KR102718347B1 - Glass Fiber Optic Preforms with Minimal Thermal Stress - Google Patents
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Abstract
열적 스트레스를 최소화한 유리 광섬유 프리폼을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 열적 스트레스를 최소화한 유리 광섬유 프리폼에 있어서, 코어 및 상기 코어의 외측을 둘러싸고, 기 설정된 제1 범위 내의 열팽창 계수 및 기 설정된 제2 범위 내의 두께를 갖는 완충영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 광섬유 프리폼을 제공한다.A glass optical fiber preform with minimized thermal stress is disclosed.
According to one aspect of the present invention, a glass optical fiber preform with minimized thermal stress is provided, characterized in that it includes a core and a buffer region surrounding the outer side of the core and having a thermal expansion coefficient within a first preset range and a thickness within a second preset range.
Description
본 발명은 발생하는 열적 스트레스를 최소화한 유리 광섬유 프리폼에 관한 것이다. The present invention relates to a glass optical fiber preform in which thermal stress occurring is minimized.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The material described in this section merely provides background information for one embodiment of the present invention and does not constitute prior art.
유리 광섬유 프리폼은 광섬유 제조의 선행 공정(화학 증착)에 의해 원하는 굴절률 분포 및 직경 비율을 갖도록 만들어진 유리봉 형태를 말한다. 이때, 광섬유에서 요구되는 광학적 특성에 필요한 굴절률 분포 및 직경 비율을 구현하다 보면, 프리폼 내에서 굴절률의 급격한 변화가 생기는 경계 부분이 존재하게 된다. 굴절률 변화 경계에서는 경계 부근의 매질 간 조성 차이로 인해서 일반적으로 열팽창계수의 차이가 발생하게 된다. 이로 인해서, 굴절률 변화 경계에서는 일정 수준의 열적 스트레스가 발생하게 된다. A glass optical fiber preform is a glass rod shape that is made to have a desired refractive index distribution and diameter ratio by a preliminary process (chemical vapor deposition) in optical fiber manufacturing. At this time, when implementing the refractive index distribution and diameter ratio required for the optical properties required for the optical fiber, a boundary portion where a sharp change in refractive index occurs exists within the preform. At the boundary of the refractive index change, a difference in thermal expansion coefficient generally occurs due to the difference in composition between media near the boundary. As a result, a certain level of thermal stress occurs at the boundary of the refractive index change.
다만, 해당 경계 부근의 굴절률 차이가 일정 수준 이상 나게 되면, 경계 부분에서는 열팽창 계수 차이에 의한 열적 스트레스가 크게 발생하게 된다. 이로 인해, 광섬유 프리폼이 약한 충격에도 쉽게 깨지는 문제점이 발생한다. However, if the difference in refractive index near the boundary exceeds a certain level, a large amount of thermal stress occurs at the boundary due to the difference in thermal expansion coefficient. This causes a problem in that the optical fiber preform is easily broken even by a weak impact.
특히, 최근 광섬유가 통신 분야 이외에도 다양한 산업 분야에 활용되면서 다양한 굴절률 분포 특성을 갖는 광섬유에 대한 요구가 생기고 있으며, 광섬유 생산성을 높이기 위한 프리폼의 대형화도 함께 진행되고 있어서, 유리 광섬유 프리폼의 급격한 굴절률 변화로 생기는 열적 스트레스를 완화하는 방안 마련이 필요하다. In particular, as optical fibers have recently been utilized in various industrial fields other than the telecommunications field, there is a growing demand for optical fibers with various refractive index distribution characteristics. In addition, as preforms are becoming larger in order to increase optical fiber productivity, it is necessary to devise a method to alleviate the thermal stress caused by rapid refractive index changes in glass optical fiber preforms.
본 발명의 일 실시예는, 발생하는 열적 스트레스를 최소화한 유리 광섬유 프리폼을 제공하는 것에 일 목적이 있다.One embodiment of the present invention aims to provide a glass optical fiber preform in which thermal stress occurring is minimized.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 열적 스트레스를 최소화한 유리 광섬유 프리폼에 있어서, 코어 및 상기 코어의 외측을 둘러싸고, 기 설정된 제1 범위 내의 열팽창 계수 및 기 설정된 제2 범위 내의 두께를 갖는 완충영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 광섬유 프리폼을 제공한다.According to one aspect of the present invention, a glass optical fiber preform with minimized thermal stress is provided, characterized in that it includes a core and a buffer region surrounding the outer side of the core and having a thermal expansion coefficient within a first preset range and a thickness within a second preset range.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 완충영역은 실리카(SiO2), 코어조성 성분(산화 저마늄(GeO2)) 및 제어성분을 기 설정된 비율만큼 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present embodiment, the buffer region is characterized by including silica (SiO 2 ), a core composition component (germanium oxide (GeO 2 )), and a control component in a preset ratio.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 비율은 실리카(SiO2), 코어조성 성분(산화 저마늄(GeO2)) 및 제어성분이 각각 80 내지 95mol% : 2 내지 10mol% : 3 내지 18mol%만큼 포함되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present embodiment, the preset ratio is characterized in that silica (SiO 2 ), core composition component (germanium oxide (GeO 2 )), and control component are contained in amounts of 80 to 95 mol%: 2 to 10 mol%: 3 to 18 mol%, respectively.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 제어성분은 상기 유리 광섬유 프리폼 완충 영역의 굴절률은 클래딩에, 완충영역의 열팽창계수는 코어에 가깝도록 제어하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present embodiment, the control component is characterized in that the refractive index of the buffer region of the glass optical fiber preform is controlled so that it is closer to the cladding, and the thermal expansion coefficient of the buffer region is controlled so that it is closer to the core.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 제어성분은 이산화 티타늄(TiO2), 산화 붕소(B2O3), 오산화인(P2O5) 또는 플루오린(F) 등으로 구현될 수 있으며, 코어첨가 성분 이외의 조성으로도 구현될 수 있는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present embodiment, the control component can be implemented as titanium dioxide (TiO 2 ), boron oxide (B 2 O 3 ), phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ), or fluorine (F), and is characterized in that it can be implemented as a composition other than a core additive component.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 완충영역은 상기 코어에 비해 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present embodiment, the buffer region is characterized by having a relatively lower refractive index compared to the core.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 열적 스트레스를 최소화한 유리 광섬유 프리폼에 있어서, 코어, 상기 코어의 외측을 둘러싸고, 기 설정된 제1 범위 내의 굴절률, 기 설정된 제2 범위 내의 열팽창 계수 및 기 설정된 제3 범위 내의 두께를 갖는 완충영역 및 상기 완충영역의 외측을 둘러싸는 형태로 배치되는 클래딩을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 광섬유 프리폼을 제공한다.According to one aspect of the present invention, a glass optical fiber preform with minimized thermal stress is provided, characterized in that it includes a core, a buffer region surrounding the outer side of the core and having a refractive index within a first preset range, a thermal expansion coefficient within a second preset range, and a thickness within a third preset range, and a cladding arranged to surround the outer side of the buffer region.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 클래딩은 상기 코어에 비해 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present embodiment, the cladding is characterized by having a relatively low refractive index compared to the core.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 제1 범위는 상기 클래딩의 굴절률과 동일하거나 그로부터 기 설정된 오차범위 내의 수치인 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present embodiment, the preset first range is characterized in that it is equal to the refractive index of the cladding or is a value within a preset error range therefrom.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 오차범위는 ±0.0005인 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present embodiment, the preset error range is characterized by being ±0.0005.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 완충영역은 실리카(SiO2), 산화 저마늄(GeO2) 및 제어성분을 기 설정된 비율만큼 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present embodiment, the buffer region is characterized by including silica (SiO 2 ), germanium oxide (GeO 2 ), and a control component in a preset ratio.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 비율은 실리카(SiO2), 산화 저마늄(GeO2) 및 제어성분이 각각 80 내지 95mol% : 2 내지 10mol% : 3 내지 18mol%만큼 포함되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present embodiment, the preset ratio is characterized in that silica (SiO 2 ), germanium oxide (GeO 2 ), and the control component are contained in amounts of 80 to 95 mol%: 2 to 10 mol%: 3 to 18 mol%, respectively.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유리 광섬유 프리폼 내에서 발생하는 열적 스트레스를 최소화할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to one embodiment of the present invention, there is an advantage in that thermal stress occurring within a glass optical fiber preform can be minimized.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 광섬유 프리폼의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 광섬유 프리폼의 굴절률 분포를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 광섬유 프리폼의 열팽창 계수 분포를 도시한 그래프이다.FIG. 1 is a drawing illustrating the configuration of a glass optical fiber preform according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph illustrating the refractive index distribution of a glass optical fiber preform according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph illustrating the thermal expansion coefficient distribution of a glass optical fiber preform according to one embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention can have various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 동력 수단요소로 명명될 수 있고, 유사하게 동력 수단요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component could be referred to as a power means component, and similarly, the power means component could also be referred to as the first component. The term and/or includes any combination of a plurality of related described items or any item among a plurality of related described items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When it is said that a component is "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to that other component, but that there may be other components in between. On the other hand, when it is said that a component is "directly connected" or "connected" to another component, it should be understood that there are no other components in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. It should be understood that the terms "comprise" or "have" in this application do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof described in the specification.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with their meaning in the context of the relevant art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined in this application.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.In addition, each configuration, process, procedure or method included in each embodiment of the present invention may be shared within a scope that is not technically contradictory to each other.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 광섬유 프리폼의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 광섬유 프리폼의 굴절률 분포를 도시한 그래프이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 광섬유 프리폼의 열팽창 계수 분포를 도시한 그래프이다.FIG. 1 is a drawing illustrating a configuration of a glass optical fiber preform according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph illustrating a refractive index distribution of a glass optical fiber preform according to one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph illustrating a thermal expansion coefficient distribution of a glass optical fiber preform according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 광섬유 프리폼(100)은 코어(110) 및 완충영역(120)을 포함한다. 나아가, 유리 광섬유 프리폼(100)은 클래딩(130)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a glass optical fiber preform (100) according to one embodiment of the present invention includes a core (110) and a buffer region (120). Furthermore, the glass optical fiber preform (100) may further include a cladding (130).
코어(110)는 광섬유 또는 프리폼(110)의 중심에 위치하며, 광섬유의 입력단으로 입사된 빛을 출력단으로 전송한다. 코어(110)의 외측으로는 완충영역(120)이 배치되어, 완충영역(120)이 코어(110)를 둘러싸는 형태로 구현된다. 코어(110)의 굴절률은 완충영역(120)보다 상대적으로 큰값을 가지며, 이에 내부 전반사에 의해 빛은 코어(110) 내를 이동한다. The core (110) is located at the center of the optical fiber or preform (110) and transmits light incident on the input end of the optical fiber to the output end. A buffer region (120) is arranged on the outside of the core (110), and the buffer region (120) is implemented in a form that surrounds the core (110). The refractive index of the core (110) is relatively larger than that of the buffer region (120), and thus light moves within the core (110) by internal total reflection.
완충영역(120)은 코어(110)의 외측을 둘러싸는 형태로 구성되며, 상대적으로 코어(110)보다 낮은 굴절률을 가짐에 따라 최종적으로 제조될 광섬유 내 전반사 현상을 유도한다. 완충영역(120)은 코어(110)의 외측에서 상대적으로 낮은 굴절률을 가짐에 따라, 종래의 광섬유 내 클래딩의 역할을 수행할 수 있다.The buffer region (120) is configured to surround the outer side of the core (110), and since it has a relatively lower refractive index than the core (110), it induces a total reflection phenomenon within the optical fiber to be ultimately manufactured. Since the buffer region (120) has a relatively lower refractive index on the outer side of the core (110), it can perform the role of cladding within a conventional optical fiber.
완충영역(120)는 기 설정된 범위의 열팽창 계수를 구비함에 따라, 열적 스트레스 발생량을 종래에 비해 현저히 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 종래의 광섬유 내 클래딩과 달리, 완충영역(120)은 클래딩의 역할을 수행하는 동시에 열적 스트레스의 발생량을 현저히 감소시킨다.Since the buffer region (120) has a coefficient of thermal expansion within a preset range, the amount of thermal stress generated can be significantly reduced compared to the conventional one. Accordingly, unlike the cladding in the conventional optical fiber, the buffer region (120) performs the role of cladding while significantly reducing the amount of thermal stress generated.
한편, 완충영역(120)의 외측으로 클래딩(130)이 둘러싸는 형태로 구현될 수 있다. Meanwhile, it can be implemented in a form in which cladding (130) surrounds the outside of the buffer area (120).
코어(110), 완충영역(120) 및 클래딩(130)은 다음의 성분으로 구현되며, 도 2 및 도 3에 도시된 굴절률과 열팽창 계수를 갖는다.The core (110), buffer region (120) and cladding (130) are implemented with the following components and have the refractive index and thermal expansion coefficient shown in FIGS. 2 and 3.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 코어(110)는 d0의 직경을 갖는다. 또한, 코어(110)는 실리카(SiO2) 및 산화 저마늄(GeO2)을 각각 기 설정된 비율만큼 포함함에 따라, nco는 상대적으로 가장 큰 굴절률과 αco는 상대적으로 가장 큰 열팽창 계수를 갖는다. 여기서, 기 설정된 비율은 85 내지 95mol% : 5 내지 15mol%일 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3, the core (110) has a diameter of d 0 . In addition, since the core (110) contains silica (SiO 2 ) and germanium oxide (GeO 2 ) in preset ratios, n co has a relatively largest refractive index and α co has a relatively largest thermal expansion coefficient. Here, the preset ratio may be 85 to 95 mol%: 5 to 15 mol%.
완충영역(120)은 ODb의 총 직경을 가지며, 코어(110)의 직경을 차감한 나머지 부분의 두께는 tb로 정의된다. 완충영역(120)은 실리카(SiO2), 산화 저마늄(GeO2) 및 제어성분을 기 설정된 비율만큼 포함한다. 여기서, 기 설정된 비율은 80 내지 95mol% : 2 내지 10mol% : 3 내지 18mol%일 수 있다. 제어성분은 완충 영역(120)의 굴절률(nb)은 클래딩 굴절률(ncl)에, 완충 영역(120)의 열팽창계수(αb)는 코어 열팽창계수(αco)에 최대한 가깝도록 동시에 구현하는 수준에 따라 성분이 달라질 수 있다. 제어성분은 이산화 티타늄(TiO2), 산화 붕소(B2O3), 오산화인(P2O5) 또는 플루오린(F)으로 구현될 수 있다. 이산화 티타늄은 굴절률은 증가시키되, 열팽창계수를 감소시킨다. 산화 붕소는 굴절률은 감소시키되, 열팽창계수를 증가시킨다. 오산화인은 굴절률과 열팽창계수 모두를 증가시키고, 플루오린은 굴절률과 열팽창계수 모두를 감소시킨다. 전술한 성분을 각각 기 설정된 비율만큼 포함함에 따라, 굴절률(nb), 열팽창계수(αb) 및 두께(tb)가 다음의 조건을 만족하도록 구현된다.The buffer region (120) has a total diameter of OD b , and the thickness of the remaining portion after deducting the diameter of the core (110) is defined as t b . The buffer region (120) contains silica (SiO 2 ), germanium oxide (GeO 2 ), and a control component in preset ratios. Here, the preset ratios may be 80 to 95 mol%: 2 to 10 mol%: 3 to 18 mol%. The control component may have different components depending on the level at which the refractive index (n b ) of the buffer region (120) is implemented as close as possible to the cladding refractive index (n cl ) and the thermal expansion coefficient (α b ) of the buffer region (120) is implemented as close as possible to the core thermal expansion coefficient (α co ). The control component can be implemented with titanium dioxide (TiO 2 ), boron oxide (B 2 O 3 ), phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ), or fluorine (F). Titanium dioxide increases the refractive index while decreasing the thermal expansion coefficient. Boron oxide decreases the refractive index while increasing the thermal expansion coefficient. Phosphorus pentoxide increases both the refractive index and the thermal expansion coefficient, and fluorine decreases both the refractive index and the thermal expansion coefficient. By including each of the above-mentioned components in a preset ratio, the refractive index (n b ), the thermal expansion coefficient (α b ), and the thickness (t b ) are implemented so as to satisfy the following conditions.
여기서, ncl은 클래딩이 존재할 경우, 클래딩의 굴절률을 의미한다. 완충영역(120)의 굴절률은 코어의 그것보다 상대적으로 작게 구현되며, (종래의 일반적인) 클래딩의 굴절률과 동일하거나 그로부터 기 설정된 오차범위(±0.0005) 내의 굴절률을 갖는다. 완충영역(120)의 굴절률이 이와 같이 구현됨에 따라, 완충영역(120)은 코어(110)의 외측에서 코어(110) 내로 유입된 광을 전반사시킬 수 있다.Here, n cl means the refractive index of the cladding when the cladding exists. The refractive index of the buffer region (120) is implemented to be relatively smaller than that of the core, and has a refractive index that is the same as the refractive index of the (conventional general) cladding or within a preset error range (±0.0005) therefrom. As the refractive index of the buffer region (120) is implemented as such, the buffer region (120) can totally reflect light introduced into the core (110) from the outside of the core (110).
여기서, α0는 클래딩 유무에 따라서 달리 정의되는 열팽창계수이다. 클래딩이 존재할 경우 α0는 클래딩의 열팽창계수(αcl)에 해당하며, 클래딩이 별도로 없으면 α0는 완충영역의 기본 조성에 해당하는 실리카의 열팽창계수 값(αsilica)을 갖는다. Here, α 0 is a coefficient of thermal expansion that is defined differently depending on the presence or absence of cladding. When cladding is present, α 0 corresponds to the coefficient of thermal expansion of the cladding (α cl ), and when there is no separate cladding, α 0 has the coefficient of thermal expansion of silica (α silica ) corresponding to the basic composition of the buffer region.
클래딩이 별도로 없는 경우, 전술한 수식은 다음과 같이 대체될 수 있다.In the absence of separate cladding, the above formula can be replaced as follows:
완충영역(120)의 열팽창계수는 코어(110)의 열팽창계수와 동일하거나 작게 구현되며, 작게 구현될 경우 적어도 코어의 열팽창계수의 70% 및 완충영역의 기본 조성에 해당하는 실리카의 열팽창계수 값(αsilica)의 30%와의 합보다는 크도록 구현된다. The thermal expansion coefficient of the buffer region (120) is implemented to be equal to or smaller than the thermal expansion coefficient of the core (110), and if implemented to be smaller, it is implemented to be larger than the sum of at least 70% of the thermal expansion coefficient of the core and 30% of the thermal expansion coefficient value (α silica ) of silica corresponding to the basic composition of the buffer region.
유리 광섬유 프리폼(100) 내에 클래딩(130)이 포함될 경우, 전술한 수식은 다음과 같이 대체될 수 있다.When a cladding (130) is included within the glass optical fiber preform (100), the above-described formula can be replaced as follows.
완충영역(120)의 열팽창계수는 코어(110)의 열팽창계수와 동일하거나 작게 구현되며, 작게 구현될 경우 적어도 코어의 열팽창계수의 70% 및 클래딩(130)의 열팽창계수의 30%와의 합보다는 크도록 구현된다. The thermal expansion coefficient of the buffer area (120) is implemented to be equal to or smaller than the thermal expansion coefficient of the core (110), and if implemented to be smaller, it is implemented to be larger than the sum of at least 70% of the thermal expansion coefficient of the core and 30% of the thermal expansion coefficient of the cladding (130).
한편, 완충영역(120)의 두께는 다음과 같은 조건을 만족한다.Meanwhile, the thickness of the buffer area (120) satisfies the following conditions.
여기서, ODcl은 클래딩 전체(코어 및 완충영역부분까지 포함한 총 부분)의 직경을 의미하며, 존재하지 않을 경우 완충영역(120)의 전체 직경을 의미할 수 있다. 완충영역(120)의 두께는 단순하게 코어 및 클래딩의 두께에만 영향을 받는 것이 아니라, 그것들과 함께 열팽창계수들도 함께 영향을 받는다. 완충영역(120)의 열팽창 계수가 전술한 수식 범위에 따라 결정될 경우, 완충영역(120)의 두께는 열팽창 계수에 영향을 받아 전술한 수식 범위에 따라 결정된다.Here, OD cl means the diameter of the entire cladding (total part including the core and buffer area), and if it does not exist, it may mean the entire diameter of the buffer area (120). The thickness of the buffer area (120) is not only affected by the thickness of the core and cladding, but also affected by the thermal expansion coefficients together with them. When the thermal expansion coefficient of the buffer area (120) is determined according to the above-described formula range, the thickness of the buffer area (120) is affected by the thermal expansion coefficient and is determined according to the above-described formula range.
완충영역(120)이 전술한 조건을 만족하며 유리 광섬유 프리폼(100) 내에 포함될 경우, 다음과 같이 열적 스트레스가 현저히 감소함을 확인할 수 있다. 다음의 표는 나열된 조건의 유리 광섬유 프리폼(100)을 구현하였을 때, 프리폼 내부에 발생하는 최대 열적 스트레스값을 시뮬레이션한 결과이다.When the buffer area (120) satisfies the conditions described above and is included within the glass optical fiber preform (100), it can be confirmed that the thermal stress is significantly reduced as follows. The following table shows the results of simulating the maximum thermal stress value occurring within the preform when the glass optical fiber preform (100) with the listed conditions is implemented.
먼저, 실시예 1은 코어(110) 및 완충영역(120)만이 구현된 유리 광섬유 프리폼(100)에 대한 데이터이며, 비교예 1은 코어 및 클래딩만을 포함하는 종래의 유리 광섬유 프리폼에 대한 데이터이다. First, Example 1 is data for a glass optical fiber preform (100) in which only a core (110) and a buffer region (120) are implemented, and Comparative Example 1 is data for a conventional glass optical fiber preform including only a core and cladding.
실시예 1에서 완충영역(120)의 열팽창계수(αb)는 코어의 그것과 거의 유사(조건 범위 내에서 상한에 근접하게)하게 구현되고 있으며, 두께(tb) 역시 조건 범위 내에서 상한에 근접하게 구현되고 있다. 반면, 비교예 1에서 클래딩은 완충영역(120)과 유사한 두께를 갖되, 종래의 클래딩과 같이 코어의 열팽창 계수보다는 현저히 작은 열팽창 계수값을 갖는다. 양자의 최대 열적 스트레스값을 보면 0.025MPa과 32.7MPa로서 현저하게 열적 스트레스가 완화되고 있음을 확인할 수 있다.In Example 1, the thermal expansion coefficient (α b ) of the buffer region (120) is implemented to be almost similar to that of the core (close to the upper limit within the condition range), and the thickness (t b ) is also implemented to be close to the upper limit within the condition range. On the other hand, in Comparative Example 1, the cladding has a similar thickness to that of the buffer region (120), but has a thermal expansion coefficient value that is significantly smaller than the thermal expansion coefficient of the core, like the conventional cladding. Looking at the maximum thermal stress values of both, it can be confirmed that the thermal stress is significantly alleviated, as they are 0.025 MPa and 32.7 MPa.
실시예 2와 비교예 2는 모두 코어(110), 완충영역(120) 및 클래딩(130)이 구현된 유리 광섬유 프리폼(100)에 대한 데이터이다. Both Example 2 and Comparative Example 2 are data for a glass optical fiber preform (100) in which a core (110), a buffer region (120), and a cladding (130) are implemented.
실시예 2에서 완충영역(120)의 열팽창계수(αb)는 코어의 그것과 거의 유사(조건 범위 내에서 상한에 근접하게)하게 구현되고 있으며, 두께(tb)는 조건 범위 내에서 하한에 근접하게 구현되고 있다. 반면, 비교예 2에서 완충영역(120)의 두께(tb)는 하한에 미치지 못하도록 구현되고 있다. 이때, 실시예 2의 최대 열적 스트레스값은 비교예 2의 열적 스트레스값보다 10MPa 가까이 감소한 것을 확인할 수 있다.In Example 2, the thermal expansion coefficient (α b ) of the buffer region (120) is implemented to be almost similar to that of the core (close to the upper limit within the condition range), and the thickness (t b ) is implemented to be close to the lower limit within the condition range. On the other hand, in Comparative Example 2, the thickness (t b ) of the buffer region (120) is implemented so as not to reach the lower limit. At this time, it can be confirmed that the maximum thermal stress value of Example 2 is reduced by close to 10 MPa compared to the thermal stress value of Comparative Example 2.
실시예 3과 비교예 3은 모두 코어(110), 완충영역(120) 및 클래딩(130)이 구현된 유리 광섬유 프리폼(100)에 대한 데이터이다. Both Example 3 and Comparative Example 3 are data for a glass optical fiber preform (100) in which a core (110), a buffer region (120), and a cladding (130) are implemented.
실시예 3에서 완충영역(120)의 열팽창계수(αb)는 조건 범위 내에서 하한값으로 구현되고 있으며, 두께(tb) 역시 조건 범위 내에서 하한에 근접하게 구현되고 있다. 반면, 비교예 3에서 완충영역(120)의 열팽창 계수는 조건 범위의 하한에 미치지 못하도록 구현되고 있다. 이때, 실시예 3의 최대 열적 스트레스값은 비교예 3의 열적 스트레스값보다 9MPa 이상 감소한 것을 확인할 수 있다.In Example 3, the thermal expansion coefficient (α b ) of the buffer region (120) is implemented as a lower limit within the condition range, and the thickness (t b ) is also implemented close to the lower limit within the condition range. On the other hand, in Comparative Example 3, the thermal expansion coefficient of the buffer region (120) is implemented so as not to reach the lower limit of the condition range. At this time, it can be confirmed that the maximum thermal stress value of Example 3 is reduced by more than 9 MPa compared to the thermal stress value of Comparative Example 3.
실시예 4와 비교예 4는 모두 코어(110) 및 완충영역(120)으로 구현된 유리 광섬유 프리폼(100)에 대한 데이터Both Example 4 and Comparative Example 4 are data for a glass optical fiber preform (100) implemented with a core (110) and a buffer region (120).
실시예 4에서 완충영역(120)의 열팽창계수(αb)는 조건 범위 내에서 하한값으로 구현되고 있으며, 두께(tb)는 조건 범위 내에서 상한에 근접하게 구현되고 있다. 반면, 비교예 4에서 완충영역(120)의 두께(tb)는 조건 범위 내에서 상한에 근접하게 구현되고 있으나, 열팽창 계수는 조건 범위의 하한에 미치지 못하도록 구현되고 있다. 이때, 실시예 4의 최대 열적 스트레스값은 비교예 4의 열적 스트레스값보다 3배 이상 감소한 것을 확인할 수 있다.In Example 4, the thermal expansion coefficient (α b ) of the buffer region (120) is implemented as a lower limit within the condition range, and the thickness (t b ) is implemented close to the upper limit within the condition range. On the other hand, in Comparative Example 4, the thickness (t b ) of the buffer region (120) is implemented close to the upper limit within the condition range, but the thermal expansion coefficient is implemented so as not to reach the lower limit of the condition range. At this time, it can be confirmed that the maximum thermal stress value of Example 4 is reduced by more than three times compared to the thermal stress value of Comparative Example 4.
이와 같이, 완충영역(120)이 유리 광섬유 프리폼(100) 내 존재할 경우 그렇지 않을 경우보다 열적 스트레스값이 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 완충영역(120)이 전술한 조건 범위를 만족하며 구현되었을 경우 그렇지 않을 경우보다 열적 스트레스값이 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있다. In this way, it can be confirmed that when a buffer region (120) exists in the glass optical fiber preform (100), the thermal stress value is significantly reduced compared to when it is not present, and when the buffer region (120) is implemented while satisfying the above-described condition range, it can be confirmed that the thermal stress value is significantly reduced compared to when it is not present.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations may be made without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but rather to explain it, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of the present embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within a scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the rights of the present embodiment.
100: 유리 광섬유 프리폼
110: 코어
120: 완충영역
130: 클래딩100: Glass fiber preform
110: Core
120: Buffer zone
130: Cladding
Claims (12)
코어;
상기 코어의 외측을 둘러싸고, 실리카(SiO2), 산화 저마늄(GeO2) 및 제어성분을 각각 80 내지 95mol% : 2 내지 10mol% : 3 내지 18mol%만큼 포함하고, 기 설정된 제1 범위 내의 굴절률, 기 설정된 제2 범위 내의 열팽창 계수 및 기 설정된 제3 범위 내의 두께를 갖는 완충영역; 및
상기 완충영역의 외측을 둘러싸는 형태로 배치되는 클래딩을 포함하고,
상기 제어성분은 이산화 티타늄(TiO2), 산화 붕소(B2O3), 오산화인(P2O5) 또는 플루오린(F)으로 구현되며,
상기 기 설정된 제1 범위는 상기 클래딩의 굴절률과 동일하거나 그로부터 0.0005 내의 오차범위를 갖고,
상기 기 설정된 제2 범위는 를 만족하며,
상기 기 설정된 제3 범위는 를 만족하고,
αco는 코어의 열팽창계수를, αcl은 클래딩의 열팽창계수를, αb는 완충영역의 열팽창계수를, d0는 코어의 직경을, tb는 완충영역의 두께를, ODcl은 클래딩 전체의 직경을 각각 의미하는 것을 특징으로 하는 유리 광섬유 프리폼.In glass optical fiber preforms with minimized thermal stress,
core;
A buffer region surrounding the outer side of the core, comprising silica (SiO2), germanium oxide (GeO2) and a control component in amounts of 80 to 95 mol%: 2 to 10 mol%: 3 to 18 mol%, respectively, and having a refractive index within a first preset range, a thermal expansion coefficient within a second preset range, and a thickness within a third preset range; and
Including a cladding arranged in a form that surrounds the outer side of the above buffer area,
The above control component is implemented as titanium dioxide (TiO 2 ), boron oxide (B 2 O 3 ), phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ), or fluorine (F).
The above-described first range is equal to the refractive index of the cladding or has an error range within 0.0005 therefrom,
The second range set above is , and satisfy
The third range set above is and satisfy,
A glass optical fiber preform, wherein α co represents the thermal expansion coefficient of the core, α cl represents the thermal expansion coefficient of the cladding, α b represents the thermal expansion coefficient of the buffer region, d 0 represents the diameter of the core, t b represents the thickness of the buffer region, and OD cl represents the overall diameter of the cladding.
상기 완충영역은,
상기 코어의 굴절률보다 상대적으로 작게 구현되는 것을 특징으로 하는 유리 광섬유 프리폼.In Article 7,
The above buffer area is,
A glass optical fiber preform characterized in that the refractive index is implemented relatively smaller than that of the core.
상기 제어성분은,
이산화 티타늄으로 구현됨으로써 굴절률은 증가시키되 열팽창계수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 유리 광섬유 프리폼.In Article 7,
The above control components are,
A glass optical fiber preform characterized by having an increased refractive index and a reduced coefficient of thermal expansion by being implemented with titanium dioxide.
상기 제어성분은,
산화 붕소로 구현됨으로써 굴절률은 감소시키되 열팽창계수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 유리 광섬유 프리폼.In Article 7,
The above control components are,
A glass optical fiber preform characterized by having a reduced refractive index but an increased coefficient of thermal expansion by being implemented with boron oxide.
상기 제어성분은,
오산화인으로 구현됨으로써 굴절률 및 열팽창계수 모두를 증가시키는 것을 특징으로 하는 유리 광섬유 프리폼.In Article 7,
The above control components are,
A glass optical fiber preform characterized by increasing both the refractive index and the coefficient of thermal expansion by being implemented with phosphorus pentoxide.
상기 제어성분은,
플루오린으로 구현됨으로써 굴절률 및 열팽창계수 모두를 감소시키는 것을 특징으로 하는 유리 광섬유 프리폼.
In Article 7,
The above control components are,
A glass optical fiber preform characterized by having both a reduced refractive index and a reduced coefficient of thermal expansion by being implemented with fluorine.
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