KR100973370B1 - 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및광파이버 - Google Patents
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Abstract
복잡한 구성의 광파이버를 고밀도로 제조할 수 있는 광파이버 모재(母材)의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버를 제공한다.
본 발명은 중앙에 굴절률이 극대값 Nc인 중심 코어부를 갖고, 해당 중심 코어부의 외측에 적어도 굴절률이 극소값 Nd인 함몰부와, 굴절률이 극대값 Nr인 링부와, 굴절률이 극대값 No인 외부 클래드층을 갖고, 굴절률의 값이 Nc≥Nr>No>Nd의 관계인 광파이버용 모재의 제조 방법으로서, 적어도 중심 코어부를 포함하는 로드를 적어도 함몰부를 포함하는 파이프내에 삽입하고, 일체화하여 유리 로드를 제조하는 유리 로드 제조 공정과, 링부를 구비한 유리 파이프를 제조하는 유리 파이프 제조 공정과, 유리 로드를 유리 파이프내에 삽입한 후에 일체화한 유리체를 제조하는 일체화 공정을 갖고 있다.
Description
본 발명은 광파이버 모재(preform)의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버에 관한 것이다.
종래, 광파이버 모재를 제작하는 방법으로서는, MCVD법(Modified Chemical Vapor Deposition Method, 내부 부착 CVD법) 및 OVD법(Outside Vapor Deposition Method, 외부 부착 CVD법)이 알려져 있다. 이들 방법은 원통 또는 원주 형상의 출발재(出發材)의 내벽 또는 외벽의 직경 방향으로 다수의 유리 미립자 퇴적층을 순차적으로 합성해 가고, 소정의 방사형 굴절률 분포(굴절률 프로파일이라고도 함)를 형성하여, 드로잉(drawing)용 유리 모재를 제작하고 있다. 여기서, 광파이버 모재란, 광파이버와 마찬가지의 굴절률 분포를 갖는 유리체(vitreous body)로서, VAD법이나 OVD법, 로드인 콜랩스법(rod-in collapse method) 등에 의해 외부 클래드층을 더 마련해도 무방하다.
그러나, 분산 보상 파이버, 분산 시프트 파이버, 또는 분산 플래트 분산 시트프 파이버(dispersion flatted dispersion shifted fiber)와 같이 굴절률 분포의 극대점, 극소점을 복수개 가지는 복잡한 굴절률 분포 구조의 광파이버용의 모재를 제조하기 위해서는, 상술한 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 특성이 양호하게 되는 굴절률 분포의 허용 범위가 좁기 때문에, 우수한 수율로 제조하는 것이 곤란하다고 하는 문제점이 있다. 또한, 복잡한 분포를 갖는 광파이버용의 모재는 제조 비용이 높아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 복잡한 굴절률 분포의 광파이버를 양호한 정밀도로 제조할 수 있는 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버를 제공하는 것에 있다.
발명의 개시
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 특징에 따른 광파이버 모재의 제조 방법은, 중앙에 굴절률이 극대값 Nc인 중심 코어부를 갖고, 해당 중심 코어부의 외측에 적어도 굴절률이 극소값 Nd인 함몰부(depressed portion)와, 굴절률이 극대값 Nr인 링부와, 굴절률이 극대값 No인 외부 클래드층을 갖고, 굴절률의 값이 Nc≥Nr>No>Nd의 관계인 광파이버용 모재의 제조 방법으로서, 적어도 상기 중심 코어부를 포함하는 코어 로드를 적어도 상기 함몰부를 포함하는 함몰 파이프내에 삽입하고, 일체화하여 유리 로드를 제조하는 유리 로드 제조 공정과, 상기 링부를 구비한 유리 파이프를 제조하는 유리 파이프 제조 공정과, 상기 유리 로드를 상기 유리 파이프내에 삽입한 후에 일체화한 유리체를 제조하는 일체화 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
여기서, 이 광파이버 모재의 제조 방법으로 제조하는 광파이버 모재로서는 분산 시프트 파이버, 분산 플래트 시프트 파이버, 분산 보상 파이버 등의 복잡한 굴절률 분포를 가지는 광파이버를 제조하기 위한 것을 들 수 있다. 이러한 고기능성 파이버에서는 중심 코어부의 직경이나 각 부분의 반경비나 비굴절률차 등이 변동하면, 광파이버의 특성이 크게 변동해 버린다.
상기와 같이 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 먼저 굴절률 분포가 기지인 중심 코어부 및 함몰부를 포함하는 유리 로드를 제조하고, 또한, 링부를 구비한 유리 파이프를 제조해 두고, 링부를 갖는 유리 파이프내에 코어와 함몰부를 갖는 유리 로드를 삽입하여 로드 인 콜랩스(rod-in-collapse)에 의해 일체화하기 때문에, 양호한 정밀도로 광파이버 모재를 제조할 수 있다.
상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법은, 상기 유리 로드의 방사형 및 수직 굴절률 분포를 측정하는 공정과, 상기 측정 공정의 측정 결과에 근거하여 상기 중심 코어부의 외경과 그 외측의 굴절률 분포 파라미터를 설정하는 설정 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 상기 유리 로드가, 상기 중심 코어부의 타원율이 0.4% 이하, 일체화 계면에 발생한 기포수가 유리 로드 길이 방향 10㎜당 1개 이하로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 제조한 광파이버 모재에 기포가 많으면, 광파이버를 제조할 때에 코어부가 변형되거나, 광파이버가 단선(斷線)하거나 하는 경우가 있다. 또한, 중심 코어부의 타원율이 0.4%를 초과하면 모재의 코어 타원율이 1.5% 이상으로 되어, 광파이버화했을 때의 PMD(편파 모드 분산)이 열화하게 된다.
이렇게 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 유리 로드 C의 중심 코어부의 타원율 및 일체화 계면에서의 기포의 수를 억제하여 제조하는 것에 의해, 광파이버화 했을 때에 소정의 특성을 확보할 수 있는 광파이버 모재를 제조할 수 있게 된다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 상기 설정 공정은, 상기 측정 공정의 측정 결과를 이용하여 상기 중심 코어부의 외경과 상기 함몰부의 외경의 비 Ra와, 상기 함몰부의 외경과 상기 링부의 외경의 비 Rb, 상기 외부 클래드층에 대한 상기 링부의 비굴절률차 Δr을 설정함으로써 수행되는 것이 바람직하다.
이렇게 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 중심 코어부와 함몰부를 조합한 후의 굴절률 분포를 안 후에 광파이버의 구조 설계를 하기 때문에, 광파이버화했을 때에 소망하는 특성을 얻을 수 있고, 낭비를 없애 수율을 향상할 수 있다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법에서, 상기 유리 로드 제조 공정은, 목표로 하는 함몰부의 직경보다도 큰 함몰부의 직경으로 유리 로드 중간체를 제조하는 중간 로드 제조 부속 공정과, 해당 유리 로드 중간체의 굴절률 분포 측정 결과에 근거하여 목표로 하는 상기 함몰부의 외경과 상기 중심부의 외경의 비 Ra를 결정하는 Ra 결정 부속 공정과, 상기 유리 로드 중간체의 외주면을 제거하여 상기 목표로 하는 비 Ra를 목표로 하는 값으로 조정하는 Ra 조정 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 비 Ra는 광파이버의 특성에 큰 형향을 미친다. 이렇게 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 광파이버화했을 때에 광파이버의 특성에 큰 영향을 미치는 Ra를 양호한 정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 소망하는 특성을 갖는 광파이버를 얻을 수 있다.
여기서, 대형으로 제조된 유리 로드의 중간체의 외주면을 제거하는 방법으로서는, 기계 연삭, 화하적 에칭, 및/또는 열 에칭 등이 있다. 또한, 유리 로드의 중간체를 가늘고 길게 하는 공정이나, 설정값으로 조정된 값 Ra를 갖는 유리 로드를 가늘고 길게 하는 공정을 더 갖고 있어도 무방하다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 상기 유리 파이프 제조 공정은, 출발 파이프 내축에 유리층을 부착하여 상기 출발 파이프의 내표면에 상기 링부를 형성하는 링 형성 부속 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
출발 파이프의 내표면에 링부만을 형성하는 공정에서는, 유리층이 출발 파이프 내부에 부착되는 것이 적당하다. 소망하는 굴절률이나 층 두께를 갖는 링층을 갖는 유리 파이프를 양호한 정밀로도 용이하게 또한 단시간에 제조할 수 있다.
여기서, 유리층을 출발 파이프 내부에 부착하는 방법으로서는, 예를 들면 MCVD법 및 PCVD법(플라즈마 CVD법)을 적용할 수 있다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법은, 상기 일체화 공정에서 일체화된 상기 유리체는, 상기 중심 코어부에서 1.5% 이하의 타원율을 갖고, 상기 유리체의 일체화 계면에 발생한 기포수가 유리 로드 길이 방향 10㎜ 당 1개 이하인 것을 광파이버 모재로서 채용하는 것이 바람직하다.
여기서, 일체화 계면에서 기포가 많이 포함되어 있으면, 코어가 변형하거나, 파이버화했을 때에 단선하거나 한다. 또한, 모재의 코어의 타원율이 1.5%을 초과하면, 파이버화했을 때에 PDM가 열화하거나 한다.
이렇게 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에 의하면, 모재를 외관 검사하고, 일체화 계면의 기포의 수나 코어부의 타원율이 큰 부분을 제거하는 것에 의해, 소망하는 특성을 갖는 광파이버를 제조할 수 있다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 상기 함몰부(2d)의 외경에 대한 상기 중심 코어부(2c)의 외경의 비를 Ra=2c/2d로 하고, 상기 링부(2r)의 외경에 대한 상기 함몰부(2d)의 외경의 비를 Rb=2d/2r로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 No에 대한 상기 중심 코어부의 극대 굴절율 Nc의 비굴절률차 Δc를 (Nc-No)/No ×100[%]으로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 No에 대한 상기 함몰부의 극소 굴절율 Nd의 비굴절률차 Δd를 (Nd-No)/No ×100[%]으로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 Np에 대한 상기 링부의 극대 굴절율 Nr의 비굴절률차 Δr을 (Nr-No)/No ×100[%]이고, 상기 외부 클래드층의 외경이 2o로 했을 때에, 하기의 식,
0.20≤Ra≤0.66과,
0.50≤Rb≤0.80과,
90㎛≤2o≤150㎛과,
2.5%≥Ac≥0.5%와,
-0.8%≤Δd≤-0.2%와,
1.0%≥Δr≥0.1%를 만족하고,
파장 1550㎚에서의 분산값이 +8㎰/㎞/㎚ 이하인 것이 바람직하다.
이렇게 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에 의하면, 전송 특성이 양호하고, 복잡한 구조를 가지는 분산 시프트 파이버, 분산 플래트 분산 시프트 파이버, 분산 보상 파이버 등의 광파이버를 제조할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 광파이버의 제조 방법은 적어도 상기의 공정을 포함하는 방법에 의해서 제작된 광파이버 모재에 드로잉(drawing) 공정을 실시하여 광파이버를 제작하는 것이다.
여기서, 소망으로 하는 특성은 링부(2r)의 비굴절률비나 직경에 의해서도 변화되기 때문에, 사용하는 링부의 특성을 알고 나서 광파이버로 했을 때의 코어 직경을 결정한다. 그리고, 광파이버는 상기 광파이버 모재의 제조 방법에 의해서 제조된 유리체의 외측에 외부 클래드층을 마련하고, 모재에서의 코어부의 직경과 외부 클래드층의 외경과의 비가, 가열ㆍ드로잉하여 광파이버로 했을 때의 코어 직경과 광파이버의 외경과의 비와 동등하게 되어, 외부 클래드층의 외경이 결정된다.
따라서, 이렇게 구성된 광파이버의 제조 방법에 의하면, 분산 시프트 파이버, 분산 플래트 분산 시프트 파이버, 분산 보상 파이버 등의 복잡한 구조를 가지는 광파이버를 양호한 정밀도로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광파이버는 상기의 광파이버 모재의 제조 방법 또는 상기의 광파이버의 제조 방법에 의해 제조되는 것이 바람직하다.
이렇게 구성된 광파이버에서는 분산 시프트 파이버, 분산 플래트 분산 시프트 파이버, 분산 보상 파이버 등의 복잡한 구조를 가지는 광파이버 등의 복잡한 구조를 가지는 광파이버로서 사용할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 2 특징에 따른 광파이버 모재의 제조 방법은, 중앙에 굴절률이 극대값 Nc인 중심 코어부를 갖고, 해당 중심 코어부의 외측에 적어도 굴절률이 극소값 Nd인 함몰부와, 굴절률이 극대값 Nr인 링부와, 굴절률이 극대값 No인 외부 클래드층을 갖고, 굴절률의 값이 Nc≥Nr>No>Nd의 관계인 광파이버 모재의 제조 방법으로서, 중심 코어부로 되는 유리 로드를 제조하는 유리 로드 제조 공정과, 출발 파이프에 적어도 한 종류 이상의 굴절률을 갖는 유리층을 내부 부착하여 유리 파이프를 제조하는 유리 파이프 제조 공정과, 유리 로드를 유리 파이프내에 삽입한 후에 유리 로드와 유리 파이프를 일체화한 유리체를 제조하는 일체화 공정를 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 전술한 제 1 특징에 따른 광파이버 모재 제조 방법에서, 유리 로드는 적어도 중심 코어부를 포함하는 코어 로드 및 적어도 함몰부를 갖는 함몰 파이프를 일체화하여, 중심 코어부 및 함몰부 모두를 포함하게 된다. 제 2 특징에 따른 광파이버 모재 제조 방법에서, 유리 로드는 적어도 중심 코어부가 되는 코어 로드로 제조된다.
즉, 상기 제 2 특징에 따른 광파이버 모재의 제조 방법은 앞서 설명한 본 발명의 제 1 특징에 따른 광파이버 모재의 제조 방법과 동일한 개념에 근거한 것으로서, 즉, 유리 로드(즉, 코어 유리 로드)의 굴절률 분포를 측정하고, 이 측정 결과를 다음 공정인 유리 파이프(즉, 외측 코어 유리 파이프)의 제조 조건(각 층의 두께ㆍ굴절률)으로 피드백시키는 것이다. 상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 중심 코어부로 되는 유리 로드와 유리 파이프를 별도 공정으로 작성하고, 유리 로드와 유리 파이프를 로드 인 콜랩스에 의해서 일체화하는 것에 의해서 유리체를 제조한다. 이 때, 유리 로드와 유리 파이프의 굴절률 분포를 각각 측정하고, 소망하는 굴절률 분포로 되도록 적당한 굴절률 분포를 갖는 유리 로드와 유리 파이프를 각각 선별하고, 조합하여 유리체를 제조할 수 있기 때문에, 양호한 정밀도로 광파이버 모재를 제조할 수 있다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 유리체의 외측에 파이버화했을 때에 적절한 코어 직경으로 되도록 자켓부를 형성하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 상기 유리체를 자켓 파이프에 삽입하고, 유리체와 자켓 파이프를 일체화한 직후에 드로잉하는 로드 인 드로잉 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 유리체를 일체화, 드로잉하는 공정을 집약할 수 있어 광파이버 제조 공정에서의 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, 유리체의 양단에 다음 공정에서 사용하는 더미 로드를 부착하기 위해 용접에 의해서 발생하는 유리체의 양단 부분의 가공 손실을 줄일 수 있어 유리 모재의 수율을 개선시킬 수 있다.
통상, 모재인 유리체를 MCVD법에 의해서 형성할 때에는, 미세한 굴절률 분포의 제어가 가능한 이점이 있다. 그러나, MCVD법은 통상 낮은 퇴적 속도를 가지므로 VAD/OVD/복수 버너에 의한 외부 부착법으로 작성하는 경우에 비해서, 제조에 많은 시간을 필요로 하고 있었다. 상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 정밀한 분포 제어를 요하는 링층은 별도로 MCVD봅애 의해 미세하여 형성되고, 자켓부는 VAD법, CVD법, 또는 로드 인 콜랩스법과 같은 고속 처리에 의해 형성된다. 이렇게 함으로써, 굴절률이 각각 상이한 복수의 클래드층을 갖는 유리체를 낮은 비용으로 제조할 수 있다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 출발 파이프는 불소 첨가 실리카 유리 파이프인 것이 바람직하다.
종래의 MCVD법에서는 실질적으로 순수한 실리카 파이프를 출발 파이프로 하고 있었다. 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같은 다중의 제조에 있어서는, 외부층의 불소 첨가부로부터 퇴적 속도가 느린 MCVD법으로 합성하게 된다. 본 발명에서는, 외주의 함몰부로서의 불소가 첨가된 실리카를 출발 파이프로 함으로써, 그 부분을 고속 유리 합성이 가능한 VAD/OVD/복수 버너에 의한 외부 부착법으로 합성하는 것이 가능하게 되어, 광파이버의 생산성이 비약적으로 향상한다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 출발 파이프 내부이 유리층을 부착하는 MCVD법이 실행되고, 이 때, 유리 미립자를 퇴적시키는 속도는 0.4g/min 이상인 것이 바람직하다. 또한, 이 때, 유리 미립자를 퇴적시키는 속도는 1.0g/min 이상인 것이 보다 바람직하다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, MCVD법을 실행할 때에 가열원으로서 유도로(誘導爐) 또는 고온의 플라즈마 토치(plasma torch) 또는 전기 저항로(抵抗爐)를 이용하는 것이 바람직하다. 이들 가열원은 실질적으로 수소가 없고, 가열에 의해 출발 파이프에 보다 적은 OH기가 발생한다는 장점이 있다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 유리 파이프의 내경 및 외경의 타원율이 1% 이하이고, 유리 로드의 편심률이 1% 이하인 것이 바람직하다.
상기 방법 중 적어도 한 방법에 의해서 얻어지는 광파이버는 PMD가 0.15ps/√(km)인 것이 바람직하다.
광파이버의 내경 및 외경의 타원율이 1.5%, 또는 편심률이 2%인 것으로 광파이버를 제조한 경우에는, PMD가 0.5(ps/√(km)) 이하로 된다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에 의해서 얻어지는 광파이버는 OH기에 의한 파장 1.38㎛에서의 과잉 흡수 손실이 0.2㏈/㎞ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법으로서는, VAD법 또는 OVD법 또는 복수 버너에 의한 외부 부착에 의해 실리카 미분말을 부착 합성한 후에 탈수 소결하여, 출발 파이프를 형성해서, 출발 파이프 내부의 잔류 OH기가 0.001wtppm 이하이다.
그러나, 분산 보상 파이버, 분산 시프트 파이버, 또는 분산 플래트 분산 시트프 파이버(dispersion flatted dispersion shifted fiber)와 같이 굴절률 분포의 극대점, 극소점을 복수개 가지는 복잡한 굴절률 분포 구조의 광파이버용의 모재를 제조하기 위해서는, 상술한 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 특성이 양호하게 되는 굴절률 분포의 허용 범위가 좁기 때문에, 우수한 수율로 제조하는 것이 곤란하다고 하는 문제점이 있다. 또한, 복잡한 분포를 갖는 광파이버용의 모재는 제조 비용이 높아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 복잡한 굴절률 분포의 광파이버를 양호한 정밀도로 제조할 수 있는 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버를 제공하는 것에 있다.
발명의 개시
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 특징에 따른 광파이버 모재의 제조 방법은, 중앙에 굴절률이 극대값 Nc인 중심 코어부를 갖고, 해당 중심 코어부의 외측에 적어도 굴절률이 극소값 Nd인 함몰부(depressed portion)와, 굴절률이 극대값 Nr인 링부와, 굴절률이 극대값 No인 외부 클래드층을 갖고, 굴절률의 값이 Nc≥Nr>No>Nd의 관계인 광파이버용 모재의 제조 방법으로서, 적어도 상기 중심 코어부를 포함하는 코어 로드를 적어도 상기 함몰부를 포함하는 함몰 파이프내에 삽입하고, 일체화하여 유리 로드를 제조하는 유리 로드 제조 공정과, 상기 링부를 구비한 유리 파이프를 제조하는 유리 파이프 제조 공정과, 상기 유리 로드를 상기 유리 파이프내에 삽입한 후에 일체화한 유리체를 제조하는 일체화 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
여기서, 이 광파이버 모재의 제조 방법으로 제조하는 광파이버 모재로서는 분산 시프트 파이버, 분산 플래트 시프트 파이버, 분산 보상 파이버 등의 복잡한 굴절률 분포를 가지는 광파이버를 제조하기 위한 것을 들 수 있다. 이러한 고기능성 파이버에서는 중심 코어부의 직경이나 각 부분의 반경비나 비굴절률차 등이 변동하면, 광파이버의 특성이 크게 변동해 버린다.
상기와 같이 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 먼저 굴절률 분포가 기지인 중심 코어부 및 함몰부를 포함하는 유리 로드를 제조하고, 또한, 링부를 구비한 유리 파이프를 제조해 두고, 링부를 갖는 유리 파이프내에 코어와 함몰부를 갖는 유리 로드를 삽입하여 로드 인 콜랩스(rod-in-collapse)에 의해 일체화하기 때문에, 양호한 정밀도로 광파이버 모재를 제조할 수 있다.
상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법은, 상기 유리 로드의 방사형 및 수직 굴절률 분포를 측정하는 공정과, 상기 측정 공정의 측정 결과에 근거하여 상기 중심 코어부의 외경과 그 외측의 굴절률 분포 파라미터를 설정하는 설정 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 상기 유리 로드가, 상기 중심 코어부의 타원율이 0.4% 이하, 일체화 계면에 발생한 기포수가 유리 로드 길이 방향 10㎜당 1개 이하로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 제조한 광파이버 모재에 기포가 많으면, 광파이버를 제조할 때에 코어부가 변형되거나, 광파이버가 단선(斷線)하거나 하는 경우가 있다. 또한, 중심 코어부의 타원율이 0.4%를 초과하면 모재의 코어 타원율이 1.5% 이상으로 되어, 광파이버화했을 때의 PMD(편파 모드 분산)이 열화하게 된다.
이렇게 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 유리 로드 C의 중심 코어부의 타원율 및 일체화 계면에서의 기포의 수를 억제하여 제조하는 것에 의해, 광파이버화 했을 때에 소정의 특성을 확보할 수 있는 광파이버 모재를 제조할 수 있게 된다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 상기 설정 공정은, 상기 측정 공정의 측정 결과를 이용하여 상기 중심 코어부의 외경과 상기 함몰부의 외경의 비 Ra와, 상기 함몰부의 외경과 상기 링부의 외경의 비 Rb, 상기 외부 클래드층에 대한 상기 링부의 비굴절률차 Δr을 설정함으로써 수행되는 것이 바람직하다.
이렇게 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 중심 코어부와 함몰부를 조합한 후의 굴절률 분포를 안 후에 광파이버의 구조 설계를 하기 때문에, 광파이버화했을 때에 소망하는 특성을 얻을 수 있고, 낭비를 없애 수율을 향상할 수 있다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법에서, 상기 유리 로드 제조 공정은, 목표로 하는 함몰부의 직경보다도 큰 함몰부의 직경으로 유리 로드 중간체를 제조하는 중간 로드 제조 부속 공정과, 해당 유리 로드 중간체의 굴절률 분포 측정 결과에 근거하여 목표로 하는 상기 함몰부의 외경과 상기 중심부의 외경의 비 Ra를 결정하는 Ra 결정 부속 공정과, 상기 유리 로드 중간체의 외주면을 제거하여 상기 목표로 하는 비 Ra를 목표로 하는 값으로 조정하는 Ra 조정 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 비 Ra는 광파이버의 특성에 큰 형향을 미친다. 이렇게 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 광파이버화했을 때에 광파이버의 특성에 큰 영향을 미치는 Ra를 양호한 정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 소망하는 특성을 갖는 광파이버를 얻을 수 있다.
여기서, 대형으로 제조된 유리 로드의 중간체의 외주면을 제거하는 방법으로서는, 기계 연삭, 화하적 에칭, 및/또는 열 에칭 등이 있다. 또한, 유리 로드의 중간체를 가늘고 길게 하는 공정이나, 설정값으로 조정된 값 Ra를 갖는 유리 로드를 가늘고 길게 하는 공정을 더 갖고 있어도 무방하다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 상기 유리 파이프 제조 공정은, 출발 파이프 내축에 유리층을 부착하여 상기 출발 파이프의 내표면에 상기 링부를 형성하는 링 형성 부속 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
출발 파이프의 내표면에 링부만을 형성하는 공정에서는, 유리층이 출발 파이프 내부에 부착되는 것이 적당하다. 소망하는 굴절률이나 층 두께를 갖는 링층을 갖는 유리 파이프를 양호한 정밀로도 용이하게 또한 단시간에 제조할 수 있다.
여기서, 유리층을 출발 파이프 내부에 부착하는 방법으로서는, 예를 들면 MCVD법 및 PCVD법(플라즈마 CVD법)을 적용할 수 있다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법은, 상기 일체화 공정에서 일체화된 상기 유리체는, 상기 중심 코어부에서 1.5% 이하의 타원율을 갖고, 상기 유리체의 일체화 계면에 발생한 기포수가 유리 로드 길이 방향 10㎜ 당 1개 이하인 것을 광파이버 모재로서 채용하는 것이 바람직하다.
여기서, 일체화 계면에서 기포가 많이 포함되어 있으면, 코어가 변형하거나, 파이버화했을 때에 단선하거나 한다. 또한, 모재의 코어의 타원율이 1.5%을 초과하면, 파이버화했을 때에 PDM가 열화하거나 한다.
이렇게 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에 의하면, 모재를 외관 검사하고, 일체화 계면의 기포의 수나 코어부의 타원율이 큰 부분을 제거하는 것에 의해, 소망하는 특성을 갖는 광파이버를 제조할 수 있다.
또한, 상기의 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 상기 함몰부(2d)의 외경에 대한 상기 중심 코어부(2c)의 외경의 비를 Ra=2c/2d로 하고, 상기 링부(2r)의 외경에 대한 상기 함몰부(2d)의 외경의 비를 Rb=2d/2r로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 No에 대한 상기 중심 코어부의 극대 굴절율 Nc의 비굴절률차 Δc를 (Nc-No)/No ×100[%]으로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 No에 대한 상기 함몰부의 극소 굴절율 Nd의 비굴절률차 Δd를 (Nd-No)/No ×100[%]으로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 Np에 대한 상기 링부의 극대 굴절율 Nr의 비굴절률차 Δr을 (Nr-No)/No ×100[%]이고, 상기 외부 클래드층의 외경이 2o로 했을 때에, 하기의 식,
0.20≤Ra≤0.66과,
0.50≤Rb≤0.80과,
90㎛≤2o≤150㎛과,
2.5%≥Ac≥0.5%와,
-0.8%≤Δd≤-0.2%와,
1.0%≥Δr≥0.1%를 만족하고,
파장 1550㎚에서의 분산값이 +8㎰/㎞/㎚ 이하인 것이 바람직하다.
이렇게 구성된 광파이버 모재의 제조 방법에 의하면, 전송 특성이 양호하고, 복잡한 구조를 가지는 분산 시프트 파이버, 분산 플래트 분산 시프트 파이버, 분산 보상 파이버 등의 광파이버를 제조할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 광파이버의 제조 방법은 적어도 상기의 공정을 포함하는 방법에 의해서 제작된 광파이버 모재에 드로잉(drawing) 공정을 실시하여 광파이버를 제작하는 것이다.
여기서, 소망으로 하는 특성은 링부(2r)의 비굴절률비나 직경에 의해서도 변화되기 때문에, 사용하는 링부의 특성을 알고 나서 광파이버로 했을 때의 코어 직경을 결정한다. 그리고, 광파이버는 상기 광파이버 모재의 제조 방법에 의해서 제조된 유리체의 외측에 외부 클래드층을 마련하고, 모재에서의 코어부의 직경과 외부 클래드층의 외경과의 비가, 가열ㆍ드로잉하여 광파이버로 했을 때의 코어 직경과 광파이버의 외경과의 비와 동등하게 되어, 외부 클래드층의 외경이 결정된다.
따라서, 이렇게 구성된 광파이버의 제조 방법에 의하면, 분산 시프트 파이버, 분산 플래트 분산 시프트 파이버, 분산 보상 파이버 등의 복잡한 구조를 가지는 광파이버를 양호한 정밀도로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광파이버는 상기의 광파이버 모재의 제조 방법 또는 상기의 광파이버의 제조 방법에 의해 제조되는 것이 바람직하다.
이렇게 구성된 광파이버에서는 분산 시프트 파이버, 분산 플래트 분산 시프트 파이버, 분산 보상 파이버 등의 복잡한 구조를 가지는 광파이버 등의 복잡한 구조를 가지는 광파이버로서 사용할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 2 특징에 따른 광파이버 모재의 제조 방법은, 중앙에 굴절률이 극대값 Nc인 중심 코어부를 갖고, 해당 중심 코어부의 외측에 적어도 굴절률이 극소값 Nd인 함몰부와, 굴절률이 극대값 Nr인 링부와, 굴절률이 극대값 No인 외부 클래드층을 갖고, 굴절률의 값이 Nc≥Nr>No>Nd의 관계인 광파이버 모재의 제조 방법으로서, 중심 코어부로 되는 유리 로드를 제조하는 유리 로드 제조 공정과, 출발 파이프에 적어도 한 종류 이상의 굴절률을 갖는 유리층을 내부 부착하여 유리 파이프를 제조하는 유리 파이프 제조 공정과, 유리 로드를 유리 파이프내에 삽입한 후에 유리 로드와 유리 파이프를 일체화한 유리체를 제조하는 일체화 공정를 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 전술한 제 1 특징에 따른 광파이버 모재 제조 방법에서, 유리 로드는 적어도 중심 코어부를 포함하는 코어 로드 및 적어도 함몰부를 갖는 함몰 파이프를 일체화하여, 중심 코어부 및 함몰부 모두를 포함하게 된다. 제 2 특징에 따른 광파이버 모재 제조 방법에서, 유리 로드는 적어도 중심 코어부가 되는 코어 로드로 제조된다.
즉, 상기 제 2 특징에 따른 광파이버 모재의 제조 방법은 앞서 설명한 본 발명의 제 1 특징에 따른 광파이버 모재의 제조 방법과 동일한 개념에 근거한 것으로서, 즉, 유리 로드(즉, 코어 유리 로드)의 굴절률 분포를 측정하고, 이 측정 결과를 다음 공정인 유리 파이프(즉, 외측 코어 유리 파이프)의 제조 조건(각 층의 두께ㆍ굴절률)으로 피드백시키는 것이다. 상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 중심 코어부로 되는 유리 로드와 유리 파이프를 별도 공정으로 작성하고, 유리 로드와 유리 파이프를 로드 인 콜랩스에 의해서 일체화하는 것에 의해서 유리체를 제조한다. 이 때, 유리 로드와 유리 파이프의 굴절률 분포를 각각 측정하고, 소망하는 굴절률 분포로 되도록 적당한 굴절률 분포를 갖는 유리 로드와 유리 파이프를 각각 선별하고, 조합하여 유리체를 제조할 수 있기 때문에, 양호한 정밀도로 광파이버 모재를 제조할 수 있다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 유리체의 외측에 파이버화했을 때에 적절한 코어 직경으로 되도록 자켓부를 형성하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 상기 유리체를 자켓 파이프에 삽입하고, 유리체와 자켓 파이프를 일체화한 직후에 드로잉하는 로드 인 드로잉 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 유리체를 일체화, 드로잉하는 공정을 집약할 수 있어 광파이버 제조 공정에서의 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, 유리체의 양단에 다음 공정에서 사용하는 더미 로드를 부착하기 위해 용접에 의해서 발생하는 유리체의 양단 부분의 가공 손실을 줄일 수 있어 유리 모재의 수율을 개선시킬 수 있다.
통상, 모재인 유리체를 MCVD법에 의해서 형성할 때에는, 미세한 굴절률 분포의 제어가 가능한 이점이 있다. 그러나, MCVD법은 통상 낮은 퇴적 속도를 가지므로 VAD/OVD/복수 버너에 의한 외부 부착법으로 작성하는 경우에 비해서, 제조에 많은 시간을 필요로 하고 있었다. 상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 정밀한 분포 제어를 요하는 링층은 별도로 MCVD봅애 의해 미세하여 형성되고, 자켓부는 VAD법, CVD법, 또는 로드 인 콜랩스법과 같은 고속 처리에 의해 형성된다. 이렇게 함으로써, 굴절률이 각각 상이한 복수의 클래드층을 갖는 유리체를 낮은 비용으로 제조할 수 있다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 출발 파이프는 불소 첨가 실리카 유리 파이프인 것이 바람직하다.
종래의 MCVD법에서는 실질적으로 순수한 실리카 파이프를 출발 파이프로 하고 있었다. 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같은 다중의 제조에 있어서는, 외부층의 불소 첨가부로부터 퇴적 속도가 느린 MCVD법으로 합성하게 된다. 본 발명에서는, 외주의 함몰부로서의 불소가 첨가된 실리카를 출발 파이프로 함으로써, 그 부분을 고속 유리 합성이 가능한 VAD/OVD/복수 버너에 의한 외부 부착법으로 합성하는 것이 가능하게 되어, 광파이버의 생산성이 비약적으로 향상한다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 출발 파이프 내부이 유리층을 부착하는 MCVD법이 실행되고, 이 때, 유리 미립자를 퇴적시키는 속도는 0.4g/min 이상인 것이 바람직하다. 또한, 이 때, 유리 미립자를 퇴적시키는 속도는 1.0g/min 이상인 것이 보다 바람직하다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, MCVD법을 실행할 때에 가열원으로서 유도로(誘導爐) 또는 고온의 플라즈마 토치(plasma torch) 또는 전기 저항로(抵抗爐)를 이용하는 것이 바람직하다. 이들 가열원은 실질적으로 수소가 없고, 가열에 의해 출발 파이프에 보다 적은 OH기가 발생한다는 장점이 있다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에서, 유리 파이프의 내경 및 외경의 타원율이 1% 이하이고, 유리 로드의 편심률이 1% 이하인 것이 바람직하다.
상기 방법 중 적어도 한 방법에 의해서 얻어지는 광파이버는 PMD가 0.15ps/√(km)인 것이 바람직하다.
광파이버의 내경 및 외경의 타원율이 1.5%, 또는 편심률이 2%인 것으로 광파이버를 제조한 경우에는, PMD가 0.5(ps/√(km)) 이하로 된다.
상기 광파이버 모재의 제조 방법에 의해서 얻어지는 광파이버는 OH기에 의한 파장 1.38㎛에서의 과잉 흡수 손실이 0.2㏈/㎞ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법으로서는, VAD법 또는 OVD법 또는 복수 버너에 의한 외부 부착에 의해 실리카 미분말을 부착 합성한 후에 탈수 소결하여, 출발 파이프를 형성해서, 출발 파이프 내부의 잔류 OH기가 0.001wtppm 이하이다.
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도 1은 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법으로 제조되는 광파이버 모재 또는 광파이버를 나타내는 단면도,
도 2는 광파이버 모재 또는 광파이버에서의 각 부의 직경 및 비굴절률차를 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법의 순서를 나타내는 흐름도,
도 4는 유리 로드를 유리 파이프에 삽입하고, 일체화하여 유리체를 제조하는 공정의 설명도,
도 5는 코어 로드를 함몰 파이프에 삽입하고, 일체화하여 유리 로드를 제조하는 공정의 설명도,
도 6은 유리 로드의 일체화 계면에 존재하는 기포의 측정을 설명하는 도면,
도 7은 유리 로드의 중심 코어부의 타원율과 광파이버 모재의 타원율과의 관계를 나타내는 그래프,
도 8은 비 Ra를 설정값으로 조정하고 유리 로드를 유치체로 일체화하는 순서의 설명도,
도 9는 출발 파이프의 내면에 링부를 형성하는 상태를 나타내는 설명도,
도 10은 광파이버 모재의 중심 코어부의 타원율과 광파이버의 PMD와의 관계를 나타내는 그래프,
도 11(a)는 본 발명에 의해서 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면, 도 11(b)는 MCVD법, 또는 PCVD법에 의해 중심 코어부, 함몰부, 링부를 일괄적으로 합성하여 얻어진 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 12는 실시예 2의 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 13(a)는 실시예 2에서의 유리 파이프의 제조 공정을 설명하는 도면, 도 13(b)는 실시예 2에서의 유리 로드의 제조 공정을 설명하는 도면,
도 14는 실시예 2에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 흐름도,
도 15는 실시예 2에 따른 광파이버 모재를 나타내는 단면도,
도 16은 자켓 파이프에 유리체를 삽입하고 광파이버에 드로잉하는 공정을 나타내는 설명도,
도 17은 피어싱법에 의해서 파이프를 제조하는 공정을 설명하는 도면,
도 18(a)는 실시예 3에서의 유리 파이프 제조 공정을 설명하는 도면, 도 18(b)는 실시예 3에서의 유리 로드 제조 공정을 설명하는 도면,
도 19는 실시예 3에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 흐름도,
도 20은 실시예 1에 의해서 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 21은 실시예 2에 의해서 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 22는 실시예 2의 변형예에 의해서 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 23은 파이프의 편육(偏肉), 유리 로드의 중심 코어부에 대한 PMD의 관계를 나타내는 그래프,
도 24는 MCVD법에 사용된 출발 파이프의 벽두께와 파장 무의존 손실 성분과의 관계를 나타내는 그래프,
도 25는 천이 금속 Fe의 흡수 스펙트럼의 파장에 대한 전송 손실의 관계의 일례를 나타내는 그래프,
도 26은 가열 방법에 대한 유리 로드의 중심 코어부의 타원율 및 일체화에 사용된 가열원의 관계를 나타내는 그래프,
도 27은 SF6 및 Cl2의 전가스 유량에 대한 이슬점 및 OH기 농도의 관계를 나타내는 그래프,
도 28은 광파이버 모재의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 29는 광파이버 모재의 굴절률 분포를 나타내는 도면이다.
또한, 도면내의 부호, 10은 중심 코어부, 11은 함몰부, 12는 링부, 13은 외부 클래드층, 14는 광파이버 모재, 15는 광파이버, 16은 유리 로드(코어 및 함몰부를 갖는 유리 로드), 17은 유리 파이프(링부를 갖는 유리 파이프), 20은 출발 파이프(출발재), Nc는 중심 코어부의 극대 굴절률, Nd는 함몰부의 극소 굴절률, Nr은 링부의 극대 굴절률이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버의 실시예를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법의 실시예 1을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 광파이버 모재(14)는 중심 코어부(10)와, 이 중심 코어부(10)의 직경 방향 외측에 위치하는 함몰부(11)와, 이 함몰부(11)의 직경 방향 외측에 위치하는 링부(12)와, 이 링부(12)의 직경 방향 외측에 위치하는 외부 클래드층(13)을 갖고 있다. 또한, 광파이버 모재를 이용하여 제작되는 광파이버(15)의 단면도도 도 1과 마찬가지로 된다.
중심 코어부(10)와 함몰부(11)는 콜랩스에 의해서 일체의 유리 로드(16)로서 형성된다. 또한, 링부(12)는 출발 파이프(13) 내측면에 CVD법에 의해서 유리 파이프(17)의 일부로서 형성된다. 즉, 본 발명에 따른 광파이버 모재는 중심 코어부(10)와, 함몰부(11)와, 링부(12)가 각각 별도로 제작되어 조합된 것이다. 중심 코어부(10)와, 함몰부(11)와, 링부(12)를 조합하는 절차는 후술한다.
본 발명에서는 중심 코어부(10)의 극대 굴절률을 Nc로 하고, 함몰부(11)의 극소 굴절률을 Nd로 하고, 링부(12)의 극대 굴절률을 Nr로 하고, 외부 클래드층(13)의 극대 굴절률을 No로 하고 있다. 또한, 각 굴절은 Nc≥Nr>No>Nd의 관계에 있다. 즉, 본 발명은 분산 시프트 파이버, 분산 플래트 분산 시프트 파이버, 분산 보상 파이버 등의 복잡한 구조를 가지는 광파이버를 대상으로 하고 있다.
도 2는 도 1의 광파이버 모재(또는, 광파이버(15))의 굴절률 분포를 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 굴절률 분포에서, 10n이 중심 코어부의 영역, 11n이 함몰부의 영역, 12n이 링부의 영역, 13n이 외부 클래드층의 영역에 상당한다. 또한, 동도면의 굴절률 분포에서, Nc는 중심 코어부의 극대 굴절률에 상당하고, Nd는 함몰부의 극소 굴절률에 상당하고, Nr은 링부의 극대 굴절률에 상당하고, No는 외부 클래드층의 극대 굴절률에 상당한다.
또한, 도2에서 2c가 중심 코어부의 외경을, 2d가 함몰부의 외경을, 2r이 링부의 외경을, 2o가 외부 클래드층의 외경을 나타내고 있다. 또한, 외부 클래드층의 굴절률을 기준으로서 중심 코어부의 비굴절률차 Δc와, 함몰부의 비굴절률차 Δd와, 링부의 비굴절률차 Δr로서 각각 나타내고 있다. 본 실시예의 광파이버 모재에서는, Δc가 0.8~2.5%로, Δd를 -0.2~-0.8%로, Δr을 0.1~1.0%로 되도록 설정된다.
다음에, 도 3(a) 내지 3(c)는 도 1에 나타내는 광파이버 모재(14)의 중심 코어부(10)와 함몰부(11)와 외부 클래드층(13)의 내측면에 형성된 링부(12)를 조합하는 절차를 나타내고 있다. 도 3(a)는 함몰부와 중심 코어부를 갖는 유리 로드를 나타내고 있다. 여기서, (30)은 중심 코어부에 상당하는 영역의 범위를 나타내고, 31은 함몰부에 상당하는 영역의 범위를 나타내고 있다. 유리 로드는 도 3(a)에 나타내는 범위(36)의 굴절률 분포를 갖도록 제작된다.
도 3(b)는 외부 클래드층의 내주면에 MCVD법 또는 PCVD법 등에 의해서 형성된 링부를 포함하는 유리 파이프를 나타내고 있다. 도 3(b)에서, 32는 링부(12)(도 1 참조)에 상당하는 영역의 범위를 나타내고, 33은 외부 클래드층(13)(도 1 참조)에 상당하는 영역의 범위를 나타내고 있다. 유리 파이프는, 외부 클래드층과 링부를 조합함으로써, 도 3(b)에 나타내는 범위(37)의 굴절률 분포를 갖도록 제작된다.
도 3(c)는 도 3(a)에 나타내는 굴절률 분포를 갖는 유리 로드와, 도 3(b)에 나타내는 굴절률 분포를 갖는 유리 파이프를 콜랩스하여, 일체의 유리체로 했을 때의 유리체의 굴절률 분포를 나타내고 있다. 즉, 범위(38)에서 나타내는 유리체의 굴절률 분포는 도 3(a)의 범위(36)에 나타내는 유리 로드의 굴절률 분포와, 도 3(b)의 범위(37)에 나타내는 유리 파이프의 굴절률 분포를 조합한 형상을 갖고 있다.
또한, 본 발명에서 중심 코어부, 함몰부, 링부는 각각 별도의 공정으로 제작하여 조합할 수 있다. 예를 들면, 유리 로드를 구성하는 중심 코어부와 함몰부는 후술하는 바와 같이 별도로 제작되는 구성으로 할 수 있다.
도 4를 참조하면서 제조 공정의 흐름에 따라서 보다 상세하게 설명한다.
제조 공정의 개시(단계 SS) 후, 유리 로드를 제작하는 유리 로드 제조 공정으로 진행한다. 유리 로드 제조 공정의 순서를 도 5에 나타낸다. 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 유리 로드를 제조할 때에, 굴절률 분포(10n)를 구성하는 중심 코어부로 되는 코어를, 굴절률 분포(11n)를 구성하는 함몰부로 되는 함몰부 파이프에 삽입한다(단계 S1). 그리고, 코어와 함몰 파이프를 로드 인 콜랩스하여 일체의 유리 로드를 제조한다(단계 S2). 이 유리 로드의 굴절률 분포는 굴절률 분포(10n)와 굴절률 분포(11n)가 조합됨으로써, 굴절률 분포(16n)의 형상을 갖고 있다.
상술한 유리 로드 제조 공정시에, 굴절률 분포가 기지의 코어 로드 및 함몰 파이프를 이용하는 것에 의해, 소망으로 하는 유리 로드(16)(도 1 참조)를 확실하게 얻을 수 있다. 환언하면, 이미 측정되어 알려진 굴절률 분포를 각각 갖는 코어와 함몰 파이프가 목적으로 하는 광파이버의 특성에 따라서 적절하게 선택되어 조합된다.
도 4에 나타내는 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 유리 로드 제조 공정에서 제조된 유리 로드에, 구조 검사로서 외관 검사 및 코어 타원율 측정을 실행하고(단계 S3), 일체화 계면에 존재하는 유리 로드의 길이 방향에서의 기포의 수가 소정수(여기서는, 10㎜당 1개)보다 많이 발생하고, 또는, 중심 코어부로 되는 영역의 타원율이 소정값(여기서는, 0.4%)보다 큰 것에 대해서는(단계 S4), 다음 공정에서 결함이 발생하므로 유리 로드가 부합체로서 사용되지 않는다(단계 S5).
도 6은 유리 로드의 일체화 시에 계면에 발생한 기포의 수를 측정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 유리 로드(60G)에서 60c는 중심 코어부로 되는 영역을 나타내고, 60d는 함몰부로 되는 영역을 나타내고 있다. 한쪽 방향으로부터 할로겐 램프 등의 광원 L을 사용하여 유리 로드(60G)를 조사하고, 그 때, 영역(60c)과 영역(60d)으로 되는 계면에 존재하는 기포(B)의 수를 시각적으로 측정한다. 그리고, 유리 로드(60G)의 길이 방향의 10㎜당 1개 이상의 기포(B)가 존재하는 경우, 그 기포(B)가 존재하는 영역(D)을 폐기된다.
도 7은 유리 로드의 중심 코어부의 타원율(%)에 대한 광파이버 모재의 중심 코어부의 타원율(%)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 타원율이 0.4%를 초과하는 유리 로드의 중심 코어부는 다음 공정에서 타원율이 1.5%를 초과하는 중심 코어부의 광파이버 모재로 될 가능성이 매우 높다. 이 때문에, 상기 공정과 같이, 중심 코어부의 타원율이 0.4% 이하의 유리 로드만을 부합체로서 이용함으로써, PMD가 양호한 광파이버를 효율적으로 제조할 수 있다.
여기서, 타원율은 단면의 외주 형상을 타원 근사화했을 때에, 최대 직경 Rmax와 최소 직경 Rmin으로부터 타원율=(Rmax-Rmin)/Rmax ×100(%)으로 나타내어지는 식에 의해서 구해진다.
즉, 타원율이 높으면 파이버화한 후의 PMD가 높아져, 전송 신호의 품질이 열화한다. 또한, 기포가 콜랩스되는 계면에 많이 포함되면, 드로잉 공정 등의 다음 가열 공정에서 기포가 팽창하여 중심 코어부를 막아 신호광의 전송 손실이 높아지거나, 또는 도파하지 않거나 한다. 또한, 광파이버에서 기포가 많이 존재하는 개소에서는 기계적 강도도 저하한다.
또한, 도 4에 나타내는 본 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 유리 로드 제조 공정에서 제조된 유리 로드의 굴절률 분포를 측정한다(단계 S6). 이 측정에 의해 명백해진 중심 코어부와 함몰부의 굴절률 분포를 이용하여 설계를 실행하고, 파이버화해했을 때에 소망하는 특성을 얻기 위해서는, 중심 코어부의 직경(2c A로 함)과 함몰부의 직경(2d B로 함)의 비 Ra(여기서, Ra=2c/2d로 함)나, 함몰부 외측(링부측)에 마련해야 할 굴절률 분포를 설정한다(단계 S7).
이와 같이, 광파이버 제조 공정에서의 중간 단계에서 얻어진 굴절률 분포에 근거하여 광파이버의 구조 설계를 실행하기 때문에, 최초에 구조 설계를 하고, 이 설계에 근거하여 일괄적으로 제조하는 경우보다도 양호한 정밀도로 소망하는 광파이버 모재의 제조를 실행할 수 있다.
도 8은 비 Ra에 근거하여 유리 로드를 설정하고, 유리 파이프에 콜랩스ㆍ일체화하는 순서를 나타내고 있다. 도 8의 굴절률 분포에 나타내는 바와 같이, 굴절률 분포(10n)를 구성하는 중심 코어부에 굴절률 분포(11n)를 구성하는 함몰부가 일체화되어 있어, 함몰부 직경이 B'인 유리 로드의 중간체(본 도면에서 굴절률 분포(16n')를 구성하는 부분)가 제조된다. 이 때, 직경 B'는 B보다도 큰 것으로 한다. 즉, 유리 로드의 중간체(16n')는 얻고자하는 유리 로드(굴절률 분포(16n)를 구성하는 부분)보다도 중심 코어부의 직경과 함몰부의 직경의 비(2c/2d')가 작아지도록 설정되어 있다. 그리고, 함몰부의 외경은 굴절률 분포(17n)로 나타내어지는 유리 파이프에 따라서, 도면내 (19n)으로 나타내어지는 불필요 부분(굴절률 분포(11n)의 모재 직경 방향 외측의 연장선 부분)을 제거하는 것에 의해서 조정된다. 환언하면, 유리 로드의 중간체(16n')는 굴절률 분포의 측정 결과에 근거하여 목표로 하는 비 Ra(2c/2d)을 결정하고, 이 비 Ra을 얻도록 그 외주면을 제거하는 것에 의해서 조정된다.
불필요 부분(19)의 제거 방법으로서는, 1) 불필요 부분(19n)을 전부 제거하는 방법, 2) 일부를 제거한 후에 연장을 실행하여 더 제거하는 방법, 3) 연장을 실행하고, 그 후 제거하는 방법 등이 고려된다. 본 발명에서는, 어느 하나의 제거 방법을 이용해도 무방하다. 또한, 제거 수단으로서는 기계에 의한 연삭이나 HF 용액 등을 이용한 에칭 등이 고려된다.
한편, 유리 파이프 제조 공정에서, 소망하는 유리 파이프(17)(도 1 참조)를 얻기 위해서는, 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이, MCVD법이나 PCVD법 등의 CVD법을 이용한다. MCVD법에 대해, 출발 파이프(20)의 내측에 원료 가스(SiCl4, GeCl4, 산소)나 헬륨 등을 도입하는 한편, 출발 파이프의 외측을 가열원(22) 등을 이용하여 가열하고, 유리 미립자(분진)(21)를 퇴적시켜 링부(12)를 형성한다(단계 S8). 이에 의해, 설계에서 구해진 굴절률 및 두께의 링부(12)를 갖는 유리 파이프(17)를 양호한 정밀도로 또한 단시간으로 제조할 수 있다.
도 4에 나타내는 본 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 전술한 유리 로드를 유리 파이프에 삽입하고(단계 S9), 콜랩스ㆍ일체화하여(단계 S10) 제조한 유리체의 구조 검사(외관 검사 및 코어 타원율 측정)를 실행하고(단계 S11), 콜랩스에서의 계면에 발생한 기포가 소정수(여기서는, 10㎜당 1개)보다 많고, 중심 코어부로 되는 영역의 타원율이 소정값(여기서는, 1.5%)보다 큰 경우에는(단계 S12), 다음 공정에서 결함이 발생한다고 하여 사용하지 않는다(단계 S13).
도 10은 광파이버 모재의 중심 코어부의 타원율(%)에 대한 광파이버의 PMD의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 중심 코어부의 타원율이 1.5%를 초과하는 광파이버 모재는 드로잉 공정 후에 얻어지는 광파이버의 PMD가 0.15ps/√(㎞)를 초과할 가능성이 매우 높다. 일반적으로, 40Gb/s를 초과하는 고속의 광통신에는 PMD가 0.15ps/√(㎞) 이하의 광파이버가 요구되고 있다. 즉, 상기의 공정과 같이, 코어의 타원율이 1.5% 이하의 광파이버 모재만을 이용함으로써, 고속 광통신에 적용 가능하고, PMD가 양호한 갖는 광파이버를 효율적으로 제조할 수 있다.
한편, 단계 S12에서, 콜랩스에서의 계면에 기포가 소정수 이하이고, 중심 코어부로 되는 영역의 타원율이 소정값 이하인 경우에는, 단계 S14로 진행한다. 여기서, 유리체의 반사율 분포를 측정하고(단계 S14), 측정 결과에 근거하여 계산에 의해 중심 코어부의 직경을 결정한다(단계 S15). 여기서, 중심 코어부의 직경과 모재의 직경과의 비가 파이버화했을 때의 코어부의 직경과 광파이버의 외경과의 비로 일치하도록 외부 클래드층을 마련하도록 해도 된다(단계 S16).
도 4의 흐름도에는 도시되지 않지만, 상기와 같이 하여 제조된 광파이버 모재를 드로잉에 의해 파이버화하여 광파이버를 제조할 수 있다.
이상과 같이 하여 제조된 광파이버 모재(14)(도 1 참조)에서는, 함몰부(2d)의 외경에 대한 중심 코어부(2c)의 외경의 비를 Ra=2c/2d로 하고, 링부(2r)의 외경에 대한 함몰부(2d)의 외경의 비를 Rb=2d/2r로 하고, 외부 클래드층에 대한 중심 코어부의 비굴절률차 Δc를 (Nc-No)/No ×100[%]으로 하고, 외부 클래드층에 대한 함몰부의 비굴절률차 Δd를 (Nd-No)/No ×100[%]으로 하고, 외부 클래드층에 대한 링부의 비굴절률차 Δr를 (Nr-No)/No ×100[%]으로 하고, 외부 클래드층의 외경이 2o으로 했을 때에, 식 (1) 0.20≤Ra≤0.60과, (2) 0.50≤Rb≤0.80과, (3) 90㎛≤2o≤150㎛와, (4) 2.5%≥Δc≥0.8%과, (5) -0.8%≤Δd≤-0.2%와, (6) 1.0%≥Δr≥0.1%를 만족하고, 파장 1550㎚에서의 분산값이 +8ps/㎞/㎚ 이하로 되도록 하는 것이 바람직하다.
전술한 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버에 의하면, 먼저, 굴절률 분포가 기지의 중심 코어부 및 함몰부를 포함하는 유리 로드를 제조하고, 또한, 링부를 구비한 유리 파이프를 제조해 두어, 유리 파이프내에 유리 로드를 삽입하여 로드 인 콜랩스에 의해 일체화하여 유리체를 제조하기 때문에, 복잡한 구조의 광파이버 모재 및 광파이버를 양호한 정밀도로 제조할 수 있게 된다.
중심 코어부, 함몰부, 링부를 MCVD법이나 VAD법이나 OVD법을 이용하여 하나의 공정에서 동시에 일체로서 제작되는 종래의 광파이버 모재에서는, Ge, F(불소) 등의 도펀트(특히, F)를 선택적으로 각각의 부위에 첨가하는 것이 곤란하다. 그러나, 본 실시예의 광파이버 모재에서는, 중심 코어부, 함몰부, 링부가 별도로 제작되어 있기 때문에, Ge, F(불소) 등으로 각각 도핑된 다중층을 갖는 광파이버 모재가 선택적으로 용이하게 제조될 수 있다.
구체적으로는, 중심 코어부, 함몰부, 링부를 한번의 공정에서 일괄적으로 제조하는 경우, Ge와 F가 공존하는 부분이 발생한다. 이 부분에서는, 가열에 의해서 GeO2+F →GeOnFm라고 하는 유리 결함이 형성되어 전송 손실이 증대한다.
따라서, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 중심 코어부, 함몰부, 링부에는 별도로 도펀트가 첨가되기 때문에, Ge와 F가 공존하는 부분이 실질적으로 존재하지 않기 때문에, 광파이버의 전송 손실이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 광파이버 모재의 제조 방법에 의하면, 링부만이 CVD법에 의해서 제조되고 있기 때문에, CVD법 특유의 맥리(脈理)나, 중심 부분에서 딥(dip)이 링부 이외에는 형성되지 않는다. 여기서, 본 발명의 광파이버 모재(또는, 광파이버)의 제조 방법에 의해서 제작된 광파이버의 굴절률 분포를 도 11(a)에 나타낸다. 또한, 중심 코어부, 함몰부, 링부를 MCVD법에 의해 일괄적으로 합성하여 제작된 광파이버의 굴절률 분포를 도 11(b)에 나타낸다.
도 11(a)에 나타내는 굴절률 분포에서는, 링부에만 맥리를 확인할 수 있지만, 중심 코어부와 함몰부에는 맥리나 딥 등이 형성되지 않았다. 한편, 도 11(b)에 나타내는 굴절률 분포에서는 중심 코어부, 함몰부, 링부 전부에 맥리가 발견되고, 중심 코어부에는 딥이 형성되었다.
다음에, 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법의 실시예 2를 설명한다.
도 12는 본 실시예의 광파이버 모재의 굴절률 분포를 나타낸다. 도 13은 본 실시예에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 도면으로서, 도 13(a)는 유리 파이프의 제조 공정을 설명하는 도면이고, 도 13(b)는 유리 로드의 제조 공정을 설명하는 도면이다. 도 14는 본 실시예에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 흐름도이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 중심 코어부(121)의 굴절률을 Nc로 하고, 제 1 함몰부(122)의 굴절률을 Nd1로 하고, 링부(123)의 굴절률을 Nr로 하고, 제 2 함몰부(124)의 굴절률을 Nd2로 하고, 외부 클래드층(125)의 굴절률을 No로 했을 때, Nc≥Nr>No>Nd2≥Nd1의 관계가 성립한다. 여기서, 굴절률 Nd1과 Nd2는 어느 하나도 외부 클래드층(125)의 굴절률 No보다 작기 때문에, 굴절률 Nd1, Nd2는 함께 굴절률 Nd로 취할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 각 굴절률은 Nc≥Nr>No>Nd의 관계가 성립한다.
다음에, 도 13, 도 14를 참조하여, 본 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법을 설명한다. 도 13, 도 14에 나타내는 바와 같이, 먼저, 코어 로드(136)와 유리 파이프(135)를 콜랩스에 의해 일체화하여 유리 로드(132)를 제조하는 유리 로드 제조 공정을 실행한다(단계 S141). 또한, 상기 유리 로드 제조 공정과는 다른 공정으로서, 단계 S142의 유리 파이프(131)의 제조 공정을 실행한다. 유리 파이프(131)의 제조 공정에서는, 링부(123)를 형성하는 유리층(134)이 제 2 함몰부(124)를 형성하는 출발 파이프(133) 내측에 부착된다.
여기서, 유리 파이프 제조 공정은 유리 로드 제조 공정의 전후 또는 유리 로드 제조 공정중에 실행해도 된다.
모재 분석기를 사용하여 유리 로드(132)의 굴절률 분포(굴절률이 상이한 각 층의 굴절률, 막두께, 외경)를 측정하고(단계 S143), 이 측정 결과를 단계 S142에 나타내는 유리 파이프(131)의 제조 공정으로 피드백하여, 유리 파이프(131)의 설계를 실행한다. 여기서 말하는 설계란, 유리 파이프의 제조 조건(각 층의 두께ㆍ굴절률)의 계산에 의해서 결정되는 프로세스를 말한다. 유리 로드의 제조 공정 및 유리 파이프의 제조 공정 후에, 유리 로드(132)를 유리 파이프(131)에 삽입하여 일체화하여 로드 인 콜랩스에 의해서 유리체를 제조한다(단계 S144). 이렇게 하여, 유리체를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서 유리 파이프(131)의 굴절률 및 막두께를 측정하고, 이 측정 결과를 단계 S141에 나타내는 유리 로드(132)의 제조 공정으로 피드백하여 유리 로드(132)의 설계를 실행하도록 해도 된다.
또한, 소망하는 코어 직경 및 드로잉 직경의 파이버를 제작하고, 설계대로의 특성을 갖는 파이버를 제작하기 위해서는, 상기 유리체의 외주측에 복수의 버너에 의한 외부 부착법 등에 의해서 유리 미분말을 퇴적, 소결시켜, 자켓부를 형성해도 된다. 이 경우, 자켓부는 파이버의 코어 직경을 조정하기 위해서 사용된다. 자켓부에는 광파이버를 통과하는 광이 거의 새지 않기 때문에, 고속으로 유리를 합성하는 상기 프로세스를 적용해도 광전송 손실 등의 특성에는 영향을 미치지 못한다. 그 때문에, 낮은 비용으로 대형 광파이버 모재를 제조할 수 있어, 광파이버를 낮은 비용으로 제작할 수 있다.
도 15는 자켓부가 형성된 광파이버 모재의 단면도를 나타내고 있다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 광파이버 모재(150)는 얻어진 유리체(130)의 외주에 자켓부(151)를 마련한 것이다.
여기서, 유리체(130)의 외주에 자켓부(151)를 마련하는 대신에, OVD법에 의한 외부 부착법에 의해서 유리 미분말을 퇴적, 소결하고, 후술하는 피어싱 방법에 의해서 공개(孔開)함으로써 제작한 실리카 파이프를 자켓 파이프로서 준비하고, 이 자켓 파이프에 유리체를 삽입하여, 자켓 파이프와 유리체(130)를 가열 일체화하고, 그 직후에 가열함으로써 드로잉할 수 있다. 도 16은 자켓 파이프에 유리체를 삽입하여 드로잉하는 공정을 나타내는 설명도로서, 해당 공정을 도 16을 이용하여 설명한다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 유리체(130)를 원통 형상의 자켓 파이프(160)에 삽통(揷通)한 상태로 유리체(130) 및 자켓 파이프(160)를 모두 히터 등의 가열원(161), 가열로 또는 버너에 의해서 가열한다. 가열원(161)은 히터를 유리체(130) 및 자켓 파이프(160)의 외쪽에 배치될 수 있으며, 해당 히터를 따라서 유리체(130) 및 자켓 파이프(160)가 세트된다. 히터에서의 하방 단부측(도 16의 하측 부분)이 상방 단부측(도 16의 상측 부분)보다 높은 온도로 되도록 설정된다. 그 후, 유리체(130) 및 자켓 파이프(160)의 하방 단부를 가열 일체화하고, 가열 용융하여, 아래쪽으로 광파이버 F를 드로잉한다. 또한, 드로잉중에서 유리체(130) 및 자켓 파이프(160)는 도 16내의 화살표 방향으로 들여보내진다. 또한, 상기 히터는 도 16에서 저항체에 전류를 흘려 가열하는 것이지만, 그 외에도 전류를 유도체로 유도하여 유도 전류로 가열하는 유도로나, 플라즈마를 이용하는 가열원으로서도 무방하다. 또한, 가열 수단(161)으로서는, 복수의 히터를 유리체(130)의 축방향(도 16의 상하 방향)으로 나열해도 무방하다.
이와 같이, 자켓부 파이프에 유리체를 삽입하여 드로잉하는 공정을 실행함으로써, 상술한 자켓부를 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
다음에, 상기 출발 파이프 등의 파이프를 제조하는 공정을 설명한다. 이 공정에서는 이른바 피어싱법이 이용된다. 도 17은 피어싱법에 의해서 파이프를 제조하는 공정을 설명하는 도면이다.
이 공정에서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 원주 형상의 실리카 유리 로드(170)를, 이 실리카 유리 로드의 바깥쪽을 덮도록 배치된 히터 등의 가열 수단(171)의 내부에 삽입하고, 실리카 유리 로드(170) 한쪽의 단부(도 17내의 좌측 단부)를 가열 용융한다. 실리카 유리 로드는 다이스(174)에 삽통되고, 도시하지 않은 가동 수단에 의해서 도 17내의 좌측으로 들여보내진다. 그러면, 가열 용융된 단부에서의 실리카 유리 로드(170)의 축방향 단면의 중앙에 피어싱 지그(172)의 헤드부(173)가 접촉한다. 그리고, 실리카 유리 로드(170)를 들여보내고, 또한, 헤드부(173)가 실리카 유리 로드(170)의 내부로 들어가고, 실리카 유리 로드(170)의 축방향으로 피어싱 지그(172)의 헤드부(173)를 관통시킴으로써, 중공의 원통 형상의 실리카 유리 로드를 얻을 수 있다.
상기 피어싱 지그(172)는 순도가 99wt% 이상의 탄소 로드를 이용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 실리카 유리 파이프의 제조 시에 Fe, Cr, Ni 등의 금속 불순물 등이 혼입하는 것을 방지할 수 있어, 전송 대역의 손실이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
상기 파이프의 제작에 있어서는, 파이프에서의 개공의 내벽에 포함되는 유리 첨가물 이외의 불순물 농도가 1wtppm 이하로 되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 파이프에서의 개공의 내벽이란, 파이프의 벽두께에서 내주면으로부터 두께 1㎜까지의 영역을 의미한다. 또한, 상기 분순물 농도가 10wtppm 이하로 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 피어싱법의 피어싱 지그(172)나 가열 수단(171) 대신에, 도시하지 않은 드릴 등을 이용한 연삭 방법에 의해서 실리카 유리 로드에 개공을 실시해도 된다.
다음에, 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법의 실시예 3을 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시예에서, 앞서 설명한 부재 등과 동등한 구성ㆍ작용을 갖는 부재 등에 대해서는, 도면 중에 동일 부호 또는 상당 부호를 부여하는 것에 의해, 설명을 간략화 또는 생략한다. 앞서 기술한 바와 같은 제 1 및 제 2 특징의 광파이버 모재 제조 방법에 있어서, 유리 로드는 적어도 중심 코어부를 갖는 코어 로드 및 적어도 함몰부를 갖는 함몰 파이프를 일체화하여 제조되어, 중심 코어부 및 함몰부 모두를 포함하게 된다. 본 발명의 제 3 특징에 따른 광파이버 모재 제조 방법에 있어서, 유리 로드는 중심 코어부로 되는 코어 로드로 제조된다.
본 실시예의 광파이버 모재의 굴절률 분포는, 도 12에 나타내는 실시예 2와 마찬가지이다. 도 18은 본 실시예에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 도면으로서, 도 18(a)는 유리 파이프 제조 공정을 설명하는 도면이고, 도 18(b)는 유리 로드 제조 공정을 설명하는 도면이다. 도 19는 본 실시예에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 흐름도이다.
본 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법은, 중앙에 굴절률의 극대값 Nc의 중심 코어부를 갖고, 중심 코어부의 외측에 굴절률의 극소값 Nd의 함몰부를 갖고, 함몰부의 외측에 굴절률의 극대값 Nr의 링부를 갖고, 링부의 외측에 굴절률의 극대값 No의 외부 클래드층을 적어도 갖고, 굴절률의 값이 Nc≥Nr>No>Nd의 관계인 광파이버 모재의 제조 방법으로서, 중심 코어부로 되는 유리 로드를 제조하는 유리 로드 제조 공정과, 출발 파이프 내부에 유리층을 제조하는 유리 파이프 제조 공정과, 유리 로드를 유리 파이프내에 삽입한 후에 콜랩스에 의해 유리 로드 및 유리 파이프를 일체화한 유리체를 제조하는 일체화 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
다음에, 도 18, 도 19를 참조하여, 본 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법을 설명한다. 도 18, 도 19에 나타내는 바와 같이, 먼저, 유리 로드(여기서는, 코어 로드)(186)를 VAD법 등에 의해서 제조하는 유리 로드 제조 공정을 실행한다(단계 S191). 또한, 유리 로드 제조 공정과는 상이한 공정으로서, 단계 S192의 유리 파이프 제조 공정을 실행한다. 유리 파이프 제조 공정에서는, 제 2 함몰부(124)에 상당하는 출발 파이프(183)의 내측에, 유리층을 퇴적시킴으로써, 링부(123)에 상당하는 유리층(184)과, 제 1 함몰부(122)에 상당하는 유리층(185)을 형성하여, 유리 파이프(181)를 제조한다.
여기서, 유리 파이프 제조 공정은 유리 로드 제조 공정의 전후 또는 유리 로드 제조 공정중에 실행해도 된다.
모재 분석기를 이용하여 유리 로드(182)의 굴절률, 외경을 알도록 굴절률 분포를 측정하고(단계 S193), 이 측정 결과를 단계 S192에 나타내는 유리 파이프 제조 공정으로 피드백하여, 유리 파이프(181)의 설계를 실행한다.
유리 로드의 제조 공정 및 유리 파이프의 제조 공정 후에, 유리 로드(182)를 유리 파이프(181)에 삽입하고 일체화하는 것에 의해서 유리체를 제조한다(단계 S194). 이렇게 하여, 유리체를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 유리 파이프(181)의 굴절률 및 층 두께를 측정하고, 이 측정 결과를 단계 S191에 나타내는 유리 로드(182)의 제조 공정으로 피드백하여, 유리 로드(182)의 설계를 실행하도록 해도 된다.
또한, 상기 유리체의 외측에 유리 미립자를 퇴적하고, 가열, 투명화시킴으로써, 자켓부를 형성해도 된다(단계 S194). 한편, 앞서 설명한 자켓 파이프에 유리체를 삽입하여 일체화한 후에, 드로잉하는 공정을 실행함으로써, 자켓부를 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
(실시예)
도 20은 실시예 1로서 본 발명의 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법을 이용하여 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내고 있다. 본 실시예를 하기에 설명한다.
본 실시예에서, 얻어지는 광파이버는 중심 코어부의 외경이 3.4㎛로, 함몰부의 외경이 12.1㎛로, 링부의 외경이 15.7㎛로, 클래드층의 외경이 110.0㎛로 되도록 설계되었다. 또한, 얻어지는 광파이버는 외부 클래드층에 대한 중심 코어부의 비굴절률차 Δc가 1.5%로, 외부 클래드층에 대한 함몰부의 비굴절률차 Δd가 -0.5%로, 외부 클래드층에 대한 링부의 비굴절률차 Δr이 0.33%로 되도록 설정되었다.
중심 코어부로 되는, 외경 Φ6.1㎜의 GeO2를 함유하는 유리 로드 A, 즉, 코어 로드, 및 함몰부로 되는, 불소 F를 함유하는 외경이 Φ35㎜ 직경이고, 내경이 Φ6㎜ 직경인 SiO2 유리 파이프 B, 즉, 함몰 파이프를 공지의 VAD법을 이용하여 작성하였다. 중심 코어부로 되는 로드의 GeO2 농도는 피크에서 16mol%이고, 굴절률 분포의 형상은 α= 2.0 파워로 근사되는 그레이드 구조이며, 함몰부로 되는 유리 파이프의 F의 농도는 1.4wt%이다.
유리 파이프 B의 내면을 기상 에칭(vapor phase etching)에 의해서 연삭하여, 내경을 Φ8.5㎜로 조정하고, 또한, 내경을 평활화하였다. 기상 에칭은 유리 파이프 B를 1500℃ 정도로 가열하면서 파이프내에 SF6 가스를 도입하는 것에 의해 실시되었다. 이 F 첨가 실리카으로 이루어지는 유리 파이프 B에 GeO2-SiO2로 이루어지는 유리 로드 A를 삽입하고, 로드인 콜랩스법에 의해 유리 파이프 B와 일체화하여, 외경이 Φ34.0㎜ 직경인 유리 로드 C를 얻었다.
유리 로드 C는 외관 검사에 의해서 기포 등의 발생은 없고, 측정된 코어 타원율은 0.1%~0.2%로 양호하였다.
모재 분석기로 상기 유리 로드 C의 굴절률 분포를 측정하였다. 그 후, 목표로 하는 Ra, Rb 및 Δr을 설계하였다(이하, 설계 I라고 함). 그 결과, Ra=0.28, Rb=0.77, Δr=0.3%로 하면, 소망하는 특성을 갖는 광파이버를 얻을 수 있는 것이 명백해졌다.
상기 설계 I에 근거하여, 유리 로드 C를 산수소 화염에 의해, 외경이 Φ12.20㎜ 직경으로 될 때까지 연장하였다. HF 용액에 의해 더미 로드를 포함하고 외경이 8.0㎜로 될 때까지 에칭하여, Ra가 0.27로 되도록 조정하면서 표층에 부착 침투한 OH 등의 불술문을 제거하였다.
외부 클래드층의 일부로 되는, 외경이 34㎜ 직경이고, 내경이 21㎜ 지경인 염소를 10wtppm~1000wtppm 함유하는 되는 유리 파이프 D를 공지의 VAD법에 의해 작성하였다.
이 유리 파이프 D의 내면을 기상 에칭에 의해서 연삭하고, 내경을 22㎜ 직경으로 조정하고, 또한, 내면을 평활화하였다. 기상 에칭은 유리 파이프 D를 1550℃ 정도로 가열하면서 유리 파이프내에 SF6 가스를 도입하는 것에 의해 실시하였다.
설계 I에 근거하여, MCVD법을 이용하여 유리 파이프 D의 내면에 GeO2를 3.0mol% 함유시키면서 SiO2-GeO2층을 두께 0.5㎜만큼 퇴적하여, 유리 파이프 E를 제조하였다.
이 유리 파이프 E를 1800℃ 정도로 가열하고 열수축하여, 외경을 27㎜ 직경으로 하고, 외경을 10㎜ 직경으로 하였다.
유리 파이프 E내에 유리 로드C를 삽입하고, 로드인 콜랩스법에 의해 일체화화여, 외경 27㎜ 직경의 광파이버 모재의 중간체 F를 얻었다.
이 중간체 F는 외관 검사에서 기포 등의 발생은 없고, 또한, 측정된 코어 타원율은 0.3%~0.4%로 양호하였다.
모재 분석기로 이 광파이버 모재의 중간체 F의 굴절률 분포를 측정한 후, 목포로 하는 코어 직경이 3.4㎛로 되도록 설계하였다.
광파이버 모재의 중간체 F의 외주에 염소를 0.2mol% 함유하는 실리카으로 이루어진 자켓부를 합성하였다. 자켓부의 굴절률은 유리 파이프 D와 거의 동등하며, 외부 클래드층의 직경을 확대한 것이다. 중심 코어부와 외부 클래드층과의 직경의 비는 32.4배로 조정되었다.
이 광파이버 모재를 외부 클래드층의 외경이 110㎛로 되도록 기지의 드로잉 방법에 의해 드로잉하였다. 이렇게 얻어진 광파이버의 전송 특성은 하기에 나타내는 바와 같이 분산 보상 파이버로서 양호한 특성을 갖고 있었다.
(실시예 1에 의해서 얻어진 광파이버의 전송 특성)
파장 1550㎚에서의 전송 손실 0.310㏈/㎞
색 분산 -81㎰/㎞/㎚
분산 경사 -0.82㎰/㎞/㎚2
Aeff 18㎛2
컷오프 파장 1350㎚
PMD 0.02㎰/√(㎞)
다음에, 도 21을 참조하여 실시예 2를 설명한다. 도 21은 실시예 2의 방법에 의해서 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내고 있다. 본 실시예를 하기에 설명한다.
본 실시예에 의하면, 도 21에 나타내는 바와 같이, 외부 클래드층과 링부 사이에 제 2 함몰부를 개재시키는 구성으로 할 수 있다.
본 실시예에서, 색 분산 -6.3㎰/㎞/㎚로 하기 위해서 얻어지는 광파이버는, 중심 코어부의 외경이 5.5㎛로, 제 1 함몰부의 외경이 14.5㎛로, 링부의 외경이 21.3㎛로, 제 2 함몰부의 외경이 42.6㎛로, 외부 클래드층의 외경이 125.0㎛로 되도록 설정되었다. 또한, 얻어지는 광파이버는 외부 클래드층에 대한 중심 코어부의 비굴절률차 Δc가 0.55%로, 외부 클래드층에 대한 제 1 함몰부의 비굴절률차 Δd가 -0.20%로, 외부 클래드층에 대한 링부의 비굴절률차 Δr이 0.30%로, 외부 클래드층에 대한 제 2 함몰부의 비굴절률차 Δd'가 -0.20%로 되도록 설정되었다.
중심 코어부로 되는, 외경 Φ12㎜의 GeO2를 함유하는 유리 로드 A, 즉, 코어 로드, 및 함몰부로 되는, F를 함유하는 외경이 Φ45㎜ 직경이고, 내경이 Φ12㎜ 직경인 SiO2 유리 파이프 B, 즉, 함몰 파이프를 공지의 VAD법을 이용하여 작성하였다. 중심 코어부로 되는 로드의 GeO2 농도는 피크에서 5.5mol%이고, 굴절률 분포의 형상은 α= 2.0 파워로 근사되는 그레이드의 구조로서, 함몰부로 되는 파이프 B의 F 농도는 1.1wt%이다.
유리 파이프 B의 내면을 기상 에칭에 의해서 연삭하여, 내경을 Φ13.5㎜로 조정하고, 또한, 내면을 평활화하였다. 기상 에칭은 유리 파이프 B를 1550℃ 정도로 가열하면서 파이프내에 SF6 가스를 도입하는 것에 의해 실시하였다. 이 F 첨가 실리카로 이루어지는 유리 파이프 B에 GeO2-SiO2로 이루어지는 유리 로드 A를 삽입하고, 로드인 콜랩스법에 의해 일체화하여, 외경이 Φ44.0㎜ 직경의 유리 로드 C를 얻었다.
이 유리 로드 C의 굴절률 분포를 측정하고, 이 측정 결과에 근거하여 중심 코어부의 외경과, 외부의 굴절률 분포 파라미터를 설정하였다.
이 유리 로드 C에 앞서 설명한 순서(도 6 참조)에 의해서 외관 검사를 실시하면, 일체화 계면에서 기포가 유리 로드의 길이 방향 10㎜에 3개 발생한 부분이 있었다. 이 기포가 발생한 부분을 폐각하였다. 또한, 측정된 코어 타원율은 0.1%~0.2%로 양호하였다.
모재 분석기로 상기 유리 로드 C의 굴절률 분포를 측정한 후, 목표로 되는 Ra, Rb 및 Δr을 설계하였다(이하, 설계 II라고 함). 이 결과, Ra=0.38, Rb=0.68, Δr=0.30%, Δd'=-0.2%, Rc=0.50이면, 소망하는 특성의 광파이버를 얻을 수 있는 것이 설계 II에 의해 명백하게 되었다. 여기서, Δd'는 제 2 함몰부의 외부 클래드층에 대한 비굴절률차, Rc는 링의 직경 2r과 제 2 함몰부와의 직경 2d'와의 비(=2r/2d')이다. 이 설계 II에 근거하여, 기계적인 외주 연삭에 의해 유리 로드 C를 34㎜ 직경까지 연삭한 후, 플라즈마 화염에 의해 외경 15.1㎜ 직경까지 연장하였다. HF 용액에 의해 직경이 14.0㎜로 될 때까지 에칭하고, Ra가 0.38로 되도록 조정하면서 표층에 부착 침투한 OH 등의 불순물을 제거하였다.
외부 클래드층의 일부로 되는, 외경이 40㎜ 직경이고, 내경이 26㎜ 직경인 불소를 0.6wt% 함유하는 유리 파이프 D를 공지의 VAD법에 의해 작성하였다.
이 유리 파이프 D 내면을 기상 에칭에 의해서 연삭하여 내경을 28㎜ 직경으로 조정하고, 또한, 내면을 평활화하였다. 기상 에칭은 유리 파이프 D를 1550℃ 정도로 가열하면서 유리 파이프내에 SF6 가스를 도입하는 것에 의해 실시하였다. 설계 II에 근거하여, MCVD법을 이용하여 유리 파이프 D의 내면에 GeO2를 3.0mol% 포함하는 SiO2-GeO2층을 두께 2.2㎜만큼 퇴적시켜, 링부 및 제 2 함몰부를 갖는 유리 파이프 E를 얻었다. 이 유리 파이프 E를 1800℃ 정도로 가열해서 열수축하여, 외경을 35㎜ 직경으로 하고, 내경을 16㎜ 직경으로 하였다.
유리 파이프 E내에 유리 로드 C를 삽입하고, 로드인 콜랩스법에 의해 일체화하여, 외경 34㎜ 직경의 유리 로드 F를 얻었다.
광파이버 모재의 중간체 F는 외관 검사에 의해서 기포 등의 발생은 없고, 또한, 중간체 F에서의 중심 코어부의 측정된 타원율은 0.3~0.4%로 양호하였다.
모재 분석기로 이 광파이버 모재의 중간체 F의 굴절률 분포를 측정한 후, 목표로 하는 코어 직경이 5.5㎛이고, Rc=0.50이면, 소망하는 전송 특성을 갖는 광파이버가 되도록 설계하였다(이하, 설계 III라고 함).
설계 III에 근거하여, 유리 로드 F를 외경 28㎜ 직경까지 기계적으로 외주 연삭하여 Rc를 0.50으로 조정하였다. 이 외주부에 염소를 200wtppm 함유하는 실리카로 이루어지는 외부 클래드층을 합성하였다. 중심 코어부와 외부 클래드층과의 직경의 비는 22.7배로 조정되었다.
상기의 광파이버 모재를 외부 클래드층의 외경이 125㎛로 되도록 기지의 드로잉 방법에 의해 드로잉하였다. 이렇게 하여 얻어진 광파이버의 전송 특성은 하기에 나타내는 바와 같이 분산 시프트 파이버로서 설계대로의 특성을 갖고 있었다.
(실시예 2에 의해서 얻어진 광파이버의 전송 특성)
파장 1550㎚에서의 전송 손실 0.205㏈/㎞
색 분산 -6.3㎰/㎞/㎚
분산 경사 +0.011㎰/㎞/㎚2
Aeff 47㎛2
컷오프 파장 14200㎚
PMD 0.02㎰/√(㎞)
설계 II를 실시하지 않고서 파이버를 제조한 경우는, 분산값은 -9.45㎰/㎚/㎞으로 설계값으로부터 괴리하였다.
또한, 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버는, 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 적당한 변형, 개량이 가능하다.
도 22는 실시예 2의 변형예를 나타내고 있다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 제 2 함몰부와 외부 클래드층과의 중간에 제 2 링부를 갖는 굴절률 분포를 구성하는 광파이버 모재 또는 광파이버이어도 무방하다.
광파이버는 상기의 굴절률 분포에서 나타내는 구조에 한정되지 않는다. 광파이버는 적어도 중심 코어부, 함몰부, 링부를 갖고 있으면 된다.
(실시예 3)
다음에, 실시예 3을 이하에 설명한다.
본 실시예에서는 상기 실시예 1의 광파이버 모재의 제조 방법을 이용하였다.
먼저, OVD법에 의해서 퇴적한 실리카 유리 분진을 소결하여 연장함으로써, 코어 로드를 제조하였다. 이 코어 로드는 외경을 4㎜ 이상으로 하고, 전체 길이에서 외경 타원율의 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다. 굴절률 분포의 중심과 외경 중심과의 편차(편심률)의 차를 1% 이하로 하였다.
다음에, 실리카 유리 파이프를 준비하였다. 이 실리카 유리 파이프는 외경이 10㎜~200㎜로 하고, 내경이 4㎜~100㎜로 하였다. 또한, 실리카 유리 파이프의 파이프 편심률의 평균값의 전체 길이에서 평균값이 1% 이하이고, 또한, 편심률의 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다. 또한, 실리카 유리 파이프의 외경 타원율, 내경 타원율 및 실리카 유리 파이프의 전체 길이에서 타원율의 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다.
실리카 유리 파이프는 적어도 불소가 0.001wt%~10wt% 첨가되어 있는 불소 첨가 실리카 유리 파이프이다.
그리고, 상기 코어 로드와 실리카 유리 파이프를 일체화하여, 콜랩스에 의해 유리 로드를 제작하고, 모재 분석기로 굴절률 분포를 평가하였다(제 1 공정).
다음에, 유리 파이프의 출발 로드로서, 실리카 제품의 파이프를 준비하였다. 이 파이프는 OVD법에 의해서 퇴적 속도 50g/min 이상으로 유리 미립자를 퇴적시키고, 그 후에 탈수 소결하여 얻어지는 것을 특징으로 하며, 첨가물로서 적어도 염소 또는 불소가 0.001wt%~10wt% 포함되고, 외경 20㎜~150㎜이고, 그 두께를 1㎜~8㎜로 하였다. 또한, 이 파이프는 그 전체 길이에서 편육률의 평균값이 0.3% 이하이고, 파이프 편심률, 외경 타원율 및 내경 타원율을 전체 길이에서 평균값이 각각 1% 이하로 하였다. 그리고, 이 파이프의 내측에, 목표하는 분포로 되도록 유리 로드의 굴절률 분포의 평가 결과를 이용하여 계산한 굴절률 및 막두께로 되도록, 적어도 불소와 게르마늄과 인 중 적어도 하나 이상을 포함하는 유리층을 퇴적시킴으로써 유리 파이프를 제작하였다(제 2 공정).
그리고, 상기 제 1 공정에서 작성된 유리 로드와 상기 제 2 공정에서 작성된 유리 파이프를 콜랩스에 의해 일체화하여 유리체를 제작하였다(제 3 공정).
상기 제 3 공정에서 제작된 유리체의 외주에 OVD법에 의해서 유리 미립자를 퇴적 속도 50g/min 이상으로 퇴적시켜 자켓부를 형성하여, 이 자켓부를 탈수 소결하고, 이 소결체의 길이 방향에서 자켓부의 직경에 대한 유리체부 직경의 편차 비율은 1% 이하이고, 환산 길이 400㎞ 이상이고, 전체 길이에서 중심 코어부의 타원율이 1.5% 이하인 광파이버 모재(프리폼)를 제작하였다(제 4 공정).
상기 제 4 공정에서 제작된 광파이버 모재를 드로잉 속도 1000m/min 이상으로 드로잉하였다(제 5 공정).
도 23은 파이프의 편육률 및 중심 코어부의 편심률(%)에 대한 PMD(㎰/√(㎞))의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 23에 나타내는 바와 같이, 본 실시예와 같이 파이프의 편육률, 중심 코어부의 편심률 및 중심 코어부의 타원율(%)을 1% 이하로 하면, PMD를 0.15(㎰/√(㎞)) 이하로 할 수 있었다.
여기서, 파이프의 편육률이란, 파이프 벽두께의 최대값에 대한 파이프 벽두께의 최대값과 최소값과의 차의 백분율이다. 중심 코어부의 편심률이란, 중심 코어부의 중심 위치와 로드의 중심 위치와의 편차량의 백분율이다. 중심 코어부의 타원율이란, 중심 코어부의 외경의 최대값에 대한 중심 코어부의 외경의 최대값과 최소값과의 차의 백분율이다.
도 24는 MCVD법에서 사용된 파이프 벽두께(㎜)와 통신 파장 1.55㎛에서의 파장 무의존 손실 성분(B값이라고도 함, 단위는 ㏈/㎞로 함)과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 24에 나타내는 바와 같이, 파이프 벽두께를 얇게 하면, 파이프 내부에 형성되는 유리층의 경계면의 거칠기를 저감시킬 수 있어, 층구조의 불완전성에 기인하는 손실을 떨어뜨릴 수 있다. 본 실시예와 같이, 벽두께를 8㎜ 이하로 함으로써, 파장 무의존 손실 성분을 0.01㏈/㎞ 이하로 할 수 있었다.
본 실시예에 의하면, PMD가 낮은 광파이버를 얻을 수 있었다. 또한, 대형의 광파이버 모재를 고속으로 합성하여, 저비용의 광파이버용 모재를 제조할 수 있었다.
(실시예 4)
다음에, 실시예 4를 설명한다.
본 실시예에서는 상기 실시예 1의 광파이버 모재의 제조 방법을 이용하였다.
먼저, OVD법에 의해서 퇴적한 실리카 유리 분진을 소결하고 연장함으로써, 코어 로드를 제조하였다. 이 코어 로드는 외경을 4㎜ 이상으로 하고, 외경 타원율의 전체 길이에서 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다. 굴절률 분포의 중심과 외경 중심과의 편차(편심률)의 차를 1% 이하로 하였다.
다음에, 실리카 유리 파이프를 준비하였다. 이 실리카 유리 파이프는 외경이 10㎜~200㎜이며, 내경이 4㎜~100㎜로 하였다. 또한, 실리카 유리 파이프의 파이프 편육의 평균값이 1% 이하이고, 또한, 파이프 편심률의 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다. 또한, 실리카 유리 파이프의 외경 타원율, 내경 타원율 및 실리카 유리 파이프의 전체 길이에서 타원율의 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다.
실리카 유리 파이프는 적어도 불소가 0.001wt%~10wt% 첨가되어 있는 불소 첨가 실리카 유리 파이프이다.
그리고, 상기 코어 로드와 실리카 유리 파이프를 일체화하여, 로드인 콜랩스에 의해 유리 로드를 제작하고, 모재 분석기로 굴절률 프로 파일을 평가하였다(제 1 공정).
다음에, 유리 파이프의 출발 로드로서, 실리카 제품의 파이프를 준비하였다. 이 파이프는 OVD법에 의해서 퇴적 속도 50g/min 이상으로 유리 미립자를 퇴적시키고, 그 후에 탈수 소결하여 얻어지는 것을 특징으로 하며, 첨가물로서 적어도 염소 원자 또는 불소 원자가 0.001wt%~10wt% 포함되고, 외경이 20㎜~150㎜이고, 그 두께를 1㎜~8㎜로 하였다. 또한, 이 파이프는 전체 길이에서 편심률의 평균값이 1% 이하로서, 편육률의 평균값이 0.3% 이하이고, 외경 타원율 및 내경 타원율을 파이프의 전체 길이에서 평균값이 각각 1% 이하로 하였다. 그리고, 이 파이프의 내측에, 목표하는 분포로 되도록 유리 로드의 굴절률의 평가 결과를 이용하여 계산한 굴절률 및 층두께로 되도록, 적어도 불소와 게르마늄과 인 중 적어도 하나 이상을 포함하는 유리층을 퇴적시킴으로써 유리 파이프를 제작하고, 상기 제 1 공정에서 작성된 유리 로드를 상기 유리 파이프를 콜랩스하고 일체화하여 유리체를 제조하였다(제 2 공정).
다음에, 자켓 파이프로서 기능하는 실리카 유리 파이프를 준비한다. 이 실리카 유리 파이프는 외경이 10㎜~200㎜이다. 또한, 파이프의 편육률의 평균값이 1% 이하이고, 편심률의 평균값이 1% 이하이고, 외경 타원율 및 내경 타원율의 평균값이 1% 이하이다. 이 실리카 유리 파이프는 적어도 염소 원자를 0.001wt%~10wt% 포함하는 것이다. 이 실리카 유리 파이프에 본 실시예의 제 2 공정에서 얻어진 유리체를 삽입하고, 환산 길이 400㎞로 하고, 유리체와 실리카 유리 파이프를 일체화하면서 1000m/min의 드로잉 속도로 드로잉(로드인 드로잉)하였다(제 3 공정).
본 실시예에 의하면, PMD가 낮은 광파이버를 얻을 수 있었다. 또한, 외경이 큰 자켓 파이프를 준비하여, 이 자켓 파이프에 유리체를 삽입하여 로드인 드로잉하면, 유리 미립자를 유리체의 외주에 퇴적, 탈수 소결시키는 공정을 생략할 수 있기 때문에, 저비용의 파이버 제조 공정을 실현할 수 있었다.
또한, 대형 광파이버 모재를 고속으로 합성하여 저비용의 광파이버 모재를 제조할 수 있었다.
(실시예 5)
도 2는 광파이버 모재 또는 광파이버에서의 각 부의 직경 및 비굴절률차를 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법의 순서를 나타내는 흐름도,
도 4는 유리 로드를 유리 파이프에 삽입하고, 일체화하여 유리체를 제조하는 공정의 설명도,
도 5는 코어 로드를 함몰 파이프에 삽입하고, 일체화하여 유리 로드를 제조하는 공정의 설명도,
도 6은 유리 로드의 일체화 계면에 존재하는 기포의 측정을 설명하는 도면,
도 7은 유리 로드의 중심 코어부의 타원율과 광파이버 모재의 타원율과의 관계를 나타내는 그래프,
도 8은 비 Ra를 설정값으로 조정하고 유리 로드를 유치체로 일체화하는 순서의 설명도,
도 9는 출발 파이프의 내면에 링부를 형성하는 상태를 나타내는 설명도,
도 10은 광파이버 모재의 중심 코어부의 타원율과 광파이버의 PMD와의 관계를 나타내는 그래프,
도 11(a)는 본 발명에 의해서 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면, 도 11(b)는 MCVD법, 또는 PCVD법에 의해 중심 코어부, 함몰부, 링부를 일괄적으로 합성하여 얻어진 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 12는 실시예 2의 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 13(a)는 실시예 2에서의 유리 파이프의 제조 공정을 설명하는 도면, 도 13(b)는 실시예 2에서의 유리 로드의 제조 공정을 설명하는 도면,
도 14는 실시예 2에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 흐름도,
도 15는 실시예 2에 따른 광파이버 모재를 나타내는 단면도,
도 16은 자켓 파이프에 유리체를 삽입하고 광파이버에 드로잉하는 공정을 나타내는 설명도,
도 17은 피어싱법에 의해서 파이프를 제조하는 공정을 설명하는 도면,
도 18(a)는 실시예 3에서의 유리 파이프 제조 공정을 설명하는 도면, 도 18(b)는 실시예 3에서의 유리 로드 제조 공정을 설명하는 도면,
도 19는 실시예 3에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 흐름도,
도 20은 실시예 1에 의해서 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 21은 실시예 2에 의해서 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 22는 실시예 2의 변형예에 의해서 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 23은 파이프의 편육(偏肉), 유리 로드의 중심 코어부에 대한 PMD의 관계를 나타내는 그래프,
도 24는 MCVD법에 사용된 출발 파이프의 벽두께와 파장 무의존 손실 성분과의 관계를 나타내는 그래프,
도 25는 천이 금속 Fe의 흡수 스펙트럼의 파장에 대한 전송 손실의 관계의 일례를 나타내는 그래프,
도 26은 가열 방법에 대한 유리 로드의 중심 코어부의 타원율 및 일체화에 사용된 가열원의 관계를 나타내는 그래프,
도 27은 SF6 및 Cl2의 전가스 유량에 대한 이슬점 및 OH기 농도의 관계를 나타내는 그래프,
도 28은 광파이버 모재의 굴절률 분포를 나타내는 도면,
도 29는 광파이버 모재의 굴절률 분포를 나타내는 도면이다.
또한, 도면내의 부호, 10은 중심 코어부, 11은 함몰부, 12는 링부, 13은 외부 클래드층, 14는 광파이버 모재, 15는 광파이버, 16은 유리 로드(코어 및 함몰부를 갖는 유리 로드), 17은 유리 파이프(링부를 갖는 유리 파이프), 20은 출발 파이프(출발재), Nc는 중심 코어부의 극대 굴절률, Nd는 함몰부의 극소 굴절률, Nr은 링부의 극대 굴절률이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버의 실시예를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법의 실시예 1을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 광파이버 모재(14)는 중심 코어부(10)와, 이 중심 코어부(10)의 직경 방향 외측에 위치하는 함몰부(11)와, 이 함몰부(11)의 직경 방향 외측에 위치하는 링부(12)와, 이 링부(12)의 직경 방향 외측에 위치하는 외부 클래드층(13)을 갖고 있다. 또한, 광파이버 모재를 이용하여 제작되는 광파이버(15)의 단면도도 도 1과 마찬가지로 된다.
중심 코어부(10)와 함몰부(11)는 콜랩스에 의해서 일체의 유리 로드(16)로서 형성된다. 또한, 링부(12)는 출발 파이프(13) 내측면에 CVD법에 의해서 유리 파이프(17)의 일부로서 형성된다. 즉, 본 발명에 따른 광파이버 모재는 중심 코어부(10)와, 함몰부(11)와, 링부(12)가 각각 별도로 제작되어 조합된 것이다. 중심 코어부(10)와, 함몰부(11)와, 링부(12)를 조합하는 절차는 후술한다.
본 발명에서는 중심 코어부(10)의 극대 굴절률을 Nc로 하고, 함몰부(11)의 극소 굴절률을 Nd로 하고, 링부(12)의 극대 굴절률을 Nr로 하고, 외부 클래드층(13)의 극대 굴절률을 No로 하고 있다. 또한, 각 굴절은 Nc≥Nr>No>Nd의 관계에 있다. 즉, 본 발명은 분산 시프트 파이버, 분산 플래트 분산 시프트 파이버, 분산 보상 파이버 등의 복잡한 구조를 가지는 광파이버를 대상으로 하고 있다.
도 2는 도 1의 광파이버 모재(또는, 광파이버(15))의 굴절률 분포를 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 굴절률 분포에서, 10n이 중심 코어부의 영역, 11n이 함몰부의 영역, 12n이 링부의 영역, 13n이 외부 클래드층의 영역에 상당한다. 또한, 동도면의 굴절률 분포에서, Nc는 중심 코어부의 극대 굴절률에 상당하고, Nd는 함몰부의 극소 굴절률에 상당하고, Nr은 링부의 극대 굴절률에 상당하고, No는 외부 클래드층의 극대 굴절률에 상당한다.
또한, 도2에서 2c가 중심 코어부의 외경을, 2d가 함몰부의 외경을, 2r이 링부의 외경을, 2o가 외부 클래드층의 외경을 나타내고 있다. 또한, 외부 클래드층의 굴절률을 기준으로서 중심 코어부의 비굴절률차 Δc와, 함몰부의 비굴절률차 Δd와, 링부의 비굴절률차 Δr로서 각각 나타내고 있다. 본 실시예의 광파이버 모재에서는, Δc가 0.8~2.5%로, Δd를 -0.2~-0.8%로, Δr을 0.1~1.0%로 되도록 설정된다.
다음에, 도 3(a) 내지 3(c)는 도 1에 나타내는 광파이버 모재(14)의 중심 코어부(10)와 함몰부(11)와 외부 클래드층(13)의 내측면에 형성된 링부(12)를 조합하는 절차를 나타내고 있다. 도 3(a)는 함몰부와 중심 코어부를 갖는 유리 로드를 나타내고 있다. 여기서, (30)은 중심 코어부에 상당하는 영역의 범위를 나타내고, 31은 함몰부에 상당하는 영역의 범위를 나타내고 있다. 유리 로드는 도 3(a)에 나타내는 범위(36)의 굴절률 분포를 갖도록 제작된다.
도 3(b)는 외부 클래드층의 내주면에 MCVD법 또는 PCVD법 등에 의해서 형성된 링부를 포함하는 유리 파이프를 나타내고 있다. 도 3(b)에서, 32는 링부(12)(도 1 참조)에 상당하는 영역의 범위를 나타내고, 33은 외부 클래드층(13)(도 1 참조)에 상당하는 영역의 범위를 나타내고 있다. 유리 파이프는, 외부 클래드층과 링부를 조합함으로써, 도 3(b)에 나타내는 범위(37)의 굴절률 분포를 갖도록 제작된다.
도 3(c)는 도 3(a)에 나타내는 굴절률 분포를 갖는 유리 로드와, 도 3(b)에 나타내는 굴절률 분포를 갖는 유리 파이프를 콜랩스하여, 일체의 유리체로 했을 때의 유리체의 굴절률 분포를 나타내고 있다. 즉, 범위(38)에서 나타내는 유리체의 굴절률 분포는 도 3(a)의 범위(36)에 나타내는 유리 로드의 굴절률 분포와, 도 3(b)의 범위(37)에 나타내는 유리 파이프의 굴절률 분포를 조합한 형상을 갖고 있다.
또한, 본 발명에서 중심 코어부, 함몰부, 링부는 각각 별도의 공정으로 제작하여 조합할 수 있다. 예를 들면, 유리 로드를 구성하는 중심 코어부와 함몰부는 후술하는 바와 같이 별도로 제작되는 구성으로 할 수 있다.
도 4를 참조하면서 제조 공정의 흐름에 따라서 보다 상세하게 설명한다.
제조 공정의 개시(단계 SS) 후, 유리 로드를 제작하는 유리 로드 제조 공정으로 진행한다. 유리 로드 제조 공정의 순서를 도 5에 나타낸다. 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 유리 로드를 제조할 때에, 굴절률 분포(10n)를 구성하는 중심 코어부로 되는 코어를, 굴절률 분포(11n)를 구성하는 함몰부로 되는 함몰부 파이프에 삽입한다(단계 S1). 그리고, 코어와 함몰 파이프를 로드 인 콜랩스하여 일체의 유리 로드를 제조한다(단계 S2). 이 유리 로드의 굴절률 분포는 굴절률 분포(10n)와 굴절률 분포(11n)가 조합됨으로써, 굴절률 분포(16n)의 형상을 갖고 있다.
상술한 유리 로드 제조 공정시에, 굴절률 분포가 기지의 코어 로드 및 함몰 파이프를 이용하는 것에 의해, 소망으로 하는 유리 로드(16)(도 1 참조)를 확실하게 얻을 수 있다. 환언하면, 이미 측정되어 알려진 굴절률 분포를 각각 갖는 코어와 함몰 파이프가 목적으로 하는 광파이버의 특성에 따라서 적절하게 선택되어 조합된다.
도 4에 나타내는 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 유리 로드 제조 공정에서 제조된 유리 로드에, 구조 검사로서 외관 검사 및 코어 타원율 측정을 실행하고(단계 S3), 일체화 계면에 존재하는 유리 로드의 길이 방향에서의 기포의 수가 소정수(여기서는, 10㎜당 1개)보다 많이 발생하고, 또는, 중심 코어부로 되는 영역의 타원율이 소정값(여기서는, 0.4%)보다 큰 것에 대해서는(단계 S4), 다음 공정에서 결함이 발생하므로 유리 로드가 부합체로서 사용되지 않는다(단계 S5).
도 6은 유리 로드의 일체화 시에 계면에 발생한 기포의 수를 측정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 유리 로드(60G)에서 60c는 중심 코어부로 되는 영역을 나타내고, 60d는 함몰부로 되는 영역을 나타내고 있다. 한쪽 방향으로부터 할로겐 램프 등의 광원 L을 사용하여 유리 로드(60G)를 조사하고, 그 때, 영역(60c)과 영역(60d)으로 되는 계면에 존재하는 기포(B)의 수를 시각적으로 측정한다. 그리고, 유리 로드(60G)의 길이 방향의 10㎜당 1개 이상의 기포(B)가 존재하는 경우, 그 기포(B)가 존재하는 영역(D)을 폐기된다.
도 7은 유리 로드의 중심 코어부의 타원율(%)에 대한 광파이버 모재의 중심 코어부의 타원율(%)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 타원율이 0.4%를 초과하는 유리 로드의 중심 코어부는 다음 공정에서 타원율이 1.5%를 초과하는 중심 코어부의 광파이버 모재로 될 가능성이 매우 높다. 이 때문에, 상기 공정과 같이, 중심 코어부의 타원율이 0.4% 이하의 유리 로드만을 부합체로서 이용함으로써, PMD가 양호한 광파이버를 효율적으로 제조할 수 있다.
여기서, 타원율은 단면의 외주 형상을 타원 근사화했을 때에, 최대 직경 Rmax와 최소 직경 Rmin으로부터 타원율=(Rmax-Rmin)/Rmax ×100(%)으로 나타내어지는 식에 의해서 구해진다.
즉, 타원율이 높으면 파이버화한 후의 PMD가 높아져, 전송 신호의 품질이 열화한다. 또한, 기포가 콜랩스되는 계면에 많이 포함되면, 드로잉 공정 등의 다음 가열 공정에서 기포가 팽창하여 중심 코어부를 막아 신호광의 전송 손실이 높아지거나, 또는 도파하지 않거나 한다. 또한, 광파이버에서 기포가 많이 존재하는 개소에서는 기계적 강도도 저하한다.
또한, 도 4에 나타내는 본 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 유리 로드 제조 공정에서 제조된 유리 로드의 굴절률 분포를 측정한다(단계 S6). 이 측정에 의해 명백해진 중심 코어부와 함몰부의 굴절률 분포를 이용하여 설계를 실행하고, 파이버화해했을 때에 소망하는 특성을 얻기 위해서는, 중심 코어부의 직경(2c A로 함)과 함몰부의 직경(2d B로 함)의 비 Ra(여기서, Ra=2c/2d로 함)나, 함몰부 외측(링부측)에 마련해야 할 굴절률 분포를 설정한다(단계 S7).
이와 같이, 광파이버 제조 공정에서의 중간 단계에서 얻어진 굴절률 분포에 근거하여 광파이버의 구조 설계를 실행하기 때문에, 최초에 구조 설계를 하고, 이 설계에 근거하여 일괄적으로 제조하는 경우보다도 양호한 정밀도로 소망하는 광파이버 모재의 제조를 실행할 수 있다.
도 8은 비 Ra에 근거하여 유리 로드를 설정하고, 유리 파이프에 콜랩스ㆍ일체화하는 순서를 나타내고 있다. 도 8의 굴절률 분포에 나타내는 바와 같이, 굴절률 분포(10n)를 구성하는 중심 코어부에 굴절률 분포(11n)를 구성하는 함몰부가 일체화되어 있어, 함몰부 직경이 B'인 유리 로드의 중간체(본 도면에서 굴절률 분포(16n')를 구성하는 부분)가 제조된다. 이 때, 직경 B'는 B보다도 큰 것으로 한다. 즉, 유리 로드의 중간체(16n')는 얻고자하는 유리 로드(굴절률 분포(16n)를 구성하는 부분)보다도 중심 코어부의 직경과 함몰부의 직경의 비(2c/2d')가 작아지도록 설정되어 있다. 그리고, 함몰부의 외경은 굴절률 분포(17n)로 나타내어지는 유리 파이프에 따라서, 도면내 (19n)으로 나타내어지는 불필요 부분(굴절률 분포(11n)의 모재 직경 방향 외측의 연장선 부분)을 제거하는 것에 의해서 조정된다. 환언하면, 유리 로드의 중간체(16n')는 굴절률 분포의 측정 결과에 근거하여 목표로 하는 비 Ra(2c/2d)을 결정하고, 이 비 Ra을 얻도록 그 외주면을 제거하는 것에 의해서 조정된다.
불필요 부분(19)의 제거 방법으로서는, 1) 불필요 부분(19n)을 전부 제거하는 방법, 2) 일부를 제거한 후에 연장을 실행하여 더 제거하는 방법, 3) 연장을 실행하고, 그 후 제거하는 방법 등이 고려된다. 본 발명에서는, 어느 하나의 제거 방법을 이용해도 무방하다. 또한, 제거 수단으로서는 기계에 의한 연삭이나 HF 용액 등을 이용한 에칭 등이 고려된다.
한편, 유리 파이프 제조 공정에서, 소망하는 유리 파이프(17)(도 1 참조)를 얻기 위해서는, 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이, MCVD법이나 PCVD법 등의 CVD법을 이용한다. MCVD법에 대해, 출발 파이프(20)의 내측에 원료 가스(SiCl4, GeCl4, 산소)나 헬륨 등을 도입하는 한편, 출발 파이프의 외측을 가열원(22) 등을 이용하여 가열하고, 유리 미립자(분진)(21)를 퇴적시켜 링부(12)를 형성한다(단계 S8). 이에 의해, 설계에서 구해진 굴절률 및 두께의 링부(12)를 갖는 유리 파이프(17)를 양호한 정밀도로 또한 단시간으로 제조할 수 있다.
도 4에 나타내는 본 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법에서는, 전술한 유리 로드를 유리 파이프에 삽입하고(단계 S9), 콜랩스ㆍ일체화하여(단계 S10) 제조한 유리체의 구조 검사(외관 검사 및 코어 타원율 측정)를 실행하고(단계 S11), 콜랩스에서의 계면에 발생한 기포가 소정수(여기서는, 10㎜당 1개)보다 많고, 중심 코어부로 되는 영역의 타원율이 소정값(여기서는, 1.5%)보다 큰 경우에는(단계 S12), 다음 공정에서 결함이 발생한다고 하여 사용하지 않는다(단계 S13).
도 10은 광파이버 모재의 중심 코어부의 타원율(%)에 대한 광파이버의 PMD의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 중심 코어부의 타원율이 1.5%를 초과하는 광파이버 모재는 드로잉 공정 후에 얻어지는 광파이버의 PMD가 0.15ps/√(㎞)를 초과할 가능성이 매우 높다. 일반적으로, 40Gb/s를 초과하는 고속의 광통신에는 PMD가 0.15ps/√(㎞) 이하의 광파이버가 요구되고 있다. 즉, 상기의 공정과 같이, 코어의 타원율이 1.5% 이하의 광파이버 모재만을 이용함으로써, 고속 광통신에 적용 가능하고, PMD가 양호한 갖는 광파이버를 효율적으로 제조할 수 있다.
한편, 단계 S12에서, 콜랩스에서의 계면에 기포가 소정수 이하이고, 중심 코어부로 되는 영역의 타원율이 소정값 이하인 경우에는, 단계 S14로 진행한다. 여기서, 유리체의 반사율 분포를 측정하고(단계 S14), 측정 결과에 근거하여 계산에 의해 중심 코어부의 직경을 결정한다(단계 S15). 여기서, 중심 코어부의 직경과 모재의 직경과의 비가 파이버화했을 때의 코어부의 직경과 광파이버의 외경과의 비로 일치하도록 외부 클래드층을 마련하도록 해도 된다(단계 S16).
도 4의 흐름도에는 도시되지 않지만, 상기와 같이 하여 제조된 광파이버 모재를 드로잉에 의해 파이버화하여 광파이버를 제조할 수 있다.
이상과 같이 하여 제조된 광파이버 모재(14)(도 1 참조)에서는, 함몰부(2d)의 외경에 대한 중심 코어부(2c)의 외경의 비를 Ra=2c/2d로 하고, 링부(2r)의 외경에 대한 함몰부(2d)의 외경의 비를 Rb=2d/2r로 하고, 외부 클래드층에 대한 중심 코어부의 비굴절률차 Δc를 (Nc-No)/No ×100[%]으로 하고, 외부 클래드층에 대한 함몰부의 비굴절률차 Δd를 (Nd-No)/No ×100[%]으로 하고, 외부 클래드층에 대한 링부의 비굴절률차 Δr를 (Nr-No)/No ×100[%]으로 하고, 외부 클래드층의 외경이 2o으로 했을 때에, 식 (1) 0.20≤Ra≤0.60과, (2) 0.50≤Rb≤0.80과, (3) 90㎛≤2o≤150㎛와, (4) 2.5%≥Δc≥0.8%과, (5) -0.8%≤Δd≤-0.2%와, (6) 1.0%≥Δr≥0.1%를 만족하고, 파장 1550㎚에서의 분산값이 +8ps/㎞/㎚ 이하로 되도록 하는 것이 바람직하다.
전술한 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버에 의하면, 먼저, 굴절률 분포가 기지의 중심 코어부 및 함몰부를 포함하는 유리 로드를 제조하고, 또한, 링부를 구비한 유리 파이프를 제조해 두어, 유리 파이프내에 유리 로드를 삽입하여 로드 인 콜랩스에 의해 일체화하여 유리체를 제조하기 때문에, 복잡한 구조의 광파이버 모재 및 광파이버를 양호한 정밀도로 제조할 수 있게 된다.
중심 코어부, 함몰부, 링부를 MCVD법이나 VAD법이나 OVD법을 이용하여 하나의 공정에서 동시에 일체로서 제작되는 종래의 광파이버 모재에서는, Ge, F(불소) 등의 도펀트(특히, F)를 선택적으로 각각의 부위에 첨가하는 것이 곤란하다. 그러나, 본 실시예의 광파이버 모재에서는, 중심 코어부, 함몰부, 링부가 별도로 제작되어 있기 때문에, Ge, F(불소) 등으로 각각 도핑된 다중층을 갖는 광파이버 모재가 선택적으로 용이하게 제조될 수 있다.
구체적으로는, 중심 코어부, 함몰부, 링부를 한번의 공정에서 일괄적으로 제조하는 경우, Ge와 F가 공존하는 부분이 발생한다. 이 부분에서는, 가열에 의해서 GeO2+F →GeOnFm라고 하는 유리 결함이 형성되어 전송 손실이 증대한다.
따라서, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 중심 코어부, 함몰부, 링부에는 별도로 도펀트가 첨가되기 때문에, Ge와 F가 공존하는 부분이 실질적으로 존재하지 않기 때문에, 광파이버의 전송 손실이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 광파이버 모재의 제조 방법에 의하면, 링부만이 CVD법에 의해서 제조되고 있기 때문에, CVD법 특유의 맥리(脈理)나, 중심 부분에서 딥(dip)이 링부 이외에는 형성되지 않는다. 여기서, 본 발명의 광파이버 모재(또는, 광파이버)의 제조 방법에 의해서 제작된 광파이버의 굴절률 분포를 도 11(a)에 나타낸다. 또한, 중심 코어부, 함몰부, 링부를 MCVD법에 의해 일괄적으로 합성하여 제작된 광파이버의 굴절률 분포를 도 11(b)에 나타낸다.
도 11(a)에 나타내는 굴절률 분포에서는, 링부에만 맥리를 확인할 수 있지만, 중심 코어부와 함몰부에는 맥리나 딥 등이 형성되지 않았다. 한편, 도 11(b)에 나타내는 굴절률 분포에서는 중심 코어부, 함몰부, 링부 전부에 맥리가 발견되고, 중심 코어부에는 딥이 형성되었다.
다음에, 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법의 실시예 2를 설명한다.
도 12는 본 실시예의 광파이버 모재의 굴절률 분포를 나타낸다. 도 13은 본 실시예에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 도면으로서, 도 13(a)는 유리 파이프의 제조 공정을 설명하는 도면이고, 도 13(b)는 유리 로드의 제조 공정을 설명하는 도면이다. 도 14는 본 실시예에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 흐름도이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 중심 코어부(121)의 굴절률을 Nc로 하고, 제 1 함몰부(122)의 굴절률을 Nd1로 하고, 링부(123)의 굴절률을 Nr로 하고, 제 2 함몰부(124)의 굴절률을 Nd2로 하고, 외부 클래드층(125)의 굴절률을 No로 했을 때, Nc≥Nr>No>Nd2≥Nd1의 관계가 성립한다. 여기서, 굴절률 Nd1과 Nd2는 어느 하나도 외부 클래드층(125)의 굴절률 No보다 작기 때문에, 굴절률 Nd1, Nd2는 함께 굴절률 Nd로 취할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 각 굴절률은 Nc≥Nr>No>Nd의 관계가 성립한다.
다음에, 도 13, 도 14를 참조하여, 본 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법을 설명한다. 도 13, 도 14에 나타내는 바와 같이, 먼저, 코어 로드(136)와 유리 파이프(135)를 콜랩스에 의해 일체화하여 유리 로드(132)를 제조하는 유리 로드 제조 공정을 실행한다(단계 S141). 또한, 상기 유리 로드 제조 공정과는 다른 공정으로서, 단계 S142의 유리 파이프(131)의 제조 공정을 실행한다. 유리 파이프(131)의 제조 공정에서는, 링부(123)를 형성하는 유리층(134)이 제 2 함몰부(124)를 형성하는 출발 파이프(133) 내측에 부착된다.
여기서, 유리 파이프 제조 공정은 유리 로드 제조 공정의 전후 또는 유리 로드 제조 공정중에 실행해도 된다.
모재 분석기를 사용하여 유리 로드(132)의 굴절률 분포(굴절률이 상이한 각 층의 굴절률, 막두께, 외경)를 측정하고(단계 S143), 이 측정 결과를 단계 S142에 나타내는 유리 파이프(131)의 제조 공정으로 피드백하여, 유리 파이프(131)의 설계를 실행한다. 여기서 말하는 설계란, 유리 파이프의 제조 조건(각 층의 두께ㆍ굴절률)의 계산에 의해서 결정되는 프로세스를 말한다. 유리 로드의 제조 공정 및 유리 파이프의 제조 공정 후에, 유리 로드(132)를 유리 파이프(131)에 삽입하여 일체화하여 로드 인 콜랩스에 의해서 유리체를 제조한다(단계 S144). 이렇게 하여, 유리체를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서 유리 파이프(131)의 굴절률 및 막두께를 측정하고, 이 측정 결과를 단계 S141에 나타내는 유리 로드(132)의 제조 공정으로 피드백하여 유리 로드(132)의 설계를 실행하도록 해도 된다.
또한, 소망하는 코어 직경 및 드로잉 직경의 파이버를 제작하고, 설계대로의 특성을 갖는 파이버를 제작하기 위해서는, 상기 유리체의 외주측에 복수의 버너에 의한 외부 부착법 등에 의해서 유리 미분말을 퇴적, 소결시켜, 자켓부를 형성해도 된다. 이 경우, 자켓부는 파이버의 코어 직경을 조정하기 위해서 사용된다. 자켓부에는 광파이버를 통과하는 광이 거의 새지 않기 때문에, 고속으로 유리를 합성하는 상기 프로세스를 적용해도 광전송 손실 등의 특성에는 영향을 미치지 못한다. 그 때문에, 낮은 비용으로 대형 광파이버 모재를 제조할 수 있어, 광파이버를 낮은 비용으로 제작할 수 있다.
도 15는 자켓부가 형성된 광파이버 모재의 단면도를 나타내고 있다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 광파이버 모재(150)는 얻어진 유리체(130)의 외주에 자켓부(151)를 마련한 것이다.
여기서, 유리체(130)의 외주에 자켓부(151)를 마련하는 대신에, OVD법에 의한 외부 부착법에 의해서 유리 미분말을 퇴적, 소결하고, 후술하는 피어싱 방법에 의해서 공개(孔開)함으로써 제작한 실리카 파이프를 자켓 파이프로서 준비하고, 이 자켓 파이프에 유리체를 삽입하여, 자켓 파이프와 유리체(130)를 가열 일체화하고, 그 직후에 가열함으로써 드로잉할 수 있다. 도 16은 자켓 파이프에 유리체를 삽입하여 드로잉하는 공정을 나타내는 설명도로서, 해당 공정을 도 16을 이용하여 설명한다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 유리체(130)를 원통 형상의 자켓 파이프(160)에 삽통(揷通)한 상태로 유리체(130) 및 자켓 파이프(160)를 모두 히터 등의 가열원(161), 가열로 또는 버너에 의해서 가열한다. 가열원(161)은 히터를 유리체(130) 및 자켓 파이프(160)의 외쪽에 배치될 수 있으며, 해당 히터를 따라서 유리체(130) 및 자켓 파이프(160)가 세트된다. 히터에서의 하방 단부측(도 16의 하측 부분)이 상방 단부측(도 16의 상측 부분)보다 높은 온도로 되도록 설정된다. 그 후, 유리체(130) 및 자켓 파이프(160)의 하방 단부를 가열 일체화하고, 가열 용융하여, 아래쪽으로 광파이버 F를 드로잉한다. 또한, 드로잉중에서 유리체(130) 및 자켓 파이프(160)는 도 16내의 화살표 방향으로 들여보내진다. 또한, 상기 히터는 도 16에서 저항체에 전류를 흘려 가열하는 것이지만, 그 외에도 전류를 유도체로 유도하여 유도 전류로 가열하는 유도로나, 플라즈마를 이용하는 가열원으로서도 무방하다. 또한, 가열 수단(161)으로서는, 복수의 히터를 유리체(130)의 축방향(도 16의 상하 방향)으로 나열해도 무방하다.
이와 같이, 자켓부 파이프에 유리체를 삽입하여 드로잉하는 공정을 실행함으로써, 상술한 자켓부를 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
다음에, 상기 출발 파이프 등의 파이프를 제조하는 공정을 설명한다. 이 공정에서는 이른바 피어싱법이 이용된다. 도 17은 피어싱법에 의해서 파이프를 제조하는 공정을 설명하는 도면이다.
이 공정에서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 원주 형상의 실리카 유리 로드(170)를, 이 실리카 유리 로드의 바깥쪽을 덮도록 배치된 히터 등의 가열 수단(171)의 내부에 삽입하고, 실리카 유리 로드(170) 한쪽의 단부(도 17내의 좌측 단부)를 가열 용융한다. 실리카 유리 로드는 다이스(174)에 삽통되고, 도시하지 않은 가동 수단에 의해서 도 17내의 좌측으로 들여보내진다. 그러면, 가열 용융된 단부에서의 실리카 유리 로드(170)의 축방향 단면의 중앙에 피어싱 지그(172)의 헤드부(173)가 접촉한다. 그리고, 실리카 유리 로드(170)를 들여보내고, 또한, 헤드부(173)가 실리카 유리 로드(170)의 내부로 들어가고, 실리카 유리 로드(170)의 축방향으로 피어싱 지그(172)의 헤드부(173)를 관통시킴으로써, 중공의 원통 형상의 실리카 유리 로드를 얻을 수 있다.
상기 피어싱 지그(172)는 순도가 99wt% 이상의 탄소 로드를 이용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 실리카 유리 파이프의 제조 시에 Fe, Cr, Ni 등의 금속 불순물 등이 혼입하는 것을 방지할 수 있어, 전송 대역의 손실이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
상기 파이프의 제작에 있어서는, 파이프에서의 개공의 내벽에 포함되는 유리 첨가물 이외의 불순물 농도가 1wtppm 이하로 되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 파이프에서의 개공의 내벽이란, 파이프의 벽두께에서 내주면으로부터 두께 1㎜까지의 영역을 의미한다. 또한, 상기 분순물 농도가 10wtppm 이하로 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 피어싱법의 피어싱 지그(172)나 가열 수단(171) 대신에, 도시하지 않은 드릴 등을 이용한 연삭 방법에 의해서 실리카 유리 로드에 개공을 실시해도 된다.
다음에, 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법의 실시예 3을 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시예에서, 앞서 설명한 부재 등과 동등한 구성ㆍ작용을 갖는 부재 등에 대해서는, 도면 중에 동일 부호 또는 상당 부호를 부여하는 것에 의해, 설명을 간략화 또는 생략한다. 앞서 기술한 바와 같은 제 1 및 제 2 특징의 광파이버 모재 제조 방법에 있어서, 유리 로드는 적어도 중심 코어부를 갖는 코어 로드 및 적어도 함몰부를 갖는 함몰 파이프를 일체화하여 제조되어, 중심 코어부 및 함몰부 모두를 포함하게 된다. 본 발명의 제 3 특징에 따른 광파이버 모재 제조 방법에 있어서, 유리 로드는 중심 코어부로 되는 코어 로드로 제조된다.
본 실시예의 광파이버 모재의 굴절률 분포는, 도 12에 나타내는 실시예 2와 마찬가지이다. 도 18은 본 실시예에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 도면으로서, 도 18(a)는 유리 파이프 제조 공정을 설명하는 도면이고, 도 18(b)는 유리 로드 제조 공정을 설명하는 도면이다. 도 19는 본 실시예에 따른 광파이버 모재의 제조 공정을 설명하는 흐름도이다.
본 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법은, 중앙에 굴절률의 극대값 Nc의 중심 코어부를 갖고, 중심 코어부의 외측에 굴절률의 극소값 Nd의 함몰부를 갖고, 함몰부의 외측에 굴절률의 극대값 Nr의 링부를 갖고, 링부의 외측에 굴절률의 극대값 No의 외부 클래드층을 적어도 갖고, 굴절률의 값이 Nc≥Nr>No>Nd의 관계인 광파이버 모재의 제조 방법으로서, 중심 코어부로 되는 유리 로드를 제조하는 유리 로드 제조 공정과, 출발 파이프 내부에 유리층을 제조하는 유리 파이프 제조 공정과, 유리 로드를 유리 파이프내에 삽입한 후에 콜랩스에 의해 유리 로드 및 유리 파이프를 일체화한 유리체를 제조하는 일체화 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
다음에, 도 18, 도 19를 참조하여, 본 실시예의 광파이버 모재의 제조 방법을 설명한다. 도 18, 도 19에 나타내는 바와 같이, 먼저, 유리 로드(여기서는, 코어 로드)(186)를 VAD법 등에 의해서 제조하는 유리 로드 제조 공정을 실행한다(단계 S191). 또한, 유리 로드 제조 공정과는 상이한 공정으로서, 단계 S192의 유리 파이프 제조 공정을 실행한다. 유리 파이프 제조 공정에서는, 제 2 함몰부(124)에 상당하는 출발 파이프(183)의 내측에, 유리층을 퇴적시킴으로써, 링부(123)에 상당하는 유리층(184)과, 제 1 함몰부(122)에 상당하는 유리층(185)을 형성하여, 유리 파이프(181)를 제조한다.
여기서, 유리 파이프 제조 공정은 유리 로드 제조 공정의 전후 또는 유리 로드 제조 공정중에 실행해도 된다.
모재 분석기를 이용하여 유리 로드(182)의 굴절률, 외경을 알도록 굴절률 분포를 측정하고(단계 S193), 이 측정 결과를 단계 S192에 나타내는 유리 파이프 제조 공정으로 피드백하여, 유리 파이프(181)의 설계를 실행한다.
유리 로드의 제조 공정 및 유리 파이프의 제조 공정 후에, 유리 로드(182)를 유리 파이프(181)에 삽입하고 일체화하는 것에 의해서 유리체를 제조한다(단계 S194). 이렇게 하여, 유리체를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 유리 파이프(181)의 굴절률 및 층 두께를 측정하고, 이 측정 결과를 단계 S191에 나타내는 유리 로드(182)의 제조 공정으로 피드백하여, 유리 로드(182)의 설계를 실행하도록 해도 된다.
또한, 상기 유리체의 외측에 유리 미립자를 퇴적하고, 가열, 투명화시킴으로써, 자켓부를 형성해도 된다(단계 S194). 한편, 앞서 설명한 자켓 파이프에 유리체를 삽입하여 일체화한 후에, 드로잉하는 공정을 실행함으로써, 자켓부를 형성하는 공정을 생략할 수 있다.
(실시예)
도 20은 실시예 1로서 본 발명의 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법을 이용하여 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내고 있다. 본 실시예를 하기에 설명한다.
본 실시예에서, 얻어지는 광파이버는 중심 코어부의 외경이 3.4㎛로, 함몰부의 외경이 12.1㎛로, 링부의 외경이 15.7㎛로, 클래드층의 외경이 110.0㎛로 되도록 설계되었다. 또한, 얻어지는 광파이버는 외부 클래드층에 대한 중심 코어부의 비굴절률차 Δc가 1.5%로, 외부 클래드층에 대한 함몰부의 비굴절률차 Δd가 -0.5%로, 외부 클래드층에 대한 링부의 비굴절률차 Δr이 0.33%로 되도록 설정되었다.
중심 코어부로 되는, 외경 Φ6.1㎜의 GeO2를 함유하는 유리 로드 A, 즉, 코어 로드, 및 함몰부로 되는, 불소 F를 함유하는 외경이 Φ35㎜ 직경이고, 내경이 Φ6㎜ 직경인 SiO2 유리 파이프 B, 즉, 함몰 파이프를 공지의 VAD법을 이용하여 작성하였다. 중심 코어부로 되는 로드의 GeO2 농도는 피크에서 16mol%이고, 굴절률 분포의 형상은 α= 2.0 파워로 근사되는 그레이드 구조이며, 함몰부로 되는 유리 파이프의 F의 농도는 1.4wt%이다.
유리 파이프 B의 내면을 기상 에칭(vapor phase etching)에 의해서 연삭하여, 내경을 Φ8.5㎜로 조정하고, 또한, 내경을 평활화하였다. 기상 에칭은 유리 파이프 B를 1500℃ 정도로 가열하면서 파이프내에 SF6 가스를 도입하는 것에 의해 실시되었다. 이 F 첨가 실리카으로 이루어지는 유리 파이프 B에 GeO2-SiO2로 이루어지는 유리 로드 A를 삽입하고, 로드인 콜랩스법에 의해 유리 파이프 B와 일체화하여, 외경이 Φ34.0㎜ 직경인 유리 로드 C를 얻었다.
유리 로드 C는 외관 검사에 의해서 기포 등의 발생은 없고, 측정된 코어 타원율은 0.1%~0.2%로 양호하였다.
모재 분석기로 상기 유리 로드 C의 굴절률 분포를 측정하였다. 그 후, 목표로 하는 Ra, Rb 및 Δr을 설계하였다(이하, 설계 I라고 함). 그 결과, Ra=0.28, Rb=0.77, Δr=0.3%로 하면, 소망하는 특성을 갖는 광파이버를 얻을 수 있는 것이 명백해졌다.
상기 설계 I에 근거하여, 유리 로드 C를 산수소 화염에 의해, 외경이 Φ12.20㎜ 직경으로 될 때까지 연장하였다. HF 용액에 의해 더미 로드를 포함하고 외경이 8.0㎜로 될 때까지 에칭하여, Ra가 0.27로 되도록 조정하면서 표층에 부착 침투한 OH 등의 불술문을 제거하였다.
외부 클래드층의 일부로 되는, 외경이 34㎜ 직경이고, 내경이 21㎜ 지경인 염소를 10wtppm~1000wtppm 함유하는 되는 유리 파이프 D를 공지의 VAD법에 의해 작성하였다.
이 유리 파이프 D의 내면을 기상 에칭에 의해서 연삭하고, 내경을 22㎜ 직경으로 조정하고, 또한, 내면을 평활화하였다. 기상 에칭은 유리 파이프 D를 1550℃ 정도로 가열하면서 유리 파이프내에 SF6 가스를 도입하는 것에 의해 실시하였다.
설계 I에 근거하여, MCVD법을 이용하여 유리 파이프 D의 내면에 GeO2를 3.0mol% 함유시키면서 SiO2-GeO2층을 두께 0.5㎜만큼 퇴적하여, 유리 파이프 E를 제조하였다.
이 유리 파이프 E를 1800℃ 정도로 가열하고 열수축하여, 외경을 27㎜ 직경으로 하고, 외경을 10㎜ 직경으로 하였다.
유리 파이프 E내에 유리 로드C를 삽입하고, 로드인 콜랩스법에 의해 일체화화여, 외경 27㎜ 직경의 광파이버 모재의 중간체 F를 얻었다.
이 중간체 F는 외관 검사에서 기포 등의 발생은 없고, 또한, 측정된 코어 타원율은 0.3%~0.4%로 양호하였다.
모재 분석기로 이 광파이버 모재의 중간체 F의 굴절률 분포를 측정한 후, 목포로 하는 코어 직경이 3.4㎛로 되도록 설계하였다.
광파이버 모재의 중간체 F의 외주에 염소를 0.2mol% 함유하는 실리카으로 이루어진 자켓부를 합성하였다. 자켓부의 굴절률은 유리 파이프 D와 거의 동등하며, 외부 클래드층의 직경을 확대한 것이다. 중심 코어부와 외부 클래드층과의 직경의 비는 32.4배로 조정되었다.
이 광파이버 모재를 외부 클래드층의 외경이 110㎛로 되도록 기지의 드로잉 방법에 의해 드로잉하였다. 이렇게 얻어진 광파이버의 전송 특성은 하기에 나타내는 바와 같이 분산 보상 파이버로서 양호한 특성을 갖고 있었다.
(실시예 1에 의해서 얻어진 광파이버의 전송 특성)
파장 1550㎚에서의 전송 손실 0.310㏈/㎞
색 분산 -81㎰/㎞/㎚
분산 경사 -0.82㎰/㎞/㎚2
Aeff 18㎛2
컷오프 파장 1350㎚
PMD 0.02㎰/√(㎞)
다음에, 도 21을 참조하여 실시예 2를 설명한다. 도 21은 실시예 2의 방법에 의해서 얻어지는 광파이버의 굴절률 분포를 나타내고 있다. 본 실시예를 하기에 설명한다.
본 실시예에 의하면, 도 21에 나타내는 바와 같이, 외부 클래드층과 링부 사이에 제 2 함몰부를 개재시키는 구성으로 할 수 있다.
본 실시예에서, 색 분산 -6.3㎰/㎞/㎚로 하기 위해서 얻어지는 광파이버는, 중심 코어부의 외경이 5.5㎛로, 제 1 함몰부의 외경이 14.5㎛로, 링부의 외경이 21.3㎛로, 제 2 함몰부의 외경이 42.6㎛로, 외부 클래드층의 외경이 125.0㎛로 되도록 설정되었다. 또한, 얻어지는 광파이버는 외부 클래드층에 대한 중심 코어부의 비굴절률차 Δc가 0.55%로, 외부 클래드층에 대한 제 1 함몰부의 비굴절률차 Δd가 -0.20%로, 외부 클래드층에 대한 링부의 비굴절률차 Δr이 0.30%로, 외부 클래드층에 대한 제 2 함몰부의 비굴절률차 Δd'가 -0.20%로 되도록 설정되었다.
중심 코어부로 되는, 외경 Φ12㎜의 GeO2를 함유하는 유리 로드 A, 즉, 코어 로드, 및 함몰부로 되는, F를 함유하는 외경이 Φ45㎜ 직경이고, 내경이 Φ12㎜ 직경인 SiO2 유리 파이프 B, 즉, 함몰 파이프를 공지의 VAD법을 이용하여 작성하였다. 중심 코어부로 되는 로드의 GeO2 농도는 피크에서 5.5mol%이고, 굴절률 분포의 형상은 α= 2.0 파워로 근사되는 그레이드의 구조로서, 함몰부로 되는 파이프 B의 F 농도는 1.1wt%이다.
유리 파이프 B의 내면을 기상 에칭에 의해서 연삭하여, 내경을 Φ13.5㎜로 조정하고, 또한, 내면을 평활화하였다. 기상 에칭은 유리 파이프 B를 1550℃ 정도로 가열하면서 파이프내에 SF6 가스를 도입하는 것에 의해 실시하였다. 이 F 첨가 실리카로 이루어지는 유리 파이프 B에 GeO2-SiO2로 이루어지는 유리 로드 A를 삽입하고, 로드인 콜랩스법에 의해 일체화하여, 외경이 Φ44.0㎜ 직경의 유리 로드 C를 얻었다.
이 유리 로드 C의 굴절률 분포를 측정하고, 이 측정 결과에 근거하여 중심 코어부의 외경과, 외부의 굴절률 분포 파라미터를 설정하였다.
이 유리 로드 C에 앞서 설명한 순서(도 6 참조)에 의해서 외관 검사를 실시하면, 일체화 계면에서 기포가 유리 로드의 길이 방향 10㎜에 3개 발생한 부분이 있었다. 이 기포가 발생한 부분을 폐각하였다. 또한, 측정된 코어 타원율은 0.1%~0.2%로 양호하였다.
모재 분석기로 상기 유리 로드 C의 굴절률 분포를 측정한 후, 목표로 되는 Ra, Rb 및 Δr을 설계하였다(이하, 설계 II라고 함). 이 결과, Ra=0.38, Rb=0.68, Δr=0.30%, Δd'=-0.2%, Rc=0.50이면, 소망하는 특성의 광파이버를 얻을 수 있는 것이 설계 II에 의해 명백하게 되었다. 여기서, Δd'는 제 2 함몰부의 외부 클래드층에 대한 비굴절률차, Rc는 링의 직경 2r과 제 2 함몰부와의 직경 2d'와의 비(=2r/2d')이다. 이 설계 II에 근거하여, 기계적인 외주 연삭에 의해 유리 로드 C를 34㎜ 직경까지 연삭한 후, 플라즈마 화염에 의해 외경 15.1㎜ 직경까지 연장하였다. HF 용액에 의해 직경이 14.0㎜로 될 때까지 에칭하고, Ra가 0.38로 되도록 조정하면서 표층에 부착 침투한 OH 등의 불순물을 제거하였다.
외부 클래드층의 일부로 되는, 외경이 40㎜ 직경이고, 내경이 26㎜ 직경인 불소를 0.6wt% 함유하는 유리 파이프 D를 공지의 VAD법에 의해 작성하였다.
이 유리 파이프 D 내면을 기상 에칭에 의해서 연삭하여 내경을 28㎜ 직경으로 조정하고, 또한, 내면을 평활화하였다. 기상 에칭은 유리 파이프 D를 1550℃ 정도로 가열하면서 유리 파이프내에 SF6 가스를 도입하는 것에 의해 실시하였다. 설계 II에 근거하여, MCVD법을 이용하여 유리 파이프 D의 내면에 GeO2를 3.0mol% 포함하는 SiO2-GeO2층을 두께 2.2㎜만큼 퇴적시켜, 링부 및 제 2 함몰부를 갖는 유리 파이프 E를 얻었다. 이 유리 파이프 E를 1800℃ 정도로 가열해서 열수축하여, 외경을 35㎜ 직경으로 하고, 내경을 16㎜ 직경으로 하였다.
유리 파이프 E내에 유리 로드 C를 삽입하고, 로드인 콜랩스법에 의해 일체화하여, 외경 34㎜ 직경의 유리 로드 F를 얻었다.
광파이버 모재의 중간체 F는 외관 검사에 의해서 기포 등의 발생은 없고, 또한, 중간체 F에서의 중심 코어부의 측정된 타원율은 0.3~0.4%로 양호하였다.
모재 분석기로 이 광파이버 모재의 중간체 F의 굴절률 분포를 측정한 후, 목표로 하는 코어 직경이 5.5㎛이고, Rc=0.50이면, 소망하는 전송 특성을 갖는 광파이버가 되도록 설계하였다(이하, 설계 III라고 함).
설계 III에 근거하여, 유리 로드 F를 외경 28㎜ 직경까지 기계적으로 외주 연삭하여 Rc를 0.50으로 조정하였다. 이 외주부에 염소를 200wtppm 함유하는 실리카로 이루어지는 외부 클래드층을 합성하였다. 중심 코어부와 외부 클래드층과의 직경의 비는 22.7배로 조정되었다.
상기의 광파이버 모재를 외부 클래드층의 외경이 125㎛로 되도록 기지의 드로잉 방법에 의해 드로잉하였다. 이렇게 하여 얻어진 광파이버의 전송 특성은 하기에 나타내는 바와 같이 분산 시프트 파이버로서 설계대로의 특성을 갖고 있었다.
(실시예 2에 의해서 얻어진 광파이버의 전송 특성)
파장 1550㎚에서의 전송 손실 0.205㏈/㎞
색 분산 -6.3㎰/㎞/㎚
분산 경사 +0.011㎰/㎞/㎚2
Aeff 47㎛2
컷오프 파장 14200㎚
PMD 0.02㎰/√(㎞)
설계 II를 실시하지 않고서 파이버를 제조한 경우는, 분산값은 -9.45㎰/㎚/㎞으로 설계값으로부터 괴리하였다.
또한, 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버는, 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 적당한 변형, 개량이 가능하다.
도 22는 실시예 2의 변형예를 나타내고 있다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 제 2 함몰부와 외부 클래드층과의 중간에 제 2 링부를 갖는 굴절률 분포를 구성하는 광파이버 모재 또는 광파이버이어도 무방하다.
광파이버는 상기의 굴절률 분포에서 나타내는 구조에 한정되지 않는다. 광파이버는 적어도 중심 코어부, 함몰부, 링부를 갖고 있으면 된다.
(실시예 3)
다음에, 실시예 3을 이하에 설명한다.
본 실시예에서는 상기 실시예 1의 광파이버 모재의 제조 방법을 이용하였다.
먼저, OVD법에 의해서 퇴적한 실리카 유리 분진을 소결하여 연장함으로써, 코어 로드를 제조하였다. 이 코어 로드는 외경을 4㎜ 이상으로 하고, 전체 길이에서 외경 타원율의 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다. 굴절률 분포의 중심과 외경 중심과의 편차(편심률)의 차를 1% 이하로 하였다.
다음에, 실리카 유리 파이프를 준비하였다. 이 실리카 유리 파이프는 외경이 10㎜~200㎜로 하고, 내경이 4㎜~100㎜로 하였다. 또한, 실리카 유리 파이프의 파이프 편심률의 평균값의 전체 길이에서 평균값이 1% 이하이고, 또한, 편심률의 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다. 또한, 실리카 유리 파이프의 외경 타원율, 내경 타원율 및 실리카 유리 파이프의 전체 길이에서 타원율의 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다.
실리카 유리 파이프는 적어도 불소가 0.001wt%~10wt% 첨가되어 있는 불소 첨가 실리카 유리 파이프이다.
그리고, 상기 코어 로드와 실리카 유리 파이프를 일체화하여, 콜랩스에 의해 유리 로드를 제작하고, 모재 분석기로 굴절률 분포를 평가하였다(제 1 공정).
다음에, 유리 파이프의 출발 로드로서, 실리카 제품의 파이프를 준비하였다. 이 파이프는 OVD법에 의해서 퇴적 속도 50g/min 이상으로 유리 미립자를 퇴적시키고, 그 후에 탈수 소결하여 얻어지는 것을 특징으로 하며, 첨가물로서 적어도 염소 또는 불소가 0.001wt%~10wt% 포함되고, 외경 20㎜~150㎜이고, 그 두께를 1㎜~8㎜로 하였다. 또한, 이 파이프는 그 전체 길이에서 편육률의 평균값이 0.3% 이하이고, 파이프 편심률, 외경 타원율 및 내경 타원율을 전체 길이에서 평균값이 각각 1% 이하로 하였다. 그리고, 이 파이프의 내측에, 목표하는 분포로 되도록 유리 로드의 굴절률 분포의 평가 결과를 이용하여 계산한 굴절률 및 막두께로 되도록, 적어도 불소와 게르마늄과 인 중 적어도 하나 이상을 포함하는 유리층을 퇴적시킴으로써 유리 파이프를 제작하였다(제 2 공정).
그리고, 상기 제 1 공정에서 작성된 유리 로드와 상기 제 2 공정에서 작성된 유리 파이프를 콜랩스에 의해 일체화하여 유리체를 제작하였다(제 3 공정).
상기 제 3 공정에서 제작된 유리체의 외주에 OVD법에 의해서 유리 미립자를 퇴적 속도 50g/min 이상으로 퇴적시켜 자켓부를 형성하여, 이 자켓부를 탈수 소결하고, 이 소결체의 길이 방향에서 자켓부의 직경에 대한 유리체부 직경의 편차 비율은 1% 이하이고, 환산 길이 400㎞ 이상이고, 전체 길이에서 중심 코어부의 타원율이 1.5% 이하인 광파이버 모재(프리폼)를 제작하였다(제 4 공정).
상기 제 4 공정에서 제작된 광파이버 모재를 드로잉 속도 1000m/min 이상으로 드로잉하였다(제 5 공정).
도 23은 파이프의 편육률 및 중심 코어부의 편심률(%)에 대한 PMD(㎰/√(㎞))의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 23에 나타내는 바와 같이, 본 실시예와 같이 파이프의 편육률, 중심 코어부의 편심률 및 중심 코어부의 타원율(%)을 1% 이하로 하면, PMD를 0.15(㎰/√(㎞)) 이하로 할 수 있었다.
여기서, 파이프의 편육률이란, 파이프 벽두께의 최대값에 대한 파이프 벽두께의 최대값과 최소값과의 차의 백분율이다. 중심 코어부의 편심률이란, 중심 코어부의 중심 위치와 로드의 중심 위치와의 편차량의 백분율이다. 중심 코어부의 타원율이란, 중심 코어부의 외경의 최대값에 대한 중심 코어부의 외경의 최대값과 최소값과의 차의 백분율이다.
도 24는 MCVD법에서 사용된 파이프 벽두께(㎜)와 통신 파장 1.55㎛에서의 파장 무의존 손실 성분(B값이라고도 함, 단위는 ㏈/㎞로 함)과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 24에 나타내는 바와 같이, 파이프 벽두께를 얇게 하면, 파이프 내부에 형성되는 유리층의 경계면의 거칠기를 저감시킬 수 있어, 층구조의 불완전성에 기인하는 손실을 떨어뜨릴 수 있다. 본 실시예와 같이, 벽두께를 8㎜ 이하로 함으로써, 파장 무의존 손실 성분을 0.01㏈/㎞ 이하로 할 수 있었다.
본 실시예에 의하면, PMD가 낮은 광파이버를 얻을 수 있었다. 또한, 대형의 광파이버 모재를 고속으로 합성하여, 저비용의 광파이버용 모재를 제조할 수 있었다.
(실시예 4)
다음에, 실시예 4를 설명한다.
본 실시예에서는 상기 실시예 1의 광파이버 모재의 제조 방법을 이용하였다.
먼저, OVD법에 의해서 퇴적한 실리카 유리 분진을 소결하고 연장함으로써, 코어 로드를 제조하였다. 이 코어 로드는 외경을 4㎜ 이상으로 하고, 외경 타원율의 전체 길이에서 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다. 굴절률 분포의 중심과 외경 중심과의 편차(편심률)의 차를 1% 이하로 하였다.
다음에, 실리카 유리 파이프를 준비하였다. 이 실리카 유리 파이프는 외경이 10㎜~200㎜이며, 내경이 4㎜~100㎜로 하였다. 또한, 실리카 유리 파이프의 파이프 편육의 평균값이 1% 이하이고, 또한, 파이프 편심률의 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다. 또한, 실리카 유리 파이프의 외경 타원율, 내경 타원율 및 실리카 유리 파이프의 전체 길이에서 타원율의 평균값이 1% 이하로 되도록 하였다.
실리카 유리 파이프는 적어도 불소가 0.001wt%~10wt% 첨가되어 있는 불소 첨가 실리카 유리 파이프이다.
그리고, 상기 코어 로드와 실리카 유리 파이프를 일체화하여, 로드인 콜랩스에 의해 유리 로드를 제작하고, 모재 분석기로 굴절률 프로 파일을 평가하였다(제 1 공정).
다음에, 유리 파이프의 출발 로드로서, 실리카 제품의 파이프를 준비하였다. 이 파이프는 OVD법에 의해서 퇴적 속도 50g/min 이상으로 유리 미립자를 퇴적시키고, 그 후에 탈수 소결하여 얻어지는 것을 특징으로 하며, 첨가물로서 적어도 염소 원자 또는 불소 원자가 0.001wt%~10wt% 포함되고, 외경이 20㎜~150㎜이고, 그 두께를 1㎜~8㎜로 하였다. 또한, 이 파이프는 전체 길이에서 편심률의 평균값이 1% 이하로서, 편육률의 평균값이 0.3% 이하이고, 외경 타원율 및 내경 타원율을 파이프의 전체 길이에서 평균값이 각각 1% 이하로 하였다. 그리고, 이 파이프의 내측에, 목표하는 분포로 되도록 유리 로드의 굴절률의 평가 결과를 이용하여 계산한 굴절률 및 층두께로 되도록, 적어도 불소와 게르마늄과 인 중 적어도 하나 이상을 포함하는 유리층을 퇴적시킴으로써 유리 파이프를 제작하고, 상기 제 1 공정에서 작성된 유리 로드를 상기 유리 파이프를 콜랩스하고 일체화하여 유리체를 제조하였다(제 2 공정).
다음에, 자켓 파이프로서 기능하는 실리카 유리 파이프를 준비한다. 이 실리카 유리 파이프는 외경이 10㎜~200㎜이다. 또한, 파이프의 편육률의 평균값이 1% 이하이고, 편심률의 평균값이 1% 이하이고, 외경 타원율 및 내경 타원율의 평균값이 1% 이하이다. 이 실리카 유리 파이프는 적어도 염소 원자를 0.001wt%~10wt% 포함하는 것이다. 이 실리카 유리 파이프에 본 실시예의 제 2 공정에서 얻어진 유리체를 삽입하고, 환산 길이 400㎞로 하고, 유리체와 실리카 유리 파이프를 일체화하면서 1000m/min의 드로잉 속도로 드로잉(로드인 드로잉)하였다(제 3 공정).
본 실시예에 의하면, PMD가 낮은 광파이버를 얻을 수 있었다. 또한, 외경이 큰 자켓 파이프를 준비하여, 이 자켓 파이프에 유리체를 삽입하여 로드인 드로잉하면, 유리 미립자를 유리체의 외주에 퇴적, 탈수 소결시키는 공정을 생략할 수 있기 때문에, 저비용의 파이버 제조 공정을 실현할 수 있었다.
또한, 대형 광파이버 모재를 고속으로 합성하여 저비용의 광파이버 모재를 제조할 수 있었다.
(실시예 5)
다음에, 실시예 5를 설명한다.
본 실시예에서는 상기 실시예 3의 광파이버 모재의 제조 방법을 이용하였다.
먼저, 유리 파이프의 출발 로드로서, 실리카 유리 파이프를 준비한다. 이 실리카 유리 파이프는 적어도 불소를 0.001wt%~10wt%를 포함하고, 외경이 10㎜~200㎜이고, 내경이 4㎜~100㎜이며, 실리카 유리 파이프의 전체 길이에서 편육률의 평균값이 1% 이하이고, 파이프의 편심률의 평균값이 1% 이하이고, 외경 타원율의 평균값이 1% 이하인 불소 첨가 실리카 유리 파이프로 하였다. 이 실리카 유리 파이프의 내주면에, 첨가물로서 불소와 게르마늄과 인 중 적어도 하나 이상을 포함하는 실리카 유리층을 퇴적하여 유리 파이프를 제작하고, 모재 분석기로 굴절률 분포를 평가하였다(제 1 공정).
다음에, OVD법에 의해서 퇴적된 실리카 유리 미립자의 퇴적체를 소결하여 연장함으로써 유리 로드를 제조하였다. 이 유리 로드는 외경이 4㎜ 이상이고, 전체 길이에서 외경 타원율의 평균값이 1% 이하였다. 굴절률 중심과 외경 중심과의 편차(편심률)의 차가 1% 이하였다. 이 유리 로드와, 상기 제 1 공정에서 제작한 유리 파이프를 콜랩스에 의해 일체화하여, 유리체를 제조하였다(제 2 공정).
상기 제 2 공정에서 얻어진 유리체의 외주에 자켓부를 형성하여 광파이버 모재를 제조하였다. 자켓부를 구성하는 유리 미립자의 퇴적 속도를 50g/min 이상으로 하였다. 그리고, 퇴적한 유리 미립자를 소결하여 축방향에서의 자켓부 직경에 대한 유리체부 직경의 비율 편차가 1% 이하로 되도록 하였다. 또한, 모재 크기가 광파이버의 길이로 환산된 길이를 400㎞로 하고, 제조된 광파이버 모재의 중심 코어부의 타원율이 전체 길이에서 1.5% 이하로 되도록 하였다(제 3 공정).
상기 제 3 공정에서 얻어진 광파이버 모재를 드로잉 속도 1000m/min 이상으로 드로잉하여 광파이버를 제조하였다(제 4 공정).
본 실시예에 의하면 퇴적 속도가 상대적으로 느린 MCVD 프로세스에 의한 유리 합성 시간을 줄이고, 고속 합성이 가능한 프로세스(OVD법)로 제작하는 영역을 늘림으로써, 저비용으로 광파이버를 제작할 수 있었다.
(실시예 6)
다음에, 실시예 6을 설명한다.
본 실시예에서는 상기 실시예 3의 광파이버 모재의 제조 방법을 이용하였다.
먼저, 유리 파이프의 출발 로드로서, 실리카 유리 파이프를 준비한다. 이 실리카 유리 파이프는 적어도 불소를 0.001wt%~10wt%를 포함하고, 외경이 10㎜~200㎜이고, 내경이 4㎜~100㎜이고, 실리카 유리 파이프의 전체 길이에서 파이프의 편육률의 평균값이 1% 이하이고, 파이프의 편심률의 평균값이 1% 이하이고, 외경 타원율의 평균값이 1% 이하인 불소 첨가 실리카 유리 파이프로 하였다. 이 실리카 유리 파이프의 내주면에, 첨가물로서 불소와 게르마늄과 인 중 적어도 하나를 포함하는 실리카 유리층을 퇴적하여, 유리 파이프를 제작하였다(제 1 공정).
다음에, OVD법에 의해서 퇴적된 실리카 유리 미립자의 퇴적체를 소결하여 연장함으로써, 유리 로드를 제조하였다. 이 유리 로드는, 외경이 4㎜ 이상이고, 전체 길이에서 외경 타원율의 평균값이 1% 이하였다. 굴절률 분포의 중심과 외경 중심과의 편차(편심률)의 차가 1% 이하였다. 이 유리 로드와 상기 제 1 공정에서 제작한 유리 파이프를 콜랩스에 의해 일체화하여, 유리체를 제조하였다(제 2 공정).
자켓 파이프로서 기능하는 실리카 유리 파이프를 준비한다. 이 실리카 유리 파이프는 외경이 10㎜~200㎜로 하고, 내경이 4㎜~100㎜로 하였다. 실리카 유리 파이프의 편육률의 평균값을 1% 이하로 하고, 파이프의 편심률의 평균값을 1% 이하로 하고, 외경 타원율 및 내경 타원율의 평균값을 각각 1% 이하로 하였다. 실리카 유리 파이프는 적어도 염소를 0.001wt%~10wt%를 포함하는 것으로 하였다. 이 실리카 유리 파이프에 상기 제 2 공정에서 제조한 유리체를 삽입하여 광파이버의 길이로 환산된 400㎞의 모재의 크기를 갖도록, 유리체와 실리카 유리 파이프를 일체화하면서 드로잉 속도 1000m/min 이상으로 드로잉하였다(제 3 공정).
본 실시예에 의하면 퇴적 속도가 상대적으로 느린 MCVD 프로세스에 의한 유리 합성 시간을 줄이고, 고속 합성이 가능한 프로세스(OVD법)로 제작하는 영역을 늘림으로써, 저비용으로 광파이버를 제작할 수 있었다. 또한, 광파이버 모재의 일체화 공정과 드로잉 공정을 공통화함으로써, 제조 비용을 내릴 수 있었다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 유리 로드를 제조할 때에는, 코어와 클래드와의 외경 비율을 조정하는 방법으로서 코어 외주와 파이프 내주 중 적어도 한쪽에 연삭, 기상, 액상 에칭을 실행하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 미리 코어와 클래드와의 배율을 조정하는 것에 의해, 목표 특성에 합치한 광파이버 모재를 얻을 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 코어부의 첨가물로서 적어도 게르마늄(Ge)을 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 순수 실리카에 비해 코어부의 굴절률을 증가시킬 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 실리카 유리 파이프를 제조할 때에는, OVD법에 의해 실리카 미분말을 합성한 후에, 탈수 소결하여 파이프의 잔류 OH기가 0.1wtppm 이하이도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 고속 합성이 가능한 프로세스에 의해서 저비용화를 실현하는 광파이버의 OH기의 흡수 손실을 저감할 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 불소 첨가 실리카 유리 파이프를 제조하는 방법으로서는, 유리 미립자의 퇴적체의 소결시에 적어도 불소 원자 또는 불소를 포함하는 화합물을 갖는 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또는, 유리 미립자의 퇴적체의 소결시에 적어도 불소 원자, 불소 및 헬륨 가스를 포함하는 화합물을 갖는 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 순수 실리카에 비해 굴절률이 감소하고, 소망하는 굴절률로 조정할 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 실리카 유리 파이프를 제조하는 방법으로서는, 피어싱법 또는 감삭 방법에 의해서 파이프내에 축방향으로 스루홀을 피어싱하는 것이 바람직하다. 피어싱법은 고속으로 유리 파이프에 홀을 뚫을 수 있기 때문에, 제조에 따른 비용을 저감할 수 있다.
이 피어싱법에서, 파이프 내벽의 첨가물 이외의 불순물 농도를 1wtppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 파이프 내벽의 첨가물 이외의 불순물 농도를 10wtppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 하면, 파이프 내면에 천이 금속 등의 불순물이 혼입함으로써, 전송 대역의 손실이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 유리 파이프에 퇴적하는 유리의 퇴적 속도를 0.4g/min 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1g/min 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 하면, 고속으로 MCVD법을 실시함으로써, 저비용으로 파이버를 제조할 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, MCVD법을 실행할 때에는, 가열원으로서 산소수 버너 또는 전기 저항로 또는 고온의 플라즈마 토치 또는 유도로를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 전기 저항로 또는 고온의 플라즈마 토치 또는 유도로를 사용한다. 가열원에 수분이 발생하는 일이 없기 때문에, OH기에 의한 파장 1.38㎛에서의 흡수 손실이 낮은 파이버를 제작할 수 있다. 또한, MCVD법에서의 퇴적 속도를 증가시키기 위해서는, 파이프 내부를 충분하게 가열하는 것이 바람직하지만, 이를 위해서는 파이프의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다. 가열원으로서 산수소 버너를 이용하면, 가열원 자체가 수분을 발생하면서 파이프 외주를 가열하기 때문에, 파이프의 두께가 얇아질수록 OH기 흡수가 증가한다.
특히, 불소 첨가 파이프는 염소 첨가 파이프보다도 OH기를 확산시키기 쉽기 때문에, 불소가 첨가된 파이프를 출발 파이프로 사용하는 경우는, 가열원이 무수(無水)인 것이 중요하다. 예를 들면, 불소의 첨가 농도가 0.2wtppm인 파이프(외경 25㎜, 내경 17㎜)의 내부에 유리층이 퇴적되고, 산수소 버너가 가열원으로서 사용된 샘플에서는, OH기가 파이프 외면으로부터 내부로 확산한 결과, 파장 1.38㎛에서의 과잉 손실은 0.8㏈/㎞로 되었다. 이에 반하여, 출발 파이프를 불소를 포함하지 않는 실리카 파이프(염소 첨가 농도가 200wtppm)로 하고, 불소 첨가 파이프와 동일한 광강도 분포가 되도록 코어의 외경ㆍ굴절률을 조정함으로써, OH기에 기인하는 과잉 손실은 0.5㏈/㎞이었다.
그에 반하여, 플라즈마나 유도로원을 이용한 경우에서는, 과잉 손실이 어느 하나의 경우이어도 0.11㏈/㎞이고, 산수소 버너에서 특유적으로 발견되는 OH기의 확산을 억제하여, 광파이버의 OH기의 확산이 적은 것을 확인할 수 있었다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 유리체 주위에 자켓부를 형성하기 전에 해당 유리체를 축방향으로 연장하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 연장에 의해서 미리 유리체 외경을 조정할 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 유리체 주위에 자켓부를 형성하기 전에 해당 유리체를 축방향으로 연장하고, 그 후, 유리체의 외주를 에칭하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, OH기에 의한 파장 1.38㎛에서의 흡수 손실을 저감할 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 콜랩스시에 열원으로서 유도로 또는 저항로 또는 산수소 화염 또는 고온의 플라즈마 토치를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 유도로를 이용하는 것이 보다 바람직하다. 유도로를 이용함으로써, 가열 영역의 길이를 짧게 할 수 있고, 또한, 전주위로부터 균등하게 가열할 수 있기 때문에, 콜랩스시의 코어의 변형을 억제할 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 일체화시에, 일체화중인 파이프 내부의 절대 압력이 10kPa 이하이고, 콜랩스중인 파이프 외면 온도가 1000℃~1600℃인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, OH기에 의한 파장 1.38㎛에서의 흡수 손실을 저감시킬 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 일체화시에 불소 첨가 실리카 유리 파이프 또는 순수 실리카 유리 파이프를 출발 파이프로 한 경우에는, 가열원으로서 고온의 플라즈마 토치 또는 유도로 또는 전기 저항로를 이용하는 것이 바람직하다. 불소 첨가 실리카 유리 파이프나 순수 실리카 유리 파이프는 OH가 침투하는 것을 억제하기 때문에, 가열원에 수분이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이 무수 가열원으로 함으로써, 수분 흡착한 유리층의 제거량을 줄이는 것이 가능하여 광파이버 모재를 저비용으로 제조할 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 광파이버를 요동하면서 드로잉하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, PMD를 저감할 수 있다. 또한, 드로잉시에는, 광파이버의 피복 장력을 30g~300g로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 제조하는 광파이버 모재의 조성에 따라서 광파이버의 피복 장력을 조절하여 광파이버 내부의 잔존 응력이 변화되는 것을 억제하기 때문에, 장력 조정에 의해 광파이버 드로잉 후의 특성 변동을 억제할 수 있다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 드로잉 후의 유리 직경은 90㎛~250㎛인 것이 바람직하다.
상기 실시예 3 내지 6에 있어서, 광파이버는 OH기에 의한 파장 1.38㎛에서의 흡수 손실이 0.2㏈/㎞ 이하인 것이 바람직하고, 0.1㏈/㎞ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이와 같이, 무수 프로세스를 콜랩스시에 도입하는 것에 의해서, OH 흡수 손실이 작은 광파이버를 제조할 수 있다.
도 23은 파이프 편육률 및 중심 코어부 편심률(%)에 대한 PMD(㎰/√(㎞))의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 23에 나타내는 바와 같이, 상기 실시예 3 내지 6과 같이 파이프 편육률 및 중심 코어부의 편심률(%)의 축방향에서의 평균값을 1% 이하로 하면, PMD(㎰/√(㎞))을 0.15 이하로 할 수 있었다.
도 24는 MCVD법의 출발 파이프 벽두께(㎜)와 파장 1.55㎛에서의 파장 무의존 손실 성분(B값이라고도 함, 단위는 ㏈/㎞로 함)과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 24에 나타내는 바와 같이, 벽두께를 얇게 하면, 파이프 내부에 형성되는 유리층의 경계면의 거칠기를 저감시킬 수 있고, 실시예 3 내지 6과 같이, 초기 파이프의 벽두께를 8㎜ 이하로 함으로써, 파장 무의존 손실 성분을 0.01㏈/㎞ 이하로 할 수 있었다.
본 실시예에 의하면, PMD가 낮은 광파이버를 얻을 수 있었다. 또한, 대형의 광파이버 모재를 고속으로 합성하여, 광파이버용 모재를 저비용으로 제작할 수 있었다.
도 25는 천이 금속의 흡수 스펙트럼의 파장(㎚)에 대한 전송 손실(㏈/㎞)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 25에서, 천이 금속으로는, 원료 가스 공급 라인에 일반적으로 이용되는 스테인레스 파이프의 구성요소인 철(Fe)을 사용하였다. 여기서, 광파이버의 신호 전송 영역에 철을 10wtppm 투입하여, 전송 대역의 신호 파장에 대한 전송 손실(㏈/㎞)을 측정하고 있다. 도 25에 나타내는 바와 같이, Fe 등의 천이 금속이 불순물로서 파이프 내벽에 혼입하면, 전송 대역의 손실이 증가해 버린다. 이 때문에, 상술한 바와 같이 피어싱법에 의해서 파이프를 제조할 때에는, 순도가 높은 피어싱 지그를 이용함으로써 파이프 내벽에서의 첨가물 이외의 불순물 농도를 낮게 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 콜랩스에 의한 일체화시에 열원으로서 유도로를 이용하는 것이 바람직하다.
도 26은 가열 방법에 대한 중심 코어부의 타원율(%)의 관계(특성 분포)를 나타내는 그래프이다. 도 26에 나타내는 바와 같이, 유도로는 파이프 전주위를 균일하게 가열할 수 있기 때문에, 산수소 버너에 비하여 일체화 후의 중심 코어부의 타원율을 저감시킬 수 있다.
본 발명에서, 일체화되는 유리 파이프 및 유리 로드를 유량이 0.1slm(standard liter/min) 이상이고, 또한, 파이프 표면 온도가 800℃ 이상의 염소 분위기에서 탈수, 베이크를 실행하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 유리 로드 및 유리 파이프 내벽에 흡착되어 있는 수분을 제거하는 것이 가능하다.
또한, 콜랩스 전에 파이프 내면에 기상 에칭을 실행하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 파이프 내면에 부착해 있는 이물이나 OH층을 제거할 수 있다.
도 27은 SF6 및 Cl2의 전가스 유량(slm)에 대한 가스의 이슬점(℃) 및 파이프의 OH기 농도(wtppm)의 관계를 나타내는 그래프이다. 본 도면 중, 27A는 SF6 및 Cl2의 전가스 유량(slm)에 대한 이슬점(℃)의 관계를 나타내고, 27B는 SF6 및 Cl2의 전가스 유량(slm)에 대한 OH기 농도(wtppm)의 관계를 나타내고 있다. 도 27에 나타내는 바와 같이, SF6 및 Cl2의 전가스 유량(slm)을 증가시킴으로써, 이슬점(℃)을 저감시킬 수 있고, OH기 농도(wtppm)를 저감시킬 수 있다.
본 발명에서는, 상기 에칭시에는 Cl2의 유속을 0.1slm 이상, 또한 SF6의 유속을 50sccm(standard cc/min) 이상 흘리고, 파이프 표면 온도를 1500℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 파이프 표면에 부착해 있는 이물이나 OH층을 제거할 수 있다.
(실시예 7)
실시예 7로서 상기 실시예 2의 광파이버 모재의 제조 방법을 사용하여 광파이버를 제조하였다. 본 실시예에서, 중심 코어부(121)의 비굴절률차 Δc를 0.5%로 하고, 링부(123)의 비굴절률차 Δr을 0.27%로 하고, 제 1 함몰부(122)의 비굴절률차 Δd1을 -0.3%로 하고, 제 2 함몰부(124)의 비굴절률차 Δd2를 -0.15%로 하였다.
도 12를 참조하면, 제 1 함몰부(122)의 외경 2d에 대한 중심 코어부(121)의 외경 2c의 비 Ra를 0.66으로 하고, 링부(123)의 외경 2r에 대한 제 1 함몰부(122)의 외경 2d의 비 Rb를 0.57로 하고, 제 2 함몰부(124)의 외경 2d'에 대한 링부(123)의 외경 2r의 비 Rc를 0.5로 하였다.
유리 로드용의 출발 파이프는 외경 30㎜, 내경 17㎜, 길이를 1900㎜로 하고, 일체화 전에 해당 출발 파이프의 내경면을 에칭하였다.
그리고, 외경 17㎜, 전체 길이에서의 타원율의 평균값 0.2%, 전체 길이가 1750㎜인 코어 로드를 준비하고, 상기의 출발 파이프내에 삽입하고, 콜랩스에 의해 일체화하였다. 이렇게 하여, 코어부 및 함몰부를 갖는 유리 로드를 제작하였다.
다음에, 출발 파이프에 MCVD에 의해서 유리층을 퇴적하였다. 이 때, 제 2 함몰부(124)에 상당하는 불소 첨가 실리카 파이프를 사용하여, 유리 파이프용의 출발 파이프 내부에 게르마늄을 포함하는 첨가층과 불소를 포함하는 첨가층을 퇴적한다. 이 때, 유리층의 퇴적 속도는 1.1g/min이었다. 여기서, MCVD법의 출발 파이프를 외경 32㎜, 내경 11㎜로 하고, 길이를 상기 유리 로드보다 9㎜ 짧아지도록 하였다. 이렇게 하여 유리 파이프를 제작하였다. 유리 로드와 유리 파이프를 콜랩스에 의해 일체화하여 유리체를 제작한다.
다음에, 하기와 같이 유리체 주위에 자켓부를 형성하여 광파이버 모재를 제조하였다. 유리 미립자의 퇴적 속도를 100g/min으로 하고, 소결 후의 자켓부의 외경을 91.5㎜로 하고, 축방향 길이를 1280㎜로 하고, 코어부의 타원율을 0.1%로 하고, 유리체 외경의 전체 길이에서의 타원율의 평균값을 0.22%로 하였다.
그리고, 상기 광파이버 모재를 하기와 같이 드로잉하였다. 드로잉 속도를 1200m/min으로 하고, 장력을 50g로 하고, 파이버의 회전 속도를 50rpm으로 하여 광파이버를 드로잉하고, 드로잉 길이를 685㎞로 하였다. 드로잉된 광파이버의 PMD는 0.12㎰/√(㎞)이었다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에서 광파이버 특성이 양호한 광파이버를 얻을 수 있었다.
한편, 본 실시예에서 자켓부를 형성하는 공정을 대신하여, 유리체를 자켓 파이프(외경 80㎜, 내경 31㎜)에 삽입하여 로드인 드로잉한 경우도 광파이버 특성이 양호한 광파이버를 얻을 수 있었다.
(실시예 8)
실시예 8로서 상기 실시예 3의 광파이버 모재의 제조 방법을 사용하여 광파이버를 제조하였다. 본 실시예에서, 비굴절률차 Δc을 0.5%로 하고, 비굴절률차 Δr을 0.27%로 하고, 비굴절률차 Δd1을 -0.3%로 하고, 비굴절률차 Δd2를 -0.15%로 하고, 비굴절률차 Δo를 0%로 하였다.
도 12를 참조하면, 제 1 함몰부(122)의 외경 2d에 대한 중심 코어부(121)의 외경 2c의 비 Ra를 0.66으로 하고, 제 1 링부(123)의 외경 2r에 대한 제 1 함몰부(122)의 외경 2d의 비 Rb를 0.57로 하고, 제 2 함몰부(124)의 외경 2d'에 대한 제 1 링부(123)의 외경 2r의 비 Rc를 0.5로 하였다.
링부 및 함몰부를 갖는 유리 파이프용의 출발 파이프로서, 제 2 함몰부(124)에 상당하는 파이프를 준비하였다. 이 출발 파이프는 외경 32㎜, 내경 8㎜, 길이를 1900㎜로 하고, 유리층을 퇴적시키기 전에 해당 출발 파이프의 내경면을 에칭하였다. 그 후, 출발 파이프의 내측에 MCVD법에 의해서 제 1 링부(123)에 상당하는 유리층 및 제 1 함몰부(122)에 상당하는 유리층을, 게르마늄이 첨가된 실리카 유리층과 불소가 첨가된 실리카 유리층을 퇴적함으로써 링부 및 함몰부를 갖는 유리 파이프를 제작하였다. 여기서, MCVD법의 유리층의 퇴적 속도는 0.5g/min이었다.
다음에, 외경 6㎜, 전체 길이에서의 타원율의 평균값 0.2%, 길이 1800㎜의 유리 로드를 준비하고, 이 유리 로드와 상기 유리 파이프를 콜랩스에 의해 일체화하여 유리체를 제작하였다. 그 후, 유리체의 외주체를 화염 연마로 평활화하였다.
다음에, 하기와 같이 유리체 주위에 자켓부를 형성하였다. 유리체 외경을 31㎜로 하고, 유리 미립자의 퇴적 속도를 100g/min으로 하고, 소결 후의 자켓부의 외경을 90㎜으로 하고, 길이를 1280㎜로 하고, 코어부의 전체 길이에서 타원율의 평균값을 0.1%로 하고, 유리체 외경의 전체 길이에서 타원율의 평균값을 0.2%로 하였다.
그리고, 드로잉 공정에서 상기 광파이버 모재를 드로잉 속도 1200m/min, 파이버의 장력 50g, 파이버의 회전 속도를 50rpm으로 하고, 드로잉 길이 685㎞로 드로잉하였다. 드로잉된 광파이버의 PMD는 0.11㎰/√(㎞)이었다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에서 광파이버 특성이 양호한 광파이버를 얻을 수 있었다.
한편, 본 실시예에서 자켓부를 형성하는 공정을 대신하여, 유리체를 자켓 파이프(외경 80㎜, 내경 31㎜)에 삽입하여 로드인 드로잉한 경우이어도 광파이버 특성이 양호한 광파이버를 얻을 수 있었다.
또한, MCVD법에 의해서 형성되는 유리층의 퇴적 속도를 향상시키기 위해서는, 출발 파이프의 벽두께를 얇게 하는(예를 들면, 2㎜~8㎜로 함) 것이, 파이프 내부를 외부 열원에 의해 효율적으로 가열할 수 있고, 원료 가스의 분진 생성 속도를 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 예를 들면, 두께 4㎜의 경우에서는 실리카 유리층의 퇴적 속도를 2g/min으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 적당한 변형, 개량 등이 가능하다.
예를 들면, 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법을 이용하여, 다층 구조의 파이버를 제조할 수 있다.
도 28은 다층 파이버용의 광파이버 모재의 굴절률 분포를 나타내고 있다.
도 28의 광파이버 모재에서 중심 코어부(281)의 비굴절률차 Δc가 0.5%이고, 제 1 함몰부(282)의 비굴절률차 Δd1이 -0.3%이고, 제 1 링부(283)의 비굴절률차 Δr1이 0.27%이고, 제 2 함몰부(284)의 비굴절률차 Δd2가 -0.15%이고, 제 2 링부(285)의 비굴절률차 Δr2가 0.17%이고, 외부 클래드층(286)의 비굴절률차 Δo가 0%이다. 즉, Δc≥Δr1>Δr2>Δo>Δd2>Δd1의 관계가 성립한다. 여기서, 제 1 링부(283) 및 제 2 링부(285)의 굴절률 Nr1 및 Nr2는 모두 중심 코어부(281)의 굴절률 Nc보다 작고, 또한, 제 1 함몰부(282) 및 제 2 함몰부(284)의 굴절률 Nd1 및 Nd2보다 크다. 또한, 제 1 함몰부(282) 및 제 2 함몰부(284)의 굴절률 Nd1과 Nd2는 모두 외부 클래드층(286)의 굴절률 No보다 작다. 이 때문에, 굴절률 Nr1 및 Nr2를 모두 굴절률 Nr로 취하고, 굴절률 Nd1 및 Nd2를 모두 굴절률 Nd로 취했을 때, 각 굴절률은 Nc≥Nr>No>Nd의 관계가 성립한다.
또한, 제 1 함몰부(282)의 외경(282d)에 대한 중심 코어부(281)의 외경(281c)의 비 Ra는 0.6이고, 제 1 링부(283)의 외경(283r)에 대한 제 1 함몰부(282)의 외경(282d)의 비 Rb는 0.63이고, 제 2 함몰부(284)의 외경(284d)에 대한 제 1 링부(283)의 외경(283r)의 비 Rc는 0.61이고, 제 2 링부(285)의 외경(285r)에 대한 제 2 함몰부(284)의 외경(284d)의 비 Rd는 0.7이다.
상기 실시예 3의 광파이버 모재의 제조 방법을 사용하여 도 28의 다층 파이버용의 광파이버 모재를 제조하는 순서를 설명한다.
먼저, 유리 로드, 즉, 중심 코어부(281)에 상당하는 코어 로드를 VAD법 등에 의해서 제조하는 유리 로드 제조 공정을 실행한다.
이 유리 로드의 굴절률 분포를 측정하고, 이 측정 결과에 근거하여 중심 코어부의 외경과 중심 코어부 주위의 굴절률 분포 파라미터를 설정한다.
그리고, 상기 유리 로드 제조 공정과는 별도로, 함몰부 및 링부를 갖는 유리 파이프 제조 공정을 실행한다. 유리 파이프 제조 공정에서는, 제 2 링부(285)에 상당하는 실리카 유리 파이프를 출발 파이프로 준비하고, 이 출발 파이프의 내주에 유리층을 퇴적하여, 제 2 함몰부(284)에 상당하는 유리층과, 제 1 링부(283)에 상당하는 유리층과, 제 1 함몰부(282)에 상당하는 유리층을 순서대로 형성함으로써 유리 파이프를 제조한다.
상기 유리 로드를 상기 유리 파이프에 삽입하고, 콜랩스에 의해 유리 파이프와 일체화하여 유리체를 제조한다.
이 유리체의 외주에 외부 클래드부(286)로 되는 자켓부를 형성함으로써, 광파이버 모재를 얻을 수 있다. 이 광파이버 모재를 드로잉함으로써, 5중 클래드 파이버를 제조할 수 있다.
도 29는 6중 클래드 파이버용의 광파이버 모재의 굴절률 분포를 나타내고 있다.
도 29의 광파이버 모재에서 중심 코어부(291)의 비굴절률차 Δc가 0.5%이고, 제 1 함몰부(292)의 비굴절률차 Δd1이 -0.3%이고, 제 1 링부(293)의 비굴절률차 Δr1이 0.27%이고, 제 2 함몰부(294)의 비굴절률차 Δd2가 -0.15%이고, 제 2 링부(295)의 비굴절률차 Δr2가 0.17%이고, 제 3 함몰부(296)의 비굴절률차 Δd3가 -0.15%이고, 외부 클래드층(297)의 비굴절률차 Δo가 0%이다. 즉, Δc≥Δr1>Δr2>Δo>Δd3=Δd2>Δd1의 관계가 성립한다. 여기서, 제 1 링부(293) 및 제 2 링부(295)의 굴절률 Nr1 및 Nr2는 모두 중심 코어부(291)의 굴절률 Nc보다 작고, 또한, 외부 클래드층(297)의 굴절률 No보다 크다. 또한, 제 1 함몰부(292), 제 2 함몰부(294) 및 제 3 함몰부(296)의 굴절률 Nd1, Nd2 및 Nd3는 모두 외부 클래드층(297)의 굴절률 No보다 작다. 이 때문에, 굴절률 Nr1 및 Nr2를 모두 굴절률 Nr로 취하고, 굴절률 Nd1, Nd2 및 Nd3를 모두 굴절률 Nd로 취했을 때, 각 굴절률은 Nc≥Nr>No>Nd의 관계가 성립한다.
또한, 제 1 함몰부(292)의 외경(292d)에 대한 중심 코어부(291)의 외경(291c)의 비 Ra는 0.6이고, 제 1 링부(293)의 외경(293r)에 대한 제 1 함몰부(292)의 외경(292d)의 비 Rb는 0.63이고, 제 2 함몰부(294)의 외경(294d)에 대한 제 1 링부(293)의 외경(293r)의 비 Rc는 0.61이고, 제 2 링부(295)의 외경(295r)에 대한 제 2 함몰부(294)의 외경(294d)의 비 Rd는 0.7이고, 제 3 함몰부(296)의 외경(296d)에 대한 제 2 링부(295)의 외경(295r)의 비 Re는 0.77이다.
본 발명에 따른 실시예 3의 광파이버 모재의 제조 방법을 사용하여 도 29의 다층 파이버용의 광파이버 모재를 제조하는 순서를 설명한다.
먼저, 유리 로드, 즉, 중심 코어부(291)에 상당하는 코어 로드를 VAD법 등에 의해서 제조하는 유리 로드 제조 공정을 실행한다.
이 유리 로드의 굴절률 분포를 측정하고, 이 측정 결과에 근거하여 중심 코어부의 외경과 그 외측의 굴절률 분포 파라미터를 설정한다.
그리고, 상기 유리 로드 제조 공정과는 별도로, 함몰부 및 링부를 갖는 유리 파이프 제조 공정을 실행한다. 유리 파이프 제조 공정에서는, 제 3 함몰부(296)에 상당하는 실리카 유리 파이프를 출발 파이프로 준비하고, 이 출발 파이프의 내주에 유리 미립자를 퇴적하여, 제 2 링부(295)에 상당하는 유리층과, 제 2 함몰부(294)에 상당하는 유리층과, 제 1 링부(293)에 상당하는 유리층과, 제 1 함몰부(292)에 상당하는 유리층을 순서대로 형성함으로써 유리 파이프를 제조한다.
상기 유리 로드를 상기 유리 파이프에 삽입하고, 콜랩스에 의해 유리 파이프와 일체화하여 유리체를 제조한다.
이 유리체의 외주에 외부 클래드부(297)로 되는 자켓부를 형성함으로써 광파이버 모재를 얻을 수 있다. 이 광파이버 모재를 드로잉함으로써, 6중 클래드 파이버를 제조할 수 있다.
도 28 및 도 29의 다층 파이버용의 광파이버 모재의 제조에서는, 상기 실시예 2의 광파이버 모재의 제조 방법을 이용하여 제조해도 된다.
이와 같이, 도 28 및 도 29의 다층 파이버에 한하지 않고, 다수의 층을 갖는 다층 파이버를 상기 광파이버 모재의 제조 방법에 의해서 제조할 수 있다. 다층 파이버에서 함몰부 및 링부가 각각 복수개 존재하는 경우에는, 각 함몰부의 굴절률이 외부 클래드층의 굴절률보다도 작고, 또한, 각 링부의 굴절률이 외부 클래드층의 굴절률보다도 크다고 한다. 이 때, 중심 코어부의 굴절률 Nc, 함몰부의 굴절률 Nd, 링부의 굴절률 Nr 및 외부 클래드층의 굴절률 No는 Nc≥Nr>No>Nd의 관계를 만족한다.
상기 모든 실시예에서 자켓층을 합성하기 위해서, 상기에 설명한 이외에도 VAD/복수 버너에 의한 외부 부착법을 사용하여, 퇴적한 유리 미립자를 탈수ㆍ소결함으로써 얻을 수 있다.
본 발명을 상세하게 또한 특정 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 주지와 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.
본 출원은 2002년 4월 16일 출원의 일본 특허 출원(제2002-113280호)에 근거한 것으로서, 그 내용은 여기에 참조로서 취급된다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광파이버 모재의 제조 방법 및 광파이버의 제조 방법 및 광파이버에 의하면, 먼저 굴절률 분포에 근거하여 굴절률을 각각 측정한 중심 코어부와 함몰부를, 광파이버의 특성에 따라 적절하게 조합하여 유리 로드를 제조하고, 한편, 링부를 구비한 유리 파이프를 제조한다. 그리고, 이들을 별도로 제조한 유리 파이프와 유리 로드를 콜랩스하여 일체화하기 때문에, 소망하는 특성을 갖는 복잡한 구성의 광파이버 모재 및 광파이버를 양호한 정밀도로 제조할 수 있다.
Claims (26)
- 중앙에 굴절률이 극대값 Nc인 중심 코어부를 갖고, 해당 중심 코어부의 외측에 적어도 굴절률이 극소값 Nd인 함몰부와, 굴절률이 극대값 Nr인 링부와, 굴절률이 극대값 No인 외부 클래드층을 갖고, 굴절률의 값이 Nc≥Nr>No>Nd의 관계인 광파이버용 모재(母材)의 제조 방법으로서,적어도 상기 중심 코어부를 포함하는 코어 로드를 적어도 상기 함몰부를 포함하는 함몰 파이프내에 삽입하고, 일체화하여 유리 로드를 제조하는 유리 로드 제조 공정과,상기 유리 로드의 굴절률 분포를 측정하는 제 1 측정 공정과,상기 제 1 측정 공정의 측정 결과에 근거하여, 상기 중심 코어부의 외경과 상기 함몰부의 외경의 비 Ra와, 상기 함몰부의 외경과 상기 링부의 외경의 비 Rb와, 상기 외부 클래드층에 대한 상기 링부의 비굴절률차 Δr를 설정하는 설정 공정과,상기 외부 클래드층에 대한 상기 링부의 비굴절률차가 설정값 Δr로 되도록, 상기 링부를 구비한 유리 파이프를 제조하는 유리 파이프 제조 공정과,상기 중심 코어부의 외경과 상기 함몰부의 외경의 비가 Ra로, 상기 함몰부의 외경과 상기 링부의 외경의 비가 Rb로 되도록, 상기 유리 로드를 상기 유리 파이프내에 삽입한 후에, 상기 유리 로드와 상기 유리 파이프를 일체화하여 유리체를 제조하는 일체화 공정과,상기 유리체의 굴절률 분포를 측정하는 제 2 측정 공정과,목표로 하는 파이버화 했을 때의 광파이버의 중심 코어부의 직경을 결정하는 결정 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 유리 파이프 제조 공정은, 출발 파이프에 적어도 한 종류 이상의 굴절률을 갖는 유리층을 내부 부착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 유리 로드가, 상기 중심 코어부의 타원율이 0.4% 이하, 일체화 계면에 발생한 기포수가 유리 로드 길이 방향 10㎜당 1개 이하로 하는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 유리 로드 제조 공정은, 목표로 하는 함몰부의 직경보다도 큰 함몰부의 직경으로 유리 로드 중간체를 제조하는 중간 로드 제조 부속 공정과, 해당 유리 로드 중간체의 굴절률 분포 측정 결과에 근거하여 목표로 하는 상기 함몰부의 외경과 상기 중심 코어부의 외경의 비 Ra를 결정하는 Ra 결정 부속 공정과, 상기 유리 로드 중간체의 외주면을 제거하여 상기 목표로 하는 비 Ra를 목표로 하는 값으로 조정하는 Ra 조정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 유리 파이프 제조 공정은, 출발 파이프에 유리층을 내부 부착하여 상기 출발 파이프의 내표면에 상기 링부를 형성하는 링 형성 부속 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 일체화 공정에서 일체화된 상기 유리체는, 상기 중심 코어부에서 1.5% 이하의 타원율을 갖고, 상기 유리체의 일체화 계면에 발생한 기포수가 유리체 길이 방향 10㎜ 당 1개 이하인 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 유리체의 외측에 자켓부를 형성하는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 광파이버 모재의 제조 방법에 의해서 제작된 광파이버 모재를 드로잉(drawing)하는 드로잉 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광파이버의 제조 방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 광파이버 모재의 제조 방법에 의해서 상기 유리체를 자켓 파이프에 삽입하고, 상기 유리체와 상기 자켓 파이프를 일체화한 직후에 드로잉하는 로드 인 드로잉(rod-in-drawing) 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광파이버의 제조 방법.
- 청구항 10에 기재된 광파이버의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 광파이버.
- 제 12 항에 있어서,상기 함몰부(2d)의 외경에 대한 상기 중심 코어부(2c)의 외경의 비를 Ra=2c/2d로 하고, 상기 링부(2r)의 외경에 대한 상기 함몰부(2d)의 외경의 비를 Rb=2d/2r로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 No에 대한 상기 중심 코어부의 극대 굴절율 Nc의 비굴절률차 Δc를 (Nc-No)/No ×100[%]으로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 No에 대한 상기 함몰부의 극소 굴절율 Nd의 비굴절률차 Δd를 (Nd-No)/No ×100[%]으로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 No에 대한 상기 링부의 극대 굴절율 Nr의 비굴절률차 Δr을 (Nr-No)/No ×100[%]이고, 상기 외부 클래드층의 외경을 2o로 했을 때에, 하기의 식,0.20≤Ra≤0.66과,0.50≤Rb≤0.80과,90㎛≤2o≤150㎛과,2.5%≥Ac≥0.5%와,-0.8%≤Δd≤-0.2%와,1.0%≥Δr≥0.1%를 만족하고,파장 1550㎚에서의 분산값이 +8㎰/㎞/㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 광파이버.
- 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 출발 파이프는 불소 첨가 실리카 유리 파이프인 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 출발 파이프 내측에 유리층을 퇴적하는 MCVD법이 실행되고, 유리층의 퇴적 속도는 0.4g/min 이상인 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 유리층의 퇴적 속도는 1.0g/min 이상인 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,MCVD법을 실행할 때에, 가열원으로서 유도로(誘導爐) 또는 고온의 플라즈마 토치(plasma torch) 또는 저항로(抵抗爐)를 이용하는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 유리 로드, 상기 유리 파이프의 내경 및 외경의 타원율이 1% 이하이고, 상기 유리 로드의 편심률이 1% 이하인 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,PMD가 0.15㎰/√(㎞) 이하인 것을 특징으로 하는 광파이버.
- 제 12 항에 있어서,OH기에 의한 파장 1.38㎛에서의 과잉 흡수 손실이 0.2㏈/㎞ 이하인 것을 특징으로 하는 광파이버.
- 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,VAD법 또는 OVD법 또는 복수 버너에 의한 외부 부착법에 의해 실리카 미분말을 합성한 후에 탈수 소결하여 출발 파이프를 형성해서, 출발 파이프 내부의 잔류 OH기가 0.001wtppm 이하가 되도록 하는 출발 파이프 제조 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
- 청구항 9에 기재된 광파이버 모재의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 광파이버.
- 제 22 항에 있어서,상기 함몰부(2d)의 외경에 대한 상기 중심 코어부(2c)의 외경의 비를 Ra=2c/2d로 하고, 상기 링부(2r)의 외경에 대한 상기 함몰부(2d)의 외경의 비를 Rb=2d/2r로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 No에 대한 상기 중심 코어부의 극대 굴절율 Nc의 비굴절률차 Δc를 (Nc-No)/No ×100[%]으로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 No에 대한 상기 함몰부의 극소 굴절율 Nd의 비굴절률차 Δd를 (Nd-No)/No ×100[%]으로 하고, 상기 외부 클래드층의 극대 굴절율 No에 대한 상기 링부의 극대 굴절율 Nr의 비굴절률차 Δr을 (Nr-No)/No ×100[%]이고, 상기 외부 클래드층의 외경을 2o로 했을 때에, 하기의 식,0.20≤Ra≤0.66과,0.50≤Rb≤0.80과,90㎛≤2o≤150㎛과,2.5%≥Ac≥0.5%와,-0.8%≤Δd≤-0.2%와,1.0%≥Δr≥0.1%를 만족하고,파장 1550㎚에서의 분산값이 +8㎰/㎞/㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 광파이버.
- 제 22 항에 있어서,PMD가 0.15㎰/√(㎞) 이하인 것을 특징으로 하는 광파이버.
- 제 22 항에 있어서,OH기에 의한 파장 1.38㎛에서의 과잉 흡수 손실이 0.2㏈/㎞ 이하인 것을 특징으로 하는 광파이버.
- 제 2 항에 있어서,상기 유리 로드 및 상기 유리 파이프의 내경 및 외경 각각의 타원율이 1% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
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