가 될 코어부와, 이 광섬유에서 클래딩의 일부가 될 클래딩부로 구성되며, 또 그 외표면 부분 이외의 부분에서 OH^-이온 농도가 2ppb 이하인 무수 유리체를 제작하는 유리체 제작공정과, 상기 유리체 제작공정에서 제작한 무수 유리체를, 전기로로 가열하고, 그 외표면 부분을 승화시켜 제거하면서 연신하여 무수 유리막대로 하는 막대 연신공정과, 상기 막대 연신공정에서 연신된 무수 유리막대를, 유리파이프에 삽입시킴과 동시에, 이 유리파이프 내를 감압하면서, 이 유리파이프 및 무수 유리막대 쌍방을, 그 한끝에서 다른 끝을 향해 축 방향으로 순차 가열함으로써 상기 유리파이프와 무수 유리막대를 순차 일체화시키는 일체화공정을 포함한다.

유리체 제작공정에서는, 코어부와 클래딩부로 구성되는 무수 유리체이며, 그 외표면 부분 이외의 부분에서의 OH^-이온 농도가 2ppb 이하인 무수 유리체를 제작한다. 예를 들어 수트법으로 무수 유리체를 제작하면 된다.

막대 연신공정에서는, 제작한 무수 유리체를 가열하여 연신한다. 이 때 무수 유리막대는 전기로로 가열한다. 전기로는 고주파가열식이나 저항가열식의 전기로로 하면 된다. 이렇게 함으로써, 가열 시에 OH^-이온이 발생하지 않아 무수 유리막대의 표면에 OH^-이온이 혼입되는 일이 없다.

또 막대 연신공정에서는, 무수 유리체의 외표면 부분을 승화시켜 제거하면서, 상기 무수 유리체를 연신한다. 이로써 무수 유리체의 외표면에 발생한 흠이나, 그 외표면에 부착한 이물질은, 그 외표면 부분과 함께 제거된다. 또한 수트법으로 제작한 무수 유리체는, 그 외표면 부분의 OH^-이온 농도가 비교적 높아질 경우가 있지만, 그 OH^-이온 농도가 높은 외표면 부분이 제거된다. 그 결과 OH^-이온 농도가 저농도인 무수 유리막대로서, 표면이 매끄러운 무수 유리막대가 얻어진다.

이렇게 연신된 무수 유리막대를 유리파이프에 삽입하고, 유리파이프 내를 감압시키면서 파이프 및 막대를 가열하여, 이 유리파이프와 무수 유리막대를 일체화시키는 일체화공정을 실시한다. 이로써 OH^-이온 농도가 저농도인 광섬유 모재이며, 내부에 기포가 발생하지 않는 광섬유 모재가 제조된다. 이 광섬유 모재를 인출함으로써, OH^-이온에 의한 흡수손실이 작은, 구체적으로는 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 광섬유가 얻어진다.

이와 같이 본 발명의 제조방법은, OH^-이온 농도가 낮은 무수 유리체를 연신할 때, OH^-이온이 발생하지 않는 전기로를 이용하여, 무수 유리체의 외표면 부분을 제거하면서 연신을 실시한다. 이로써 무수 유리체의 연신과, 그 표면연마(연삭)를 하나의 공정으로 실행할 수 있다. 때문에 저손실 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재를, 저원가로 제조하기가 가능해진다.

상기 막대 연신공정에서는, 전기로에 의한 무수 유리막대의 가열온도를 2100℃ 이상 2300℃ 이하로 설정하면 된다.

즉 무수 유리체를 연신하는데는, 그 가열온도를 1800℃ 정도로 설정하면 되지만, 가열온도를 2100℃ 이상으로 함으로써, 무수 유리체의 외표면 부분을 승화시켜 제거하면서, 이를 연신하기가 가능해진다. 이렇게 하여 무수 유리막대의 외표면 부분을 연마 연삭한 것과 마찬가지 작용이 얻어진다. 또 가열온도를 지나치게 높게 하면, 전기로의 수명이 짧아지므로, 가열온도는 2300℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 여기서 무수 유리체의 가열온도는 2200℃∼2250℃로 하는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 함으로써 무수 유리체 외표면의 흠이나 이물질의 확실한 제거가 가능해짐과 동시에 전기로의 장수명화도 도모할 수 있다.

막대 연신공정은, 무수 유리체를 가열 연신함으로써, 외표면의 요철이 0.5㎛보다 작은 무수 유리막대로 하는 공정으로 하는 것이 좋다.

상술한 바와 같이 막대 연신공정에서는, 무수 유리체의 외표면이 연마 연삭되게 된다. 때문에 그 외표면은 매끄러워져, 외표면에 0.5㎛ 이상의 요철은 거의 포함되지 않는다.

또 유리체 제작공정에서는, 코어부 외경에 대한 클래딩부 외경의 비가 3.3 이상 4.5 이하로 설정된 무수 유리체를 VAD법으로 제작하는 것이 바람직하다.

즉 본 발명의 제조방법은, Rod-In Tube법이면서, 무수 유리체의 연신 시 그 무수 유리체의 외표면에 OH^-이온이 혼입되지 않는다. 이로써 OH^-이온이 혼입되는 것을 고려하여, 무수 유리체의 코어부에 대한 클래딩부 외경비(C/C)를 크게 할 필요가 없다. 즉 무수 유리체의 C/C는 비교적 작은 것이면 된다. 무수 유리체의 C/C를 작게 함으로써, VAD법으로 무수 유리체를 작성해도 광섬유 모재의 생산성은 저하되지 않는다.

상기 유리파이프는, OH^-이온 농도가 1ppm 이하로 설정되는 것으로 하면 된다.

상기 일체화공정은, 유리파이프와 무수 유리막대의 일체화와 동시에, 그 일체화물의 연신을 실시하는 공정으로 해도 된다.

이렇게 함으로써 유리파이프와 무수 유리막대의 일체화 도중에, 무수 유리막대에는 그 축방향으로 장력이 부여된다. 이 부여된 장력에 의해, 유리파이프가 축경될 때 무수 유리막대에 생기는 지름방향의 압축왜곡을 완화시킬 수 있다.

그 결과 이 광섬유 모재를 인출하면, OH^-이온에 의한 흡수손실이 작은, 구체적으로는 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 광섬유이며, 상기 광섬유 모재의 압축왜곡이 억제됨으로써 산란손실의 증가도 방지된 광섬유, 바꾸어 말하면 넓은 파장대역에 걸쳐 저손실의 광섬유가 얻어진다.

또 무수 유리체(무수 유리막대)의 C/C가 작을 때는, 유리파이프와의 일체화 시에 무수 유리막대에 압축왜곡이 발생하기 쉽다. 그러나 유리파이프와 무수 유리막대의 일체화 시, 그 일체화물의 연신을 실시함으로써 압축왜곡이 억제된다. 때문에 무수 유리체의 C/C를 작게 할 수 있으며, 이로써 상술한 바와 같이 광섬유 모 재의 생산성을 높일 수 있다.

이 제조방법은, 일체화공정 전에, 무수 유리막대를 유리파이프에 삽입시킨 상태로, 상기 무수 유리막대와 유리파이프 사이에 건조용 가스를 공급하여, 상기 무수 유리막대 외주면과 유리파이프 내주면을 건조시키는 건조공정을 추가로 포함해도 된다.

이와 같이 일체화공정 전에 건조공정을 실행함으로써, 무수 유리막대와 유리파이프 사이에 수분이 잔류하는 일이 없다. 이로써 OH^-이온 농도가 저농도인 광섬유 모재를 확실하게 제조하기가 가능해진다. 즉 광섬유 모재의 OH^-이온 농도에 불균일이 발생하지 않는다.

상기 건조공정은, 무수 유리막대와 유리파이프 사이에, 건조용 가스로서 불활성가스를 공급하는 공정으로 해도 된다.

이 때 상기 불활성가스는, 일체화공정에서 유리파이프 및 무수 유리막대를 가열시키는 가열로의 실링가스로 해도 된다.

건조용 가스는 무수 유리막대의 외주면과 유리파이프 내주면을 건조시키는 가스이면 된다. 때문에 건조용 가스는 수분이 없는 또는 수분이 적은 가스로 하면 된다. 그래서 가열로의 실링가스와 동일한 가스를 건조용 가스로서 사용하면 새로운 가스를 준비하지 않아도 되어 제조원가의 저감화가 도모된다.

또한 상기 건조공정은, 무수 유리막대와 유리파이프 사이에, 건조용 가스로서 건조공기를 공급하는 공정으로 해도 된다.

본 발명의 광섬유 모재는, 제 1 항 기재의 제조방법으로 제조된 광섬유 모재이며, 코어부 근방의 OH^-이온 농도가 2ppb 이하인 광섬유 모재이다. 이 광섬유 모재를 인출함으로써 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 광섬유가 제조된다.

상기 광섬유 모재는, 축방향 길이 1m당 기포의 수가 5 이하인 것이 바람직하다. 광섬유 모재의 기포는 광섬유 중에서 기포로 되어, 산란손실을 증대시키기 때문이다.

본 발명의 광섬유는, 제 1 항 기재의 제조방법으로 제조된 광섬유 모재를 인출한 광섬유이다. 이 광섬유는, 파장 1385nm대의 손실값이 낮으며(0.4dB/km 이하), 그 손실값이 파장 1310nm대의 손실값과 같거나 또는 그보다 낮아진다.

도 1은 연신장치의 개략구성도.

도 2는 연신장치에서의 전기로 구성도.

도 3은 모재 제조장치의 개략구성도.

도 4는 광섬유 모재의 단면도.

도 5는 무수 유리막대가 삽입된 유리파이프의 단부 개구를 폐지한 상태를 나타내는 단면도.

도 6은 통상 광섬유의 파장손실 특성도.

하 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 본 발명에 관한 광섬유 모재의 제조방법은, Rod-In Tube법에 의한 것이다. 이 제조방법은, 코어부(11a)와 클래딩부(11b)로 구성되는 무수 유리체(11’)(도 1 참조)를 제작하는 유리체 제작공정과, 이 무수 유리체(11’)를 연신하여 무수 유리막대(11)로 하는 막대 연신공정과, 무수 유리막대(11)를 유리파이프(12)에 삽입한 상태에서, 이 무수 유리막대(11)의 외주면과 유리파이프(12) 내주면을 건조시키는 건조공정과, 연신된 무수 유리막대(11)를 유리파이프(12)와 일체화시키는 일체화공정을 포함한다. 이로써 코어부(11a)와, 이 코어부(11a) 주위를 피복하는 클래딩부(13)로 구성되는 광섬유 모재(1)가 제조된다(도 4 참조).

(유리체 제작공정, 파이프 제작공정)

유리체 제작공정에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 광섬유에서 코어가 될 코어부(11a)와, 광섬유에서 클래드의 일부가 될 클래딩부(11b)로 구성되며, 특히 그 외표면부 이외 부분에서의(코어부(11a) 근방의) OH^-이온 농도가 소정값 이하, 구체적으로는 농도 2ppb 이하인 무수 유리체(11’)를 제작한다.

구체적으로는, VAD법으로 유리미립자를 퇴적시킨 유리미립자 퇴적체를 제작하고, 이를 탈수 소결시킴으로써 무수 유리체(11’)를 제작한다. 이 무수 유리체(11’)의 제작은, 통상 실시되는 방법으로 실행하면 된다. 예를 들어 퇴적시킨 수트를, 우선 약 1200℃의 가열로로, 헬륨가스 및 염소가스 분위기 중에서 탈수처리 하는 탈수공정을 실시한 후에, 약 1500℃ 이상의 고온가열로로, 헬륨가스 분위기 중에서 투명유리화 하는 투명화 공정을 실시하여 무수 유리체(11’)를 제작한다.

단 상술한 바와 같이, 무수 유리체(11’) 외표면부분 이외의 부분에서의 OH^-이온 농도는 농도 2ppb 이하로 한다. 또 상기 무수 유리체(11’)의 C/C(코어부(11a) 외경(d)에 대한 클래딩부(11b) 외경(D)의 비(D/d)(도 4 참조))는, 3.3～4.5로 한다. 이 C/C는 광섬유 모재(1)(무수 유리체(11’))의 생산성 관점에서 4 정도가 바람직하다.

여기서 이 무수 유리체(11’)는, OVD법으로 제작하도록 해도 된다.

또 무수 유리막대(11)와 일체화시키는 유리파이프(12)는, 예를 들어 OVD법 등으로 제작해도 된다. 단 이 유리파이프(12)의 OH-이온의 농도는 농도 1ppm 이하로 한다.

(막대 연신공정)

도 1은 유리체 제작공정에서 제작한 무수 유리체(11’)를 연신시켜 무수 유리막대(11)로 하는 연신장치(A)를 나타낸다. 이 연신장치(A)에 세팅하는 무수 유리체(11’)에는, 그 양 단부에 이 무수 유리체(11’)와 동축이 되도록 각각 보조파이프(21, 22)가 배설된다.

상기 연신장치(A)는 각각 척(23a, 24a)을 갖는 위쪽 파지부(23)와, 아래쪽 파지부(24)를 구비한다. 이 위쪽 파지부(23)와 아래쪽 파지부(24)에 의해 무수 유리체(11’)를, Z방향(도 1의 상하방향)으로 이어진 상태로 배설한다. 즉 위쪽 파 지부(23)의 척(23a)은, 상기 무수 유리체(11’) 상단에 설치된 보조파이프(21)의 상단부분을 파지하는 한편, 아래쪽 파지부(24)의 척(24a)은, 무수 유리체(11’) 하단에 설치된 보조파이프(22)의 하단부분을 파지한다.

상기 위쪽 파지부(23)는, 무수 유리체(11’)(무수 유리막대(11))를 개재한 양쪽 위치에, Z방향으로 이어져 배설된 한 쌍의 가이드(25, 25)로 안내되어 제 1 이동기구(31)에 의해 Z방향으로 이동한다.

상기 제 1 이동기구(31)는 Z방향으로 이어져 배설되면서, 상기 위쪽 파지부(23)와 나사 결합하는 볼 나사(31a)와, 이 볼 나사(31a)의 상단부분에 설치된 종동풀리(31b)와, 제 1 모터(31c)에 의해 구동되는 구동풀리(31d)와, 이 종동풀리(31b)와 구동풀리(31d) 사이에 감긴 벨트(31e)로 구성된다. 상기 제 1 모터(31c)가 구동풀리(31d)를 구동시키면, 벨트(31e)를 개재하고 종동풀리(31b)가 회전하며, 이로써 볼 나사(31a)가 회전한다. 이렇게 하여 위쪽 파지부(23)가 가이드(25, 25)로 안내되어 Z방향으로 이동한다. 무수 유리체(11’)의 연신을 실시할 경우에 위쪽 파지부(23)는 아래쪽으로 이동한다.

상기 아래쪽 파지부(24)는, 상기 한 쌍의 가이드(25, 25)로 안내되어 제 2 이동기구(32)에 의해 Z방향으로 이동한다.

상기 제 2 이동기구(32)는, 제 1 이동기구(31)와 마찬가지로 Z방향으로 이어져 배설되면서, 아래쪽 파지부(24)와 결합하는 볼 나사(32a)와, 이 볼 나사(32a)의 하단부분에 설치된 종동풀리(32b)와, 제 2 모터(32c)에 의해 구동되는 구동풀리(32d)와, 이 종동풀리(32b)와 구동풀리(32d) 사이에 감긴 벨트(32e)로 구성된다. 상기 제 2 모터(32c)가 구동풀리(32d)를 구동시킴으로써, 벨트(32e)를 개재하고 종동풀리(32b) 및 볼 나사(32a)가 회전하고, 이로써 아래쪽 파지부(24)가 가이드(25, 25)로 안내되어 Z방향으로 이동한다. 무수 유리체(11’)의 연신을 실시할 경우에 아래쪽 파지부(24)는 아래쪽으로 이동한다.

이 연신장치(A)에서 위쪽 파지부(23)는, 제 1 모터(31c)에 의해 이동하는 한편, 아래쪽 파지부(24)는 제 2 모터(32c)에 의해 이동한다. 때문에 이들 제 1 및 제 2 모터(31c, 32c)의 회전속도를 서로 다르게 함으로써, 위쪽 파지부(23)의 이동속도와, 아래쪽 파지부(24)의 이동속도를 서로 다르게 할 수 있다(도 1의 굵은 흰색 화살표 참조). 무수 유리체(11’)를 연신할 때는, 아래쪽 파지부(24)의 이동속도를 위쪽 파지부(23)의 이동속도보다 높게 한다. 이로써 무수 유리체(11’)를 아래쪽으로 당긴다.

상기 위쪽 및 아래쪽 파지부(23, 24)의 척(23a, 24a)은 각각, 제 1 회전기구(71) 및 제 2 회전기구(72)에 의해 Z방향으로 이어지는 축(Z축) 둘레로 회전한다(도 1 화살표 참조).

상기 제 1 회전기구(71)는, 상기 위쪽 파지부(23)의 척(23a)과 일체화된 종동풀리(71a)와, 제 3 모터(71b)로 구동되는 구동풀리(71c)와, 이 종동풀리(71a)와 구동풀리(71c) 사이에 감긴 벨트(71d)로 구성된다. 상기 제 3 모터(71b)가 구동풀리(71c)를 구동시키면, 벨트(71d) 및 종동풀리(71a)를 개재하고 위쪽 파지부(23)의 척(23a)이 Z축 둘레로 회전한다.

상기 제 2 회전기구(72)도, 상기 제 1 회전기구(71)와 마찬가지로, 종동풀리 (72a)와, 구동풀리(72c)와 벨트(72d)로 구성된다. 제 4 모터(73b)가 구동풀리(72c)를 구동시킴으로써, 벨트(72d) 및 종동풀리(72a)를 개재하고 아래쪽 파지부(24)의 척(24a)이 Z축 둘레로 회전한다.

여기서 상기 제 1 및 제 2 회전기구(71, 72)는, 각 척(23a, 24a)을 서로 동일한 회전수로 회전시킨다.

상기 연신장치(A)는, 무수 유리체(11’)를 가열하는 전기로(4)를 추가로 구비한다. 이 전기로(4)는, 상기 위쪽 파지부(23)와 아래쪽 파지부(24)의 중간위치에 배설된다. 이 전기로(4)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 그 중심축이 Z방향으로 이어지게 배설된 거의 링 형상의 탄소히터(41)와, 이 탄소히터(41)에 삽입되며 Z방향으로 이어지는 탄소 노심관(42)과 이 탄소 노심관(42)의 외주 둘레를 둘러싸는 단열재(43)와, 이들 탄소히터(41), 탄소 노심관(42) 및 단열재(43)를 수용하는 케이스(45)로 구성된다. 상기 케이스(45)에는 그 상단 및 하단에 무수 유리체(11’)가 통과 가능한 개구가 형성된다.

상기 탄소 노심관(42)은, Z방향으로 이어져 배설된 무수 유리체(11’)와 거의 동축이 되는 위치에 배설된다. 또 이 탄소 노심관(42)은, 무수 유리체(11’)의 외경보다 큰 내경을 가지며, 이로써 상기 무수 유리체(11’)는, 그 축 방향으로 상기 전기로(4) 내의 통과가 가능하다. 무수 유리체(11’)가 상기 전기로(4) 내를 통과함으로써, 이 무수 유리체(11’)는, 그 하단으로부터 상단을 향해 순차, 탄소히터(41)에 의해 가열된다.

전기로는, 탄소히터(41) 근방에 배설된 적외선온도계(44)를 구비한다. 무수 유리체(11’)의 연신 중에는, 이 온도계(44)에 의해 탄소히터(41)의 가열온도를 검출한다.

여기서 상기 전기로(4)는, 고주파가열식 히터를 갖는 것으로 해도 된다.

다음으로 이 연신장치(1)에 의한 무수 유리체(11’)의 연신방법에 대해 설명한다.

우선 무수 유리체(11’) 위쪽에 설치된 보조파이프(21)의 상단부분을, 전기로(4)의 위쪽위치에서, 위쪽 파지부(23)의 척으로 파지한다. 이와 함께 무수유리체(11’) 아래쪽에 배설된 보조파이프(22)의 아래쪽 부분을, 전기로(4) 하방 위치에서 아래쪽 파지부(24)의 척으로 파지한다. 이로써 상기 무수 유리체(11’)(보조파이프(22))는, 전기로(4) 내를 관통한 상태에서 Z방향으로 이어져 배설된다.

이 상태에서 상기 제 1 및 제 2 이동기구(31, 32)의 제 1 및 제 2 모터(31c, 32c)를 각각 소정의 회전수로 구동시킨다. 이로써 상기 무수 유리체(11’)를 아래쪽으로 이동시킨다. 이 때, 제 1 및 제 2 회전기구(71, 72)의 제 3 및 제 4 모터(71b, 72b)를 각각 소정의 회전수로 구동시킨다. 이로써 무수 유리체(11’)를 Z축 주위로 회전시킨다. 이렇게 하여 상기 무수 유리체(11’)를 회전시키면서, 그 하단에서 상단을 향해 순차 전기로(4)로 가열한다. 이 때 아래쪽 파지부(24)의 이동속도는, 위쪽 파지부(23)의 이동속도보다 높게 설정한다. 이로써 전기로(4)로 가열된 무수 유리체(11’)는 아래쪽으로 당겨진다. 그리고 상기 무수 유리체(11’)는 소정의 외경이 될 때까지 연신되어 무수 유리막대(11)가 된다.

여기서 무수 유리체(11’)를 연신할 때의, 상기 전기로(4)에 의한 무수 유리 체(11’)의 가열온도는, 이 무수 유리체(11’)의 외표면 부분이 승화되는 온도로 설정된다. 구체적으로 가열온도는 2100℃∼2300℃로 설정된다. 이렇게 함으로써, 유리체 제작공정에서 제작된 무수 유리체(11’)의 외표면에 흠이 생기거나, 또 상기 전기로(4)를 통과할 때에, 재 등의 이물질이 무수 유리체(11’)의 외표면에 부착하거나 해도, 상기 흠이나 이물질을, 무수 유리체(11’)의 외표면 부분과 함께 제거할 수 있다. 또 수트법으로 제작한 무수 유리체(11’)의 외표면 부분은, OH^-이온 농도가 비교적 높을 경우가 있지만, 그 OH^-이온 농도가 높은 외표면 부분을 제거할 수 있다. 때문에 연신된 무수 유리막대(11)의 외표면을, 다시 연마 연삭할 필요가 없다.

여기서 상기 무수 유리체(11’)의 가열온도는, 바람직하게는 2200℃∼2250℃이다. 이렇게 함으로써 무수 유리체(11’)의 외표면 부분을 확실하게 제거하기가 가능해짐과 더불어, 필요 이상으로 가열온도를 높이지 않음으로써 전기로(4)의 장수명화를 도모할 수 있다.

이와 같이, 상기 연신장치(A)는, 전기로(4)로 무수 유리체(11’)를 가열하는 장치이다. 이로써 이 무수 유리체(11’)의 외표면에 OH^-이온이 혼입하는 일이 없다. 또 무수 유리체(11’)의 외표면 부분은, OH^-이온 농도가 비교적 높아지기 쉽지만, 그 외표면 부분을 제거함으로써 무수 유리체(11’)의 OH^-이온 농도가 더욱 저하된다. 또한 무수 유리체(11’)의 외표면 부분을 제거함으로써, 무수 유리체(11’) 의 외표면을 매끄럽게 할 수 있다. 구체적으로는 그 외표면에 0.5㎛ 이상의 요철이 거의 포함되지 않는다.

(일체화공정)

도 3은 막대 연신공정에서 연신한 무수 유리막대(11)와, 파이프 제작공정에서 제작한 유리파이프(12)를 일체화시키는 모재 제조장치(B)를 나타낸다. 이 모재 제조장치(B)는, Rod-In Tube법으로 광섬유 모재(1)를 제조하는 장치이다.

상기 모재 제조장치(B)는 제 1 파지부(51)와 제 2 파지부(52)를 구비한다. 제 1 파지부(51)는 Z방향(도 3의 상하방향)으로 이어져 배설된 상기 유리파이프(12)의 상단부분을 파지함으로써, 이 유리파이프(12)를 현수상태로 한다. 제 2 파지부(52)는, 같은 Z방향으로 이어져 배설된 상기 무수 유리막대(11)의 상단부분을 파지함으로써, 이 무수 유리막대(11)를 현수상태로 한다. 이 제 1 및 제 2 파지부(51, 52)는 각각 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)의 위치를, X방향(도 3에서 지면 횡방향) 및 Y방향(지면과 수직방향)으로 이동 가능하게 구성된다. 이와 함께 상기 제 1 및 제 2 파지부(51, 52)는 각각, 상기 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)의 Z방향에 대한 기울기 조정이 가능하게 구성된다. 이 구성으로써, 상기 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)는, 각각 수직이면서 서로 동축으로 위치가 정해진다.

또 상기 각 파지부(51, 52)는 Z방향으로 이동 가능하게 구성된다. 이 각 파지부(51, 52)의 아래쪽으로의 이동에 수반하여, 상기 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)가 각각 아래쪽으로 이동한다. 여기서 제 1 및 제 2 파지부(51, 52)의 이 동속도는, 각각 변경 가능하다. 이로써 상기 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)의 이동속도(후술하는 히터(6)로 이동시키는 속도)가 조정 가능하다. 이와 함께 제 1 파지부(51)와 제 2 파지부(52)에서 서로 다른 속도로 설정하는 것도 가능하다. 이로써 상기 유리파이프(12)의 이송속도와 무수 유리막대(11)의 이송속도를 서로 다르게 할 수도 있다.

상기 제 1 파지부(51)의 하방위치에는, 상기 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)를 가열하는 거의 링 형상의 히터(6)가 배설된다. 이 히터(6)는, 도시 생략한 가열로 내에 배설된 것이며, 상기 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)와 거의 동축이 되는 위치에 배설된다. 히터(6)는, 상기 유리파이프(12) 외경보다 큰 내경을 갖는다. 이로써 상기 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)는 그 축방향으로 상기 히터(6) 내를 통과할 수 있다.

이 구성으로써, 상기 제 1 및 제 2 파지부(51, 52)에 의해 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)가 하방으로 이동되면, 이 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)는 상기 히터(6) 내를 그 한끝(하단)으로부터 순차 통과한다. 이로써 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)가 그 한끝으로부터 다른 끝을 향해 순차 가열된다.

여기서 이 히터(6)를 구비하는 가열로로는, 탄소저항가열로나 고주파유도가열로가 예시된다. 이 가열로 내에는, 외기에 대한 실링가스로서 불활성 가스(질소가스, 아르곤가스 등)가 공급된다.

상기 히터(6)의 하방위치에서의, 이 히터(6) 중심축을 개재한 양쪽 위치에는, 각각 2 개의 롤러(53, 53)가 배설된다. 이 각 롤러(53)는, 회전 가능하게 구 성된다. 상기 히터(6)를 통과함으로써 일체화된 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)의 일체화물(광섬유 모재(1))은, 서로 대향하는 두 쌍의 롤러(53, 53, ...) 사이에 끼여 아래쪽으로 당겨진다. 이 각 롤러(53)의 회전속도는 변경 가능하며, 이로써 일체화물의 히터(6)로부터의 인출속도를 조정하기가 가능하다. 일체화물의 인출속도를 조정함으로써, 이 일체화물을 연신하여, 그 외경이 소정의 지름으로 된 광섬유 모재(1)로 한다.

상기 제 1 파지부(51)로 파지된 유리파이프(12)의 상단면에는, 그 상단 개구를 폐지하는 폐지캡(7)이 설치된다. 이 폐지캡(7)에는, 도시 생략한 진공펌프 및 건조용 가스공급장치가 접속된다. 상기 폐지캡(7)은, 진공펌프와 건조용 가스공급장치에 선택적으로 접속된다. 상기 폐지캡(7)을 진공펌프 쪽에 접속한 상태에서 이 진공펌프를 구동시켰을 때는, 상기 유리파이프(12) 내를 감압할 수 있다. 한편 상기 폐지캡(7)을 건조용 가스공급장치 쪽에 접속한 상태에서 이 건조용 가스공급장치를 구동시켰을 때는, 무수 유리막대(11)가 삽입된 유리파이프(12) 내에 건조용 가스를 공급할 수 있다. 여기서는 건조용 가스로서 가열로의 실링가스와 동일한 가스를 공급한다.

다음으로, 이 모재제조장치(B)에 의한 광섬유 모재(1)의 제조방법에 대해 설명한다.

-유리파이프 및 무수 유리막대의 세팅-

우선 유리파이프(12)의 상단부분을 제 1 파지부(51)로 파지한다. 그리고 이 제 1 파지부(51)에 의해, 상기 유리파이프(12)가 히터(6)와 동축이 되도록 상기 유 리파이프(12)의 X, Y방향 위치를 각각 조정함과 더불어, 상기 유리파이프(12)가 수직으로 배설되도록 상기 유리파이프(12)의 기울기를 조정한다.

다음으로, 무수 유리막대(11)의 상단부분을 제 2 파지부(52)로 파지한다. 그리고 이 제 2 파지부(52)에 의해, 상기 무수 유리막대(11)가 유리파이프(12)에 대해 동축이 되도록 상기 무수 유리막대(11)의 X, Y방향 위치를 각각 조정함과 더불어, 상기 무수 유리막대(11)가 수직으로 배설되도록 상기 무수 유리막대(11)의 기울기를 조정한다. 그리고 무수 유리막대(11)를 유리파이프(12) 내로 삽입한다.

여기서 도시는 생략하지만, 유리파이프(12) 상단에, 이 유리파이프(12)와 동축이 되도록 보조파이프를 배설하고, 이 보조파이프 상단부분을 상기 제 1 파지부(51)로 파지해도 된다. 또 무수 유리막대(11) 상단에, 이 무수유리막대(11)와 동축이 되도록 보조막대를 배설하여, 이 보조막대 상단부분을 상기 제 2 파지부(52)로 파지해도 된다.

-유리파이프 및 무수 유리막대의 건조-

상기 유리파이프(12)의 상단 개구를 폐지캡(7)으로 폐지하고, 이 폐지캡(7)을 건조용 가스공급장치 쪽에 접속한다. 그리고 이 건조용 가스공급장치를 구동시킴으로써, 유리파이프(12) 내에 건조용 가스를 공급한다. 이 때 유리파이프(12)의 하단개구는 폐지되지 않으므로, 건조용 가스는, 무수 유리막대(11)의 외주면과 유리파이프(12) 내주면 사이의 공간(16)을 흘러, 유리파이프(12)의 하단개구로 배출된다. 여기서 도 3은 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)의 일체화를 개시한 후의 상태를 나타낸다. 때문에 유리파이프(12)의 하단개구는 도시되지 않는다. 이 렇게 하여 무수 유리막대(11)의 외주면과 유리파이프(12) 내주면을 건조시킨다.

이 건조용 가스는, 무수 유리막대(11)와 유리파이프(12) 사이가 건조될 때까지 유리파이프(12) 내에 공급하면 된다. 예를 들어 2 시간 정도, 유리파이프(12) 내에 건조용 가스를 공급하면 된다.

-유리파이프 및 무수유리막대의 일체화-

유리파이프(12) 내에 소정 시간만큼 건조용 가스를 공급하면, 그대로 건조용 가스(가열로의 실링가스) 공급을 계속하면서, 상기 제 1 및 제 2 파지부(51, 52)를 각각 소정의 속도로 아래쪽으로 이동시킨다. 이로써 상기 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)를 히터(6) 안으로 이송한다. 이렇게 건조용 가스를 퍼지가스로 이용하여, 유리파이프(12)의 하단 개구로부터 재 등의 이물질이 유리파이프(12) 내로 유입되는 것을 방지한다.

상기 유리파이프(12) 하단이 히터(6)로 가열되면, 그 하단이 축경되어 하단 개구가 폐색된다. 이 하단 개구가 폐색되기 직전에, 폐지캡(7)을 진공펌프 쪽에 접속하고, 이로써 유리파이프(12) 내를 감압한다.

이 상태에서 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)를 히터(6)로 계속 이송한다. 이로써 이 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)가 그 축 방향으로 상기 히터(6) 내를 통과한다. 이렇게 하여 상기 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)가 그 하단으로부터 상단을 향해 상기 히터(6)에 의해 순차 가열되어, 상기 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)는, 그 하단으로부터 상단을 향해 순차 용융된다. 이 때 유리파이프(12) 내가 감압되므로, 이 유리파이프(12) 내외의 압력차에 의해 용융된 유리파이프(12)가 축경된다. 그 결과 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)가, 그 길이방향으로 순차 일체화된다.

이렇게 일체화된 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)의 일체화물은, 롤러(53, 53, ...)에 의해 당겨짐으로써, 소정의 외경으로 될 때까지 연신되어, 광섬유 모재(1)가 제조되게 된다.

그리고 일체화공정에서 제조된 광섬유 모재(1)를 인출장치(도시 생략)로 인출함으로써 광섬유가 제조되게 된다.

이 광섬유 모재(1)의 제조방법에 의하면, 무수 유리체(11’)를 막대 연신공정에서 연신할 때, 이 무수 유리체(11’)를 전기로(4)로 가열한다. 이로써 가열 시에 OH-이온이 발생하지 않으므로, 이 무수 유리체(11’) 표면에 OH-이온이 혼입되는 일이 없다.

또 무수 유리체(11’)를 연신할 때의, 전기로(4) 가열온도를 2100℃∼2300℃로 설정함으로써, 이 무수 유리체(11’)의 외표면 부분을 승화시켜 제거하면서, 상기 무수 유리체(11’)를 연신할 수 있다. 이로써 무수 유리체(11’) 외표면의 흠이나 이물질을 제거할 수도 있음과 동시에, 수트법으로 제작된 무수 유리체(11’)에 있어서, OH^-이온 농도가 비교적 고농도로 되기 쉬운 외표면 부분을 제거할 수 있다. 그 결과 이 무수 유리막대(11)와 유리파이프(12)를 일체화시킴으로써, OH^-이온 농도가 낮은 광섬유 모재(1), 구체적으로는 코어부(11a) 근방의 OH^-이온 농도가 2ppb 이하인 대형 광섬유 모재(1)를 제조할 수 있다. 또 무수 유리막대(11)의 표 면이 매끄러우므로, 그 외표면 부분을 연마 연삭하지 않아도, 기포가 혼입되지 않은 광섬유 모재(1), 구체적으로는 축방향 길이 1m당 기포 수가 5 이하의 광섬유 모재(1)를 용이하게 제조할 수 있다.

이렇게 제조한 광섬유 모재(1)를 인출시킨 광섬유는, OH^-이온의 흡수손실이 낮으므로, 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하이며, 그 파장 1385nm대의 손실값이 파장 1310nm대의 손실값 이하인 광섬유가 된다.

이와 같이, 무수 유리체(11’)를 연신할 때, 전기로(4)를 이용하여 무수 유리체(11’)의 외표면 부분을 제거하면서 이를 연신하므로, 막대 연신공정에서 무수 유리체(11’) 연신과 그 표면 연마(연삭)가 1 회로 실시되게 됨으로써, 저손실의 광섬유를 제조할 수 있는 광섬유 모재를, 저가로 제조할 수 있다.

또한 이 광섬유 모재의 제조방법에 의하면, 무수 유리막대(11)와 유리파이프(12)를 일체화시켰을 때는, 막대(11)와 파이프(12)의 일체화와 동시에 그 일체화물을 연신한다. 이로써 일체화 중에, 상기 무수 유리막대(11)에는, 그 축방향(Z방향)의 장력이 부여된다. 예를 들어 무수 유리막대(11)와 유리파이프(12)의 일체화만을 실시하고, 그 일체화물의 연신을 실시하지 않을 경우에는, 상기 무수 유리막대(11)에 지름방향의 압축왜곡이 발생하며, 이로써 광섬유 모재(1)를 인출시킨 광섬유에서는 압축왜곡에 기인하는 손실(특히 장파장 쪽에서 손실이 증대하는 마이크로밴드에 의한 산란손실)이 발생해버린다. 그러나 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)의 일체화와 동시에 연신을 실시함으로써, 이러한 손실의 발생이 방지된다. 즉, 무수 유리막대(11)와 유리파이프(12)를 일체화시킬 때, 무수 유리막대(11)에 축방향의 장력을 부여함으로써, 이 무수 유리막대(11)에 대한 지름방향의 압축왜곡이 완화된 상태에서 무수 유리막대(11)와 유리파이프(12)가 일체화된다. 이렇게 제조된 광섬유 모재(1)를 인출시켜 광섬유로 했을 때는, 압축왜곡에 기인하는 손실 증가가 없으며, OH^-이온에 의한 흡수손실의 저하와 더불어, 약 1200nm∼1600nm의 넓은 파장대역의 전역에 걸쳐 저손실의 광섬유가 얻어진다.

이점에서 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 싱글모드 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재를 제조하는 방법으로는, 상기 광섬유에서 코어가 될 코어부와, 이 광섬유에서 클래딩의 일부가 될 클래딩부로 구성되며, 또 OH^-이온 농도가 2ppb 이하인 무수 유리체를 제작하는 유리체 제작공정과, 상기 유리체 제작공정에서 제작한 무수 유리체를 가열 연신하여 무수 유리막대로 하는 막대 연신공정과, 상기 막대 연신공정에서 연신된 무수 유리막대를, 유리파이프에 삽입함과 더불어, 이 유리파이프 내를 감압하면서, 이 유리파이프 및 무수 유리막대 쌍방을, 그 한끝에서 다른 끝을 향해 축방향으로 순차 가열함으로써 상기 유리파이프와 무수 유리막대를 순차 일체화시킴과 동시에, 그 일체화물의 연신을 실시하는 일체화공정을 포함하는 방법으로 해도 된다.

또 이 광섬유 모재의 제조방법에 의하면, 무수 유리막대(11)와 유리파이프(12)를 일체화하기 전에, 유리파이프(12) 내에 건조용 가스를 공급하여, 무수 유리막대(11)의 외주면이나 유리파이프(12) 내주면을 건조시킨다. 이로써, 이 유리파 이프(12)와 무수 유리막대(11) 사이에 수분이 잔류하는 일이 없다. 이에 따라 광섬유 모재(1)의 OH^-이온 농도에 불균일이 발생하는 일이 방지되어, OH^-이온 농도가 저농도인 광섬유 모재(1)를 확실하게 제조할 수 있다.

이점에서, 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 싱글모드 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재를 제조하는 방법으로는, 상기 광섬유에서 코어가 될 코어부와, 이 광섬유에서 클래딩의 일부가 될 클래딩부로 구성되며, 또 OH^-이온 농도가 2ppb 이하인 무수 유리체를 제작하는 유리체 제작공정과, 상기 유리체 제작공정에서 제작한 무수 유리체를 가열 연신하여 무수 유리막대로 하는 막대 연신공정과, 상기 막대 연신공정에서 연신된 무수 유리막대를, 유리파이프에 삽입한 상태에서, 상기 무수 유리막대와 유리파이프 사이에 건조용 가스를 공급하여, 상기 무수 유리막대의 외주면과 유리파이프 내주면을 건조하는 건조공정과, 상기 건조공정 후에 상기 유리파이프 내를 감압하면서, 이 유리파이프 및 무수 유리막대 쌍방을, 그 한끝에서 다른 끝을 향해 축방향으로 순차 가열함으로써 상기 유리파이프와 무수 유리막대를 순차 일체화시키는 일체화공정을 포함하는 방법으로 해도 된다.

여기서 유리파이프(12) 및 무수 유리막대(11)의 건조는, 이 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)를 일체화하기 직전에 실시하는 것이 바람직하다.

또 건조용 가스는, 여기서는 가열로의 실링가스(질소가스나 아르곤가스)와 동일한 가스에 한정되지 않는다. 무수 유리막대(11)의 외주면이나 유리파이프(12) 내주면을 건조할 수 있다면, 어떤 가스이건 상관없다. 건조용 가스로는, 수분이 적은, 또는 수분이 없는 가스가 특히 바람직하다. 예를 들어 건조공기는, 건조용 가스로서 적합하다.

또 불활성 가스도, 가열로의 실링가스와 동일 가스로 할 필요는 없다. 가열로의 실링가스를 건조용 가스로 사용하면, 제조원가의 저감화를 도모할 수 있다.

또한 상기 모재 제조장치(B)에서는, 유리파이프(12)의 상단 개구에 폐지 캡(7)을 배설하는 한편, 상기 유리파이프(12)의 하단 개구는 개방된 상태로 하여, 이 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)를 일체화한다.

이와는 달리, 상기 유리파이프(12)는, 무수 유리막대(11)가 삽입된 상태에서 그 단부 개구를 폐지해도 된다.

즉 도 5에 나타내는 바와 같이, 무수 유리막대(11)의 한끝(유리파이프(12)와의 일체화를 개시하는 끝단)에는, 보조막대(파이프형이라도 됨)(14)를 서로 동축으로 접합시키고, 무수 유리막대(11)의 다른 끝(유리파이프(12)와의 일체화가 종료되는 끝단)에는, 진공펌프에 접속되는 보조파이프(15)를 서로 동축으로 접합시킨다. 보조파이프(15)에는, 그 내주면에서 외주면을 향해 지름방향으로 관통하는 관통공(15a)을 형성한다. 이 관통공(15a)은, 무수 유리막대(11)를 유리파이프(12)에 삽입시킨 상태에서는, 유리파이프(12) 내에 위치하도록 한다.

그리고 상기 유리파이프(12)의 한끝(유리막대(11)와의 일체화를 개시하는 끝단)은, 산수소화염으로 가열함으로써, 유리막대(11)의 외주면에 용착시킨다. 이로써 상기 유리파이프(12)의 한끝 개구를 폐지한다. 한편 상기 유리파이프(12)의 다른 끝(유리막대(11)와의 일체화가 종료되는 끝단)은, 그 둘레 방향의 2∼3 개소를 산수소화염으로 가열함으로써, 안쪽으로 돌출되는 돌기부(12a)를 형성한다. 이로써 각 돌기부(12a) 선단을 상기 무수 유리막대(11)의 외주면에 부착시킨다.

이 상태에서, 상기 보조파이프(15)를 건조용 가스 공급장치에 접속하고, 관통공(15a)으로부터 건조용 가스를 유리파이프(12) 내로 공급한다. 건조용 가스는, 유리파이프(12) 내의 한끝을 향해 축 방향으로 흘러, 폐지된 일단부에서 되돌아 유리파이프(12) 내의 다른 끝을 향해 축 방향으로 흐른다. 그리고 유리파이프(12)의 타단 개구에서 배출된다(도 5의 화살표 참조). 이렇게 하여 유리파이프(12) 내주면과 무수 유리막대(11) 외주면을 건조시켜, 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11) 사이에 수분이 잔류하는 것을 방지할 수 있다.

건조가 종료되면 상술한 바와 같이, 모재 제조장치(B)를 이용하여 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)의 일체화를 실시한다. 이 때 상기 보조파이프(15)는 진공펌프에 접속됨으로써, 유리파이프(12) 내를 감압하면서 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11)의 일체화를 실시한다.

유리파이프(12)의 단부를 가공할 때 산수소화염을 이용하므로, 수분이 발생함과 더불어, 가열된 유리가 냉각될 때 그 표면에 결로가 생긴다. 때문에 유리파이프(12)와 무수 유리막대(11) 사이에 수분이 잔류되기 쉽다. 그러나 무수 유리막대(11)와 유리파이프(12)를 일체화시키기 전에, 무수 유리막대(11)의 외주면 및 유리파이프(12)의 내주면을 건조시킴으로써, 제조된 광섬유 모재(1)의 OH^-이온 농도에 불균일이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 관해 구체적으로 실시한 실시예에 대해 설명한다. 우선 전기로의 온도 및 클래딩 형성에 관해, 실시예 1-1, 1-2 및 비교예 1-1, 1-2에 관한 무수 유리막대를 각각 제작한다. 이 무수 유리막대는, 외경 100mm의 무수 유리체를 수트법으로 제작하고, 이를 도 1에 나타내는 연신장치(A)를 이용하여 연신함으로써 외경 50mm로 한 것이다.

여기서 연신조건은, 표 1에 나타내는 바와 같으며, 실시예 1-1, 1-2에서는 히터온도(가열온도)를 각각 2250℃, 2100℃로 설정한다. 이에 반해 비교예 1-1에서는 히터온도를, 각 실시예보다 저온의 2000℃로 설정한다. 그리고 비교예 1-2에서는 히터온도를, 실시예 1-1과 같은 2250℃로 설정한다.

이렇게 하여 제작된 무수 유리막대를 비교하면, 가열온도를 비교적 높게 한 실시예 1-1, 1-2 및 비교예 1-2의 무수 유리막대는, 그 외표면에서의 요철(0.5㎛ 이상) 개수가, 0 또는 약 2(개/300mm)로 매우 적어 그 외표면이 매끄럽다. 이에 반해 가열온도를 비교적 낮게 한 비교예 1-1의 무수 유리막대는 그 외표면의 요철 개수가 약 50(개/300mm)로 매우 많다.

다음으로, 상기 각 예의 무수 유리막대를 이용하여 광섬유 모재를 제조한다. 이 중, 실시예 1-1, 1-2 및 비교예 1-1은, 도 3에 나타내는 모재 제조장치(B)를 이용하여 무수 유리막대에 유리파이프를 피복하여 일체화시키는 Rod-In Tube법으로 모재를 제조한다. 여기서 유리파이프는 외경이 182mm, 내경이 54mm의 것이다. 또 무수 유리막대와 유리파이프의 일체화와 동시에 연신함으로써, 광섬유 모재의 외경을 60mm로 한다.

이에 반해 비교예 1-2는, 무수 유리막대의 외표면에 수트를 퇴적시키는 수트법으로 광섬유 모재를 제조한다. 이 광섬유 모재의 외경도 60mm이다.

이렇게 제작한 각 광섬유 모재를 비교하면, Rod-In Tube법을 채용한 실시예 1-1, 1-2 및 비교예 1-1 중, 무수 유리막대의 외표면이 매끄러운 실시예 1-1, 1-2의 모재는, 모재 중에 포함되는 기포의 개수가, 약 1 또는 5(개/1m)로 극히 적다. 이에 반해 비교예 1-1의 모재는, 모재 중에 포함되는 기포의 개수가, 약 100(개/1m)로 매우 많다.

한편 수트법을 채용한 비교예 1-2의 모재는, 모재 중에 포함되는 기포의 개수가, 약 1(개/1m)로 극히 적다.

다음에, 상기 각 예의 광섬유 모재를 인출시켜 광섬유로 하고, 1310nm대의 손실값과 1385nm대의 손실값을 각각 측정한다. 그 결과, 각 예의 광섬유는 1310nm대의 손실값이 0.33dB/km로 동일하다.

또 실시예 1-1, 1-2의 광섬유는, 1385nm대의 손실값이 각각 0.30, 0.33dB/km로 낮으며, 1310nm대의 손실값과 동일하거나 그보다 낮다.

이에 반해 비교예 1-1의 광섬유는, 1385nm대의 손실값이 0.68dB/km로 높아지며, 비교예 1-2의 광섬유도 마찬가지로 1385nm대의 손실값이 0.58dB/km로 높아진다.

이상의 결과로부터, 광섬유 모재의 제조방법으로서 Rod-In Tube법을 채용함과 더불어, 무수 유리체를 연신할 때의 가열온도를 비교적 높게(2100℃ 이상으로) 설정함으로써, 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 싱글모드 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재이며, 기포 발생이 방지된 광섬유 모재를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

다음으로, 건조공정의 유무에 관해, 실시예 2-1∼2-10 및 비교예 2-1∼2-10에 관한 광섬유 모재를 각각 제작한다. 실시예 2-1∼2-10에 관한 광섬유 모재는, 유리체 제작공정, 막대 연신공정, 건조공정 및 일체화공정의 각 공정을 거쳐 제조된 광섬유 모재이다. 이 중, 실시예 2-1∼2-5에 관한 광섬유 모재는, 도 3에 나타내는 바와 같이 유리파이프의 상단 개구에 폐지 캡을 설치하는 한편, 상기 유리파이프의 하단 개구는 개방시킨 상태로 하여, 이 유리파이프와 무수 유리막대의 일체화를 실시하여 제조한다. 한편 실시예 2-6∼2-10에 관한 광섬유 모재는, 도 5에 나타내는 바와 같이 유리파이프의 단부 개구를, 무수 유리막대(11)가 삽입된 상태에서 폐지한 위에, 이 유리파이프와 무수 유리막대의 일체화를 실시, 제조한다.

이에 반해, 비교예 2-1∼2-10에 관한 광섬유 모재는, 유리체 제작공정, 막대 연신공정 및 일체화공정의 각 공정을 거쳐 제조된 광섬유 모재이다. 즉 비교예 2-1∼2-10에 관한 광섬유 모재는, 건조공정을 생략하고 제조된 것이다. 비교예 2-1∼2-10에 관한 광섬유 모재는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 유리파이프의 단부 개구를, 무수 유리막대(11)가 삽입된 상태에서 폐지시킨 후에, 이 유리파이프와 무수 유리막대의 일체화를 실시하여 제조한다.

여기서 유리체 제작공정, 막대 연신공정 및 일체화공정의 각 공정 조건은, 각 실시예 및 각 비교예에서 서로 동일하다.

상기 각 예의 광섬유 모재를 인출시켜 광섬유로 하고, 1385nm대의 손실값을 각각 측정한다. 그 결과 각 실시예의 광섬유는, 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하이며, 그 편차도 작다. 이에 반해 비교예의 광섬유는 손실값의 편차가 비교적 크며, 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km보다 큰 광섬유도 존재한다.

이상의 결과로부터, 일체화공정 전에 건조공정을 실시함으로써, 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 싱글모드 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재를 확실하게 제조할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 유리파이프와 유리막대의 일체화를 실시하는 광섬유 모재의 제조방법, 특히 파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 싱글모드 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재의 제조방법을 제공하고, 이 제조방법으로 제조된 광섬유 모재 및 광섬유를 제공한다.

Claims

파장 1385nm대의 손실값이 0.4dB/km 이하인 싱글모드 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재를 제조하는 방법이며,

상기 광섬유에서 코어가 될 코어부와, 이 광섬유에서 클래딩의 일부가 될 클래딩부로 구성되며, 또 그 외표면 부분 이외의 부분에서 OH^-이온 농도가 2ppb 이하인 무수 유리체를 제작하는 유리체 제작공정과,

상기 유리체 제작공정에서 제작한 무수 유리체를, 전기로로 가열하고, 그 외표면 부분을 승화시켜 제거하면서 연신하여 무수 유리막대로 하는 막대 연신공정과,

상기 막대 연신공정에서 연신된 무수 유리막대를, 유리파이프에 삽입시킴과 동시에, 이 유리파이프 내를 감압하면서, 이 유리파이프 및 무수 유리막대 쌍방을, 그 한끝에서 다른 끝을 향해 축 방향으로 순차 가열함으로써 상기 유리파이프와 무수 유리막대를 순차 일체화시키는 일체화공정을 포함하는 광섬유 모재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 막대 연신공정에서는, 전기로에 의한 무수 유리체의 가열온도를, 2100℃ 이상 2300℃ 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 막대 연신공정은, 무수 유리체를 가열 연신함으로써, 외표면의 요철이 0.5㎛보다 작은 무수 유리막대로 하는 공정인 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 유리체 제작공정은, 코어부 외경에 대한 클래딩부 외경의 비가 3.3 이상 4.5 이하로 설정된 무수 유리체를 VAD법으로 제작하는 공정인 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 유리파이프는, OH^-이온 농도가 1ppm 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 일체화공정은, 유리파이프와 무수 유리막대의 일체화와 동시에, 그 일체화물의 연신을 실시하는 공정인 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 일체화공정 전에, 무수 유리막대를 유리파이프에 삽입시킨 상태로, 상기 무수 유리막대와 유리파이프 사이에 건조용 가스를 공급하여, 상기 무수 유리막대 외주면과 유리파이프 내주면을 건조시키는 건조공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
청구항 7에 있어서,

상기 건조공정은, 무수 유리막대와 유리파이프 사이에, 건조용 가스로서 불활성가스를 공급하는 공정인 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
청구항 8에 있어서,

상기 불활성가스는, 일체화공정에서 유리파이프 및 무수 유리막대를 가열시키는 가열로의 실링가스인 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
청구항 7에 있어서,

상기 건조공정은, 무수 유리막대와 유리파이프 사이에, 건조용 가스로서 건조공기를 공급하는 공정인 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
삭제
청구항 11에 있어서,

축방향 길이 1m당 기포의 수가 5 이하인 것을 특징으로 하는 광섬유 모재.
청구항 1에 기재된 제조방법으로 제조된 광섬유 모재를 인출한 광섬유.
청구항 13에 있어서,

파장 1385nm대의 손실값이, 파장 1310nm대의 손실값 이하인 것을 특징으로 하는 광섬유.