KR101267298B1 - 다공성 유리 침전을 사용하여 미세구조의 섬유 프리폼의 형성 - Google Patents

다공성 유리 침전을 사용하여 미세구조의 섬유 프리폼의 형성 Download PDF

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Abstract

미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법은 침전된 층이 완전히 치밀화되는 것을 방지함으로써 층내에 기포들의 형성을 생성하는 조건하에서 기판상에 침전된 분말층의 플라즈마 융합을 사용한다. 침전된 층의 치밀화와 관련된 온도보다 낮게 프로세스 온도를 유지하는 동안에 분말 용해 및 전달의 체계적 제어에 의하여, 분말 입자들은 단지 부분적으로 기판상에 치밀화되고, 프리폼의 한정된 영역내에서 적절하게 좁은 (따라서 제어가능한) 직경 범위의 기포들을 발생시킨다. 프리폼으로부터 섬유를 인발할 때에, 기포들은 가스라인들로 확대되어 필요한 미세구조 배열을 형성한다.

Description

다공성 유리 침전을 사용하여 미세구조의 섬유 프리폼의 형성{Formation of microstructured fiber preforms using porous glass deposition}
본 발명은 미세구조의 섬유 프리폼의 형성에 관한 것으로서, 특히 침전된 층이 완전히 치밀화(densifying)되는 것을 방지하는 일정한 조건하에서 광섬유 기판상의 외부면에 침전된 분말층에 플라즈마 융합(fusion)을 적용함으로써 층내에 기포들의 형성을 생성하여 미세구조 배열을 생성함으로써 미세구조의 섬유 프리폼을 형성하는 것에 관한 것이다.
"다공질 광섬유(holey fiber)"로서도 알려진 미세구조의 광섬유를 위한 잠재적인 적용분야가 많이 있다. 고체 유리내에 공기충전(더 일반적으로 가스충전) 구멍들(holes)의 내포는 유리의 유효지수를 저하시키며 및/또는 광 전파에 악영향을 주는 밴드 갭(band gap)들을 생성한다. 따라서 이러한 "다공질" 유리 재료들은 광섬유의 클래딩으로서의 기능을 할 수 있다. 그러한 광섬유를 제조하는 방법들이 몇 가지 알려져 있다. 대부분 체계적 조립과 적층된 로드들 및 튜브들의 인발, 또는 필요한 기하학적 모양의 구멍들을 갖는 성형 졸-겔 몸체들에 의존한다. 이러한 방법들은 잘 작용하고, 그리고 구멍들의 정확한 방위가 중요한 곳, 즉 광결정(photonic crystal) 섬유의 경우와 같은 곳에서 특히 유용하다.
그러나, 공기/가스 구멍 방위에서 그러한 정밀도를 필요로 하지 않고, 광섬유, 특히 섬유의 클래딩 영역에서 그러한 구조물들의 내포에 기여한 지수 변경(index modifications)으로부터 이득을 얻을 수 있는 어떤 적용분야가 있다. 따라서, 이러한 섬유들에 미세구조물들을 도입하기 위한 융통성있는(flexible) 저렴한 방법이 필요하다.
광섬유에서 구멍들의 렌덤 어레이들(random arrays)을 생성하기 위한 하나의 현재 방법은 섬유 인발 중에 가스를 유체내로 분사하는 것을 포함한다. 가스는 현미경으로 보이는 긴 구멍들내로 끌려 들어가는 기포들을 형성한다. 가스는 대체로 증기화된 질산화물 또는 탄화물 컴파운드들에 의하여 생성된다. 다른 현재의 방법은 유리 그을음을 침전한 다음에, 유리내에 가스들의 일부분을 포집하기에 효과적인 조건들하에서 상기 그을음을 경화시키고(consolidating), 이로써 인발된 섬유의 미세구조 클래딩 영역을 형성할 수 있는 구멍들의 비주기적(non-periodic) 어레이를 발생하게 함으로써 미세구조 섬유를 생성하는 것을 포함한다. 또한 다른 현재의 방법은 무결정 실리카 입자들을 함유한 기포 생성 슬러리를 외부 클래딩 층과 동심의 코어로드 사이의 환형 공간내에 붓고, 다음의 열처리에 의하여 기포들을 형성하는 재료를 만들기 위해 상기 슬러리를 겔화하는 것을 묘사하고 있다.
그러한 방법들과 관련된 단점들은 클래딩층의 유효지수가 프리폼 또는 섬유 위치의 함수로서 너무 많이 변화될 정도로, 클래딩층내의 구멍들의 위치 및 크기를 제어할 수 없다는 것이다.
상기 및 다른 방법들에 남아있는 필요성들은 본 발명에 의하여 해결되며, 본 발명은 미세구조의 섬유 프리폼의 형성에 관한 것으로서, 특히 베이트 로드(bait rod), 프리폼 코어 로드, 튜브 등과 같은 광섬유 기판의 외부면상에 침전된 실리카 분말층의 플라즈마 융합의 사용에 관한 것이다. 분말층은 침전된 층이 완전히 치밀화되는 것을 방지함으로써 침전된 층내에 기포들의 형성을 생성하는 조건하에서 침전된다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "기포(bubble)"는 일부 치밀화된 층을 형성하기 위해 주변 유리내에 포집된(encapsulated) 공기 또는 가스로서 정의된다. 분말의 입자 크기(size) 분포와 처리 조건들을 적절히 선택함으로써 기포들은 실질적으로 층내에서 크기 및 간격이 균일하다.
본 발명에 따라서, 플라즈마 융합 프로세스의 온도는 침전된 분말의 완전한 치밀화와 관련된 것보다 낮게 유지되며, 이것은 용융 분말 입자들이 외부 기판 표면에 함께 용해되도록 허용하여 좁은 직경 범위의 기포들을 생성하게 한다. 사실, 플라즈마 융합 프로세스 온도의 제어는 섬유 인발 공정 중에 양호한 크기들의 가스 라인(gas line)들로 발달하게 될 기포들을 만들 수 있게 하고, 여기서 이하에 사용하게 되는 용어 "가스라인"은 섬유 인발 공정 중에 기포의 신장(enlongation)을 나타낸다. 이 라인은 공정의 파라미터들에 의존하여 공기라인 또는 가스라인을 포함할 수 있지만, 편의상 "가스라인"으로 언급될 것이다. 또한 기포들의 크기는, 분말 구성물, 분말내의 입자 크기, 플라즈마 조건들, 프리폼 기판 크기, 플라즈마 가스 구성물 및 기판상의 플라즈마 횡단 속도를 포함(이를 제한하지 않음)하는 파라미터들의 조합에 의하여 제어될 수 있다. 더구나, 가스라인들의 크기 및 형상은 본 발명에 따라 기포들의 성질들 및 섬유 인발 중에 프리폼에 가해진 조건들(이는 예를 들어 인발 온도, 인발 속도, 및 프리폼 및 인발된 섬유를 따라가는 온도 분포를 포함한다)에 의하여 제어될 수 있다.
본 발명의 이러한 방법의 하나의 장점은, 기포들이 종래 섬유 인발 온도의 범위에서 플라즈마 융합 프로세스 온도에서 형성될 수 있다는 것이다. 분말 구성물, 분말 크기 등과 같은 다른 파라미터들을 제어하면서 이러한 범위에서 플라즈마 융합 프로세스 온도를 유지함으로써, 기포들은 섬유 인발 공정 중에 붕괴, 팽창 또는 나중에 생긴 다른 기포들과의 결합이 방지된다. 그러나, 섬유 인발 중에 과다한 기포 성장을 방지하기 위하여, 생성되는 기포는 플라즈마 융합 프로세스 온도를 실질적으로 초과하는 온도를 넘어서 인발되어서는 안 된다.
본 발명에 따라서, 침전된 층내의 기포들은 본래의 프리폼(즉, "가스라인 : 섬유직경"은 실질적으로 "기포직경 : 프리폼 직경"과 동일하다)에서 나타나게 되는 것과 실질적으로 동일한 비(인발된 섬유에 대하여)를 유지하면서 섬유 인발 중에 연장된 가스라인들로 변환될 수 있다. 가스라인들은 그들이 거주하는 실리카 유리 영역의 유효 굴절률을 감소시킨다. 프리폼 치수들(dimensions), 기포 크기 및 인발 조건들을 확실히 선택하기 위해, 필요한 직경의 가스라인들이 수백 미터(대체로 대직경 기포들을 사용하는 것과 관련됨)에 걸쳐 연속하는 섬유가 만들어질 수 있다. 대안으로서, 침전된 층내의 더 작은 기포들이 섬유의 광학 성질들에 유익한 영향을 줄 수 있는 더 짧은 가스라인들로 변환될 것이다. 예를 들어, 더 짧은 가스라인들은 유리내에서 광 산란(scattering)을 증가시킬 수 있고 그리고 광학 감쇠를 필요로 할 수 있는 상황에 유용할 수 있다. 이러한 짧은 가스라인들은 인발 공정 중에 실질적으로 팽창 또는 접촉하지 않는 작은 기포들을 발생하기 위해 분말 침전 공정의 조절에 의하여 형성될 수 있고, 또는 큰 기포들을 충분히 붕괴시킬 수 있는 인발 조건들을 제어함으로써 형성될 수 있으며, 그 결과 최종 인발된 섬유에서 필요한 가스라인 성질들을 만든다.
본 발명의 방법의 기타 장점들 및 세부들은 아래 설명의 과정에서 첨부한 도면을 참고함으로써 명백하게 될 것이다.
이제 도면을 언급한다.
도 1은 본 발명에 의한 미세구조 광섬유 프리폼을 생성하기 위한 실례의 장치를 도시한다.
도 2는 침전된 분말 입자들이 다수의 기포들이 포집된 부분 치밀화 층으로 발달하는 것의 실례를 도시한다.
도 3은 필수적으로 균일한 기포 크기의 생성과 관련된 것으로서, 입자 크기의 함수로서 입자 크기 분포(정상화된)의 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 플라즈마 발생된 가스 기포들을 내포하는 미세구조 광섬유 프리폼의 실례를 도시하는 사진.
도 5는 본 발명에 따라 가스 기포들이 가스라인들로 전이하는 것을 도시하는, 섬유의 인발섹션의 사진.
도 6은 본 발명에 따라 기포들로부터 인발된 라인들을 포함하는 실례의 125 ㎛ 광섬유의 단면도로서, 이 경우 인발 조건들은 인발 중에 기포들의 비를 유지하도록 제어된다.
도 7은 이 경우에 도 6의 섬유에 적용된 온도보다 높은 온도에서 더 느린 인발 조건에 지배된, 본 발명의 실례의 125 ㎛ 광섬유의 단면도로서, 여기서 다수의 기포들이 성장하고 함께 결합하여 더 크고 더 작은 가스라인들을 형성한다.
다공질 재료가 프리폼 구조의 일부로서 기포들을 포함하는 층을 형성하도록 광섬유 프리폼 기판에 침전될 수 있음을 알게 되었다. 가스 기포들을 프리폼 구조에서 층(예를 들어, 클래딩 구조에서 환형층으로서)으로 통합하기 때문에, 이러한 층의 유효 굴절률이 쉽게 변경될 수 있고, 이것이 프리폼으로부터 인발된 섬유의 인덱스 프로파일을 제어하는데 있어서 유용한 도구이다. 본 발명에 따라서, 제어된 치수의 입자들을 갖는 분말(예로서 실리카 분말)이 플라즈마 프로세스를 통해 프리폼 기판의 외부면상에 침전된다. 적절한 침전 조건들, 즉 (1) 플라즈마 소스에 대한 프리폼 기판의 회전 및 병진 운동; (2) 온도를 섬유인발온도 부근의 값으로 유지하기; 및 (3) 침전된 분말의 구성물 및 분말 입자 크기와 같은(그러나 이것으로 제한하지 않음) 조건들을 선택함으로써, 기포들의 필요한 크기 및 밀도가 효과적으로 제어된다. 상술한 바와 같이, 용어 "기포"는 형성되는 층내에 포집된 공기 또는 가스로서 정의된다.
본 발명의 프리폼 제조방법의 중요한 특징은 침전된 재료에 제공되는 기포 크기의 좁은 범위이다. 이러한 특징으로 인하여 종래 섬유 인발 프로세스 중에 사용된 것과 동일한 범위에 있는 플라즈마 융합 프로세스 온도에서 기포들을 생성할 가능성이 허용된다. 종래 섬유 인발 온도와 유사한 플라즈마 융합 프로세스 온도를 사용함에 의하여 기포들은 인발 중에 확장, 팽창, 결합 또는 붕괴하지 않을 것이다. 대안으로서, 기포들은 이러한 2가지 온도(즉 플라즈마 융합 프로세스 온도 및 섬유 인발 프로세스 온도)를 서로에 대해 조정함으로써 필요한 대로 붕괴 또는 팽창될 수 있다. 본 발명의 제조방법의 한 가지 장점은 기포함유층을 프리폼 기판 코어영역으로부터 어떠한 필요한 반경방향 거리에 배치하기 위하여 상기 특별한 기포 생성 방법을 종래 오버클래딩(overcladding) 접근방식과 조합할 수 있는 능력이다. 사실, 본 발명의 방법은 여러 번 사용될 수 있고, 및/또는 독립된 오버클래딩 층을 만들기 위해 다른 분말 구성물/입자크기를 사용할 수 있고, 여기서 각 클래딩층은 층들사이에서의 기포 크기/밀도의 차이 때문에 다른 굴절률을 나타낸다.
도 1은 기판이 통상 원통형 로드 또는 튜브를 포함하는 경우에, 광섬유 프리폼 기판의 외부면을 따라 기포함유층을 생성하는 실례의 장치의 개요를 도시한다. 유리작업용 선반(10)은 통풍된 후드(도시 안 됨)에 장착되고, 수평축에 대해 프리폼 기판(12)을 회전시킨다. 이 실시예에서, 유리작업용 선반(10)은 받침대(4)상에 장착된다. 플라즈마 토치(16)는 기판(12) 위에 수직으로 매달리고 플라즈마 방전을 발생시키도록 RF 코일(18) 및 관련 RF 발생기(20)와 연결되어 사용된다. 이 실례의 장치에서, 플라즈마 토치(16)는 튜브(24)에 의해서 가스소스(26)에 연결된 용해된 실리카 맨틀(22)을 포함하고, 상기 가스소스는 필요한 가스를 공급하여 맨틀(22)내에서 플라즈마 방전(30)을 발생시킨다. 약 2 내지 5 MHz에서 작동하는 RF 발생기(20)로부터 코일(18)내에 유도된 필드는 충분히 플라즈마를 여기시킨다는 것을 알게 되었다. 아르곤의 낮은 이온화 퍼텐셜 때문에, 이 아르곤은 초기 가스소스(26)로서 사용될 양호한 가스이며: 그러나 다른 적절한 가스들도 사용될 수 있다. 실례의 장치에서, 플라즈마는 먼저 아르곤 가스내에서 발화되고, 그후 분말의 침전을 위해 가스소스(26)로부터 과열 산소 또는 산소헬륨 혼합물로 점차로 변화된다. 컴퓨터 명령을 따를 수 있는 능력을 갖는 가스 제어 시스템은 플라즈마 토치(16)로 배달하기 위해 혼합 매니폴드(도시 안 됨)와 연결되어 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라서, 독립된 분말소스(28)로부터 나오는 분말은 플라즈마 방전(30)의 후미영역(32)내로 분사되고, 여기서 분말이 용해되어 기판(12)의 외부면(34)에 침전된다. 본 발명에 따라서, 분말은 유리 또는 유리형성용 실리카 재료의 입자들을 포함할 수 있다. 분말의 예를 들면 합성 무정질 실리카 분말, 결정성 실리카 분말을 포함한다. 분말 입자 크기는 예를 들어 대략 15 ㎛ 내지 대략 500 ㎛의 범위에 있는 것을 사용할 수 있다.
분말소스(28)는 예를 들어 전구체 분말의 조절된 양을 불활성 가스 즉 질소의 흐름으로 연속적으로 주입하는 진동 분말 공급기를 포함할 수 있고, 상기 불활성 가스의 흐름이 입자들을 플라즈마 토치(16)로 운반한다. 따라서 분말-가스 흐름이 플라즈마 방전(30)의 후미영역(32)으로 향하게 되고 기판(12)의 회전하는 외부면(34)상에서 분말 입자들을 다함께 용이하게 용해시킨다. 본 발명의 중요한 관점은, 플라즈마 융합 프로세스의 온도가 분말입자들이 플라즈마 화염에서 용해되고 함께 융합되지만 기판(12)의 외부면(34)과 접촉하여 완전히 치밀화되지는 않도록 제어된다는 것이다. 즉, 플라즈마 융합 프로세스 온도는 특별한 분말 구성물의 완전한 치밀화와 관련된 온도보다 낮은 레벨에서 유지되어야 한다.
도 1에 특별히 도시되어 있지 않지만, RF 여기 발진기(20), 코일(18) 및 플라즈마 토치(16)는 예를 들어 모터 구동식 지지 운반대(도시 안 됨)에 의하여 침전중에 기판(12)을 따라 이동한다{이중 화살표(double-ended arrow)로 나타냄}. 횡단 속도는 침전된 분말이 가열 및 용해에 지배되는 시간을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 독립된 모터(도시 안 됨)는 기판(12)에 대하여 플라즈마 토치(16)의 수직 위치를 제어하는데 사용될 수 있다. 기판(12)에 대한 플라즈마 토치(16)의 위치는 또한 온도제어에도 중요하다. 간략하게 상술한 바와 같이, 분말 용해의 침전 속도(deposition rate) 및 침전도(deposition degree)는 주로 플라즈마 토치(16)로부터 나오는 열출력에 의존한다. 예를 들어, RF 발진기(20)에서 약 20 kW 전력으로 제한된 시스템은 약 30 mm 의 기판 직경과 함께 15 gm/min 에 근접하는 속도들로 실리카 분말을 침전시킬 수 있다. 속도 및 직경을 함께 증가시키면 더 많은 재료가 용해점에서 가열되어야 하기 때문에 증대된 전력을 크게 요구하며 - 한편 복사열, 대류열 및 전도열의 손실들이 기판 직경의 증가와 함께 증가한다. 예를 들어, 40 mm 직경의 기판은 20 kW 시스템에 의해 만들어질 수 있었지만 침전속도가 분당 10gm 보다 작아진다. 침전속도는 또한 넓은 플라즈마 화구를 사용함에 의하여 증가된다. 이러한 적용을 위해 허용될 수 있는 플라즈마 토치 디자인들이 많이 있다.
소스(28)에 의해 공급된 분말이 기판(12)상에 수집되는 효율은 기판 표면에 이러한 공급 방법을 사용하여 실험한 결과 약 90%인 것을 알게 되었다. 그러나, 프리폼의 지역적 영역들에서 침전에 대한 랜덤 교란(random perturbation)은 허용될 수 없는 직경 변화를 일으킬 수 있었다. 직경 제어는 플라즈마 직경의 연속적 감시와 제어운동에 대한 침전장치의 피드백을 통해 유지될 수 있다. 상기 설명에서 기판(12)은 베이트 로드, 프리폼 코어 로드, 튜브 또는 기포함유 유리층이 침전되는 어떤 다른 물체의 형태를 가질 수 있다는 것에 주목하기 바란다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 분말이 용해되지만 다만 부분적으로 융합되고 부분적으로 치밀화되는 중간상태에 초점을 맞추고 있다. 추가로, 침전된 층에서 필요한 기포 크기를 달성하기 위하여, 입자 크기 및 입자 크기 분포도가 중요한 인자들이다. 본 발명에 따라 형성된 미세구조 섬유 프리폼의 유일한 품질은, 기포들이 좁은 범위의 직경들을 갖도록 발생되고, 다음의 성장 또는 붕괴가 기포 형성 및 섬유 인발의 상대적인 프로세스 온도들에 의하여 제어되도록 허용한다는 것이다. 특히, 기포 형성이 차후에 섬유를 인발하는데 사용된 것과 실질적으로 동일한 온도에서 발생하면, 기포들내의 압력은 실질적으로 변하지 않을 것이며, 인발된 가스라인들은 본래의 프리폼에 대하여 나타난 본래의 기포들과 동일한 속도(인발된 섬유에 대하여)를 나타낼 것이다. 대안으로서, 기포 형성중의 온도가 섬유를 인발하는데 사용된 것보다 실질적으로 더 크면(작으면), 기포들은 부분적으로 접촉할 것이다(팽창할 것이다).
도 2는 본 발명에 따라서, 침전된 분말 입자들이, 내부에 포집된 가스 기포들을 갖는 부분 침전된 층으로 발전하는 것을 도시하고 있다. 도 2의 도면들은 단지 실례의 프로세스를 설명하고 대변하기 위한 목적에 사용된다는 것을 이해해야 한다. 도 2(a)는 먼저 기판(12)의 외부면(34)상에 침전되는 독립되고 구별되는 다수의 분말입자들(P)을 도시하고 있다. 침전 이후에, 입자들은 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 치밀화되고 함께 융합되기 시작한다. 이러한 프로세스가 발생하는 비율은 명백히 기판(12)의 온도의 함수이다. 치밀화 프로세스는, 입자들이 구별가능한 가스기포(B)를 발생시키기 위해 부분적으로 치밀화될 때까지 도 2(c)에 도시된 바와 같이 계속된다.
상술한 바와 같이, 생성된 기포들의 크기를 제어하는데 사용될 수 있는 하나의 파라미터는 플라즈마 융합 프로세스로 주입된 본래의 분말 입자들의 크기이다. 도 3은 필요한 입자 크기를 선택하기 위해 규격화된, 입자 크기 분포도를 보여주는 그래프이다. 초기의 분말 입자 크기의 이러한 특별한 분포도는 본 발명의 플라즈마 융합 프로세스에서 실질적으로 균일한 기포들을 생성하는데 효과적인 것으로 알려졌다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 프로세스에 의해 형성된 실례의 기포-함유 오버클래딩 영역의 사진이다. 상술한 바와 같이, 기포들의 크기 및 밀도는 플라즈마 전력 레벨, 플라즈마 대 기판의 간격(separation), 플라즈마 가스 유동속도들뿐만 아니라, 분말 자체의 구성물(및 내부에 수용된 입자들의 크기) 및 가스 구성물과 같은 인자들에 의하여 제어된다. 가스들이 유리 및 가스 구성물의 화학에 의존하는 다른 속도들로서 유리로 녹아 들어가거나 또는 유리를 통해 확산될 수 있다는 것은 알려져 있다. 이러한 효과는 프로세싱 중에 기포 및 가스라인 크기를 변경시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로 말해서, 기포의 크기는 인발된 섬유 자체를 위한 필요조건들(예로서, 클래딩층 굴절률, 광 산란도 등)에 따라, 몇 미크론에서 1 밀리미터까지 변할 수 있다.
섬유 인발 중에, 프리폼내의 기포들은 가스라인들내로 연장되고, 아마도 수백 미터로 연장한다. 상술한 바와 같이, "가스" 라인들은 공기라인들, 아르곤 가스라인들, 또는 광섬유들의 제조에 적합한 어떤 다른 기체 구성물의 라인들을 포함할 수 있다. 도 5는 본래의 기포들로부터 발생한 가스라인들의 형성을 도시하는, 인발된 섬유의 단면의 사진이다. 또한 인발 조건들은 가스라인들의 파라미터들에 영향을 주도록 제어될 수 있다는 것을 알게 되었다. 특정한 인발 조건들하에서, 예를 들어, 기포 직경 대 프리폼 직경의 비는 인발 중에 유지될 수 있으며, 그 결과 가스라인 직경과 인발된 섬유 직경 사이에 유사한 비를 초래한다. 도 6은 실리카계 프리폼들을 공통적으로 채용한 인발 프로세스를 사용하여 외경 125 ㎛까지 인발된 실례의 광섬유의 횡단면도이다. 도시된 바와 같이, 광섬유는 본 발명에 따라서 본래의 기포들로부터 형성된 가스라인들을 함유하는 클래딩층을 포함한다. 주목해야 할 것은, 도 3과 관련하여 위에서 언급한 입자 크기 분포도는 도 6에 도시된 섬유의 생성에 사용된 분말의 입자 크기 분포도와 맞다는 것이다.
다른 한편, 더 느리고 더 높은 온도의 인발 속도를 사용할 때, 기포들이 성장하여 병합하여 소수의 더 큰 가스라인들을 형성하며, 이러한 가스라인들은 다른 방법에서는 인발 특성비(feature ratio)와 일치하였던 것보다 더 큰 직경을 갖는다. 도 7은 감소된 속도 조건하에서 이 경우에 인발된, 외경 125 ㎛를 갖는 다른 광섬유의 횡단면도이다. 이 사진에서 명백한 바와 같이, 가스라인들의 수는 도 7의 도면에서 감소되고 동시에 가스라인들의 직경들이 더 커져 있다.
기술에 숙련된 자들은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명을 수정 및 변경할 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명은 그런 수정 및 변경이 첨부한 청구항의 범위내에 있고 또 그것의 모든 동등물에 들어오는 한 그런 수정 및 변경을 모두 포함하도록 의도되어 있다.

Claims (17)

  1. 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법으로서,
    a) 광학 재료의 기판을 제공하는 단계;
    b) 플라즈마 방전을 발생하는 단계;
    c) 상기 기판 표면을 가로질러 상기 플라즈마 방전을 횡단이동시키는 단계; 및
    d) 분말이 용해되기 시작하여 상기 기판 표면상에 부분적으로 치밀화된 층으로 침전되도록(deposited) 상기 분말을 상기 플라즈마 방전내로 공급하는 단계;를 포함하는 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법으로서,
    상기 부분적으로 치밀화된 층은 상기 부분적으로 치밀화된 층을 형성하는 재료 내에 포집된 가스 형태의 다수의 기포들(bubbles)을 포함하는, 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 베이트 로드(bait rod), 프리폼 코어 및 튜브로 구성되는 그룹에서 선택되는, 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 실리카 재료로 제조되는, 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분말은 침전된 층내에 수 마이크론부터 1 밀리미터 범위의 특정 크기의(specifically-sized) 기포를 생산하도록 선택된 15㎛ 이상인 입자 크기를 포함하는, 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 방전의 온도가 상기 침전된 분말의 완전한 치밀화와 관련된 온도보다 낮게 유지되는, 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 표면상에 형성된 상기 층내에서 발생한 각 기포의 크기는 상기 플라즈마 방전의 전력 레벨, 상기 플라즈마 방전의 유동속도, 및 상기 플라즈마 방전과 상기 분말로 덮인 기판 표면 사이의 간격에 의하여 제어되는, 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    각각의 층이 이전의 기포-함유 층위에 발생되는 다수의 기포-함유 층들을 발생시키기 위하여 단계 c)와 단계 d)를 반복하는 단계를 추가로 포함하는, 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프리폼을 원하는 외경의 광섬유로 인발하는(drawing down) 단계를 추가로 포함하고, 상기 다수의 기포들은 신장되어 상기 인발 프로세스 중에 가스라인들로 변형되는, 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인발하는 단계는 인발된 섬유 직경에 대한 가스라인 직경의 비를 프리폼 직경에 대한 원래의 기포 직경과 동일하게 되도록 유지하기 위해 인발속도를 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 인발하는 단계는 단계 d)에서 초기에 발생된 단면으로부터 기포 단면을 수정하기 위해, 미리 정해진 가스라인들의 사이즈를 유지하는데 관련된 미리 정해진 유효 인발 온도보다 더 높은 유효 인발 온도를 실시하는 단계를 추가로 포함하는, 미세구조 광섬유 프리폼의 제조방법.

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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101475796B1 (ko) * 2013-02-08 2014-12-23 차오-웨이 메탈 인더스트리얼 컴퍼니 리미티드 표면 미세 구조를 갖는 판상 공작물의 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100327463B1 (ko) 1998-07-14 2002-03-07 루센트 테크놀러지스 인크 단일모드 광섬유 제조 방법 및 단일모드 광프리폼

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3954431A (en) * 1974-09-26 1976-05-04 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Optical glass and its production
US4402720A (en) * 1980-01-22 1983-09-06 Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation Process for preparing glass preform for optical fiber
CA1188895A (en) * 1980-09-11 1985-06-18 Shoichi Suto Fabrication methods of doped silica glass and optical fiber preform by using the doped silica glass
US4419115A (en) * 1981-07-31 1983-12-06 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Fabrication of sintered high-silica glasses
DE3434598A1 (de) * 1984-09-20 1986-03-27 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur herstellung von vorformen aus glas fuer lichtleitfasern
GB2182034A (en) * 1985-10-23 1987-05-07 Stc Plc Sintered glass
US4820322A (en) * 1986-04-28 1989-04-11 American Telephone And Telegraph Company At&T Bell Laboratories Method of and apparatus for overcladding a glass rod
US4767429A (en) * 1986-12-11 1988-08-30 American Telephone & Telegraph Co., At&T Bell Laboratories Glass body formed from a vapor-derived gel and process for producing same
US4872895A (en) * 1986-12-11 1989-10-10 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Method for fabricating articles which include high silica glass bodies
US4715878A (en) * 1987-03-12 1987-12-29 Gte Products Corporation Process for producing finely divided spherical glass powders
US4935046A (en) * 1987-12-03 1990-06-19 Shin-Etsu Handotai Company, Limited Manufacture of a quartz glass vessel for the growth of single crystal semiconductor
EP0360479B1 (en) * 1988-09-21 1992-02-26 AT&T Corp. Method of producing a glass body
US5487920A (en) * 1994-04-19 1996-01-30 The Boc Group, Inc. Process for plasma-enhanced chemical vapor deposition of anti-fog and anti-scratch coatings onto various substrates
FR2762836B1 (fr) * 1997-05-02 1999-07-23 Alsthom Cge Alcatel Procede et appareil de fabrication de preformes de fibre de verre
US5979190A (en) * 1997-09-29 1999-11-09 Lucent Technologies Inc. Method for manufacturing an article comprising a refractory a dielectric body
US5861047A (en) * 1997-09-29 1999-01-19 Lucent Technologies Inc. Method for manufacturing an article comprising a refractory dielectric body
EP1010672A1 (en) * 1998-12-17 2000-06-21 PIRELLI CAVI E SISTEMI S.p.A. Method and apparatus for forming an optical fiber preform by combustionless hydrolysis
US20050120752A1 (en) * 2001-04-11 2005-06-09 Brown John T. Substantially dry, silica-containing soot, fused silica and optical fiber soot preforms, apparatus, methods and burners for manufacturing same
US6625363B2 (en) * 2001-06-06 2003-09-23 Nufern Cladding-pumped optical fiber
US6687445B2 (en) * 2001-06-25 2004-02-03 Nufern Double-clad optical fiber for lasers and amplifiers
US6843076B2 (en) * 2001-07-30 2005-01-18 Corning Incorporated Single step laydown method of making dry fiber with complex fluorine doped profile
JP2003176138A (ja) * 2001-10-30 2003-06-24 Degussa Ag 光学的特性のガラスを製造する方法
JP3802843B2 (ja) * 2002-06-14 2006-07-26 正隆 中沢 光ファイバの製造方法
KR100545813B1 (ko) * 2002-08-20 2006-01-24 엘에스전선 주식회사 탈수 및 탈염소공정을 포함하는 수정화학기상증착공법을 이용한 광섬유 프리폼 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 광섬유
JP4052121B2 (ja) * 2003-01-10 2008-02-27 住友電気工業株式会社 光導波体
WO2004083139A1 (ja) * 2003-03-19 2004-09-30 Sumitomo Electric Industries Ltd. ガラス材の製造方法
US20040187525A1 (en) * 2003-03-31 2004-09-30 Coffey Calvin T. Method and apparatus for making soot
US7444838B2 (en) * 2003-10-30 2008-11-04 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Holey optical fiber with random pattern of holes and method for making same
KR100617713B1 (ko) * 2004-02-12 2006-08-28 삼성전자주식회사 다공 광섬유의 제조방법
CN101305305A (zh) * 2005-11-08 2008-11-12 康宁股份有限公司 微结构化光纤及其制造方法
US7450806B2 (en) * 2005-11-08 2008-11-11 Corning Incorporated Microstructured optical fibers and methods
US7559215B2 (en) * 2005-12-09 2009-07-14 Zt3 Technologies, Inc. Methods of drawing high density nanowire arrays in a glassy matrix
JP4490465B2 (ja) * 2007-09-11 2010-06-23 日本電信電話株式会社 光ファイバ製造方法
WO2010029147A1 (de) * 2008-09-11 2010-03-18 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur herstellung eines quarzglaskörpers
US8571371B2 (en) * 2011-06-15 2013-10-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Direct extrusion method for the fabrication of photonic band gap (PBG) fibers and fiber preforms

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100327463B1 (ko) 1998-07-14 2002-03-07 루센트 테크놀러지스 인크 단일모드 광섬유 제조 방법 및 단일모드 광프리폼

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