KR20040031167A - Apparatus for manufacturing optical fiber preform - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 변형된 화학 기상 방법(MCVD)에 의한 광섬유 모재의 제조 장치에관한 것으로서, 특히 증착용 튜브의 온도 조절 및 증착 효율을 향상시키기 위한 광섬유 모재의 제조 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for producing an optical fiber base material by a modified chemical vapor deposition method (MCVD), and more particularly, to an apparatus for manufacturing an optical fiber base material for improving temperature control and deposition efficiency of a deposition tube.
통상적으로, 광섬유는 광신호 전송 매체인 코아와 상기 코아의 외주면을 둘러싸고 있는 상이한 굴절률의 클래드로 구성된다. 상기 클래드의 굴절률이 상기 코아의 굴절률에 비하여 작으므로, 상기 코아면에 입사한 광신호는 상기 클래드면에 반사되어 진행하게 된다. 이러한, 광섬유는 정보의 전송량이 많고 손실이 적으며 잡음이 적은 것이 특징이다. 또한, 광섬유 한 가닥으로 전화 음성과 다수의 텔레비전 채널(channel)을 동시에 전송시킬 수도 있다.Typically, optical fibers consist of a core, which is an optical signal transmission medium, and a clad of different refractive index surrounding the outer circumferential surface of the core. Since the refractive index of the clad is smaller than the refractive index of the core, the optical signal incident on the core surface is reflected by the clad surface to proceed. The optical fiber is characterized by a large amount of information transmission, low loss, and low noise. It is also possible to transmit telephone voice and multiple television channels simultaneously with a single fiber.
상기 광섬유는 상술한 장점들로 인하여 널리 사용되고 있으며, 이러한 광섬유를 제조하기 위한 광섬유 모재의 제조 방법에는 MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition) 방법, VAD 방법, OVD 방법 등이 있다.The optical fiber is widely used due to the above-mentioned advantages, and the optical fiber base material manufacturing method for manufacturing the optical fiber includes a modified chemical vapor deposition (MCVD) method, a VAD method, an OVD method, and the like.
상기 광섬유 모재는 광섬유의 코아에 해당하는 1차 모재와, 상기 1차 모재의 외주면을 감싸고 있는 2차 모재로 구성된다. 상기 2차 모재는 솔-젤 공법 등의 방법으로 성형 가능하며, 상기 2차 모재는 실리카 튜브 또는 증착용 튜브(이하 증착용 튜브라고 칭한다.)라고 일컫기도 한다.The optical fiber base material is composed of a primary base material corresponding to the core of the optical fiber, and a secondary base material surrounding the outer circumferential surface of the primary base material. The secondary base material may be molded by a method such as a sol-gel method, and the secondary base material may be referred to as a silica tube or a deposition tube (hereinafter referred to as a deposition tube).
상기 증착용 튜브를 사용한 광섬유 모재를 제작하는 방법에는 상기 증착용 튜브의 중심에 1차 모재를 삽입하여 융착시키는 방법과, 상기 증착용 튜브에 원료 가스를 주입한 후 가열하여 상기 증착용 튜브의 내벽에 화합물을 적층하여 광섬유 모재를 제작하는 화학 기상 증착법 등이 있다.The method of manufacturing the optical fiber base material using the deposition tube includes a method of fusion by inserting a primary base material in the center of the deposition tube, and injecting a raw material gas into the deposition tube and heating the inner wall of the deposition tube. The chemical vapor deposition method etc. which produce an optical fiber base material by laminating | stacking a compound to this are mentioned.
도 1을 참조하면, 종래의 광섬유 모재 제조 장치는 증착용 튜브(100)를 고정시키기 위한 한 쌍의 척(110, 111)과, 상기 증착용 튜브(100)에 원료 가스를 공급하는 가스 인입구(120)와, 상기 증착용 튜브(100)를 가열하기 위한 열원(130), 상기 열원(130)이 이동 가능한 가이드 홈(미도시)과, 선반(140)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a conventional optical fiber base material manufacturing apparatus includes a pair of chucks 110 and 111 for fixing a deposition tube 100 and a gas inlet for supplying a source gas to the deposition tube 100. 120, a heat source 130 for heating the deposition tube 100, a guide groove (not shown) in which the heat source 130 is movable, and a shelf 140.
통상적으로, 상기 증착용 튜브(100)는 광섬유의 클래드를 형성하는 부분으로서, 솔-젤 공법 등에 의하여 성형 가능하며, 중심이 빈 관형태이다. 상기 척(110,111)은 상기 증착용 튜브(100)의 양끝단을 회전 가능하도록 고정시키며, 광섬유 모재 제작 과정중에 상기 증착용 튜브(100)를 잡아준다. 증착용 튜브(100)의 일측의 상기 가스 인입구(120)로는 원료 가스가 주입되고, 상기 가스 인입구(120)의 반대편 일측에 위치한 가스 배기구(121)를 통하여 증착후 발생하는 잔여 원료 가스는 외부로 배기된다. 상기 열원(130)은 상기 증착용 튜브(100)의 외주면을 2000˚C 정도로 가열한다. 상기 증착용 튜브(100)의 내부에 주입된 원료 가스는 상기 열원(130)에 의하여 형성된 고온 영역에서 화학 반응을 일으켜 상기 증착용 튜브(100)의 내벽에 증착되어진다.Typically, the deposition tube 100 is a portion for forming a clad of an optical fiber, which can be formed by a sol-gel method or the like, and has a hollow tube shape. The chucks 110 and 111 fix both ends of the deposition tube 100 to be rotatable, and hold the deposition tube 100 during an optical fiber base material fabrication process. Raw material gas is injected into the gas inlet 120 on one side of the deposition tube 100, and the remaining source gas generated after the deposition is discharged through the gas exhaust port 121 located on the opposite side of the gas inlet 120 to the outside. Exhausted. The heat source 130 heats the outer circumferential surface of the deposition tube 100 to about 2000 ° C. The source gas injected into the deposition tube 100 is chemically reacted at a high temperature region formed by the heat source 130 and is deposited on the inner wall of the deposition tube 100.
상술한 바와 같은 변형된 화학 증착법은 상기 열원에 의하여 고온 상태가 형성된 상기 증착용 튜브의 내부에 원료 가스를 주입하여 화학 반응을 촉진시킨다. 따라서, 상기 증착용 튜브의 내벽에는 반응물이 증착되게 된다. 상기 원료 가스는 광섬유 모재 제조 과정중에 지속적으로 주입되어야 하며, 상기 원료가스의 농도를 변화시켜, 상기 증착용 튜브의 내벽에 적층되는 각층의 굴절률을 조절하여 언덕형 굴절률 분포의 형성이 가능하다.In the modified chemical vapor deposition method as described above, a raw material gas is injected into the deposition tube in which the high temperature state is formed by the heat source to promote a chemical reaction. Therefore, the reactant is deposited on the inner wall of the deposition tube. The raw material gas must be continuously injected during the manufacturing process of the optical fiber base material, and by changing the concentration of the raw material gas, it is possible to form a hill-shaped refractive index distribution by adjusting the refractive index of each layer laminated on the inner wall of the deposition tube.
그러나, 증착용 튜브의 내부에 안정된 유량 제어를 위하여 지속적으로 증착용 가스를 주입하여야 한다. 즉, 광섬유 모재 제작에 소모되는 가스와, 공정 지연 시간의 손실이 크다. 따라서, 증착 효율이 저하되고 생산성이 낮아진다. 또한, 증착용 튜브의 온도 제어가 용이하지 않고, 증착용 튜브 내부에 증착되는 속도가 가변적이어서 코어의 굴절률 분포의 편차가 크게 발생하는 문제가 있다.However, the deposition gas must be continuously injected into the deposition tube for stable flow control. That is, the gas consumed to manufacture the optical fiber base material and the loss of the process delay time are large. Therefore, the deposition efficiency is lowered and the productivity is lowered. In addition, the temperature control of the deposition tube is not easy, and the deposition rate inside the deposition tube is variable, causing a large variation in the refractive index distribution of the core.
본 발명의 목적은 증착용 튜브 내부의 증착 효율을 증대시키고, 공정 및 원자재 손실이 적은 광섬유 모재 제조 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to increase the deposition efficiency inside the deposition tube, and to provide an optical fiber base material manufacturing apparatus with low process and raw material loss.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 변형된 화학 증착법에 의하여 광섬유 모재를 제조하는 장치는,In order to achieve the above object, an apparatus for manufacturing an optical fiber base material by a modified chemical vapor deposition method according to the present invention,
상기 증착용 튜브를 회전 가능하게 잡아주는 한쌍의 척과;A pair of chucks rotatably holding the deposition tube;
상기 증착용 튜브를 가열시키기 위한 제1 열원과;A first heat source for heating the deposition tube;
상기 증착용 튜브의 하부에 상기 증착용 튜브와 수평하게 배열되어, 상기 제1 열원이 상기 증착용 튜브를 따라 이동하면서 상기 튜브를 가열 가능하도록 하는 가이드 홈과;A guide groove arranged in a lower portion of the deposition tube in a horizontal direction with the deposition tube so as to heat the tube while the first heat source moves along the deposition tube;
상기 제1 열원이 상기 가이드 홈의 기설정된 지점에 도달하였을때, 상기 가스 인입구 측의 가이드 홈에 정렬되어 상기 증착용 튜브를 가열하는 제2 열원과;A second heat source arranged to align the guide groove on the gas inlet side to heat the deposition tube when the first heat source reaches a predetermined point of the guide groove;
상기 제1 열원이 상기 증착용 튜브의 가스 배기구에 도달했을때 상기 제1 열원을 상기 증착용 튜브의 가스 인입구측으로 이송시키고, 상기 제1 열원이 상기 가이드 홈의 기설정된 위치에 도달했을때 상기 제2 열원을 상기 가스 인입구 측의 가이드 홈으로 이송시키는 이송 홈과;The first heat source is transferred to the gas inlet side of the deposition tube when the first heat source reaches the gas exhaust port of the deposition tube, and when the first heat source reaches a predetermined position of the guide groove. A transfer groove for transferring a heat source to a guide groove on the gas inlet side;
상기 제1,2 열원의 일측에 상기 증착용 튜브의 과열을 방지하기 위하여 설치된 냉각기와;A cooler installed at one side of the first and second heat sources to prevent overheating of the deposition tube;
상기 제1 열원과 상기 제2 열원이 기설정된 간격 이격되어 상호 교대로 상기 증착용 튜브를 연속적으로 가열하도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.And a control unit configured to control the first heat source and the second heat source to continuously heat the deposition tube alternately at predetermined intervals.
도 1은 종래의 변형된 화학 기상 증착법에 의한 광섬유 모재 제조 장치를 나타내는 정면도,1 is a front view showing an optical fiber base material manufacturing apparatus by a conventional modified chemical vapor deposition method,
도 2는 본 발명의 변형된 화학 기상 증착법에 의한 광섬유 모재 제조 장치를 나타내는 정면도,2 is a front view showing an optical fiber base material manufacturing apparatus by the modified chemical vapor deposition method of the present invention,
도 3은 본 발명의 열원 각각이 상호 교대로 광섬유 모재를 가열하는 광섬유 모재 제조 장치를 나타내는 측면도,3 is a side view showing an optical fiber base material manufacturing apparatus in which each of the heat sources of the present invention alternately heats the optical fiber base material;
도 4는 본 발명의 광섬유 모재 제조 장치의 선반에 형성된 가이드 홈을 나타내는 평면도,Figure 4 is a plan view showing a guide groove formed in the shelf of the optical fiber base material manufacturing apparatus of the present invention,
도 5는 도 4에 개시된 가이드 홈이 형성된 선반의 일측 단면을 나타내는 단면도.Figure 5 is a cross-sectional view showing one side cross section of the shelf formed with the guide groove disclosed in FIG.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 광섬유 모재 제조 장치를 나타내는 도 2 내지 도 5를 참조하면, 광섬유 모재 제조 장치는 증착용 튜브(200)를 고정시키기 위한 한 쌍의 척(210,211)과, 상기 증착용 튜브(200)를 가열하기 위한 제1, 2 열원(230,240)과, 가이드 홈(300)과, 상기 제1, 2 열원(230,240)을 상호 교대로 이송시키기 위한 경로인 이송 홈(310)과, 상기 제1, 2 열원(230,240)의 이동을 제어하는 제어부(260)를 구비하여 이루어진다.2 to 5 illustrating the optical fiber base material manufacturing apparatus of the present invention, the optical fiber base material manufacturing apparatus includes a pair of chucks 210 and 211 for fixing the deposition tube 200 and the deposition tube 200. The first and second heat sources 230 and 240 for heating, the guide groove 300 and the transfer grooves 310 which are paths for alternately transferring the first and second heat sources 230 and 240, and the first and second. It is provided with a control unit 260 for controlling the movement of the heat source (230,240).
통상적으로, 상기 증착용 튜브(200)는 광섬유의 클래드를 형성하는 부분으로서, 실리카 재질 등이 사용 가능하다. 상기 증착용 튜브(200)는 광섬유 모재를 만드는 원료로서, 솔-젤 공법 등에 의하여 성형된, 실린더 형태이다. 상기 증착용 튜브(200)는 그 일측에 원료 가스를 주입시키기 위한 가스 인입구(220)와, 상기 가스 인입구(220)의 반대편에 원료 가스를 흘려 보내기 위한 가스 배기구(221)가 있다.Typically, the deposition tube 200 is a portion for forming a clad of the optical fiber, silica material or the like can be used. The deposition tube 200 is a raw material for making an optical fiber base material, and is formed in a cylindrical form, molded by a sol-gel method or the like. The deposition tube 200 has a gas inlet 220 for injecting the source gas to one side thereof, and a gas exhaust port 221 for flowing the source gas to the opposite side of the gas inlet 220.
상기 척(210,211)들은 상기 증착용 튜브(200)의 양끝단을 회전 가능하도록 고정시키며, 광섬유 모재 제작 과정중에 상기 증착용 튜브(200)를 잡아준다.The chucks 210 and 211 fix both ends of the deposition tube 200 to be rotatable, and hold the deposition tube 200 during an optical fiber base material fabrication process.
상기 제1 열원(230)은 회전 운전중인 상기 증착용 튜브(200)의 하부에서 직선 왕복 운동을 하며 상기 증착용 튜브(200)를 가열한다. 상기 제1 열원(230)은 상기 증착용 튜브(200)의 내부에 고온 상태를 형성한다. 또한, 상기 증착용 튜브(200)의 내부를 통과하는 원료 가스는 화학 반응을 일으켜, 그 반응물이 상기 증착용 튜브(200)의 내벽에 증착되어진다.The first heat source 230 performs a linear reciprocating motion at the lower portion of the deposition tube 200 during the rotation operation and heats the deposition tube 200. The first heat source 230 forms a high temperature state inside the deposition tube 200. In addition, the source gas passing through the inside of the deposition tube 200 causes a chemical reaction, and the reactant is deposited on the inner wall of the deposition tube 200.
상기 제2 열원(240)은 상기 제1 열원(230)과 마찬가지로, 상기 원료 가스가 화학 반응을 일으켜 반응물 형성이 가능하도록, 상기 증착용 튜브(200)를 가열하여 상기 증착용 튜브(200)의 내부에 고온 상태를 형성한다.Like the first heat source 230, the second heat source 240 heats the deposition tube 200 so that the source gas may cause a chemical reaction to form a reactant. It forms a high temperature state inside.
상기 가이드 홈(300)은 상기 제1, 2 열원(230,240)이 직선운동을 하기 위한 경로로서, 상기 증착용 튜브(200)의 하부에, 상기 증착용 튜브(200)와 수평하게 배열된다. 상기 이송 홈(310)은 상기 가이드 홈(300)의 양끝단을 연결하여 트랙 구조를 형성하며, 상기 제1,2 열원(230,240)을 상기 가이드 홈(300)으로 이송시키기 위하여 상기 가이드 홈(300)으로부터 연장된 홈이다.The guide groove 300 is a path for linear movement of the first and second heat sources 230 and 240, and is disposed below the deposition tube 200 and horizontally with the deposition tube 200. The transfer groove 310 connects both ends of the guide groove 300 to form a track structure, and the guide groove 300 to transfer the first and second heat sources 230 and 240 to the guide groove 300. ) Is a groove extending from).
상기 제1 열원(230)과, 제2 열원(240)의 동작은 상기 제1 열원(230)이 상기 가이드 홈(300)을 따라 상기 증착용 튜브(200)의 외주면을 가열하며, 상기 제1 열원(230)과 기설정된 간격으로 이격된 상기 제2 열원(240) 역시 상기 가이드 홈(300)을 따라 상기 증착용 튜브(200)의 외벽을 가열한다. 상기 제1 열원(230)이 상기 가이드 홈(300)의 끝단에 도달하게 되면, 상기 제1 열원(230)은 가열 동작을 중지하고, 상기 가이드 홈(300)으로부터 연장된 상기 이송 홈(310)을 따라서 상기 증착용 튜브(200)의 가스 인입구(220) 하부에 위치한 가이드 홈(300)으로 이송되게 된다. 이 경우에, 상기 제2 열원(240)은 상기 증착용 튜브(200)의 외주면을 가열하며, 상기 증착용 튜브(200)의 가스 배기구(221) 하부의 가이드 홈(300) 방향으로 진행하게 된다. 이어서, 상기 가스 배기구(220)의 하부 가이드 홈(300)으로 이송된 상기 제1 열원(230)은 상기 가스 배기구(220)방향으로 진행하며, 상기 증착용 튜브(200)의 외주면을 다시 가열한다.The operation of the first heat source 230 and the second heat source 240 causes the first heat source 230 to heat the outer circumferential surface of the deposition tube 200 along the guide groove 300 and the first heat source 230. The second heat source 240 spaced apart from the heat source 230 at a predetermined interval also heats the outer wall of the deposition tube 200 along the guide groove 300. When the first heat source 230 reaches the end of the guide groove 300, the first heat source 230 stops the heating operation, the transfer groove 310 extending from the guide groove 300 Accordingly, it is transferred to the guide groove 300 located below the gas inlet 220 of the deposition tube 200. In this case, the second heat source 240 heats the outer circumferential surface of the deposition tube 200 and proceeds toward the guide groove 300 below the gas exhaust port 221 of the deposition tube 200. . Subsequently, the first heat source 230 transferred to the lower guide groove 300 of the gas exhaust port 220 travels toward the gas exhaust port 220 and heats the outer circumferential surface of the deposition tube 200 again. .
상기 제어부(260)는 상기 제1 열원(230)과 상기 제2 열원(240)의 동작을 제어한다. 즉, 상기 제어부(260)는 상기 제1,2 열원(230,240)이 소정 간격 이격된 상태에서 상기 증착용 튜브(200)를 상호 교대로 지속적으로 가열하도록 이동을 제어하게 된다. 즉, 제1 열원(230)이 상기 가이드 홈(300)의 기설정된 위치에 도달하게 되면, 그 작동을 멈추고 다시 초기 정렬 위치로 이송되어지는 반면에 상기 제2 열원(240)은 상기 증착용 튜브(200)를 가열한다. 반대로, 상기 제2 열원(240)이 상기 가이드 홈(300)의 기설정된 위치에 도달하면, 그 동작을 멈추고 상기 가이드 홈(300)의 초기 정렬 위치로 이송되어진 후, 상기 증착용 튜브(200)를 재가열한다. 이와 같은 동작은 광섬유 모재의 제작 공정 내내 반복적으로 진행되어진다.The controller 260 controls the operations of the first heat source 230 and the second heat source 240. That is, the controller 260 controls the movement so that the first and second heat sources 230 and 240 are continuously heated alternately with each other in a state where the first and second heat sources 230 and 240 are spaced apart by a predetermined interval. That is, when the first heat source 230 reaches the predetermined position of the guide groove 300, the operation is stopped and transferred back to the initial alignment position, while the second heat source 240 is the deposition tube Heat 200. On the contrary, when the second heat source 240 reaches the predetermined position of the guide groove 300, the operation is stopped and transferred to the initial alignment position of the guide groove 300, and then the deposition tube 200 Reheat it. This operation is repeatedly performed throughout the fabrication process of the optical fiber base material.
상기 냉각기(231,241)는 상기 제1, 2 열원(230,240)의 일측에 위치하며, 상기 증착용 튜브(200)의 과도한 과열 상태를 방지한다.The coolers 231 and 241 are located at one side of the first and second heat sources 230 and 240, and prevent excessive overheating of the deposition tube 200.
본 발명은 MCVD 공법을 이용한 광섬유 모재 제조시, 증착용 튜브에 주입되는 원료 가스의 화학 반응을 보다더 활성화시켜서, 반응물의 생성 속도와 증착 속도가 향상되어 공정시간이 단축된다. 또한, 원료 가스의 화학 반응이 활성화되어 원료 가스의 소모량이 감소되며, 이는 생산성 향상과 원가가 절감되는 등의 이점이 있다. 본 발명은 광섬유의 지름 방향을 따라 굴절률이 변화하는 소정의 알파-프로파일을 갖는 언덕형 광섬유 모재의 제조에 있어서, 일정하게 온도 제어가 가능하여, 광섬유 모재의 길이 방향을 따라 불규칙적인 굴절률 분포를 방지한다. 즉, 원하는 알파-프로파일을 갖는 광섬유 모재의 제작이 용이하다.In the present invention, when the optical fiber base material is manufactured using the MCVD method, the chemical reaction of the raw material gas injected into the deposition tube is further activated, thereby increasing the production rate and deposition rate of the reactant, thereby shortening the process time. In addition, the chemical reaction of the raw material gas is activated to reduce the consumption of the raw material gas, which has advantages such as productivity improvement and cost reduction. According to the present invention, in the manufacture of a hill-shaped optical fiber base material having a predetermined alpha-profile in which the refractive index changes along the radial direction of the optical fiber, temperature can be controlled constantly, thereby preventing irregular refractive index distribution along the longitudinal direction of the optical fiber base material. do. That is, fabrication of an optical fiber base material having a desired alpha profile is easy.
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