KR920009187B1 - 광섬유 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광섬유 제조 방법

제1도는 본 발명에 따른 증착 방법을 실시하는데 적합한 장치의 정면도.

제2도는 처리 과정동안 관찰된 상태를 도시하는 유리 기판관의 일부 단면에 대한 정면도.

제3도는 토치(torch) 조립체의 확대도 및 기판관을 횡단하는 가열 영역을 통한 온도 프로필을 도시한 도면.

제4도는 종래의 MCVD 방법에 의해 제조된 예비 형성체의 굴절을 프로필을 도시한 도면.

제5a도 및 5b도와 제6b도는 각각 종래의 MCVD 방법 및 본 발명의 방법에 따라 제조된 예비 형성체관 및 예비 형성체의 간략화된 층 구조도.

제6A도에서 예비 도시된 예비 형성체 관(31)를 나타낸 도.

제7도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 예비 형성체의 굴절을 프로필을 도시한 도면.

제8도는 증착증수에 대해 플로트 된 본 발명의 증착 처리시에 사용된 구성성분의 유량을 도시한 그래프.

제9도는 본 발명에 따라 제조된 예비 형성체로부터 인출된 광섬유의 1.3㎛파장에서의 손실 분포의 히스토그램.

제10도는 처리 조건이 프로필마다 변화되어진 예비형성체의 굴절율 프로필을 도시한 도면.

제11도는 레일리(Rayleigh) 스캐터링 손실과 굴절율 곡선상의 리플 진폭의 관계를 도시한 곡선도.

제12a도 및 12b도는 본 발명에 따라 제조된 광섬유를 이용하여 관련 퓨리에 변환으로 전송 및 수신된 펄스를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31 : 유리 기판관 32 : 선반

40 : 운반대 41 : 토치 조립체

42 : 주입관

본 발명은 비교적 높은 대역폭, 저손실, 다중 모드 광섬유를 제조하는 변형된 화학 증착법(MCVD)에 대한 것이다.

약한 것을 보이지만 중요한 것으로 관심을 끄는 다중 모드 광섬유가 최근에 특히 근거리 통신망용으로 갱신(renew) 되었다. 코어가 크게 되면 스플라이싱이 용이해지고 광 에너지원 및 리피터(repeater)와의 에너지 커플링이 보다 효율적으로 된다.

광섬유내로의 여러 모드의 도입 또는 광섬유 내에서 여러 가지 모드가 발생하게 되면 서로 다른 모드의 다른 속도로 인해 시미어링(smearing) 형태를 취하는 분산 제한(dispersion limitation)을 일으킨다. 모드 분산 현상은 연속적인 접속 구조에 의해 최소화되는데, 이러한 구조가 광섬유 형태를 취한 것이며 이 광섬유의 굴절율은 코어 중심에서의 높은 값에서 크래딩에서의 낮은 값으로 등급 되어 있다. 기본 모드는 일반적으로 가장 낮은 속도 영역에 대응하여 가장 높은 굴절율로 제한되며, 한편 보다 높은 정도의 모드는 일반적으로 고속 영역에 대응하게 비교적 낮은 굴절율로 제한되어 있다.

통신용의 광도파 섬유를 제조하는 한가지 방법이 변형된 화학 증착법이다. 이 방법은 일반적으로 원형 단면을 갖는 유리 기판관을 통해 산소와 함께 기체 상태의 프리커서(precursor) 반응물의 흐름(stream)을 일정하게 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 산소 흐름은 완성된 광섬유에서 원하는 굴절율을 만들기 위한 실리콘 테트라클로라이드 및 도펀드를 운반한다. 유리 기판관은 이 관의 길이를 일정하게 횡단하는 이른바 고온 영역이라 불리는 이동 가열 영역 내에서 동종의 반응 온도로 가열이 되어 결과적으로 도핑된 이산화 실리콘을 만드는 반응이 나타난다. 이러한 처리시에는 관벽으로부터 멀리 떨어져 입자를 형성하는 동종 반응이 포함된다. 상기 입자는 기판 관벽에 부착되고 기판관의 내부벽에서 연속적인 층으로 용해된다. 이동 고온 영역의 각 통로에 유리 형성층이 증착 된다. 생성된 기판관은 예비 형성체관으로 불린다. 균일하게 생성된 유리 입자가 관벽에 부착되어 이동 고온 영역 내에서 연속적인 층으로 용해된다. 통상적인 가열 수단으로, 가열된 벽 표면에서의 반응에 의해 이동 가열 영역 내에서 유리층을 형성시키기 위해 동시 이종 반응이 존재한다. 상기와 같은 형성이 이루어지는 기판관은 축을 중심으로 연속적으로 회전하여 주변에 대한 부착의 균일성을 증강시킨다. 미합중국 특허 제 4,217,027 참조.

고온 영역에서의 연속적 용해와 증착 부분의 두께 균일성은 등급별 굴절율을 갖는 광학 구조의 형성을 용이하게 한다. 이 경우에서는 연속적인 가열 영역 횡단이 용이하게 한다. 이 경우에서는 연속적인 가열 영역 횡단이 증가하는 높은 굴절율 생성 도펀드의 비를 갖는 반응물의 성분비를 변화시켜 그래디언트(gradient)를 형성할 수 있다. 예비 형성체의 제조는 처리 동안 온도 및 유량을 변화시키는 단계를 포함한다.

증착 모드 다음에, 예비 형성체 관을 예비 형성체로 불리는 고체 로드와 같은 부재로 만드는데 합체(collapse) 모드가 사용될 수 있다. 상기 예비 형성체로부터 광도파 섬유가 인출된다.

종래 MCVD 방법에서는, 일정량의 실리카가 토치(torch)의 각 통로에 증착이 되게 한다. 이것은 기체 상태의 프리커서 반응물의 농도와 유량을 조정하여 이루어질 수 있다. 그러나, 불리하게도 굴절율 곡선에는 여러 가지의 변동(perturbation)이 생겨난다. 전형적인 MCVD 방법으로 제조된 예비 형성체에서는 약 50개의 층이 증착 된다. 이에 반하면, 다른 공지된 기술에 의해 제조된 예비 형성체는 2백개 이상의 통로를 갖고 형성될 수 있다.

굴절율 곡선에서의 변동 또는 리플(ripple)은 증착된 층이 양단간에서의 실제적인 굴절율 차를 나타내는 것이다. 굴절율 곡선에서의 심한 변동은, 광섬유의 손실을 부가시킬 뿐 아니라 예기된 대역 폭도 저감시킨다. 통로 수 즉 층수가 증가하면 대역폭이 증가한다는 것은 공지되어 있다.

보다 많은 통로 즉 보다 많은 증착 층을 사용하면 광섬유의 대역폭을 개선시키기는 하지만 결점이 있는데, 즉 통로수의 증가로 인해 처리 공정이 보다 비경제적으로 되어진다.

바람직하지만 종래 기술에서는 가능하지가 않았던 것이, 비교적 높은 대역폭이며 저손실 다중 모드인 광섬유를 인출할 수 있는 예비 형성체를 제조하는 방법이다. 이러한 방법 및 장치는 종래의 MCVD 방법 및 장치와 쉽게 합체될 수 있다.

종래 기술의 상기 문제는 본 발명의 방법에 의해 해결된다. 비교적 높은 대역폭이며 저손실인 광섬유가 인출되는 예비 형성체를 만드는 방법은, 코어와 크래딩 층을 구비하는 예비 형성체 관을 제조하는 단계를 포함하며, 이 크래딩 층은 전송될 파장의 에너지를 위한 코어의 최대 굴절율 보다 낮은 값의 굴절율을 갖는다. 산화 매질과 함께 최소한 한가지 이상의 화합물 유리 형성 프리커서를 포함하는 증기 혼합물의 이동 흐름은 실리카 기판관내로 유입되는데, 이 기판관은 관의 길이 방향축을 중심으로 회전하도록 지지되어 있다. 이 혼합물을 반응시키고 관벽의 내부 표면상에서 실리카의 유리 증착물을 생성하도록 상기 기판관을 가열하는 동안 이 판은 길이 방향축을 중심으로 회전하도록 되어 있다. 상기 기판관 및 내용물의 가열은, 관 내부에서 연소가 생기지 않고, 가열 영역내의 온도, 증기 혼합물의 성분비 및 증기 혼합물의 유량은 다음과 같은 값으로 유지된다는 점에서 관의 외부에 있는 대응하는 가동 열원으로 생성된 이동 가열 영역에 의해 달성된다. 이것으로 산화성 반응 생성물의 입자 물질의 서스펜션이 생성되어 이 입자 물질이 하향으로 이동하는 동안 가열 영역내의 위치로부터 연장되는 영역 내의 관벽의 내면상에 부착하게 된다. 이동 가열 영역은 입자 물질을 생성하는 동종 반응을 위한 핵 생성(nucleation) 장소와 이전에 생성된 입자 물질을 위한 착생(consolidation) 장소를 제공하는 이중 기능의 역할을 한다.

기체 상태 프리커서 반응물은 관내로 유입되어지도록 되어 있으며, 증착되어진 실리카의 양을, 각 통로의 각 증착 층간의 굴절율 변화가 비교적 적어지도록 층간에서 의도대로 변화시킬 정도로 온도가 제어된다. 이것은 각 통로에 증착되어 있는 실리카의 양을 조절함으로써 달성된다. 적합한 실시예에 있어서 시작 통로에는 비교적 많은 양의 실리카가 증착되고 그 다음, 각 통로에 증착된 양은, 예비 형성체 관의 길이 방향 중심선에 인접한 층의 실리카의 양이 최외각 증착충에서의 실리카의 인접한 층의 실리카의 양이 최외각 증착층에서의 실리카의 양보다 실제로 적게되도록 점점 적어진다. 나중에, 예비 형성체 관은 로드내로 합체되어져 다음에 이 로드로부터 광섬유가 인출되어진다. 본 발명에 따라 제조된 다중 모드 광섬유에 있어서의 손실은, 거의 일정양의 실리카층이 증착되어 있는 예비 형성체로부터 인출된 광섬유에서의 손실보다 작다. 또한 광섬유의 대역폭도 사실상 더 높다.

제1도를 참조해 보면, 광도파 섬유가 인출하는 예비 형성체로 명명된 실리카 유리 도르를 제조하기 위해 유리 기판관(31)을 가열하여 합체시키는 장치(30)가 도시되어 있다. 증착 모드동안, 기판관내로 제공되는 기체 및 도펀트의 반응 생성물이 이 관의 내벽 상에서 용해되어 통신에 사용하기 위해 광학적으로 적합한 프로필을 갖는 예비 형성체관을 제공하도록 기판관(31)을 가열한다. 이러한 방법은 미합중국 특허 제 4,217,027호에 기술되어 있으며, 변형된 화학 증착법이라 불린다. 이 기술에서 참조번호(31)는 기판관 및 예비 형성체 관 모두를 표시하는 것으로 사용된다. 유리관(31)의 가열은 기체 상태 반응물이 이 유리관으로 운반되는 동안 실행된다. 상기 운반 시스템에 대해서는 미합중국 특허 제 4,276,243 호에 공지되어 있다.

장치(30)는 일반적으로 길이 방향축(36)을 중심으로 회전하도록 유리 기판관(31)을 지지하는데 사용되는 헤드 스톡(headstock)(33)과 테일 스톡 (tailstock)(34)을 갖는 선반(32)을 구비한다(제2도는 참조). 선반(32)은 또한 선반을 따라 왕복 이동을 할 수 있도록 장착된 운반대(40)를 포함한다. 운반대(40) 상에는 참조번호(41)로 표시된 토치 조립업체가 장착되어 있다. 토지 조립체(41)는 미합중 축 특허 제 4,231,777호 또는 4,401,267호에 공지된 것일 수 있다.

기체 물질은 소스 물질 저장기(43)에 차례로 접소된 주입관(42)을 통해 유리 기판관(31)내로 주입된다. 기체 물질은 실리콘 테트라클로라이드, 게르마늄, 테트라클로라이드, 포스포러스 옥시클로라이드 및 디클로로 디플루오로메탄과 같은 프리커서 반응믈을 포함하며, 이들 물질은 용기 (44, 45, 46, 47)로부터 개별 라인을 따라 매니폴드(56)로 유입되어진다. 증착된 실리카 층은 일반적으로 게르마늄, 포스포러스 또는 플루오린으로 도핑된다. 상기와 같은 저장기는 매니폴트(50)에 접속된 산소 주입구(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 용기(44, 45, 46)는 통상적으로 캐리어 기체가 액체를 통해 버블(bubble)되어지는 구성으로, 주입구(51, 52, 53)을 통해 주입된 캐리어 기체에 의해 유리기판관(31)내로 유입되는 액체 반응물을 보유하고 있다. 방출 물질은 출구(58)을 통해 유리기판관(31)으로부터 배출된다. 흐름을 측정하고 화합물에서 다른 필요한 조정을 위해 사용될 수 있는 혼합 밸브 및 차단 밸브 장치는 도시하지 않는다. 제1도의 장치는 유리 기판관(31)의 길이 방향축이 일반적으로 수직으로 배치되도록 구성되어 있다.

제2도는 증착 동안 관찰되어진 기판관(31) 일부분에 대한 정면도이다. 통상 고온 영역으로 불리는 이동 가열 영역(62) (제3도)을 형성하기 위해 운반대(40)로 일정하게 이동되는 토치 조립체(41)의 일부가 도시되어 있으며, 이 가열 영역(62)은 화살표(63)로 표시된 방향으로 다수의 통로에서 관을 횡단한다. 상기 가열 영역(62)은 기판관(31)의 길이이며, 토치 조립체(41)가 관을 따라 통과할 때 토치 조립체(41)에 의해 관의 길이를 따라 온도 프로필이 형성된다. 기체 물질은 선반의 해드스톡 단부의 관(31)의 좌단부에 도입되며 화살표(64)로 도시된 방향으로 명료하게 하기 위해 절단한 제2도의 부분으로 유입된다. 전형적인 MCVD 처리 상태의 경우에는, 2개의 영역이 명백히 관찰될 수 있다. 이동 고온 영역(62)의 아래의 영역(65)은 이동하는 입자 산화물의 분말 서스펜션으로 채워지며, 한편 상기와 같은 입자 물질이 전혀 없는 영역(66)은 이전에 증착 된 물질이 용해되어지는 영역을 결정한다.

토치 조립체(41)는, 연소성 기체의 흐름이 기판관(31)의 외부 표면 쪽으로 향하는 불꽃을 생성하도록 구성되어 있다. 연소 기체로부터 나온 열을 기판관(31)의 희망 표면 영역에만 국한시킴으로써, 토치 조립체(41)는 기판관의 표면에서 온도 프로필(71)을 갖는 가열 영역(62) (제3도)을 형성한다. 상기 운반대(40)에 토치 조립체(41)를 장착하는 것과 기판관(31)에 상관된 토치 조립체(41)의 이동으로, 가열 영역은 기판관의 길이를 따라 이동하게 된다. 토치 조립체(41)는 운반대상에서 장착되어 이것으로 지지된다. 지지브래킷을 조정하여, 토치 조립체(41)는 기판관으로부터의 떨어져 있는 여러 위치 중 어느 한 위치로 이동될 수 있다. 토치를 횡 방향으로 조정할 수 있는 능력은, 토치 조립체가 증착 모드동안 기판관의 길이를 따라 이동될 때 온도 프로필을 회전판의 연속적인 부분을 따라 제어하는 것을 도와준다.

표면으로 방출되는 흐름으로 인해, 도핑된 이산화실리콘을 예를 들어 기판관(31)의 내부 표면상으로의 증착 및 후속 합체를 용이하게 하는 온도 프로필을 제공하는 불꽃이 생성된다. 토치 조립체(41)는 가열 영역(62, 제3도 참조)을 증착 모드 동안 약 1600℃로부터 합체 모드 동안 약 2200℃정도의 온도로 만든다. 제3도에서 볼 수 있는 바와 같이, 가열 영역(62)은 토치 조립체(41)의 앞뒤로 연장된다. 기판관(31)을 따라 토치 조립체(41)가 이동하기 때문에, 가열 영역내의 최대 온도(73)는 토치 조립체(41)의 중심선(74)을 따라간다. 기체 흐름 제어기에 대한 조정이 이루어지지 않았다고 가정하면, 토치 조립체가 신속하게 이동할수록 가열 영역의 최대 온도(73)와 토치 조립체의 중심선(74) 사이의 거리는 커지게 된다.

산소는 실리콘 테트라클로라이드 및 적당한 도펀트와 반응한다. 이들 물질이 고온 영역에 주입될 때 우세하게 실리콘 테트라 클로라이드 및 도펀트의 산화물이 형성된다. 토치의 아래에 있는 기판관은 비교적 냉각되어 있고, 산화 입자가 증착되어 있으며, 이동하는 토치에 의해 나중에 용해된다. 나머지 반응 생성물은 선반의 테일스톡에서 배출된다.

기판관(31)의 내부에 동일 양의 실리카층을 증착하는 것이 통상적이었다. 각 연속층의 직경은 앞서 증착된 것보다 작기 때문에 예비 형성체관에서 각 연속층의 두께는 약간 증가한다.

등급별 굴절율 프로필을 제공하는데 다수의 통로가 이용된다. 공지된 바와 같이, 증착층의 두께와 굴절율 프로필의 평편성 사이에는 절충이 존재한다. 통상 증착 속도가 높으면 두꺼운 층의 수는 적어지고 굴절율 프로필(76)은 상당한 변동을 갖게 된다(제4도 참조).

예비 형성체 관을 제공하기 위해 기판관(31)의 내부에 다수의 실리카층을 증착시킨 후(제5A도), 예비 형성체 관을 합체하였다. 이동 토치 조립체(41)는 이 관을 용해된 실리카관을 위한 약 2200℃의 범위 온도로 가열하는데 사용된다. 표면 장력 및 외부 압력으로 기판관은 신속하게 수축되어 예비 형성체로서 불리는 고체 로드(80) (제5B도)와 합체되어진다. 다음에, 예비 형성체로부터 광섬유가 인출되어 예를 들어 미합중국 특허 제 4,370,355호에 공지된 바와 같이 채택된다.

일정한 양의 실리카 층을 증착하는 종래 기술의 방법은 외부 층의 두께보다 내부 층의 두께를 더 크게 한다(제5A도). 예를 들어, 제5A도에서 최내각 층(77)의 두께는 최외각 층(78)의 두께보다 더 크다. 제4도에서 볼 수 있는 바와 같이, 굴절율 프로필에서의 변동 또는 리플의 진폭은 유리 개시관 또는 기판관의 길이 방향 축(36)인 예비 형성체의 길이 방향 축에 가장 가까운 층에서 현저히 드러난다.

예비 형성체 기판관(31) 내의 층 사이에서의 두께가 약간 변화하지만 명료하게 하기 위해 제5A도에서는 확대되어 있다는 것에 주목된다. 물론 예비 형성체 기판관(31)이 예비 형성체(80) 내로 합체된 후, 두께 차이는 더욱 커지게 된다(제5B도).

MCVD 방법에 의해 제조된 다중 모드 광섬유에서 얻어질 수 있는 이론적인 대역폭은 약 10GHz - Km 정도이다. 그러나 전형적으로, 광섬유 제조시에 얻어질 수 있는 최대 대역폭은 1.5GHz - Km 정도이다. 앞서 언급하였던 바와 같이, 기판관의 길이 방향축에 인접한 층에서 변동의 현저한 진폭(제4도)으로 대역폭이 감소된다.

상기 문제는 보다 높은 레벨의 포스포러스를 이용하여 극복될 수 있지만, 이러한 해결책은 다른 문제를 유발시킨다. 예를 들어, 포스포러스의 레벨이 높아질수록, 물질이 대기에서 반응하기가 용이하며 제조된 예비 형성체에서 습기가 생겨난다. 이것으로 예비 형성체로부터 인출된 광섬유의 성능이 저하되는데 특히 일정한 사용 기간 후 성능이 저하된다. 또한 과도한 양의 포스포러스를 사용하면 제조된 광섬유에는 방사 저항문제가 존재한다. 대기에 노출된 경우, 포스포러스와 관련된 절단된 접착부는 손실을 증가시키는 칼라 중심(color center)을 형성한다. 또한 과도한 레벨의 포스포러스를 사용하면, 광섬유의 형상에 나쁜 영향을 미치는데, 포스포러스 레벨이 높을수록 인출된 광섬유의 타원 형성도가 높아진다. 이것은 물론 상호 접속시에 문제를 일으킨다.

이러한 문제는 일정량의 실리카를 토치의 각 통로에서 증착시켜 실리카의 양을 동일하게 만드는 종래의 MCVD 방법을 변형하여 해결하였다. 실리카의 양을 일정하게 하는 방법에서 예비 형성체 관(31)의 길이 방향 축으로 크레딩에 연속한 층으로 증착시켜 실리카의 양을 동일하게 만드는 종래의 MCVD 방법을 변형하여 해결하였다. 실리카의 양을 일정하게 하는 방법에서 예비 형성체 관(31)의 길이 방향 축으로 크래딩에 연속한 층으로부터 시작하는 각 층의 두께는 증가된다(제5A도 참조). 본 발명의 방법에 따라, 증착된 실리카의 양은 각 층간에서의 굴절율의 변화를 비교적 작도록 하기 위해 원하는 대로 층마다 변화되어진다. 그 결과, 굴절율 곡선에서의 변동의 진폭은 감소되어, 대역폭이 증가하게 된다. 또한 이것으로 예비 형성체(80)으로부터 인출된 광섬유의 전체 손실은 거의 일정한 양의 실리카층으로 만들어진 예비 형성체로부터 인출된 광섬유의 손실보다 상당히 작게 된다.

한 실시예에서, 각 연속 통로에 증착된 실리카의 양은 크래딩 층 또는 기판관에서 인접한 층(81)의 두께 (제6A도)가 최내각층(82)의 두께를 초과하여 되도록 줄어든다. 전형적으로 본 발명의 방법에 의해 제조된 최외각 층(81)은 종래의 MCVD 방법에 의해 제조된 최내각 증착 층의 두께보다 큰 두께를 갖는다.또한, 제6A도에서 예비 도시된 예비 형성체 관(31)에 제6B도에는 예비 형성체(80) 내로 합체된 후의 제6A도의 예비 형성체관(31)이 도시되어 있다. 본 발명에 따른 제6A도에는 예비 형성체(31)의 최외각 층(81)의 두께는 제5A도의 최외각 층(78)의 두께보다 크거나 또는 작을 수 있다는 것에 주의해야 한다. 중요한 것은 본 발명의 방법에서 증착된 실리카의 양이 층마다 변화한다는 것이다.

제4도와 7도에 있어서, 종래의 MCVD 방법에 따라 제조된 예비 형성체의 굴절율 프로필(76)은 본 발명에 따라 제조된 예비 형성체에 대응하는 변동 진폭이 큰 길이 방향 축(36)에 인접한 변동을 포함하는 것을 알 수 있다(제 7도에서 79로 표시된 프로필을 참조). 굴절율 곡선에서의 변동 특징은 중착동안 인가된 열의 양, 층의 두께, 처리 조건의 화학 성분 등의 함수이다. 층의 증착물이 기판관(31)의 내부에서 증착되고 열이 관의 외부 표면에 인가되기 때문에, 본 발명의 방법의 두꺼운 층보다 크래딩에 인접하는 종래 기술의 얇은 층을 증착 하기가 더 쉽다. 그러나, 두께의 증가는 그렇게 중요하지 않으며 최외각 층이 가열원에 가장 가까운 층이기 때문에, 상기 층은 비교적 쉽게 증착된다. 한편, 일정한 양의 최내각층은 곤란한데, 왜냐하면, 가열원으로부터 가장 멀리 있기 때문이다. 본 발명의 방법으로 증착된 최내각 층은 종래의 MCVD 방법으로 증착된 것보다 더 많다. 그리고 상기 증착물을 소결 시키는데 필요로 하는 열은 덜 필요하므로, 굴절율 곡선에서의 변동의 진폭은 사실상 작다. 종래의 MCVD 방법에 의해 제조된 예비 형성체관의 길이 방향 축에 인접한 굴절율 곡선에서 가장 심한 변동의 진폭은 본 발명의 방법에 따라 증착된 최내각 층의 진폭의 약 3배이다.

제8도에 있어서, 일정한 양의 실리카 층으로 증착되는 방법에서(제8도에서 84로 표시된 실선 라인을 참조), 게르마늄 도핑 성분은 참조번호(85)로 표시된 실선 곡선으로 도시된 바와 같이 비선형으로 증가하는 것을 알 수 있다. 제8도로부터 볼 수 있는 바와 같이, 참조번호(86)로 표시된 선은 본 발명에 따라 실리카 증착율 스케줄이 점점 감소되는 것을 나타낸다. 이러한 방식의 실리카 증착물은 게르마늄 테트라클로라이드 레벨을 수반하는데, 이 레벨은 비선형(제8도에서 (87)로 표시된 곡선을 참조)이지만 제 1층과 마지막 층 사이에 위치된 층 다음에 레벨 오프된다. 굴절율은 게르마늄과 실리카의 용액에서 게르마늄의 농도에 의해 영향을 받는다. 실리카를 자유로이 감소시킬 수 있지만 원하는 굴절율 프로필을 얻기 위해서는 게르마늄의 양은 정해져야 한다.

제9도에 있어서, 1.3μm의 파장에서의 손실 분포가 도시되어 있다. 제 4도 및 7도의 굴절율 프로필곡선을 비교하여 보면, 2개의 곡선의 외측 부분이 동일한 변동 진폭 패턴을 갖는다는 것을 알 수 있다. 그러나, 2개 곡선의 중심 절반부는 현저하게 다르다. 따라서 종래의 기술의 방법에 따라 제조된 광섬유의 손실은 본 발명의 광섬유의 손실보다 크다.

예비 형성체의 굴절율 프로필은 증착 또는 합체동안 사용된 처리 조건에 영향을 받는다. 참조번호(88, 89, 91, 92)로 표시된 프로필이 제 10도에 도시되어 있으며, 화학적으로 다른 것이 아니고 단지 처리 조건이 다를 뿐이다. 앞서 언급한 바와 같이, 포스포러스 성분은 층 구조에 영향을 미치며 층 구조의 변화는 처리 변화에 따라 볼 수 있는 변화의 크기와 동일한 것으로 나타났다. 합체 또는 증착 동안 서로 다른 처리 조건을 이용하거나 다른 포스포러스 성분을 갖고 제조된 여러 가지 예비 형성체로부터 광섬유를 인출하였으며, 광섬유의 스팩트럼 손실이 측정되었다. 층 구조의 크기는 이 층의 굴절율의 평균 변화에 의해 나누어진 층을 통한 굴절을 변화의 차로서 정해진 정규화된 변동 진폭을 갖는 예비 형성체 프로필로 특징될 수 있다. 레일리(Reyleigh) 스케터링과 층 구조간의 상관 관계가 제11도에 도시되어 있으며, 여기서 레일리 스케터링 계수의 값은 정규화 된 변동 진폭의 값에 대해 플로트 된다. 제 11도에 도시된 지점(88, 89, 91, 92)은 서로 다른 처리 조건으로 제조된 제10도의 예비 형성체에 대응하며, 반면에 참조번호(93, 94, 95, 96)으로 표시된 지점은 서로 다른 포스포터스 레벨로 제조된 예비 형성체로부터 인출된 광섬유 샘플에 대응한다. 레일리 스케터링에 대한 층 구조의 영향이 크다는 것을 알 수 있으며 층의 구조가 어떻게 변화 하는가에는 좌우되지 않는다.

본 발명의 방법은 증가된 대역폭을 갖는 광섬유를 제공한다. 종래의 MCVD 방법에 따라 제조된 광섬유의 전형적인 대역폭은 약 1.5GHz-Km인 반면, 본 발명에 따라 제조된 광섬유의 대역폭은 2.4GHz-Km이다. 본 발명에 따라 제조된 광섬유가 다중 모드 광섬유의 이론적인 한계치에 근접하는 약 6.0GHz-Km의 대역폭을 갖는 경우도 있다. 이러한 유의점 때문에 전송동안 펄스형상이 보존되어진다. 종래의 다중 모드 광섬유에는 수신된 펄스는 왜곡으로 인해 전송된 펄스와 다르게 된다. 제12a도의 시간 영역 곡선으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 광섬유에 의해 수신된 펄스(97)의 형상은 2.4킬로미터를 진행한 후에도 전송된 펄스(98)의 형상과 거의 동일하다. 제12B도는 제12A도의 곡선의 정보로부터 대역폭의 계산을 표시하는 광학 감쇄 대 주파수의 그래프(99)를 도시한다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 예비 형성체로부터 인출된 고아섬유의 대역폭은 종래 기술의 MCVD 방법에 의해 제조된 광섬유의 대역폭 보다 광섬유를 여기시키는 방법에 덜 민감하다. 예를 들어 균일한 파워 분포에 반하여 원추절단된 파워분포에 의한 여기는 종래의 MCVD 방법에 의해 제조된 예비 형성체로부터 인출된 대역폭 보다 본 발명의 방법에 의해 제조된 예비 형성체로부터 인출된 광섬유의 대역폭에 훨씬 덜 영향을 미친다.

증착 속도는 본 발명의 방법에 의해 증가될 수 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 종래 기술의 MCVD 방법에서는 증착 속도가 19×25mm 관에서 분당 약 1.0g으로 예기 되었으나, 본 발명의 방법에 따른 증착 속도는 분당 약 1.25 내지 1.5g이다.

기판관(31)의 내부에 증착된 층의 소정 두께에는 증착된 물질이 소결되는데 필요한 최소 온도 및 최대 온도가 있으며, 이 최대 온도 이하에서 원치 않는 버블을 형성되지 않는다. 최외각 층에서 최내각 층까지의 층의 두께를 감소시켜, 최내각 층을 소결시키는데 필요한 온도는 감소되며 예비 형성체 관에서 버블이 형성되는 값 훨씬 이하의 값으로 감소된다. 종래 기술의 MCVD 방법의 비교적 두꺼운 최내각 층에서는 관 벽, 이전에 증착된 층 및 최내각층 자체 두께를 통해 전달되는 열에너지가 보다 많이 필요로 되므로 버블 형성의 가능성을 증가시키게 된다.

본 발명에 따라 첫 번째 여려 개의 최외각 층의 증착 속도는 종래의 MCVD 방법의 최외각 층의 증착 속도의 2배 내지 3배이다는 것을 알 수 있다. 바꾸어 말하자면, 제6A도의 최내각층(82)의 증착 속도는 종래 MCVD의 증착 속도의 약 2/3 정도이다. 결과적으로 평균적으로 본 발명의 방법에 의한 증착 속도가 높다. 본 발명의 방법은 다중 모드 광섬유뿐만 아니라 단일 모드의 광섬유를 제조하는데도 유용하게 사용될 수 있다는 것에 주의해야 한다.

상기 설명으로부터, 본 발명의 방법은 대역폭을 증가시킬 뿐만 아니라 또한 손실도 감소시킨다. 그 결과 본 발명에 따라 제조된 예비 형성체로부터 인출된 광섬유는 종래의 MCVD 방법에서 보다도 관내에서 상당한 많은 층을 증착시켜 얻을 수 있는 결과와 필적할만한 결과를 가져오지만 증착시간과 비용은 감소된다.

상기 구성은 본 발명의 단순 실시 예에 불과한 것이다. 본 발명은 사상 및 원리를 벗어나지 않는한은, 본 기술 분야에 숙련된 자에게는 다른 여러 변형이 가능하다는 것을 말할 필요도 없다.

Claims (8)

1. 비교적 완만한 굴절율 프로필을 갖는 다중 모드의 광섬유를 제조하기 위해, 광섬유를 인출해낼 수 있는 예비 형성체를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 예비 형성체를 제공하는 단계에는 기판관(31)이 이것의 길이 방향 축을 중심으로 회전하도록 기판관(31)을 지지하는 단계와, 기판관(31)을 이것의 길이 방향 축을 중심으로 회선시키는 단계와, 유리 물질 층이 증착되어 있는 다수의 통로(51, 52 및 53)에서 이 관을 따라 가열원(41)을 이동시키는 단계와, 예비 형성체(80)를 제공하기 위해 증착된 층을 갖는 기판관을 합체시키는 단계와, 상기 예비 형성체로부터 광섬유를 인출하는 단계가 포함되어지는 방법에 있어서, 각 층 내의 굴절율에서의 진폭 변화를 제어하기 위해 기판관(31) 내의 유리 물질 증착율을 조절하는 단위를 포함하되, 상기 조절 단계에는 기체상 프리커서 반응물을 기판관(31) 내로 유입시키는 단계와, 반응 생성물을 기판관(31) 내부에서 유리 물질 층으로써 증착시켜 증착된 각 층 간에서 굴절율의 진폭 변화와 비교적 작아지도록 온도를 제어하는 단계가 포함되어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단계는 프리커서 반응물의 유량을 제어하여 달성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 유입 단계는 프리커서 반응물의 농도 레벨 및 유량을 제어하여 달성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 유입 단계는 프리커서 반응물의 농도 레벨 및 유량을 제어하여 달성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서, 기판관에 증착된 유리 물질의 최외각층은 거의 일정량의 유리 증착 물질을 갖고 있는 기판관의 최외각 층 보다 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조방법.
6. 광섬유는 코어 및 크래딩을 포함하며, 상기 크래딩은 전송될 파장의 에너지를 위한 코어의 최대 굴절율 보다 낮은 굴절율 값을 가지며, 산화 매질과 함께 최소한 하나 이상의 화합물 유리 형성 프리커서를 포함하는 중기 혼합물의 이동 흐름을 우리 기판관내로 유입시키는 단계와, 기판관의 길이를 따라 가열 영역 중의 다수의 각 통로의 가열 영역까지 기판관의 길이를 연속 증가시켜 혼합물을 반응시키고 다수의 실리카층 중 최내각층이 이관의 내면과 접촉 되도록 다수의 실리카 층을 이 관내에 종착시키는 단계를 구비하며, 가열 영역내의 온도, 증기 혼합물의 성분비 및 증기 혼합물의 유량은 기판관의 내부 벽으로부터 간격을 두고 있는 위치에서 최소한 반응의 일부가 기체 혼합물 내에서 생기도록 하는 값으로 유지되어, 아래로 이동되는 동안 가열 영역내의 위치로부터 연장된 영역내의 기판관의 내부 표면상에 증착하게 되는 산화 반응 생성물 입자 물질의 서스펜션을 생성하며, 상기 이동 가열 영역은 이전에 생성된 입자 물질의 핵 생성 장소를 제공하며, 기판관 내의 층 증착은 각 층 내의 굴절율에서의 진폭 변화가 비교적 작게되어지도록 변화되어지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 게르마늄 테트라클로라이드 및 실리콘 테트라 클로라이드는 기판관 내로 유입되며, 게르마늄 테트라 클로라이드는, 실리콘 테트라클로라이드와 반응하게 되며, 게르마늄의 유량은 기판관의 길이 방향축을 향하는 방향으로 각 층에서 감소하며, 실리콘 테트라 클로라이드는 연속적으로 양이 감소하는 상태로 유입되는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 층간에서의 실리카 양의 감소는 그 양이 거의 일정하게 감소되도록 제어되며, 광학예비 형성체로부터 인출된 광섬유는 적어도 약 2.4GHz-Km의 대역폭을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조 방법.

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