KR20030070223A - 광섬유 모재 제조장치 - Google Patents

Abstract

석영관의 입구 단부에 형성되는 테이퍼부를 효과적으로 감소시킬 수 있는 광섬유 모재 제조장치에 관한 것으로, 본 발명의 장치는, 회전하는 석영관의 길이 방향을 따라 진행하면서 상기 석영관을 가열하는 토치를 구비하며, 증착 공정, 콜랩스 공정 및 클로징 공정(또는 씰링 공정)을 순차적으로 실시하여 광섬유 모재를 제조하는 광섬유 모재 제조장치에 있어서, 상기 토치는 화염 분출구가 상기 진행 방향 또는 이 방향의 반대 방향을 향하도록 경사지게 설치된 상태에서 상기 석영관을 향해 화염을 토출한다.

Description

광섬유 모재 제조장치{APPARATUS FOR FABRICATING AN OPTICAL FIBER PREFORM}

본 발명은 광섬유 모재 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석영관의 단부에 형성되는 입구 테이퍼부를 효과적으로 감소시킬 수 있는 광섬유 모재 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광통신은 광섬유를 통해 빛을 전송하여 정보를 교환하는 것으로, 현재의 동축 케이블에 의한 전기 통신에 비해 수만배의 정보를 전송할 수 있으며, 외부로부터의 전파 및 자기장의 영향을 전혀 받지 않아 정보의 전송 상태가 양호하므로 현재 통신분야에서 많이 활용되고 있고, 그 사용 범위는 점차 타분야로 확대되고 있는 추세이다.

전술한 광통신에 사용되는 광섬유는 통상적으로 프리폼 즉, 모재를 제작하여 그 모재로부터 가는 직경을 갖는 광섬유를 인발하고, 인발한 광섬유를 코팅(coating) 및 칼라링(coloring)하여 최종 제품을 완성하게 된다.

여기에서, 상기 모재를 제작하기 위한 공정은 OVD(Outside Vapor Deposition) 공법과 VAD(Vapor Axial Deposition) 공법 및 MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition) 공법으로 구분할 수 있는데, 상기 OVD 공법은 타겟 로드(target rod)에 화염을 분사하여 가열함과 동시에 화학 물질을 공급하여 열영동 현상(thermophoresis)에 의해 화학 물질을 타겟 로드의 표면에 증착시키는 공정을 말하고, VAD 공법은 회전하는 시드 로드(seed rod) 일단의 축방향으로 특수하게 제작된 버너로부터 공간적으로 형성된 수트(soot)를 열영동 현상을 이용하여 부착시키는 공정을 말한다.

그리고, 상기 MCVD 공법은 도 1에 도시한 모재 제조장치에 의해 행해지는 것으로, 수평 선반(100)의 양단에 장착된 2개의 척(102)에 석영관(104)을 고정하고, 화살표(106) 방향으로 석영관(104)을 회전시킴과 동시에 토치(108)를 직립 상태에서 화살표(110) 방향으로 이동시키면서 석영관(104)을 가열하며, 이때, 화살표(112) 방향을 따라 석영관(104)의 내부로 화학 물질들을 주입하여 반응 영역을 거치면서 형성된 화학 물질 입자를 열영동 현상에 의해 석영관(104)의 내부에 증착시킨다. 이어서, 증착 공정 후에 석영관 내부 공간(hole)을 축소하는 콜랩스 공정(collapsing)과 상기 석영관 내부 공간을 완전히 제거하는 클로우징(closing) 공정 또는 씰링(sealing) 공정을 진행하여 하나의 광섬유 모재(preform)를 제작하게 된다.

그런데, 상기한 구성의 모재 제조장치는 다음과 같은 문제점을 갖는바, 종래 제조장치의 문제점을 도 2를 참조로 하여 설명한다.

도 2는 석영관 내의 온도장 변화에 따른 화학 물질 입자의 궤적을 나타내는 종래의 그래프를 도시한 것으로, 가로축은 석영관(104)의 길이를 나타내며, 세로축은 석영관(104) 중심축에서의 상대 반경을 나타낸다.

그리고, 증착 영역(deposition zone)은 열영동 현상에 의해 화학 물질 입자가 증착되는 영역을, 반응 영역(reaction region)은 화학 물질 입자가 열에 의해 반응하는 영역을, 그리고, 화염 영역은 토치의 화염에 의해 석영관이 가열되는 영역을 나타내며, 접화점은 토치에서 생성된 화염의 중심이 석영관의 외면과 접촉하는 지점을 말한다. 이때, 종래의 모재 제조장치는 토치가 석영관에 수직으로 설치되어 있으므로, 접화점은 화염 영역의 중심부에 위치하게 된다.

그런데, 상기 증착 영역의 길이는 통상 접화점에서의 석영관 내부 온도와 토치 진행 방향으로 접화점 전방에서의 온도차(온도 구배)가 작을수록 증가되는바, 상기 증착 영역의 길이가 길어질수록 석영관(104)의 입구 단부에서 발생되는 테이퍼부가 길어지게 된다. 이러한 입구 테이퍼부는 화학 물질 입자가 균일한 두께로증착되지 못한 부분으로서 대략 초기 증착 영역과 유사한 길이만큼 형성되며, 광섬유 모재의 제조 완료후 제거해야 한다. 따라서, 입구 테이퍼부의 제거로 인한 재료 손실이 발생하여 비용 증가와 수율 감소로 심각한 생산성 저하의 요인이 된다.

그러나, 종래의 모재 제조장치는 도 1에 도시한 바와 같이 토치(108)가 석영관(104)과 수직을 이루면서 직립 상태로 설치되어 있으므로, 토치(108)에서 생성된 화염이 토치(108)의 화염 분출구를 중심으로 방사상으로 퍼지게 되고, 이로 인해 토치 진행 방향으로 석영관의 전방 지점까지 가열된다. 따라서, 상기한 온도 구배가 감소되고, 이로 인해 증착 영역의 길이를 단축하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있다.

따라서, 종래에는 토치 진행 방향으로 석영관의 전방 지점에 냉각용 에어나 불활성 기체를 사용한 커튼을 형성하거나, 석영관 입구 부분의 증착시 다른 부분보다 더 많은 양의 화학 물질을 공급하는 한편 토치의 화염 온도를 조절하는 방법을 사용하여 입구 테이퍼부를 감소시키고자 하였으나, 전자의 방법은 장치비가 증가되는 문제점이 있고, 후자의 방법은 광섬유 모재의 굴절률을 균일하게 제조하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 석영관의 단부에 형성되는 입구 테이퍼부를 효과적으로 감소시킬 수 있는 광섬유 모재 제조장치를 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 광섬유 모재 제조장치의 개략 구성도.

도 2는 석영관 내의 온도장 변화에 따른 화학 물질 입자의 궤적을 나타내는 종래의 그래프.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 광섬유 모재 제조장치의 개략 구성도로서,

도 3은 증착 공정시의 작동 상태도.

도 4는 콜랩스 공정 및 클로징 공정시의 작동 상태도.

도 5는 석영관 내의 온도장 변화에 따른 화학 물질 입자의 궤적을 나타내는 본 발명의 그래프.

상기한 본 발명의 목적은,

회전하는 석영관의 길이 방향을 따라 진행하면서 상기 석영관을 가열하는 토치를 구비하는 광섬유 모재 제조장치에 있어서,

상기 토치는 화염 분출구가 토치의 진행 방향 또는 반대 방향을 향하도록 경사지게 설치된 상태에서 상기 석영관을 향해 화염을 토출하는 광섬유 모재 제조장치에 의해 달성된다.

본 발명을 실시함에 있어서, 상기 토치는 진행 방향 또는 반대 방향으로 10∼60°의 범위 내에서 경사지게 설치하는데, 증착 공정에서는 입구 테이퍼부의 감소를 위해 진행 방향의 반대 방향으로 경사지게 설치하는 반면에, 콜랩스 공정과 클로징 공정에서는 예열을 위해 진행 방향으로 경사지게 설치하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 모재 제조장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 모재 제조장치의 개략적인 구성도를 도시한 것으로, 도 3은 증착 공정시의 구성도이고, 도 4는 콜랩스 및 클로징 공정시의 구성도이다.

본 발명의 모재 제조장치는 석영관(12)의 단부를 고정한 상태에서 이 석영관(12)을 고정 지지 및 회전시키는 2개의 척(14)과, 척(14)이 설치되는 수평 선반(16)과, 석영관(12)의 길이 방향으로 좌우 이동하면서 석영관(12)을 가열하는 토치(20)를 포함한다.

이러한 구성의 광섬유 모재 제조장치에 있어서, 본 발명의 토치(20)는 화염분출구(20')가 토치 진행 방향 또는 반대 방향을 향하도록 경사지게 설치되는 것을 특징으로 한다.

이를 상술하면, 위에서 언급한 바와 같이 광섬유 모재의 입구 단부에서 발생되는 테이퍼부는 증착 영역(deposition zone)이 짧을수록，즉 접화점(토치에서 생성된 화염의 중심이 석영관의 외면과 접촉하는 지점을 말한다)에서의 내부 온도와 토치 진행 방향으로 접화점 전방에서의 온도차(온도 구배)가 클수록 감소된다. 따라서, 증착 공정에서 온도 구배를 크게 하여 입구 테이퍼부를 감소시키기 위해 상기 토치(20)는 도 3에 도시한 공정 진행 방향(화살표 18)의 반대 방향으로 일정 각도(θ: θ=10∼60°)로 경사지게 설치된다.

여기에서, 증착 공정의 공정 진행 방향(화살표 18)은 통상 화학 물질이 주입되는 석영관(12)의 입구단부쪽으로부터 반대쪽을 향하도록 설정된다.

도 5는 토치를 경사지게 설치한 상태에서 측정한 석영관 내의 온도장 변화에 따른 화학 물질 입자의 궤적을 나타내는 본 발명의 그래프를 도시한 것으로, 이를 참조하면 본 발명의 모재 제조장치는 토치(20)가 공정 진행 방향(18)의 반대쪽으로 경사지게 설치되어 있어 화염의 방향이 공정 진행 방향(18)의 반대쪽으로 향하게 됨으로 접화점은 화염 영역과 증착 영역의 경계 부분에 인접한 위치에 위치되며, 공정 진행 방향(19)으로 퍼지는 화염이 줄어 접화점과 증착 영역의 온도차(온도 구배)가 증가된다. 따라서, 증착 영역(deposition zone)이 도 2의 종래에 비해 단축되므로, 냉각용 에어 커튼을 형성하거나, 또는 화학 물질의 공급량 및 토치의 화염 온도를 조절하지 않으면서도 입구 테이퍼부를 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다.

증착 공정이 완료되면, 이후 콜랩스(collapse) 공정과 클로징(closing) 공정 또는 씰링(sealing) 공정을 실시하는데, 상기 콜랩스 및 클로징 공정시에는 도 4에 도시한 바와 같이 토치(20)의 화염 분출구(20')가 공정 진행 방향(화살표 18')을 향하도록 경사지게 설치한 상태에서 토치(20)를 상기 공정 진행 방향(화살표 18')으로 이동시켜 화염 영역이 공정 진행 방향(18') 쪽으로 퍼지도록 하여 석영관(12)을 예열함으로써 콜랩스 공정과 클로징 공정이 효과적으로 이루어지도록 한다.

여기에서, 상기 클로징 공정은 화학 물질이 주입되는 석영관의 입구단부 반대쪽으로부터 입구단부쪽을 향해, 즉 증착 공정의 공정 진행 방향과 반대 방향으로 공정이 진행되며, 콜랩스 공정은 위에서 설명한 바와 같이 클로징 공정과 동일한 공정 진행 방향(18')을 따라 이루어질 수도 있고, 증착 공정과 동일한 공정 진행 방향(18)을 따라 이루어질 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 석영관에 화염을 분사하는 토치를 토치 진행 방향의 반대 방향(증착 공정) 및 토치 진행 방향(콜랩스 공정과 클로징 공정)으로 경사지게 설치한 상태에서 상기 공정들을 실시함으로써 상기 공정들을 효과적으로 실시할 수 있으며, 특히 재료 손실을 발생하는 입구 테이퍼부를 효과적으로 감소시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 회전하는 석영관의 길이 방향을 따라 진행하면서 상기 석영관을 가열하는 토치를 구비하며, 증착 공정, 콜랩스 공정 및 클로징 공정을 순차적으로 실시하여 광섬유 모재를 제조하는 광섬유 모재 제조장치에 있어서,

   상기 토치는 화염 분출구가 토치의 진행 방향 또는 반대 방향을 향하도록 경사지게 설치된 상태에서 상기 석영관을 향해 화염을 토출하는 광섬유 모재 제조장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 토치는 상기 석영관과 직각인 상태를 0°라 할 때, 진행 방향 또는 반대 방향으로 10∼60°의 범위 내에서 경사지게 설치되는 광섬유 모재 제조장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 증착 공정에서는 상기 토치의 화염 분출구가 토치 진행 방향의 반대 방향을 향하도록 경사지게 설치되는 광섬유 모재 제조장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 콜랩스 공정 및 클로징 공정에서는 상기 토치의 화염 분출구가 토치 진행 방향을 향하도록 경사지게 설치되는 광섬유 모재 제조장치.