KR830002121B1 - 광 파이버 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광 파이버

제1도는 광 파이버의 단면 구조.

제2도는 코어부의 굴절률 분포.

제3도는 유리 미립자체의 제조방법의 개략도.

제4도는 계단 모양으로 변화된 굴절률 분포.

본 발명은, 손실이 적고 또한 넓은 전송대역(傳送帶域)을 가지는 광(光) 파이버(fiber)에 관한 것이다.

광 파이버의 일반적인 구조는, 제1도에 표시하는 바와 같이 클래드(clad)층 (2) 및, 클래드층(2)보다 굴절률이 높은 코어(core)(1)로서 되어있다.

광 파이버에 의한 빛의 전반(傳搬) 원리는, 클래드층(2) 및 코어(1)의 굴절률의 차이에 의하여 빛을 코어(1) 안에 가두어 넣는 것에 의해서, 정성적(定性的)으로 이해할 수 있다. 그런데 광 파이버의 전송 손실은, 광 파이버를 구성하는 재료의 고유의 흡수손실, 산란손실 및 파이버를 구부렸을 경우에 증대되는 방사 손실 및 마이크로 벤딩등에 의한 손실등으로 된다.

상기한 코어(1)의 굴절률을 높이기 위한 첨가제 및 클래드층(2)의 굴절률을 낮추는 첨가제로서, 광 에네르기의 흡수 및 빛의 산란이 대단히 낮다고 하는 점에서 각각 GeO₂및 B₂O₃가 사용되고 있으나, 코어(1)와 클래드층(2)의 열 팽창 계수가 크게 차이지면 코어(1)와 클래드층(2)에 현저하게 큰 흥력이 발생하여, 이 복합체가 깨어져 버린다. 이것을 피하기 위하여, 코어(1)에 GeO₂외에 P₂O₅및 B₂O₂라고 하는 GeO₂와 비하여 굴절률을 그다지 변화시키지 않는 첨가제를 넣는 것에 의해서, 열 팽창계수를 조정할 필요가 있다. 그런데, 산란손실은, 첨가제의 양에 비례하여서 증가하기 때문에, 산란손실을 작게하기 위해서는, GeO₂, P₂O₅및 B₂O₃의 첨가량을 작게할 필요가 있다. 다른 한편, 마이크로 벤딩 손실 및 방사손실을 감소시키는 데에는, 굴절률을 높게할 필요가 있고, 이것은 첨가재중, 특히 GeO₂양을 증가시킬 필요가 있다.

또, 코어(1)의 굴절률 분포가 제2도에 표시하는 것과 같이 포물선 모양으로 변화되어 있는 광 파이버에 있어서, 굴절률의 최고 값과 최저 값의 차이를 △n으로 하였을 경우에, 이 광파이버의 전송대역(폭)은 △n의 자승에 역비례 한다는 것이 알려져 있다. 이것으로, 전송 대역을 넓게하기 위해서는, △n을 작게할 필요가 있고, 환언하면 GeO₂의 첨가량을 낮게 억제할 필요가 있다.

상기한 외론에서 명백한 바와같이, 낮은 전송 손실이고 또한 넓은 전송 대역을 가지는 광 파이버의 첨가제의 양은 어느 범위로 한정된다. 다음에 1예로서 화염 가수 분해법(火炎加水分解法)에 의한 광 파이버용 모재(母材)의 제조방법에 대하여 설명한다.

제3도에 제조방법의 대략을 표시한다.

제1버어너(3) 및 제(2)버어너(4)로 부터 각각 SiO₂와 비교하여서 굴절률이 높은 첨가재를 많이 함유하는 유리 원료가스(예를들면 SiCl₄, GeCl₄, PoCl₃및 BBr₃) 및 굴절률이 낮은 첨가제를 함유하는 유리원료가스(예를들면 SiCl₄및 BBr₃)를 가열용 연소가스(예를들면 산소와 수소, 부탄 및 프로판)와 함께 유출시켜서, 이 버어너 밖에서 원료가스를 화염 가수 분해시키는 것에 의해서 유리 미립자를 생성시키고, 출발부재(5)에 퇴적시켜서 축방향으로 유리 미립자체(6)를 성장시킨다. 다음에, 이 유리 미립자체(6)를 1400-1600℃의 고온로에 서서히 강하시키는 것에 의해서, 소결하여 유리화 시켜서 광 파이버용 모재를 만든다.

이 광 파이버용 모재는, 제2도에 표시하는 것과 같이 코어(1)에서 굴절률이 포물선 모양으로 변화되어 있다. 즉 단면안에서 첨가재의 양이 한결같지 않고 열팽창 계수도 단면안에서 변화되고 있다. 이 열패창계수의 변화가 크면, 유리 미립자체(6)를 소결시킬 때에 응력이 작용하여서 유리 미립자체(6)가 깨어진다. 또, 소결후의 광 파이버용 모재를 고온로에서 끄집어 낼때나, 기타의 열처리를 행할때에 깨어지기 쉽게 된다.

또한, 유리 미립자체(6)의 바깥둘레부와 비교하여 중심부의 율점이 높을 경우에는, 이것을 소결시키면 유리 미립자체(6)의 표면에서 유리화되기 때문에, 중심부의 기포를 완전히 내보내는 것이 곤란하게 되어, 중심부에 기포가 남아서 광 파이버의 산란손실의 요인으로 된다. 상기한 불편을 해소하기 위하여 유리 미립자체(6)의 중심부 및 바깥둘레부의 첨가제의 양을 여러가지로 바꾸어서 작성하여, 소결시켰든바, 다음과 같은 실험사실이 명백하게 되었다. 즉, 이때까지의 의론에서 추측할 수 있는 것과 같이, 손실이 적고 또한 넓은 대역특성을 가지는 광 파이버용 모재의 코어부의 첨가제의 양은, 어느 범위에 한정되고, 코어 중심부에 GeO₂를 5-15wt% 함유하고, 또한 P₂O₅및 B₂O₃의 합계 첨가량이 10-0wt%인 유리 미립자체(6)를 소결시켰든바, 극히 양호한 광 파이버용 모재를 얻을 수 있었다. 또 코어 중심부의 GeO₂, P₂O₅및 B₂O₃의 합계첨가량이 15wt% 이상인 유리 미립자체(6)에 대해서도 양호한 광 파이버용 모재를 얻을 수 있었다. 또한, 전송손실 및 전송 대역과 밀접한 관계에 있는 △n을 주로 변화시키는 GeO₂의 첨가량을 15wt% 이하로 하는 것에 의하여, 전송 손실 및 전송 대역이 각각 3.0dB/km(at 0.85㎛)이하 및 400MHz·km⁰·⁷⁵(0.75승 환산) 이상의 높은 품질의 광 파이버용 모재를 얻을 수 있었다.

상기 실험에 있어서는, 클래드층의 첨가제로서는, GeO₂, P₂O₅및 B₂O₃를 사용하였다. 이들 피복층의 첨가제량은 코어부의 조성에 따라 적당하게 조정할 필요가 있다. 또한, 이들 첨가제는 GeO₂, P₂O₅및 B₂O₃에 한정되는 것이 아니고 굴절률, 선팽창계수 및 융점을 조정하는 손실이 적고 또한 산란이 적은 다른 첨가제(예를들면, TiO₂, Al₂O₃, SiF₄, Ga₂O₃)라도 좋다는 것은 상기한 의론으로 용이하게 유추할 수 있다.

이제까지는, 코어의 굴절률이 포물선 모양으로 변화되어 있는것에 대하여 설명하였으나, 제4도에 표시하는 것과 같은 코어(1) 및 클래드층(2)의 굴절률이 계단모양으로 변화되어 있을 경우에 대하여서도, 상기한 실험적 사실이 성립된다.

다음예 실시예에 대하여 설명한다.

(실시예 1)

코어 중심부의 첨가제의 양 : GeO₂12wt%

클레드층의 첨가제의 양 : B₂O₃5wt%

이 조성을 가지는 유리 미립자체를 만들어서 소결시켰든 바, 피복층에 클랙(crack)이 생겼다.

(실시예 2)

코어 중심부의 첨가제의 양 : GeO₂8.2wt%

클래드층의 첨가제의 양 : B₂O₃8wt%

상기 조성을 가지는 유리미립 자체를 만들어서 1550℃의 고온로 안에서 소결시켰든 바, 코어 중심부에 다공질의 부분이 남고, 완전하게 충실한 광파이버 용모제는 얻을 수 없었다.

(실시예 3)

상기 조성의 유리 미립자체를 만들어서, 1500℃의 로안에서 소결시켰든바, 양호한 광파이버용 모재를 얻을 수 있었다.

이 모제를 바깥지름 150μ으로 방사(紡絲)하였든바 단방(單長) 1km의 파이버의 전송 손실 및 전송 대역은, 각각 4.5 dB/km(0.83㎛에 있어서의 손실) 및 225MHz·km이었다.

(실시예 4)

상기 조성의 유리 미립자체를 1500℃의 로안에서 소결시켰든바 양호한 광 파이버용 모재를 얻을 수 있었다. 이 모재를 10ψ로 늘여서, 안지름 11ψ, 바깥지름 20ψ의 석영파이프에 삽입한 후, 융합시켜서 바깥지름 150㎛의 파이버에 방사하였다.

이 파이버의 전송손실 및 전송손실 및 전송 대역은 각각 2.64dB/km(0.83㎛에 있어서의 손실) 및 405MHz·km(거리 환산계수 0.75 승)이 있다.

Claims (1)

1. 석영 유리를 주체로한 클래드층(2)과, 이 클래드층 보다 굴절률이 큰 석영유리를 주체로 한 유리로서된 코어(1)에 의하여 구성되는 광 파이버에 있어서, 이 코어가 GeO₂, P₂O₅, B₂O₃의 가운데의 어느 하나 또는 둘 이상의 도오팬트를 함유하는 고순도의 석영유리로서 되고, 도오팬트 중의 GeO₂함유량이 15중량% 미만이고, GeO₂와 다른 도오팬트와의 합계가 15중량%를 초과하고 있고, 클래드층의 순수한 SiO₂또는 GeO₂, P₂O₅및 B₂O₃중 적어도 하나를 함유한 SiO₂로 되는 것을 특징으로 하는 광파이버.

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