KR830001001B1 - 광학 도파관 블랭크의 연속 형성방법 - Google Patents

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Description

광학 도파관 블랭크의 연속 형성방법

제1도는 코어 부재에 입자물질의 적용 개시를 설명하는 일부가 단면인 부분 입면도.

제2도는 코어 부재의 외면상에 입자물질의 덧붙임을 설명하는 일부가 단면인 부분 입면도.

제3도는 본 발명의 광학 필라멘트의 실질적으로 연속적인 형성을 설명하는 일부가 단면인 부분 입면도.

제4도는 본 발명의 다른 예를 설명하는 일부가 단면인 부분 입면도.

본 발명은 단지 1개 또는 수개의 모우드를 전파하는데 적합한 광학 도파관으로부터 광학 도파관 블랭크를 제조하는 실질적으로 연속적인 방법에 관한 것이다.

1015Hz 근처에서 작동되는 고용량의 통신 시스템은 장래의 트래픽의 증가에 편의를 제공하기 위하여 필용하다. 1015Hz는 빛의 주파수 스펙트럼내이므로 그 시스템은 광학 통신 시스템으로 간주된다. 이런 주파수에서 전송용으로 가장 유망시 되는 광학도파관은 대개 코어보다 낮은 굴절률을 갖는 투명한 피복(cladding)재료에 의해 둘러싸인 투명한 코어의 광학 필라멘트로 구성된다.

광학 도파관의 작동 이론에 관한 철저하고 완전한 논의는 힉크스 등에 발생된 미국 특허 제3,157,726호와 미국 광학학회지(제51권 제5번 491~498페이지, 1991년 5월)에 이슈닛쩌에 의한 "원통형유전(Cylin-drical Dielectric) 도파관모우드"에 보유되어 있다.

광학 도파관에 관한 다른 우수한 정보 원천은 어카데믹프레스(1967)에 기재된 엔·에스·카파니에 의한 "섬유광학-원리와 응용"이다.

광파의 전파는 마이크로파 전파를 지배하는 것과 유사한 물리법칙에 의해 지배되며, 따라서 모우드에 의해 연구될 수 있다. 이모우드의 각각은 그 자체의 전파 특성을 갖는다.

특별한 모우드의 전파가 광학 필라멘트의 코어내 및 주위에 더 이상 집중 되지 않는 조건은 차단치 또는 매개변수 U로 표시될 수 있다.

예외로, 그것으로 부터 특별 모우드에 대한 U치가 결정될 수 있는 복합식 및 그 설명은 엔·에스·카파니에 의한 상기 간행물의 55페이지에 기재되어 있다. 카파니는 또한 식,

에 의해 광학섬유 변수로써 현재통상 Ⅴ로 간주되는 섬유 특성항 R을 표시한다. 여기서, a는 도파관의 코어반경, λ는 전송될 광선의 파장, n1 및n2는 각각코어 및 피복의 굴절률이다.

카파니에서 설명된 바와 같이, 특별한 필라멘트 특성 V를 갖는 광학 필라멘트에 저파하기 위한 특별한 모우드에 대하여, V는 상기 모우드에 대한 차단치 U와 동등하거나 보다 커야 한다.

전형적인 다모우드의 도선관은 50마이크로미터와 100마이크로미터 사이의 코어 직경과 수퍼센트의 코어 피복 굴절률 차이를 갖는다. 수천의 모우드가 전파하며, 각 모우드는 약간 상이한 그루우프 속도로 이송한다.

많은 안내된 모우드에 의해 분할된 단 입력 펄스는 상이한 시간에 출력단에 도착하는 펄스의 시이퀸스 내로 분할된다. 이펄스 분산은 다 모우드 도파관의 용량을 지닌 정보를 제한한다. 도파관 필라멘트에 의해 지지될 수 있는 모우드의 총 수효는 하기식에 의해 근사치로 주어진다.

N-1/2 V²(2)

식(1)과 (2)는 코어 반경이 크거나 굴절률 차이가 크면 더 많은 모우드가 안내될 수 있음을 표시한다.

식(2)는 N의 작은 값에 대해서는 대단히 정확 하지는 않지만 다모우드 광학 도파관에 의해 전파될 모우드의 수효를 계산하는데 유용하다.

단지 1개의 모우드, 즉 HE 11모우드가 전파되어 전술한 펄스분산을 제거하며, 기가비트 전송(gigabitransmission)에의 길을 개방하도록 광학 도파관을 설계할 수 있다. 이런 단일 모우드작동에 대해 V는 2.405보다 적어야 하는 것은 결정되었다. V가 2.405로 세트되고, 식(1)이 성립하면 소정의 파장의 광전파를 1개의 모우드로 제한하는 방법은 매개변수 a.n₁및 n₂를 조정하는 것이다.

즉, 2개의 굴절률 사이의 차이(n₁-n₂)가 증가하면 코어 반경은 감소해야 하며, (n, n₂)가 감소하면 코어 반경은 증가하여야 한다.

단일 모우드 및 다모우드 도파관에 대하여 종래의 유리섬유광학은 고유의 산란과 불순물 흡수에 기인한 감쇠가 너무 높으므로 사용돌 수 없다. 용융된 순수 실리카는 광학통신이 가장 유망시되는 적 및 적외선 부근의 스펙트럼에서 유리중 가장 낮은 광학 감쇠를 갖는 것으로 알려져 있으므로, 용융된 순수실리카 및 용융되고, 도우프된(doped)실리카는 광학 도파관의 제조에서 가장 일찍부터 사용되어 왔다.

예를들어, 단일 모우드 광학 도파관은 티타니아 도우프된 실리카 섬유를 실리카 모세관에 삽입하여 형성된다. 관은 가열되고, 도파관 치수로 재연발 되는 고체질량을 형성하기 위해 중앙섬유상에 붕괴된다.

이 방법으로 생산된 도파관은 코어 피복 경계면에서 수많은 작은 기포와 이물질 입자가 발생하고, 코어 직경이 변화하여 대단히 높은 감쇠를 유발하므로 만족스럽지 못하다.

미국 특허 제3,711,262호는 코어와 피복 물질 사이에 비상하게 청결하고 강한 접착을 갖는 단일 및 다모우드 도파관을 제조하는 방법을 기재한다. 그 특허의 방법에 따라 제조된 도파관은 코어 피복 경계면에 집중하는 광산란에 기인하여 낮은 감쇠를 나타낸다.

그 특허의 방법은 화염가수분해 공정(이것에 대해서는 이후에 정의한다)에 의해 유리관의 내벽상에 유리 수우트(soot)의 코우팅을 형성하며, 결과적으로 구조는 유리 수우트를 가열하여 유리 수우트를 강화하면, 입자 경계로부터 벗어난 조밀한 유리층을 형성하고, 그 후 유리관과 유리층 조합은 인발되어 그 단면적을 감소 시키며, 고형 단면적을 갖는 필라멘트를 형성하기 위해 유리층을 붕괴한다.

개량된 코어 피복 경계면이 이렇게 제조될 수 있어도 이 방법은 연속적인 블랭크 또는 도파관 제조에 용이하게 적용되지 않는다.

비교적 낮은 코어 직경에 대한 총 직경 비율을 갖는다. 모우드 섬유는 미국 특허 제3,737,292호의 방법에 의해 제조 되었다. 그 특허의 방법에 따라서, 사전에 정해진 굴절률을 갖는 유리의 제1층을 실질적으로 원통형인 맨드릴의 외주 벽면상에 가한 후, 유리의 제2층을 제1코우팅의 외면에 가함으로써 다 모우드 광학 두파관이 형성되며, 제2층의 굴절률은 제1층의 굴절률 보다 적다.

맨드릴은 산부식(etching)드릴링 등에 의해 제거된다. 결과적으로, 원통형 중공 조립체는 가열되며, 인발되어 그 단면적이 감소되고, 우수한 코어 피복 경계면을 갖는 고형필라멘트를 형성하기 위해 유리의 제1 및 내층을 붕괴한다. 큰코어 직경에 대한 총 직경 비율을 갖는 고형 필라멘트를 형성하기 위해 유리의 제1 및 내층을 붕괴한다. 큰코어 직경에 대한 총 직경 비율을 갖는 단일 모우드 광학 도파관을 제조하기 위해 이 방법을 사용하려면, 가해진 제1 유리층의 두께는 심하게 감소되어야 하며, 가해진 제2 유리층의 두께는 상응해서 증가하여야 한다.

큰코어 직경에 대한 총 직경 비율을 갖는 광학 도파관에 대해 요구되는 공차로 도파관 코어 직경을 제어하기 위해 미국 특허 제3,737,292호의 방법을 사용하는 것은 극히 어렵다.

연속적인 광학섬유 사전성형 제조는 미국 특허 제4,092,665호에 서술되어 있다.

그 특허의 방법에 따라, 내화 시동 부재는 회전되며, 동시에 회전축을 따라 이동된다. 다공성 사전성형 및 따라서 광학필라멘트 사전 성형의 코어의 제조용 유리원료는 시동 부재의 1단부면의 회전중심과 정렬되게 배치된 코어용 노즐로부터 고온버어너의 팁 근처의 고온부 내로 도입된다. 코어용 노즐로 부터 취출된 유리원료는 고온 버어너의 화염에 의해 반응하며 미세한 유리입자를 발생시키며, 그것은 다공성 코어를 형성하기 위해 그 축방향으로 그 중앙부에서 시동 부재의 단부면상에 퇴적된다.

1개 이상의 광학필라멘트 사전 성형의 피복의 형성을 위한 유리원료분사용 노즐이 시동 부재의 단부면에 대향되게 배치되지만, 그 회전축으로부터 약간 편향되거나 또는 다공성코어의 원주면에 대향되게 배치된다.

피복용 유리원료는 피복용 노즐로부터 고온 버어너의 고온부로 분사되며, 반응하여 다공성 코어의 외측상 시동부재의 단부 면상에 또는 그 원주면상에 후자의 형성과 동시에 퇴적되는 미세한 유리 입자를 형성하여 다공성 피복을 제조한다. 이렇게 얻어진 다공성 사전성형은 그 유리화를 위한 사전 성형의 광학필라멘트 사전성형에로의 이동 경로에 구비된 고온 로내로 이동된다.

이 연결에는 통합 광학 및 광학 섬유 통신에 관한 1977국제 회의(1977. 7.1~20, 일본 도오꾜오)의 티 이자와, 에스 고바야시, 에스 수도 및 에프 하나와에 의한 "고실리카섬유 사전 성형의 연속적제조"(테크니칼 다이제스트, 375~377페이지)도 참고된다.

이자와 등의 특허와 간행물은 증기상 축 배치에 의해 다모우드 단계 지수와 등급 지수 사전성형을 제조하기 위한 연속적인 제조방법을 교시한다. 이것은 코어와 피복 유리수우트는 시동 로드의 단부상에 연속적으로 퇴적되는 공정이다.

이자와 등에 의해 교시된 공정은 단일 모우드 도파관 사전 성형에 유용하지 못하며, 거기서 코어 유리 직경은 전체 섬유직경에 비해 대단히 적으며, 경계면을 잘 한정할 것이 요구된다.

대단히 확산된 코어 지역을 유발하는 퇴적 내에 혼합된(코어와 피복 조성에 대하여) 다수의 수우트스트리임이나, 수우트 스트리임이 이것을 완화하기에 충분히 분리되어 있으면, 대단히 큰 직경의 다루기 힘들게 소결되지 않은 사전성형이 유발될 수 있다.

전술한 바에서 알 수 있듯이, 큰 코어 직경에 대한 총 직경비율을 갖는 광학 도파관의 생산에는 문제가 있다. 다시 말하면, 단일 모우드 전파를 유지하는데 필요한 한계내의 굴절률의 코어 및 피복을 갖는 도파관을 생산하는 것은 대단히 작은 코어의 도파관에 대해서도 힘들다.

굴절률의 차이는 상응해서 감소하므로 큰 코어를 갖는 도파관의 생산에는 어려움이 현저하게 증가한다.

예를들어, 광학 도파관이 적은 코어를 가짐면, 즉 약 1 미크론의 코어 파경이면 요구되는 2개의 굴절률의 차이는 차이 10^-2수가 되며, 광학 도파관이 큰 코어를 가지면 즉, 1밀리미터에 코어 직경이면 요구되는 2개의 굴절률의 차이는 보다 적어져, 즉 10^-4차수가 된다.

단일 모우드 도파관이 극히 낮은 펄스 분산을 나타내어도 단일 모두드 도파관이 낮은 손실의 광 전송을 제공할 수 있지 않으면 장거리 광전송은 가능하지 않은 것을 간과해서는 안된다. 그리고, 극히 적은 불순물을 갖는 고순도의 유리를 사용하여 흡수 손실이 최소화되어야 한다. 또한 유전체의 미균질에 기인한 어떤 고유산란이 불가피 하더라도, 경계면에서 이물질 입자와 수많은 작은 기포의 트래핑(trapping)과 부적당한 치수 제어에 기인한 코어 직경 변화에 따른 코어-피복 경계면 불규칙성에서 유발한 산란 손실을 피하는 것이 중요하다.

단일 모우드 도파관에 대해 또 소망되는 것은 잘 한정된 코어-피복 경계면이다.

본 발명은 상기 문제를 해결하여 저손실 광전송과 잘 한정된 코어-피복 경계면과 최소의 흡수 및 산란 손실을 보지한다.

문제는 대개 코어 재료에 대해 사전 결정된 직경의 사전성형을 제공하고, 거기에 피복을 위한 입자물질을 가함을로써 해결된다. 이식으로 코어와 피복의 직경은 피복재료가 코어내로 또는 코어가 피복내로 이동하는 것을 예방하며, 용이하게 제어될 수 있다. 이식으로 비균질과 코어-피복 경계면 불규칙성은 실질적으로 피해진다.

특히, 본 발명에 따라서 실질적으로 길이 방향으로 연속적인 코어 부재로 구성된 사전 성형을 길이 방향으로 연속적인 코어 부재로 구성된 사전 성형을 길이 방향시동 부재의 단부면에 부착하고, 상기 코어부재의 굴절률 보다 적은 굴절률을 갖는 고유한 코우팅을 형성하기 위해 코어 부재의 외부면에 입자물질을 가하며, 연속적이고 실질적으로 균일한 두께의 실질적으로 규질한 고유의 코우팅을 형성하기 위해 상기코어 부재에 상기 입자물질의 상기 고유한 코우팅을 동시에 가하는 동안 상기 시동부재와 상기 코어 부재를 길이 방향으로 병진 시킴을 특징으로 하는 광학 도파과을 생산하는 광학 도서관을 제조하는 실질적으로 연속적인 방법을 제공한다.

본 발명의 목적, 특징 및 이점은 본 발명의 실시예에 따른 하기의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해 이분야의 숙련 기술자에게는 명백해질 것이다.

도면들은 본 발명을 상징적으로 설명하는 것이며, 크거나 요소들의 상대적인 비율을 표시하지는 않는다.

본 발명은 단일 모우드 광학 도파관 블랭크 또는 사전 성형의 실질적으로 연속적인 제조 및 도파관 자체와 관련되어 서술되지만, 본 발명이 거기에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

증기상 산화는 "화학적 증기퇴적"과 다른 증기상산화방법을 포함한다. "화학적 증기퇴적"은 퇴적표면상 또는 부근에서 발생하는 화학반응에 의한 퇴적의 형성을 의미하며, 그 정의는 씨·에프·포웰 등에 의해 편집된 교본 "증기퇴적"(뉴욕, 죤 윌리 및 신스사, 1969)의 3페이지상에 기재되어 있으며, 그 교본은 특히 참고가 된다.

화학적 증기퇴적 공정에 의해 유리의 적당한 코우팅을 퇴적하기 위해 이분야에서 공지된 어떤 절차적인 변형도 사용될 수 있다.

증기상산화에 의해 코우팅을 가하는 유효한 수단은 여기서 특히 참고로 하는 미국 특허 제2,272,342호 또는 미국특허 제2,326,059호에 서술된 것과 유사한 그 정의가 후술되는 "화염 가수분해" 공정에 의해 가해진 소정 물질의 수우트 층을 소결하는 것이다.

광학 도파관용 유리는 통상적으로 퇴적 버어너에 공급된 운반 가스내의 증기를 동반함으로써 형성된다.

가스는 반응하여 미세하게 분할된 물질의 수우트를 퇴적한다.

미국특허 제2,272,342호 및 제g,326,059호와 같은 예전의 문필에서 이 화학공정을 화염 가수분해로 칭하였다. 그러나, 최근에 이 분야의 종사자들은 그 화학공정이 가수분해가 아니고 차라리 산화 하는 것을 인식하게 되었다.

"화학 및 물리편람"은 산화를 화합물 내의 성분을 형성하는 산 또는 산소의 이유를 증가시키는 공정으로 서술한다. 한편, 가수분해는 물을 그 이온으로 분해하며, 약산 또는 염기를 형성하는 반응으로 정의 된다.

산화의 정의는 이 형식의 증기 퇴적 공정에서 발생하는 공정을 잘 서술한다. 여하튼, 버어너는 종전과 동일한 식으로 사용된다. 여기서 사용되는 "산화"라는 용어는 그것이 더 정확하게 화학 공정을 서술하기 때문에 가수분해에 대신하여 사용된다. 공정을 서술하는데 사용된 용어에 상관없이 결과물은 동일하다.

제1도에 시동부재(12)의 1단부에 견고하게 부착된 비교적 두꺼운 고형 유리 필라멘트 또는 코어부재(10)이 도시된다. 코어부재(10)은 결국 광학 도파관의 코어를 형성하며, 예를들어 화학적 증기 퇴적을 포함하는 외부 또는 내부 증기상 산화, 큰 본체로부터 고형 로드의 코어 드릴링, 직접 용융 인탈 등과 같은 공지의 공정에 의해 형성된다. 코어부재는 또한 전의 방법에 의해 요구되는 것보다 큰 치수로 형성된 후 소정 직경으로 인발된다.

코어 부재는 결국 광학 도파관의 코어를 형성하므로 그 조성과 순도는 광학 도파관 적용에 적당한 형식과 품질이어야 한다.

코어 부재재료의 적당한 예는 순수 용융된 실리카, 도우프 용융된 실리카, 게르마늄 또는 다른 고순도 광학질 유리다.

시동부재(12)는 그 종방향 축을 따라 병진시키기 위한 공지의 수단(도시하지 않음)에 연결된다. 시동부재는 또한 필요하면, 그 종축에 따라 이후 자세히 설명하는 것처럼 회전된다. 시동부재(12)는 다음 단계중 저하하지 않는한 유리, Al₂O₃와 같은 내화제, 멀라이트, Sl₃N₄등과 같은 적당한 재료로 형성되며, 코어부재는 거기에 예를들어 용융 등에 의해 부착된다. 시동부재(12)의 단부면은 제1도에 블록면으로 설명되지만, 평평한 면 또는 오목한 면이 될 수도 있다. 시동 부재(12)의 단부는 또한 블록 퇴적면을 구비하는구 형상 또는 풍선 형상일 수도 있다. 그러나, 단부면의 형상은 중요한 것이 아니다. 그러나, 통상적으로 코어부재(10)과 시동부재(12)는 원통형이며, 그 기하형상은 유사하게 까다롭지는 않다.

결국 도파관의 피복을 형성하는 입자물질의 점착성 코우팅은 1개 이상의 버어너(14)에 의해서 시동 부재(12)의 단부면과 코어부재(10)의 외면상에 퇴적된다.

코어 부재에 향하게 될 수 있는 입자 물질의 분류를 제공하는 평면 버어너, 리본 버어너, 링버어너 등 어떤 버어너도 본 목적에 적당하다. 적당한 버어너를 설명하기 위해 미국특허 제3,565,345호가 참고된다.

코어부재(10)상에 점착성 코우팅을 형성하는 입자 물질(19)은 광학 도파관의 피복에 적합한 어떤 재료도 사용이 가능하지만, 상기 코어부재의 것보다적은 굴절률을 가져야한다. 버어너(14)에 성분을 송출하기 위한 공지의 어떤 적당한 수단도 사용될 수 있다.

추가로 제2도에서, 입자물질이 가해지거나 퇴적됨에 따라서 수우트 또는 입자 물질의 점착성 코우팅(18)이 코어부재(10)의 외면상에 형성된다.

수우트 또는 입차물질의 점착성 코우팅은 퇴적된 물질 또는 유리의 소입자들이 틈을 가지며, 서로 부착되는 비교적 다공성 본체를 의미한다. 필요에 따라, 코우팅(18)은 처음에 다공성 본체를 만들지 않고 고형 유리의 형태로 퇴적되기도 한다. 이런 실시예에서 후술하는 바와 같은 다공성 본체를 순차적으로 압밑하는 단계는 제거된다. 그러나, 코우팅(18)을 고체형태로 퇴적 하는데 있어서 코어 부재(10)의 재료는 충분히 높은 연화온도를 가져야 하며, 코우팅 다료는 코우팅이 코어브있와 그 구조를 해침이 없이 압밀 되기에 충분히 낮은 압밀 온도를 가져야 한다.

고형 코우딩(18)을 퇴적 하기에 적당한 도료의 조합의 1예는 실리카의 코어 부한(10)과 낮은 굴절률을 갖는 양립할 수 있는 연성 유리로 형성된 퇴적된 코우팅(18)이다.

이런 코어부있는 또한 그 외면에 시동 코어부도(10)으로 구성된 조합이 가해진 장벽층을 가한다. 장벽층의 적용과 그 이점은 충분히 서술될 것이다.

다수의 버어너(14)는 코우팅(18)의 단부면(20)에 버어너로부터의 입자를 실질적으로 균일하게 반경 방향으로 퇴적할 수 있게 코어 부을(10)의 종축 주위 및 또는 종축을 따라서 배치된다. 이런 버어너는 본버리어너, 링 버어너등을 포함한다. 단부면(20)는 입자 물질의 퇴적에 의해 연속해서 새로 형성될 것이다. 단부면(20)상에 입자를 가장 효율적으로 퇴적시키기 위해 버어너(14)는 배치돌 것이다.

실제로 종방향병진에 관한한 버어너(14)는 정지하고 있으므로, 거기에 부착된 코어부있(10)을 지닌 시동부있(12)는 그 종축을 따라서 화살표(22)의 방향으로 단부면(20)상의 입자물질의 덧붙임 비율에 상응하는 속도로 병진하므로, 단부면(20)은 상대적으로 버어너(14)에 대해 고정 위치에 있다.

단부면(20)상에 실질적으로 연속적인 입자 물질의 반경 방향층을 형성하거나 또는 하지 않는 단일 버어너(14) 또는 다수의 버어너(14)가 사용된다.

후자의 경우에, 단부면(20)에 입자물질의 더 균일한 퇴적을 촉진하기 위해 시동부시(12)는 화살표(24)방향으로 추가로 회전된다. 이것을 위하여, 본 발명은 또한 단부면(20)에 대해 버어너를 회전시키나, 링 버어너를 사용하는 것을 계획한다. 이것은 시동부재(12)를 회전시킴에 추가하거나, 그 대신이거나 또는 그 결합이다.

추가해서, 필요에 따라 퇴적 버어너(14)에 의해 퇴적된 수우트 입자의 소결을 촉진하기 위해 보조 가열버어너(25)가 사용된다.

제3도에는 본 발명의 1실시예의 전체방법이 좀 더 완전하게 표시되어 있다. 코어부을(10)은 리일(26)으로 부터 실질적으로 연속적으로 시동부재(12)의 종축과 평행 또는 실질적으로 일치하는 종축을 따라 공급된다.

본 발명은 또한 코어부재(10)의 짧은 길이를 리일(26) 상에감는 대신 용접 또는 "버트"시일링을 계획한다. 이런 실시예에서, 복합 코어부재(10)은 유사하게 실질적으로 연속된다.

리일(26)이 사용될 때라도 코어부재 또는 다음의 리일도 충분히 풀리므로 "버트" 시일되거나 앞의 부재의 단부에 용접되어 실질적 연속되게 한다.

1개 이상의 버어너(14)가 입자물질을 코어부재(10)의 외면에 가하거나 퇴적되어 코어부재(10)의 외면에 점착성이며, 비교적 다공성코우팅(18)을 형성한다.

전술한 바와 같이 시동부재(24)는 단부면(20)상에 입자물질을 실질적으로 균일하게 퇴적할 수 있도록 화살표(22)방향으로 병진되며 추가로 화살(24) 방향으로 회전된다.

점착성 코우팅이 종방향으로 병진되며, 어떤 점에서 히이터(28)에 의해 가열되고, 그점에서 점착성 코우팅(18)은 소결 또는 압밀되어 코어부재(10) 및 압밑된 피복부(32)로 구성된 블랭크(30) 또는 고형 사절 성형을 형성한다.

광학도파관(34)를 형성하는 실질적으로 연속적인 방법의 다음 단계로서, 고형 사전성형(30)은 순차적으로 히이터(36)에 의해 그 종방향 경로를 따라 가열되며, 거기서 그때까지 형성된 복합의 온도는 그 재료의 인발 온도까지 상승되며, 공지의 방식으로 광학도파관 또는 필라멘트(34)로 인발된다. 이런 연속적인 방법에서, 시동부재(12)의 병진 속도는 단부면(20)에의 입자 물질의 균일한 퇴적을 광학 도파관 또는 필라멘트로 고형 사전성형을 인발하기에 충분한 크기이여야 하며, 그 후, 도파관(34)의 인발을 허용할 수 있는 속도로 증가한다.

고형 사전성형(30)이 필라멘트(34)로 인발될 때, 그 길이는 시동부재(12)의 종방향속도로 증가함으로써 실질적으로 증가된다.

시동부재(12)의 병진 및 또는 회전속도의 제어용 장치는 도시하지 않았지만, 예를들어 클러치를 가진 또는 클러치가 없는 가변속도 모우터와 같은 공지의 기술이다. 전형적인 회전속도는 30rpm이지만, 회전속도는 퇴적된 물질, 퇴적율 및 각 특수 경우에 따른 다른 매개변수 등에 의해 결정된다. 그리고, 전술한바와 같이 시동부제(12)는 회전될 필요가 없고 차라리 버어너가 회전되거나 링버어너 또는 그 결합 등이 사용되기도 한다.

필라멘트 인발이 개시될 때, 인발온도에서 인화된 유리는 토오크를 사전성형(30) 또는 그 하방의 구조의 어떤 부분에 전송하지 않고 단순히 그 자체가 전단되므로 시동부재(12)의 회전에 의해 코우팅(18) 및 또는 고형 사전성형(30)의 회전은 불가능하지 않으면 곤란할 것이다.

첨가해서, 인발지역 하방의 구조부는 물리적 지지가 필요할 것이다. 또한 인발된 필라멘트 자체가 계속해서 감기면 소정길이로 전단되거나 그때 다음 인발을 위해 전단된다. 예를들어, 각각 고형 사전성형(30)과 코우팅(18)을 둘러싸며, 구조를 지지, 회전 및 축방향 이동시키도록 설치된 다수의 로울러로 구성된 수단(37) 및 (39)가 제공된다. 이런 지지 로울러는 공지의 기술이다.

지시된 목적을 위해서 수단(37) 및 (39) 모두가 필요치 않고 단일 수단으로 소정의 결과를 달성할 수도 있다. 필요에 따라, 리일(26)은 코어부재(10)을 풀기 위해 그 중심축 주위를 회전할 뿐 아니라, 코우팅(18)이 가해짐에 따라 전체구조의 회전을 허용하도록 고형 사신성형(30) 및 코우팅(18)의 종축 주위를 회전한다.

상술한 회전은 전술한 버어너 회전과 관련하여 그 대신 또는 그 결합으로 사용되기도 한다.

입자물질의 적용, 압밀 및 인발위 추가적인 교시를 위해 미국특허 제3,659,15호, 제3,711,262호, 제3,737,292호, 제3,775,075호, 제3,806,570호, 제3,859,073호, 및 제3,884,550호가 참고된다.

본 발명의 다른 실시예가 제 4도에서 설명되며, 거기서는 압밀과 인발의 관계가 결합된다.

이 실시예에서 입자물질은 전술한 바와 같이 버어너(14)에 의해 코어부재(10)상의 점착 코우팅(18)의 단부면(20)에 가해진다.

히이터(38)는 복합체를 가열하여 다공성 코우팅(18)을 고형 사전성형(30)으로 압밀하고, 사전 성형(30)을 광학 도파관 또는 필라멘트(34)로 인발하며, 실질적으로 연속적이고 단지 1개의 가열 단계를 요구한다. 즉, 히이터(38)는 다공성이며, 점착성인 코우팅(18)을 코우팅을 압밀하고 고형 사전성형을 섬유로 인발할 수 있기에 충분한 온도를 가열한다. 본 공정에 관련된 전술한 다른 모든 매개변수는 사전 성형의 회전, 링버어너등의 사용 등이 실질적으로 동일하다. 형성된 구조를 지지, 회전 및 병진시키기 위한 수단(40)도 구비되며, 제3도에와 관련해서 서술한(37) 및 (39)와 같은 수단도 있다.

여기서 서술하거나 계획한 각 실시예에서, 코어부재(10)는 코어 또는 그 외면에 가해진 장벽층을 갖는 코어로 호칭되는 최후의 도파관 필라멘트의 그 부분만으로 구성된다. 종종, 첨부된 피복으로 호칭되는 장벽층은 코어와 외피복의 중간물질의 코우팅이며, 각종 자용을 한다. 예를들어, 장벽층은 외피복으로 부터 코어로의 불순물 또는 수소 이온의 확산에 장벽으로 작용한다. 그리고, 그것이 즉시 코어표면에 가해지면 그것은 코어와 피복면 사이에 양질의 경계면을 제공한다.

첨가해서, 그것은 시동시의 코어부재(10)의 취급과 연속공정에서 추가 코어부재에 다음의 시일링을 개선한다. 그러나, 기능적으로 장벽층은 도파관을 통해 높은 비율의 광선이 전파되는 구역인 피복의 내측부분으로 구성되며, 아주 적은 광선이 유효한 광학 도파관을 위해 외측 부분 피복을 통해 전파된다. 이 연결에 대해서, 전술한 미국특허 제3,711,262호와 카파니 간행물이 참고가 된다.

장벽층이 사용된 상황에서 코우팅(18)의 형태로 가해진 외부 피복은 단지 아주 적은 광선만이 외부 피복에 전파되므로 다른데서 필요한 것 같은 높은 광학품질은 필요하지 않다. 예를 들어 증기상 산화 등과 같은 적당한 공정에 의해 장벽층이 형성된다.

압밀된 블랭크 또는 사전 성형이 연속적으로 도파관 필라멘트로 인발되지 않는 실시예에서, 블랭크 또는 사전 성형은 다음 인발을 위해 사전 결정된 소정 길이로 절단된다. 유사하게, 블랭크 또는 사전성형이 필라멘트로 연속적으로 인발될 때, 필라멘트는 연속적인 사전 성형의 형성을 방해하지 않으며, 사전 결정된 길이로 절단된다.

광학 도파관 블랭크를 형성하는 실질적으로 연속적인 방법의 특수예는 하기와 같다.

고품질의 광학 코어부재가 우선 별도의 단계에서 준비되며, 약 1.5밀리미터의 직경을 갖는 두꺼운 고형 유리 필라멘트로서 공정내로 도입된다. 이 코어부재는 예를들어, 잔여 부분이 sio₂유리인 2중량 퍼센트 Geo₂와 같은 단일 복합 수우트 사전 성형을 미국특허 제3,933,454호에 기재한 것 같은 염소 건조로 이런 부재를 압밀하는 구역에 퇴적하는 종래의 표준 증기 퇴적 공정에 의해 준비된 후, 잘 제어된 치수를 갖는 고형 필라멘트로 인발된다. 일체적인 유인판 또는 시동부재 또는 축방향 퇴적을 사용하는 것같은 외부 증기상 산화 공정상의 변화도 고형시동 코어부재를 제공하기 위해 사용된다.

그리고, 코어부재는 드럼상에 권취되며, 본 공정의 필요에 따라 풀린다. 코어 부재를 얻기 위해서 고순도 용융등과 같은 타공정도 사용될 수 있다.

본 발명의 광학 도파관 플랭크를 형성하는 특수에는 하기와 같다.

1.5mm로드 또는 코어부재가 용융에 의해 2cm직경의 실질적으로 평평한 단부를 갖는 시동 부재에 부착된다. 코어부재는 약 2중량 퍼센트 Geo₂와 타부분은 Sio₂인 조성을 갖는다. 시동부재는 저단부가 시일되게 막힌 2cm의 바이코오(Vycor)(96%실리카)관으로 형성된다.

평면 버어너가 그 버어너면이 코어부재의 종축에 약 30°로 퇴적 표면에 약 13cm의 거리에 배치되었다.

버어너는 외경이 5cm이고, 길이가 9cm인 화염을 둘러싼 바이코오 드래프트 시일드를 장착한다.

시동 부재는 회전 및 종방향 병진 장치에 부착된다.

클러치를 지닌 가변속도 모우터에 의해 회전이 달성되며, 연결 차단할 수 있는 나사 기구에 의해 병진이 달성된다.

버어너 화염은 5.7리터/ 분으로 흐르는 천연가스와 4리터/ 분으로 흐르는 산소로 구성된다. 산소는 1.2리터/ 분으로 내부 시일드로 흐르고, 3리터/ 분으로 외부 시일드로 흐른다. 바이패스 또는 과도한 산소는 0.14리터/ 분으로 흐른다. 반응제는 송출 시스템 내에서 약 35℃로 유지되는 Sicl₄조를 통해 기포산소에 의해 2.2리터/ 분으로 공지의 송출 시스템에 의해 퇴적 버어너로 흐른다.

시동 부재는 약 15r·p·m으로 회전하며, Sio₂수우트 입자가 그 위에 약 10분간 퇴적되어 코어 부재상에 코우팅을 개시한다.

시동 부재의 종방향 병진은 20cm시의 속도로 개시되며, Sio₂수우트 입자의 퇴적은 약 1시간 이상 동안 계속한다.

뉴저어지주 밀빌의 카알리슬 버어너사에 의해 제조된 피시테일 버어너 제1253호로 알려진 보조 버어너에 의해 퇴적 버어너로 부터 하류점에서 보조가열이 형성된 사전 성형에 행해진다.

보조 버어너 화염은 3.4리터/ 분으로 흐르는 천연가스와 2.9리터/ 분으로 흐르는 산소로 구성된다. 버어너면은 제2도의 버어너(29)에 대해 설명한 식으로 사전 성형으로부터 약 4cm에 위치한다.

이 예에서, 약 1시간 후에 공정은 연속되지 않고, 그래서 약 20cm길이와 3.5cm 직경의 사전 성형이 형성된다. 필요하면, 상기 공정은 무기한으로 계속될 수 있다.

상술한 장치는 일체적인 압밀로를 갖지 않으므로 형성된 블랭크는 제거되며, 헬륨 대기를 갖는 압밀로 내에 배치된다.

다공성 사전성형은 1450℃의 구역연소에 의해 고형 사전 성형으로 압밀되며, 약 20cm/ 시의 속도로 그것을 병진 시킨다. 결과의 고형 사전성형 또는 블랭크는 약 10 : 1의 외경대 코어 직경 비율을 가진다.

버어너의 각도와 함께 시동 부재의 단부면의 크기와 형상에 기인하여 점착성 코우팅의 최초의 덧붙임은 주어진 시간 길이에 대하여 비교적 적으며, 점착성 코우팅이 덧붙여짐에 따라 증가한다. 그러나, 이 예에 따라 형성된 사전 성형은 필라멘트로 인발되지 않으며, 필라멘트 인발은 공지의 기술이다.

본 발명에 따른 광학 도파관을 형성하는 실질적으로 연속적인 방법의 다른 예는 하기와 같다.

피복 유리입자는 전술한 바와 같이 증기상 산화공정에 의해 퇴적되며, 동시에 압밀에 대해 요구되는 온도가 코어부재를 변형하지 않으면 동시에 고형화되며, 코어부재와 가해진 피복의 재료는 열팽창, 굴절률, 유동성 등에 관한한 양립될 수 있다. 이 결과를 달성하는 유리의 예는 하기와 같다.

코어부재는 약 16중량 퍼센트 Ta₂O₅와 타부분이 Sio₂인 조성을 가진다. 이런 조성은 약 1.490의 굴절률 약 1600℃의 액체온도 및 약 9×10^-7/ ℃의 열팽창 계수를 가진다. 피복은 약 14 중량 퍼센트 B₂O₃, 약 26중량 퍼센트 P₂O₅및 잔여가 약 60 중량 퍼센트 Sio₂인 조성을 가진다. 이 조성은 약 1486의 굴절률, 약 950℃의 액체온도 및 약 45×10^-7/ ℃의 열팽창 계수를 가진다.

본 발명에 따라 광학 도파관 블랭크를 형성하는 실질적으로 연속적인 방법에 의해 생산된 광학 도파관은 단지 1개 또는 수개의 모우드의 에너지의 전파에 특히 적합하다.

본 발명에 약 10 : 1의 코어직경에 대한 총 도파관 직경 비율을 가지며, 도파관 코어와 피복 사이에 우수한 품질의 경계면을 형성하고, 감쇠가 아주 낮은 도파관을 형성하는데 특히 적합하다.

본 발명의 임의의 특수한 상세에 대해 서술 되었지만, 하기 청구의 범위에 기재한한 이런 상세가 본 발명의 범위를 제한 하려는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 실시적으로 연속적인 단계로 상기 입자물질을 가하여 고형 블랭크로 압밀하는 것과 입자물질이 가열되어 소결 또는 압밀되는 것과,

상기 시동 부재와 상기 코어부재를 각각 그들의 축에 대해 회전시킴과 동시에 길이 방향으로 병진 시킴과,

상기 입자물질이 1개 이상의 평면 버어너 또는 링 버어너에 의해 가해지는 것과,

상기 버어너가 상기 시동 부재 및 상기 코어 부재의 종축에 대해 회전되는 것과,

상기 종방향 시동부재의 단부면이 평면 또는 오목면인 것과,

상기 도마관 블랭크를 사전 결정된 소정 길이로 분할하는 것과,

상기 접착성 코우팅의 외면에 보조 가열을 가하는 것과,

상기 코어부재가 리일로부터 실질적으로 연속적으로 급송되는 것과,

상기 코어부재가 그 외면상에 장벽층을 갖는 것과,

고형 블랭크를 형성하기 위한 상기 점착성 코우팅의 가열 후 고형 블랭크는 그 인발온도로 가열되며 실질적으로 연속적인 광학도 파관으로 인발되며, 코어부재는 코어로 구성되고, 압밀된 코우팅은 상기 광학 도파관의 피복으로 구성된 것과,

상기 입자물질이 단일 가열단계로 축가 가열 없이 광학 도파관으로 인발된 압밀 블랭크를 형성하는 온도로 가열되는 것을 특징으로 한다.

Claims (1)

1. 광학 도파관이 생산되는 광학 도파관 블랭크를 형성하는 실질적으로 연속적인 방법에 있어서, 실질적으로 종방향으로 연속적인 코어부재로 구성된 사전 성형을 종방향 시동 부재의 단부면에 부착하며, 입자 물질을 코어부재의 외면에 가해서 상기 코어부재의 굴절률 보다 적은 굴절률을 갖는 점착성 코우팅을 형성하고, 상기 시동부재와 상기 코어부재를 종방향으로 병진시킴과 동시에 상기 입자 물질의 상기 점착성 코우팅을 상기 코어부재에 가해서 실질적으로 균일한 두께의 연속적이고 실질적으로 균질한 점착성 코우팅을 형성하는 것이 특징인 광학 도파관 블랭크의 실질적으로 연속적인 형성방법.

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