KR19990080328A - 은-주석 합금 코팅 광섬유, 그를 위한 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

은-주석 합금 코팅 광섬유, 그를 위한 제조방법 및 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유, 그를 위한 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 그 광섬유는 광을 전송하는 코아 및 상기 코아보다 굴절율이 낮은 클래드로 이루어지는 광섬유; 및 광섬유 표면에 코팅된 Silver-Tin 합금을 포함함을 특징으로 한다. 그 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유 제조방법은 용융 및 인출 과정을 통해 광섬유를 만들기에 적합한 형태의 광섬유모재를 제공하는 과정; 광섬유 모재를 용융 및 인출하여 코팅이 안된 광섬유로 생성하는 과정; 미코팅된 광섬유를 Silver-Tin 합금이 용융되어 있는 코팅장치를 통해 Silver-Tin 합금 코팅처리하는 과정; 및 고온의 코팅처리된 광섬유를 냉각시켜 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유를 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 광섬유는 수분침투를 차단할 수 있고, 굽힘강도의 증가와 수명이 길어져 사용자로 하여금 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고 용융점이 약 221℃ 정도로 비교적 낮으면서도 솔더링이 용이하다. 또한 녹이 안쓸고, 마이크로 벤딩 손실이 작으며, 광섬유 간의 연결을 위해 코팅부분을 벗기고자 할 때 벗기기가 쉽다. 또한 광증폭기 모듈의 피그테일용으로 사용하면 광증폭기 모듈의 크기를 줄일 수 있다.

Description

은-주석 합금 코팅 광섬유, 그를 위한 제조방법 및 제조장치
본 발명은 금속 코팅 광섬유에 관한 것으로서, 더 자세하게는 은-주석 합금(Silver-Tin alloy) 코팅 광섬유, 그를 위한 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 광통신용인 실리카 성분의 광섬유는 외경이 100㎛ - 150㎛ 정도의 가는 유리섬유이므로 피복(coating)을 하지 않으면 매우 약해서 쉽게 파단된다. 유리는 금속과는 다른 파괴를 보이는 재료여서 광섬유 표면의 미소결합이 성장하여 그 부분에 국부적인 응력집중이 일어나면 파괴의 원인이 된다. 또한 상기 실리카 성분의 광섬유는 이론적으로 약 200 GPa 이상의 고강도이나 수분에 매우 취약한 특성을 가지고 있어 광섬유 표면에 수분이 접촉되면 광섬유의 강도가 급격히 저하된다. 따라서 광섬유의 표면을 보호하며, 인장강도, 굽힘강도의 향상 및 수분 침투를 방지하고 취급하기 쉽게 할 목적으로 상기 광섬유 표면에 금속을 적당한 방법으로 피복하여 사용하고 있다.
한편, 상기 광섬유는 광증폭기(예를 들어 EDFA) 모듈 등의 피그테일(Pig Tail)로 사용되기도 한다. 이 때 물속이나 바다속에서 상기 광증폭기를 봉합하고 있는 케이스 내부로 습기나 물이 들어가면 안된다. 즉 방수가 되어야 한다. 그런데 플라스틱으로 코팅된 광섬유를 피그테일로 사용하면 상기 광증폭기를 감싸는 케이스에 구멍을 뚫어 상기 피그테일이 상기 광증폭기 케이스 외부로 나오게 해야 한다. 이 때, 상기 피그테일로 사용되는 광섬유를 플라스틱 코팅 광섬유로 하면, 봉합(seal) 하기가 어렵다. 따라서 보다 확실하게 봉합하기 위해서는 에폭시를 사용해야 하는데, 이렇게 되면 상기 광증폭기 패키지의 부피가 커지고, 완전하게 방수가 되지 않는 단점이 있다.
따라서 이런 문제를 해결하기 위해, 피그테일로 사용하는 광섬유로 금속코팅된 광섬유를 사용하여 상기 금속을 납땜(soldering)하면, 방수 및 방습이 잘 된다. 납땜을 하기 위해서는 상기 솔더의 용융점이 약 180 - 200 ℃ 정도 되므로 상기 광섬유에 코팅되는 금속의 용융점은 상기 솔더의 용융점보다 약 30 ℃ 정도 높은 210-230 ℃ 정도가 되면 적당하다.
그런데, 상기 금속 코팅 광섬유에 사용되는 금속은 주로 단체(單體)였다. 예를 들어, 알루미늄, 납, 인디움, 금, 백금, 구리 등을 코팅용 금속으로 사용하였다. 그런데, 상기 알루미늄은 용융점이 660 ℃ 정도이나 납땜이 잘 안되므로 사용하기에 적합하지 않고, 인디움은 용융점이 솔더보다 낮으므로 납땜을 하게 되면 상기 솔더와 같이 녹아버리므로 광섬유의 특성이 나빠지는 문제점이 있다. 그리고 금은 비싸기 때문에 경제성이 떨어진다. 그리고 백금은 용융점이 1769 ℃ 이므로 용융점이 너무 높아 광섬유간의 연결을 위해 코팅된 금속을 벗기기가 어렵다는 단점이 있다. Tin은 용융점이 232 ℃ 정도이지만 이것 역시 납땜이 잘 안된다. 따라서 구리가 주로 사용되는데, 이것 역시 용융점이 1084 ℃ 정도로 너무 높으며, Microbending loss 문제가 있다. 그리고 온도 변화에 대해 loss가 커지는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위해, 용융점이 약 220 ℃ 정도이며, 녹이 잘 안쓸며, bending loss가 작은 silver-tin alloy coated fiber를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 상기 silver-tin alloy coated fiber를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자하는 또 다른 기술적 과제는 상기 silver-tin alloy coated fiber를 제조 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 은-주석(Silver-Tin) 합금 코팅 광섬유의 인출장치의 일실시예에 대한 구성을 도시한 것이다.
도 2는 Silver-Tin 합금으로 코팅된 광섬유의 단면을 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
12 : 용융로, 16 : 외경측정부
18 : Silver-Tin합금코팅부, 26 : 냉각부
22 : 온도제어부, 24 : 테이블
28 : 냉각기체 공급부, 32 : 캡스탄
34 : 스플
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, Silver-Tin 합금 코팅 광섬유는, 광을 전송하는 코아 및 상기 코아보다 굴절율이 낮은 클래드로 이루어지는 광섬유; 및 상기 광섬유 표면에 코팅된 Silver-Tin 합금을 포함함이 바람직히다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, Silver-Tin 합금 코팅 광섬유 제조 방법은, 용융 및 인출 과정을 통해 광섬유를 만들기에 적합한 형태의 광섬유모재를 제공하는 과정; 상기 광섬유 모재를 용융 및 인출하여 코팅이 안된 광섬유로 생성하는 과정; 상기 미코팅된 광섬유를 Silver-Tin 합금이 용융되어 있는 코팅장치를 통해 Silver-Tin 합금 코팅처리하는 과정; 및 상기 고온의 코팅처리된 광섬유를 냉각시켜 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유를 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, Silver-Tin 합금 코팅 광섬유 제조 장치는, 광섬유모재를 미코팅된 광섬유로 인출하기 위해 고온으로 용융시키는 용융로; 상기 미코팅된 광섬유의 직경을 측정하고 제어하는 외경측정부; 상기 미코팅된 광섬유를 Silver-Tin합금으로 코팅하는 Silver-Tin합금 코팅부; 고온의 Silver-Tin합금 코팅된 광섬유를 냉각시키는 냉각부; 및 상기 광섬유 모재를 인출하는 인출부를 포함함을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유의 인출장치의 일실시예에 대한 구성을 도시한 것으로서, 용융로(12), 외경측정부(16), Silver-Tin합금코팅부(18), 냉각부(26), 온도제어부(22), 테이블(24), 냉각기체 공급부(28), 캡스탄(32) 및 스플(34)로 이루어진다.
상기 용융로(12)는 광섬유 모재(Fiber Preform, 10)를 코팅 안된 광섬유(14)로 인출하기 위해 2150 ℃의 고온으로 용융시킨다. 상기 광섬유 모재(10)는 실리카가 주성분인 광섬유 모재 또는 상기 실리카에 도파트(dopant)를 첨가한 광섬유 모재이다.
상기 외경측정부(16)는 상기 용융로(12)의 하단에 설치되며, 상기 미코팅된 광섬유(14)의 직경을 일정한 크기로 균일하게 인출하기 위해 미코팅된 광섬유(14)를 연속적으로 측정하면서 제어한다.
상기 Silver-Tin합금코팅부(applicator, 18)는 상기 외경측정부(16)의 하단부에 설치되며, 광섬유 표면에 수분이 침투되는 것을 방지하기 위해 상기 미코팅된 광섬유(14)를 전도성 금속인 Silver-Tin 합금으로 ( )㎛ - ( )㎛ 두께로 코팅처리한다. 도 2는 상기 Silver-Tin 합금으로 코팅된 광섬유의 단면을 도시한 것이다. 또한 상기 미코팅된 광섬유(14)가 Silver-Tin 합금코팅부(18)를 통과하기 전에 25 ℃의 상온까지 냉각시키기 위한 냉각장치가 상기 Silver-Tin합금코팅부(18)의 상단부에 설치될 수 있다.
상기 온도제어부(22)는 상기 Silver-Tin합금코팅부(18)의 일측 상단부에 설치되며, 용융금속의 온도가 항상 일정한 온도를 유지할 수 있도록 상기 Silver-Tin합금코팅부(18)의 내부 온도를 제어한다. 이 때 상기 Silver-Tin합금코팅부(18)의 내부에는 상기 Silver-Tin합금코팅부(18)에 주입된 Silver-Tin합금의 용융점을 측정한 후 상기 측정결과를 상기 온도제어부(22)로 전송시키는 열전쌍(20)이 온도제어부(22)와 연결되어 설치되어 있다.
상기 테이블(24)은 상기 Silver-Tin합금코팅부(18)의 하부면에 설치되며, 상기 미코팅된 광섬유(14)가 Silver-Tin합금코팅부(18)의 중심부에 정확히 정렬하여 코팅될 수 있도록 상기 Silver-Tin합금코팅부(18)를 좌우 방향으로 정확히 정렬하여 코팅될 수 있도록 상기 Silver-Tin합금코팅부(18)를 좌우방향으로 이동시킨다.
상기 냉각부(26)는 상기 테이블(24)의 하부면에 설치되며, 고온의 금속피복된 광섬유를 냉각시킨다.
상기 냉각기체공급부(28)는 상기 냉각부(26)의 하단부 일측면에 설치되며, 상기 광섬유(30)를 냉각시키기 위해 불활성 기체인 헬륨(He), 아르곤(Ar) 또는 질소(N)를 상기 냉각부(26)에 공급한다.
상기 캡스탄(32)는 상기 냉각부(26)의 하단부에 설치되며, 상기 광섬유모재(10)를 회전력으로 하부방향으로 인출하며, 상기 스플(34)는 상기 캡스탄(32)의 일측에 설치되며, 상기 광섬유(30)을 감는다.
상기 구성에 의거하여 본 발명에 의한 Silver-Tin합금 코팅광섬유의 제조방법을 설명하기로 한다.
모재위치제어기(미도시)의 위치제어 메카니즘에 의하여 실리카 성분 또는 실리카에 도판트(dopant)를 첨가시켜 제조된 광섬유모재(10)가 용융로(12)에 천천히 공급된다. 이 때, 상기 용융로(12)는 수천 ℃의 열을, 통상적으로 2000 ℃ - 2200 ℃ 정도의 열을 가한다.
이에 의하여, 미코팅된 광섬유(14)는 상기 광섬유 모재(10)로부터 단면적 감소부분으로부터 인출된다. 이 때, 인출력은 상기 미코팅된 광섬유(14)에 인가되며 캡스탄(32)으로부터 제공된다.
그 후, 외경측정부(16)는 인출되는 상기 미코팅된 광섬유(14)의 직경이 미리 정한 직경(일반적으로 125 ㎛)이 되는가를 측정하여 직정제어기(미도시)로 전송한다. 그 다음에 상기 직경제어기(미도시)는 미코팅된 광섬유(14)의 직경이 125 ㎛가 유지되도록 캡스탄(32)을 제어한다. 그 후, 상기 캡스탄(32)은 직경제어기의 제어에 응답하여 상기 미코팅된 광섬유(14)를 하부방향으로 인장시킨다.
그 후, 상기 외경측정부(16)를 통과한 상기 미코팅된 광섬유(14)를 Silver-Tin합금이 용융되어 있는 Silver-Tin합금코팅부(18)에서 일정한 두께로 Silver-Tin합금 코팅한다. 이 때, 상기 미코팅된 광섬유(14)에 코팅되는 Silver-Tin 합금의 두께는 용융된 Silver-Tin합금(40)의 온도와 인출속도에 의해 결정(제어)된다. 이렇게 하는 이유는 코팅하고자 하는 Silver-Tin합금(40)이 용융되어 있는 Silver-Tin합금코팅부(18)를 통과하는 상기 미코팅된 광섬유(14)의 표면온도는 약 25 ℃ 정도의 온도이고, 상기 Silver-Tin합금코팅부(18) 내의 용융된 Silver-Tin합금(40)의 온도는 221 ℃ 이상의 고온이므로 냉각된 상기 미피복된 광섬유(14)의 표면이 고온의 용융된 Silver-Tin합금(40)과 접촉하게 되면 상기 용융된 Silver-Tin합금(40)과 미코팅된 광섬유(14)의 온도차이에 의해 상기 미코팅된 광섬유(14) 표면에 달라붙어 코팅된다. 그러나 상기 미코팅된 광섬유(14)가 용융된 Silver-Tin 합금과 접촉하는 시간이 길어지는 경우. 상기 미코팅된 광섬유(14)의 표면온도는 용융 Silver-Tin 합금(40)으로 부터의 열전달에 의해 다시 증가된다. 그리하여 상기 미코팅된 광섬유(14) 주위에 얼어붙어 있는 Silver-Tin합금(40)의 체적이 점차 감소되면서 상기 미코팅된 광섬유(14) 표면에 코팅되는 Silver-Tin합금(40)의 두께 또한 점차 감소하게 된다. 따라서 상기 용융된 Silver-Tin합금(40)과 미코팅된 광섬유(14)는 0.001 초 - 0.1 초 동안에 접촉되어 상기 미코팅된 광섬유(14) 표면에 Silver-Tin합금(40)이 코팅된다. 그리고 상기 미코팅된 광섬유(14)가 용융된 Silver-Tin합금(40)과 접촉되는 시간은 0.04초 이하에서 연속적인 Silver-Tin합금 코팅이 용이하다.
그 후, 상기 Silver-Tin합금(40)으로 코팅된 고온의 광섬유(30)는 냉각부(26)에서 서서히 냉각된 후, 상기 캡스탄(32)의 인출력 제어로 인출되어 스플(34)에 감긴다.
상술한 방법으로 제작된 광섬유(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 광을 전송하는 코아(36)가 중심부에 형성되며, 상기 코아(36)의 둘레 표면에는 상기 코아(36)보다 굴절율이 낮은 클래드(38)가 형성되며, 상기 클래드(38)의 둘레면에는 수분침투 방지 및 솔더링이 용이한 전도성 금속인 Silver-Tin합금(40)이 10 - 20 ㎛의 두께로 코팅된다.
또한 상기 Silver-Tin합금(40)은 단일모드 광섬유, 분산이동 광섬유, 다중모드 광섬유, 어븀첨가 광섬유, 분산보상 광섬유 및 편광유지 광섬유에 코팅될 수 있다.
본 발명에 의한 Silver-Tin합금 광섬유는 수분침투를 차단할 수 있고, 이로 인해 상기 광섬유의 강도 저하를 방지할 수 있다. 또한 굽힘강도의 증가와 수명이 길어져 사용자로 하여금 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그리고 용융점이 약 208 ℃ 정도로 비교적 낮으면서도 연(soft)하고 솔더링이 용이하다. 또한 녹이 안쓸고, micro-bending loss가 작으며, 광섬유 간의 연결을 위해 코팅부분을 벗기고자 할 때 벗기기가 쉽다.
또한 광증폭기 모듈의 피그테일용으로 사용하면 광증폭기 모듈의 크기를 줄이고, 방수 및 방습에 효과적이다.

Claims (7)

  1. 광을 전송하는 코아 및 상기 코아보다 굴절율이 낮은 클래드로 이루어지는 광섬유; 및
    상기 광섬유 표면에 코팅된 Silver-Tin 합금을 포함함을 특징으로 하는 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 Silver-Tin 합금의 코팅된 두께는
    10 - 20 ㎛ 임을 특징으로 하는 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광섬유는
    실리카가 주성분인 광섬유임을 특징으로 하는 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광섬유는
    실리카에 도판트가 첨가된 광섬유 임을 특징으로 하는 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유.
  5. 용융 및 인출 과정을 통해 광섬유를 만들기에 적합한 형태의 광섬유모재를 제공하는 과정;
    상기 광섬유 모재를 용융 및 인출하여 코팅이 안된 광섬유로 생성하는 과정;
    상기 미코팅된 광섬유를 Silver-Tin 합금이 용융되어 있는 코팅장치를 통해 Silver-Tin 합금 코팅처리하는 과정; 및
    상기 고온의 코팅처리된 광섬유를 냉각시켜 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유를 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 silver-Tin 합금 코팅된 광섬유 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 코팅장치 내부에 용융되어 있는 Silver-Tin 합금의 온도는
    210 ℃ - 230 ℃ 임을 특징으로 하는 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유 제조방법.
  7. 광섬유모재를 미코팅된 광섬유로 인출하기 위해 고온으로 용융시키는 용융로;
    상기 미코팅된 광섬유의 직경을 측정하고 제어하는 외경측정부;
    상기 미코팅된 광섬유를 Silver-Tin합금으로 코팅하는 Silver-Tin합금 코팅부;
    고온의 Silver-Tin합금 코팅된 광섬유를 냉각시키는 냉각부; 및
    상기 광섬유 모재를 인출하는 인출부를 포함함을 특징으로 하는 Silver-Tin 합금 코팅 광섬유 제조장치.
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