KR20000013544A - 고품질의 광섬유용 프리폼 제조장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고품질의 광섬유용 프리폼 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 코아부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼을 장착한 증착용 선반부와; 아르곤 가스 등의 공급과 버너간 경계면에서의 증착 불균일을 제거하기 위해 경계면의 상태에 따라 가스 공급량을 제어하는 가스공급 조절 장치부와; 가스 공급 조절장치에서 공급된 반응가스를 청정 산수소 불꽃내에서 산화 반응시켜 용융 증착입자를 형성하고 경계 면에서의 증착 불균일성을 제거하기 위해 간격 미세조정이 가능한 다수개의 버너장치와; 버너의 이송과 연동되어 움직이는 증착입자 표면온도 감지부와; 코어부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼위에 증착된 입자의 외경을 균일하게 유지하며 특히, 버너간 증착 중복구간에서 외경 균일성을 유지하기 위해 그 감지된 값을 가스공급 조절장치에 전달해 주며 버너의 이송과 연동되어 움직이는 증착입자 외경 감지부와; 코어부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼 위에 증착되지 않은 입자들과 폐가스를 포집하고 정화시키는 배기가스 포집부를 포함하여 이루어짐이 특징이다.

Description

고품질의 광섬유용 프리폼 제조장치 및 방법

본 발명은 외부증착(Outside Vapour Deposition)에 의한 광섬유용 프리폼 제조장치에 있어서, 고품질의 광섬유용 프리폼 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 생산성을 높이기 위하여 여러 개의 버너를 사용하여 증착할 때 생기는 버너간 경계면에서의 증착 불균일을 획기적으로 개선하여 고품질의 광섬유용 프리폼 제조가 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 고품질의 광섬유용 프리폼 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광섬유는 도 1에 도시한 바와같이 내부에 코어층(1)이 있으며, 그 외각을 클래드층(2)이 감싸고 있다. 그리고 광섬유용 프리폼의 제조방법으로는 MCVD(Modified Chemical Vapour Deposition), VAD(Vapour Axial Deposition), OVD(Outside Vapour Deposition)등이 있다.

본 발명이 적용된 종래의 OVD법은 도 2a, 2b, 2c, 2d의 제조 공정도에 나타낸 바와 같이 코어층(2) 형성을 위해 적정량의 SICl₄, GeCl₄, O₂등을 산수소 버너를 통하여 흘린 후 산화 반응을 일으켜 SiO₂, GeO₂을 일정한 속도로 회전하는 타겟트(Target)외부에 증착하고, 이를 소결로(Sintering Furnace) 내에서 탈수산화(Dehydration) 및 유리화(Vitrification) 시킨다.

여기서 도 2a는 코어 증착입자 제조 공정도이고, 도 2b는 코어 OH 제거 및 유리화 공정도이며, 도 2c는 클레드 OH 제거 및 유리화 공정도이고, 도 2d는 클래드 증착입자 제조 공정도이다.

여기서 3은 코아 증착입자이고, 4는 타겟이며, 5는 전자 가열로이고, 6은 프리폼이며, 7은 클래드 증착입자이고, 30은 버너를 나타내고 있다.

이와 같이 제조된 1차 프리폼 위에 클래드 층(2) 형성을 위해 적정량의 SiCl₄, O₂등을 산수소 버너를 통하여 흘린 후 산화반응을 일으켜 SiO₂를 증착시키고 일정한 외경이 되면 마찬가지로 소결로 내에서 탈수산화 및 유리화 과정을 거쳐 광섬유용 프리폼을 만든다.

종래의 OVD 법에서는 광섬유용 프리폼을 염가로 제조하기 위한 여러 가지 시도를 하여왔다.

즉, 사용하는 산수소 버너의 증착률을 높이기 위해 이중화염을 지닌 버너를 사용한다든가, 여러 개의 버너를 사용하여 증착율을 향상시키는 시도를 하였다.

그러나, 버너간 경계 면에서의 증착 불균일로 인하여 프리폼의 품질을 저하시키거나 이를 제거하기 위해 후가공을 필요로 함으로써 제조원가 절감에 문제점을 지니고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로, 여러 개의 버너를 사용하여 증착율을 향상시킴과 동시에 버너들간의 증착 경계면에서의 불균일성을 제거하기 위해 버너들의 상대적 간격 미세조정이 가능하면서 버너들에 공급되는 가스량을 균일하게 해주는 가스량 조절밸브를 설치하고 버너간 증착 경계 면에서의 외경을 감지한 후 경계면의 증착상태에 따라 가스공급량을 자동적으로 조절하게 함으로써 버너간 증착 경계면에서 균일한 외경을 지니면서 고품질이 유지되도록 하여 증착 후에 별도의 가공이 필요 없도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 코아부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼을 장착하고, 일정한 속도로 회전시키며 다수개의 버너를 장착 일정한 속도로 증착시키고 빠른 속도로 원위치에 복귀시키는 증착용 선반부와;

코아 혹은 클래드용 증착입자를 형성시키기 위한 반응가스(SICl₄, GeCl₄, O₂)와 상기 반응가스의 산화반응을 일으키게 하기 위한 청정 산수소 불꽃 가스 및 버너내 반응가스 출구부의 온도상승으로 증착입자가 막히는 것을 방지하기 위한 아르곤 가스 등의 공급과 버너간 경계면에서의 증착 불균일을 제거하기 위해 경계면의 상태에 따라 가스 공급량을 제어하는 가스공급 조절 장치부와;

가스 공급 조절장치에서 공급된 반응가스를 청정 산수소 불꽃내에서 산화 반응시켜 용융 증착입자(SiO2, GeO2)를 형성하고 경계 면에서의 증착 불균일성을 제거하기 위해 간격 미세조정이 가능한 다수개의 버너장치와;

버너 불꽃에 의한 증착 온도조건을 균일하게 유지함으로써 증착입자 밀도를 일정하게 하기 위해 버너의 이송과 연동되어 움직이는 증착입자 표면온도 감지부와;

코어부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼위에 증착된 입자의 외경을 균일하게 유지하며 특히, 버너간 증착 중복구간에서 외경 균일성을 유지하기 위해 그 감지된 값을 가스공급 조절장치에 전달해 주며 버너의 이송과 연동되어 움직이는 증착입자 외경 감지부와;

코어부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼(코어)위에 증착되지 않은 입자들과 폐가스를 포집하고 정화시키는 배기가스 포집부를 포함하여 이루어짐이 특징이다.

도 1은 일반적인 광섬유 구조도.

도 2a,b,c,d는 OVD법 프리폼 제조 공정도.

도 3은 본 발명에 의한 버너 설치간격 및 이송 피치.

도 4는 본 발명에 의한 가스 공급 조절장치 블록 다이어그램.

도 5는 본 발명에 의한 OVD법 프리폼 제조장치의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 증착용 선반부

20: 가스공급 조절 장치부

30: 버너장치

40: 증착입자 표면온도 감지부

50: 증착입자 외경 감지부

60: 배기가스 포집부

이하에서 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 OVD법 광섬유용 프리폼 제조장치의 개략도는 도 5에 나타내었다.

본 발명의 광섬유용 프리폼 제조장치의 주요 구성 부분을 살펴보면,

코아부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼(코어)을 장착하고, 일정한 속도로 회전시키며 다수개의 버너를 장착 일정한 속도로 증착시키고 빠른 속도로 원위치에 복귀시키는 증착용 선반부(10)와;

코아 혹은 클래드용 증착입자(Soot)를 형성시키기 위한 반응가스(SICl₄, GeCl₄, O₂)와 반응가스의 산화반응을 일으키게 하기 위한 청정 산수소 불꽃 가스 및 버너내 반응가스 출구부의 온도상승으로 증착입자가 막히는 것을 방지하기 위한 아르곤 가스 등의 공급과 버너간 경계면에서의 증착 불균일을 제거하기 위해 경계면의 상태에 따라 가스 공급량을 제어하는 가스공급 조절 장치부(20, 도 4의 가스공급 조절장치 블록 다이어그램 참조)와;

가스 공급 조절장치(20)에서 공급된 반응가스를 청정 산수소 불꽃내에서 산화 반응시켜 용융 증착입자(SiO2, GeO2)를 형성하고 경계 면에서의 증착 불균일성을 제거하기 위해 간격 미세조정이 가능한 다수개의 버너장치(30)와;

버너 불꽃에 의한 증착 온도조건을 균일하게 유지함으로써 증착입자 밀도를 일정하게 하기 위해 버너의 이송과 연동되어 움직이는 증착입자 표면온도 감지부(40)와;

코어부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼(코아)위에 증착된 입자의 외경을 균일하게 유지하며 특히, 버너간 증착 중복구간(경계면)에서 외경 균일성을 유지하기 위해 그 감지된 값을 가스공급 조절장치에 전달해 주며 버너의 이송과 연동되어 움직이는 증착입자 외경 감지부(50)와;

코어부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼(코어)위에 증착되지 않은 입자 폐가스를 포집하고 정화시키는 배기가스 포집부(60) 등을 포함하여 이루어진다.

도 4는 본 발명에 의한 가스 공급 조절장치 블록 다이어그램으로써, 여기서 굵은 실선은 화학제 공급라인(a)이고, 가는실선은 아르곤 공급라인(b)이며, 굵은 점선(c)은 수소 공급라인이고, 가는 점선(d)은 산소 공급라인이다.

그리고, 11은 화학제 토탈 유량 제어밸브 이고, 11a, 11b, 11c는 화학제 유량 제어 밸브이며, 12는 아르곤(Ar) 토탈 제어밸브이고, 12a, 12b, 12c는 아르곤 유량 제어 밸브이며, 13은 수소 토탈 제어밸브이고, 13a, 13b, 13c는 수소 유량 제어밸브이며, 14는 산소 토탈 제어밸브이고, 14a, 14b, 14c는 산소 유량 제어밸브이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 동작을 최초 동작과 함께 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

1)코어부 형성을 위해 증착용 타겟트를 선반에 장착한 후 일정한 속도로 회전시킨다.

2) 증착길이에 따라 다수개의 버너를 일정한 등간격이 유지되도록 도면 상에 표기되지 않은 간격 미세조정 장치를 이용하여 조절한다.

3) 균일한 증착, 특히 버너가 중복되어 증착되는 버너간 경계면에서의 균일한 증착을 위해 등간격인 다수개의 버너 이송피치를 결정한다. 이때 균일한 증착품질을 얻기 위해 온도조건을 균일하게 유지하여야 하며 이를 위해 버너의 이송피치는 버너간격안에 있어야 한다.

따라서, 최적의 이송피치는 도 3에 나타낸 바와 같이 경계 면에서의 증착중복을 피하기 위해 버너간격에서 불꽃 폭의 반을 뺀 값으로 설정한다.

도 3에 있어서, L은 버너 설치 간격이고, P는 버너이송 피치(L-F/2)이며, F는 불꽃 폭이고, 30은 불특정 버너를 각각 나타내고 있다.

4) 다수개의 버너에 산수소 불꽃가스와 버너내 증착입자 막힘 방지를 위한 미량의 아르곤 가스를 공급(아르곤 가스는 반응가스의 버너 출구부에서 불꽃과 반응가스의 산화반응을 차단하여 증착입자가 반응가스 출구부에 증착되는 것을 방지)한후 점화하여 불꽃을 형성시키고 반응가스가 공급되지 않은 상태에서 수회 반복 이송시켜 타겟트 상의 불순물 입자를 제거하고 일정한 온도로 예열시킨다.(이때, 각 버너들의 불꽃 세기가 균일하도록 각 버너에 설치된 산수소 불꽃가스 및 아르곤 가스 유량제어 밸브의 값들을 배기가스 포집부 외부에 설치되어 버너의 이송과 연동되어 움직이는 온도 감지센서를 이용 조절한다)

5) 다수개의 버너에 일정량의 반응가스(코아부를 정해진 굴절율로 하기 위해 반응가스중 SiCl₄, GeCl₄가스 유량비는 굴절율값에 따라 미리 조절)를 공급하여 버너 이송피치내에서 증착을 실시한다.(이때, 버너의 증착은 증착시 균일한 조건을 형성하기 위해 한방향으로만 실시하고 복귀시는 반응가스를 공급하지 않은 상태에서 빠른 속도로 이송시킨다)

6) 증착이 진행되는 동안 배기가스 포집부 외부에 설치되어 버너의 이송과 연동되어 움직이는 증착입자 외경감지 센서를 통하여 증착입자의 외경을 감지하고 그 신호를 반응가스 유량 제어밸브에 전달하여 반응가스의 공급량을 외경신호 정보에 따라 미리 설정한 값으로 조절케 함으로써 균일한 증착 외경을 유지할 수 있다.(이때, 외경감지 센서에 의한 측정값과 유량 제어밸브 조절에 관계되는 시간지연을 고려하여 외경 감지센서의 위치를 버너의 위치와 비교하여 증착속도와 연계시킴으로써 미리 최적의 위치로 설정한다)

7) 반복된 증착에 따라 타겟트에 증착된 Soot의 외경이 커지게 되므로 균일한 밀도를 형성하기 위해 버너와 Soot 표면사이의 길이가 항상 일정하도록 증착시 마다 버너를 증착된 두께만큼 수직이동 시킨다.

8) 위와 같은 증착방법을 반복하여 실시함으로써 균일한 밀도와 외경, 특히 다수개 버너가 중복되어 증착되는 버너간 경계 면에서의 외경 균일성를 지닌 광섬유용 1차 Soot 프리폼을 제조한다.

9) 1차 Soot 프리폼이 제조되면 선반에서 탈착시킨 후 타겟트를 제거하고 핸들 바를 양단에 끼운 상태에서 별도의 소결로를 이용 증착 입자내 불순물을 제거하고 유리화한다.

10) 유리화된 1차 프리폼 위에 1차 Soot 프리폼 제조시 사용했던 방식으로 Soot 클래드를 증착한후 별도의 소결로에서 도일한 절차에 의해 불순물을 제거하고 유리 화하여 고품질의 프리폼을 제조한다.

따라서, 종래 광섬유용 프리폼 제조에 있어서 다수개의 버너를 사용하는 방법은 제조원가 절감에 어느 정도 효과를 지니고 있으나 버너가 중복되어 증착되는 버너간 경계 면에서의 외경 불균일성등 품질상의 문제점을 지녀 소결과정에서 1차 소결후 기계가공 등을 통하여 외경 균일성을 확보해야 했으므로 추가공정으로 인한 비용 및 불량증대가 있어 왔으나,

본 발명은 이러한 문제점을 획기적으로 개선함으로써 광섬유용 프리폼의 제조원가를 크게 개선시키고 품질향상을 기할수 있도록 하였다.

상술한 바와같이, 본 발명은 생산성을 높이기 위하여 여러 개의 버너를 사용하여 증착할 때 생기는 버너간 경계면에서의 증착 불균일을 획기적으로 개선하여 고품질의 광섬유용 프리폼 제조가 가능한 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 코아부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼을 장착하고, 일정한 속도로 회전시키며 다수개의 버너를 장착 일정한 속도로 증착시키고 빠른 속도로 원위치에 복귀시키는 증착용 선반부(10)와;

   코아 혹은 클래드용 증착입자를 형성시키기 위한 반응가스(SICl₄, GeCl₄, O₂)와 상기 반응가스의 산화반응을 일으키게 하기 위한 청정 산수소 불꽃 가스 및 버너내 반응가스 출구부의 온도상승으로 증착입자가 막히는 것을 방지하기 위한 아르곤 가스 등의 공급과 버너간 경계면에서의 증착 불균일을 제거하기 위해 경계면의 상태에 따라 가스 공급량을 제어하는 가스공급 조절 장치부(20)와;

   가스 공급 조절장치에서 공급된 반응가스를 청정 산수소 불꽃내에서 산화 반응시켜 용융 증착입자(SiO2, GeO2)를 형성하고 경계 면에서의 증착 불균일성을 제거하기 위해 간격 미세조정이 가능한 다수개의 버너장치(30)와;

   버너 불꽃에 의한 증착 온도조건을 균일하게 유지함으로써 증착입자 밀도를 일정하게 하기 위해 버너의 이송과 연동되어 움직이는 증착입자 표면온도 감지부(40)와;

   코어부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼위에 증착된 입자의 외경을 균일하게 유지하며 특히, 버너간 증착 중복구간에서 외경 균일성을 유지하기 위해 그 감지된 값을 가스공급 조절장치에 전달해 주며 버너의 이송과 연동되어 움직이는 증착입자 외경 감지부(50)와;

   코어부 제조를 위한 타겟트나 1차 프리폼(코어)위에 증착되지 않은 입자들과 폐가스를 포집하고 정화시키는 배기가스 포집부(60)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 고품질의 광섬유용 프리폼 제조장치.
2. 여러 개의 버너를 등간격으로 설치한 후 버너의 증착이송 피치를 버너간격에서 불꽃폭의 반을 뺀 값으로 설정하는 단계와;

   증착이 진행되는 동안 배기가스 포집부 외부에 설치되어 버너의 이송과 연동되어 움직이는 증착입자 외경감지 센서를 통하여 증착입자의 외경을 감지하는 단계와;

   상기 감지 신호를 반응가스 유량 제어밸브에 전달하여 반응가스의 공급량을 외경신호 정보에 따라 미리 설정한 값으로 조절케 함으로써 균일한 증착 외경을 유지하도록 하는 단계와;

   반복된 증착에 따라 타겟트에 증착된 입자의 외경이 커지게 되므로 균일한 밀도를 형성하기 위해 버너와 입자 표면사이의 길이가 항상 일정하도록 증착시 마다 버너를 증착된 두께만큼 수직이동 시키는 단계를 반복함을 특징으로 하는 고품질의 광섬유용 프리폼 제조방법.