KR840000429B1 - 광학섬유 조기성형부의 인덱스 단면 제어방법 - Google Patents

광학섬유 조기성형부의 인덱스 단면 제어방법 Download PDF

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웨스턴 일렉트릭 캄파니, 인코포레이티드
오. 이. 알버
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Abstract

내용 없음.

Description

광학섬유 조기성형부의 인덱스 단면 제어방법
제1도는 광학섬유 조기 성형부의 인덱스 단면을 모니터하고 제어하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치를 도시한 도면.
제2도는 본 발명의 제2 실시예에 따라서 광학섬유 조기 성형부의 인덱스 단면을 모니터하고 제어하기 위한 장치를 도시한 도면.
제3도는 설명을 하기 위해서 섬유 조기 성형부의 횡단면과 이에 의해 생긴 X선 사진을 도사한 도면.
제4도 및 제5도는 본 발명과 결합해서 사용하기 위한 신호처히기를 도시한 계통도.
제6도는 설명을 하기 위해서 다수의 피착층을 갖고 있는 섬유조기 성형부의 X선 사진을 도시한 도면.
제7도는 VAD 조기 성형부 제조방법에 본 발명을 적용한 것을 도시한 도면.
본 발명은 광합섬유 조기 성형부의 굴절 인덱스 단면 제어방법에 관한 것이다.
공지된 바와같이, 다중 모우드 광학섬유를 따르는 광학파형 에너지 효율적인 전송은 섬유 코어의 굴절 인덱스를 감소시키므로서 이루어진다. 그러므로, 섬유의 전송 특성을 평가하기 위해서 인덱스 단면의 정확한 지식이 필요하다. 이 목적을 위해서, 광합섬유의 인덱스 단면과 광학 섬유 조기 성형부를 측정하기 위한 여러가지의 기술이 나타나게 되었다. 예를들면, 미합중국 특허공보 제4,161,656호에는 자외선(UV) 발광에 대한 섬유 조기성형부 반응을 관찰하므로서 광학 섬유와 섬유 조기 성형부내에 인덱스 수정 첨가제를 분산시키는 것을 결정하기 위한 여러가지의 기술이 설명되어 있다. 이 측정을 하므로서, 인덱스 측면이 완전해질 수 있다.
이 기술이나 그외의 다른 측정기술의 결점은 이 기술들이 섬유나 조기 성형부가 만들어진 후에만 사용될 수 있다는 것이다. 양호한 장치는 조기 성형부가 제조하는 동안 측정을하여 그 자체의 제조처리를 제거 하므로써 정보를 제공한다.
이 장치에 의해서, 조기 성형부내의 최종적인 인덱스 분배는 거의 바람직한 단면으로 된다. 이러한 시도는 제조된 다수의 허용할 수 없는 조기 성형부를 감소기켜서 광학 섬유의 제조비를 절감시키도록 작용한다.
본 발명은 특히 유리성형 물질과 적당한 인덱스 수정 첨가제를 포함하고 있는 가스형태의 전구체가 조기 성형기판관 속으로 가열된 상태로 흐르도록 하는 "수정 화학증기 피착"(MCVD) 처리에 적용할 수 있다. 이것은 유리층이 관의 내부 표면상에 피착되기 때문이다.
각각의 피착된 충의 두께와 각각의 층내의 첨가제의 농도는 관내에 생긴 가열지역의 온도, 가열지역이 관을 따라 이동하는 속도, 및 가스내의 유리형성 물질과 인덱스 수정 첨가제의 농도를 포함하고 있는 다수의 파라메타 함수 이다. 가열지역의 온도와 속도가 일정하게 유지되면. 각층의 두께와 굴절 인덱스는 가스 전구 체내의 물질농도를 제어하므로서 제거될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 한 형태에 따르면, 조기 성형기판관으로 분배되는 가스 전구체내의 물질 농도는, 자외선으로 가스 전구체를 발광하고, 상기 가스 물질로부터 유도된 방사선 에너지의 강도를 측정하며, 기준신호와 상기 측정치를 비교하여 이 비교에 응답하여 오차신호를 발생하고, 상기 오차신호에 응답하여 요구되는 대로 상기 가스 물질내의 물질농도를 변화시키는 수단들을 특징으로 하는 방법에 의해서 조기 성형부를 제조하는 동안, 모니터되고 제어된다.
본 발명의 한 실시예에서, 측정된 방사선 에너지는 가스를 이동시키는 UV 방사선이다. 본 발명의 선택적인 실시예에서, 첨가제 농도는 UV 방사선에 의해서 첨가제내에 유발된 형광성을 측정하므로서 결정된다.
상술한 기술에 의해 제공된 제어는 "거칠은(coarse)" 조정이라고 생각된다. 궁극적으로, 조기 성형기판 관내에 피복된 각각의 유리층의 실제두께와, 각 층내의 첨가제 농도가 최종적인 조기 성형부의 인덱스 단면을 결정한다. 그러므로, 본 발명의 제2 형태에 따르면, 측정은 X선 사진을 사용하는 피착층으로 이루어진다. 이때 제조 파라메타내의 "미소(Fine)" 조정은 이 측정들에 응답하여 이루어진다. 이것들은 프레임 온도를 수정하거나, 프레임이 조기 형성부를 따라 이동하는 속도를 수정하거나, 기판관으로 흐르는 가스를 변화시키는 것을 포함할 수 있다.
모든 경우에, 조기 성형부를 제조하는 동안 측정을 하게 되어 인덱스 단면을 최적하게 하는 장치를 제공한다는 것이 본 발명의 장점이다.
이제 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 기술하겠다.
도면을 참조하면, 제1도는 MCVD 처리에 의해서 제조된 광학섬유 조기성형부의 인덱스 단면을 모니터하고 제어하기 위한 제1 장치를 도시한 것이다. 캐나다 특허 제1,030,833호에 상세하게 기술된 바와같이, 이 처리에 따르면 기판관은 가열지역이 화살표 12로 표시한 방향으로 관을 따라 이동하게 됨에 따라(도시하지 않은 장치에 의해서) 유지되고 회전된다. 대표적으로, 가열지역은 트랙 3상에 장착되어 있는 가열장치 11로부터 프레임 4에 의해서 만들어진다. 동시에, 가스 전구체는 두개의 파이프 8과 9에 의해서 물질저장소 14에 접속된 입구 파이프 13을 통하여 관 10 속으로 들어간다. 저장소는 전형적으로 산소 소오스 15, 게르마늄 테트라 염화물과 같은 인덱스 수정 첨가제 소오스 18, 및 실리콘테트라 염화물롸 같은 유리 형성 물질 소오스 19를 포함한다. 산소 소오스는 제1밸브 6을 포함하고 있는 장치에 의해서 소오스 18에 접속되고, 제2밸브 7을 포함하고 있는 장치에 의해서 소오스 19에 접속된다.
이 물질들은 전형적으로 액체상태이고 이롭게도 가열기 16과 17에 의해서 가열된다. 동작할 때, 소오스 15로부터의 가스는 인덱스 수정 첨가제 용액과 유리 형성 용액을 통하여 부글부글 끓는다. 이때 최종적인 가스 혼합물은 파이프 8과 9를 통하여 이 혼합물들이 합성되어 있는 결합기 5에 공급된다. 다음에 합성된 혼합물은 입구 파이프 13에 의해서 조기 성형관 10속으로 공급되어, 이속에서 가열되며, 최종적으로 관 10의 내측 표면위에 유리층이 피착되게 한다.
특히 각각의 피착층의 굴절인덱스와 두께에 흥미가 있다. 가층의 굴절 인덱스는 주로 가스 혼합물 내의 두 물질의 상대 농도의 함수 있다. 층 두께는 전구체 가스내의 유리형성 물질의 농도, 가열지역의 온도, 및 가열지역의 전지비의 함수이다. 가열지역의 온도와 속도가 이미 결정함 최적한 값으로 일정하게 유지된다고 가정하면, 바람직한 담면을 얻기 위해 제어되어야 할 것은 유리형성 및 인덱스 수정물질의 농도 뿐이다 도시된 실시예에서, 이것은 각각의 파이프 8과 9내의 Gecl4과 sicl4 농도를 각각 측정하므로서 이루어진다. 이 측정을 하기 위해서, 최소한 각각의 파이프 8-9의 단면 20-21이 UV 방사선에 투명한 용해된 실리카와 같은 물질로 만들어진다. 여기를 통해 흐르는 가스는 UV 소오스 22, 23에 의해서 발광된다. 각각의 경우에, 방사선은 관단면을 통해 흐르는 가스의 방향에 횡방향으로 가스 위로 입사된다.
본 발명의 한 실시예에서 UV 소오스의 반대편에 있는 단면의 측면위에 위치한 검파기 24,25는 가스를 통해 지나간 UV 에너지의 강도를 측정한다.
Gecl4와 Sicl4에 의한 UV 에너지의 흡수는 이 각각의 농도 함수에 따라 변하기 때문에, 두 강도 측정은 기판관 위에 피착될 층의 굴절 인덱스와 두께에 관련이 있다. 그러므로 발생된 검파기 출력들은 저장된 기준 값에 측정된 값을 비교하는 처리기 26에 결합된다. 측정된 신호와 저장된 신호 사이의 차이가 농도를 너무 낮게 나타내면, 적당한 물질 소오스를 통해 더 큰 가스가 흐르도록 적당한 밸브를 개방시키도록 작용하는 신호가 발생된다. 선택적으로, 이 차이가 너무 높은 농도를 나타내면, 오차 신호가 가스 흐름을 적당하게 강소시킨다.
본 발명의 이 형태의 선택적인 실시예에서, UV 광의 주파수는 관심있는 특수 물질이 형광되도록 선택된다. 이 제2 실시예에서, 검파기는 UV 방사선을 전혀 차단하지 않게 양호하게 놓여져 있다. 그러나, 유도된 가시성광(V1)이 감지되고, 검파된 신호는 오차 신호가 상술한 방법으로 발생되는 처리기 26에 결합된다. 그러므로, 본 발명의 이 형태에 따르면, 인덱스 수정 첨가제와 유리형성 물질의 농도는 조기 성형층의 굴절인덱스아 두께를 제어하는 수단에 따라 모니터되고 제어되고 유리 형성물질은 조기 성형기판관 위에 피착된다.
본 발명에 따자서 조기 성형부 제조처리를 제어하는 선택적인 방법은 조기 성형기판 위에 이것들이 피착됨띠 따라 층을 직접 측정하고, 이 측정들에 응답하여 요구되는 제조 파라메타를 변화시키는 것을 포함한다.
X선 사진을 이용하는 이 측정을 하기 위한 장치는 제1도의 기판관 10, 가열장치 11, 및 가스 입력파이프 13을 포함하는 제2도에 도시되어 있다. 또 이 도면에는 X선 소호스 30과 이것이 관련된 X선 검파기 31도 도시 되어있다.
애취. 다까하시 등이 1979년 9월 17일 내지 19일데, 암스테르담 광학통신 처리 방법회지에 "광학 섬유 조기 성형부의 코어직경과 게르마늄 첨가 농도 단면을 측정하기 위한 X선 비-파괴 검사기술의 적용연구"라는 제목으로 쓴 논문에 설명된 바와같이, 고-실리카 조기 성형부가 X선외 일정한 비임에 의해 발광될 때, 갑작스런 X선 비임의 강도 분래는 단일 피착층을 포함하고 있는 조기 성형 횡단면과, X선 검파기 31에 의해 감기된 바와같은 X선 비임의 대응강도 분배를 도시한 제3도에 설명하 방법으로 수정된는 조기 성형관 10의 외탁 영역에서, 검파된 X선 강도는 I0로 주어져서 최대이다.
관 10의 외측 표면위데 위치한 점 a와 이것의 내측 표면위에 위치 한 점 b사이의 기간에 걸쳐서, 검파된 강도는 X선 통로가 관 10 내에 다수의 코오드를 포함함에 따라 I0에서 부터 I1으로 감소한다. 제1층 33에 들어갈때, 검파된 강도는 인덱스 수정 첨가제의 출현으로 인하여 가파른 경사에서 계속 감소하여 최종적으로 관-층 공유면 B에서 불연속하게 된다.
이와 마찬가지로, 관 10내의 영역의 균형을 채우는 가스 전구체 34와 층 33의 공유면 C에서 강도곡선내에 예리한 불연속이 있다.
그러므로, 정해진 강도 분배 곡선으로부티 할수 있는 바와같이, 층 33의 두께 d는 공유면 b와 c에서의 불연속 사이의 거리로 정해지고, 첨가제 농도는 측정된 강도 I1과 I2내와 차이 함수이다. 이 측정한 값들은 미리 저장된 기준값에 비교되고 적당한 오차 신호가 발생되는 처리기 32에 결합된다. 이때 이 오차 신호들은 시스템 파라메타를 수정하도록 여러 방법들의 한 방법으로 사용된다. 예를들어, 층 두께가 너무 두껍게 결정되면, 오차 신호는 가열지역이 관을 따라 전진하는 비를 증가시키도록 이용될 수 있다.
측정된 층 두께가 너무 작으면, 전진비가 감소될 수 있다. 선택적으로, 오차 신호는 프레임 온도나 가스 전구체내의 물질 농도를 제어하도록 이용될 수 있다. 예를들어, 층이 너무 두꺼우면, 오차 신호는 제1도의 처리기 26내에 저장된 기준 신호를 수정하여 제1도내의 밸브 7에 공급된 제어신호를 수정하는데 이용될 수 있다. 이것은 가스가 흐르고 특히 가스 혼할물내의 sicI4량을 감소시키도록 작용하는 "미소동조" 효과를 갖고 있다. 이와 마찬가지로, 첨가제 농도가 정확하지 않으면, 밸브 6에 인가된 제어신호의 적당한 수정은 가스 혼합물내의 인덱스 수정 첨가제의 농도를 미소 조정하게 된다.
이롭게도, X선 소오스와 X선 검파기는 전진하는 가열지역 바로 뒤를 따르도록 이동성 스탠드(도시하지 않음) 위에 적당하게 장착되어 있다. 이 장치에 의해서, 층은 일정하게 모니터되고 교정은 각각의 층이 관 10내에 피착됨에 따라 계속적으로 이루어진다. 그러므로 층 두께가 굴절 인덱스내의 가장 미세한 편차도 신속하게 검파되고 적당한 교정이 이루어진다.
제4도는 밸브 6과 7을 통해 흐르는 가스를 제어하는 오차 신호를 발생시키기 위한 처리기 26의 실시예를 도시한 계통도이다. 이 처리기는 피차될 각각의 층에 관련된 기준신호를 저장하는 한쌍의 메모리회로 40 및 41을 포함한다. 메모리 41에 저장된 것과 같은 한 저장 신호는 첨가제 농도에 관련되고, 메모리 40에 저장된 것과 같은 다른 저장 신호는 층 두께에 관현된다. 트랙 3의 한 단부에 위치한 카운터 29로부터의 신호는 특수층이 끌려내며서 메모리 회로가 적당한 기준신호틀 선택하게 하는 것을 증명한다.
프레임을 각각 통과한 다음에, 카운터는 궤환 가열기 11에 의해 전진되고 새로운 기준 신호는 각각의 메모 리회로 40 및 41에 의해 제공된다. 검파기 25와 24로부터 검파된 신호에 따르는 이것들은 각각 비교기 회로 42와 43에 결함되며, 여기서 이것들은 비교되고 오차신호를 발생한다. 이때 오차 신호는 제조 파라메타를 수정하기 위해 적당한 제어장치에 결합된다. 도시한 실시예에서, 제거된 성분들을 유출밸브 6과 7이다.
제5도는 X선 검과기 31 로부터의 실호에 응답하여 오차신호를 발생하기 위한 처리기 32의 실시예를 도시한 계통도이다. 이 처리기는 제3도에 도시한 형태의 아나로그 파형 출력을 갖고 있는 비데오 선 주사기 50을 포함한다. 디지탈기 51은 선 주사기 50으로부터의 신호진폭을 측정하고 편리하게 디지탈 형태로 측정된 71폭을 반전시킨다. 이 신호들은 해독, 저장 및 비교회로 52내에서 해독되고, 저장되며 비교된다.
제3도에 관련해서 표시 한 바와같이, 피착된 자각의 층은 검과된 X선의 강도가 감소하게 한다. 제3도는 한층에 관련해서 이것을 도시한 것이다. 제6도는 다수의 n충에 대한 X선 사진부분을 도시한 것이다. 도시 한 바와같이, 자각의 층은 X선 강도가 감소되게 한다. 첨가제 농도가 적당한지 아닌지를 결정하기 위해서, X선 강도내의 변화가 측정되고 처리기 메모리내에 미리 저장된 기준신호에 비교된다. 회로 62는 마지막 최소 강도와 새로운 최소강도를 비교하므로서 요구된 측정을 만든다. 그러므로, n번째 층에 의해 생기고 회로 52내에 저장된 최소강도는 In이다. (후자는 기판관의 가스 충전 지역 속으로 주사가 지나감에 따른 강도의 갑작스런 변화에 뚜렷하게 알 수 있다). n+1층이 피착되면, 새로운 최소 In+1이 검파되어 In에 비교한다. 다음에 최종적인 차이는 메모리 회로 54로부터의 기준신호와 비교기 53내에서 비교되고 오차신호가 발생된다.
n+1출의 폭은 두개외 측정된 최소 값 In+1롸 In사이의 경과된 시간(폭 tn+1- tn)에 비례하는 진폭을 갖고 있는 신호를 발생하므로서 결정된다. 다음에, 이 차이신호는 메모리 회로 56으로부터의 기준신호와 비교기 55내에서 비교되고, 제2 오차신호가 발생된다. 전과 마찬가지로, 카운터 29는 요구시에 층을 증명한다.
상술한 바와같이, 이 오차신호는 여러가지 방법으로 사용될 수 있다. 예를들면 층두께에 관련된 비교기 55로부터의 오차신호는 프레임이 조기 성형관을 따라 전진하는 속도나 프레임 온도를 제어하는데 이용될 수 있다. 선택적으로, 관 10에 공급된 가스 전구체내의 가스 농도를 미소 동조하기 위해서 처리기 26내의 기준신호의 크기를 정수하도록 두개의 오차신호가 이용될 수도 있다. 어떤 경우에, 이 효과는 제조처리의 연속 제어를 제공한다.
피착정보를 얻는 선택적인 수단은 제2도게 도시한 X선 검파기와 X선 소오스 대신에 UV 또는 형광검 파기와 UV발광체를 사용하므로서 얻어질 수 있다. 층이 피착되면, 흡수된 UV 발사선의 량을 증가하게 되어, UV 검파기 출력이 감소하게 한다. 한편, 다수의 층이 피착되면, 생성된 형광량은 증가하게 된다. 그러나, 각각의 경우에, 이 효과는 각층 내의 첨가제 농도와 각층의 두께에 따라 변한다. 그러므로, 이 방법으로 된 측정은 X선 사진과 같이 쉽게 제조처리를 제어하도록 이용될 수 없다. 그러나, 제조 처리시 에 성장 편차를 검파과하는데 이용될 수는 있다. 예를들면, 밸브가 오동작된 경우에, UV 또는 가시성광(VI)의 예상 레벨내의 현저한 변화가 검파된다. 이 변화는 장치를 간단하게 정지시키거나 동작자를 경고하는데 이용될 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서는 MCVD처리를 기준으로 삼았다. 그러나, 상술한 기술은 다른 조기성형부 제조처리에 쉽게 적용될 수 있다. 예를들어, 제7도는 조시 성형부가 새로운 성장하도록 유리성형 물질이 조기성형부의 단부에 피착되는 증기 축상 피착(VAD) 제조처리 방법에 본 발명을 적용한 것을 도시한 것이다.
제7도에는 시동 실리카로드 부분 60, 단단한 조기 성형부단면 61, 구멍이 많은 조기 성형부단면 62, 구멍이 많은 조기성형부가 가열기를 통해 끌림에 따라 구멍이 많은 조기 성형부를 단단하게 하는 가열기 63, 및 유리형성 물질을 공급하는 두개의 산수소 버너 64와 65가 도시되어 있다. 전형적으로, 조기 성형부는 물질이 축상으로 대칭적으로 분산퇴도록 유리가 피착됨에 따라 회전된다.
실제 조기 성형부 단면을 모니터하기 위해서, 노출된 조기 성형부 단면은 인덱스 수중 첨가제내에 형광을 유발하도록 선택된 파정을 갖고 있는 UV로 발광된다. 하나 이상의 첨가제가 이용되면, 연속적인 측정이 상이한 파장으로 이루어진다. 또는 UV와 유도된 Vl의 파장이 여러 첨가제에 대해 다른 경우에는 동시에 측정이 이루어진다. 이 두 경우에, UV 광의 소오스 66은 조기 성형부 62의 노출된 단부표면 69을 향하고 있다. 최종적인 형광성은 비데오 카메라 67에 의해서 검파된다. 이롭게도, 카메라는 버너 64와 65로부터의 유리형성 물질의 입사 흐림에 의해서 생긴 간섭을 최소로 하도록 조기 성형부의 표면상에 접속된다.
카메라 67에 접속된 선 주사기 70은 형광의 강도 분배를 모니터하고 처리기 71과 결합해서 상술한 방법으로 제조처리를 제어하도록 오차 신호를 발생한다.
제1도의 실시예에서, 가스 혼합물은 파이프 8과 9내에서 각각 모니터 되었다. 그러나, 여러가지 물질에 대한 감쇠 피이크가 다른 파장에서 생기기 때문에, 이 측정들은 선택적으로 파이프 13내에 가스가 합성된 후에 이루어질 수 있다. 이와 마찬가지러 형광을 유발하는데 대부분의 파장이 다른 물질에 대해 경우에, 이 측정은 가스가 합성된 후에 이루어질 수 있다. 그러므로, 여러가지의 다른 장치가 본 발명을 실시하도록 발명될 수 있다.

Claims (1)

  1. 광학섬유 조기 성형부 제조방법에 있어서, 자외선으로 조기성형 기판관(10)에 분배되는 가스 전구체를 발광하기 위한 수단(22,23), 상기 발광된 가스로부터 방사선 에너지를 검파하기 위한 수단(24,25), 기준 신호와 검파된 에너지의 강도를 비교하기 위한 수단(26), 및 이 비교에 따라서 가스 전구체내의 측정된 물질의 농도를 변화시키기 위한 수단들을 포함하는 처리방법을 특징으로 하는 광학섬유 조기 성형부의 인덱스 단면 제어방법.
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