KR890000331B1 - 편광보유형 단일 모우드 광도파로 파이버 및 광도파로 파이버용 프리폼의 제조방법 - Google Patents

편광보유형 단일 모우드 광도파로 파이버 및 광도파로 파이버용 프리폼의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

편광보유형 단일 모우드 광도파로 파이버 및 광도파로 파이버용 프리폼의 제조방법
제1도는 본 발명의 광파이버가 형성되는 프리폼(preform)의 형성에 사용되는 중간생성물의 단면도.
제2도는 제1도의 중간생성물을 콜랩스하는 장치.
제3도 및 4도는 외축 수우트(soot)피막을 갖는 합성 프리폼을 형성하는 장치의 개략도.
제5도는 제4도의 합성 프리폼을 소결(consolidating)하므로써 형성된 인발용 블랭크(blank)의 단면도.
제6도는 제5도에 나타낸 인발용 블랭크로부터 인발된 단일 모우드 단일 광형 광파이버의 단면도.
제7도는 코어부분과 내측 클래드 부분을 내포하는 프리폼을 형성하는 불꽃 가수분해 공정을 보인도면.
제8도는 맨드렐(mandrel)이 제거된 후 제7도의 수우트 프리폼을 보인 단면.
제9도는 소결된 프리폼을 보인도면.
제10도는 제8도의 프리폼을 소결하는데 사용되는 소결로의 개략도.
제11도는 본 발명에 따라 구성된 광파이버의 단면도.
제12도 및 13도는 본 발명의 다른 실시예의 단면도.
제14도는 본 발명의 실시예중 하나를 형성하기 위한 장치의 개략도.
제15도는 제14도의 장치에 의해 형성된 완성된 수우트프리폼의 단면도.
제16도는 제15도의 프리폼으로부터 인발된 광파이버의 단면도.
제17도는 변형된 수우트 프리폼의 일부의 단면도.
제18도는 로드-인-튜브(rod-in-tube)형 인발용 블랭크의 단면도.
제19도는 본 발명에 따른 광파이버의 형성에 사용될 수 있는 다른 장치의 개략도.
제20도는 제19도의 장치에 의해 형성된 프리폼의 단면도.
제21도는 제20도에 나타낸 또는 제17도에 나타낸 프리폼으로부터 형성될 수 있는 광파이버의 단면도.
본 발명은 편광 보유형 단일 모우드 광도파로 파이버 및 광도파로 파이버용 프리폼의 제조방법에 관한 것이다. 예를들어 자이로스코우프, 센서등과 같은 단일모우드 광도파로(waveguide)의 여러 응용분야에 있어서, 전파광신호가 외부 편광 섭동의 존재하에 입력광의 편광 특성을 보유하는 것이 중요하다. 이는 광도파로가 굴절률 분포에 방위적 비대칭성을 갖는 것을 필요로 한다.
단일 모우드 광도파로의 편광성능은 다르게 편광된 광파를 디커플링(decoupling)하는 수단으로서 광파이버코어의 대칭성을 왜곡시킴에 의해 약간 개선된다. 이와같은 광파이버 도파로는 미합중국 특허 제4,184,859호에 개시되어 있으며, 잡지"일렉트로닉스 레터스(Electronics Letter)", 1978년 제14권, 제5호의 페이지143∼144에 있어서의 브이·라마스와미(V·Ramaswamy)씨등의 "단일 모우드 파이버의 편광성능에 있어서의 비원형 코어의 영향(influence of noncircular Core on the Polarization Peformamce of Single Mode Fibers)"이란 논문에 개시되어 있다. 그러나 상기 라마스와미의 논문은 비원형 코어를 갖는 보로실리케이트 파이버에 대한 측정결과, 비원형의 기하학적 형상과 이와 관련된 응력에 의해 유기된 복굴절으로는 단일 모우드 파이버의 편광을 유지하는 데에는 불충분하다는 것을 지적하고 있다.
영국 특허출원 GB 2,012,983A에 개시된 발명은 의도적으로 응력 또는 스트레인(strain)에 의해 유기된 복굴절을 높이도록 하는 방식으로 제조된 도파로에서 직교적으로 편광된 광파가 더 효율적으로 디커플링된다는 인식을 기초로하고있다. 또한 이 특허에서는 광파이버가 인발되는 프리폼에 가하학적 및 재질적인 비대칭성을 도입함에 의해 상기와 같은 작용이 얻어진다고 고시하고 있다. 스트레인에 의해 유기된 복굴절은 도파로의 열팽창 계수와 다른 열팽창 계수를 갖는 그리고 한 방향에 직교하는 방향을 따라 두께가 다른 두께를 갖는 외측 쟈켓으로 단일 모우드 도파로를 부분적으로 포위함에 의해 이루어진다. 예를들면, 프리폼은 내측 코어부분과, 그것을 포위한 클래드층과, 이 클래드층을 포위하고 있는 그것과는 다른 열팽창 계수를 갖는 외측쟈켓층으로 되는 3층 구조일 수 있다. 외측층의 직경 방향으로 대향한 부분은 연마하여 제거되고, 그 결과 얻은 프리폼은 외측 쟈켓층의 두께가 두개의 직교방향에서 다른 슬랩(slab)형상에 가까운 광파이저로 인발된다. 프리폼을 내측 코어부분과, 클래드 부분과, 프리폼의 길이방향의 표면을 따라 대향 배치된 두개의 외측쟈켓층으로 구성함에 의해서도 상기와 동일한 결과가 실현될 수 있다. 이와같은 형식의 프리폼을 구성할 경우에는, 외측층에 응력이 발생하기 때문에 어려움이 수반되게 된다. 외측층을 연마하거나 그 슬롯을 절삭할때의 응력에 의해 프리폼이 파손되는 경향이 있다. 광파이버가 프리폼에서 인발될 수 있다고 가정하면 외측층에 형성되는 응력은 광파이버의 코어에서 제거되므로 코어에 대한 응력의 효과는 최소가된다.
제10∼15도에 의해 나타난 GB 2,012,983A의 한 실시예에서 비교적 두꺼운 기체튜브(substrate tube)는 광파이버의 외측 부분을 형성한다. 광파이버에 소망의 특성을 주기 위하여 기체튜브의 내측 또는 외측 표면의 어느하나가 비원형의 형상으로 된다. 기체튜브 벽의 적어도 일부분은 비교적 두꺼워야하기 때문에, 증착효율에 악영향이 미치게된다. 또한, 기체튜브가 광파이버의 외측 압축층을 형성하기 때문에 통상 사용될수 있는 튜브는 최종 파이버 외측층의 소망의 팽창과 점성 특성을 소지하지 않는다면 이런 튜브는 공정에 사용될 수 없다.
GB 2,012,983A의 제12도에서 나타낸 광파이버에 있어서 클래드의 외측층(60)은 여기서 응력 클래드라 칭한다. 원형적으로 대칭형의 단일 모우드 광도파로 파이버의 코어에 있어서의 σ는 fxg와 같다. 여기서, f는 기하학적 계수의 함수이며, g는 유리계수의 함수이다. 함수f는 하기식으로 주어진다.
Figure kpo00001
여기서, Asc는 응력 클래드의 단면적이고, At는 광파이버의 전체 단면적이다. 그러므로, 함수 f 는 0<f<1인 값을 갖는다. 함수 g 는 하기식으로 주어진다.
Figure kpo00002
여기서, E는 광파이버의 실효 탄성 계수이며, △∝ 응력클래드의 열팽창계수(이하, TCE라 칭함)와 광파이버의 나머지 부분의 열팽창 계수(TCE)와의 차이며, △T는 광파이버가 형성되는 유리의 최저 경화점과 실온과의 차이이며, V는 포아슨(Poissons)비이다. 일반적으로 상기 응력σ에 대한 정의는 GB 2,012,983A에 대한 언급된 파이버등의 비대칭 파이버에도 또한 적용되기 때문에, 최대 코어 응력을 구하고 최대응력 복굴절을 얻기위해, f를 최대로 하는 것이 필요하다. 0.9보다 큰 f 의 값이 응력 복굴절의 최대값을 제공하도록 실현되어야 한다. 함수 f를 최대로 할 필요성은 식(7)과 (8)로 증명된 GB 2,012,983A에서 인식된다.
단일 모우드 광도파로에 대한 또 다른 기술적 설계 기준은 손실을 최소화하는 것에 관한 것이다. 단일 모우드 광도파로용 프리폼을 형성하는 일반적 방법은 기체튜브의 내부 표면에 복수의 기상증착층을 보인 GB 2,012,983A의 제11도에 나타나 있다. 기체튜브의 순도는 기상 증착된 유리의 순도처럼 일반적으로 고순도가 아니다. 그러므로, 기상 증착된 코어 유리는 충분히 두꺼운 기상 증착된 클래드 유리의 층에 의해 기체튜브와 분리된다. 원형 또는 거의 원형인 코어 단면을 갖는 단일 모우드 광파이버에 대하여 광 클래드의 반경 rs는 코어의 반경 ra의 적어도 5배가 되어야 한다. 이런 계산은 일렉트로닉스 레터스(Electronics Letters), 제13권, 제15호, 페이지 443∼445(1977)에 게시된 것에 기초를 두고 있다. 장방형 단면의 코어를 갖는 광파이버에 대하여 이러한 관계는 중요한 의미를 갖고 있지않다. 그런 섬유에서 광 클래드의 정도는 그 두께에 관해 보다 잘 설명된다. 단일 모우드 코어의 크기는 전파 파장 λ에 관계되기 때문. 광 클래드의 두께도 λ로 규정 될수 있다. 상술한 클래드와 코어 반경의 비는 광 클래드의 두께가 적어도 약 20λ이라는 것을 의미한다. 단일모우드 도파로가 이런 기준에 따라 설계되면 클래딩 두께와 관련된 손실은 허용가능한 정소로 낮은 값으로 제한된다.
GB 2,012,983A의 하기 분석은 제10 내지 12도와 관련하여 설명된 특정 실시예에 의해 행하여진다. 그 실시예의 광파이버는 광파이버가 인발되는 프리폼을 제조하는 과정중 기체튜브가 내부층으로 완전히 충만될때를 제외하고 Asc/Af의 값은 0.9를 초과하는 요건을 만족할 것이다. 이런 상술의 예외는 물론 불가능하다. 기체튜브는 내부층 증착과정중 완전히 충만될 수 없기때문에 내부층의 전체 두께는 기체튜브의 내경에 의해 제한된다. 스텝(step)형 단일 모우드 광파이버의 코어직경은 일반적으로 3㎛와 10㎛사이라는 것이 공지되어있다. 광파이버의 외측 반경은 전형적으로 약 125㎛이다. 만약, GB 2,012,983A에서 설명된 프리폼이 Asc/Af가 0.9를 초과하도록 종래의 실치에 따라 형성된다면 광 클래드 층의 두께는 종래 파장에서 20λ보다 더 작게된다. 그러므로, 불충분한 광 클래드 두께로 기인한 광파이버의 과잉 전송손실은 여러 용도에 적용하는데에 충분한 정도로 적지않다.
그리하여 본 발명의 목적은 응력에 의해 유기된 복굴절을 나타내는 개량된 단일편광 단일 모우드 광도파로(waveguide)를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 편광 보유형 단일 모우드 광파이버를 제조하는 신규의 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 방법은 광파이버용 프리폼을 약화시키는 공정을 포함하고 있지않은 점에서 특히 유리하다.
본 발명은 투명한 코어와, 이 코어를 에워싸고 있고 이 코어보다도 낮은 굴절률을 갖는 투명한 클래드 재료층으로 된 단일 모우드 단일 편광형 광 파이버에 관한 것이다. 넓은 의미로는, 본 발명은 클래드 층이 코어내에 복굴절을 유기하는 비대칭성을 갖는 것을 특징으로하는 것이다.
본 발명의 1실시예에 의하면, 광도파로 파이버는 장방형의 단면형상을 가지는 투명 유리코어를 포함한다.코어유리의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는 클래드 유리의 타원형층은 코어의 표면에 배치된다. 클래드 유리의 타원형층을 둘러싸면서 이 층의 열팽창 계수와 다른 열팽창 계수를 가지는 응력 클래드의 외층이 배치된다. 외측 클래드층의 표면은 단면에서 볼때 원형이다.
상기 광파이버는 제1클래드 유리층으로 둘러싸인 코어 유리의 내층을 구비하는 관형 중간생성물을 제공함으로써 형성될 수 있다. 중간생성물은 콜랩스되어 코어유리가 기다란 단면을 갖는 단일층으로 변환된 평탄한 프리폼을 형성한다. 이 코어층은 타원형의 단면형상을 가지는 내측 클래드층으로 둘러싸인다. 종종 수우트(soot)라 불리우는 미립자상의 유리층이 내측 클래드충의 외부표면에 증착되고 미립자상의 유리의 열팽창 계수는 내측 클래드 유리의 열팽창 계수와는 다르다. 그 결과 얻어진 생성물이 가열되어 미립자상의 유리를 외측 클래드 유리층으로 소결하고, 그리하여 광도파로 파이버로 인발될 수 있는 고형의 유리 인발 블랭크를 형성한다.
관형 중간생성물을 형성하는 한 방법에 의하면, 복수개의 층이 기체튜브의 내측표면상에 화학증착법(CVD법)에 의해 증착되며, 이 경우 기체튜브는 그 내구에 증착된 유리층보다 더 순도가 낮은 유리로 형성된다. 최내측 층은 코어를 형성하고, 그다음 인접하는 층은 코어층보다 더 두껍게 형성되어 광 클래드층을 형성한다. 이러한 광파이버를 형성하는 방법에 의하면, 광 클래드의 두께가 동작파장에 있어서 20λ보다 더 크게된다. 따라서, 코어는 순수하지 않은 기체튜브로부터 적당히 격리된다.
다른 실시예에서는 관형 중간생성물이 불꽃 산화법으로 형성된다. 반응 증기는 버어너로 공급되어, 이 증기들은 불꽃속에서 산화되고 원통형 맨드렐에 증착된 유리 미립자 물질의 층을 형성한다. 제일처음 가해진 층은 그 결과 얻어진 광파이버의 코어물질을 형성한다. 적어도 한개의 부가층은 제1층에 가해져서 내측 클래드를 형성한다. 맨드렐이 제거된후, 최종 중공의 다공질 프리폼이 소결되어 중공 유리관을 형성하며 그후 이관은 반대측에서 가열되어, 이를 평탄하게 클랩스시킨다. 또는 수우프 프리폼의 개구에 낮은 압력을 가하여 소결시 평탄하게 클랩스시킨다.
이런 두 방법은 Asc/Af가 0.9보다 더 크도록 응력 클래드층을 두껍게 형성하게 한다.
본 발명의 다른 실시예에서 단일 모우드 단일 편광 광도 파로파이버는 투명한 유리코어와 코어의 표면에 클래드 유리층을 구비하며 코어 유리의 굴절률은 클래드 유리의 굴절률보다 더 크다. 클래드내에 배치된 직경방향에 대향한 길이방향 연장부는 클래드유리의 열팽창 계수보다 더 크거나 더 작은 열팽창 계수를 갖는 유리로 형성된다. 광파이버는 또한 두개의 직경 방향에 대향한 길이 방향 연장부에 대해 직각으로 배치된 제2쌍의 직경 망향에 대향한 길이방향 연장부를 포함한다. 상기 두 연장부의 열팽창 계수는 클래드 유리의 열팽창 계수보다 더 크며 상기 제2쌍의 연장부의 열팽창 계수는 클래드 유리의 열팽창 계수보다 작다.
최종 설명된 실시예의 광파이버는 하기 방법으로 형성될 수 있다. 회전 맨드렐상에 제1미립자상 유리피막이 증착된다. 상피 제1피막의 굴절률보다 더 작은 굴절률을 갖는 제2미립자상 유리피막이 상기 제1피막 위에 증착된다. 상기 제2피막의 열팽창 계수와 다른 열팽창 계수를 갖는 미립자상 유리로된 제1 및 제2길이방향 연장부들은 상기 제2피막의 직경 방향으로 대향하는 부분들상에 증착된다. 이는 맨드렐의 회전을 정지하고, 증착수단을 맨드렐을 따라 길이방향으로 이동하고, 맨드렐을 180°회전하고, 다시 맨드렐을 따라 증착수단을 이동시킴으로써 이룰 수 있다. 선택적으로, 길이방향 연장부는 맨드렐의 회전이 조금씩 증가할때 소정의 미립자상 유리가 형성되고 증착되도록 맨드렐의 회전중 증착 수단에 가해진 반응 물질의 혼합을 변화시킴으로써 형성될 수 있다. 미립자상 클래드 유리의 피막은 최종 본체의 외측표면에 증착된다. 클래드 유리의 열팽창 계수는 제2유리피막의 열팽창 계수와 유사하고 클래드 유리의 굴절률은 제2유리피막의 굴절률과 같거나 더 작다. 맨드렐은 제거되고 최종 다공질 프리폼이 광도파로 파이버로 형성된다.
본 발명의 다른 광파이버 제조방법은 유리관내에 클래드 유리층으로 둘러싸인 축상의 배치된 코어부분을 갖는 제1유리봉을 배치하는 공정을 포함한다. 제1쌍의 유리봉은 관내의 중앙유리봉에 대해 대향하여 위치되고 클래드 유리의 열팽창 계수와 다른 열팽창 계수를 갖는 유리를 형성한다. 클래드 유리봉은 중앙에 배치된 유리봉, 한쌍의 제1유리봉과 관 사이의 적어도 몇개의 홈내에 위치된다. 그 결과 조합된 것은 광파이버로 인발될 수 있다. 복굴절의 증가는 제1봉의 반대측의 관내에 배치함으로써 구해질 수 있고 제1쌍의 유리봉에 관해 이것의 물리적 특성과 다른 특성을 가지는 제2쌍의 유리봉을 직각으로 배치하는 것이다.
본 발명의 광파이버는 제1관을 통하여 가열될때 유리입자를 형성하는 개스를 흘리고 개스의 적어도 일부분이 미립자상 물질로 변환되고 미립자상 물질의 적어도 일부분이 제1관의 내측에 증착되는 제1관의 외측을 따라서 가열원을 이동하는 공정을 구비하는 방법에 의해 제조될 수도 있다. 본 발명의 개선점은 제1관내에 있는 한쌍의 관의 단부를 가열원에 대해 그것의 상류측에 이격된 관계로 유지한 상태로 그 한쌍의 관을 제1관내로 이동시키고, 그 경우, 한쌍의 관을 제1관의 중앙의 양쪽에 있어서 대칭으로 배치시킨 점에 있다. 개스는 제1관과 한쌍의 관 사이를 흐른다. 가열 부분에서 반응하여 산화물을 형성하는 다른 개스가 한쌍의 관을 통해 흐르며 산화물은 상기 미립자상 물질과 결합하고, 상기 최초의 개스만으로 생성된 유리입자의 팽창계수와 다른 열팽창 계수를 갖는 유리부분을 형성한다. 상기 한쌍의 관은 개스가 흐를때를 제외하고 제1관에서 부분적으로 후퇴될 수 있다.
제1내지 10도는 단일 모우드 광파이버가 타원형의 코어와, 이것을 에워싼 타원형의 내측 클래드층과, 원형의 외측표면을 갖는 응력 클래드 유리의 외측층으로 된 실시예에 관한 것이다. 특히, 제1도를 참조하면, 유리의 한개 또는 다수의 층이 클래드 물질의 적어도 일부분을 형성하는 기체튜브의 내측 표면에 형성되는 기상 증착법의 공지 실시에로 형성된 중간생성물(10)을 나타낸 것이다. 산화 매체와 함께 반응증기는 중공의 원통형 기체튜브(12)를 통해 흐른다. 기체튜브와 증기 혼합물은 기체튜브에 대해 길이 방향으로 이동하는 가열원에 의해 가열되고, 이동 가열영역은 기체튜브(12)내에 설치된다. 가열 영역에서 생성된 미립자상의 물질의 현탁액은 하류로 흐르고, 그 현탁액의 적어도 일부분이 기체튜브(12)의 내측 표면상에 정지되고, 그리하여 용융되어 연속한 유리 증착물을 형성한다. 온도, 유출량, 반응물질등의 프로세스 파라메터에 대하여, 미합중국특허 제4,217,027호에 개시되어 있고, "프로시딩 오브 더 아이이이이"(Proceedings of the IEEE)의1280(1974)의 J.B.Macchesney씨등의 논문, "어플라이 옵틱스"(Applied Optics)의 15(1976)의 W.G.French씨등의 논문에 논의되고 있다. 또한, 존 윌리 앤드 선스 인코포레이티드(John Wiley & Sons, Inc)(1966)발행, 시이.에프.포우엘(C.F.Powell)씨등 저서"베이퍼 디포지션"(Vapor Deposition)이라는 교과서도 참조한다.
때때로, 먼저, B2O3등의 산화물로 도우핑(doping)된 실리카나 순수 실리카로 형성된 엷은 장벽층(14)은 내부에 형성된 중착층보다 더 낮은 순도를 갖는 실리카 또는 높은 실리카함유 유리로 통상 형성된 기체튜브(12)의 내측 표면상에 증착된다. 상기 장벽층은 기체튜브(12)로부터 광클래드 층(16)으로의 수산기 이온 또는 다른 광흡수성 불순물의 이동을 방지한다. 기체튜브의 불순물에 의해 야기되는 광 전파 손실을 허용가능한 정도까지 낮은 레벨로 감소하기 위하여, 광 클래드층(16)의 두께는 광파이버의 광 클래드층의 두께가 20λ보다 크게 되도록 충분히 크게한다. 장벽층(14)는 임의이기 때문에 제3내지 6도에는 도시하지 않았다. 광클래드층은 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 비교적 두꺼운 유리층이다. 통상적으로 처리온도를 낮출 목적으로 작은 양의 도우펀트 산화물로 도우프된 실리카 또는 순수 실리카를 구비한다. 증착된 실러카 클래드층에 작은양의 P2O5을 추가하는 것은 1979년 9월 암스테르담에서 개최된 제5차 광통신 유럽 협의회에서 에스.센쓰이(S.Sentsui)씨등의 논문("Low Loss Monomode Fibers with P2O5-SiO2Cladding in the Wavelength Region 1.2∼1.6㎛)에 있다.
증착된 실리카 플래드 층에서 P2O5또는 F와 함께 P2O5를 사용하는 것은 일렉트로닉스 레터스(Electronics Letters) 1979년 7월 5일 발행된 제15권, 제14호, 페이지 411내지 413의 비.제이.아인슬리 (B.J.Ainslie)씨등의 논문("Preparation of Long Length of Ultra Low-Loss Single-Mode Fiber")에 있다. 그러한 도우펀트를 사용하는 것은 약 1500℃의 증착온도에서 기인되며 이 온도는 순수 용융된 실리카 클래등층을 증착하기위한 온도보다 약 200℃가 낮다. 광클래드층(16)의 완성시, 코어 물질의 비교적 얇은 층(18)은 광클래드층의 내측 표면에 침적된다. 코어층(18)은 클래드층(16)의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가지는 고순도 유리로 구성된다. 통상적으로 층(18)은 굴절률을 증가할 목적으로 낮은 손실의 산화물로 도프된 실리카를 구비한다. 단일모우드 광도파로 파이버의 코어의 제작에는 많은 도우펀트가 사용되는데 현재 GeO2가 바람직하다. 적외선 영역에서 1dB/km보다 더 낮은 손실을 가지는 단일 모우드 도파로는 상기 센쓰이씨등과 아인슬리씨등의 논문에서 언급된 GeO2로 도우프된 SiO2로 형성된 코어를 구비한다. 최종 중간생성물(10)은 개구부(20)를 갖는다.
1.1과 1.8㎛사이의 파장에서 작동하기 위해 바람직한 중간생성물은 피.이.블라스지크(P.E.Blaszyk)씨등의 이름으로 1980년 6월 9일 출원된 미합중국 특허 출원 제157,518호의 교시에 따라 구성될 수 있다. 이 출원은 순수 SiO2의 얇은 층 다음의 보로 실리케이트 기체튜브의 내측 표면상에 SiO2로 도우프된 P2O5의 클래드층을 형성하여 P2O5가 순수 SiO2층의 내측 표면상에 증착된 SiO2를 도우프한 GeO2코어로 확산하는 것은 방지한다.
본 발명의 목적을 위해 중간생성물(10)에 낮은 굴절률을 가지는 광클래드 유리의 층에 의해 둘러싸인 코어유리의 내측층을 구비하는 것이 필요하다. 예를들면, 기체튜브(12)가 고순도 유리로 형성되면 상기 기체튜브(12)의 내측 표면상에 코어층이(18)이 직접 증착될 수 있다. 여기에서 사용된 "내측 클래드층"이란 말은 기체튜브(12)와 중간생성물(10)의 코어층(18)을 둘러싼 유리층 또는 어떤 다른 층을 말한다. 통상적으로 유용한 유리관은 기체튜브(12)로 사용될 수 있다. 클래드층(16)의 단면적은 더 크게될 수 있다. 즉, 기체튜브(12)의 물리적 특성이라기 보다 증착된 클래드층의(16)의 물리적 특성이 내측 클래드의 열팽창 계수등의 특성의 결정에 우세하도록 기체튜브(12)의 단면적의 두배 이상이 되게할 수 있다. 그런 상황에서 기체튜브의 단면적은 최종 섬유의 단면적에 비해 작기 때문에 기체튜브의 물리적 특성은 중요하지 않다. 중간생성물(10)은 제2도에 나타낸 방식으로 붕괴될 수 있다. 버너(22)와 (24)는 불꽃(26)과 (28)을 만들고 이 불꽃들은 각각 중간생성물(10)의 반대측으로 향한다. 이 과정중 중간생성물(10)은 층(14)와 (16)의 형성 중 장착되는 유리선반(도시되지 않음)에 장착될 수 있다. 제2도에 나타낸 클랩스 공정중 선반 회전은 중간생성물(10)의 반대측만이 가열되도록 정지된다. 클랩스 공정은 미합중국 특허 제4,154,491호에 지시된 것처럼 내부 압력 제어하에 행하여지는 것이 바람직하다. 이 공정중 가열원은 중간생성물(10)의 충분히 넓은 축 부분을 커버한다. 양자택일적으로 단 한개의 가열원은 미합중국 특허 제4,184,859호에서 언급된 방식으로 사용될 수 있으며, 이 특허에 의해 한쪽이 그 다음에는 다른쪽이 클랩스된다. 중간생성물(10)의 완전한 붕괴로 프리폼(30)이 되며코어층(18)의 대향측들이 단면에서 신장된 코어부분(32)를 형성하기 위해 결합된다. 대단히 큰 코어모양이 이룩될 수 있다. 코어는 내측 클래드 부분(34)과 기체부분(36)으로 둘러싸이고 이들 두개는 장방형 모양을 갖는다.
프리폼(30)은 클래드 부분으로 제공되고 이 부분의 외측 표면은 단면에서 원형이다. 프리폼(30)의 표면은외측 클래드와 증착전에 종래의 방식으로 제조된다. 프리폼(30)을 폴리에틸렌 가방같은 깨끗한 밀봉 가방속에 삽입함으로서 중간생성물(10)의 클랩스에서 생긴 프리폼(30)의 표면을 가열 연마 공정후 깨끗하게 할 수있다. 만약, 프리폼(30)이 더럽게 취급됐다면 몇가지의 세척 공정이 요해진다. 그것은 비이온수로 세척하고 그후 이소프로필 알콜조에서 세척된다. 그후, HF로 부식하고 유리의 수 미크론 또는 질량의 약 1%를 제거한다. 그후, 프리폼(30)은 비이온수에 담거지고 이소프로필 알콜로 유지를 제거하며 깨끗한 폴리에틸렌 가방에 놓는다. 소망되는 유리 합성물의 수우트는 미합중국 특허 번호 제3,737,292호와 제4,165,223호에 언급된것과 유사한 종래의 불꽃 가수분해 처리에 의해 프리폼(30)으로 증착된다. 제3 및 4도를 참조하면 낮은 손실을 갖는 광도파로 파이버의 제작에 종래에 사용되는 장치를 보인것이다. 유리수우트를 포함하는 불꽃(38)은 불꽃 가수분해 버너(40)에서 분출하고 그 연료 즉, 반응 개스와 산소 또는 공기가 공급된다. 미합중국 특허 제3,565,345호, 제3,565,346호 제3,609,829호 및 제3,698,936호에 언급된 버너가 사용될 수 있다. 유리수우트를 형성하는데 요해지는 액체성분이 종래 기술에서 공지된 여러 공지반응 공급시스템중 어느 하나에 의해 버너로 공급될 수 있다. 이점에서 미합중국 특허 제3,826,560호, 제4,148,621호와 제4,173,305호의 지침이 참조된다. 과잉 산소가 버너에 공급되므로 반응 증기가 불꽃(38)내에서 산화되고 프리폼(30)으로 향하여 유리수우트를 형성한다.
외측 클래드층을 형성하기 위한 한가지 기술에 따라서 종방향 수우트 스트립(44)와 (46)이 프리폼(30)의 평탄한 측벽에 당초에 증착되고 원형 외측 클래드의 형성을 가속한다. 선반은 정지되고 버너(40)는 수우트 스트립층(44)를 형성하기에 충분히 많은 종방향 이동을 한다. 프리폼(30)은 180°회전되고 제2수우트 스트립층(46)이 제4도에 나타낸 바와같이 제1수우트 스트립층을 대향하여 증착된다. 클래드 수우트의 외측 클래드층(48)은 버너(40)가 종방향 운동을 하는동안 프리폼(30)을 회전하므로써 침적된다.
클래드 유리의 수우트스트립층(44)와 (46)을 증착하는 공정은 광파이버의 형상을 너무 크게할 정도까지 하지않고 생략될 수 있다. 만약, 외측 클래드층(48)이 프리폼(30)에 직접 침적되면 프리폼의 등근 부분이 버너를 직시할때보다 그 평측벽이 버너와 직시할때 버너로 부터의 수우트류가 다량 증착된다. 그 이유는 수우트응집 효과는 목표크기의 함수이기 때문이다. 이는 층(48)이 형성될때 수우트 블랭크 단면의 비원형성을 감소하는 경향이다. 층(48)의 외경이 코어의 크기에 비하여 충분히 크면 광파이버가 단일 모우드 광파이버로서 기능을 하도록 원형이 이루어져야 한다. 불꽃 가수분해로 제조된 클래드층은 다공성이며 입자 경계가 없는 유리층으로 용융 또는 소결되도록 가열되어야한다. 미합중국 특허 제3,933,454호에 지적된 방식으로 조성체(50)을 소결로에 서서히 삽입함으로써 소결이 이루어지는 것이 바람직하다. 최종 유리인발용 블랭크(56)은 층(44)와(46)이 적용되지 않거나 프리폼(30)이 비원형으로 상기층이 균형이 이루어지지 않도록 적용되면 원형이 될수 없다. 소결된 블랭크(50)의 외측 표면이 원형이 되지 않도록 하는 것은 외측 클래드층(48)의 양을 증가함으로 감소된다.
제5도의 인발블랭크는 인발로에 삽입되고 그 속에서 적어도 한단부는 제6도의 광파이버(70)가 종래의 실시에 따라서 인발되도록 충분히 높은 온도까지 가열된다. 광파이버 (70)의 인발중, 표면 장력은 그 외측 표면을 등글게 하는 경향이 있다. 중간 생성물을 형성하기 위한 양자택일의 처리는 제7내지 10도에 표시되어 있다. 제7도에 보인 바와같이 유기수우트의 제1피막(84)은 상기 참조된 것등의 종래의 불꽃 가수분해 처리에의해 원통형 맨드렐(85)에 가해진다. 유리수우트를 포함하는 불꽃(86)은 불꽃 가수분해 버너(87)에서 나오고 맨드렐(85)에 충돌한다. 코어 유리의 피막(84)가 맨드렐(85)에 형성된 후 베너(87)로 이송된 반응 개스의 조성물이 변경되고 내측 클레드의 제2의 피막(88)이 제1피막(84)의 외측 표면에 가해진다. 피막(84)의 굴절률은 피막(88)의 굴절률보다 더 크다. 열팽창 계수와 같은 피막(88)의 물리적 특성은 요하는 응력양을 최종광도파로 파이버의 내측 클래드에 분배하게 선택된다. 제9도에서, 소결된 유리층(84', 88')은 각각 제8도에 도시된 소결되지 않은 유리층 피막(84 및 88)과 대응하는 부분들이다.
피막(88)이 소정 두께에 도달한 후 맨드렐이 제8도에 보인 바와같이 제거되고 개구부(89)를 가지는 다공질 프로폴(90)을 형성한다. 최종 중공 수우트 프리폼은 상기 설명된 방식으로 소결될 수 있고 제9도에 보인 바와 같이 중공의 중간 생성물(10')을 형성한다. 중간생성물(10')은 제2도에 나타낸 방식으로 붕괴될 수 있고 또한 제3내지 6도에 관련하여 설명된 방식으로 처리되며 편광을 보유하는 단일 모우드 광도파로 파이버를 형성한다.
제8도에 나타낸 다공질 프리폼(90)은 양자택일로 제10도에 나타낸 방식으로 소결될 수 있고 단일 처리 과정에서 높은 가로 세로비의 코어를 갖는 프리폼을 현성한다. 맨드렐(85)가 수우트 프리폼에서 제거된 후 관(91)은 프리폼의 한단부로 삽입된다. 그후, 프리폼은 두개의 백금선에 의해 관형 지지물(92)로 부터 현수되고 두개의 백금선 중 단 한개의 선(93)이 도시되어 있다. 개스관(91)의 단부는 관형 지지물(92)에서 돌출하고 인접 프리폼(90)의 단부로 돌출한다. 프리폼은 화살표 방향(97)로 소결로(94)로 서서히 삽입됨으로써 소결된다. 프리폼은 서서히 소결되어야 하며 프리폼의 저부팁(tip)은 제일 먼저 소결을 시작하고 관형 지지물(92)의 인근 단부에 도달할 때까지 프리폼은 소결을 계속한다. 소결 처리중 헬륨, 산소, 아르곤, 네온 등의 세척개스 또는 그 혼합물이 화살표(95)로 지시된 것처럼 소결로를 통해 흐른다. 프리폼(90)이 소결을 시작하기 전에 건조 개스가 미합중국 특허 제4,125,388호에 지적된 방식으로 개구부(89)로 흐를수 있다. 프리폼의 초기팁이 소결을 시작하는 중 개구부(89)의 압력은 프리폼의 외측에 비해 감소된다. 이는 선(96)에 의해 진공 시스템을 개스관(91)에 연결함으로써 이룩될 수 있다. 프리폼(90)이 화살표 방향(97)으로, 소결로에 삽입될때 개구부(89)내로의 낮은 압력이 개구부(89)를 평탄하게 콜랩스 하게하며 프리폼의 초기 소결팁 부분에서 부터 시작된다. 프리폼의 나머지 부분은 소결될때 개구부의 나머지 부분이 평탄하게 콜랩스를 계속한다. 그러므로, 단일 소결과정에서 개구부(89)을 가지는 다공질 수우트 프리폼(90)은 소결될 수 있고 동시에 평탄하게 콜랩스 된 개구부를 가지고 제3도의 프리폼(30)에 의해 나타낸 형의 프리폼을 형성한다.
제4내지 6도를 다시 참조하면, 수우트층(48)의 합성(스트립(44)와(46)이 증착되면, 이들의 합성물)은 최종 클래드층(74)의 열팽창 계수가 광파이버(70)의 나머지 부분의 열팽창계수보다 더 크거나 더 작게한다. 부분(72)[코어(80), 기체튜브(82)와 내측 클래드층(78)을 형성하는 어떤 층을 구비 하는)또는 "응력 클래드"층(74)이 부분의 실효 열팽창계수보다 더 작다. 역으로 부분(72)의 실효 열팽창 계수가 응력 클래드층(74)의 실효열팽창 계수보다 더 작다면 부분(72)이 압축되게 된다.[참조 : American Ceramic Society 61,260(1976)의 T.Gulati 와 E.E.Hagy의 논문을 보면 알 수 있다]. 또한 응력 분포는 σx>σy인 도파로 코어(80)내에서 존재하여, 여기서 σx와 σy는 코어단면의 장축에 평행한 그리고 직교하는 코어부분에서의 응력이다. 또한, 이 응력 차이는 코어 부분의 가로 세로비가 증가할때 증가된다. 이런 응력 차이는 소망 복굴절을 발생한다. 소망하는 복굴절을 발생시키기 위해서는 코어내에 20∼40kpsi의 응력이 필요하다. 상술한 방법으로 실현될 수 있는 가로 세로비로는 내측 클래드와 외측 응력 클래드와의 사이의 열팽창 계수차는 1×10-7/℃보다 더 커야한다. 하기는 다음에 두개의 이론적 예를들면, 이들 예에서는, 광파이버의 여러 부분의 유리조성은 각각 광파이버의 코어가 압축상태 및 긴장상태로 되도록 선택되고 있다.
제6도에 보인형의 광파이버는 표1에 주어진 유리조성으로 형성되어 있다. 표1에는 그들의 각 조성의 열팽창 계수(TCE)도 표시된다.
[표 1]
조성물(중량%)
Figure kpo00003
표1에 정의된 광파이버는 압축상태로 있는 코어와, 긴장 상태로 있는 외측 클래드를 갖고있다. 코어가 충분한 응력을 받는다 하더라도, 이 광파이버는 강도의 관점에서 바람직하지 못하다. 그러한 광파이버는 그것의 와측 표면에 예를들어, SiO2보다 낮은 팽창 클래드 층을 부가함으로써 보강되고 있다.
제6도에 나타낸 형의 광파이버는 코어를 긴장상태로 하기위해 표2에 특정된 재료로 형성될 수 있다.
[표 2]
조성물(중량%)
Figure kpo00004
코어가 긴장 상태로 있는 이런 형의 광파이버는 외측 클래드가 압축 상태하에 있기 때문에 오히려 바람직하고 이것은 섬유를 강화시키는 경향이 있다. 제11내지 21도는 유리의 종방향으로 신장하는 코어의 양측상의 클래드가 클래드의 나머지 부분의 열팽창 계수와 다른 열팽창 계수를 가지면서 돌출함으로써 응력에 의해 유기된 복굴절을 광파이버 코어가 갖는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 것이다. 제11도는 단일 편광 광도파로 파이버의 단면을 나타낸 것으로서, 이는 내측 클래드 부분(111)으로 둘러싸인 코어(110)를 구비한다. 내측 클래드 부분(111)의 열팽창 계수와 다른 열팽창 계수를 갖는 물질로 형성된 2개의 협소한 길이 방향 연장부(112)는 코어(110)에 대해 직경방향에 대향하여 배치된다. 상기 연장부(112)가 제11도에서는 다소 임의의 단면으로 나타내었으나, 이하에서는, 각종 특정한 형상으로 이들 부분들을 형성하는 방법에 대해 설명한다. 그러한 광파이버가 인발될때, 길이방향연당부(112)와 여기에 대해 직교관계로 배치된 클래드 부분은 수축정도가 다르고, 그때문에, 상기 연장부(112)가 클래드의 열팽창 계에 대한 그 연장부(112)의 열팽창 계수에 의존하여 긴장상태 또는 압축상태로 된다. 이와같이하여, 이 광파이버에서는 스트레인에 의해 유기된 복굴절이 발생하게 되고, 그것에 의해, 서로 직교관계로 편광된 2개의 기본 모우드사이의 결합이 경감된다.
상기 연장부(112)를 포위하여 외측 클래드 부분(113)이 설치되고, 이 외측 클래드 부분(113)의 굴절률은 내측 클래드 부분(111)의 굴절률과 같거나 또는 더 작은 것이 바람직하다. 외측 클래드 부분(113)은 예를들어 내측 클래드 부분(111)에 사용하는 것으로서 상술한 재료중 어느것으로도 형성될 수 있다.
외측 클래드 부분(113)의 외측 표면은 제11도에 나타낸 바와같이 원형이어도 좋고, 또는 광파이버를 편광된 광원 또는 이 파이버에 접속된 다른 섬유와 일렬로 정렬할 목적으로 상술한 영국 특허출원 GB 2,012,983A에 개시되어 있는 방법으로 평탄한 부분을 가질수도 있다. 만약, 외측 클래드 부분(113)의 외측 표면이 원형이면 종방향 홈(114)과 같은 수단은 일렬 정렬 목적으로 제공될 수 있다. 만약, 광파이버의 외측 표면이 원형인 것이 더 바람직하다면 광파이버의 입력단은 시스템에 이를 실시하는 중 적당히 정위치시킬 수 있다. 광파이버의 입력단은 편광된 광원에 접속되고 출력단에서 나오는 광의 최대 또는 최소가 검출될때까지 광원에 관해 회전된다. 최대 또는 최소의 광원중 어느 하나가 검출되면 광파이버의 입력단은 편광된 광원에 관해 고정적으로 장착된다.
상기 연장부(112)는 광파이버의 광전파 특성에 영향을 주지않고 코어(110)에 가능한 근접해야 한다. 상기연장부(112)가 내측 클래드 부분(111)과 굴절률이 동일한 낮은 손실 물질로 형성된다면 연장부(112)의 최소반경 rm은 약 1.5 ra이다. 여기서, ra는 코어(110)의 반경이다. 연장부(112)의 굴절률은 클래드의 굴절률에 정합하는 것은 SiO2로 형성된 클래드를 사용하고 도우펀트 산화물의 하기 결합중 한가지로 도우프된 SiO2로 된 응력 발생부분인 연장부(112)를 형성함으로써 이룩될 수 있다. 상기 결합은 GeO2와 B2O3또는 P2O5와 B2O3또는 GeO2, P2O5와 B203이다. 순수 SiO2와 같은 굴절률을 가지는 높은 열팽창 계수의 조성물의 예는 12중량% B2O3와 4중량% P2O3를 가지고 도우프된 SiO2이다. 그 결과 얻어진 광파이버가 낮은 손실 특성을 갖는 것을 확실히 하기위하여 적어도 전체 중앙부분 즉 코어와 내측 클래드 부분은 기상 증착법에 의해 형성되어야 한다. 만약, 이 두부분의 굴절률이 정합되지 않고, rm이 너무 작다면, 즉, 약 1.5ra보다 더 작다면 연장부(112)는 분산에 의해 광전파 손실이 일어날 수 있다.
만약, 연장부(112)가 광파이버의 광전파 특성에 영향을 준다면 즉, 연장부(112)가 전파 파장에서 광을 흡수하는 물질로 형성된다면 이 부분의 내측 반경rm은 코어의 반경의 적어도 3배 그리고 바람직하기는 최소 5배가 되어야 한다. 이런 평가는 "일렉트로닉스 레터스"(Electronics Letters) 제13권, 제15호, 페이지443∼445(1979)의 논문에 기초를 두고 있다. 광흡수 물질의 역효과는 물질에서 코어까지의 거리가 감소할때 증가하는 것이 명백하다. 또한, 코어에서의 복굴절의 크기는 응력을 발생하는 길이 방향 연장부의 내측 반경이 감소할때 감소한다. 상기 연장부(112)의 최적의 내측 반경은 사용된 광도파로의 특정형에 의존한다. 왜냐하면, 단일 모우드 도파로의 코어부분을 지나서 전파하는 광량은 코어 반경과 굴절률의 매개변수에 의존한다.
광파이버는 제1쌍의 응력 발생부분인 길이방향 연장부의 물리적특성을 가지는 제2쌍의 대향한 길이방향연장부를 포함한다. 제12도에 나타낸 광파이버는 코어(116)와 내측 클래드 부분(117)과 외측 클래드 부분(118)을 구비한다. 클래드 부분의 열팽창 계수와 다른 열팽창 계수를 갖는 2개의 길이방향 연장부(119)는 코어(116)에 관해 대향하여 배치된다. 광흡수 유리로된 길이방향 연장부(119)의 열팽창 계수가 내측 클래드 부분(117)의 열팽창 계수에서 벗어나는 방향과 다른 방향에서 내측 클래드 부분(117)의 열팽창 계수를 벗어나는 열팽창 계수를 갖는 유리를 구비한 제2쌍의 길이방향 연장부(120)가 상기 연장부(l19)에 관해 직교방향으로 배치된다. 예를들면, 상기 연장부(120)의 열팽창 계수는 상기 연장부(119)의 열팽창 계수가 내측 클래드 부분(117)의 열팽창 계수보다 더 작아야 한다.
만약, 클래드 부분이 순수 SiO2로 구성된다면 상기 연장부(119)는 B2O3와 P2O5로 도우프된 SiO2를 포함하고 그 반면 상기 연장부(120)는 TiO2로 도우프된 SiO2를 포함할 수 있다. 연장부(119)는 긴장상태에 있으며 상기 연장부(120)는 압축 상태에 있다. 두개의 긴장 부분의 작용이 2개의 압축부분의 작용과 부가되어, 그 결과 얻어진 조합은 상기 연장부(119) 또는 연장부(120)의 어느 한쪽만으로 얻어진 응력에 의해 유기된 복굴절보다 더 큰 것을 제공한다.
TiO2를 도우프한 부분은 두가지 이유에서 손실이 있다. TiO2-SiO2유리는 위상을 분리하는 경향이 있고 분산 손실을 증가하는 작은 이질의 분산 기지를 형성한다. 또한, TiO2는 상기부분의 굴절률을 내측 클래드 부분(117)의 굴절률 보다 더 큰 값까지 증가하므로 상기 연장부(120)에 도달하는 코어(116)에서 나오는 광은 연장부(120)로 굴절하고 코어(116)에서 멀어져가는 경향이 있다. 응력 부분은 철, 니켈, 코발트, 동 등의 흡수불순물을 포함하는 도가니에서 용해된 유리봉에서 형성함으로 손실이 있게될 수 있다.
상기 설명된 영국 특허출원 GB 2,012,983A는 40×10-5과 같이 큰 응력 복굴절 △n은 갖는 광파이버를 제조하는 방법을 개시하고 있으며, △n의 값에 대해 비트 길이 L은 1㎛에서 2.5mm이고, 0.5㎛에서 1.25mm라고 언급하고 있다. 몇가지의 응용은 비교적 짧은 비트길이를 요하고 있으므로 10-3주위에서 △n의 값을 필요로 하고 있다. 하기 이론에는 △n의 그런 값은 본 발명의 광파이버 구성에 의해 쉽게 이루어진다고 지적하고 있다. 제13도를 참조하면 코어(122), 클래드(123) 및 원형 단면의 두개의 길이방향 연장부(124)를 가지는 광파이버를 나타내고 있다. 코어의 직경은 5㎛이며, 응력이 생기는 연장부(124)의 직경은 25㎛이고, 클래드(123)의 직경은 125㎛이다. 원형연장부(124)의 중심은 25㎛의 반경에 위치된다. 코어(122)의 특정조성물은 중요하지 않고 그 굴절률은 순수 SiO2로 된 클래드(123)의 굴절률보다 더 클 필요가 있다. 길이 방향 연장부(124)의 조성물은 5중량% P2O5, 12중량% B2O3와 83중량%SiO2이다. 복굴절의 계산은 어플라이드 옵틱스(Applied Optics) 제19권, 제12호, 6월호 1980년판 페이지 2000내지 2006외 지.더블유.쉐러(G.W.Scherer)의 논문 스트레스-인듀스드 인덱스 프로파일 디스토션인 옵티컬 웨이브 가이드스(stress-Induced Index Profile Distorition in Optical Waveguides)에 기초를 둔다. 전산을 이용하여 상기 연장부(124)의 복굴절에 기인한 코어와 내측 클래드 부분에서의 복굴절이 결정된다. 그러므로, 상기 연장부(124)의 복굴절에 기인한 중앙 부분에서의 복굴절이 결정되고 제1의 계산값에 추가된다. 그 결과, 제13도가 구성된다. 선(125, 126, 127 및 128)들은 0.4×10-3, 0.5×10-3, 0.6×10-3과 0.7×10-3의 동일 복굴절의 선이며 후자의 선은 코어(122)를 관통한다.
본 발명의 광파이버를 형성하는 한가지 방법은 미합중국 특허 제3,737,292호와 제4,169,223호에 개시된 불꽃 가수분해와 유사한 불꽃 가수분해 처리를 사용하고 있다. 그 결과의 광파이버는 제16도에 단면으로 나타나 있으며 제11도의 소자와 유사한 소자가 대쉬로 표시된 번호로 표시되어 있다. 제16도의 광파이버는 응력발생부분인 길이방향 연장부(112')가 초생달 모양인 것으로서 제11도의 모양과는 다르다. 또한 제16도에 있어서 도면 부호 110' 및 113'는 각각 제11도의 코어(110) 및 클래드(113)과 대응하는 코어 및 클래드 부분을 가리킨다. 제14도를 참조하면, 유리수우트층(130)은 버너(132)에서 나오는 불꽃(133)에서 원통형 유리맨드렐(131)상에 초기에 증착된다. 제1유리 수우트층(130)이 소정의 두께에 달한 후, 조성물이 변경되고 내측 클래드 층(111')을 형성하는 제2의 유리 수우트층(134)이 증착된다. 상기층(130)과 (134)의 증착시 맨드렐(131)은 회전되고 버너(132)는 맨드렐에 관해 길이 방향으로 병진이동된다. 길이방향 연장부(112')를 형성하기 위해 소결되어야 할 수우트를 형성하기 위해 맨드렐 회전은 정지하고 버너(132)는 충분히 많은 종방향 운동을 하여 수우트층(135)을 형성한다. 맨드렐(131)은 180°회전되고 제2유리 수우트 층(135)은 제15도에 보인 바와같이 제1유리수우트 층에 대향하여 증착된다. 클래드 수우트층(136)은 동일방법으로 수우트층(135)사이의 총(134)에 증착될 수 있다. 클래드 수우트 층(137)은 맨드렐 회전을 회복함으로써 증착된다. 완료되면 수우트프리폼은 다공성이되며 가열되어 용융되거나 또는 제16도에 나타낸 광도파로로 인발될 수 있는 단일 유리 프리폼으로 콜랩스된다.
클래드 유리의 수우트층(136)을 증착하는 공정은 최종 광파이버의 형상이 큰 정도로 영향을 주지않고 생략될 수 있다. 만약, 클래드 수우트층(137)이 층(134)와 수우트층(135)을 구비하는 수우트 프리폼의 부분에 직접 외측 표면으로 증착된다면 버너로 부터의 수우트 스트립은 수우트층(135)의 표면이 버너와 대향할 때보다 층(134)의 표면이 버너와 대향할 때 다량의 수우트를 증착한다. 왜냐하면, 비교적 큰 표면적의 층(134)의 표면 버너와 대향할때 수우트 스트립에 나타나기 때문이다.
이는 층(137)이 구성될 대 수우트 블랭크 단면을 비원형으로 하는 경향이 있다. 소결된 블랭크로부터 광파이버를 인발하는 도중 표면 장력은 광파이버의 외측 표면을 둥글게하는 경향이 있고, 코어의 원형성에 다소 영향을 미친다. 이것은 본 발명이 보유하는 형의 단일 모우드 광도파로에 대해 해로운 것은 아니다. 불꽃 가수분해 처리에 의해 제작된 변형된 프리폼은 제17도에 나타나 있으며 이 도면에서 제14도의 부분과 유사한 부분은 대쉬로 표시된 번호를 나타냈다. 총(130')과 (134')가 제14도와 관련하여 설명된 방식으로 증착된 후 부분(139)와 (140)을 구비하는 층은 하기 방식으로 증착된다. 수우트 증착 장치는 미합중국 특허 제4,314,837호에 개시된 바와 같은 반응 공급 시스템을 사용한다. 이 특허는 반응 증기가 유량 제어기에 의해 불꽃 가수분해 버너로 이송되는 반응 공급 시스템을 언급하고 있으며 유량 제어기의 제어량은 시스템 제어 회로에 의해 제어된다.
맨드렐(131')에 접속된 측 위치 지시기는 수우트 프리폼 표면의 부분이 버너(132)와 현재 대향하는 것을 시스템제어 회로에 정보를 제공한다. 주어진 반응 증기 흐름은 부분(139)의 증착에 사용될 수 있고 증착된 유리의 팽창 계수에 영향을 주는 부가 도우펀트 반응물은 부분(140)의 증착시 버너로 이송될 수 있다. 그러므로, 맨드렐(131')이 일정 각 속도로 회전할때 부분(140)은 도우펀트 반응물의 "펄스"로 버너에 공급함으로써 형성된다. 클래드 물질의 외측 층(141)은 상술한 바와같이 부분(139)와 (140)을 구비하는 층 위에 증착될 수있다. 맨드렐(131')이 제거된 후 제17도의 프리폼은 하기 설명될 제21도에 보인 광파이버의 형상과 유사한 단면 형상을 광파이버로 인발될 수 있다. 불꽃 가수분해 기술에 의해 수우트로 제작된 외측 클래드 층을 증착하는 대신에 그 층은 부분적 또는 전체적으로 제거될 수 있고 외측 클래드는 유리관에 의해 제공될 수 있다. 예를들면, 제15도의 수우트층(135)와 (136)이 형성된 후 또는 제16도의 부분(111')와(112')를 구비하는 층이 증착된후 맨드렐은 제거되고 수우트 블랭크가 소결된다. 최종 소결유리 블랭크는 튜브에 삽입되고 최종 조합된 것이 미합중국 특허 제3,932,162호의 교시에 따라 광파이버로 인발된다. 제18도를 참조하면 제11내지 13도에 나타낸 형상의 광파이버를 형성하기 위해 사용될 수 있는 봉상의 관형프리폼을 나타낸 것이다. 적당한 물질의 복수개의 봉 들이 SiO2등의 클래드 물질의 튜브(142)로 삽입된다. 고순도 유리의 코어(143)와, 코어(143)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 고순도 유리의 클래드층(144)를 가지는 봉이 튜브(142)내에 중앙에 위치된다. 코어(143)와 클래드층(144)은 기상증착법(CVD 법)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 튜브(142)에 관해 높은 열팽창 계수를 갖는 두개의 유리봉(145)이 중앙봉에 관해 대향하여 배치된다. 제2쌍의 유리봉(146)은 봉(145)에 관해 직교하게 위치된다. 제11 및 13도에 나타낸 형의 광파이버를 형성하기 위해 유리봉(146)이 튜브(142)와 동일 물질로 형성될 수 있다.
제12도에 나타낸 형의 광파이버를 형성하기 위하여 유리봉(146)은 튜브(142)에 관해 낮은 열팽창 계수를 갖는 물질 또는 광 흡수 물질로 형성될 수 있다. 클래드 물질의 봉(147)은 상기 봉 사이에 몇개의 홈을 점유한다. 만약, 최종 프리폼이 큰 비점유 부분을 포함하면 최종 광파이버의 긴장부분은 봉이 인접한 흠 내에 채워질때 봉의 왜곡 때문에 제11도에 나타낸 바와 같이 비원형 단면이 나타난다. 그러한 광파이버의 코어도 또한 비원형이 되는 경향이 있다. 만약 나타낸 모든 홈이 클래드 물질의 작은봉(도시하지 않음)으로 채워지면 코어와 긴장 부분은 최종 광파이버에서 원형의 단면으로 나타난다.
제19도는 본 발명의 실시에 응용할 수 있도록 수정된 다른 표준 기상 증착 장치의 예시도이다. 이 시스템은 하류 단부에 고정된 확장된 소모튜브(152)를 가지는 기체튜브(150)를 구비한다. 튜브(150)과(152)는 종래의 선삭선반(도시하지 않았음)에 장착되고 그 결합체가 화살표로 지시한대로 회전될 수 있다. 가열부분(154)은 화살표 158a와158b로 표시된 바와같이 가열수단(156)을 움직임으로써 가로 이동튜브(150)를 가열시킨다. 가열수단(156)은 튜브(150)를 둘러싼 복수개의 버너 등의 적당한 가열원으로 구성될 수 있다. 그중 한가지의 실시예에서 가열수단은 국부적으로 가열을 할 수 있지 않으면 안된다. 예를들어, 한개의 버너 또는 두개의 대향하여 배치된 버너가 사용될 수 있다. 반응물은 튜브(160)를 통해 튜브(150)내로 주입되고 이 튜브(160)는 복수개의 개스원과 증기원에 연결된다. 상술한 어떠한 반응 공급 시스템에 사용될 수 있다.
버너(156)는 화살표 158b의 방향 즉, 반응물이 흐르는 방향과 동일 방향에서 튜브(150)에 관해 낮은 속도의 비율로 이동한다. 반응물은 가열부분(154)에서 반응하고 적어도 수우트의 일부가 부분(162)에서 튜브(150)의 내측 표면에 증착하는 개스의 이동에 의해 하류로 분반되는 수우트를 생성한다. 버너(156)가 화살표 158b의 방향으로 계속하여 움직일때 가열부분(154)은 수우트 구성의 일부분이 가열부분으로 신장하고 거기에서 소결하여 튜브(150)의 내측 표면에 단일, 동질의 유지층을 형성하도록 하류로 움직인다.
버너(156)는 소모튜브(152)에 인접한 튜브(150)의 단부에 도달하면 불꽃의 온도는 감소되고 버너는 화살표 158a의 방향에서 튜브(150)의 입력단부로 되돌아간다. 그후, 유리물질의 추가층이 상술한 방법으로 튜브(150)내에 증착된다.
적당한 층이 코어물질과 다른 소정의 최종 광도파로 층으로써 제공되기 위해 증착된 후 유리의 온도로 증가되어 튜브(150)를 콜랩스 시킨다. 이는 가열부분의 가로운동 비율을 감소함으로써 성립될 수 있다. 튜브(150)의 내부은 미합중국 특허 제4,154,591호에 지적된 콜랩스중 압력을 가하는 것이 바람직하다고 한다.
진술한 종래의 장치는 튜브(150)의 내측표면에 단일 조성물의 유리층을 증착하는데 적합하다. 본 발명에 따라서 종래의 장치는 클래드 유리물질의 팽창계수와 다른 팽창 계수를 가지는 수우트를 형성할 수 있는 가열부분 반응 개스의 대향부분에 공급하기 위한 가열부분(154)의 상류와 인접한 수단의 제공에 의해 변형된다. 제19도에 보인 바와같이 두개의 개스튜브(164)의 일부는 기체튜브(150)의 단부로 신장하고 반응물은 기체튜브로 주입된다. 상기 튜브(150)의 단부로 신장하고 반응물은 기체튜브로 주입된다. 상기 튜브(150)내의 튜브(164)의 부분은 가열부분(154)의 앞에 있다.
튜브(164)는 기계적으로 점선 166으로 표시된 수단에 의해 버너(156)에 접속되고 튜브(164)가 가열부분(154)의 상류의 적당한 거리를 유지하게 한다. 양자택일로 가열원과 튜브(164)는 정지될 수 있고 튜브(150)은 종방향으로 움직이게 할 수 있다. 튜브(150)의 입력단은 콜랩스 될 수 있는 부재(168)에 의해 튜브(164)에 접속되고 회전하는 시일(170)은 부재(168)와 튜브(150)사이에 위치된다. 사용중이 아닐때는 튜브(164)는 튜브(150)에서 완전히 철수될 수 있거나 또는 튜브(160)에서 튜브(150)까지 반응물의 흐름을 교란하지 않을 정도까지 부분적으로 퇴거될 수 있다.
제20도를 참조하면, 클래드 유리층(178)은 종래방식에서 튜브(150)의 내측 표면에 증착될 수 있다. 클래드내에 대향하는 길이방향 연장부를 형성하기 위해 제2의 반응물질이 튜브(164)를 통해 흐르며 그 반면 클래드반응물질은 튜브(160)로 흘러 들어간다. 예를들면, SiCl4와 BCl3는 클래드 유리층(178)을 튜브(150)내에 증착시키기 위해 튜브(160)에 흘릴 수 있다. 유리층(178)이 충분히 두껍게 된 후 튜브(164)는 가열부분에 인접하게 위치되고 Gecl4와 같은, 반응물질이 거기로 흘러들어간다. 반응에서 사용되는 산소 또한 공지 기술의 방법으로 가열부분에 흘러 들어간다. 보로 실리케이트 유리층(180)의 내측 표면에 증착되고 유리층(180)의 점으로 된 부분(182)은 GeO2를 포함한다. 그후, 보로 실리케이트 클래드 물질의 추가층(184)는 유리층(180)상에 증착될 수 있고 코어 물질의 층(186) 즉, SiO2를 도우프한 GeO2는 층(184)에 증착 될 수 있다.
최종 프리폼은 그후 콜랩스되고 상술한 방법으로 광파이버로 인발된다.
유리층(180)의 부분(182)은 충분한 양의 도우펀트 물질 즉, GeO2를 포함하고 높은 팽창 유리의 종방향스트립을 최종 광파이버 내에 형성한다.
제20도의 프리폼을 형성한 후, 고체 인발 블랭크를 형성하기 위해 콜랩스되고 이 인발 블랭크는 충분히 높은 온도로 가열된 인발로에 삽입되고 거기에서 광파이버가 인발된다. 제21도의 단면으로 나타낸 최종 광파이버는 코어(190)와 내측 클래드 부분(192)과 외측 클래드 부분(196)을 구비한다. 코어(190)의 양쪽 대향측상과 외측 클래드 부분(196)내에 높은 팽창유리의 2개의 길이방향 연장부(194)가 있다. 부분(194)과 둘러싸인 유리사이에 점차적인 변화가 있는데 이는 유리의 증착시 개스의 혼합과 유리로 하는 각종 높은 온도처리 공정중 도우펀트의 확산때문이다.
제21도에 나타낸 광파이버의 단면형상은 제17도에 나타낸 형의 수우트 프리폼을 소결하고 인발하는 것에서부터 기인될 것이다.

Claims (8)

  1. 투명한 코어(110, 116, 122, 196)와, 이 코어를 포위하고 있으며 이 코어의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 갖는 투명한 재료로 이루어지며 코어에 복굴절을 야기하는 비대칭성을 갖는 클래트 유리층(113, 117, 118, 123, 196)을 포함하는 편광 보유형 단일 모우드 광 도파로 파이버에 있어서, 상기 클래드층은 상기 코어로부터 이격되어 있는 제1쌍의 직경방향에 대향한 길이방향 연장 유리부(112, 119, 124, 194)를 포함하고 있고, 상기 연장 유리부의 열팽창 계수가 상기 클래드 유리층과 다름을 특징으로 하는 편광보유형 단일 모우드 광도파로 파이버.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1쌍의 직경방향에 대향한 길이방향 연장 유리부(112, 119, 124, 194)의 열팽창계수가 상기 클래드 유리층(113, 117, 118, 123, 196)의 열팽창 계수보다 더 큼을 특징으로 하는 편광보유형 단일 모우드 광도파로 파이버.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1쌍의 직경방향에 대향한 길이방향 연장 유리부(112, 119, 124, 194)의 열팽창계수가 상기 클래트 유리층(113, 117, 118, 123, 196)의 열팽창 계수보다 더 작음을 특징으로 하는 편광보유형 단일 모우드 광도파로 파이버.
  4. 제2항에 있어서, 또한, 상기 광도파로 파이버는 상기 두개의 직경방향에 대향한 연장유리부(119)들에 대해 직교방향으로 배치된 제2쌍의 길이방향 연장유리부(120)들을 포함하고, 제2쌍의 연장유리부가 상기 제1쌍의 연장유리부와 다른 물리적 특성을 가짐을 특징으로 하는 편광보유형 단일 모우드 광도파로 파이버.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2쌍의 연장유리부(120)들의 열팽창 계수는 클래드 유리층(117, 118)의 열팽창 계수보다 더 작음을 특징으로 하는 편광보유형 단일 모우드 광도파로 파이버.
  6. 클래드 유리튜브를 제공하는 과정과, 클래드 유리층으로 둘러싸인 축방향으로 배치된 코어부분을 가지는 제1유리봉을 상기 튜브내의 중앙에 배치하는 과정과, 상기 튜브내의 중앙봉에 관해 직경방향으로, 상기클래드 유리층의 열팽창 계수와 다른 열팽창계수를 갖는 유리로 형성된 제1쌍의 유리봉을 배치하는 과정과, 클래딩 유리의 복수개의 유리봉을 상기 중앙에 배치된 봉, 상기 제1쌍의 유리봉 및 상기 튜브사이의 적어도 몇개의 홈 내에 배치하는 과정을 구비함을 특징으로 하는 광도파로 파이버용 프리폼 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 또한 상기 제1유리봉의 양쪽의 대향축 상의 상기 튜브내에, 상기 제1쌍의 유리봉에 대해 직교관계로 배치하여, 상기 제1쌍의 유리봉과 다른 물리적 특성을 가지는 제2한쌍의 유리봉을 배치시키는 과정을 구비함을 특징으로 하는 광도파로 파이버용 프리폼 제조방법.
  8. 가열되었을 때 유리입자를 형성하는 개스를 제1튜브를 통해 흘리고, 상기 제1튜브의 외측을 따라서 가열원을 이동함으로써 상기 개스의 적어도 일부분이 입상물질로 변환되고 상기 입상 물질의 적어도 일부분이 상기 제1튜브의 내측에 종착되는 공정을 포함하는 광도파로 파이버용 프리폼 제조방법에 있어서, 상기 제1튜브내에 있는 상기 튜브의 단부를 상기 가열원과 간격을 갖게하고 상기 가열원의 상류에 놓으면서 한쌍의 튜브를 상기 제1튜브내에 이동하고, 상기 한쌍의 튜브가 상기 제1튜브의 중심의 반대측상에 대칭적으로 배치시키고, 상기 제1튜브와 상기 한쌍의 튜브 사이에 상기 개스를 흘리며 상기 한쌍의 튜브를 통해 가열부분에서 반응하여 제1개스만으로 생성된 입상 유리의 팽창계수와 다른 팽창계수를 가지는 유리부분을 형성하기위해 상기 입상물질과 결합하는 산화물을 형성하는 다른 개스를 흘리는 것을 구비함을 특징으로 하는 광도파로 파이버용 프리폼 제조방법.
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