KR20070047296A - 광 접속 방법 및 광 전송 장치 - Google Patents

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KR20070047296A
KR20070047296A KR1020077002539A KR20077002539A KR20070047296A KR 20070047296 A KR20070047296 A KR 20070047296A KR 1020077002539 A KR1020077002539 A KR 1020077002539A KR 20077002539 A KR20077002539 A KR 20077002539A KR 20070047296 A KR20070047296 A KR 20070047296A
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core
clad
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optical fiber
pof
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KR1020077002539A
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요시사다 나카무라
히로키 다카하시
다카노리 사토
겐지 마츠모토
히로유키 히이로
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후지필름 가부시키가이샤
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Abstract

플라스틱 섬유 (11) 는 코어 (12) 및 클래드 (13) 를 가진다. 클래드 (13) 는 외부 클래드 (14) 및 내부 클래드 (15) 로 구성된다. 코어 (12) 에서의 굴절률은 중심으로부터의 거리가 감소함에 따라 서서히 증가한다. 내부 클래드 (15) 에서의 굴절률은 코어 (12) 에서의 굴절률의 최소값과 동일하고, 외부 클래드 (14) 에서의 굴절률은 내부 클래드 (15) 에서의 굴절률보다 작다. 플라스틱 광 섬유 (11) 와 광 방출 디바이스 또는 광 수신 디바이스 사이의 전송 손실을 감소시킬 목적으로, 코어 (12) 의 직경 (d1) 및 내부 클래드 (15) 의 외부 직경 (d2) 은 다음의 조건,
100 (㎛) ≤ d1 ≤ 700 (㎛),
200 (㎛) ≤ d2 ≤ 1000 (㎛)
d1 < d2
을 만족시킨다.
코어, 굴절률, 클래드

Description

광 접속 방법 및 광 전송 장치{OPTICAL CONNECTION METHOD AND OPTICAL TRANSMISSION APPARATUS}
기술분야
본 발명은 플라스틱 광 섬유와 같은 전송 매체를 통해서 광 신호들을 전송하는 광 전송 장치 및 광 접속 방법에 관한 것이다.
배경기술
플라스틱 광 섬유는 광 통로로써의 코어 및 코어를 커버하는 클래드 (clad) 로 구성된다. 클래드는 코어보다 작은 굴절률을 가진다. 일반적으로, 유리 광 섬유 및 플라스틱 광 섬유 (POF : plastic optical fiber) 가 존재한다. 유리 광 섬유의 코어는 석영 (quartz) 또는 유리로 구성된다. 유리 광 섬유의 예들로 코어 및 클래드가 석영으로 만들어진 완전한 석영 광 섬유, 코어가 석영으로 구성되고 클래드가 실리콘 또는 폴리머 플루오로화물로 구성된 폴리머 클래드 광 섬유, 및 유리 코어 및 유리 클래드를 가진 다중 성분 광 섬유가 있다. 한편, POF의 클래드 및 코어는 플라스틱 물질로 구성된다.
석영 광 섬유 및 POF의 전송 손실을 감소시킬 목적으로, 다양한 종류의 광 섬유의 구조가 제안된다. 예를 들면, 클래드는 코어의 굴절률이 코어의 중심으로부터의 거리에 따라 조금씩 변하는 2층 (코어 및 클래드) 을 가지며, 코어 및 클래드의 굴절률들, 및 클래드의 직경은 전송 손실을 감소시키기 위해서 조절된다. 또한, (1992년, Optronics Co., Ltd 에서 발행된) "플라스틱 섬유의 사용 및 중요 공지 (Usage of Plastic Fiber and Important Notices)" 의 87 페이지에는 클래드 및 코어의 굴절률들 및 코어의 직경이 일정 조건을 만족시키는 광 섬유를 설명하고 있다.
석영과 비교할 때, 광 전송 매체로써 플라스틱 물질은 성형 능력 (formability), 중량, 낮은 제조 비용, 벤딩 특성 (bending property), 충격 저항성등에서 장점을 가진다. 유리 광 섬유보다 큰 전송 손실 때문에, 플라스틱 광 섬유는 광 신호들을 장거리로 전송하는 데 적합하지 않다. 하지만, 플라스틱 광 섬유는 코어 부분의 큰 직경 (예를 들면, 수 마이크로 미터 이상) 을 가능하게 한다. 따라서, 플라스틱 광 섬유를 가지면, 높은 정밀도로 광 섬유들을 연결하거나 나누기 위해서 광 디바이스에 플라스틱 광 섬유를 연결할 필요가 없다. 따라서, 플라스틱 광 섬유는, 연결 용이성, 섬유 끝단 처리의 용이성, 높은 정밀도를 가진 코어 정렬의 불필요와 같은 이점들을 가진다. 게다가, 플라스틱 광 섬유는 인간 신체를 찌를 수 있는 가능성이 적은 저위험성, 용이한 구성, 진동에 대한 강한 저항성 및 낮은 가격과 같은 다양한 이점들을 가진다. 따라서, 가정용 및 자동차용 목적으로서 뿐만 아니라 고속 데이터 프로세싱 디바이스용 내부 배선들 및 디지털 비디오 인터페이스 (DVI) 링크와 같은 단거리, 고성능 케이블로서, 플라스틱 광 섬유를 사용하는 것이 계획된다.
공공 목적을 위한 POF 는 부착 가능 연결기에 고정되고, 그러한 목적을 위한 플라스틱 광 섬유는 연결시 위치 편차에 대한 허용 범위를 증가시키기 위해 큰 직 경을 가진다. 큰 직경을 가진 플라스틱 광 섬유는 많은 개구수 (numerical aperture) 를 가진 광원 (광 방출 소자, 광 방출 디바이스) 과 연결시의 허용된 범위를 증가시킬 수 있다. 섬유 에지로부터 신호 광의 출사 각도가 역시 증가된다. 출사 각도를 감소시킬 목적으로 광 섬유 에지에서 광 수신 소자 (광 수신 디바이스) 의 간격을 감소시키는 것은 높은 정렬 정확도를 요구하며, 따라서 간격을 감소시키는 것은 연결의 용이성에서의 POF의 이점을 줄인다. 그러한 문제점을 다루기 위해서, 일본 특허 출원 공개 (JP-A) 제 2002-311260 및 2002-350654 호, 및 상술한 참조 문헌 ("플라스틱 섬유의 사용 및 중요 공지") 은 광 섬유 에지와 광 수신 소자 사이에 집광 소자를 배치하고, 광 수신 소자의 크기를 증가시키는 해결 방법을 개시한다.
하지만, 상술한 참고 문헌들에서 개시된 집광 소자는 광 소자들의 접촉면에서의 프레넬 (Fresnel) 손실 및 광학 부분에서의 상승으로 인한 제조 비용의 상승을 초래한다. 또한, 광 수신 소자의 크기의 증가는 제조 비용을 상승시키고 암전류에서의 상승으로 인한 감도를 감소시킨다. 따라서, 큰 직경을 가진 광 섬유의 장점을 감소시키지 않으면서 저비용으로 광 전송을 구현하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 큰 직경을 가진 플라스틱 광 섬유와 광 수신 소자 사이의 뛰어난 연결을 구현하여, 따라서 플라스틱 광 섬유를 통해서 광 방출 소자 및 광 수신 소자로부터의 송신을 향상시키는 것이 가능하게 하는 것이다.
발명의 개시
상술한 목적을 달성하기 위해서, 광 방출 디바이스 및 광 수신 디바이스는 집속형 (graded index) 플라스틱 광 섬유를 통하여 연결된다. 광 방출 디바이스로부터의 광 빔은 집속형 플라스틱 광 섬유의 일 말단으로 입사되며, 플라스틱 광 섬유의 다른 말단으로부터 출력되며 광 수신 디바이스로 입사된다. 플라스틱 광 섬유는 코어, 제 1 클래드 및 제 2 클래드를 포함한다. 코어는 대략 원형 단면 모양이며 굴절률이 중심을 따라 상승하는 굴절률 프로파일을 가진다. 제 1 클래드는 코어의 외부에 형성되며 코어보다 작거나 같은 굴절률을 가진다. 제 2 클래드는 제 1 클래드 외부에 형성되며 제 1 굴절률보다 작은 굴절률을 가진다.
플라스틱 광 섬유는 다음의 조건을 만족시킨다:
100 (㎛) ≤ d1 ≤ 700 (㎛)
200 (㎛) ≤ d2 ≤ 1000 (㎛)
d1 < d2
여기에서 d1 은 코어의 직경을 나타내며, d2 는 제 1 클래드의 외부 직경을 나타낸다.
바람직한 실시형태에서, 광 방출 소자의 개구수는 0.05 내지 0.35 이다. 코어 및 제 1 클래드는 다음의 조건을 만족시킨다:
0.5×d2 ≤ d1
300 (㎛) ≤ d1 ≤ 700 (㎛)
350 (㎛) ≤ d2 ≤ 1000 (㎛)
제 1 클래드의 외부 직경은 플라스틱 광 섬유에 들어가기 위해서 바람직하게는 광 빔의 직경 이상이다. 광 방출 디바이스의 개구수는 바람직하게는 코어의 개구수보다 작다. 플라스틱 광 섬유 및 광 수신 디바이스는 집광 소자없이 연결되며, 플라스틱 광 섬유와 광 수신 디바이스 사이의 간격은 1 내지 1000 ㎛ 이다.
광 방출 디바이스는 바람직하게는 광 공진기 (resonator) 를 가진다.
본 발명에 따르면, 광 방출 소자 및 광 수신 소자는 큰 직경을 가진 플라스틱 광 섬유를 통하여 연결되기 때문에, 광 방출 소자 및 광 수신 소자로부터의 송신을 향상시키는 것이 가능하다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 플라스틱 광 섬유의 단면도이며;
도 2 는 플라스틱 광 섬유의 방사 방향으로의 굴절률 프로파일의 그래프이며;
도 3 은 플라스틱 광 섬유의 제조의 순서도이며;
도 4 는 코어를 형성하기 위한 폴리머화 장치의 개략적 도면이며;
도 5 는 플라스틱 광 섬유의 출력 에지로부터의 거리에 대한 빔 직경의 그래프이다.
발명을 수행하는 최적 모드
본 발명의 바람직한 실시형태는 도면을 참조하여 설명되지만, 이 실시형태들은 본 발명의 범위를 국한시키지 않는다. 먼저, 제조된 플라스틱 광 섬유의 특 징 및 구조가 설명된다. 그 후, 플라스틱 광 섬유를 제조하기 위해서 프리폼 (preform) 을 드로잉하는 방법이 설명된다.
도 1 을 참조할 때, POF (플라스틱 광 섬유) (11) 는 광 통로로서의 코어 (12) 및 POF의 시스 (sheath) 로서의 클래드 (13) 로 구성된다. 클래드 (13) 은 내부 클래드 (15) 및 외부 클래드 (14) 를 가진다. 내부 클래드 (15) 는 외부 클래드 (14) 의 내벽과 접촉되며, 코어 (12) 는 내부 클래드 (15) 안에 위치한다. 도 1 에서 도시된 바와 같이, d1 (㎛), d2 (㎛) 및 d3 (㎛) 는 각각 코어 (12) 의 직경, 내부 클래드 (15) 의 외부 직경, 및 외부 클래드 (14) 의 외부 직경을 나타낸다. 외부 직경 (d2) 은 외부 클래드 (14) 의 내부 직경과 같고, 코어 (12) 의 직경 (d1) 은 내부 클래드 (15) 의 내부 직경과 같다.
외부 클래드 (14) 는 균일한 두께를 가진 관 모양을 가지며, 클래드의 외부 직경 (d3) 및 내부 직경은 또한 길이 방향으로 균일하다. 외부 클래드 (14) 는, 예를 들면, 용융 압출 (melt-extrusion) 에 의한, 폴리비닐리덴 플루오로화물 (PVDF) 로 형성된다. 외부 클래드 (14) 는, 이후 설명될, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA) 와 같은, 다른 물질들로 형성될 수 있다. 내부 클래드 (15) 는 외부 직경 (d2) 및 내부 직경이 길이 방향으로 균일한 관 모양이다. 내부 클래드 (15) 는 PMMA 같은 폴리머로 형성된다. 외부 클래드 (14) 및 내부 클래드 (15) 는 용융 압출에 의해서 동시에 형성될 수도 있다. 외부 클래드 (14) 및 내부 클래드 (15) 는, 외부 클래드 (14) 안에 내부 클래드 (15) 를 형성하기 위해서 외부 클래드 (14) 에 메틸메타크릴레이트 (MMA) 같은 폴리머화가능 혼합물을 따르고, 외부 클래드 (14) 를 회전시키고 혼합물을 폴리머화하면서, 외부 클래드 (14) 의 용융 압출에 의해서 연속적으로 형성된다.
도 2 에서, POF 의 굴절률 프로파일이 도시된다. 도 2 에서, 수평축은 방사 방향으로 POF 중심에서의 거리를 나타내고, 수직축은 굴절률을 나타낸다. 그래프는 굴절률이 상승함에 따라 위로 올라간다. 도 2 의 영역 (C) 는 외부 클래드 (14) 에서의 굴절률을 나타내고, 영역 (D) 는 내부 클래드 (15) 에서의 굴절률이며, 영역 (E) 는 코어 (12) 에서의 굴절률이다.
도 2 에서 도시된 바와 같이, 코어 (12) 에서의 굴절률은 외부에서 중심으로 서서히 상승한다. 외부 클래드 (14) 에서의 굴절률은 내부 클래드 (15) 의 굴절률보다 작으며, 내부 클래드 (15) 에서의 굴절률은 코어 (12) 에서의 굴절률과 동일하거나 작다. 코어 (12) 의 굴절률의 최소값은 본 실시형태에 따르면 내부 클래드 (15) 에서의 굴절률과 동일하다. 이 실시형태에서, 코어 (12) 는, 이하에서 설명될, 면간 젤 폴리머화 방법 (interfacial gel polymerization method) 에 의해서 형성되어 굴절률은 외부로부터 중심으로 서서히 증가하게된다. 방사 방향으로의 코어 (12) 굴절률은, 최대값이 바람직하게는 최소값보다 0.001 내지 0.3 만큼 더 크다. 그 때문에, POF (11) 는 광 전송 매체로서 기능한다. (도 1 에서 도시된) 내부 클래드 (15) 와 코어 (12) 사이의 경계는 명확한 것이 바람직하지만, 경계가 POF (11) 에 반드시 나타날 필요는 없다.
POF (11) 로의 입사광은 도 2 에서 도시된 굴절률 관계를 가진 내부 클래드 (15) 및 코어 (12) 의 에지로 입사된다. 내부 클래드 (15) 로의 입사광은 코어 (12) 로 부분적으로 전파되고 코어 (12) 를 통하여 전송되며, 따라서 입사광의 대부분은 코어 (12) 의 에지로부터 출사된다. 따라서, 도 2 에서 도시된 굴절률 프로파일은 입사광의 영역을 증가시키며 POF (11) 로부터의 출력광의 확장 (extension) 을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
내부 클래드 (15) 의 외부 직경 (d2) 이 200 내지 1000 ㎛ 이기 때문에, 외부 클래드 (14) 의 외부 직경 (d3) 은 200 ㎛ 보다 크게 된다. 또한, (외부 직경 (d2) 보다 작은) 코어 (12) 의 직경 (d1) 은 100 내지 700 ㎛ 이다. 광 방출 소자로서의 LED 및 광 수신 소자로서의 PD (광 다이오드) 의 경우에, POF의 광 방출 및 광 수신 면 모두에서의 전송 손실을 감소시키며, POF 및 이러한 광 소자들을 연결하는 위치에서의 전송 손실을 감소시키는 것이 가능하다.
내부 클래드 (15) 의 외부 직경 (d2) 이 200 ㎛ 보다 작으면, 코어 (12) 는 작은 광 수신 영역 (코어 (12)) 때문에 광 방출 소자로써의 LED 로부터 충분한 양의 입사광을 수신할 수 없다. 한편, 외부 직경 (d2) 이 1000 ㎛ 보다 더 클때, 코어 (12) 는, 입사광을 수신하는 데 필요한 크기와 비교할 때, 매우 크게 된다. 100 ㎛ 보다 작은 직경 (d1) 을 가진 코어 (12) 는 출력 광의 광 축에서의 편향의 허용을 감소시킨다. 직경 (d1) 이 내부 클래드의 직경 (d2) 보다 작더라도, 700 ㎛보다 큰 직경 (d1) 은 광 수신 소자 및 POF 의 결합 효율성을 감소시킨다. GI POF 에서의 수렴 (convergence) 후의 출력 광의 영역은 POF 의 입구로부터 수렴 길이 (약 20-30m) 로 일정한 값을 취하며, 따라서 상술한 범위 내의 직경 (d1, d2) 는 POF 의 길이가 수렴 길이보다 더 크다면 바람직하다.
코어 (12) 의 직경 (d1) 은 보다 바람직하게는 300 내지 700 ㎛ 이고, 가장 바람직하게는 450 내지 500 ㎛ 이다. 내부 클래드 (15) 의 외부 직경 (d2) 은 바람직하게는 350 내지 1000 ㎛ 이고, 가장 바람직하게는 700 내지 750 ㎛ 이다. 코어 (12) 의 직경 (d1) 은 바람직하게는 내부 클래드 (15) 의 외부 직경 (d2) 의 반보다 크다.
도 2 에서, 내부 클래드 (15) 는 방사 방향으로 대략 동일한 굴절률을 가지지만, 내부 클래드에서의 굴절률은 외부 클래드 면에서 코어 면으로 한 단계씩 또는 서서히 증가할 수도 있다. 내부 클래드의 굴절률의 최대값과 최소값 사이의 차이는 바람직하게는 가능한 작다.
코어 (12) 와 내부 클래드 (15) 사이의 경계가 명확하지 않을 때, 직경 (d1, d2) 은 다음과 같이 정의된다. 코어 (12) 와 내부 클래드 (15) 에서의 굴절률들 사이의 관계 때문에, 코어 (12) 로부터의 출력광의 광 강도는 내부 클래드 (15) 의 광 강도와 다르게 된다. 따라서, POF 의 방사 방향에 대하여 광 강도의 그래프는 빠르게 상승하거나 빠르게 하강한다. 빠른 상승 또는 하강을 보이는 그러한 위치들은 내부 클래드 (15) 와 코어 (12) 사이의 경계로 고려된다. 빠른 상승 및 하강을 보이는 이러한 위치들의 길이가 코어 (12) 의 직경 (d1) 이며, 내부 클래드 (15) 의 외부 직경 (d2) 은 상술한 방법으로 획득된 경계의 위치로부터 광 강도가 0 인 위치까지의 길이이다.
본 발명은 1 층 이상을 가지는 코어에 또한 적용될 수 있다. 유사한 광학 특성을 획득하기 위해서, 코어의 굴절률이 한 단계씩 변하는 (다중 단계 POF 라 불리는) 가상의 집속형 POF 에 적용하는 것이 가능하다. (굴절률이 서서히 변하는) 집속형 POF 와 비교할 때, 다중 단계 POF 는 전송의 관점에서 덜 효율적이다. 1 층 이상을 가지는 코어 (12) 의 경우에, 코어 (12) 의 에지는 광 강도가 최대 광 강도의 5 % 인 위치이며, 내부 클래드 (15) 의 에지는 광 강도가 0 인 위치인 것으로 고려된다.
코어 (12) 및 내부 클래드 (15) 의 바람직한 범위는 외부 클래드 (14) 의 외부 직경 (d3) 과 관계가 없다. 예를 들면, 500 내지 1200 ㎛ 의 범위 내의 상이한 직경 (d3) 을 가지는 복수의 POF 샘플들이 형성되며, 이러한 POF 샘플들의 광학 특성들이 측정된다. 이러한 POF 샘플들은 본 발명의 목적을 달성시킬 수 있다. 결과들은 이하 설명될 실험에서 부분적으로 설명된다. 이 실시형태에서의 클래드 (13) 는 두개의 층 (외부 클래드 (14) 및 내부 클래드 (15)) 을 가지지만, 클래드 (13) 는 1 층 또는 두개의 층 이상을 포함할 수도 있다.
도 3 은 POF 를 가지는 광 섬유 케이블 및 POF 의 제조 과정을 도시한다. 각각의 제조 과정의 상세는 이하 설명될 것이다. POF (11) 는 길이 방향으로 프리폼 (21) 을 드로잉하는 것에 의해서 형성된다. POF (11) 의 직경은 프리폼 (21) 의 직경보다 작다. 프리폼 (21) 은 외부 클래드, 내부 클래드 및 코어를 가지며, 따라서 프리폼 (21) 의 기본 구조는 직경을 제외하고는 POF 와 동일하다. 프리폼 (21) 의 코어 및 클래드는 각각 POF (11) 의 코어 (12) 및 클래드 (13) 에 대응한다.
외부 클래드 파이프 제조 과정 (22) 에서, 프리폼 (21) 을 위한 외부 클래드 파이프 (23) 가 형성된다. 외부 클래드 파이프 (23) 은 POF (11) 의 외부 클래드 (14) 와 같은 프리폼 (21) 의 외부 시스이다 (도 1 을 참조). 그 후, 내부 클래드 폴리머화 과정 (25) 에서, 내부 클래드는 외부 클래드 파이프 (23) 의 내 벽 상에 형성되어 프리폼 (21) 의 단면은 중심에 공동부를 가지게 된다. 외부 클래드 파이프 (23) 및 내부 클래드는 용융 압출에 의해서 통합적으로 형성될 수도 있다. 프리폼 (21) 의 공동부에 코어를 형성하기 위한 코어 폴리머화 과정 후에, 프리폼 (21) 이 획득된다. POF (11) 는 드로잉 과정 (27) 에서 프리폼 (21) 을 드로잉하는 것에 의해서 제조된다. 프리폼 (21) 그 자체는 광 전송 매체로써 기능을 나타낸다. 드로잉 과정 (27) 에서, 관 모양 프리폼 (21) 은 POF (11) 를 형성하기 위해서 길이 방향으로 드로잉되고 가열된다. POF (11) 는 그 후 코팅 과정 (28) 에서 코팅 물질로 코팅되고, 그것에 의해서 플라스틱 광 섬유 케이블 (29) 이 제조된다.
제조 과정은 이하에서 상세히 설명된다. 외부 클래드 파이프 (23) 는 관 모양으로 일정 폴리머의 압축 용융에 의해서 획득될 수 있다. 폴리머화 가능 혼합물을 포함하는 관 챔버가 회전하는 동안 폴리머화 가능 모노머를 가진 폴리머화 가능 혼합물의 폴리머화를 수행하기 위해서 회전적 폴리머화에 의해서 외부 클래드 파이프 (23) 를 획득하는 것이 또한 가능하다. 이 실시형태에서, 외부 클래드 파이프는 용융 압출에 의해서 원료 폴리머 (외부 클래드 형성 폴리머) 로서 폴리비닐리덴 플루오로화물 (PVDF) 로 형성된다. 용융 압출 과정에서, 상업용 반죽 압출기 (kneading extruder) 가 사용될 수 있다. 내부 클래드는 외부 클 래드 파이프 (23) 의 내벽 상에 형성된다. 내부 클래드를 위한 원료 폴리머는 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA) 이다. 내부 클래드는 외부 클래드 파이프와 동일한 방법 (회전적 폴리머화) 에 의해서 형성될 수도 있다. 용융 압출에 의해서 외부 클래드를 형성하는 경우에, 내부 클래드는 외부 클래드와의 동시 압출 (co-extrusion) 에 의해서 형성될 수도 있다.
회전적 폴리머화 방법에 의해서 내부 클래드를 형성할 때, 외부 클래드 파이프 (23) 의 일 말단은 레진 플루오로의 플러그로 봉해진다. 그 후, 내부 클래드의 원료로서 (내부 클래드 모노머) 폴리머화 가능 혼합물이 외부 클래드 파이프의 공동부로 따라진다. 메틸메타크릴레이트 (MMA) 가 이 실시형태에서 내부 클래드 모노머로서 사용되지만, 모노머의 다른 타입이 내부 클래드 모노머로써 사용될 수도 있다. 내부 클래드 모노머의 예들이 이하에서 설명될 것이다. 내부 클래드 모노머를 부은 후에, 외부 클래드 파이프 (23) 의 공동부는 아르곤 기체와 같은 비활성 기체로 대체되고, 외부 클래드 파이프 (23) 의 타 말단은 레진 플로오르의 플러그로 봉해지며, 외부 클래드 파이프 (23) 는 스테인레스 보호 파이프로 보호된다. 외부 클래드 파이프 (23) 를 포함하는 보호 파이프가 내부 클래드 모노머의 폴리머화를 수행하기 위해서 가열되며 회전된다. 폴리머화 과정 동안, 필요하다면, 회전 속도 및 가열 온도가 제어된다. 회전 속도는 바람직하게는 외부 클래드 파이프 (23) 의 외부 직경에 따라서 선택되고, 회전 속도는 바람직하게는 300 내지 8000 rpm 이다. 가열 온도는 모노머의 타입, 폴리머화 개시제 (initiator) 의 양 및 종류, 및 사슬 이동제 (chain transfer agent) 의 양 및 종류에 기초해서 선택되고, 가열 온도는 바람직하게는 35 내지 140 ℃이다. 가열 온도는 폴리머화 과정에서 초기 단계에서 종결 단계까지 한 단계씩 또는 서서히 증가하는 것이 바람직하다. 폴리머화 가능 모노머가 폴리머화 반응 때문에 가열 피크에 도달할 때, 가열 피크의 직전 또는 직후에 가열 온도를 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 폴리머화 과정 직후에 비-반응된 모노머를 제거 및 감압하는 것이 바람직하다. 비-반응된 모노머의 감압 및 제거는 폴리머화될 모노머의 종류에 따라서 가열된 조건하에서 또는 실온에서 수행될 수도 있다.
내부 클래드의 공동부에 코어를 가지는 프리폼을 형성한 후에, POF 가 제조된다. 도 4 에서, 코어를 형성하기 위한 폴리머화 장치가 도시된다. 코어는 도 2 에서 도시된 굴절률 프로파일을 가진 POF 를 획득하기 위해서 면간 젤 폴리머화 방법에 의해서 형성된다. 면간 젤 폴리머화의 사용에 의해서 코어 부분을 형성하기 위해서, 폴리머화 챔버의 길이 축은 일본 특허 제 3332292 에서 개시된 것처럼, 수직으로 유지되거나 폴리머화 챔버는 JP-A 제 8-262240 호에서 개시된 것처럼, 폴리머화 과정 동안에 회전된다.
이 실시형태에서, 코어 모노머는 폴리머화 챔버의 길이 축이 수직으로 유지되면서 폴리머화된다. 외부 클래드 파이프 (23) 의 일 말단은 레진 플루오로의 플러그로 봉해진다. 그 후, 코어를 위한 폴리머화 가능 혼합물 (코어 모노머) 이 내부 클래드의 공동부에 부어진다. MMA가 이 실시형태에서 코어 모노머로써 사용되지만, 코어 모노머로서 다른 물질들을 사용하는 것이 가능하다. 코어 모노머의 예들이 이하에서 설명된다.
코어 모노머를 붓기 전에 외부 클래드 파이프 (23) 는 바람직하게는 일정 기간동안 감압된 조건하에 있다. 감압 과정이 없다면, 외부 클래드를 위한 폴리머들 및 내부 클래드 폴리머, 및 이러한 폴리머들 내에 포함된 공기 및 물은 코어 모노머의 폴리머화에서 가해지는 열에 의해서 팽창되는 경향이 있다. 그 때문에, 내부 클래드 및 외부 클래드에서 크랙 (crack) 및 왜곡 (distortion) 을 방지하며, 프리폼에서 분자 밀도에서의 변동을 방지하는 것이 가능하다.
코어 모노머 (MMA) 는 폴리머화 개시제, 사슬 이동제, 굴절률 제어제 (도펀트 (dopant)) 등과 함께 내부 클래드의 공동부에 부어진다. 폴리머화 개시제, 사슬 이동제 및 도펀트의 양은 이하에서 설명될 것이다. 도펀트 없이, 한가지 이상의 종류의 코어 모노머의 사용에 의해서 코어에서 방사 방향으로 굴절률을 변화시키는 것이 또한 가능하다. 이 실시형태에서, 코어 모노머로 폴리머화되지 않은 도펀트는 코어에서 굴절률을 변화시키는 데 사용된다. 도펀트는 작은 분자량, 높은 굴절률 및 큰 분자 부피를 가진 혼합물이다.
도 4 를 참조할 때, 폴리머화 장치 (40) 가 코어 모노머의 폴리머화를 위해서 사용된다. 폴리머화 장치 (40) 는 폴리머화 챔버 (41), 압력 게이지 (44), 압력 제어기 (45), 온도계 (47) 및 온도 제어기 (48) 로 구성된다. 폴리머화 챔버 (41) 는 비활성 기체로써 질소 기체를 공급하기 위해서 질소 기체 공급기 (51) 에 연결된다. 폴리머화 챔버 (41) 는 나사 (도시되지 않음) 를 통하여 고정된 커버 (41b) 및 챔버 몸체 (41a) 를 포함한다. 폴리머화 챔버 (41) 의 그러한 구조는 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 폴리머화 챔버의 다른 구조가 또 한 적용가능하다.
압력 게이지 (44) 는 폴리머화 챔버 (41) 의 내부 압력을 탐지한다. 압력 제어기 (45) 는 압력 게이지 (44) 에 의해서 탐지된 내부 압력에 따라서 질소 기체 공급기 (51) 로부터의 질소 기체의 양을 조절하고, 따라서 폴리머화 챔버 (41) 의 내부 압력이 제어된다. 질소 기체 공급기 (51) 때문에, 폴리머화 챔버 (41) 내의 내부 공기는 질소 기체로 대체된다. 챔버 몸체 (41a) 및 커버 (41b) 가 꽉 조여지기 때문에, 내부 압력 및 질소 기체의 양을 정확하게 조절하는 것이 가능하다. 폴리머화 챔버 (41) 에 공급되는 기체와 관련해서, (아르곤같은) 다른 비활성 기체가 사용될 수도 있다. 온도계 (47) 는 폴리머화 챔버 (41) 내의 온도를 측정한다. 온도 제어기 (48) 는 온도계 (47) 에 의해서 측정된 온도에 따라서 챔버 몸체 (41a) 에 제공된 가열 라인으로 흐르는 전류를 제어한다.
내부 클래드의 공동부에서의 코어 모노머, 및 폴리머화 개시제, 사슬 이동제 및 도펀트와 같은 다른 혼합물들을 포함하는 외부 클래드 파이프 (23) 는 지그 (jig) 로써 유리 파이프 (52) 에 삽입되고, 외부 클래드 파이프 (23) 를 포함하는 유리 파이프 (52) 는 폴리머화 챔버 (41) 에서 수직으로 유지된다. 코어 모노머를 포함하는 외부 클래드 파이프 (23) 는 바람직하게는 유리 파이프 (52) 내의 삽입 전 또는 후에 자장 제거 (degauss) 과정에 투입된다. 자장 제거 과정을 위해서, 외부 클래드 파이프 (23) 는 바람직하게는 편의 및 효과의 관점에서 감압 챔버내에서 감압처리 된다. 감압 챔버에서, 외부 클래드 파이프 (23) 는 바람직하게는 초음파 처리 된다. 감압 과정은 바람직하게는 30 분 이상동안 수행된 다.
커버 (41b) 가 외부 클래드 파이프 (23) 를 가진 유리 파이프 (52) 를 포함하는 챔버 몸체 (41a) 에 조여진 후에, 질소 기체가 질소 공급기 (51) 로부터 폴리머화 챔버 (41) 에 공급되며, 폴리머화 챔버 (41) 내의 내부 공기가 밸브 (V1) 를 여는 것에 의해서 배기된다. 그 때문에, 폴리머화 챔버내의 내부 공기는 질소 기체로 대체된다. 그 후, 폴리머화 챔버 (41) 내의 압력은 압력 제어기 (45) 에 의해서 소정의 값이 된다. 코어 모노머는 온도 제어기 (48) 의 제어하에서 소정의 시간 및 온도로 폴리머화를 위해서 가열된다. 폴리머화 과정 동안 압력은 바람직하게는 대기압보다 높다.
코어 모노머가 폴리머화를 시작할 때, 내부 클래드의 내벽은 폴리머화의 초기 단계에서 겔화된 (gelled) 팽창된 층을 생성하기 위해서 코어 모노머에 의해서 팽창된다. 팽창된 층은 코어 모노머의 폴리머화를 가속화시킨다. 이러한 폴리머화 과정은 내부 클래드 면에서 시작되고 축 방향에 대해서 외부 클래드 파이프 (23) 의 중심으로 진행된다. 작은 분자 부피를 가진 혼합물은 팽창된 층을 향해서 움직이는 경향이 있기 때문에, 큰 분자 부피를 가진 도펀트는 외부 클래드 파이프 (23) 의 중심으로 움직인다. 그 때문에, 높은 굴절률을 가진 도펀트의 밀도는, 폴리머화 과정이 진행됨에 따라 외부 클래드 파이프 (23) 의 중심에서 상승하고, 따라서 굴절률이 내부 클래드 면에서 프리폼 (21) 의 중심으로 상승하는 굴절률 프로파일을 가진 프리폼 (21) (도 3 참조) 을 획득하는 것이 가능해진다. 프리폼 (21) 이 팽창된 층을 생성하는 것에 의해서 형성되기 때문에, 프리폼 (21) 은 내부 클래드와 코어 사이에 명확한 경계를 가지지 않는다. 경계의 명확성은 내부 클래드 모노머 및 코어 모노머의 친화력 (affinity) 및 종류, 팽창된 층을 생성하는 것과 같은 제조 조건등에 따라서 변한다.
폴리머화 챔버 (41) 에서 코어 모노머의 폴리머화 동안, 코어 모노머를 포함하는 외부 클래드 파이프 (23) 는 바람직하게는 유리 파이프 (52) 와 같은 지그에 의해서 지지된다. 지그는 바람직하게는 외부 클래드 파이프 (23) 를 삽입할만큼 충분한 공동부를 가진 공동형 실린더 모양을 가진다. 지그는 외부 클래드 파이프 (23) 를 고정시키는 것 없이 외부 클래드 파이프 (23) 를 지지하는 모양을 가지며, 따라서 지그는 가압된 폴리머화 동안 공동형 파이프의 변형을 방지할 수 있으며, 가압된 폴리머화가 진행될 때 코어의 수축을 완화시킬 정도로 충분하게 외부 클래드 파이프 (23) 를 지지할 수 있다. 외부 클래드 파이프 (23) 가 지그에서 고정되면, 코어는 외부 클래드 파이프 (23) 가 폴리머화 동안 코어의 수축을 완화시킬 수 없기 때문에 공극 (void) 을 가질 것이다. 따라서, 지그의 공동부의 직경은 바람직하게는 외부 클래드 파이프 (23) 의 직경보다 크다. 외부 클래드 파이프 (23) 의 외부 직경과 비교할 때, 공동부의 직경은 바람직하게는 외부 클래드 파이프 (23) 의 외부 직경의 0.1 내지 40 % 만큼 더 크며, 보다 바람직하게는 외부 클래드 파이프 (23) 의 외부 직경의 10 내지 20 % 만큼 더 크다. 지그는 외부 클래드 파이프 (23) 가 지그에서 수직적으로 유지될 수 있고 지그가 폴리머화 과정동안 외부 클래드 파이프 (23) 를 지지할 수 있다면 관 모양이 아닐 수 있다.
폴리머화 과정에서 바람직한 압력은 코어 모노머의 종류에 의존적이다. 너무 많은 압축으로는, 압축된 기체는 코어 모노머에 액화 (dissolve) 되고, 즉, 코어 모노머내의 액화된 기체는 방출되지 않는다. 따라서, 그러한 액화된 기체는 드로잉 과정 (27) 동안 코어내에서 공극이 된다. 압축이 너무 적다면, 외부 클래드 파이프 (23) 가 폴리머화 동안 코어의 수축을 완화시킬 수 없기 때문에 코어는 공극을 가질 것이다. 이러한 바람직한 실시형태에서, 폴리머화에서의 압력은 바람직하게는 0.05 내지 1.0 Mpa 이다. 폴리머화 과정 동안 압력을 조절하는 것은 프리폼의 코어 (POF (11) 의 코어) 에서 공극 및 간격을 제어할 수 있다.
폴리머화 과정은 바람직하게는 가열된 조건 하에서 수행된다. 온도는 코어 모노머의 타입에 의존하며, 특히 변성 (degeneration) 온도 및 폴리머화의 속도에 의존한다. 코어 모노머로써의 낮은 분자량 메타크릴레이트 혼합물의 경우에, 온도는 바람직하게는 50 내지 150 ℃ 이며, 보다 바람직하게는 80 내지 140 ℃ 이다. 폴리머화의 기간은 또한 코어 모노머의 타입에 의존적이며, 바람직한 폴리머화 기간은 4 내지 48 시간이다. 폴리머화의 조건들은 상술한 조건에 국한되지 않는다. 또한, 상술한 코어 모노머를 폴리머화하는 방법은 본 발명을 국한하지 않는다. 예를 들어, JP-A 제 8-262240 호에 개시된 바와 같이, 공동형 프리폼이 회전하는 공동형 챔버에 포함된 모노머를 폴리머화하는 것에 의해서 형성될 수 있고, 또는 코어내의 굴절률 프로파일은 굴절률 제어제의 열 확산에 의해서 제공될 수 있다.
이 방법으로, 플라스틱 코어 및 플라스틱 클래드를 가진 실린더형 프리폼이 생산되며, 프리폼은 500 내지 1000 ㎛ 와 같은, 희망하는 직경을 가진 POF를 제조하기 위해서 드로잉 과정에 투입된다.
클래드를 위한 물질은, 외부 클래드가 광 전송 능력을 크게 영향을 주지않는 한, 제한되지는 않는다 (예를 들면, 클래드의 굴절률은 코어의 굴절률보다 작다). 외부 클래드 물질로서, 플루오로화 폴리머는 POF 의 광학 특성에 대한 작은 영향 및 낮은 굴절률 때문에 바람직하다. 클래드 물질을 위한 플루오로 폴리머의 바람직한 예는 코어 모노머의 폴리머화를 고려할 때 PVDF 이다.
POF 의 코어 물질은 코어가 POF 의 광 전송 특성을 크게 영향을 주지않는 한 제한되지 않는다. 높은 광학 투명성을 가진 유기 물질이 바람직하다. 코어 물질은 접촉면에서 신호 광의 완전 반사를 위해서 클래드보다 높은 굴절률을 가진다. 또한, 코어 물질은 바람직하게는 광학 비등방성 (anisotropy) 을 감소시키기 위해서 비-결정 폴리머이다. 코어 및 클래드는 바람직하게는 서로에 대해 매우 큰 부착력, 거칠기 (toughness) 와 같은 매우 큰 기계적 특성, 및 매우 큰 열 저항성을 가진 폴리머이다.
코어 물질은, 폴리카보네이트의 원료로써, (메트) 아크릴산 에스테르 [플로오르 없는 (메트) 아크릴 에스테르 (a), 플루오로를 포함하는 (메타) 아크릴 에스테르 (b)], 스티렌 타입 혼합물 (c), 비닐 에스테르 (d), 비스페놀 A 와 같은 폴리머화 가능 모노머의 폴리머이다. 코어는 이러한 모노머들 중 하나로 구성된 호모폴리머로부터, 2 가지 이상 종류의 이러한 모노머들로부터 구성된 코폴리머로부 터, 또는 호모폴리머(들) 및/또는 코플로머(들)의 혼합물로부터, 형성될 수도 있다. 그 중에서, 플루오로를 가진 폴리머 및 (메트) 아크릴산 에스테르는 광 전송 매체로써 바람직하다.
구체적으로, 폴리머화 가능 모노머로써 (a) 플루오로없는 (메트) 아크릴 에스테르는 메틸 메타크레이트 (MMA); 에틸 메타크릴레이트; 이소프로필 메타크릴레이트; 터트-부틸 메타크릴레이트; 벤질 메타크릴레이트 (BzMA); 페닐 메타크릴레이트; 시클로헥실 메타크릴레이트; 디페닐메틸 메타크릴레이트; 트리시클로[5·2·1·02.6] 디케닐 메타크릴레이트; 아다만틸 메타크릴레이트; 이소보닐 메타크릴레이트; 메틸 아크릴레이트; 에틸 아크릴레이트; 터트-부틸 아크릴레이트; 페닐 아크릴레이트등이다.
(b) 플로오르를 가진 (메트) 아크릴 에스테르의 예들은 2,2,2-트리플루오로에틸 메타크릴레이트; 2,2,3,3-테트라플루오로 프로필 메타크릴레이트; 2,2,3,3,3-펜타플루오로 프로필 메타크릴레이트; 1-트리플루오로메틸-2,2,2-트리플루오로메틸 메타크릴레이트; 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로펜틸 메타크릴레이트; 2,2,3,3,4,4,-헥사플루오로부틸 메타크릴레이트등이다.
(c) 스티렌 혼합물에서, 스티렌; α-메틸스티렌; 클로로스티렌; 브로모스티렌등이다. (d) 비닐에스테르에서, 비닐아세테이트; 비닐벤조에이트; 비닐페닐아세테이트; 비닐클로로아세테이트등이다. 폴리머화 가능 모노머들은 상술한 모노머들에 국한되지 않는다. 바람직하게는, 모노머들의 구성 및 종류는 코어 내의 호모폴리머 또는 코폴리머가 제조된 광 송신 매체에서 소정의 굴절률 프로파일을 가지도록 선택된다.
POF 는 근 적외선 용도로 사용될 때, 광학 부재에서 C-H 결합은 흡수 손실을 초래한다. C-H 결합에서 수소 원자 (H) 는 중수소 (D) 또는 플루오로 (F) 에 의해서 대체되는 폴리머의 사용에 의해서, 전송 손실을 초래하는 파장 범위는 더 긴 파장 영역으로 이동된다. 일본 특허 제 3332922 호 (미국 특허 제 5,541,247 의 대응특허) 및 JP-A 제 2003-192708 호는 중수소화 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA-d8), 폴리트리플루오로에틸메타크릴레이트 (P3FMA), 폴리헥사플루오로이소프로필-2-플루오로아크릴레이트 (HFIP2-FA) 등과 같은, 그러한 폴리머들의 예들을 알려준다. 그것에 의해서, 전송 광의 손실을 감소시키는 것이 가능하다. 분산을 초래하는 모노머에서의 불순물들 및 이물질들은 폴리머화 이후의 POF의 투명도를 유지하기 위해서 폴리머화 이전에 충분하게 제거되어야 한다.
코어 및 외부 클래드를 형성하기 위해서 모노머를 폴리머화할 때, 폴리머화 개시제는 모노머의 폴리머화를 개시하기 위해서 추가될 수 있다. 라디칼 (radical) 을 생성하는 폴리머화 개시제의 예들은, 벤조일 퍼옥사이드 (BPO); 터트-부틸퍼옥시-2-에틸헥사네이트 (PBO); 디-터트-부틸퍼옥사이드 (PBD); 터트-부틸퍼옥시이소프로필카보네이트 (PBI); n-부틸-4, 4-비스 (터트-부틸퍼옥시) 발레레이트 (PHV) 등과 같은 퍼옥시 혼합물이다. 폴리머화 개시제의 다른 예들은 2,2'-아조비스이소부틸로니트릴; 2,2'-아조비스 (2-메틸부틸로니트릴); 1,1'-아조비스 (시클로헥산-1-카보니트릴); 2,2'-아조비스 (2-메틸프로판); 2,2'-아조비스 (2-메틸부 탄); 2,2'-아조비스 (2-메틸펜탄); 2,2'-아조비스 (2,3-디메틸부탄); 2,2'-아조비스 (2-메틸헥산); 2,2'-아조비스 (2,4-디메틸펜탄); 2,2'-아조비스 (2,3,3-트리메틸부탄); 2,2'-아조비스 (2,4,4-트리메틸펜탄); 3,3'-아조비스 (3-메틸펜탄); 3,3'-아조비스 (3-메틸헥산); 3,3'-아조비스 (3,4-디메틸펜탄); 3,3'-아조비스 (3-에틸펜탄); 디메틸-2,2'-아조비스 (2-메틸프로피오네이트); 디에틸-2,2'-아조비스 (2-메틸프로피오네이트); 디-터트-부틸-2,2'-아조비스 (2-메틸프로피오네이트) 등과 같은 아조 혼합물이다. 폴리머화 개시제들은 상술한 재료들에 국한되지는 않는다. 한가지 이상 종류의 폴리머화 개시제들이 혼합될 수도 있다.
제조되는 플라스틱 광 섬유 상에서, 열 특성 및 기계적 특성과 같은, 물리적 특성을 유지하기 위해서, 사슬 이동제의 사용에 의해서 폴리머화 단계를 제어하는 것이 바람직하다. 사슬 이동제의 종류 및 양은 폴리머화 가능 모노머의 종류에 따라서 선택된다. 각각의 모노머에 대한 사슬 이동제의 사슬 이동 계수가 예를 들면 (J.BRANDRUP & E.H.IMMERGUT 에 의해서 편집되고, JOHN WILEY&SON 에 의해서 발행된) "폴리머 핸드북, 3판 (Polymer Handbook, 3rd edition)" 에서 설명된다. 또한, 사슬 이동 계수는 (Takayuki Ohtsu 및 Masayoshi Kinoshita에 의해서 편집되고, Kagakudojin 에 의해서 발행된, 1972) "폴리머 구성의 실험 (Experiment of Polymer Compostion)" 에서 설명된 방법으로 실험을 통해서 계산될 수도 있다.
사슬 이동제의 바람직한 실시형태들은 알킬메르캅탄 [예를 들어, n-부틸메르캅탄; n-펜틸메르캅탄; n-옥틸메르캅탄; n-로릴메르캅탄; 터트-도데실메르캅탄등]; 및 티오페놀 [예를 들면, 티오페놀; m-브롬티오페널; p-브롬티오페널; m-톨루엔티올; p-톨루엔티올등] 이 있다. 알킬메르캅탄에서의 n-옥틸메르캅탄, n-로릴메르캅탄 및 터트-도데실메르캅탄을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 또한, C-H 결합에서의 수소 원자는 사슬 이동제에서 플루오로 원자 (F) 또는 중수소 원자 (D) 로 대체될 수도 있다. 사슬 이동제는 상술한 재료들에 국한되지 않는다. 하나 이상 종류의 사슬 이동제가 혼합될 수도 있다.
플라스틱 광 섬유는 코어 부분이 방사 방향으로 굴절률 프로파일을 가지는 집속형 (GI) 플라스틱 광 섬유일 수도 있다. GI 타입 POF 는 POF 자체의 높은 전송 성능 때문에 대역 광 전송을 가능하게 하며, 따라서 GI 타입 POF 는 바람직하게는 높은 성능 통신을 위해서 바람직하게 사용된다. POF 에서 굴절률 프로파일을 제공하기 위해서, (본 명세서에서 "도펀트"라고 불리는) 굴절률 프로파일을 제공하는 첨가물이 폴리머 메트릭스에 포함될 수도 있다. 그렇지 않으면, 다른 굴절률들을 가진 다수의 폴리머들 또는 그러한 폴리머들의 코폴리머들이 코어를 형성하기 위해서 폴리머로써 사용될 수도 있다.
도펀트는 혼합될 폴리머화 가능 모노머와는 다른 굴절률을 가진 혼합물이다. 도펀트와 폴리머화 가능 모노머 사이의 굴절률들에서의 차이는 바람직하게는 0.005 이상이다. 도펀트는, 도펀트를 포함하지 않은 경우와 비교할 때, 폴리머의 굴절률을 증가시키는 성질을 가진다. 일본 특허 제 3332922 호 및 일본 특허 공개 공보 제 5-173026 호에서 개시된 모노머들로부터 생산된 폴리머들과 비교 할 때, 도펀트는 솔루션 파라미터의 차이는 7 (cal/cm3)1/2 이하이며, 굴절률에서의 차이는 0.001 이상인 성질을 가진다. 그러한 성질을 가진 임의의 물질들은, 그러한 물질이 폴리머들과 안정적으로 존재할 수 있다면 도펀트로써 사용될 수 있고, 상기 물질은 상술한 폴리머화 가능 모노머의 폴리머화 조건 (온도 및 압력 조건) 하에서 안정하다.
그러한 성질을 가진 임의의 물질들은, 그러한 물질이 굴절률을 변화시킬 수 있고 폴리머들과 안정적으로 존재할 수 있다면 도펀트로써 사용될 수도 있고, 물질들이 상술한 폴리머화 가능 모노머들의 폴리머화 조건 (온도 및 압력 조건) 하에서 안정하다. 이러한 실시형태는 도펀트와 혼합된 폴리머화가능 혼합물로부터 코어를 형성하는 과정 동안 굴절률 제어제의 밀도에서의 변이를 제공하는 것에 의해서, 및 접촉면 겔 폴리머화 방법에 의한 폴리머화의 방향을 제어하는 것에 의해서 코어내의 굴절률 프로파일을 형성하는 방법을 도시한다. 프리폼 형성 이후의 굴절률 제어제를 확산시키는 것과 같은, 다른 방법들은 또한 코어에서의 굴절률 프로파일을 제공하는 것이 가능하다. 이하, 굴절률 프로파일을 가진 코어는 "집속형 코어"로 불릴 것이다. 그러한 집속형 코어는 넓은 범위의 전송 대역을 가진 집속형 플라스틱 광학 부재로써 사용된다.
도펀트들의 예들은 벤질 벤조에이트 (BEN); 디페닐 술파이드 (DPS); 트리페닐 인산염 (TPP); 벤질 n-부틸 프탈레이트 (BBP); 디페닐 프탈레이트 (DPP); 디페닐 (DP); 디페닐메탄 (DPM); 트리크레실 인산염 (TCP); 디페닐술폭사이드 (DPSO) 이 있다. 그 중에서, BEN, DPS, TPP 및 DPSO 가 바람직하다. 도펀트가 트리브로모 페닐메타크릴레이트와 같은 폴리머화 가능 혼합물인 경우에, 폴리머화 가능 모노머 및 폴리머화 가능 도펀트의 코폴리머화 때문에 다양한 특성들 (특히,광학 특성) 을 제어하기 어렵지만 열 저항성에는 장점이 있다. 코어에 혼합될 굴절률 제어제의 분포 및 밀도를 제어하는 것에 의해서 POF의 굴절률을 제어하는 것이 가능하다.
폴리머화 개시제, 사슬 이동제 및 굴절률 제어제 (도펀트) 의 양은 코어 모노머의 종류에 따라서 결정될 수 있다. 폴리머화 개시제의 양은 바람직하게는 코어 모노머의 0.005 내지 0.05 wt% 이며, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.02 wt% 이다. 사슬 이동제의 양은 바람직하게는 코어 모노머의 0.10 내지 0.40 wt%이며, 보다 바람직하게는 0.15 내지 0.30 wt%이다. 도펀트의 양은 바람직하게는 코어 모노머의 1 내지 50 wt%이다.
다른 첨가물이 전송 특성들이 감소되지 않는 한 코어 및 클래드에서 포함될 수도 있다. 예를 들면, 안정제가 기후에 대한 저항성 및 내구성을 증가시키기 위해서 사용될 수도 있다. 또한, 유도 방출 기능적 혼합물 (induced emissive functional compound) 은 광 신호를 증폭시키기 위해서 추가된다. 그러한 혼합물이 모노머에 추가될 때, 가는 신호 광은 여기광 (excitation light) 에 의해서 증폭되어 전송 거리가 증가된다. 따라서, 그러한 첨가물을 가진 광학 부재가 광 전송 링크에서 광 섬유 증폭기로써 사용될 수도 있다. 이러한 첨가물들은 첨가물들을 모노머에 폴리머화시키는 것에 의해서 클래드 및/또는 코어에서 포함될 수도 있다.
통상적으로, 하나 이상의 보호층이, 휨 (flexural) 및 내후성을 향상시키며, 흡습에 의해서 초래된 특성의 감소를 방지하며, 인장력 (tensile strength) 을 향상시키며, 스탬핑 (stamping) 에 대한 저항성을 제공하고, 불에 대한 저항성을 제공하고, 화학 작용물에 의한 손상을 보호하고, 외부 광으로부터의 노이즈를 방지하고, 컬러링에 의한 가치를 증가시키는 등의 목적으로, POF 로 코팅된다.
보호층으로서, 밴딩 (bending) 성능과 같은 매우 좋은 기계적 특성 및 탄성을 가진 임의의 공지된 물질이 사용될 수도 있다. 보호층 물질의 예들은 폴리올레핀, 우레탄 및 탄성중합체 (elastomer) 가 있다.
POF 는 제 1 보호층으로써 상술한 보호층 주변에 제 2 (또는 그 이상의) 보호층을 가질 수도 있다. 제 1 보호층이 POF 에 대한 열 손실을 감소시킬 정도로 충분한 두께를 가지면, 제 2 보호층의 견고화 온도의 요구는 제 1 보호층과 비교할 때 덜 엄격해진다. 제 2 보호층은 불연성, 산화방지제, 라디칼 트레핑제 및 윤활제와 같은 첨가물이 제공될 수도 있다. 내연제 (flame retardant) 는 브롬과 같은 할로겐을 가진 레진, 첨가물 및 인을 가진 물질이다. 메탈 수산화물은 바람직하게는 유독 기체 방출을 감소시킬 목적으로 내연제로써 사용된다. 메탈 수산화물이 결정수 (crystal water) 를 포함하며 제조 과정에서 생성된 POF 의 물은 제거하기 어렵기 때문에, 반-화염 코팅은 바람직하게는 제 1 보호층 상에 형성된 내습 코팅 상에 형성된다.
POF 는 다수의 기능을 가진 다수의 코팅층으로 코팅될 수도 있다. 그러 한 코팅층의 예들은 상술한 내연제층, 흡습를 방지하는 배리어층, 코팅층들 사이또는 코팅층에서의 흡수제 (예를 들어, 흡습 테이프 또는 겔) 및 POF 를 밴딩할 때의 스트레스를 완화시키는 유동 물질층 및 충격 흡수제, 견고성을 강화하기 위한 강화층이 있다. 코팅층으로서의 열가소성 레진은 광 섬유 케이블의 강도를 증가시키기 위해서 구조적 물질을 포함할 수도 있다. 구조적 물질은 높은 탄성을 지닌 인장력 섬유 (tensile strength fiber) 및/또는 높은 강성 (rigidity) 을 지닌 금속배선이다. 인장력 섬유들의 예들은 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유가 존재한다. 금속배선들의 예들은 스테인레스 배선, 아연 합금 배선, 구리 배선이 존재한다. 구조적 물질들은 상술한 것에 국한되지 않는다. 광 섬유 케이블을 유지하는 지지 배선, 보호를 위한 금속 파이프와 같은 다른 물질들을 제공하는 것이 또한 가능하다. 광 섬유 케이블을 배선할 때의 업무 효율을 증가시키는 체계가 또한 적용가능하다. 그것에 의해, 기계적 특성과 같은 다수의 기능을 가진 플라스틱 광 섬유 케이블 또는 플라스틱 광 섬유 코드가 획득될 수 있다.
상술한 제조 조건을 만족시키는 POF 또는 POF 주변에 코팅층을 가진 플라스틱 광 섬유 코드가, POF 를 광 디바이스, 다른 POF 등에 연결하기 위해서 광 접속기에 고정된다. 폭넓게 적용가능한 광 접속기들의 예들은 PN 타입, SMA 타입, SMI 타입, F05 타입, F07 타입, MU 타입, FC 타입, SC 타입등이 있다. 통상적으로, POF는 페룰 (ferrule) 에 고정되며, 페룰에 고정된 측면에서 POF의 에지는 매끄러우며, 그 후 플러그로서 POF는 광 접속기의 하우징에 연결된다. 유리 광 섬유가 높은 녹는점 때문에 정밀한 연마를 요구하지만, 플라스틱 광 섬유는 비교적 낮은 온도에서 연화되며, 따라서 POF 의 에지는 (핫 플레이트 (hot plate) 와 같은 ) 평평한 히터 또는 용매의 사용에 의해서 용융되고 평탄해질 수 있다. 그것에 의해, 페룰은 리셉터클 (receptacle) 에 의해서 POF의 에지에 고정되며, 섬유 에지로부터의 출력 광은 광 수신 소자에 입사된다. 이 방법으로, POF 및 광 수신 소자는 광 접속기의 사용에 의해서 연결된다.
광 전송 장치 (광 전송 유닛) 는 광 방출 소자, 광 수신 소자 및 상술한 POF 를 포함한다. POF 는 큰 직경을 가지며, 출력 광 빔은 POF의 출구로부터의 일정한 거리로 직경을 유지한다. 그러한 광 전송 장치는 광 방출 소자 또는 광 수신 소자와 POF 를 연결하는 집광 소자 및 정밀한 정렬의 필요성을 제거하고, 따라서 광 접속은 정밀한 페룰 및 집광 기능을 가진 어댑터없이 달성될 수 있다. 광 접속 방법은 POF 와 광 방출 소자, 두개의 POF들, POF와 광 수신 소자 사이의 광 접속의 방법을 나타낸다. 상술한 종래의 접속기의 사용에 의해서 안정하고 유동적으로 광 접속을 달성하는 것이 가능하다. 일반적으로, 페룰을 가진 플러그는 광 수신 소자를 가진 어댑터에 정밀하게 고정될 필요가 있다. 이 실시형태에 따른 POF는 1000 ㎛만큼 큰 직경을 가지며, 따라서 플러그는 어댑터에 정밀하게 고정될 필요가 없다. 섬유 에지와 광 수신 소자 사이에서 집광 소자를 제공하는 경우에, 집광 성질은 섬유 에지의 위치에 의존해서 변한다. 하지만 이 실시형태에 따른 광 전송 유닛은 집광 소자를 요구하지 않으며, 따라서 전송 특성은 섬유 에지의 위치에서의 변동에 의해 크게 영향받지 않는다. 따라서, 쉽게 접 착가능한 광 접속기가 이 실시형태에서 사용될 수 있다. 섬유 에지와 광 수신 소자 사이에서, 공기와 POF 또는 광 수신 소자 사이의 접촉면에서의 프레즈넬 (Fresnel) 손실을 방지할 목적으로 공기보다 더 큰 굴절률을 가진 (매칭 오일 및 실리콘 겔 패드와 같은) 광 소자, 광 크기 및 파장을 제어하는 필터와 같은, 비-집중 기능의 광 소자를 제공하는 것이 가능하다. 광 수신 소자에 출력광을 집중시키기 위해서 어댑터에서 집광 소자를 제공하는 것이 또한 가능하다.
광 방출 소자는 전자 신호들을 POF를 통해서 전송되는 광 신호들로 변환시키며, POF 로부터 출력된 광 신호들은 광 수신 소자에서의 전자 신호들로 변환된다. 광 방출 소자는 예를 들면 발광 다이오드 (LED) 또는 레이저 다이오드 (LD) 이다. 광 수신 소자는 예를 들면 광 다이오드 (PD) 이다. 고속 데이터 전송을 위해서, LD 는 매우 높은 간섭성 및 선형성 때문에 광 방출 소자로써 바람직하다. LED 의 방출된 광 빔이 많은 개구수를 가지며 광 빔이 쉽게 확산되기 때문에 발광 다이오드는 큰 직경을 가진 POF의 사용에 의해서 저속 및 단거리 데이터 전송을 위해서 주로 사용된다. LED 는, 하지만, 긴 수명, (높은 온도와 같은) 주변 환경에 강한 저항성, 제조 비용에 장점을 가진다. 또한, 데이터 전송 목적을 위한 캐비티 (cavity) 를 가진 공진 공동 발광 다이오드 (RCLED) 를 사용하는 것이 고려된다. RCLED 는 일시적 방출을 생성하며, 따라서 RCLED 는 자극된 방출을 생성하는 LD 보다 스펙트럼 폭 및 개구수에서 이롭지 않다. LED 와 비교할 때, RCLED 는 스펙트럼 폭, 간섭성, 개구수등에서 이롭다. 즉, RCLED로부터의 방출된 빔은 종래의 LED보다 덜 확산되며, 따라서 RCLED 는 고속 데이터 전송에 적합하다. 광 수신 소자로써 PD 에 대해서, PIN 광 다이오드 및 애벌런시 광 다이오드 (APD : avalanche photo diode) 가 공지되어 있다. 암전류가 광 수신 영역에 따라 증가하기 때문에, 광 수신 영역을 가진 PD 는 민감도를 저하시키고 고속 데이터 전송에 적합하지 않다. APD 는 그러한 문제를 다루기 위해서 효율적이다. 다른 방법으로, 작은 광 수신 영역을 가진 광 다이오드는 LED 어레이를 형성하기 위해서 정렬될 수도 있다. 이러한 해결 방법들은, 하지만, 광 전송 유닛의 비용을 증가시키고, 따라서 LED 어레이 및 APD 는 고속 데이터 전송 목적을 위해서 주로 사용된다. 이 실시형태에서 광 전송 유닛은 출력 광 빔의 확산을 감소시키고, 따라서 PD 에서의 넓은 광 수신 영역은 필요하지 않다.
도 5 의 그래프에서, POF 로부터의 출력 광 빔의 직경이 POF 의 에지로부터의 거리에 대해서 도시된다. 그래프에서의 수직축은 출력 광 빔의 직경을 나타내며, 수평축은 POF 의 에지로부터의 거리를 나타낸다. 이러한 그래프는 본 실시형태에 따른 광 전송 장치가 출력 광 빔의 확산을 감소시킬 수 있음을 도시한다.
다음으로, 본 발명은 본 발명의 실시형태 및 비교 실시형태로써 실험들 (1)-(6) 을 참조하여 설명될 것이다. 물질들, 컨텐츠들, 동작들등은 이러한 변형들이 본 발명의 사상내에서 변화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 하기의 실험들에 국한되지 않는다.
[실험 1]
다른 코어 직경 (d1) 을 가진 플라스틱 광 섬유가 제조된다. POF (11) 의 외부 직경은 750 ㎛ 이다.
19 mm 의 내부 직경 및 60 cm의 길이를 가진 PVDF 공동형 외부 클래드 (12) 가 용융 압출에 의해서 형성되며, 내부 클래드 물질이 외부 클래드 (12) 의 공동부에 부어진다. 내부 클래드 물질은 라디컬 폴리머화 가능 혼합물로써 114g의 혼합물, 폴리머화 개시제로써 2,4-디메틸발레로니트릴 (제품 명칭; V-65, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.에 의해 제조)(70℃에서 반감기는 1 시간), 사슬 이동제로써 n-로릴메르캅탄의 혼합물이다. MMA의 습기는 증류작용에 의해서 100 ppm 이하로 감소된다. 내부 클래드 물질로써 혼합물은 소정의 온도에서 온도로 조정된 후에 부어진다. 2,4-디메틸발레로니트릴에서의 습도는 200ppm 이하이다. MMA에 대한 2,4-디메틸발레로니트릴 및 n-로릴메르캅탄의 추가된 양은 각각 0.04 mol% 및 0.20 mol% 이다. 내부 클래드 물질을 포함하는 외부 클래드 (12) 는 회전 폴리머화 장치 (35) 의 챔버 몸체 (44a) 에서 설정되어 외부 클래드 (12) 의 길이 방향은 수직적으로 유지된다. 내부 클래드 물질은 폴리머화 챔버 (38) 가 2000rpm으로 회전되는 동안 70℃에서 2 시간 동안 열적 폴리머화를 받게된다. 비-접지된 써머커플 (non-grounded thermocouple) 이 폴리머화 챔버 (38) 로부터 1-2 cm의 위치에 제공되며, 측정된 온도는 폴리머화 온도로써 고려된다. 폴리머화동안 피크 온도는 써머커플의 사용에 의해서 측정된다. 실험 1 에서, 측정된 피크 온도는 폴리머화를 시작한 후 약 80 분의 시간에서 67℃ 이다. 내부 클래드 모노머의 폴리머화 후에, PMMA의 내부 클래드 (32) 가 외부 클래드 (12) 의 내부에 형성된다.
코어 물질은 실온 및 대기압에서 내부 클래드 (32) 의 공동부에 부어진다. 내부 클래드 물질은 100 ppm 이하의 습기를 가진 67.5g의 MMA, 폴리머화 개시제로써 2,4-디메틸발레로니트릴 (V-65), 사슬 이동제로써 n-로릴메르캅탄, 및 비-폴리머화가능 도펀트로써 디페닐술파이드 (DPS) 의 혼합물이다. MMA 에 대한 2,4-디메틸발레로니트릴, n-로릴메르캅탄 및 DPS의 추가된 양은 각각 0.04 mol%, 0.20 mol% 및 7 wt.% (DPS 및 MMA에 대한 10 wt.%) 이다.
코어 물질을 포함하는 외부 클래드 (12) 는 회전 폴리머화 장치 (35) 의 챔버 몸체 (44a) 에서 다시 설정되어 외부 클래드 (12) 의 길이 방향은 수직으로 유지된다. 내부 클래드 물질은 폴리머화 챔버 (38) 가 2000 rpm 으로 회전되는 동안 70 ℃에서 2 시간동안 열적 폴리머화에 투입된다. 측정된 피크 온도는 폴리머화를 시작한 후 약 80 분 후에 67 ℃이다. 폴리머화의 2 시간 후의 코어 물질의 변환 비율은 90 %이다. 그 때부터, 코어 모노머는 폴러미화 챔버 (38) 가 500 rpm으로 회전되는 동안 120 ℃에서 24 시간동안 가열된다. 코어 물질의 변환 비율은 99% 이상이다. 그 후, 폴리머화 챔버 (38) 는 프리폼 (21) 을 획득하기 위해서 외부 클래드 (12) 의 자연 냉각을 위해서 회전된다. 프리폼 (21) 은 POF (25) 를 제조하기 위해서 드로잉 과정에 투입된다.
프리폼 (21) 은 코어 (33) 의 단면 중심에서 공동부를 가진다. 코어 (33) 의 굴절률 프로파일 계수는 2.7 이다. 공동부를 감압시키고 프리폼을 드로잉하는 것에 의해서 획득된 POF 는 750 ㎛의 외부 클래드 직경 (d3) 을 가진다.
POF 는 어떠한 공동부도 없는 모양을 가지며, 내부 클래드 직경 (d2) 은 712 ㎛ 이다. 외부 클래드의 외부 직경 (d3) 은 750 ㎛ 이다. 내부 클래드 직 경 (d2) 은 일정하며 (712 ㎛), 코어 직경 (d1) 은 내부 클래드의 두께를 변화시키고 코어를 위한 폴리머화 가능 용매의 양을 변화시키는 것에 의해서 변화된다. 획득된 샘플들 (A)-(F) 의 코어의 직경 (d1) 은 80 ㎛ (샘플 (A)), 130 ㎛ (샘플 (B)), 200 ㎛ (샘플 (C)), 340 ㎛ (샘플 (D)), 470 ㎛ (샘플(E)), 650 ㎛ (샘플 (F)) 및 710 ㎛ (샘플 (G)) 이다. 샘플 (F) 는 가능한 한 얇게 (0.7 mm 이하) 프리폼의 내부 클래드의 두께를 감소시키는 것에 의해서 획득된다. 외부 클래드의 굴절률 (n3) 은 1.420 이고, 내부 클래드의 굴절률 (n2) 은 1.492이며, 코어의 최대 굴절률은 1.517 이다.
25m 의 샘플들 (A)-(G) 의 광학 특성들은 650 nm의 광 방출 디바이스의 사용에 의해서 측정된다. 실험들에서 사용된 광 방출 디바이스는 LD (VCSEL), RCLED 및 LED 이다. 실험들에서 사용된 광 수신 소자는 PH (제품 명칭 : AQ2741, Hamamatsu Photonics.K.K. 의해서 제조) 이다. 측정의 결과는 표 1 에 표시된다. 표 1 에서 "병렬 영역" 은 출력 광 빔이 병렬인 영역의 길이를 나타낸다. "빔 직경" 은 POF의 에지로부터 1000 ㎛의 위치에서 출력 광 빔의 직경을 나타낸다. 다른 측정 사항들은 전송 손실 및 밴딩 손실이다. 전송 손실은 POF 로의 입사광의 양에 비교할 때 POF의 에지로부터 1000 ㎛ 의 위치에서 출력광의 감쇠에 의해서 측정된다. 전송 손실은 POF 와 PD 사이의 결합 손실을 포함한다. 측정의 세부 사항은 JP-A 제 2004-093274 호에 설명된다.
광 방출 소자로서 LD (VCSEL) 의 개구수 NA는 0.05 이며, RCLED의 개구수는 0.27 이며, LED의 개구수는 0.33 이다. 실험 1 에서, 광 시스템은 LD (VCSEL) 로부터의 레이저 빔의 스팟 직경은 200 ㎛ 이며 광 방출 디바이스의 개구수 NA 는 0.2 가 되도록 조정된다.
샘플 병렬 영역 (㎛) 빔 직경 (㎛) 전송 손실 (dB/km) 밴딩 손실 (dB)
(A) 90 243 332 0.04
(B) 150 307 284 0.07
(C) 240 284 268 0.10
(D) 390 412 264 0.12
(E) 530 538 256 0.17
(F) 740 710 252 0.24
(G) 810 863 364 0.51
[실험 2]
실험 2 에서, 광 방출 디바이스는 RCLED (제품 명칭: Panasonic RLED ENQD353D5, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd에 의해서 제조) 이다. 광 시스템은 POF 에 입사되는 레이저 빔의 스팟 지경이 300 ㎛ 이고 광 방출 디바이스의 개구수 NA 가 0.1 이 되도록 조정된다. 측정의 결과가 표 2 에 나타난다. 이 실험에서, 밴딩 손실은 측정되지 않는다.
샘플 병렬 영역 (㎛) 빔 직경 (㎛) 송신 손실 (dB/km)
(A) 80 253 336
(B) 140 311 292
(C) 210 379 280
(D) 380 422 272
(E) 530 547 264
(F) 730 724 260
(G) 800 871 372
[실험 3]
실험 3 에서, 광 방출 디바이스는 RCLED (제품 명칭: Panasonic RLED ENQD353D5, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd에 의해서 제조) 이다. 광 시스템은 POF 에 입사되는 레이저 빔의 스팟 직경이 650 ㎛ 이며 광 방출 디바이스가 0.33 이 되도록 조정된다. 측정의 결과는 표 3 에 나타난다. 이 실시형태에서, 밴딩 손실은 측정되지 않는다.
샘플 병렬 영역 (㎛) 빔 직경 (㎛) 전송 손실 (dB/km)
(A) 80 263 340
(B) 120 314 208
(C) 190 388 292
(D) 320 541 288
(E) 450 680 284
(F) 720 733 268
(G) 780 892 372
[실험 4]
실험 4 에서, 광 방출 디바이스는 LED (제품 명칭; TOSLINK TODX2402, Toshiba Corporation에 의해서 제조) 이다. 광 시스템은 POF 에 입사되는 레이저 빔의 스팟 직경은 900 ㎛ 이며 광 방출 디바이스의 개구수 NA 가 0.33 이 되도록 조정된다. 측정의 결과는 표 4 에 나타난다.
샘플 병렬 영역 (㎛) 빔 직경 (㎛) 전송 손실(dB/km) 밴딩 손실 (dB)
(A) 70 276 360 0.07
(B) 120 326 312 0.09
(C) 180 402 288 0.15
(D) 310 557 292 0.19
(E) 440 687 280 0.23
(F) 620 831 280 0.27
(G) 670 898 388 0.86
[실험 5]
실험 5 에서, 광 방출 디바이스는 LED (제품 명칭; TOSLINK TODX2402, Toshiba Corporation에 의해서 제조) 이다. 광 시스템은 POF 에 입사되는 레이저 빔의 스팟 직경이 900 ㎛ 이고 광 방출 디바이스의 개구수 NA 가 0.4 이 되도록 조정된다. 측정의 결과는 표 5 에 나타난다. 이 실험에서, 밴딩 손실이 측정되지 않는다.
샘플 병렬 영역 (㎛) 빔 직경 (㎛) 전송 손실 (dB/km)
(A) 60 347 360
(B) 110 403 352
(C) 160 491 340
(D) 280 652 332
(E) 390 813 336
(F) 550 880 396
(G) 600 912 388
[실험 6]
실험 6 에서, 내부 클래드를 형성하는 것 없이 코어 모노머의 폴리머화에 의해서 어떠한 굴절률도 없는 단계 인덱스 타입 POF 가 나타난다. 샘플 (H) 의 외부 클래드의 외부 직경 (d3) 은 750 ㎛ 이고, 코어 직경 (d1=d2) 은 712 ㎛ 이다. 샘플 (I) 의 외부 클래드의 외부 직경 (d3) 은 750 ㎛ 이고, 코어 직경 (d1=d2) 은 650 ㎛ 이다. 측정 및 결과는 실험 (1)-(5) 와 동일하다. 광 방출 디바이스는 실험 (3) 에 사용된 디바이스와 동일하다.
샘플 병렬 영역 (㎛) 빔 직경 (㎛) 전송 손실 (dB/km)
(H) 0 1050 476
(I) 0 1020 460
LED 로부터의 입사광의 개구수 NA 가 0.27 일 때, 병렬 영역, 섬유 에지로부터 1000 ㎛ 의 위치에서 빔 직경, 및 출력 광의 확산 각도는 RCLED 를 사용한 상술한 실험의 결과와 실질적으로 동일하다. 샘플 (E) 를 대신해서, 새로운 샘플들 (E2), (E3) 는 내부 클래드의 굴절률의 차이를 조정하는 것에 의해서 제작되며, 동일한 실험이 샘플들 (E2), (E3) 의 사용에 의해서 수행된다. 샘플 (E2) 의 구조적 개구수 및 굴절률의 차이는 각각 0.20 및 0.013 이다. 샘플 (E3) 의 구조적 개구수 및 굴절률의 차이는 각각 0.26 및 0.023 이다. 샘플들 (E2), (E3) 의 광학 특성들은, 출력 빔의 병렬 영역이 굴절률의 차이가 증가함에 따라 미세하게 길어지는 점을 제외하고는, 샘플 (E) 의 특성과 실질적으로 동일하다. 샘플들 (E), (E2), (E3) 의 전송 대역은 125 Mbps 이상 (LED), 500 Mbps 이상 (RCLED), 및 1.25 Gbps 이상 (LD) 이다.
0.35 이하의 개구수 NA의 광 방출 디바이스의 경우에, 100 내지 700 ㎛ 의 코어 직경 (d1) 을 가진 POF 의 에지로부터 1000 ㎛ 의 위치에서 출력 빔의 확산을 감소시키는 것이 가능하다. 샘플들 (A)-(D) 의 결과를 샘플들 (E), (F) 와 비교할 때, 광학 손실은 코어 직경 (d1) 및 내부 클래드 직경 (d2) 의 차이가 증가할 때 증가하는 경향이 있다.
산업상 이용가능성
본 발명은 플라스틱 광 섬유와 같은 전송 매체와 광 수신 디바이스 또는 광 방출 디바이스와의 연결과 관련이 있다.

Claims (10)

  1. 집속형 (graded index) 플라스틱 광 섬유를 통하여 광 수신 디바이스 및 광 방출 디바이스를 접속하는 광 접속 방법으로서,
    상기 광 방출 디바이스로부터의 광 빔은 상기 집속형 플라스틱 광 섬유의 일 말단으로 입사하여, 상기 플라스틱 광 섬유의 타 말단으로부터 출력되어 상기 광 수신 디바이스에 입사하며,
    상기 플라스틱 광 섬유는 코어, 제 1 클래드 및 제 2 클래드를 가지며, 상기 코어는 대략 원형 단면의 모양이며 굴절률이 중심을 향하여 증가하는 굴절률 프로파일을 가지며, 상기 제 1 클래드는 상기 코어 외부에서 형성되어 상기 코어와 동일하거나 작은 굴절률을 가지며, 상기 제 2 클래드는 상기 제 1 클래드의 외부에서 형성되어 상기 제 1 클래드보다 작은 굴절률을 가지며, 상기 플라스틱 광 섬유는,
    100 (㎛) ≤ d1 ≤ 700 (㎛)
    200 (㎛) ≤ d2 ≤ 1000 (㎛)
    d1 < d2
    의 조건을 만족시키며,
    여기에서 d1 은 상기 코어의 직경을 나타내며, d2 는 상기 제 1 클래드의 외부 직경을 나타내는, 광 접속 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 방출 디바이스의 개구수 (NA : numerical aperture) 는 0.05 내지 0.35 인, 광 접속 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 및 상기 제 1 클래드는,
    0.5×d2 ≤ d1
    의 조건을 만족시키는, 광 접속 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 및 상기 제 1 클래드는,
    300 (㎛) ≤ d1 ≤ 700 (㎛)
    350 (㎛) ≤ d2 ≤ 1000 (㎛)
    의 조건을 만족시키는, 광 접속 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 클래드의 외부 직경은 상기 플라스틱 광 섬유에 입사되는 상기 광 빔의 직경 이상인, 광 접속 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 방출 디바이스의 개구수는 상기 코어의 개구수보다 적은, 광 접속 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라스틱 광 섬유 및 상기 광 수신 디바이스는 집광 소자없이 연결되며, 상기 플라스틱 광 섬유와 상기 광 수신 디바이스 사이의 간격은 1 내지 1000 ㎛ 인, 광 접속 방법.
  8. 전송 광을 방출하기 위한 광 방출 디바이스, 상기 전송 광을 집속형 플라스틱 광 섬유의 일 말단으로부터 타 말단까지 통과시키기 위한 상기 집속형 광 섬유, 및 상기 플라스틱 광 섬유의 상기 나머지 말단으로부터 출력된 상기 전송 광을 수신하기 위한 광 수신 디바이스를 가진 광 전송 장치로서,
    상기 플라스틱 광 섬유는 코어, 제 1 클래드 및 제 2 클래드를 포함하며, 상기 코어는 대략 원형 단면의 모양이며 굴절률이 중심을 향하여 증가하는 굴절률 프로파일을 가지며, 상기 제 1 클래드는 상기 코어의 외부에서 형성되어 상기 코어의 굴절률 이하의 굴절률을 가지며, 상기 제 2 클래드는 상기 제 1 클래드의 외부에 형성되어 상기 제 1 클래드보다 작은 굴절률을 가지며, 상기 플라스틱 섬유는,
    100 (㎛) ≤ d1 ≤ 700 (㎛)
    200 (㎛) ≤ d2 ≤ 1000 (㎛)
    d1 < d2
    의 조건을 만족시키며,
    여기에서 d1 은 상기 코어의 직경을 나타내며, d2 는 상기 제 1 클래드의 외부 직경을 나타내는, 광 전송 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 방출 디바이스의 개구수는 0.05 내지 0.35 인, 광 전송 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 방출 디바이스는 광 공진기를 더 포함하는, 광 전송 장치.
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