KR20110074859A

KR20110074859A - 마이크로구조의 광섬유 제조방법과 마이크로구조의 광섬유의 온라인 제어 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20110074859A
Application number: KR1020117007879A
Authority: KR
Inventors: 프란코 코키니; 안토니오 콜라로; 안토니오 아디그랏; 안토니오 파랄디; 마테오 프란체스코 디; 파올로 루소
Original assignee: 프리즈미안 에스피에이
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2011-07-04
Also published as: EP2331473A1; BRPI0823097A2; EP2331473B1; CN102159510A; US8089619B2; KR101483169B1; DK2331473T3; US20110157582A1; WO2010031420A1; CN102159510B

Abstract

본 발명에 따르면 공극함유 영역을 포함하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법으로서, 가열된 프리폼으로부터 길이방향을 따라 연이어 전진하는 마이크로구조의 광섬유를 길이방향을 따라 인출하는 단계와; 간섭패턴을 형성하기 위해 광섬유의 길이방향으로 길이방향 위치에 복사빔을 지향하는 단계와; 간섭패턴을 검출하고, 상기 간섭패턴에 대응하며 복수의 신호 프린지 싸이클을 포함하는 적어도 하나의 전기 검출신호를 발생하는 단계와; 제 1 카운터 회로로 제 1 검출신호를 제공하는 단계와; 상기 제 1 카운터 회로를 이용해 적어도 하나의 검출신호의 복수의 신호파 프린지 싸이클에서 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)를 결정하는 단계와, 광섬유의 외직경을 결정하는 단계와; 광섬유의 전진동안 광섬유의 마이크로구조를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제어하는 단계는 (a) 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)가 간섭 프린지 증가의 기준 개수(N_A ^t)의 기준 범위내에 포함되는 것을 제어하는 단계와, (b) 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)에 변환인수 K를 곱함으로써 마이크로구조의 길이값(d_A)을 계산하는 단계 및 상기 마이크로구조의 길이값(d_A)이 기준 마이크로구조의 길이값(d_A ^t)의 기준 길이범위 내에 포함되는 것을 제어하는 단계로부터 선택된 적어도 하나의 단계를 포함하고, 상기 기준 개수(N_A ^t)는 변환인수 K에 의해 마이크로구조의 광섬유의 외직경(d)에 대한 간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)보다 더 작으며, 상기 기준 마이크로구조 길이값은 마이크로구조 광섬유의 외직경보다 더 작은 마이크로구조의 광섬유 제조방법에 관한 것이다.

Description

마이크로구조의 광섬유 제조방법과 마이크로구조의 광섬유의 온라인 제어 방법 및 시스템{Process for Manufacturing a Microstructured Optical Fibre and Method and System for On-Line Control of a Microstructured Optical Fibre}

본 발명은 공극함유 영역을 포함한 광섬유의 마이크로구조를 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 광섬유 인출동안 광섬유 길이를 따라 광섬유의 마이크로구조를 모니터링하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 일태양에 따르면, 본 발명은 마이크로구조의 광섬유를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

종래 광섬유와는 다른 특성으로 인해 지난 수년간 구멍이 뚫린 섬유 또는 광결정 섬유가 연구되어 왔다. 구멍이 뚫린 섬유는 대개 전반적으로 단일 재료, 대표적으로 벌크 용융 실리카로 제조된다. 클래딩에 광결정형 구조를 포함함으로써 광섬유의 코어와 클래딩 간의 굴절률 차가 형성된다. 일반적으로 공기가 채워진 홀의 패턴으로 굴절률이 효과적으로 낮추어지게 된다. 클래딩 속에 소량의 투과된 광만 지나기 때문에, 순수한 실리카 코어섬유는 잠정적으로 손실이 낮은 순수한 실리카를 유지할 수 있다.

구멍이 뚫린 섬유 또는 광결정 섬유는 여러 가지 다른 방식으로 제조될 수 있다. "적층후 인출(stack-and-draw)"로 알려진 한가지 방식은 밀집한 공간배열의 중공 유리 실린더 내에 실리카 모세관들을 적층하고, 상기 관들을 함께 접합시킨 후, 종래 광섬유 프리폼 인출방법에 의해 최종 발생한 프리폼을 인출하는 것을 포함한다.

미국특허 제6,243,522호는 광결정 섬유를 제조하는 프리폼으로서, 상기 프리폼은 복수의 클래드 로드에 의해 형성된 클래드층에 의해 둘러싸인 코어 바디를 구비하는 것을 개시하고 있다. 클래드 로드는 더 큰 굴절률층에 의해 둘러싸인 중앙부를 갖는다. 일실시예에 따르면, 프리폼은 클래드 로드를 삽입함으로써 구성되고, 상기 로드는 주기적 배열로 배치되며 코어 로드가 중공 유리관에 배치되어 있다.

미국특허 제2008/0138022호는 길이방향 홀들이 코어 주위로 2 이상의 링들을 이루는 단일의 언도핑 재료 매트릭스, 바람직하게는 순수 실리카로 제조된 마이크로구조의 광섬유를 개시하고 있으며, 홀들 간의 평균 거리는 적어도 6㎛이다. 기술한 광섬유는 레일리 산란(Rayleigh scattering)과 클래딩을 통한 복사 누출 간에 최적 균형으로 인해 특히 신호손실이 줄어든 장거리 통신에 적합하다고 한다.

가장 최근에, 다른 부류의 마이크로구조 광섬유들이 개발되었으며, 상기 광섬유는 홀을 함유한 실리카 클래딩에 의해 둘러싸인 고체 중심코어를 포함하고, 상기 홀은 랜덤으로 또는 비주기적 공간 분포로 배열되어 있다.

국제특허출원 제2008/005233호는 코어영역과 상기 코어영역을 둘러싼 클래딩영역을 포함한 광섬유로서, 클래딩 영역은 비주기적으로 배치된 홀들로 구성된 환형 홀함유 영역을 포함하는 광섬유를 개시하고 있다. 코어영역과 클래딩 영역은 향상된 벤딩저항과 1500㎚ 이상, 몇몇 실시예에서는 1260㎚ 보다 큰 파장에서 싱글모드 동작을 제공한다고 일컬어 진다. 국제특허출원 제2008/005233호에 기술된 바람직한 실시예는 광섬유의 코어로부터 이격되어 있지만 광섬유의 외주까지 전체적으로 뻗어 있는 홀함유 영역들을 개시하고 있다.

국제특허출원 제2007/055881호는 화학기상증착(CVD) 동작을 통해 수트(soot) 함유 광섬유 프리폼을 형성하는 단계를 포함하는 마이크로구조의 광섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 수트 프리폼은 응고단계 동안 프리폼에 있는 가스 분위기의 일부를 가두는데 효과적인 상태하에서 프리폼을 둘러싼 가스 분위기 속에서 굳어지며, 이로써 굳어진 프리폼에 비주기적으로 분포된 홀 또는 공극이 형성되며, 각 홀은 응고된 유리 프리폼내에 적어도 하나의 갇힌 응고가스 영역에 해당한다. 응고단계 동안 광섬유 프리폼에 형성된 홀들 중 적어도 일부는 인출된 광섬유에 남아 있다.

일반적으로 광섬유 제조에 알려진 방법들로, 일단 프리폼의 제조가 완료된 후, 프리폼은 일반적인 2000℃-2200℃의 온도에서 프리폼이 용융되는 고로 속에 상대적으로 낮은 속도로 낮추어져 넥다운 영역으로 알려진 프리폼의 광섬유 하단이 형성되고, 상기 넥다운 영역에서는 유리가 연화되고 광섬유의 횡단면적이 소정 횡단면적으로 줄어든다. 이 넥다운 영역의 하단으로부터, 기계 장치에 의해 파지될 수 있는 광섬유가 출현한다.

광섬유 기술은 프리폼으로부터 광섬유를 인출하는 공정동안 다양한 광섬유 특성들의 특징과 제어를 필요로 한다. 특히, 광섬유 성능은 기하학적 균일성과 광섬유의 코어층 및 클래딩층의 치수에 결정적으로 따른다. 이들 광섬유 파라미터는 일반적으로 광섬유 또는 공정을 교란시키지 않으면서 인출공정동안 감시된다. 외직경은 일반적으로 광섬유가 형성된 후 바로 (넥다운 영역 바로 아래) 한 지점에서 측정된다.

미국특허 제3,982,816호는 원거리 산란패턴을 발생하도록 광섬유에 지향된 코히어런트 단색복사 빔을 이용해 광섬유의 외직경을 측정하는 방법을 개시하고 있다. 원거리 산란패턴의 일부는 광섬유의 외표면으로부터 반사된 복사와 광섬유를 지나고 외부 클래딩에 의해 주로 반사되는 복사로 인해 발생한다. 프린지의 개수는 산란패턴의 특정 부위에 있는 하부 산란각과 상부 산란각 사이에서 카운트된다. 광섬유의 외직경은 그런 후 프린지 개수로부터 계산된다.

미국특허 제4,280,827호는 소스, 간섭 프린지의 유무를 감지하는 검출기를 포함하는 광섬유 직경 측정회로로서, 소스에 연결된 각각의 지연회로를 통해 검출기 신호가 2개 비교수단에 연결되어 있는 광섬유 직경 측정회로를 기술하고 있다. 전진하는 광섬유의 연이은 축 부분의 직경을 나타내는 연속 카운트를 생성하기 위해 신호비교수단으로부터 출력들이 조합되고 카운트된다.

광섬유가 타겟 직경 또는 그 부근으로 인출되는 경우, 각 프린지의 위치가 예측될 수 있다. 이 사실을 이용해, 사용자 설정가능한 길이의 손실 프린지 시퀀스를 지켜봄으로써 홀들이 검출된다.

광섬유 직경을 측정하는데 사용되는 파라미터와는 다른 파라미터들을 바탕으로 광섬유에서의 결함을 검출하는 방법 및 기기들이 미국특허 제5,185,636호에 기술되어 있다. 개시된 기술은 검출된 패턴에 대한 공간주파수 스펙트럼(즉, 고속 퓨리에 변환)을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 패턴은 광섬유의 외직경에 라인 요소를 포함한다. 광섬유가 결함을 포함하면, 스펙트럼은 주파수(또는 분할될 경우 주파수들)가 외직경에 해당하는 라인성분의 주파수보다 적은 제 2 구성요소를 포함한다.

미국특허 제6,313,909호에서, 산란광신호는 필터되고 최종 발생한 신호는 결함 검출 임계치와 비교되어 산란광신호에서 결함과 관련된 요소들의 유무를 판단한다. 필터는 산란광신호의 제 1 및 제 2 구성요소들을 제거해 변형된 산란광신호를 발생하며, 제 1 구성요소는 광섬유 직경 측정 시스템에 해당하고, 제 2 구성요소는 광섬유의 외직경에 해당한다; 결함감도 조절장치가 결함검출 임계치를 제공하고, 상기 결함검출 임계치는 기준신호의 일부에 해당한다; 비교기는 변형된 산란광신호를 검출 임계치와 비교해 결함관련요소가 있는지 판단하며, 결함관련요소의 유무는 광섬유내 결함의 유무를 나타낸다.

광섬유내 결함을 판단하기 위한 검출장치가 미국특허출원 제2003/0231296호에 개시되어 있다. 장치는 3개의 대역통과 필터, 즉, 정규 에어라인필터(airline filter), 클래드 직경필터 및 코어 에어라인필터를 포함한다. 산란광은 필터를 통과해 3개의 각 신호를 발생한다. 정규 에어라인과 클래드 직경신호는 정규화된 정규 에어라인 신호를 만들기 위해 비교된다; 코어 에어라인신호와 클래드 직경신호는 정규화 코어 에어라인 신호를 만들기 위해 비교된다; 정규화된 정규 에어라인신호의 강도 변화는 오버클래드 영역에서 결함의 유무를 나타내고 정규화된 코어 에어라인 신호의 강도 변화는 코어 영역에서 결함의 유무를 나타낸다.

예컨대, 미국특허 제3,982,816호에 기술된 바와 같이, 단색광에 의해 횡으로 비추어진 광섬유로부터 산란 및 반사된 광에 의해 만들어진 원거리에서의 광간섭 패턴의 분석을 바탕으로 온라인 광섬유 검사는, 광섬유 및 특히 광섬유 클래딩의 굴절률이 실질적으로 일정할 경우, 광섬유의 외직경과 프린지 카운트 간에 직접적인 관계를 제공한다. 이 경우, 측정 시스템의 설정 파라미터에 주로 따르는 실험상 변환인수를 곱한 소정의 각도범위에 걸쳐 간섭패턴에 카운트된 프린지 개수는 외직경을 나타낸다.

본 출원인은 광섬유 인출 동안 온라인 모니터링에 사용시 미국특허 제5,185,636호에 개시된 측정방법은 일반적으로 광섬유 구조의 비정상으로서 공극과 같은 구조적 결함을 검출하도록 설정되어 있음을 알았다. 마이크로구조의 광섬유들은 광섬유 축을 따라 길이방향으로 이어져 있는 일반적으로 공극들인 의도적으로 도입된 결함을 포함하기 때문에, 검출된 원거리 간섭패턴의 프린지를 카운팅하는 이용방법은 마이크로구조 광섬유의 외직경을 모니터하는데 적합하지않는 것 같다.

공극들의 분포가 비주기적이고 일반적으로 랜덤하며(즉, 공극은 영역 내부의 위치에서 불규칙하며), 광섬유 코어 주위에 바람직하게는 광섬유 외부 클래딩에 배치된 저밀도 영역을 갖는 광섬유는 단일모드 투과 및 튼튼한 벤딩저항을 제공하는데 적합할 수 있다. 여기서, 공극이라는 용어는 텅빈 홀, 공기가 채워진 홀 또는 내부에 갇힌 가스를 함유한 거품을 의미하며, 일반적으로 주위 매트릭스의 굴절률보다 상당히 굴절률이 더 작고, 일반적으로 굴절률이 1이거나 1에 가까운 결함을 의미한다.

공극분포가 랜덤한 저밀도 영역을 포함하는 광섬유는 소결공정에 의해 프리폼의 형성 동안 이점적으로 제조될 수 있고, 상기 공정에서 상기 광섬유를 형성하는 재료들, 주로 실리카 계열의 재료들 속에 있는 저용해도 가스들이 갇힌 채로 있어 공극을 형성한다. 프리폼은 2개의 주요 단계들로 제조될 수 있다; 첫째, 바람직하게는 공극이 없는 프리폼 코어를 포함한 유리 코어 로드가 증착에 의해 형성되고 그런 후 응고되며, 두번째로, 프리폼 외부 클래딩이 증착에 의해 유리 코어 주위에 형성되고 그런 후 프리폼 외부 클래딩 내에 공극을 형성하도록 응고된다. 결과적으로 발생한 응고된 프리폼은 공극들의 랜덤 분포를 포함한 환형의 저밀도 영역을 일반적으로 나타내며, 상기 영역은 코어 로드와 외부 클래딩 간에 경계면 주위에서 시작해 소정 두께로 외부 클래딩 내에서 반경방향으로 뻗어 있다. 저밀도 환형영역의 두께를 이하 공극함유 링(void-containing ring)이라 하며, 링 내의 로컬공극밀도는 응고시간, 고로에서 온도 기울기 및 응고 동안 저용해도 가스의 용량 퍼센트와 같은 소결공정조건에 따라 광범위하게 변할 수 있다.

프리폼 유리가 프리폼의 원래 횡단면적으로부터 광섬유의 소정 횡단면적까지 흐르는 프리폼의 형성에 이은 인출공정은 불가피하게 공극에 영향을 끼치고, 발생할 것으로 예상되는 주요 하나는 인출된 광섬유의 길이방향 축을 따른 공극의 스트레칭이다.

본 출원인은 넥다운 영역에서의 온도와 인장력과 같은 인출조건이 프리폼에 있는 일부 공극의 수축 또는 심지어 함몰 및/또는 인접한 공극들의 융합을 포함할 수 있음을 주목했다. 프리폼에 수행된 구조적 분석으로는 마이크로구조의 광섬유의 묘사에 충분하지 않을 수 있다는 것이 된다. 더욱이, 실제 링두께와 로컬공극밀도는 프리폼 길이에 따라 균일하지 않고/않거나 인출조건 때문에, 예컨대, 프리폼의 다른 길이방향 부분들은 다른 열 이력을 체험할 수 있어, 광섬유 길이에 따라 변할 수 있다.

본 출원인은 광섬유 길이를 따라 공극에 대한 구조적 특성들의 빠르고 간단한 측정을 가능하게 함으로써 광섬유 마이크로구조의 제어 및 가능한 조절을 가능하게 하는 방법 및 시스템을 발견하는 것이 이점적일 수 있음을 알았다. 특히, 인출동안 광섬유의 공극에 대한 구조적 특징들을 모니터하는 것이 이점적일 수 있다.

광접속 네트워크 및 특히 광대역 통신서비스를 많은 사용자들에 제공하는 FTTH(fibre-to-the-home) 네트워크는 종종 광섬유를 통해 전송된 광신호의 벤딩손실이 낮은 단일모드 광섬유의 사용을 필요로 한다. 벤딩저항 광섬유, 즉, 낮은 매크로벤딩 손실을 나타내는 광섬유들이 일반적으로 이런 적용에 사용된다.

본 출원인은 공극이 랜덤 분포된 마이크로구조의 광섬유에서 공극함유 영역의 두께와 공극의 로컬 밀도가 광섬유의 벤딩저항을 주로 결정하는 것을 알았다. 특히, 벤딩저항은 로컬공극밀도와 공극함유 영역의 면적의 곱과 직접 상관 있는 것으로 보였다. 따라서, 광섬유가 소정의 광 벤딩성능을 갖는 것을 보장하기 위해 공극함유 영역의 형태와 크기를 제어하는 것이 매우 중요할 수 있다.

본 출원인은 마이크로구조의 광섬유를 통과한 복사에 의해 발생된 원거리 간섭패턴이 광섬유의 몇몇 상관된 구조적 특징에 대한 유용한 정보를 제공할 수 있음을 알았다. 특히, 프린지 원에 포함된 프린지 증가 개수(N_A)는 광섬유의 구조적 특성과 관련 있으며, 상기 개수는 마이크로구조의 광섬유로부터 발생된 간섭패턴으로부터 검출된 신호에서 직접 카운트될 수 있다. 광섬유 마이크로구조는 프린지 증가 개수(N_A)를 기준 프린지 증가 개수(N_A ^t), 또는 보다 일반적으로 기준 개수의 기준 개수 범위와 비교함으로써 제어될 수 있으며, 기준개수(범위)는 광섬유에서 몇몇 소정의 광섬유 마이크로구조 및 이에 따른 몇몇 소정의 벤딩성능과 관련 있다. 기준 개수 범위내에 포함된 기준 개수는 외직경에 대한 프린지 증가 개수(N_D)보다 더 작다.

몇몇 실시예에서, 곱(K·N_A)을 분석하는 것이 이점적일 수 있으며, K는 길이단위 변환인수이고, 일반적으로 실험적이며, 상기 곱은 길이단위의 치수값을 제공하며, 마이크로구조의 길이값 또는 "식별할 수 있는" 직경(d_A)으로 나타내진다. 마이크로구조의 길이값은 마이크로구조의 광섬유가 소정의 마이크로구조를 갖고 따라서 소정의 벤딩성능을 갖는지 여부를 판단하기 위해 기준 마이크로구조의 길이값(d_A ^t) 또는 보다 일반적으로 광섬유의 (진정한) 외직경(d)보다 더 작은 값의 범위와 비교될 수 있다.

본원의 명세서와 특허청구범위에서, "마이크로구조 파라미터"라는 용어는 프린지 증가 개수(N_A) 또는 마이크로구조의 길이값(d_A)를 나타낼 수 있다.

이점적으로, 상술한 마이크로구조 측정 방법은 광섬유 인출 동안 전진하는 광섬유의 마이크로구조의 균일성/변화를 감시 및/또는 상기 마이크로구조를 매크로벤딩과 같은 몇몇 소정의 광학적 특성에 맞추도록 사용될 수 있다.

일태양에 따르면, 본 발명은 특허청구범위 제 1 항에 따른 마이크로구조의 광섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

또 다른 태양에 따르면, 본 발명은 제 16 항에 따른 마이크로구조의 광섬유를 제어하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 본 발명은 제 17 항에 따른 마이크로구조의 광섬유의 제어 시스템에 관한 것이다.

이점적으로, 기준 범위의 기준 마이크로구조 길이값(d_A ^t)(또는 N_A ^t)은 외직경(d)(N_D)의 0.6배 내지 0.9배, 바람직하게는 외직경(d)(N_D)의 0.64배 내지 0.84배, 더 바람직하게는 외직경(d)(N_D)의 0.7배 내지 0.8배 사이에 포함되도록 선택된다. 소정의 바람직한 범위내에서 약 1250-1260㎚ 보다 큰 파장에서 싱글모드 전파를 보장하면서 마이크로구조 광섬유의 향상된 벤딩성능, 예컨대, 0.5dB 미만(바람직하게는 0.2dB 미만)의 매크로벤딩 손실이 얻어질 수 있음을 관찰하였다.

코어 영역과 공극함유 환형영역(링)을 포함한 외부 클래딩 영역을 갖는 광섬유에 대해, 광섬유로부터 수신된 간섭패턴에서 카운트되는 검출된 프린지 증가 개수(N_A)와 이에 따라 N_A로부터 도출된 광섬유 마이크로구조 길이값은 링내 공극의 로컬 밀도와 링 두께의 곱과 직접 상관 있음을 알았다.

몇몇 실시예에 따르면, 광섬유 인출동안 외직경 측정이 수행된다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 마이크로구조 광섬유로부터 수신된 동일한 간섭패턴을 분석함으로써 광섬유 외직경의 측정 및/또는 제어가 수행되며, 상기 간섭패턴 분석은 광섬유의 형태를 제어하는데 사용된다. 바람직하기로, 외직경의 측정은 간섭패턴에 해당하는 검출신호를 전기필터링하여 공극이 있음으로 인한 검출신호의 신호 기여를 컷오프하고 실질적으로 무교란 간섭패턴 신호를 얻도록 수행되며, 카운트된 프린지 증가 개수(N_D)는 d=K·N_D에 의해 광섬유 외직경(d)과 관련 있으며, K는 변환인수이다.

공극의 최종 분포 및 크기에 대한 인출의 영향은 또한 "적층후 인출" 방법과 같이 다른 방법에 의해 만들어진 일반적으로 주기적 홀들의 어레이를 나타내는 구멍이 뚫린 섬유 또는 광결정 섬유에 있을 수 있음이 주목된다. 따라서, 본 발명에 따른 제조공정, 방법 및 시스템은 구멍이 뚫린 섬유 또는 광결정 섬유의 제어 및 감시를 위해 사용될 수 있다.

다른 경우로 나타낸 것을 제외하고는 본 명세서 및 특허청구범위에 대해, 수량, 양, 퍼센트 등을 표현한 모든 숫자들은 모든 경우에 "약"이라는 용어로 변경되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 모든 범위들은 개시된 최대 및 최소 지점들의 임의의 조합을 포함하고 그 내에 있는 중간 범위도 포함하며, 구체적으로 본 명세서에 열거되거나 열거될 수 없다.

정의

본 명세서에서, 하기의 파라미터는 해당기술분야의 통상적 사용에 따라 정의되며, 특히;

- 싱글모드 광섬유의 컷오프 파장은 광섬유가 상기 파장보다 큰 기본모드만 전파하는 파장이다. 컷오프 아래에서 광섬유는 하나 이상의 모드를 전송한다.

- 케이블 컷오프 파장(λ_cc)은 IEC-60793-1-44 표준에 기술된 22m 광섬유 컷오프 테스트 방법(방법 A)에 따라 측정된 컷오프 파장 값이다. 즉, 상기 방법은 22m의 언케이블 광섬유 구간에 대한 측정을 수행하도록 규정하며, 광섬유의 중심 20m 부분은 280㎜ 직경 주축상에 권선되며, 2개의 1미터 길이의 측면부 각각의 1회 턴은 80㎜ 직경 주축상에 권선된다.

- MAC 넘버는 마이크론 단위로 1310㎚에서 측정된 모드필드 직경(MFD)과 마이크론 단위로 케이블 컷오프 파장(λ_cc) 간의 비(比)로 정의된다.

- 매크로밴딩 손실(dB 단위)은 15㎜ 직경 주축상에 1회 턴 동안 권선된 광섬유에 측정된 1625㎚에서의 감쇠 증가이다.

- 상대 굴절률은 Δ_i=100×(n_i ²-n_o ²)/2n_i ²으로 정의된 퍼센트 값이고, 여기서, n_i는 i번째 영역에서 최대 굴절률이고, n_o는 순수한 실리카(SiO₂)의 굴절률이다.

본 발명의 내용에 포함됨

본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 참조가 이루어질 것이며, 그 예들이 첨부도면에 도시되어 있다.
도 1은 광섬유의 외직경을 측정하는데 일반적으로 사용되는 원거리 간섭 산란의 원리를 도시한 개략도이다.
도 2는 원거리 산란 패턴으로부터 외직경을 측정하기 위한 예시적인 기기의 블록도이다.
도 3에서 도 3의 a는 결함이 없는 광섬유로부터 발생한 교란되지 않은 간섭패턴과 도 3의 b는 저밀도 결함을 함유한 광섬유로부터 발생한 교란된 간섭패턴의 작은 부분의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로구조의 제어 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로구조의 제어 시스템의 블록도이다.
도 6의 a 내지 c는 공극을 전혀 함유하지 않는 125㎛ 표준 광섬유(6의 a) 및 공극을 함유한 영역을 포함하는 125㎛ 마이크로구조 광섬유(6의 b)에 대해 60°의 산란각도 내에서 원길 간섭패턴의 예시적인 주파수 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 6의 c에서, 검출신호에 가해진 예시적인 고대역 필터와 예시적인 대역통과필터의 전달함수(TF)(우측 스케일)는 도 6b에서 보고된 마이크로구조의 광섬유의 주파수 스펙트럼(좌측 스케일)과 비교된다.
도 7은 본 발명의 일태양의 원리에 따른 광섬유 제조공정용 인출타워를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로구조의 제어 시스템이 가해질 경우 마이크로구조의 광섬유의 횡단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 도 8의 광섬유의 가능한 굴절률 프로파일의 개략도이다.
도 10은 로컬공극밀도(lvd)가 2-4%인 마이크로구조의 광섬유의 시간에 대한 인출동안 측정된 표면상 직경(d_A)을 좌표로 나타낸 것이다.
도 11은 로컬공극밀도(lvd)가 8-10%인 다른 4개의 마이크로구조의 광섬유의 시간에 대한 인출동안 측정된 표면상 직경(d_A)을 좌표로 나타낸 것이다.
도 12는 로컬공극밀도의 2개 범위에 대한 링 두께에 따른 표면상 직경의 상관관계를 좌표로 나타낸 것이다.
도 13은 공극이 전혀 없는 표준 싱글모드 광섬유(실선), 링의 로컬공극밀도가 2-4%이고 링의 두께는 약 10㎛인 마이크로구조의 광섬유(대시선), 및 링의 로컬공극밀도가 8-10%이고 링의 두께는 약 4-5㎛인 마이크로구조의 광섬유(점선)의 개수에 대한 MAC 넘버의 함수로서 매크로밴딩 손실(MBL)을 좌표로 나타낸 것이다.
도 14는 85㎛에서 105㎛ 범위에 있는 표면상 직경을 갖는 복수의 광섬유(원)에 대한 MAC 넘버의 함수로서 매크로밴딩 손실(MBL)을 좌표로 나타낸 것이다.
도 15는 MAC 넘버가 7.0 내지 7.5 사이에 포함된 복수의 광섬유에 대한 표면상 직경의 함수로서 매크로밴딩 손실(MBL)을 좌표로 나타낸 것으로, 각 원은 복수의 광섬유를 나타낸다.
도 16은 공극을 함유한 환형영역의 내직경과, 85㎛에서 105㎛ 사이에 포함된 표면상 직경 및 7,0에서 7.5까지 MAC 넘버를 나타내는 광섬유(원)에 대한 MFD 간의 비, 즉, ID/MFD의 함수로서 매크로밴딩 손실(MBL)을 좌표로 나타낸 것이다.

도 1은 일반적으로 광섬유의 외직경을 측정하는데 사용되는 원거리 간섭 산란의 원리를 도시한 개략도이다. 레이저원(미도시)과 같이 광원에 의해 발생될 수 있는 복사빔(10)이 광섬유(1)로 보내지며, 이는 광섬유의 중심을 지나는 광섬유의 길이방향 주축(22)에 수직한 횡단면으로 도면에 도시되어 있다. 레이저원은 바람직하게는 입사파장에서 단색의 코히어런트 광을 발생한다. 빔(10)의 입사방향(3)은 광섬유 축(22)에 횡이며, 바람직하게는 광섬유 축에 수직하고, 상기 광섬유로부터 소정거리에 있는 기준면(23)에 원거리 산란패턴을 발생하며, 상기 산란패턴은 광섬유의 외부면으로부터 반사된 복사와 광섬유에 의해 회절된 복사 간의 간섭에 의해 발생된다. 입사복사로부터 전방으로 측정된 산란각도의 함수로서 산란광의 강도가 간섭패턴을 형성한다.

특히, 광섬유 축(22)으로부터 광섬유 직경보다 작은 거리(d₁)로 이격된 입사광선(11)은 광섬유 내부의 광선(13)과 광섬유 외부의 회절광선(14) 속에서 회절된다. 회절광선(14)은 광섬유 외부표면에 입사한 광선(15)으로부터 회절된 회절광선(16)과 간섭한다. 간섭은 (광경로(11, 13 및 14)의 합에 의해 주어진) 회절광선과 (경로(15 및 16)의 합에 의해 주어진) 회절광선의 광경로 차에 따라 보강 또는 상쇄된다. 예시적인 회절광선(14)과 회절광선(16)은 방향(18)이 동일하며, 산란각(19)을 특징으로 한다. 간섭패턴(2)은 θ_최소라고 하는 낮은 산란각(20)에서 θ_최대라고 하는 높은 산란각(21)까지의 소정 각도 범위(Δθ=θ_최대-θ_최소) 내에서 (도 1에 미도시된) 검출기, 예컨대, 포토다이오드 어레이 또는 액정 디스플레이(LCD) 카메라 또는 CCTV 카메라 스크린상에 수집될 수 있고, 상기 검출기는 피처리 신호를 발생한다.

낮은 산란각(20)과 높은 산란각(21) 사이에 카운트된 프린지 개수는 광섬유에서 결함 또는 홀이 거의 없는, 즉, 외부 클래딩의 굴절률이 실질적으로 일정한 광섬유의 직경에 비례하는 것으로 알려져 있다.

도 2는 광섬유의 외직경을 측정하기 위한 예시적인 기기(30)의 블록도이다. 도 1에 또한 개략적으로 나타낸 간섭패턴(2)은 검출기(31), 예컨대, LCD 또는 CCTV 카메라에 의해 수집된다. 검출기(31)에 의해 발생된 전기검출신호, 예컨대, CCTV 카메라로부터 수신될 경우 비디오 신호가 자동이득제어(AGC) 회로(32)에 바람직하게 결합되어 전체 패턴을 가로지르는 대략 일정한, 즉, 산란광 강도의 산란각 의존성을 없앤 진폭을 얻는다. 동일한 진폭의 신호는 카운터 회로(33)로 보내지고, 상기 회로는 모두 그 자체가 알려진 전기위상 비교기, 신호 형성기, 합산기, 카운터를 포함하나 반드시 카운터 회로에 그 모두가 있을 필요는 없다. 카운터 회로(33)는 (선택적으로 진폭이 동일한) 간섭패턴에 해당하는 검출신호의 프린지 싸이클의 개수를 계산한다. 해상도를 향상시키기 위해, 카운터 회로는 바람직하게는 프린지 싸이클의 부분을 구성하는 프린지 증가를 카운트한다. 본 실시예에서, 카운터 회로는 각 프린지 싸이클의 1/4 카운팅, 다르게 말하면, 1/4 프린지 싸이클의 프린지 증가 해상도를 갖는다. 예컨대, 직경 125㎛의 표준 싱글모드 광섬유에 대해, 약 N_D=750의 1/4 프린지(프린지 증가)가 약 θ_최소=20°내지 약 θ_최대=80°사이에 포함된 각도 범위에서 일반적인 "무교란" 간섭패턴으로 나타날 수 있다.

도 3의 a는 교란되지 않은 간섭패턴의 검출로 인해 발생한 예시적인 전기검출신호(35)의 작은 부분을 도시한 것이다. 아놀로그 또는 디지털 전기신호일 수 있는 검출신호는 일반적으로 복수의 신호 웨이브 프린지 싸이클을 포함한다. 예컨대, 검출기(31)는 디지털 검출신호를 생성하기 위해 디지털화를 위한 아날로그-디지털 컨버터(도 2에 미도시됨)를 지나는 아날로그 출력신호를 출력한다. 도면에 도시된 실시예에서, 검출신호(35)는 대략 사인형이다. 카운터 회로(33)는 선(36)으로 표시된 기준위치로부터 소정 임계치 위아래의 신호 레벨에서 변화에 응답하며, 상기 기준위치는 간략히 하기 위해 0으로 잡을 수 있다. 따라서, 카운터는 신호의 0 교차를 나타내고 간섭패턴의 1/4 프린지 증가의 개수(N_D)를 계산할 수 있다. 무교란 패턴(35)에서, 프린지는 잘 분석되고 각 프린지 싸이클은 4개의 1/4 프린지, 즉, 세그먼트(AD, DB, BE 및 EC)로 카운트된다. 프린지 주기(T)는 한 프린지 싸이클을 완료하는, 즉, 기준라인(36)의 점(A)에서 점(C)까지 공간 간격으로 정의될 수 있다.

입사빔이 겪는 실제로 싱글모드 광섬유에 대해 광섬유 외부 클래딩이 실질적으로 굴절률이 일정한 것을 의미하는 실질적으로 일정한 광섬유의 굴절률과 소정 파장의 입사빔이 주어지면, 경험상수(K)를 곱한 카운트 프린지 증가(N_D)의 개수가 광섬유의 외직경(d), 즉, d=K·N_D를 제공한다. 경험상수(K)는 일반적으로 수집 각(角) 범위의 범위와 같은 측정 기기의 설정에 따르는 변환인수이며 예컨대 약 0.167㎛로 될 수 있다.

도 3의 b는 (단지 작은 부분만이 나타나 있는) "교란" 간섭패턴의 검출로 인해 발생한 전기검출신호(37)의 예시적인 도면을 제공하며, 광섬유 내에 공극과 같은 결함의 검출로 인해 발생할 수 있는 "불완전" 프린지 싸이클을 포함한다. 도 3의 b의 예에서, 점(C')에서 제 1 프린지 요소의 신호는 기준라인(36)으로 되돌아가지 못한다. 이 경우, 카운터 회로는 중앙 1/4 프린지 증가를 식별할 수 없는데, 이는 기준 위치로부터 신호레벨에서 상당히 큰 변화를 검출하지 못하고, 따라서 이들 중앙 프린지 증가가 카운팅에서 누락되기 때문이다. 따라서, "교란" 간섭패턴신호에서 카운트된 프린지 증가의 개수는 N_D보다 더 작다.

본 출원인은 저밀도 영역을 포함한 마이크로구조의 광섬유로부터 수신된 간섭패턴의 측정이 광섬유의 벤딩성능과 직접 상관 있을 수 있는 광섬유의 구조적 특성에 대한 관련 정보를 제공할 수 있음을 알았다. 특히, 본 출원인은 광섬유로부터 수신된 간섭패턴에 나타난 프린지의 개수를 제어함으로써 매크로벤딩과 같은 마이크로구조의 광섬유의 관련된 광학적 파라미터의 제어가 수행될 수 있음을 알았다.

도 2를 참조로 기술된 그런 측정 시스템은 마이크로구조의 광섬유로부터 수신된 교란 간섭패턴에서 카운트된 프린지 증가를 제공할 수 있어, 이에 의해 마이크로구조에 대한 관련된 정보를 제공한다. 결정된 프린지의 증가 개수는 광섬유의 몇몇 소정의 마이크로구조의 특성들과 몇몇 소정의 벤딩성능에 해당하는 프린지 증가의 기준(또는 타겟) 개수(N_A ^t)와 비교될 수 있다. 프린지 증가의 기준 개수(N_A ^t)는 광섬유의 외직경에 대한 프린지 패턴의 개수(N_D)와 소정의 관계에 있고 N_D보다 작다.

보다 일반적으로, 프린지 증가 개수(N_A)가 프린지 증가의 기준 개수(N_A ^t)의 기준 범위 내에 포함되는 제어를 통해 광섬유의 마이크로구조의 제어가 수행될 수 있으며, 기준 개수 범위는 개수(N_D)보다 더 작다. 즉, 기준 개수의 가장 많은 기준 개수는 개수(N_D)보다 더 작다.

몇몇 실시예에서, 마이크로구조의 길이값(d_A), 즉, 마이크로구조의 광섬유에 대한 길이 단위의 치수 값을 정의하는 것이 유리할 수 있다. 본 명세서에서, 간략히 하기 위해, 마이크로구조의 길이값을 마이크로구조 광섬유의 "표면상" 직경이라 한다. 실제로, "표면상" 직경값(d_A)은 K·N_A와 같고, 여기서, K는 측정 시스템의 적절한 변환인수이고, 광섬유의 외직경을 제공하는 것은 (즉, 특히, 실질적으로 프린지 증가가 전혀 누락되지 않은) 교란되지 않은 검출된 적외선 패턴이었다. 표면상 직경의 측정값은 길이 단위로, 즉, 기준 마이크로구조의 길이값, 또는 보다 일반적으로 마이크로구조의 길이값의 기준 범위와 비교될 수 있으며, 이는 구조적 정보를 도출하기 위해 광섬유의 실제(진정한) 외직경(d)에 대한 것이다.

본 발명에서, 결정된 간섭 프린지 증가 개수 또는 결정된 표면상 직경은 하나의 상대 기준 값 또는 기준 값들, 즉, 가장 낮은 기준 값부터 가장 높은 기준 값에 이르는 값들의 범위와 비교되어 결정된 들이 범위 내에 있는지 여부를 제어할 수 있다.

특히, 코어 영역과 외부 클래딩 영역이 있고 공극을 함유한 외부 클래딩 영역내에 환형영역(링)을 포함하는 광섬유에 대해, 검출된 프린지 증가 개수(N_A)(및 이에 따른 d_A)는 링 내에 있는 공극의 로컬 밀도와 링 두께의 곱과 직접 상관 있다.

1/4 프린지 싸이클의 프린지 증가와 같은 제어 방법의 해상도를 향상시키기 위해 프린지 싸이클의 일부를 구성하는 프린지 증가를 카운트하는 것이 바람직하나, 본 발명은 프린지 싸이클에 일치하도록 프린지 증가가 취해질 수 있는 방법 및 시스템을 포함한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로구조의 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 동일한 참조부호는 도 2에 대해 기술된 기능과 동일하거나 유사한 기능을 갖는 동일 구성요소를 나타내는데 사용된다.

마이크로구조 제어 시스템(40)에서, 마이크로구조의 광섬유로부터 받은 간섭패턴(2)이 검출기(31)에 의해 수집된다. AGC(32)의 출력시, 검출기(31)로부터 검출된 진폭등화신호는 예컨대 스플리터(38)에 의해 2개의 신호, 즉, 제 1 카운트 회로(45)에 공급된 제 1 검출신호(43)와, 전기필터(41)를 지난 후 제 2 카운터 회로(42)에 공급되는 제 2 검출신호로 양분된다. 제어 시스템(40)내에서 전기필터(41)와 전기필터의 기능을 하기에 설명한다.

카운터 회로(45)는 검출신호의 선택적 진폭등화와 함께 검출기(31)에 의해 검출된 간섭패턴의 프린지 싸이클에서 프린지 증가의 개수를 카운트한다. 마이크로구조와 특히 공극을 포함한 저밀도 영역이 있음으로 인해, 간섭패턴에서 도출된 신호에서 카운트된 프린지 증가 개수(N_A)는 광섬유의 외직경과 연관없을 수 있다.

그러나, 광섬유에서 공극을 포함한 영역이 있어, 프린지와 프린지 간격의 위치는 적어도 공극들이 광섬유의 외직경 보다 평균크기가 상당히 더 작기 때문에 광섬유의 외직경과 상관된 채로 있다.

도 6의 a는 전혀 결함이 없는, 즉, 도 3의 a에 도시된 타입의 간섭패턴을 갖는 광섬유로부터 산란광신호의 검출된 전력(P, 임의 단위) 대 프린지/각도로 표현된 예시적인 주파수 스펙트럼을 도시한 것이다. 주파수 스펙트럼은 (예컨대 수 ms의 고속 스캔 반복속도로 얻은 많은 신호들 가운데 통상적으로 평균한) 검출신호의 고속 퓨리에 변환(FFT)을 적용함으로써 얻을 수 있다. 도 6의 a의 스펙트럼은 약 3.1 프린지/도(degree)의 "기본" 주파수(f_D)의 중심에 단 하나의 강한 피크만 보인다. 상기 예에서 고려된 실험 셋업에서, 주파수 피크값은 60°의 수집 각도범위(Δθ)에서 (1/4 프린지 싸이클의 카운트 증가에 대해 N_D=750에 해당하는) 187 카운트 프린지 싸이클(N)의 결과, 즉, f_D=N/Δθ이다. 파워 피크와 이에 따른 주파수(f_D)는 광섬유 외직경(d)과 연관있다. 완전히 하기 위해, 주파수 스펙트럼은 검출기에 의해 수집된 이미지의 스캔 반복속도 인해 발생한 제 2 식별 파워피크(도 6에 미도시됨)를 포함할 수 있다. 그러나, 제 2 피크는 일반적으로 훨씬 더 낮은 주파수에 위치해 있고 외직경에 의해 발생된 것보다 훨씬 더 파워가 낮으며, 본 발명의 논의를 위해, 도 6의 a의 주파수 스펙트럼은 하나의 강한 파워피크를 갖는 것으로 고려될 수 있다.

도 6의 b는 공극을 함유한 영역을 포함한 광섬유로부터 산란광신호의 예시적인 주파수 스펙트럼을 도시한 것이다. 공극이 있기 때문에, 추가 스펙트럼 성분들이 주파수 스펙트럼(73)에 나타난다. 특히, 광섬유 외직경에 대한 3.1 프린지/도의 기본 주파수에서 잘 식별되는 피크 이외에, 주파수 스펙트럼은 기본 주파수보다 낮은 주파수에서 다른 피크들을 나타낸다. 약 2-3㎛ 보다 크지 않은 평균 직경을 갖는 공극을 포함한 마이크로구조의 경우와 총 광섬유 횡단면의 공극 함량 퍼센트가 약 10% 보다 많지 않는 경우에 대해, "기본" 피크는 일반적으로 스펙트럼에서 가장 강한 피크로 나타난다.

본 출원인은 도 6의 b의 주파수 스펙트럼에서 결함에 의해 발생된 스펙트럼 구성요소를 제거함으로써 간섭 스펙트럼의 직접 분석에 의해, 예컨대, 검출신호의 퓨리에 변환을 계산할 필요없이 광섬유의 외직경을 측정할 수 있다.

결함관련 스펙트럼 성분들은 일반적으로 기본 주파수보다 더 작은 주파수들에 위치해 있고 상기 성분들은 고대력 전기필터에 의해 제거될 수 있다. 도 6의 c에서, 도 6의 b의 주파수 스펙트럼(73)이 (좌측 스케일로) 나타나 있는 반면, 곡선(74)은 실질적으로 외직경에 대한 주파수보다 더 작은 주파수로 있는 스펙트럼 성분들을 제거하도록 -3dB 컷오프 주파수를 갖는 고대역 필터의 전기변환기능(TF, 우측 스케일, 임의 단위)을 나타낸다.

몇몇 실시예에서, 고대역 필터의 -3dB 컷오프 주파수는 외직경에 대한 피크의 기본 주파수(f_D) 값의 약 80%에서 약 90%까지의 값 사이에 포함된다. 기본 주파수 값에 더 가까운 컷오프 주파수 값, 즉, f_D와 컷오프 주파수 간의 차는 몇몇 실시예에서 예컨대 광섬유 외직경의 요동으로 인해 기본 주파수에서의 약간의 (수 %의) 편차가 광섬유 인출동안 발생할 수 있어 바람직하지 못할 수 있다. 바람직하기로, 전기필터의 3dB 컷오프 주파수는 외직경에 대한 피크의 기본 주파수 값의 80%에서 86%이다.

몇몇 실시예에서, 고대역 필터는 기본 주파수보다 적어도 30% 더 작은 주파수에서 파워가 적어도 30dB 감쇠된다. 필터를 적절히 선택함으로써 상대적으로 선명한 파워 감쇠를 얻을 수 있으며, 전기 전달함수는 해당기술분야에 공지된 가파른 컷오프 가장자리를 나타낸다. 기본 주파수가 3.1 프린지/도인 도 6a 내지 도 6c에 나타낸 예에서, 고대역 필터는 약 2.7 프린지/도의 -3dB 컷오프 주파수를 갖고, 2.0 프린지/도보다 크기 않은 주파수에서는 파워가 -40dB 감소될 수 있다.

대안으로, 마이크로구조 광섬유의 주파수 스펙트럼으로부터 결함관련 스펙트럼 성분을 제거하기 위해, 대역통과 전기필터가 사용될 수 있다. 도 6c는 대역통과 전기필터의 예시적인 전달함수(75)(우측 스케일)를 도시하고 있다. 양의 기울기에 해당하는 전달함수의 통과대역의 가장자리는 산란광의 주파수 스펙트럼에 대하여 위치되어 있어 양의 기울기를 갖는 가장자리 상에 -3dB 지점은 80-90%이고 바람직하게는 기본 주파수의 80-86% 값이다.

실시예에서, 통과대역의 중앙 주파수는 기본 주파수와 대략 일치하도록 선택된다. 이 경우, 대역통과필터의 -3dB 대역폭(또는 반치폭)은 바람직하게는 0.8 f_D과 0.9 f_D 사이에 위치되는 양의 기울기를 갖는 통과대역 가장자리를 갖도록 선택된다. 일반적으로, 필터 대역폭은 신호의 기본 피크가 실질적으로 방해없이 통과하게 하도록 선택되어야 한다.

도 6의 c에 나타낸 예시적인 전기 전달함수(74 및 75)는 도면을 더 명확히 하기 위해 서로에 대해 그리고 세로좌표를 따른 주파수 스펙트럼에 대해 이동된 것으로 도시되어 있다.

공간영역에서, 공극이 있음으로 인해 발생된 주파수 성분의 제거를 위해 마이크로구조 광섬유로부터 검출된 신호의 전기필터링은 해상도가 좋은 프린지들로 구성된 신호를 제공하지만, 평균 강도는 필터되지 않은 검출신호의 강도보다 더 작다. 필터된 검출신호로부터 외직경과 연관된 프린지 증가 개수(N_D)를 유추할 수 있다.

실제로, 외직경 측정을 위해 적절한 전기필터를 선택하는 한가지 방법은 프린지/도 단위의 값으로부터 Hz 단위의 기본 주파수의 값을 산란 신호의 주파수 스펙트럼으로부터 계산하는 것이다. 두 단위들 간의 변환은 주로 간섭패턴의 샘플링을 위해 사용된 전자 파라림터에 따른다. 예컨대, 500Hz의 샘플링 속도(또는 2㎳의 샘플링 시간간격)으로 187 프린지 싸이클이 기록된다. 샘플링 시간간격내에서, 루틴 전자제어를 위해 0.4㎳에 달하는 데드타임(dead time)이 있다. 따라서, 187개 프린지 싸이클 판독이 1.6㎳의 실제 샘플링 간격으로 수행되며, 이는 약 117kHz 주파수에 해당한다. 이 경우, 예컨대, 115kHz에 중심을 두고 30kHz의 -3dB 대역폭을 갖는 능동 8차 아날로그 통과대역 버터워스 필터(Butterworth filter)는 전기필터(41)로서 선택될 수 있다. 70kHz 보다 크지 않고 180kHz 보다 작지 않은 주파수에서 버터워스 필터의 감쇠는 적어도 40dB인 반면, 90kHz 보다 크지 않고 145kHz 보다 작지 않은 주파수에서의 감쇠는 적어도 20dB이다

도 4를 다시 참조하면, 카운터 회로(42)는 필터 신호와, 이에 따라 결함관련 주파수 성분들로부터 실제로 소거된 신호의 프린지 개수를 카운트하고, 간섭패턴에서 공간영역은 기준라인을 가로질러 지나는 프린지들을 잘 구별한다. 따라서, 카운터 회로(42)로부터 출력된 프린지 증가 개수(N_D)는 광섬유 외직경(d)의 측정을 제공하며, 이는 K·N_D의 곱에 의해 주어지고, 여기서, K는 변환인수이다. 특히, 값(N_D)(또는 값 d)은 분석하에 마이크로구조의 광섬유와 외직경이 동일하지만 단단한, 즉, 공극을 포함하지 않는 기준 광섬유에 대한 기준신호를 제공한다.

도 4의 시스템은 N_A와 N_D 모두 또는 d_A와 d 모두, 및 이에 따라 N_A/N_D 또는 d_A/d의 측정을 허용한다. N_D와 이에 따른 d의 값이 대략 일정하다고, 가령, 125±1㎛라고 가정하면, 표면상 직경(d_A)(또는 N_A) 값은 공극함유 영역의 형태에 대한 직접적인 정보를 제공한다. d_A와 d의 측정은 동시에 수행될 수 있는데, 이는 양 측정이 동일한 간섭패턴의 획득으로 발생하기 때문이다.

실시예에 따르면, 프린지 N_A와 N_D의 개수에 대한 데이터는 컨트롤 유닛(도 4에 미도시됨), 예컨대, 종래 프로세서에 제공되며, 상기 유닛은 제 1 및 제 2 카운터로부터 출력된 데이터를 처리한다. 특히, 컨트롤 유닛은 프린지 N_A의 개수(또는 N_A로부터 도출된 표면상 직경값)이 N_D(또는 광섬유 외직경 d)와 소정의 관계에 있는 값의 기준범위 내에 있음을 제어한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로구조의 제어시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 동일한 참조부호는 도 2 및 도 4를 참조로 기술된 기능들과 동일하거나 유사한 기능을 갖는 동일한 구성요소를 나타내는데 사용된다. 도 5의 실시예에서, 2개의 제어시스템, 마이크로구조 제어시스템(48a) 및 외직경 제어시스템(48b)을 갖는 시스템을 이용해 N_A와 N_D의 측정이 수행된다. 마이크로구조 제어시스템(48a)은 마이크로구조 광섬유로부터 수신된 간섭패턴(2)을 검출하고 제 1 검출신호를 출력하는 제 1 검출기(46)를 구비하며, 상기 제 1 검출신호는 선택적으로 AGC(34)에 의해 진폭이 같아진 후 도 4를 참조로 기술된 바와 같이 카운터 회로(45)에 의해 프린지 개수 증가(N_A)를 카운트하는데 사용된다. 외직경 제어시스템(48b)은 제 1 검출기(46)처럼 마이크로구조 광섬유로부터 수신된 간섭패턴(2)을 검출하고 제 2 검출신호를 출력하는 제 2 검출기(47)를 구비하며, 상기 제 2 검출신호는 선택적으로 AGC(39)에 의해 진폭이 같아진 후 전기필터(41)를 지나고 그런 후 프린지 개수 증가(N_A)를 결정하기 위해 카운터 회로(42)로 보내진다.

광섬유 횡단면의 이미지와 같이 광섬유의 성능을 결정하기 위해 광섬유의 종래 벤딩손실측정은 시간소모적이고 주로 수 미터 길이인 광섬유의 제한된 간격들에서만 수행될 수 있다. 이점적으로, 본원 방법과 시스템은 광섬유를 교란시키지 않고도 광섬유의 벤딩성능에 대한 공극함유 영역의 형태에 대한 빠르고 신뢰할 수 있는 측정 및 제어를 가능하게 한다.

표면상 직경(d_A)이 80㎛ 내지 100㎛ 사이에 포함되고, 125㎛의 표준 외직경을 포함하며 외부 클래딩으로 뻗어 있는 공극함유 영역을 포함하는 마이크로구조의 광섬유는 1250-1260㎚ 이상의 파장에서 싱글모드 전파를 유지하면서 향상된 매크로벤딩 저항을 보이는 것을 관찰했다. 바람직하게는 85㎛≤d_A≤105㎛, 더 바람직하게는 90㎛≤d_A≤100㎛이다.

보다 일반적으로, 0.6 내지 0.9, 바람직하게는 0.64 내지 0.84, 더 바람직하게는 0.7 내지 0.8 사이로 구성된 광섬유의 표면상의 직경과 광섬유의 외직경 간의 비(d_A/d(또는 N_A/N_D))의 값들에 대해 향상된 벤딩저항이 발견되었다.

몇몇 실시예에서, 상기 범위 내에 있는 적절한 d_A 또는 N_A 값의 선택은 하기에 더 상세히 정의된 코어-클래드 비(比)와 같이 마이크로구조 광섬유의 기하학적 파라미터에 의존하게 이루어질 수 있다. 일실시예에 따르면, 코어-클래드 비가 0.30 내지 약 0.36 사이인 광섬유에 대해, d_A/d는 바람직하게는 0.7 내지 0.8 사이에 포함되도록 선택된다. 또 다른 실시예에 따르면, 코어-클래드 비가 0.36보다 큰 광섬유에 대해, d_A/d는 바람직하게는 0.64 내지 0.84 사이에 포함되도록 선택된다.

광섬유 마이크로구조 제어는 인출공정 동안 광섬유 길이방향을 따라 다른 길이방향 위치에서 수행될 수 있으므로, 광섬유 길이를 따라 저밀도 영역의 균일/변화를 모니터 및/또는 몇몇 인출 파라미터를 조절하여 광섬유의 마이크로구조를 소정의 벤딩 성능에 맞추게 할 수 있다. 특히, 광섬유 인출 동안 사용시, 본 발명의 방법 및 시스템은 공극함유 영역의 적절한 형태가 전체 광섬유 길이를 따라 유지되는 것을 보장할 수 있다.

도 7은 광섬유로 프리폼을 인출하고 본 발명의 실시예에 따른 제조공정을 수행하는 인출타워의 도면을 도시한 것이다. 인출타워(50)는 실질적으로 수직인출방향("타워"라 함)으로 정렬된 복수의 성분들을 포함한다. 인출공정의 주요 단계를 수행하기 위한 수직방향의 선택은 광섬유(55)가 인출될 수 있는 용융재료를 유리 프리폼(52)으로부터 얻기 위해 중력을 이용하는 이점에서 발생한다. 상세하게, 타워(50)는 프리폼(52)을 지지하고 제공하기 위한 장치(51)와, 프리폼(52) 하부, 즉, 넥다운 영역의 용융 제어를 수행하기 위한 용융로(53)를 구비한다. 지지장치(51)는 그 순간 용융되는 프리폼(52)의 일부의 정규화된 길이방향 좌표를 나타내는 신호를 제공하는 프리폼 위치센서(59)를 구비할 수 있다. 인출타워(50)는 프리폼(52)으로부터 광섬유(55)를 당기는 견인장치(56)와 릴(58) 주위로 광섬유(55)를 권선하기 위한 장치(57)를 더 구비한다. 유리 프리폼(52)은 바람직하게는 프리폼 외부 클래딩내에 위치된 공극을 함유한 환형 영역을 포함하므로 환형 공극함유 영역을 포함하는 마이크로구조의 광섬유를 생성한다.

용융로(53)에는 상기 용융로 내부의 온도를 나타내는 신호를 발생하도록 설계된 온도센서(58)가 제공될 수 있다. 일반적으로 2000-2200℃ 범위에 있는 용융로 온도는 인출 인장력을 바꾸기 위해 인출공정동안 약간 변할 수 있는 공정 파라미터이다. 용융로(53)의 출구에, 광섬유(55)의 인장력을 나타내는 신호를 발생하도록 설계된 인장력 감시장치(54)가 있다. 상기 장치(54)는 또한 타워(50)를 따라 다르게, 특히, 용융로(53)와 인장력 장치(56) 사이의 임의 위치에 있을 수 있다.

인출 광섬유는 마이크로구조의 광섬유이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 인출타워(50)는 용융로(53) 출구에 마이크로구조의 광섬유(55)로부터 기원한 원거리 간섭패턴에 의해 발생된 산란신호를 기초로 마이크로구조 제어시스템(60)을 구비한다. 도 7의 실시예에서, 마이크로구조 제어시스템(60)은 인장력 감시장치(54) 아래에 위치되어 있으나 용융로(53)와 견인장치(56) 사이, 특히, 용융로와 하기에 설명된 코팅장치(들) 사이의 임의의 위치를 취할 수 있다. 일실시예에서, 제어시스템(60)은 도 4 또는 도 5를 참조로 기술한 타입이며 따라서 광섬유 마이크로구조와 광섬유 외직경의 측정 및 제어를 수행할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 마이크로구조 제어시스템(60)은 간섭패턴을 검출하기 위한 검출기와 N_A 또는 표면상 직경(d_A)의 값을 제공하는 카운터 회로(예컨대, 도 2의 시스템과 같은 시스템)를 구비한다. 광섬유의 외직경의 측정은 예컨대 그 자체로 공지된 새도우 기술(shadow techinque)을 기초로 다른 모니터링 장치(도면에 미도시됨)에 의해 이루어질 수 있다.

그러나, 도 4를 참조로 기술된 시스템은 인출타워에서 간단히 실행되는 추가적 이점이 있고 동일한 제어신호, 즉, 검출기(31)로부터 출력된 출력 검출신호의 분석에 의해 광섬유 직경과 광섬유 마이크로구조의 동시 측정을 가능하게 하는 것이 주목된다.

다시 도 7을 참조하면, 마이크로구조 측정시스템(60) 아래에 냉각장치(61)가 배열될 수 있고, 예컨대, 냉각가스 기류가 지나가도록 냉각공동이 설계된 타입일 수 있다. 냉각장치(61)는 인출방향에 대해 동축으로 배열되어 있어, 용융로(52)를 나간 광섬유(55)가 냉각장치를 통과할 수 있다. 냉각장치(61)에는 냉각공동 속의 온도 표시를 제공하도록 설계된 온도센서(미도시)가 제공될 수 있다. 광섬유가 인출되는 속도는 주로 상대적으로 높기 때문에, 냉각장치(61)는 일반적으로 연이은 공정단계에 적합하고 특히 광섬유 외표면에 코팅 부착을 위한 적합한 온도로 광섬유(55)의 급속 냉각을 제공한다.

예시적인 인출타워(50)에서, 제 1 및 제 2 코팅장치(63,64)는 수직인출방향으로 냉각장치(61) 아래에 배치되어 통과함에 따라 광섬유(55)에 제 1 보호코팅 및 상기 제 1 보호코팅 위에 놓이는 제 2 보호코팅을 각각 증착하도록 설계되어 있다. 각 코팅장치(63,64)는 특히 광섬유(55)에 기정의된 양의 수지를 부착하도록 설계된 각각의 부착유닛(63a,63b)과, 상기 수지를 경화시켜 이에 따라 안정적인 코팅을 제공하는 각각의 경화유닛(63b,64b), 예컨대, UV램프 오븐을 구비한다. 예컨대, 단일층 코팅을 생산하는 단일코팅장치도 또한 인출타워에 제공되도록 고려될 수 있다.

견인장치(56)는 코팅장치(63,64) 아래에 위치되어 있다. 도시된 실시예에서, 견인장치(56)는 축 주위로 회전하는 모터구동 캡스턴(capstan)을 구비하여 코팅된 광섬유를 수직 인출방향으로 당긴다. 캡스턴(65)의 회전속도와 이에 따른 인출공정동안 광섬유(55)의 인출속도는 인출동안 변할 수 있는 공정 파라미터이다.

인출공정 동안 광섬유(55)의 마이크로구조 파라미터(d_A 또는 N_A)에서 바람직하지 못한 변화가 발생할 경우, 제어신호가 사용되어 광섬유(55)의 인출속도, 즉, 캡스턴(65)의 회전속도를 자동으로 바꿀 수 있어, 마이크로구조 파라미터의 값을 기정의된 범위내에 가져오게 한다.

예컨대, 인출공정 동안, 마이크로구조 파라미터가 기정의된 임계치(예컨대, 기정의된 범위의 최소값에 해당할 수 있는 d_A ^t 및 N_A ^t 값) 아래로 줄어들면, 인출속도는 표면상 직경의 감소에 비례하는 양만큼 줄어드는 반면, 표면상 직경이 다른 기정의된 임계치(기정의된 범위의 최대값에 해당할 수 있는 값) 이상으로 증가하면, 인출속도는 표면상 직경의 증가에 비례하는 양만큼 늘어난다.

대안으로 또는 추가로, 표면상 직경(또는 N_A)의 변화는 다른 인출 파라미터에 작용함으로써, 가령, 용융로 온도로부터 선택된 파라미터, 용융로내 가스(예컨대, He) 유속, 및 하향이송 속도, 즉, 프리폼이 용융로에 내려지는 속도 중 적어도 하나를 바꿈으로써 수행될 수 있다.

몇몇 바람직한 실시예에서, 광섬유 제조공정은 외직경이 대략 일정한 마이크로구조의 광섬유를 인출하도록 광섬유의 외직경을 제어하는 단계를 포함한다.

바람직하기로, 마이크로구조의 광섬유의 측정값을 변경하기 위해 적어도 제 1 인출 파라미터가 변하는 경우, 대략 일정한 광섬유 외직경값을 유지하기 위해 제 2 인출 파라미터가 조절된다. 일실시예에 따르면, 외직경을 125㎛±1㎛ 값으로 유지하도록 인출조건이 적용된다.

바람직한 실시예에서, 기정의된 길이값 범위 밖에 있도록 마이크로구조 파라미터가 결정될 경우, 마이크로구조 파라미터의 값을 다시 기정의된 범위로 옮기도록 인출속도가 바뀌는 한편 타겟 값(d)으로 외직경을 유지하도록 하향이송 속도가 변경된다.

몇몇 바람직한 실시예에서, 인출 인장력에서의 상당한 변화는 광섬유의 광학적 특성에 영향을 줄 수 있기 때문에, 광섬유 측정공정은 대략 일정한 인장력, 즉, 가능하게는 소정 허용오차(예컨대, 10-20%)를 갖는 평균 인장 값을 갖는 마이크로구조의 광섬유를 인출하기 위해 광섬유의 인출 인장력을 제어하는 단계를 포함한다. 일실시예에 따르면, 인출조건은 90g±20g 값으로 인출인장력을 유지하도록 형성된다.

예컨대, 기정의된 범위의 길이값을 벗어나게 결정된 마이크로구조의 파라미터가 결정될 경우, 마이크로구조 파라미터의 값을 다시 기정의된 범위로 옮기도록 인출속도가 바뀌고, 타겟 값으로 인출 장력을 유지하기 위해 융용로 온도가 변경된다.

바람직한 실시예에 따르면, 측정된 마이크로구조 파라미터를 바꾸기 위해 제 1 인출 파라미터가 변하는 경우, 제 2 및 제 3 인출 파라미터가 바람직하게는 서로 무관하게 조절되어 대략 일정한 광섬유 외직경 값과 대략 일정한 인출 인장력 값을 유지한다. 바람직하게는, 용융로 온도를 바꿈으로써 인출 인장력을 조절하는 단계가 수행되고, 하향이송 속도를 바꿈으로써 외직경을 조절하는 단계가 수행된다.

일실시예에 따르면, 마이크로구조 제어시스템(60)은 도 4 또는 도 5를 참조로 기술된 타입이다. 결정된 값(N_A 및 N_D)은 제어유닛(70)에 입력 데이터로서 제공된다. 제어유닛(70) 내에서, 마이크로구조 파라미터의 값이 계산되고 기준 값, 예컨대, 타겟 직경값의 0.8에서 0.9배 범위에 있는 d_A ^t의 기정의된 범위와 비교된다. 또한, 제어유닛(70) 내에서, 결정된 개수(N_D)로부터 광섬유 외직경이 계산되고 타겟 값과 비교된다. 결정된 마이크로구조 파라미터의 값이 기정의된 범위 밖에 있다면, 제 1 출력신호가 발생되어 적어도 하나의 인출 파라미터를 조절하여 마이크로구조 길이값을 교정한다. 결정된 값(d)이 타겟 값과 다르면, 제 2 출력신호가 발생되어 적어도 하나의 제 2 인출 파라미터를 조절하여 직경을 정정한다.

제어유닛(70)은 입력으로서 인장력 감시장치(54)에 의해 측정된 인출 인장력의 값을 수신할 수 있다. 제 1 및 제 2 인출 파라미터 중 적어도 하나의 변화 결과로서, 측정된 인출 인장력의 값이 타겟 값(범위)과 다르면, 제 3 출력신호가 발생되어 적어도 하나의 제 3 인출 파라미터를 조절하여 인출 인장력을 교정한다.

적어도 하나의 제 1 인출 파라미터에 작용함으로써 마이크로구조 파라미터의 조절이 외직경 및/또는 인출 인장력의 상당한 변화를 초래할 경우, 적어도 하나의 인출 파라미터에 작용함으로써 타겟 값을 회복하도록 외직경 및/또는 인출 인장력의 변화 보상이 수행된다. 바람직하게는, 적어도 2개의 인출 파라미터를 작용함으로써 외직경과 인출 인장력 모두의 보상이 수행된다.

제어유닛(70)은 인출타워(50)를 따라 있는 센서와 검출기와, 특히, 외부로부터 동작이 제어될 수 있는 마이크로구조 제어 시스템(60) 및 감시장치(54)에 전기연결된다.

인출타워(50)는 또한 견인장치(56) 하류에서 광섬유의 인장력을 조절하기 위한 장치(67)를 구비할 수 있다. 장치(67)는 캡스턴(65)과 권선장치(57) 사이에 광섬유의 인장력에서의 임의의 변화를 균형잡아주고 인장력을 일정하게 유지하도록 설계되어 있다. 권선장치(57)는 릴(68)과 상기 릴(68)을 지지하고 이동하기 위한 모터장치(69)를 구비한다. 릴(68)은 축(68a)을 갖고 코팅된 광섬유에 적합한 원통형 지지체를 정의한다. 권선장치(57)는 또한 광섬유 공급 풀리(66)를 구비한다; 광섬유의 권선 공정동안, 풀리(66)의 제어된 이동으로 광섬유의 나선형 권선이 수행된다.

몇몇 바람직한 실시예에 따르면, 선택된 표면상 직경값(d_A)의 조건을 만족시키지 못한 것으로 감시된 광섬유 길이부분은 바람직하게는 권선장치(57)의 권선 피치를 바꿈으로써 인출공정동안 "마크"될 수 있어, 이런 길이부분은 연이은 재권선 단계동안 광섬유로부터 폐기될 수 있다. 이는 실제로 100% 광섬유 길이를 따라 소정의 벤딩성능을 갖는 광섬유 제품을 얻게 한다. 일실시예에 따르면, 마킹은 다른 마이크로구조 특징을 갖고 따라서 다른 적용을 위해 사용될 수 있는 광섬유의 다른 길이부분을 식별하는데 사용될 수 있다.

일실시예에서, 광섬유의 길이부분의 마킹은 미터 카운터(meter counter)를 이용하고 권선 릴에서 다른 길이부분의 위치를 프로세서에 등록함으로써 수행될 수 있다.

몇몇 바람직한 실시예에서, 본 발명은 특히 외부 클래딩 영역에 의해 둘러싸인 코어 영역을 포함하는 마이크로구조의 광섬유를 제어하도록 형성되며, 외부 클래딩 영역은 공극함유 환형영역(링)을 구비한다. 도 8은 코어(81)에 의해 형성된 코어 영역과 코어(81)를 둘러싼 내부 클래딩 층(82)을 구비한 마이크로구조의 광섬유(80)의 횡단면을 개략 도시한 것이다. 코어영역(85)은 공극함유 환형영역(83)을 포함한 외부 클래딩 영역(84)에 의해 둘러싸여 있다. 링(83)은 바람직하게는 내부 클래딩(82) 부근에 배열되어 있어 환형영역(83)의 내직경(ID)이 내부 클래딩층(82)의 외직경에 일치한다. 공극은 비주기적 또는 랜덤 배열로 링(83)에 걸쳐 분포되어 있다. 바람직하게는, 코어영역(84)은 고체, 즉, 공극이 없다.

도 9는 광섬유의 중심(R=0)으로부터 반경방향 거리(R)의 함수로서 일실시예에 따른 마이크로구조의 광섬유의 상대 굴절률을 나타내는 도면이다. 투과용으로 사용된 싱글모드 광섬유의 외부 클래딩이 일반적으로 순수한(도핑되지 않은) 실리카로 제조되면, 상대 굴절률 프로파일은 기준으로 외부 클래딩의 굴절률을 취한다. 도 9의 실시예에서, 외부 클래딩 영역(84)은 순수한 실리카, Δ₀=0이다. 광섬유 코어(81)는 바람직하게는 게르마늄과 같이 굴절률을 높이는 도핑요소로 도핑된 실리카로 제조되어 양의 상대 굴절률을 갖는 계단형 굴절률 분포를 형성한다. 몇몇 실시예에서, Δ₁은 0.30% 내지 0.35%, 바람직하게는 0.31% 내지 0.34% 사이로 구성된다. 몇몇 실시예에서, 코어(81)는 양의 상대 굴절률을 갖는 복수의 세그먼트들로 제조될 수 있다.

내부 클래딩층(82)은 바람직하게는 외부 클래딩 영역의 재료와 동일한 재료로 제조되며, 상기 재료는 바람직하게는 순수한 실리카이다. 환형영역 또는 링(82)은 반경폭(w_r)에 대해 외부 클래딩 영역 내에 있는 내부 클래딩층(83)의 외부 반경으로부터 반경방향으로 뻗어 있으며, 상기 반경폭은 본 명세서에서 환형영역(또는 링)의 두께를 말한다. 링을 가로질러 있는 공극으로 인해 굴절률이 줄어들며 절대값Δ₃인 평균 음의 상대 굴절률이 되며, 굴절률의 크기는 로컬공극밀도에 따르는 것으로 보인다. 상대 굴절률 또는 제품의 링 두께 곱하기 로컬공극밀도의 평균 저하는 광섬유의 표면상 직경(또는 프린지 증가 개수 N_A)과 직접 상관 있을 수 있다.

도 9에서, 광섬유 중심으로부터 내부 클래딩 링 경계까지 취한 공극함유 링의 내부 반경(IR=ID/2)이 표시되어 있다. 저밀도 링으로부터 코어까지 반경거리를 나타내는 기하학적 파라미터는 코어-클래드 직경(반경) 비(比)이며, 코어의 외부 직경(반경)과 링의 내부 직경(반경) 사이의 비로서 정의된다. 일반적으로, 프리폼의 코어-클래드 비는 인출된 광섬유에서 보존된다.

몇몇 실시예에서, 마이크로구조 광섬유의 로컬공극밀도는 약 1% 내지 10% 사이에 포함된다. 공극의, 즉, 공극함유 영역 내에 있는 로컬밀도는 광섬유의 길이방향 축에 수직하게 취한 횡단면에서 광섬유를 볼 때 본 명세서에서 영역내 공극의 총면적과 영역의 총면적 간의 비로서 정의된다. 몇몇 실시예에서, 링 두께는 2㎛ 내지 20㎛, 바람직하게는 3㎛ 내지 10㎛ 사이에 포함된다.

실시예 1

하기의 공정에 따라(이하 공정 A라 함) 광섬유 프리폼을 생산하였다. 외부기상증착(Outside Vapour Deposition, OVD) 공정에 의해 코어의 계단형 굴절률 분포 Δ₁가 0.31%이고 코어-클래드 직경비가 약 0.31인 GeO₂ 도핑된 실리카 유리봉에 약 1000그램의 실리카 수트(soot)를 증착시켰다. 1490℃의 응고로의 핫존에서 10℃/min 온도 증가와 50% He - 50% N₂(부피단위) 분위기로 다운 드라이빙함으로써 수트 클래딩을 소결시켰다. 그런 후 동일한 핫존을 통해 5℃/min 온도 증가와 50% He - 50% N₂(부피단위) 분위기로 어셈블리를 두번째 다운 드라이빙시켰다. 그런 후 프리폼을 아르곤 함유 분위기의 오븐 속에서 24시간 동안 1000℃로 두었다. 프리폼에 약 6000그램의 실리카 수트를 증착시켰고, 표준방식으로 He 분위기 속에서 소결시켜 공극함유 링 외부에 외부 클래딩층 부분을 형성하였다.

공정 A에 따라 제조된 프리폼을 도 4를 참조로 기술된 바와 같은 마이크로구조 제어 시스템이 탑재된 인출타워에 두었다. 필터된 산란신호를 감시함으로써 인출된 광섬유의 외직경을 125㎛±1㎛로 유지시켰다.

도 10은 공정 A에 따라 얻은 프리폼을 인출함으로써 얻은 마이크로구조의 광섬유의 인출 동안 측정된 표면상 직경 대 인출 시간의 좌표를 나타낸 것이다. 150㎞의 광섬유 길이의 인출에 해당하는 도면에 나타낸 인출 시간 간격내에서, 표면상 직경은 일정하지 않고 초기에 감소하다가 그런 후 소정 인출시간 후에 늘어나기 시작하는 것으로 보인다. 표면상 직경에서의 변화로 인해 길이방향을 따라 프리폼의 마이크로구조가 (프리폼의 다른 부분들의 열이력과 같은) 소결조건 및/또는 인출속도, 당김 인장력 및 용융로 온도와 같은 인출조건으로 인해 불균일해질 수 있다.

인출공정을 완료한 후 오프라인으로 인출된 광섬유의 몇몇 구간 길이를 측정하였다. 광섬유의 내부구조와 특히 환형영역의 두께 및 환형영역내 로컬공극 밀도는 약 2m 길이의 부분으로 피검사 광섬유를 절단하고 현미경 또는 텔레비전 카메라를 통해 광섬유의 횡단면을 관찰함으로써 수행되었다. 특히, 포톤 카이네틱사가 제조한 PK 2400 측정장비를 사용했고, 상기 장비에는 유럽표준 IEC-793-1-A2에 의해 명시된 측정절차에 따라 광원으로부터 633nm의 광이 광섬유의 코어에 수렴된다. 도면에 나타낸 인출시간에 해당하는 광섬유 구간 길이에서 취한 2개의 횡단면 이미지들이 삽입으로 도 10의 좌표에 나타나 있다.

광섬유의 오프라인 구조 측정으로부터, 공정 A는 2%에서 4%의 로컬공극밀도를 갖는 광섬유를 생산한 것이 관찰되었다. 프리폼 비균일성 외에 링 내 공극의 랜덤 특성으로 인해 주어진 범위 내에서 요동이 있을 수 있다. 공극의 평균 직경은 약 1±0.9㎛이다. 이러한 로컬공극밀도의 범위 내에서, 표면상 직경에서의 변화는 원칙적으로 링 두께에서의 변화와 상관있다. 저밀도 링은 표면상 직경(좌측 이미지)의 값이 낮은 광섬유 부분에서의 두께가 더 큰 반면, 표면상 직경(우측 이미지)의 값이 높은 광섬유 부분에서의 두께가 더 작다.

실시예 2

하기의 공정에 따라(이하 공정 B라 함) 다수의 광섬유 프리폼을 제조하였다. 외부기상증착(OVD) 공정에 의해 200에서 300 그램까지의 실리카 수트를 코어의 계단형 굴절률 분포 Δ₁가 0.31%이고 코어-클래드 직경비가 약 0.31인 GeO₂ 도핑된 실리카 유리봉에 증착시켰다. 1490℃의 응고로의 핫존에서 100℃/min 온도 증가와 100% N₂(부피단위) 분위기로 다운 드라이빙함으로써 수트 클래딩을 소결시켰다. 그런 후 동일한 핫존을 통해 50℃/min 온도 증가와 100% N₂(부피단위) 분위기로 어셈블리를 두번째 다운 드라이빙시켰다. 그 다음, 핫존을 통해 26℃/min 온도 증가로 어셈블리를 세번째 드라이빙시킨 후 13℃/min 온도 증가로 네번째 드라이빙시켰다. 그런 후, 핫존을 통해 7℃/min 온도 증가로 어셈블리를 다섯번째 드라이빙시켰다. 그 다음, 핫존을 통해 3.5℃/min 온도 증가로 어셈블리를 여섯번째 드라이빙시켰다. 그리고 나서, 프리폼을 아르곤 함유 분위기의 오븐 속에서 24시간 동안 1000℃로 두었다.

약 700그램의 실리카 수트를 프리폼에 증착시켰고 표준방식으로 헬륨 분위기 속에서 소결시켰다.

공정 B에 따라 제조된 각 프리폼을 도 4를 참조로 기술된 바와 같은 마이크로구조 제어시스템이 탑재된 인출타워에 두었다. 인출된 광섬유의 외직경을 125㎛±1㎛로 유지시켰다.

도 10은 공정 B에 따라 얻은 프리폼을 인출함으로써 얻은 1번에서 4번까지의 마이크로구조 광섬유의 인출 동안 측정된 표면상 직경 대 인출 시간의 좌표를 나타낸 것이다.

실시예 1에 기술된 오프라인 측정은 공정 B로부터 얻은 프리폼으로부터 인출된 광섬유에서 평균 로컬공극밀도가 약 8% 내지 10% 사이 범위인 것을 나타낸다. 공극의 평균 직경은 약 1±0.9㎛이다.

도 11의 도표에서 최상부 곡선인 1번 광섬유는 110㎛ 값 이상을 유지하고 약 113 내지 115㎛ 사이 범위의 값에서 안정화된 표면상 직경을 나타낸다. 8-10%의 로컬공극밀도에 대해, 약 3㎛ 보다 크지 않은 링 두께(도표의 우측 상단에 삽입된 이미지)가 관찰되었다. 1번 광섬유의 매크로밴딩 손실은 약 1dB 보다 더 클 수 있으며, 이 값은 광섬유가 FTTH 적용에 사용될 경우 허용될 수 없는 값이다.

도 11에 도시된 2번 광섬유는 초기에 상대적으로 큰 값을 가진 후 인출동안 약 100㎛ 값을 갖는 표면상 직경을 갖는다. 이론에 제한되길 바라지 않으며, 초기의 매크로 밴딩 손실의 높은 값들은 프리폼의 단부에서 응고공정의 비균일성으로 인해 일어날 수 있다.

3번 및 4번 광섬유는 평균적으로 광섬유(W1)보다 더 작은 표면상 직경을 나타내며, 4번 광섬유의 값(최하부 곡선)이 가장 낮다. 도표의 우측하단에 삽입된 작은 이미지는 4번 광섬유의 횡단면도이다. 평균 링 두께(도표의 우측 하단)는 5-6㎛이다. 4번 광섬유에 대한 매크로밴딩 손실은 0.1dB 보다 크지 않다.

도 12는 표면상 직경(dA)의 상관관계를 나타낸 도표로, 로컬공극밀도의 2개 범위, 즉, 2-4% 및 8-10%에 대한 링 두께(w_r)가 있다. 링 두께는 실시예 1을 참조로 보다 상세히 기술한 바와 같이 광섬유의 다수의 구간 길이들을 취하고 각 구간 길이의 단부 횡단면의 이미지를 형성함으로써 측정된다. 도 12에 도시된 타원은 소정 로컬공극밀도 범위에 대해 표면상 직경과 링 두께 간의 상관관계를 그래프로 나타낸 것이다. 광섬유의 외부 직경은 125㎛에서 두꺼운 선으로 도면에 나타나 있다.

본 출원인은 125㎛의 표준 외직경을 갖고 도 8에 도시된 타입의 구조를 갖는 광섬유에서, 1250nm 이상의 파장에 대해 향상된 매크로벤딩 저항과 싱글모드 동작은 80㎛ 내지 110㎛, 바람직하게는 85㎛ 내지 105㎛, 더 바람직하게는 90㎛ 내지 100㎛ 사이에 포함된 표면상 직경(d_A)과 연관있음을 인식했다.

표면상 직경(또는 N_A)의 측정은 매우 쉽게 행해지고 횡단면 구조의 길이방향 오프라인 분석의 시스템적 사용이 필요하지 않아 빨리 획득되는 것이 강조된다. 예컨대, 도 11을 참조하면, 인출동안 획득된 표면상 직경으로부터, 실제로 100% 광섬유 길이에서 소정의 매크로밴딩 특성을 갖는 완제품을 얻기 위해 2번 및 3번 광섬유의 초기 구간 길이는 폐기되어야 하는 것을 알 수 있다.

매크로밴딩 손실은 종종 소위 광섬유의 MAC 넘버에 대한 것으로, 이는 일반적으로 말하면 MAC 넘버의 감소로 벤딩손실이 줄어들기 때문이다.

도 13은 공극(실선)이 없는 표준 싱글모드 광섬유, 로컬공극밀도가 2-4%이고 약 115㎛의 d_A 값에 해당하는 약 10㎛(대시선)의 링 두께를 갖는 마이크로구조의 광섬유(도 12), 및 로컬공극밀도가 8-10%이고 약 95㎛의 d_A 값에 해당하는 약 4-5㎛(점선)의 링 두께를 갖는 마이크로구조의 광섬유(도 12)에 대한 MAC 넘버의 함수로서 매크로밴딩 손실을 나타낸 개략도이다. 광섬유의 MFD는 8.6±0.4㎛이다. 특히, 약 95㎛(점선) 보다 크지 않은 d_A와 약 7.2 보다 크지 않은 MAC 넘버를 갖는 마이크로구조의 광섬유에 대해 0.1 dB 보다 크지 않는 매크로밴딩 손실이 얻어진다. 대시선으로 표시된 광섬유에 대해 0.1 dB 미만의 값들은 6.5 미만의 MAC 값들을 필요로 할 수 있으며, 이는 바람직하지 못할 수 있다.

도 14는 복수의 광섬유들에서 측정된 MAC 넘버의 함수로서 매크로밴딩 손실을 나타낸 도표로서, 각각의 원은 표면상 직경이 85㎛ 내지 105㎛ 사이에 포함된 광섬유를 나타낸다. 선은 실험값들의 선형 내삽이다. 광섬유의 MFD는 8.6±0.4㎛이다. 케이블 컷오프 파장 값은 1150nm에서 1300nm에 이른다. 6.8 내지 7.5 사이에 포함된 MAC 넘버를 갖는 광섬유들이 바람직하게 선택된다. 약 6.8보다 작은 MAC 넘버는 동작 파장의 관심범위, 예컨대, 1550nm 또는 1310nm에서 싱글모드 전파를 보장할 수 없는 오히려 더 큰 컷오프 파장을 의미한다.

도 15는 복수의 광섬유에 대한 표면상 직경의 함수로서 매크로밴딩 손실을 나타낸 도표로서, 각각의 원은 7.0에서 7.5에 이르는 MAC 넘버를 갖는 광섬유를 나타내는 원(복수의 광섬유에 대한 측정)이며, MFD는 약 8.6㎛에 중심 맞추어져 있고, λ_cc는 1260㎚ 미만이다. 직선은 실험치의 선형 내삽이다. 105㎛ 보다 크지 않은 표면상 직경들 값에 대해, 매크로밴딩 손실은 0.5dB 보다 작다. 몇몇 실시예에서, 표면상 직경값은 약 0.2dB보다 더 작은 매크로밴딩 손실을 이끌도록 선택된다.

80㎛ 미만의 표면상 직경값은 양호한 벤딩 성능을 나타내나, 광섬유를 인출하거나 간섭패턴의 분석으로부터 광섬유의 외직경을 제어하기가 더 어려워질 수 있기 때문에 더 작은 것이 바람직하다. 더욱이, 이런 낮은 표면상 직경값은 상대적으로 큰 컷오프 파장 값을 의미할 수 있으며, 이는 1250-1260㎚ 이상의 파장에서 싱글모드 동작을 보장할 수 없다.

본 출원인은 광성능이 공극함유 환형영역 및 코어의 반경방향 거리에 의해 영향받는 것을 알았다. 도 8을 참조로 기술한 구조를 갖는 마이크로구조의 광섬유의 경우, 이 반경거리는 내부 클래딩층의 반경방향 폭에 의해 주로 결정된다.

상술한 바와 같이, 저밀도 링으로부터 코어까지 반경방향거리를 나타내는 기하학적 파라미터는 코어-클래드 직경비이다. 일반적으로, 코어-클래드 비의 큰 값은 환형영역에서 코어의 외부 반경까지 더 작은 반경방향 거리에 해당한다.

본 출원인은 0.36 보다 큰, 예컨대, 0.40-0.43의 코어-클래드 비가 프리폼 제조시 일반적으로 광섬유 스루풋이 더 큰 이점을 나타내지만, 이런 코어-클래드 비의 값이 상대적으로 크면 광섬유는 광학적 활성 불순물이 있음으로써, 특히 프리폼 수트에서 물흡수로 인해 더 취약해 질 수 있다. 약 0.40 이상의 코어-클래드 비를 갖는 마이크로 구조의 광섬유에 대해, 광전송은 약 1380-1390㎚에서 상당한 OH-피크를 나타내며, 이는 특히 전파 광학모드의 감쇠를 증가시킴으로써 광섬유의 광학적 성능을 악화시킨다.

본 출원인은 몇몇 광학적 성능을 갖는 광섬유의 기하학적 특징에 관한 파라미터가 환형영역의 내직경(ID)(예컨대, 도 9 참조)과 MFD 사이의 비(比), 이하 ID/MFD인 것을 알았다.

광섬유를 따라 전파하는 광학모드는 코어의 횡단면적에 주로 한정되고 모드의 소산 테일(evanescent tail)은 주변 클래딩층으로 뻗을 수 있다. 광학모드의 형태와 모드 소산 테일의 부분과 침투 깊이는 전파 파장 이외에 클래딩에 대한 코어의 굴절률(예컨대, 도 9에서 Δ₁)에 따른다. 일반적으로, 싱글모드 전송 광섬유에 대해, 0.4-05% 보다 큰 Δ₁ 값을 초과하지 않으며, 따라서, 통신에서 관심 동작파장(예컨대, 1550㎚ 또는 1310㎚)인 것이 이점적일 수 있으며, 기본 광학모드의 소멸 말미는 일반적으로 코어를 둘러싼 코어 부근의 클래딩층으로 어느 정도 침투한다.

본 출원인은 ID/MFD 비가 충분히 크면, 기본 광학모드는 원칙적으로 광섬유의 만곡부를 따라서만 공극함유 영역을 침투하기 때문에 공극이 있음으로 인해 광섬유의 광학적 특성에 상당한 영향을 끼치는 것을 알았다. 충분히 큰 ID/MFD 값은 코어로부터 공극함유 환형영역의 반경방향 거리가 충분히 큰 것을 의미하므로, 기본 광학모드는 기본적으로 광섬유의 직선부분을 따라 교란없이 진행할 수 있는 반면 공극에 의해 형성된 굴절률의 강하로 인해 광섬유의 만곡부를 따라 환형영역에 있는 공극에 의해 가두어진 채로 있다.

바람직하게는, ID/MFD 비는 2.5 내지 3.2 사이에 포함된다. 몇몇 바람직한 실시예에서, ID/MFD 비는 2.6 내지 .30 사이에 포함된다. 바람직하게는, 코어-클래드 비는 0.30 내지 0.36 사이에 포함된다.

바람직하게는, MFD는 8㎛ 내지 9㎛, 바람직하게는 8.2㎛ 내지 8.8㎛ 사이에 포함된다.

도 16은 공극함유 환형영역의 내직경 및 85 내지 105㎛ 사이에 포함된 표면상 직경을 나타내는 광섬유(원)와 7.0에서 7.5인 MAC 넘버를 나타내는 MFD 사이 비의 함수로서 매크로밴딩 손실 도표이다. 실선은 실험값의 선형 내삽이다.

특히, 도 16에 나타난 결과들은 매크로벤딩 손실이 기본적으로 ID/MFD 비에 무관하며, ID/MFD 값의 큰 범위내에 있는 것을 나타낸다.

따라서, 이점적으로, 본 발명의 일태양에 따른 광섬유는 수분관련 감쇠 피크에서 광전송 특징이 실질적으로 없어진 반면, 매크로벤딩 손실은 1 dB 미만, 예컨대 약 0.5 dB 미만, 바람직하게는 약 0.2 dB 미만으로 현저히 줄어든 것을 나타낸다.

몇몇 바람직한 실시예에서, 공극은 평균직경이 1㎛이며, 가장 작은 직경은 약 0.1㎛이고 가장 큰 직경은 약 1.9㎛이다.

Claims

공극함유 영역을 포함하고, 외부표면이 외직경(d)을 정의하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법으로서,
가열된 프리폼으로부터 길이방향을 따라 연이어 전진하는 마이크로구조의 광섬유를 길이방향을 따라 인출하는 단계와,
간섭패턴을 형성하기 위해 광섬유의 길이방향으로 길이방향 위치에 복사빔을 지향하는 단계와,
간섭패턴을 검출하고, 상기 간섭패턴에 대응하며 복수의 신호 프린지 싸이클을 포함하는 적어도 하나의 전기 검출신호를 발생하는 단계와,
제 1 카운터 회로로 제 1 검출신호를 제공하는 단계와,
상기 제 1 카운터 회로를 이용해 적어도 하나의 검출신호의 복수의 신호파 프린지 싸이클에서 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)를 결정하는 단계와,
광섬유의 외직경을 결정하는 단계와,
광섬유의 전진동안 광섬유의 마이크로구조를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제어하는 단계는
(a) 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)가 간섭 프린지 증가의 기준 개수(N_A ^t)의 기준 범위내에 포함되는 것을 제어하는 단계와,
(b) 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)에 변환인수 K를 곱함으로써 마이크로구조의 길이값(d_A)을 계산하는 단계 및 상기 마이크로구조의 길이값(d_A)이 기준 마이크로구조의 길이값(d_A ^t)의 기준 길이범위 내에 포함되는 것을 제어하는 단계로부터 선택된 적어도 하나의 단계를 포함하고,
상기 기준 개수(N_A ^t)는 변환인수 K에 의해 마이크로구조의 광섬유의 외직경(d)에 대한 간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)보다 더 작으며,
상기 기준 마이크로구조 길이값은 마이크로구조 광섬유의 외직경(d)보다 더 작은 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 1 항에 있어서,
결정된 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)로부터 선택된 적어도 하나의 마이크로구조 파라미터와 결정된 마이크로구조의 길이값(d_A ^t)이 해당 기준범위 밖에 있는 경우,
적어도 하나의 마이크로구조 파라미터가 상기 해당 기준범위 내에 있도록 용융로 내의 하향이송 속도, 인출속도, 가스 유속과 용융로 온도로부터 선택된 적어도 하나의 인출 파라미터를 가변시키는 단계를 더 포함하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 2 항에 있어서,
대략 일정한 값으로 외직경을 유지하도록 용융로 내의 하향이송 속도, 인출속도, 가스 유속과 용융로 온도로부터 선택된 제 1 인출 파라미터와는 다른 적어도 하나의 제 2 인출 파라미터를 가변시키는 단계를 더 포함하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 3 항에 있어서,
대략 일정한 값으로 인출 인장력을 유지하도록 용융로 내의 하향이송 속도, 인출속도, 가스 유속과 용융로 온도로부터 선택된 제 1 및 제 2 인출 파라미터와는 다른 적어도 하나의 제 3 인출 파라미터를 가변시키는 단계를 더 포함하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 1 항에 있어서,
결정된 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)로부터 선택된 적어도 하나의 마이크로구조 파라미터와 결정된 마이크로구조의 길이값(d_A ^t)이 광섬유의 길이 부분을 따라 해당 기준범위 밖에 있는 경우, 상기 길이 부분을 마킹하는 단계를 더 포함하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 5 항에 있어서,
권선 피치에 따라 지지체에 전진하는 광섬유를 권선하는 단계를 더 포함하고, 광섬유의 길이 부분에 해당하는 권선 피치를 변경함으로써 마킹하는 단계가 수행되는 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
간섭패턴을 검출하는 단계 후에 그리고 적어도 하나의 검출신호를 제공하는 단계 전에, 적어도 하나의 검출신호를 제 1 및 제 2 신호로 분할하는 단계를 더 포함하고, 제 1 신호를 제 1 카운터 회로에 제공함으로써 적어도 하나의 검출신호를 제공하는 단계가 수행되며,
광섬유의 외직경을 결정하는 단계는
제 2 신호로부터 공극함유 영역에 대한 신호 성분들을 제거하고 실질적으로 복수의 무교란 간섭 프린지 싸이클을 갖는 필터 신호를 생성하기 위해 제 2 신호를 전기필터링하는 단계와,
필터 신호를 제 2 카운터 회로에 제공하는 단계와,
제 2 카운터 회로를 이용해 필터 신호의 복수의 신호파 프린지 싸이클에서 간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)를 결정하는 단계와,
간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)에 변환인수 K를 곱함으로써 외직경의 값(d)을 계산하는 단계를 포함하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 검출신호는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 신호이고, 제 1 신호를 제 1 카운터 회로에 제공함으로써 적어도 하나의 검출신호를 제공하는 단계가 수행되며,
광섬유의 외직경(d)을 결정하는 단계는
제 2 신호로부터 공극함유 영역에 대한 신호 성분들을 제거하고 실질적으로 복수의 무교란 간섭 프린지 싸이클을 갖는 필터 신호를 생성하기 위해 제 2 신호를 전기필터링하는 단계와,
필터 신호를 제 2 카운터 회로에 제공하는 단계와,
제 2 카운터 회로를 이용해 필터 신호의 복수의 신호파 프린지 싸이클에서 간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)를 결정하는 단계와,
간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)에 변환인수 K를 곱함으로써 외직경의 값(d)을 계산하는 단계를 포함하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
제 2 신호를 전기필터링하는 단계는
간섭패턴의 주파수 스펙트럼에서 마이크로구조의 광섬유의 외직경(d)에 대한 기본 주파수(f_D)보다 더 작은 주파수의 신호 성분을 제거하는 단계를 포함하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 9 항에 있어서,
전기필터링하는 단계는 기본 주파수의 80% 내지 90% 사이에 포함된 -3dB 컷오프 주파수를 갖는 고대역 전기필터를 이용하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 9 항에 있어서,
전기필터링하는 단계는 통과대역의 양의 기울기가 기본 주파수의 80% 내지 90% 사이에 포함된 저주파수 가장자리 상에 -3dB 위치를 갖는 통과대역을 구비하는 대역통과 전기필터를 이용하는 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
기준 개수와 기준 마이크로구조 길이값은 각각 간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)의 0.6배 내지 0.9배 및 외직경(d) 사이에 포함된 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
기준 개수와 기준 마이크로구조 길이값은 각각 간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)의 0.64배 내지 0.84배 및 외직경(d) 사이에 포함된 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
마이크로구조 광섬유는 코어 영역과 상기 코어 영역을 둘러싼 외부 클래딩을 구비하고, 공극함유 영역은 외부 클래딩 영역내에 포함된 환형영역인 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
간섭패턴은 마이크로구조 광섬유의 외부 표면으로부터 반사된 복사와 광섬유에 의해 굴절된 복사 간의 간섭에 의해 야기된 원거리 산란패턴인 마이크로구조의 광섬유 제조방법.
공극함유 영역을 포함하고, 외부표면이 외직경(d)을 정의하며, 길이방향을 따라 뻗어 있는 마이크로구조의 광섬유 제어방법으로서,
간섭패턴을 발생하기 위해 광섬유의 길이방향 위치에서 복사 빔을 지향하는 단계와,
간섭패턴을 검출하고, 상기 간섭패턴에 대응하며 복수의 신호 프린지 싸이클을 포함하는 적어도 하나의 전기 검출신호를 발생하는 단계와,
적어도 하나의 검출 신호를 카운터 회로에 제공하는 단계와,
카운터 회로를 이용해 적어도 하나의 검출신호의 복수의 신호파 프린지 싸이클에서 간섭 프린지 증가(N_A)의 제 1 개수를 결정하는 단계와,
광섬유의 마이크로구조를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제어하는 단계는
(a) 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)가 간섭 프린지 증가의 기준 개수(N_A ^t)의 기준 범위내에 포함되는 것을 제어하는 단계와,
(b) 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)에 변환인수 K를 곱함으로써 마이크로구조의 길이값(d_A)을 계산하는 단계 및 상기 마이크로구조의 길이값(d_A)이 기준 마이크로구조의 길이값(d_A ^t)의 기준 길이범위 내에 포함되는 것을 제어하는 단계로부터 선택된 적어도 하나의 단계를 포함하고,
상기 기준 개수는 변환인수 K에 의해 마이크로구조의 광섬유의 외직경(d)에 대한 간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)보다 더 작으며,
상기 기준 마이크로구조 길이값은 마이크로구조 광섬유의 외직경(d)보다 더 작은 마이크로구조의 광섬유 제어방법.
길이방향을 따라 뻗어 있고, 외부표면이 외직경(d)을 정의하며, 공극함유 영역을 포함하는 마이크로구조 광섬유의 제어를 위한 마이크로구조 제어시스템으로서,
간섭패턴을 형성하기 위해 마이크로구조 광섬유의 길이방향 위치에 지향된 복사 빔을 발생시키기 위한 광원과,
간섭패턴을 검출하고, 간섭패턴에 대응하며 복수의 신호 프린지 싸이클을 각각 갖는 제 1 및 제 2 전기 검출신호를 발생시키기 위한 적어도 하나의 검출기와,
제 1 검출신호를 수신하고, 상기 제 1 검출신호의 복수의 신호파 프린지 싸이클에서 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)를 결정하는데 적합한 제 1 카운터 회로와,
제 2 검출신호를 필터하고, 상기 제 2 검출신호로부터 공극함유 영역에 대한 신호 성분들을 제거하고 실질적으로 복수의 무교란 간섭 프린지 싸이클을 갖는 필터 신호를 생성하는데 적합한 전기필터와,
필터신호를 수신하고, 상기 필터신호의 복수의 신호파 프린지 싸이클에서 간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)를 결정하는데 적합한 제 2 카운터 회로를 구비하며,
상기 제 2 개수는 마이크로구조의 광섬유의 외직경(d)에 대한 것인 마이크로구조 제어시스템.
제 17 항에 있어서,
간섭 프린지 증가의 제 1 및 제 2 개수를 수신하고, 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)가 광섬유의 마이크로구조에 대한 간섭 프린지 증가의 기준 개수(N_A ^t)의 기준 범위 내에 포함되는 것을 제어하는데 적합한 제어 유닛을 더 구비하며, 기준 개수(N_A ^t)는 간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)보다 더 작은 마이크로구조 제어시스템.
제 17 항에 있어서,
간섭 프린지 증가의 제 1 및 제 2 개수를 수신하고, 간섭 프린지 증가의 제 1 개수(N_A)에 변환인수 K를 곱함으로써 얻은 마이크로구조의 길이값(d_A)이 기준 마이크로구조의 길이값(d_A ^t)의 기준 길이범위 내에 포함되는 것을 제어하는데 적합한 제어 유닛을 더 구비하며, 기준값은 간섭 프린지 증가의 제 2 개수(N_D)에 변환인수 K를 곱함으로써 얻은 마이크로구조 광섬유의 외직경(d)보다 더 작은 마이크로구조 제어시스템.
제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 검출기는 단지 하나의 검출기를 구비하고, 상기 검출기로부터의 신호를 제 1 및 제 2 신호로 분할하기 위해 검출기 하류에 배열되어 있는 스플리터를 더 구비하는 마이크로구조 제어시스템.
제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
전기필터는 기본 주파수의 80% 내지 90% 사이에 포함된 -3dB 컷오프 주파수를 갖는 고대역 전기필터인 마이크로구조 제어시스템.
제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
전기필터는 통과대역의 양의 기울기가 기본 주파수의 80% 내지 90% 사이에 포함된 저주파수 가장자리상에 -3dB 위치를 갖는 통과대역을 구비하는 대역통과 전기필터인 마이크로구조 제어시스템.