KR20100094841A - 장주기 격자를 포함하는 광섬유 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부에 형성된 장주기 격자를 포함하는 광섬유 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광섬유는, 예를 들면, 실리카 클래딩부 및 폴리머 코어부의 하이브리드 구조를 가져, 일반 광섬유와 용이한 접속이 가능하며, 온도 및 장력 특성이 탁월하기 때문에, 광섬유 온도 센서, 광섬유 장력 센서 또는 광섬유 밴드 필터 등의 용도로 효과적으로 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 별도의 마스크의 사용이 없이도, 폴리머의 상전이에 따른 특성을 활용하여 상술한 바와 같은 장주기 격자를 포함하는 광섬유를 효율적으로 제조할 수 있다.
광섬유, 장주기 격자, 액상 폴리머, 열경화, UV 경화, 실리카, 중공 광섬유

Description

장주기 격자를 포함하는 광섬유 및 그의 제조 방법{Optical fiber comprising Long-period Fiber Grating, and preparation method thereof}
본 발명은 장주기 격자를 포함하는 광섬유 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
장주기 격자(Long-period Fiber Grating)는 소형이고, 삽입 손실이 작으며, 대역폭이 넓은 특성을 가져, 광통신 시스템에서의 필터나 각종 센서(ex. 온도 센서) 등의 용도로 폭넓게 이용되고 있다.
이와 같은 장주기 격자는 Vengsarkar 등에 의해 광굴절 장주기 격자(photoreactive LPGs)가 소개(A. M. Vengsarkar et al., "Long-period fiber grating as band-rejection filters," J.Lightw. Technol. 14, 58 - 64 (1996))된 이후, 다양한 방식으로 제조되고 있다.
예를 들어, 장주기 격자, 특히 실리카 광섬유에 기반한 장주기 격자를 제조하는 대표적인 방법은 일반적인 단일모드 광섬유에 마스크를 씌우고, 자외선을 조 사하는 방식이다. 이 외에도, 기계적인 방식으로 광섬유의 클래딩을 깍아 장주기 격자를 제조하는 방식(mechanical corrugation)이나, CO2 레이저를 사용하는 방식 등이 알려져 있다. 그러나, 상기와 같은 방식으로 제조되는 기존 실리카 기반 장주기 격자의 경우, 그 가격이 매우 고가이고, 또한 온도나 압력에 대한 민감도도 매우 떨어진다고 하는 문제점이 있다.
한편, 폴리머 기반의 장주기 격자는 주로 기계적인 방식(corrugating method) 또는 thermo-optic 방식 등으로 제조되고 있다. 그런데, 이와 같은 방식으로 제조된 폴리머 기반의 장주기 격자는, 공명 피크 세기가 실리카 기반 장주기 격자에 비하여 약할 뿐만 아니라, 매우 복잡한 제조 과정이 필요하다는 단점이 있다. 또한, 폴리머 기반의 장주기 격자는 그 온도 및 장력 특성이 실리카 기반의 장주기 격자에 비하여 탁월하나, 다른 일반적인 광섬유와의 접속이 용이하지 않아 그 활용이 매우 제한되는 문제점도 가지고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 일반 광섬유와 용이한 접속이 가능하며, 온도 및 장력 특성 등이 탁월한 장주기 격자를 포함하는 광섬유 및 장주기격자를 포함하는 광섬유를 간단하고, 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 코어부; 및 상기 코어부를 둘러싸는 클래딩부를 가지는 광섬유에 있어서,
상기 코어부는, 굴절률이 서로 상이한 제 1 폴리머 영역 및 제 2 폴리머 영역이 교대로 반복하여 형성된 장주기 격자(Long-period Fiber Grating)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 중공 코어부; 및 상기 중공 코어부를 둘러싸는 클래딩부를 포함하는 광섬유의 중공 코어부에 액상 폴리머를 주입하는 제 1 단계; 및
제 1 단계에서 광섬유의 중공 코어부에 주입된 액상 폴리머를 경화시키는 제 2 단계를 포함하는 장주기 격자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 광섬유는, 예를 들면, 실리카 클래딩부 및 폴리머 코어부의 하이브리드 구조를 가져, 일반 광섬유와 용이한 접속이 가능하며, 폴리머를 기반으로 하여 온도 및 장력 특성이 탁월하기 때문에, 광섬유 온도 센서, 광섬유 장력 센서 또는 광섬유 밴드 필터 등의 용도로 효과적으로 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 별도의 마스크 등의 사용이 없이도, 폴리머의 상전이에 따른 특성을 활용하여 상술한 바와 같은 장주기 격자를 포함하는 광섬유를 효율적으로 제조할 수 있다.
본 발명은, 코어부; 및 상기 코어부를 둘러싸는 클래딩부를 가지는 광섬유에 있어서,
상기 코어부는, 굴절률이 서로 상이한 제 1 폴리머 영역 및 제 2 폴리머 영역이 교대로 반복하여 형성된 장주기 격자(Long-period Fiber Grating)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 장주기 격자를 포함하는 광섬유(이하, 단순히 「장주기 격자」라 칭하는 경우가 있다.)에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에서 내부에 장주기 격자가 형성되는 광섬유의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 이 분야의 일반적인 광섬유를 사용할 수 있다. 즉, 본 발명에서 사용하는 용어 『광섬유』는 입사된 광선을 길이 방향으로 도파시킬 수 있는 유리 섬유 또는 플라스틱 섬유를 의미하고, 도 1에 나타난 바와 같이, 통상적으로 높은 굴절률을 가지는 코어부(1); 및 상기 코어부(1)를 둘러싸고 있으며, 상기 코어부에 비해 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 클래딩부(2)로 이루어져 있다. 이에 따라 광섬유는 입사된 광선(3)이 내부에서 전반사 현상(4)을 일으키도록 하여 빛을 도파시킬 수 있다. 상기와 같은 광섬유는 여러 가지 기준으로 분류될 수 있는데, 예를 들면, 그 소재에 따라 유리 광섬유 및 플라스틱 광섬유로 나눌 수 있다.
상기에서 유리 광섬유(GOF; Glass Optical Fiber)는 주로 실리카로 제조되고, 경우에 따라서는 플루오로지르코네이트(fluorozirconate), 플루오로알루미네이트(fluoroaluminate), 칼코게나이드 글래스(chalcogenide glass) 또는 보로실리케이트 글래스(Borosilicate glass) 등으로 제조될 수 있다. 또한, 플라스틱 광섬유(POF; Plastic Optical Fiber)는 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 불소화 고분자 등으로 제조될 수 있다. 본 발명에서는 목적에 따라서 적절한 종류의 광섬유를 선택 사용할 수 있고, 그 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않으나, 광섬유의 클래딩부가 실리카로 이루어져 있는 유리 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명에서 클래딩부가 실리카로 이루어지고, 내부에 폴리머에 의해 형성되는 장주기 격자를 포함하는 광섬유를 사용할 경우, 실리카 기반의 장주기 격자 및 폴리머 기반의 장주기 격자의 이점을 동시에 가지는 광섬유를 제공할 수 있다.
한편, 광섬유는 빛의 전파 형태(전송 형태)에 따라서도 분류될 수 있는데, 이 경우 크게 단일 모드 광섬유(single-mode fiber) 및 다중 모드 광섬유(multi-mode fiber)로 분류될 수 있다. 본 발명에서는 상기 중 단일 모드 광섬유, 특히 실리카 기반 단일모드 광섬유를 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서 사용하는 용어 「실리카 기반 단일모드 광섬유」는 클래딩부가 실리카로 구성된 단일모드 광섬유를 의미한다.
예를 들면, 본 발명에서는 내부에 장주기 격자가 형성되는 광섬유로서, 그 단면의 직경이 125 ㎛ 내지 250 ㎛이며, 코어부 단면의 직경이 3 ㎛ 내지 20 ㎛인 광섬유를 사용할 수 있다. 상기에서 특히 코어부 단면의 직경이 3 ㎛ 미만이면, 장주기 격자의 제조 과정에서 액상 폴리머의 주입 효율이 저하될 우려가 있고, 20 ㎛를 초과하면, 역시 장주기 격자의 제조 과정에서 폴리머의 상전이에 의한 부피변화가 코어부 단면의 직경에 비하여 작아져서 장주기 격자의 생성 효율이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 광섬유는 그 내부에 형성된 폴리머 기반의 장주기격자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 장주기격자에서는 굴절률이 서로 상이한 제 1 폴리머 영역 및 제 2 폴리머 영역이 교대로 반복하여 형성되어 있다. 본 발명에서 사용하는 용어 「폴리머 영역」은 코어부의 전체가 폴리머에 의해 충전되어 있는 영역, 또는 코어부 내의 소정 영역에서 폴리머와 빈 공간이 공존하는 형태로 존재하는 영역을 의미한다. 상기에서 전체가 폴리머로 충전되어 있는 영역의 경우, 폴리머가 가지는 고유의 굴절률을 나타내게 되며, 폴리머와 빈 공간이 공존하는 영역의 경우에는 상기 폴리머 및 빈 공간의 굴절률의 상대적인 합의 굴절률을 나타내게 된다. 본 발명에서는, 예를 들면, 상기 제 1 폴리머 영역은 코어부의 전체가 폴리머로 충전되어 있고, 제 2 폴리머 영역은 폴리머와 빈 공간이 공존하는 영역일 수 있다. 이에 따라, 코어부 전체가 폴리머로 충전되어, 폴리머가 가지는 고유의 굴절률을 나타내는 제 1 폴리머 영역과 폴리머와 빈 공간의 상대적인 합의 굴절률을 보이는 제 2 폴리머 영역은 서로 상이한 굴절률을 가지게 되며, 구체적으로 상기 제 1 폴 리머 영역의 굴절률이 상기 제 2 폴리머 영역의 굴절률보다 높은 값을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 장주기격자에서는 상기 제 1 폴리머 영역의 굴절률이 1.2 내지 1.8이며, 제 2 폴리머 영역의 굴절률은 1.1 내지 1.7의 범위에 있을 수 있다. 폴리머 영역의 굴절률이 전술한 범위를 나타냄으로 해서, 본 발명의 장주기격자는 목적하는 용도에 따라 탁월한 광학적 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명에서, 상기 제 1 및 제 2 폴리머 영역을 구성하는 폴리머의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 열경화성 폴리머 또는 UV 경화성 폴리머를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 특히 상기 열경화성 또는 UV 경화성 폴리머로서, 경화시에 굴절률이 1.2 내지 1.8의 범위에 있는 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리머의 굴절률이 1.2 미만 또는 1.8을 초과할 경우, 장주기 격자의 광학적 특성이 저하될 우려가 있다.
상기에서, 열경화성 폴리머의 구체적인 예로는, 폴리에테르 계열의 폴리머 중 일종 또는 이종 이상의 조합을 들 수 있고, 이와 같은 열경화성 폴리머는 Exguide ZP49(Chemoptics), ZP51(Chemoptics), LS-6(Silicone Technology) 및 UV15-7DC(Master Bond Inc.) 등의 상품명으로 유통되고 있다.
또한, 본 발명에서 사용할 수 있는 UV 경화성 폴리머의 구체적인 예로는, 아크릴레이트(acrylate)계 수지, 폴리이소부틸렌(polyisobutylene) 및 폴리이소프렌(polyisoprene) 계열의 폴리머 중 일종 또는 이종 이상의 조합을 들 수 있고, 이 러한 폴리머는, 예를 들면, Exguide LFR393(ChemOptics), LFR378(ChemOptics), ZPU12-RI(ChemOptics), ZPU13-RI(ChemOptics), HR 시리즈(Minuta Technology), MR 시리즈(Minuta Technology), LR 시리즈(Minuta Technology) 또는 Norland Optical Adhesive(Norland Products) 등의 상품명으로 유통되고 있다.
그러나, 전술한 폴리머의 종류는 본 발명에서 사용될 수 있는 일 태양에 불과하며, 본 발명에서는, 전술한 폴리머 외에도, 경화 전에는 액상으로 존재하고, 경화에 의해 고상화되면서 부피차를 유발할 수 있으며, 경화 후 굴절률이 전술한 범위에 속하는 것이라면, 제한 없이 사용할 수 있다. 이와 같은, 폴리머의 예로는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), 아크릴 수지(acrylic resin), ABS 수지, 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리카보네이트(poly carbonate), 폴리아미드(polyamide), 페놀 수지(phenol resin), 요소 수지(urea resin), 멜라민 수지(melamine resin), 불포화 폴리에스테르수지(unsaturated polyester resin) 또는 우레탄 수지(urethane resin) 계열의 폴리머 등을 들 수 있다.
그러나, 상기 각 폴리머는 본 발명에서 사용될 수 있는 하나의 예시에 불과하며, 본 발명에서는 경화 전에는 액상으로 존재하고, 경화에 의해 고상화 되면서 부피차를 유발할 수 있으며, 경화 후 굴절률이 전술한 범위에 속하는 폴리머라면, 제한 없이 사용할 수 있다.
본 발명의 광섬유에서 코어부 내에 형성된 상기 제 1 폴리머 영역 및 제 2 폴리머 영역의 반복 주기는 1 ㎛ 내지 500 ㎛인 것이 바람직하다. 상기에서 사용하는 용어 「반복 주기」는 코어부 내에서 제 1 폴리머 영역(또는 제 2 폴리머 영역)이 종료하는 지점부터, 다음 제 1 폴리머 영역(또는 제 2 폴리머 영역)이 시작하는 지점까지의 거리를 의미한다. 본 발명에서 상기 반복 주기가 1 ㎛ 미만이면, 폴리머 영역간의 굴절률의 차이가 명확하게 나타나지 않을 우려가 있고, 500 ㎛를 초과하면, 실제 필요한 통신 파장의 영역에서 밴드 여과(band filter)가 일어나지 않거나, 사용되는 다른 광섬유와의 연동 특성이 떨어질 우려가 있다.
본 발명은 또한, 중공 코어부; 및 상기 중공 코어부를 둘러싸는 클래딩부를 포함하는 광섬유의 중공 코어부에 액상 폴리머를 주입하는 제 1 단계; 및
제 1 단계에서 광섬유의 중공 코어부에 주입된 액상 폴리머를 경화시키는 제 2 단계를 포함하는 장주기 격자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제 1 단계는 중공 코어부; 및 상기 중공 코어부를 둘러싸는 클래딩부를 포함하는 광섬유(이하, 「중공 광섬유(HOF; Hollow Optical Fiber)」라 칭하는 경우가 있다.)의 중공부에 장주기 격자를 구성할 수 있는 액상 폴리머를 주입하는 단계이다.
이와 같은 본 발명의 제 1 단계에서 내부에 액상 폴리머가 주입되는 광섬유의 종류는 특별히 한정되지 않고, 전술한 바와 같이 이 분야의 일반적인 광섬유를 사용할 수 있으며, 예를 들면 클래딩부가 실리카로 구성된 단일 모드의 광섬유를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용하는 용어 「중공 광섬유」는 코어부가 중공 상태, 즉 비워져 있는 상태의 광섬유를 의미한다.
한편, 본 발명에서는 전술한 바와 같이, 단면의 평균 직경이 125 ㎛ 내지 250 ㎛이고, 중공 코어부의 단면의 평균 직경이 3 ㎛ 내지 20 ㎛인 광섬유를 사용할 수 있다. 특히, 상기에서 특히 중공 코어부의 단면의 직경이 3 ㎛ 미만이면, 제 1 단계에서의 액상 폴리머의 주입 효율이 저하될 우려가 있고, 20 ㎛를 초과하면, 폴리머가 액상에서 고상으로 변할 때 발생하는 부피차가 중공 코어부의 단면 직경에 비해 작아져서, 장주기 격자가 효과적으로 생성되지 않을 우려가 있다.
본 발명의 제 1 단계에서 상기와 같은 중공 광섬유에 주입되는 액상 폴리머의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 상온에서 액상으로 존재하면서 가열 또는 UV 조사에 의해 경화되어 고상화될 수 있는 열경화성 폴리머 또는 UV 경화성 폴리머일 수 있다.
본 발명에서는 특히 상기 액상 폴리머로서, 경화 후에 굴절률이 1.2 내지 1.8의 범위로 되는 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 굴절률이 1.2 미만이거나, 또는 1.8 를 초과하면, 최종적으로 제조된 장주기 격자의 광학특성이 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 액상 폴리머는 상온(25℃)에서의 점도가 50 cps 내지 1,000 cps 인 것이 바람직하다. 상기 액상 폴리머의 점도가 50 cps 미만이거나, 1,000 cps 를 초과하면, 중공 광섬유로의 액상 폴리머의 주입 효율이 떨어지거나, 또는 중공 코어부의 단면의 직경에 따라서는 광섬유 내에 장주기 격자가 효과적으로 제조되지 않을 우려가 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 물성을 가지며, 경화 전에는 액상으로 존재하고, 경화에 의해 고상화되면서 부피차를 유발할 수 있는 폴리머를 제한 없이 채용하여 사용할 수 있으며, 그 구체적인 종류는 전술한 바와 같다.
본 발명의 제 1 단계에서 상기와 같은 액상 폴리머를 중공 광섬유 내로 주입하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 전술한 액상 폴리머가 존재하는 용기 내에 중공 광섬유를 적절한 조건에서 침지시키거나, 기타 일반적인 주입 수단을 사용하여 수행할 수 있다.
본 발명에서는 특히, 상기 단계에서는 특히, 중공 광섬유 내의 코어부의 압력을 적절한 범위로 조절하는 과정을 함께 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 본 발명의 제 1 단계에서는 중공부의 압력을 1 atm 내지 10 atm로 조절하는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 상기 압력이 1 atm 미만이면, 액상 폴리머가 중공부내를 완전하게 채우지 못할 우려가 있고, 압력이 10 atm를 초과하면, 후술하는 경화 단계에서 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 제 2 폴리머 영역이 생성되지 않을 우려가 있다.
상기 공정에서 광섬유의 중공부 내의 압력을 조절하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 필요에 따라 적절한 공정을 채용하면 된다. 예를 들면, 본 발명에서 상기 중공 광섬유에 액상 폴리머를 채워넣은 후 또는 전에, 중공부 및 압력 호스를 연결한 다음, 압력 게이지와 압력 컨트롤러, 압축장치(compressor)를 이용해 내부 압력을 조절할 수 있다.
본 발명의 제 2 단계는 제 1 단계에서 중공부의 내부로 주입된 액상 폴리머를 경화시켜, 장주기 격자를 생성하는 단계이다.
즉, 본 발명의 제 2 단계에서는 적절한 열 또는 UV 광선을 인가하여, 액상 폴리머를 고상화시킨다. 이와 같이, 폴리머가 액상에서 고상으로 변화하면서, 중공부의 내부에서 폴리머의 부피가 감소하면서 액상과 고상의 부피차이가 유발되고, 폴리머의 점성에 따라 주기적인 지점을 기준으로 부피의 변화가 유발된다. 이와 같은 부피의 변화는 굴절률의 변화를 가져오고, 이에 따라 격자가 형성될 수 있다.
본 발명의 제 2 단계에서, 액상 폴리머를 경화시키는 방법은, 사용된 폴리머의 종류 및 목적하는 격자에 따라 적절히 선택되는 것으로 특별히 한정되지 않는다. 즉, 이 분야의 평균적 기술자는 사용되는 액상 폴리머의 종류를 고려하여, 상기 폴리머가 충분히 경화하여 고상화할 수 있는 적절한 경화 조건을 용이하게 선택할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에서 열경화성 액상 폴리머를 사용하는 경우, 상기 경화 는 약 40℃ 내지 350℃의 열을 약 10분 내지 5 시간 동안 인가하여 수행할 수 있다. 또한, 본 발명에서 UV 경화성 액상 폴리머를 사용하는 경우에는, 약 0.1 mW/cm2 내지 100 mW/cm2의 자외선을 약 1분 내지 10시간 동안 조사하여 수행할 수 있다.
그러나, 상기 폴리머의 경화 조건은, 사용되는 액상 폴리머 자체의 물성, 구체적으로는 제품의 스펙에 따라서 결정되는 것으로, 상기 범위에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 열경화성 액상 폴리머로서, 상기한 Exguide ZP51(Chemoptics)을 사용하는 경우, 제품의 스펙에 따라 약 250℃의 열을 약 2 시간 동안 인가하여 경화 공정을 수행할 수 있다. 또한, 예를 들어, UV 경화성 액상 폴리머로서, ZPU13-RI(ChemOptics)을 사용하는 경우에는, 제품 스펙을 고려하여, 약 0.1 mW/cm2 ~ 10 mW/cm2의 세기로 약 2500 mJ/cm2의 자외선을 조사함으로써, 경화 공정을 수행할 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 2 단계의 공정을 거쳐, 예를 들면, 최종적으로 코어부에는 장주기 격자를 형성하고 있는 폴리머가 존재하고, 클래딩부는 실리카로 이루어진 하이브리드 장주기 격자를 효율적으로 제조할 수 있다.
본 발명에서는 또한, 상기와 같은 제조 과정에서 목적하는 장주기 격자의 특성에 따라, 전술한 제조 방법에서 사용하는 액상 폴리머의 경화 후 굴절률, 점도, 중공 광섬유의 치수(dimension), 내부 압력 및/또는 경화 조건을 변경하여 최종적 으로 제조되는 장주기 격자의 특성을 자유롭게 제어할 수 있다.
본 발명에서는 또한, 상기 제 2 단계에 이어서, 광섬유 내에 장주기 격자가 효과적으로 형성되어 있지 않은 부분을 선별 절단하고, 광섬유의 양 말단을 마모 처리하는 등의 후 공정을 추가로 거칠 수도 있다.
이와 같은 방식으로 제조된, 본 발명의 장주기 격자는 폴리머 기반 코어부 및 실리카 클래딩부를 포함하는 하이브리드 구조로서, 기존 장주기 격자의 단점을 해결하면서도, 장점은 극대화시켜, 예를 들면, 광섬유 온도 센서, 광섬유 장력 센서 또는 광섬유 밴드 필터 등의 용도로 효과적으로 적용될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 통하여, 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
본 발명에 따른 장주기 격자를 첨부된 도 2에 나타난 과정을 거쳐 제조하였다. 구체적으로는, 실리카 재질의 중공 광섬유(HOF, 구경: 8 ㎛)의 일 말단을 절단하고, 열경화성 액상 폴리머(fluorinated polyether)(viscosity at 25℃: 230 ~ 290, 굴절률: 1.51)(Exguide ZP51, ChemOptics)에 침지하여, 상기 액상 폴리머를 광섬유의 중공부에 주입하였다. 이어서, 상기 광섬유가 주입된 액상 폴리머를 약 250℃의 온도에서 약 2 시간 동안 열처리하여 경화시켰다. 그 후, 현미경으로 관 찰하여, 격자의 형성 효율이 떨어지는 부분을 광섬유 절단기(CAR-SC)를 이용하여 절단한 후, 마모 처리를 거쳐 본 발명에 따른 광섬유 격자를 제조하였다. 제조된 장주기 격자에는 약 40개의 격자가 10 ㎛ 내지 40 ㎛의 길이로 처핑(chirping)을 이루고 있고, 총 길이는 약 830 ㎛였다. 제조된 광섬유 격자의 사진은 첨부된 도 3에 나타내었다.
실시예 2.
구경이 약 6 ㎛인 중공 광섬유를 사용하고, 액상 폴리머로서, 열경화성 폴리머 대신 UV 경화성 폴리머(acrylate polymer)(viscosity at 25℃: 50 ~ 200, 굴절률: 1.45)(Exguide ZPU13-RI, ChemOptics)를 사용하며, 액상 폴리머 주입 후에 열경화 처리 대신 약 1 mW/cm2 광량의 UV 레이저를 약 1 시간 동안 조사하여 경화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 장주기 격자를 제조하였다. 제조된 장주기 격자의 사진은 도 4에 나타내었다.
시험예 1.
실시예 1에서 제조된 장주기 격자의 특성을 하기와 같은 방식으로 평가하였다. 우선, 제조된 장주기 격자의 양쪽 단면을 다듬은 후, 양 단면을 단일모드 광섬유와 접합시켰다. 그 후, 백색 광원을 이용하여 광학 스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer)로 투과 스펙트럼을 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 첨부된 도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 장주기 격자는, 공명 파장(resonant wavelength)의 중심이 약 1420 nm였고, FWHM(Full width at half maximun)은 약 100 nm였으며, 결합 세기는 약 3 dB을 나타내었다. 이와 같이, 본 발명에 따른 장주기 격자는 넓은 범위의 FWHM을 나타내어, 센서 또는 광통신 분야 소자로서 높은 활용도를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
시험예 2.
실시예 2에서 제조된 장주기 격자의 투과 스펙트럼을 시험예 1에서와 동일한 방법으로 측정하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타난 바와 같이, 실시예 2에서 제조된 장주기 격자의 공명 파장의 중심에서의 결합 세기는 약 10 dB였고, 공명 파장(deep resonant peak)은 약 1200 nm였으며, FWHM은 약 23 nm였다. 또한, 장주기 격자의 특성을 확인하기 위하여, 두 종류의 상이힌 길이를 가지는 장주기 격자에 대하여 투과 스펙트럼을 측정하고 그 결과를 도 7에 나타내었다. 첨부된 도 7에 나타난 바와 같이, 격자 길이(grating length)가 7.8 mm인 경우에는 공명 피크 세기가, 격자 길이가 1.5 mm인 경우에 비하여 크게 나타났다. 그러나, 삽입에 의한 손실(insertion loss)는 크게 변화하지 않았고, 이에 따라 주요한 손실은 폴리머 격자와 단일모드 광섬유의 접속에 기인한다는 점을 확인할 수 있었다.
도 1은 본 발명에서 적용될 수 있는 일반적인 광섬유의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 장주기 격자를 포함하는 광섬유를 제조하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 실시예에서 제조된 장주기 격자의 사진을 나타내는 도면이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 실시예에서 제조된 장주기 격자의 투과 스펙트럼을 나타내는 도면이다.

Claims (13)

  1. 코어부; 및 상기 코어부를 둘러싸는 클래딩부를 가지는 광섬유에 있어서,
    상기 코어부는, 굴절률이 서로 상이한 제 1 폴리머 영역 및 제 2 폴리머 영역이 교대로 반복하여 형성된 장주기 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  2. 제 1 항에 있어서, 클래딩부는 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  3. 제 1 항에 있어서, 광섬유가 단일모드 광섬유인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  4. 제 1 항에 있어서, 광섬유는 단면의 직경이 125 ㎛ 내지 250 ㎛이며, 코어부는 단면의 직경이 3 ㎛ 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 1 폴리머 영역은 굴절률이 1.2 내지 1.8이고, 제 2 폴리머 영역은 굴절률이 1.1 내지 1.7인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  6. 제 1 항에 있어서, 폴리머가 열경화성 폴리머 또는 UV 경화성 폴리머인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  7. 제 1 항에 있어서, 폴리머가 폴리에테르계 폴리머, 아크릴레이트계 폴리머, 폴리이소부틸렌계 폴리머, 폴리이소프렌계 폴리머, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴 수지, ABS 수지, 폴리비닐클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르수지 및 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 1 폴리머 영역 및 제 2 폴리머 영역의 반복 주기는 1 ㎛ 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  9. 중공 코어부; 및 상기 중공 코어부를 둘러싸는 클래딩부를 포함하는 광섬유의 중공 코어부에 액상 폴리머를 주입하는 제 1 단계; 및
    제 1 단계에서 광섬유의 중공 코어부에 주입된 액상 폴리머를 경화시키는 제 2 단계를 포함하는 광섬유의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 액상 폴리머는 상온에서의 점도가 50 cps 내지 1,000 cps인 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 제 1 단계에서 중공 코어부 내의 압력을 1 atm 내지 10 atm로 조절하는 공정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 제 2 단계의 경화는 40℃ 내지 350℃의 열을 10분 내지 5 시간 동안 인가하여 수행하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 제 2 단계의 경화는 0.1 mW/cm2 내지 100 mW/cm2의 자외선을 1분 내지 10시간 동안 조사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
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