KR101335406B1 - Apparatus for manufacturing optical fiber and method for manufacturing optical fiber the same - Google Patents

Apparatus for manufacturing optical fiber and method for manufacturing optical fiber the same Download PDF

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한원택
김복현
이승호
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Abstract

Provided are an apparatus for manufacturing optical fibers and a method for manufacturing optical fibers using the same. The apparatus for manufacturing optical fibers can simply and easily fills inside an air hole of the optical fiber using gas pressure during a process by comprising an electric furnace; a packing material inlet located inside the electric furnace; a process gas inlet which is formed on one side wall of the packing material inlet and connected to the packing material inlet; an optical fiber entrance which is formed on the other side wall of the electric furnace; and an optical fiber reeling unit located on the outside of the electric furnace. In addition, the method for manufacturing the optical fibers arranges one side of air hole optical fiber inside a packing material container in order to be contacted with molten packing materials; pressurizes through a pressure chamber; penetrates the packing materials into the air hole of the optical fiber while controlling pressure; adjusting size and temperature sensitivity of double refraction of a filling hole optical fiber; and manufactures the optical fiber having double refraction properties optimized according to application fields. The optical fiber is applied to optical fiber sensors, electro-optic devices, and the likes.

Description

광섬유 제조장치 및 이를 이용한 광섬유의 제조방법{Apparatus for manufacturing optical fiber and method for manufacturing optical fiber the same}Apparatus for manufacturing optical fiber and method for manufacturing optical fiber the same}

본 발명은 광섬유 제조장치 및 이를 이용한 광섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력을 이용하여 공기홀 내부를 충진하는 광섬유의 제조장치 및 이를 이용한 광섬유의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an optical fiber manufacturing apparatus and a method for manufacturing an optical fiber using the same, and more particularly, to an optical fiber manufacturing apparatus for filling the inside of the air hole using pressure and a method for manufacturing the optical fiber using the same.

광섬유 관련 기술은 센싱, 통신 시스템 분야에서의 무한한 활용 가능성으로 인해 발전을 거듭하고 있다. Fiber-optic technology is evolving due to its infinite potential in sensing and communications systems.

최근에는 공기홀 내부가 금속 등으로 충진된 광섬유는 센서 소자 또는 전기광학 소자 등으로의 응용 가능성으로 인해 주목받고 있다. Recently, an optical fiber filled with a metal inside the air hole has been attracting attention due to its application to a sensor device or an electro-optical device.

이 경우, 온도 감지 센서 등과 같은 센서 소자에서는 높은 온도 감도가 요구되는 반면, 그 외의 전기광학 소자에서는 신뢰성 있는 동작을 위해 낮은 온도 감도가 요구된다. 따라서, 신뢰성 있는 전기광학 소자에의 적용을 위해서는 광섬유 구조의 설계 및 광섬유의 제조시 광섬유의 특성을 제어하는 기술이 필요하다.In this case, high temperature sensitivity is required in a sensor element such as a temperature sensor, while low temperature sensitivity is required for reliable operation in other electro-optical elements. Therefore, in order to apply to the reliable electro-optical device, a technique for controlling the characteristics of the optical fiber in the design of the optical fiber structure and manufacturing the optical fiber is required.

한편, 공기홀 내부에 비스무트(Bi)-주석(Sn) 합금, 금(Ag)-주석(Sn) 합금 또는 납(Pb)-주석(Sn) 합금 등 금속의 합금이 충진된 광섬유 및 이들의 제조방법이 개시되어 있다[B. H. Kim, S. Moon, U. C. Paek, and W.-T. Han, Opt. Express 14, 11234-11241 (2006), S. H. Lee, B. H. Kim, W.-T. Han, Opt. Expess 17, 9712-9717 (2009) 등]. Meanwhile, optical fibers filled with alloys of metals such as bismuth (Bi) -tin (Sn) alloys, gold (Ag) -tin (Sn) alloys, or lead (Pb) -tin (Sn) alloys, and their manufacture A method is disclosed [B. H. Kim, S. Moon, U. C. Paek, and W.-T. Han, Opt. Express 14, 11234-11241 (2006), S. H. Lee, B. H. Kim, W.-T. Han, Opt. Expess 17, 9712-9717 (2009) et al.

상기 선행문헌들에서 보는 바와 같이, 금속 또는 이들의 합금이 충진된 광섬유의 광학적, 열적, 기계적 특성, 전기적 안정성 등에 대해서는 많은 연구가 진행된 상태이다. 금속 또는 이들의 합금이 충진된 광섬유를 센서 소자 및 전기광학 소자로 활용하는 경우, 복굴절 크기 및 온도 의존성 등의 복굴절 특성이 상기 소자의 특성에 크게 영향을 미치게 된다. 따라서, 상기 광섬유에 있어서 상기 복굴절 특성을 제어하는 광섬유 제조 기술의 확보가 필수적이다.As seen in the above-mentioned prior documents, there are many studies on the optical, thermal, mechanical properties, electrical stability, etc. of optical fibers filled with metals or alloys thereof. When using optical fibers filled with metals or alloys thereof as sensor elements and electro-optical elements, birefringence characteristics such as birefringence size and temperature dependence greatly affect the characteristics of the device. Therefore, it is essential to secure an optical fiber manufacturing technology for controlling the birefringence characteristics in the optical fiber.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공기홀을 가지는 광섬유의 공기홀 충진시, 공정 중 압력을 변화시켜 복굴절을 제어할 수 있는 광섬유의 제조 장치 및 이를 이용한 광섬유의 제조방법을 제공함에 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide an optical fiber manufacturing apparatus that can control the birefringence by changing the pressure during the process of filling the air hole of the optical fiber having air holes and a method of manufacturing the optical fiber using the same.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 광섬유의 제조장치를 제공한다. 상기 제조장치는 전기로, 상기 전기로 내에 위치하는 충진물 주입부, 상기 전기로의 일측 측벽에 형성되며, 상기 충진물 주입부와 연결되는 공정 가스 주입구, 상기 전기로의 타측 측벽에 형성되는 광섬유 출입구 및 상기 전기로의 외부에 위치하는 광섬유 권취부를 포함한다.One aspect of the present invention to achieve the above object provides an apparatus for manufacturing an optical fiber. The manufacturing apparatus is an electric furnace, a filler injection portion located in the furnace, a process gas injection hole formed on one side wall of the furnace, the gas injection port connected to the filler injection portion, the optical fiber entrance and exit formed on the other side wall of the furnace and the electric furnace It includes an optical fiber winding portion located outside of.

상기 충진물 주입부는 가압 챔버일 수 있다. 상기 충진물 주입부는 장착홀 및 상기 장착홀을 둘러싸는 가스킷이 구비된 광섬유 장착부, 상기 광섬유 장착부에서 일정 거리 이격되어 배치되는 충진물 용기 및 상기 충진물 용기 하부에 배치되는 용기 높이 조절부를 포함할 수 있다.The filler injector may be a pressurization chamber. The filler injecting part may include a mounting hole and an optical fiber mounting part having a gasket surrounding the mounting hole, a filling container disposed at a predetermined distance from the optical fiber mounting part, and a container height adjusting part disposed under the filling container.

상기 용기 높이 조절부는 톱니 구비 장치를 이용하여 승강될 수 있다.The container height adjustment unit can be elevated by using a toothed device.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 광섬유의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 전기로, 전기로; 상기 전기로 내에 위치하며, 충진물 용기를 포함하는 가압 챔버; 상기 전기로의 일측 측벽에 형성되는 공정 가스 주입구, 상기 전기로의 타측 측벽에 형성되는 광섬유 출입구, 및 상기 전기로 외부에 위치하는 광섬유 권취부를 포함하는 광섬유 제조장치를 제공하는 단계, 상기 광섬유 제조장치 내에 적어도 하나의 공기홀을 가지는 공기홀 광섬유를 제공하는 단계, 상기 충진물 용기 내에 고형의 충진물을 배치하고, 공정 가스 주입구를 통해 공정 가스를 주입하는 단계, 상기 전기로 내부를 승온하여 상기 고형의 충진물을 용융하는 단계, 상기 공기홀 광섬유의 일측을 상기 용융된 충진물과 접촉하도록 상기 충진물 용기 내에 배치하고, 상기 가압 챔버를 통해 제1 압력을 가하여 상기 충진물을 상기 공기홀 광섬유의 공기홀 내부로 침투시키는 단계 및 제2 압력을 가하여 상기 광섬유 출입구를 통해 상기 충진물이 침투된 공기홀 광섬유를 외부로 반출 및 냉각시켜 충진홀 광섬유를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 제2 압력을 조절하여 상기 광섬유의 복굴절을 제어한다.Another aspect of the present invention to achieve the above object provides a method of manufacturing an optical fiber. The manufacturing method is an electric furnace, an electric furnace; A pressurization chamber located in the furnace and including a fill container; Providing an optical fiber manufacturing apparatus including a process gas injection hole formed in one side wall of the electric furnace, an optical fiber entrance and exit formed in the other side wall of the electric furnace, and an optical fiber winding unit located outside the electric furnace, at least in the optical fiber manufacturing apparatus Providing an air hole optical fiber having one air hole, disposing a solid filler in the filler container, injecting a process gas through a process gas inlet, and heating the furnace to melt the solid filler And disposing one side of the air hole optical fiber in the filling container so as to contact the molten filler and applying a first pressure through the pressurizing chamber to infiltrate the filler into the air hole of the air hole optical fiber; The filler penetrates through the optical fiber entrance by applying a second pressure And preparing a filling hole optical fiber by carrying out and cooling the air hole optical fiber to the outside, and controlling the birefringence of the optical fiber by adjusting the second pressure.

상기 제2 압력은 1×10-12 bar ~ 120 bar 일 수 있다.The second pressure may be 1 × 10 −12 bar to 120 bar.

상기 제1 압력은 7 bar ~ 120 bar이고, 상기 제2 압력은 1×10-12 bar ~ 7 bar 일 수 있다.The first pressure may be 7 bar to 120 bar, and the second pressure may be 1 × 10 −12 bar to 7 bar.

상기 제1 압력은 7 bar ~ 30 bar이고, 상기 제2 압력은 30 bar ~ 120 bar일 수 있다.The first pressure may be 7 bar to 30 bar, and the second pressure may be 30 bar to 120 bar.

상기 충진물 용기 내에 고형의 충진물을 배치하고, 공정 가스 주입구를 통해 공정 가스를 주입하는 단계 이전에, 상기 가압 챔버 내의 산화성 가스를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include removing the oxidizing gas in the pressurizing chamber before placing the solid filler in the fill container and injecting the process gas through the process gas inlet.

상기 공정 가스는 비 산화성 가스일 수 있다.The process gas may be a non-oxidizing gas.

상기 공기홀 광섬유는 유리 광섬유일 수 있다.The air hole optical fiber may be a glass optical fiber.

상기 충진물은 금속 또는 고분자 물질일 수 있다.The filler may be a metal or a polymeric material.

상기 금속은 Au, Pt, Ag, Ni, Cu, In, Sn, Pb, Cr, Mn, Zn, Ga, Al, Bi, Sb, Ti, Se, V, Fe, Co, Zr, Nb, Mo, Te, Ru, Rh, Pd, Cd, W, Tl, Po, Si, P, S, Ge, As, Se 및 Te 중에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 합금일 수 있다.The metal is Au, Pt, Ag, Ni, Cu, In, Sn, Pb, Cr, Mn, Zn, Ga, Al, Bi, Sb, Ti, Se, V, Fe, Co, Zr, Nb, Mo, Te , Ru, Rh, Pd, Cd, W, Tl, Po, Si, P, S, Ge, As, Se and Te may be any one selected from, or alloys thereof.

상기 고분자 물질은 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스테르(polyester), 폴리아이소프렌(polyisoprene), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리페닐렌옥사이드 (polyphenylene oxide), 폴리염화비닐(polyvinyl Chloride), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리페놀(polyphenol), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutylene terephthalate) 및 아크니로니트릴 부타지엔 스틸렌(acrylonitrile butadiene styrene) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The polymer material is polyethylene, polypropylene, polyester, polyisoprene, polytetrafluoroethylene, polystyrene, polycarbonate, polyphenylene oxide (polyphenylene oxide), polyvinyl chloride, polyamide, polyurethane, polyphenol, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and arc Nironitrile butadiene styrene (acrylonitrile butadiene styrene) may be any one selected from.

상기 적어도 하나의 공기홀은 클래딩 영역에 형성될 수 있다.The at least one air hole may be formed in the cladding region.

본 발명에 따르면, 압력을 이용하여 간단하고 용이하게 긴 길이의 광섬유의 공기홀 내부를 충진할 수 있다. 또한, 공기홀 내부에 공기 갭이 없도록 완전히 충진할 수 있다. 나아가, 공정 중 가스 압력을 변화시켜 복굴절을 제어할 수 있다. 이로써, 광섬유의 복굴절을 다양하게 조절하여 온도 센서 또는 전기 광학 소자 등 적용 분야에 따라 적합한 복굴절을 가지는 광섬유를 제조할 수 있다.According to the present invention, the pressure can be simply and easily filled in the air hole of the long length optical fiber. In addition, it can be completely filled so that there is no air gap inside the air hole. Furthermore, birefringence can be controlled by changing the gas pressure during the process. Thus, by controlling the birefringence of the optical fiber in various ways, it is possible to manufacture an optical fiber having a suitable birefringence according to the application field, such as a temperature sensor or an electro-optical device.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유 제조장치를 나타내는 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유 제조장치의 용기 높이 조절부를 나타내는 확대도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법을 나타내는 공정도들이다.
도 3a 및 도 3b는 공기홀 내부에 충진물을 주입하기 전, 후의 광섬유를 나타내는 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 광섬유를 나타내는 SEM 이미지들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 광섬유의 다양한 압력에 따른 투과 광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 광섬유의 다양한 압력에 따른 간섭무늬 간격(fringe spacing)과 복굴절(birefringence)을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 광섬유의 다양한 온도에 따른 투과 광스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 광섬유의 다양한 압력에서 온도에 따른 복굴절을 나타내는 그래프이다. 1A is a schematic diagram showing an optical fiber manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 1b is an enlarged view showing the height of the container container adjustment apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A to 2E are process diagrams illustrating a method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are cross-sectional views illustrating optical fibers before and after injecting a filler into an air hole.
4A and 4B are SEM images illustrating an optical fiber manufactured by a method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a transmission light spectrum according to various pressures of the optical fiber manufactured by the method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing fringe spacing and birefringence according to various pressures of an optical fiber manufactured by a method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating transmission light spectrums according to various temperatures of an optical fiber manufactured by a method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing birefringence according to temperature at various pressures of an optical fiber manufactured by a method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms and includes all equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유 제조장치를 나타내는 개략도이다.1A is a schematic diagram showing an optical fiber manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유 제조장치의 용기 높이 조절부를 나타내는 확대도이다.Figure 1b is an enlarged view showing the height of the container container adjustment apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 전기로(10) 내에 충진물 주입부(20)가 위치한다. 상기 전기로(10)는 일정한 가열 방식을 이용하여 전기로(10) 내부의 온도를 높이는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전기로(10)는 통상적으로 사용되는 가열 방식을 이용하여 내부의 온도를 높일 수 있다. 1A and 1B, the filler injection unit 20 is positioned in the electric furnace 10. The electric furnace 10 may serve to increase the temperature inside the electric furnace 10 by using a constant heating method. The electric furnace 10 may increase the internal temperature by using a heating method that is commonly used.

상기 충진물 주입부(20)는 공기홀을 가지는 광섬유의 공기홀 내부에 충진물을 삽입하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 충진물 주입부(20)는 전기로(10) 내에서 밀폐된 일정 공간으로 정의될 수 있다. 상기 충진물 주입부(20)는 밀폐된 가압 챔버일 수 있다. 따라서, 상기 충진물 주입부(20) 내에 일정 압력을 인가하여 충진물을 광섬유의 공기홀 내부로 침투시킬 수 있다. 상기 충진물 주입부(20)의 상부에는 공기홀 광섬유가 장착되는 광섬유 장착부(22)가 위치할 수 있다. 상기 광섬유 장착부(22)는 공기홀 광섬유가 장착되는 장착홀(22a) 및 상기 장착홀(22a)을 둘러싸는 가스킷(gasket, 22b)을 구비할 수 있다. 따라서, 광섬유는 장착홀(22a)을 통해 삽입되고, 광섬유 장착부(22)는 공정 가스의 누설을 방지하기 위해 가스킷(gasket, 22b)으로 패킹(packing)될 수 있다. 공기홀 광섬유는 상기 장착홀(22a)에 끼워진 채로 고정될 수 있다. The filler injection unit 20 may serve to insert a filler into the air hole of the optical fiber having the air hole. The filler injector 20 may be defined as a predetermined space sealed in the electric furnace 10. The filler inlet 20 may be a closed pressurized chamber. Therefore, the filler may be penetrated into the air hole of the optical fiber by applying a predetermined pressure in the filler injection unit 20. The optical fiber mounting part 22 in which the air hole optical fiber is mounted may be positioned above the filler injecting part 20. The optical fiber mounting portion 22 may include a mounting hole 22a on which an air hole optical fiber is mounted and a gasket 22b surrounding the mounting hole 22a. Therefore, the optical fiber is inserted through the mounting hole 22a, and the optical fiber mounting portion 22 may be packed with a gasket 22b to prevent leakage of process gas. The air hole optical fiber may be fixed while being fitted in the mounting hole 22a.

상기 광섬유 장착부(22)에서 일정 거리 이격되어 충진물 용기(24)가 위치한다. 상기 충진물 용기(24) 내에 고형의 충진물을 배치할 수 있다. 상기 충진물 용기(24)는 충진물의 용융 온도 이상에서 용융되지 않는 재질로 이루어질 수 있다. The filling container 24 is positioned at a predetermined distance from the optical fiber mounting portion 22. Solid fills may be placed in the fill container 24. The filler container 24 may be made of a material that does not melt above the melting temperature of the filler.

상기 충진물 용기(24)의 하부에는 용기 높이 조절부(26)가 위치할 수 있다. 상기 용기 높이 조절부(26)는 충진물 용기(24)의 높이를 조절하여, 공기홀 광섬유의 일단이 상기 충진물 용기(24) 내에 배치되도록 하는 역할을 수행할 수 있다.The container height adjusting unit 26 may be positioned below the filler container 24. The container height adjusting unit 26 may serve to adjust the height of the filling container 24 so that one end of the air hole optical fiber is disposed in the filling container 24.

일 예로, 상기 용기 높이 조절부(26)는 톱니 구비 장치를 이용하여 승강될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 용기 높이 조절부(26)는 톱니바퀴(26a), 상기 톱니바퀴(26a)에 대응하는 톱니가 형성된 빔(26b) 및 상기 톱니바퀴(26a)를 회전시키는 회전 장치(26c)를 포함할 수 있다. 상기 회전 장치(26c)의 회전에 따라, 상기 회전 장치(26c)와 연결된 톱니바퀴(26a)가 회전하며, 상기 톱니바퀴(26a)와 맞물리는 톱니가 형성된 빔(26b)이 상하 이동된다. 이로써, 상기 용기 높이 조절부(26)가 승강되어, 상기 용기 높이 조절부(26) 상에 위치하는 충진물 용기(24)의 위치가 변화할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 회전 장치(26c)는 상기 전기로(10)의 외부에 위치할 수도 있다. 이 경우, 공정 가스 누출 방지를 위한 가스킷(미도시)을 포함한다. 또한, 이 때, 상기 가스킷은 전기로(10) 내부에 비해 상대적으로 온도가 낮은 전기로(10)의 외부에 위치하는 것이 보다 바람직하다. For example, the container height adjusting unit 26 may be elevated by using a toothed device. More specifically, the container height adjusting unit 26 is a gear 26a, a beam 26b having a tooth corresponding to the gear 26a and a rotating device 26c for rotating the gear 26a. It may include. As the rotary device 26c rotates, the gear 26a connected to the rotary device 26c rotates, and the beam 26b having the teeth meshed with the gear 26a moves up and down. As a result, the container height adjusting unit 26 is elevated to change the position of the filling container 24 positioned on the container height adjusting unit 26. Alternatively, the rotating device 26c may be located outside the electric furnace 10. In this case, a gasket (not shown) for preventing process gas leakage is included. In addition, at this time, the gasket is more preferably located outside the electric furnace 10 having a relatively lower temperature than the electric furnace 10 inside.

공정 가스 주입구(30)는 상기 전기로(10)의 일측 측벽에 형성된다. 상기 가스 주입구(30)는 상기 충진물 주입부(20)와 연결되어, 상기 충진물 주입부(20)로 공정 가스를 공급하는 역할을 수행할 수 있다. The process gas injection port 30 is formed at one side wall of the electric furnace 10. The gas inlet 30 may be connected to the filler injector 20 to supply process gas to the filler injector 20.

한편, 광섬유 출입구(40)는 상기 전기로(10)의 타측 측벽에 형성된다. 상기 광섬유 출입구(40)를 통해 광섬유가 반입, 반출될 수 있다. 따라서, 상기 광섬유 출입구(40)의 너비는 광섬유의 직경보다 크게 형성될 수 있다. On the other hand, the optical fiber entrance 40 is formed on the other side wall of the electric furnace (10). The optical fiber may be carried in or out through the optical fiber entrance 40. Therefore, the width of the optical fiber entrance 40 may be larger than the diameter of the optical fiber.

상기 전기로(10)의 외부에 광섬유 권취부(50)가 구비될 수 있다. 상기 광섬유 권취부(50)는 공기홀이 충진된 충진홀 광섬유를 광섬유 출입구(40)를 통해 외부로 반출하는 원동력을 제공한다. 즉, 상기 광섬유 권취부(50)를 이용하여 공기홀이 충진된 충진홀 광섬유를 외부로 끌어당겨 냉각시킬 수 있다. The optical fiber winding unit 50 may be provided outside the electric furnace 10. The optical fiber winding unit 50 provides a driving force for carrying out the filling hole optical fiber filled with air holes to the outside through the optical fiber entrance 40. That is, by using the optical fiber winding unit 50, the filling hole optical fiber filled with air holes can be pulled out to cool.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법을 나타내는 공정도들이다.2A to 2E are process diagrams illustrating a method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b는 공기홀 내부에 충진물을 주입하기 전, 후의 광섬유를 나타내는 단면도들이다.3A and 3B are cross-sectional views illustrating optical fibers before and after injecting a filler into an air hole.

도 2a 및 도 3a를 참조하면, 광섬유 제조장치(100)를 제공한다. 상기 광섬유 제조장치(100)는 도 1에서 설명한 바와 같으므로, 자세한 설명을 생략하기로 한다. 2A and 3A, an optical fiber manufacturing apparatus 100 is provided. Since the optical fiber manufacturing apparatus 100 is as described with reference to FIG. 1, a detailed description thereof will be omitted.

상기 충진물 주입 장치(100) 내에 적어도 하나의 공기홀을 가지는 공기홀 광섬유(60)를 제공한다. 상기 공기홀 광섬유(60)는 코어 영역(62)과 클래드 영역(64)으로 구성될 수 있다. 상기 코어 영역(62)은 광이 통과하는 영역으로서, 상기 클래드 영역(64)에 비해 높은 굴절률을 가질 수 있다. 상기 코어 영역(62)은 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 코어 영역(62)에는 첨가물이 도핑될 수 있다. 일 예로, 상기 첨가물은 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 또는 인(P) 등일 수 있다.It provides an air hole optical fiber 60 having at least one air hole in the filler injection device ( 100 ). The air hole optical fiber 60 may be composed of a core region 62 and a clad region 64. The core region 62 is a region through which light passes and may have a higher refractive index than the clad region 64. The core region 62 may be formed in a circular or elliptical shape. In addition, additives may be doped in the core region 62. For example, the additive may be germanium (Ge), aluminum (Al), titanium (Ti) or phosphorus (P).

상기 클래드 영역(64)은 상기 코어 영역(62)의 둘레를 감싸도록 형성될 수 있다. 상기 클래드 영역(64)은 상기 코어 영역(62)에 비해 낮은 굴절률을 가져, 상기 코어 영역(62)과의 굴절률 차이에 의하여 광을 가두는 영역일 수 있다. The clad region 64 may be formed to surround a circumference of the core region 62. The clad region 64 may have a lower refractive index than the core region 62, and may be a region in which light is trapped by a difference in refractive index from the core region 62.

상기 공기홀 광섬유(60)는 충진물의 용융 온도 이상에서 용융되지 않는 재질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 상기 공기홀 광섬유(60)는 유리 광섬유일 수 있다. 예컨대, 상기 공기홀 광섬유(60)는 산화물을 함유할 수 있다. 상기 산화물은 실리카(SiO2), 산화 게르메늄, 산화 알루미늄, 산화 타이타늄, 산화 인, 알칼리 원소 산화물, 알칼리토 원소 산화물 또는 붕소 산화물, 및 이들의 화합물일 수 있다. The air hole optical fiber 60 may be made of a material that does not melt above the melting temperature of the filler. For example, the air hole optical fiber 60 may be a glass optical fiber. For example, the air hole optical fiber 60 may contain an oxide. The oxide may be silica (SiO 2 ), germanium oxide, aluminum oxide, titanium oxide, phosphorus oxide, alkali element oxide, alkaline earth element oxide or boron oxide, and compounds thereof.

상기 공기홀 광섬유(60)는 일 예로, MCVD법(Modified Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 공기홀 광섬유(60)는 100μm ∼ 200μm의 직경을 가지도록 형성될 수 있다. The air hole optical fiber 60 may be formed using, for example, a modified chemical vapor deposition (MCVD) method. The air hole optical fiber 60 may be formed to have a diameter of 100μm ~ 200μm.

상기 공기홀 광섬유(60)는 적어도 하나의 공기홀(66)을 구비할 수 있다. 상기 공기홀(66)은 클래드 영역(64)에 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 공기홀(66)은 광섬유 모재에 드릴링(drilling)을 수행하고, 인출 공정을 거쳐 형성될 수 있다. 상기 공기홀(66)은 5μm ∼ 50μm의 직경을 가지도록 형성될 수 있다. The air hole optical fiber 60 may include at least one air hole 66. The air hole 66 may be formed in the clad region 64. For example, the air hole 66 may be formed through drilling and drawing out an optical fiber base material. The air hole 66 may be formed to have a diameter of 5μm ~ 50μm.

상기 공기홀 광섬유(60)는 충진물 주입부(20)의 장착홀(22a) 내로 진입하여, 상기 장착홀(22a)에 끼워진 채로 고정될 수 있다. The air hole optical fiber 60 may enter the mounting hole 22a of the filler injecting part 20 and may be fixed while being fitted into the mounting hole 22a.

도 2b를 참조하면, 충진물 용기(24) 내에 고형의 충진물(70a)을 배치하고, 공정 가스를 주입한다. Referring to FIG. 2B, a solid fill 70a is disposed in the fill container 24, and a process gas is injected.

상기 충진물(70a)은 금속 또는 고분자 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 공기홀 광섬유(60)가 유리 광섬유인 경우, 상기 충진물(70a)은 유리와 열팽창계수의 차이가 큰 금속 또는 고분자 물질일 수 있다. 이 때, 상기 금속은 반금속을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 금속은 Au, Pt, Ag, Ni, Cu, In, Sn, Pb, Cr, Mn, Zn, Ga, Al, Bi, Sb, Ti, Se, V, Fe, Co, Zr, Nb, Mo, Te, Ru, Rh, Pd, Cd, W, Tl, Po, Si, P, S, Ge, As, Se 및 Te 중에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 합금 등일 수 있다. The filler 70a is made of metal Or a polymeric material. For example, when the air hole optical fiber 60 is a glass optical fiber, the filler 70a may be a metal or a polymer material having a large difference between the glass and the thermal expansion coefficient. In this case, the metal may include a semimetal. For example, the metal may be Au, Pt, Ag, Ni, Cu, In, Sn, Pb, Cr, Mn, Zn, Ga, Al, Bi, Sb, Ti, Se, V, Fe, Co, Zr, Nb, Mo , Te, Ru, Rh, Pd, Cd, W, Tl, Po, Si, P, S, Ge, As, Se and Te, any one selected from Te, alloys thereof, and the like.

또한, 상기 고분자 물질은 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스테르(polyester), 폴리아이소프렌(polyisoprene), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리페닐렌옥사이드 (polyphenylene oxide), 폴리염화비닐(polyvinyl Chloride), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리페놀(polyphenol), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutylene terephthalate) 또는 아크니로니트릴 부타지엔 스틸렌(acrylonitrile butadiene styrene) 등일 수 있다. In addition, the polymer material is polyethylene, polypropylene, polyester, polyisoprene, polytetrafluoroethylene, polystyrene, polycarbonate, polyphenyl Polyphenylene oxide, polyvinyl chloride, polyamide, polyurethane, polyphenol, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate Or acrylonitrile butadiene styrene.

상기 공정 가스는 산화성이 극히 낮은 비 산화성 가스일 수 있다. The process gas may be a non-oxidizing gas having extremely low oxidative properties.

산화성 가스 분위기에서 열을 가하여 충진물(70a)을 용융하는 경우, 충진물(70a)의 표면이 쉽게 산화되어 산화물이 형성될 수 있다. 예컨대, 충진물이 금속인 경우, 산소 가스를 공정 가스로 사용하면 금속의 표면이 산화되어 금속 산화물이 형성될 수 있다. 상기 금속 산화물은 부산물로 잔존하여 금속의 원활한 충진을 방해한다. 따라서, 이를 방지하기 위해 산화성이 극히 낮은 비 산화성 가스를 공정 가스로 사용하는 것이 바람직하다. When the filler 70a is melted by applying heat in an oxidizing gas atmosphere, the surface of the filler 70a may be easily oxidized to form an oxide. For example, when the filler is a metal, when oxygen gas is used as the process gas, the surface of the metal may be oxidized to form a metal oxide. The metal oxide remains as a by-product and prevents the smooth filling of the metal. Therefore, in order to prevent this, it is preferable to use a non-oxidizing gas having an extremely low oxidizing property as a process gas.

이 때, 상기 공정 가스의 주입 전, 진공 펌프 또는 가스 배출 장치 등을 이용하여 충진물 주입부(20) 내에 잔존하는 산화성 가스를 제거한 후, 공정 가스를 주입하는 것이 보다 바람직하다. 상기 산화성 가스는 산소(O2), 수증기(H2O), CO, CO2, NO, NO2, SO 또는 SO2 등일 수 있다. At this time, it is more preferable to inject the process gas after removing the oxidizing gas remaining in the filler injecting unit 20 by using a vacuum pump or a gas discharge device, before the process gas is injected. The oxidizing gas is oxygen (O 2), water vapor (H 2 O), CO, CO 2, NO, NO 2, SO or SO 2 and the like.

일 예로, 상기 공정 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar), 네온(Ne) 및 헬륨(He) 중에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 혼합 가스일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 다양한 가스를 사용할 수 있다. 상기 공정 가스는 공정 가스 주입구(30)를 통해 충진물 주입부(20) 내로 공급될 수 있다. 이 때, 상기 충진물 주입부(20)는 가스킷(22b)을 통해 패킹되어, 상기 공정 가스가 충진물 주입부(20)의 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다. For example, the process gas It may be any one selected from nitrogen (N 2 ), argon (Ar), neon (Ne) and helium (He), or a mixed gas thereof. However, the present invention is not limited thereto, and various gases may be used depending on the use. The process gas may be supplied into the filler injector 20 through the process gas inlet 30. At this time, the filler inlet 20 may be packed through the gasket 22b to prevent the process gas from leaking to the outside of the filler injector 20.

도 2c를 참조하면, 전기로(10) 내부를 승온하여 충진물(70a)을 용융한다. 상기 전기로(10)는 통상적으로 사용되는 가열 방식을 이용하여 내부의 온도를 높일 수 있다. 전기로(10) 외부의 온도 (T1)는 상온(room temperature)일 수 있으며, 상기 전기로(10) 내부의 온도(T2)는 충진물(70a)의 용융 온도보다 높은 온도까지 승온되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전기로(10) 내부의 온도는 공기홀 광섬유(60)의 용융을 방지하기 위해 상기 공기홀 광섬유(60)를 구성하는 물질의 용융 온도보다는 낮은 온도까지 승온되는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 광섬유(60)가 유리 광섬유인 경우, 1700℃ 이하로 승온될 수 있다. Referring to FIG. 2C, the inside of the electric furnace 10 is heated to melt the filler 70a. The electric furnace 10 may increase the internal temperature by using a heating method that is commonly used. The temperature T 1 outside the electric furnace 10 may be room temperature, and the temperature T 2 inside the electric furnace 10 may be elevated to a temperature higher than the melting temperature of the packing 70a. desirable. In addition, the temperature inside the electric furnace 10 is preferably raised to a temperature lower than the melting temperature of the material constituting the air hole optical fiber 60 in order to prevent melting of the air hole optical fiber (60). For example, when the optical fiber 60 is a glass optical fiber, it may be heated up to 1700 ℃.

도 2d 및 도 3a를 참조하면, 공기홀 광섬유(60)의 일측을 충진물 용기(24) 내에 배치한다. 이로써, 상기 공기홀 광섬유(60)는 용융된 충진물(70b)과 접촉할 수 있다. 일 예로, 용기 높이 조절부(26)를 이용하여 상기 충진물 용기(24)를 승강시켜 상기 공기홀 광섬유(60)의 일측을 용융된 충진물(70b)과 접촉하도록 할 수 있다. 2D and 3A, one side of the air hole optical fiber 60 is disposed in the filling container 24. As a result, the air hole optical fiber 60 may be in contact with the molten filler material 70b. For example, the filling container 24 may be lifted and lowered by using the container height adjusting unit 26 so that one side of the air hole optical fiber 60 comes into contact with the molten filling 70b.

이후, 충진물 주입부(20) 내에 제1 압력(P1)을 인가한다. 이로써, 상기 용융된 충진물(70b)이 공기홀(66) 내부로 침투할 수 있다. 상기 제1 압력(P1)은 7 bar ~ 120 bar 일 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 압력(P1)은 7 bar ~ 40 bar일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 압력은 7 bar ~ 30 bar일 수 있다. Thereafter, a first pressure P 1 is applied to the filler injector 20. As a result, the molten filler material 70b may penetrate into the air hole 66. The first pressure P 1 may be 7 bar to 120 bar. Preferably, the first pressure P 1 may be 7 bar to 40 bar. More preferably, the pressure may be 7 bar to 30 bar.

도 2e 및 도 3b를 참조하면, 제2 압력(P2)을 가하여 광섬유 출입구(40)를 통해 충진물이 침투된 광섬유(61)를 외부로 반출 및 냉각시킨다.Referring to FIGS. 2E and 3B, the second pressure P 2 is applied to carry out and cool the optical fiber 61 into which the filler penetrates through the optical fiber entrance 40.

상기 제1 압력(P1)과 제2 압력(P2)은 동일하거나 다를 수 있다. 상기 제 2 압력(P2)은 1×10-12 bar ~ 120 bar일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 제 2 압력(P2)은 1×10-7 bar ~ 120 bar일 수 있다.The first pressure P 1 and the second pressure P 2 may be the same or different. The second pressure P 2 is 1 × 10 -12 bar It may be ~ 120 bar. More preferably, the second pressure P 2 may be 1 × 10 −7 bar to 120 bar.

일 예로, 충진물이 금속이고, 광섬유 모재가 유리인 경우, 금속과 유리는 서로 상이한 물성을 가진다. 따라서, 금속을 용융하여 공기홀(66) 내부로 침투시키고자 하는 경우, 표면에너지로부터 기인하는 반발력으로 인해 낮은 압력에서 침투시키는 것은 어렵거나 불가능하다. For example, when the filler is a metal and the optical fiber base material is glass, the metal and the glass have different physical properties. Therefore, when the metal is to be melted and penetrated into the air hole 66, it is difficult or impossible to penetrate at low pressure due to the repulsive force resulting from the surface energy.

그렇기 때문에, 1차로 제1 압력(P1) 범위에서 용융된 금속을 공기홀(66) 내부로 용이하게 침투시킨 후, 제2 압력(P2)까지 낮추어 광섬유를 외부로 반출할 수 있다. Therefore, the first molten metal in the first pressure P 1 range is easily inside the air hole 66. After penetrating, the optical fiber may be taken out to the outside by lowering to the second pressure P 2 .

일 예로, 도 2d에서 인가한 제1 압력(P1)을 제2 압력(P2)까지 낮춘 후, 외부로 반출할 수 있다. 상기 제2 압력은 7 bar 이하일 수 있다. 이 때, 진공 펌프(미도시)를 이용하여 제1 압력을 0 bar 근처의 낮은 값을 갖는 제2 압력까지 낮출 수 있다. For example, the first pressure P 1 applied in FIG. 2D may be lowered to the second pressure P 2 and then taken out to the outside. The second pressure may be 7 bar or less. At this time, a vacuum pump (not shown) may be used to lower the first pressure to a second pressure having a low value near 0 bar.

반면, 용융된 금속을 고압하에서 공기홀(66) 내부로 침투시키고자 하는 경우, 가스킷(22b)이 변형되거나 손상되어 공정 가스 누출이 발생할 수 있다. 따라서, 1차적으로 제1 압력(P1) 범위에서 용융된 충진물을 공기홀(66) 내부로 침투시킨 후, 제 2 압력(P2)까지 높여 충진홀 광섬유(61)를 외부로 반출하는 것이 보다 용이하다. 이 경우, 고압에서 머무르는 시간이 짧아지므로, 공정 가스 누출 및 그에 따른 공정의 불완전성을 감소시킬 수 있는 이점이 있다. On the other hand, when the molten metal is to be penetrated into the air hole 66 under high pressure, the gasket 22b may be deformed or damaged to cause process gas leakage. Therefore, after first infiltrating the filling material melted in the first pressure P 1 into the air hole 66, the filling hole optical fiber 61 is carried out to the outside by raising it to the second pressure P 2 . Is easier. In this case, since the residence time at a high pressure is shortened, there is an advantage that can reduce the process gas leakage and thereby the process imperfections.

일 예로, 도 2d에서 인가한 제1 압력(P1)을 제2 압력(P2)까지 높인 후, 외부로 반출할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 압력(P2)은 30 bar ~ 120 bar일 수 있다.For example, the first pressure P 1 applied in FIG. 2D may be increased to the second pressure P 2 and then taken out to the outside. For example, the second pressure P 2 may be 30 bar to 120 bar.

상기 제2 압력(P2)은 충진홀 광섬유(61)의 공기홀(66) 내부 및 외부에서 인가될 수 있다. 상기 인가하는 제2 압력(P2)의 크기에 따라, 광섬유의 복굴절 특성이 변화될 수 있다. 상기 복굴절은 제2 압력(P2)에 의해 충진홀 광섬유(61)에 발생하는 응력(stress)에 의해 변화될 수 있다. The second pressure P 2 may be applied inside and outside the air hole 66 of the filling hole optical fiber 61. According to the magnitude of the second pressure P 2 to be applied, the birefringence characteristic of the optical fiber may be changed. The birefringence may be changed by stress generated in the filling hole optical fiber 61 by the second pressure P 2 .

구체적으로, 복굴절의 변화는 압력에 의한 압축 응력(compressive stress)으로 발생되는 충진물의 열팽창 및 수축에 의한 인장 응력(tensile stress)의 보상 효과에 의해 유도될 수 있다.Specifically, the change in birefringence may be induced by the effect of compensating for the tensile stress due to thermal expansion and contraction of the filling caused by the compressive stress due to pressure.

낮은 제2 압력(P2)을 인가하는 경우, 상기 압력에 의해 공기홀(66)은 다소 약하게 팽창될 수 있다. 이는 코어 영역(62)에 작은 압축 응력을 발생시키고, 복굴절을 감소시킨다. 그러나, 상기 공기홀(66) 내부로 침투한 충진물이 수축하여 발생하는 복굴절의 증가가 훨씬 크기 때문에, 복굴절은 전체적으로 크게 증가될 수 있다. When the low second pressure P 2 is applied, the air hole 66 may slightly expand due to the pressure. This generates a small compressive stress in the core region 62 and reduces birefringence. However, since the increase in the birefringence caused by the shrinkage of the filler penetrating into the air hole 66, the birefringence can be greatly increased as a whole.

일 예로, 상기 낮은 제2 압력(P2)은 7 bar 이하, 즉, 1×10-12 bar ~ 7 bar일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 낮은 제2 압력(P2)은 1×10-12 bar ~ 5 bar일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 낮은 제2 압력(P2)은 1×10-12 bar ~ 3 bar일 수 있다.For example, the low second pressure P 2 may be 7 bar or less, that is, 1 × 10 -12 bar to 7 bar. More preferably, the low second pressure P 2 may be 1 × 10 −12 bar to 5 bar. More preferably, the low second pressure P 2 may be 1 × 10 −12 bar to 3 bar.

반면, 높은 제2 압력(P2)을 인가하는 경우, 코어 영역(62)에서 발생하는 압축 응력은 매우 크므로, 충진물의 열팽창에 따른 인장 응력의 대부분이 상쇄된다. 따라서, 낮은 제2 압력(P2)을 인가하는 경우에 비해 복굴절의 증가가 매우 미미한 수준에 머무르게 된다. 일 예로, 상기 높은 제2 압력(P2)은 30 bar ~ 120 bar일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 높은 제2 압력(P2)은 45 bar ~ 120 bar일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 높은 제2 압력(P2)은 60 bar ~ 120 bar일 수 있다.On the other hand, when the high second pressure P 2 is applied, the compressive stress generated in the core region 62 is very large, so that most of the tensile stress due to thermal expansion of the filling is canceled out. Therefore, the increase in birefringence remains very insignificant compared to the case of applying a low second pressure P 2 . For example, the high second pressure P 2 may be 30 bar to 120 bar. More preferably, the high second pressure P 2 may be 45 bar to 120 bar. More preferably, the high second pressure P 2 may be 60 bar to 120 bar.

따라서, 제2 압력을 조절하여, 광섬유의 복굴절을 제어할 수 있다. Therefore, the birefringence of the optical fiber can be controlled by adjusting the second pressure.

이후, 광섬유 출입구(40)를 통해 충진물이 침투된 광섬유(61)를 전기로(10)의 외부로 반출시킨다. 일 예로, 전기로(10)의 외부에 위치하는 광섬유 권취부(50)를 이용하여 충진홀 광섬유(61)를 끌어당길 수 있다. 이로써, 상기 충진홀 광섬유(61)는 광섬유 출입구(40)를 통해 전기로(10)의 외부로 반출될 수 있다. 이 때, 전기로(10) 내부의 온도(T2)와 외부 온도(T1)의 차이로 인해 광섬유(61)가 냉각된다. 상기 냉각으로 인해 공기홀의 내부로 주입된 충진물이 고형화되어, 충진물의 외부 누출이 방지될 수 있다. 이로써 충진홀(66)을 구비한 광섬유(61)가 제조될 수 있다. Thereafter, the optical fiber 61 in which the filler penetrates through the optical fiber entrance 40 is carried out to the outside of the electric furnace 10. For example, the filling hole optical fiber 61 may be attracted using the optical fiber winding unit 50 located outside the electric furnace 10. As a result, the filling hole optical fiber 61 may be carried out of the electric furnace 10 through the optical fiber entrance and exit 40. At this time, the optical fiber 61 is cooled due to a difference between the temperature T 2 inside the electric furnace 10 and the external temperature T 1 . Due to the cooling, the filling injected into the air hole may be solidified, thereby preventing external leakage of the filling. As a result, the optical fiber 61 having the filling hole 66 may be manufactured.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 광섬유를 나타내는 SEM 이미지들이다. 상기 광섬유는 유리 광섬유이며, 코어 영역에 게르마늄이 도핑되어 있다. 코어 영역과 클래딩 영역의 굴절률 차이는 약 0.0018이다. 상기 클래딩 영역에 형성된 공기홀에 인듐(In)을 충진하였다. 4A and 4B are SEM images illustrating an optical fiber manufactured by a method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention. The optical fiber is a glass optical fiber, and germanium is doped in the core region. The refractive index difference between the core region and the cladding region is about 0.0018. Indium (In) was filled in the air holes formed in the cladding region.

도 4a를 참조하면, 광섬유의 클래딩 영역에 형성된 두 개의 홀 내에 인듐이 충진된 것을 확인할 수 있다. 이 때, 인듐은 홀 내부에 공기 갭이 없도록 완전히 충진되었다. 이 때, 광섬유의 직경은 약 125μm이고, 각 공기홀의 직경은 약 17μm이다. Referring to FIG. 4A, it can be seen that indium is filled in two holes formed in the cladding region of the optical fiber. At this time, indium was completely filled so that there was no air gap inside the hole. At this time, the diameter of the optical fiber is about 125 μm, and the diameter of each air hole is about 17 μm.

도 4b를 참조하면, 인듐이 충진되기 전, 광섬유의 클래딩 영역에 형성된 두 개의 공기홀을 확인할 수 있다. 또한, 상기 공기홀은 코어 영역을 중심으로 양 측에 배치된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4B, two air holes formed in the cladding region of the optical fiber may be identified before indium is filled. In addition, it can be seen that the air holes are disposed on both sides of the core area.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 광섬유의 다양한 압력에 따른 투과 광스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 상기 제조된 광섬유를 사냑(Sagnac) 간섭계의 광섬유 루프 내에 연결하고, 입력부 광섬유에 광대역 광원을 입사시키고, 출력부 광섬유로 출력된 투과 광스펙트럼을 측정하였다.5 is a graph showing a transmission light spectrum according to various pressures of the optical fiber manufactured by the method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention. The prepared optical fiber was connected in an optical fiber loop of a Sagnac interferometer, a broadband light source was incident on the input optical fiber, and the transmission light spectrum output to the output optical fiber was measured.

도 5를 참조하면, 18.5?의 온도, 15 bar ∼ 45 bar의 압력 조건에서 클래딩 영역의 홀 내에 인듐이 충진되지 않은 광섬유(without indium)와, 인듐이 충진된 광섬유(with indium)를 비교하였다. 인듐이 충진되지 않은 광섬유는 약 10dB의 소광비를 나타내었으며, 간섭무늬 간격(△λ)은 1550nm의 파장에서 20.34nm이다.Referring to FIG. 5, an indium-filled optical fiber and an indium-filled optical fiber were compared with an indium-filled optical fiber in a hole of the cladding region at a temperature of 18.5 ° C. and a pressure of 15 bar to 45 bar. The indium-filled optical fiber showed an extinction ratio of about 10 dB, and the interference fringe spacing (Δλ) was 20.34 nm at a wavelength of 1550 nm.

복굴절(Bn)= λ2/(L△λ)(λ= 동작 파장, L= 광섬유의 길이). Birefringence (B n ) = λ 2 / (LΔλ) (λ = operation wavelength, L = length of optical fiber).

복굴절은 상기의 공식을 통해 산출될 수 있다. 따라서, 인듐이 충진되지 않은 광섬유의 복굴절은 1.18×10-4이다. 또한, 다양한 압력에서 인듐이 충진된 광섬유의 경우, 인듐이 충진되지 않은 광섬유에 비해 간섭무늬의 간격이 감소하는 것을 확인할 수 있다.Birefringence can be calculated through the above formula. Therefore, the birefringence of the indium-filled optical fiber is 1.18 × 10 −4 . In addition, in the case of the indium-filled optical fiber at various pressures, it can be seen that the spacing of the interference fringes is reduced compared to the indium-filled optical fiber.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 광섬유의 다양한 압력에 따른 간섭무늬 간격(fringe spacing)과 복굴절(birefringence)을 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing fringe spacing and birefringence according to various pressures of an optical fiber manufactured by a method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 간섭무늬 간격은 압력의 증가에 따라 11.67nm 에서 18.69nm까지 점진적으로 증가한다. 15 bar의 압력에서 인듐이 충진된 광섬유의 복굴절(Bm)은 5.55×10-4이다. 이는 인듐이 충진되지 않은 광섬유의 복굴절(1.18×10-4)에 비해 매우 높은 수치이다. 특히, 7 bar 이하의 압력에서는 일반 편광유지 광섬유에서 갖기 어려운 1×10-3 에 근접하는 매우 높은 복굴절 계수를 갖게 할 수 있다. 일 예로, 5 bar 의 압력에서 인듐을 충진하여 제조된 광섬유의 복굴절(Bm)은 약 9.8×10- 4 이다. Referring to FIG. 6, the interference fringe spacing gradually increases from 11.67 nm to 18.69 nm with increasing pressure. The birefringence (B m ) of the indium-filled fiber at a pressure of 15 bar is 5.55 × 10 -4 . This is very high compared to the birefringence (1.18 × 10 −4 ) of an indium-filled optical fiber. In particular, at a pressure of 7 bar or less, it is possible to have a very high birefringence coefficient close to 1 × 10 −3, which is difficult to have in a normal polarization maintaining optical fiber. For example, the birefringence (B m) of the optical fiber produced by filling the indium at a pressure of 5 bar was about 9.8 × 10 - 4.

인듐은 실리카 광섬유의 홀 내벽에 밀착 접합된다. 또한, 인듐은 매우 높은 열팽창계수(α= 32.1×10-6K-1)를 가져, 실리카에 비해 쉽게 수축된다. 따라서, 인듐이 공기홀 내부에 충진되는 경우, 광섬유 코어에 발생하는 인장 응력이 증가된다. 따라서, 압력을 45 bar까지 증가시킴에 따라, 복굴절을 1.68×10-4까지 감소시킬 수 있다. Indium is closely bonded to the hole inner wall of the silica optical fiber. Indium also has a very high coefficient of thermal expansion (α = 32.1 × 10 −6 K −1 ), which shrinks more easily than silica. Therefore, when indium is filled inside the air hole, the tensile stress generated in the optical fiber core is increased. Thus, by increasing the pressure to 45 bar, birefringence can be reduced to 1.68 x 10 -4 .

한편, 광섬유 내에서 인듐에 의해 유도된 복굴절(Bs)은 15 bar의 압력에서 4.37×10-4인 반면, 45 bar의 압력에서 상대적으로 낮은 5.00×10-5를 나타낸다. 따라서, 복굴절은 압력에 의해 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.On the other hand, the birefringence (B s ) induced by indium in the optical fiber is 4.37 × 10 −4 at a pressure of 15 bar, while showing a relatively low 5.00 × 10 −5 at a pressure of 45 bar. Therefore, it can be seen that birefringence can be controlled by pressure.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 광섬유의 다양한 온도에 따른 투과 광스펙트럼을 나타내는 그래프이다.7 is a graph illustrating transmission light spectrums according to various temperatures of an optical fiber manufactured by a method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 15 bar의 압력, 18.5℃ ~ 116.3℃의 온도에서의 투과 광스펙트럼과, 35 bar의 압력, 18.5℃ ~ 117.2℃의 온도에서의 투과 광스펙트럼이 도시된다. 15 bar, 18.5℃에서 간섭무늬 간격은 11.67nm이고, 35 bar, 18.5℃에서 간섭무늬 간격은 17.32nm인 것을 확인할 수 있다. 한편, 15 bar, 116.3℃에서 간섭무늬 간격은 16.67nm이고, 35 bar, 117.2℃에서 간섭무늬 간격은 22.59nm임을 확인할 수 있다. 따라서, 동일한 압력에서도 온도가 높아지면 간섭무늬 간격이 증가함을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, the transmission light spectrum at a pressure of 15 bar at 18.5 ° C. to 116.3 ° C. and the transmission light spectrum at a pressure of 35 bar at a temperature of 18.5 ° C. to 117.2 ° C. are shown. Interference pattern spacing is 11.67nm at 15 bar, 18.5 ℃, interference pattern spacing is 17.32nm at 35 bar, 18.5 ℃. On the other hand, the interference fringe spacing is 16.67nm at 15 bar, 116.3 ℃, it can be seen that the interference fringe spacing is 22.59nm at 35 bar, 117.2 ℃. Therefore, it can be seen that the interference fringe spacing increases as the temperature increases at the same pressure.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 광섬유의 다양한 압력에서 온도에 따른 복굴절을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing birefringence according to temperature at various pressures of an optical fiber manufactured by a method of manufacturing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 15 bar의 낮은 압력에서는 18.5℃에서 120.7℃까지 온도의 증가에 따라 복굴절은 5.55×10-4에서 2.52×10-4로 선형적으로 감소하는 양상을 나타낸다. 또한, 5 bar의 낮은 압력을 가한 광섬유의 경우도 매우 복굴절이 매우 선형적으로 감소하는 양상을 나타낸다.Referring to FIG. 8, at a low pressure of 15 bar, birefringence decreases linearly from 5.55 × 10 −4 to 2.52 × 10 −4 as the temperature increases from 18.5 ° C. to 120.7 ° C. FIG. In addition, the birefringence decreases very linearly in the case of an optical fiber applied at a low pressure of 5 bar.

이와 같이, 낮은 압력하에서 제조된 광섬유는 온도 변화에 따라 복굴절이 선형적으로 변화할 수 있다. 이는 센서 소자에서 요구되는 특성이므로, 낮은 압력하에서 제조된 광섬유는 온도 센서 소자로 응용할 수 있다. As such, the birefringence of the optical fiber manufactured under low pressure may change linearly with temperature change. Since this is a characteristic required in the sensor element, an optical fiber manufactured under low pressure can be applied as a temperature sensor element.

한편, 35 bar의 압력에서는 18.5℃에서 54.5℃까지 온도의 증가에 따라 복굴절은 2.21×10-4에서 1.10×10-4로 선형적으로 감소하는 반면, 약 60℃ 이후부터는 비선형적으로 감소하다가, 약 8.04×10-5의 수치로 포화된다. 이 때, 54.5℃ 이상의 온도에서의 복굴절은 18.5℃에서 인듐이 없는 광섬유(w/o indium)의 수치보다 낮아짐을 확인할 수 있다. 이는 30 bar 및 45 bar의 압력에서도 발견된다. 즉, 복굴절은 낮은 온도(약 20℃ ∼ 60℃)에서는 선형적으로 감소하다가, 60℃ ∼ 80℃의 높은 온도에서는 약 8.04×10-5의 일정한 수치로 포화된다. On the other hand, at a pressure of 35 bar, the birefringence decreases linearly from 2.21 × 10 −4 to 1.10 × 10 −4 with increasing temperature from 18.5 ° C. to 54.5 ° C., while nonlinearly decreases after about 60 ° C., It is saturated to a value of about 8.04 × 10 −5 . At this time, it can be seen that the birefringence at a temperature of 54.5 ℃ or more lower than the value of the optical fiber (w / o indium) without indium at 18.5 ℃. It is also found at pressures of 30 bar and 45 bar. That is, the birefringence decreases linearly at low temperature (about 20 ° C to 60 ° C), but saturates to a constant value of about 8.04x10 -5 at high temperature of 60 ° C to 80 ° C.

이와 같이, 고압하에서 제조된 광섬유는 온도 변화에 따라 일정 온도 이상에서 복굴절 수치가 포화될 수 있다. 이는 온도 안정성이 중요한 광섬유 소자에서 요구되는 특성이다. 따라서, 고압하에서 제조된 광섬유를 온도 안정성이 요구되는 광섬유 소자로 응용할 수 있다. 예컨대, 상기 광섬유 소자는 전기광학 소자일 수 있다. 일 예로, 상기 전기광학 소자는 광변조 소자 또는 광스위칭 소자일 수 있다. 또한, 상기 광섬유 소자는 광섬유 기반의 광학 시스템에 사용되는 편광유지 광섬유 소자일 수 있다.As such, the optical fiber manufactured under high pressure may saturate the birefringence value at a predetermined temperature or more according to the temperature change. This is a required characteristic in optical fiber devices where temperature stability is important. Therefore, the optical fiber manufactured under high pressure can be applied to an optical fiber device requiring temperature stability. For example, the optical fiber device may be an electro-optical device. For example, the electro-optical device may be an optical modulation device or an optical switching device. In addition, the optical fiber device may be a polarization maintaining optical fiber device used in the optical fiber based optical system.

복굴절 수치가 포화되는 온도는 압력이 25 bar 인 경우 약 120℃, 압력이 30 bar 인 경우 약 80℃, 압력이 45 bar 인 경우 약 60℃로서, 압력을 변화시켜 복굴절을 제어할 수 있다. The temperature at which the birefringence value is saturated is about 120 ° C. when the pressure is 25 bar, about 80 ° C. when the pressure is 30 bar, and about 60 ° C. when the pressure is 45 bar. The birefringence can be controlled by changing the pressure.

상기와 같이 일정 온도 이상에서 나타나는 복굴절 수치의 포화는, 높은 압력 조건에서 냉각되는 경우에 발생하는 광섬유 자체의 비정상적인 복굴절 특성에 기인한다. As described above, the saturation of the birefringence value appearing above a certain temperature is due to the abnormal birefringence characteristic of the optical fiber itself generated when cooled under high pressure conditions.

또한, 다양한 압력 조건에서, 온도에 따른 복굴절의 변화는 약 3.06×10-6/K의 유사한 감도를 나타낸다. 이는 인듐의 열팽창 특성이 일정하고, 압력에 크게 영향을 받지 않기 때문이다. In addition, under various pressure conditions, the change in birefringence with temperature shows a similar sensitivity of about 3.06 × 10 −6 / K. This is because the thermal expansion characteristic of indium is constant and is not significantly affected by the pressure.

압력이 낮을수록 온도에 따라 복굴절이 선형(linear)적으로 변화하는 구간이 넓어지므로, 낮은 압력을 이용하여 제조된 충진홀 광섬유는 선형성이 요구되는 센서 소자에 적합할 수 있다. 반면에, 압력이 높을수록 온도에 따라 복굴절이 변화하지 않는, 즉, 온도의 변화에 무관한, 포화 온도 구간이 현저히 넓어지게 되므로, 상기 범위의 압력을 이용하여 제조된 충진홀 광섬유는 구동 안정성이 필요한 전기광학 소자에 적합할 수 있다.Since the lower the pressure, the wider the range in which the birefringence linearly changes with temperature, the filling hole optical fiber manufactured using the lower pressure may be suitable for a sensor element requiring linearity. On the other hand, as the pressure increases, the birefringence does not change with temperature, that is, the saturation temperature section is significantly widened regardless of the change in temperature. Thus, the filling hole optical fiber manufactured using the pressure in the above range has a high driving stability. It may be suitable for the required electro-optical device.

10: 전기로 20: 충진물 주입부
30: 공정 가스 주입구 40: 광섬유 출입구
50: 광섬유 권취부 60: 광섬유
70: 충진물 10: electric furnace 20: filling material injection unit
30: process gas inlet 40: optical fiber entrance
50: optical fiber winding 60: optical fiber
70: Fill

Claims (16)

전기로;
상기 전기로 내에 위치하는 충진물 주입부;
상기 전기로의 일측 측벽에 형성되며, 상기 충진물 주입부와 연결되는 공정 가스 주입구;
상기 전기로의 타측 측벽에 형성되는 광섬유 출입구; 및
상기 전기로의 외부에 위치하는 광섬유 권취부를 포함하고,
상기 충진물 주입부는,
장착홀 및 상기 장착홀을 둘러싸는 가스킷이 구비된 광섬유 장착부;
상기 광섬유 장착부에서 일정 거리 이격되어 배치되는 충진물 용기; 및
상기 충진물 용기 하부에 배치되는 용기 높이 조절부를 포함하는 광섬유 제조장치.Electric furnace;
A filler injection unit located in the electric furnace;
A process gas inlet formed on one side wall of the electric furnace and connected to the filling injecting unit;
An optical fiber entrance and exit formed on the other side wall of the electric furnace; And
An optical fiber winding unit located outside the electric furnace,
The filler injection portion,
An optical fiber mounting portion having a mounting hole and a gasket surrounding the mounting hole;
A filler container spaced apart from the optical fiber mounting portion by a predetermined distance; And
Optical fiber manufacturing apparatus comprising a container height adjustment unit disposed below the fill container. 제1항에 있어서,
상기 충진물 주입부는 가압 챔버인 광섬유 제조장치.The method of claim 1,
The filling material injection unit is an optical fiber manufacturing apparatus. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 용기 높이 조절부는 톱니 구비 장치를 이용하여 승강되는 광섬유 제조장치.The method of claim 1,
The container height adjusting unit is an optical fiber manufacturing apparatus is elevated by using a toothed device. 전기로; 상기 전기로 내에 위치하며, 충진물 용기를 포함하는 가압 챔버; 상기 전기로의 일측 측벽에 형성되는 공정 가스 주입구; 상기 전기로의 타측 측벽에 형성되는 광섬유 출입구; 및 상기 전기로 외부에 위치하는 광섬유 권취부를 포함하는 광섬유 제조장치를 제공하는 단계;
상기 광섬유 제조장치 내에 적어도 하나의 공기홀을 가지는 공기홀 광섬유를 제공하는 단계;
상기 충진물 용기 내에 고형의 충진물을 배치하고, 공정 가스 주입구를 통해 공정 가스를 주입하는 단계;
상기 전기로 내부를 승온하여 상기 고형의 충진물을 용융하는 단계;
상기 공기홀 광섬유의 일측을 상기 용융된 충진물과 접촉하도록 상기 충진물 용기 내에 배치하고, 상기 가압 챔버를 통해 제1 압력을 가하여 상기 충진물을 상기 공기홀 광섬유의 공기홀 내부로 침투시키는 단계; 및
제2 압력을 가하여 상기 광섬유 출입구를 통해 상기 충진물이 침투된 공기홀 광섬유를 외부로 반출 및 냉각시켜 충진홀 광섬유를 제조하는 단계를 포함하되,
상기 제2 압력을 조절하여 상기 광섬유의 복굴절을 제어하는 광섬유의 제조방법.Electric furnace; A pressurization chamber located in the furnace and including a fill container; A process gas inlet formed on one side wall of the electric furnace; An optical fiber entrance and exit formed on the other side wall of the electric furnace; And providing an optical fiber manufacturing unit including an optical fiber winding unit located outside the electric furnace.
Providing an air hole optical fiber having at least one air hole in the optical fiber manufacturing apparatus;
Placing a solid fill in the fill container and injecting a process gas through the process gas inlet;
Heating the inside of the electric furnace to melt the solid packing material;
Placing one side of the air hole optical fiber in the fill container so as to be in contact with the molten filler and applying a first pressure through the pressurizing chamber to infiltrate the filler into the air hole of the air hole optical fiber; And
And applying a second pressure to carry out and cool the air hole optical fiber through which the filler penetrates through the optical fiber entrance and the outside to manufacture a filling hole optical fiber,
And controlling the birefringence of the optical fiber by adjusting the second pressure. 제5항에 있어서,
상기 제2 압력은 1×10-12 bar ~ 120 bar인 광섬유의 제조방법.The method of claim 5,
The second pressure is 1 × 10 -12 bar ~ 120 bar manufacturing method of the optical fiber. 제5항에 있어서,
상기 제1 압력은 7 bar ~ 120 bar이고, 상기 제2 압력은 1×10-12 bar ~ 7 bar인 광섬유의 제조방법.The method of claim 5,
The first pressure is 7 bar ~ 120 bar, the second pressure is 1 × 10 -12 bar ~ 7 bar manufacturing method of the optical fiber. 제5항에 있어서,
상기 제1 압력은 7 bar ~ 30 bar이고, 상기 제2 압력은 30 bar ~ 120 bar인 광섬유의 제조방법.The method of claim 5,
The first pressure is 7 bar ~ 30 bar, the second pressure is 30 bar ~ 120 bar manufacturing method of the optical fiber. 제5항에 있어서,
상기 충진물 용기 내에 고형의 충진물을 배치하고, 공정 가스 주입구를 통해 공정 가스를 주입하는 단계 이전에, 상기 가압 챔버 내의 산화성 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 광섬유의 제조방법.The method of claim 5,
Placing a solid filler in the fill container, and prior to the step of injecting the process gas through the process gas inlet, further comprising the step of removing the oxidizing gas in the pressurized chamber. 제5항에 있어서,
상기 공정 가스는 비 산화성 가스인 광섬유의 제조방법.The method of claim 5,
The process gas is a non-oxidizing gas manufacturing method of the optical fiber. 제5항에 있어서,
상기 공기홀 광섬유는 유리 광섬유인 광섬유의 제조방법.The method of claim 5,
The air hole optical fiber is a glass optical fiber manufacturing method. 제5항에 있어서,
상기 충진물은 금속 또는 고분자 물질인 광섬유의 제조방법.The method of claim 5,
The filler metal Or a manufacturing method of the optical fiber which is a polymer material. 제12항에 있어서,
상기 금속은 Au, Pt, Ag, Ni, Cu, In, Sn, Pb, Cr, Mn, Zn, Ga, Al, Bi, Sb, Ti, Se, V, Fe, Co, Zr, Nb, Mo, Te, Ru, Rh, Pd, Cd, W, Tl, Po, Si, P, S, Ge, As, Se 및 Te 중에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 합금인 광섬유의 제조방법.The method of claim 12,
The metal is Au, Pt, Ag, Ni, Cu, In, Sn, Pb, Cr, Mn, Zn, Ga, Al, Bi, Sb, Ti, Se, V, Fe, Co, Zr, Nb, Mo, Te , Ru, Rh, Pd, Cd, W, Tl, Po, Si, P, S, Ge, As, Se and Te, any one selected from, or an alloy thereof. 제12항에 있어서,
상기 고분자 물질은 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스테르(polyester), 폴리아이소프렌(polyisoprene), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리페닐렌옥사이드 (polyphenylene oxide), 폴리염화비닐(polyvinyl Chloride), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리페놀(polyphenol), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutylene terephthalate) 및 아크니로니트릴 부타지엔 스틸렌(acrylonitrile butadiene styrene) 중에서 선택되는 어느 하나인 광섬유의 제조방법.The method of claim 12,
The polymer material is polyethylene, polypropylene, polyester, polyisoprene, polytetrafluoroethylene, polystyrene, polycarbonate, polyphenylene oxide (polyphenylene oxide), polyvinyl chloride, polyamide, polyurethane, polyphenol, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and arc Nironitrile butadiene styrene (acrylonitrile butadiene styrene) any one selected from the optical fiber manufacturing method. 제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공기홀은 클래딩 영역에 형성되는 광섬유의 제조방법.The method of claim 5,
And at least one air hole is formed in the cladding region. 삭제delete
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