KR930011821B1 - 광유리 섬유 접속방법 및 접속된 광유리 섬유 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

광유리 섬유 접속방법 및 접속된 광유리 섬유

[도면의 간단한 설명]

제1도는 외부에 완충피복물을 갖는 광섬유의 투시도.

제2도는 광섬유를 절단하는 장치의 개략도.

제3도는 맞대기 접속을 위한 두개의 광섬유를 광학적으로 정렬시키는 장치의 개략도.

제4도는 접속부 및 광섬유에 관련하여 레이저빔의 가열패턴을 개략적으로 도시한 것.

제5도는 접속된 광섬유에 폴리머 완충피복물을 입히는 주형 및 고정구의 절개 사시도이다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 광섬유에 관한 것으로, 특히, 두개의 광섬유를 접속하여 단일의 광섬유를 형성하는 것에 관한 것이다.

광섬유는, 전송되는 광비임이 전반사되도록 처리한 유리섬유 가닥이다. 섬유내로 들어간 입사광은, 광섬유의 길이가 수백 또는 수천 미터에 이를 지라도, 광섬유의 타단에서 대부분 수신된다. 광섬유는 통신분야에서 전도가 상당히 유망한데, 그 이유는, 광섬유를 따라 고밀도의 정보다 이송될 수 있고, 또한 금속선을 따라 전기신호를 이송시키는 것 보다는 신호특성의 여러가지 형태의 외부 간섭에 덜 민감하기 때문이다. 게다가, 유리섬유는 경량이며, 매우 풍부한 물질인 이산화 실리콘으로 제조될 수 있다.

유리섬유는, 광굴절율이 서로 다른 두개의 원통형 유리모재를 준비하되, 굴절율이 다소 낮은 유리의 케이싱내에 다른 유리의 코어가 제공된 모재를 준비하고, 그 다음, 모재를 인발 또는 추출에 의해 섬유로 처리한다. 그 다음, 광섬유에 완충물인 폴리머층을 피복시켜 긁힘 또는 기타 손상으로 부터 유리를 보호한다. 광섬유 및 완충물은 용도 및 제조자에 따라 여러 치수로 만들 수 있다. 치수적인 예로서, 어떤 구성의 경우, 유리 광섬유의 직경은 약 0.005인치이며, 광섬유와 완충물을 합한 구조물의 직경은 약 0.010인치이다.

광섬유를 이용하는 대부분의 경우, 두개의 분리된 광섬유를 접속하여 단일의 광섬유를 만들 수 있어야만 한다. 이같은 광섬유 접속의 필요성은, 전형적으로, 단일의 모재로 제조될 수 있는 것보다 더 긴 광섬유를 사용할 필요가 있을 때, 또는 광섬유가 끊어졌을 때, 또는 증폭기와 같은 장치를 광섬유간에 삽입 배치하고자 할 때 생긴다.

광섬유 접속은, 접속부 근방에서의 광손실이 크게 증가하지 않도록, 그리고, 접속된 광섬유를 소정 장력하에서 보빈에 감거나 보빈으로 부터 풀어내는 일반적인 작업에서의 취급에 견뎌낼 수 있을 정도로 충분히 높은 강도를 상기 접속된 광섬유가 갖도록 해야만 한다. 또한, 혹시 필요하다면, 접속된 광섬유에 완충물층을 원상회복시킬 수 있어야만 한다.

광섬유를 접속하는 각종 기법들이 제안되고 있는데, 일반적으로, 이들 기법은 만족스럽지 못하다. 왜냐하면, 이들 기법에서는, 차후 사용시 접속부 근처의 고장을 초래하는 접속부 영역의 기계적인 취약성이 존재하고 접속작업시 불편한 장비 및 유해한 화학물을 사용하기 때문이다.

따라서, 광섬유를 접속하는 개량된 방법과 그렇게 접속된 광섬유를 제공할 필요가 있다. 개량된 기법에서는, 접속영역의 광손실이 낮고 강도가 높아야 하고, 접속영역에 연속적인 완충피복물이 제공될 수 있어야만 한다. 또한, 그 접속방법에서는, 안전한 방식으로 수 많은 접속이 가능해야만 한다. 본 발명은 이같은 요구를 충족시키며, 이에 관련한 장점을 제공한다.

[발명의 요약]

본 발명에 따르면, 광섬유를 접속하여 단일의 광섬유로 형성하는 방법이 제공된다. 접속된 광섬유에서는, 접속영역에서의 광손실이 크지 않으며, 또한 강도손실도 없다. 이 접속방법에 의하면, 완충물을 가진 또는 갖지 않는 광섬유의 접속이 가능하다. 이같은 해결책은 수 많은 광섬유 쌍의 반자동 접속에 적합하다.

본 발명에 따라 두개의 광유리 섬유를 서로 접속하여 단일의 광유리 섬유를 형성하는 방법은 : 유리 섬유를 절단하여 섬유에 접속면을 형성하되, 접속면의 방향은 두 유리섬유가 일직선상에서 대향하는 관계로 정렬되되 접속면들이 서로 밀접촉하는 상태로 정렬되도록 선택하고 ; 광섬유의 접속면 및 인근 영역을 사전 세척하여 광섬유의 접속면 및 인근 측면에 존재하는 불순물을 제거하되, 혹시 있다면, 사전 세척의 잔류물을 제거하며 ; 절단면을 서로 마주케 하면서 두개의 광섬유를 일직선상에서 서로 대향하는 관계로 정렬하되 섬유를 통해 전송되는 광의 양이 최대로 되게 하는 식으로 정렬하며 ; 두개의 광섬유를 용융시키되, 섬유표면 및 단부의 불순물 및 먼지를 제거하기에 충분한 시간동안 유리의 용융점 보다 낮은 온도로 섬유단부를 예열하는 단계와, 유리의 용융점 보다 높은 온도로 섬유단부들을 가열함과 동시에 섬유단부들을 서로에 대해 압압되게 함으로써 두 섬유가 용융되어 단일의 섬유로 되게 하는 단계와, 잔류응력을 제거하기에 충분한 시간동안 유리의 용융점 보다 낮은 온도에서 접속부 근방의 섬유를 어닐링하는 단계에 의해 용융하며 ; 상기 용융단게후 표면상에 남아있는 실리카 입자 및 기타 오염물이 제거되도록 상기 단일의 섬유를 사후 세척하고, 혹시 있다면, 사후 세척의 잔류물을 제거하는 단계들을 포함한다.

특히, 실제 사용상 대부분의 경우, 접속될 광섬유들은 본래 완충피복물을 갖고 있었으므로, 최종 접속된 광섬유의 접속영역에 완충피복물을 원상회복시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 상술한 본 발명의 방법에는, 용융에 앞서 접속될 절단면들의 양쪽으로 부터 짧은 길이에 걸쳐 완충피복물을 제거하고 용융의 완료후에 접속영역에 완충피복물을 다시 피복하는 단계가 추가된다.

본 발명의 방법은 접속부 근처에 오염물이 포함되거나 보유되지 못하도록 하고, 또한 접속된 이음부분의 강도가 떨어지게 할 수도 있는 접속부의 잔류응력 또는 기타 결함이 없도록 한다. 오염물 및 잔류응력등은 접속부에서의 강도 및 광전송률이 떨어지게 하는 주요인으로 작용하므로, 본 발명은 이러한 저해요인을 최소로 되게 한다.

완충물이 원래 존재하는 경우, 광섬유의 절단에 앞서, 완충물은 바람직하게는 고온황산 또는 메틸렌 클로라이드에 의해 광섬유로 부터 벗겨내며, 이들 작용제로 인한 오염물은 바람직하게는 아세톤에 의해 조심스럽게 제거한다. 절단은, 오염물이 최소로 되고, 접속을 위한 면들이 청결하고 양립성을 갖도록 수행한다. 바람직한 절단 기법에서는, 광섬유들의 원종축 및 원통면에 수직한 절단면이 생기도록 볼록한 형상의 표면상에 광섬유를 배치시킨 상태에서 다이아몬드 칼날을 사용하여 절단한다. 절단면의 용융에 앞서, 광섬유의 절단면 및 인근 원통표면은, 바람직하게는, 고온 황산으로 사전 세척하고, 그 다음 시약 등급의 아세톤으로 헹군다.

섬유의 용융을 위한 가열은 이산화탄소 레이저와 같은 레이저로 바람직하게 수행한다. 섬유들은 일직선상에 대향하는 방식으로 지지시켜 절단면을 통한 광전송이 최대로 되도록 주의깊게 광학적으로 정렬한다. 광섬유의 단부 및 인근 영역들은 용융온도 보다 낮은 온도로 예열하여, 타서 없어질 수도 있는 오염물을 제거함으로써, 섬유가 양호한 접속상태로 되게 하고 열팽창 및 잔류응력이 조정되도록 한다. 가열온도를 높혀 유리를 용융시키면서 작은 힘으로 절단면들을 서로에 대해 압압한다. 통상 10 내지 20초에 걸쳐 절단면을 나타내는 선이 사라질 때 섬유가 접합된다. 접속영역에 대한 가열온도를 낮추어 유리의 온도가 용융 온도 아래로 떨어지게 하고, 접속부 및 이것에 인접한 곳에 있는 유리를 어닐링하여 조기의 기계적인 고장의 주요인으로 되는 잔류응력을 제거한다.

레이저의 사용은 예열, 용융 및 어닐링 동안 광섬유의 가열에 특히 바람직하다. 레이저는, 촛점을 맞추거나 레이저의 촛점을 이탈시켜 비임의 크기 및 에너지의 강도를 변화시킴으로써 접속부 근처에 가해지는 열의 변화가 쉽게 제어되게 하는 열원을 제공한다. 예로서, 레이저는, 환원분위기를 제공하는 수소 프레임과는 대조적으로 특정분위기를 필요하지 않는 방식으로 열을 제공한다. 분위기의 변화는 접합되는 유리 섬유의 구조 또는 조성을 변화시켜, 광학적 성능이 변화되고 유해한 오염물이 생기게 할 수도 있다. 레이저에 의한 가열은, 두 섬유가 서로 용융되는 용융구역에 해당하는 비임의 중앙에 있는 작은 구역에서 유리가열온도가 가장 높고, 용융지점으로 부터 멀어지는 방향으로 유리가열온도가 점차 낮아지는 대략 가우스 형태로 경사를 이루는 소망의 횡방향 프로필을 갖는다. 작은 가열구역은, 코어와 케이싱 간의 경계면이 구겨지고 뒤틀리게 될 가능성을 최소화하므로 복합광유리 섬유의 접합에 있어 바람직하다. 레이저와, 가열 및 용융중에 섬유를 지지하는 가동고정구도 최적한 결과가 나타나도록 만들어질 수 있는 매 접속마다 재현가능한 시퀸스를 제공하는 프로그램형 마이크로 프로세서에 의해 쉽게 제어된다.

용융완료후, 접속된 섬유는 다시 사후 세척 작업으로, 바람직하게는, 유리 섬유를 하이드로플루오르산속에 담궈 조심스럽게 세척하여, 용융 작업으로 생긴 접속된 광섬유 표면의 실리카 또는 불순물이 제거되게 한다. 이들 결함원이 제거되지 않으면, 조기의 기계적 고장 가능성이 증가된다. 접속부영역에 완충피복물을 피복시키는 것이 바람직한 경우에는, 접속된 영역 둘레에 유동성 폴리머를 도포하고 자외선광으로 굳히는 것이 바람직하다.

수많은 광섬유 쌍들은 본 발명의 방법에 따라 접속되며, 접속된 광학적 특성 및 기계적특성은 우수한 결과를 나타낸다. 따라서, 본 발명은 본 기술분야를 상당히 진보시켜, 양호한 강도 및 광학 특성을 나타내는 제어 가능한 방식으로 광섬유가 접속될 수 있게 한다. 본 발명의 기타 특징 및 장점은 본 발명의 원리를 일예로서 보이는 첨부 도면을 참조한 바람직한 실시태양에 대한 다음의 상세한 설명으로 부터 자명할 것이다.

[발명의 상세한 설명]

제1도는 대략 원통형의 전형적인 광섬유(10)를 도시한 것으로, 이 광섬유는 선택된 굴절률을 가진 유리의 코어(12)와 상기 굴절률보다 조금 작은 굴절률을 가진 유리의 케이싱(14)을 갖는다. 코어(12) 및 케이싱(14)에 사용되는 유리는 약간 서로 다른 조성을 가지며, 대부분 이산화 실리콘계 유리이다. 광섬유(10)는 UV 경화성 아크릴레이트와 같은 폴리머 물질의 완충피복물로 에워싸진다. 일예로서 제시하나 이것에 국한하고자 하는 것은 아닌 전형적인 광섬유에 있어서, 광섬우(10)의 원통직경(즉, 케이싱(14)의 외경)은 약 0.005인치이며, 완충피복물의 원통직경은 약 0.010인치이다. 본 발명의 바람직한 실시태양은 두개의 광섬유(10)를 단부 대 단부 식으로 접속하는 것을 취급하는 것으로, 광섬유 및 완충피복물의 구성 물질 또는 특정 구조를 취급하는 것이 아니며 이것에 국한하는 것이 아니다.

완충피복물이 입혀져 있는 경우, 우선적으로 그것을 제거한다. 본 예에서, 완충물질은 자외선광으로 경화될 수 있는 아크릴레이트이다. 이같은 완충물질을 제거하는 바람직한 방법에서는, 광섬유를 약 1-2인치 직경의 고리로 만들되, 완충피복물을 제거할 부분은 광섬유들의 교차점과 반대쪽에 있게 한다. 섬유를 그의 기존 단부 부근에서 접속시키려 하는 경우에는, 고리가 상기 단부로 부터 약 12인치 떨어져 있게 하는 것이 바람직하다. 고리의 형성후, 약 5분동안 대기온도의 액체 메틸렌 클로라이드속에 고리를 절반정도 집어넣어, 잠겨진 완충피복물 부분이 용해되어 벗겨지도록 한다. 덜 바람직하지만 다른 방법에서는, 전형적으로 약 100℃인 비등점 보다 낮은 온도에 있는 농축된 황산속에 고리를 집어넣는다. 그러나, 메틸렌 클로라이드는, 광섬유의 표면에 보다 적게 남는 경향이 있으므로, 바람직하다. 약 1인치 정도 길이의 완충피복물을 용해시켜 제거한 후, 완충피복물이 제거된 부분을 약 1-3초동안 대기온도의 순수 아세톤속에 담궈, 스트립공정의 어떤 불순물 또는 비휘발성 생성물을 제거시킨다.

이같은 스트립 공정은 이미 사용되고 있는 기계적인 스트립 공정과는 대조적이다. 광섬유(10)의 유리가 접속부에 인접 위치하는 손, 옷, 그릿(grit), 기계 기구, 또는 기타 공구등에 결코 접촉되는 일이 없게 된다는 것은 중요한다. 만일, 그같은 접촉이 있게 되면, 광섬유가 긁히게 되어 강도가 떨어지게 된다. 따라서, 스트립 단계 및 기타 단게에 있어서, 이음과정의 유리응용을 제외하고는 광섬유의 유리가 긁히지 않게 주의해야 한다. 접속부로 부터 멀리 떨어져 있는 완충피복물은, 광섬유의 보유지지를 위해, 비교적 넓은 영역에 걸쳐 힘을 분포시키는 공구로 부드럽지만 견고하게 파지될 수도 있다.

접속부 영역의 완충피복물을 제거한 후, 광섬유(10)를 절단하여 접속작업을 위한 새로이 정밀 규정된 단부를 제공한다. 기존 광섬유 단부는, 화학적으로 오염되어 있을 수도 있고 거의 필요형상을 갖지 못하므로 사용하지 않는 것이 바람직하다. 기존 광섬유 단부는 광섬유가 끊어진 곳이나 광섬유 타래의 단부에서 볼 수 있을 것이다.

광섬유에 금을 그어 장력에 의해서 광섬유를 절단하는 절단장치를 제2도에 개략적으로 도시한다. 광섬유(10)의 유리를 긁지 않을 연한 보호물로 덮혀진 볼록한 형상의 절단면(20)상에 완충피복물이 제거된 광섬유(10)부분을 위치시킨다. 보호물로서는 테프론 테이프가 바람직한데, 그 이유는 그릿이 피복물에 들어붙는 경우 교체가 용이하기 때문이다. (절단작업후, 광섬유(10)의 일부분(22)은 버리고, 잔여부분(24)은 다른 광섬유와의 접속에 사용하기 위해 보존한다.)

보존부분(24)의 용해되지 않은 완충피복물(16)로 부터 절단위치(26)에 이르는 부분의 길이가 약 0.1 내지 약 0.15인치 정도로 되도록 광섬유(10)의 위치를 설정한다. 광섬유(10)는, 절단면(20) 양쪽의 광섬유 고정장치(27)에 의해 상기 위치에 고정된다. 상기 고정장치의 각각은 광섬유에 악영향을 끼치지 않는 분포력으로 완충피복물을 부드럽게 파지한다. 예리한 다이아몬드 절단날(28)을 하방으로 이동시켜 절단위치(26)에서 광섬유(10)와 접촉케 한다. 그 다음, 상기 하향 이동을 계속하여 광섬유를 절단위치에서 정밀하게 절단한다.

절단된 광섬유 절단면(30)이 광섬유(10)의 축에 수직한 사각형 단부를 갖게 광섬유를 절단하는 것이 바람직하다. 접합될 다른 섬유의 단부도 사각형 단부로 절단된다면, 이들 두 섬유는, 그들의 두 사각형 단부가 서로 바로 이웃하고 서로 마주하는 상태로 맞대기 이음의 용융을 위해 그들의 위치가 쉽게 설정될 수 있다. 그러나, 두단부가 서로 정합될 수 있는 동일한 각도로 절단될 수 있다면 소정 각으로 절단하는 방법도 사용될 수 있다. 이때, 두 섬유간에 형성되는 이음은 부분적인 맞댐, 부분적인 전단이음으로 된다. 사각형단부의 맞대기 이음 형태가 바람직한데, 그 이유는 취급의 간편성 및 균일성 때문에 그러하고, 또한, 각 이음의 균일한 가열은 보다 어렵기 때문이다.

지금까지는, 접속될 섬유들 중의 하나를 준비하는 것에 관해 상세히 설명했으나, 접속될 다른 섬유도 동일한 방식으로 준비한다.

제3도 및 제4도에 도시한 바와같이, 접속될 두개의 광섬유(10)는 광섬유절단면(30)들이 서로 마주하는 식으로 지지시킨다. 두개의 광섬유는 자기적인 광섬유홀더(40)로 바람직하게 지지한다. 상기 홀더는 섬유 또는 완충피복물이 손상을 받지 않도록 분포력으로 광섬유의 완충피복물을 파지한다. 접합을 위해서는 홀더(40)로부터 광섬유를 약 0.5인치 정도 돌출시키는 것이 바람직하다.

광섬유(10)의 단부는 이음 단계 및 잔여 단계동안 확대텔레비젼 시스템(도시안함)으로 관찰하는 것이 바람직하다. 텔레비젼 시스템을 사용하면, 광섬유의 단부가 그로부터 튀어나온 조각이나 기타 결함을 갖지 않으면서 사각형으로 절단되는것을 검사하여 확인할 수 있다. 만일, 절단된 단부간 어떤 결함을 갖는다면, 그 결함은 광섬유의 용융에 방해 요인으로 된다. 이 경우, 결함을 가진 광섬유를 전술한 단계로 재처리하여 다른 완충피복물 부분을 제거하고, 광섬유를 세정하고 절단하여 새로운 절단면을 제공해야만 한다.

접속될 두 섬유는 서로 일직선상에 놓이도록 홀더(40)에 의해 정렬해야 한다. 즉, 절단면(30)은 한 섬유로 부터 다른 광섬유로 광이 통과할 때 광손실이 최소로 되도록 정렬시켜야 한다. 초기에는 확대텔레비젼 시스템을 이용하여 육안으로 대략 정렬시킬 수도 있다. 그 다음, 미세한 정렬은 제3도에 도시한 형태의 국부광주입(LL1)시스템을 사용하여 행한다. 접속될 광섬유들 중의 하나는 LL1 원(42)을 통하게 하고, 다른 하나는 LL1 센서(44)를 통하게 한다. 광섬유를 비교적 작은 곡률반경으로 만곡시킬 때 행하는 바와같이, 적은 양의 광을 LL1 원(42)을 통하여 광섬유로 보낸다. 정렬 영역을 통해 다른 광섬유로 전송된 광은 LL1 센서(44)에 의해 상기 다른 섬유로 부터 추출한다. 그 다음, 광섬유들의 정렬위치에서, LL1 센서(44)가 수신하는 광이 최대로 되도록 두 광섬유 절단면(30)을 이동시킨다.

두 광섬유가 최적하게 정렬되었을 때, 홀더(40)를 적소에 고정시키고, 광섬유 절단면(30)을, 제4도에 도시한 바와같이, 용융시킨다. 촛점이 조정된 고강도 레이저(50)로 부터의 광 비임(52)을 정렬된 광섬유 절단면(30)이 위치하는 영역 및 부근에 조사한다. 이 바람직한 실시태양에 관련하여 설명한 특정 광섬유 물질의 경우, 바람직한 레이저로는 약 5왓트의 최대 출력을 갖는 펄스모드로 동작하는 이산화 탄소레이저를 들 수 있다. 레이저비임(52)의 직경은 후술하겠으나, 일반적으로는, 약 0.05인치정도이다.

레이저비임(52)의 스폿크기는 집속광학시스템(53)에 의해 조절할 수 있다. 제4도의 넓은 프로필(A)로 도시한 바와같이, 비임(52)의 부분적으로 촛점이탈되도록, 우선, 광학시스템(53)을 조정한다. 이때 비임의 세기는, 약 1-2초동안 유리용융온도 보다 낮은 온도, 바람직하게는 약 600℃-800℃의 온도로 광섬유의 단부를 가열할 수 있을 정도면 족하다. 이같은 광섬유의 예비 가열에 의해, 절단면(30) 또는 광섬유(10)의 인접 원통면(54)에서 볼 수도 있는 휘발성 유기물, 가스 및 불순물이 타서 없어지게 된다.

그 다음, 집속 광학시스템(53)을 조정하여, 제4도의 좁은 프로필(B)로 도시한 바와같이, 레이저비임(52)이 보다 작은 스폿을 형성한다. 이렇게 함으로써, 보다 고강도의 비임은, 약 5-10초 동안 용융상태로 유리를 용융시키는데 충분한 온도, 예로서, 약 1500℃ 정도로 절단면(30) 및 인접 부위를 가열하게 된다. 동시에, 절단면(30)에 매우 작은 압력이 가해지도록 홀더(40)들 중의 하나 또는 둘모두를 작동시킨다. 접합과정은 용융 지점에서 최초 관측되는 검은선의 사라짐으로 판단한다. 검은 선을 더이상 볼 수 없을 때 용융을 완료한다.

그 다음, 다시 레이저비임(52)이, 제4도의 프로필(A)와 대략 유사한 넓은 스폿을 형성하도록 한다. 이제 용융에 의해 단일화된 광섬유를 용융점 이하로 냉각시킨다. 이같은 온도를 최대 약 20초 동안 유지시켜, 용융지점 근방의 광섬유에 열적으로 유기된 응력을 어닐링하여 제거한다.

그런 다음, 레이저의 작동을 중단시켜, 접속된 광섬유가 대기온도로 냉각될 수 있게 한다. 접속된 부위를 육안으로 검사한다. 접속이 적절히 수행되었을 경우에는 접속 흔적이 안보이게 한다.

전술한 바와같이, 예열, 용융 및 어닐링 처리를 위한 가열원으로서는 레이저가 바람직하다. 레이저비임(52)은 제4도에 프로필(A) 및 (B)로 도시한 바와같이, 일반적으로, 가우스 형상의 에너지 프로필을 갖는다. 스폿크기, 또는 비임프로필은 용융점 위아래의 온도가열을 위해 비임을 조정하는 제어형 광학시스템으로 쉽게 변경시킬 수 있다. 유리는 열전도가 낮기 때문에, 광섬유(10)의 유리에서도 동일한 온도 프로필이 얻어진다. 즉, 용융지점(56) 및 그의 바로 인근에서는 광섬유가 높은 온도로 가열되며, 용융지점으로 부터 어느 정도 떨어진 곳에서는 광섬유가 거의 가열되지 않는다. 용융지점으로 부터 0.5인치 미만 떨어진 속의 벗겨지지 않은 완충피복물 부분은 가열의 영향을 받지 않는다. 레이저의 작은 비임크기 및 좁은 가열 영역 덕분에, 완충피복물은 짧은 길이에 걸쳐 벗겨질 수 있고, 보호되지 않는 광섬유부분이 최소로 되고 광섬유가 긁히게 될 가능성이 최소로 될 수 있다. 또한, 열이 분포됨으로써, 코어/크래딩 경계부가 구겨지고 뒤틀리거나 가열에 의해 악영향을 받을 수도 있는 정도가 최소로 된다. 중요한 것은 접속으로 인해 생기는 광손실이 최소로 된다는 것이다. 마지막으로, 이같은 가열패턴은 용융완료시 광섬유(10)의 유리를 어닐링하는데 유효하다.

레이저는, 또한, 깨끗하고 유독가스체를 사용할 필요가 없으며 광섬유의 표면에 오염물을 남기지 않는다는 점에서 중요한 잇점을 갖는다. 이와는 대조적으로, 산소가 불충분한 환경속에 있는 프레임을 열원으로 사용하면 탄소입자들이 표면상에 들러붙을 수도 있다. 이러한 오염물은 광섬유를 접속하는 종전의 해결책에 있어 광섬유의 광학적 또는 기계적인 질적 저하를 초래하는 주요인으로 생각된다.

환원성 프레임 또는 아크 용접기와 같은 다른 열원도 사용할 수 있지만, 이들은 가열패턴의 정밀성이 낮으므로, 통상, 광섬유로 부터 보다 긴 길이에 걸쳐 완충피복물이 제거된다.

용융에 의해 단일화시킨 광섬유를 형성한 후에는, 노출된 유리섬유표면을 세정하여, 가열 및 용융작업으로 인해 생기는 실리카입자 및 기타 오염물을 제거한다. 세정을 위해서는 노출된 섬유표면을 48% 농도의 하이드로플루오르 산 용액속에 약 1-2초 동안 담군후, 바로 아세톤으로 헹구어 광섬유 표면으로 부터 오염물 및 산을 제거하는 것이 바람직하다. 광섬유를 하이드로플루오르산속에 너무 오랜 시간동안 담궈 놓으면, 광섬유 표면이 바람직하지 못하게 에칭될 수도 있다.

그 다음, 접속된 섬유를 완충피복물(16)로 다시 피복하되, 피복물을 벗겨낸 영역에 걸쳐 피복하여, 접속부 영역이 긁힘으로 부터 완전히 보호될 수 있도록 한다. 광섬유(10) 둘레에 유동성 폴리머를 주조하는데 적합한 주형(70) 및 고정구(72)를 제5도에 도시한다. 주형(70)은 투명한 플렉시 글라스로 제조되며 두개의 반부로 분할된다. 정합 반원형 리세스(74)는 두반부의 정합면을 횡단하게 제공한다. 주형의 반부들을 서로 조립하였을 때, 리세스(74)의 원통직경은 완충피복물(16)의 원통직경과 같다. 원통축에 따른 리세스(74)의 길이는 피복될 광섬유의 노출부분의 길이보다 적어도 수배 더 길므로 주조가 확실하게 된다. 바람직한 실시태양에 있어서, 리세스는 약 3인치의 길이를 가지며, 노출부분은 약 1인치 미만으로, 통상적으로, 약 3/4인치의 길이를 갖는다. 주형은, 세공중에 함께 보유지지되는 플렉시글라스의 두블럭 간에 크롬선을 배치하여 제작한다. 니크롬선은 피복될 광섬유의 완충피복물보다 약 5% 정도 더 큰 직경을 갖는다. 니크롬선을 통해 충분한 전류를 흘려서 니크롬선 둘레의 플렉시글라스를 가열하여 연하게 함으로써, 플렉시글라스가 니크롬선 둘레에 가압되게 한다. 그 다음, 전류 흐름을 중단시키고 주형의 두 반부를 분리시켜, 제각기의 반부에 적당한 리세스(74)가 남게한다.

완충피복물을 재피복하기 위해서는, 폴리테트라플루오로 에틸렌(테프론)과 같은 형태의 층을 정합면들에 분무한다. 피복될 광섬유를 리세스(74) 내에 배치하여, 피복되지 않은 영역이 리세스의 중간 부근에 놓이게 한다. 리세스(74)의 비충진 부분은 유동성의 자외선(UV) 경화성을 갖는 폴리머로 채운다. 이 폴리머는 중합화에 의해 완충피복물로 되는 것으로, 본 예에서는, UV 경화성 아크릴레이트이다. 이 폴리머는 플레시 글라스 주형의 투명한 벽을 통해 그 폴리머에 적당한 파장의 자외선 광을 아직 경화되지 않은 폴리머에 조사하면 경화된다. 용융지점(56)으로 부터 멀리 떨어진 곳의 폴리머부분을 먼저 경화시킨후, 주형(70) 둘레에서 용융지점쪽으로 광원을 이동시켜 경화작업을 계속하는 것이 바람직하다. 바람직한 자외선 광원으로서는 약 35mm 파장에서 강한 UV 출력을 갖는 수은 램프를 들 수 있다. 경화작업은 약 10초간에 걸쳐 수행한다.

접속된 광섬유를 주형(70)으로 부터 제거하여, 새로이 경화된 완층피복물부분의 결함을 검사한다. 적절히 형성된 피복물(16)의 경우, 새로이 부가한 부분과 광섬유에 제공된 기존 부분은, 미세한 색깔차이를 제외하고는 실제적으로 구별되지 않을 것이다.

본 발명을 사용하여 수백개의 광섬유 접속부를 만들었다. 코닝(Corning)사의 단일 모드 섬유를 사용하여 70개의 접속부를 형성한 표본 그룹에 있어서, 평균접속강도는 약 450,000psi였다. 접속부들중 약 삼분의 일은 500,000psi를 초과하는 강도를 나타내었다. 광섬유 접속부는, 또한, 우수한 광전송 능력을 나타내었다.

따라서, 본 발명에 의해 광섬유 접속방법 및 그 방법에 따라 접속된 광섬유가 제공되는데, 이들은 종래 기술의 방법에서 이용될 수 있는 것들 보다 우수한 특성을 나타낸다. 본 발명을 예시 목적상 특정실시태양에 대해 설명하였으나, 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않고서도 각종 변형이 가능할 것이다. 따라서, 청구범위를 제외하고는 본 발명이 제한되지 않는다.

Claims (15)

1. 두개의 광유리섬유를 접속하여 단일의 접속된 광유리섬유를 형성하기 위하여, 상기 광유리섬유들의 각각을 절단하여 상기 광유리섬유의 각각에 접속면을 형성하기 위한 절단 단계로서, 상기 접속면들의 방향은 상기 두개의 광유리섬유가 일직선 상에서 대향하는 관계로 정렬되되 상기 접속면들이 밀접촉하는 상태로 정렬되도록 선택된, 상기 절단단계와 ; 상기 광유리섬유의 상기 접속면 및 인접영역을 사전세척하여 상기 접속면 및 인접측면에 존재하는 불순물을 제거하되, 혹시 있다면, 상기 사전세척의 잔류물을 제거하는 사전 세척단계와 ; 상기 접속면들을 서로 마주케하면서, 상기 두개의 광유리섬유를 일직선상에서 대향하는 관계로 정렬하되 광원수단으로 부터의 광을 상기 두 광유리섬유 중의 하나에 구입하고 상기 두 광유리섬유의 접속면들을 통과시켜 상기 두 광유리섬유중의 나머지 하나에서 상기 광을 감지수단에 의해 감지했을 때 상기 광유리섬유들을 통해 전송되는 광이 최대로 되게 하는 식으로 정렬하는 정렬단계와 ; 상기 두개의 광유리섬유를 레이저를 사용해서 용융하는 용융단계로서, 상기 광유리섬유의 표면 및 단부에 존재하는 불순물 및 먼지를 제거하기에 충분한 시간동안 상기 유리의 용융온도 보다 낮은 온도로 상기 광유리섬유의 단부를 예열하는 예열 단계와, 상기 유리 용융온도 보다 높은 온도로 상기 광유리섬유 단부를 가열함과 동시에 상기 광유리섬유의 단부를 서로에 대해 압압시켜 상기 두개의 광유리섬유를 녹여 상기 단일의 접속된 광유리섬유로 되게 하는 가열 단계와, 잔류 응력을 제거하기에 충분한 시간동안 상기 유리용융온도 보다 낮은 온도에서 접속부에 인접한 상기 단일의 접속된 광유리섬유를 어닐링하는 어닐링 단계를 포함하고, 상기 예열단계, 가열단계 및 어닐링단계는 상기 레이저의 초점을 변화시켜 수행하는 상기 용융단계와 ; 상기 용융단계후 상기 표면에 남아있는 실리카 입자 및 기타 오염물이 제거되도록 상기 단일의 접속된 광유리섬유를 사후세척하되, 혹시 있다면, 상기 사후세척의 잔류물을 제거하는 사후세척단계를 포함하는 광유리섬유 접속방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 광유리섬유는 다이아몬드 칼날을 가진 절단기로 절단되는 광유리섬유 접속방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 광유리섬유의 단부는 상기 접속면들이 상기 광유리섬유와 길이 방향에 수직하도록 절단되는 광유리섬유 접속방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 사전세척단계는 상기 광유리섬유를 황산에 담구고 아세톤으로 잔류물을 제거함으로써 수행되는 광유리섬유 접속방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 용융단계에서 상기 광유리섬유는 레이저에 의해 가열되는 광유리섬유 접속방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 사후세척 단계는 상기 단일의 접속된 광유리섬유를 하이드로플루오르산 속에 담구고 아세톤으로 잔류물을 제거함으로써 수행되는 광유리섬유 접속방법.
7. 제1항에 있어서, 서로 접속될 상기 광유리섬유들중의 적어도 하나는 처음에 폴리머 완충피복물에 의해 덮혀지며, 상기 완충피복물은 상기 절단 단계전에 상기 접속부의 인근영역에서 제거되는 광유리섬유 접속방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 완충피복물의 층은 : 고온 황산 및 메틸렌 클로라이드로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 스트리핑제에 상기 완충피복물을 담구는 단계와 ; 잔류물을 아세톤으로 제거하는 단계에 의해서 제거되는 광유리섬유 접속방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 사후세척 단계후, 상기 단일의 접속된 광유리섬유에 폴리머 완충피복물을 피복하는 부가적인 단계를 포함하는 광유리섬유 접속방법.
10. 폴리머 완충피복물로 피복된 두개의 광유리섬유를 접속하여 완충피복물이 피복된 단일의 접속된 광유리섬유를 형성하기 위하여, 접속될 위치에 인접하는 영역에서 상기 광유리섬유의 각각으로 부터 상기 폴리머 완충피복물을 제거하는 제거 단계와 ; 상기 광유리섬유들의 각각을 절단하여, 상기 광유리섬유와 길이방향에 수직하는 접속면을 상기 광유리섬유의 각각에 형성하는 절단단계와 ; 상기 광유리섬유의 상기 접속면 및 인접영역을 사전세척하여 상기 접속면 및 인접측면에 존재하는 불순물을 제거하되, 혹시 있다면, 상기 사전세척의 잔류물을 제거하는 사전세척단계와 ; 상기 접속면들을 서로 마주케 하면서, 상기 두개의 광유리섬유를 일직선상에서 대향하는 관계로 정렬하되 광원수단으로 부터의 광을 상기 두 광유리섬유 중의 하나에 주입하고 상기 두 광유리섬유의 접속면들을 통과시켜 상기 두 광유리섬유 중의 나머지 하나에서 상기 광을 감지수단에 의해 감지했을 때 상기 광유리섬유들을 통해 전송되는 광이 최대로 되게 하는 식으로 정렬하는 정렬단계와 ; 상기 두개의 광유리섬유를 레이저를 사용해서 용융하는 용융단계로서, 상기 광유리섬유의 표면 및 단부에 존재하는 불순물 및 먼지를 제거하기에 충분한 시간동안 상기 유리의 용융온도 보다 낮은 온도로 상기 광유리섬유의 단부를 예열하는 예열 단계와, 상기 유리용융온도 보다 높은 온도로 상기 광유리섬유 단부를 가열함과 동시에 상기 광유리섬유의 단부를 서로에 대해 압압시켜 상기 두개의 광유리섬유를 녹여 상기 단일의 접속된 광유리섬유로 되게 하는 가열단계와, 잔류 응력을 제거하기에 충분한 시간동안 상기 유리용융온도 보다 낮은 온도에서 접속부에 인접한 상기 단일의 접속된 광유리섬유를 어닐링하는 어닐링 단계를 포함하고, 상기 예열단계, 가열단계 및 어닐링 단계는 상기 레이저의 초점을 변화시켜 수행하는 상기 용융단계와 ; 상기 용융단계후 상기 표면에 남아있는 실리카 입자 및 기타 오염물이 제거되도록 상기 단일의 접속된 광유리섬유를 사후세척하되, 혹시 있다면, 상기 사후세척의 잔류물을 제거하는 사후세척단계와 ; 상기 단일의 접속된 광유리섬유를 폴리머 완충피복물로 피복하는 단계를 포함하는 광유리섬유 접속방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 광유리섬유는 다이아몬드 칼날을 가진 절단기로 절단되는 광유리섬유 접속방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 사전세척단계는 상기 광유리섬유를 황산에 담구고 아세톤으로 잔류물을 제거함으로써 수행되는 광유리섬유 접속방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 사후세척 단계는 상기 단일의 접속된 광유리섬유를 하이드로플루오르산 속에 담그고 아세톤으로 잔류물을 제거함으로써 수행되는 광유리섬유 접속방법.
14. 제10항의 방법에 의해 제조한, 완충피복물을 그 위에 갖는 접속된 광유리섬유.
15. 폴리모 완충피복물로 피복된 갖는 두개의 광유리섬유를 접속하여 폴리머 완충물로 피복된 단일의 접속된 광유리섬유를 형성하기 위하여, 고온 황산 및 메틸렌 클로라이드로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 스트리핑제속에 완충피복물을 담구고 잔류물을 아세톤으로 제거하는 것에 의해서, 접속될 위치로 부터 양쪽으로 약 1인치 미만의 길이에 걸쳐 상기 광유리섬유의 각각으로 부터 상기 완충피복물로 제거하는 제거 단계와 ; 상기 광유리섬유의 각각을 다이아몬드 절단기로 절단하여 상기 광유리섬유의 길이방향에 수직하는 접속면을 상기 광유리섬유의 각각에 형성하는 절단단계와 ; 상기 광유리섬유의 상기 접속면 및 인접영역을 황산으로 사전세척하여 상기 접속면 및 인접측면에 존재하는 불순물을 제거하되, 혹시 있다면, 상기 사전세척의 잔류물을 아세톤으로 제거하는 사전세척단계와 ; 상기 접속면들을 서로 마주케 하면서, 상기 두개의 광유리섬유를 일직선상에서 대향하는 관계로 정렬하되 상기 광유리섬유들을 통해 전송되는 광이 최대로 되게 하는 식으로 정렬하는 정렬단계와 ; 상기 두개의 광유리섬유를 대략 가우스 횡단 비임에너지 프로필을 가진 레이저로 가열하여 용융하는 용융단계로서, 상기 광유리섬유의 표면 및 단부에 존재하는 불순물 및 먼지를 제거하기에 충분한 시간동안 상기 유리의 용융온도 보다 낮은 온도로 상기 광유리섬유의 단부를 예열하는 예열 단계와, 상기 유리용융온도 보다 높은 온도로 상기 광유리섬유 단부를 가열함과 동시에 상기 광유리섬유의 단부를 서로에 대해 압압시켜 상기 두개의 광유리섬유를 녹여 단일의 접속된 광유리섬유로 되게 하는 가열단계와, 잔류 응력을 제거하기에 충분한 시간동안 상기 유리용융온도 보다 낮은 온도에서 접속부에 인접한 상기 단일의 접속된 광유리섬유를 어닐링하는 어닐링 단계를 포함하는 상기 용융단계와 ; 상기 용융단계후 상기 표면에 남아있는 실리카 입자 및 기타 오염물이 제거되도록 하이드로플루오르산을 이용하여 상기 단일의 접속된 광유리섬유를 사후세척하되, 혹시 있다면, 상기 사후세척의 잔류물을 아세톤으로 제거하는 사후세척단계와 ; 상기 단일의 접속된 광유리섬유를 자외선(UV) 경화성 완충피복물로 피복하는 단계를 포함하는 광유리섬유 접속방법.