KR101674148B1 - 편광유지 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

편광유지 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편광유지 광섬유 모재 제조장치에 관한 것으로서, 제1중공을 갖는 핸들튜브와, 핸들튜브의 종단에 핸들튜브에 대해 직렬상으로 접합되며 제2중공을 갖는 광섬유 모재용 튜브와, 핸들튜브의 선단과 결합되며 전면에 핸들튜브와 연통되는 관통홀이 형성된 로터리 조인트와, 로터리 조인트의 관통홀을 통해 핸들 튜브 내에 삽입된 가스 공급튜브를 갖는 코팅형성부와, 가스 공급튜브를 통해 광섬유 모재용 튜브 내에 코팅할 반응가스를 공급하는 가스 공급부와, 광섬유 모재용 튜브에 열을 인가하는 열원과, 로터리 조인트를 회전시키는 회전구동부를 구비하는 광섬유 모재 제조장치에 있어서, 광섬유모재용 튜브 내에 원주방향을 따라 불균일한 두께로 반응가스에 의한 코어층이 형성되도록 가스 공급튜브와 핸들튜브의 종단과의 이격거리는 0 내지 600mm이고, 가스공급부는 25 내지 5000sccm으로 반응가스를 공급하도록 되어 있다. 이러한 편광유지 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조방법에 의하면, 가스공급튜브를 통해 불안정 상태로 확산되는 반응가스로 코어층이 형성되게 함으로써 제조공정이 단순화되는 장점을 제공한다.

Description

편광유지 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조방법{apparatus for manufacturing polarization maintaining optical fiber preform and method thereof}
본 발명은 편광유지 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 중공을 갖는 광섬유 모재용 튜브 내에 원주방향을 따라서 불균일한 두께로 코어층을 형성할 수 있도록 된 편광유지 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 편광 유지 광섬유(polarization maintaining fiber)는 진행하는 빛의 편광상태를 일정하게 유지하는 기능을 갖게 제작된 광섬유이다.
이러한 편광유지 광섬유는 광섬유 내의 응력분포에 이방성을 갖게 제작되어 있다.
편광 유지 광섬유는 여러 종류가 있고, 응력부여부의 형상에 따라 판다(PANDA)형, 보우타이(bow-tie)형, 타원재킷(Elliptic-cladding)형 등으로 나뉜다. 이중에서 판다형 광섬유는 복굴절률(Birefringence)이 크고 편광 유지 특성이 우수하다는 점에서 널리 사용되고 있다.
종래의 편광 유지 광섬유의 제조방법에서 대부분 광섬유 모재는 MCVD(Modified Chemical-Vapor Deposition) 공정을 통해 제작하고, 이를 광섬유 인출 장비를 통해서 광섬유로 인출한다.
한편 타원형 코어층 구조를 갖는 광섬유의 제조방법이 국내 공개특허 제10-2002-0075292호에 게시되어 있다.
그런데, 상기 특허는 광섬유 모재의 외주면을 평평하게 가공하는 공정을 거쳐 제조해야하기 때문에 제조과정이 복잡한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 광섬유 모재의 표면 가공과정 없이 타원형 코어층을 갖는 편광유지 광섬유를 제조할 수 있는 편광유지 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 편광유지 광섬유 모재 제조 장치는 제1중공을 갖는 핸들튜브와, 상기 핸들튜브의 종단에 상기 핸들튜브에 대해 직렬상으로 접합되며 제2중공을 갖는 광섬유 모재용 튜브와, 상기 핸들튜브의 선단과 결합되며 전면에 상기 핸들튜브와 연통되는 관통홀이 형성된 로터리 조인트와, 상기 로터리 조인트의 상기 관통홀을 통해 상기 핸들 튜브 내에 삽입된 가스 공급튜브를 갖는 코팅형성부와, 상기 가스 공급튜브를 통해 상기 광섬유 모재용 튜브 내에 코팅할 반응가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 광섬유 모재용 튜브에 열을 인가하는 열원과, 상기 로터리 조인트를 회전시키는 회전구동부를 구비하는 광섬유 모재 제조장치에 있어서, 상기 광섬유 모재 튜브 내에 원주방향을 따라 불균일한 두께로 상기 반응가스에 의한 코어층이 형성되도록 상기 가스 공급튜브와 상기 핸들튜브의 종단과의 이격거리는 0 내지 600mm이고, 상기 가스공급부는 25 내지 5000sccm으로 상기 반응가스를 공급하도록 되어 있다.
바람직하게는 상기 가스공급부는 SiCl4 50 내지 300 sccm, GeCl4 25 내지 200sccm, O2 500 내지 2500sccm, He 500 내지 2500 sccm으로 공급한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 편광유지 광섬유 제조방법은 제1중공을 갖는 핸들튜브와, 상기 핸들튜브의 종단에 상기 핸들튜브에 대해 직렬상으로 접합되며 제2중공을 갖는 광섬유 모재용 튜브와, 상기 핸들튜브의 선단과 결합되며 전면에 상기 핸들튜브와 연통되는 관통홀이 형성된 로터리 조인트와, 상기 로터리 조인트의 상기 관통홀을 통해 상기 핸들 튜브 내에 삽입된 가스 공급튜브를 갖는 코팅형성부와, 상기 가스 공급튜브를 통해 상기 광섬유 모재용 튜브 내에 코팅할 반응가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 광섬유 모재용 튜브에 열을 인가하는 열원과, 상기 로터리 조인트를 회전시키는 회전구동부를 구비하는 광섬유모재 제조장치를 이용하여 편광유지 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서, 가. 상기 가스공급부로부터 상기 가스 공급튜브를 통해 반응 가스를 공급하면서 상기 광섬유 모재용 튜브 내에 원주방향을 따라 불균일한 두께로 상기 반응가스에 의한 코어층이 중앙이 빈 공동을 갖게 형성하는 단계와; 나. 공동이 응축되게 상기 광섬유 모재용 튜브에 열처리를 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 가단계는 상기 가스 공급튜브와 상기 핸들튜브의 종단과의 이격거리(L1)와 상기 핸들튜브의 내부 단면적(A), 상기 핸들튜브의 내경(d2), 상기 가스 공급튜브의 내경(d1), 상기 반응가스의 유량(Qi)은 아래의 관계식과 같은 관계를 갖으며,
Figure 112015061933923-pat00001
상기 C값은 상기 광섬유 모재용 튜브 내에 원주방향을 따라 불균일한 두께로 상기 반응가스에 대응한 코어층이 형성되도록 0보다 크고 196보다 작은 범위 내의 값을 갖게 설정된 조건에서 상기 광섬유 모재용 튜브에 코어층을 형성한다.
바람직하게는 상기 C값은 0보다 크고 165보다 작은 범위 내의 값을 갖게 적용된다.
본 발명에 따른 편광유지 광섬유 모재 제조 장치 및 그 제조방법에 의하면, 가스공급튜브를 통해 불안정 상태로 확산되는 반응가스로 코어층이 형성되게 함으로써 제조공정이 단순화되는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 편광유지 광섬유 모재 제조 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 코팅 형성부를 확대 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 편광유지 광섬유 모재 제조과정에서 공동 응축과정을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 편광유지 광섬유 제조 장치 및 그 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 편광유지 광섬유 모재 제조 장치를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 코팅 형성부를 확대 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 편광유지 광섬유 모재 제조 장치(100)는 핸들튜브(110), 광섬유 모재용 튜브(120), 가스공급튜브(130), 로터리 조인트(140), 가스공급부(150), 회전구동부(160), 열원(172), 열원이송부(174), 공정제어부(180), 설정부(182), 표시부(184)를 구비한다.
핸들튜브(110)는 제1중공을 갖으며 로터리 조인트(140)에 형성된 장착홈(141)에 결합되어 있다. 핸들튜브(110)는 석영관이 적용될 수 있다.
광섬유 모재용 튜브(120)는 핸들튜브(110)의 종단(110b)에 핸들튜브(110)에 대해 직렬상으로 접합되며 제2중공을 갖는다.
광섬유모재용 튜브(120)는 유리 또는 석영 소재로 된 것을 적용하고, 핸들튜브(110)와는 열융착에 의해 접합한다.
여기서, 핸들튜브(110)와 광섬유모재용 튜브(120)의 내경은 동일한 것을 적용할 수 있다.
로터리 조인트(140)는 핸들튜브(110)의 선단(110a)과 결합되며 전면에 핸들튜브(110)와 연통되는 관통홀(142)이 형성되어 있다.
가스공급튜브(130)는 로터리 조인트(140)의 관통홀(142)을 통해 핸들 튜브(110) 내에 삽입되며, 핸들튜브(110)의 종단(110b) 보다는 짧은 길이로 진입되게 설치되어 있다.
여기서, 핸들튜브(110), 광섬유 모재용 튜브(120), 로터리 조인트(140) 및 가스 공급튜브(130)는 코팅형성부에 해당한다.
가스공급부(150)는 가스 공급튜브(130)를 통해 광섬유 모재용 튜브(120)의 내면(120a)에 코팅할 반응가스를 공급한다.
여기서, 반응가스는 SiCl4, GeCl4, O2, He 가 적용될 수 있다.
또한, 반응가스는 위에 언급된 가스 이외에도 POCl3 등 코어를 형성하기 위해 적용되는 공지된 다른 가스가 적용될 수 있음은 물론이다.
열원(172)은 광섬유 모재용 튜브(120)에 열을 인가한다.
회전구동부(160)는 로터리 조인트(140)를 공정제어부(180)에 제어되어 설정된 회전속도로 회전구동시킬 수 있도록 되어 있다.
열원이송부(174)는 열원(172)을 광섬유 모재용 튜브(120)의 길이방향을 따라 왕복이동시킨다.
공정제어부(180)는 설정부(182)에 의해 설정된 조건으로 광섬유 모재용 튜브(120) 내에 반응가스가 공급되도록 가스공급부(150), 회전구동부(160) 및 열원이송부(174)의 구동을 제어하고 표시부(184)를 통해 표시정보를 표시되게 처리한다.
이러한 광섬유 모재 제조장치(100)에서 광섬유모재용 튜브(120)의 내면(120a)에 원주방향을 따라 불균일한 두께로 반응가스에 의한 코어층이 형성되도록 핸들튜브(110) 내에 있는 가스 공급튜브의 종단(130a)과 핸들튜브(110)의 종단(110b)과의 이격거리(L1)는 0 내지 600mm이고, 가스공급부(150)는 25 내지 5000sccm으로 반응가스를 공급하도록 되어있다.
바람직하게는 가스공급부(150)는 SiCl4 50 내지 300 sccm, GeCl4 25 내지 200sccm, O2 500 내지 2500sccm, He 500 내지 2500 sccm 으로 공급하도록 되어 있다.
이하에서는 이러한 광섬유 모재 제조장치(100)를 이용하여 편광유지 광섬유를 제조하는 방법을 설명한다.
먼저, 가스공급부(150)로부터 가스 공급튜브(130)를 통해 반응 가스를 공급하면서 회전구동부(160)에 의해 회전되며 열원(172)에 의해 가열되는 광섬유 모재용 튜브(120) 내에 도 3에 도시된 바와 같이 원주방향을 따라 불균일한 두께로 반응가스에 의한 코어층(122)이 중앙이 빈 공동(124)을 갖게 형성한다.
여기서, 광섬유 모재용 튜브(120) 내에 원주방향을 따라 불균일한 두께로 반응가스에 의한 코어층(122)이 형성되도록 하기 위해 요구되는 가스 공급튜브(130)와 핸들튜브(110)의 종단과의 이격거리(L1)와 반응가스 공급속도와의 상관관계에 대해 아래의 수학식 1로 표현할 수 있다.
Figure 112015061933923-pat00002
여기서, A는 핸들튜브(110)의 내부 단면적(π(d2/2)2), d2는 핸들튜브(110)의 내경, d1은 가스 공급튜브(130)의 내경, Qi는 반응가스의 유량이고, C는 상수이다.
이 경우 광섬유 모재용 튜브(120) 내에 원주방향을 따라 불균일한 두께로 반응가스에 대응한 코어층(122)이 형성되도록 적용되는 C값은 0보다 크고 196보다 작은 범위 내에서 결정한 값으로 설정된 조건에서 광섬유모재용 튜브(120)에 코어층(122)을 형성하면 된다.
바람직하게는 C값은 0보다 크고 165보다 작은 범위 내의 값을 갖는다.
이후, 도 3에 도시된 바와 같이 공동(124)이 응축되게 광섬유 모재용 튜브(120)에 열처리를 수행하면 유리봉 형태의 편광유지 광섬유 모재를 얻게 된다. 이러한 과정을 통해 제작된 편광유지 광섬유 모재는 광섬유 인출 장비를 통해서 약 2000℃ 정도의 고온에서 원하는 클래딩 직경을 갖는 편광유지 광섬유로 인출된다. 이 때, 클래딩 외주에 폴리머 코팅도 함께 이뤄진다.
< 제조예 >
d1=3.5mm, d2=23mm이고, L1=50mm가 되게 가스공급튜브(130)가 장착되어 있고, 핸들튜브(110)의 외경은 27mm이며, 로터리 조인트(140)는 45rpm으로 회전하며, 가스공급부(150)로부터 SiCl4 200 sccm, GeCl4 100sccm, O2 2000 sccm, He 1000sccm 으로 공급하면서 열원(172)의 온도를 1700℃로 유지하면서 코어층(122)을 증착하고, 이후 공동(124)이 응축되게 열처리하여 편광유지 광섬유 모재를 제작하였다. 제작된 편광유지 광섬유 모재는 광섬유 인출과정을 통해 2000℃에서 125㎛ 직경의 편광유지 광섬유로 인출하였다. 인출된 편광유지 광섬유에 대해 굴절률 분포 측정기로 측정한 결과 코어층(122)이 높은 비원율을 갖는 타원형 코어를 가짐을 확인하였다.
110: 핸들튜브 120: 광섬유모재용 튜브
130: 가스공급튜브 140: 로터리 조인트
150: 가스공급부 160: 회전구동부
172: 열원 174: 열원이송부
180: 공정제어부 182: 설정부
184: 표시부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 제1중공을 갖는 핸들튜브와, 상기 핸들튜브의 종단에 상기 핸들튜브에 대해 직렬상으로 접합되며 제2중공을 갖는 광섬유 모재용 튜브와, 상기 핸들튜브의 선단과 결합되며 전면에 상기 핸들튜브와 연통되는 관통홀이 형성된 로터리 조인트와, 상기 로터리 조인트의 상기 관통홀을 통해 상기 핸들 튜브 내에 삽입된 가스 공급튜브를 갖는 코팅형성부와, 상기 가스 공급튜브를 통해 상기 광섬유 모재용 튜브 내에 코팅할 반응가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 광섬유 모재용 튜브에 열을 인가하는 열원과, 상기 로터리 조인트를 회전시키는 회전구동부를 구비하는 광섬유모재 제조장치를 이용하여 편광유지 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서,
    가. 상기 가스공급부로부터 상기 가스 공급튜브를 통해 반응 가스를 공급하면서 상기 광섬유 모재용 튜브 내에 원주방향을 따라 불균일한 두께로 상기 반응가스에 의한 코어층이 중앙이 빈 공동을 갖게 형성하는 단계와;
    나. 공동이 응축되게 상기 광섬유 모재용 튜브에 열처리를 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 가단계에서
    상기 가스공급부에 의해 공급되는 반응가스는 SiCl4 200sccm, GeCl4 100sccm, O2 2000 sccm, He 1000 sccm 으로 공급하고,
    상기 가스 공급튜브와 상기 핸들튜브의 종단과의 이격거리(L1)는 50mm이고, 가스 공급튜브의 내경(d1)은 3.5mm이고, 상기 핸들튜브의 내경(d2)은 23mm이고, 상기 핸들튜브의 외경은 27mm이며, 상기 로터리 조인트는 45rpm으로 회전하며, 상기 열원의 온도를 1700℃로 유지하면서 상기 코어층을 증착하는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유 모재 제조방법.


  4. 삭제
  5. 삭제
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KR20050074859A (ko) * 2004-01-14 2005-07-19 엘에스전선 주식회사 광섬유 제조방법

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