KR20140121397A - 광섬유의 제조 방법 및 제조 장치, 및 광섬유 - Google Patents

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KR20140121397A
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이와오 오카자키
다카시 야마자키
마사토시 하야카와
마나부 시오자키
노리히로 우에노야마
마사루 후루쇼
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

저렴한 불활성 가스 등의 사용과 저렴한 보조 장치로, 유리 섬유의 직경 변동을 억제하면서 전송 손실의 증가를 적게 한 광섬유의 제조 방법과 제조 장치, 및 그에 의해 제조되는 광섬유를 제공한다. 광섬유용 유리 모재(11)가 삽입되는 노심관(13)과, 노심관의 외부에 배치되고, 노심관을 외측으로부터 가열하는 가열 수단(15)을 구비하며, 광섬유용 유리 모재를 가열 용융시키면서 광섬유(12)를 선인하여, 노심관의 하부의 도출구로부터 외부로 도출시켜 광섬유를 제조한다. 노심관 내에 보내지는 가스로서 아르곤 또는 질소 50% 이상을 함유하는 가스를 이용하고, 노심관의 하부에, 그의 상부가 길이 Db(mm)의 단열재(18)로 둘러싸인 단열재 영역(17a)과, 그의 하부가 단열재로 둘러싸여 있지 않은 비단열재 영역(17b)으로 이루어지는 길이 Da(mm)의 보호관(17)을 설치하고, 보호관 출구에서의 유리 섬유 온도가 1700℃ 이하가 되도록, 및 보호관 출구에서의 유리 섬유의 외경이 목표 유리 섬유 외경으로부터 +6㎛ 이하의 범위 내에 들도록 한다.

Description

광섬유의 제조 방법 및 제조 장치, 및 광섬유{OPTICAL FIBER PRODUCTION METHOD AND PRODUCTION DEVICE, AND OPTICAL FIBER}
본 발명은, 광섬유용 유리 모재를 가열 용융하면서 광섬유를 선인(線引)하는 광섬유의 제조 방법 및 제조 장치, 및 그에 의해 얻어지는 광섬유에 관한 것이다.
광섬유는, 전용 선인로(爐)를 이용해 광섬유용 유리 모재(이하, 유리 모재라고 한다)를 가열 용융하여 유리 섬유를 선인하고, 그의 외면에 보호 피복을 실시하여 제조된다. 선인로는, 노 하우징 내에 유리 모재가 삽입되는 노심관(爐心管)을 배치하고, 노심관의 외부에 배치된 가열 장치로 노심관을 가열하고, 가열 용융된 유리 모재 하단으로부터 유리 섬유를 수하(垂下)시켜, 노심관의 하방 출구로부터 인출하도록 구성되어 있다. 노심관에는 통상 내열성이 있는 카본이 이용되지만, 해당 노심관의 산화를 방지하는 것 등을 위해 노심관 내에는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 희가스나 질소(N2) 등의 가스(이하, 불활성 가스 등이라고 한다)가 보내진다.
노심관 내에 보내진 불활성 가스 등은, 대부분의 경우, 노심관의 상방으로부터 하방을 향해서 흐르는 경우가 많고, 그 경우, 유리 모재로부터 선인된 유리 섬유와 함께, 노심관의 하방으로부터 외부로 방출된다. 큰 직경의 유리 모재를 이용한 선인에서는, 유리 모재의 넥 다운(neck down) 주변에서의 공간이 커지고, 이 공간 부분을 흐르는 가스의 온도 분포가 불균일해지기 때문에, 선인되는 유리 섬유 직경의 변동이 커지기 쉽다. 유리 섬유 직경의 변동이 커지면, 커넥터 접속 시에 접속 손실이 커지는 등의 문제가 생긴다. 이 때문에, 불활성 가스 등으로서 열전도성이 좋은 He 가스를 이용하여, 온도 분포의 균일화를 도모함으로써 유리 섬유의 직경 변동을 억제하는 방법이 이용되거나 한다. 또한, 노심관의 하부에 보호관(하부 연돌(煙突) 또는 하부 연장관이라고도 한다)을 설치하여, 선인 직후의 유리 섬유를 바깥 공기로부터 격리해 바깥 공기의 흐트러짐에 의한 유리 섬유의 직경 변동을 억제하고 있다.
그러나, He 가스는 열전도율이 좋기 때문에, 보호관 내에서 He 가스를 이용하면, 유리 섬유는 급냉된다. 가열 용융된 유리 섬유는, 그의 열에너지에 의해 유리 내의 원자나 분자가 진동하여 배열이 난잡해져 있고, 난잡 상태에 있는 원자나 분자는, 유리가 냉각되는 과정에서 재배열에 의해 유리의 구조 완화가 진행되어, 소정의 온도에서 평형하게 동결되어 고화된다. 유리 구조의 난잡함의 지표가 되는 평형 온도는 가상 온도라고도 일컬어지고, 유리의 냉각이 천천히 행해지는 경우는, 유리 내의 원자나 분자의 난잡 상태가 비교적 완화되어, 가상 온도가 저온측으로 이동한다. 다른 한편, 유리가 급냉되면, 유리 내의 원자나 분자의 재배열이 난잡 상태인 채로 동결 고화되어, 가상 온도는 고온측으로 이동한다.
상기한 바와 같이, He 가스를 이용하면, 선인 직후의 가열 용융 상태에 있는 유리 섬유가, 보호관 내에서 열전도율이 좋은 He 가스에 의해서 급냉되기 때문에, 유리 내의 원자나 분자가 난잡 상태로 동결되므로, 가상 온도는 높은 상태로 되고, 광섬유의 레일리(Rayleigh) 산란 강도를 저감할 수 없어, 전송 손실이 커진다고 말해지고 있다.
상기의 사상에 대응하기 위해서, 예컨대 특허문헌 1에는 노심관의 출구 근방과 보호관 사이에, He 가스에 열전도율이 낮은 가스를 혼합시킨 가스 혼재층을 설치하여, 유리 섬유의 급냉을 억제하는 것이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는 선인된 유리 섬유를 서냉부에 도입하고, 온도 조절용의 Ar 가스로 상온 또는 가열하여, 유리 섬유를 서냉시키는 것이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 3에는 유리 모재로부터 유리 섬유를 인출할 때에, 열처리(서냉)를 실시하여 가상 온도를 소정 범위로 함과 더불어, 유리 섬유의 잔류 응력(인장 응력)을 클래드층의 내측으로부터 외측을 향해서 저감시켜, 직경 방향 분포차를 작게 하여 전송 손실을 작게 하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허 제4356155호 공보 일본 특허공개 2003-176149호 공보 일본 특허 제4663277호 공보
정보화 사회의 진전에 의해, 범용적인 광섬유(단일 모드 광섬유)의 용도는 장거리인 광신호 전송으로부터 비교적 단거리인 집 안으로의 배선, 집 안으로의 LAN 형성 등 다방면에 걸친다. 이에 수반하는 광섬유의 접속에는 광커넥터가 다용되고 있고, 특히 다심(多心) 광커넥터의 사용이 증가하고 있다. 이 다심 광커넥터에의 광섬유 부착은, 커넥터 성형체에 고정밀도로 형성된 섬유 삽입 구멍에 유리 섬유를 삽착(揷着)하는 것에 의해 행해진다. 이 경우, 유리 섬유 직경이 큰 경우는 삽착이 불가능해지고, 유리 섬유 직경이 작은 경우는 삽입 구멍의 중심 위치가 어긋나, 접속 손실 불량이 생긴다. 즉, 다심 광커넥터 부착에 대하여, 사용하는 광섬유인 유리 섬유의 직경 변동이 크면, 제조상의 수율 저하나 접속 손실의 증가라는 문제가 현재화된다.
광섬유인 유리 섬유의 직경 변동을 작게 하기 위해서는, 전술한 바와 같이 유리 모재로부터 선인하는 공정에서 He 가스의 사용이 필요시 된다. 그러나, He 가스는 Ar 가스나 N2 가스 등의 다른 불활성 가스 등과 비교해서 극히 고가여서 광섬유의 제조 비용을 올리는 큰 요인이 되고 있다. 이에 대하여, He 가스를 회수하여 재사용하는 제안도 있지만, 설비가 대규모여서, 초기 투자나 운전 비용의 면에서 합리적이지는 않다.
또한, 전송 손실을 작게 하기 위해서는, 선인 직후의 유리 섬유를 서냉하는 것이 필요시 되지만, 특허문헌 1∼3에 나타내는 바와 같이, 서냉을 위한 가스 공급 장치나 가열 수단의 설치도 초기 투자나 운전 비용이 드는 데다가 조건 설정이나 조정의 수고도 든다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 저렴한 불활성 가스 등의 사용과 저렴한 보조 장치로, 유리 섬유의 직경 변동을 억제하면서 전송 손실의 증가를 적게 한 광섬유의 제조 방법과 제조 장치, 및 그에 의해 제조되는 광섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 광섬유의 제조 방법 및 제조 장치는, 광섬유용 유리 모재가 삽입되는 노심관과, 노심관의 외부에 배치되고, 노심관을 외측으로부터 가열하는 가열 수단을 구비하며, 광섬유용 유리 모재를 가열 용융시키면서 광섬유를 인출하여, 노심관의 하부의 도출구로부터 외부로 도출시켜 광섬유를 제조하는 것이다.
노심관 내에 보내지는 가스로 아르곤 또는 질소 50% 이상을 함유하는 가스를 이용하고, 노심관의 하부에, 그의 상부가 길이 Db(mm)의 단열재로 둘러싸인 단열재 영역과, 그의 하부가 단열재로 둘러싸여 있지 않은 비단열재 영역으로 이루어지는 길이 Da(mm)의 보호관을 설치한다. 그리고, 광섬유의 선인 속도를 V(m/분)로 했을 때에, 상기 Da 및 Db의 길이를, 「V/Da≤1.2 및 V/Db≤2.3」을 만족시키도록 설정하며, 보호관 출구에서의 유리 섬유 온도를 1700℃ 이하가 되도록, 및 보호관 출구에서의 유리 섬유의 외경이 목표 유리 섬유 외경으로부터 +6㎛ 이하의 범위 내에 들도록 한다.
또한, 노심관 내에 보내지는 가스로 아르곤 또는 질소 85% 이상을 함유하는 가스를 이용하고, 노심관의 하부에, 그의 상부가 길이 Db(mm)의 단열재로 둘러싸인 단열재 영역과, 그의 하부가 단열재로 둘러싸여 있지 않은 비단열재 영역으로 이루어지는 길이 Da(mm)의 보호관을 설치하고, 광섬유의 선인 속도를 V(m/분)로 했을 때에, 상기 Da 및 Db의 길이를, 「V/Da≤1.2 및 V/Db≤7.7」을 만족시키도록 설정하며, 보호관 출구에서의 유리 섬유 온도를 1700℃ 이하가 되도록, 및 보호관 출구에서의 유리 섬유의 외경이 목표 유리 섬유 외경으로부터 +6㎛ 이하의 범위 내에 들도록 한다.
또한, 상기의 구성 중에서, 「V/Da≤1.0」이고, 보호관의 출구에서의 유리 섬유의 온도가 1650℃ 이하이며, 보호관의 출구에서의 유리 섬유의 외경이 목표 유리 섬유 외경으로부터 +1.6㎛ 이하의 범위 내에 들도록 하면 더욱 바람직하다.
또한, 보호관 내에서의 그라쇼프수(Grashof number) Gr을 레이놀즈수(Reynolds number) Re의 2승으로 나눈 값이 1 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기의 방법으로 제조된 광섬유는 유리 섬유 직경의 변동이 ±0.4㎛ 이하 또는 ±0.15㎛ 이하이고, 광섬유의 1120cm-1 근방의 반사 스펙트럼이 1119.83cm-1 이상에 피크를 갖거나, 또는 2250cm-1 근방의 흡수 스펙트럼이 2248.54cm-1 이상에 피크를 갖고 있다.
또한, 상기의 방법으로 제조된 광섬유의 잔류 응력이 직경 방향 내측으로부터 외측을 향하여 단조(單調) 증가함과 더불어, 상기 구간의 인장 응력 분포를 직선 근사했을 때의 기울기가 +0.0MPa/㎛∼+0.5MPa/㎛인 것이 바람직하다. 한편, 본 발명은 특히, 선인 속도가 빠른 경우(예컨대 선인 속도 1000m/분 이상)에 적합하여, 생산성이 높은 광섬유를 저비용이면서 품질을 유지한 채로 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 고가인 He 가스의 사용을 저감할 수 있고, 또한 선인된 유리 섬유를 서냉하기 위한 특별한 장치를 이용하지 않아도, 유리 섬유의 직경 변동이 적고, 게다가 전송 손실을 소정값 이하로 한 광섬유를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 광섬유의 제조에 이용하는 선인로의 일례를 설명하는 도면이다.
도 2는 열전도율의 He 가스 중의 Ar 가스 농도 의존성을 나타내는 도면이다.
도 3은 유리 섬유 온도와 유리 섬유의 직경 변동, 보호관 출구에서의 유리 섬유 외경값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 유리 섬유의 잔류 응력에 대하여 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 1에 의해, 본 발명의 광섬유의 제조 방법과 제조 장치의 개략을 설명한다. 한편, 이하에서는 히터에 의해 노심관을 가열하는 저항로를 예로 설명하지만, 코일에 고주파 전원을 인가하여, 노심관을 유도 가열하는 유도로에도 본 발명은 적용 가능하다.
도면에 있어서, 10은 선인로, 11은 광섬유용 유리 모재(유리 모재), 11a는 유리 모재 하단부, 12는 유리 섬유, 13은 노심관, 14는 노 하우징체, 15는 히터, 16, 18은 단열재, 17은 보호관, 17a는 단열재 영역, 17b는 비단열재 영역을 나타낸다.
광섬유의 선인은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 매달아 지지되는 광섬유용 유리 모재(11)(이하, 유리 모재라고 한다)의 하부를 가열 용융하는 것에 의해 유리 모재 하단부(11a)로부터 유리 섬유(12)를 용융 수하시켜, 소정의 유리 섬유 직경이 되도록 선인하여 행해진다. 이를 위한 광섬유 선인로(10)는, 유리 모재(11)가 삽입 공급되는 노심관(13)을 둘러싸도록 하여 가열용의 히터(15)를 배치하고, 이 히터(15)의 열이 외부로 방산되지 않도록 카본 펠트나, 카본제 성형 단열재 등, 카본제의 단열재(16)로 둘러싸고, 그의 외측 전체를 노 하우징체(14)로 둘러싸서 구성된다.
유리 모재(11)는 매달기 기구(도시 생략)에 의해 매달아 지지되고, 광섬유의 선인 진행에 따라서 하방으로 순차적으로 이동 제어된다. 노 하우징체(14)는 스테인레스 등의 내식성이 우수한 금속으로 형성되고, 중심부에 고순도의 카본으로 형성된 후술하는 원통상의 노심관(13)이 배치된다. 노심관(13)의 산화·열화를 방지하기 위해서, 노심관(13) 내에는 아르곤, 헬륨, 질소 등의 불활성 가스 등이 유입되고, 이 불활성 가스 등은 유리 모재(11)와 노심관(13)의 간극을 통과하며, 그의 대부분은 선인로(10)의 하방에 노심관(13)을 연장하는 형태로 설치된 보호관(17)을 통해, 선인된 유리 섬유(12)와 함께 외부로 방출된다.
보호관(17)은 가열 연화되어 있는 유리 섬유(12)의 급냉을 완화함과 동시에 어느 정도 냉각 경화시켜 유리 섬유의 직경 변동을 억제하는 기능을 갖고 있다. 한편, 보호관(17)의 하단에 셔터 등이 설치되는 경우도 있다. 이 보호관(17)은 노심관과 마찬가지인 카본, 또는 스테인레스 등의 금속으로 형성되지만, 노심관(13)과는 분할할 수도 있어, 노심관(13)의 하단에 연결하도록 하여 설치된다.
본 발명에 있어서는, 상기 구성의 선인로(10)를 이용하여 광섬유를 선인함에 있어서, 노심관(13) 내에 흘려보내는 불활성 가스 등으로서, Ar 또는 N2 가스를 50% 이상, 또는 85% 이상 함유하는 가스를 이용한다. 즉, Ar 또는 N2 가스가 100%여도 좋고, He 가스와 Ar 또는 N2 가스의 혼합 가스를 이용하는 경우에 있어서도, Ar 또는 N2 가스를 50% 이상, 또는 85% 이상 함유하는 가스를 이용하고 있다.
Ar 또는 N2 가스의 사용에 의해, He 가스를 100% 사용하는 경우에 비하여, 유리 모재(11)의 하단부(11a)로부터 용융 수하되는 유리 섬유(12)의 급냉을 억제하여, 유리 섬유의 구조 완화를 진행시키기 쉽게 하는 것이 가능해진다.
유리 섬유의 구조 완화를 진행시키기 위해서는, Ar 또는 N2 가스 50% 이상으로 했을 때에 효과적이고, 특허문헌 1, 2에 개시된 바와 같이, 노심관(13)의 출구 부근에서 서냉을 위한 온도 조정용 가스 등을 도입할 필요가 없어진다. 이 결과, 유리 섬유에 대하여 별도의 입구로부터의 가스 도입에 의한 정체나 간섭이 발생하는 것을 없애, 유리 섬유 진동이나 유리 섬유 직경 변동을 일으키는 요인을 배제할 수 있다. 또한, 가격적으로 고가인 He 가스의 사용을 50% 이상 줄일 수 있어, 비용면에서의 효과도 현저해진다.
한편, Ar 또는 N2 가스의 비율을 높여 85% 이상으로 함으로써, 더욱 유리 섬유의 구조 완화를 진행시킬 수 있고, 또한 비용도 삭감할 수 있다.
선인로(10)의 하방에 설치한 보호관(17)의 상부측(상류측)은 단열재(18)로 둘러싸 여기서부터의 방열을 억제하여, 선인 직후의 유리 섬유의 온도가 급냉되는 것을 완화하도록 한다. 이 단열재(18)로 덮인 범위를 단열재 영역(17a)으로 하면, 이 단열재 영역(17a) 내에서, 유리 섬유(12)의 온도가 1800℃ 이하가 될 때까지 유지되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 유리가 냉각되는 과정에서의 유리 섬유의 구조 완화를 진행시키기 쉽게 할 수 있다.
한편, 불활성 가스 등에서의 Ar 또는 N2 가스의 비율이 높을수록 유리 섬유의 구조 완화를 진행시킬 수 있기 때문에, Ar 또는 N2 가스의 비율이 높을수록 단열재 영역(17a)을 짧게 하는 것이 가능해진다.
도 2는 일례로서 열전도율의 He 가스 중의 Ar 가스 농도 의존성의 그래프를 나타내며, 이 그래프로부터, Ar 가스의 비율이 높아질수록 열전도율이 낮아져, 유리 섬유의 온도가 급냉되는 것을 완화한다는 것을 알 수 있다.
단열재 영역(17a)의 하방측(하류측)은 단열재가 없는 비단열재 영역(17b)(보호관의 하단 위치까지)을 설치하여, 구조 완화 후의 유리 섬유(12)의 냉각을 상부측보다도 촉진시킨다. 즉, 유리 구조가 고정화된 유리 섬유는 그 이후의 냉각을 어느 정도 신속하게 행하여, 설비 높이(보호관의 길이)가 너무 지나치게 높아지지 않도록 억제하는 것이 바람직하다.
그러나, Ar 또는 N2 가스의 사용과 보호관(17)의 단열재 영역(17a)을 설치함으로써, 출구측의 유리 섬유 외경의 축경(縮徑)이 둔해지고, 보호관(17)의 출구에서의 외경이 목표값(최종 외경)에 대하여 소정값 이상으로 커져 있으면, 유리 섬유의 직경 변동도 증가한다.
즉, 보호관(17)의 출구로부터 도출된 유리 섬유는 바깥 공기에 직접 노출되기 때문에, 유리 섬유 외경은 목표 외경의 +6㎛ 이하, 바람직하게는 +1.6㎛ 이하, 더 바람직하게는 +0.2㎛ 이하까지 축경되어 있을 필요가 있다. 이를 위해서는, 비단열재 영역(17b) 내에서 유리 섬유(12)의 온도가 1700℃ 이하, 바람직하게는 1650℃ 이하, 더 바람직하게는 1500℃ 이하에 도달하도록 냉각되어 있는 것이 바람직하다. 유리 섬유의 온도가 높아짐에 따라서, 도 3(A)에 나타내는 바와 같이, 유리 섬유의 직경 변동이 커지는 경향을 보이고, 또한 도 3(B)에 나타내는 바와 같이, 유리 섬유 직경의 목표값을 125㎛로 했을 때, 보호관(17)의 출구에서의 외경값은 목표값보다 커지는 경향을 보인다.
한편, 선인로 출구에서의 유리 섬유 온도의 측정은 적외선 센서 등으로 측정할 수 있고, 유리 섬유 직경은 레이저 외경 측정기 등을 이용하여 측정할 수 있다.
유리 섬유 온도를 상기한 소정의 온도로 하기 위한 보호관 및 단열재 영역의 길이는, 선인되는 유리 섬유의 선속 V(m/분)에 의존하고, 선속이 빠를수록 길게 할 필요가 있다. 보호관의 길이를 Da(mm), 단열재 영역의 길이를 Db(mm)로 했을 때, 노심관 내에 보내지는 가스로 아르곤 또는 질소 50% 이상을 함유하는 가스를 이용한 경우는, V/Da≤1.2 및 V/Db≤2.3이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 식을 적용시키면, 선인 속도를 예컨대 1000(m/분)으로 하면, Da≥833mm, Db≥435mm가 된다.
한편, V/Da≤1.0 및 V/Db≤2.3이 되도록 하는 것이 더 바람직하고,이 식을 적용시키면, 선인 속도를 예컨대 1000(m/분)으로 하면, Da≥1000mm, Db≥435mm가 된다.
또한, 노심관 내에 보내지는 가스로 아르곤 또는 질소 85% 이상을 함유하는 가스를 이용한 경우는, V/Da≤1.2 및 V/Db≤7.7이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 식을 적용시키면, 선인 속도를 예컨대 1000(m/분)으로 하면, Da≥833mm, Db≥130mm가 된다.
한편, V/Da≤1.0 및 V/Db≤7.7이 되도록 하는 것이 더 바람직하고,이 식을 적용시키면, 선인 속도를 예컨대 1000(m/분)으로 하면, Da≥1000mm, Db≥130mm가 된다.
보호관(17)의 단열재 영역(17a)은 보호관(17)의 외주에 단열재(18)를 배치하여 형성할 수 있다. 단열재(18)는 선인로의 히터(15)를 덮는 단열재(16)와 동일한 것을 이용할 수 있고, 히터(15)로 달구어진 보호관(17)의 열이 외부로 방열되는 것을 억제한다. 이 단열재 영역(17a)은 유리 모재(11)의 하단부(11a)로부터 용융 수하된 유리 섬유(12)가 급냉하는 것을 완화하여, 유리 섬유의 구조 완화를 진행시킬 수 있다. 따라서, 이 단열재 영역(17a)에, 종래와 같이, 별도의 Ar 또는 N2 가스를 유입하거나, 가열 장치로 가열하거나 하지 않아도 되게 되어, 대규모의 가스 공급 장치나 가열 장치를 필요로 하지 않아, 광섬유의 제조 비용의 삭감을 도모할 수 있다.
전술한 바와 같이, Ar 또는 N2 가스를 사용하는 것에 의해, 제조 비용을 낮출 수 있음과 더불어, 유리 섬유의 구조 완화를 진행시켜 가상 온도를 저온측으로 옮겨, 유리 내의 원자나 분자의 배열 상태를 조정하고, 광섬유의 레일리 산란 강도를 저감하여 전송 손실을 작게 하는 것이 가능해진다.
그러나, Ar 또는 N2 가스는 열전도성이 He 가스에 비하여 작고(He 가스의 1/8 정도), 유리 모재의 하단부(11a)의 넥 다운의 형상이 길어지기 때문에, Ar 또는 N2 가스의 사용은 외란(外亂)(가스의 흐름 등)에 의한 영향을 받기 쉬워진다.
예컨대, 주변의 가스 흐름의 흐트러짐에 예민하게 반응하여, 넥 다운의 형상이나 수하되는 유리 섬유의 직경 변동이 생기기 쉬워진다. 이 때문에, 유리 모재의 하단부(11a) 근방에 있어서, 노심관(13)을 넥 다운의 형상에 맞추어 축경하여, 불활성 가스 등의 흐름이 흐트러지는 것을 억제하는 것으로 해도 좋다. 이와 같이 축경하는 것에 의해, 히터(15)로부터의 방사열을 효과적으로 유리 모재측에 반사시켜, 가열 효율을 높일 수도 있다.
또한, 노심관 내의 압력 변동에 의해서도 유리 섬유 직경이 변동된다. 그러나, 조사 결과, 노심관 내에서의 1Hz 이하에서의 압력 변동을 작게 함으로써, 유리 섬유의 직경 변동을 원하는 값(±0.4㎛ 이하)으로 할 수 있다는 것이 판명되었다. 한편, 유리 섬유 직경의 변동값은 유리 섬유 직경의 편차(표준 편차)의 3배 값으로서 규정할 수 있다. 덧붙여 말하면, He 가스를 이용한 경우는 압력 변동에 의한 영향이 거의 없다는 것도 판명되었다. 한편, 노심관 내의 압력은 선인로의 적당한 개소에 압력 측정구를 설치하여, 압력계를 설치함으로써 용이하게 계측할 수 있다.
노심관 내의 압력 변동은 보호관(17) 내의 가스가 흐르는 방법에 의해서도 발생한다. 구체적으로는, 보호관 내의 그라쇼프수 Gr을 레이놀즈수 Re의 2승으로 나눈 값 (Gr/Re2)이 1보다 큰 경우에, 보호관 내의 가스의 흐름이 부력의 효과에 의해 흐트러져 압력 변동이 야기된다. 이 압력 변동이 유리 모재의 하단부(11a)에 작용하여 유리 섬유 직경이 변동된다. 따라서, 보호관 내에서의 상기의 값 (Gr/Re2)을 1 이하가 되도록 보호관 내 직경 등을 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 그라쇼프수 Gr, 레이놀즈수 Re는 가스 유속을 w, 동점성 계수를 ν, 보호관 내 직경을 d, 중력 가속도를 g, 체팽창 계수를 β, 온도차를 Δθ로 했을 때,
레이놀즈수: Re=wd/ν
그라쇼프수: Gr=(d3gβΔθ)/(ν2)
의 식으로 표시된다. 석영 유리 광섬유의 선인 프로세스에서는 β=1/T로 할 수 있고, 또한 T(온도)=1850K(켈빈), Δθ=1550K를 대표값으로 해서 계산한다. 한편, 가스 유속 w는 노 내에 도입하는 가스의 유속 w1과, 선인 속도에 의존하여 유리 섬유에 견인되는 노 내 가스의 유속(견인류) w2를 합친 것이 된다.
상술한 방법으로 제조된 광섬유는, Ar 또는 N2 가스의 사용과 상부를 단열재로 둘러싼 보호관에 의한 서냉 구조의 채용에 의해, 유리의 구조 완화를 진행시킬 수 있고, He 가스를 사용하고 서냉 구조를 설치하지 않는 경우에 비하여, 가상 온도를 낮추어 전송 손실을 어느 정도 작게 하는 것을 가능하게 함과 더불어, 제조 비용을 크게 저감할 수 있다. 그리고, 보호관 출구의 유리 섬유 온도를 소정 범위 내에 머물게 하여, 보호관 내에서 목표 외경의 +6㎛ 이하까지 축경하는 것에 의해 바깥 공기에 노출될 때의 외경을 작게 함과 더불어, 압력 변동을 억제하는 것에 의해, 유리 섬유의 직경 변동을 저감할 수 있다. 한편, 유리 섬유 직경의 변동은 ±0.4㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이 광섬유는 다심 광커넥터 부착에 대한 수율을 양호하게 함과 더불어, 접속 손실을 작게 할 수 있다.
유리 섬유의 선인 과정에서의 냉각으로, 예컨대 유리 섬유의 가상 온도를 30℃ 낮추면, 대략 1.55㎛의 파장대에서 전송 손실을 0.002dB/km 정도 저감할 수 있다. 즉, 가상 온도를 낮춤으로써 유리의 구조 완화를 추진하여, 전송 손실을 낮추는 것이 가능해진다.
한편, 가상 온도는 측정 방법이나 이용하는 계산식에 따라 산출값이 상이하기 때문에, 가상 온도 의존성이 있는 반사 스펙트럼 피크 위치, 또는 흡수 스펙트럼 피크 위치로 가상 온도를 상정하는 것이 바람직하다.
즉, 전술한 방법으로 선인된 본 발명에 의한 유리 섬유는, 1120cm-1 근방의 반사 스펙트럼 피크 위치가 1119.83cm-1 이상에 존재하거나, 또는 2250cm-1 근방의 흡수 스펙트럼 피크 위치가 2248.54cm-1 이상에 존재하는 것이 바람직하다.
또한, 냉각된 유리 섬유는 인장과 압축의 잔류 응력을 갖고 있다. 도 4는 그 유리 섬유의 직경 방향의 잔류 응력(클래드 응력) 분포의 일례를 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 「a」는 Ar 가스를 이용하여 선인한 본 발명에서 대상으로 하는 광섬유, 「b」는 종래의 He 가스를 이용하여 선인한 광섬유, 「c」는 특허문헌 3에 개시된 광섬유의 예를 나타낸다. 한편, 도면의 잔류 응력이 0보다 위쪽이 인장 응력이 되고, 아래쪽이 압축 응력이 된다.
종래의 He 가스를 이용하여, 서냉을 행하는 일 없이 냉각한 광섬유 「b」에 있어서는, 유리 섬유의 외면에 열전도성이 좋은 He 가스가 접촉하여 급냉되기 때문에, 유리 섬유의 클래드층의 외주측에 인장에 의한 큰 잔류 응력이 생긴다. 그리고, 클래드층의 내측을 향하여 압축에 의한 잔류 응력이 생기고, 중앙의 코어 영역에서는 압축에 의한 잔류 응력이 생긴다. 즉, 잔류 응력의 직경 방향 분포차가 큰 광섬유가 된다.
한편, 광섬유 「c」는 특허문헌 3에 개시된 것으로, 클래드층 부분의 거의 전 영역이 인장 응력이고, 해당 인장 응력은 클래드층의 내측으로부터 외측을 향해서 감소되고 있다. 이 응력 분포에 의하면, 유리 섬유의 잔류 응력의 직경 방향 분포차가 작기 때문에, 전송 손실이 작고, 또한 레일리 산란도 낮게 억제되는 것을 기대할 수 있다고 되어 있다. 그러나, 이러한 응력 분포를 얻기 위해서는, 유리 섬유의 냉각 과정에서, 강하→상승→강하의 열처리를 거친다는 것을 의미하고 있다. 유리 섬유의 온도 변동은 주위의 가스 온도가 단조롭게 변화하지 않고 있다는 것을 시사하고 있고, 가스 흐름에 흐트러짐을 발생시키기 쉬운 상태가 되어, 유리 섬유 직경의 변동이 커질 우려가 있다. 또한, 유리 섬유의 열처리에, 특허문헌 2에 나타내는 것과 같은 특별한 열처리 장치(서냉 장치)가 필요해진다.
이에 비하여, Ar 가스를 이용하고, 전술한 단열재 영역에서 서냉한 본 발명에 의한 광섬유 「a」에 있어서는, 유리 섬유의 외주면에 열전도성이 낮은 Ar 가스가 접촉하고, 게다가 보호관의 주위에 단열재를 배치한 단열재 영역에서 유리 섬유의 급냉이 완화된다. 이 결과, 클래드층의 외주측의 인장 응력이 저감되어, 클래드층의 내측으로부터 외측을 향하여 완만하게 단조 증가하는 잔류 응력이 된다.
구체적으로는, 클래드층의 내측으로부터 외측을 향한 응력 분포를 직선 근사했을 때의 기울기가 +0.0MPa/㎛∼+0.5MPa/㎛가 되도록 형성된다. 이 기울기는, 잔류 응력의 직경 방향 분포차가 작고, 내부 응력의 변형이 작으며, 유리 밀도의 변동 등에 의한 전송 손실의 증가가 효과적으로 저감되는 상태로 되어 있다.
도 5는 전술한 유리 섬유의 직경 변동을 ±0.4(㎛) 또는 ±0.15(㎛) 이하, 전송 손실을 0.185(dB/km) 이하로 하는 것을 목표로 하여, 제조 방법에 대하여 평가한 시험 결과를 나타낸 것이다. 한편, 시험에 이용한 광섬유(시료 1∼14)는 유리 섬유 직경이 125㎛인 단일 모드의 광섬유이고, 광섬유 제조에 이용한 선인로는 도 1에서 나타낸 구조의 것으로, 보호관(17) 상부의 단열재 영역(17a)의 유무, 노심관 내에 도입하는 가스를 He 가스 100%, Ar 가스 100%, Ar 가스 50% + He 가스 50%의 혼합 가스, Ar 가스 85% + He 가스 15%의 4가지로 하여 시험했다.
시료 1은 노심관 내에 도입하는 가스가 He 가스 100%이고, 보호관의 상부에 단열재 영역(17a)을 설치하지 않는 표준에 가까운 제조 방법에 의한 것이다. 평가 결과는, 유리 섬유의 직경 변동은 적지만, 전송 손실이 목표값에는 미달이고, 종래품의 광섬유와 동일한 정도의 것이었다.
시료 2는 시료 1과 마찬가지로 단열재 영역(17a)을 설치하지 않는 것이고, 노심관 내에 도입하는 가스를 Ar 가스 50% + He 가스 50%의 혼합 가스로 하는 것 이외는 시료 1과 동일하다. 평가 결과는, 유리 섬유의 직경 변동이 목표 미달이었기 때문에, 그 밖의 특성에 대해서는 측정하지 않았다.
시료 3은 시료 1과 마찬가지로 단열재 영역을 설치하지 않는 것이고, 노심관 내에 도입하는 가스를 Ar 가스 85% + He 가스 15%의 혼합 가스로 하는 것 이외는 시료 1, 2와 동일하다. 평가 결과는, (Gr/Re2)이 커져, 시료 2보다도 더욱 유리 섬유의 직경 변동이 컸다.
시료 4는 노심관 내에 도입하는 가스를 Ar 가스 100%로 하고, 보호관(17)의 상부에 보호관의 길이의 약 1/2 길이로 단열재 영역(17a)을 설치한 것이다. 평가 결과는, 시료 3보다는 유리 섬유의 직경 변동은 작아졌지만, 출구 온도가 완전히 낮아지지 않고, (Gr/Re2)도 1보다 크기 때문에, 유리 섬유의 직경 변동은 목표 미달이었다.
시료 5는 시료 4와 마찬가지로 보호관의 상부에 단열재 영역(17a)을 설치하고, 노심관 내에 도입하는 가스를 시료 2와 마찬가지로 Ar 가스 50% + He 가스 50%의 혼합 가스로 한 것이다. 그러나, 단열재 영역(17a)의 길이 Db를 시료 4의 경우의 약 1/2로 짧게 했다. 평가 결과는, 유리 섬유의 직경 변동은 시료 4보다는 좋아졌지만, 클래드부의 응력 기울기(클래드 응력)는 낮아지지 않고, 전송 손실도 미달이었다.
시료 6은 시료 5와 마찬가지로 단열재 영역(17a)을 설치하고, 노심관 내에 도입하는 가스를 Ar 가스 50% + He 가스 50%의 혼합 가스로 한 것이다. 단, 보호관(17) 상부의 단열재 영역(17a)은, 시료 4와 동일하게 보호관의 길이의 약 1/2의 길이로 했다. 평가 결과는, 전송 손실을 목표값 이하로 함과 더불어, 유리 섬유의 직경 변동을 목표값 이하인 ±0.10㎛로 할 수 있었다. 즉, 보호관(17) 상부의 단열재 영역(17a)을 소정 길이로 함으로써 유리 섬유의 직경 변동을 억제할 수 있다고 말할 수 있다.
시료 7은 시료 6과 마찬가지로 단열재 영역(17a)을 설치하고, 노심관 내에 도입하는 가스를 Ar 가스 100%로 한 것으로, (Gr/Re2)은 시료 6보다 작은 0.1로 했다. 평가 결과는, 전송 손실이 목표값을 달성함과 더불어, 유리 섬유의 직경 변동을 목표값 이하인 ±0.4㎛로 할 수 있었다. 즉, Ar 가스가 100%여도, (Gr/Re2)을 1 이하로 함으로써 유리 섬유의 직경 변동을 억제할 수 있다고 말할 수 있다.
시료 8은 시료 7과 마찬가지로 단열재 영역(17a)을 설치하고, 노심관 내에 도입하는 가스를 Ar 가스 100%로 한 것이다. 단, 보호관(17)의 길이는 시료 7보다 길게 1.3배로 했다. (Gr/Re2)은 시료 7과 동일하게 0.1로 했다. 평가 결과는, 전송 손실이 목표값을 달성함과 더불어, 유리 섬유의 직경 변동을 시료 7보다 작은 ±0.15㎛로 할 수 있었다.
시료 9는 시료 7과 마찬가지로 단열재 영역(17a)을 설치하고, 노심관 내에 도입하는 가스를 Ar 가스 85% + He 가스 15%의 혼합 가스로 한 것이다. 단, 보호관(17) 상부의 단열재 영역(17a)은, 시료 7보다 짧게 보호관의 길이의 0.15배로 했다. (Gr/Re2)은 시료 7과 동일하게 0.1로 했다. 평가 결과는, 전송 손실이 시료 7보다 약간 높아졌지만, 전송 손실이 목표값을 달성함과 더불어, 유리 섬유의 직경 변동을 시료 7보다 작은 ±0.11㎛로 할 수 있었다.
시료 10은 시료 9와 마찬가지로 단열재 영역(17a)을 설치하고, 노심관 내에 도입하는 가스를 Ar 가스 100%로 한 것이다. (Gr/Re2)은 시료 9와 동일하게 0.1로 했다. 평가 결과는, 유리 섬유의 직경 변동은 시료 9보다 커졌지만, 전송 손실이 목표값을 달성함과 더불어, 유리 섬유의 직경 변동을 목표값 이하인 ±0.39㎛로 할 수 있었다.
시료 11은 시료 9와 마찬가지로 단열재 영역(17a)을 설치하고, 노심관 내에 도입하는 가스를 Ar 가스 85% + He 가스 15%의 혼합 가스로 한 것이다. 단, 보호관의 길이는 시료 9보다 길게 1.3배로 했다. (Gr/Re2)은 시료 9와 동일하게 0.1로 했다. 평가 결과는, 전송 손실이 목표값을 달성함과 더불어, 유리 섬유의 직경 변동을 목표값 이하인 ±0.10㎛로 할 수 있었다.
시료 12는 시료 11과 마찬가지로 단열재 영역(17a)을 설치하고, 노심관 내에 도입하는 가스를 Ar 가스 100%로 한 것이다. (Gr/Re2)은 시료 11과 동일하게 0.1로 했다. 평가 결과는, 전송 손실이 목표값을 달성함과 더불어, 유리 섬유의 직경 변동을 목표값 이하인 ±0.15㎛로 할 수 있었다.
시료 13은 시료 8과 동일한 길이의 단열재 영역(17a)을 설치하고, 노심관 내에 도입하는 가스도 마찬가지로 Ar 가스 100%로 한 것이다. 단, 보호관의 길이는 시료 8보다 길게 약 1.3배로 했다. (Gr/Re2)은 0.1로 했다. 평가 결과는, 전송 손실이 목표값을 달성함과 더불어, 유리 섬유의 직경 변동을 목표값 이하인 ±0.10㎛로 할 수 있었다.
시료 14는 시료 12와 동일한 길이의 단열재 영역(17a)을 설치하고, 노심관 내에 도입하는 가스도 마찬가지로 Ar 가스 100%로 한 것이다. 단, 보호관의 길이는 시료 12보다 길게 약 1.3배로 했다. (Gr/Re2)은 0.1로 했다. 평가 결과는, 전송 손실이 목표값을 달성함과 더불어, 유리 섬유의 직경 변동을 목표값 이하인 ±0.10㎛로 할 수 있었다.
한편, 양호한 특성을 나타낸 시료 6∼14의 1120cm-1 근방의 반사 피크는 1119.83cm-1 이상의 범위에 있고, 2250cm-1 근방의 흡수 피크는 2248.54cm-1 이상의 범위에 있는 데 비하여, 시료 1, 5의 반사 피크, 흡수 피크는 이 범위를 벗어나 있다.
또한, 클래드 응력은, 시료 6∼14에서는 0.5MPa/㎛ 이하인 데 비하여, 시료 1, 5에서는 0.5MPa/㎛보다 커져 있다.
10: 선인로 11: 광섬유용 유리 모재(유리 모재)
11a: 유리 모재 하단부 12: 유리 섬유
13: 노심관 14: 노 하우징체
15: 히터 16, 18: 단열재
17: 보호관 17a: 단열재 영역
17b: 비단열재 영역

Claims (11)

  1. 광섬유용 유리 모재가 삽입되는 노심관(爐心管)과, 상기 노심관의 외부에 배치되고, 상기 노심관을 외측으로부터 가열하는 가열 수단을 구비하며, 상기 광섬유용 유리 모재를 가열 용융시키면서 유리 섬유를 선인(線引)하여, 상기 노심관의 하부의 도출구로부터 외부로 도출시키는 광섬유의 제조 방법으로서,
    상기 노심관 내에 보내지는 가스로 아르곤 또는 질소 50% 이상을 함유하는 가스를 이용하고, 상기 노심관의 하부에, 그의 상부가 길이 Db(mm)의 단열재로 둘러싸인 단열재 영역과, 그의 하부가 단열재로 둘러싸여 있지 않은 비단열재 영역으로 이루어지는 길이 Da(mm)의 보호관을 설치하고,
    상기 광섬유의 선인 속도를 V(m/분)로 했을 때에, 상기 Da 및 상기 Db의 길이를, 「V/Da≤1.2 및 V/Db≤2.3」을 만족시키도록 설정하며, 상기 보호관의 출구에서의 상기 유리 섬유의 온도를 1700℃ 이하가 되도록, 및 상기 보호관의 출구에서의 상기 유리 섬유의 외경이 목표 유리 섬유 외경으로부터 +6㎛ 이하의 범위 내에 들도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  2. 광섬유용 유리 모재가 삽입되는 노심관과, 상기 노심관의 외부에 배치되고, 상기 노심관을 외측으로부터 가열하는 가열 수단을 구비하며, 상기 광섬유용 유리 모재를 가열 용융시키면서 유리 섬유를 선인하여, 상기 노심관의 하부의 도출구로부터 외부로 도출시키는 광섬유의 제조 방법으로서,
    상기 노심관 내에 보내지는 가스로 아르곤 또는 질소 85% 이상을 함유하는 가스를 이용하고, 상기 노심관의 하부에, 그의 상부가 길이 Db(mm)의 단열재로 둘러싸인 단열재 영역과, 그의 하부가 단열재로 둘러싸여 있지 않은 비단열재 영역으로 이루어지는 길이 Da(mm)의 보호관을 설치하고,
    상기 광섬유의 선인 속도를 V(m/분)로 했을 때에, 상기 Da 및 상기 Db의 길이를, 「V/Da≤1.2 및 V/Db≤7.7」을 만족시키도록 설정하며, 상기 보호관의 출구에서의 상기 유리 섬유의 온도를 1700℃ 이하가 되도록, 및 상기 보호관의 출구에서의 상기 유리 섬유의 외경이 목표 유리 섬유 외경으로부터 +6㎛ 이하의 범위 내에 들도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    「V/Da≤1.0」이고, 상기 보호관의 출구에서의 상기 유리 섬유의 온도가 1650℃ 이하이며, 상기 보호관의 출구에서의 상기 유리 섬유의 외경이 목표 유리 섬유 외경으로부터 +1.6㎛ 이하의 범위 내에 들도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호관의 내부에서의 그라쇼프수 Gr을 레이놀즈수 Re의 2승으로 나눈 값이 1 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  5. 광섬유용 유리 모재가 삽입되는 노심관과, 상기 노심관의 외부에 배치되고, 상기 노심관을 외측으로부터 가열하는 가열 수단을 구비하며, 상기 광섬유용 유리 모재를 가열 용융시키면서 유리 섬유를 선인하여, 상기 노심관의 하부의 도출구로부터 외부로 도출시키는 광섬유의 제조 장치로서,
    상기 노심관 내에 보내지는 가스로 아르곤 또는 질소 50% 이상을 함유하는 가스를 이용하고, 상기 노심관의 하부에, 그의 상부가 길이 Db(mm)의 단열재로 둘러싸인 단열재 영역과, 그의 하부가 단열재로 둘러싸여 있지 않은 비단열재 영역으로 이루어지는 길이 Da(mm)의 보호관을 설치하고,
    상기 유리 섬유의 온도가 1700℃ 이하가 되도록, 및 상기 보호관의 출구에서의 상기 유리 섬유의 외경이 목표 유리 섬유 외경으로부터 +6㎛ 이하의 범위 내에 들도록, 상기 광섬유의 선인 속도를 V(m/분)로 했을 때에, 상기 Da 및 Db의 길이가 「V/Da≤1.2 및 V/Db≤2.3」을 만족시키도록 설정하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 장치.
  6. 광섬유용 유리 모재가 삽입되는 노심관과, 상기 노심관의 외부에 배치되고, 상기 노심관을 외측으로부터 가열하는 가열 수단을 구비하며, 상기 광섬유용 유리 모재를 가열 용융시키면서 유리 섬유를 선인하여, 상기 노심관의 하부의 도출구로부터 외부로 도출시키는 광섬유의 제조 장치로서,
    상기 노심관 내에 보내지는 가스로 아르곤 또는 질소 85% 이상을 함유하는 가스를 이용하고, 상기 노심관의 하부에, 그의 상부가 길이 Db(mm)의 단열재로 둘러싸인 단열재 영역과, 그의 하부가 단열재로 둘러싸여 있지 않은 비단열재 영역으로 이루어지는 길이 Da(mm)의 보호관을 설치하고,
    상기 유리 섬유의 온도가 1700℃ 이하가 되도록, 및 상기 보호관의 출구에서의 상기 유리 섬유의 외경이 목표 유리 섬유 외경으로부터 +6㎛ 이하의 범위 내에 들도록, 상기 광섬유의 선인 속도를 V(m/분)로 했을 때에, 상기 Da 및 Db의 길이가 「V/Da≤1.2 및 V/Db≤7.7」을 만족시키도록 설정하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 유리 섬유의 온도가 1650℃ 이하이고, 상기 보호관의 출구에서의 상기 유리 섬유의 외경이 목표 유리 섬유 외경으로부터 +1.6㎛ 이하의 범위 내에 들며,「V/Da≤1.0」인 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 장치.
  8. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 광섬유로서, 유리 섬유 직경의 변동이 ±0.4㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  9. 제 3 항 또는 제 4 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 광섬유로서, 유리 섬유 직경의 변동이 ±0.15㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 광섬유.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 광섬유의 1120cm-1 근방의 반사 스펙트럼이 1119.83cm-1 이상에 피크를 갖거나, 또는 2250cm-1 근방의 흡수 스펙트럼이 2248.54cm-1 이상에 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유의 잔류 응력이 직경 방향 내측으로부터 외측을 향하여 단조(單調) 증가함과 더불어, 상기 구간의 인장 응력 분포를 직선 근사했을 때의 기울기가 +0.0MPa/㎛∼+0.5MPa/㎛인 것을 특징으로 하는 광섬유.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111902375A (zh) * 2018-03-23 2020-11-06 住友电气工业株式会社 炉内气体供给装置、光纤制造装置、光纤的制造方法
US11845662B2 (en) 2017-09-18 2023-12-19 Lg Chem, Ltd. Method for preparing carbon nanotube fiber having enhanced tensile strength

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5817801B2 (ja) * 2013-10-10 2015-11-18 住友電気工業株式会社 光ファイバ冷却装置及び光ファイバ製造方法
CN104496171B (zh) * 2014-11-27 2016-09-07 南京华信藤仓光通信有限公司 降低光纤损耗的方法
JP6545568B2 (ja) * 2015-08-11 2019-07-17 株式会社フジクラ 光ファイバ素線の製造方法
US10308544B2 (en) * 2015-10-13 2019-06-04 Corning Incorporated Gas reclamation system for optical fiber production
CN110121482B (zh) * 2016-11-30 2022-05-27 康宁股份有限公司 用于控制玻璃管锥度的方法和设备
WO2019044703A1 (ja) * 2017-08-28 2019-03-07 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造方法
JP2019120894A (ja) * 2018-01-11 2019-07-22 住友電気工業株式会社 光ファイバ、光ファイバ心線および光伝送システム
NL2020854B1 (en) * 2018-03-22 2019-10-02 Corning Inc Method and apparatus for suppressing flow instabilities in an optical fiber draw system
JP7424290B2 (ja) * 2018-08-01 2024-01-30 住友電気工業株式会社 光接続部品
JP7360270B2 (ja) 2018-09-18 2023-10-12 株式会社フジクラ 光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置
JP7281328B2 (ja) * 2019-04-12 2023-05-25 日東電工株式会社 プラスチック光ファイバーの製造方法
JP7266788B2 (ja) * 2019-09-09 2023-05-01 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造方法および光ファイバ冷却装置
JP2023528227A (ja) * 2020-05-15 2023-07-04 コーニング インコーポレイテッド 光ファイバ形成装置
JP7313319B2 (ja) * 2020-08-19 2023-07-24 信越化学工業株式会社 光ファイバ用ガラス母材の延伸方法
CN113788613B (zh) * 2021-11-16 2022-02-15 成都中住光纤有限公司 一种光纤制备系统及其方法
CN115959824A (zh) * 2022-12-22 2023-04-14 长飞光纤光缆股份有限公司 一种玻璃丝制备设备及方法、石英传像光纤制备方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5879425A (en) * 1971-09-20 1999-03-09 Litton Systems, Inc. Method for fabrication of microchannel multiplier plates
US4437870A (en) * 1981-11-05 1984-03-20 Corning Glass Works Optical waveguide fiber cooler
NL8203843A (nl) * 1982-10-04 1984-05-01 Philips Nv Werkwijze en inrichting voor het trekken van een optische vezel uit een vaste voorvorm die in hoofdzaak uit sio2 en gedoteerd sio2 bestaat.
DE3625731A1 (de) * 1986-07-30 1988-02-11 Kabelmetal Electro Gmbh Verfahren zur herstellung von lichtwellenleitern
SU1740337A1 (ru) * 1990-01-15 1992-06-15 Нижегородский Городской Центр Научно-Технического Творчества Молодежи Устройство дл выт жки оптических волокон
US5284499A (en) * 1992-05-01 1994-02-08 Corning Incorporated Method and apparatus for drawing optical fibers
US5637130A (en) * 1993-07-13 1997-06-10 Sumitomo Electric Industries, Inc. Method and furnace for drawing optical fibers
DE4339077C2 (de) * 1993-11-16 1997-03-06 Rheydt Kabelwerk Ag Verfahren zum Ziehen einer optischen Faser und Vorrichtung zu dessen Durchführung
JPH08188439A (ja) * 1995-01-13 1996-07-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ファイバ線引装置および線引方法
JP3314906B2 (ja) * 1995-07-05 2002-08-19 住友電気工業株式会社 光ファイバ線引き炉
KR0165211B1 (ko) * 1995-09-29 1998-12-15 김광호 광섬유의 인출 장치
JPH10182181A (ja) * 1996-12-18 1998-07-07 Shin Etsu Chem Co Ltd 光ファイバの製造方法
BR9911553A (pt) * 1998-06-24 2001-03-20 Pirelli Cavi E Sistemi Spa Processo e aparelho para fabricar uma fibra óptica a partir de uma preforma e dispositivo para aplicar a uma fibra óptica, estirada a uma velocidade predeterminada a partir de uma extremidade aquecida de uma preforma, um torque em torno de um eixo de estiramento da mesma.
AU773667B2 (en) * 1999-05-27 2004-06-03 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Production device and method for optical fiber
JP4356155B2 (ja) 1999-10-12 2009-11-04 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造方法
JP3937665B2 (ja) * 1999-11-01 2007-06-27 住友電気工業株式会社 光ファイバ製造方法
AU2002227157A1 (en) * 2000-12-14 2002-06-24 Corning Incorporated Method and apparatus for continuously manufacturing optical preform and fiber
JP4389409B2 (ja) * 2001-05-31 2009-12-24 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造方法
US20020178762A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-05 Foster John D. Methods and apparatus for forming and controlling the diameter of drawn optical glass fiber
JP2003176149A (ja) 2001-12-07 2003-06-24 Fujikura Ltd 光ファイバ素線の製造方法および装置
JP4302367B2 (ja) * 2002-03-15 2009-07-22 古河電気工業株式会社 光ファイバの線引き方法および線引き装置
EP1533284A4 (en) * 2002-07-10 2011-04-27 Sumitomo Electric Industries OPTICAL FIBER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
JP2004224587A (ja) * 2003-01-20 2004-08-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ファイバ母材の線引き方法及び線引き装置
JP4663277B2 (ja) 2004-08-18 2011-04-06 株式会社フジクラ 光ファイバ素線及びその製造方法
JP4655685B2 (ja) * 2005-03-04 2011-03-23 日立電線株式会社 光ファイバ線引炉及び光ファイバの線引方法
JP5023016B2 (ja) * 2007-08-10 2012-09-12 信越化学工業株式会社 光ファイバ製造装置および線引き炉のシール方法
JP5624796B2 (ja) * 2010-04-30 2014-11-12 株式会社フジクラ 光ファイバ素線の製造装置及び製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11845662B2 (en) 2017-09-18 2023-12-19 Lg Chem, Ltd. Method for preparing carbon nanotube fiber having enhanced tensile strength
CN111902375A (zh) * 2018-03-23 2020-11-06 住友电气工业株式会社 炉内气体供给装置、光纤制造装置、光纤的制造方法
CN111902375B (zh) * 2018-03-23 2022-10-14 住友电气工业株式会社 炉内气体供给装置、光纤制造装置、光纤的制造方法

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