KR20050004300A

KR20050004300A - 미세구조의 광섬유 및 예비성형품, 및 미세구조 광섬유의제조방법

Info

Publication number: KR20050004300A
Application number: KR10-2004-7020154A
Authority: KR
Inventors: 제임스씨 파자르도; 마이클티 갈라거; 네이트산 벤카타라만; 제임스에이 웨스트
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2005-01-12
Also published as: US6847771B2; EP1514143A2; EP1514143B1; DE60302158D1; JP4465527B2; JP2005538029A; AU2003299210A8; DK1514143T3; US20030231846A1; AU2003299210A1; WO2004034094A2; WO2004034094A3

Abstract

본 발명은 미세구조의 광섬유에 관한 것이다. 상기 미세구조 광섬유는 내부 영역 및 외부 영역을 포함한다. 상기 내부 영역은 내부 물질 및 내부 물질내에 형성된 복수의 홀을 포함한다. 상기 외부 영역은 상기 내부 영역을 둘러싸고 외부 물질을 포함한다. 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 약 50℃ 이상 높다. 본 발명은 또한 미세구조의 광섬유 예비성형품 및 미세구조 광섬유의 제조방법에 관한 것이다. 상기 미세구조 광섬유는 상기 내부 영역내의 실질적으로 변형없는 홀을 갖도록 제조되어야 한다.

Description

미세구조의 광섬유 및 예비성형품, 및 미세구조 광섬유의 제조방법 {Microstructured optical fibers and preforms and methods for fabricating microstructured optical fibers}

완전히 유리물질로 형성된 광섬유는 20년 이상 통상적으로 사용되어 오고 있다. 상기 광섬유가 전기통신분야에서 약진을 나타내고 있지만, 대체용 광섬유 디자인에 대한 연구가 계속 되어오고 있다. 대체용 광섬유의 하나의 유망한 타입은 미세구조의 광섬유로서, 섬유축을 따라 세로로 형성된 홀이나 공극(voids)을 포함하는 미세구조의 광섬유이다. 상기 홀은 일반적으로 공기 또는 불활성기체를 함유하지만, 다른 물질을 함유할 수도 있다.

미세구조의 광섬유는 광범위한 특징을 갖도록 설계되며, 광범위한 적용분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 고체 유리 코어(solid glass core) 및 상기 코어 주변의 클래딩 영역내에 배치된 복수의 홀을 갖는 미세구조의 광섬유가 개발되었다. 상기 홀의 위치와 크기는 어떤 범위에서나 큰 음의 값에서 큰 양의 값으로 분산을 갖는 미세구조의 광섬유를 제조하기 위해 설계되어야 한다. 상기 섬유들은 예를 들어, 분산 보상(dispersion compensation)과 같은 분야에서 유용하다. 또한 고체-코어 미세구조의 광섬유는 광범위한 파장대에 걸쳐서 단일 모드로 설계되어져 왔다. 대부분의 고체-코어 미세구조의 광섬유는 총 내부 반사 메카니즘(total internal reflection mechanism)으로 빛을 유도하고; 상기 홀의 낮은 굴절률은 그들이 위치된 클래딩 영역의 유효 굴절률을 더 낮추도록 활동한다.

특히 미세구조 광섬유에 있어서, 흥미로운 타입은 광양자 대역차 섬유(photonic band gap fiber)이다. 광양자 대역차 섬유는 총 내부 반사 메카니즘과 기본적으로 다른 메카니즘에 의해 빛을 유도한다. 광양자 대역차 섬유는 섬유의 클래딩내에 형성된 광양자 결정구조를 갖는다. 상기 광양자 결정구조는 빛의 파장상에서 간격을 갖는 주기적인 배열을 갖는 홀이다. 상기 섬유의 코어는 광양자 결정구조의 클래딩내 결함(defect)에 의해 형성된다. 예를 들어, 상기 결함은 광양자 결정구조의 홀과는 실질적으로 다른 크기 및/또는 형태의 홀일 것이다. 상기 광양자 결정구조는 대역차로서 알려진, 주파수의 범위를 갖고, 이것은 빛이 광양자 결정구조 내로 전달되는 것을 막기 위함이다. 대역차내에서 주파수를 갖는 섬유의 코어내로 주입된 빛은 광양자 결정 클래딩내로 전달되지 않도록 막힐 것이고, 따라서 코어에 갇히게 될 것이다. 광양자 대역차 섬유는 상기 광양자 결정구조의 것보다 큰 홀로 형성된 코어를 가지며; 상기 공동의-코어 섬유(hollow-core fiber)에서, 빛은 기상의 매개물로 유도될 것이며, 유리 물질의 레일리 산란(Rayleigh scattering)과 흡수로 인해 손실이 낮아질 것이다. 빛이 기체상 매개물로 유도될 때, 공동의-코어 섬유는 극히 낮은 비-선형성(non-linearity)을 가질 것이다.

미세구조 광섬유의 제조는 모든-유리 광섬유의 제조와 대략적으로 비슷한 방법을 사용한다. 바람직한 배열의 홀을 갖는 예비성형품이 형성된 후, 열 및 장력을 이용하여 섬유로 인발된다. 상기 인발 공정에서, 홀의 크기, 형태 및 배열은 물질의 부드러움과 홀 내부의 표면 장력으로 인해 상당히 변형된다. 이러한 변형은 특히 공동-코어 광양자 대역차 섬유에 손상을 끼치며, 이것은 대역차는 홀 크기, 핏치 및 균형과 같은 광양자 결정 구조의 특징적 차원에서의 변화에 매우 민감하기 때문이다.

따라서, 섬유의 미세구조의 조절을 가능하게 하는 미세구조 광섬유의 제조방법에 대한 연구의 필요성이 요구된다.

발명의 요약

본 발명의 하나의 목적은 바람직한 파장을 갖는 광신호를 전달하기 위한 미세구조의 광섬유를 제공하는데 있고, 상기 미세구조의 광섬유는 바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 내부 물질, 및 상기 내부 물질 내에 형성된 복수의 홀을 포함하는 내부 영역; 및 바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 외부 물질을 포함하고 상기 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역;을 포함하며, 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상 높은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 바람직한 파장에서 광신호를 전달하기 위한 미세구조 광섬유를 제조하기 위한 미세구조 광섬유의 예비성형품을 제공하는데 있고, 상기 미세구조 광섬유의 예비성형품은 바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 내부 물질, 및 상기 내부 물질 내에 형성된 복수의 홀을 포함하는 내부 영역; 및 바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 외부 물질을 포함하고 상기 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역;을 포함하며, 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상 높은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 미세구조 광섬유의 제조방법을 제공하는데 있고, 상기 제조방법은, 바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 내부 물질, 및 내부 물질내에 형성된 복수의 홀을 포함하는 내부 영역; 및 바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 외부 물질을 포함하고 상기 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역;을 가지며, 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상 높은 예비성형품을 제공하는 단계; 및 상기 예비성형품을 인발하여 상기 미세구조 광섬유를 형성하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적은 바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 내부 물질 및 상기 내부 물질 내에 형성된 복수의 홀을 포함하는 내부 영역; 및 바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 외부 물질을 포함하고 상기 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역;을 포함하며, 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유를 포함하는 광통신 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 광섬유, 제조방법 및 예비성형품은 통상적인 광섬유, 제조방법 및 예비성형품보다 많은 잇점을 갖는다. 본 발명은 상기 섬유의 내부 영역에 실질적으로 변형되지 않은 미세구조를 갖는 미세구조 광섬유의 제조를 가능하게 한다. 미세구조 광섬유에서 신호전달이 섬유 내부 영역의 변형에 매우 민감하기 때문에, 본 발명에 따른 미세구조의 광섬유는 통상적인 미세구조 광섬유보다 실질적으로 더 나은 광학적 특성을 갖는다. 본 발명의 추가적인 특징 및 잇점은 후술하는 상세한 설명에서 진술할 것이며, 첨부된 도면 뿐만 아니라, 상세한 설명 및 청구범위를 통해 설명된 바와 같이 본 발명을 실시하여 당업자가 설명 또는 인식함은 명백할 것이다.

전술한 일반적인 설명과 후술하는 상세한 설명은 본 발명의 단순히 모범안이고 청구된 바와 같이 본 발명의 특성 및 특색을 이해하기 위해 전체적인 개요나 틀을 제공한 것임이 이해되어야 할 것이다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되며, 본 명세서에 포함되고 일부를 구성한다. 도면은 크기를 한정할 필요가 없다. 도면은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 구체예를 도시하며 본 발명의 원리 및 조작을 설명하기 위해 상세한 설명과 함께 제공된다.

정의

다음 정의는 종래기술에서 통상적인 사용정의에 따른다.

델타, △는 굴절률 퍼센트이며,, 여기서 n_i는 내부 물질의 굴절률이고, n_o는 외부 물질의 굴절률이다. 델타는 통상적으로 %로 표현된다.

본 발명은 일반적으로 광섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세구조의 광섬유 및 미세구조 광섬유의 인발용 예비성형품에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일예에 따른 미세구조 광섬유의 단면도이고;

도 2는 본 발명의 다른 예에 따른 미세구조 광섬유의 단면도이며;

도 3은 본 발명의 또 다른 예에 따른 미세구조 광섬유의 단면도이고;

도 4는 본 발명의 구체예에 따른 미세구조 광섬유의 예비성형품의 개략도이며;

도 5는 미세구조 광섬유의 적재-및-인발(stack-and-draw)의 제조방법의 실시예의 개략적인 흐름도이고;

도 6은 광양자 대역차 섬유 예비성형품에서 코어 결함(core defect)을 확대하는데 사용된 에칭공정의 실시예의 개략적인 흐름도이며;

도 7은 단일 물질로 형성된 미세구조 광섬유의 예비성형품의 말단도이고;

도 8은 단일 물질로 형성된 미세구조 광섬유의 말단도이며;

도 9는 본 발명의 구체예에 따른 미세구조 광섬유 예비성형품의 말단도이고;

도 10은 본 발명의 구체예에 따른 미세구조 광섬유의 말단도이다.

첨부된 도면에서 표시된 참조번호의 예는 본 발명의 바람직한 구체예를 상세히 설명하기 위함이다.

본 발명자들은, 광섬유의 미세구조 부근 및 주변의 영역이 나머지 섬유들과 비교하여 비교적 높은 연화점 온도(softening point temperature)를 갖는 물질을 포함할 때, 광섬유의 특정한 미세구조의 섬유를 인발하는 동안 바람직하지 않은 변형을 억제할 수 있음을 발견하였다. 더 높은 연화점 온도의 물질은 미세구조 부근의 영역을 인발하는 동안 비교적 단단하게 유지시키며, 인발 단계동안 크기의 감소 단계가 있을지라도, 미세구조는 실질적으로 변형되지 않는다.

본 발명에 따른 광섬유는 높은 연화점 온도 영역(예를 들어, 미세구조 부근 및 주변 영역) 및 낮은 연화점 온도 영역(예를 들어, 미세구조를 제거한 영역)을 포함한다. 상기 낮은 연화점 온도 영역은 섬유가 높은 연화점 온도 물질만 함유하는 경우에 요구되는 최소 인발 온도로부터 실제 섬유의 인발 온도가 더 떨어지게 할 수 있다. 낮은 연화점 온도 물질의 상대질량이 증가하면(즉, 낮은 연화점 온도 물질 대 높은 연화점 온도 물질의 질량비), 요구되는 실제 인발 온도는 낮아진다. 상기 높은 연화점 온도 물질의 점도는 실제 인발 온도에서 충분히 높아서 높은 연화점 온도 물질로 형성된 미세구조의 변형을 억제할 수 있다.

더 높은 연화점 온도 물질은 물질들간의 연화점 온도차가 충분할 때 인발하는 동안 비교적 단단하게 유지될 수 있다. 물질의 연화점 온도는 물질의 점성이 약 10^7.6포이즈(poise)에 도달하는 온도이다. 더 높은 연화점 온도 물질의 연화점 온도는 적어도 약 50℃ 이상 더 낮은 연화점 온도 물질의 연화점 온도보다 커야 한다. 더욱 바람직하게는 더 높은 연화점 온도 물질의 연화점 온도는 적어도 약 100℃, 및 가장 바람직하게는 약 150℃ 이상 낮은 연화점 온도 물질의 연화점 온도보다 크다.

본 발명의 하나의 목적은, 미세구조의 광섬유를 제공하는데 있다. 상기 미세구조의 광섬유는 내부 물질을 포함하는 내부 영역 및 내부 물질내에 형성된 복수의홀들을 포함한다. 또한, 상기 미세구조의 광섬유는 외부 물질을 포함하고 상기 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역을 포함한다. 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상, 바람직하게는 적어도 100℃ 이상, 더욱 바람직하게는 적어도 150℃ 이상 높다. 본 발명에 따른 미세구조 광섬유의 일예가 도 1의 단면도로서 도시되었다. 도 1의 섬유(30)는 내부 영역(32) 및 외부 영역(34)을 갖는 유효 굴절률-유도된 미세구조의 광섬유이다. 내부 영역(32)은 내부 물질(36)로 형성되며, 내부 물질내에 형성된 복수의 홀(40) 뿐만 아니라, 고체 코어(38)를 포함한다. 외부 영역(34)은 외부 물질(42)로 형성된다. 본 발명의 구체예에서, 외부 물질(42)은 내부에 형성된 홀이 없다. 상기 내부 물질(36)은 외부 물질(42)의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상 높은 연화점 온도를 갖는다. 도 1의 구체예는 외부 영역(34)의 물질을 제공하기 위해 단일 고체관만 사용되어야 하는 제조방법에서 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 미세구조의 광섬유(50)의 다른 구체예의 단면도이다. 본 발명의 구체예에서, 미세구조의 광섬유는 광양자 대역차 섬유이다. 상기 섬유(50)는 육각의 격자구조(hexagonal lattice structure)를 가지며; 즉, 홀들이 육각 격자 구조의 격자 위치에 대략적으로 위치된다. 상기 미세구조의 광섬유(50)는 내부 영역(52) 및 외부 영역(54)을 포함한다. 상기 내부 영역(52)은 내부 물질(56)로 형성되고, 공동의 코어(59) 뿐만 아니라, 내부 물질내에 형성된 복수의 홀(58)을 포함한다. 상기 공동의 코어는 내부 물질내의 확대 홀처럼 형성된다. 이 구체예에서, 상기 내부 영역(52)은 공동의 코어 및 격자 위치를 둘러싸는 4개의 링(ring)을포함한다. 당업자에게는 본원에서 사용된 "링"이라는 용어가 원형의 배열을 함축하는 것을 의미하지 않음이 명백할 것이고; 이 구체예에서, 링은 육각형의 구조를 갖는다. 물론, 상기 내부 영역은 격자위치의 4개 보다 많거나 적은 링을 포함할 수 있고, 예를 들어 2개의 링을 포함할 수 있다. 내부 영역(52)의 대략적인 크기는 점선으로 표시된 바와 같다. 외부 영역(54)은 내부 영역(52)을 둘러싸고, 외부 물질(60)로 형성된다. 이 구체예에서, 상기 외부 영역(54)은 내부 영역(52)의 격자위치에 바로 인접하여 둘러싼 격자위치에서 외부 물질에 형성된 일련의 홀(62)을 포함한다. 도 2는 내부 영역(52)을 둘러싸는 격자 위치의 3개의 링을 갖는 외부 영역(54)을 도시한다. 물론, 외부 영역(54)은 내부 영역(52)을 둘러싸는 격자 위치의 3개보다 많거나 적은 링을 포함할 수 있고, 예를 들어, 5개의 링을 포함할 수 있다. 상기 내부 물질(56)은 외부 물질(60)의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상 큰 연화점 온도를 갖는다. 외부 영역의 홀이 도 2의 섬유를 인발하는 동안 다소 변형될지라도, 내부 영역의 홀은 실질적으로 변형되지 않을 것이다. 상기 외부 영역의 홀이 섬유내에 전달되는 광신호에 비교적 거의 접촉하지 않기 때문에, 외부 영역의 홀의 어떠한 변형도 거의 영향이 없다.

본 발명의 미세구조의 광섬유는 도 2의 구체예의 내부 및 외부 영역의 홀(58 및 62)과 같은 홀들을 포함한다. 상기 홀들은 섬유의 세로축에 실질적으로 평행하게 연장되는 바람직하게 연장된 환상(環狀)의 통로이다. 홀의 직경은 예를 들어 0.5 내지 5.0 마이크론 사이이다. 상기 홀은 홀을 둘러싸는 물질과 다른 굴절률을 갖는 기체 또는 다른 물질로 충진될 것이다. 또는, 홀 내는 진공일 수 있다.

본 발명의 미세구조의 광섬유는 또한 코어를 포함한다. 본원에서와 같이, 코어는 빛이 그것의 경계내로 실질적으로 전달되게 하는 구조를 갖는 물리적 특징이 있다. 예를 들어, 도 1의 굴절률-유도된 광섬유(30)는 홀(40)의 링의 중앙에 형성된 고체 코어(38)를 포함한다. 상기 고체 코어는 도 1과 같이 내부 물질로 형성되거나, 다른 물질로 형성될 수 있다. 도 2의 광양자 대역차 광섬유(50)는 육각 격자의 중앙에서 확대 홀로서, 형성된 공동의 코어(59)를 포함한다. 상기 공동의 코어는 내부 클래딩의 물질의 홀로서 형성되거나, 다른 물질의 홀로서 형성될 수 있다. 섬유내의 빛의 전달은 코어에만 실질적으로 제한된다. 도 1 및 도 2의 구체예에서, 섬유의 중심에 위치된 하나의 코어만 있다. 그러나, 당업자들에게는, 본 발명의 광섬유는 다중 코어를 포함할 수 있음이 명백할 것이다. 광섬유의 코어가 섬유의 중심축을 따라 위치되는 것이 바람직할지라도, 상기 코어(들)은 섬유의 중심축을 따르는 위치와 다르게 위치될 수 있다.

본 발명의 미세구조의 광섬유에서, 내부 영역의 바람직하지 못한 홀의 변형은 내부 및 외부 물질의 특징의 적절한 선택에 의해 인발하는 동안 억제될 수 있다. 특히, 내부 물질은 인발 온도, 즉 섬유가 인발되는 온도에서 외부 물질의 점도보다 더 높은 점도를 갖는다. 인발 온도에서 물질의 점도는 물질의 연화점 온도를 직접 교정하게 된다. 따라서, 더 높은 연화점 온도를 갖는 물질은 인발 온도에서 더 높은 점도를 가질 것이고, 이 물질로 형성된 홀은 인발하는 동안 거의 변형되지 않을 것이다. 본 발명의 미세구조의 광섬유에서, 내부 영역의 내부 물질은 외부 영역의 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 약 50℃ 이상 높은 연화점 온도를 갖고,바람직하게는 적어도 약 100℃ 이상, 더욱 바람직하게는 적어도 약 150℃ 이상의 연화점 온도를 갖는다. 연화점 온도차의 가장 큰 잇점을 얻기 위해, 외부 영역의 질량(mass)이 내부 영역의 질량보다 큰 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 외부 영역의 질량이 내부 영역의 질량의 적어도 약 3배 이상 큰 것이다. 좀 더 바람직하게는, 외부 영역의 질량이 내부 영역의 질량의 적어도 약 6배 이상이다. 본 발명의 어떤 구체예에서, 외부 영역의 질량은 내부 영역 질량의 약 50배 이상 클 수 있다.

본 발명의 광섬유는 실리카 유리, 도핑된 실리카 유리(예를 들어, 게르마노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리, 플루오로실리케이트 유리), 플루오라이드 유리, 칼코지나이드 유리(chalcogenide glass) 및 중금속 산화물 유리와 같은 다양한 물질들로 형성될 것이다. 당업자들에게는, 내부 물질의 더 높은 연화점 온도가 다양한 방법으로 달성될 수 있음이 명백할 것이다. 예를 들어, 상기 내부 및 외부 물질은 바람직한 점도 및 연화점 온도의 관계를 제공하는 실질적으로 다른 물질들일 수 있다. 또는, 내부 물질의 더 높은 연화점 온도는 당업자들에게 통상적인 기술로 이용하는 유사한 내부 및 외부 물질의 상대적인 도핑에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 실리카 유리 외부 물질은 불소, 게르마늄, 붕소 및/또는 인과 같은 연화점 온도 감소 도핑제(softening point temperature reducing dopant)로 도핑될 수 있다. 또한, 실리카 유리 내부 물질은 탄탈, 및/또는 질소와 같은 연화점 온도 증가 도핑제(softening point temperature increasing dopant)로 도핑될 수 있다. 상기 다른 방법에서와 같이, 내부 물질은 도핑되어 연화점 온도를 올릴 수 있고, 외부 물질은 도핑되어 연화점 온도를 낮출수 있다.

도 2의 구체예에서, 내부 물질(56) 및 외부 물질(60) 모두는 실질적으로 동일한 굴절률을 갖는다. 바람직하게, 섬유(50)의 내부 및 외부 영역(52 및 54)은 내부 물질(56) 및 외부 물질(60)이 실질적으로 동일한 굴절률을 가질 때 일정한 광양자 대역차 특성을 갖는다. 이러한 경우에, 내부 및 외부 물질(56 및 60) 사이의 델타 절대값이 바람직한 파장에서 약 0.4% 미만인 것이 바람직하다. 따라서, 전체 내부 및 외부 영역(52 및 54)은 일정한 굴절률의 매개물로 결합된 영역, 즉, 내부 및 외부 물질(56 및 60), 및 다른 굴절률을 갖는 홀(58 및 62)을 포함한다. 본 발명의 또 다른 구체예에서(예를 들어, 도 1의 굴절률-유도 미세구조의 광섬유), 내부 물질(56) 및 외부 물질(60)은 실질적으로 동일한 굴절률을 갖지 않는 것이 바람직하다.

연화점 온도 변화 도핑제로 물질을 도핑하는 것은 물질의 굴절률을 변화시킬 수 있다. 따라서, 실질적으로 내부 및 외부 물질의 굴절률을 같도록 유지하기 위해 보상 도핑(compensation doping)이 요구될 수 있다. 예를 들어, 상기 보상은 약 0.4% 미만의 델타 절대값을 갖는 내부 및 외부 물질을 산출할 수 있다. 예를 들어, 내부 물질이 연화점 온도를 증가시키기 위해 탄탈로 도핑된다면, 그것의 굴절률은 증가할 것이다. 상기 외부 물질은 내부 물질의 굴절률과 실질적으로 같도록 굴절률을 증가시키기 위해 (예를 들어, 게르마늄으로) 도핑되는 것이 바람직하다. 물론, 외부 물질이 점도를 변화시키기 위해 도핑된다면, 내부 물질은 내부 및 외부 물질의 굴절률이 실질적으로 같도록 유지하기 위해 도핑될 필요가 있다. 또는, 외부 물질만 연화점 온도를 감소시키고 연화점 온도 변화제로 인해 생긴 굴절률의 변화를 보상하기 위해 도핑될 수도 있다. 따라서, 내부 물질은 필수적으로 도핑되지 않은 실리카이고, 외부 물질은 게르마늄(연화점 온도를 감소시키는 반면, 굴절률 증가) 및 불소(연화점 온도를 감소시키는 반면, 굴절률 감소)로 도핑될 것이다.

도 3은 도 2의 구체예와 유사한, 본 발명에 따른 또 다른 구체예를 도시한다. 미세구조의 광섬유(80)는 내부 영역(82) 및 외부 영역(84)을 갖는다. 내부 영역(82)은 내부 물질(86)로 형성되며 그 내부에 형성된 코어 홀(90)과 광양자 결정 구조의 홀(88)을 갖는다. 외부 영역(84)은 외부 물질(92)로 형성되며 실질적으로 그 내부에 형성된 홀이 없다. 내부 물질(86)은 외부 물질(92)의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상의 연화점 온도를 갖는다. 이 구체예에서, 내부 영역내 코어를 둘러싸는 홀의 7개의 링이 있고, 외부 영역의 상대적으로 큰 질량은 내부 영역의 홀의 실질적인 변형없이 섬유가 인발될 수 있게 한다.

본 발명의 미세구조의 광섬유에서, 외부 물질이 실질적으로 내부 물질의 외표면과 접하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 외부 물질은 바람직하게 적어도 약 80%로 접하고, 더욱 바람직하게는 내부 물질의 외표면의 적어도 약 90% 접한다. 내부 및 외부 물질 사이의 큰 차이는 빛-유도 특성을 산란시키고, 기계적 강도를 절충하며, 미세구조의 광섬유의 용이한 접합을 억제할 것이다.

본 발명의 미세구조의 광섬유에서, 내부 영역은 섬유의 중심축을 따라 실질적으로 배치되는 것이 바람직하다. 특히 섬유의 중심축을 따라 실질적으로 배치된 코어를 갖는 것이 바람직하다. 내부 영역 및/또는 코어의 중심화는 이들 특색들이기계적 배열 방법을 이용하여 쉽게 위치될 수 있도록 할 것이다.

당업자들에게는, 홀과 고체 영역의 다른 배열도 본 발명의 광섬유에서 사용될 수 있음이 명백할 것이다. 예를 들어, 더 많거나 더 적은 홀들이 사용될 수 있고, 다른 굴절률의 영역이 형성될 것이다. 도 1 내지 4에서 참조기호를 들어 설명한 미세구조의 광섬유들이 육각 격자를 갖는 반면, 사각 또는 삼각과 같은 다른 구조들도 사용될 것이다. 당업자들은 본 발명의 섬유에 사용하기 위한 다른 미세구조의 형태 및 다른 물질 시스템을 선택할 것이다.

본 발명의 미세구조 광섬유는 광범위한 바람직한 파장에서 조작되도록 설계되고 제조될 것이다. 예를 들어, 본 발명의 미세구조 광섬유는 자외, 가시, 근적외 또는 원적외 파장에서 작동될 수 있다. 특히 바람직한 파장은 1300nm 및 1550nm를 포함한다. 당업자들은 본 발명에 따른 미세구조 광섬유가 본원에서 설명한 파장 범위와 다른 파장에서 사용하기 위해 설계될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 미세구조 광섬유의 제조를 위한 미세구조 광섬유 예비성형품을 제공하는데 있다. 상기 미세구조 광섬유는 내부 물질을 포함하는 내부 영역 및 상기 내부 물질내에 형성된 복수의 홀을 포함하는 내부 영역을 포함한다. 또한, 미세구조 광섬유는 내부 영역을 둘러싸고 외부 물질을 포함하는 외부 영역을 포함한다. 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 50℃, 바람직하게는 적어도 100℃, 더욱 바람직하게는 적어도 150℃ 이상 높다.

당업자가 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 미세구조 광섬유의 예비성형품은 상술한 바와 같이 본 발명의 미세구조 광섬유들과 구조적으로 유사할 것이다. 예를들어, 바람직한 파장에서, 내부 및 외부 물질이 다른 하나의 약 0.4% 미만의 델타 절대값을 가질 것이다. 외부 물질은 내부 물질의 외표면에 실질적으로 접할 것이다. 내부 물질은 중심축을 따라 실질적으로 배치될 것이다. 당업자들은 전술한 미세구조 광섬유에 관한 기술을 본 발명에 따른 미세구조 광섬유의 예비성형품에 적용할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 미세구조 광섬유의 예비성형품의 일예가 도 4에 도시되었다. 이 광섬유 예비성형품은 도 3의 일예와 유사한 광양자 대역차 섬유의 제조에 적합하다. 미세구조 광섬유 예비성형품(100)은 내부 영역(102) 및 외부 영역(104)을 포함한다. 내부 영역(102)은 내부 물질(106)로 형성되며, 내부 물질내에 형성된 복수의 홀(108) 및 공동 코어(109)를 포함한다. 상기 공동 코어는 내부 물질내 확대 홀로서 형성된다. 이 구체예에서, 내부 영역(102)은 공동의 코어 및 격자 위치를 둘러싸는 6개의 링을 포함한다. 물론, 상기 내부 영역은 격자 위치의 6개보다 많거나 적은 링을 포함할 수 있고, 예를 들어 2개의 링도 가질 수 있다. 내부 영역(102)의 대략적인 크기는 점선으로 나타내었다. 외부 영역(104)은 내부 영역(102)을 둘러싸고, 외부 물질(110)로 형성된다. 내부 물질(106)은 외부 물질(110)의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상의 연화점 온도를 갖는다.

본 발명의 또 다른 목적은 미세구조 광섬유의 제조방법을 제공하는데 있다. 전술한 바와 같이 실질적으로 미세구조 광섬유의 예비성형품이 제공된다. 미세구조 광섬유는 내부 물질 및 내부 물질내에 형성된 복수의 홀을 포함하는 내부 영역을 포함한다. 또한, 미세구조 광섬유는 내부 영역을 둘러싸며 외부 물질을 포함하는외부 영역을 포함한다. 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 50℃, 바람직하게 적어도 100℃, 및 더욱 바람직하게 적어도 150℃ 이상이다. 미세구조 광섬유의 예비성형품은 미세구조 광섬유로 인발된다.

인발 단계가 수행되는 온도는 인발하는 동안 내부 영역의 홀의 변형을 최소화하기 위해 당업자에 의해 선택되어야 한다. 주어진 미세구조 광섬유의 예비성형품의 구조 및 주어진 인발 조건(예를 들어, 인발 장력, 인발 속도)에 있어서, 내부 물질은 제1 인발 온도에 의해 특징지어진다. 상기 제1 인발 온도는 내부 물질로만 형성되고 주어진 구조를 갖는 미세구조의 예비성형품을 인발하는 조건하에서 섬유로 인발되는 최소의 온도이다. 반면, 외부 물질은 제2 인발 온도에 의해 특징지어진다. 제2 인발 온도는 외부 물질로만 형성되고 주어진 구조를 갖는 미세구조의 예비성형품을 인발하는 조건하에서 섬유로 인발되는 최소의 온도이다. 외부 물질의 연화점 온도가 내부 물질의 연화점 온도보다 낮기 때문에, 제1 인발 온도는 제2 인발 온도보다 높을 것이다. 내부 물질 및 외부 물질을 모두 포함하는 미세구조의 광섬유 예비성형품의 실제 인발 온도는 제1 인발 온도 및 제2 인발 온도의 사이일 것이다. 외부 물질의 질량은 내부 물질의 질량보다 실질적으로 큰 것이 바람직하다. 이로서, 외부 물질의 상대적으로 큰 질량으로 인해, 실제 인발 온도는 더 높은 제1 인발 온도보다 더 낮은 제2 인발 온도에 더욱 실질적으로 근접할 것이다. 상기 실제 인발 온도가 실질적으로 제2 인발 온도에 근접할 때, 내부 물질의 점도는 실제 인발 온도에서 충분히 높게 유지되어 제1 영역의 홀의 실질적인 변형을 억제한다. 다시 말하면, 내부 물질은 실제 인발 온도에서 비교적 높은 점도로 인해 인발하는동안 더욱 딱딱하게 유지되고, 증가된 경도는 내부 영역의 홀이 섬유로 인발되는 동안 실질적으로 변형되는 것을 막게 된다.

본 발명의 미세구조 광섬유의 예비성형품은 당업자에게 알려진 방법으로 제조될 수 있다. 통상적으로 사용되는 적재-및-인발 공정(stack-and-draw process)에서, 공동의 모세관들은 미세구조의 예비성형품을 형성하기 위해 함께 다발로 된다(bundle). 미세구조 광섬유의 제조를 위한 적재-및-인발 공정의 일예가 도 5의 단면도로서 도시되었다. 공동 모세관들의 군은 바람직한 미세구조(예를 들어, 공동 코어 결함을 갖는 광양자 결정 구조)를 한정하도록 배열된다. 모세관들의 다발은 고체관에 체결되고, 선택적으로 예비성형품 직경을 감소시키기 위해 재인발되며, 홀의 크기를 확대하기 위해 SF₆또는 수용성 NH₄F·HF로 에칭된다. 예를 들어 본원의 참고문헌으로 포함된, 미국특허출원번호 제09/563,390호에 재인발 및 에칭공정이 설명되었다.

미세구조 광섬유의 예비성형품의 코어는 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 고체-코어 미세구조 광섬유를 제조하기 위해, 코어는 공동의 모세관을 따라 배열된 고체 로드(solid rod)에 의해 형성된다. 공동-코어 미세구조 광섬유를 제조하기 위해서는, 더 큰 내부 단면을 갖는 모세관(150)이 상기 구조체내로 삽입될 것이다. 결함은 도 6에 도시된 바와 같이 오프셋 홀(offset hole, 152)을 갖는 모세관들을 갖는 중앙 모세관을 감싸 에칭단계동안 확대되고, 본원의 참고문헌으로 포함된, 미국특허출원번호 제10/085,785호에 설명되었다. 상기 에칭단계가 수행되어 오프셋 모세관들과 중앙 모세관 사이의 비교적 얇은 벽을 제거하고 홀(154)을 확대시킨다. 돌출된 구조는 표면 장력으로 인해 인발되는 동안 부분적으로 또는 전체적으로 벽으로 들어갈 것이다. 또는, 성형된 코어 모세관은 특별히-성형된 흑연 바이트 로드(bait rod)상에 유리 수트(glass soot)의 증착단계를 거치고 수트의 고화단계 및 바이트 로드의 물리적 및/또는 화학적 제거단계를 거쳐 제공될 것이다.

당업자들에게는 미세구조의 광섬유용 예비성형품을 제조하기 위한 다른 방법도 본 발명에서 유익하게 사용될 수 있음을 명백할 것이다. 예를 들어, 압출 공정도 예비성형품을 형성하는데 사용될 수 있다. 당업자에게 알려진 다른 에칭 및 인발 공정도 본 발명과 연결하여 사용될 수 있다.

상기 미세구조 광섬유의 예비성형품은 당업자들에게 알려진 방법을 이용하여 미세구조 광섬유로 인발될 수 있다. 예를 들어, 표면 장력으로 인해 홀들이 밀폐되도록 유지하기 위해 인발단계 동안 예비성형품의 홀상에 압력을 걸게 된다. 본원의 참고문헌으로 포함되며, "미세구조 광섬유의 인발을 위한 방법 및 예비성형품"이라는 명칭하에 본원과 함께 출원된 미국가출원번호 제60/___,___호(코닝 인코포레이티드 정리번호 SP02-112, 발명자 Dawes, Gallagher, Hawtof, Venkataraman)에서 설명된 바와 같이, 예비성형품의 다른 일련의 홀들상에 다른 압력을 거는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광양자 대역차 섬유의 큰 코어홀은 제1 압력 시스템으로 결합되며 광양자 결정 구조의 홀들은 제2 압력 시스템으로 결합된다. 제1 압력 시스템은 내부 코어 홀이 광양자 결정 구조의 홀까지 연장되지 않도록 제2압력 시스템보다 더 낮은 압력으로 설정될 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 미세구조 광섬유를 포함하는 광통신 시스템을 제공하는데 있다. 본 발명에 따른 미세구조 광섬유는 통상적인 미세구조 광섬유에 비해 실질적으로 변형없이 제조되며, 따라서 통상적인 미세구조 광섬유보다 현저하게 더 나은 광학특성을 나타낸다. 상기와 같이, 본 발명에 따른 미세구조 광섬유가 광통신 시스템에 사용하기 위해 특히 적합하다.

본 발명의 대표예인 후술하는 제한없는 실시예에 의해 본 발명은 더욱 명백해질 것이다.

실시예 1

전술한 바와 같이, 미세구조 광섬유 예비성형품을 도핑되지 않은 실리카 모세관들을 적재하고, 이들을 도핑되지 않은 실리카 관으로 체결하여 다발을 형성하고, 다발을 인발하여 크기를 감소시키고, 수용성 NH₄F·HF로 에칭하여 홀을 확대시켜 제조하였다. 상기 예비성형품의 중앙 영역의 말단도를 도 7에 나타내었다. 이 예비성형품이 1950℃의 퍼니스 온도(furnace temperature)에서 광섬유로 인발되었다. 도 7의 예비성형품으로부터 인발된 광섬유는 도 8의 말단도에 도시되었다. 이 섬유의 홀은 예비성형품의 홀과 비교하여 실질적으로 변형되었다. 예를 들어, 코어 홀의 한정된 모양이 사라지고, 광양자 결정 클래딩 구조의 많은 홀들이 원형으로부터 실질적으로 변형되었다.

본 발명에 따른 미세구조 광섬유 예비성형품이 도핑되지 않은 실리카 모세관및 6중량%의 B₂O₃-도핑된 실리카 체결관을 이용하여 전술한 바와 같이 제조되었다. 도 9에 말단도로 도시된, 이 예비성형품은 구체예 3에서 도시한 예비성형품과 유사하고, 내부 영역을 형성하는 실리카 모세관들과 외부 영역을 형성한 붕소-도핑된 실리카 체결관을 갖는다. 내부 영역 및 외부 영역의 물질 사이의 연화점 온도 차이는 약 160℃이다. 이 예비성형품은 1950℃의 퍼니스 온도에서 광섬유로 인발되었다. 도 9의 예비성형품으로부터 인발된 광섬유가 도 10의 말단도에 도시되었다. 도 10의 미세구조 광섬유의 코어 홀 및 광양자 결정 격자는 상기 예비성형품의 홀과 비교하여 실질적으로 변형되지 않았다. 예를 들어, 광양자 결정 격자의 홀은 육각의 격자점을 둘러싸며 유지되고, 코어 홀의 한정된 모양은 최소 변형만을 갖고 인발되었다.

당업자에게는 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위내에서 본 발명에 있어서 다양한 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들어, 2개의 코어 모세관을 갖는 듀얼-코어(dual-core) 광양자 대역차 섬유를 제조하는데 있어서, 두 개의 코어 홀은 제1 압력 시스템으로 결합된다. 본 발명이 제1, 제2 또는 제3의 압력 시스템에 관해 설명하고 있을지라도, 당업자에게는 본 발명을 실시하는데 그 이상의 압력 시스템이 사용될 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위내의 요지 및 이들의 균등물내에서 실시될 때 본 발명의 변형 및 변경일 것이다.

Claims

바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 내부 물질, 및 상기 내부 물질 내에 형성된 복수의 홀을 포함하는 내부 영역; 및

바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 외부 물질을 포함하고 상기 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역;을 포함하며,

상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 바람직한 파장을 갖는 광신호의 전달용 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 내부 영역은 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 100℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 150℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 내부 물질과 외부 물질은 내부 물질의 바람직한 파장에서 약 0.4% 미만의 델타 절대값을 갖는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 외부 물질은 실질적으로 그 내부에 홀을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 내부 물질 및 외부 물질은 실리카 유리, 도핑된 실리카 유리, 플루오라이드 유리, 칼코지나이드 유리 및 중금속 산화물 유리로 이루어진 군으로부터 개별적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 외부 물질은 연화점 온도 감소 도핑제를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 외부 물질은 연화점 온도 감소 도핑제에 의해 기인된 굴절률 변화를 보상하기 위해 제2의 도핑제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제9항에 있어서, 상기 연화점 온도 감소 도핑제는 불소, 게르마늄, 붕소, 인, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 내부 물질은 연화점 온도 증가 도핑제를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제11항에 있어서, 상기 연화점 온도 증가 도핑제는 탄탈, 질소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 외부 물질은 내부 물질의 외표면과 실질적으로 접하는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 미세구조의 광섬유는 중심축을 갖고, 상기 내부 물질은 상기 중심축을 따라 실질적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 내부 영역내 복수의 홀은 코어를 둘러싸는 적어도 2개의 링의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 내부 영역내 복수의 홀은 코어를 둘러싸는 적어도 4개의 링의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 내부 영역 및 외부 영역은 질량을 갖고, 상기 외부 영역의 질량이 내부 영역의 질량보다 실질적으로 큰 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제17항에 있어서, 상기 외부 영역의 질량이 내부 영역의 질량의 적어도 3배인 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 코어는 내부 물질내에 형성된 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항에 있어서, 상기 코어는 실질적으로 고체 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 미세구조의 광섬유.
제1항의 미세구조 광섬유를 포함하는 광통신 시스템.
바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 내부 물질, 및 상기 내부 물질 내에 형성된 복수의 홀을 포함하는 내부 영역; 및

바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 외부 물질을 포함하고 상기 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역;을 포함하며,

상기 내부 물질의 연화점 온도가 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상 높으며,

바람직한 파장에서 광신호의 전달을 위한 미세구조의 광섬유의 제조용 미세구조 광섬유 예비성형품.
제22항에 있어서, 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 100℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 미세구조 광섬유의 예비성형품.
제22항에 있어서, 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 150℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 미세구조 광섬유의 예비성형품.
제22항에 있어서, 상기 내부 물질과 외부 물질은 내부 물질의 바람직한 파장에서 약 0.4% 미만의 델타 절대값을 갖는 것을 특징으로 하는 미세구조 광섬유의 예비성형품.
제22항에 있어서, 상기 내부 물질 및 외부 물질은 실리카 유리, 도핑된 실리카 유리, 플루오라이드 유리, 칼코지나이드 유리 및 중금속 산화물 유리로 이루어진 군으로부터 개별적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 미세구조 광섬유의 예비성형품.
제22항에 있어서, 상기 외부 물질은 내부 물질의 외표면과 실질적으로 접하는 것을 특징으로 하는 미세구조 광섬유의 예비성형품.
제22항에 있어서, 상기 미세구조의 광섬유는 중심축을 갖고, 상기 내부 물질은 상기 중심축을 따라 실질적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 미세구조 광섬유의 예비성형품.
제22항에 있어서, 상기 내부 영역 및 외부 영역은 질량을 갖고, 상기 외부 영역의 질량이 내부 영역의 질량보다 실질적으로 큰 것을 특징으로 하는 미세구조 광섬유의 예비성형품.
제29항에 있어서, 상기 외부 영역의 질량이 내부 영역의 질량의 적어도 3배인 것을 특징으로 하는 미세구조 광섬유의 예비성형품.
코어, 바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 내부 물질, 및 내부 물질내에 형성된 복수의 홀을 포함하는 내부 영역; 및 바람직한 파장 및 연화점 온도에서 하나의 굴절률을 갖는 외부 물질을 포함하고 상기 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역;을 가지며 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 50℃ 이상 높은 예비성형품을 제공하는 단계; 및

상기 예비성형품을 인발하여 상기 미세구조의 광섬유를 형성하는 단계;

를 포함하는 미세구조 광섬유의 제조방법.
제31항에 있어서, 상기 예비성형품은 실제 인발 온도에서 인발되며, 상기 내부 물질은 제1 인발 온도에서 특징지어지고, 상기 외부 물질은 제2 인발 온도에서 특징지어지며, 상기 실제 인발 온도가 제1 인발 온도보다 제2 인발 온도에 실질적으로 근접한 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 100℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 상기 내부 물질의 연화점 온도는 외부 물질의 연화점 온도보다 적어도 150℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 상기 외부 물질은 내부 물질의 외표면과 실질적으로 접하는 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 상기 미세구조의 광섬유는 중심축을 갖고, 상기 내부 물질은 상기 중심축을 따라 실질적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 상기 내부 영역 및 외부 영역은 질량을 갖고, 상기 외부 영역의 질량이 내부 영역의 질량보다 실질적으로 큰 것을 특징으로 하는 방법.
제37항에 있어서, 상기 외부 영역의 질량이 내부 영역의 질량의 적어도 3배인 것을 특징으로 하는 방법.