KR20100091710A - 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 광섬유 - Google Patents

구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 광섬유

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KR20100091710A
KR20100091710A KR1020090011034A KR20090011034A KR20100091710A KR 20100091710 A KR20100091710 A KR 20100091710A KR 1020090011034 A KR1020090011034 A KR 1020090011034A KR 20090011034 A KR20090011034 A KR 20090011034A KR 20100091710 A KR20100091710 A KR 20100091710A
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cladding layer
optical fiber
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tube
bending loss
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박지상
박래혁
손순일
신형수
육태경
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은 구부림 특성이 강화된 Trench 타입의 광섬유 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 구부림 손실 특성이 우수한 Trench 타입의 광섬유를 제조하는 방법으로서, (a) 증착 공정을 통해 중심 코어의 주위에 제1 클래드층을 형성하는 단계; (b) 소정 이하의 수산화기(OH-) 불순물을 포함하는 튜브를 준비하고, 오버 클래딩(Over Cladding) 공정을 통해 상기 제1 클래드층 주위에 상기 튜브를 접합하여 제2 클래드층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 제2 클래드층 주위에 제3 클래드층을 형성하는 단계;를 포함하는 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법이 개시된다.
광섬유, Trench, 오버클래딩, OH손실

Description

구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 광섬유{Method for manufacturing optical fiber improvement of bending loss and optical fiber manufactured using the same}
본 발명은 광섬유 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구부림 특성이 강화된 Trench 타입의 광섬유 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 정보통신 기술이 발달과 함께 대역폭(Bandwidth)에 대한 수요가 증가함에 따라, 광섬유는 유선통신 매체로서 널리 이용되고 있다. 다른 매체와 비교했을 때 광섬유의 특징은, 구리선이나 POF(Polymer Optical Fiber)에 비해 손실 및 대역폭이 우수한 장점이 있는 반면, 취급이 어렵다는 단점이 있다.
특히, FTTH(Fiber To The Home) 서비스에서는 광섬유의 하우징과 포설 시 여러 작은 굴곡이 생기며, 기존 광섬유는 작은 굴곡에서 구부림 손실이 크므로 모서리에 밀착하여 포설하거나 작은 구부림 반경의 organizer를 사용하기 어렵다. 더구나, 전송 용량을 증대시킨 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 시스템 도는 CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexing) 시스템은 기존 1550nm 파장뿐만 아니라 1600nm 파장대도 사용하게 되는데, 1550nm 파장대에 최적화된 기존 광 섬유를 1600nm 파장대에 사용할 경우 모드 필드경이 커져 구부림 손실이 증가한다. 따라서 손실 증가로 인한 시스템 전송 특성 저하를 방지하기 위해서는 1600nm 파장대에서도 1550nm 파장 동등 이하의 구부림 손실을 나타내도록 광섬유를 개선할 필요가 있다.
이와 같이, 광섬유의 구부림 손실 특성이 FTTH 환경에서 중요해짐에 따라, 기술 표준 단체인 I-TUT에서는 G657 표준을 제정하여, 구부림 손실이 강화된 광섬유를 이슈화하였다. 특히 A 타입과 B 타입으로 표준이 나뉘게 되는데, A 타입은 기존 광섬유인 G652D와의 호환성을 강조한 표준이고, B 타입은 G652와의 호환성보다는 구부림 손실이 한층 더 강화된 광섬유이다.
도 1은 광섬유의 구부림 손실 강화 표준을 나타낸 표이다.
도면에서와 같이, 표준은 크게 A, B 타입으로 나눠져 있으나, 최근 기술혁신이 진행됨에 따라, A 타입의 호환성과 B 타입의 구부림 손실 특성을 모두 갖는 광섬유가 출시되고 있는 상황이며, FTTH 환경에 극단적으로 유리한 Ultra Low Bending Loss Fiber(R5mm 굴곡 가능) 제품군도 상용화되고 있다.
광섬유의 구부림 손실 특성이 이슈화됨에 따라 이를 구현하기 위한 방안이 아래와 같이 제안되었다.
우선 기존 SMF(Single Mode Fiber) 광섬유 구조인 SI(Step Index) 구조를 바탕으로 구조를 개선하기 위해서는 MAC 값(=MFD/CutOff)을 낮춰야 한다. 이는 최대한 빛을 광섬유의 중심부에 한정시킴으로써, 구부림이 발생했을 때 빛이 외부로 새어나가는 것을 방지하기 위함이다. 광섬유의 구조에 따라 다소 차이가 있으나, 일 반적으로 구부림 손실과 Mac 값과는 아래 식 1과 같은 관계가 있다.
Loss = exp[8.5-519*Dmm(1/λ*Mac)3]
λ : 파장(nm), Dmm : 구부림직경
SI 구조를 채용할 경우, Mac 값을 감소시킴으로써 구부림 손실을 강화하게 되는데, 이럴 경우 기존 광섬유와의 호환성(MFD 등의 차이로 인해) 문제가 발생하게 된다.
기존 SI 구조를 개선한 방법으로 Depressed 타입이 있다.(도 2 참조) 이는 코어(2-a)와 인접해 있는 클래드부(2-b)의 굴절률을 기존에 비해 감소시킨 것이다. Depressed 구조를 적용할 경우, G652 광섬유와의 호환성도 SI 구조에 비해 개선되고, 구부림 손실도 개선된다. Depressed 구조는 외부증착 방법인 VAD 공정을 통해 주로 구현된다.
Depressed 구조와 함께 개선된 구조로서 Trench 구조가 있다.(도 3 참조) 이는 코어(3-a)와 근접해 있는 클래드부(3-b)는 최외곽 클래드부(3-d)의 굴절률과 동일하게 유지하고, Depressed 구조와 같은 굴절률 감소부(3-c)는 코어(3-a)와 적정 거리에 존재하게 된다. 이러한 구조는 기존 SI 구조나, Depressed 구조에 비해 다소 복잡한 모양이므로, VAD 공정보다는 굴절률 조정이 용이한 내부 증착 공정에 더 많이 채택되고 있다. 하지만, 구부림 손실 특성이 우수하기 때문에, VAD 공정으로도 제조하기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있다.
Trench 구조를 통해 구부림 손실을 강화하기 위한 선행 기술로는 미국특허공보 US20080056658호, 한국특허공보 0820926호, 2007-0101145호 등이 있다.
이러한 기존 기술들은 Trench 구조를 제안함으로써, 구부림 손실을 강화할 수 있다고 제시한다. 하지만, 구부림 손실 이외의 G657 표준에서 중요한 특성인 수산화기(OH-) 손실, 그리고 생산성 등을 개선하는 방안에 대해서는 제시되어 있지 않다. 즉, 구부림 손실을 강화하기 위해 제시된 Trench 구조가 OH 손실 및 생산성 측면에서 문제가 될 수 있는 데도, 이에 대한 해결안이 부족한 실정이다.
광섬유 제조 기술은 크게 내부 증착 공정과 외부 증착 공정으로 나누어 진다. 내부 증착공정은 원하는 광섬유의 굴절률을 구현하기 위해 적절한 비율의 화학성분을 튜브 내부에 증착하는 공정이다. 이 공정은 비교적 복잡한 굴절률을 재현할 수 있으나, OH 손실 특성 및 생산성 측면에서 외부 증착 공정에 비해 특성이 좋지 않은 단점이 있다.
외부 증착 공정에는 VAD(Vapor Axial Deposition) 공정과 OVD(Outside Napor Deposition) 공정 등이 있는데, VAD 공법의 경우 코어 내부가 공정중에 외부에 노출되는 일이 없기 때문에 OVD에 비해 OH 손실 측면에서 더욱 강점이 있다. 이러한 이유로 광섬유 제조 업체는 비교적 단순한 구조인 SMF를 제조할 경우에는 OH 손실 특성이 우수하고 생산성도 우수한 VAD 공법을 널리 채택하고 있다.
그러나 VAD 공법을 통해 Trench 구조의 광섬유를 제조할 경우에는 아래와 같은 문제가 발생한다.
먼저, 광섬유의 Trench 구조에서 구부림 손실을 강화하기 위해 광섬유의 Trench 부분을 코어에 가까운 영역에 위치시키는 것이 유리하다. 이때, VAD 공법을 적용할 경우에 Trench 구조를 구현하기 위해 코어와, 코어에 접한 클래드층을 제조하고, 그 다음 영역(Trench 부분)을 외부 증착을 통해 형성하게 된다. 이럴 경우 코어에 인접한 클래드층의 두께가 작을수록 그 다음 영역(Trench 부분)을 외부 증착을 통해 형성할 때 OH 불순물에 의해 광섬유의 OH 손실이 늘어나게 되는 문제가 있다.
또한, 광섬유의 Trench 구조를 형성하기 위해서는 VAD 기존 공법이 2단계 증착에서 3단계 증착으로 변경된다. 이로 인해 VAD 공법의 큰 장점인 생산성 측면에서 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 구부림 특성이 우수한 Trench 구조의 광섬유를 VAD 공법을 적용하여 제조할 경우, OH 손실을 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 광섬유 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 광섬유를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허 청구 범 위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법은, 구부림 손실 특성이 우수한 Trench 타입의 광섬유를 제조하는 방법으로서, (a) 증착 공정을 통해 중심 코어의 주위에 제1 클래드층을 형성하는 단계; (b) 소정 이하의 수산화기(OH-) 불순물을 포함하는 튜브를 준비하고, 오버 클래딩(Over Cladding) 공정을 통해 상기 제1 클래드층 주위에 상기 튜브를 접합하여 제2 클래드층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 제2 클래드층 주위에 제3 클래드층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 준비된 튜브는 소정의 굴절률(Refractive Index) 특성을 갖으며, 상기 튜브는 상기 제3 클래드층의 굴절률을 기준으로 했을 때 -0.1 % 내지 -0.5 % 범위의 비굴절률차(Δ)의 특성을 갖는 것이 바람직하다. (여기서, 상기 튜브의 비굴절률차(Δ)는 (N3-N4)/N4 수식을 만족함, N3은 상기 제2 클래드층의 굴절률, N4는 상기 제3 클래드층의 굴절률)
아울러, 상기 준비되 튜브는 10 ppm 이하의 수산화기(OH-) 불순물을 포함하는 것이 바람직하다. 나아가 상기 단계 (a)는 외부 증착 공정을 통해서 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단계 (a)는, (a-1) 수팅(Sooting) 공정을 통해 코어 주위에 유리 입자를 증착시키는 단계; (a-2) 탈수(Dehydration) 공정을 통해 수산화기 불순물을 제거하는 단계; (a-3) 소결(Sinter) 공정을 통해 다공질 모재를 소결 처리하는 단 계; 및 (a-4) 연신(Elongation) 공정을 통해 연신처리하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 단계 (b)는, (b-1) 소정 이하의 수산화기(OH-) 불순물을 포함하는 오버클래드 튜브를 준비하는 단계; (b-2) 상기 오버 클래드 튜브에 상기 코어에 제1 클래드층이 형성된 제1 프리폼을 삽입하는 단계; 및 (b-3) 열을 가해 상기 오버 클래드 튜브를 녹여 상기 제1 프리폼과 접합시키는 단계;를 포함한다.
이와 함께, 상기 단계 (c)는, 외부 증착 공정 또는 오버 클래딩 공정을 통해 상기 제2 클래드층 주위에 제3 클래드층을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 위의 방법에 의해 제조된 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 중심에 위치한 코어, 상기 코어의 주위에 형성된 제1 클래드층, 상기 제1 클래드층 주위에 형성된 제2 클래드층, 상기 제2 클래드층 주위에 형성된 제3 클래드층을 구비한 광섬유로서, 상기 코어의 최대 굴절률은, 상기 제1 클래드층, 제2 클래드층, 제3 클래드층의 각 최대 굴절률 중 어느 것보다도 크고, 상기 제2 클래드층의 최대 굴절률은 상기 제1 클래드층 및 제3 클래드층의 각 최대 굴절률 중의 어느 것보다도 작으며, 상기 제2 클래드층에 포함되는 수산화기(OH-) 불순물은 10ppm 이하인 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유가 제공된다.
바람직하게, 상기 제2 클래드층은 미리 준비된 튜브를 오버 클래딩 공정을 통해 상기 제1 클래드층과 접합하여 형성한다.
본 발명에 따르면, 구부림 특성이 우수한 Trench 구조의 광섬유를 제조할 시에 Trench 부분인 두번째 클래드층을 미리 준비한 튜브를 이용하여 오버클래딩 접합하여 형성함으로써, 공정 시간을 줄이고 생산성을 향상할 수 있는 효과를 제공한다.
아울러, 두번째 클래드층을 Jacketing 공법을 이용하여 형성할 때에 미리 준비된 튜브의 수산화기(OH-) 불순물의 포함량을 조절하여 최종 제조된 광섬유의 OH 손실을 줄일 수 있는 효과를 제공한다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법에 따라 제조된 광섬유의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 광섬유의 구조는 중심의 코어(a), 상기 코어(a)를 둘러싸는 제1 클래드층(b), 상기 제1 클래드층(b)을 둘러싸는 제2 클래드층(c), 상기 제2 클래드층을 둘러싸는 제3 클래드층(d)을 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 따른 광섬유는 상기 제2 클래드층(c)과 같은 Trench 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 Trench 타입의 광섬유이다.
상기 코어(a)의 굴절률(N1)은 상기 제1 클래드층(b), 제2 클래드층(c), 제3 클래드층(d)의 각 최대 굴절률(N2,N3,N4) 중 가장 크게 구성된다. 상기 제2 클래드층(c)의 최대 굴절률(N3)은 상기 제1 클래드층(b) 및 제3 클래드층(d)의 각 최대 굴절률(N2,N4) 보다 작게 구성된다.
아울러, 상기 제2 클래드층(c)에 포함되는 수산화기(OH-) 불순물은 10ppm 이하로 구성된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 광섬유 제조시에 상기 제2 클래드층(c)을 형성하는 공정에서는 미리 준비된 수산화기 불순물이 10ppm 이하인 튜브를 오버 클래딩(Over Cladding) 공법을 통해 상기 제1 클래드층(b)의 외주면에 접합하여 형성한다.
상기 광섬유의 구조에 따른 각 특성치를 살펴보기로 한다. 먼저, 상기 코어(a)의 반경(R1)은 3.5㎛ 내지 4.5㎛ 범위를 갖도록 구성된다. 상기 제1 클래드층(b)의 반경을 R2라고 하면, R2/R1 값은 1.5㎛ 내지 6.5㎛ 범위를 갖도록 구성된다. 또한, 상기 제2 클래드층(c)의 반경을 R3라고 하면, R3-R2 값은 1.0㎛ 내지 10.0㎛ 범위를 갖도록 구성된다. 상기 제3 클래드층(d)의 반경(R4)은 62.5㎛로 구 성된다.
아울러, 상기 광섬유 구조의 특성 중 상기 제3 클래드층을 기준으로 한 비굴절률 차의 값을 살펴보기로 한다. 여기서, 상기 제3 클래드층을 기준으로 한 비굴절률 차 Δn=(Nn-N4)/N4 의 수식을 통해 구하도록 한다. 먼저, 코어(a)의 비굴절률 차(Δ1)는 0.3% 내지 0.5% 범위의 값을 갖도록 구성된다. 상기 제1 클래드층(b)의 비굴절률 차(Δ2)는 -0.1% 내지 0.1% 범위의 값을 갖도록 구성된다. 상기 제2 클래드층(c)의 비굴절률 차(Δ3)는 -0.5% 내지 -0.1% 범위의 값을 갖도록 구성된다.
이하에서는 상술한 광섬유의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법의 절차를 나타낸 순서도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법의 각 공정별 예를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 제조 방법은 먼저 광섬유의 중심 영역에 위치할 코어(a)를 준비하는 공정이 수행된다. 이때에는 본 발명에 따른 광섬유의 특성치(코어 반경 등)를 만족하는 코어(a)를 준비한다.(S10)
다음, 상기 준비된 코어(a)의 외주면을 둘러싸는 제1 클래드층(b)을 형성하는 공정이 진행된다. 상기 코어(a)의 첫번째 외주면을 둘러싸는 제1 클래드층(b)은 외부 증착 공정을 통해 형성하게 된다. 이때 형성되는 제1 클래드층(b)은 상기 코어(a) 보다 상대적으로 작은 굴절률을 갖는다.(S20)
이러한 공정을 통해 코어(a) 영역과 제1 클래드층(b) 영역으로 구성된 프리폼1이 제조된다.
다음으로, 상기 프리폼1의 외주면을 둘러싸며 형성될 제2 클래드층(c)을 준비하는 절차를 진행한다. 즉, 상기 제2 클래드층(c)을 형성할 소정 특성을 갖는 튜브를 미리 준비하는 절차가 진행된다. 상기 튜브는 오버 클래딩 공법을 통해 상기 제1 클래드층(b)의 외주면에 접합시킬 관 형태의 실린더 모재이다. 상기 준비하는 튜브는 오버 클래드 튜브라고도 한다. 아울러, 상기 준비하는 튜브는 소정 수치 이하의 수산화기(OH-) 불순물을 포함하도록 한다. 보다 상세하게는 10ppm 이하의 수산화기 불순물을 포함하도록 한다. 상기 수산화기 불순물 포함은 작을수록 바람직하다.(S30)
이렇게 오버 클래드 튜브가 준비되면, 이 준비된 튜브를 상기 제1 클래드층(b)을 둘러싸도록 위치시킨 후 오버 클래딩 공법을 통해 이를 접합시키는 공정이 수행된다. 이와 같은 오버 클래딩 공법을 'Jacketing'이라고도 한다. 상기 준비된 튜브가 상기 제1 클래드층(b) 둘레에 접합하여 제2 클래드층(c)을 형성하게 된다. 이와 같이 제2 클래드층(c) 영역이 형성되면 프리폼2가 완성된다. 이때 형성된 제2 클래드층(c)은 상기 제1 클래드층(b) 보다 상대적으로 작은 굴절률을 갖는다. 광섬유의 구조 중 상기 제2 클래드층을 Trench 부분으로 부른다.(S40)
상기 프리폼2가 준비되면, 상기 프리폼2의 제2 클래드층(c) 외주면을 둘러싸도록 제3 클래드층(d)을 형성하는 절차가 진행된다. 상기 제3 클래드층(c)은 증착 공정 또는 오버 클래딩 공법을 이용하여 형성하게 된다. 아울러, 상기 제3 클래드층(c)은 상기 제2 클래드층(c) 보다 상대적으로 큰 굴절률을 갖는다. 이렇게 제3 클래드층(d) 영역까지 형성되면 프리폼3이 완성된다.(S50)
상기 프리폼3이 제조되면 이후로 Draw/PT 공정과 광섬유 각 구성의 특성치를 측정하고 평가하는 공정이 진행된다.
특히, 상기 오버 클래딩 공법을 통해 접합하기 위하여 준비하는 튜브는 상기 제1 클래드층(b)을 둘러싸는 제2 클래드층(c) 영역으로 형성되고, 따라서 상기 튜브는 상기 제3 클래드층(d)의 굴절률을 기준으로 -0.1% 내지 -0.5% 범위의 비굴절률 차의 특성 값을 갖도록 한다.
이와 함께, 상기 코어(a)와 제1 클래드층(b)으로 구성되는 프리폼1이 제조되는 외부 증착 공정을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 7, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 프리폼1을 제조하는 공정의 예를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 7은 수팅(Sooting) 공정은 나타내는 화면으로, 화염가수분해 반응을 통해 버너로부터 발생된 유리입자가 모재의 외부에 증착되는 공정을 도시하고 있다.
다음, 도 8은 위 도 7의 수팅 공정을 통해 얻어진 다공질(porous) 모재의 내부에 수산화기 불순물을 Cl2 기체를 이용해서 제거하는 공정을 도시하고 있다. 즉, 챔버 내에 Cl2 분위기를 형성하여 모재 내에 포함된 수산화기를 제거한다.(Dehydration 공정) 이와 함께, 불순물이 제거된 다공질 모재를 소결 처리하는 공정을 진행한다.(Sintering 공정)
이렇게 모재의 소결 처리까지 진행한 후에는 이 모재를 적절한 가늘기로 연 신하는 공정(Elongation 공정)이 이어지게 된다. 이 연신 공정의 예가 도 9에 도시되었다. 도 9에서와 같이, 모재 주위에 열원을 위치시키고 연신부를 통해 모재를 연신하여 가늘기를 조절하게 된다. 이와 같이 모재의 가늘기 및 모재의 기하구조는 연신비율을 조절, 제어함으로써 구현할 수 있다.
위와 같이 제조된 프리폼1에 제2 클래드층을 형성시켜 프리폼2를 제조하는 오버 클래딩 공정을 도 10을 통해 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 프리폼2를 제조하는 오버 클래딩 공정의 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 오버 클래딩 공정 또는 Jacketing 이라고 하여, 튜브를 상기 프리폼1 주위에 덮어씌우고 접합하는 공정이다. 이 공정은 적절한 굴절률 및 불순물을 포함한 오버 클래드 튜브를 준비하고, 이 튜브에 위에서 제조된 프리폼1을 삽입한다. 이렇게 프리폼1이 삽입된 튜브를 토치를 통해 열을 가하여 튜브를 녹임으로써 프리폼1과 접합시킨다. 이때에는 튜브 내부를 음압으로 유지하여 접합을 유도하게 된다. 여기서, 적절한 굴절률과 미리 분순물이 조절된 튜브를 이용하여 Trench 부분인 제2 클래드층을 형성함으로, VAD 공법과 같은 외부 증착 공정을 통해 제2 클래드층을 형성할 때보다 수산화기 불순물 포함도를 낮출 수 있다. 따라서, 결과적으로 최종 제조된 광섬유의 OH 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다. 아울러, VAD 공법을 통해 Trench 타입 광섬유를 제조하기 위해서는 제1 클래드층 및 제2 클래드층을 모두 외부 증착으로 구현해야 하며, 이를 위해 제조 공정이 2단계 증착에서 3단계 증착으로 변경되어야 한다. 따라서, VAD 공법의 장점이던 생산성 측면에서 그 효용 도가 많이 감소하게 된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법으로 제조된 광섬유의 특성을 측정하여 표로 나타낸 도면이다.
도 11을 살펴보면, 총 8 가지의 본 발명에 따른 광섬유의 실시예가 표로 구성되어 있다.
각 실시예에 따른 광섬유(Trench 타입 광섬유)는 상술한 본 발명의 구조 특성치를 만족하고 있다. 즉, 코어의 반경(R1), R2/R1, R3-R2, R4 수치 값들과, 비굴절률 차 값들이 표 상단에 나열되어 있다. 모든 실시예가 상술한 본 발명의 특성치를 만족한다.
다음, 오버 클래딩 공법을 통해 제2 클래드층 영역을 구성하는 튜브는 모두 굴절률이 1.45309 값을 갖는다. 또한, 이 튜브의 수산화기 불순물 포함도는 1.5 내지 1.9 ppm이다. 아울러, 제3 클래드층(최외곽 클래드층)은 증착 또는 Jacketing으로 구분하여 해당 영역을 제조하였다. 제2 클래드층을 Jaketing 처리함으로써 제조 시간 단축이 가능하며, 제3 클래드층을 형성하기 위해 증착 공정을 사용할 시에는 기존대비 제조 시간이 20% 단축되었고, Jacketing 공법을 이용했을 때에는 40% 단축된다.
다음으로, 이렇게 본 발명의 실시예에 따라 제조된 광섬유의 특성이 표에 도시되어 있다. 먼저, MFD 및 컷오프(CutOff) 특성이 각각 도시되어 있다. 이와 함께 1383nm에서의 손실 특성이 나타나 있는데, 이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 손실이 기존 공법(모두 증착 공정으로 이루어진 공법)에 의한 손실보다 적음을 알 수 있다.
그 외, 영분산 값과 구부림 손실 측정치가 나타나 있다. 여기서, 본 발명에 따른 구부림 손실 측정치는 1550nm와 1625nm 모두 G657B 표준을 만족하고 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예의 특성치들을 통한 평가가 도시된 표의 하단에 나타나 있다. 8 가지의 모든 실시예가 G657A 표준을 만족하고 있고, G652 광섬유와의 호환성 또한 만족하고 있다. 아울러, OH 손실 역시 본 발명의 실시예를 통해 제조시 0.330 이하의 수준으로 양호하다. 또한, 본 발명의 실시예를 통한 생산성을 살펴보아도, 제조 시간이 20% 내지 40% 단축되는 개선된 효과가 있음을 알 수 있다.
이상에서 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.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 광섬유의 구부림 손실 강화 표준을 나타낸 표이다.
도 2는 기존 SI 구조를 개선한 Depressed 타입의 광섬유를 나타낸 도면이다.
도 3은 기존 Depressed 구조를 개선한 Trench 타입 광섬유를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법에 따라 제조된 광섬유의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법의 절차를 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법의 각 공정별 예를 나타낸 도면이다.
도 7, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 프리폼1을 제조하는 공정의 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 프리폼2를 제조하는 오버 클래딩 공정의 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제 조 방법으로 제조된 광섬유의 특성을 측정하여 표로 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
a : 코어 b : 제1 클래드층
c : 제2 클래드층 d : 제3 클래드층

Claims (11)

  1. 구부림 손실 특성이 우수한 Trench 타입의 광섬유를 제조하는 방법으로서,
    (a) 증착 공정을 통해 중심 코어의 주위에 제1 클래드층을 형성하는 단계;
    (b) 소정 이하의 수산화기(OH-) 불순물을 포함하는 튜브를 준비하고, 오버 클래딩(Over Cladding) 공정을 통해 상기 제1 클래드층 주위에 상기 튜브를 접합하여 제2 클래드층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 제2 클래드층 주위에 제3 클래드층을 형성하는 단계;를 포함하는 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서,
    상기 준비된 튜브는 소정의 굴절률(Refractive Index) 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브는 상기 제3 클래드층의 굴절률을 기준으로 했을 때 -0.1 % 내지 -0.5 % 범위의 비굴절률차(Δ)의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법.
    (여기서, 상기 튜브의 비굴절률차(Δ)는 (N3-N4)/N4 수식을 만족함, N3은 상 기 제2 클래드층의 굴절률, N4는 상기 제3 클래드층의 굴절률)
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서,
    상기 준비되 튜브는 10 ppm 이하의 수산화기(OH-) 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    외부 증착 공정을 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    (a-1) 수팅(Sooting) 공정을 통해 코어 주위에 유리 입자를 증착시키는 단계;
    (a-2) 탈수(Dehydration) 공정을 통해 수산화기 불순물을 제거하는 단계;
    (a-3) 소결(Sinter) 공정을 통해 다공질 모재를 소결 처리하는 단계; 및
    (a-4) 연신(Elongation) 공정을 통해 연신처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    (b-1) 소정 이하의 수산화기(OH-) 불순물을 포함하는 오버클래드 튜브를 준비하는 단계;
    (b-2) 상기 오버 클래드 튜브에 상기 코어에 제1 클래드층이 형성된 제1 프리폼을 삽입하는 단계; 및
    (b-3) 열을 가해 상기 오버 클래드 튜브를 녹여 상기 제1 프리폼과 접합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (c)는,
    외부 증착 공정 또는 오버 클래딩 공정을 통해 상기 제2 클래드층 주위에 제3 클래드층을 형성하는 것을 특징으로 하는 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유.
  10. 중심에 위치한 코어, 상기 코어의 주위에 형성된 제1 클래드층, 상기 제1 클래드층 주위에 형성된 제2 클래드층, 상기 제2 클래드층 주위에 형성된 제3 클래드층을 구비한 광섬유로서,
    상기 코어의 최대 굴절률은, 상기 제1 클래드층, 제2 클래드층, 제3 클래드층의 각 최대 굴절률 중 어느 것보다도 크고, 상기 제2 클래드층의 최대 굴절률은 상기 제1 클래드층 및 제3 클래드층의 각 최대 굴절률 중의 어느 것보다도 작으며,
    상기 제2 클래드층에 포함되는 수산화기(OH-) 불순물은 10ppm 이하인 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 클래드층은 미리 준비된 튜브를 오버 클래딩 공정을 통해 상기 제1 클래드층과 접합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 구부림 손실 특성이 개선된 광섬유.
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