KR20050007059A - Outside Vapor Deposition Apparatus For Manufacturing Optical Fiber Preform and Method For Manufacturing Optical Fiber Preform Using The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광섬유 모재 제조시 이용되는 외부 기상 증착(Outside Vapor Deposition: 이하, OVD) 장치 및 이를 이용한 광섬유 모재의 제조 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 OVD 공정에서 수트 입자의 증착효율은 증가시키면서도 그 다공성도는 적정하게 제어할 수 있고 광섬유의 특성을 열화시키는 수소 불순물의 생성을 억제함으로써 광섬유 제조를 위한 후속공정의 효율을 향상시킬 수 있는 방법 및 장치에 대한 것이다.The present invention relates to an external vapor deposition (OVD) device and a method for manufacturing an optical fiber base material using the same, which are used in manufacturing an optical fiber base material, and more particularly, while increasing the deposition efficiency of soot particles in the OVD process. The porosity of the present invention relates to a method and apparatus that can be appropriately controlled and can improve the efficiency of subsequent processes for manufacturing optical fibers by inhibiting the generation of hydrogen impurities that degrade the characteristics of the optical fibers.
광섬유 모재 제조에 일반적으로 사용되고 있는 공법으로는 크게 MCVD(Modified Chemical Deposition), OVD, VAD(Vaper phase Axis Deposition), PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition) 등이 있다. 이 중 OVD 공법은 증착률이 높고 광섬유 모재를 크게 만들 수 있는 장점이 있어 널리 사용되고 있는 공법 중 하나이다. 도1은 OVD 공법을 개략적으로 보여준다.Commonly used methods for fabricating optical fiber base materials include Modified Chemical Deposition (MCVD), OVD, Vapor Phase Axis Deposition (VAD), and Plasma Chemical Vapor Deposition (PCVD). Among them, the OVD method is one of the widely used methods because it has a high deposition rate and an advantage of making a fiber base material large. 1 schematically shows the OVD method.
도1을 참조하면, OVD 공법에서는 회전하는 모봉(10) 아래에 상기 모봉(10)의축방향을 따라 반복 이송하는 버너(20)를 배치한다. 상기 버너(20)에는 연소가스 유입구(30); 차단가스 유입구(40); 및 수트 생성용 화학가스 유입구(50)가 구비된다.Referring to FIG. 1, in the OVD method, a burner 20 repeatedly disposed along an axial direction of the woolen rod 10 is disposed below the woolen rod 10 that rotates. The burner 20 has a combustion gas inlet 30; Blocking gas inlet 40; And a soot generating chemical gas inlet 50.
상기 연소가스 유입구(30)로는 H2가스 및O2가스와 같은 연소가스가 공급되고, 상기 차단가스 유입구(40)로는 Ar 가스나 N2가스와 같은 차단가스가 공급된다. 그리고 상기 화학가스 유입구(50)로는 이송가스 O2를 액상으로 된 수트 생성용 화학물질(60)이 담긴 버블러(70)를 통과시켜 얻어진 기화된 수트 생성용 화학가스가 이송가스인 O2와 함께 공급된다. 상기 버블러(70)에 담긴 수트 생성용 화학물질로는 SiCl4용액, GeCl4용액 또는 이들의 혼합용액을 들 수 있다.Combustion gas such as H 2 gas and O 2 gas is supplied to the combustion gas inlet 30, and blocking gas such as Ar gas or N 2 gas is supplied to the blocking gas inlet 40. And with the chemical gas inlet (50) includes a feed gas O 2 to chemicals for the in a liquid state the soot generation 60 is a chemical gas for soot generated vaporization bubble obtained by passing a multiple (70) containing the feed gas O 2 Supplied together. Examples of the soot generating chemical contained in the bubbler 70 include SiCl 4 solution, GeCl 4 solution, or a mixed solution thereof.
상기 버너(20)의 연소가스 유입구(30)로 인입된 연소가스는 버너(20)의 상단부에서 분출되면서 연소반응을 일으켜 화염(80)을 제공한다. 상기 화염(80)에 의해 버너(20)의 화학가스 유입구(50)로 공급되는 수트 생성용 화학가스의 온도는 급격히 상승한다. 온도의 상승으로 화학가스의 온도가 화학 반응온도(1100℃ 이상)에 도달하면, 하기 화학식1에 따른 산화반응 및 가수분해 반응이 유발되어 광섬유를 구성하는 물질로 이루어진 미세한 수트 입자가 생성된다. 하기 화학식1에서 H2O 가스는 연소가스의 연소시 반응 부산물로 생성된 것이다.Combustion gas drawn into the combustion gas inlet 30 of the burner 20 is ejected from the upper end of the burner 20 to cause a combustion reaction to provide a flame (80). The temperature of the soot generating chemical gas supplied to the chemical gas inlet 50 of the burner 20 by the flame 80 rises rapidly. When the temperature of the chemical gas reaches the chemical reaction temperature (1100 ℃ or more) due to the increase in temperature, the oxidation reaction and the hydrolysis reaction according to the following formula 1 is induced to produce fine soot particles made of a material constituting the optical fiber. In Chemical Formula 1, H 2 O gas is generated as a reaction byproduct during combustion of a combustion gas.
SiCl4(g) + 2O2(g) ----> SiO2(s) + 2Cl2(g) (산화 반응)SiCl 4 (g) + 2O 2 (g) ----> SiO 2 (s) + 2Cl 2 (g) (oxidation reaction)
상기 버너(20)의 화학가스 유입구(50)로 인입되는 화학가스 중 GeCl4가스는 광섬유의 외경방향에 따른 굴절율 조절을 위한 GeO2수트 입자의 증착을 위해 제공되는 것이다. 상기 화학가스 GeCl4도 상기 화학식1과 같은 가수분해 반응과 산화반응에 의해 미세한 GeO2수트 입자로 생성된다. 생성된 수트는 버너(20)에서 분출되는 고온의 가스와 함께 이동하다가 모봉(10)의 주위를 지나면서 열영동 현상에 의해 상대적으로 온도가 낮은 모봉(10)에 소정의 두께로 증착된다. 처음으로 생성된 수트 입자는 0.1㎛ 정도의 크기이지만 열영동 현상에 의해 이동하는 중에 입자간 충돌(collision), 유합(coalescence) 및 응집(coagulation) 과정을 거쳐 모봉(10)에 증착되기 바로 전에는 그 크기가 0.25㎛ 정도에 이른다. 이러한 수트의 조립화 과정이 이루어지다 보니 모봉(10)에 증착되는 수트 증착층은 기본적으로 어느 정도의 다공성도를 가지게 된다.GeCl 4 gas in the chemical gas introduced into the chemical gas inlet 50 of the burner 20 is provided for the deposition of GeO 2 soot particles for refractive index control according to the outer diameter direction of the optical fiber. The chemical gas GeCl 4 is also produced as fine GeO 2 soot particles by a hydrolysis reaction and an oxidation reaction as in Chemical Formula 1. The generated soot moves along with the hot gas ejected from the burner 20 and is deposited at a predetermined thickness on the woolen rod 10 having a relatively low temperature by thermophoretic phenomenon while passing around the woolen rod 10. The soot particles produced for the first time have a size of about 0.1 μm, but just before they are deposited on the woolen rod through particle collision, coalescence, and coagulation during the movement by thermophoresis. The size reaches about 0.25 μm. As the soot is assembled, the soot deposition layer deposited on the woolen rod 10 basically has a degree of porosity.
OVD 공법에서는 버너(20)가 모봉(10)의 축방향을 따라 왕복 운동을 하므로,수트 증착층은 모봉(10)의 외경 방향을 따라 반복적으로 형성된다. 이에 따라 모봉(10)에 형성되는 광섬유 모재(90)의 직경은 시간 의존적으로 증가한다. 버너(20)의 왕복 운동은 광섬유 모재(90)의 직경이 요구되는 값에 이를 때까지 계속된다. 그리고 버너(20)의 화학가스 유입구(50)로 인입되는 화학가스의 유량과 분압을 적절히 조절함으로써 모봉(10)에 형성되는 광섬유 모재(90)의 외경 방향에서 일정한 굴절률 프로파일을 제공한다.In the OVD method, the burner 20 reciprocates along the axial direction of the bristle 10, so that the suit deposition layer is repeatedly formed along the outer diameter direction of the bristle 10. Accordingly, the diameter of the optical fiber base material 90 formed in the woolen rod 10 increases in time. The reciprocation of the burner 20 continues until the diameter of the optical fiber base 90 reaches the required value. In addition, by appropriately adjusting the flow rate and partial pressure of the chemical gas flowing into the chemical gas inlet 50 of the burner 20, a constant refractive index profile is provided in the outer diameter direction of the optical fiber base material 90 formed in the woolen rod 10.
한편, 버너(20)의 왕복 이송 운동으로 형성되는 수트 증착층은 광섬유 모재(90)의 외경이 커질수록 그 다공성도가 증가한다. 이는 수트 증착에 따라 모재(90)의 외경이 커지면서 발생하는 광섬유 모재(90)의 표면 회전 속도 증가, 표면 면적 증가 및 광섬유 모재의 체적 증가에서 그 원인을 찾을 수 있다. 그런데, 수트 증착층의 다공성도가 광섬유 모재(90)의 외경 증가에 따라 의존적으로 증가하면 수트 증착층의 기계적 강도가 그에 상응하여 저하된다. OVD 공법이 적용되는 과정에서 광섬유 모재(90)의 내부에서는 온도차 및 체적 증가율의 차이로 응력이 유발되는데, 광섬유 모재(90)가 그 내부에 발생된 다공성도의 구배로 상기 응력에 의한 기계적 스트레스를 견디지 못하면 광섬유 모재(90)에서 미세 균열(Crack)이 발생되는 문제가 있다.On the other hand, in the soot deposition layer formed by the reciprocating movement of the burner 20, its porosity increases as the outer diameter of the optical fiber base material 90 increases. This can be found in the increase in the surface rotational speed of the optical fiber base material 90, the surface area increase, and the volume increase of the optical fiber base material, which occur as the outer diameter of the base material 90 increases with soot deposition. However, when the porosity of the soot deposition layer increases depending on the increase in the outer diameter of the optical fiber base material 90, the mechanical strength of the soot deposition layer is correspondingly lowered. In the process of applying the OVD method, the stress is induced inside the optical fiber base material 90 due to the difference in temperature difference and the volume increase rate, and the optical fiber base material 90 generates mechanical stress due to the stress due to the gradient of porosity generated therein. If it does not endure, there is a problem that a crack occurs in the optical fiber base material 90.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 광섬유 모재(90)의 직경이 증가할수록 버너(20)에 의해 제공되는 화염(80)의 온도를 증가시킬 필요가 있다. 이를 위해 종래에는 광섬유 모재(90)의 직경이 증가할수록 연소가스인 H2가스의 유량을 증가시켜 연소반응에 의한 발열량을 증가시키는 방법이 사용되었다. 그런데, 이 방법은 수트 증착층의 다공성도는 낮출 수 있지만 연소반응에 의해 파생되는 H2O 가스의 량을 증가시킴으로써, OVD 공법의 특성 상 수트 증착층에 침투될 수 밖에 없는 수소 불순물(H20 분자 및 Si-OH)의 량을 증가시키게 된다.In order to solve this problem, it is necessary to increase the temperature of the flame 80 provided by the burner 20 as the diameter of the optical fiber base material 90 increases. To this end, conventionally, as the diameter of the optical fiber base material 90 increases, a method of increasing the amount of heat generated by the combustion reaction by increasing the flow rate of the H 2 gas, which is the combustion gas, has been used. However, this method can reduce the porosity of the soot deposition layer, but by increasing the amount of H 2 O gas derived by the combustion reaction, hydrogen impurities (H 2 that can only penetrate into the soot deposition layer due to the characteristics of the OVD method). 0 molecules and the amount of Si-OH) is increased.
광섬유 모재(90)에 수소 불순물이 포함되면 수산화기에 의한 광손실을 증가시킨다. 따라서 OVD 공법이 적용된 이후에는 광섬유 모재(90)에서 수소 불순물을 제거하기 위한 건조 공정이 반드시 적용되어야 한다. 그런데, 광섬유 모재(90)의 다공성도 제어를 위해 연소가스인 H2가스의 유량을 증가시킴으로 인해 광섬유 모재(90)에 수소 불순물의 량이 많아지면 상기 건조 공정에서 수소 불순물을 제거하는데 그 만큼 더 많은 시간이 소요되어 공정의 생산성이 저하되게 된다. 또한, 상기 건조 공정 중에 사용되는 탈 수소화 가스인 염소 가스 등의 유해가스 사용량이 증가되어 환경을 오염시킬 우려가 있고 반응 부산물 가스에 포함된 유해 가스 정화에 많은 비용이 소요되는 문제가 있다.The inclusion of hydrogen impurities in the optical fiber base material 90 increases the optical loss due to hydroxyl groups. Therefore, after the OVD method is applied, a drying process for removing hydrogen impurities from the optical fiber base material 90 must be applied. However, when the amount of hydrogen impurities in the optical fiber base material 90 increases due to the increase in the flow rate of H 2 gas, which is a combustion gas, for controlling the porosity of the optical fiber base material 90, the amount of hydrogen impurities is removed in the drying process. This takes time and lowers the productivity of the process. In addition, the amount of harmful gases, such as chlorine gas, which is a dehydrogenation gas used during the drying process, is increased, which may pollute the environment, and there is a problem in that the cost of purifying the harmful gases contained in the reaction by-product gas is high.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로써, OVD 공정에서 수트 입자의 증착효율은 증가시키면서도 광섬유 모재의 외경이 증가하여도 그 다공성도는 적정하게 제어할 수 있고, 광섬유의 특성을 열화시키는 수소 불순물의 생성을 억제함으로써 광섬유 제조를 위한 후속공정의 효율을 향상시킬 수 있는 OVD 장치 및 이를 이용한 광섬유 모재 제조 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, while increasing the deposition efficiency of soot particles in the OVD process, the porosity can be properly controlled even if the outer diameter of the optical fiber base material is increased. An object of the present invention is to provide an OVD device and an optical fiber base material manufacturing method using the same, which can improve the efficiency of a subsequent process for manufacturing an optical fiber by suppressing generation of hydrogen impurities that deteriorate characteristics.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to
도1은 종래의 외부 기상 증착 공법을 개략적으로 설명하기 위한 공정 개략도이다.1 is a process schematic diagram for schematically illustrating a conventional external vapor deposition method.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 외부 기상 증착 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of an external vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 외부 기상 증착 장치에서 하이브리드 방식에 의한 수트 생성용 화학가스의 공급 유량을 종래의 버블링 방식 또는 보일링 방식에 의한 화학가스 공급 유량과 비교한 그래프이다.3 is a graph comparing the supply flow rate of the soot generating chemical gas by the hybrid method with the chemical gas supply flow rate by the conventional bubbling method or the boiling method in the external vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 외부 기상 증착 장치에서 화학가스에 대한 O2가스의 몰비에 따른 광섬유 모재의 다공성도를 측정하여 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the measurement of the porosity of the optical fiber base material according to the molar ratio of the O 2 gas to the chemical gas in the external vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 외부 기상 증착 장치에서 화학가스에 대한O2가스의 몰비에 따른 화염의 온도를 측정하여 나타낸 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the measurement of the flame temperature according to the molar ratio of the O 2 gas to the chemical gas in the external vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 외부 기상 증착 장치에서 화학가스에 대한 O2가스의 몰비에 따른 광섬유 모재 내의 수소 불순물 농도를 측정하여 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating measurement of hydrogen impurity concentration in an optical fiber base material according to a molar ratio of O 2 gas to chemical gas in an external vapor deposition apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 OVD 장치는, 소정 길이를 가지며 지지대에 거치되어 회전하는 모봉; 및 상기 모봉에 연소가스와 함께 수트 생성용 화학가스를 분사하여 광섬유 모재의 수트 입자 생성을 유발하고온도구배에 따른 열영동 현상에 의해 상기 모봉의 표면에 상기 수트 입자를 증착시켜 광섬유 모재를 형성하는 버너;를 포함하되, 상기 버너는 그 상부로 상기 화학가스를 분사시키되 상기 연소가스와는 별도로 상기 화학가스에 소정 분압의 O2가스를 혼합하여 분사시키는 것을 특징으로 한다.An OVD device according to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the rod having a predetermined length and is mounted on the support to rotate; And injecting chemical gas for generating soot together with combustion gas to the wool to induce the generation of soot particles in the optical fiber base material and depositing the soot particles on the surface of the wool by thermal phenomena according to a temperature gradient to form an optical fiber base material. Including a burner, the burner is characterized in that to spray the chemical gas to the upper portion of the chemical gas separately from the combustion gas by mixing a predetermined partial pressure of O 2 gas.
본 발명에 따른 장치는, 이송가스에 의해 버블링된 수트 생성용 화학가스를 상기 버너에 공급하는 버블러를 더 포함하는 것이 바람직하다.The apparatus according to the present invention preferably further comprises a bubbler for supplying the burner with a chemical gas for generating soot bubbled by a transfer gas.
본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 버너는 연소가스 유입구와 화학가스 유입구를 구비하고, 상기 화학가스 유입구는 화학가스 공급라인의 일 측과 연결되고, 상기 화학가스 공급라인의 양 측 사이에 산소 공급라인이 상기 화학가스 공급라인과 연통되도록 연결되고, 상기 버블러는 상기 화학가스 공급라인의 타 측과 연결되고, 상기 화학가스 공급라인의 타 측으로 상기 버블러에서 버블링된 수트 생성용 화학가스가 공급되고, 상기 산소 공급라인을 통하여 공급된 O2가스가 상기 화학가스 공급라인으로 공급된 상기 화학가스와 소정 분압비로 혼합되어 상기 화학가스 유입구를 통하여 상기 버너로 공급될 수 있다.In the apparatus according to the invention, the burner has a combustion gas inlet and a chemical gas inlet, the chemical gas inlet is connected to one side of the chemical gas supply line, the oxygen supply between both sides of the chemical gas supply line A line is connected to communicate with the chemical gas supply line, the bubbler is connected to the other side of the chemical gas supply line, and the soot generating chemical gas bubbled from the bubbler to the other side of the chemical gas supply line is The O 2 gas supplied through the oxygen supply line may be mixed with the chemical gas supplied to the chemical gas supply line at a predetermined partial pressure ratio and supplied to the burner through the chemical gas inlet.
본 발명에 따른 장치는, 상기 버블러에 담긴 액상의 수트 생성용 화학물질을 가열하는 가열수단을 상기 버블러의 외측에 더 구비하는 것이 바람직하다.The apparatus according to the present invention preferably further comprises heating means for heating the liquid soot generating chemical contained in the bubbler on the outside of the bubbler.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 OVD 장치는, 소정 길이를 가지며 지지대에 거치되어 회전하는 모봉; 상기 모봉에 연소가스와 함께 수트 생성용 화학가스를 분사하여 광섬유 모재의 수트 입자 생성을 유발하고 온도구배에 따른 열영동 현상에 의해 상기 모봉의 표면에 상기 수트 입자를 증착시켜 광섬유 모재를 형성하는 버너; 및 액상의 수트 생성용 화학물질이 담겨 있고 이송가스에 의해 버블링된 수트 생성용 화학가스를 소정의 공급라인을 통하여 상기 버너에 공급하는 버블러;를 포함하되, 상기 버블러의 외측에는 상기 수트 생성용 화학물질을 가열하는 가열수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.OVD device according to another aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the rod having a predetermined length and is mounted on the support to rotate; A burner that injects a chemical gas for generating soot together with combustion gas to the wool to induce the generation of soot particles of the optical fiber base material and to form the optical fiber base material by depositing the soot particles on the surface of the wool by thermal phenomena according to a temperature gradient. ; And a bubbler containing a soot generating chemical in a liquid state and supplying the soot generating chemical gas bubbled by a transfer gas to the burner through a predetermined supply line, wherein the soot is outside the bubbler. And heating means for heating the chemical for generation.
본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 버너는 그 상부로 상기 화학가스를 분사시키되 상기 연소가스와는 별도로 상기 화학가스에 소정 분압비로 O2가스를 혼합하여 분사시키는 것이 바람직하다.In the apparatus according to the present invention, it is preferable that the burner injects the chemical gas into the upper portion of the burner, but mixes and injects the O 2 gas in a predetermined partial pressure ratio to the chemical gas separately from the combustion gas.
본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 버너는 연소가스 유입구와 화학가스 유입구를 구비하고, 상기 화학가스 유입구는 화학가스 공급라인의 일 측과 연결되고, 상기 화학가스 공급라인의 양 측 사이에 산소 공급라인이 상기 화학가스 공급라인과 연통되도록 연결되고, 상기 버블러는 상기 화학가스 공급라인의 타 측과 연결되고, 상기 화학가스 공급라인의 타 측으로 상기 버블러에서 버블링된 수트 생성용 화학가스가 공급되고, 상기 산소 공급라인을 통하여 공급된 O2가스가 상기 화학가스 공급라인으로 공급된 상기 화학가스와 소정 분압비로 혼합되어 상기 화학가스 유입구를 통하여 상기 버너로 공급될 수 있다.In the apparatus according to the invention, the burner has a combustion gas inlet and a chemical gas inlet, the chemical gas inlet is connected to one side of the chemical gas supply line, the oxygen supply between both sides of the chemical gas supply line A line is connected to communicate with the chemical gas supply line, the bubbler is connected to the other side of the chemical gas supply line, and the soot generating chemical gas bubbled from the bubbler to the other side of the chemical gas supply line is The O 2 gas supplied through the oxygen supply line may be mixed with the chemical gas supplied to the chemical gas supply line at a predetermined partial pressure ratio and supplied to the burner through the chemical gas inlet.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 OVD 장치를 이용한 광섬유 모재 제조 방법은, 거치대에 회전 가능하도록 설치된 소정 길이의 모봉 및 상기 모봉의 길이방향을 따라 주기적으로 왕복 운동하는 버너를 준비하는 단계; 상기 모봉을 일정한 속도로 회전시키는 단계; 및 상기 버너를 모봉의 길이 방향으로 왕복 운동시키면서 상기 버너를 통한 상기 모봉 방향으로의 연소가스 및 수트 생성용 화학가스 공급으로 광섬유 모재의 수트 입자 생성을 유발하고 동시에 열영동 현상에 의해 상기 모봉에 수트 입자가 증착되게 함으로써, 소정 두께의 수트 증착층이 상기 버너의 왕복 운동에 따라 상기 모봉에 반복 적층되게 하는 단계;를 포함하되, 상기 수트 생성용 화학가스는 상기 연소가스와 별도로 공급되는 소정 분압의 O2가스와 함께 상기 버너에 공급되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical fiber base material using an OVD device, including a wool rod having a predetermined length rotatably mounted on a cradle and a burner periodically reciprocating along a longitudinal direction of the wool rod. Preparing; Rotating the woolen yarn at a constant speed; And generating soot particles of the optical fiber base material by supplying the combustion gas and the chemical gas for generating soot in the rod direction through the burner while reciprocating the burner in the longitudinal direction of the rod. And depositing particles so that a soot deposition layer having a predetermined thickness is repeatedly laminated to the woolen rod according to the reciprocating motion of the burner, wherein the soot generating chemical gas has a predetermined partial pressure supplied separately from the combustion gas. The O 2 gas is supplied to the burner.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 화학가스는 액상의 수트 생성용 화학물질이 담긴 버블러에서 이송가스에 의해 버블링되어 소정의 화학가스 공급라인을 통하여 상기 버너로 공급되는 것이 바람직하다.In the method according to the present invention, the chemical gas is preferably bubbled by the transfer gas in a bubbler containing a liquid for producing soot in the liquid phase is supplied to the burner through a predetermined chemical gas supply line.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 화학가스는 상기 화학가스 공급라인과 연통되도록 연결된 산소 공급라인을 통하여 공급되는 O2가스와 소정의 분압비로 혼합되어 상기 버너로 공급되는 것이 바람직하다.In the method according to the present invention, the chemical gas is preferably mixed with O 2 gas supplied through an oxygen supply line connected to communicate with the chemical gas supply line at a predetermined partial pressure ratio and supplied to the burner.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 화학가스는 상기 버블러의 외측에 구비된 가열수단에 의한 가열과 상기 이송가스에 의한 버블링이 결합된 하이브리드 방식에 의해 공급되는 것이 바람직하다.In the method according to the invention, the chemical gas is preferably supplied by a hybrid method combined with heating by the heating means provided on the outside of the bubbler and bubbling by the transfer gas.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 O2가스의 분압은 광섬유 모재의 외경이 증가함에 따라 함께 증가시키는 것이 바람직하다.In the method according to the invention, the partial pressure of the O 2 gas is preferably increased together as the outer diameter of the optical fiber base material increases.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 OVD 장치를 이용한 광섬유 모재 제조 방법은, 거치대에 회전 가능하도록 설치된 소정 길이의 모봉 및 상기 모봉의 길이방향을 따라 주기적으로 왕복 운동하는 버너를 준비하는 단계; 상기 모봉을 일정한 속도로 회전시키는 단계; 및 상기 버너를 모봉의 길이 방향으로 왕복 운동시키면서 상기 버너를 통한 상기 모봉 방향으로의 연소가스 및 수트 생성용 화학가스 공급으로 광섬유 모재의 수트 입자 생성을 유발하고 동시에 열영동 현상에 의해 상기 모봉에 수트 입자가 증착되게 함으로써, 소정 두께의 수트 증착층이 상기 버너의 왕복 운동에 따라 상기 모봉에 반복 적층되게 하는 단계;를 포함하되, 상기 수트 생성용 화학가스는 액상의 수트 생성용 화학물질이 담긴 버블러에서 이송가스에 의한 버블링과 상기 버블러의 외측에 구비된 가열수단에 의한 가열이 결합된 하이브리드 방식에 의해 기화되어 소정의 화학가스 공급라인을 통하여 상기 버너에 공급되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, an optical fiber base material manufacturing method using an OVD device includes: a wool rod having a predetermined length rotatably mounted on a cradle and a burner periodically reciprocating along a longitudinal direction of the wool rod; Preparing; Rotating the woolen yarn at a constant speed; And generating soot particles of the optical fiber base material by supplying the combustion gas and the chemical gas for generating soot in the rod direction through the burner while reciprocating the burner in the longitudinal direction of the rod. Allowing the particles to be deposited, thereby repeatedly depositing a soot deposition layer having a predetermined thickness on the woolen rod according to the reciprocating motion of the burner, wherein the soot generating chemical gas is a bubble containing a soot generating chemical in a liquid state. The gas is vaporized by a hybrid method in which bubbling by the transfer gas and heating by a heating means provided on the outside of the bubbler are combined to be supplied to the burner through a predetermined chemical gas supply line.
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 변형예들이있을 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 embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OVD 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of an OVD device according to an embodiment of the present invention.
도2를 참조하면, 본 발명에 따른 OVD 장치는 소정 길이를 가지며 지지대(100)에 거치되어 회전하는 모봉(110)과, 상기 모봉(110)에 연소가스와 함께 수트 생성용 화학가스를 분사하여 광섬유 모재(120)의 수트 입자 생성을 유발하는 버너(130)를 구비한다.Referring to Figure 2, the OVD device according to the present invention has a predetermined length and is mounted on the support 100 to rotate the rods 110, by spraying the soot generating chemical gas with the combustion gas to the rods 110 It is provided with a burner 130 that causes the generation of soot particles of the optical fiber base material 120.
상기 버너(130)는 상기 모봉(110)의 길이 방향을 따라 주기적으로 왕복 운동을 한다. 이를 위해, 상기 모봉(110)은 고정 리브(140)를 매개로 버너(130)의 왕복 이동 거리에 대응하는 길이로 선반(150) 상에 마련된 회전 레일(160)에 탑재된다. 상기 회전 레일(160)은 그 일 측에 설치된 이송 모터(170)에 의해 구동되어 상기 버너(130)를 모봉(110)의 길이 방향을 따라 주기적으로 왕복 이동시킨다. 상기 모봉(110)의 상부에는 OVD 장치를 이용한 광섬유 모재(120) 제조 과정에서 파생되는 각종 반응 부산물 가스와 연소 잔류 가스를 OVD 장치의 외부로 배출하는 후드(180)가 제공된다.The burner 130 periodically reciprocates along the longitudinal direction of the woolen rod 110. To this end, the woolen rod 110 is mounted on the rotary rail 160 provided on the shelf 150 in a length corresponding to the reciprocating movement distance of the burner 130 via the fixing rib 140. The rotary rail 160 is driven by a transfer motor 170 installed at one side thereof to periodically reciprocate the burner 130 along the longitudinal direction of the woolen rod 110. An upper portion of the woolen rod 110 is provided with a hood 180 for discharging various reaction by-product gases and combustion residual gas derived from the process of manufacturing the optical fiber base material 120 using the OVD device to the outside of the OVD device.
상기 버너(130)는 연소가스 유입구; 차단가스 유입구; 및 수트 생성용 화학가스 유입구를 구비한다. 상기 각 유입구가 상기 버너(130)에 구비되는 태양은 도1에 도시된 바와 같을 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 각 유입구에는 상응하는 가스를 버너(130)로 공급하기 위한 공급라인이 연결된다. 상기 연소가스 유입구로는 H2가스 및 O2가스가 연소가스로 공급되고, 상기 차단가스유입구로는 Ar 가스나 N2가스와 같은 불활성 가스가 공급되고, 상기 화학가스 유입구로는 SiCl4가스 및/또는 GeCl4가스가 공급된다.The burner 130 has a combustion gas inlet; Blocking gas inlet; And a chemical gas inlet for generating soot. The aspect in which each inlet is provided in the burner 130 may be as shown in FIG. However, the present invention is not limited thereto. Each inlet is connected to a supply line for supplying a corresponding gas to the burner (130). The combustion gas inlet is supplied with H 2 gas and O 2 gas as the combustion gas, the blocking gas inlet is supplied with an inert gas such as Ar gas or N 2 gas, the chemical gas inlet is SiCl 4 gas and And / or GeCl 4 gas is supplied.
상기 연소가스는 상기 버너(130)의 가장 자리에서 분사되어 연소됨으로써 상기 모봉(110) 방향으로 고온의 화염(190)을 제공한다. 이 때, 상기 화염(190)은 화학가스의 산화반응 및/또는 가수분해 반응을 일으켜 광섬유 모재(120)를 구성하는 물질의 수트 입자를 생성할 수 있을 정도의 온도 조건(1100℃ 이상)을 제공하여야 한다. 상기 화학가스는 상기 버너(130)의 중앙부에서 분사되면서 상기 화염(190)에 의한 고온 분위기에서 산화반응 및/또는 가수분해 반응에 의해 수트 입자로 변환된다. 이 때의 화학 반응식은 이미 상술한 화학식1과 같으며 생성되는 수트 입자는 SiO2입자 및/또는 GeO2입자이다. 상기 차단가스는 연소가스 분사영역과 화학가스 분사영역의 사이에서 분사되어 연소가스 분사 영역과 화학가스 분사영역을 공간적으로 분리시킨다. 그러면 연소가스의 연소반응 부산물인 H2O 가스가 화학가스 분사영역으로 침투하는 것을 어느 정도 방지하여 광섬유 모재(120)에 수소 불순물이 침투되는 것을 억제시킨다.The combustion gas is injected at the edge of the burner 130 and combusted to provide a high temperature flame 190 in the direction of the bristle 110. In this case, the flame 190 provides a temperature condition (1100 ° C. or more) that is sufficient to generate an oxidation reaction and / or a hydrolysis reaction of a chemical gas to generate soot particles of a material constituting the optical fiber base material 120. shall. The chemical gas is injected from the central portion of the burner 130 and converted into soot particles by an oxidation reaction and / or a hydrolysis reaction in a high temperature atmosphere by the flame 190. At this time, the chemical reaction scheme is the same as that of Chemical Formula 1, and the soot particles produced are SiO 2 particles and / or GeO 2 particles. The blocking gas is injected between the combustion gas injection zone and the chemical gas injection zone to spatially separate the combustion gas injection zone and the chemical gas injection zone. This prevents H 2 O gas, a byproduct of combustion reaction of combustion gas, from penetrating into the chemical gas injection zone to some extent to suppress penetration of hydrogen impurities into the optical fiber base material 120.
상기 버너(130)의 화염(190)에 의해 생성된 수트 입자는 열영동 현상에 의해 상대적으로 온도가 낮은 모봉(110) 방향으로 이동하다가 모봉(110)의 표면에 부착되어 소정 두께의 수트 증착층을 형성한다. 수트 증착층은 상기 버너(130)에 의해 제공되는 화염(190)에 의해 어느 정도의 유리화가 이루어진다. 상기 버너(130)는 상기 이송 레일(160)에 설치되어 모봉(110)의 길이방향을 따라 왕복 운동을 하게되므로 수트 증착층이 상기 모봉(110)에 반복적으로 적층된다. 따라서 상기 모봉(110)에 형성되는 광섬유 모재(120)의 외경은 시간 의존적으로 증가한다.The soot particles generated by the flame 190 of the burner 130 are moved to a relatively low temperature woolen rod 110 by a thermophoretic phenomenon and then adhered to the surface of the woolen yarn 110 so as to adhere to a surface of the woolen layer 110. To form. The soot deposition layer is vitrified to some extent by the flame 190 provided by the burner 130. The burner 130 is installed on the transfer rail 160 and reciprocates along the longitudinal direction of the woolen rod 110, so that a soot deposition layer is repeatedly stacked on the woolen yarn 110. Therefore, the outer diameter of the optical fiber base material 120 formed on the woolen rod 110 increases in time.
상기 수트 생성용 화학가스는 상기 화학가스 유입구에 일 끝단이 연결된 화학가스 공급라인(200)을 통하여 상기 버너(130)로 공급된다. 상기 화학가스 공급라인(200)의 다른 끝단은 액상의 수트 생성용 화학물질(210)이 담긴 버블러(220)와 연통되게 연결된다. 상기 수트 생성용 화학물질(210)은 SiCl4용액, GeCl4용액 또는 SiCl4용액과 GeCl4용액의 혼합 용액일 수 있다. 상기 버블러(220)에서는 이송가스인 O2가스가 이송가스 공급라인(230)을 통하여 공급되어 버블링된다. 버블링 과정에서 상기 수트 생성용 화학물질(210)이 기화되고 이송가스와 함께 혼합가스를 이루어 화학가스 공급라인(200)으로 인입된 후 버너(130)로 공급된다.The soot generating chemical gas is supplied to the burner 130 through a chemical gas supply line 200 having one end connected to the chemical gas inlet. The other end of the chemical gas supply line 200 is connected in communication with a bubbler 220 containing a liquid soot generating chemical 210. The soot generating chemical 210 may be a SiCl 4 solution, a GeCl 4 solution, or a mixed solution of a SiCl 4 solution and a GeCl 4 solution. In the bubbler 220, O 2 gas, which is a conveying gas, is supplied and bubbled through the conveying gas supply line 230. In the bubbling process, the soot generating chemical 210 is vaporized, mixed with the transfer gas, introduced into the chemical gas supply line 200, and then supplied to the burner 130.
본 발명에서, 상기 버블러(220)의 외측에는 상기 버블러(220)에 담긴 수트 생성용 화학물질(210)을 가열하여 보일링할 수 있는 가열수단(240)이 선택적으로 구비된다. 상기 가열수단(240)은 전기적으로 또는 연료의 연소에 의해 발생된 열을 상기 버블러(220)에 가하여 수트 생성용 화학물질(210)을 보일링한다. 그 결과, 버블러(220) 내에서는 이송가스에 의한 버블링과 가열수단(240)에 의한 보일링이 동시에 유발되어 수트 생성용 화학물질(210)의 기화 효율이 한층 더 증가되므로, 상기 화학가스 공급라인(200)을 통하여 공급되는 수트 생성용 화학가스의 유량이 증가한다. 상기 가열수단(240)에 의해 인가되는 열이 버블러(220)의 내부로 잘 전달되도록 상기 버블러(220)의 외벽은 스테인레스와 같은 열전도성이 높은 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 이러한 버블링과 보일링이 결합된 방식의 수트 생성용 화학가스 생성 방식을 하이브리드 방식이라 칭하기로 한다.In the present invention, the outer side of the bubbler 220 is optionally provided with a heating means 240 that can boil by heating the soot generating chemical 210 contained in the bubbler 220. The heating means 240 boils the soot generating chemical 210 by applying heat generated electrically or by combustion of the fuel to the bubbler 220. As a result, in the bubbler 220, the bubbling by the transfer gas and the boiling by the heating means 240 are induced at the same time, so that the vaporization efficiency of the soot generating chemical 210 is further increased. The flow rate of the soot generating chemical gas supplied through the supply line 200 increases. The outer wall of the bubbler 220 is preferably made of a high thermal conductive metal material such as stainless so that the heat applied by the heating means 240 is transferred to the inside of the bubbler 220 well. In the present invention, the chemical gas generation method for generating the soot of the bubbling and the boiling method is referred to as a hybrid method.
상기와 같이 하이브리드 방식에 의해 수트 생성용 화학가스가 버너(130)에 공급되면 단순히 버블링 방식에 의한 경우보다 많은 유량의 화학가스를 버너(130)로 공급할 수 있으므로 수트 입자의 생성 속도를 증대시킬 수 있다. 이러한 경우 광섬유 모재(120)의 증착 속도를 증가시킬 수 있어 종래보다 OVD 공정 진행 시간을 단축시킬 수 있다.As described above, when the soot generating chemical gas is supplied to the burner 130 by the hybrid method, a chemical gas having a higher flow rate may be supplied to the burner 130 than by the bubbling method, thereby increasing the generation speed of the soot particles. Can be. In this case, the deposition rate of the optical fiber base material 120 may be increased, thereby reducing the progress time of the OVD process.
도3은 본 발명에 따른 하이브리드 방식에 의한 화학가스 공급 방법이 적용될 경우 화학가스 유량이 증가되는 것을 실험에 의한 측정으로 보여주는 비교 그래프이다. 그래프에서, X 축은 이송가스의 유량을, Y축은 버너(130)로 공급되는 화학가스의 유량을 나타낸다.Figure 3 is a comparative graph showing the experimental measurement that the chemical gas flow rate is increased when the chemical gas supply method according to the present invention is applied. In the graph, the X axis represents the flow rate of the transfer gas, and the Y axis represents the flow rate of the chemical gas supplied to the burner 130.
도3을 참조하면, 버블링 방식에 의해서 화학가스를 공급할 경우(그래프 3-1)나 보일링 방식에 의해 화학가스를 공급할 경우(그래프 3-2)보다 하이브리드 방식에 의해 화학가스를 공급한 경우(그래프 3-3)가 버너(130)로 더 많은 량의 화학가스를 공급할 수 있음을 알 수 있다. 화학가스의 공급량이 증가한다는 것은 수트 입자의 단위 시간당 생성량이 증가한다는 것을 의미하며 이에 따라 광섬유 모재(120)의 증착 속도도 증가한다는 것을 의미한다.Referring to FIG. 3, when chemical gas is supplied by bubbling (graph 3-1) or chemical gas is supplied by boiling (graph 3-2), chemical gas is supplied by hybrid method. It can be seen that (graph 3-3) can supply a greater amount of chemical gas to the burner 130. Increasing the supply amount of chemical gas means that the amount of soot particles produced per unit time increases, and thus, the deposition rate of the optical fiber base material 120 also increases.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 화학가스 공급라인(200)의 일 측에는 O2가스가 공급되는 산소 공급라인(250)이 상기 화학가스 공급라인(200)과 연통되게 연결된다. 상기 산소 공급라인(250)으로는 O2가스가 공급되는데, 공급된 O2가스는 상기 화학가스 공급라인(200)에 유입된 화학가스와 소정 분압비로 혼합된다. 상기 화학가스에 혼합된 O2가스는 버너(130)로 분출되면서 화염(190)이 제공하는 고온 분위기에서 화학가스와 산화반응을 유발함으로써 수트 입자 생성 속도를 증가시킨다. 이 때 상기 산화반응은 발열반응이므로 화염(190)을 더 고온으로 만들어준다. 따라서 종래와 같이 화염(190)의 온도를 높이기 위해 연소가스인 H2가스의 유량을 증가시키지 않고도 수트 입자 생성 속도의 증가로 인한 모재(120)의 증착 효율 증가는 물론, 화염(190)의 온도 증가에 의해 광섬유 모재(120)의 다공성도까지 제어할 수 있다.On the other hand, in the present invention, one side of the chemical gas supply line 200 is connected to the oxygen supply line 250 is supplied with the O 2 gas in communication with the chemical gas supply line 200. O 2 gas is supplied to the oxygen supply line 250, and the supplied O 2 gas is mixed with the chemical gas introduced into the chemical gas supply line 200 at a predetermined partial pressure ratio. The O 2 gas mixed with the chemical gas is blown to the burner 130 to increase the soot particle generation rate by causing an oxidation reaction with the chemical gas in the high temperature atmosphere provided by the flame 190. At this time, since the oxidation reaction is exothermic, the flame 190 is made higher. Therefore, the deposition efficiency of the base material 120 is increased as well as the temperature of the flame 190 due to the increase in the soot particle generation rate without increasing the flow rate of the H 2 gas, which is the combustion gas, in order to increase the temperature of the flame 190 as in the related art. By increasing, the porosity of the optical fiber base material 120 may be controlled.
도4는 O2가스와 화학가스의 몰비에 따른 광섬유 모재(120)의 다공성도를 실험으로 측정하여 나타낸 그래프이다. 그래프에서, X 축은 화학가스에 대한 O2가스의 몰 비를 나타내고, Y축은 다공성도를 나타낸다.4 is a graph showing experimentally measured porosity of the optical fiber base material 120 according to the molar ratio of O 2 gas and chemical gas. In the graph, the X axis represents the molar ratio of O 2 gas to the chemical gas, and the Y axis represents the porosity.
도4를 참조하면, 혼합가스 내에서의 O2가스의 몰비(분압비)가 증가할수록 광섬유 모재(120)의 다공성도가 감소하는 것을 볼 수 있다. 다공성도는 수트화 반응을 야기하는 분위기 온도가 커지면 감소하는 경향을 보이는 것이 일반적이다. 따라서 도4에 도시된 바와 같은 다공성도 감소는 O2가스의 몰비 증가로 수트 입자 생성을 유발하는 발열반응인 화학가스의 산화반응 속도가 증가되었음을 의미하고 이에 상응하여 수트화 반응을 위한 분위기를 제공하는 화염(190)의 온도가 증가되었음을 의미한다. 도5는 화학가스에 대한 O2가스의 몰비에 따른 화염(190)의 온도를 실험으로 측정하여 나타낸 그래프인데, 이를 참조하면 O2가스의 몰비가 증가하면 수트화 반응을 야기하는 분위기 온도가 증가하는 것을 실험적으로도 확인할 수 있다. 화염(190)의 온도가 증가되면 수트 입자의 열영동력도 증가되므로, 광섬유 모재(120)의 증착 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the porosity of the optical fiber base material 120 decreases as the molar ratio (partial pressure ratio) of the O 2 gas in the mixed gas increases. Porosity generally tends to decrease as the temperature of the atmosphere causing the sootation reaction increases. Therefore, the decrease in porosity as shown in FIG. 4 means that the oxidation reaction rate of the chemical gas, which is an exothermic reaction that causes the generation of soot particles, is increased by increasing the molar ratio of O 2 gas, and correspondingly, provides an atmosphere for the sootization reaction. This means that the temperature of the flame 190 is increased. 5 is an experimental measurement of the temperature of the flame 190 according to the mole ratio of O 2 gas to the chemical gas. Referring to this, when the molar ratio of O 2 gas is increased, the atmospheric temperature causing the sootization reaction increases. It can also be confirmed experimentally. Increasing the temperature of the flame 190 also increases the thermophoretic power of the soot particles, it is possible to further increase the deposition efficiency of the optical fiber base material 120.
전술한 바를 볼 때, 본 발명에 있어서는 모봉(110)에 형성되는 광섬유 모재(120)의 외경이 증가하는 것에 상응하여 상기 산소 공급라인(250)을 통하여 공급되는 O2가스의 유량을 증가시키는 것이 바람직하다. 왜냐하면, O2가스의 유량이 증가하면 수트화 반응을 야기하는 분위기 온도를 제공하는 화염(190)의 온도도 함께 증가하므로 광섬유 모재(120)의 외경 증가에 따른 다공성도 증가를 적정한 선에서 제어할 수 있기 때문이다.In view of the foregoing, in the present invention, to increase the flow rate of the O 2 gas supplied through the oxygen supply line 250 in correspondence to the increase in the outer diameter of the optical fiber base material 120 formed in the rod 110. desirable. Because the increase in the flow rate of the O 2 gas increases the temperature of the flame 190 which provides the atmosphere temperature causing the sootization reaction, so that the increase in porosity due to the increase in the outer diameter of the optical fiber base material 120 may be controlled in an appropriate line. Because it can.
본 발명에 있어서, 연소가스인 H2가스의 유량 증가 없이 화염(190)의 온도를 증가시킬 수 있다는 것은 중요한 의미를 가진다. 종래에는 광섬유 모재(120)의 다공성도 제어를 목적으로 화염(190)의 온도를 증가시키기 위해 단순히 연소가스인 H2가스의 유량을 증가시켰다. 하지만, 이러한 경우 이미 설명한 바와 같이 연소 부산물인 H2O 가스의 증가로 수트 입자에 수소 불순물이 침투하는 문제가 있었다. 하지만, 본 발명에서는 H2가스의 유량 증가 없이 화학가스에 O2가스를 소정 분압비로 혼합함으로써 수트 생성을 유발하는 화학가스의 산화반응에서 발생되는 열에 의해 화염(190)의 온도를 증가시킨다. 이러한 산화반응에서는 반응 부산물로 H2O 가스가 발생되지 않으므로 종래와 같은 문제가 생기지 않는다. 또한, 화학가스에 O2가스가 혼합되면 수소 불순물을 야기하는 H2O 가스나 H2가스의 분압을 상대적으로 낮출 수 있다. 따라서 연소반응 부산물로 창출되는 H2O 가스나 연소가스인 H2가스에 의해 수트 입자에 침투되는 수소 불순물의 함량을 더욱 더 감소시킬 수 있게 된다.In the present invention, it is important to be able to increase the temperature of the flame 190 without increasing the flow rate of the H 2 gas, which is the combustion gas. Conventionally, in order to increase the temperature of the flame 190 for the purpose of controlling the porosity of the optical fiber base material 120, the flow rate of H 2 gas, which is simply a combustion gas, is increased. However, in this case, there has been a problem that hydrogen impurities penetrate into the soot particles due to the increase of H 2 O gas, which is a combustion byproduct. However, in the present invention, the temperature of the flame 190 is increased by the heat generated in the oxidation reaction of the chemical gas causing soot formation by mixing the O 2 gas into the chemical gas at a predetermined partial pressure ratio without increasing the flow rate of the H 2 gas. In such an oxidation reaction, H 2 O gas is not generated as a reaction by-product, and thus, a problem as in the prior art does not occur. In addition, when the O 2 gas is mixed with the chemical gas, the partial pressure of the H 2 O gas or the H 2 gas causing hydrogen impurities may be relatively lowered. Therefore, it is possible to further reduce the content of hydrogen impurities penetrated into the soot particles by the H 2 O gas generated by combustion reaction by-product or H 2 gas which is a combustion gas.
도6은 화학가스와 소정 분압비로 혼합되는 O2가스의 몰비에 따른 광섬유 모재(120)의 수소 불순물 함량을 실험적으로 측정하여 나타낸 그래프이다. 그래프에서, X 축은 화학가스에 대한 O2가스의 몰 비이고 Y 축은 광섬유 모재(120)에 함입되는 수소 불순물 농도이다.6 is a graph illustrating experimentally measuring the hydrogen impurity content of the optical fiber base material 120 according to the molar ratio of the O 2 gas mixed with the chemical gas at a predetermined partial pressure ratio. In the graph, the X axis is the molar ratio of O 2 gas to the chemical gas and the Y axis is the hydrogen impurity concentration incorporated in the optical fiber base material 120.
도4를 참조하면, 화학가스에 대한 O2가스의 몰 비가 증가할수록 광섬유 모재(120)에 함입되는 수소 불순물의 함량이 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 곧 O2가스의 분압이 증가됨으로써 연소 반응 분산물인 H2O 가스와 H2가스의 분압이 상대적으로 낮아짐으로써 그 결과로 광섬유 모재(120)에 침투하는 수소 불순물의 량이 낮아졌음을 의미한다.Referring to FIG. 4, it can be seen that as the molar ratio of the O 2 gas to the chemical gas increases, the content of hydrogen impurities contained in the optical fiber base material 120 decreases. This means that the partial pressure of the O 2 gas is increased, so that the partial pressures of the H 2 O gas and the H 2 gas, which are combustion reaction dispersions, are relatively low, and as a result, the amount of hydrogen impurities penetrating into the optical fiber base material 120 is lowered.
한편, O2가스가 화학가스와 혼합되면 버너(130) 상단부에서의 유체 유속이 증가된다. 그러면 열영동 현상에 의해 수트 입자가 모봉(110)까지 이동하는데 걸리는 시간이 짧아진다. 이는 곧 수트 입자가 화염(190) 내에서 체류하는 시간이 짧아진다는 것을 의미한다. 이렇게 될 경우, 수트 입자의 조립화가 방해되어 보다 작은 크기의 입자 상으로 보다 빨리 수트 증착이 이루어지므로 광섬유 모재(120)의 다공성도 제어를 보다 용이하게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 작은 입자로 수트가 증착되면 입자의 표면적이 증대되므로 후속공정인 수소 불순물 제거를 위한 건조 공정에서 탈 수소화가스인 염소가스와의 접촉면적을 증가시킬 수 있기 때문에 보다 효과적은 수소 불순물의 제거가 가능해진다. 또한, 수트 입자의 표면적이 증가되면 입자의 표면 에너지가 증가되므로 후속공정인 광섬유 모재(120)의 소결공정에서 소결의 구동력이 증가되어 소결의 효율성을 증가시킬 수 있다.On the other hand, when the O 2 gas is mixed with the chemical gas, the fluid flow rate at the upper end of the burner 130 is increased. Then, the time taken for the soot particles to move to the woolen rod 110 is shortened by the thermophoretic phenomenon. This means that the time the soot particles stay in flame 190 is shortened. In this case, assembling of the soot particles is hindered, soot deposition is performed on a smaller particle size, thereby making it easier to control the porosity of the optical fiber base material 120. In addition, when the soot is deposited with small particles, the surface area of the particles increases, so that the contact area with chlorine gas, which is a dehydrogenated gas, can be increased in a subsequent drying process for removing hydrogen impurities. Becomes possible. In addition, since the surface energy of the particles increases as the surface area of the soot particles increases, the driving force of the sintering may be increased in the sintering process of the optical fiber base material 120 which is a subsequent process, thereby increasing the efficiency of sintering.
이하에서는 본 발명에 따른 OVD 장치를 이용한 광섬유 모재(120) 제조 방법을 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the optical fiber base material 120 using the OVD device according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.
먼저, 거치대(100)에 회전 가능하도록 설치된 소정 길이의 모봉(110) 및 상기 모봉(110)의 길이방향을 따라 주기적으로 왕복 운동하는 버너(130)를 준비한다. 그리고 나서 상기 모봉(110)을 일정한 속도로 회전시킨다. 이러한 상태에서, 상기 버너(130)를 모봉(110)의 길이 방향으로 왕복 운동시키면서 상기 버너(130)를 통하여 상기 모봉(110) 방향으로 연소가스 및 수트 생성용 화학가스를 공급한다. 그러면, 상기 연소가스의 연소 반응으로 화염(190)이 발생되고 이 화염(190)에 의해 형성된 고온 분위기에서 화학가스의 산화반응 및/또는 가수분해 반응으로 광섬유 모재(120)의 수트 입자 생성이 유발된다. 생성된 수트 입자는 열영동 현상에 의해 상대적으로 온도가 낮은 모재(120) 방향으로 이동하다가 모재(120)의 표면에 증착되어 소정 두께의 수트 증착층을 이룬다. 상기 버너(130)는 상기 모봉(110)의 길이방향을 따라 주기적으로 왕복 운동하므로 상기 수트 증착층은 모봉(110) 상에 반복 적층된다. 수트 증착층의 반복 적층 과정은 요구되는 광섬유 모재(120)의 외경이 얻어질 때까지 반복된다.First, prepare a woolen rod 110 having a predetermined length rotatably installed in the holder 100 and the burner 130 to periodically reciprocate along the longitudinal direction of the woolen rod 110. Then, the woolen rod 110 is rotated at a constant speed. In this state, the burner 130 supplies the combustion gas and the soot generating chemical gas through the burner 130 in the direction of the bristle 110 while reciprocating the longitudinal direction of the bristle 110. Then, the flame 190 is generated by the combustion reaction of the combustion gas and the soot particles are generated in the optical fiber base material 120 by the oxidation reaction and / or hydrolysis reaction of the chemical gas in the high temperature atmosphere formed by the flame 190. do. The generated soot particles move toward the base material 120 having a relatively low temperature by thermophoresis, and are deposited on the surface of the base material 120 to form a soot deposition layer having a predetermined thickness. Since the burner 130 periodically reciprocates along the longitudinal direction of the woolen rod 110, the soot deposition layer is repeatedly stacked on the woolenton 110. The repeated lamination process of the soot deposition layer is repeated until the required outer diameter of the optical fiber base material 120 is obtained.
상기 화학가스는 액상의 수트 생성용 화학물질(210)이 담긴 버블러(220)에서 이송가스에 의해 버블링되어 화학가스 공급라인(200)을 통하여 버너(130)에 공급된다. 이 때, 상기 화학가스는 상기 화학가스 공급라인(200)의 일 측과 연통되도록 연결된 산소 공급라인(250)을 통하여 공급되는 O2가스와 소정의 분압비로 혼합된다.The chemical gas is bubbled by the transfer gas in the bubbler 220 containing the liquid soot generating chemical 210 and supplied to the burner 130 through the chemical gas supply line 200. At this time, the chemical gas is mixed with the O 2 gas supplied through the oxygen supply line 250 connected to communicate with one side of the chemical gas supply line 200 in a predetermined partial pressure ratio.
상기 화학가스는 상기 버블러(220)의 외측에 구비된 가열수단(240)에 의한 보일링과 상기 이송가스에 의한 버블링이 결합된 하이브리드 방식에 의해 상기 화학가스 공급라인(200)으로 공급되는 것이 바람직하다.The chemical gas is supplied to the chemical gas supply line 200 by a hybrid method in which boiling by the heating means 240 provided outside the bubbler 220 and bubbling by the transfer gas are combined. It is preferable.
본 발명에 따른 광섬유 모재(120) 제조 방법에 있어서, 소정 분압비로 상기 화학가스와 O2가스를 혼합시키는 것과 하이브리드 방식에 의해 수트 생성용 화학가스를 생성하는 것은 양자를 결합시켜는 것이 가장 바람직하나, 어느 하나만을 선택적으로 적용하는 것도 가능함은 물론이다.In the method of manufacturing the optical fiber base material 120 according to the present invention, it is most preferable to combine the chemical gas and the O 2 gas at a predetermined partial pressure ratio, and to generate the soot generation chemical gas by a hybrid method. Of course, it is also possible to selectively apply only one.
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 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.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 equivalents of the claims to be described.
본 발명의 일 측면에 따르면, OVD 공정에서 연소가스인 H2가스의 유량 증가 없이 화학가스와 O2가스를 소정의 분압비로 혼합하여 버너에 공급함으로써 발열반응인 화학가스의 산화반응 속도를 증가시켜 화염의 온도를 상승시킨다. 이에 따라, 광섬유 모재에 함입되는 수소 불순물의 량은 증가시키지 않으면서도 화염온도 의존성을 보이는 광섬유 모재의 외경 증가에 따른 다공성도를 적정하게 제어할 수 있다. 또한, O2가스의 분압 증가로 수소 불순물 함입 문제를 야기하는 H2O 가스나 H2가스의 분압을 감소시킬 수 있기 때문에 광섬유 모재에 함입되는 수소 불순물의 량을 감소시킬 수 있다. 아울러, O2가스의 분압이 증가되면 버너의 가스 분사 유속이 증가되므로 수트 입자가 보다 작은 입자 상으로 보다 빨리 광섬유 모재에 증착되므로 광섬유 모재의 증착 효율이 증가될 뿐만 아니라 후속공정인 건조 공정과 소결공정에서의 공정 효율성이 증가한다.According to one aspect of the present invention, by increasing the oxidation reaction rate of the chemical gas exothermic reaction by supplying the burner by mixing the chemical gas and O 2 gas at a predetermined partial pressure ratio without increasing the flow rate of the H 2 gas as combustion gas in the OVD process Raise the temperature of the flame. Accordingly, it is possible to appropriately control the porosity according to the increase in the outer diameter of the optical fiber base material exhibiting the flame temperature dependency without increasing the amount of hydrogen impurities contained in the optical fiber base material. Further, the partial pressure increase in the O 2 gas it is possible to reduce the partial pressure of H 2 O gas or H 2 gas to cause the hydrogen impurity incorporation problem it is possible to reduce the amount of hydrogen impurity is incorporated in the optical fiber preform. In addition, if the partial pressure of O 2 gas is increased, the gas injection flow rate of the burner is increased, so that the soot particles are deposited on the optical fiber base material faster on smaller particles, thereby increasing the deposition efficiency of the optical fiber base material as well as the subsequent drying process and sintering. Process efficiency in the process is increased.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하이브리드 방식에 의해 화학가스를 버너에 공급하므로 단순히 버블링 방식에 의해서만 화학가스를 공급하는 경우보다 많은 유량으로 화학가스를 버너에 공급할 수 있다. 이에 따라 수트 입자의 생성 속도가 증가되어 광섬유 모재의 증착 효율이 증가하게 된다.According to another aspect of the present invention, since the chemical gas is supplied to the burner by the hybrid method, the chemical gas may be supplied to the burner at a higher flow rate than when the chemical gas is supplied only by the bubbling method. As a result, the generation rate of the soot particles is increased to increase the deposition efficiency of the optical fiber base material.
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