KR20070066979A - 낮은 ｏｈ 오버 클래딩을 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents

낮은 ｏｈ 오버 클래딩을 제조하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법에 관한 거이며, 상기 방법은 1차 모재를 제공하는 단계와, 하나 이상의 튜브가 하나 이상의 튜브 외측에서 1차 모재 상에 위치되는 오버 클래드 영역이 되는 오버 클래드될 영역을 생성하도록 1차 모재를 부분적으로 덮는 하나 이상의 튜브 내부에서 상기 1차 모재를 위치 설정하는 단계와, 하나 이상의 튜브 외측 압력에 대한 초과 압력하에서 하나 이상의 튜브와 1차 모재 사이의 환형 공간 내부로 가스를 분사하는 단계와, 오버 클래딩 장치를 사용하여 오버 클래딩 재료로 오버 클래드 영역 내 1차 모재를 오버 클래딩하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 실리카 오버 클래드 내부에서 불순물의 합체를 최대한으로 제한하면서 저가로 1차 모재를 오버 클래딩하는 것을 허용한다.
모재, 광섬유, 오버 클래딩, 환형 공간, 튜브

Description

낮은 ＯＨ 오버 클래딩을 제조하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING LOW OH OVERCLADDING}
도1은 본 발명의 실시예에 오버 클래딩용 선반 상에서의 1차 모재.
본 발명은 광섬유 모재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 광섬유는 인출기 상에서 모재를 드로잉함으로써 제조된다. 모재는 대게 섬유의 코어 및 클래딩의 일부분을 형성하는 고품질의 유리 튜브를 포함하는 1차 모재를 포함한다. 이어서 이러한 1차 모재는 그 직경을 증가시키고 인출기 상에서 사용될 수 있는 모재를 형성하도록 오버 클래딩 또는 슬리빙(sleeving) 프로세스를 취한다. 본문에 있어서, 용어 내부 클래딩은 튜브의 내측에 형성되는 클래딩에 적용되고, 외부 클래딩은 튜브 외측에 형성되는 클래딩에 적용된다. 상사(homothetic) 드로잉 작동은 인출기 내에 모재를 수직으로 위치시키는 단계 및 모재의 일단부로부터 섬유 스트랜드를 드로잉 단계를 포함한다. 이러한 목적을 위해, 실리카가 연화될 때까지 모재의 일단부에 고온이 국부적으로 적용되고, 이어서 드로잉 속도 및 온도는 이들이 섬유의 직경을 결정하기 때문에 섬유 드로잉 작동 동안 영구적으로 제어된다.
광섬유는 통상 광신호를 전송하고 선택적으로 증폭시키는 기능을 하는 광학 코어 및 광신호를 코어 내부에 한정하는 기능을 하는 광학 클래딩을 포함한다. 이러한 목적을 위해, 코어의 굴절률(nc) 및 외부 클래딩의 굴절률(ng)이 nc>ng가 되도록 하는 것은 널리 공지되어 있고, 단일 모드 광섬유 내에서의 광신호의 전달은 코어 내부로 안내되는 기본 모드 및 코어 클래딩 조립체 내에서의 특정 거리에 걸쳐 안내되고 클래딩 모드로 칭해지는 보조 모드로 분류한다.
광섬유는 도핑 및/또는 순수 실리카의 층이 내부 클래딩 및 중심 코어를 형성하도록 연속으로 증착되는 순수하거나 도핑된 실리카 튜브를 포함하는 1차 모재를 포함하는 모재로부터 제조될 수도 있다. 튜브 내에서 이루어지는 증착은 화학적 증착, 약칭하여 CVD의 형태이다. 이러한 형태의 증착은 튜브 내부에서의 가스성 혼합물의 분사 및 상기 혼합물의 이온화에 의해 이루어진다. CVD 형태 증착은 변형된 화학적 증착(MCVD), 노 화학적 증착(FCVD) 및 플라즈마 개량 화학적 증착(PCVD)을 포함한다.
코어 및 내부 클래딩에 대응하는 층의 증착 이후에, 튜브는 소위 콜랩싱(collapsing) 작동 동안 그 자체 상에서 폐쇄된다. 이는 실리카 로드를 포함하는 1차 모재를 생성시킨다. 이어서 1차 모재는 비용 관련 이유로 대게 천연 실리카 입자를 구비하는 오버 클래딩 프로세스를 취한다. 오버 클래딩에 있어서, 그 동안 천연 실리카 입자가 2300 ℃의 영역의 온도하에서 플라즈마 토치에 의해 증착 및 융해되어 1차 모재 주변에서 유리질이 되는 플라즈마 증착 방법이 사용될 수도 있다. 1차 모재는 그 자체를 중심으로 회전하게 되고 토치 또는 1차 모재는 하나가 다른 하나에 대해 종방향으로 이동하여, 로드의 전체 주변에서 실리카의 균일한 증착을 보장한다. 오버 클래딩 프로세스는 대게 피제어 분위기 하의 폐쇄 유닛 내에서 수행되어서 프라즈마 토치에 의한 오존의 해제 및 전자기 섭동에 대한 보호를 보장한다.
실리카 입자를 사용하는 플라즈마 증착에 의한 오버 클래딩은 저가이지만 1차 모재 주변 상에 증착되는 불순물을 생성한다. 물 및 먼지 입자와 같은 이들 불순물은 오버 클래딩 작동이 수행되는 유닛 내 주변 공기에서 나온다. 1차 모재를 오버 클래딩할 때 형성되는, 외부 클래딩 내의 불순물의 존재는 특히 불순물이 1차 모재 상에 증착되는 실리카의 제1 층 내에 존재하는 경우 섬유의 광학성을 저하시킨다. 1차 모재의 중심 코어의 치수가 커질수록 오버 클래딩 동안 합체되는 불순물에 대한 이러한 문제는 더 커진다. 중심 코어가 더 큰 직경을 가지는 경우, 내부 클래딩은 제한된 두께를 가지며 오버 클래딩 동안 튜브 주변에서 합체되는 불순물은 중심 코어 내부에서의 신호의 전달에 영향을 미치며 이는 코어에 더 가까이 위치할수록 증가한다.
대용량의 모재를 제조하는 것이 고려된다. 모재의 용량은 그 모재로부터 드로잉될 수 있는 광섬유 길이의 크기에 의해 정의된다. 동일한 길이를 가지는 모재에 대해서, 더 큰 직경의 모재는 그 용량이 더 크다. 제조 비용 및 제한 관련 손실을 감소시키기 위해, 하나 및 동일한 모재로부터 더 긴 길이의 선형 섬유를 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 중심 코어의 직경과 광학 크래딩의 직경 사이에서 의 상대적인 치수 제한을 절충시키면서 큰 직경의 모재를 제조하는 것이 고려된다. 오버 크래딩 이후의 최종 모재는 드로잉된 광섬유와 동일한 클래딩 직경에 대한 코어 직경의 비를 가진다. 큰 용량의 모재를 제조하기 위해, 대게 제조에 비용이 많이드는 1차 모재의 직경을 증가시키기 보다는 오버 클래드의 양을 증가시키는 것이 선택된다.
미국 2002/0144521호는 대용량 모재를 제조하는 방법을 개시한다. 이 문언은 염소 및 불소로서 도핑된 튜브 내측에 큰 직경의 중심 코어를 증착시킴으로써 1차 모재를 제조하는 것을 제안한다. 튜브는 염소로 도핑됨으로써 발생되는 굴졀률에 있어서의 증가를 보상하기 위해 불소로서 도핑된다. 튜브는 중심 코어 내에서의 광투과성을 저하시키는 OH 그룹의 불순물의 유입을 제한하도록 염소로서 도핑된다. 염소 및 불소로 도핑된 이러한 튜브의 사용은 튜브의 직경이 동일한 경우 확대된 직경을 가지는 중심 코어를 구비한 1차 모재를 제조하기 위해 튜브 내에 증착되는 내부 클래딩의 두께를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이어서 이러한 1차 모재는 큰 직경 및 그에 따른 대용량의 최종 모재를 얻기 위해 플라즈마 증착에 의해 오버 클래딩된다. 염소 및 불소로 도핑된 튜브는 천연 실리카 입자를 사용하여 오버 클래딩 프로세스에 의해 발생되는 불순물에 대해 중심 코어를 보호한다.
그러나, 이러한 방법은 특정 튜브의 사용을 요구하고 순수한 실리카의 튜브보다 고가이다. 또한, 튜브 내 염소의 존재는 외부 클래딩의 국제 지표 및 결과로서 광섬유의 투과성을 변형시키는 오버 클래딩 작동 동안의 튜브 표면 상에서의 Si-OH 결합의 형성을 방지하지 못한다.
프랑스 A-2 760 449호는 광섬유 1차 모재 상에서 실리카를 증착시키는 방법을 개시한다. 이 문언은 오버 클래딩 작동 동안 천연 실리카의 증착을 순화시키는 것을 제안한다. 공급 파이프는 1차 모재 상에서의 OH 그룹의 형성을 감소시키기 위해 실리카 입자 내에 함유되는 알카리 또는 알카리 토류 성분의 제거를 야기하도록 플라즈마 토치에 염소 또는 불소를 함유하는 가스성 혼합물을 공급한다.
그러나, 2300 ℃ 정도의 온도가 OH 그룹과의 결합 형성을 증진시키기에는 너무 높기 때문에, 불순물이 실리카 오버 클래드 내에서 합체되는 것이 플라즈마 토치에 있어서는 이루어지지 않음이 밝혀졌다. 불순물은 특히 냉각되기 전 튜브 표면 상에서 유리질될 때 실리카 내에 증착된다. 따라서, 플라즈마 토치에서 염소 또는 불소를 함유하는 가스성 혼합물의 첨가는 실리카 오버클래드 내에서의 불순물의 형성을 충분히 감소시키지 못한다.
프랑스 A-2 647 778호는 광섬유 1차 모재 상에 실리카를 증착시키는 방법 및 장치를 개시한다. 1차 모재를 형성하는 실리카의 로드는 대기로부터 분리되고 건조 가스가 공급되는 밀봉된 외피 내 선반 상에 위치된다. 오버 클래딩 작동은 이러한 외피 내에서 수행된다. 외피 내 공기는 연속으로 여과, 압축 및 냉각되어서, 응축된 물로서 정화되고 이어 흡수제에 의해 최종 건조된다. 상기 프로세스로서, 실리카 오버 클래드 내에서 합체되기 쉬운 불순물의 대부분을 제거하는 것이 이론상 가능하다. 그러나, 이는 복잡한 해결안이며 실행시 고가이다. 외피의 체적은 적어도 8 내지 10 m3이고 약 3000 m3/h의 외피를 통한 공기 유동을 요구한다. 전술 된 여과 및 건소 작동을 이러한 체적의 공기에 적용시키는 것은 광섬유의 제조 비용과 비교할 수 없는 매우 높은 작동 비용을 나타낸다.
따라서 실리카 오버 클래드 내부에서 불순물의 합체를 최대한 제한하면서 저가로 오버 클래딩 작동을 수행하는 것이 가능한 광섬유 모재를 제조하는 방법이 필요하다.
이러한 목적으로, 본 발명은 1차 모재와 하나 이상의 튜브 사이의 환형 공간에 의해 형성되는 감소된 제어 체적의 범위를 정하는 하나 이상의 튜브를 통해 1차 모재의 로드를 위치 설정하는 것을 제안한다. 이어서 분위기는 선반을 포함하는 외피의 전체 체적이 아닌 하나 이상의 튜브에 의해 범위가 정해지는 이러한 감소된 체적 내부에서만 제어된다. 본 설명에서 언급되는 오버 클래드 영역은 오버 클래딩이 오버 클래딩 장치에 의해 일어나는 영역이다. 하나 이상의 튜브는 오버 클래드 영역에 근접한 영역에서 1차 모재를 덮는다.
더 구체적으로 본 발명은 오버 클래딩에 의해 광섬유용 최종 모재를 제조하는 방법을 제안하며, 상기 방법은
1차 모재를 제공하는 단계와,
하나 이상의 튜브가 하나 이상의 튜브 외측에서 1차 모재 상에 위치되는 오버 클래드 영역이 되는 오버 클래드될 영역을 생성하도록 1차 모재를 부분적으로 덮는 하나 이상의 튜브 내부에서 1차 모재를 위치 설정하는 단계와,
하나 이상의 튜브 외측 압력에 대한 초과 압력하에서 하나 이상의 튜브와 1차 모재 사이에서 환형 공간 내부로 가스를 분사하는 단계와,
오버 클래딩 장치를 사용하여 오버 클래딩 재료를 구비한 오버 클래드 영역 내에서 1차 모재를 오버 클래딩하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 튜브는 1차 모재의 외경에 4 배 내지 10 배 사이인 내경을 가지는 것이 바람직하다. 이는 분위기가 가스를 분사시키고 가스의 필요한 양을 제한함으로써 제어될 필요가 있는 환형 공간을 제한하면서 외측 분위기에 대한 1차 모재의 광학적 보호를 허용한다.
또한, 양호한 실시예에 있어서, 하나 이상의 튜브는 1차 모재의 길이에 0.3 배 내지 0.8 배 사이인 길이를 가지는 것이 바람직하다. 이는 분위기가 가스를 분사시키고 가스의 필요한 양을 제한함으로써 제어될 필요가 있는 환형 공간을 제한하면서 외측 분위기에 대한 1차 모재의 광학적 보호를 허용한다.
일 실시예에 따르면, 본 발명은 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법을 제공하며, 방법은
1차 모재를 제공하는 단계와,
1차 모재의 직경에 4 배 내지 10 배 사이인 직경 및 1차 모재의 길이에 0.3 배 내지 0.8 배 사이인 길이를 가지는 튜브 내부에서 상기 1차 모재를 위치 설정하는 단계와,
튜브 외측에서의 압력에 대한 초과 압력하에서 튜브 내부로 가스를 분사하는 단계와,
1차 모재를 오버 클래딩하는 단계를 포함한다.
일 양호한 실시예에 있어서, 분사되는 가스는 질소이며 다른 양호한 실시예에 있어서 가스는 공기이다. 낮은 농도의 오염 물질 및 저가로 인해 질소 및 공기 모두 양호하다.
양호하게는 가스는 오염 물질이 오버 클래딩 동안 증착이 방지되는 것을 보장하기 위해 오버 클래딩 대부분 더 양호하게는 전체 프로세스 동안 분사된다.
일 실시예에 따르면, 분사되는 가스의 상대 습도 함량은 20 ℃에서 5 % 미만이다. 이러한 상대 습도 함량의 장점은 작은 양의 물의 존재가 오버 클래딩 동안 증착되는 실리카의 낮은 OH 오염 물질을 보장한다는 점이다.
일 실시예에 따르면, 분사되는 가스는 불소화 및/또는 염소화 가스를 추가로 포함한다. 이는 하나 이상의 튜브 체적 내에서 OH 그룹의 형성을 방지하고 Si-OH 결합이 모재의 표면 상에 형성하는 것을 방지한다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 튜브 외측 압력에 대한 하나 이상의 튜브와 1차 모재 사이의 환형 공간 내측의 초과 압력은 0.1 바아 내지 1 바아 범위이다.
일 실시예에 따르면, 분사되는 가스는 300 ℃ 내지 600 ℃ 사이의 온도까지 가열된다. 그 이유는 오버 클래딩 프로세스가 원하지 않는 냉각에 의해 지연되지 않는 것이다. 분사되는 가스는 분사 이전에 가열된다.
일 실시예에 따르면, 오버 클래딩은 천연 실리카 입자와 같은 실리카 입자의 플라즈마 증착에 의해 수행된다. 플라즈마 증착의 장점은 실리카 입자가 직접적으 로 유리질되고 추가의 신터링 단계가 요구되지 않는 점이다. 천연 실리카 입자의 장점은 매우 풍부하고 저가라는 것이다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 튜브는 예를 들면 플라즈마 토치와 같은 오버 클래딩 장치의 통과 및 실리카 입자의 삽입을 허용하도록 하나 이상의 튜브의 종축을 가로지르는 개구를 포함한다. 이러한 구성은 오버 클래딩 시에 오버 클래드 영역 내에 존재하게 되는 분사되는 가스의 최대량을 허용하여, 오염 물질에 대한 최적의 사출을 보장한다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 튜브는 석영으로 이루어진다. 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 튜브는 스테인레스 강으로 이루어진다. 석영 또는 스테인레스 강의 장점은 재료의 고내열성 및 높은 견고성이다.
일 실시예에 따르면, 1차 모재는 오버 클래드 영역의 양쪽 면 상에 놓여지는 두개의 튜브 내부에서 위치설정되며 두 개의 튜브는 각각 오버 클래드 영역에 근접한 1차 모재 상의 영역을 덮는다. 이러한 구성의 장점은 오버 클래딩 장치 및 오버 클래딩 재료의 통과를 허용하는 두개의 튜브 사이에 충분한 공간이 존재한다는 점이다.
일 실시예에 따르면, 1차 모재가 대칭 축을 따른 병진 운동으로 이동하는 동안 하나 이상의 튜브는 정지 위치에 유지된다. 원칙적으로, 하나 이상의 튜브가 고정인 동안 1차 모재만을 이동시키거나, 1차 모재가 고정인 동안 하나 이상의 튜브만을 이동시키거나, 1차 모재 및 하나 이상의 튜브 모두를 이동시키는 것이 가능하다. 플라즈마 토치가 하나 이상의 튜브의 개구에 존재하는 경우, 플라즈마 토치 는 하나 이상의 튜브가 병진 운동으로 이동하는 경우 하나 이상의 튜브와 함께 이동될 필요가 있다. 하나 이상의 튜브를 고정시켜 유지하는 장점은 1차 모재만이 이동될 필요가 있고 하나 이상의 튜브 및 예를 들면 플라즈마 토치와 같은 오버 클래딩 장치 모두가 이동될 필요는 없다는 것이다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 튜브는 1차 모재의 대칭 축을 따라 플라즈마 토치와 함께 이동된다.
본 발명은 또한 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치에 관한 것이고, 상기 장치는
1차 모재를 수용하는 지지부와,
지지부에 의해 수용되는 1차 모재를 둘러싸도록 배열되어, 1차 모재와 하나 이상의 튜브 사이에 환형 공간을 형성하는 하나 이상의 튜브와,
하나 이상의 튜브 외측의 압력에 대한 초과 압력 하에서 하나 이상의 튜브와 1차 모재 사이의 환형 공간 내부로 가스를 분사하도록 구성되는 가스 리저버와,
오버 클래드 영역 내에서 1차 모재를 오버 클래딩을 하는 장치를 포함하고,
하나 이상의 튜브는 하나 이상의 튜브 외측에서 1차 모재 상에 위치되는 오버 클래드 영역이 되는 오버 클래드될 영역을 생성하도록 1차 모재를 부분적으로 덮는다.
하나 이상의 튜브는 1차 모재의 직경에 4 배 내지 10 배 사이인 직경을 가지는 것이 바람직하다. 그 장점은 전술되었다.
또한, 하나 이상의 튜브는 1차 모재의 길이에 0.3 배 내지 0.8 배 사이인 길 이를 가지는 것이 바람직하다. 그 장점은 전술되었다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치에 관한 것이며, 상기 장치는
1차 모재를 수용하는 지지부와,
1차 모재의 직경에 4 배 내지 10 배 사이인 직경을 가지고 1차 모재의 길이에 0.3 배 내지 0.8 배 사이인 길이를 가지며, 지지부에 부착되는 1차 모재를 둘러싸도록 배열되는 하나 이상의 튜브와,
하나 이상의 튜브 외측의 압력에 대한 초과 압력 하에서 하나 이상의 튜브와 1차 모재 사이의 환형 공간 내부로 가스를 분사하도록 구성되는 가스 리저버와,
1차 모재를 오버 클래딩을 하는 장치를 포함한다.
본 발명의 장치의 장점은 많은 양의 가스가 사용될 필요 없이 제어되는 분위기 내에서 오버 클래딩이 수행되는 것을 허용한다는 점이다.
일 실시예에 따르면, 장치는 하나 이상의 튜브 내 습도의 레벨을 측정 및 제어하는 장치를 포함한다. 이는 제어되는 분위기 내 물의 레벨의 정확한 제어를 허용하여서 OH 불순물이 가능한 양호하게 방지될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 장치는 환형 공간 내 압력을 측정 및 제어하는 장치를 포함한다. 이는 하나 이상의 튜브 내에서의 초과 압력을 유지하는 것을 허용하여, 임의의 오염 물질을 하나 이상의 튜브 외측에 유지시킨다.
일 실시예에 따르면, 장치는 환형 공간 내부로 분사될 가스를 가열하는 장치를 포함한다. 분사되는 가스를 가열하는 장점은 앞선 설명에서 전술되었다.
일 실시예에 따른면, 장치는 플라즈마 토치 및 실리카 입자를 위한 입구 덕트를 포함한다. 이는 실리카 입자의 플라즈마 증착의 사용을 허용하고, 그 장점은 앞선 설명에서 기술되었다.
장치가 오버 클래드 영역의 양 측면에 두 개의 튜브를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 본 발명이 방법을 실현하기 위한 개략 요소를 도시한 단일 도면을 참조하여 단지 예시로서 주어지는 본 발명의 실시예에 대한 이하의 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다. 단일 도면은 인출기 상에서 사용될 수 있는 최종 모재를 형성하기 위해 오버 클래딩용 선반 상에 놓여지도록 의도되는 1차 모재(10)를 도시한다. 1차 모재(10)는 예를 들어 실리카 튜브 내에서 PCVD 증착과 같은 임의의 공지 기술에 따라 제조되는 고순도 실리카의 로드이다.
오버 클래딩은 실리카 입자, 양호하게는 저가인 천연 실리카 입자를 플라즈마 증착시킴으로써 이루어질 수도 있다. 실리카 입자를 위한 입구 덕트는 양호하게는 플라즈마 토치에 근접하여 제공된다. 플라즈마 토치 및 실리카 입자를 위한 입구 덕트를 포함하는 조립체가 회전하는 1차 모재(10)를 따라 전후방으로 이동되거나, 회전하는 1차 모재(10)가 플라즈마 토치 및 실리카 입자를 위한 입구 덕트의 전방에서 종방향 운동으로 전후방으로 이동한다.
본 발명에 따르면, 1차 모재(10)는 1차 모재(10)의 오버 클래드 영역에 근접한 영역(들)을 덮는 두 개의 튜브(20) 중 적어도 하나의 튜브(20) 내측에서 이를 이동시킴으로써 위치 설정된다. 이어서 분위기는 오버 클래딩 동안 1차 모재(10) 상에서의 불순물의 증착을 제거하도록 하나 이상의 튜브(20)와 1차 모재(10) 사이의 환형 공간에 의해 정해지는 체적 내에서 제어된다. 제어되어야 하는 분위기(공기)의 체적은 종래 기술의 외피에 비해 감소되지만 오버 클래딩 작동 동안 실리카의 양호한 품질을 보장하기에는 충분하다.
하나 이상의 튜브(20)의 내부 직경은 1차 모재(10)의 외경의 4 배 내지 10 배 사이이다. 따라서 하나 이상이 튜브(20)는 오버 클래딩 작동을 방해하지 않을 정도로 충분히 넓고 오버 클래드 영역 내에서 제어되도록 분위기(공기)의 체적을 제한하기에는 충분히 좁다. 125 ㎛ 의 직경 및 8.7 ㎛의 코어를 가지는 최종 광섬유를 드로잉하기 위해, 코어가 6 mm의 직경을 가지는 1차 모재(10)가 사용될 수 있고, 섬유의 상사 특성을 따르기 위해 25 mm의 직경이 오버 클래드되어 최종 모재 상에서 100 mm의 직경에 도달한다. 상기 1차 모재에 있어서, 150 mm의 직경, 예를 들면, 1차 모재(10)의 오버 클래딩을 허용하기에 충분히 넓고 오버 클래드 영역에서 적절하게 제어되는 분위기를 보장하기에 충분히 좁은 하나 이상의 튜브를 제공할 수 있을 것이다.
분위기는 하나 이상의 튜브 외측의 압력에 대한 초과 압력 하에서 하나 이상의 튜브(20)와 모재(10) 사이의 환형 공간 내부로의 가스의 분사를 통해 하나 이상의 튜브와 모재(10) 사이의 환형 공간 내에서 제어된다. 가스 입구 파이프(21)는 양호하게는 하나 이상의 튜브 외측 압력에 대해 충분한 초과 압력으로 하나 이상의 튜브와 모재(10) 사이의 환형 공간 내부로 제어되는 방식으로 가스를 분사하기 위해 하나 이상의 튜브(20, 도1에 도시)를 따라 분배되어서, 주변 공기가 하나 이상 의 튜브(20) 내부로 유입하지 못하게 하는 것을 보장한다. 두 개의 가스 입구(21)면 충분할 수도 있지만, 하나 이상의 튜브(20) 또는 두 개의 튜브(20) 내측에서 균일한 초과 압력을 보장하기 위해 6 내지 20개의 가스 입구(21)를 하나 이상의 튜브(20) 주변을 따라 분배하는 것이 바람직하다.
하나 이상의 튜브의 길이는 선반으로의 1차 모재(10)의 부착을 방해하지 않고 오버 클래딩된 1차 모재(10)의 영역 또는 영역들을 덮기 위해 1차 모재(10)의 길이의 0.3 배 내지 0.8 배 사이의 범위이다. 전술된 바와 같이, 불순물은 플라즈마 토치에 의해 가열된 영역 또는 이미 냉각된 영역 보다는 특히 실리카 입자가 막 유리질된 여전히 고온인 모재 영역 상에서 증착된다. 특히 1200도 내지 400도 사이에서 불순물은 스스로 실리카에 합체하는 것이 발견되었다. 따라서, 하나 이상의 튜브의 길이는 여전히 고온인 1차 모재(10)를 덮기에 충분하여야만 한다. 1차 모재(10)는 대게 1 m의 길이를 가지며, 50 내지 60 cm의 길이를 가지는 하나 이상의 튜브가 적절하며, 더 짧은 길이, 즉 20 내지 30 cm의 길이를 가지는 두 개의 튜브(20)가 적절하다.
따라서 튜브(20)에 의해 범위가 정해지는 피제어 분위기의 체적은 크게 감소된 습도 레벨 및 합당한 비용을 가지면서 먼지가 없는 분위기의 보장을 허용할 정도로 충분히 작다.
예를 들면, 가압된 공기 또는 질소의 리저버는 하나 이상의 튜브(20)의 가스 입구(21)에 연결될 수도 있다. 하나 이상의 튜브(20) 내부로의 분사를 위한 저장된 가스는 20 ℃에서 5 % 미만의 상대 습도 값을 가진다. 또한, 하나 이상의 튜 브(20) 내부로 분사되는 공기 또는 질소는 하나 이상의 튜브 체적 내에서 임의의 OH 그룹의 형성을 방지하고 모재(10) 표면 상에서의 Si-OH 결합을 방지하도록 염소화 및/또는 불소화 가스와 함께 혼합될 수도 있다. 하나 이상의 튜브(20) 내부로의 공기의 분사가 오버 클래드 내에서 증착되는 불순물의 제한과 관련하여 만족할 만한 결과를 제공하지만, NOx 그룹(온실 효과 관련 가스)의 생성을 방지하기 위해 공기 보다는 질소를 분사하는 것이 바람직하다. 하나 이상의 튜브(20)의 입구 덕트(21)에 연결된 가스 파이프에 직접 연결된 리저버의 사용이 하나 이상의 튜브(20)로의 먼지 유입의 위험을 제한하기는 하지만 하나 이상의 튜브(20) 내부로의 가스 분사가 미리 여과될 수도 있다.
가스(또는 가스 혼합물)는 하나 이상의 튜브(20) 외측의 압력에 대한 초과 압력 하에서 하나 이상의 튜브(20) 내부로 분사된다. 하나 이상의 튜브(20) 외측의 압력은 대게 대기압이다. 원칙적으로, 낮은 초과 압력이 하나 이상의 튜브(20)로의 공기 유입을 방지하기에 충분할 수도 있지만, 플라즈마 토치 레벨에서 주요 공기 이동을 관리하기 위해선 충분한 초과 압력이 선택되어야만 한다. 0.1 바아 내지 1 바아 사이의 하나 이상의 튜브(20) 내 초과 압력이 적절하다. 상기 초과 압력은 먼지 및 습기를 가져오는 주변 공기가 하나 이상의 튜브(20)로 유입하지 못하게 하는 것을 보장하기에 충분하다. 상기 초과 압력은 또한 하나 이상의 튜브 입구에서 가스 입구 덕트 상에 저압 펌프를 추가시키거나 압력 하에서 리저버를 비움으로써 얻어질 수 있을 정도로 충분히 낮다.
하나 이상의 튜브(20) 내로 분사되는 가스는 또한 300 ℃ 내지 600 ℃ 사이 의 온도로 가열될 수도 있어서 막 오버 클래딩된 모재 영역의 냉각 속도를 제한한다.
도시된 실시예에 따르면, 하나 이상의 튜브(20)는 튜브(20)의 중간 영역에서 실리카 입자의 삽입 및 플라즈마 토치(30)의 통과를 허용하도록 하나 이상의 튜브(20)의 종축을 가로지르는 개구(22)를 포함한다. 플라즈마 토치(30) 전방에서의 1차 모재(10)의 전후방 이동 중, 하나 이상의 튜브(20)는 플라즈마 토치와 함께 고정되어 유지될 수 있고, 이는 모재(10)의 이동 방향과 무관하게 불순물로부터 모재(10)의 피가열 영역을 보호한다. 그러나, 플라즈마 토치(30) 및 하나 이상의 튜브(20)가 병진 운동으로 고정된 모재(10)를 따라 함께 이동하는 다른 조립체가 고려될 수 있다.
하나 이상의 튜브(20)는 그 단부 중 하나 이상 또는 그 중심 개구(22)의 일단부가 플라즈마 토치(30) 근처에 놓여지기 때문에 예를 들면 석영 또는 스테인레스 강과 같은 고온에 강한 재료로 제조된다. 하나 이상의 튜브(20)가 융해된 실리카 내에서의 불순물의 발생을 피하기 위해 오버 클래드 영역에 근접한 영역을 덮어야만 한다. 반면, 하나 이상의 튜브(20)는 플라즈마 토치에 의해 직접 가열되는 영역을 덮지는 않는다. 따라서, 이러한 배열은 구현하기 쉽다.
본 발명의 방법은 상대적으로 단순한 설비를 사용하여 구현될 수 있다. 종래의 선반이 1차 모재(10)를 수용하기 위한 지지부로서 사용될 수도 있다. 그 직경이 1차 모재(10)의 직경에 4 내지 10배이고 그 길이가 1차 모재(10)의 길이의 0.3 내지 0.8 배인 석영 또는 스테인레스 강으로 제조된 하나 이상의 튜브(20)가 1 차 모재(10)를 둘러싸도록 위치 설정된다. 수 개의 튜브(20)가 최적 조건 하에서 다른 1차 모재(10)의 오버 클래딩을 허용하도록 선반 근처에 배열될 수도 있다. 부착 수단이 본 발명의 하나 이상의 튜브(20)를 수용하도록 구성되는 선반 상에 제공될 수도 있다. 하나 이상의 리저버에는 하나 이상의 튜브(20) 입구로의 부착 수단이 제공될 수도 있다. 실리카 입자의 입구 덕트를 구비하는 종래 형태의 플라즈마 토치가 또한 제공될 수도 있다.
설비는 또한 하나 이상의 튜브(20) 내 압력을 제어 및 조절하는 수단 그리고 예를 들어 표준 압력 센서 및 표준 습도 센서를 사용하는 하나 이상의 튜브(20) 내 습도 레벨을 제어하는 수단을 포함할 수도 있다.
따라서 1차 모재(10)의 오버 클래딩 작동은 실리카 오버 클래드 내부로 합체되는 불순물에 있어서의 효과적인 감소를 가능하게 하는 단순하고 저가인 설비로서 이루어질 수 있다. 개량된 광학 전송 특성을 가지는 광섬유가 본 발명의 방법을 사용하여 얻어지는 최종 모재로부터 드로잉될 수 있다.
본 발명에 의하면, 실리카 오버 클래드 내부에서 불순물의 합체를 최대한 제한하면서 저가로 오버 클래딩 작동을 수행하는 것이 가능한 광섬유 모재가 제공된다.

Claims (26)

  1. 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법이며,
    1차 모재(10)를 제공하는 단계와,
    하나 이상의 튜브(20)가 하나 이상의 튜브(20) 외측에서 1차 모재(10) 상에 위치되는 오버 클래드 영역이 되는 오버 클래드될 영역을 생성하도록 1차 모재(10)를 부분적으로 덮는 하나 이상의 튜브(20) 내부에 상기 1차 모재(10)를 위치 설정하는 단계와,
    하나 이상의 튜브 외측(20) 압력에 대한 초과 압력하에서 하나 이상의 튜브(20)와 1차 모재(10) 사이의 환형 공간 내부로 가스를 분사하는 단계와,
    오버 클래딩 장치를 사용하여 오버 클래딩 재료를 구비한 오버 클래드 영역 내에서 1차 모재(10)를 오버 클래딩하는 단계를 포함하는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20)는 1차 모재(10)의 외경에 4 배 내지 10 배 사이인 내경을 가지는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20)는 1차 모재(10)의 길이에 0.3 배 내지 0.8 배 사이인 길이를 가지는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사되는 가스는 질소 및 공기로부터 선택되는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사되는 가스는 20 ℃에서 5 % 미만인 상대 습도 레벨을 가지는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사되는 가스는 불소화 및/또는 염소화 가스를 포함하는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20) 외측 압력에 대한 상기 환형 공간 내의 초과 압력은 0.1 바아 내지 1 바아 사이인 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사되는 가스는 300 ℃ 내지 600 ℃ 사이의 온도에서 가열되는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버 클래딩은 오버 클래딩 재료의 플라즈마 증착에 의해 수행되는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버 클래딩 재료는 실리카 입자를 포함하는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오버 클래딩 재료는 천연 실리카 입자를 포함하는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20)는 오버 클래딩 재료의 삽입 및 오버 클래딩 장치의 통과를 허용하도록 하나 이상의 튜브(20)의 종축을 가로지르는 개구(22)를 포함하는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버 클래딩 장치는 플라즈마 토치(30)인 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20)는 석영으 로 제조되는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20)는 스테인레스 강으로 제조되는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 모재(10)는 각기 오버 클래드 영역에 근접한 1차 모재(10) 상의 영역을 덮고 오버 클래드 영역의 양 측면 상에 놓여지는 두 개의 튜브(20) 내부에서 위치 설정되는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20)는 1차 모재(10)가 1차 모재(10)의 대칭 축을 따라 병진 운동으로 이동되는 동안 고정 위치에서 유지되는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20)는 1차 모재(10)의 대칭 축을 따라 오버 클래딩 장치와 함께 병진 운동으로 이동되는 오버 클래딩에 의해 최종 광섬유 모재를 제조하는 방법.
  19. 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치이며,
    1차 모재(10)를 수용하는 지지부와,
    지지부에 의해 수용되는 1차 모재(10)를 둘러싸도록 배열되어, 1차 모재(10)와 하나 이상의 튜브(20) 사이에 환형 공간을 형성하는 하나 이상의 튜브(20)와,
    하나 이상의 튜브(20) 외측 압력에 대한 초과 압력 하에서 하나 이상의 튜브(20)와 1차 모재(10) 사이의 환형 공간 내부로 가스를 분사하도록 구성되는 가스 리저버와,
    오버 클래드 영역 내에서 1차 모재(10)를 오버 클래딩을 하는 장치를 포함하고,
    하나 이상의 튜브(20)는 하나 이상의 튜브(20) 외측에서 1차 모재(10) 상에 위치되는 오버 클래드 영역이 되는 오버 클래드될 영역을 생성하도록 상기 1차 모재(10)를 부분적으로 덮는 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20)는 1차 모재(10)의 직경에 4 배 내지 10 배 사이인 직경을 가지는 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20)는 1차 모재(10)의 길이에 0.3 배 내지 0.8 배 사이인 길이를 가지는 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 튜브(20) 내의 상대 습도 레벨을 측정 및 제어하는 장치를 더 포함하는 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 환형 공간 내의 압력을 측정 및 제어하는 장치를 더 포함하는 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 환형 공간 내부로 분사될 가스를 가열하는 장치를 더 포함하는 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치.
  25. 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 오버 클래딩을 위한 장치는 플라즈마 토치(30) 및 실리카 입자를 위한 입구 덕트를 포함하는 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치.
  26. 제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 오버 클래드 영역의 양 측면 상에 두 개의 튜브(20)를 포함하는 최종 광섬유 모재를 제조하는 장치.
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