KR910009177B1 - 광파이버용 모재의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

광파이버용 모재의 제조방법

제1도 내지 제3도는, 소결체를 N₂분위기하에서 가열처리 할 때의 온도, 유지시간과, 연신공정에서의 유리체속의 기포발생수, 파이버화한것의 OH흡수로스와의 관계를 나타낸 그래프도로서, 제1도는 온도800℃에서, 본 발명 조건에서 유효한 범위를 나타내고, 제2도는 600℃, 제3도는 1200℃의 경우를 나타낸다.

본 발명은 광파이버용 모재의 제조방법에 관한 것이다. 광파이버용 모재의 제조방법의 하나로서, 종래, 유리원료를 화염가수 분해반응시켜서 생성한 유리미립자를, 회전하는 출발재 유리로드의 외주부에 퇴적시켜가고(수우트부착이라고도 함), 회전축 방향으로 다공질체를 성장시켜서 유리로드와 그 외주의 다공질체로 이루어지는 다공질모재를 얻은후, 이 다공질모재를 고온전기로속에서 소결하여 투명유리화하는 방법이 행하여지고 있다. 이 소결공정에서 중요한 점은, 기포잔류등이 없는 완전히 투명한 유리모재를 얻는 일이다.

여기서, 소결이란, 다공질모재를 구성하는 유리미립자 상호의 융착이 진행되고, 이 모재중의 빈틈이 서서히 고립해가는 과정이라고 말할 수 있다. 이 고립된 빈틈이 수축하여, 소멸해서 완전히 투명한 유리체로 될려면, 소결분위기가 중요한 요인으로 되어 있어서, 유리속에서의 용해도가 큰 가스분위기하에서 소결하였을 경우에 용이하게 투명한 유리를 얻을 수 있다. 구체적으로는 Ar 또는 N₂분위기에서는 잔류기포가 발생하나, 용해도가 큰 He 분위기에서는, 잔류기포가 없는 투명유리를 얻기 쉽다는 것이 판명되고 있다. 이 때문에, 다공질모재는 He 분위기하에서 소결하는 것이 일반적이다.

상기한 종래법에 의해 제조된 광파이버 모재는, 다음의 와이어드로우잉 공정에 있어서 외경 100~200㎛ 의 가는 광파이버로 신장된다. 이 와이어드로우잉 공정에서는 광파이버용 모재를 먼저 적당한 외경의 와이어드로우잉 가능형상으로 가공할 필요가 있기 때문에, 1900℃이상의 고온으로 가열해서 연신성형된다. 이때, 유리모재속에 특히 그 출발재유리로드와 수우트 부착에 의해 합성한 유리와의 계면에, 미소한 결정입자기포등의 결함이 존재하고 있었을 경우에는, 이들 결함이 대형화해서, 연신유리로드속에 기포가 발생하고, 연신유리로드 제조수율을 현저하게 저하시키는 문제가 있었다. 구체적으로는 유리모재속에 직경 0.1~0.5㎜정도의 결정입자나 기포가 존재하고 있으면, 연신후의 유리로드에서는 1~5㎜정도의 기포로 대형화해버린다. 이와 같은 대형의 기포가 있는 유리로드를 와이어드로우잉하면, 파이버가 단선되어 안정된 제조가 불가능하다.

본 발명의 목적은, 상기한 문제점을 해소하여, 연신성형해서 외이어드로우잉 모재로해도 기포나 결정입자가 없고, 안정된 파이버제조를 가능하게 하는 광파이버 모재의 제조방법을 제공하는데 있으며, 특히 그 다공질 모재로부터 투명유리 모재에의 소결방법의 개량에 있다.

본 발명자들은 연구노력의 결과, He 분위기속에서 소결해서 얻어진 투명유리 모재를 또 N₂또는 Ar등의 He이외의 불활성가스함유 분위기속에서 가열처리한다고 하는 수단으로, 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하였다.

본 발명은 유리로드의 외주에 유리미립자를 퇴적시켜서 다공질유리 모재를 합성하고, 이 다공질 모재를 He 분위기에서 소결해서 투명화한 후에, 얻어진 소결체를 불활성가스(He를 제외함)의 분압 0.8 기압이상의 분위기에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 광파이버용 모재의 제조방법이다.

본 발명의 특히 바람직한 실시태양으로서는, 불활성가스(He를 제외함)의 분압 0.8기압이상의 분위기에서의 열처리가 800~1000℃의 온도범위내에서 120~360분간 유지하는 것을 특징으로 하는 상기 방법을 들 수 있다. 또, 상기 유리로드가, 클래드를 함유한 코어모재라면, 코어 직경에 대해서 클래드 직경이 큰 형(型)의 광파이버용 모재를 고품질로 수율좋게 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서 다공질유리체를 제조하고, 이것을 소결해서 투명유리체로하는데까지는, 종래기술에 의해 행한다. 즉, 유리미립자 합성용 버어너에 예를 들면, SiCl₄등의 유리원료가스, H₂, CH₄등의 연소가스, O₂등의 조연가스를 도입해서, 상기 버어너의 화염속에서 상기 유리원료를 화염가수분해반응시키므로서 유리미립자를 생성시키고, 이것을 회전하는 출발재 유리로드의 외주에 퇴적시켜서, 유리로드와 다공질 유리체로 이루어지는 복합체를 얻는다. 이 복합체를 가열로중, He 분위기하에서 온도 1500~1650℃ 정도로 가열해서 상기 복합체를 투명화한다.

본 발명의 특징으로 하는바는, 이 투명화한 소결체를 또 불활성가스(He를 제외함)의 분압 0.8 기압이상의 분위기에서, 바람직하게는 800~1000℃의 온도범위내에 120~360분간, 가열처리하는 점에 있다. 이 처리에 의해, 그후의 고온에서의 연신처리에서의 결함의 대형화를 방지할 수 있어서, 수율좋게 고품질의 광파이버 모재용 연신로드를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 분위기속의 불활성가스(He를 제외함) 분압이 0.8 기압이상이면 기타 함유가스에 대해서 제한할 것은 없고, 예를들면 N₂분압이 0.8 기압이상의 공기를 사용할 수도 있다. 종래법에 의해, 광파이버용 다공질모재를 He 분위기에서 소결한후 연신가공해서 얻은 유리로드속에 발생한 기포를 가스분석하였던바, 그 주성분은 He였다. 이 사실로부터, 소결시에 유리내에 용해한 He가 연신가공시에 발포하는 일이 기포발생의 원인이라고 생각된다.

일반적으로 유리속으로의 기체의 용해도는 고온으로 될수록 작게되는 경향이 있다. 따라서, 연신가공시의 1900℃ 이상이라고 하는 고온상태에서는 유리속에 용해되고 있던 He가 과포화상태로 되어, 한쪽의 유리는 충분히 연화되어 있으므로, 과잉 He가 기포로 되어서 석출하게 되는 것이다.

그리하여, 본 발명자들은 연신가공시의 기포발생을 방지하기 위하여 유리속의 가스농도를 포화점 이하로 하는 것이 유리하다고 생각하기에 이르렀다. 즉, 소결된 유리속으로부터 He가스를 휘산시켜서 He 농도를 저하시키면, 연신가공시의 기포발생의 방지를 기대할 수 있다.

이상의 지식에 의거하여 본 발명자들이 예의 검토를 하였던바, 구체적 수단으로서는 소결체를 불활성가스(He를 제외함) 분압 0.8 기압이상의 분위기하, 800~1000℃의 온도내에서 120~360분간 유지하는 것이 유효하였다.

불활성가스로서는 N₂, Ar을 사용할 수 있으나, 그중에서도 N₂ 가스는 불활성가스로서 가장 일반적인 것으로서 코스트도 낮고, 또한 유리속으로의 용해도가 작기 때문에 적당하다. 이하 N₂가스로 본 발명에서 말하는 불활성가스(He를 제외함)를 대표해서 설명한다. 또 분위기의 N₂분압을 0.8 기압이상으로 하므로서, 다른 가스 특히 유리속으로의 용해도가 큰 He, H₂가 가령 잔존하고 있었다고 해도, 충분히 He를 휘산시킬수 있다. 또 N₂ 100%의 분위기의 경우는 N₂압 1atm이 바람직하다.

유지온도가 800℃ 미만에서는 유리속의 He 확산속도가 작아져서 탈 He 효과는 얻을 수 있지만 효과가 작다. 또 1000℃를 초과하면 출발로드와 합성한 투명유리와의 계면에 존재하는 OH기(이것은 출발로드의 표면에 부착하는 먼지나 불순물을 제거하는 목적으로 출발로드의 표면을 화염연마한 것에 유래되는 것임)가, 열처리에 있어서, 출발재로드속에 확산, 침입하는 양을 무시할 수 없게 되므로 바람직하지 않다.

OH기의 흡수대는 파장 1.38㎛에 존재하고, 이것은 광파이버의 사용파장 1.3㎛ 또는 1.55㎛에 가까우므로, OH기가 코어로드에 확산침입하면, 광파이버의 전송손실 특성을 악화시키는 요인으로 되기 때문이다. 유지시산에 대해서도 마찬가지의 사정이 있으며, 120분간 미만에서는 탈 He 효과는 포화상태로 되기 쉽고, 역시 OH기의 확산량을 무시할 수 없게 된다.

이상으로부터 N₂분압 0.8 기압이상의 분위기하, 800~1000℃의 온도범위에서 120~360분간 가열처리하는 것이 유리소결체로부터 He를 발휘시키는데 가장 유효하고, 이 처리후 상기 소결체를 와이어드로우잉용으로 연신가공해도 탈 He되어 있으므로 기포의 발생은 볼 수 없다. 또한, 본 발명은 유리로드의 외주에 수우트를 부착해서, 유리로드-다공질체 복합체를 소결해서 투명한 소결체를 얻는 공정에 의한 유리모재의 제조방법이라면, 유리조성, 수우트부착 방법의 어떤 것을 불문하고 적용할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

[실시예 1]

출발재로서, 중심이 GeO₂ 첨가 SiO₂(비굴절률차 0.3%)이고 스탭형 굴절률 분포의 코어와, SiO₂로 이루어진 클래드 부분을 가지고 이루어진 유리로드를 준비하였다. 이 출발로드 외주에 화염가수분해반응에 의해 생성시킨 유리미립자를 퇴적해서, 직경 150㎜ø, 길이700㎜의 다공질 모재를 합성하였다. 이것을 He 100% 분위기의 가열로속을 회전하면서 하강시켜, 직경 70㎜ø, 길이400㎜의 소결체를 얻었다. 이 소결체를 육안관찰하였던바, 미소기포와 같은 0.1㎜정도의 결함이 존재하고 있는 것을 볼 수 있었다. 상기 소결체를 N₂ 분압 0.8 기압, 온도 900℃의 가열로내에 180분간 유지해서 열처리한 후, 2000℃로 가열해서 약 30분간의 연신가공을 행하였다. 얻어진 연신가공 유리로드에는 1㎜ 이상의 기포는 1개도 발견되지 않았다.

[비교예 1]

실시예 1과 마찬가지로 제작하고, 같은 정도의 결함을 가지고 있는 소결체를, N₂ 분위기속에서의 열처리 없이 연신가공 하였던바, 얻어진 연신유리 로드속에는 1-2㎜의 기포가 8개 존재하고 있었다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 마찬가지의 광파이버용 다공질모재를 제작해서 소결하여 투명유리체(소결체)를 얻었다. 이 소결체의 열처리조건을 여러 가지로 변화시켜서, 그후의 연신가공시에 발생하는 기포수를 조사하고, 또 파이버화해서 1.38㎛ 에서의 OH흡수에 의한 전송손실 변화를 조사하였다. 제2도는 N₂분압은 0.8 기압, 열처리온도를 600℃의 일정치로 해서, 유지시간을 60분간에서부터 480분간으로 변화시켰을때의, 기포수와 OH흡수로스 변화를 표시한다. 동도면에서, 600℃로 처리하면, 420분간의 처리시간이 걸려도, 효과가 없는 것을 알 수 있다. 또 온도를 낮게 할수록 매우 장시간의 처리를 요하는 것도 실험에 의해서 알 수 있었다.

제1도에는, N₂분압 0.8 기압, 열처리온도 800℃의 경우, 제3도는 N₂분압 0.8기압, 열처리온도 1200℃의 경우의 결과를 마찬가지로 표시한다. 제1도에서 800℃에서는 60분간의 처리시산으로는 기포가 7개 발생하고, 또 420분 이상에서는 OH흡수로스가 증대하는 것, 120~420분간의 범위내에서 기포발생수가 저감되고, OH흡수로스도 충분히 낮을 것을 알 수 있다. 또 제3도에서는, 1200℃에서는 OH 흡수로스의 증대가 현저하다. 또한 800~1000℃ 의 온도범위에서는 제2도와 마찬가지의 경향을 볼 수 있었다. 이상으로부터 800~1000℃에서는 시간 120분~360분간 유지하는 본 발명의 조건이 유효하다는 것을 확인할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 출발재 유리로드의 외주에 화염가수분해에 의한 유리미립자를 퇴적시켜서 합성한 광파이버용 다공질모재를 He 분위기에서 소결하고, 얻어진 소결체를 고온에서 연신가공하는데 앞서서, N₂분위기하에서 열처리하는 본 발명에 의해서, 연신가공시에 유리모재속에 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 광파이버용 모재제조의 수율을 향상시킬 수 있는 동시에, 양질의 와이어드로우잉 모재를 얻을 수 있으므로, 단선등이 없고 안정적으로 광파이버를 제조하는 것을 가능하게 한다.

Claims (3)

1. 유리로드의 외주에 유리미립자를 퇴적시켜서 다공질 유리모재를 합성하고, 이 다공질모재를 He 분위기에서 소결하여 투명유리화한 후에, 얻어진 소결체를 불활성가스(He를 제외함)의 분압 0.8 가압이상의 분위기에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 광파이버용 모재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 유리로드가 클래드함유하는 코어모재인 것을 특징으로 하는 광파이버용 모재의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 불활성가스(He를 제외함)의 분압 0.8 기압이상의 분위기에서의 열처리가 800~1000℃의 온도내에서 120~360분간 유지하는 것을 특징으로 하는 광파이버용 모재의 제조방법.

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