KR101504273B1 - 광섬유 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 광섬유는 적어도 일 방향으로 연장 형성되며, 광이 입력되는 입력단 및 상기 광이 출력되는 출력단을 가지는 튜브 및 튜브 내에 충진된 코어를 포함하고, 튜브는 상기 튜브의 연장 방향으로 형성되고, 상기 연장 방향으로 복원력을 가지는 제 1 텐션부를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 의하면, OH기의 유출에 의한 코어의 부피 변화에 따라 텐션부가 유동적으로 수축됨으로써, 튜브 내부를 항상 일정한 압력으로 유지할 수 있다. 즉, 시간 경과에 의해 코어 내 OH기가 튜브 외부로 빠져나가면, 텐션부가 수축하여, 빠져나간 OH기의 공간을 밀어 제거함으로써, OH기에 의한 버블 발생이 억제된다.

Description

광섬유 및 이의 제조 방법{OPTICAL FIBRE AND PRODUCTION METHOD}
본 발명은 광섬유 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코어 내 버블 발생을 억제하는 광섬유 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광섬유는 내부 공간을 가지는 튜브, 튜브의 내부에 채워지며 광이 이동하는 코어(core)로 이루어진다. 여기서 코어는 튜브에 비해 굴절율이 높은 재료로 이루어지며, 이에 따라 광섬유 내부로 입사된 광은 전반사가 일어나 튜브의 외부로 투과하지 않고 연장된 코어를 따라 진행한다.
한편, 미국등록특허 6,314,226과 같이 코어로서 물과 혼합된 액상 상태의 물질을 이용하는데, 이는 액상 상태의 코어가 광 손실을 줄이는 효과가 있고, 코어를 크게 제작할 수 있는 장점이 있으며, 자외선(UV), 적외선(IR) 및 가시광선(Visible) 영역까지 다양한 파장 범위의 광의 적용이 가능하기 때문이다.
그런데, 액상 상태의 코어는 물과의 혼합물로 이루어져 있어, 시간이 경과 할수록 코어 내 OH기가 튜브 외부로 빠져나가고, 이에 따라 코어 내 버블(bubble)이 발생되며, 이는 광섬유의 웨이브가이드(waveguide) 특성을 저하시키는 요인으로 작용한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 이중 구조의 튜브를 제조하고, 2개의 튜브 사이의 공간에 또 다른 액상인 물(H2O)를 채움으로써, OH기의 확산을 막아 버블 발생을 방지하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 방법은 이중 구조의 튜브를 제조해야 하고, 그 사이 공간에 액상을 채워야 하기 때문에, 광섬유의 제조 과정이 복잡하고, 비용이 상승하는 문제가 있다.
미국등록특허 6,314,226
본 발명은 코어 내 버블 발생을 억제하는 광섬유 및 이의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 제조 방법이 단순하고, 제작 비용이 절감된 광섬유 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 광섬유는 적어도 일 방향으로 연장 형성되며, 광이 입력되는 입력단 및 상기 광이 출력되는 출력단을 가지는 튜브; 및 상기 튜브 내에 충진된 코어;를 포함하고, 상기 튜브는 상기 튜브의 연장 방향으로 형성되고, 상기 연장 방향으로 복원력을 가지는 제 1 텐션부를 포함한다.
상기 제 1 텐션부는 상기 연장 방향으로 복수의 주름이 형성되어, 신축 가능한 자바라 구조인 것이 바람직하다.
상기 제 1 텐션부는 상기 출력단에 비해 상대적으로 상기 입력단에 인접하여 위치하는 것이 바람직하다.
상기 튜브의 내측면에 코팅막이 형성된다.
상기 튜브는, 내부 공간을 가지며, 일단에 광이 입력되는 입력단이 마련된 제 1 클래딩; 및 내부 공간을 가지며, 타단에 광이 출력되는 출력단이 마련된 제 2 클래딩;을 포함하고, 상기 제 1 텐션부는 내부 공간을 가지며, 제 1 클래딩과 제 2 클래딩 사이를 연결한다.
일단이 상기 제 1 클래딩과 연결되고, 타단이 상기 제 2 클래딩과 연결되어, 상기 제 1 텐션부의 외측 둘레 주변에 대향 설치되어, 상기 튜브의 연장 방향으로 복원력을 가지는 제 2 텐션부를 더 포함한다.
상기 제 2 텐션부는 스프링(spring)인 것이 바람직하다.
상기 입력단을 통해 상기 튜브 내로 삽입되어 상기 입력단을 폐쇄하며, 적어도 상기 제 1 텐션부의 타단까지 연장 형성되어, 적어도 외측면이 상기 제 1 텐션부와 대양 위치하도록 설치되는 제 1 폐쇄 부재; 상기 출력단을 통해 상기 튜브 내로 삽입 설치되어, 상기 출력단을 폐쇄하는 제 2 폐쇄 부재; 를 포함한다.
상기 제 1 폐쇄 부재는 상기 튜브 내로 삽입되어 상기 제 1 텐션부와 대향하는 면이 상기 제 1 탄성 부재의 내측면과 이격된다.
상기 제 1 폐쇄 부재는 상기 입력단으로부터 튜브의 내측 방향으로 직경이 좁아지며, 곡률을 가지는 볼록한 형상이거나, 상기 입력단으로부터 튜브의 내측 방향으로 직경이 좁아지며, 상기 제 1 텐션부와 대향하는 영역의 단면 형상이 삼각형이다.
상기 제 1 폐쇄 부재는 상기 입력단을 폐쇄하도록 삽입 설치되는 제 1 블럭;
상기 튜브 내에서 상기 제 1 부재와 연결되어, 상기 제 1 텐션부와 대향 위치하며, 상기 제 1 부재에 비해 작은 사이즈로 제작되어 상기 제 1 텐션부의 내측면과 이격되는 제 2 블럭;을 포함한다.
상기 코어를 통과한 광이 입사되는 상기 제 2 폐쇄 부재의 일단은 평탄면, 볼록면 및 오목면 중 어느 하나의 형상이고, 상기 광이 외부로 출력되는 제 2 폐쇄 부재의 타단은 볼록면, 오목면 및 상호 이격된 복수의 돌출부를 가지는 형상 중 어느 하나의 형상이다.
본 발명에 따른 광섬유의 제조 방법은 신축 가능한 제 1 텐션부를 가지는 튜브를 마련하는 과정; 상기 튜브의 제 1 텐션부를 신장시키는 과정; 상기 튜브 내에 코어를 충진시키는 과정; 및 상기 튜브의 입력단 및 출력단 각각을 폐쇄하는 과정;을 포함한다.
상기 튜브를 마련하는 과정에 있어서, 적어도 일 방향으로 연장되며, 내부 공간을 튜브를 마련하는 과정; 및 상기 튜브의 적어도 일부에 상기 튜브의 연장 방향으로 복원력을 가지는 제 1 텐션부를 마련하는 과정;을 포함한다.
상기 튜브를 마련하는 과정에 있어서, 내부 공간을 가지며, 적어도 일 방향으로 연장된 제 1 및 제 2 클래딩을 마련하는 과정; 내부 공간을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 클래딩이 연장된 방향으로 복원력을 가지는 제 1 텐션부를 마련하는 과정; 상기 제 1 클래딩과 제 2 클래딩 사이를 연결하도록 상기 제 1 텐션부를 접합시키는 과정;을 포함한다.
상기 제 1 텐션부를 마련하는 과정에 있어서, 상기 튜브의 연장 방향으로 복수의 주름을 형성하여, 신축 가능한 자바라 구조로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 튜브와 연결되며, 상기 제 1 텐션부의 외측 둘레 주변에 대향 위치하도록 제 2 텐션부를 설치하는 과정을 포함하고, 상기 제 2 텐션부는 스프링(spring)인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태들에 의하면, 텐션부를 가지는 튜브를 제조하고, 이러한 튜브 내에 코어를 충진시킨다. 이에, OH기의 유출에 의한 코어의 부피 변화에 따라 텐션부가 유동적으로 수축됨으로써, 튜브 내부를 항상 일정한 압력으로 유지할 수 있다. 즉, 시간 경과에 의해 코어 내 OH기가 튜브 외부로 빠져나가면, 텐션부가 수축하여, 빠져나간 OH기의 공간을 밀어 제거함으로써, OH기에 의한 버블 발생이 억제된다.
또한, 이중 구조의 튜브를 제조하여, 그 사이의 공간에 액상을 채우는 종래의 광섬유의 제조 방법에 비해, 제조 과정이 단순하고, 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유를 도시한 단면도
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유에서 제 1 텐션부의 신장 및 수축을 설명하기 위한 단면도
도 3은 종래의 광섬유의 튜브에서 OH기의 유출 여부에 따른 튜브의 상태를 설명하기 위한 단면도
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유를 도시한 단면도
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광섬유를 도시한 단면도
도 6a는 제 1 실시예에 따른 제 1 변형예이고, 도 6b는 제 2 변형예를 도시한 단면도
도 7a, 8a, 9a, 10a, 11a, 12는 제 1 실시예의 제 3 내지 제 8 변형예를 도시한 단면도
도 7b, 8b, 9b, 10b, 11b는 제 3 내지 제 7 변형예들에 따른 출력되는 광 시뮬레이션 모습
도 13a 내지 13d는 본 발명의 제 1 실시예에 다른 광섬유의 제조 방법을 순서적으로 도시한 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유를 도시한 단면도이다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유에서 제 1 텐션부의 신장 및 수축을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3은 종래의 광섬유의 튜브에서 OH기의 유출 여부에 따른 버블 발생을 설명하기 위한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유를 도시한 단면도이다. 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광섬유를 도시한 단면도이다. 도 6a는 제 1 실시예에 따른 제 1 변형예이고, 도 6b는 제 2 변형예를 도시한 단면도이다. 도 7a, 8a, 9a, 10a, 11a, 12는 제 1 실시예의 제 3 내지 제 8 변형예를 도시한 단면도이고, 도 7b, 8b, 9b, 10b, 11b는 제 3 내지 제 7 변형예들에 따른 출력되는 광 시뮬레이션 모습이다.
도 1을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 광섬유는 적어도 일 방향으로 연장 형성되며, 광이 입력되는 입력단 및 상기 광이 출력되는 출력단을 가지는 튜브(100), 튜브(100) 내에 충진되며, 외부에서 입력된 광이 통과하는 코어(200), 튜브(100)의 입력단 및 출력단 각각을 폐쇄하는 제 1 및 제 2 폐쇄 부재(300a, 300b), 튜브(100)의 양 끝단을 묶는 타이(400a, 400b)를 포함한다. 여기서, 본 발명에 따른 튜브(100)는 상기 튜브의 연장 방향으로 형성되고, 상기 연장 방향으로 복원력을 가지는 제 1 텐션부(120)를 포함한다.
이러한 광섬유는 광을 발생시키는 광 발생기(미도시)와 연결되며, 광 발생기는 자외선(UV), 적외선(IR) 또는 가시광선(Visible) 중 어느 하나를 발생하는 수단일 수 있다. 그리고 광 발생기로부터 발생된 광은 광섬유의 코어(200)를 통해 이동하는데, 이때 광섬유 내로 입사된 광은 튜브(100)와 코어(200) 간의 굴절율 차이에 의해 전반사 되어, 튜브(100) 외부로 투과되지 않고 코어(200)에 의해 내부로 진행하면서 통과한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유에 대해 보다 상세히 설명한다.
튜브(100)는 일 방향으로 연장 형성되며 내부 공간을 가지는 클래딩부(110) 및 클래딩부(110)의 일부에 형성되며, 상기 클래딩부(110)의 내부 공간과 연통되는 내부 공간을 가지고, 클래딩부(110)의 연장 방향으로 형성된 복수의 주름을 구비하여, 신축 가능한 구조인 제 1 텐션부(120)를 포함한다.
클래딩부(110)는 내부 공간을 가지며, 일단에 광이 입력되는 입력단이 마련된 제 1 클래딩(111) 및 내부 공간을 가지며, 타단에 광이 출력되는 출력단이 마련된 제 2 클래딩(112)을 포함하며, 제 1 클래딩(111)과 제 2 클래딩(112)은 제 1 텐션부(120)에 의해 상호 연결 및 연통 된다. 여기서 제 1 클래딩(111)의 일단에 마련된 개구가 광이 입력(또는 입사)되는 입력단이며, 제 2 클래딩(112)의 타단에 마련된 개구가 코어(200)를 통과한 광이 외부로 출력(출사)되는 출력단이다. 또는 다른 말로 하면, 제 1 클래딩(11) 자체가 입력단일 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 클래딩(112)은 휘거나 구부러질 수 있도록 소정의 가요성(flexibility, 可撓性) 또는 유연성을 가지며, 코어에 비해 굴절율이 낮은 재료로 이루어진다. 이에, 본 발명의 실시예들에서는 FEP(fluorinated ethylene propylene), PTFE(polytetrafluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy), THV(tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and vinylidene fluoride) 및 MFA(perfluoroalkoxy) 중 적어도 어느 하나의 재료로 이루어진다.
또한, 입력단을 가지는 튜브(100) 영역은 출력단을 구비하는 튜브(100) 영역의 길이에 비해 짧게 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 제 1 클래딩(111)의 길이가 제 2 클래딩(112)의 길이에 비해 짧게 형성된다. 이는, 제 1 텐션부(120)가 출력단에 비해 입력단에 인접하도록 설치되며, 제 1 텐션부(120)가 상기 입력단을 통해 삽입되는 제 1 폐쇄 부재(300a)와 대향하여 위치하도록 하여, 광손실을 억제하기 위함이다.
제 1 텐션부(120)는 튜브(100)의 연장 방향으로 신장 또는 수축 가능한 신축성 및 탄성을 가지고, 이러한 제 1 텐션부(120)의 성질에 따라 튜브(100) 내부가 항상 양압을 유지할 수 있다. 이에 따라 코어(200) 내 OH기의 유출에 따른 버블(bubble) 발생을 억제할 수 있다. 도 1을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 제 1 텐션부(120)는 제 1 및 제 2 클래딩(111, 112)과 각기 연통되는 내부 공간을 가지고, 일단 및 타단이 개방된 관(pipe) 형상이며, 튜브(100)의 연장 방향으로 복수의 주름이 형성되어, 신축 가능하며, 복원력을 가지는 자바라 형상이다. 다른 말로 하면, 제 1 텐션부(120)의 몸체는 튜브(100)의 외측 방향과 내측 방향으로의 절곡이 교대로 복수번 반복되어, 자바라 형태의 주름을 가지는 형상이다. 보다 구체적으로, 제 1 텐션부(120)의 몸체는 도 1에 도시된 확대 도면에서와 같이, 튜브(100)의 외측 방향으로 절곡되어 소정의 경사를 이루는 제 1 영역(121)과, 제 1 영역(121)으로부터 튜브(100)의 내측 방향으로 절곡되어 소정의 경사를 이루는 제 2 영역(122)을 포함하며, 제 1 영역(121)과 제 2 영역(122)이 교대로 복수번 배치되는 형상이다. 물론, 제 1 영역(121)이 튜브(100)의 내측 방향으로 절곡되고, 제 2 영역(122)이 튜브(100)의 외측 방향으로 절곡된 반대의 경우도 가능하다. 따라서, 제 1 텐션부(120)는 도 1에 도시된 확대 도면에서와 같이, 제 1 영역(121)과 제 2 영역(122)에 의해 구획된 복수의 홈(groove)(123)이 마련되며, 제 1 영역(121)과 제 2 영역의 경계가 절곡부(124)이다.
상기에서는 설명의 편의를 위하여 제 1 텐션부(120)를 제 1 영역(121), 제 2 영역(122)으로 나누어 설명하였으나, 제 1 영역(121)과 제 2 영역(122)은 일체형의 부재이며, 상기 부재를 복수번 절곡하거나, 성형에 의한 방법으로 제조 가능하다.
제 1 텐션부(120)는 튜브(100)를 구성하는 제 1 및 제 2 클래딩(111, 112)과 동일한 재료로 제조될 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 실시예들에서는 FEP(fluorinated ethylene propylene), PTFE(polytetrafluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy), THV(tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and vinylidene fluoride) 및 MFA(perfluoroalkoxy) 중 적어도 어느 하나로 이루어진다.
이와 같이, 제 1 클래딩(111), 제 1 텐션부(120) 및 제 2 클래딩(112)으로 이루어진 튜브(100)는 일체형의 부재를 이용하여 제조될 수 있다. 즉, 내부 공간을 가지는 관 형상의 부재를 마련하고, 상기 부재 중 입력단과 인접한 영역에 복수의 주름을 가지도록 제 1 텐션부(120)를 마련한다. 이때, 제 1 텐션부(120)를 기준으로 일측에 위치하는 튜브(100)의 영역이 제 1 클래딩(111)이며, 타측에 위치하는 튜브(100)의 영역이 제 2 클래딩(112)이다.
물론 이에 한정되지 않고, 제 1 및 제 2 클래딩(111, 112)과 제 1 텐션부(120) 각각을 별도로 마련하고, 제 1 클래딩(111)과 제 2 클래딩(112) 사이를 연결하도록 제 1 텐션부(120)를 접합시켜 제조할 수도 있다.
제 1 실시예에 따른 제 1 텐션부(120)는 상술한 바와 같이, 튜브(100)의 연장 방향으로 형성된 복수의 주름을 가지는 형상이다. 하지만, 제 1 텐션부(120)는 이에 한정되지 않고, 튜브(100)의 연장 방향으로 복원력을 가지는 다양한 형상으로 변경 가능하다. 또한 제 1 텐션부(120)는 제 1 실시예에서와 같이 복수의 주름을 가지지 않고, 제 1 및 제 2 클래딩(111, 112)와 동일한 형상으로 제조될 수 있다. 이때, 제 1 텐션부(120)는 제 1 및 제 2 클래딩(111, 112)에 비해 연성의 물질로 제조되어, 상기 제 1 및 제 2 클래딩(111, 112)의 연장 방향으로 신축이 용이하고, 탄성력 및 복원력을 가지는 별도의 탄성 부재를 이용하여 제조된다.
코어(200)는 튜브의 내부, 보다 구체적으로는 제 1 클래딩(111), 제 1 텐션부(120) 및 제 2 클래딩(112)의 내부를 충진하도록 채워진다. 이때, 코어(200)는 튜브(100)에 비해 굴절율이 높은 물질이며, 물과의 혼합물인 액상(liquid) 상태의 사용된다. 예컨대 CaCl2, NaH2PO4 및 K2HPO4 중 적어도 어느 하나를 코어(200)로 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 H2O 또는 D2O가 용해된 CaCl2, H2O가 용해된 NaH2PO4, H2O가 용해된 K2HPO4 중 적어도 어느 하나를 코어(200)로 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 튜브(100)에 비해 굴절율이 높으며 액상 상태로 이루어져, 광의 전반사를 유도할 수 있는 다양한 물질을 코어(200)로 사용할 수 있다.
그런데, 상술한 바와 같이 코어(200)가 물과의 혼합물인 액상 상태이기 때문에, 시간이 지날수록 코어 내의 OH기가 튜브(100)의 외부로 빠져나가게 되며, 빠져나간 OH기 만큼 코어(200) 내 버블(bubble)이 발생 된다.
이에, 본 발명에서는 제 1 텐션부(120)를 가지는 튜브(100)가 코어(200)를 둘러싸도록 함으로써, OH기의 유출에 의한 튜브(100) 내부 부피의 변화에 따라 제 1 텐션부(120)가 유동적으로 수축 가능하도록 함으로써, 튜브(100) 내부를 항상 일정한 양압으로 유지할 수 있도록 한다. 보다 상세히 설명하면, 제 1 텐션부(120)를 가지는 튜브(100)가 제조되면, 제 1 텐션부(120)를 신장시킨 후, 코어(200)를 충진한다(도 2a). 이후 시간이 지날수록 코어(200) 내 OH기가 튜브(100)의 외부로 유출되며, 이에 따라 코어(200) 내 빈공간이 발생하게 되는데, 이때 발생한 빈공간 만큼 제 1 텐션부(120)가 수축되어(도 2b), OH기가 빠져나간 빈공간을 밀어 제거한다. 이로 인해 OH기에 의한 버블 발생이 억제된다.
반면, 종래의 경우(도 3 참조) 코어 내 OH기가 빠져나가더라도 튜브(10)가 수축하거나 하는 변화가 없기 때문에, 튜브(10) 내부는 OH가 빠져나간 만큼 음압이 발생되며, 이에 따라 코어(20) 내 버블이 발생된다.
튜브(100)는 상술한 제 1 실시에에 한정되지 않고, 도 4에 도시된 제 2 실시예에서와 같이 클래딩부(110)와 제 1 텐션부(120)의 내측면에 소정의 두께로 코팅된 코팅막(500)을 더 포함할 수 있다. 코팅막(500)은 코어(200)에 비해 굴절율이 낮은 물질로 형성된다. 예컨대, TFE(tetrafluoroethylene), HEP(exafluoropropylene), PMVE(perfluoromethyl vinyl ether), PPVE(perfluoropropyl vinyl ether) 중 어느 하나 또는 TFE/HFP, TFE/PMVE, TFE/PPVE 와 같은 화합물로 형성된다. 테프론 AF(상품명) 및 테프론 SF(상품명) 중 어느 하나를 이용하여 코팅막(500)을 형성할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 제 3 실시예에서와 같이, 일단이 제 1 클래딩(111)과 연결되고, 타단이 제 2 클래딩(112)과 연결되어, 제 1 텐션부(120)의 외측 둘레 주변에 대향 설치되어, 튜브(100)의 연장 방향으로 복원력을 가지는 제 2 텐션부(130)를 더 포함할 수 있다. 실시예에서는 제 2 텐션부(130)로 스프링(spring)을 사용한다.
제 1 폐쇄 부재(300a)는 제 1 클래딩(111)의 입력단을 통해 튜브(100) 내로 삽입되어 상기 입력단을 폐쇄하며, 광이 투과할 수 있는 투광성의 물질 예컨대, SiO2(Silica)로 제조된다. 또한, 제 1 폐쇄 부재(300a)는 제 1 텐션부(120)의 타단까지 연장되는데, 보다 상세하게는, 튜브(100) 내로 삽입된 제 1 폐쇄 부재(300a)의 끝단이 제 1 텐션부(120)의 타단과 동일한 위치에 있거나, 제 2 클래딩(112)의 내부로 더 연장된다. 이에, 튜브(100) 내로 삽입된 제 1 폐쇄 부재(300a)의 측면은 제 1 텐션부(120)와 대향 위치하는데, 제 1 폐쇄 부재(300a)의 측면이 제 1 텐션부(120)와 이격되도록 설치된다. 이는, 입력단을 통해 입사되는 광이 제 1 폐쇄 부재(300a)를 통과하는데, 제 1 폐쇄 부재(300a)가 제 1 텐션부(120)와 접촉하게 되면, 적어도 일부의 광이 상기 제 1 텐션부(120)의 주름에 의해 형성된 경사면에 반사되어 다시 외측으로 방출되는 광 손실 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 제 1 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 입력단으로부터 제 2 클래딩(112)이 위치한 방향으로 갈수록 직경이 좁아지며, 곡률을 가지는 볼록한 형상으로 제 1 폐쇄 부재(300a)를 제조하여, 제 1 텐션부(120)와 이격시킴으로써, 제 1 텐션부(120)의 경사면에 의한 광 손실을 방지한다.
여기서, 제 2 실시예에서와 같이 튜브(100)의 내측면에 코팅막(500)이 형성되는 경우, 제 1 폐쇄 부재(300a)는 도 4에 도시된 바와 같이 코팅막(500)과 이격되도록 형성, 설치된다.
또한, 도 1에 도시된 제 1 실시예에서는 제 1 폐쇄 부재(300a)가 곡률을 가지는 볼록한 형상인 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 제 1 폐쇄 부재(300a)는 튜브(100) 내부로 삽입되어 제 1 텐션부(120)의 타단까지 연장되며, 상기 제 1 텐션부(120)와 이격된 다양한 형상으로 변경 가능하다. 예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이, 튜브(100) 내에 삽입되어 제 1 텐션부(120)와 대향하는 영역의 단면이 삼각형의 형상일 수 있다. 다른 예로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제 1 폐쇄 부재(300a)는 제 1 클래딩(111)의 입력단을 통해 내부로 삽입된 제 1 블럭(310a)과, 제 1 텐션부(120)의 내부에 위치하여 제 1 블럭(310a)과 연결되는 제 2 블럭(320a)으로 이루어질 수 있다. 이때, 제 2 블럭(320a)은 제 1 블럭(310a)에 비해 작은 면적을 가지도록 제작되어, 제 1 텐션부(120)와 이격된다.
제 2 폐쇄 부재(300b)는 제 2 클래딩(112)에 마련된 출력단을 통해 튜브(100) 내로 삽입되어, 상기 출력단을 폐쇄하며, 광이 투과할 수 있는 투광성의 물질 예컨대, SiO2(Silica)로 제조된다.
제 1 실시예에 따른 제 2 폐쇄 부재는 일단과 타단 모두가 평면이 형상이나, 이에 한정되지 않고, 출사하고자 하는 광 패턴의 타겟에 따라 다양하게 변경 가능하다.
예컨대, 도 7a에 도시된 바와 같이, 튜브(100) 내부에 위치하며 코어(200)를 통과한 광이 입사되는 제 2 폐쇄 부재(300b)의 일단 평면이고, 광이 외부로 출력되는 제 2 폐쇄 부재(300b)의 타단은 외측 방향으로 볼록한 형상이거나, 도 8a에 도시된 바와 같이, 제 2 폐쇄 부재(300b)의 일단 및 타단 각각이 볼록한 형상일 수 있다. 또한, 도 9a와 같이 튜브(100) 내에 위치하는 일단은 오목하고, 타단은 외측 방향으로 볼록한 형상이거나, 반대로 도 10a와 같이 일단은 볼록하고 타단이 오목한 형상이거나, 도 11a에 도시된 바와 같이 일단 및 타단 모두가 오목한 형상일 수 있다. 다른 예로, 도 12에 도시된 바와 같이, 제 2 폐쇄 부재(300b)의 일단은 평면이고, 타단은 상호 이격된 복수의 돌출부를 가지는 형상일 수 있다. 이때, 도 7a, 8a, 9a, 10a, 11a에 도시된 각각의 변형예들에서와 같은 제 2 폐쇄 부재일 경우, 출사되는 광의 형상은 도 7b, 8b, 9b, 10b, 11b에 도시된 바와 같다. 그리고, 도 12에 도시된 제 2 폐쇄 부재(300b)의 변형예의 경우, 광 시뮬레이션 모습이 별도로 도시되지는 않았지만, 복수의 돌출부의 크기와 간격의 조절로, 렌즈의 사용없이 출력 광의 크기를 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 13a 내지 13d는 본 발명의 제 1 실시예에 다른 광섬유의 제조 방법을 순서적으로 도시한 단면도이다.
먼저, 도 13a와 같이 신축 가능한 제 1 텐션부(120)를 가지는 튜브(100)를 마련한다. 보다 상세히 설명하면, 예컨대 FEP(fluorinated ethylene propylene) 테프론을 이용하여 내부 공간을 가지고 일단 및 타단이 개구된 관 형상의 튜브(100)를 제조한다. 그리고, 튜브(100)의 영역 중, 광이 입사되는 입력단과 인접한 영역을 튜브(100)의 연장 방향으로 복수번 절곡시켜, 상기 튜브(100)의 연장 방향으로 복수의 주름을 가지는 자바라 구조의 제 1 텐션부(120)를 마련한다. 이때, 제 1 텐션부(120)를 기준으로 일측에 위치하는 튜브(100)의 영역이 제 1 클래딩(111)이며, 타측에 위치하는 튜브(100)의 영역이 제 2 클래딩(112)이다.
물론 상술한 바와 같이, 일체형인 관을 이용하여 제 1 및 제 2 클래딩(111, 112)과 제 1 텐션부(120)를 가지는 튜브(100)를 제조하지 않고, 상기 제 1 및 제 2 클래딩(111, 112)과 제 1 텐션부(120)를 별도로 마련하여 상호 접합시킬 수 있다. 즉, 내부 공간을 가지고 일단 및 타단이 개구된 제 1 및 제 2 클래딩(111, 112)과 제 1 텐션부(120)를 마련하고, 제 1 클래딩(111)과 제 2 클래딩(112) 사이를 연결하도록 제 1 텐션부(120)를 접합시켜 튜브(100)를 제조할 수 있다.
튜브(100)가 마련되면, 도 13b와 같이 양 끝단을 잡아당겨, 제 1 텐션부(120)를 신장시킨다. 그리고, 도 13c와 같이, 튜브(100)에 비해 굴절율이 높으며, 물과 혼합된 코어 물질 예컨대, NaH2PO4를 튜브(100) 내에 채운다. 이후, 튜브(100)의 입력단 및 출력단 각각을 제 1 폐쇄 부재(300a) 및 제 2 폐쇄 부재(300b)로 폐쇄시키고, 타이(400a, 400b)로 묶으면(도 13d), 광섬유가 제조된다. 실시예에 따른 방법으로 제조된 광섬유는 예컨대, 치과 의료기와 같은 단거리용으로 사용되는 광섬유일 수 있다.
제조된 광섬유는 광 예컨대, 자외선(UV)를 발생시키는 광 발생기와 연결되며, 광 발생기로부터 발생된 광은 광섬유의 코어(200)를 통해 이동하고, 이때 광섬유 내로 입사된 광은 전반사를 통해 외부로 방출되지 않고 내부로 진행하면서 통과한다.
한편, 시간의 경과 함에 따라 코어(200) 내 OH기가 튜브(100)의 외부로 유출되는데, 이때 발생한 빈공간 만큼 제 1 텐션부(120)가 수축된다(도 2b 참조). 따라서, OH기가 튜브(100) 외부로 빠져나가더라도, 수축되는 제 1 텐션부(120)에 의해 상기 튜브 내부가 항상 일정한 양압을 가지게 된다. 이에 따라, OH기 유출에 의한 버블이 발생되지 않는다.
100: 튜브 110: 클래딩부
111: 제 1 클래딩 112: 제 2 클래딩
120: 제 1 텐션부 130: 제 2 텐션부
200: 코어 300a, 300b: 폐쇄 부재
400a, 400b: 타이 500: 코팅막

Claims (17)

  1. 적어도 일 방향으로 연장 형성되며, 광이 입력되는 입력단 및 상기 광이 출력되는 출력단을 가지는 튜브; 및
    상기 튜브 내에 충진된 코어;
    를 포함하고,
    상기 튜브는 상기 튜브의 연장 방향으로 형성되고, 상기 연장 방향으로 복원력을 가지는 제 1 텐션부를 포함하고,
    상기 튜브는,
    내부 공간을 가지며, 일단에 광이 입력되는 입력단이 마련된 제 1 클래딩; 및
    내부 공간을 가지며, 타단에 광이 출력되는 출력단이 마련된 제 2 클래딩;
    을 포함하며,
    상기 제 1 텐션부는 내부 공간을 가지며, 제 1 클래딩과 제 2 클래딩 사이를 연결하는 광섬유.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 텐션부는 상기 연장 방향으로 복수의 주름이 형성되어, 신축 가능한 자바라 구조인 광섬유.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 텐션부는 상기 출력단에 비해 상대적으로 상기 입력단에 인접하여 위치하는 광섬유.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜브의 내측면에 코팅막이 형성된 광섬유.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 있어서,
    일단이 상기 제 1 클래딩과 연결되고, 타단이 상기 제 2 클래딩과 연결되어, 상기 제 1 텐션부의 외측 둘레 주변에 대향 설치되어, 상기 튜브의 연장 방향으로 복원력을 가지는 제 2 텐션부를 더 포함하는 광섬유.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 2 텐션부는 스프링(spring)인 광섬유.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 있어서,
    상기 입력단을 통해 상기 튜브 내로 삽입되어 상기 입력단을 폐쇄하며, 적어도 상기 제 1 텐션부의 타단까지 연장 형성되어, 적어도 외측면이 상기 제 1 텐션부와 대향 위치하도록 설치되는 제 1 폐쇄 부재;
    상기 출력단을 통해 상기 튜브 내로 삽입 설치되어, 상기 출력단을 폐쇄하는 제 2 폐쇄 부재;
    를 포함하는 광섬유.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 폐쇄 부재는 상기 튜브 내로 삽입되어 상기 제 1 텐션부와 대향하는 면이 상기 제 1 텐션부의 내측면과 이격되는 광섬유.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 폐쇄 부재는 상기 입력단으로부터 튜브의 내측 방향으로 직경이 좁아지며, 곡률을 가지는 볼록한 형상이거나,
    상기 입력단으로부터 튜브의 내측 방향으로 직경이 좁아지며, 상기 제 1 텐션부와 대향하는 영역의 단면 형상이 삼각형인 형상인 광섬유.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 폐쇄 부재는 상기 입력단을 폐쇄하도록 삽입 설치되는 제 1 블럭;
    상기 튜브 내에서 상기 제 1 블럭과 연결되어, 상기 제 1 텐션부와 대향 위치하며, 상기 제 1 블럭에 비해 작은 사이즈로 제작되어 상기 제 1 텐션부의 내측면과 이격되는 제 2 블럭;
    을 포함하는 광섬유.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 코어를 통과한 광이 입사되는 상기 제 2 폐쇄 부재의 일단은 평탄면, 볼록면 및 오목면 중 어느 하나의 형상이고,
    상기 광이 외부로 출력되는 제 2 폐쇄 부재의 타단은 볼록면, 오목면 및 상호 이격된 복수의 돌출부를 가지는 형상 중 어느 하나의 형상인 광섬유.
  13. 신축 가능한 제 1 텐션부를 가지는 튜브를 마련하는 과정;
    상기 튜브의 제 1 텐션부를 신장시키는 과정;
    상기 튜브 내에 코어를 충진시키는 과정; 및
    상기 튜브의 입력단 및 출력단 각각을 폐쇄하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 튜브를 마련하는 과정에 있어서,
    내부 공간을 가지며, 적어도 일 방향으로 연장된 제 1 및 제 2 클래딩을 마련하는 과정;
    내부 공간을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 클래딩이 연장된 방향으로 복원력을 가지는 제 1 텐션부를 마련하는 과정;
    상기 제 1 클래딩과 제 2 클래딩 사이를 연결하도록 상기 제 1 텐션부를 접합시키는 과정;
    을 포함하는 광섬유의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 튜브를 마련하는 과정에 있어서,
    적어도 일 방향으로 연장되며, 내부 공간을 튜브를 마련하는 과정; 및
    상기 튜브의 적어도 일부에 상기 튜브의 연장 방향으로 복원력을 가지는 제 1 텐션부를 마련하는 과정;
    을 포함하는 광섬유의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제 1 텐션부를 마련하는 과정에 있어서,
    상기 튜브의 연장 방향으로 복수의 주름을 형성하여, 신축 가능한 자바라 구조로 제조하는 광섬유의 제조 방법.
  17. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 튜브와 연결되며, 상기 제 1 텐션부의 외측 둘레 주변에 대향 위치하도록 제 2 텐션부를 설치하는 과정을 포함하고,
    상기 제 2 텐션부는 스프링(spring)인 광섬유의 제조 방법.
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