KR101164673B1 - 광파이버 모재의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

광파이버 모재의 제조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

버너와 수트 퇴적체의 상대 위치가 항상 일정하고 굴절률 프로파일이 안정된 광파이버 모재의 제조 방법 및 장치를 제공한다.
화염 가수분해 반응으로 생성한 수트를 퇴적시켜 광파이버 모재를 제조하는 방법에 있어서, 광파이버 모재 합성용 버너(4,5)의 버너 홀더(6) 및 그 고정 치구(7)를 포함하는 버너 고정 부분의 표면 온도의 변동폭을 80℃ 이하로 제어하는 것을 특징으로 하고 있고, 광파이버 모재 합성용 버너의 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 온도를 제어하는 기구를 가지고 있다. 이 온도를 제어하는 기구에는, 버너 화염과, 버너 홀더(6) 및 그 고정 치구(7)와의 사이에 열 차폐판(8)을 설치하거나, 버너 홀더(6) 및 그 고정 치구(7)를 포함하는 버너 고정 부분을 가열 및/또는 냉각하는 온도 조절 수단(9)을 설치하여 온도를 제어하도록 하여도 좋다.
가수분해, 수트, 모재, 버너, 홀더, 고정, 차폐판, 가열, 냉각

Description

광파이버 모재의 제조 방법 및 장치{FABRICATION METHOD OF OPTICAL FIBER PREFORM AND APPARATUS THEREOF}
도 1은 VAD법에 의한 종래의 광파이버 모재의 제조 장치의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 실시예 1로 사용한 제조 장치의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 실시예 1로 얻어진 광파이버 모재의 굴절률 차이 △n1의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 2로 사용한 제조 장치의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 실시예 2로 얻어진 광파이버 모재의 굴절률 차이 △n1의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래의 제조 장치를 사용하여 얻어진 광파이버 모재의 굴절률 차이 △n1의 변동을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
1 … 석영제 챔버(chamber)
2 … 석영 기재(基材)
3 … 수트 퇴적체
4 … 코어(core)용 버너(burner)
5 … 클래드(clad)용 버너
6 … 버너 홀더(burner holder)
7 … 고정 치구
8 … 열 차폐판
9 … 항온 박스(box)(온도 조절 수단)
본 발명은 대형의 광파이버용 유리 모재의 제조 기술에 관하 것으로, 특히, 높은 위치 정밀도로 설치된 버너의 위치를, 수트(soot)(유리 미립자)의 퇴적중 혹은 배치간(between batches)에 유지하기 위한 온도 조건을 배려한 광파이버 모재의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
광파이버 모재의 제조 장치로서는, 예를 들면, VAD(Vapor Phase A× ial Deposition)법에 의한 제조 장치가 있고, 도 1에 나타내듯이, 석영제 챔버(chamber)(1) 내에 석영 기재(2)가 매달려지고, 이에 수트를 퇴적시킴으로써 수트 퇴적체(3)가 얻어진다. 수트를 합성하는 버너는 석영 기재(2)의 하단 선단을 향해 코어용 버너(4)가 석영 기재(2)의 측면을 향해 클래드용 버너(5)가 각각 배치되어 설치되고, 모두 버너 홀더(6) 및 그 고정 치구(7)에 지지되어 있다.
코어용 버너(4)에는 코어 원료의 사염화규소(SiCl4)나 굴절률을 제어하는 불순물으로서의 사염화게르마늄(GeCl4) 등의 원료 라인, 및 산수소 화염용 H2 가스, 02 가스 등의 가스 라인이 접속되어 있다. 클래드용 버너(5)에는 사염화규소 가스 및 산수소 가스 라인이 접속되어 있다.
코어용 버너(4) 및 클래드용 버너(5)는 모두 고정 치구(7)에 의해 지지되고, 이에 의해 버너와 수트 퇴적체 선단의 상대 위치가 최적이 되도록 버너 위치를 조정할 수가 있다.
광파이버 모재는 석영 기재(2)를 회전시키면서 그 타겟부(target part)를 향해 코어용 버너(4) 및 클래드용 버너(5)로부터 원료 가스를 내뿜어 화염 가수분해 반응으로 생성한 수트를 석영 기재(2)의 축방향으로 퇴적시키고, 그 성장에 맞추어 석영 기재(2)를 끌어올림으로써 굴절률이 높은 코어와 굴절률이 낮은 클래드로 이루어지는 수트 퇴적체(3)가 얻어지고, 이를 전기로로 탈수?투명 유리화하여 제조된다.
광파이버용 유리 모재를 합성하는 제조 기술에 있어서, 버너와 수트 퇴적체의 상대적인 위치 관계는, 수트 부착 속도나 밀도 등에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 얻어지는 유리 모재의 굴절률 프로파일(profile)을 결정하는데 있어서 매우 중요하다. 특히, VAD법에서는 버너의 상대적 위치 관계에 어긋남이 생기면 얻어진 유리 모재의 굴절률이 미묘하게 변화하기 때문에 버너의 고정 방법에 관해서 여러 가지 방법이 제안되어 왔다.
예를 들면, 실공평03-22256호 공보는 석영 유리제의 버너를 사용하고, 고정하기 위한 파지력 부족에 의한 버너의 위치 어긋남을 해결하는 수단으로서 몰드 방식을 채용하고, 버너를 수지나 석고로 베이스(base)에 부착하여 고정하고 있다.
또, 특개2000-256032호 공보는 버너 보유 구멍의 정밀도를 규정하고, 버너 고정 치구를 서로 끼우는 방식으로 함으로써, 버너의 고정 정밀도와 재현성을 향상시키는 방법을 제안하고 있다.
그렇지만, 최근 광파이버용 유리 모재의 대형화가 요구되고, 이를 실현하기 위해서 공급하는 원료 가스양의 증가가 도모되고 있지만, 이에는, 수트 퇴적시와 정지시의 열 사이클(cycle)에 의해, 각 부재의 온도가 변화하고, 버너와 버너 홀더 및 고정 치구의 열팽창에 의한 위치 어긋남이나 고정 부분에 느슨함이 생겨서 버너와 수트 퇴적체의 상대 위치에 어긋남을 일으킨다고 하는 문제가 있었다. 또한, 이 영향을 받아 모재의 축방향에 대한 수트의 부착 속도나 밀도, 굴절률 프로파일이 변화한다고 하는 문제를 일으키고 있었다.
본 발명은, 버너와 수트 퇴적체의 상대 위치가 항상 일정하고, 굴절률 프로파일이 안정된 광파이버 모재의 제조 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 특히 수트 퇴적체의 상대 위치를 조정한 버너의 위치를, 동일한 퇴적 장치로, 퇴적중의 시간 경과 변화에 의존하지 않고 안정되게 유지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 광파이버 모재의 제조 방법은, 화염 가수분해 반응으로 생성한 수트를 퇴적시켜 광파이버 모재를 제조하는 방법에 있어서, 광파이버 모재 합성용 버너의 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 표면 온도의 변동폭을 80℃ 이하로 제어하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 광파이버 모재 합성용 버너의 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 온도를 제어하는 기구를 가지고 있다. 상기 온도를 제어하는 기구는 버너 화염과, 버너 홀더 및 그 고정 치구와의 사이에 열 차폐판을 설치하거나 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 온도를 제어하도록 하여도 좋다. 즉, 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분을 온도 조절 수단으로 온도 제어하는 방법이다. 온도 조절에는, 가열, 냉각, 온도 유지가 포함되고, 예를 들면, 가열로서는 전기 히터로 직접 또는 간접적으로 가열하는 방법을 들 수 있고, 냉각으로서는 냉매를 이용하여 냉각하는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 광파이버 모재의 제조 장치는, 화염 가수분해 반응으로 생성한 수트를 퇴적시켜 광파이버 모재를 제조하는 장치에 있어서, 광파이버 모재 합성용의 버너, 이 버너를 고정하는 버너 홀더 및 이 버너 홀더를 고정하는 고정 치구를 구비하고, 이 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 표면 온도의 변동폭을 80℃ 이하로 제어하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 광파이버 모재 합성용 버너의 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 온도를 제어하는 기구를 가지고 있다. 이 온도를 제어하는 기구로서 버너 화염과, 버너 홀더 및 그 고정 치구와의 사이에 열 차폐판을 설치하거나 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 온도를 온도 조절 수단을 설치하여 제어하도록 하여도 좋다. 온도 조절에는, 가열, 냉각, 온도 유지가 포함되고, 예를 들면 전기 히터로 직접 또는 간접적으로 가열하는 장치나, 냉매를 이용하여 냉각하는 장치를 설치하여도 좋다.
본 발명은, 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 온도를 제어하는 기구, 예를 들면, 버너 화염과, 버너 홀더 및 그 고정 치구와의 사이에 열 차폐판을 배치하여 설치하거나 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분을 가열 및/또는 냉각하는 온도 조절 수단을 설치하여, 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 표면 온도의 변동폭을 80℃ 이하로 제어함으로써, 버너와 수트 퇴적체의 상대 위치를 높은 정밀도로 일정하게 유지할 수가 있다. 이에 의해, 축방향으로 굴절률 프로파일이 안정된 광파이버 모재가 얻어진다. 또한, 버너와 수트 퇴적체의 상대 위치가 높은 정밀도로 일정하게 유지되어 있기 때문에, 배치간에서도 굴절률 프로파일이 안정된 광파이버 모재가 얻어진다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도를 이용하여 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않고 여러 가지 태양이 가능하다.
이하, 실시예, 비교예를 들어 본 발명을 한층 더 상세하게 설명한다.
<실시예>
(실시예 1)
도 2에 나타내는 장치를 이용하여 수트 퇴적체의 제조를 하였다. 이 장치에는, 버너 화염과 버너 고정부(버너 홀더(6), 고정 치구(7))와의 사이에, 버너 화염에 의한 복사열을 차폐하기 위해서, SUS제의 열 차폐판(8)이 설치되어 있다. 또, 열 차폐판(8)으로서 100× 100× 5mm와 150× 150× 5mm의 2종의 사이즈의 것을 준비하고 차폐 효과의 차이를 조사하였다.
코어용 버너(4)에 산수소 화염용 H2 가스 및 O2 가스와 함께, 코어 원료의 사염화규소(SiCl4) 및 사염화게르마늄(GeCl4)을 공급하고, 클래드용 버너(5)에는 사염화규소 가스 및 산소?수소 가스를 공급하여 수트 퇴적체의 제조를 행하고, 또한 전기로로 탈수?투명 유리화하여, 직동부(直胴部)의 길이 600mm, 외경 100mm의 광파이버 모재를 얻었다.
또, 퇴적중에 측정한 버너 홀더(6) 및 그 고정 치구(7)의 최고?최저 표면 온도를 표 1에, 투명 유리화한 광파이버 모재의 코어/클래드 굴절률 차이 △n1의 측정 결과를 도 3에 그래프로 나타내었다.
이러한 결과로부터 분명한 바와 같이, 퇴적중, 버너 홀더(6) 및 그 고정 치구(7)의 표면 온도의 변동폭을 80℃ 이하로 조정함으로써, 열팽창에 의한 버너(4,5)의 위치 어긋남을 억제할 수가 있고, 버너(4,5)와 수트 퇴적체(3)의 상대 위치를 일정하게 유지할 수가 있고, 광파이버 모재의 축방향에 있어서의 굴절율 프로파일의 변화를 억제할 수가 있었다. 열 차폐판의 효과는 사이즈가 큰 편이 보다 현저하게 인정되고 배치간에 있어서도 마찬가지의 효과가 인정되었다.
차폐판 최저온도
(정지시)		 최고온도
(퇴적시)		 변동폭
100× 100mm
경우		 버너 홀더 22℃ 115℃ 93℃
고정 치구 22℃ 111℃ 89℃
150× 150mm
경우		 버너 홀더 22℃ 98℃ 76℃
고정 치구 22℃ 96℃ 74℃
(실시예 2)
도 4의 장치를 사용한 이외는 실시예 1과 같은 조건으로 광파이버 모재의 제조를 하였다. 이 장치에는, 버너 홀더(6) 및 고정 치구(7)를 포함하는 버너 고정 부분을 항온 박스(9) 내에 수납하고 그 온도를 60℃± 1℃로 제어하였다. 투명 유리화하여 얻어진 광파이버 모재의 굴절률 프로파일을 측정하였더니, 도 5에 나타내는 결과가 얻어져 굴절률 프로파일의 변동을 매우 작게 억제할 수가 있었다.
(비교예 1)
도 1의 장치를 사용한 이외는 실시예 1과 같은 조건으로 광파이버 모재의 제조를 하였다.
측정한 버너 홀더(6) 및 그 고정 치구(7)의 최고?최저 표면 온도를 표 2에 나타내고, 코어/클래드 굴절률 차이 △n1을 도 6에 그래프로 나타내었다.
그 결과는 도로부터 분명한 바와 같이, 굴절률 △n1의 변동양이 0.012로 큰 것이었다.
최저온도
(정지시)		 최고온도
(퇴적시)		 변동폭
버너 홀더 22℃ 123℃ 101℃
고정 치구 22℃ 120℃ 98℃
본 발명에 의하면, 수트의 퇴적중은 처음부터 수트 퇴적체 제조의 배치간에 있어서도, 버너와 수트 퇴적체의 상대 위치를 일정하게 유지할 수가 있어 굴절률 프로파일이 안정된 광파이버 모재가 얻어진다. 특히, 수트 퇴적체의 상대 위치를 조정한 버너의 위치를, 동일한 퇴적 장치로, 퇴적중의 시간 경과 변화에 의존하지 않고 안정되게 유지할 수가 있다.
본 발명에 의하면 축방향으로 매우 굴절률 프로파일의 변동이 억제된 높은 품질의 광파이버 모재가 얻어진다.

Claims (10)

  1. 화염 가수분해 반응으로 생성한 수트를 퇴적시켜 광파이버 모재를 제조하는 방법에 있어서,
    광파이버 모재 합성용 버너의 버너 홀더(holder) 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 표면 온도의 변동폭을 80℃ 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    광파이버 모재 합성용 버너의 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 온도를 제어하는 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 온도를 제어하는 기구가 버너 화염과, 버너 홀더 및 그 고정 치구와의 사이에 배치하여 설치한 열 차폐판인 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 온도를 제어하는 기구가 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분을 가열하는 온도 조절 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 온도를 제어하는 기구가 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분을 냉각하는 온도 조절 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 방법.
  6. 화염 가수분해 반응으로 생성한 수트를 퇴적시켜 광파이버 모재를 제조하는 장치에 있어서,
    광파이버 모재 합성용의 버너, 이 버너를 고정하는 버너 홀더 및 이 버너 홀더를 고정하는 고정 치구를 구비하고, 이 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 표면 온도의 변동폭을 80℃ 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    광파이버 모재 합성용 버너의 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분의 온도를 제어하는 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 온도를 제어하는 기구가 버너 화염과, 버너 홀더 및 그 고정 치구와의 사이에 배치하여 설치한 열 차폐판인 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 온도를 제어하는 기구가 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분을 가열하는 온도 조절 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 장치.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 온도를 제어하는 기구가 버너 홀더 및 그 고정 치구를 포함하는 버너 고정 부분을 냉각하는 온도 조절 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광파이버 모재의 제조 장치.
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