KR20010092796A - 석영 유리 바디 및 석영 유리재 홀더 부재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

석영 유리 바디를 제조하기 위한 공지된 방법에서, 블랭크의 단부들 중 한 단부의 영역 내에 제공되는 석영 유리재의 홀더 부재를 갖는 본래 실린더형인 다공성 블랭크를 형성함으로써, 종축에 대해 회전하는 실린더형 심봉의 실린더 재킷 표면 상에, SiO₂파티클들을 증착한다. 이러한 기초 위에, 석영 유리 바디로부터 제조된 제품들의 특성의 재현성을 향상시키기 위해, 본 발명에 의해서, 준안정한 OH 농도가 30 중량ppm 이하인 홀더 부재가 사용되고, 홀더 부재에 대해 사전 열처리를 진행하는 것이 제안되었다. 다공성 석영 유리의 블랭크를 지지하기에 적합한 홀더 부재부재부재한 OH 농도가 30 중량ppm 이하인 석영 유리로 구성된다.

Description

석영 유리 바디 및 석영 유리재 홀더 부재의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A QUARTZ GLASS BODY AND HOLDING ELEMENT MADE OF QUARTZ GLASS}

이러한 종류의 방법 및 홀더 부재는 DE-A1 196 49 935 에 공지되어 있다. 여기서 상술된 방법에서는, 다공성 석영 유리재의 중공(hollow) 실린더 블랭크가,종축에 대해 회전하는 캐리어 튜브 상에 미세한 SiO₂파티클 층을 증착하는 소위 "OVD 방법" (Outside Vapor Deposition) 에 의해서 제조된다. 증착 공정 중에, 형성되고 있는 블랭크의 단부들 중 한 단부에 석영 유리재의 튜브형 홀더가 견고하게 삽입된다. 그 블랭크로부터 캐리어 튜브를 제거한 후에, 블랭크는 블랭크의 이후 공정 단계들, 예를 들어 아염소산 분위기 내에서의 탈수 처리를 위해 삽입된홀더 상에서 수직 방향으로 지지될 수 있다. 다공성 블랭크로부터 투명 석영 유리 프리폼 (preform) 이 소결된다. 유리화 동안, 홀더는 처음에는 프리폼 내에 남아있고, 그 다음에 프리폼과 관련된 부품과 함께 제거된다.

석영 유리 바디의 제조 방법은 DE 196 49 935 (A1) 에 공지되어 있으며, 여기서, SiO₂파티클들은 실리카를 함유한 출발 물질의 불꽃 가수분해에 의해 제조되고, 회전하는 심봉 상에 증착되어 다공성 블랭크 (수트 (soot) 바디) 가 형성된다. 블랭크의 단부들 중 한 단부의 영역 내에 석영 유리 튜브가 견고하게 삽입되고, 이 영역에서 블랭크의 밀도는 석영 유리의 이론 밀도의 60 % 이상이 되도록 조절된다. 프리폼과 홀더 (또는 튜브, 각각) 를 석영 유리로 제조하기 때문에, 유리화 동안 팽창율의 차이 및 그로 인한 문제들을 피할 수 있다. 그러나, 공지된 홀더를 적용하여 제조한 프리폼으로부터 다양한 광학적 특성을 갖는 광섬유들을 얻는다는 것도 부분적으로 개시하고 있다.

본 발명은 석영 유리 바디로부터 제조된 제품 특성의 재현성의 관점에서 공지된 발명을 향상시키고자 하는 과제에 기초하고 있다. 또한, 본 발명은 다공성 석영 유리의 블랭크를 지지하기에 적합한 홀더 부재를 규명하고자 하는 과제에 기초하고 있다.

본 발명은, 종축에 대해 회전하는 심봉의 실린더 재킷 상에 SiO₂파티클을 증착하여, 단부들 중 한 단부의 영역 상에 작용하는 석영 유리재의 홀더 부재와 연결된 실린더형 다공성 블랭크를 형성하고, 그 블랭크를 소결하는 석영 유리 바디의 제조 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 블랭크의 단부들 중 한 단부와 연결되어 다공성 석영 유리재의 실린더형 블랭크를 지지하는 석영 유리재의 홀더 부재에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 전방에 삽입된 홀더를 갖는 다공성 석영 유리로부터 블랭크를 형성함으로써 SiO₂를 증착하는 공정 단계를 나타낸다.

도 2는 도 1과 동일한 공정 단계이지만, 종래 기술에 따른 홀더를 사용하여, 프리폼 내에서, OH 농도가 증가된 블랭크의 영역이 표시되어 있다.

본 발명의 방법에 있어서, 이러한 과제를 준안정한 OH 농도가 30 중량ppm 이하인 홀더 부재를 채용하고 그 홀더 부재에 대해 사전 열처리를 행함으로써 앞서 언급한 방법에 기초한 본 발명에 따라서 해결한다.

상술한 광학적 특성의 다양성들은 블랭크가 하이드록실 그룹 농도 (이하, OH 농도라 함) 의 축방향 구배를 갖는다는 사실에 기인한 것이다. 공지된 방법에 의하면, OH 농도는 홀더 부재가 연결된 블랭크의 영역 -- 및 그로부터 제조된 석영 유리 바디 -- 에서 가장 크다.

이는 -- 제조 공정, 특히 고온에서의 공정 단계 동안 -- OH 그룹이 홀더 부재로부터 확산하고 블랭크 및 석영 유리 바디 쪽으로 배출되기 때문이다. 그러나, 놀랍게도 그러한 OH 그룹들의 방출이 석영 유리의 하이드록실 그룹과 정확히 상관관계가 있는 것은 아니다. 그것은 석영 유리 내의 하이드록실 그룹 농도가 화학적으로 고정된 OH 그룹 및 준안정한 OH 농도로 구성되고, 후자만 OH 그룹의 방출과 관련하여 문제가 될 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명에 의한 방법은, 준안정한 OH 농도가 30 중량ppm 이하라면, 높은 OH 농도를 가진 석영 유리의 홀더 부재를 사용하는 것을 허용한다.

가능한 한 가장 낮은 준안정한 OH 농도 (30 중량ppm 이하) 를 가진 홀더 부재가 사용된다는 사실로 인해, OH 그룹의 방출이 크게 방지되어 블랭크 및 그로부터 제조된 투명 석영 유리 바디 내에서 하이드록실 그룹들이 축방향으로 균일하게 분포하게 된다.

"준안정한 OH 농도"는 일반적으로 석영 유리의 온도 처리에 의해 제거될 수 있는 하이드록실 그룹 농도인 것으로 알려져 있다. 석영 유리로부터 준안정한 OH 그룹들을 분해시키는 것은 소정의 활성화 에너지를 필요로 한다. 그와는 무관하게, 석영 유리 컴포넌트로부터의 준안정한 OH 그룹들의 확산은 온도, 온도 처리 시간 및 확산 경로의 길이에 의해 결정된다. 더 큰 컴포넌트에 대해서는, 확산 경로가 더 길어질 것이다 (=자유 컴포넌트 표면까지 컴포넌트 내에서 한 점의 최대 거리). 본 발명의 사상 내에서, 하이드록실 그룹 농도는 5 mm 의 확산 경로에서 48 시간 이상 1040 ℃ 의 온도로 홀더 부재를 가열하여 제거하는 "준안정한 OH 농도"로서 정의된다.

낮은 준안정 OH 농도는, 이에 대응하는 낮은 OH 농도로 된 석영 유리의 홀더 부재를 사용함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 그러한 석영 유리는 보통 고가이며, 홀더 부재의 형성 동안 낮은 OH 농도를 유지하기 위해서는 특별한 조치들이 요구된다. 따라서, 본 발명에 따르면 특정한 응용 전에 홀더 부재에 대해 사전 열처리를 행하는 것이 제안된다. 여기서, 석영 유리의 준안정한 OH 농도가 감소될 것이다. 따라서, 홀더 부재의 제조를 위해, 초기에 높은 준안정한 OH 농도를 갖는 저가의 석영 유리를 사용할 수 있다. 우선, 높은 준안정 OH 농도를 갖는 석영 유리로 홀더 부재가 형성된다. 홀더 부재를 사용하기 전에, 사전 열처리에 의해 석영 유리의 높은 준안정한 OH 농도가 감소되고 본 발명에 따라 조절된다. 사전 열처리로 인해, 홀더 부재를 형성하는 동안 석영 유리의 OH 농도에 관하여 특별한 예방 조치가 필요없게 된다.

바람직하게는, 1 중량ppm 이하의 준안정한 OH 농도를 갖는 홀더 부재가 사용된다. 상기 정의를 고려하면, 이것은 (5 mm의 확산 경로로) 1040 ℃ 의 온도로 48 시간 이상 가열하여, 원래 OH 농도를 최대 1 중량% 정도 감소시킨 석영 유리 컴포넌트이다. 따라서, 준안정한 OH 그룹의 방출이 크게 방지되고, 블랭크 및 그로부터 제조된 투명 석영 유리 바디 내에서 하이드록실 그룹이 기본적으로 축방향으로 균일하게 분포하게 된다.

사전 열처리의 온도가 더 높아지고 처리 시간이 더 길어질수록, 전처리된 홀더 부재의 준안정한 OH 농도는 더 낮아지게 된다. 사전 열처리는 900 ℃ 이상의 온도로 홀더 부재를 가열하는 것을 포함하는 것이 성공적이다. 바람직하게는, 1000 ℃ 이상의 온도로 홀더 부재를 가열한다. 사전 열처리의 범위 내에서 가열 시간은 5시간 정도면 좋고, 바람직하게는 20 시간 이상으로 한다.

본 발명에 의한 방법은 형성되는 블랭크의 단부들 중 한 단부의 영역 내에 부분적으로 삽입된 실린더형의 홀더 부재를 사용할 때 특히 이점이 있다.

홀더 부재에 대해서, 상기한 특정 과제를 초기에 언급된 종류들의 홀더 부재, 즉 준안정한 OH 농도가 30 중량ppm 이하인 석영 유리로 구성된 홀더 부재로 출발하여 본 발명에 따라서 해결한다.

가능한 한 가장 낮은 준안정한 OH 농도를 갖는 석영 유리의 홀더 부재는 지지하고 있는 블랭크 또는 석영 유리 바디로 조금의 OH 그룹들도 배출하지 않으므로, 블랭크 및 그로부터 제조된 투명 석영 유리 바디 내에서 하이드록실 그룹이 기본적으로 축방향으로 균일하게 분포하게 될 것이다. 낮은 준안정 OH 농도는, 한편으로는 낮은 하이드록실 석영 유리에 의해; 다른 한편으로는 초기에는 더 높은 준안정 OH 농도를 가진 석영 유리를 적절히 사전 열처리함으로써 달성될 수 있다.

상술한 기술적 과제 및 그에 대한 정의의 측면에서 낮은 "준안정한 OH 농도"의 더 많은 이점 및 효과들에 관해서는, 본 발명에 따른 방법에 대한 상기한 설명을 참조한다.

블랭크 및 석영 유리 바디 내에서 가능한 한 가장 작은 OH 그룹들의 방출 및 가능한 한 가장 낮은 OH 농도의 축방향 구배의 측면에서, 홀더 부재는 준안정한 OH 농도가 1 중량ppm 이하인 석영 유리로 구성되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 본 발명에 의한 홀더 부재는 그 목적에 따라서 그것을 지지하기 위한 블랭크 내에 적어도 일부분이 삽입된 실린더형 영역을 특징으로 한다. 블랭크 내에 끼워진 실린더형 영역은 견고한 연결을 보장한다.

이하, 실시예 및 도면에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다.

실시예 1

도 1은 블랭크 (1) 의 전방 (3) 의 영역 내에 튜브형 홀더 (2) 형태인 홀더를 삽입하여, 다공성 석영 유리로부터 블랭크 (1) 를 제조한 것의 단면도이다. 약 80 mm 정도의 외경과 약 700 mm 정도의 길이를 갖는 블랭크 (1) 는 종축에 대해 회전하는 심봉 (4) 상에서 SiCl₄및 GeCl₄의 불꽃 가수분해에 의해 SiO₂파티클 층들을 증착함으로써 공지된 OVD 방법에 의해 제조된다. 블랭크 (1) 의 내부 영역은 이산화게르마늄으로 도핑된다. 증착 버너 (5) 는 층들 내에 SiO₂파티클들 (및 GeO₂파티클들) 을 증착하면서 블랭크 (1) 의 표면을 따라 전후로 이동하도록 제공된다. 증착 공정 동안, 홀더 (2) 는 블랭크 (1) 의 전단측 (3) 의 영역 내에 길이의 일부에 걸쳐 견고하게 삽입된다. 홀더(2)의 외경은 25 mm 이고 벽두께는 9 mm이다. 준안정 OH 그룹의 확산을 위한 확산 경로는 홀더 (2) 에 대해 4.5 mm 이다. 특히 안정하게 홀더 (2) 를 삽입시키는 것은 전단측 (3) 의 영역을 고온으로 조절하고 또한 그로 인해 더 높은 밀도로 조절하여 홀더 (2) 가 블랭크 (1) 와 함께 표면적으로 용융되도록 하기 위한 1 개의 별도의 버너 (7) 에 의해 달성된다.

이에 따라, 제조된 블랭크 (1) 의 무게는 2 kg 이상일 수 있다. 심봉 (4) 을 제거한 후, 블랭크 (1) 로부터 돌출된 홀더 (2) 의 부분에 의해 이후의 공정들을 위해 블랭크가 조정될 수 있다.

전기적으로 용융된 석영 유리가 홀더 (2) 를 제조하기 위해 사용된다. 이러한 석영 유리의 OH 농도는 약 80 중량ppm 이다. 48 시간 동안 1040 ℃의 온도로 열처리함으로써, OH 농도가 4.8 중량ppm으로 낮아진다. 이는 처리 전에는 홀더 (2) 의 준안정한 OH 농도가 약 75 중량ppm 이었음을 의미하는 것이다. 홀더의 적절한 응용에 의해, 그리고 상기 정의 (온도 = 1040 ℃, 처리 시간 = 48 h, 확산 경로 ＜ 5 mm) 에 따라서, 홀더 (2) 는 측정가능한 준안정한 OH 농도를 더이상 함유하지 않게 될 것이다.

증착 공정 이후, 블랭크는 세정되고, 900 ℃의 아염소산 분위기에서 건조되고, 이어서 약 1350 ℃의 온도에서 소결된다. 그에 따라 얻어지는 코어 로드 (core rod) 를 "재킷 튜브"로 피복함으로써 프리폼은 소위 단일모드 파이버들로 제조된다. 이러한 프리폼으로부터 인출된 파이버는 전체 길이에 걸쳐 균일한 광학적 특성을 나타낼 것이다. 특히, 광학적 감쇠는 1385 nm 의 파장 (OH 흡수 대역의 영역 내) 에서 0.7 dB/km 이하이다.

비교예 1

비교예에서, 블랭크 (1) 의 제조는, 홀더 (12, 도 2 참조) 가 사용되기 전에 열처리되지 않는 것만 제외하면, 실시예 1에서 상술한 바와 같이 진행되었다. 홀더 (12) 의 OH 농도는 55 중량ppm 이었다. 홀더 (12)를 사용하여 제조된 프리폼으로부터, 또한 단일모드 광파이버가 인출되었다. 그것의 광학적 감쇠는 불균일하였다. 광학적 감쇠는 1385 nm의 파장에서 0.6 dB/km 및 원래 홀더 (12) 와 근접했던 프리폼 영역에서 나타나는 최대 감쇠값인 7 dB/km 사이의 범위였다. 사용 후 홀더 (12) 의 OH 농도 측정 결과는 5.6 중량ppm 이었다. 이는약 50 중량ppm 이었던 "준안정한 OH 그룹들"이 제조 공정 동안 홀더 (12) 로부터 방출되고 블랭크 (1) 및 프리폼 내에서 분해된 결과이며, 그에 따라 1385 nm 에서 상술한 높은 감쇠값을 나타낸 것이다.

도 2에서, 빗금친 영역 (8) 은 종래 기술에 따른 방법으로 블랭크를 소결한 후 통상 발견되는 증가된 OH 농도의 영역을 나타낸다. 증가된 OH 농도는 증착공정 동안 홀더 (12) 로부터 방출된 블랭크 (1) 내의 OH 그룹들의 분포를 반영한다. 이러한 방출된 OH 그룹들은 홀더 (12) 를 둘러싸는 다공성 석영 유리 내로 확산하고, 이에 따라 이후 프리폼 및 프리폼으로부터 인출되는 광섬유 내에서 축방향 OH 구배를 생성한다. 특히, 약 900 ℃ 에서의 염소화 및 약 1350 ℃ 에서의 소결과 같은 고온에서 진행되는 처리 단계들이 결정적으로 중요하다. 높은 소결 온도로 인해, 특히 준안정한 OH 그룹들은 일반적으로 반응에 사용할 수 있는 염소가 전혀 존재하지 않거나 거의 존재하지 않는 곳으로 소결 공정 동안 방출된다.

Claims (10)

1. 종축에 대해 회전하는 실린더형 심봉의 실린더 재킷 표면 상에 SiO₂를 증착하여 단부들 중 한 단부의 영역 내에 제공하는 1 개의 석영 유리재 홀더 부재와 연결된 실린더형의 다공성 블랭크를 형성하고, 블랭크를 소결하는 석영 유리 바디의 제조 방법으로서,

   준안정한 OH 농도가 30 중량ppm 이하인 홀더 부재를 사용하고, 그 홀더 부재를 사전 열처리하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 바디의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   준안정한 OH 농도가 1 중량ppm 이하인 홀더 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 바디의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 사전 열처리는 900 ℃ 이상의 온도에서 상기 홀더 부재를 가열하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 바디의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 홀더 부재는 1000 ℃ 이상의 온도에서 가열하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 바디의 제조 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 열처리는 5 시간 이상 동안 상기 홀더 부재를 가열하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 바디의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 홀더 부재의 가열은 20 시간 이상 진행하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 바디의 제조 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   실린더형의 홀더 부재는, 형성되는 상기 블랭크의 단부들 중 한 단부의 영역 내에 부분적으로 삽입되어 사용되는 것을 특징으로 하는 석영 유리 바디의 제조 방법.
8. 다공성 석영 유리재의 실린더형 블랭크를 지지하기 위해 상기 블랭크의 단부들 중 한 단부와 연결된 다공성 석영 유리재 홀더 부재로서,

   준안정한 OH 농도가 30 중량ppm 이하인 석영 유리로 구성된 것을 특징으로 하는 홀더 부재.
9. 제 8 항에 있어서,

   준안정한 OH 농도가 1 중량ppm 이하인 것을 특징으로 하는 홀더 부재.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 블랭크를 지지하기 위해 상기 블랭크 내부에 적어도 부분적으로 삽입된 실린더형 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 홀더 부재.