KR102597450B1 - Optical Fiber Preform for High-power Beam Transmission and Method for Manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

고출력 빔 전송용 광섬유 모재 및 그의 제조방법을 개시한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 고출력 빔 전송용 광섬유를 제조하는 방법에 있어서, 튜브 내 내부공간으로 희생층을 증착하여 소결하는 제1 증착과정과 튜브 내 내부공간으로 희생층 상에 클래딩 및 코어를 증착하여 소결하는 제2 증착과정과 튜브를 함몰시키는 함몰과정과 상기 클래딩 및 코어를 상기 튜브와 분리시키는 분리과정 및 상기 분리과정에 의해 분리된 상기 클래딩 및 상기 튜브를 표면처리하는 처리과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법을 제공한다.Disclosed is an optical fiber base material for high-power beam transmission and a manufacturing method thereof.
According to one aspect of the present invention, in a method of manufacturing an optical fiber for high-power beam transmission, a first deposition process of depositing and sintering a sacrificial layer in the inner space of a tube and forming a cladding and a core on the sacrificial layer in the inner space of the tube A second deposition process of depositing and sintering, a depression process of collapsing the tube, a separation process of separating the cladding and the core from the tube, and a treatment process of surface treating the cladding and the tube separated by the separation process. A method for manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission is provided.

Description

고출력 빔 전송용 광섬유 모재 및 그의 제조방법{Optical Fiber Preform for High-power Beam Transmission and Method for Manufacturing thereof}Optical fiber preform for high-power beam transmission and method for manufacturing the same {Optical Fiber Preform for High-power Beam Transmission and Method for Manufacturing thereof}

본 발명은 고출력 레이저 빔을 전송할 수 있는 광섬유 모재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber base material capable of transmitting a high-power laser beam and a method of manufacturing the same.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information for this embodiment and does not constitute prior art.

대구경의 광섬유를 이용한 고출력 광섬유 레이저 광원은 차세대 광통신, 의료용, 산업용 가공기 및 군사용 레이저 광원으로서 사용될 수 있으며, 신호의 손실이 적고, 높은 출력을 얻을 수 있는 것이 특징이다. 고출력 광섬유 레이저 광원은 출력 파장의 안정성, 조절성, 파장 선택성 및 다파장 동작 등을 구현할 수 있으며, 특히, 반도체 레이저로는 구현하기 힘든 파장을 구현함으로써 새로운 레이저 광원으로 각광받고 있다. 이러한 고출력 광섬유 레이저 광원은 통상 수백 와트(W) 내지 수 킬로와트(kW)급의 전력을 발생시키기 때문에, 고출력 레이저 빔을 감당할 수 있는 전송용 광섬유를 필요로 한다. 통상 광섬유는 외경이 수십 밀리미터(mm) 내지 수백 밀리미터(mm)를 갖는 광섬유 모재를 제작한 후, 이를 용융시키고 수백 마이크로미터(㎛)의 클래딩 직경을 갖도록 인출함으로서 얻게 된다. 그래서 광섬유를 제조하기 위해서는, 광섬유의 코어 및 클래딩과 동일한 소재를 가지면서 광섬유의 코어와 클래딩의 직경 비율을 갖는 광섬유 모재 제작이 꼭 필요하다.High-output fiber laser light sources using large-diameter optical fibers can be used as next-generation optical communications, medical, industrial processing machines, and military laser light sources, and are characterized by low signal loss and high output. High-output fiber laser light sources can realize output wavelength stability, controllability, wavelength selectivity, and multi-wavelength operation. In particular, they are attracting attention as a new laser light source by realizing wavelengths that are difficult to achieve with semiconductor lasers. Since these high-output fiber laser light sources typically generate power of hundreds of watts (W) to several kilowatts (kW), they require transmission optical fibers that can handle high-output laser beams. Typically, optical fibers are obtained by manufacturing an optical fiber base material with an outer diameter of tens of millimeters (mm) to hundreds of millimeters (mm), melting it, and drawing it to have a cladding diameter of hundreds of micrometers (㎛). Therefore, in order to manufacture an optical fiber, it is necessary to manufacture an optical fiber base material that has the same material as the core and cladding of the optical fiber and has a diameter ratio of the core and cladding of the optical fiber.

이때, 종래의 고출력 레이저 빔 전송용 광섬유 모재는 도 8 내지 10의 공정으로 제조되어 왔다.At this time, the conventional optical fiber base material for high-power laser beam transmission has been manufactured through the processes shown in FIGS. 8 to 10.

도 8 및 9를 참조하면, 광섬유 모재의 클래딩(920)과 코어(910)를 증착시키기 위한 튜브(810)가 준비된다. 튜브(810) 내부로 클래딩(920)의 구성성분이 가스형태로 주입되며 튜브 내부면(815)에 클래딩(920)이 증착된다. 클래딩(920)의 증착 후 코어(910)의 구성성분이 가스형태로 주입되며, 클래딩(920) 상(클래딩의 내부방향)으로 코어(910)가 증착된다.Referring to FIGS. 8 and 9, a tube 810 for depositing the cladding 920 and the core 910 of the optical fiber base material is prepared. The components of the cladding 920 are injected in gas form into the tube 810, and the cladding 920 is deposited on the inner surface 815 of the tube. After depositing the cladding 920, the components of the core 910 are injected in gas form, and the core 910 is deposited on the cladding 920 (in the inner direction of the cladding).

광섬유 모재의 클래딩(920)과 코어(910)가 각각 증착되면, 식각 등의 공정을 거치며 튜브(810)를 제거함으로써, 광섬유 모재를 획득한다. When the cladding 920 and the core 910 of the optical fiber base material are respectively deposited, the tube 810 is removed through a process such as etching to obtain the optical fiber base material.

종래의 이와 같은 고출력 레이저 빔 전송용 광섬유 모재의 제조공정은 튜브(810)의 두께에 따라 튜브(810) 제거를 위한 식각 공정이 상당시간 소모된다는 불편이 있었다. 또한, 고출력 레이저 빔 전송용 광섬유 모재의 매 제조시마다 튜브(810)가 제거되기 때문에, 제조비용의 상승을 야기해왔다.The conventional manufacturing process of the optical fiber base material for high-power laser beam transmission had the inconvenience that the etching process for removing the tube 810 took a considerable amount of time depending on the thickness of the tube 810. In addition, since the tube 810 is removed every time an optical fiber base material for transmitting a high-power laser beam is manufactured, manufacturing costs have increased.

본 발명의 일 실시예는, 제조시간 및 제조비용이 모두 감소한 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 및 그의 제조방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.The purpose of one embodiment of the present invention is to provide an optical fiber base material for high-power beam transmission with reduced manufacturing time and manufacturing cost, and a manufacturing method thereof.

본 발명의 일 측면에 의하면, 고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서, 튜브 내 내부공간으로 희생층을 증착하여 소결하는 제1 증착과정과 튜브 내 내부공간으로 희생층 상에 클래딩 및 코어를 증착하여 소결하는 제2 증착과정과 튜브를 함몰시키는 함몰과정과 상기 클래딩 및 코어를 상기 튜브와 분리시키는 분리공정 및 상기 분리공정에 의해 분리된 상기 클래딩 및 상기 튜브를 표면처리하는 처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법을 제공한다.According to one aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, a first deposition process of depositing and sintering a sacrificial layer into the inner space of the tube and cladding and core on the sacrificial layer into the inner space of the tube It includes a second deposition process of depositing and sintering, a depression process of collapsing the tube, a separation process of separating the cladding and core from the tube, and a treatment process of surface treating the cladding and the tube separated by the separation process. A method for manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission is provided.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 희생층은 포스포로실리케이트(SiO2-P2O5), 보로포스포로실리케이트(SiO2-P2O5-B2O3), 보로실리케이트(SiO2-B2O3)로 구현되거나, 불소이온(F-)이 추가로 첨가되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the sacrificial layer is phosphorosilicate (SiO 2 -P 2 O 5 ), borophosphorosilicate (SiO 2 -P 2 O 5 -B 2 O 3 ), borosilicate (SiO 2 - B 2 O 3 ), or characterized in that fluorine ions (F - ) are additionally added.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 희생층의 유리 조성의 연화온도는 클래딩층의 유리조성의 연화온도 보다 100℃ 내지 250℃만큼 낮은 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the softening temperature of the glass composition of the sacrificial layer is lower than the softening temperature of the glass composition of the cladding layer by 100°C to 250°C.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 코어는 실리카로 구현되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the core is characterized by being made of silica.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 클래딩은 불순물이 포함된 실리카로 구현되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the cladding is characterized by being implemented with silica containing impurities.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 불순물은 불소(F)인 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the impurity is fluorine (F).

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 함몰공정은 2000℃ 이상의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the sinking process is characterized in that it is carried out at a temperature of 2000°C or higher.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 클래딩 및 코어는 막대(Rod) 형태로 변환되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the cladding and core are converted into a rod shape.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 분리과정은 드릴링에 의해 상기 클래딩 및 코어가 상기 튜브와 분리되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the separation process is characterized in that the cladding and the core are separated from the tube by drilling.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 분리과정은 드릴링에 의해, 희생층이 물리적으로 제거되며 진행되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the separation process is characterized in that the sacrificial layer is physically removed by drilling.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 처리공정은 상기 분리공정에 의해 분리된 상기 클래딩 및 상기 튜브의 표면을 화염 연마(Fire Polishing)하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the treatment process is characterized by fire polishing the surfaces of the cladding and the tube separated by the separation process.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 처리공정은 상기 분리공정에 의해 분리된 상기 클래딩 및 상기 튜브의 표면을 상기 클래딩 및 튜브 각 소재의 연화온도 근방에서 각각 화염연마하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the treatment process is characterized in that the surfaces of the cladding and the tube separated by the separation process are flame-polished respectively near the softening temperature of each material of the cladding and the tube.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 방법에 의해 제조되는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 제공한다.According to one aspect of the present invention, an optical fiber base material for high-power beam transmission manufactured by the above method is provided.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제조시간 및 제조비용 모두를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, according to one aspect of the present invention, there is an advantage of reducing both manufacturing time and manufacturing cost.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 도시한 도면이다.
도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 제조하는 공정을 도시한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 8 내지 10은 종래의 고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 제조하는 공정을 도시한 모식도이다.Figure 1 is a diagram showing an optical fiber base material for high-power beam transmission according to an embodiment of the present invention.
2 to 6 are schematic diagrams showing a process for manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flowchart showing a method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission according to an embodiment of the present invention.
8 to 10 are schematic diagrams showing a process for manufacturing a conventional optical fiber base material for high-power beam transmission.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. While 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 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated 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 a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as "include" or "have" should be understood as not precluding the existence or addition possibility 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 generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains.

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 the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.Additionally, each configuration, process, process, or method included in each embodiment of the present invention may be shared within the scope of not being technically contradictory to each other.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing an optical fiber base material for high-power beam transmission according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 빔 전송용 광섬유 모재(100)는 코어(110) 및 클래딩(120)을 포함한다.Referring to FIG. 1, an optical fiber base material 100 for high-power beam transmission according to an embodiment of the present invention includes a core 110 and cladding 120.

고출력 빔 전송용 광섬유 모재(100, 이하에서 '모재'라 약칭함)에서 기 설정된 클래딩 직경이 되도록 인출된 고출력 빔 전송용 광섬유(이하에서 '광섬유'라 약칭함)는 수백 와트(W) 내지 수 킬로와트(kW)급의 고출력을 갖는 레이저 빔을 일단에서 타단으로 전송한다. The optical fiber for high-power beam transmission (hereinafter abbreviated as 'optical fiber') drawn from the base material (hereinafter abbreviated as 'base material') for high-power beam transmission to have a preset cladding diameter has a power of several hundred watts (W) to several hundred. A laser beam with high output of kilowatt (kW) level is transmitted from one end to the other end.

광섬유가 레이저 빔을 전송하기 위해서, 모재(100)는 상대적으로 굴절률이 높은 코어(110)와 상대적으로 굴절률이 낮은 클래딩(120)을 포함한다. 이에 따라, 레이저 빔은 광섬유 코어 내에서 전반사되며 일단에서 타단으로 전송된다. In order for the optical fiber to transmit a laser beam, the base material 100 includes a core 110 with a relatively high refractive index and a cladding 120 with a relatively low refractive index. Accordingly, the laser beam is totally reflected within the optical fiber core and is transmitted from one end to the other end.

이때, 코어(110)는 실리카(SiO2)로 구현되며, 클래딩(120)은 불소(F) 등 기타 불순물이 섞인 실리카로 구현된다. 고출력의 레이저 빔이 전달되기 때문에, 광섬유의 클래딩이 종래와 같이 폴리머 등으로 구현될 경우, 클래딩이 레이저 빔에 의해 타버리는 문제가 발생한다. 이에 따라, 코어(110) 뿐만 아니라 클래딩(120)도 실리카 계열로 구현된다. 다만, 코어(110)는 실리카 뿐만 아니라 알루미노실리케이트(SiO2-Al2O3), 포스포로실리케이트(SiO2-P2O5), 포스포로알루미노실리케이트(SiO2-Al2O3-P2O5) 또는 게르마노실리케이트(SiO2-GeO2) 등으로 구현될 수도 있다.At this time, the core 110 is implemented with silica (SiO 2 ), and the cladding 120 is implemented with silica mixed with other impurities such as fluorine (F). Since a high-power laser beam is transmitted, if the cladding of the optical fiber is implemented with polymer or the like as in the past, a problem occurs in which the cladding is burned by the laser beam. Accordingly, not only the core 110 but also the cladding 120 is implemented as silica-based. However, the core 110 is made of not only silica, but also aluminosilicate (SiO 2 -Al 2 O 3 ), phosphorosilicate (SiO 2 -P 2 O 5 ), and phosphoroaluminosilicate (SiO 2 -Al 2 O 3 - P 2 O 5 ) or germanosilicate (SiO 2 -GeO 2 ) may be implemented.

코어(110)와 클래딩(120)이 온전히 고출력의 레이저 빔을 전달하기 위해, 양자의 직경의 비율은 1:1.1 내지 1.2를 만족시키며, 양자의 굴절률 차이는 0.005 내지 0.030을 만족시킨다. 굴절률 차이가 0.005보다 작으면 광섬유 굽힘에 의한 광손실이 증가하게 되고, 굴절률 차이가 0.030보다 클 경우 도핑 농도를 증가시키는 것이 쉽지 않아 제조공정 상에 어려움이 있으며, 코어와 클래딩의 유리 조성 차이에 의한 잔류응력에 의해 광섬유 모재가 깨질 확률이 크다. 이에 따라, 코어(110)와 클래딩(120) 각각의 직경과 굴절률 차이는 전술한 범위를 만족시킨다.In order for the core 110 and the cladding 120 to completely transmit a high-power laser beam, the ratio of their diameters satisfies 1:1.1 to 1.2, and the difference in refractive index between the two satisfies 0.005 to 0.030. If the refractive index difference is less than 0.005, light loss due to bending of the optical fiber increases, and if the refractive index difference is greater than 0.030, it is difficult to increase the doping concentration, causing difficulties in the manufacturing process. There is a high probability that the optical fiber base material will break due to residual stress. Accordingly, the difference in diameter and refractive index between the core 110 and the cladding 120 satisfies the above-mentioned range.

이러한 구조를 갖는 모재(100)는 도 2 내지 6의 공정을 거치며 제조된다.The base material 100 having this structure is manufactured through the processes shown in FIGS. 2 to 6.

도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 제조하는 공정을 도시한 모식도이다.2 to 6 are schematic diagrams showing a process for manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 모재(100) 내 각 구성을 제조하기 위한 튜브(210)가 배치된다. 튜브(210)는 내부에 빈 공간(215)을 포함함으로서, 내부 공간(215)에서 모재(100)의 각 구성이 증착될 수 있도록 한다. 튜브(210)는 모재(100)의 각 구성이 증착될 수 있도록 석영유리관(Fused Silica Tube)으로 구현될 수 있다. Referring to Figure 2, a tube 210 for manufacturing each component within the base material 100 is disposed. The tube 210 includes an empty space 215 inside, so that each component of the base material 100 can be deposited in the inner space 215. The tube 210 may be implemented as a quartz glass tube (fused silica tube) so that each component of the base material 100 can be deposited.

내부 공간(215)의 직경은 기 설정된 범위 이내를 갖는다. 내부 공간(215)의 직경이 기 설정된 범위에 미치지 못할 경우, 증착을 위해 유입되는 기체의 유속이 지나치게 빨라져 증착이 온전히 되지 못할 가능성이 존재한다. 반대로, 내부 공간(215)의 직경이 기 설정된 범위를 벗어나는 경우, 증착 및 튜브(210)의 함몰(Collapsing) 공정이 지나치게 오래 걸리는 문제가 발생한다. 따라서, 내부 공간(215)의 직경은 기 설정된 범위 내를 갖는다.The diameter of the internal space 215 is within a preset range. If the diameter of the internal space 215 does not reach the preset range, there is a possibility that the flow rate of the gas introduced for deposition may be too fast and the deposition may not be completed. Conversely, if the diameter of the internal space 215 is outside a preset range, a problem occurs in which the deposition and collapsing process of the tube 210 takes too long. Accordingly, the diameter of the internal space 215 is within a preset range.

도 3을 참조하면, 내부 공간(215)으로 희생층(310)이 증착된다. Referring to FIG. 3, a sacrificial layer 310 is deposited into the internal space 215.

내부 공간(215) 상으로 모재(100)의 구성보다 우선하여 희생층(310)이 증착된다. 희생층(310)은 후술할 드릴링 공정에 따라 튜브(210)와 모재(100)가 분리됨에 있어, 모재(100), 보다 구체적으로 클래딩(120)의 손상없이 온전히 튜브(210)와 분리될 수 있도록 한다. 또한, 후술할 튜브(210)의 함몰 공정에 의해 튜브(210)가 함몰됨에 있어, 지나치게 튜브(210)의 크기(직경 방향)가 작아지는 것을 방지한다. 희생층(310)은 튜브(210)가 희생층(310) 이상으로 함몰되는 것을 저지하는 저지선의 역할을 할 수 있다. 전술한 특성을 갖기 위해, 희생층(310)은 포스포로실리케이트(SiO2-P2O5), 보로포스포로실리케이트(SiO2-P2O5-B2O3), 보로실리케이트(SiO2-B2O3)로 구현되거나, 전술한 구성에 불소이온(F-)이 첨가될 수 있다. 희생층(310)이 전술한 성분은 상대적으로 낮은 연화점 온도를 갖는 특징이 있으며, 이에 따라 상대적으로 무른 물성을 갖는다. 희생층(310) 유리 조성의 연화온도는 클래딩층 유리 조성의 연화온도 보다 100℃ 내지 250℃ 낮은 것이 바람직하다. 희생층(310)과 클래딩의 연화온도 차이가 100℃ 보다 작으면 희생층(310)의 무른 특성이 감소하고 250℃ 보다 크면 유리 조성 차이에 의한 잔류응력에 의해서 광섬유 모재가 제조 중 깨질 확률이 증가한다.The sacrificial layer 310 is deposited on the internal space 215 prior to the composition of the base material 100. Since the sacrificial layer 310 is separated from the tube 210 and the base material 100 according to a drilling process to be described later, the sacrificial layer 310 can be completely separated from the tube 210 without damaging the base material 100, more specifically, the cladding 120. Let it happen. In addition, when the tube 210 is collapsed by the sinking process of the tube 210, which will be described later, the size (diametric direction) of the tube 210 is prevented from being excessively reduced. The sacrificial layer 310 may serve as a blocking line to prevent the tube 210 from sinking beyond the sacrificial layer 310. In order to have the above-mentioned properties, the sacrificial layer 310 is made of phosphorosilicate (SiO 2 -P 2 O 5 ), borophosphorosilicate (SiO 2 -P 2 O 5 -B 2 O 3 ), and borosilicate (SiO 2 -B 2 O 3 ), or fluorine ions (F - ) may be added to the above-mentioned composition. The above-mentioned components of the sacrificial layer 310 are characterized by having a relatively low softening point temperature, and thus have relatively soft physical properties. The softening temperature of the glass composition of the sacrificial layer 310 is preferably 100°C to 250°C lower than the softening temperature of the glass composition of the cladding layer. If the softening temperature difference between the sacrificial layer 310 and the cladding is less than 100℃, the soft characteristics of the sacrificial layer 310 decreases, and if it is greater than 250℃, the probability of the optical fiber base material breaking during manufacturing increases due to residual stress due to the difference in glass composition. do.

희생층(310)은 내부 공간(215)에 증착된다. 희생층(310)은 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 방식으로 증착될 수 있으며, 예를 들어, 개선된 화학기상증착(MCDV) 또는 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 등의 방식으로 증착될 수 있다. 희생층(310)을 형성하는 성분으로 구현된 기체가 내부 공간(215)으로 주입되며, 각 증착방법에 따라 구현된 열원이 튜브(210)의 축방향을 일 방향으로 또는 왕복운동하며 내부 공간(215) 상으로 증착시킨다.The sacrificial layer 310 is deposited in the internal space 215. The sacrificial layer 310 may be deposited using a chemical vapor deposition (CVD) method, for example, improved chemical vapor deposition (MCDV) or plasma chemical vapor deposition (PECVD). there is. A gas implemented as a component forming the sacrificial layer 310 is injected into the internal space 215, and the heat source implemented according to each deposition method moves in one direction or reciprocates in the axial direction of the tube 210, forming the internal space (215). 215) and deposited on top.

희생층(310)이 증착됨에 있어, 희생층(310)은 후술할 드릴링 공정에 이용될 드릴날의 두께의 1.1 내지 1.5배의 두께만큼 증착된다. 1.1배보다 얇게 증착될 경우, 희생층(310)의 전술한 역할을 온전히 수행하기 곤란할 수 있으며, 1.5배 보다 두껍게 증착될 경우, 불필요하게 증착시간이 증가하게 되는 문제가 발생한다. 따라서, 희생층(310)은 전술한 두께만큼 증착된다. 예를 들어, 드릴 날이 0.7 내지 0.9mm 정도로 구현될 경우, 희생층(310)은 0.77mm 내지 1.35mm 만큼 증착될 수 있다.When the sacrificial layer 310 is deposited, the sacrificial layer 310 is deposited to a thickness of 1.1 to 1.5 times the thickness of a drill bit to be used in a drilling process to be described later. If deposited thinner than 1.1 times, it may be difficult for the sacrificial layer 310 to fully perform the above-described role, and if deposited thicker than 1.5 times, a problem occurs in which deposition time is unnecessarily increased. Accordingly, the sacrificial layer 310 is deposited to the thickness described above. For example, when the drill bit is implemented to be about 0.7 to 0.9 mm, the sacrificial layer 310 may be deposited to be about 0.77 mm to 1.35 mm.

도 4를 참조하면, 증착된 희생층(310) 상(튜브의 내부방향)으로 클래딩(120)이 증착된다. 희생층(310)의 증착과 동일한 방법으로 클래딩(120)이 증착된 후 소결(Sintering)된다. 클래딩(120)은 최종적으로 제조될 모재(100)의 코어(110)의 외곽에 위치하기 때문에, 희생층(310) 상에 클래딩(120)이 우선적으로 증착된다. 소결은 1700 내지 1800℃의 온도에서 진행된다. 증착 후 소결이 진행됨에 따라, 클래딩(120)은 투명해진다. Referring to FIG. 4, cladding 120 is deposited on the deposited sacrificial layer 310 (inward direction of the tube). The cladding 120 is deposited in the same manner as the sacrificial layer 310 and then sintered. Since the cladding 120 is located on the outside of the core 110 of the base material 100 to be finally manufactured, the cladding 120 is preferentially deposited on the sacrificial layer 310. Sintering is carried out at a temperature of 1700 to 1800°C. As sintering after deposition progresses, cladding 120 becomes transparent.

도 5를 참조하면, 증착된 클래딩(120) 상으로 코어(110)가 증착된다. 희생층(310) 및 클래딩(120)과 동일한 방법으로 코어(110)가 증착된다.Referring to FIG. 5, the core 110 is deposited on the deposited cladding 120. The core 110 is deposited in the same manner as the sacrificial layer 310 and the cladding 120.

이에 따라, 도 5b에 도시된 바와 같이, 튜브 내에는 튜브의 외곽에서 내부로 진행하는 방향으로, 희생층(310), 클래딩(120) 및 코어(110) 순으로 증착된다. Accordingly, as shown in FIG. 5B, the sacrificial layer 310, the cladding 120, and the core 110 are deposited in that order within the tube in a direction extending from the outside of the tube to the inside.

증착이 완료된 후, 튜브(210)가 함몰된다. 함몰 공정은 2000℃ 이상의 열을 가함으로서, 튜브(210)를 함몰시키고 모재(100)를 막대(Rod) 형태로 만든다. 고온의 열이 가해질 경우, 튜브(210)는 열에 의해 부피가 감소하며 함몰되고, 코어(110) 및 클래딩(120)은 빈 공간을 메우며 막대 형태로 변환된다. 이때, 튜브(210)가 함몰됨에 있어, 희생층(310)의 존재에 의해 지나치게 줄어드는 것이 방지될 수 있다. 튜브(210)가 지나치게 줄어들어 직경이 지나치게 감소할 경우, 튜브(210)가 온전히 분리된다 하더라도 모재(100)의 제조에 다시 이용되기는 상대적으로 어려울 수 있다. 이러한 문제점을 방지하고자, 희생층(310)이 클래딩(120)의 외곽에 증착되어 튜브(210)의 줄어드는(함몰) 정도를 감소시킨다.After deposition is complete, the tube 210 is collapsed. The sinking process applies heat of 2000°C or higher to collapse the tube 210 and shape the base material 100 into a rod shape. When high temperature heat is applied, the volume of the tube 210 decreases and collapses due to the heat, and the core 110 and cladding 120 fill the empty space and are converted into a rod shape. At this time, when the tube 210 is collapsed, excessive shrinkage can be prevented by the presence of the sacrificial layer 310. If the tube 210 is excessively reduced and its diameter is excessively reduced, even if the tube 210 is completely separated, it may be relatively difficult to use it again to manufacture the base material 100. To prevent this problem, a sacrificial layer 310 is deposited on the outside of the cladding 120 to reduce the degree of shrinkage (sinking) of the tube 210.

이러한 과정을 거치며, 도 5에 도시된 바와 같이, 코어(110) 및 클래딩(120)이 막대 형태로 형성된다.Through this process, as shown in FIG. 5, the core 110 and cladding 120 are formed in a bar shape.

도 6을 참조하면, 튜브(210)와 모재(100)가 분리된다. 양자의 분리는 드릴링 공정에 의해 진행된다. 드릴링 공정은 희생층과 동일한 직경을 갖는 튜브 형태의 드릴을 사용해 구현되며, 끝단에 기 설정된 두께(0.7 내지 0.9mm)를 갖는 드릴날(다이아몬드 소재 등)을 이용하여 희생층(310)을 드릴링한다. 드릴날에 의해 희생층(310)이 물리적으로 드릴링되며 양자(100, 210)가 분리된다. 전술한 대로, 희생층(310)은 상대적으로 연화점 온도가 낮으며 상대적으로 무른 소재로 구현된다. 이에 따라, 신속하면서도 손쉽게 드릴날에 의해 희생층(310)만이 물리적으로 제거될 수 있다. Referring to FIG. 6, the tube 210 and the base material 100 are separated. Separation of the two is carried out through a drilling process. The drilling process is implemented using a tube-shaped drill with the same diameter as the sacrificial layer, and the sacrificial layer 310 is drilled using a drill bit (diamond material, etc.) with a preset thickness (0.7 to 0.9 mm) at the end. . The sacrificial layer 310 is physically drilled by a drill bit, and the two layers 100 and 210 are separated. As described above, the sacrificial layer 310 has a relatively low softening point temperature and is made of a relatively soft material. Accordingly, only the sacrificial layer 310 can be physically removed using a drill bit quickly and easily.

이와 같은 공정을 거치며, 튜브(210)와 모재(100)가 분리된다. 드릴링 공정을 거치며 양자(100, 210)의 표면에는 스크래치 등이 발생하며, 표면이 불균일해지는 상황이 발생한다. 이러한 문제를 해소하고자, 튜브(210) 및 클래딩(120)의 표면에 화염 연마(Fire Polishing)공정이 수행된다. 튜브 및 클래딩 소재의 연화온도(Ts) 근방(기 설정된 오차 범위 내)에서 튜브(210) 및 클래딩(120)의 표면을 각각 화염연마하면 표면에 발생한 스크래치가 연마된다.Through this process, the tube 210 and the base material 100 are separated. Through the drilling process, scratches, etc. occur on the surfaces of both 100 and 210, and the surfaces become uneven. To solve this problem, a fire polishing process is performed on the surfaces of the tube 210 and the cladding 120. When the surfaces of the tube 210 and the cladding 120 are respectively flame polished near the softening temperature (T s ) of the tube and cladding material (within a preset error range), scratches occurring on the surface are polished.

이에 따라 고출력 빔 전송용 모재(100)가 제조되며, 그와 함께 튜브(210)가 분리되며 다시 모재(100)의 제조공정에 재활용될 수 있다.Accordingly, the base material 100 for high-power beam transmission is manufactured, and the tube 210 is separated and can be recycled again in the manufacturing process of the base material 100.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다. 도 7의 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 제조하는 방법은 광섬유 모재 제조장치 등에 의해 수행될 수 있다.Figure 7 is a flowchart showing a method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission according to an embodiment of the present invention. The method of manufacturing an optical fiber preform for high-power beam transmission according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 7 may be performed using an optical fiber preform manufacturing apparatus, etc.

튜브 내 희생층(310), 클래딩(120) 및 코어(110) 순으로 증착한다(S710). 희생층(310), 클래딩(120) 및 코어(110)는 모두 증착과 소결과정을 거치며 형성된다. The sacrificial layer 310, cladding 120, and core 110 within the tube are deposited in that order (S710). The sacrificial layer 310, cladding 120, and core 110 are all formed through deposition and sintering processes.

튜브를 함몰한다(S720). 기 설정된 온도에서 튜브(210)가 함몰되며, 희생층(310), 클래딩(120) 및 코어(110)가 튜브와 함께 막대 형태로 변환된다.Collapse the tube (S720). At a preset temperature, the tube 210 collapses, and the sacrificial layer 310, cladding 120, and core 110 are converted into a rod shape together with the tube.

튜브(210)와 모재(100)가 분리된다(S730). 드릴링 공정을 거치며 희생층(310)이 제거됨에 따라, 튜브(210)와 모재(100)가 분리된다.The tube 210 and the base material 100 are separated (S730). As the sacrificial layer 310 is removed through the drilling process, the tube 210 and the base material 100 are separated.

튜브(210)와 모재(100)가 표면처리된다(S740). 분리된 튜브(210)와 광섬유 모재, 특히, 클래딩(120)의 표면이 화염연마되며 표면처리된다.The tube 210 and the base material 100 are surface treated (S740). The surfaces of the separated tube 210 and the optical fiber base material, especially the cladding 120, are flame polished and surface treated.

도 7에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In Figure 7, each process is described as being sequentially executed, but this is merely an illustrative explanation of the technical idea of an embodiment of the present invention. In other words, a person skilled in the art to which an embodiment of the present invention pertains can change the order depicted in each drawing or perform one or more of the processes without departing from the essential characteristics of an embodiment of the present invention. Since various modifications and variations can be applied by executing in parallel, FIG. 7 is not limited to a time series order.

한편, 도 7에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽힐 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the processes shown in FIG. 7 can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. That is, computer-readable recording media include storage media such as magnetic storage media (eg, ROM, floppy disk, hard disk, etc.) and optical read media (eg, CD-ROM, DVD, etc.). Additionally, computer-readable recording media can be distributed across networked computer systems so that computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.

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 illustrative explanation of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations 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 examples. The scope of protection of this embodiment should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this embodiment.

100: 고출력 빔 전송용 광섬유 모재
110, 910: 코어
120, 920: 클래딩
210, 810: 튜브
215, 815: 내부공간
310: 희생층100: Optical fiber base material for high-power beam transmission
110, 910: core
120, 920: Cladding
210, 810: tube
215, 815: Internal space
310: Sacrificial Layer

Claims (13)

고출력 빔 전송용 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서,
튜브 내 내부공간으로 희생층을 증착하여 소결하는 제1 증착과정;
튜브 내 내부공간으로 희생층 상에 클래딩 및 코어를 증착하여 소결하는 제2 증착과정;
튜브를 함몰시키는 함몰과정;
상기 클래딩 및 코어를 포함하는 광섬유 모재를 상기 튜브와 분리시키는 분리과정; 및
상기 분리과정에 의해 분리된 상기 클래딩 및 상기 튜브를 표면처리하는 처리과정을 포함하고,
상기 희생층은 포스포로실리케이트(SiO2-P2O5), 보로포스포로실리케이트(SiO2-P2O5-B2O3) 또는 보로실리케이트(SiO2-B2O3)로 구현되거나, 불소이온(F-)이 추가로 첨가되고,
상기 희생층은 상기 분리과정에 이용될 드릴날의 두께의 1.1 내지 1.5배의 두께만큼 증착되며,
상기 희생층의 유리 조성의 연화온도는 클래딩층의 유리조성의 연화온도 보다 100℃ 내지 250℃만큼 낮은 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법.In the method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission,
A first deposition process of depositing a sacrificial layer into the internal space within the tube and sintering it;
A second deposition process of depositing and sintering the cladding and core on the sacrificial layer into the internal space within the tube;
A collapsing process that causes the tube to collapse;
A separation process of separating the optical fiber base material including the cladding and core from the tube; and
Comprising a treatment process of surface treating the cladding and the tube separated by the separation process,
The sacrificial layer is implemented with phosphorosilicate (SiO 2 -P 2 O 5 ), borophosphorosilicate (SiO 2 -P 2 O 5 -B 2 O 3 ), or borosilicate (SiO 2 -B 2 O 3 ). , fluorine ions (F - ) are additionally added,
The sacrificial layer is deposited to a thickness of 1.1 to 1.5 times the thickness of the drill bit to be used in the separation process,
A method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, characterized in that the softening temperature of the glass composition of the sacrificial layer is 100 to 250 ° C lower than the softening temperature of the glass composition of the cladding layer. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 코어는,
실리카로 구현되는 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법.According to paragraph 1,
The core is,
A method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, characterized in that it is implemented with silica. 제1항에 있어서,
상기 클래딩은,
불순물이 포함된 실리카로 구현되는 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법.According to paragraph 1,
The cladding is,
A method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, characterized in that it is implemented with silica containing impurities. 제5항에 있어서,
상기 불순물은,
불소(F)인 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법.According to clause 5,
The impurities are,
A method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, characterized in that it is fluorine (F). 제1항에 있어서,
상기 함몰과정은,
2000℃ 이상의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법.According to paragraph 1,
The sinking process is,
A method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, characterized in that it is carried out at a temperature of 2000°C or higher. 제7항에 있어서,
상기 클래딩 및 코어는,
막대(Rod) 형태로 변환되는 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법.In clause 7,
The cladding and core are,
A method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, characterized in that it is converted into a rod shape. 제1항에 있어서,
상기 분리과정은,
드릴링에 의해 상기 클래딩 및 코어가 상기 튜브와 분리되는 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법.According to paragraph 1,
The separation process is,
A method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, characterized in that the cladding and the core are separated from the tube by drilling. 제9항에 있어서,
상기 분리과정은,
드릴링에 의해, 희생층이 물리적으로 제거되며 진행되는 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법.According to clause 9,
The separation process is,
A method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, characterized in that the sacrificial layer is physically removed by drilling. 제1항에 있어서,
상기 처리과정은,
상기 분리과정에 의해 분리된 상기 클래딩 및 상기 튜브의 표면을 화염 연마(Fire Polishing)하는 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법.According to paragraph 1,
The above processing process is,
A method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, characterized in that fire polishing the surfaces of the cladding and the tube separated by the separation process. 제11항에 있어서,
상기 처리과정은,
상기 분리과정에 의해 분리된 상기 클래딩 및 상기 튜브의 표면을 상기 클래딩 및 상기 튜브 각 소재의 연화온도로부터 기 설정된 오차 범위 내의 온도에서 각각 화염연마하는 것을 특징으로 하는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재 제조방법.According to clause 11,
The above processing process is,
A method of manufacturing an optical fiber base material for high-power beam transmission, characterized in that the surfaces of the cladding and the tube separated by the separation process are flame-polished respectively at a temperature within a preset error range from the softening temperature of each material of the cladding and the tube. 제1항 및 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 고출력 빔 전송용 광섬유 모재.
An optical fiber base material for high-power beam transmission manufactured by the method of any one of claims 1 and 4 to 12.
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