KR20040040741A - Method And Apparatus For Removing OH When Making Optical Fiber Preform - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is a dehydration method which is suitably applied to a preparation process of an optical fiber preform with improved dehydration efficiency, by converting dehydration gas in a molecular form to an atomic or ionic form with using a photon as an energy source for the dehydration process in a molecular scale. The method can be used in an extended bandwidth by 100nm or more and draw optical fiber which can be used in the range of 1280-1620nm wavelength. CONSTITUTION: The dehydration method in which the dehydration gas including chloride gas is used for removing moisture or a hydroxide group during the preparation of an optical fiber preform, by using chloride gas as a reactant, which has been converted from a molecular form to an atomic or ionic form by irradiation of light in a certain band to the dehydration gas, or removes impurities containing hydrogen by chemical reaction. The method of producing an optical fiber preform by using modified chemical vapor deposition comprises: a sooting process in which silica soot(12) is generated by heating a silicon oxide tube(10) to a temperature lower than the sintering temperature, with a reciprocally moving torch(14) while feeding the reaction gas and oxygen gas into the tube; a dehydration process in which moisture and hydroxide group are removed from the silica soot by heating the tube at a temperature lower than that of the sooting process while feeding a mixed gas including chloride gas into the tube; and a sintering process of the silica soot by heating the tube at a temperature more than the sintering temperature, in which the dehydration process includes a step of irradiating light in a certain band to the mixed gas.

Description

광섬유 프리폼 제조시 탈수방법 및 장치 { Method And Apparatus For Removing OH When Making Optical Fiber Preform }Method and Apparatus For Removing OH When Making Optical Fiber Preform

본 발명은 광섬유 프리폼 제조시 탈수방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 탈수공정에서 프리폼 제조 장치 외부에 광원을 구비하고 이것으로부터 탈수 가스에 자외선을 조사함으로써 증착되는 클래드와 코어의 수분 및 수산기(OH)를 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dehydration method and apparatus for manufacturing optical fiber preforms, and more specifically, to the moisture and hydroxyl groups of the clad and core deposited by irradiating ultraviolet rays to the dehydration gas from the preform manufacturing apparatus in the dehydration process. OH) method and apparatus.

수정화학기상증착공법(Modified Chemical Vapor Deposition; MCVD)은 광섬유 제조공법 중 하나로서 클래드를 먼저 조성한 다음 그 내부에 코어층을 조성하는 방법을 사용한다.Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) is one of optical fiber manufacturing methods that uses a method of forming a clad first and then a core layer therein.

이와 같은 수정화학기상증착공법(MCVD)을 위해서 도 1에 도시된 바와 같이, 합성 산화규소 튜브(10)를 선반의 주축대(8)에 거치시킨 후 산화규소 튜브(10)를 회전시키면서 튜브 내부로 SiCl4, GeCl4, POCl3와 같은 반응가스를 산소가스와 함께 불어 넣어준다. 동시에 튜브(10) 바깥에서는 안으로 투입되어지는 반응가스들이 충분히 반응되어지도록 1600℃이상의 온도로 가열시키는 화염버너 또는 토치(14)를 왕복운동시켜준다.For the modified chemical vapor deposition (MCVD), as shown in FIG. 1, the silicon oxide tube 10 is mounted on the headstock 8 of the shelf, and then the silicon oxide tube 10 is rotated while the inside of the tube is rotated. Reaction gas such as SiCl 4 , GeCl 4 , POCl 3 is blown with oxygen gas. At the same time, the flame burner or torch 14 which is heated to a temperature of 1600 ° C. or higher to sufficiently react the reaction gases introduced into the outside of the tube 10 is reciprocated.

토치가 한번 왕복할 때마다 가열된 부분은 할로겐화합물(halide) 기체의 산화반응에 의하여 유리미분체(fine glass particle, 이하 수트(soot)라고 한다.)가생성이 되고 이 수트상태의 분말은 토치(14)가 진행되어나가는, 그러면서 아직 가열되어지지 않은 부분으로 이동하여 열영동현상(thermophoresis)에 의하여 튜브(10)의 안쪽 표면에 달라붙게 된다. 아래 반응식 1은 그 할로겐화합물(halide) 기체의 반응식이다.Each time the torch reciprocates once, the heated portion generates fine glass particles (called soot) by oxidation of a halogen gas, and the soot powder is produced by the torch. As (14) proceeds, it moves to a portion that has not yet been heated and sticks to the inner surface of the tube (10) by thermophoresis. Scheme 1 below is a reaction scheme of the halogen gas.

SiCl4+ O2→SiO2+ 2Cl2 SiCl 4 + O 2 → SiO 2 + 2Cl 2

GeCl4+ O2→GeO2+ 2Cl2 GeCl 4 + O 2 → GeO 2 + 2Cl 2

튜브나 증착층 표면에 붙은 수트(12)는 바로 이어지는 토치(14)의 열에 의하여 소결(sintering)되어 투명한 유리층이 형성된다. 이 과정이 계속적으로 반복이 되어지면 튜브내부에 다수의 클래드층과 그 위에 다수의 코어층이 증착되어진다.The soot 12 adhering to the surface of the tube or deposition layer is sintered by the heat of the torch 14 immediately following to form a transparent glass layer. If this process is repeated continuously, a plurality of clad layers and a plurality of core layers are deposited on the inside of the tube.

도 1에서와 같이 종래의 산화반응에서 보면, 그 산화반응이 1600℃ 이상의 고온에서 이루어지므로 반응되어진 수트(12)들은 바로 이어지는 토치(14)에 의해 소결이 거의 동시에 이루어진다. 이로 인하여 반응시 내부에 존재하는 수산기(OH)의 제거가 불가능하다.In the conventional oxidation reaction as shown in FIG. 1, since the oxidation reaction is performed at a high temperature of 1600 ° C. or more, the reacted soots 12 are sintered at about the same time by the torch 14 immediately following. Because of this, it is impossible to remove the hydroxyl group (OH) present in the reaction.

이때 생성된 실리카 수트 내부의 원자간 결합구조가 도 2에 나타나 있으며, 도면을 참조하면 종래 방식에 의해 생성된 수트에는 다량의 수산기(OH)가 결합되어 있는 것을 알 수 있다.At this time, the generated interatomic bonding structure inside the silica soot is shown in FIG. 2. Referring to the drawings, it can be seen that a large amount of hydroxyl groups (OH) are bonded to the soot produced by the conventional method.

도 3은 일반적인 싱글모드 광섬유의 1차 프리폼 상태를 도시하는데, 도면에서 도면부호 5는 코어, 6은 클래드층, 7은 원튜브를 나타낸다. 또한, d는 코어층의 직경을, 그리고 D는 클래드층의 직경을 각각 나타낸다.FIG. 3 shows a primary preform state of a typical single mode optical fiber, wherein reference numeral 5 denotes a core, 6 a cladding layer, and 7 a one-tube. In addition, d represents the diameter of a core layer, and D represents the diameter of a clad layer, respectively.

한편, 광섬유의 가장 중요한 특성인 광손실은 광섬유모재의 밀도차 및 조성차에 기인한 레일라이 산란 손실, 원자내 전자전이 에너지 흡수에 따른 자외선 흡수 손실, 격자 진동시 에너지 흡수에 따른 적외선 흡수 손실, 수산기(OH)의 진동에 따른 수산기 흡수 손실과 거시적 구부러짐 손실로 구성된다.On the other hand, optical loss, the most important characteristic of optical fiber, is Rayleigh scattering loss due to density difference and composition difference of optical fiber base material, ultraviolet absorption loss due to absorption of electron transfer energy in atoms, infrared absorption loss due to energy absorption during lattice vibration, hydroxyl group It consists of hydroxyl absorption loss and macroscopic bending loss due to vibration of (OH).

광전송을 위해서는 광손실이 적어야 하며 1300nm 이상 1550nm 이하 파장 대역에서 광손실이 일정 수준 이하로 작아야만 광섬유를 사용할 수 있다. 그러나 1385nm 파장대에서는 수산기(OH) 흡수에 의한 광손실이 크기 때문에 지금까지 1310nm와 1550nm 파장대를 광통신 중심 파장대역으로 사용해왔다. 즉, 1310nm에서 1550nm 까지의 파장대역을 모두 사용하기 위해서는 광섬유 내의 수산기(OH)에 의한 1385nm 파장대의 흡수 손실이 1310nm 파장대의 평균적 광손실값인 0.34dB/Km 보다 작은 값을 가져야만 한다. 그런데, 게르마늄 산화물과 실리콘 산화물로 구성된 코어층은 재료 자체의 밀도차와 조성차에 기인한 레일라이 산란 손실값을 약 0.28dB/Km 정도 가지므로, 적어도 0.06dB/Km 이하의 광손실(즉 광섬유 내의 수산기의 농도가 1 ppb이하)로 제어되어야만 한다.For optical transmission, optical loss must be small and optical loss can be used only when the optical loss is less than a certain level in the wavelength band from 1300nm to 1550nm. However, in the 1385nm wavelength band, the optical loss due to hydroxyl (OH) absorption is large, so the 1310nm and 1550nm wavelength bands have been used as the optical communication center wavelength band. That is, in order to use all the wavelength bands from 1310nm to 1550nm, the absorption loss by the hydroxyl group (OH) in the optical fiber should have a value smaller than 0.34dB / Km, which is the average optical loss value of the 1310nm wavelength band. However, since the core layer composed of germanium oxide and silicon oxide has a Rayleigh scattering loss value of about 0.28 dB / Km due to the density difference and the composition difference of the material itself, an optical loss of at least 0.06 dB / Km or less (that is, in the optical fiber The concentration of hydroxyl groups should be controlled to 1 ppb or less).

수산기가 없는(OH-free) 싱글모드 광섬유 제조와 관련하여, 미국특허 US3,737,292, US3,823,995, US3,884,550 등에 알려진 외부기상증착공법(OVD; Outside Vapor Deposition)과 미국특허 US4,737,179, US6,131,415 등에 알려진 기상축증착공법(Vapor Axial Deposition; VAD)으로는 제조가 가능하다고 알려져 왔지만 수정화학기상증착공법(Modified Chemical Vapor Deposition; MCVD)에서는 보고되어 있지 않다. 다만 미국특허 US5,397,372에 무수소열원인 플라즈마 열원을 이용하여 수산기가 없는 싱글모드 광섬유를 제조하는 기술이 개시되어 있지만, 그 가능성 및 상업적 가치는 미비한 실정이다.Regarding the manufacture of OH-free single mode fiber, Outside Vapor Deposition (OVD) known from US Pat. Nos. 3,737,292, US3,823,995, US3,884,550, etc. and US Pat. No. 4,737,179, US6. Vapor Axial Deposition (VAD), known as 131,415, has been known to be possible but has not been reported in Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD). However, US Pat. No. 5,397,372 discloses a technique for manufacturing a single mode optical fiber without a hydroxyl group using a plasma heat source that is an anhydrous heat source, but the possibility and commercial value thereof are insufficient.

수정화학기상증착공법(Modified Chemical Vapor Deposition; MCVD)으로 광섬유의 코어와 클래드를 만들기 위해 사용되는 가스들은 수소를 포함하는 수증기와 염화수소(HCl)기체 등의 불순물을 포함한다. 특히 수증기는 수트 표면에 물리적 또는 화학적으로 흡착해 수산기를 만들거나 수트 내부로 흡수되어 Si-OH 결합을 형성한다고 알려져 있다. 온도가 150℃ 이상으로 증가시 수트 및 공극 표면에 물리적으로 흡착되어 있던 수증기는 휘발되나 Si-OH 결합은 비교적 안정하여 800℃ 이상의 고온에서도 부분적으로 모재내에 존재하게 되며, 잔존하는 수분의 확산과 실리카 모재와의 화학반응을 통해 Si-OH 결합이 새로 생성되므로 제거하기가 매우 어렵다. 따라서 ppm 단위의 미소량의 수산기(OH)를 효과적으로 제거하기 위해서는 실리콘과 수산기(OH) 사이의 화학결합을 끊는 반응물이 필요하고 가장 널리 알려져 있는 물질은 염소 및 염소기를 포함한 기체이다.Gases used to make the core and clad of the optical fiber by Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) include impurities such as water vapor containing hydrogen and hydrogen chloride (HCl) gas. In particular, water vapor is known to be physically or chemically adsorbed on the surface of the soot to form hydroxyl groups or absorbed into the soot to form Si-OH bonds. When the temperature increases above 150 ℃, water vapor that has been physically adsorbed on the soot and pore surface is volatilized, but Si-OH bond is relatively stable, so that it exists in the base material partially even at high temperature above 800 ℃. New Si-OH bonds are produced through chemical reactions with the substrate and are very difficult to remove. Therefore, in order to effectively remove a small amount of hydroxyl group (OH) in ppm unit, a reactant that breaks the chemical bond between silicon and hydroxyl group (OH) is required, and the most widely known substance is a gas including chlorine and chlorine group.

염소가스를 이용한 수산화기 제거방법은 OVD, VAD 법에서 탈수산화 공정으로 알려져 있다. 다음 반응식 2 는 각각 수분과 수산기를 염소와의 화학 반응으로 제거하는 탈수 반응을 나타낸다.Hydroxide removal using chlorine gas is known as dehydration process by OVD and VAD methods. The following Reaction Scheme 2 represents a dehydration reaction in which water and hydroxyl groups are removed by chemical reaction with chlorine, respectively.

4Si-OH + 2Cl2→2SiOSi + 4HCl + O2 4Si-OH + 2Cl 2 → 2SiOSi + 4HCl + O 2

2H2O + Cl2→2HCl + O2 2H 2 O + Cl 2 → 2HCl + O 2

수산기(OH) 제거는 대개 소결이 시작되는 온도인 1200℃ 보다 낮은 온도에서 행해져야 한다. 1200℃ 이상의 온도에서는 부분적으로 소결이 진행되며, 수트 표면의 일부 용융이 일어나 수트 사이의 공극이 줄어들어 수트층 내에 염소가스가 존재할 수 있는 공간이 줄어든다. 특히 표면이 녹아 공극을 막으면 염소체가 수트층 내부로 확산해 들어오는 것이 근본적으로 차단될 수 있다. 또한 위의 반응이 충분히 진행되려면 염소 기체가 수트 층 내에 머무르는 시간이 보장되어야 한다. 위의 반응은 염소 가스를 이용한 탈수 공정시 염소 가스의 농도, 반응 온도, 반응 시간이 중요함을 나타내고 있다. 위의 화학 반응식으로부터 염소 가스의 농도가 클수록, 반응온도가 증가할수록, 반응 시간이 길어질수록 Si-OH 결합을 끊는데 효과적임을 알 수 있다.The removal of hydroxyl groups (OH) should usually be done at temperatures below 1200 ° C., the temperature at which sintering begins. At temperatures above 1200 ° C, sintering is partially carried out, and some melting of the soot surface occurs, reducing the voids between the soot, reducing the space for chlorine gas in the soot layer. In particular, if the surface melts to close the pores, the chlorine body may be fundamentally blocked from diffusing into the soot layer. In addition, for the above reaction to proceed sufficiently, the time for the chlorine gas to stay in the soot bed must be ensured. The above reaction indicates that the concentration of chlorine gas, the reaction temperature, and the reaction time are important in the dehydration process using chlorine gas. It can be seen from the above chemical reaction formula that the greater the concentration of chlorine gas, the higher the reaction temperature, and the longer the reaction time, the more effective it is to break the Si-OH bond.

하지만 종래의 수정화학기상증착공법(MCVD)은 OVD 나 VAD 공정과는 달리 증착과 소결의 과정이 동시에 진행되어 수트가 형성됨과 거의 동시에 수트들이 용융되면서 치밀화되어 코어 및 클래드 층이 형성된다. 따라서, 소결로 인해 치밀화된 유리층 내부의 Si-OH 는 기존 수정화학기상증착공법(MCVD)으로 제조한 광섬유에서는 항상 1385㎚ 대역에서 수산기(OH) 흡수 손실을 야기한다.However, unlike conventional OVD or VAD processes, the conventional modified chemical vapor deposition (MCVD) process proceeds with deposition and sintering to form soot, and at the same time, the soot is melted and densified to form a core and clad layer. Therefore, Si-OH inside the densified glass layer due to sintering always causes hydroxyl (OH) absorption loss in the 1385 nm band in the optical fiber manufactured by conventional chemical vapor deposition (MCVD).

이에 본 발명의 출원인은 수정화학기상증착공법(Modified Chemical VaporDeposition; MCVD)에서 기존의 증착과 소결사이에 탈수공정을 추가하여 기존 수정화학기상증착공법(MCVD)에서 제거하기 어려웠던 수산기를 제거하는 발명을 출원한 바 있다.(출원번호 제 10-2002-37360 호) 또한, 탈수공정후에 탈염소공정을 추가하여 수정화학기상증착공법(MCVD)에 의해 광섬유 프리폼을 제조하는 발명을 출원한 바 있다.(출원번호 제 10-2002-49108 호)Therefore, the applicant of the present invention adds a dehydration process between deposition and sintering in Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) to remove the hydroxyl group which was difficult to remove in the existing Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) method. (Application No. 10-2002-37360) In addition, the present invention has been applied for the manufacture of an optical fiber preform by a modified chemical vapor deposition method (MCVD) by adding a dechlorination process after the dehydration process. Application No. 10-2002-49108)

그러나 상기 발명에 의하면, 탈수 반응에 있어서 분자 상태의 염소 기체를 이용하기 때문에 반응 효율이 떨어질 뿐만 아니라 불순물이나 온도 등 반응의 제반 조건에 대한 의존도가 심하고, 불안정한 탈수 반응으로 탈수 반응의 재현성을 확보하기가 곤란하다.However, according to the present invention, since the chlorine gas in the molecular state is used in the dehydration reaction, not only the reaction efficiency is lowered, but also the dependence on the conditions of the reaction such as impurities and temperature is severe, and the reproducibility of the dehydration reaction is ensured by an unstable dehydration reaction. Is difficult.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 분자 상태의 탈수 공정에 광자(Photon)를 탈수 반응의 새로운 에너지원으로 사용하여 탈수 가스들을 분자형태에서 원자나 이온형태로 활성화 시켜 최대 탈수 효율을 실현하는 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, using photon as a new energy source for the dehydration reaction in the molecular dehydration process to activate the dehydration gas from the molecular form to the atom or ion form to the maximum dehydration Its purpose is to provide a method and apparatus for realizing efficiency.

또한, 본 발명은 광화학 반응을 이용해 수소 또는 수소관련 불순물을 제거하는 모든 광섬유 프리폼 제조 공정(MCVD, VAD, OVD)에서 사용될 수 있는 일반적인 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a general method that can be used in all optical fiber preform manufacturing processes (MCVD, VAD, OVD) to remove hydrogen or hydrogen-related impurities using a photochemical reaction.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the practice of the invention. In addition, the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations indicated in the claims.

도 1 은 수정화학기상증착(MCVD)방식에 의한 종래의 실리카 증착공정을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a conventional silica deposition process by the crystal chemical vapor deposition (MCVD) method.

도 2 는 도 1 의 공정을 통해 제작된 실리카 수트의 입자 구조를 나타내는 도면이다.2 is a view showing the particle structure of the silica soot produced through the process of FIG.

도 3 은 수정화학기상증착(MCVD)방식에 의해 제조된 1차 프리폼을 도시하는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a primary preform manufactured by a crystal chemical vapor deposition (MCVD) method.

도 4a 내지 도4d 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프리폼 제조 공정을 나타내는 도면이다.4A to 4D are diagrams illustrating a preform manufacturing process according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 수분 및 수산기를 제거한 실리카 수트의 입자 구조를 나타내는 도면이다.5 is a view showing the particle structure of the silica soot with water and hydroxyl groups removed according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6 은 광섬유의 파장대에 따른 손실을 종래기술에 의해 제조된 것과 본 발명에 의해 제조된 것을 비교하여 도시하는 그래프이다.6 is a graph showing the loss according to the wavelength band of the optical fiber compared with that produced by the prior art.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

8 : 선반의 주축대(lathe headstock) 10 : 산화규소 튜브8 lathe headstock 10 silicon oxide tube

12 : 실리카 수트(soot) 14 : 토치12 silica soot 14 torch

16 : 광원(light source) 18 : 소결된 증착층16 light source 18 sintered deposited layer

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 증착에 의한 광섬유 프리폼 제조시 수분 또는 수산기를 제거하기 위해 염소가스를 포함하는 탈수가스를 이용하는 탈수 공정에 있어서, 상기 탈수가스에 특정대역의 파장의 빛을 조사하여 분자 형태의 염소 가스를 원자 또는 이온 형태로 변환시켜 탈수 반응의 반응물로 이용하거나, 수소를 포함하는 불순물을 화학반응에 의해 제거하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the dehydration process using a dehydration gas containing chlorine gas to remove moisture or hydroxyl groups in the manufacture of optical fiber preform by deposition, the light of a wavelength of a specific band to the dehydration gas It is characterized in that the chlorine gas in the molecular form is converted to the atomic or ionic form to be used as a reactant of the dehydration reaction, or impurities containing hydrogen are removed by chemical reaction.

상기 탈수가스에 조사되는 빛은 다른 화학 반응은 제외하고 염소 분자의 원자 혹은 이온으로의 분리와 수소 포함 불순물의 제거 반응을 가능하게 하는 파장대인 것을 특징으로 한다.The light irradiated to the dehydration gas is except for other chemical reactions, and is characterized in that the wavelength band to enable the reaction of the separation of chlorine molecules into atoms or ions and the removal of hydrogen-containing impurities.

바람직하게 상기 탈수가스에 조사되는 빛은 400㎚ 이하 파장의 자외선 또는 200㎚ 이하 파장의 레이져 광선이다.Preferably, the light irradiated to the dehydration gas is an ultraviolet ray having a wavelength of 400 nm or less or a laser beam having a wavelength of 200 nm or less.

본 발명의 다른 측면은 수정화학기상증착공법(MCVD)을 이용하여 광섬유 프리폼을 제조하는 방법에 있어서, 산화규소 튜브내로 반응가스 및 산소가스를 투입하면서 왕복운동하는 토치를 이용하여 상기 튜브를 소결 온도 이하의 온도로 가열하여 실리카 수트를 생성하는 수팅공정; 상기 튜브 내로 염소를 포함한 혼합기체를 투입하면서 상기 수팅공정보다 낮은 온도로 가열하고, 상기 실리카 수트 내의 수분 및 수산기를 제거하는 탈수공정; 상기 튜브를 소결온도 이상의 온도로 가열하여 실리카 수트를 소결시키는 소결공정을 포함하고, 상기 탈수공정에서 특정 파장대의 빛을 상기 혼합기체에 조사하여 염소분자를 염소 이온 또는 염소 원자로 분리시켜 상기 수트에 존재하는 수분 및 수산기와 반응이 일어나도록 하는 것을 특징으로 한다.Another aspect of the present invention is a method for manufacturing an optical fiber preform using a modified chemical vapor deposition (MCVD) method, the sintering temperature of the tube using a torch reciprocating while introducing the reaction gas and oxygen gas into the silicon oxide tube A sooting step of producing silica soot by heating to the following temperature; A dehydration step of heating a temperature lower than that of the sooting process while introducing a mixed gas containing chlorine into the tube and removing water and hydroxyl groups in the silica soot; A sintering step of sintering the silica soot by heating the tube to a temperature above the sintering temperature, and in the dehydration step, chlorine molecules are separated into chlorine ions or chlorine atoms by irradiating the mixed gas with light of a specific wavelength band and present in the soot. It characterized in that the reaction occurs with the water and hydroxyl groups.

탈수공정 이후에 상기 튜브 내로 산소기체를 포함한 혼합기체를 투입하면서 상기 탈수공정보다 높고 상기 수팅공정보다 낮은 온도로 가열하여 상기 실리카 수트 내의 염소를 제거하는 탈염소공정;을 더 포함할 수 있다.And a dechlorination step of removing chlorine in the silica soot by heating to a temperature higher than the dehydration step and lower than the sooting step while introducing a mixed gas including an oxygen gas into the tube after the dehydration step.

또한, 상기 소결공정에서 염소기체를 포함하는 혼합기체를 상기 튜브내에 주입하고, 특정 파장대의 빛을 상기 혼합기체에 조사하여 염소분자를 염소 이온 또는 염소 원자로 분리시켜 상기 탈수공정 이후에 수트에 잔존하는 수분 및 수산기와 반응이 일어나도록 하는 것도 가능하다.In addition, in the sintering process, a mixed gas containing chlorine gas is injected into the tube, light of a specific wavelength band is irradiated to the mixed gas, and chlorine molecules are separated into chlorine ions or chlorine atoms to remain in the soot after the dehydration process. It is also possible to allow the reaction with moisture and hydroxyl groups to occur.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 4a 내지 도 4d 는 수정화학기상증착공법(MCVD)에 의한 광섬유모재의 증착과정을 순차적으로 도시하고 있다. 도 1 과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.4A to 4D sequentially illustrate the deposition process of the optical fiber base material by the crystal chemical vapor deposition (MCVD) method. The same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same members having the same function.

먼저, 도 4a 는 수정화학기상증착공법(MCVD)에 의한 실리카 수트(12)를 산화규소 튜브(10)의 내부표면에 증착하는 수팅공정을 도시한다. 산화규소 튜브(10)는 선반의 주축대(8)에 거치된 상태에서 회전되며, 튜브(10)의 외부에는 토치(14)가 왕복운동 가능하도록 설치되어 있다.First, FIG. 4A shows a sooting process in which silica soot 12 is deposited on the inner surface of silicon oxide tube 10 by quartz chemical vapor deposition (MCVD). The silicon oxide tube 10 is rotated while being mounted on the headstock 8 of the shelf, and the torch 14 is installed outside the tube 10 to reciprocate.

본 수팅공정에서, 튜브(10) 내부로 SiCl4, GeCl4, POCl3와 같은 반응가스를 산소가스와 함께 불어 넣어주며, 토치(14)가 왕복운동하면서 튜브(10)를 가열하게 된다. 토치(14)가 왕복운동할 때 공급되는 높은 열에 의해서 할로겐화합물(halide) 기체의 산화반응에 의해 수트가 생성되고, 수트 상태의 분말은 아직 가열되지 않은 부분으로 이동하여 열영동현상에 의해 튜브(10)의 안쪽 표면에 달라붙게 된다. 수트가 생성되는 반응은 반응식 1 과 같음을 확인한다.In this sooting process, a reaction gas such as SiCl 4 , GeCl 4 , POCl 3 is blown together with oxygen gas into the tube 10, and the torch 14 reciprocates to heat the tube 10. When the torch 14 reciprocates, the soot is generated by oxidation of a halogen gas by the high heat supplied, and the soot powder is moved to an unheated portion and the tube is subjected to thermophoresis. It will stick to the inner surface of 10). It is confirmed that the reaction in which the soot is produced is shown in Scheme 1.

이때, 실리카 수트를 증착하는 과정은 일반적으로 소결온도로 알려진 1600℃보다 낮은 온도로 수행되며, 보다 바람직하게는 실리카 수트 증착시 할로겐화합물 기체들이 수트를 형성하는 충분한 반응 에너지를 가질 수 있도록 1400~1600℃의 온도로 수행된다. 따라서, 토치(14)의 열에 의해 반응되어진 수트들이 열영동현상에 의하여 튜브(10) 내부에 달라붙지만 소결이하의 온도를 유지하므로 소결이 되지 않으며 공극이 있는 상태를 유지한다. 그러므로, 수트의 곡률반경이 양의 값을 가져서 수트의 표면에 주로 존재하는 수산기를 제거하기 좋은 상태를 유지하게 한다. 이 상태에서 실리카 수트 내부에는 수산기가 결합되어 있으며, 그러한 원자간 결합구조는 도 2에 도시된 상태와 동일하다.In this case, the process of depositing the silica soot is generally performed at a temperature lower than 1600 ° C., which is generally known as a sintering temperature, and more preferably 1400 to 1600 so that the halogenated gases have sufficient reaction energy to form the soot during silica soot deposition. It is carried out at a temperature of ℃. Accordingly, the soot reacted by the heat of the torch 14 adheres to the inside of the tube 10 by the thermophoretic phenomenon, but does not sinter since it maintains a temperature below sintering and maintains a state of voids. Therefore, the radius of curvature of the soot has a positive value so as to maintain a good condition for removing hydroxyl groups mainly present on the surface of the soot. In this state, hydroxyl groups are bonded to the inside of the silica soot, and such an atomic bonding structure is the same as that shown in FIG.

도 4b 는 수팅공정 이후에 수행되는 탈수공정을 도시한다. 본 공정에서, 튜브(10) 내로는 염소기체를 반드시 포함하는 염소, 헬륨, 산소, 질소, 아르곤 등의 혼합기체들이 투입되며, 튜브(10)는 지속적으로 왕복운동하는 토치(14)에 의해서 비교적 낮은 온도로 가열된다. 이 때 증착된 실리카 수트에 소결반응이 일어나지 않도록 토치(14)의 가열온도를 500 ∼ 1300℃ 로 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 혼합기체의 총유량과 각 기체이 유량 및 상대적 분압비는 일정 비율을 유지하는 것이 바람직하다. 특히, 염소와 헬륨 또는 염소화합물과 혼합기체의 전체 유량 및 개개 유량, 분압비를 염소대비 1 배이상 10배 이하로 투입한다.4B shows the dehydration process performed after the sooting process. In this process, a mixture of chlorine, helium, oxygen, nitrogen, argon, and the like, which necessarily includes chlorine gas, is introduced into the tube 10, and the tube 10 is relatively held by the torch 14 continuously reciprocating. Heated to low temperature. At this time, it is preferable to maintain the heating temperature of the torch 14 at 500 to 1300 ° C. so as not to sinter the silica soot. In addition, the total flow rate of the mixed gas, the flow rate of each gas, and the relative partial pressure ratio are preferably maintained at a constant ratio. In particular, the total flow rate, the individual flow rate, and the partial pressure ratio of chlorine and helium or chlorine compound and the mixed gas are injected at least 1 times and at most 10 times.

또한, 본 발명의 탈수공정에서는 선반(8)에 광원(16)을 설치하여 특정 파장의 빛을 튜브 내부로 조사한다. 상기 광원(16)에 의해 공급되는 빛에 의해 프리폼의 코어 직경, 모드 필드경(Mode Field Diameter), 리플(ripple) 구조, 코어와 클래드간 굴절율차(△N), 차단 파장(cut-off wavelength) 등의 프리폼과 광섬유의 기하 및 광학구조가 종래 기술의 경우와 비슷해야 한다. 또한, 상기 광원(16)에서 발생하는 빛에 의해 수트층, 유리화된 증착층, 소결 후의 프리폼, 컬렙스(collapse) 후의 프리폼, 인발(draw) 후의 광섬유 코어와 클래드층을 구성하는 기지(matrix)의 조성, 밀도, 기하학적 구조에는 변화가 없어야 하고, 염소 분자의 원자 혹은 이온으로의 분리와 수소 포함 분순물의 제거 반응 이외의 이차적 반응(secondary reaction)들은 일어나지 않아야 한다. 실험에 의하면, 상기 조건을 만족하는 광원(16)으로 400㎚ 이하의 자외선을 공급하는 자외선 램프나 200㎚ 이하의 파장대역을 갖는 레이져 광원 소스를 사용하는 것이 가장 바람직하다.In addition, in the dehydration process of the present invention, a light source 16 is provided on the shelf 8 to irradiate light of a specific wavelength into the tube. Light supplied by the light source 16 causes the core diameter of the preform, the mode field diameter, the ripple structure, the refractive index difference (ΔN) between the core and the clad, and the cut-off wavelength. The geometry and optical structure of the preform and optical fiber, etc., should be similar to those of the prior art. In addition, a matrix forming a soot layer, a vitrified deposition layer, a preform after sintering, a preform after collapsing, an optical fiber core and a clad layer after drawing by light generated by the light source 16. There should be no change in the composition, density, or geometry of the polymer and no secondary reactions other than the separation of chlorine molecules into atoms or ions and the removal of hydrogen containing impurities. According to the experiment, it is most preferable to use an ultraviolet lamp for supplying ultraviolet rays of 400 nm or less or a laser light source source having a wavelength band of 200 nm or less to the light source 16 satisfying the above conditions.

특히, 광원(16)으로 자외선 램프를 이용하는 경우 자외선 램프의 발광부와 튜브(10) 표면과의 거리가 1000mm 이하로 유지하여 가스 주입구 근처나 선반의 주축대(8) 등에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 자외선 램프의 주파수 파장은 400㎚ 이하이고, 출력은 5W 이상이며 발광장이 1 cm 이상인 자외선을 방출하는 자외선 램프를 사용하는 것이 바람직하다.In particular, when using an ultraviolet lamp as the light source 16, it is preferable to maintain the distance between the light emitting portion of the ultraviolet lamp and the surface of the tube 10 at 1000 mm or less and install it near the gas inlet or on the headstock 8 of the shelf. Moreover, it is preferable to use the ultraviolet lamp which emits the ultraviolet-ray which the frequency wavelength of an ultraviolet lamp is 400 nm or less, the output is 5 W or more and a luminous field is 1 cm or more.

아울러, 상기 자외선 램프의 발광부로부터 나오는 400㎚ 이상의 파장대역의 빛을 차단해주고, 100℃ 이상의 온도에 견딜 수 있는 유리 혹은 유리 복합체를 자외선 램프의 발광부 앞 500 mm 이하에 설치하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to block the light of the wavelength band of 400nm or more emitted from the light emitting part of the ultraviolet lamp, and to install a glass or glass composite that can withstand temperatures of 100 ° C or more at 500 mm or less in front of the light emitting part of the ultraviolet lamp.

광원(16)에서 공급되는 빛에 의해 중성의 염소기체는 반응식 3 과 같이 염소분자가 염소 이온 또는 염소 원자로 분리된다.By the light supplied from the light source 16, the neutral chlorine gas separates chlorine molecules into chlorine ions or chlorine atoms as in Scheme 3.

Cl2→2ClCl 2 → 2Cl

이 경우 염소 이온 또는 염소 원자는 실리카 표면의 수산기와 연쇄반응을 일으킬 반응핵(nucleation) 역할을 하고 탈수 반응이 연쇄적으로 일어날 확률을 증대시켜 결과적으로 탈수 효과를 증가시킨다.In this case, chlorine ions or chlorine atoms act as nucleation to cause a chain reaction with hydroxyl groups on the silica surface, and increase the probability of the dehydration reaction occurring in series, thereby increasing the dehydration effect.

도 5 는 혼합기체에 자외선을 조사하여 수분과 수산기를 제거한 수트 입자를 도시한 도면이다. 도면을 참조하면 도 2 와는 달리 실리카 수트 내의 수산기(OH)와 수분이 제거된 것을 확인할 수 있다.5 is a view showing soot particles from which moisture and hydroxyl groups are removed by irradiating a mixed gas with ultraviolet rays. Referring to the drawings it can be seen that unlike the hydroxyl group (OH) and moisture in the silica soot is removed.

또한, 상기 광원(16)이 공급하는 빛을 튜브 내에 조사함으로써 튜브 내에 미량 존재할 수 있는 수소 분자를 수소 원자로 쪼개어 반응식 4 와 같이 염소 이온과 반응시킴으로써 염화수소(HCl) 기체 형태로 쉽게 제거할 수 있다.In addition, by irradiating the light supplied from the light source 16 into the tube, hydrogen molecules which may be present in traces in the tube may be split into hydrogen atoms and reacted with chlorine ions as shown in Scheme 4 to easily remove hydrogen chloride (HCl) gas.

H2+ Cl2→2HClH 2 + Cl 2 → 2HCl

이원자 분자인 염소와 수소가 튜브 내에 혼합되어 존재할 경우, 염화수소를 형성하려면 높은 활성화 에너지가 필요하다. 튜브 내부에 온도가 충분히 높지 않은 경우에 기체 분자들의 운동 속도는 작기 때문에 분자들의 충돌을 통해서 원자로 분리될 가능성은 매우 작다. 따라서 활성화 에너지를 공급해주는 빛의 공급은 공급되는 빛의 출력과 세기가 증가할수록, 광자(photon)와 반응 기체 분자사이의 충돌 횟수를 증가시키는 역할을 한다. 이러한 빛에너지의 공급은 연쇄 반응의 반응핵의 생성 숫자를 증가시키고 따라서 형성되는 염화수소 분자들의 개수를 증가시키게 된다. 따라서, 상기 반응식 4 에 의해 튜브 내부의 수소이온의 농도를 중량으로 1 ppb 이하가 되게 할 수 있다.When the diatomic molecules chlorine and hydrogen are present in a mixture in the tube, high activation energy is required to form hydrogen chloride. If the temperature inside the tube is not high enough, the rate of motion of the gas molecules is small, so the possibility of atomization through the collision of molecules is very small. Therefore, the supply of light for activating energy increases the number of collisions between photons and reactant gas molecules as the light output and intensity increases. This supply of light energy increases the number of generated reaction nuclei in the chain reaction and thus increases the number of hydrogen chloride molecules formed. Therefore, according to Scheme 4, the concentration of hydrogen ions in the tube may be 1 ppb or less by weight.

한편, 염소 분자 기체는 코어 - 클래드간 경계의 역할을 하는 미세한 거품의 원인이 되는 코어 - 클래드간 점도 비매치에 의한 결함 산란 손실의 원인이 될 수 있으며 염소 분자 기체는 코어내의 GeO2의 역반응을 증가시켜 코어내의 Ge 분포를 미시적으로 불균일하게 만드는 원인이 될 수 있다. 따라서, 염소 분자 기체에 특정파장대의 빛을 조사하여 염소 원자 또는 이온화 시킴으로 이러한 문제점을 해결할 수 있다.On the other hand, the chlorine molecular gas may cause defect scattering loss due to the mismatch of the core-clad viscosity, which causes fine bubbles that serve as the core-clad boundary, and the chlorine molecular gas may cause reverse reaction of GeO 2 in the core. It can increase, causing microscopic non-uniformity of Ge distribution in the core. Therefore, this problem can be solved by irradiating the chlorine molecular gas with a specific wavelength of light to chlorine atom or ionization.

상기 광원(16)은 토치(14)의 중심부에 해당하는 핫존(hot zone) 영역을 제외한 나머지 튜브 전영역(선반 주축대, 선반 말단 축대 영역 등)에 설치할 수 있다.The light source 16 may be installed in the entire tube area (shelf headstock, shelf end shaft area, etc.) except for the hot zone area corresponding to the center of the torch 14.

본 발명의 광원을 이용한 탈수 공정은 기존의 탈수 반응에 참여하는 염소 기체의 유효 몰수를 2 배로 증가시켰으며, 화학적으로 활성이 높은 염소 음이온을 이용함으로써 수분 및 수산기의 제거 효율을 극대화 하였고, 분자 형태의 염소기체를 포함하는 혼합기체를 사용함으로써 야기될 수 있는 여러 단점들을 극복하였다. 더욱이 상기 광원을 이용한 탈수 공정은 광섬유 프리폼을 제조하는 모든 공법(MCVD, VAD, OVD )에 적용하여 탈수 반응 효율을 개선시킬 수 있다.The dehydration process using the light source of the present invention doubled the effective mole number of the chlorine gas participating in the conventional dehydration reaction, and maximized the removal efficiency of water and hydroxyl groups by using a chemically active chlorine anion, molecular form It overcomes several disadvantages that can be caused by using mixed gas containing chlorine gas. In addition, the dehydration process using the light source can be applied to all the methods (MCVD, VAD, OVD) for manufacturing the optical fiber preform can improve the dehydration reaction efficiency.

상술한 탈수 반응이 충분히 진행되려면 염소 기체가 수트층 내에 머무르는 시간이 보장되어야 하며, 이를 위해서 토치(14)의 이송속도는 700 mm/min 이하로 유지하는 것이 바람직하다.In order for the above dehydration reaction to proceed sufficiently, the time for which chlorine gas stays in the soot layer should be ensured. For this purpose, the feed rate of the torch 14 is preferably maintained at 700 mm / min or less.

도 4c 는 탈수 공정 이후에 수행되는 탈염소공정을 도시한다. 탈수공정에서 튜브(10) 내로 주입된 염소가스는 대부분 수산기가 반응하지만, 일부 염소가스는 수트 내의 공극으로 침투하거나 확산되어 Si- Cl 결합 또는 Cl 원자형태로 존재하게 된다. 또한, 실리카 내에는 탈수공정과 무관하게 불순물로 존재하던 염산(HCl) 가스가 실리카와 반응하여 Si - Cl 결합을 형성하기도 한다. 본 공정은 이러한 염소 기체와 염소 가스를 제거하기 위한 것으로서, 산소기체를 반드시 포함하는 혼합기체를 튜브(10) 내로 투입한 후, 토치(14)를 이용하여 소결시작 온도 보다 낮은 온도 범위로 튜브(10)를 가열하게 된다. 혼합기체로는 산소 - 헬륨 혼합기체 또는 산소 - 질소 혼합 기체 등이 가능하다.4C shows the dechlorination process carried out after the dehydration process. Most of the chlorine gas injected into the tube 10 in the dehydration process reacts with hydroxyl groups, but some of the chlorine gas penetrates or diffuses into the pores in the soot to exist as Si-Cl bonds or Cl atoms. In addition, regardless of the dehydration process, hydrochloric acid (HCl) gas, which is present as an impurity, reacts with the silica to form Si—Cl bonds in the silica. The present step is to remove such chlorine gas and chlorine gas, and after introducing a mixed gas containing oxygen gas into the tube 10, the tube (with a torch 14) in a temperature range lower than the sintering start temperature. 10) is heated. The mixed gas may be an oxygen-helium mixed gas or an oxygen-nitrogen mixed gas.

도 4d 는 수팅, 탈수, 탈염소 공정 이후에 수행되는 소결공정을 도시한다. 참조부호 18 은 소결된 증착층을 나타낸다.4D shows the sintering process performed after the sooting, dehydration, and dechlorination process. Reference numeral 18 denotes a sintered deposited layer.

소결공정에서는 토치(14)를 1700 ℃ 이상의 고온으로 유지하면서 실리카 입자를 탈수시킴과 동시에 소결시키게 된다. 이 때, 튜브(10) 내로는 염소, 헬륨, 산소를 포함하는 혼합기체를 투입하며, 혼합기체의 전체 유량, 각 기체의 유량 및 이들이 분압비는 일정한 비율을 유지하는 것이 바람직하다.In the sintering process, the silica particles are dehydrated and sintered while maintaining the torch 14 at a high temperature of 1700 ° C or higher. At this time, a mixed gas containing chlorine, helium, and oxygen is introduced into the tube 10, and the total flow rate of the mixed gas, the flow rate of each gas, and the partial pressure ratio thereof are preferably maintained at a constant ratio.

소결공정에서도 탈수공정에서와 마찬가지로 광원(16)에 의한 특정파장대의 빛을 튜브(10)내에 조사함으로써 탈수공정후 잔존하거나 다시 재오염된 수분과 수산기를 제거할 수 있다.In the sintering step, as in the dehydration step, by irradiating the light of a specific wavelength band by the light source 16 into the tube 10, the water and hydroxyl groups remaining or recontaminated after the dehydration step can be removed.

한편, 도 4a 내지 도 4c 공정은 모두 소결온도 이하의 온도에서 수행되기 때문에 실리카 입자들은 다공성을 유지하는데, 본 공정에서 다공성 입자들은 1700 ℃ 이상의 고온의 열을 받아 소결되어 수트들이 유리화된다. 이 때, 토치(14)의 이송속도는 700 mm/min 이하로 유지하는 것이 바람직하다.Meanwhile, since the processes of FIGS. 4A to 4C are all performed at a temperature below the sintering temperature, the silica particles maintain porosity. In this process, the porous particles are sintered by receiving high temperature heat of 1700 ° C. or more, and the soots are vitrified. At this time, the feed rate of the torch 14 is preferably maintained at 700 mm / min or less.

이와 같은 수팅, 탈수, 탈염소 및 소결공정을 수행하면 한 층의 클래드층이 형성되며, 이 과정은 클래드층이 원하는 두께가 될 때까지 지속적으로 반복된다.This sooting, dehydration, dechlorination, and sintering process form a layer of cladding, which is continuously repeated until the cladding layer has a desired thickness.

또한, 클래드층이 원하는 두께가 된 후에는 반응물의 투입비율을 다르게 설정하여 수팅, 탈수, 탈염소 및 소결공정을 행하여 코어층을 형성하며, 코어층을 일정한 두께까지 생성하면 1차 프리폼(first preform)이 완성된다. 완성된 클래드층 및 코어층의 직경비(D/d)는 1.0 - 5.0 범위내에서 결정하는 것이 바람직하다.In addition, after the cladding layer has a desired thickness, the input ratio of the reactants is set differently to perform a sooting, dehydration, dechlorination, and sintering process to form a core layer, and when the core layer is formed to a certain thickness, a first preform is formed. ) Is completed. The diameter ratio (D / d) of the finished clad layer and the core layer is preferably determined within the range of 1.0 to 5.0.

상술한 과정을 거쳐 완성된 1차 프리폼은 이후 컬랩스(collapse)공정 등을거쳐 광섬유로 완성된다. 이 때, 1 차 프리폼의 외부 표면을 0.7mm 이상 에칭하는 것이 바람직하다. 일반적으로 프리폼의 외부표면은 토치의 가열에 의해 수산기의 함유량이 프리폼 내에서 가장 높고 각종 불순물에 노출되어 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 프리폼의 외부 표면에 실리카를 녹이는 화학물질인 불산(HF) 등을 사용하여 화학적 에칭(chemical etching)을 행하게 되면, 프리폼 표면의 각종 불순물 및 많은 수산기들이 제거되는 효과가 있다.The first preform completed through the above-described process is then completed into an optical fiber through a collapsing process. At this time, it is preferable to etch 0.7 mm or more of the outer surface of the primary preform. In general, the outer surface of the preform has the highest hydroxyl content in the preform due to the heating of the torch and is exposed to various impurities. Therefore, when chemical etching is performed using hydrofluoric acid (HF), which is a chemical that dissolves silica on the outer surface of the preform, various impurities and many hydroxyl groups on the surface of the preform are removed.

도 6 은 광섬유 코어에서 발생하는 1100 ㎚ 에서 1700 ㎚ 영역 전체에서의 손실을 나타내는 그래프이며, 도면에서 종래기술에 의해 제조된 광섬유 코어의 손실은 점선으로, 본 발명에 의해 제조된 광섬유 코어의 손실은 실선으로 나타나 있다.Figure 6 is a graph showing the loss in the entire 1100 nm to 1700 nm region occurring in the optical fiber core, the loss of the optical fiber core manufactured by the prior art in the figure is a dotted line, the loss of the optical fiber core manufactured by the present invention is It is shown by the solid line.

도면을 참조하면, 기존 수정화학기상증착공법(MCVD)으로 광섬유를 제조시 전 파장대역에 걸쳐 광손실이 높음을 알 수 있다. 그러나 본 발명의 방법에 의해 제조된 광섬유의 경우 1385㎚ 대역의 OH 흡수 손실 peak 가 0.30 dB/Km 이하로 현저히 줄어들었음을 알 수 있고, 1310 ㎚ 와 1550 ㎚ 대역의 산란에 의한 광손실도 각각 0.34 dB/Km , 0.20 dB/Km 이하로 기존 싱글모드 광섬유와 대비하여 향상되었음을 알 수 있다.Referring to the drawings, it can be seen that the optical loss is high over the entire wavelength band when manufacturing the optical fiber by conventional chemical vapor deposition (MCVD). However, in the optical fiber manufactured by the method of the present invention, it can be seen that the OH absorption loss peak of the 1385 nm band is significantly reduced to 0.30 dB / Km or less, and the optical loss due to scattering of the 1310 nm and 1550 nm bands is 0.34, respectively. dB / Km, 0.20 dB / Km or less, compared with the existing single-mode fiber can be seen that.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. 특히, 본 발명의 광화학반응에 의한 탈수 공정은 수정화학기상증착공법(MCVD)에 기초하여 설명하였으나, 이에 한정되지 아니하고 광섬유 프리폼을 제조하는 다른 모든 공법(OVD, VAD)에서 사용 가능하다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims to be described. In particular, the dehydration process by the photochemical reaction of the present invention has been described based on the modified chemical vapor deposition method (MCVD), but is not limited to this and can be used in all other methods (OVD, VAD) for manufacturing the optical fiber preform.

본 발명에 의한 탈수 공정은 수정화학기상증착공법(MCVD) 뿐만 아니라 광섬유 프리폼을 제조하는 모든 공법(OVD, VAD)에 적용하여 탈수 반응 효율을 현저히 개선시킬 수 있으며, 수정화학기상증착공법(MCVD)의 경우 수산기를 1ppb 이하까지 낮추어 1385㎚에서 수산기에 의한 광흡수 손실이 0.30dB/Km 이하인 1차 프리폼 제조가 가능하다. 따라서, 종래의 광섬유에 비해 100㎚ 이상 사용 가능 대역을 확대할 수 있고 1280 - 1620 ㎚ 사이의 어떠한 파장에서도 사용가능한 광섬유를 인발할 수 있다.The dehydration process according to the present invention can be applied not only to the modified chemical vapor deposition method (MCVD) but also to all the methods (OVD, VAD) for manufacturing the optical fiber preform, which can significantly improve the dehydration reaction efficiency, and the modified chemical vapor deposition method (MCVD). In the case of lowering the hydroxyl group to 1ppb or less it is possible to manufacture a primary preform having a light absorption loss of 0.30dB / Km or less at 1385nm. Therefore, compared with the conventional optical fiber, the usable band of 100 nm or more can be expanded and the optical fiber usable at any wavelength between 1280-1620 nm can be drawn out.

Claims (31)

증착에 의한 광섬유 프리폼 제조시 수분 또는 수산기를 제거하기 위해 염소가스를 포함하는 탈수가스를 이용하는 탈수 공정에 있어서,In the dehydration process using a dehydration gas containing chlorine gas to remove moisture or hydroxyl groups in the manufacture of optical fiber preform by deposition, 상기 탈수가스에 특정대역의 파장의 빛을 조사하여 분자 형태의 염소 가스를 원자 또는 이온 형태로 변환시켜 탈수 반응의 반응물로 이용하거나, 수소를 포함하는 불순물을 화학반응에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조시 탈수 방법.By irradiating the dehydration gas with light of a wavelength of a specific band to convert the chlorine gas of the molecular form into an atom or ion form to use as a reactant of the dehydration reaction, or to remove impurities containing hydrogen by chemical reaction Dewatering method in the manufacture of optical fiber preforms. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탈수가스에 조사되는 빛은 프리폼의 코어 직경, 모드 필드경(Mode Field Diameter), 리플(ripple) 구조, 코어와 클래드간 굴절률차이 (△N), 차단 파장(Cut-off wavelength) 등의 프리폼과 광섬유의 기하 및 광학구조에는 영향이 적은 파장대와 광원장치의 장착위치를 선택하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조시 탈수 방법.The light irradiated to the dehydration gas is a preform such as a core diameter of a preform, a mode field diameter, a ripple structure, a refractive index difference (ΔN) between the core and the clad, and a cut-off wavelength. And a wavelength band having a low influence on the geometry and optical structure of the optical fiber and a mounting position of the light source device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탈수가스에 조사되는 빛은 수트층, 유리화된 증착층, 소결후의 프리폼, 컬렙스(collapse) 후의 프리폼, 인발(draw) 후의 광섬유 코어와 클래드층을 구성하는 기지(matrix)의 조성, 밀도, 기하학적 구조를 변화시키지 않는 파장대로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조시 탈수방법.The light irradiated to the dehydration gas may be composed of a soot layer, a vitrified deposition layer, a preform after sintering, a preform after collapsing, a matrix of the fiber core and the clad layer after the draw, a density, Dewatering method for manufacturing optical fiber preform, characterized in that selected from the wavelength band does not change the geometry. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탈수가스에 조사되는 빛은 염소 분자를 원자 혹은 이온으로의 분리시키고 수소 포함 불순물의 제거 반응만을 일으키는 파장대인 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조시 탈수방법.The light irradiated to the dehydration gas is a wavelength band for separating the chlorine molecules into atoms or ions and only causing a reaction for removing hydrogen-containing impurities. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탈수가스에 조사되는 빛은 400㎚ 이하 파장의 자외선인 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조시 탈수방법.The light irradiated to the dehydration gas is a dehydration method for manufacturing an optical fiber preform, characterized in that the ultraviolet ray of 400nm or less. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탈수가스에 조사되는 빛은 200㎚ 이하 파장의 레이져 광선인 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조시 탈수방법.The light irradiated to the dehydration gas is a dewatering method for manufacturing an optical fiber preform, characterized in that the laser beam of 200nm or less wavelength. 수정화학기상증착공법(MCVD)을 이용하여 광섬유 프리폼을 제조하는 방법에 있어서,In the method for manufacturing an optical fiber preform using a crystal chemical vapor deposition method (MCVD), 산화규소 튜브내로 반응가스 및 산소가스를 투입하면서 왕복운동하는 토치를 이용하여 상기 튜브를 소결 온도 이하의 온도로 가열하여 실리카 수트를 생성하는 수팅공정;A sooting step of producing a silica soot by heating the tube to a temperature below a sintering temperature by using a torch reciprocating while introducing a reaction gas and oxygen gas into the silicon oxide tube; 상기 튜브 내로 염소를 포함한 혼합기체를 투입하면서 상기 수팅공정보다 낮은 온도로 가열하고, 상기 실리카 수트 내의 수분 및 수산기를 제거하는 탈수공정;A dehydration step of heating a temperature lower than that of the sooting process while introducing a mixed gas containing chlorine into the tube and removing water and hydroxyl groups in the silica soot; 상기 튜브를 소결온도 이상의 온도로 가열하여 실리카 수트를 소결시키는 소결공정을 포함하고,A sintering step of sintering the silica soot by heating the tube to a temperature above the sintering temperature, 상기 탈수공정에서 특정 파장대의 빛을 상기 혼합기체에 조사하여 염소분자를 염소 이온 또는 염소 원자로 분리시켜 상기 수트에 존재하는 수분 및 수산기와 반응이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.And irradiating the mixture gas with light in a specific wavelength band in the dehydration process to separate chlorine molecules into chlorine ions or chlorine atoms to react with water and hydroxyl groups present in the soot. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 탈수공정에서 조사되는 빛에 의해 상기 튜브 내에 존재하는 수소 분자를 수소 원자 또는 수소 이온화 시켜 상기 염소와 충분한 반응이 이루어지도록 하여 프리폼 내부의 수소이온의 농도가 1ppb 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The optical fiber, characterized in that the concentration of hydrogen ions in the preform is 1ppb or less by performing a sufficient reaction with the chlorine by hydrogen atoms or hydrogen ionization of the hydrogen molecules present in the tube by the light irradiated in the dehydration process Preform manufacturing method. 제 7 항에 있어서, 탈수공정 이후에8. The method of claim 7, wherein 상기 튜브 내로 산소기체를 포함한 혼합기체를 투입하면서 상기 탈수공정보다 높고 상기 수팅공정보다 낮은 온도로 가열하여 상기 실리카 수트 내의 염소를 제거하는 탈염소공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.And a dechlorination step of removing chlorine in the silica soot by heating the mixture gas including the oxygen gas into the tube at a temperature higher than the dehydration step and lower than the sooting step. . 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 수팅공정은 1400 - 1600℃의 온도범위에서 선택된 값으로 수행되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The sooting process is an optical fiber preform manufacturing method, characterized in that performed at a selected value in the temperature range of 1400-1600 ℃. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 탈수공정은 500 - 1300℃의 온도범위에서 선택된 값으로 수행되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The dehydration process is an optical fiber preform manufacturing method, characterized in that performed at a selected value in the temperature range of 500-1300 ℃. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 탈수공정에서 혼합기체에 조사되는 빛은 400㎚ 이하 파장의 자외선인 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The light irradiated to the mixed gas in the dehydration step is an optical fiber preform manufacturing method, characterized in that the ultraviolet ray of 400nm or less wavelength. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 자외선은 자외선 램프에 의해 공급되고, 상기 자외선 램프의 발광부와 튜브의 표면과의 거리가 1000mm 이하로 유지되도록 튜브 외부에 설치하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The ultraviolet light is supplied by an ultraviolet lamp, and the optical fiber preform manufacturing method characterized in that installed on the outside of the tube so that the distance between the light emitting portion of the ultraviolet lamp and the surface of the tube is maintained at 1000mm or less. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 자외선은 자외선 램프에 의해 공급되고, 상기 자외선 램프는 토치의 중심부에 해당하는 핫존(hot zone) 영역을 제외한 나머지 튜브 외부 영역에 설치되는것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The ultraviolet light is supplied by an ultraviolet lamp, the ultraviolet lamp is a fiber preform manufacturing method, characterized in that installed in the outer region of the tube other than the hot zone (hot zone) area corresponding to the center of the torch. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 자외선은 자외선 램프에 의해 공급되고, 상기 자외선 램프는 출력이 5W 이상이며 발광장이 1cm 이상인 자외선을 공급하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The ultraviolet light is supplied by an ultraviolet lamp, the ultraviolet lamp is an optical fiber preform manufacturing method characterized in that for supplying ultraviolet light of the output is 5W or more and the luminous field is 1cm or more. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 자외선은 자외선 램프에 의해 공급되고, 상기 자외선 램프의 발광부로부터 500mm 이하 거리에 설치되고, 100℃ 이상의 온도에서 견딜 수 있는 유리 혹은 유리복합체로 구성되며, 400㎚ 이상 파장대역의 빛을 차단하는 차단막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The ultraviolet light is supplied by an ultraviolet lamp, installed at a distance of 500 mm or less from the light emitting part of the ultraviolet lamp, and composed of a glass or glass composite that can withstand temperatures of 100 ° C. or more, and blocks light in a wavelength band of 400 nm or more. The optical fiber preform manufacturing method characterized by further comprising a shielding film. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 탈수 공정에서 혼합기체에 조사되는 빛은 200㎚ 이하 파장의 레이져이고 상기 레이져는 레이져 광원 소스에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The light irradiated to the mixed gas in the dehydration process is a laser having a wavelength of 200nm or less and the laser is supplied by a laser light source source. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 탈수공정에서 상기 토치의 이송 속도는 700mm/min 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조방법.Optical fiber preform manufacturing method, characterized in that the conveying speed of the torch in the dehydration process is maintained at 700mm / min or less. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 탈수공정에서 혼합기체는 염소 및 헬륨 기체를 포함하고, 혼합기체의 전체 유량 및 개개 유량, 분압비를 염소대비 1배 이상 10배 이하의 비율로 투입하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조방법.In the dehydration process, the mixed gas includes chlorine and helium gas, and the total flow rate, the individual flow rate, and the partial pressure ratio of the mixed gas are introduced at a ratio of 1 to 10 times less than that of chlorine. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 소결공정에서 염소기체를 포함하는 혼합기체를 상기 튜브내에 주입하고, 특정 파장대의 빛을 상기 혼합기체에 조사하여 염소분자를 염소 이온 또는 염소 원자로 분리시켜 상기 탈수공정 이후에 수트에 잔존하는 수분 및 수산기와 반응이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.In the sintering process, a mixed gas containing a chlorine gas is injected into the tube, light of a specific wavelength band is irradiated to the mixed gas to separate chlorine molecules into chlorine ions or chlorine atoms, and water remaining in the soot after the dehydration process; A method for producing an optical fiber preform, characterized in that the reaction occurs with a hydroxyl group. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 조사되는 빛에 의해 상기 튜브 내에 존재하는 수소 분자를 수소 원자 또는 수소 이온화 시켜 상기 염소와 충분한 반응이 이루어지도록 하여 프리폼 내부의 수소이온의 농도가 1ppb 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The method of producing an optical fiber preform, characterized in that the hydrogen molecules present in the tube by the irradiated light to a hydrogen atom or hydrogen ionization to sufficiently react with the chlorine so that the concentration of hydrogen ions in the preform is 1ppb or less. . 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 소결공정은 1700℃ 이상의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The sintering process is an optical fiber preform manufacturing method, characterized in that carried out at a temperature of 1700 ℃ or more. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 소결공정에서 상기 토치의 이송 속도는 700mm/min 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.Optical fiber preform manufacturing method characterized in that the conveying speed of the torch in the sintering process is maintained at 700mm / min or less. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 소결공정에서 혼합기체는 염소 및 헬륨 기체를 포함하고, 혼합기체의 전체 유량 및 개개 유량, 분압비를 일정비율로 유지하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.In the sintering process, the mixed gas includes chlorine and helium gas, and maintains the total flow rate, the individual flow rate, and the partial pressure ratio of the mixed gas at a constant ratio. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 소결공정이후에 완성된 1차 프리폼 외부 표면을 0.7 mm 이상 에칭하는 에칭공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.And an etching process of etching the finished first preform outer surface after the sintering process by 0.7 mm or more. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 소결공정에서 혼합가스에 조사되는 빛은 400㎚ 이하 파장의 자외선인 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The light irradiated to the mixed gas in the sintering process is an optical fiber preform manufacturing method, characterized in that the ultraviolet ray of 400nm or less wavelength. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 자외선은 자외선 램프에 의해 공급되고, 상기 자외선 램프의 발광부와 튜브의 표면거리가 1000mm 이하로 유지되도록 튜브 외부에 설치하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The ultraviolet light is supplied by an ultraviolet lamp, and the optical fiber preform manufacturing method characterized in that installed on the outside of the tube so that the surface distance of the tube and the light emitting portion of the ultraviolet lamp is maintained at 1000mm or less. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 자외선은 자외선 램프에 의해 공급되고, 상기 자외선 램프는 토치의 중심부에 해당하는 핫존(hot zone) 영역을 제외한 나머지 튜브 외부 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The ultraviolet light is supplied by an ultraviolet lamp, the ultraviolet lamp is a fiber preform manufacturing method characterized in that it is installed in the outer region of the tube other than the hot zone (hot zone) area corresponding to the center of the torch. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 자외선은 자외선 램프에 의해 공급되고, 상기 자외선 램프는 출력이 5W 이상이며 발광장이 1cm 이상인 자외선을 공급하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The ultraviolet light is supplied by an ultraviolet lamp, the ultraviolet lamp is an optical fiber preform manufacturing method characterized in that for supplying ultraviolet light of the output is 5W or more and the luminous field is 1cm or more. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 자외선은 자외선 램프에 의해 공급되고, 상기 자외선 램프의 발광부로부터 500mm 이하 거리에 설치되고, 100℃ 이상의 온도에서 견딜 수 있는 유리 혹은 유리복합체로 구성되며, 400㎚ 이상 파장대역의 빛을 차단하는 차단막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The ultraviolet light is supplied by an ultraviolet lamp, installed at a distance of 500 mm or less from the light emitting part of the ultraviolet lamp, and composed of a glass or glass composite that can withstand temperatures of 100 ° C. or more, and blocks light in a wavelength band of 400 nm or more. The optical fiber preform manufacturing method characterized by further comprising a shielding film. 제 7 항 내지 제 30 항 중 어느 한항에 있어서,The method according to any one of claims 7 to 30, 상기 수팅, 탈수, 소결공정은 원하는 두께의 클래드층 및 코어층을 얻을 때까지 지속되며, 완성된 클래드층 및 코어층의 직경비(D/d)는 1.0 - 5.0 범위내에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 프리폼 제조 방법.The sooting, dehydration and sintering process is continued until a cladding layer and a core layer having a desired thickness are obtained, and the diameter ratio (D / d) of the finished cladding layer and the core layer is determined within a range of 1.0 to 5.0. Optical fiber preform manufacturing method.
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