KR20190117110A - 편광유지 광섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

편광유지 광섬유 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190117110A
KR20190117110A KR1020180040215A KR20180040215A KR20190117110A KR 20190117110 A KR20190117110 A KR 20190117110A KR 1020180040215 A KR1020180040215 A KR 1020180040215A KR 20180040215 A KR20180040215 A KR 20180040215A KR 20190117110 A KR20190117110 A KR 20190117110A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical fiber
core
polarization maintaining
maintaining optical
base material
Prior art date
Application number
KR1020180040215A
Other languages
English (en)
Inventor
양은정
육태경
Original Assignee
엘에스전선 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스전선 주식회사 filed Critical 엘에스전선 주식회사
Priority to KR1020180040215A priority Critical patent/KR20190117110A/ko
Publication of KR20190117110A publication Critical patent/KR20190117110A/ko
Priority to KR1020240069077A priority patent/KR20240083864A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/024—Optical fibres with cladding with or without a coating with polarisation maintaining properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • C03B37/01225—Means for changing or stabilising the shape, e.g. diameter, of tubes or rods in general, e.g. collapsing
    • C03B37/0124—Means for reducing the diameter of rods or tubes by drawing, e.g. for preform draw-down
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • C03B37/01262—Depositing additional preform material as liquids or solutions, e.g. solution doping of preform tubes or rods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00—Type of glass produced
    • C03B2201/06—Doped silica-based glasses
    • C03B2201/08—Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant
    • C03B2201/10—Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant doped with boron

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

본 발명은 편광유지 광섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 광섬유의 복굴절률을 상대적으로 높게 유지하면서도 구조적인 안정성을 가질 수 있는 편광유지 광섬유 및 그 제조방법에 대한 것이다.

Description

편광유지 광섬유 및 그 제조방법{Polarization Maintaining Optical Fiber And Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 광섬유의 복굴절률을 상대적으로 높게 유지하면서도 구조적인 안정성을 가질 수 있는 편광유지 광섬유 및 그 제조방법에 대한 것이다.
일반적으로 "편광 유지 광섬유(polarization maintaining fiber)"란 싱글 모드 광섬유 내의 응력 분포에 이방성을 가지게 함으로써 광섬유에서 전파되는 2개의 직교 모드 사이의 축퇴(縮退)를 해체하여 전파 정수에 차이를 가지게 하여 모드 사이의 결합을 없앤 광섬유이다. 이에 따라, 어떤 편파에 일치된 광을 광섬유에 입사하면, 그 편파만 유지된 채 전파된다.
상기 편광유지 광섬유는 각속도를 측정하는 측정센서 등과 같은 센서류에서 사용되고 있으며, 소형기기보다는 보다 정밀한 계측을 필요로 하는 항공기, 자동차 등과 같은 중대형 장치의 센서류에서 사용되고 있다.
이러한 편광유지 광섬유에는 여러 종류가 있지만, 응력 부여부의 형상에 따라 판다(PANDA)형, 보우타이(bow-tie)형, 타원재킷(Elliptic-cladding)형 등으로 구분된다. 이중에서도 판다형 광섬유는 복굴절률(Birefringence)이 크고 편파 유지 특성이 우수하다는 점에서 널리 사용되고 있다.
상기 판다형 광섬유를 살펴보면, 석영유리, 즉 이산화규소(SiO2)로 형성된 클래드의 중앙부에 코어를 구비하고, 상기 클래드에 응력 부여부를 구비하게 된다.
상기 응력 부여부는 이산화규소에 보론(boron)이 도핑됨으로써, 전술한 이산화규소에 비해 낮은 굴절률과 높은 열팽창계수를 가진다. 따라서, 상기 응력 부여부가 상기 클래드에 배치된 광섬유 모재에서 편광유지 광섬유를 인선하게 되면 상기 응력 부여부의 높은 열팽창계수로 인해 상기 응력 부여부가 식는 경우에 상기 코어에 장력을 가하게 되어 상기 코어의 굴절률을 일정축을 따라 감소시키게 된다. 이에 의해 상기 코어에서 높은 복굴절률을 유도하게 된다.
그런데, 전술한 판다형 광섬유에서 편광유지 특성을 높이기 위해서는 상기 코어와 응력 부여부의 거리를 가깝게 하거나, 또는 상기 응력 부여부에 도핑되는 보론의 양을 늘리는 방법이 고려될 수 있다.
또한, 전자의 방법을 사용하는 경우 발생될 수 있는 구조적 안정성 저하 문제를 해소하기 위하여 대한민국 등록특허 KR 10-878294에서는 코어 주변에 응력 부여부 삽입용홀 이외의 다수개의 에어홀을 형성하는 구조를 제안하지만 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있으며, 후자의 방법을 적용과 관련하여, 미국 등록특허 U.S.6,687,442에서는 Boron 도핑 농도를 평균 17~21, 최대 17~22wt%로 명시하였고, 이보다 낮거나 높을 경우 복굴절 특성을 확보하기 어렵다고 기재되어 있다.
따라서, Boron 도핑 농도를 충분히 높이고, 코어와 응력 부여부 사이의 거리를 충분히 확보하여도 인선 공정 중 단선 등의 문제가 발생되지 않고 우수한 복굴절 특성을 가지는 편광유지 광섬유가 요구된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 광섬유의 복굴절률을 상대적으로 높게 유지하면서도 구조적인 안정성을 가질 수 있는 편광유지 광섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 광섬유 모재에서 광섬유를 인선하는 경우에 응력 부여부와 클래드의 이격을 방지하고, 나아가 광섬유의 파손 또는 단선을 방지할 수 있는 편광유지 광섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 중심부에 구비되는 코어; 상기 코어에 비해 낮은 굴절률을 가지면서 상기 코어의 외부를 둘러싸는 클래드; 및 상기 코어를 중심으로 미리 결정된 거리만큼 대칭적으로 이격되어 배치되며, 이산화규소에 산화붕소(B2O3)가 23 중량% 내지 25 중량%로 도핑된 한 쌍의 응력 부여부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유를 제공할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 응력 부여부는 상기 코어를 중심으로 30 ㎛ 이상 이격되어 배치될 수 있다.
그리고, 상기 코어의 중심와 상기 응력 부여부의 중심 사이의 거리는 30 ㎛ 이상 이격될 수 있다.
여기서, 상기 편광유지 광섬유의 복굴절율은 3×10-4 보다 더 클 수 있다.
이 경우, 상기 코어는 이산화규소(SiO2) 재질에 게르마늄(GeO2)이 도핑되어 구성될 수 있다.
또한, 상기 클래드는 이산화규소(SiO2) 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 클래드의 중앙부에 코어가 배치된 싱글 모드 광섬유 모재를 제작하는 단계; 상기 모재의 단부에 삽입홀을 형성하는 단계; 이산화규소에 산화붕소(B2O3)가 23 중량% 내지 25 중량%로 도핑되어 형성된 응력 부여부를 상기 삽입홀에 삽입하는 단계; 상기 광섬유 모재를 인선하여 편광유지 광섬유를 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 모재의 단부에 삽입홀을 형성하는 단계에서, 상기 삽입홀은 상기 코어를 중심으로 대칭적으로 30 ㎛ 이상 이격되어 한 쌍이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 모재의 단부에 삽입홀을 형성하는 단계에서, 상기 삽입홀의 중심은 상기 코어의 중심과 30 ㎛ 이상 이격되어 형성될 수 있다.
여기서, 상기 삽입홀에 응력 부여부를 형성하는 로드(rod)를 삽입하는 단계에서, 상기 삽입홀의 내벽을 폴리싱(polishing)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 광섬유 모재를 인선하여 편광유지 광섬유를 제작하는 단계에서, 상기 광섬유 모재를 인선하는 온도는 1850℃ 내지 1950℃일 수 있다.
또한, 상기 광섬유 모재를 인선하여 편광유지 광섬유를 제작하는 단계에서, 상기 광섬유 모재를 인선하는 온도는 2050℃ 내지 2150℃이고, 음압이 적용될 수 있다.
또한, 상기 음압은 -1mbar 내지 -25mbar일 수 있다.
본 발명에 따른 편광유지 광섬유 및 그 제조방법에 의하면, 클래드에서 코어와 응력 부여부 사이의 거리를 미리 결정된 거리 이상으로 이격시켜 광섬유의 복굴절률을 상대적으로 높게 유지하면서도 구조적인 안정성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 편광유지 광섬유 및 그 제조방법에 의하면, 상기 응력 부여부에 도핑되는 보론의 양을 종래기술에 비해 늘림으로써 편광유지 광섬유의 높은 복굴절률을 달성하면서도 광섬유를 인선하는 경우에 광섬유의 파손 또는 단선을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광유지 광섬유의 구성을 도시한 단면도를 도시한다.
도 2는 상기 편광유지 광섬유의 단면에서 Y축 방향에 따른 굴절률의 변화를 도시한 그래프를 도시한다.
도 3은 상기 편광유지 광섬유의 단면에서 X축 방향에 따른 굴절률의 변화를 도시한 그래프를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광유지 광섬유의 제조방법을 도시한 순서도를 도시한다.
도 5는 광섬유 모재를 도시한 사시도를 도시한다.
도 6은 상기 광섬유 모재에 삽입홀이 형성된 상태를 도시한 사시도를 도시한다.
도 7은 상기 삽입홀에 응력 부여부를 삽입하는 과정을 도시한 사시도를 도시한다.
도 8은 상기 삽입홀에 상기 응력 부여부가 삽입된 편광유지 광섬유를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 편광유지 광섬유에 대해서 살펴보고 이어서 그 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광유지 광섬유(1000)의 구성을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 편광유지 광섬유(1000)는 중심부에 구비되는 코어(120); 상기 코어(120)에 비해 낮은 굴절률을 가지면서 상기 코어의 외부를 둘러싸는 클래드(100); 및 상기 코어(120)를 중심으로 미리 결정된 거리만큼 대칭적으로 이격되어 배치되며, 이산화규소에 산화붕소(B2O3)가 23 중량% 내지 25 중량%로 도핑된 한 쌍의 응력 부여부(200A, 200B);를 구비할 수 있다.
이하에서 '도핑(dopping)'이란 자재의 물성을 변화시키기 위해 소량의 불순물을 첨가하는 공정을 의미한다.
상기 클래드(100)는 이산화규소(SiO2), 즉 석영 유리로 제작될 수 있다. 이 경우, 상기 클래드(100)는 도면에 도시된 바와 같이 단면이 원형의 형상을 가지는 원기둥 형태로 제작될 수 있다.
이때, 상기 클래드(100)의 중앙부에 코어(120)가 구비된다. 상기 코어(120)는 미리 결정된 직경(D1)을 가지며, 이산화규소(SiO2)에 게르마늄(GeO2)이 도핑되어 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 코어(120)의 굴절률이 상대적으로 상기 클래드(100)에 비해 높게 된다.
한편, 상기 코어(120)를 중심으로 미리 결정된 거리만큼 대칭적으로 이격되어 한 쌍의 응력 부여부(200A, 200B)가 배치된다. 상기 응력 부여부(200A, 200B)는 상기 코어(120)를 중심으로 동일한 거리만큼 이격되어 대칭적으로 배치될 수 있다. 도 1에서는 상기 편광유지 광섬유(1000)의 단면에 가상의 X축 및 Y축을 설정하고, 상기 응력 부여부(200A, 200B)가 일축, 예를 들어 X축을 따라 배치되는 것으로 도시한다.
이때, 상기 응력 부여부(200A, 200B)의 중심은 상기 코어(120)의 중심에서 미리 결정된 제1 거리(L1)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 응력 부여부(200A, 200B)는 서로 간에 미리 결정된 제2 거리(L2)만큼 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 상기 응력 부여부(200A, 200B)는 미리 결정된 직경(D2)을 가지며, 이산화규소에 산화붕소(B2O3)가 도핑되어 형성될 수 있다.
본 실시예에서 상기 응력 부여부(200A, 200B)는 로드(rod)의 형태로 제작되어 상기 클래드(100)에 형성되는 삽입홀(130A, 130B)에 삽입되어 구비될 수 있는 바, 이러한 제작방법에 대해서는 후술한다.
상기 응력 부여부(200A, 200B)는 전술한 바와 같이 이산화규소에 산화붕소가 도핑되어 형성되므로, 상기 클래드(100)에 비해 낮은 굴절률을 가지는 대신 높은 열팽창계수를 가지게 된다.
따라서, 상기 편광유지 광섬유(1000)를 모재에서 인선하는 과정에서 상기 응력 부여부(200A, 200B)가 식는 동안에 상기 코어(120) 단면의 일정축을 따라, 예를 들어 도 1에 도시된 X축을 따라 장력이 작용하게 된다. 이 경우, 상기 편광유지 광섬유(1000)가 인선되어 제작된 경우에 상기 편광유지 광섬유(1000)에서 Y 축에 비해 X 축을 따라 굴절률이 상대적으로 많이 감소하게 된다.
도 2는 상기 편광유지 광섬유(1000)의 단면에서 Y축 방향에 따른 굴절률의 변화를 도시한 그래프이고, 도 3은 상기 편광유지 광섬유(1000)의 단면에서 X축 방향에 따른 굴절률의 변화를 도시한 그래프이다. 도 2에서 가로축은 상기 편광유지 광섬유(1000)의 단면의 중심, 즉 코어(120)에서 Y 축 방향에 따른 거리를 도시하며, 세로축은 굴절률의 변화를 도시한다. 또한, 도 3에서 가로축은 상기 편광유지 광섬유(1000)의 단면의 중심, 즉 코어(120)에서 X 축 방향에 따른 거리를 도시하며, 세로축은 굴절률의 변화를 도시한다.
도 2를 참조하면, 상기 편광유지 광섬유(1000)의 중심, 즉 코어(120)가 위치한 영역(D1)에서 굴절률이 상대적으로 높으며 나머지 영역에서는 일정한 값, 즉 이산화규소에 대응하는 굴절률을 가지는 것을 알 수 있다. 이는 상기 코어(120)에 게르마늄이 도핑되어 상대적으로 높은 굴절률을 가지기 때문이다.
한편, 도 3을 참조하면, 상기 편광유지 광섬유(1000)의 중심, 즉 코어(120)가 위치한 영역(D1)에서 굴절률이 상대적으로 높으며 나머지 영역(L2-D1)에서는 일정한 값, 즉 이산화규소에 대응하는 굴절률을 가지며, 상기 응력 부여부(200A, 200B)가 위치한 영역(D2)에서 상기 굴절률이 상대적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 상기 응력 부여부(200A, 200B)에 전술한 바와 같이 산화붕소가 도핑되어 상대적으로 낮은 굴절률을 가지기 때문이다.
그런데, 판다형 광섬유에서 편광유지 특성을 높이기 위해서는 상기 코어와 응력 부여부의 거리를 가깝게 하거나, 또는 상기 응력 부여부에 도핑되는 산화붕소의 양을 늘리는 방법이 있다.
하지만, 상기 광섬유 모재에서 상기 코어와 응력 부여부의 거리를 상대적으로 너무 가깝게 배치하게 되면, 상기 응력 부여부와 코어의 열팽창계수의 차이로 인해 상기 광섬유 모재에서 광섬유를 인선하는 경우에 상기 응력 부여부와 상기 클래드 사이에 이격 공간이 발생하는 등 구조적인 안정성이 떨어지게 된다.
또한, 상기 응력 부여부에 도핑되는 보론의 양을 상대적으로 늘리게 되면, 상기 응력 부여부의 높은 열팽창계수로 인해 상기 광섬유를 인선하는 경우에 파손 또는 단선의 위험이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 광섬유 모재에서 광섬유를 인선하는 경우에 상기 응력 부여부와 상기 클래드 사이에 이격 공간을 방지하여 구조적인 안정성을 높일 수 있도록 종래기술에 비해 상기 코어(120)와 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 거리를 넓히게 된다.
이 경우, 편광유지 특성이 저하될 수 있는 바, 본 발명에서는 상기 코어(120)와 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 거리를 넓히면서도 편광유지 특성의 저하를 방지하기 위하여 상기 응력 부여부(200A, 200B)에서 이산화규소에 도핑되는 산화붕소의 양을 종래기술에 비해 상대적으로 더 많이 사용하게 된다.
구체적으로, 상기 한 쌍의 응력 부여부(200A, 200B)는 상기 코어(120)를 중심으로 서로 간에 대략 30 ㎛ 이상 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 코어(120)의 중심과 상기 응력 부여부(200A, 200B)의 중심 사이의 거리(L1)는 대략 30 ㎛ 이상 이격될 수 있다.
여기서, 상기 코어(120)의 직경(D1)은 편광유지 광섬유(1000)의 전체 직경, 용도 등에 따라 변화할 수 있으므로 상기 코어(120)의 직경(D1)은 수치적으로 한정하기 곤란하다. 따라서, 상기 응력 부여부(200A, 200B)와 상기 코어(120)의 이격 거리를 정의하는 경우에 상기 한 쌍의 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 거리(L2), 또는 상기 코어(120)의 중심과 상기 응력 부여부(200A, 200B)의 중심 사이의 거리(L1)로 정의할 수 있다.
즉, 상기 한 쌍의 응력 부여부(200A, 200B)는 상기 코어(120)를 중심으로 대칭적으로 배치되는 경우에 서로간에 이격거리(L2)가 30 ㎛ 이상 이격되도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 상기 한 쌍의 응력 부여부(200A, 200B)는 상기 코어(120)를 중심으로 서로 간에 30 ㎛ 이상 이격되어 배치되는 경우에 상기 코어(120)와 상기 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 이격거리를 충분히 확보할 수 있게 되며, 광섬유 모재에서 광섬유를 인선하는 경우에도 상대적으로 열팽창 계수가 큰 응력 부여부(200A, 200B)에 의해 코어(120)가 변형되거나 찌그러지는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 상기 코어(120)의 중심과 상기 응력 부여부(200A, 200B)의 중심 사이의 거리(L1)는 대략 30 ㎛ 이상 이격되도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 상기 응력 부여부(200A, 200B)의 중심이 상기 코어(120)의 중심과 대략 30 ㎛ 이상 이격되어 배치되는 경우에 상기 코어(120)와 상기 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 이격거리를 충분히 확보할 수 있게 되며, 광섬유 모재에서 광섬유를 인선하는 경우에도 상대적으로 열팽창 계수가 큰 응력 부여부(200A, 200B)에 의해 코어(120)가 변형되거나 찌그러지는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 상기 응력 부여부(200A, 200B)는 이산화규소에 산화붕소(B2O3)가 23 중량% 내지 25 중량%로 도핑되어 형성될 수 있다. 종래기술에서는 응력 부여부에 산화붕소를 도핑하는 경우에 인선 공정 조건을 확보하기 위하여 대략 20 중량%의 산화붕소를 도핑하였다. 하지만, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 상기 코어(120)와 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 이격 거리를 종래기술에 비해 더 넓게 확보하게 되므로, 편광유지 특성을 유지하기 위하여 종래에 비해 더 많은 양의 산화붕소를 도핑하게 된다.
또한, 본 발명에서는 상기 코어(120)와 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 이격 거리를 종래기술에 비해 더 넓게 확보하게 되므로 종래 기술에 비해 더 많은 양의 산화붕소를 도핑하여도 인선 과정에서 단선 또는 파손을 방지할 수 있다.
본 발명자의 실험에 따르면 전술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 편광유지 광섬유(1000)의 경우 상기 코어(120)에서 복굴절률은 대략 3×10-4 보다 더 크게 측정되어, 상기 코어(120)와 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 이격 거리를 종래기술에 비해 더 넓게 확보하는 경우에도 종래 기술에 비해 더 많은 양의 산화붕소를 도핑함으로써 상기 복굴절률을 종래기술과 동일한 수준 또는 그 이상으로 유지할 수 있다.
이하에서는 전술한 구성을 가지는 편광유지 광섬유(1000)를 제작하는 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광유지 광섬유(1000)의 제조방법을 도시한 순서도, 도 5는 광섬유 모재를 도시한 사시도, 도 6은 상기 광섬유 모재에 삽입홀(130A, 130B)이 형성된 상태를 도시한 사시도, 도 7은 상기 삽입홀(130A, 130B)에 응력 부여부(200A, 200B)를 삽입하는 과정을 도시한 사시도, 도 8은 상기 삽입홀(130A, 130B)에 상기 응력 부여부(200A, 200B)가 삽입된 편광유지 광섬유(1000)를 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 편광유지 광섬유(1000)를 제작하는 방법은 상기 클래드(100)의 중앙부에 코어(120)가 배치된 싱글 모드 광섬유 모재(1000')를 제작하는 단계(S410)와, 상기 모재(1000')의 단부에 삽입홀(130A, 130B)을 형성하는 단계(S430)와, 이산화규소에 산화붕소(B2O3)가 23 중량% 내지 25 중량%로 도핑되어 형성된 응력 부여부(200A, 200B)를 상기 삽입홀(130A, 130B)에 삽입하는 단계(S450)와, 상기 광섬유 모재(1000')를 인선하여 편광유지 광섬유(1000)를 제작하는 단계(S470)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 광섬유 모재(1000')를 제작하는 단계는 CVD 방식(Chemical Vapor Deposition)을 사용할 수 있으며, 예를 들어 MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) 공법을 사용할 수 있다.
예를 들어, 고순도 석영관의 내벽에 우선 클래드(100)에 해당하는 이산화규소를 MCVD 방식에 의해 증착시킨 다음, 코어(120)에 해당하는 게르마늄이 도핑된 이산화규소를 증착시킬 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 모재(1000')의 단면에 상기 응력 부여부(200A, 200B)가 삽입되는 삽입홀(130A, 130B)을 형성할 수 있다(S430).
이 경우, 초음파 드릴링 머신(Drilling machine)(미도시)을 사용하여, 모재의 단면에 상기 응력 부여부(200A, 200B)가 삽입되는 삽입홀(130A, 130B)을 형성한다. 예를 들어, 상기 초음파 드릴링 머신의 헤드부에 원하는 길이의 다이아몬드 툴(Tool)을 사용하여 저속 조건에서 삽입홀(130A, 130B)을 형성할 수 있다. 이때, 저속으로 삽입홀(130A, 130B)을 형성함으로써 공정 중 열 및 크랙 발생을 방지하고, 삽입홀(130A, 130B)의 중심이 모재(1000')의 길이 방향을 따라 틀어지지 않도록 하여 상기 코어(120)와 간섭되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 상기 드릴링 머신의 직진도는 0.1 % 내지 3 % 범위 내로 확보되도록 할 수 있다.
한편, 상기 모재(1000')의 단면에 삽입홀(130A, 130B)을 형성하는 단계에서, 상기 삽입홀(130A, 130B)은 상기 코어(120)를 중심으로 대칭적으로 30 ㎛ 이상 이격되어 한 쌍이 형성될 수 있다.
또한, 상기 모재(1000')의 단부에 삽입홀(130A, 130B)을 형성하는 단계에서, 상기 삽입홀(130A, 130B)의 중심은 상기 코어의 중심과 30 ㎛ 이상 이격되어 형성될 수 있다.
즉, 상기 한 쌍의 삽입홀(130A, 130B)에 한 쌍의 응력 부여부(200A, 200B)를 형성하는 로드(rod)가 삽입되는 경우에, 상기 한 쌍의 응력 부여부(200A, 200B)는 상기 코어(120)를 중심으로 서로 간에 30 ㎛ 이상 이격되어 배치되거나, 또는 상기 응력 부여부(200A, 200B)의 중심이 상기 코어(120)의 중심과 대략 30 ㎛ 이상 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 코어(120)와 상기 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 이격거리를 충분히 확보할 수 있게 되며, 후술하는 공정에서 광섬유 모재에서 광섬유를 인선하는 경우에도 상대적으로 열팽창 계수가 큰 응력 부여부(200A, 200B)에 의해 코어(120)가 변형되거나 찌그러지는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 상기 모재(1000')의 단부에 삽입홀(130A, 130B)을 형성하는 단계에 후속하여 상기 삽입홀(130A, 130B)의 내벽을 폴리싱(polishing)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
즉, 전술한 바와 같이 다이아몬드 툴을 사용하여 기계적으로 삽입홀(130A, 130B)을 생성하였기 때문에 상기 삽입홀(130A, 130B)의 내벽은 거친 표면을 가질 수 있다. 상기 삽입홀(130A, 130B)의 내벽의 거칠기가 미리 정해진 기준 이상인 경우에 상기 삽입홀(130A, 130B)에 상기 응력 부여부(200A, 200B)를 삽입하는 경우에 상기 응력 부여부(200A, 200B)가 정확하게 삽입되는 것은 쉽지 않으며, 후속하는 인선과정에서 상기 응력 부여부(200A, 200B)와 클래드(100) 사이에 이격 또는 분리 공간이 발생할 수 있다.
따라서, 상기 삽입홀(130A, 130B)의 내벽의 거칠기를 감소시켜 매끄럽게 해주는 폴리싱(polishing) 공정이 필요하다.
이때, 상기 폴리싱 공정은 조밀 컴파운드를 사용하는 기계적인 방법과 열을 가하는 가열 방법을 적용할 수 있다. 본 실시예의 경우, 토치로 상기 모재의 외부에서 열을 가해 폴리싱하는 가열 방식을 적용하지만, 이에 한정되지는 않는다. 이와 같이 가열방식을 적용하는 경우 수소와 산소 가스를 미리 정해진 비율로 혼합하고, 토치 이동 속도는 대략 20 mm/min 조건에서 내면 상태에 따라 복수회, 예를 들어 1~5회 반복하게 된다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이 이산화규소에 산화붕소(B2O3)가 23 중량% 내지 25 중량%로 도핑되어 형성된 응력 부여부(200A, 200B)를 상기 삽입홀(130A, 130B)에 삽입하게 된다(S450).
본 발명에서는 전술한 바와 같이 상기 코어(120)와 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 이격 거리를 종래기술에 비해 더 넓게 확보하게 되므로, 편광유지 특성을 유지하기 위하여 종래에 비해 더 많은 양의 산화붕소를 도핑하게 되며, 대략 23 중량% 내지 25 중량%의 산화붕소(B2O3)를 이산화규소에 도핑하게 된다.
이어서, 상기 광섬유 모재(1000')를 인선하여 도 8과 같이 편광유지 광섬유(1000)를 제작하게 된다(S470).
상기 광섬유 모재(1000')를 인선하여 상기 편광유지 광섬유(1000)를 제작하는 경우에 상기 응력 부여부(200A, 200B)가 상기 클래드(100)에서 이격되는 것을 방지함과 동시에 코어(120)의 파손 또는 단선을 방지하는 것이 필요하다. 이를 위하여, 본 발명에서는 상기 코어(120)와 응력 부여부(200A, 200B) 사이의 이격 거리를 종래기술에 비해 더 넓게 확보하여 상기 편광유지 광섬유(1000)의 구조적 안정성을 확보하고 인선 공정에서 파손 또는 단선을 방지할 수 있다. 나아가, 본 실시예의 경우 인선 공정에서 상기 편광유지 광섬유(1000)의 구조적 안정성을 확보하고 파손 또는 단선을 방지하기 위하여 인선공정의 온도를 종래기술에 비해 낮추거나, 또는 음압을 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 광섬유 모재(1000')를 인선하는 온도는 대략 1850℃ 내지 1950℃일 수 있다. 종래 기술의 경우 상기 모재를 인선하는 온도가 대부분 2000 ℃ 이상으로 이루어지지만, 본 실시예의 경우 상기 인선 공정에서 온도를 2000 ℃ 이하, 즉 대략 1850℃ 내지 1950℃로 형성함으로써 상대적으로 고온에 의한 상기 응력 부여부(200A, 200B)와 클래드(100)의 이격을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우 상기 인선 공정에서 온도를 2000 ℃ 이상으로 유지하는 경우에 상기 인선 공정의 압력을 음압으로 유지할 수 있다. 즉, 상기 인선공정이 이루어지는 챔버 또는 공간의 압력을 음압으로 유지하는 경우에 상기 응력 부여부(200A, 200B)와 클래드(100)가 좀더 밀착하도록 하여 서로간에 이격을 방지할 수 있다.
이 경우, 상기 광섬유 모재(1000')를 인선하는 온도는 대략 2050℃ 내지 2150℃이고, 음압이 적용될 수 있다. 상기 음압은 대략 -1mbar 내지 -25mbar로 결정될 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 클래드
120 : 코어
200 : 응력 부여부
1000 : 편광유지 광섬유

Claims (14)

  1. 중심부에 구비되는 코어;
    상기 코어에 비해 낮은 굴절률을 가지면서 상기 코어의 외부를 둘러싸는 클래드; 및
    상기 코어를 중심으로 미리 결정된 거리만큼 대칭적으로 이격되어 배치되며, 이산화규소에 산화붕소(B2O3)가 23 중량% 내지 25 중량%로 도핑된 한 쌍의 응력 부여부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 응력 부여부는 상기 코어를 중심으로 30 ㎛ 이상 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 중심와 상기 응력 부여부의 중심 사이의 거리는 30 ㎛ 이상 이격된 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 편광유지 광섬유의 복굴절율은 3×10-4 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코어는 이산화규소(SiO2) 재질에 게르마늄(GeO2)이 도핑되어 구성되는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 클래드는 이산화규소(SiO2) 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유.
  7. 클래드의 중앙부에 코어가 배치된 싱글 모드 광섬유 모재를 제작하는 단계;
    상기 모재의 단부에 삽입홀을 형성하는 단계;
    이산화규소에 산화붕소(B2O3)가 23 중량% 내지 25 중량%로 도핑되어 형성된 응력 부여부를 상기 삽입홀에 삽입하는 단계;
    상기 광섬유 모재를 인선하여 편광유지 광섬유를 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모재의 단부에 삽입홀을 형성하는 단계에서,
    상기 삽입홀은 상기 코어를 중심으로 대칭적으로 30 ㎛ 이상 이격되어 한 쌍이 형성되는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 모재의 단부에 삽입홀을 형성하는 단계에서,
    상기 삽입홀의 중심은 상기 코어의 중심과 30 ㎛ 이상 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 삽입홀에 응력 부여부를 형성하는 로드(rod)를 삽입하는 단계에서,
    상기 삽입홀의 내벽을 폴리싱(polishing)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 광섬유 모재를 인선하여 편광유지 광섬유를 제작하는 단계에서,
    상기 광섬유 모재를 인선하는 온도는 1850℃ 내지 1950℃인 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 광섬유 모재를 인선하여 편광유지 광섬유를 제작하는 단계에서,
    상기 광섬유 모재를 인선하는 온도는 2050℃ 내지 2150℃이고, 음압이 적용되는 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 음압은 -1mbar 내지 -25mbar인 것을 특징으로 하는 편광유지 광섬유의 제조방법.
  14. 제7항 내지 제13항 중에 선택된 어느 한 항에 따른 편광유지 광섬유의 제조방법에 의해 제조된 편광유지 광섬유.
KR1020180040215A 2018-04-06 2018-04-06 편광유지 광섬유 및 그 제조방법 KR20190117110A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180040215A KR20190117110A (ko) 2018-04-06 2018-04-06 편광유지 광섬유 및 그 제조방법
KR1020240069077A KR20240083864A (ko) 2018-04-06 2024-05-28 편광유지 광섬유 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180040215A KR20190117110A (ko) 2018-04-06 2018-04-06 편광유지 광섬유 및 그 제조방법

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020240069077A Division KR20240083864A (ko) 2018-04-06 2024-05-28 편광유지 광섬유 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190117110A true KR20190117110A (ko) 2019-10-16

Family

ID=68421551

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180040215A KR20190117110A (ko) 2018-04-06 2018-04-06 편광유지 광섬유 및 그 제조방법
KR1020240069077A KR20240083864A (ko) 2018-04-06 2024-05-28 편광유지 광섬유 및 그 제조방법

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020240069077A KR20240083864A (ko) 2018-04-06 2024-05-28 편광유지 광섬유 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR20190117110A (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240083864A (ko) 2024-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6847771B2 (en) Microstructured optical fibers and preforms and methods for fabricating microstructured optical fibers
JP2613657B2 (ja) 偏波保持光ファイバのためのプリフォームを提供する方法
US5056888A (en) Single-mode, single-polarization optical fiber
EP2626730B1 (en) Polarization-maintaining optical fiber
US4354736A (en) Stress-induced birefringent single mode optical fiber and a method of fabricating the same
CA2008451C (en) Polarization-maintaining optical fiber
US7412142B2 (en) Optical fiber with plurality of air holes and stress rods
US8977095B2 (en) Polarization maintaining optical fibers with intracore stress mechanisms
JP3903987B2 (ja) 偏波保持光ファイバ製造方法
US6580860B1 (en) Method for making shaped highly birefringent optical fibers
US6738549B2 (en) Polarization maintaining optical fiber and production method for polarization maintaining optical fiber preform
US8526773B2 (en) Optical fiber with differential birefringence mechanism
US7158705B2 (en) Optical fiber with birefringence and large mode field diameter
CN106536434B (zh) 具有黏度匹配的纤芯和内包覆层的低衰减光纤
JP6151310B2 (ja) 光ファイバ用母材の製造方法、及び、光ファイバの製造方法
EP2314549B1 (en) Method for manufacturing a birefringent optical fiber and its preform
KR20190117110A (ko) 편광유지 광섬유 및 그 제조방법
KR100878294B1 (ko) 편광 유지 광섬유 및 편광 유지 광섬유용 모재의 제조 방법
US8724952B2 (en) Polarization-maintaining optical fiber with pure silica core
JPH0627010B2 (ja) 偏波面保存光フアイバの製造方法
KR100782475B1 (ko) 광섬유 모재의 제조 방법 및 광섬유 모재
WO2022172910A1 (ja) 偏波保持光ファイバ及び偏波保持光ファイバの製造方法
KR20200081597A (ko) 편광유지 광섬유의 제조방법
Choi et al. Fabrication and characteristics evaluation of PANDA polarization-maintaining optical fibers with B 2 O 3 SAP's by VAD method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X601 Decision of rejection after re-examination