KR100450928B1 - 수정된 화학기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
원료 가스가 유입되는 제1 단부와 상기 원료 가스가 배출되는 제2 단부를 가지는 실린더형 증착용 튜브를 구비한 수정된 화학 기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치는, 상기 증착용 튜브의 외주면을 가열하며, 상기 증착용 튜브의 내부에 제1 고온 영역을 형성하는 제1 열원과; 상기 증착용 튜브의 길이 방향을 따라 상기 제1 열원과 300㎜ 이상 이격되어 설치되고, 상기 증착용 튜브의 외주면을 가열하며, 상기 증착용 튜브의 내부에 제2 고온 영역을 형성하는 제2 열원과; 가이드에 장착된 상기 제1 및 제2 열원을 이격한 채로 이동시키는 열원 이동부를 포함한다.
Description
본 발명의 광섬유 모재의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 수정된화학기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
광섬유 모재의 제조 방법으로는 MCVD 방법, VAD(Vapour phase Axial Deposition) 방법, OVD(Outside vapour phase Deposition) 방법 등이 있으며, 본 발명은 이들 방법 중에서 수정된 화학기상 증착법을 이용한 광섬유용 모재 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 수정된 화학기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치를 나타내는 구성도이다. 상기 장치는 원료 가스 공급부(120)와, 선반(150)과, 산소/수소 버너(160)로 구성된다.
상기 원료 가스 공급부(120)는 산소와 다수의 첨가 물질을 조합하여 상기 증착용 튜브의 내부에 산소와 SiCl4, GeCl4, POCl3등의 원료가스를 공급한다.
상기 선반(150)은 한 쌍의 척(chuck, 132 및 136)과 가이드(guide, 140)를 구비하며, 상기 한 쌍의 척(132)에는 증착용 튜브(110)의 양단이 회전 가능하게 고정되고, 상기 가이드(140)에는 상기 산소/수소 버너(160)가 이동 가능하게 탑재된다. 상기 산소/수소 버너(160)는 수소 및 산소를 공급받으며, 상기 증착용 튜브(110)의 외주면을 가열하면서 상기 가이드(140)를 따라 소정 속도로 이동한다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 제조 장치를 이용한 광섬유 모재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에는 증착용 튜브(110)과 상기 증착용 튜브(110)의 외주면을 가열하는 산소/수소 버너(160)가 도시되어 있다. 상기 증착용 튜브(110)는 소정 속도로 회전하며, 상기 산소/수소 버너(160)에 의해 가열됨에 따라서 상기 증착용 튜브(110)의 내부에는 고온 영역이 형성된다.
상기 고온 영역을 지나는 원료 가스는 반응물(170)을 생성하게 되며, 이 때의 반응식은 예로 들어, SiCl4 + O2 →SiO2 + 2Cl2, GeCl4 + O2 →GeO2 + 2Cl2와 같다. 상기 반응물(170)은 열영동 메카니즘(thermophoretic mechanism)에 의해 상대적으로 온도가 낮은 상기 증착용 튜브(110)의 내벽쪽으로 이동함에 따라서 상기 증착용 튜브(110)의 내벽에 증착된다. 도 2에는 이러한 증착 과정에 따라 형성되는 제1 증착 영역이 도시되어 있다.
그러나, 도시된 바와 같이 상기 증착용 튜브(110)의 내벽에 증착되지 못한 반응물(170)은 상기 증착용 튜브(110)의 내부에 형성된 기류에 의해 계속 이동하게 되며, 이러한 이동 과정에서 입자 충돌에 의한 반응물(170)의 성장이 발생하게 된다. 즉, 반응물(170)의 입자 크기 및 질량이 증가하게 되는 것이다. 성장된 반응물(170)이 상기 증착용 튜브(110)의 내벽쪽으로 이동함에 따라서 상기 증착용 튜브(110)의 내벽에 증착된다. 도 2에는 이러한 증착 과정에 따라 형성되는 제2 증착 영역이 도시되어 있다.
도 3에는 상술한 제조 방법에 따른 결과물이 도시되어 있다. 즉, 상기 증착용 튜브(110)의 내벽에 증착된 층(180)은 정상 증착 영역과 비정상 증착 영역으로 구분된다. 상기 정상 증착 영역의 층(180)은 입자 크기 및 조성비가 균일한 반면에, 상기 비정상 증착 영역의 층(180)은 입자 크기 및 조성비가 불균일하다. 또한, 상기 증착된 층(180)의 기하구조 또한 불균일함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 수정된 화학기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의제조 장치 및 방법은 제1 및 제2 증착 과정이 동시에 진행됨에 따라서, 제조된 광섬유 모재의 물성이 전체 길이에 대하여 불균일하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 반응물의 제2 증착을 억제함으로써 광섬유 모재의 물성 균일성을 확보하며, 증착용 튜브 내벽에 증착된 층의 기하구조를 안정화시킬 수 있는 수정된 화학기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라 원료 가스가 유입되는 제1 단부와 상기 원료 가스가 배출되는 제2 단부를 가지는 실린더형 증착용 튜브를 구비한 수정된 화학 기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치는,
상기 증착용 튜브의 외주면을 가열하며, 상기 증착용 튜브의 내부에 제1 고온 영역을 형성하는 제1 열원과;
상기 증착용 튜브의 길이 방향을 따라 상기 제1 열원과 300㎜ 이상 이격되어 설치되고, 상기 증착용 튜브의 외주면을 가열하며, 상기 증착용 튜브의 내부에 제2 고온 영역을 형성하는 제2 열원과;
가이드에 장착된 상기 제1 및 제2 열원을 이격한 채로 이동시키는 열원 이동부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 수정된 화학 기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 방법은, 제1 열원을 이용하여 실린더형 증착용 튜브의 내부에 제1 고온 영역을형성하는 과정과; 상기 제1 고온 영역으로 원료 가스를 주입함에 따라서 상기 원료 가스의 반응물을 생성하는 과정과; 열영동 메카니즘에 따라서 상기 반응물이 상기 증착용 튜브의 내벽에 증착되는 과정과; 입자 충돌에 의해 성장된 상기 반응물이 상기 증착용 튜브의 내벽에 증착되지 않도록, 제2 열원을 이용하여 상기 증착용 튜브의 내부에 제2 고온 영역을 형성함에 따라서 상기 실린더형 증착용 튜브의 내벽쪽으로 하강하는 상기 성장된 반응물을 부상시키는 과정을 포함한다.
도 1은 종래의 수정된 화학기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치를 나타내는 구성도,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 제조 장치를 이용한 광섬유 모재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 수정된 화학기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수정된 화학기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치를 나타내는 구성도.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 수정된 화학기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에는 증착용 튜브(210)와 상기 증착용 튜브(210)의 외주면을 가열하는 제1 및 제2 열원(262 및 266)이 도시되어 있다.
상기 증착용 튜브(210)는 소정 속도로 회전하며, 상기 증착용 튜브(210)의 일단을 통해 원료 가스가 유입되며, 상기 증착용 튜브(210)의 내부에는 상기 증착용 튜브(210)의 일단으로부터 그 타단으로 진행하는 내부 기류가 형성된다.
상기 제1 열원(262)은 상기 증착용 튜브(210)의 외주면을 가열함으로써, 상기 증착용 튜브(210)의 내부에 제1 고온 영역을 형성한다. 상기 원료 가스는 상기제1 고온 영역을 통과하면서 반응물을 생성하고, 상기 반응물(310)은 열영동 메카니즘에 의해 상기 증착용 튜브(210)의 내벽에 증착된다. 도 4에는 이러한 증착 과정에 의해 형성되는 증착 영역이 도시되어 있다.
또한, 상기 증착용 튜브(210)의 내벽에 증착되지 못한 반응물(310)은 상기 증착용 튜브(210)의 내부에 형성된 기류에 의해 계속 이동하게 되며, 이러한 이동 과정에서 입자 충돌에 의한 반응물(310)의 성장이 발생하게 된다. 도 4에는 이러한 성장 과정이 발생하는 입자 성장 영역이 도시되어 있다. 이후, 성장된 반응물(310)은 상기 증착용 튜브(210)의 내벽쪽으로 이동하게 된다.
상기 제 2 열원(266)은 상기 증착용 튜브(210)의 길이 방향을 따라 상기 제1 열원(262)과 소정 거리로 이격되어 설치되어 있으며, 상기 증착용 튜브(210)의 외주면을 가열하여 상기 증착용 튜브(210)의 내부에 제2 고온 영역을 형성한다. 이에 따라서, 상기 증착용 튜브(210)의 내벽쪽으로 이동하던 성장된 반응물(310)을 상기 증착용 튜브(210)의 중심쪽으로 이동, 즉 부상하게 만든다. 즉, 상기 제2 열원(266)은 입자 충돌에 의해 생성된 성장된 반응물(310)이 상기 증착용 튜브(210)의 내벽에 증착되는 것을 억제하는 기능을 수행하는 것이다. 이후, 성장된 반응물(310)은 상기 증착용 튜브(210)의 외부로 원활하게 배출된다.
도 5에는 상술한 제조 방법에 따른 결과물이 도시되어 있다. 즉, 상기 증착용 튜브(210)의 내벽에 증착된 층(320)은 전체 길이에 걸쳐 입자 크기 및 조성비가 균일하다. 또한, 상기 증착된 층(320)의 기하구조 또한 균일함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수정된 화학기상 증착법을 이용한광섬유 모재의 제조 장치를 나타내는 구성도이다. 상기 제조 장치는 원료 가스 공급부(220)와, 선반(250)과, 제1 및 제2 열원(262 및 266)과, 가이드(246)와, 열원 이동부(242)와, 위치 센서(270)와, 제1 및 제2 유량 조절부(280 및 290)와, 제어부(300)로 구성된다.
상기 원료 가스 공급부(220)는 산소와 다수의 첨가 물질을 조합하여 상기 증착용 튜브(210)의 내부에 산소와 SiCl4, GeCl4, POCl3, 프레온 등의 원료가스를 공급한다.
상기 선반(250)은 한 쌍의 척(232 및 236)과 가이드(246)를 구비하며, 상기 한 쌍의 척(232 및 236)에는 상기 증착용 튜브(210)의 양단이 회전 가능하게 고정되고, 상기 가이드(246)에는 상기 제1 및 제2 열원(262 및 266)이 이동 가능하게 탑재된다. 상기 제1 및 제2 열원(262 및 266)은 수소 및 산소를 공급받으며, 상기 증착용 튜브(210)의 외주면을 가열하면서 상기 가이드(246)를 따라 소정 속도로 이동한다. 또한, 상기 가이드(246)는 상기 증착용 튜브(210)의 길이방향과 평행하게 설치된다. 또한, 상기 제1 또는 제2 열원(262 및 266)으로 산소/수소 버너 대신에 플라즈마 토치(plasma torch)를 사용할 수 있으며, 상기 제1 또는 제2 열원(262 및 266)의 형상은 반원형, 봉형 또는 판형일 수 있다.
상기 열원 이동부(242)는 상기 제어부(300)의 이동 제어 신호에 따라서, 상기 제1 및 제2 열원(262 및 266)의 이동 속도를 조절한다. 이 때, 상기 제1 및 제2 열원(262 및 266)은 설정된 이격 거리를 유지한 채로 이동하게 된다. 또한, 상기증착용 튜브(210) 내에 형성되는 증착 영역의 안전한 확보를 위하여 상기 이격 거리가 300mm 이상인 것이 바람직하다.
상기 위치 센서(270)는 상기 제2 열원(266)의 위치를 감지하며, 그 감지된 위치 신호를 상기 제어부(300)로 출력한다. 상기 제2 열원(266)은 상기 제1 열원(262)과 소정 거리로 이격되어 있기 때문에, 상기 제1 열원(262)은 상기 증착용 튜브(210)의 범위 내에 있으나 상기 제2 열원(266)은 상기 증착용 튜브(210)의 범위를 벗어나는 경우가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 상기 위치 센서(270)는 상기 제2 열원(266)의 위치가 상기 증착용 튜브(210)의 범위 내에 있는지를 감시하는 기능을 수행한다.
상기 제1 및 제2 유량 조절부(280 및 290)는 각각 상기 제어부(300)의 유량 제어 신호에 따라서 상기 제1 또는 제2 열원(262 및 266)에 공급되는 연료, 즉 산소와 수소의 유량을 조절한다.
상기 제어부(300)는 상기 열원 이동부(242)로 이동 제어 신호를 출력하여 상기 제1 및 제2 열원(262 및 266)의 이동 속도를 조절하며, 상기 위치 센서(270)로부터 상기 제2 열원(266)의 위치를 나타내는 위치 감지 신호를 입력받는다. 또한, 상기 제2 열원(266)의 위치가 상기 증착용 튜브(210)의 범위를 벗어난 경우에 상기 제2 유량 조절부(290)로 유량 제어 신호를 출력하여 상기 제2 열원(266)에 공급되는 연료를 차단함으로써, 불필요하게 낭비되는 연료의 손실을 방지한다. 이후, 상기 제1 및 제2 열원(262 및 266)은 다음 증착 패스를 진행하기 위하여 초기 위치로 다시 복귀할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수정된 화학 기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치 및 방법은 제2 열원을 이용하여 증착용 튜브의 내부에 제2 고온 영역을 형성함으로써, 성장된 반응물의 제2 증착을 억제할 수 있다는 이점이 있다. 이에 따라서, 본 발명에 따른 수정된 화학 기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치 및 방법을 이용하여 생성된 광섬유 모재는 균일한 물성을 가지며, 안정적인 기하구조를 가질 수 있다는 이점이 있다.
Claims (3)
- 원료 가스가 유입되는 제1 단부와 상기 원료 가스가 배출되는 제2 단부를 가지는 실린더형 증착용 튜브를 구비한 수정된 화학 기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치에 있어서,상기 증착용 튜브의 외주면을 가열하며, 상기 증착용 튜브의 내부에 제1 고온 영역을 형성하는 제1 열원과;상기 증착용 튜브의 길이 방향을 따라 상기 제1 열원과 300㎜ 이상 이격되어 설치되고, 상기 증착용 튜브의 외주면을 가열하며, 상기 증착용 튜브의 내부에 제2 고온 영역을 형성하는 제2 열원과;가이드에 장착된 상기 제1 및 제2 열원을 이격한 채로 이동시키는 열원 이동부를 포함함을 특징으로 하는 수정된 화학 기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 및 제2 열원에 연결되어 공급되는 연료의 양을 조절하는 제1 및 제2 유량 조절부와;상기 제2 열원의 위치를 나타내는 위치 감지 신호를 출력하는 위치 센서와;상기 위치 감지 신호로부터 파악된 상기 제2 열원의 위치가 기설정된 위치를벗어난 경우에 상기 제2 열원에 공급되는 연료를 감소시킬 수 있도록 상기 제2 유량 조절부로 유량 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 포함함을 특징으로 하는 수정된 화학 기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 장치.
- 수정된 화학 기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 방법에 있어서,제1 열원을 이용하여 실린더형 증착용 튜브의 내부에 제1 고온 영역을 형성하는 과정과;상기 제1 고온 영역으로 원료 가스를 주입함에 따라서 상기 원료 가스의 반응물을 생성하는 과정과;열영동 메카니즘에 따라서 상기 반응물이 상기 실린더형 증착용 튜브의 내벽에 증착되는 과정과;입자 충돌에 의해 성장된 상기 반응물이 상기 증착용 튜브의 내벽에 증착되지 않도록, 제2 열원을 이용하여 상기 증착용 튜브의 내부에 제2 고온 영역을 형성함에 따라서 상기 증착용 튜브의 내벽쪽으로 하강하는 상기 성장된 반응물을 부상시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수정된 화학 기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조 방법.
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