KR101069034B1

KR101069034B1 - 광섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR101069034B1
Application number: KR1020090076374A
Authority: KR
Inventors: 강희전; 유기선; 오치환; 이경구; 정창현; 신승봉
Original assignee: 주식회사 옵토매직
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2011-09-29
Also published as: KR20110018752A

Abstract

본 발명은 광섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 졸-젤(sol-gel) 공법을 이용하여 복수의 홀이 형성되어 있는 미세구조 층을 포함하는 광섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 코어 층과 코어 층의 외측에 도판트가 첨가된 1차 클래딩 층을 구성하고, 졸-젤 공법을 적용하여 탈수 및 소결을 동시 수행함으로써 1차 클래딩 층의 외측에 복수의 홀을 포함하는 미세구조 층을 형성한 후, 미세구조 층의 외측에 2차 클래딩 층을 형성하여 미세구조 광섬유를 제조한다.

본 발명에 의해 제조된 광섬유는 1550nm 파장에서 굴곡 반경 5mm일 때 0.5dB/turn 이하의 굴곡 손실을 나타내고, 1383±3nm 파장에서 0.35dB/km 이하, 1550nm 파장에서 0.21dB/km 이하의 감쇠를 나타내었다.

광섬유, 미세구조, 졸-젤, 홀, 기포

Description

광섬유의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL FIBER}

본 발명은 광섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 졸-젤(sol-gel) 공법을 이용하여 복수의 홀이 형성되어 있는 미세구조 층을 포함하는 광섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

광섬유(optical fiber)란 코어(core) 영역이라 불리는 중심부에는 굴절률이 높은 유리가 들어가고 클래딩(cladding) 영역이라 불리는 바깥 부분에는 굴절률이 낮은 유리가 배치되어 코어 영역을 통과하는 빛이 전반사가 되도록 한 광학적 섬유를 말한다. 광섬유는 에너지 손실이 매우 적고 외부의 영향을 거의 받지 않는 장점 때문에 통신 분야에서 각광을 받고 있으며 현재 비약적인 발전을 이루었다.

광섬유에 대한 연구가 활발히 진행되면서 일반적 구조의 광섬유가 아닌 대체 광섬유에 대한 연구도 계속되고 있다. 대체 광섬유의 유망한 형태 중의 하나가 바로 미세구조 광섬유이다.

미세구조 광섬유는 클래딩 영역에 홀(hole or void)이 형성되어 있는 광섬유이다. 코어 영역의 주변에 불연속적이면서 촘촘한 미세구조의 홀을 배치함으로써 코어 영역에 비하여 낮은 굴절률을 가진 클래딩 영역이 형성된다. 클래딩 영역에 배치된 다수의 홀에 의해 미세구조 광섬유에 구부림이 가해지더라도 광섬유의 굴곡 손실(bending loss)은 최소화될 수 있다.

이러한 미세구조 광섬유는 종래 외부증착법(OVD: Outside Vapor Deposition) 또는 기상축증착법(VAD: Vapor Axial Deposition)과 같은 특정한 하나의 공법에 의해서 제조되었다. 즉, OVD 또는 VAD 방식을 통해 광섬유 예비 성형체를 생성한 후 예비 성형체의 경화(소결) 과정에서 침투성이 낮은 가스(예를 들어, 질소 등)를 대기 분위기로 사용하여 다수의 홀이 형성된 미세구조 광섬유를 제조한다. 이 방식으로 제조된 미세구조 광섬유는 코어 영역의 주변에 다수의 홀이 링 형태로 배치된 구조를 가진다.

미세구조 광섬유의 특성이 알려지기 전에는 오히려 경화 과정에서 형성되는 홀을 제거하기 위한 노력이 있었다. 대표적으로 졸-젤 공법을 이용하여 클래딩 튜브를 제조하는 경우 클래딩 튜브에 듬성듬성 기포가 산재하게 된다. 졸-젤 공법에 의해 클래딩 층에 포함되는 기포의 배치 형태는 미세구조 광섬유에서 보이는 기포의 배치 형태와 다르므로 광섬유의 굴곡 손실 특성 개선과는 전혀 무관하다. 따라서 종래 졸-젤 공법에 의해 형성되는 기포는 제거의 대상에 불과하였다.

본 발명은 소결 과정에서 침투성이 낮은 가스를 대기 분위기로 사용하여 미세구조 광섬유를 제조하는 방식을 사용하지 않고, 오히려 미세구조 광섬유 제조에 사용될 수 없는 것으로 여겨지는 졸-젤 공법을 이용하여 미세구조 광섬유를 제조하 는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 본 발명은 유리 소결체를 연신하여 코아용 유리봉을 제조하는 단계와, 클래딩 원료 분말과 액체를 혼합하여 졸을 생성하는 단계와, 상기 졸을 상기 코아용 유리봉과 함께 성형 몰드에 넣어 젤로 만드는 단계와, 상기 성형몰드에서 분리된 상기 코아용 유리봉과 젤을 동시에 탈수 및 소결하여 유리화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 졸은 물에 실리카 분말을 분산시킨 것으로, 실리카 분말과 물이 혼합된 졸을 150~200℃에서 건조시킨 후 700~850℃에서 가열 처리하고 가열 처리된 졸을 다시 물에 혼합한 후 블렌딩하여 생성한다. 바람직하게는 상기 블렌딩하여 생성된 졸에 HF용액(H₂0중 50% HF) 1중량%(졸 중 SiO₂의 중량 기준)를 첨가하여 젤화를 수행한다.

상기 유리화 단계는 1300~1400℃의 온도가 유지되며 염소 및 헬륨 가스 분위기의 전기로에서 상기 코아용 유리봉과 젤을 분당 5~15mm 속도로 하강시키면서 유리화를 수행한다.

상기와 같이, 본 발명은 졸-젤 공법을 이용하면서도 코어 영역 주변에 복수의 홀이 링 형태로 배치되는 미세구조 광섬유를 제조할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 의해 제조된 광섬유는 1차 클래딩 층과 2차 클래딩 층 사이에 복 수의 홀을 가진 저 굴절률의 미세구조 층이 형성되어 있어서, 광섬유를 구부렸을 때 기본모드는 전파시키고 고차모드는 빠져나가게 하여 구부림 손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

즉, 본 발명에 의해 제작된 광섬유는 1550nm 파장에서 굴곡 반경 5mm일 때 0.5dB/turn 이하의 굴곡 손실을 나타낸다. 또한, 1383ㅁ3nm 파장에서 0.35dB/km 이하, 1550nm 파장에서 0.21dB/km 이하의 감쇠를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 미세구조 광섬유의 단면도를 나타낸다.

일반적으로 광섬유는 크게 빛이 통과하는 코어 영역과 전반사를 유도하는 클래딩 영역으로 구분된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 광섬유(10)는 순수 실리카로 구성되거나 제1 도판트(dopant)가 첨가된 코어 층(core layer)(11)과, 제2 도판트가 첨가된 1차 클래딩 층(cladding layer)(12)과, 복수의 홀이 형성된 미세구조 층(13)과, 미세구조 층(13)을 감싸는 2차 클래딩 층(14)으로 구성된다.

코어 층(11)에 첨가되는 제1 도판트는 굴절률을 증가시키는 불순물로서 게르마늄 함유 화합물(GeO₂)이 사용될 수 있고, 1차 클래딩 층(12)에 첨가되는 제2 도판트는 굴절률을 낮추는 불순물로서 플루오르 함유 화합물(CF₄)이 사용될 수 있다.

코어 층(11)과 클래딩 층(12)은 코어 슈트(core soot)로부터 동시에 제조된다. 코어 슈트는 외부증착법(OVD: Outside Vapor Deposition) 또는 기상축증착법(VAD: Vapor Axial Deposition)과 같은 기존의 수트 증착법에 의해 생성된다.

즉, 유리원료(SiO₂+GeO₂, SiO₂+CF₄)를 화염 가수분해 반응 시키면 회전 및 이동하는 심축의 외측면에 실리카 함유 슈트가 증착되면서 코어 슈트가 생성된다. 코어 슈트의 외경은 160~170mm 정도이다. 코어 슈트가 완성되면 1050~1150℃의 온도에서 분당 700~900cc의 염소(Cl₂)를 투입하여 코어 슈트의 수분을 제거하는 탈수공정을 수행한다. 탈수공정을 거치면 코어 슈트를 1300~1400℃의 온도로 소결하여 외경 70~80mm의 유리 소결체를 얻는다.

코어 층(11)의 외경(d)과 클래딩 층(12)의 외경(D)의 비율(D/d)은 4~4.5로 하고, 코어 층(11)과 클래딩 층(12) 간의 굴절률 차는 0.35~0.4%를 유지한다. 이후 유리 소결체의 외경이 25~30mm 사이가 되도록 유리 소결체를 연신한다. 이렇게 연신된 유리 소결체가 코어용 유리봉(21)이 된다. 코어용 유리봉(21)은 도 1에 도시된 코어 층(11) 및 클래딩 층(12)으로 이루어진다.

도 2는 졸-젤 공법을 이용하여 미세구조 층(13)을 형성하는 것을 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 성형몰드(22) 안에 코어용 유리봉(21)이 삽입되고 훈증 실리카와 물이 혼합되어 생성된 졸(23)을 젤화제와 함께 성형몰드(22)에 넣는다. 화염 가수분해 반응에 의해 얻어진 실리카 미립자(훈증 실리카)는 액체(물)에 분산되어 졸이 된다. 이렇게 생성된 졸을 150~200℃에서 건조시킨 후 700~850℃에 서 가열 처리하여 1차 졸을 생성한다. 가열 처리된 1차 졸을 다시 물과 혼합한 후 블렌딩(blending) 과정을 거치면 훈증 실리카 입자의 응집체를 함유하는 2차 졸이 생성된다.

2차 졸에 락트산 에틸 또는 락트산 메틸과 같은 젤화제를 첨가하고 젤화제가 첨가된 2차 졸을 코어용 유리봉(21)과 함께 성형 몰드(22)에 넣고 젤화가 끝날 때까지 기다린다. 젤화가 완전히 끝나면 성형 몰드(22)를 분리시킨 후 상대습도 70%로 조절된 항온항습기에서 20~30℃의 온도로 48시간 동안 건조시킨다.

이러한 졸-젤 공법은 훈증 실리카 외에 Si 주위에 4개의 알콕시(alkoxy)를 갖는 금속 알콕사이드 즉, 테라알콕시 실리케이트(예: TEOS, bp:168 C, 무색투명의 모노머) 또는 TMOS(terra methoxy siliane)을 이용하여 통상의 고분자 합성 반응과 마찬가지의 가수분해 즉, 축합을 통한 액상 방법을 응용할 수도 있다.

도 3은 젤을 소결시켜 홀을 가진 미세구조 층을 만드는 전기로를 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 코아용 유리봉(21) 및 젤(23)을 전기로(31)에 장입하고 1300~1400℃의 온도, 염소 및 헬륨 가스 분위기에서 분당 5~15mm의 하강 속도로 탈수 및 소결 공정을 동시에 수행하여 다수의 홀을 포함하는 미세구조 층으로 유리화시킨다.

도 4는 상기 유리화된 젤(23)의 외주면에 2차 클래딩 층이 증착되어 소결된 최종 프리폼(40)을 나타낸다. 여기서 코어용 유리봉(21) 및 유리화된 젤(23)을 합쳐 유리봉(24)으로 정의한다. 유리봉(24)은 전술한 코어용 유리봉(21)과 다름에 유의한다. 유리봉(24)의 외주부에 유리원료를 화염 가수분해 반응시켜 실리카 슈 트(25)를 증착시킨다. 이후 실리카 슈트(25)를 소결하여 유리화하게 되면 광섬유의 예비 성형체 즉, 프리폼(preform)(40)이 완성된다. 프리폼(40)을 2000~2500℃로 설정된 인발로에서 280~350g의 장력으로 인발하여 광섬유를 생산한다.

도 5는 본 발명에 의한 광섬유의 제조과정을 나타낸 것이다.

먼저, 유리원료를 화염 가수분해 반응시켜 회전 및 이동하는 심축(seed rod)의 외측면에 실리카 함유 슈트를 증착시킨다(S10). 실리카 함유 슈트가 증착 퇴적되면서 코어 슈트가 생성되면, 코어 슈트에 포함된 OH기(수분성분)를 제거하는 탈수 공정을 수행한다(S11). 탈수 공정은 1050~1150℃의 온도에서 분당 700~900cc의 염소를 투입하여 수행된다.

다음, OH기가 제거된 코어 슈트를 1300~1400℃의 온도로 소결하여 유리화하고(S12), 유리화된 코어 슈트(유리 소결체)를 연신하여 코어용 유리봉(21)으로 만든다(S13). 이어서, 훈증 실리카와 물로 이루어진 졸(23)을 생성하고 이를 연신된 유리 소결체인 코어용 유리봉(21)과 함께 성형 몰드(22)에 넣어 졸을 젤화시키는 과정을 수행한다(S14).

다음, 코어용 유리봉(21)과 젤(23)을 건조시킨 후 전기로에 넣어 탈수 및 소결을 동시 수행하여 미세구조 층을 형성하는 과정을 수행한다(S15). 코어용 유리봉(21)과 젤(23)을 전기로에 장입하고 1300~1400℃의 온도, 염소 및 헬륨 가스 분위기에서 분당 5~15mm의 하강 속도로 탈수 및 소결하여 다수의 홀을 포함하는 미세구조 층으로 유리화시킨다. 이러한 방식에 의해, 유리화되는 젤 내부의 기포를 유지함으로써, 코어 층(11)의 주변 영역에 다수의 홀이 촘촘히 형성되며 홀의 배치가 링 형태를 가질 수 있게 된다.

다음, 미세구조 층(13)이 형성된 유리봉(24)의 외주부에 2차 클래딩 층(14)을 형성하기 위하여 클래딩 슈트(25)를 증착시키는 공정을 수행한다(S16). 클래딩 슈트(25)를 증착하는 공정은 상기 코어 슈트를 증착하는 공정과 동일하다. 유리봉(24)의 외주부에 클래딩 슈트가 증착 퇴적되면 클래딩 슈트를 진공 및 헬륨(He) 분위기에서 1000~1600℃의 온도로 소결한다(S17).

클래딩 슈트(25)를 소결 유리화함으로써 광섬유의 예비 성형체(40)가 준비되면, 예비 성형체(40)를 2000~2500℃로 설정된 인발로에서 280~350g의 장력으로 인발하여 광섬유를 제조한다(S18). 인발로에서 인출되는 광섬유의 선속은 1000~1700 mpm이다.

상기와 같은 공정에 의해 제조된 광섬유에서, 코어 층(11)의 직경은 7~10μm, 1차 클래딩 층(12)의 직경은 24~27μm, 2차 클래딩 층(14)의 직경은 125μm, 미세구조 층(13) 내 복수의 홀이 형성되어 있는 밴드영역(링 형태)의 두께는 5~7μm를 보였다.

또한, 상기 공정으로 제작된 광섬유는, 코어 층(11)에서 미세구조 층(13) 내 가장 내부의 홀까지의 거리를 a₁, 코어 층(11)에서 미세구조 층(13) 내 가장 외부의 홀까지의 거리를 a₂, 코어 층(11)의 직경을 a₃라고 할 때, a₃/(a₂-a₁)=0.3~2.0을 만족하였다. 여기서, a₂-a₁는 미세구조 층(13) 내 밴드영역의 두께에 대응한다.

미세구조 층(13)은 굴절지수 1의 낮은 굴절층을 제공하며 광섬유의 굴곡(구 부림) 손실 특성을 향상시키는데 사용된다. 상기 공정에 의해 제작된 광섬유는 1550nm 파장에서 굴곡 반경 5mm일 때 0.5dB/turn 이하의 굴곡 손실을 나타낸다. 또한, 1383±3nm 파장에서 0.35dB/km 이하, 1550nm 파장에서 0.21dB/km 이하의 감쇠를 나타낸다.

도 6은 미세구조 층 내 밴드영역의 두께와 굴곡 손실 간의 함수 관계를 그래프로 나타낸 것이다.

도 6을 보면, 밴드영역의 두께(b₂)가 증가할수록 굴곡 손실(b₁)은 반비례하여 감소하는 것을 알 수 있다. 도 6의 그래프를 회귀식으로 작성한 결과, b₁=0.69b₂ ²-8.95b₂+28.9의 관계가 있음을 확인하였다.

도 7은 광섬유의 단면적에서 밴드영역이 차지하는 비율과 굴곡 손실 간의 함수 관계를 그래프로 나타낸 것이다.

도 7을 보면, 광섬유의 단면적에서 밴드영역이 차지하는 비율(b₃)이 증가할수록 굴곡 손실(b₁)은 반비례하여 감소하는 것을 알 수 있다. 도 7의 그래프를 회귀식으로 작성한 결과, b₁=0.67b₃ ²-7.7b₃+21.7의 관계가 있음을 확인하였다.

(실시예 1)

유리원료(SiO₂+GeO₂, SiO₂+CF₄)를 화염 가수분해 반응 시켜 코어 층(11) 및 1 차 클래딩 층(12)으로 구성된 외경 165mm의 코어 슈트를 제조한 다음, 1100℃의 온도에서 800cc의 염소(Cl₂)를 투입하여 코어 슈트의 수분을 제거하는 탈수공정을 수행한다. 탈수공정을 거치면 코어 슈트를 1500℃의 온도로 소결하여 외경 75mm의 유리 소결체를 얻는다. 유리 소결체의 D/d(코어 층과 1차 클래딩 층의 외경 비율)는 4.43이고, 코어 층(11)와 1차 클래딩 층(12)의 굴절률 차는 0.351%이다. 유리 소결체는 다시 외경 27mm로 연신된다.

미세구조 층(13)의 원료로서 훈증 실리카와 물을 40:100 중량비로 혼합하여 졸을 생성하고 150℃에서 건조시킨 후 약 800℃에서 가열 처리한다. 가열 처리된 150g 1차 졸을 물 270g과 다시 혼합하여 블렌딩한 후 훈증 실리카 입자의 응집체를 함유한 2차 졸을 생성한다.

2차 졸에 락트산 에틸 또는 락트산 메틸과 같은 젤화제를 첨가하고 젤화제가 첨가된 2차 졸을 상기 연신된 유리 소결체인 코아용 유리봉(21)과 함께 성형 몰드(22)에 넣고 젤화가 끝날 때까지 기다린다.

젤화가 완전히 끝나면 성형 몰드(22)를 분리시킨 후 상대습도 70%로 조절된 항온항습기에서 25℃의 온도로 48시간 동안 건조시킨다. 이어서 전기로(31)에 코아용 유리봉 및 젤을 장입하여 1370℃의 온도, 염소 및 헬륨 가스 분위기에서 분당 10mm 속도로 가열하여 홀을 포함하는 미세구조 층(13)으로 유리화한다.

이렇게 유리화된 유리봉(24)의 외주에 유리원료를 다시 화염 가수분해 반응시켜 실리카 슈트를 증착시킨다. 그 후 증착된 실리카를 진공 및 헬륨(He) 분위기 에서 소결하고 이를 2130℃로 설정된 인발로에서 340g의 장력으로 인발한다.

인발에 의해 얻어진 광섬유는 8μm 지름의 코어 층을 가지고 있으며, 홀이 형성되어 있는 밴드 영역의 넓이와 광섬유의 단면적의 비율은 3.98%이다. 실시예 1에 의해 제작된 광섬유의 굴곡 손실특성은 1550 및 1620nm에서 구부림 반경 5mm 기준으로 각각 0.383 및 0.56dB/turn이며, 반경 10m 기준으로는 각각 0.019 및 0.04dB/turn으로 나타났다. 또한, 1383nm에서의 손실 특성은 0.34dB/km를 보였으며, 1550nm에서는 0.208dB/km를 나타내었다.

(실시예 2)

실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조한 유리 소결체를 외경 25mm로 연신한다. 유리 소결체의 D/d는 4이고, 굴절률 차는 0.369%이다.

미세구조 층(13)의 원료로서 훈증 실리카와 물을 40:100 중량비로 혼합하여 졸을 생성하고 150℃에서 건조시킨 후 약 800℃에서 가열 처리한다. 가열 처리된 150g 1차 졸을 H₂BO₃ 4.5 중량% 용액 59.2g과 다시 혼합하여 블렌딩한 후 분쇄용기로 옮긴다. 다음, 분쇄용기에 HF 1.5g을 넣고 분쇄하여 2차 졸을 생성한다.

이렇게 생성된 2차 졸을 상기 연신된 유리 소결체인 코아용 유리봉(21)과 함께 성형 몰드(22)에 넣고 젤화가 끝날 때까지 기다린다. 젤화가 완전히 끝나면 성형 몰드(22)를 분리시킨 후 상대습도 70%로 조절된 항온항습기에서 20℃의 온도로 48시간 동안 건조시킨다. 이어서 전기로(31)에 코아용 유리봉 및 젤을 장입하여 1350℃의 온도, 염소 및 헬륨 가스 분위기에서 분당 8mm 속도로 가열하여 홀을 포함하는 미세구조 층(13)으로 유리화한다.

상기 유리화된 유리봉의 외주에 유리원료를 다시 화염 가수분해 반응시켜 실리카 슈트를 증착시킨다. 그 후 증착된 실리카를 진공 및 헬륨(He) 분위기에서 소결하고 이를 2130℃로 설정된 인발로에서 310g의 장력으로 인발한다.

인발에 의해 얻어진 광섬유는 6.7μm 지름의 코어 층을 가지고 있으며, 홀이 형성되어 있는 밴드 영역의 넓이와 광섬유의 단면적의 비율은 4.2%이다. 실시예 2에 의해 제작된 광섬유의 굴곡 손실특성은 1550 및 1620nm에서 구부림 반경 5mm 기준으로 각각 0.241 및 0.54dB/turn이다. 또한, 광섬유의 케이블 차단 파장은 1244nm이고, 모드필드경은 1310nm 파장에서 8.31μm이다. 여기서, 케이블 차단 파장은 멀티모드와 싱글모드 간 경계 파장을 의미하고, 모드필드경은 코어의 직경이 아닌 단일모드 광섬유에서 광이 통과하는 광에너지의 직경을 의미한다.

(실시예 3)

실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조한 유리 소결체를 외경 25mm로 연신한다. 유리 소결체의 D/d는 4.22이고, 굴절률 차는 0.351%이다.

이렇게 생성된 2차 졸에 HF용액(H₂0중 50% HF) 1중량%(2차 졸 중 SiO₂의 중량 기준)를 첨가한 후 상기 연신된 유리 소결체인 코아용 유리봉(21)과 함께 성형 몰드(22)에 넣고 젤화가 끝날 때까지 기다린다. 젤화가 완전히 끝나면 성형 몰드(22)를 분리시킨 후 상대습도 70%로 조절된 항온항습기에서 25℃의 온도로 48시간 동안 건조시킨다. 이어서 전기로(31)에 코아용 유리봉 및 젤을 장입하여 1320℃의 온도, 염소 및 헬륨 가스 분위기에서 분당 6mm 속도로 가열하여 홀을 포함하는 미세구조 층(13)으로 유리화한다.

상기 유리화된 유리봉의 외주에 유리원료를 다시 화염 가수분해 반응시켜 실리카 슈트를 증착시킨다. 그 후 증착된 실리카를 진공 및 헬륨(He) 분위기에서 소결하고 이를 2220℃로 설정된 인발로에서 320g의 장력으로 인발한다.

실시예 3에 의해 제조된 광섬유는 1287nm의 케이블 차단 파장을 나타내었고, 1383nm에서 0.282dB/km, 1550nm에서 0.198db/km의 감쇠를 나타내었다.

또한, 밴드 영역의 넓이와 광섬유의 단면적의 비율은 약 4.9%이다. 광섬유의 굴곡 손실 특성은 1550 및 1620nm에서 구부림 반경 5mm 기준으로 각각 0.044 및 0.09dB/turn이며, 반경 10m 기준으로는 각각 0.001 및 0.01dB/turn로 나타났다.

표 1은 상기 실시예를 포함한 여러 실험을 통해, 저 굴절률 층(밴드영역) 두께(μm), 저 굴절률 층 퍼센트(%), 굴곡 손실(dB/turn)(1550nm 파장, 구부림 반경 5mm 기준) 간의 관계를 나타낸 것이다.

표 1에서 실험 2는 실시예 1에 대응하고, 실험 4는 실시예 2에 대응하며, 실 험 16은 실시예 3에 대응함을 알 수 있다.

표 1에 나온 데이터를 이용하여 그래프를 만들면 도 6 및 도 7과 같은 그래프를 얻을 수 있다. 표 1을 보면, 구부림 손실 특성이 밴드영역의 두께와 면적 비율에 따라 좌우된다는 것을 알 수 있다. 밴드영역의 두께는 바람직하게 6~7μm, 광섬유의 단면적 대비 밴드영역의 면적 비율은 바람직하게 약 6% 이상일 때, 구부림 손실이 가장 우수한 것을 알 수 있다.

실험 번호	저 굴절률 층 두께(㎛)	저 굴절률 층 퍼센트(%)	구부림 특성(dB/turn) (1550nm, 반경 5㎜)
실험1	3.86	3.00	4.7
실험2	4.89	3.98	0.383
실험3	5.80	4.75	0.244
실험4	5.28	4.20	0.241
실험5	6.05	4.97	0.1335
실험6	6.44	5.32	0.12
실험7	6.05	5.09	0.24
실험8	6.31	5.45	0.115
실험9	6.05	5.03	0.157
실험10	6.31	5.48	0.026
실험11	6.57	6.38	0.0185
실험12	6.95	6.82	0.014
실험13	2.70	1.90	9.6
실험14	4.38	3.33	4.5
실험15	6.70	5.37	0.105
실험16	6.05	4.91	0.044
실험17	6.95	6.04	0.0068

(비교예)

실시예 3과 동일한 방식으로 유리 소결체를 생성한 후 연신하여 졸을 연신된 유리 소결체(21)와 함께 성형 몰드(22)에 넣고 젤화가 끝날 때까지 기다린다. 젤화가 완전히 끝나면 성형 몰드(22)를 분리시킨 후 건조한 다음 800℃를 유지하는 염소 가스 분위기의 전기로에서 탈수시킨다. 그 다음, 1500℃의 전기로 온도와 헬륨 가스 분위기에서 소결을 수행하면 도 8과 같이 기포(1)가 거의 존재하지 않는 광섬유를 얻게 된다.

비교예에 의해 제조된 광섬유는 코어 층 주변에 링 형태로 배치된 기포가 형성되지 않으므로, 본 발명에 의한 미세구조 광섬유와 같이, 5 또는 10 mm 반경으로 구부려 사용할 수 없다. 즉, 비교예에 의해 제조된 광섬유는 5 및 10 mm 반경 기준으로는 굴곡 손실을 측정할 수 없다. 또한, 1550 및 1620nm에서 구부림 반경 15mm 기준으로도 약 3dB/turn 이상의 굴곡 손실을 나타내므로, 비교예에 의해 제조된 광섬유는 매우 큰 반경으로만 구부려 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 광섬유의 단면도.

도 2는 졸-젤 공법을 이용하여 미세구조 층을 형성하는 것을 나타낸 도면.

도 3은 코어용 유리봉 및 젤을 소결하는 전기로를 나타낸 도면.

도 4는 전기로에서 소결된 유리봉의 외주에 클래딩 슈트를 퇴적하여 생성한 예비 성형체를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 의한 광섬유의 제조과정을 나타낸 순서도.

도 6은 밴드영역(기포 층) 두께와 구부림 손실 간의 관계를 나타낸 그래프.

도 7은 광섬유 단면적에 대한 밴드영역(기포 층) 면적 비율과 구부림 손실 간의 관계를 나타낸 그래프.

도 8은 종래 졸-젤 공법에 의해 제조된 광섬유의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 기포(홀) 10 : 광섬유

11 : 코어 층 12 : 1차 클래딩 층

13 : 미세구조 층 14 : 2차 클래딩 층

21 : 코어용 유리봉 22 : 성형 몰드

23 : 졸(젤) 24 : 유리봉

25 : 클래딩 슈트 31 : 전기로

40 : 예비 성형체

Claims

유리 소결체를 연신하여 코아용 유리봉을 제조하는 단계와,

클래딩 원료 분말과 액체를 혼합하여 졸을 생성하는 단계와,

상기 졸을 상기 코아용 유리봉과 함께 성형 몰드에 넣어 젤로 만드는 단계와,

상기 성형몰드에서 분리된 상기 코아용 유리봉과 젤을 동시에 탈수 및 소결하여 유리화시키는 단계를 포함하며,

상기 졸을 생성하는 단계는 상기 졸을 건조 후 가열 처리하여 1차 졸을 생성하고, 가열 처리된 1차 졸을 상기 액체와 다시 혼합한 후 블렌딩하여 2차 졸을 생성하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 2차 졸에 HF용액(H₂0중 50% HF) 1중량%(2차 졸 중 SiO₂의 중량 기준)를 첨가하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 유리화 후 클래딩 층을 증착시키는 단계와,

상기 증착된 클래딩 층을 유리화하여 광섬유의 예비 성형체를 생성하는 단계와,

상기 예비 성형체를 인발하여 광섬유를 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 예비 성형체를 2000~2250℃로 설정된 인발로에서 280~350g의 장력으로 인발하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조방법.
유리 소결체를 연신하여 코아용 유리봉을 제조하는 단계와,

클래딩 원료 분말과 액체를 혼합하여 졸을 생성하는 단계와,

상기 졸을 상기 코아용 유리봉과 함께 성형 몰드에 넣어 젤로 만드는 단계와,

상기 성형몰드에서 분리된 상기 코아용 유리봉과 젤을 동시에 탈수 및 소결하여 유리화시키는 단계를 포함하며,

상기 유리화는 1300~1400℃의 온도가 유지되고 염소 및 헬륨 가스 분위기의 전기로에서 상기 코아용 유리봉과 젤을 분당 5~15mm 속도로 하강시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조방법.
제1항의 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 광섬유.
제7항에 있어서,

상기 광섬유는 제1 도판트가 첨가된 코어 층과, 제2 도판트가 첨가된 1차 클래딩 층과, 복수의 홀이 형성된 미세구조 층과, 상기 미세구조 층의 외부에 형성된 2차 클래딩 층을 포함하며,

상기 코어 층에서 상기 미세구조 층 내 가장 내부의 홀까지의 거리를 a₁, 상기 코어 층에서 미세구조 층 내 가장 외부의 홀까지의 거리를 a₂, 상기 코어 층의 직경을 a₃라고 할 때, a₃/(a₂-a₁)=0.3~2.0을 만족하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
제7항에 있어서,

상기 광섬유는 제1 도판트가 첨가된 코어 층과, 제2 도판트가 첨가된 1차 클래딩 층과, 복수의 홀이 형성된 미세구조 층과, 상기 미세구조 층의 외부에 형성된 2차 클래딩 층을 포함하며,

상기 광섬유의 굴곡 손실을 b₁, 상기 미세구조 층에서 홀이 형성되어 있는 밴드영역의 두께를 b₂, 상기 광섬유의 단면적에서 상기 밴드영역의 면적이 차지하는 비율을 b₃이라고 할 때, b₁과 b₂ 의 관계는 b₁=0.69b₂ ²-8.95b₂+28.9이고, b₁과 b₃의 관계는 b₁=0.67b₃ ²-7.7b₃+21.7인 것을 특징으로 하는 광섬유.
제7항에 있어서,

상기 광섬유는 1550nm 파장에서 굴곡 반경 5mm일 때 0.5dB/turn 이하의 굴곡 손실을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유.
제7항에 있어서,

상기 광섬유는 1550nm 파장에서 굴곡 반경 5mm일 때 0.1dB/turn 이하의 굴곡 손실을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유.
제7항에 있어서,

상기 광섬유는 1383±3nm 파장에서 0.35dB/km 이하, 1550nm 파장에서 0.21dB/km 이하의 감쇠를 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유.
제7항에 있어서,

상기 광섬유는 1290nm 미만의 케이블 차단파장을 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유.
제7항에 있어서,

상기 광섬유는 1310nm 파장에서 모드필드경이 8~8.9μm인 것을 특징으로 하는 광섬유.
제7항에 있어서,

상기 광섬유는 제1 도판트가 첨가된 코어 층과, 제2 도판트가 첨가된 1차 클래딩 층과, 복수의 홀이 형성된 미세구조 층과, 상기 미세구조 층의 외부에 형성된 2차 클래딩 층을 포함하며,

상기 광섬유의 단면적에 대한 상기 미세구조 층에서 홀이 형성되어 있는 밴드영역이 차지하는 면적이 6% 이상이고, 상기 밴드영역의 두께는 6~7μm인 것을 특징으로 하는 광섬유.