KR20010063194A - 광섬유 모재의 제조방법 - Google Patents

광섬유 모재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학기상증착법을 이용하여 석영관으로부터 광섬유 모재를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서,
석영관 내부로 유입되는 원료가스를 상기 석영관의 외부로부터 가열하여 클래드층과 코어층을 형성하는 증착과정과,
상기 증착된 코어층상에 높은 굴절률을 가지는 소정의 증착층을 추가적으로 형성하는 추가증착과정과,
상기 추가증착과정후, 상기 클래드층과 코어층 및 추가된 증착층이 형성된 석영관을 연화점 이상으로 가열하여 적정 내경을 가지는 모재봉을 형성하는 응축과정과,
상기 응축과정후, 상기 추가증착증의 일부를 프레온 계열의 화합물을 사용하여 식각하며 동시에 내경을 완전히 없에는 에칭-클로즈 과정으로 구성되어 에칭-클로즈과정시 추가증착층의 수축효과에 의한 공정속도를 향상시킬 수 있다.

Description

광섬유 모재의 제조방법{METHOD FOR FABRICATING AN OPTICAL FIBER PREFORM}
본 발명은 광통신 시스템에서 사용되는 광섬유의 모재 제조방법에 관한 것으로서, 특히 공정시간을 효율적으로 단축하여 생산성을 증대시킬 수 있는 광섬유 모재의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 광 전송 시스템(Optical Transmission System)은 굴절률이 다른 코어(Core)와 클래드(Clad)층으로 구성되는 글래스 재질의 광섬유(Optical Fiber)를 사용하고 있다. 또한, 점차 저손실 고강도의 광섬유를 생산하기 위한 노력을 경주하고 있으며, 특히 광섬유를 인출하기 위한 광섬유 모재(Optical Fiber Preform)를 제조하는 방법의 개발에 우선적인 역점을 두고 있는 실정이다.
상기 광섬유 모재를 제조하기 위한 방법으로는 주로 수정된 화학기상증착법 즉, MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition)법을 사용하고 있다. 이는 석영관내에 화학조성물을 가스의 형태로 주입하고, 상기 석영관의 외부를 균일하게 가열하므로써, 내부에 일정 증착층이 생기도록 하여 제조하는 방법이다.
도 1은 일반적인 MCVD 공정에 사용되는 광섬유 모재 제조장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 종래 기술의 일실시예에 따른 광섬유 모재의 제조공정을 도시한 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 일반적으로 MCVD법은 석영관 내부에 원료가스를 주입한후 내부면상에 고온의 열을 가하여 증착시키는 증착(Deposition)과정(100)과, 상기 증착된 증착층을 갖는 석영관(Quartz Reaction Tube)을 일정 연화점 이상으로 가열하여 응축시키므로써 모재봉을 형성하는 응축(Collapsing)과정(200)과, 상기 응축과정중 코어 중심부에서 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 부분을 제거하기 위한 에칭(Etching)과정(300) 및 클로즈(Close)과정(400)으로 구성된다.
상기 증착과정(100)에서 저장부(36)상에 저장된 원료가스(Reactant Gas)로 실리콘 테트라 클로라이드(SiCl4), 저마늄 테트라 클로라이드(GeCl4)등을 산소(O2)와 함께 혼합하여 상기 석영관(32)내로 주입하게 된다. 이때, 상기 석영관(32)은 소정의 선반(Lathe)(31)상에 자체 회전하도록 설치되며, 상기 석영관(32)의 일단에 가스 주입 파이프(33)등을 이용하여 상기 원료가스를 주입하게 된다. 또한, 상기 주입되는 기체 상태의 원료가스를 상기 석영관(32)의 내주면상에 증착(Deposition)시키기 위하여 버너(Burner)와 같은 가열장치(34)를 사용하여 고온으로 가열하여 되며, 상기 석영관(32)내로의 원료가스의 균일한 증착을 위하여 상기 자체 회전하고 있는 석영관(32) 외부에서 상기 가열장치(34)는 길이 방향으로 수평 왕복운동(Reciprocating Movement)을 하게된다. 이때, 상기 가열장치(34)는 소정의 온도조절부(35)를 구비하고 있으며, 각 공정에 맞는 적절한 온도를 배분하는 역할을 하게 된다.
상기 반복적인 증착과정(100)에 의하여 클래드층과 코어층이 형성되며, 주입되는 가스의 농도(Concentration)에 따라 굴절률(Refractive Index)을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, SiCl4는 SiO2를 얻기 위해서 사용되며, GeCl4는 굴절률을 조절하는데 이용되는 GeO2를 얻기위해서 사용된다. 또한, 혼입되는 산소(O2)는 상기 원료가스의 유입량을 조절하는데 사용된다.
그후, 상기 석영관(32) 내부에 충분한 증착층이 형성되면, 모재봉(Preform Rod)을 형성하기 위한 응축과정(Collapsing)(200)과 클로즈 과정(400)을 거친다. 일반적으로, 상기 응축과정(200)은 산소/수소 버너를 사용하여 증착층이 형성된 석영관(32)을 연화점 이상으로 고온을 가함과 동시에 불꽃압력으로 클로즈 과정(400)을 진행하게 된다.
이때, 상기 응축과정(200)중에 에칭(Etching)과정(300)이 수행된다. 일반적으로 응축과정중에는 석영관(32)의 연화점 이상으로 높은 버너 불꽃을 사용하게 되는데, 이때, 코어층의 중심부상에 증착된 산화물중 일부가 휘발되면서 굴절률이 낮아지는 상태가 된다. 이를 센터딥(Center Dip) 현상이라 하며, 상기 에칭과정(300)은 이와 같은 낮은 굴절률을 갖는 부분을 식각시키기 위하여 프레온(CF4)등의 화학가스를 흘려주는 과정을 거치는 것이다. 그후, 서서히 클로즈 과정(400)을 거치면서 광섬유모재를 형성하게 된다. 상기 클로즈 과정(400)중에 모재내의 수분 및 OH기를 제거하기 위하여 염소(Cl2)를 공급하게 된다.
그러나 응축과 클로즈 과정에서 내경을 완전히 줄이기 위해 여러 시간이 소요되며 전체 공정에서 많은 부분을 차지하게 되어 생산성이 낮아지는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 전체적인 제조공정 속도를 향상시킬 수 있는 광섬유 모재의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전체과정중 절반을 차지하는 응축과정과 클로즈 과정을 단축시킬 수 있는 광섬유 모재의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 MCVD법을 이용하여 석영관으로부터 광섬유 모재를 제조하기 위한 방법에 있어서,
석영관 내부로 유입되는 원료가스를 상기 석영관의 외부로부터 가열하여 클래드층과 코어층을 형성하는 증착과정과,
상기 증착된 코어층상에 소정의 증착층을 추가적으로 형성하는 추가증착과정과,
상기 추가증착과정후, 상기 클래드층과 코어층 및 추가된 증착층이 형성된 석영관을 연화점 이상으로 가열하여 적정 내경을 갖는 모재봉을 형성하는 응축과정과,
상기 응축과정후, 상기 추가증착층의 일부를 프레온 계열의 화합물을 사용하여 식각하며 동시에 내경을 완전히 없에는 에칭-클로즈 과정을 포함함을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 MCVD 공정에 사용되는 광섬유 모재 제조장치를 도시한 구성도.
도 2는 종래 기술의 일실시예에 따른 광섬유 모재의 제조공정을 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광섬유 모재의 제조공정을 도시한 흐름도.
도 4a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 증착과정을 도시한 석영관의 부분단면도.
도 4b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 증착과정이 완료된후 추가증착과정을 도시한 석영관의 부분단면도.
도 5은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 추가증착이 완료된 석영관의 횡단면도.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
1: 석영관 2: 원료가스
3: 클래드층 4: 코어층
5: 추가증착층
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 예를 들어, 본원 발명의 종래기술에서 언급하고 있는 MCVD법의 상세한 설명은 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명은 증착과정중 코어층상에 상대적으로 높은 굴절률을 갖도록 추가로 증착된 추가증착층을 형성하고, 추가증착층의 일부를 프레온 계열의 화합물을 사용하여 식각하며 동시에 내경을 완전히 없에는 에칭-클로즈 과정으로 구성되어, 에칭-클로즈 과정시 추가증착층의 수축효과에 의한 공정속도를 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광섬유 모재의 제조공정을 도시한 흐름도이다. 도 4a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 증착과정을 도시한 석영관의 부분단면도이고, 도 4b는 증착과정이 완료된후 추가증착과정을 도시한 석영관의 부분단면도이다. 도 5은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 추가증착이 완료된 석영관의 횡단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 보면, 본 발명에 의한 광섬유 모재의 제조과정은 증착(Deposite)과정(10), 추가증착과정(20), 응축(Collapse)과정(30), 에칭과정(Etching)(40) 및 클로즈(Close)(50)과정으로 구성된다.
상기 증착과정(10)은 도 4a에 도시한 바와 같이, 자체 회전하는 석영관(Quartz Reaction Tube)(1)의 내부에 SiCl4, GeCl4와 O2를 혼합한원료가스(Reactant Gas)(2)를 주입한후, 상기 석영관(1)의 길이 방향으로 왕복 선회운동을 하는 소정의 가열장치(예를 들어 버너등)(34)를 사용하여 가열을 하게 되면, 상기 석영관(1)의 내부에는 산화반응에 의해 소정의 증착층이 형성된다. 상기 증착층은 상기 석영관(1)의 굴절률과 상응한 클래드층(3)과, 상기 클래드층(3)보다 상대적으로 굴절률(Refractive Index)이 높은 코어층(4)으로 형성된다.
상기 추가 증착과정(20)은 도 4b 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 클래드층(3)과 코어층(4)이 형성된 증착층상에 상기 코어층(4)보다 상대적으로 높은 굴절률을 갖도록 추가로 증착층(5)을 형성한다. 따라서, 상기 추가 증착층(5)은 상기 코어층(4)보다 상대적으로 낮는 점도(Viscosity)를 갖게된다. 또한, 상기 증착층(5)은 2~3Pass정도로 형성하게 된다.
그후, 상기 3개의 증착층(3, 4, 5)으로 형성된 석영관(1)을 연화점이상으로 가열하여 모재봉을 형성하는 응축과정(30)을 거친다. 그후, 상기 코어층(4)보다 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 추가증착층(5)을 일부 식각하기 위한 에칭과정(40)과 동시에 모재봉을 마감하는 클로즈과정(50)을 거치게 된다. 상기 에칭과정(40)에서는 프레온(CF4)등을 사용할 수 있다.
이때, 상기 에칭과정(40)후, 일부 남아있던 높은 굴절률을 가지는 추가증착층(5)은 클로즈 과정(50)시, 센터딥 효과(Center Dip Effect)로 인하여 가열장치의 고온의 불꽃에 의하여 소멸되면서 상기 코어층(4)의 원래의 굴절률과 같거나 낮은 굴절률을 가지면서 광섬유 모재가 형성되는 것이다. 또한, 상기 추가증착층(5)은코어층(4)보다 상대적으로 높은 굴절률을 가지기 때문에 빠른 공정속도로 응축과정과 클로즈 과정(50)을 수행할 수 있게된다.
따라서, 작업자는 상기 추가로 증착되는 추가증착층(5)의 두께를 조절하거나, 식각을 위한 화학가스의 유입량을 조절하면서 공정속도를 증가시킬 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 모재의 제조방법은 추가로 증착되는 일정 두께의 높은 굴절률을 가지는 증착층을 형성하므로써 에칭-클로즈 과정시 추가증착층의 수축효과에 의한 공정속도를 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 화학기상증착법을 이용하여 석영관으로부터 광섬유 모재를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    석영관 내부로 유입되는 원료가스를 상기 석영관의 외부로부터 가열하여 클래드층과 코어층을 형성하는 증착과정과;
    상기 증착된 코어층상에 소정의 두께를 갖는 증착층을 추가적으로 형성하는 추가증착과정과;
    상기 추가증착과정후, 상기 클래드층과 코어층 및 추가된 증착층이 형성된 석영관을 연화점 이상으로 가열하여 모재봉을 형성하는 응축과정과;
    상기 응축과정후, 상기 추가증착증의 일부를 소정의 식각용 화학가스를 사용하여 식각함과 동시에 응축과정을 마무리하는 에칭과정 및 클로즈과정을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어층상에 추가적으로 증착되는 증착층은 상기 코어층보다 상대적으로 높은 굴절률을 갖도록 형성함을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각을 위해 F를 포함하는 화학가스를 사용함을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각을 위한 화학가스의 유입량에 의한 상기 추가로 증착되는 증착층의 두께를 조절함에 따라 공정속도를 조절함을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
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