KR101084716B1 - 모드 차단재가 구비된 광섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광신호의 간섭을 방지할 수 있도록 하는 모드 차단재가 구비된 광섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 차단재가 구비된 광섬유는, 광신호를 전달하는 코어; 상기 코어보다 굴절률이 낮고, 상기 코어를 둘러싸며, 상기 코어를 중심으로 하여 다수개의 공기홀이 형성된 클래딩; 및 상기 클래딩에 형성된 다수개의 공기홀의 일측 또는 양측 단부에 주입되어 밀폐하여 광신호를 차단하는 차단재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 차단재가 구비된 광섬유 제조방법은, a) 광신호를 전달하는 코어 및 상기 코어보다 굴절률이 낮고, 상기 코어를 둘러싸며, 상기 코어를 중심으로 하여 다수개의 공기홀이 형성된 클래딩을 포함하는 광섬유를 제공하는 단계; b) 상기 클래딩에 형성된 다수개의 공기홀의 일측 단부에 액체상태의 차단재를 주입하는 단계; 및 c) 상기 다수개의 공기홀의 일측 단부에 주입된 차단재를 경화처리하여 고체상태로 고화(固化)시키는 단계;를 포함한다.

광섬유, 코어, 클래드, 공기홀, 차단

Description

모드 차단재가 구비된 광섬유 및 그 제조방법{Optical fiber having a mode block material and method for manufacturing the same}

본 발명은 모드 차단재가 구비된 광섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 공기홀이 형성된 광섬유의 공기홀을 통해 전파되는 불필요한 광신호를 차단할 수 있도록 하는 모드 차단재가 구비된 광섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

광통신 방식은 종래의 금속선을 이용한 유선통신이나 자유공간을 이용한 무선통신과는 달리, 빛에 실린 정보를 광섬유를 통하여 전송하는 통신방식이다.

광섬유는 거의 무한에 가까운 대역폭이 수용 가능할 뿐만 아니라, 값싸고 무한정한 자원으로부터 얻어지며, 극도로 순도가 높고 가늘고 가볍고 쉽게 휘어져 취급이 용이한 유리 섬유를 의미하며, 일반적인 광섬유는 가시광선 또는 근적외선 영역의 빛을 도파하는 가늘고 유연한 줄로 구성된다.

이러한 광섬유는 중심부분의 굴절율이 바깥부분의 굴절율 보다 약간 크도록 설계되어 있는데, 이러한 광섬유의 중심부분을 코어(Core)라고 하며, 바깥 부분을 크래드(Clad) 또는 클래딩(Cladding)이라고 한다.

상술한 바와 같이 구성되는 광섬유는 전반사 조건에 의해 빛을 전파하는 기구로서, 광섬유가 구부러진 부분에서는 전반사 조건이 만족되지 않으므로 필연적으로 손실이 발생하게 된다.

광통신이나 광섬유센서에서 흔히 사용되는 단일모드광섬유의 경우에는 코어와 클래딩 간의 굴절율 차이가 낮아서, 구부리 손실이 상대적으로 크게 발생하게 된다. 최근 급증하고 있는 FTTH(Fiber To The Tome) 기술에서는 광섬유가 실내에 포설되어야 하는데, 구부림 손실이 큰 광섬유는 상대적으로 설치공간을 많이 차지하게 되어 제약사항이 많이지는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공기홀(20h)이 구비된 광섬유(20, 이하, "홀구비 광섬유"라고 통칭함)가 사용되고 있다.

상기 홀구비 광섬유(20)는 코어(20c)가 중앙에 있고, 그 주위에 클래딩(20')이 형성되되, 상기 클래딩(20')에 다수의 공기홀(20h)이 상기 코어(20c)를 중심으로 배열되어 있다.

공기홀(20h)은 클래딩(20')에 비해 훨씬 낮은 굴절율(n=1)을 가지므로, 광섬유가 휘어있더라도 코어(20c)에서 빠져나오려는 빛을 방지하는데 효과적으로 작용하게 된다. 즉, 코어(20c)와 외부와의 굴절율 차가 매우 크게 되므로 전반사 조건이 유지될 수 있는 것이다.

그러나, 이러한 낮은 굴절율을 갖는 공기홀(20h)은 '코어-클래딩' 외에 '클래딩-공기홀'의 또 다른 광도파공간을 제공하게 된다.

즉, 코어(20c) 내부에는 단 하나의 모드(또는 광신호)만이 전파되지만, 공기홀(20h)에는 다수의 모드가 존재하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 홀구비 광섬유(20)의 일단이 제1단일모드 광섬유(10a)와 접합 시, 제1단일모드 광섬유(10a)의 코어(c1)로 전파되는 모드의 일부가 상기 공기홀(20h)로 진행하게 되며, 홀구비 광섬유(20)의 타단에 접합 된 제2단일모드 광섬유(10b)에서는 상기 공기홀(20h)로 진행하는 모드가 다시 코어(c2)로 전파된다.

즉, "제1단일모드 광섬유(10a)의 코어(c1)→홀구비 광섬유(20)의 코어(20c)→제2단일모드 광섬유(10b)의 코어(c2)"의 경로로 전파되는 모드와 "제1단일모드 광섬유(10a)의 코어(c1)→홀구비 광섬유(20)의 공기홀(20h)→제2단일모드 광섬유(10b)의 코어(c2)"의 경로로 전파되는 모드가 서로 간섭을 일으켜 빛의 세기를 감소시키거나 증가시키게 되는 문제점이 있으며, 이러한 간섭은 대부분의 광 시스템에서 심각한 문제를 일으키는 주요 원인이 되고 있다.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공기홀이 형성된 광섬유의 공기홀을 통해 전파되는 불필요한 광신호를 차단할 수 있는 모드 차단재가 구비된 광섬유 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 차단재가 구비된 광섬유는, 광신호를 전달하는 코어; 상기 코어보다 굴절률이 낮고, 상기 코어를 둘러싸며, 상기 코어를 중심으로 하여 다수개의 공기홀이 형성된 클래딩; 및 상기 클래딩에 형성된 다수개의 공기홀의 일측 또는 양측 단부에 주입되어 밀폐하여 광신호를 차단하는 차단재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 차단재는, 상기 다수개의 공기홀에 주입 전에는 액체상태이고, 상기 다수개의 공기홀에 주입 후에 경화처리하여 고체상태로 고화(固化)되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 차단재는, 에폭시(epoxy)이고, 상기 다수개의 공기홀에 주입 후에 열 또는 자외선을 가함에 따라 고화되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 차단재의 굴절률은, 상기 클래딩의 굴절률과의 차이가 0.5 이하인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 차단재의 굴절률은, 상기 클래딩의 굴절률과 동일한 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 차단재는, 광흡수율이 높은 물질로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 차단재는, 상기 다수개의 공기홀의 단부에서 20mm이상 주입되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 차단재는, 상기 다수개의 공기홀의 양측 단부에 주입되어 밀폐하고, 상기 밀폐된 공기홀은 진공상태인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 차단재는, 상기 다수개의 공기홀의 양측 단부에 주입되어 밀폐하고, 상기 밀폐된 공기홀에는 충진가스로 충진하여 외부의 공기유입을 차단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 차단재가 구비된 광섬유 제조방법은, a) 광신호를 전달하는 코어 및 상기 코어보다 굴절률이 낮고, 상기 코어를 둘러싸며, 상기 코어를 중심으로 하여 다수개의 공기홀이 형성된 클래딩을 포함하는 광섬유를 제공하는 단계; b) 상기 클래딩에 형성된 다수개의 공기홀의 일측 단부에 액체상태의 차단재를 주입하는 단계; 및 c) 상기 다수개의 공기홀의 일측 단부에 주입된 차단재를 경화처리하여 고체상태로 고화(固化)시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 c) 단계 이후에, d) 상기 클래딩에 형성된 다수개의 공기홀의 타측 단부에 액체상태의 차단재를 주입하는 단계; 및 e) 상기 다수개의 공기홀의 타측 단부에 주입된 차단재를 경화처리하여 고체상태로 고화(固化)시키는 단 계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 b) 단계에서, 상기 액체상태의 차단재를 상기 다수개의 공기홀의 일측 단부에 주입하는 것은 모세관현상을 이용하여 자연적으로 주입되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 공기홀이 형성된 광섬유의 공기홀을 통해 전파되는 불필요한 광신호를 차단할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 공기홀의 최적배열을 찾거나 공기홀의 직경을 줄이는 대신에 차단재를 통해 공기홀을 통해 전파되는 불필요한 광신호를 원천적으로 차단하므로 공기홀의 크기를 크게 유지할 수 있으므로, 구부림에 의한 광신호의 손실을 줄일 수 있다.

또한, 공기홀에 액체상태의 차단재를 주입한 후 경화시켜 고화시키는 간단한 작업만으로 제조할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 공기홀의 양단을 밀폐하고, 공기홀의 내부에 수증기를 원천적으로 제거함에 따라 저온에서의 구부림 손실율을 최소화할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 차단재가 구비된 광섬유는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 크게, 코어(100), 클래딩(200), 공기홀(200h) 및 차단재(300)를 포함하여 구성된다.

상기 코어(100)는 광신호를 전달하는 부분이고, 상기 클래딩(200)은 상기 코어(100)보다 굴절률이 낮고, 상기 코어(100)를 둘러싸며, 상기 코어(100)를 중심으로 하여 다수개의 공기홀(200h)이 형성된 부분이다. 즉, 차단재(300)를 제외한 다른 구성요소는 종래기술에서 설명한 "홀구비 광섬유"와 동일하다.

상기 차단재(300)는 상기 클래딩(200)에 형성된 다수개의 공기홀(200h)의 일측 또는 양측 단부에 주입되어 밀폐하여 광신호를 차단하는 구성요소이다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 공기홀(200h)이 형성된 클래딩(200)의 양측 단부의 공기홀(200h)에 소정길이로 주입되어 공기홀(200h)의 양단이 폐쇄되어 밀폐되도록 하는 것이다.

한편, 상기 차단재(300)는, 상기 다수개의 공기홀(200h)에 주입 전에는 액체상태이고, 상기 다수개의 공기홀(200h)에 주입 후에 경화처리하여 고체상태로 고화(固化)되며, 모세관 현상을 이용하여 상기 액체상태의 차단재(300)가 상기 공기홀(200h)에 저절로 주입될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 공기홀(200h)의 양측 단부에 주입되어 공기홀(200h)의 양단을 폐쇄하는 차단재(300)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1단일모드 광섬유(10a)의 코어(c1)로부터 홀구비 광섬유의 공기홀(200h)로 전파되는 모드를 차단하는 역할을 하게 된다.

즉, "제1단일모드 광섬유(10a)의 코어(c1)→홀구비 광섬유의 코어(200c)→제2단일모드 광섬유(10b)의 코어(c2)"의 경로로만 모드가 전파되도록 하고, 원천적으 로 홀구비 광섬유의 공기홀(200h)로 전파되는 모드를 차단하고자 하는 것이다. 이처럼, 차단재(300)에 의해 홀구비 광섬유의 공기홀(200h)로 전파되는 모드가 차단됨에 따라 제2단일모드 광섬유(10b)로 전파되는 모드는 최초에 전파되는 하나의 모드가 된다.

한편, 상술한 차단재(300)의 재질은 에폭시(epoxy)로 구성할 수 있고, 상기 다수개의 공기홀(200h)에 주입 후에 열 또는 자외선을 가함에 따라 고화되도록 할 수 있다.

이때, 상기 차단재(300)의 굴절율은 상기 클래딩(200)의 굴절률과 차이가 작을수록 바람직하며, 상기 클래딩(200)의 굴절률과의 차이가 0.5 이하로 구성되는 것이 좋다. 가장 바람직하게, 상기 차단재(300)의 굴절률은 상기 클래딩(200)의 굴절률과 동일하게 구성된다.

또한, 상기 차단재(300)는 에폭시 이외에도, 광흡수율이 높은 물질로 구성될 수 있음은 물론이다.

그리고 상기 차단재(300)가 상기 다수개의 공기홀(200h)의 단부에서 주입되는 길이는 20mm이상으로 주입되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 30mm의 길이로 차단재(300)가 주입되도록 하였다.

이는, 도 6에 도시된 바와 같이, 공기홀(200h)의 단부에서 주입되는 길이가 20mm이상이 되어야만 홀구비 광섬유의 공기홀(200h)로 전파되는 모드를 10%이하로 줄일 수 있기 때문이다.

도 6과 같이 차단재(300)의 길이가 30mm가 되면 홀구비 광섬유의 공기 홀(200h)로 전파되는 모드가 거의 모두 차단되는 것을 알 수 있다.

한편, 상기 차단재(300)에 의해서 밀폐되는 공기홀(200h)은 진공상태이거나 충진가스가 충진되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 차단재(300)가 상기 다수개의 공기홀(200h)의 양측 단부에 주입되어 밀폐됨과 동시에 상기 밀폐된 공기홀(200h)은 진공상태이거나 충진가스로 충진하여 외부의 공기유입을 차단하는 것이다.

영하 이하의 저온에서는 광섬유의 구부림 손실이 급격히 증가하는데, 그 이유는 공기홀(200h) 내부에 존재하던 수증기가 응결되어 공기홀(200h)의 표면에 얼음 입자를 형성하여 구부림 손실이 급격히 증가하는 것이다. 따라서, 밀폐되는 공기홀(200h)을 진공상태 또는 충진가스로 충진함에 따라 밀폐된 공기홀(200h)에 수증기가 잔존하는 것을 원천적으로 차단하여 저온에서의 구부림 손실을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 공기홀(200h)의 양단을 차단재(300)로 밀폐하면 공기홀(200h)의 반경을 크게 할 수 있게 된다.

즉, 종래의 광섬유는 적당한 크기의 공기홀을 적절하게 배열함으로써 코어로 전파되는 모드의 손실을 최소화함과 동시에 클래딩으로 전파되는 모드의 제거를 최대화할 수 있는 최적 구조를 찾아야 하고, 이러한 최적 구조를 찾기 위해 공기 구멍의 배열이 복잡해지고, 또 동작 파장마다 구조를 달리해야 하는 등의 어려움이 있었지만, 공기홀(200h)의 양단을 차단재(300)로 차단하여 클래딩(200)을 전파되는 모드를 원천적으로 제거함에 따라 공기홀(200h)의 반경을 크게 할 수 있게 되어, 종래의 광섬유보다 구부림 손실이 매우 작아지게 되는 이점이 있다.

도 7은 광섬유의 공기홀(200h) 직경에 따른 손실 정도를 보여주는 그래프로서, 공기홀(200h)의 직경이 커지면 커질수록 구부림에 의한 손실이 작아짐을 알 수 있다.

이하에서는, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 차단재가 구비된 광섬유의 제조방법에 대하여 설명하도록 한다.

먼저, 광신호를 전달하는 코어(100) 및 상기 코어(100)보다 굴절률이 낮고, 상기 코어(100)를 둘러싸며, 상기 코어(100)를 중심으로 하여 다수개의 공기홀(200h)이 형성된 클래딩(200)을 포함하는 광섬유를 제공한다.(S10)

즉, 종래의 '홀구비 광섬유'와 같이 코어(100) 및 코어(100)를 중심으로 형성된 다수개의 공기홀(200h)을 갖는 클래딩(200)을 마련한다.

다음으로, 상기 클래딩(200)에 형성된 다수개의 공기홀(200h)의 일측 단부에 액체상태의 차단재(300)를 주입한다.(S20)

즉, 모세관현상을 이용하여 상기 액체상태의 차단재(300)가 상기 다수개의 공기홀(200h)의 일측 단부로 주입될 수 있도록 한다.

다음으로, 상기 다수개의 공기홀(200h)의 일측 단부에 주입된 차단재(300)를 경화처리하여 고체상태로 고화(固化)시킨다.(S30)

즉, 상기 "S20" 단계에서 주입된 액체상태의 차단재(300)에 열 또는 자외선을 가하여 고화되도록 하는 것이다.

다음으로, 상기 클래딩(200)에 형성된 다수개의 공기홀(200h)의 타측 단부에 액체상태의 차단재(300)를 주입한다.(S40)

즉, 모세관현상을 이용하여 상기 액체상태의 차단재(300)가 상기 다수개의 공기홀(200h)의 타측 단부로 주입될 수 있도록 한다. 이때, 상기 "S40" 단계는 상기 "S20" 단계와 병행하여 진행하여도 무관하다.

다음으로, 상기 다수개의 공기홀(200h)의 타측 단부에 주입된 차단재(300)를 경화처리하여 고체상태로 고화(固化)시킨다.(S50)

즉, 상기 "S40" 단계에서 주입된 액체상태의 차단재(300)에 열 또는 자외선을 가하여 고화되도록 하는 것이다. 이때, 상기 "S50" 단계는 상기 "S30" 단계와 병행하여 진행하여도 무관하다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

도 1은 종래의 공기홀이 형성된 광섬유가 단일모드 광섬유와 연결된 상태에서의 광신호의 진행을 보여주는 단면도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모드 차단재가 구비된 광섬유를 보여주는 사시도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모드 차단재가 구비된 광섬유를 보여주는 단면사시도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모드 차단재가 구비된 광섬유를 보여주는 단면도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모드 차단재가 구비된 광섬유가 단일모드 광섬유와 연결된 상태에서의 광신호의 진행을 보여주는 단면도.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유의 차단재의 주입길이에 따른 광신호 제거효율을 보여주는 그래프.

도 7은 광섬유의 공기홀 직경에 따른 손실 정도를 보여주는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:코어

200:클래딩

300:차단재

Claims (12)

1. 광신호를 전달하는 코어와;

   상기 코어보다 굴절률이 낮고, 상기 코어를 둘러싸며, 상기 코어를 중심으로 하여 다수개의 공기홀이 형성된 클래딩; 및

   상기 클래딩에 형성된 다수개의 공기홀의 일측 또는 양측 단부가 밀폐되도록 주입하여 광신호를 차단시키는 차단재; 를 포함하되,

   상기 차단재는, 상기 다수개의 공기홀의 단부에서 20mm이상 주입되는 것을 특징으로 하는 모드 차단재가 구비된 광섬유.
2. 제1항에 있어서,

   상기 차단재는, 상기 다수개의 공기홀에 주입 전에는 액체상태이고, 상기 다수개의 공기홀에 주입 후에 경화처리하여 고체상태로 고화(固化)되는 것을 특징으로 하는 모드 차단재가 구비된 광섬유.
3. 제2항에 있어서,

   상기 차단재는, 에폭시(epoxy)이고, 상기 다수개의 공기홀에 주입 후에 열 또는 자외선을 가함에 따라 고화되는 것을 특징으로 하는 모드 차단재가 구비된 광섬유.
4. 제1항에 있어서,

   상기 차단재의 굴절률은, 상기 클래딩의 굴절률과의 차이가 0.5 이하인 것을 특징으로 하는 모드 차단재가 구비된 광섬유.
5. 제1항에 있어서,

   상기 차단재의 굴절률은, 상기 클래딩의 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는 모드 차단재가 구비된 광섬유.
6. 제1항에 있어서,

   상기 차단재는, 광흡수 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 모드 차단재가 구비된 광섬유.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 차단재는, 상기 다수개의 공기홀의 양측 단부에 주입되어 밀폐하고, 상기 밀폐된 공기홀은 진공상태인 것을 특징으로 하는 모드 차단재가 구비된 광섬유.
9. 제1항에 있어서,

   상기 차단재는, 상기 다수개의 공기홀의 양측 단부에 주입되어 밀폐하고, 상기 밀폐된 공기홀에는 충진가스로 충진하여 외부의 공기유입을 차단하는 것을 특징으로 하는 모드 차단재가 구비된 광섬유.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

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