KR850000246B1

KR850000246B1 - 적외용 광학섬유(光fiber)

Info

Publication number: KR850000246B1
Application number: KR1019840005986A
Authority: KR
Inventors: 시로오 사꾸라기; 하루오 고다니
Original assignee: 쓰으쇼오상교오쇼오 고오교오기쥬쓰인쬬 이시사까 세이이찌; 원본미기재
Priority date: 1981-07-11
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1985-03-12
Also published as: KR830006700A; KR850002765A; KR850000245B1

Abstract

내용 없음.

Description

적외용 광학섬유(光fiber)

제1도는 종래의 유리섬유(glass fiber)의 제조방법을 나타낸 개략 단면도.

제2도는 종래의 적외용 광학섬유의 제조방법을 나타낸 개략 단면도.

제3도는, 제4도는 제2도의 방법에 의하여 제조된 적외용 광학섬유의 단면도.

제5도내지 제8도는 본 발명의 실시예를 나타낸 것이며,

제5 도는 프리포옴(preform)의 단면도.

제6도는 제5도의 VI-VI선 단면도.

제7도는 제조방법을 나타낸 개략 단면도.

제8도는 제7도의 방법에 의하여 제조된 적외용 광학섬유의 단면도이다.

* 도면의 주요부부에 대한 부호의 설명

1 : 프리포옴 2 : 코어재

3 : 피복재 4 : 윤활재

5 : 금속파이프 2A : 코어

3A : 피복 4A : 윤활재층

본발명은 장파장 적외광(長波長赤外光)의 흡수가 작은 금속할로겐화물, 비소셀레글라스(砒素 Selenium glass)등의 적외투과물질(赤外透過物質)을 코어(Core)및 피복의(Clad)의 소재로서 사용하는것에 의하여 대출력 레이저광(Laser 光)을 낮은 손실로서 전송할 수 있도록 된 적외용 광학섬유에 관한 것이다. 근년에, 레이저광을 응용한 기기의 연구개발의 성과에는 괄목할만한것이 있으며,광통신, 각종 물품의 레이저 가공의 기술분야에는 물론, 의료기기 분야에도 레이저 메스(mes)혹은, 멍(멍)치료기로서 성과가 실현되고 있다. 각종 레이저중 CO₂레이저는 10μ전후의 적외 영역에서의 광에너지가 대단히 크며, 더구나 그 파장이 물의 적외흡수력에 있기 때문에, 수분을 포함한 물건의 가공, 즉 종이라던가 포(布)의 절단가공, 생물체의 가공등에 유효한 것이다. 또, CO₂레이저는 반도체 공업분야에서 실리콘 기판(Silicone 基坂)의 어니일링(annealing)이나 LSI의 회로 형성시, 실란가스(silane Gas)열분해등에 사용되고 있다. 한편 사무기기분야에서는 고속인자장치에 사용되고 있다. 이들의 용융장치에 있어서, 레이저광은 모두 거울의 반사를 이용하여 목적물까지 인도하고 있다. 따라서 이들의 용융분야에 있어서 거울을 사용하지 않고 레이저광을 가뇨성섬유로 인도하는 것이 가능하게 된다면, 각종 장치의 간이화나 취급이 용이하게 되는 등 큰 효과가 기대된다. 또, 한편 광통신의 분야에 있어서, 통신파장의 장파장화가 진행되고 있으며, 여기에서도 적외용 광학섬유의 개발이 희망되고 있다. 그러나, 고출력의 적외 레이저광을 낮은 손실로 안전하게 전송할 수 있는 적외용 광학섬유의 제조는, 후기하는 바와 같이 실제로 매우 곤란하다.

예컨대, 석영(石英)글라스, 소오다석회글라스등을 소재로 하는 유리계의 광학섬유는, 제1도에 표시한 바와 같이, 고굴절율의 코어제와 그 외주를 덮는 낮은 굴절율의 피복재로서 이루어진 적당한 굵기의 프리포옴(母材)(a)을 제작하고, 이것을 히이터(b)로 가열용융하여, 소망의 직경이 되도록 인발(drawing)하는 것으로, 연속적으로 제조할 수 있으나, 이들 유리계(系)의 광학섬유에 의한 적외광의 전송은, 2-3μ이 장파측(長波側)의 한계이며, 투과광(透過光)이 고에너지를 지닌 경우, 광학섬유의 흡수손실에 의한 발열, 소손방지(燒損防止), 광학섬유에서 방출되는 소기의 에너지 수준의 효율등을 고려한다면 실용범위에서의 장파측 한계는 고작 1.5μ이며, 이 종류의 광학섬유에는 CO₂레이저를 적용할 수 없다는 것을 알 수 있다.

이점, 금속할로겐화물, 비소셀렌글라스등의 적외투과 물질을 코어,피복의 소재로 하는것에 의하여, 전송 가능한 장파측의 한계가 20-50μ으로도 되고 CO₂레이저의 사용이 가능하게 되지만, 주지하는 바와 같이 금속할 로겐화물, 비소셀렌글라스등의 적외투과물질은 융점에서의 점성이 작고, 따라서 상기와 같은 인발에 의한 제조방법에는 적합하지 않다.

그 때문에 금속할로겐화물, 비세셀렌글라스등의 적외투광물질의 적외용 광섬유의 제조방법으로서는 제2도에 나타낸 바와같이, 금속할로겐화물을 소재로 하는 프리포옴(a)을 압출기(c)에 넣어 히이터(b)로 융점보다 100-200℃가 낮은 온도로 가열 연화하고, 다이스(die)(d)의 내경에 의하여 정해진 일정한 직경의 세선상(細線狀)으로 압출하여 성형하는 방법이 시도되고 있다.

그렇지만, 코어피복구조를 채용할 경우, 이 방법에 의하면 광학섬유의 외면(피복의 표면)은 다이스(d)로 평활한 면이 형성되어도, 내부의 단명형상을 프리포옴(a)과 상사형으로 유지되지 못한다는 결점이 있다. 즉, 압출기(c)내에서 가해지는 압력때문에 가열연화된 층상(層狀)의 코어제와 피복재가 직경방향에 불규칙으로 유동병형하여, 제3도, 제4도에 예시하는 바와각이 코어(e)와 피복(f)과의 개면(界面)이 흐트러지는 것을 면치 못한다. 그리고 이 계면이 흐트러지면, 계면 凹凸부에는 적외광이 임계각(臨界角)을 넘어서 피복(f)밖으로 누출된다고 하는 산란손실(散亂損失)이 발생하고, 더우기 CO₂레이저와 같이 광에너지가 큰 경우에는, 상기 산란손실에 의하여 누광으로 피복(f)이나 케이블(도시하지 않음)이 소손되고 위험하기도 하다.

또, 코어만을 압출 성형하고 이것을 별도 압출하여 성형된 피복내에 삽입하는 것에 의하여, 코어피복 구조의 적외용 광학섬유로 하는것도 생각되어지나, 이와같이 할 경우는, 제조공정이 많아져 능율이 저하될 뿐 아니라 μ단 위라고 하는 미소경의 코어를 피복내에 삽입하는 것, 특히 피복과의 접접(摺接)으로 인하여 코어표면이 손상되지 않도록 삽입하는 것이 곤란하며, 코아표면이 손상되면 상기의 경우와 동일한 산란손실이 발생하게 된다. 따라서 급속한 로겐화물, 비소셀렌글라스등의 적외투과물질로 된 적외용광학섬유는 원리적 내지 실험적으로 성립되어도, 아직 공업상의 성공을 거두기에 이르지는 못하였다. 그때문에 현상으로는, CO₂레이저CO레이저, 등의 적외광의 전송수단으로서 거울의 반사를 이용한 것이 구체화 되고 있는데 불과하다.

본 발명은 이같은 현상에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은, 고출력 레이저광을 낮은 손실로 안전하게 전송할 수 있는 적외용 광학섬유를 제공하는데 있다.

본발명의 다른 목적 내지 효과는 이하 기술하는 바에 따라 차례로 명백히 될 것이다.

이하 본발명의 실시예를 도면에 의하여 상술한다.

제5도, 제6도는 본발명에 관한 적외용 광학섬유의 제조에 사용하는 프리포옴(1)을 나타내며, (2)는 고굴절율의 금속할로겐화물로 이루어진 코어재, (3)은 저굴절율이 금속할로겐화물로 이루어진 피복재, (4)는 피복재(3)의 외주를 덮는 윤활재(潤滑材)이며, 이들(2),(3),(4)는 동심원상(同心原狀)을 나타낸다.

상기한 프리포옴(1)은, 코어제(2)와 피복재(3)를 각각으로 형성하고, 피복재(3)에 기계가공하여 그 내부에 코어제(2)를 삽입하여 제작되어 있고, 코어제(2)및 피복재(3)의 재료 및 윤활재(4)의 층을 지닌 점에서 유리계의 프리포옴과 상위하다. 금속할로겐화물에서는 주기율표(단주기형)의 Ia족, Ib족, IIIa족에 속하는 물질중 다음에 열거하는 것이 사용가능한 것이며,이들 물질을 예컨대 코어재(2)도 AgBr, 피복재(3)로 AgCl를 사용한다고 하는 것과 같이 코어제(2)의 굴절율 n₁과 피복재(3)의 굴절율 n₂이, n₁>n₂가 되는 조건을 충족하는 범위내에서 임의로 조합시켜서 사용된다. Ia족 : LiF, NaCl, KCl, KBr, NaI, CsI, Ib족 : AgBr, AgCl, AgI, Ⅱa족 : KBS-5, KBS-6,TlBr, TlCl, TlI. 또, 윤활재(4)로서는 테프론, 폴리에틸렌등의 중합체나 BN(질화붕소)등의 고체 윤활재가 사용된다. 단, 코어재(2), 피북재(3)의 적어도 한쪽이 Ia족의 물질인 경우, 그 융점(600℃-900℃)이 상기 중합체의 융점(150℃-250℃)보다 대폭적으로 높기 때문에, 상기 중합체를 사용할 수는 없다. 즉 코어재(2)나 피북재(3)의 소재로서 Ib족이 IIIa나 족의 물질(융점 450℃전후)을 선정한 경우에는 윤활재(4)로서, 상기 중합체, 고체 윤활재의 어느것을 사용하여도 좋지만, Ia족의 물질을 선정한 경우에는 이것을 가열화 한 때 상기 중합체에서는 분해되는 까닭에, BN등의 고체윤활재를 사용하는 것이다.

다음에, 본 발명에 한 적외용 광학섬유의 제조방법을 제7도에 따라서 설명한다.

① 우선 상기한 프리포옴(1)을 금속파이프(5)의 내부에 충전한다. 이 금속파이프(5)에 사용하는 재질로는 무산소동(無酸素銅)을 들수가 있다.

② 공기를 뺀 파이프(6)를 가의 위치에서 용접한 바있는 캡(7)을, 상기 금속파이프(5)의 개구단에 삽입 부착하고, 나의 위치에서 용접한다.

③ 공기를 뺀 파이프(6)를 직공인발(drawing)하고 다 의 위치에서 밀봉 용접한다.

④ 금속파이프(5)의 선단부(5a)를 척(Chuck)(도시하지 않음)으로 잡아, 금속파이프(5)의 외경보다 약간 작은 내경의 다이스(8)를 통하여 잡아당겨, 금속파이프(5)의 외경이 다이스(8)의 내경과 동일하게 되도록 인발한다.

⑤ 다이스(8)로는 순차적으로 내경이 작은것을 사용하고, 금속파이프(5)가 목표로 하는 소정의 경이 될때까지 차례로 인발을 반복하는 것에 의하여, 제 8 도에 나타낸 것과 각은 코어(2A)와 피복(3A)과 그 외주에 위치하는 윤활재층(4A)및 금속파이프(5)로서 이루어지는 단면 원형의 적외용 광학섬유를 얻는다.

또한, 상기 각 인발은, 냉간 가공인것이며, 금속할로겐화물의 융점보다도 적당온도(예컨대 100-200℃) 낮은 온도이라면, 실온에서 행하여도 좋고, 히이터등으로 가열하여 행하여도 좋다. 또한 금속할로겐화물 이외의 적외투과물질로서 ZnSe, ZnTe등의 반도체나 비소셀렌글라스등의 칼코게나이트글라스를 사용할 수가 있다.

본 발명은 이상의 구성으로 이루어지며, 코어재(2)및 피복재(3)의 소재로서 금속할로겐화물을 사용하면서도, 프리포옴(1)을 금속파이프(5)에 봉입하므로서 인발을 행할 수가 있는것이며, 인발가공에 있어서는 금속파이프(5)의 인장에 따라서 다이스(8)내주에서 축심(軸芯)으로 향하는 힘이 프리포옴(1)에 가해져서 그 결과 프리포옴(1)은 전 둘레에 걸쳐 균등하게 죄어짐으로서 금속파이프내는 직공으로 봉하여지고 공기제거가되어 있으므로 코어, 피복층의 밀착성을 유지하면서 동심원상(同心原狀)으로 축경(縮俓)하고, 더구나 금속파이프(5)와 피복재(3)와는 윤활재(4)에 의하여 마찰저항이 저감되고, 미끄러지기가 용이하게 되어 있어 금속파이프(5)의 신장에 기인하는 축심방향의 마찰력에 의하여 피복재(3)에 악영향을 미치는 일이 없다.

따라서 적외용광학섬유 내부의 단명형상은 프리포옴(1)과 상사형을 유지하며,코어(2A),피복(3A)의 계면에 혼란이 발생하지 않는다.

더우기 프리포옴(1)을 금속파이프(5)내에 직공으로 봉하기 때문에, 인발가공으로, 기포에 의한 계면의 공동(空洞)을 발생하는 일이 없다. 또, 인발가공을 가능하게 하기 위한 금속파이프(5)가 적외용 광학섬유의 기계적 강도를 확보하는 보강부재나 보호재가 되므로, 코어 피복구조를 지닌 광섬유의 제조와, 그 케이블화가 동시에 행하여지는 것이 된다. 이와같이하여 제조된 적외용광학섬유는, 금속할로겐화물을 소재로 하는 코어피복구조를 지니며, 코어(2A), 피복(3A)의 계면(界面)이 평활하게 되어 있으므로,레이저를 낮은 손실로 전송할 수 있고, 만일 섬유가 파손되어도 주위를 금속파이프(5)로 덮여있는 까닭에 안전한 것이다.

더우기 반응성이 높은 금속할로겐화물을 소재로 하는 피복(3A)이 중합체등의 윤활재층(4A)으로 피복되어 있어, 금속파이프(3)에 접촉하지 않으므로, 금속파이프(5)의 부식이 방지되는 것이다.

Claims

적외투과물질로된 코어와 이 코어보다 굴절율이 낮은 적외투과물질로된 피복과 외주에 설치된 윤활재 층과 금속파이프로된 적외용 광합섬유