KR20070068429A - 광섬유용 모재, 광섬유 및 이들의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

적어도 2개의 코어 모재(70)를 융착에 의해 결합하여 1개의 코어 모재로 하는 공정과, 코어 모재(70)의 양단에 한 벌의 더미용 유리 로드(61, 62)를 융착하여 출발재 유리 로드로 하는 공정과, 화염 가수분해 반응에 의해 생성된 유리 미립자를 출발재 유리 로드의 외주에 퇴적시켜 다공질 모재(80)로 하는 공정과, 다공질 모재(80)를 소결에 의해 투명 유리화해 코어부 및 클래드부를 포함하는 광섬유용 모재(310)로 하는 공정을 포함하는 광섬유용 모재의 제조 방법과 이에 의해 제조된 광섬유용 모재에 관한 것이다.
코어 모재, 융착, 화염 가수분해, 다공질 모재, 소결

Description

광섬유용 모재, 광섬유 및 이들의 제조 방법{BASE MATERIAL FOR OPTICAL FIBER, OPTICAL FIBER, AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 광섬유용 모재, 광섬유 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 산수소 화염중에 원료 가스를 공급하고, 생성된 유리 미립자를 코어 모재 상에 퇴적시켜 다공질 모재를 형성하고, 나아가 그 다공질 모재를 투명 유리화하는 공정을 포함하는 광섬유용 모재의 제조 방법과, 이에 의해 제조된 광섬유 모재, 또 그 광섬유 모재를 이용한 광섬유의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 얻어지는 광섬유에 관한 것이다.
또, 문헌의 참조에 의한 편입이 인정되는 지정국에 대해서는 하기의 출원에 기재된 내용을 참조에 의해 본 출원에 집어넣어 본 출원의 기재의 일부로 한다.
일본국 특허출원 2004－309760호(출원일：2004년 10월 25일)
선뽑기하여 광섬유로 하기 위한 광섬유용 모재는 굴절률이 높은 코어부를 형성하는 코어부(core portion) 제조 공정과, 코어부 제조 공정에 있어서 얻어진 코어부의 외주(外周) 상에 코어부보다 굴절률이 낮은 클래드부를 형성하는 클래드부(clad portion) 제조 공정을 거쳐 제조된다.
도 1은 코어부 제조 공정에 이용되는 코어부 제조 장치(100)를 모식적으로 나타낸다. 반응 용기(11) 내의 버너(21)에 수소 및 산소를 포함하는 연소 가스와 함께 SiCl4 및 GeCl4를 포함하는 원료 가스를 공급하면, 하기의 반응식으로 나타내는 것 같은 화염 가수분해 반응에 의해 GeO2가 도핑(doping)된 유리 미립자 SiO2가 생성된다.
SiCl4＋2H2O=SiO2＋4HCl
GeCl4＋2H2O=GeO2＋4HCl
생성된 유리 미립자는 반응 용기(11) 내에서 회전하고 있는 출발 타겟재(target material)(30)의 선단에 부착하여 퇴적되어 간다. 그래서, 형성되는 퇴적체의 선단을 모니터(55)로 감시하여 피드백(feedback) 제어하고, 퇴적체의 성장에 맞추어 출발 타겟재(target material)(30)를 끌어올린다. 이렇게 하여 유리 미립자가 응집한 코어용 다공질 모재(40)가 형성된다. 이때 미부착의 유리 미립자는 배기관(51)으로부터 계외(系外)로 배출된다.　
한편, 퇴적을 마친 코어용 다공질 모재(40)는 소결 공정에 있어서 탈수 및 투명 유리화가 행해져 코어 모재로 된다. 이 코어 모재는 코어부의 재료 단독으로 형성되는 경우와 클래드부의 일부에 대응하는 재료가 코어부의 재료와 일체로 형성되는 경우가 있다.
도 2는 코어 제조 공정에 있어서 제조된 코어 모재(70)를 사용하여 실시되는 클래드부 제조 공정에 있어서 이용되는 클래드부 제조 장치(200)를 모식적으로 나타낸다. 우선, 규정의 길이 및 직경으로 연신한 코어 모재(70)의 양단에, 더 미(dummy)용 유리 로드(rod)(61, 62)를 융착하여 출발재 유리 로드로 한다.　
다음에, 반응 용기(12) 내에 있어서 출발재 유리 로드를 회전시키면서, 1개 또는 복수 라인의 버너(22)로 수소 및 산소를 포함하는 연소 가스와 함께 SiCl4를 포함하는 원료 가스를 공급하여 유리 미립자를 생성시키고, 생성된 유리 미립자를 출발재 유리 로드의 코어 모재(70)의 외주에 퇴적시킨다. 이때 도 중에 화살표에 의해 나타내듯이 버너(22)를 코어 모재(70)의 축방향을 따라 왕복 이동시킴으로써 코어 모재(70)의 전장에 걸쳐서 유리 미립자가 한결같이 퇴적된다.
도 3에 상기와 같이 하여 얻어진 광섬유용 모재(300)를 나타낸다. 이 도에 나타내듯이 코어 모재(70)의 주위에 다공질 모재(80)가 형성된다. 또, 다공질 모재(80)에 부착하지 않았던 유리 미립자는 도 2에 나타낸 클래드부 제조 장치(200)의 배기관(52)으로부터 계외로 배출된다. 또, 퇴적을 마친 다공질 모재(80)는 다음의 소결 공정에 있어서 탈수 및 투명 유리화 처리되어 광섬유용 모재로 된다.
<발명이 해결하고자 하는 과제>
상기한 광섬유 모재 및 광섬유의 제조 방법에 있어서, 코어부 제조 공정에서 제조할 수 있는 코어용 다공질 모재(40)의 크기에는 설비적 및 기술적인 제약이 있다. 예를 들면, 반응 용기(11)는 클린룸(clean room) 내에 세로로 설치되므로 그 크기는 건물의 치수에 의해 제한된다. 또, 코어용 다공질 모재(40)를 제조하기 위해서는 반응 용기(11) 내를 감압하고, 한편 소정의 가스 분위기로 하지 않으면 안 된다. 따라서, 거대한 설비를 설치하면 설비 비용도 거액으로 되어 코어용 다공질 모재(40)의 제조비용이 증가한다.
이와 같이 제조 가능한 코어용 다공질 모재(40)의 크기에 제약이 있으므로 이를 이용한 출발재 유리 로드로부터 제조되는 광섬유 모재(300)의 치수에도 제약이 있다. 또, 광섬유 모재(300)의 크기가 제약되어 있기 때문에 이로부터 제조되는 광섬유의 생산성 향상도 제약되어 있었다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 큰 광섬유용 모재를 용이하게 제조할 수가 있고, 한편 광섬유용 모재 및 광섬유의 각 제조 공정에 있어서 생산성을 향상시킬 수가 있고, 또한 광섬유의 비용 저감에 기여하는 광섬유용 모재의 제조 방법 및 광섬유의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또, 이와 같은 방법으로 제조된 광섬유용 모재와, 그리고 제조된 광섬유를 제공하는 것도 본 발명의 목적의 하나이다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
본 발명의 제1의 형태로서, 적어도 2개의 코어 모재를 융착에 의해 결합하여 1개의 코어 모재로 하는 공정과, 1개로 한 코어 모재의 양단에 한 벌의 더미용 유리 로드를 융착하여 출발재 유리 로드로 하는 공정과, 출발재 유리 로드의 외주에 화염 가수분해 반응에 의해 생성한 유리 미립자를 퇴적시켜 다공질 모재로 하는 공정과, 다공질 모재를 소결에 의해 투명 유리화해, 코어부 및 클래드부를 포함하는 광섬유용 모재로 하는 공정을 포함하는 광섬유용 모재의 제조 방법이 제공된다. 이에 의해 큰 광섬유용 모재를 제조할 수 있다.　
또, 본 발명의 제2의 형태로서, 상기의 제조 방법에 의해 제조된 광섬유용 모재가 제공된다. 이에 의해 연속된 1회의 선뽑기 공정에 의해 긴 광섬유가 얻어진다.
또, 본 발명의 제3의 형태로서, 융착된 부분에서 코어 모재를 분할하는 일 없이 연속하여 선뽑기하는 조작을 포함하는 광섬유의 제조 방법이 제공된다. 이에 의해 선뽑기 공정의 개시시와 종료시에 불가피하게 발생하는 불연속인 작업과 재료 손실을 저감시킬 수가 있다.　
또한, 본 발명의 제4의 형태로서, 상기의 제조 방법에 의해 제조된 광섬유가 제공된다. 이 광섬유는 하나의 광섬유용 모재로부터 연속하여 선뽑기하여 제조된 단일의 광섬유이다. 또, 접속 없이 큰 전장(全長)을 가지고, 그 전장에 걸쳐서 직경 및 품질이 안정되어 있다.
<발명의 효과>
상기의 광섬유용 모재의 제조 방법에 의하면, 코어 모재의 양단에 융착되는 더미용 유리 로드의 사용량을 절감할 수 있다. 또, 출발재 유리 로드의 직경을 굵게 할 수 있으므로 유리 미립자의 부착 속도를 증가시킬 수가 있다.
또한, 제조되는 광섬유용 모재로서의 제품 중량이 늘어나기 때문에, 유리 선반에 의한 가공 공정, 검사 공정, 선뽑기 공정 등에서의 단위 제품 중량당의 가공 비용이 내려가고 생산성이 향상된다. 또한, 광섬유의 선뽑기 공정에 있어서 광섬유의 직경 변동도 작고 종래의 2개분에 상당하는 광섬유를 연속하여 선뽑기할 수 있다. 따라서, 선뽑기의 절차 작업을 경감할 수 있어 광섬유의 저비용화를 할 수 있다.
도 1은 코어부 제조 장치(100)의 개략을 나타내는 개략 설명도이다.
도 2는 클래드부 제조 장치(200)의 개략을 나타내는 개략 설명도이다.
도 3은 광섬유용 모재(300)를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 방법을 실시하는 클래드부 제조 장치(210)를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 광섬유용 모재(310)를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은 비교예와 관련되는 광섬유용 모재(400)를 나타내는 개략 단면도이다.
<부호의 설명>
11, 12　반응 용기
21, 22　버너
30　출발 타겟재
40　코어용 다공질 모재
51, 52　배기관
55　모니터
61, 62　더미용 유리 로드
70　코어 모재
80　다공질 모재
90　코어 모재 융착부
95　광섬유용 모재 융착부
100　코어 모재 제조 장치
200, 210　클래드부 제조 장치
300, 310, 400　광섬유용 모재
실시예 및 비교예를 들어 실시 형태에 대해서 설명한다.
(실시예 1)
도 4에 나타내는 클래드부 제조 장치(210)를 사용하여 다공질 모재(80)의 형성을 행하였다. 또, 도 2에 나타낸 클래드부 제조 장치(200)와 공통의 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 중복된 설명은 생략하였다.
우선, 도 1을 참조하여 이미 설명한 일반적인 코어부 제조 공정에 의해 제조한 2개의 코어 모재(70)를 융착에 의해 결합하여 1개의 코어 모재로 한 후, 규정의 길이, 직경으로 연신하였다. 그 다음에, 그 양단에 더미용 유리 로드(61, 62)를 각각 융착하여 출발재 유리 로드로 하였다. 얻어진 출발재 유리 로드에 있어서 코어 모재(70) 끼리의 코어 모재 융착부(90)의 외경이 코어 모재(70)의 외경에 대해서 ±0.5mm 이내에 들어가도록 조정하였다. 또, 출발재 유리 로드가 소망의 길이에 이르지 않는 경우는 융착하는 코어 모재(70)의 개수를 증가시켜 해결할 수가 있다.
다음에, 융착에 의해 규정의 길이로 한 코어 모재(70)를 포함하는 출발재 유리 로드를 반응 용기(12) 내에 매달아 회전시키면서 이를 따라 원료 물질을 포함하는 산수소염을 발생하는 버너(22)를 왕복 이동시키고, 코어 모재(70)의 외주에 다 공질 모재(80)를 퇴적시켰다. 이 다공질 모재(80)를 소결하여 탈수 및 투명 유리화하였다.
도 5에 상기와 같이 하여 얻어진 광섬유용 모재(310)를 나타낸다. 이 광섬유용 모재(310)에서는 코어 모재(70)의 융착부(90)에 있어서의 외경 변동폭은 ±0.5mm 이내로 억제되어 있었다. 또, 품질적으로도 안정되어 있어 1개의 코어 모재(70)로 형성된 출발재 유리 로드를 이용하여 얻어진 것보다 굵은 직경의 광섬유용 모재(310)이었다.　
이 광섬유용 모재(310)를 형성하기 위해서 이용한 더미용 유리 로드(61, 62)는 코어 모재(70)의 1개당에 대해서 생각하면 1/2의 양으로 되어 있다. 또, 2개의 코어 모재(70)를 융착한 것에 의해 출발재 유리 로드의 직경을 굵게 할 수 있었으므로 이에 대한 유리 미립자의 부착 속도가 종래보다 20% 향상되었다. 또, 제조 장치의 용량이 허락하면 출발재 유리 로드를 굵게 하는 것만이 아니고 길게 함으로써 대형화할 수도 있다.
또한, 얻어진 단일의 광섬유용 모재(310)는 대형으로 중량이 늘어나 있다. 이 때문에 굴절률 분포 측정, 외관 검사 등의 검사 공정, 유리 선반에 의한 가공 공정, 선뽑기 공정 등의 다른 공정에 있어서도 단위 제품 중량당의 비용이 내려가고 광섬유의 생산성이 향상되었다.　
또, 선뽑기 공정에서는 광섬유의 직경 변동이 작고, 종래의 2개분에 상당하는 광섬유용 모재(310)로부터 코어 모재 융착부(90)에서 단선하는 일 없이 연속하여 선뽑기하여 광섬유를 제조할 수 있었다. 또, 선뽑기의 절차 작업도 경감할 수 있었다.
또한, 상기와 같은 제조 방법으로 얻어진 광섬유는 생산성 향상에 의해 저가격화할 수 있다. 또, 1개의 광섬유용 모재(310)로부터 연속하여 선뽑기되고 있으므로 전장에 걸쳐서 품질이 안정되어 있었다.
(비교예 1)
도 6에 비교예로서 제작한 광섬유용 모재(400)의 단면도를 나타낸다. 이 도에 나타내듯이 이 광섬유용 모재(400)는 개별적으로 각각 제조한 2개의 광섬유용 모재를 융착에 의해 결합하여 일체화 한 것이다. 이 광섬유용 모재(400)에서도 코어 모재(70)에 다공질 모재(80)로서 피착(被着)된 클래드부로 되는 부분도 융착되어 일체화되어 있다.
이와 같이 하여 제조한 광섬유용 모재(400)에서는 코어 모재(70)에 포함된 GeO2가 융착시에 다공질 모재(80) 측으로 확산하고 있었다. 이 때문에 선뽑기할 때에 광섬유용 모재 융착부(95)에 있어서 용융이 너무 진행되어 그 근방에서 광섬유 직경의 변동폭이 커졌다. 또, 단선이 생겨 선뽑기가 중단된 경우도 있었다.
본 발명에 의하면 제조 설비를 큰 폭으로 변경하는 일 없이 단일의 큰 광섬유용 모재를 제조할 수 있다. 또, 이렇게 해서 제조된 큰 광섬유용 모재로부터 연속하여 선뽑기 함으로써 연속된 긴 광섬유를 제조할 수 있다. 따라서, 광섬유용 모재 및 광섬유의 제조비용이 저감된다.

Claims (4)

  1. 적어도 2개의 코어 모재를 융착에 의해 결합하여 1개의 코어 모재로 하는 공정과,
    1개로 한 이 코어 모재의 양단에 한 벌의 더미용 유리 로드를 융착하여 출발재 유리 로드로 하는 공정과,
    이 출발재 유리 로드의 외주에 화염 가수분해 반응에 의해 생성한 유리 미립자를 퇴적시켜 다공질 모재로 하는 공정과,
    이 다공질 모재를 소결에 의해 투명 유리화하여 코어부 및 클래드부를 포함하는 광섬유용 모재로 하는 공정을 포함하는 광섬유용 모재의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 기재의 제조 방법을 이용해 제조된 광섬유용 모재.
  3. 청구항 2에 기재의 광섬유용 모재를, 상기 코어 모재가 융착된 부분에서 분할하는 일 없이 연속하여 선뽑기하는 조작을 포함하는 광섬유의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 기재의 제조 방법에 의해 제조된 광섬유.
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