KR890003704B1 - 광파이버용모재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광파이버용모재의 제조방법

제1도는 본 발명의 광파이버용모재의 제조방법의 실시태양예를 개략 설명하는 도면.

제2도는 본 발명 방법의 별도의 실시태양예를 설명하는 도면.

제3도는 석영미분말에 불소를 첨가한 경우의 온도조건[절대온도의 역수 10³/T(。K) 또는 T(℃)]과, 불소첨가율 [투명화후의굴절율의 저하율 절대치 │△n(F)│로 나타내고, 석영유리의 굴절율에 대한 %로 표시함]의 관계를 표시한 그래프.

제4도 및 제5도는 각각, 실시예 1 및 실시예 2에서 얻어진 파이버의 굴절율분포를 표시하는 도면.

본 발명은 광파이버용모재의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 활성영역이 주로 석영, 비환성영역이 불소를 첨가한 석영으로 이루어지며, 저손실이고 생산성이 좋은 광파이버를 제공할수 있는 새로운 광파이버용모재의 제조방법에 관한 것이다.

광파이버는 중심부에 굴절율이 높은 활성영역과, 그 주변을 둘러싼 이 활성영역보다도 굴절율이 낮은 비활성영역으로 형성된다. 이와같은 광파이버의 제조방법으로서는, 종래부터 여러가지의 방법이 개발되어 실용에 제공되고 있으며, 예를들며, M-CVD법(Modified Chemical Vapor Deposition 내부조작 CVD법의 1종), VAD법(Vapor Axial Deposition Method 기상축부착법), OVD법(Outside Vapor Deposition Method 외부부착법)등이 그 대표적이다. 이들 제조방법에 있엇, 활성영역을 구성하는 재료로서는, 졸로 SiO₂/GeO₂계 유리가 사용되고, 비활성영역 구성재료로서는 주로 SiO₂가 사용되고 있다.

그런데, 광은 활성영역에 있어서 집중전송되며, 이 부분의 재료로서는 가장 광손실이 작은 재료, 즉 SiO₂를 사용하는 것이 오히려 이상적이다. 한편 비활성영역의 굴절율을 활성영역의 그것보다도 작게할 필요가 있기 때문에, SiO₂에 첨가제로서 B₂O₃,F등 굴절율 저하용 도우팬트를 첨가한다. 광파이버의 용도에 따라서는 B₂O₃을 사용할 수도 있으나, 장파장대 즉 1㎛이상의 광을 전송하는 경우에는, B-O본드존재에 의한 원적외(遠赤外) 영역에서의 광흡수를 위하여, 사용이 좋지않는 경우가 있다. 그점에 있어서, 광파이버의 사용 파장대에서는 특별한 흡수피이크가 없는 F는, 첨가제로서 이상적이다.

따라서, 활성영역은 주로 SiO₂를, 비활성영역은 주로 SiO₂/F계 유리를 사용하여, 굴절율을 조정하는 것이 바람직하다. 이와같은 파이버 구조로서는, 예를들면 일본 특공소 55-15682호 공보에 상세히 기재되어 있다.

또 상기구조의 파이버를 제조하는 방법으로서는, 예를들면 석영봉의 주위에 열플라즈마에 의하여, F를 첨가한 석용유리를, 반경방향으로 유리상태로서 퇴적하는 방법, 석영봉의 주위에, F를 첨가한 석영 미분말을 반경방향으로 퇴적시켜, 이것을 소결하여, 유리모재로 하는 방법, 및 M-CVD법에 의하여, 석영관내면에 먼저 F를 첨가한 석영유리를 퇴적시켜서 활성영역에 상당하는 부분을 만든후에, 중공부를 찌그려뜨려서 속이찬 봉으로 만들어 유리모재로 하는 방법등이 있다.

그러나, 상기의 열플라즈마에 의한 방법에서는, 석영봉과, 적층하는 F첨가의 석영과의 사이의 오염 및, F첨가 석영자체의 OH기에 의한 오염에 의하여, 충분히 저손실의 광파이버를 얻는 것은 곤란하다. 또 석영봉의 주위에 화염가수분해법에 의하여 F첨가 유리미분말을 퇴적시킬때에 석영봉 표면에 최초부터 흡착되어 있는 수분 및, 화염가수분해법에 의하여 F첨가 유리미분말을 퇴적시킬때에 석영봉 표면으로부터의 OH기의 침입(미분말의 수분은 제거하기 쉬우나, 유리표면으로부터 들어가는 수분을 제거하는 것은 지극히 곤란하다)에 의하여, 역시 충분히 저손실의 광파이버는 얻기 어렵다. M-CVD법에 의하면 비교적 물성이 좋은 파이버를 얻을 수는 있으나, 생산성이 부족한 결점이 있다.

본 발명은, 이상에 설명한 종래의 제조접이 가지는 OH기에 의한 광파이버의 특성의 열화 및 생산성의 저조라는 문제를 극복한, 활성영역이 주로 석영, 비활성영역이 불소를 첨가한 석용유리로 된 광파이버를 얻을 수 있는 전혀 신규의 광파이버용모재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은, 원통형상 다공질유리모재의 중심 중공부에는 불소를 함유하지 않은 냉각용 가수를 흐르게 하고, 또한 이 다공질유리모재의 외주부는 제1의 고온의 불소를 함유한 분위기중에 유지하고, 이에 의하여 이 다공질유리모재의 반경방향에서의 불소첨가율을 변화시킨 뒤, 이 다공질유리모재를 제1의 고온보다 높은 제2의 고온분위기중에 유지하고, 이에 의하여 투명유리화하는 것을 특징으로 하는 광파이버용모재의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시태양으로서는, 상기에 있어서 원통형상 다공질유리모재가 화염가수분해에 의하여 생성된 유리미립자 집합체이며, 특히 바람직하게는 순수석영미립자로 이루어지고, 냉각가스가 He를 함유하고 있으며, 제1의 고온의 불소를 함유하는 분위기가 Cl₂를 함유하고, 불소를 함유한 분위기가 SF₆, CF₄및 C₂F₆중의 적어도 1이상을 함유하는 상기 광파이버용모재의 제조방법을 들수 있다.

이하 본 발명의 방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자등은 성영에의 불소첨가의 메카니즘에 대하여 예의 연구의 결과, 아래와 같은 지견을 얻었다. 즉, 불소가 첨가된 석영의 굴절율(n)은 석영의 그것보다 작게되나, 이때의 석영의 굴절율에 대한 감소율을 백분율로 표시한 것을 │△n│로 하면, │△n│는 하기 [1]식으로 주어진다.

여기서, P_SF6은 부위기가스로서 SF₆을 사용한 경우의 SF₆가스의 분압, R는 볼쯔만정수(1.987cal/deg·mol), 및 T는 분위기의 절대온도를 표시한다.

[1]식에 의하면 │△n│는 분위기온도에 대하여 지극히 민감한 것을 알수 있다. 도, 불소분압의1/4승에 비례해 있다는 것도 알수 있다.

제3도는, 화염가수분해반응에 의하여 생성시킨 석영미분말을, 온도조건을 바꾸면서, 분압 0.02의 SF₆분위기중에 3시간 쬐이고, 계속하여 분위기중에서 SF₆을 제거하여, 온도 1650℃, He용량100%분위기에서 이 석영미분말을 투면화하여 얻은, 불소첨가 유리의 석영에 대한 굴절율의 저하율(%)을 표시한다. 또한 도면중의 ○표는, 각 온도조건으로 처리한 경우에 얻어진 실험치이다.

여기서 석영에 대한 불소의 첨가율은, 하기의 화학식[2]에 따른 가역반응(可逆反應)이다.

S : 고체, : 기체g

상기 [2]에서, 반응의 우변에의 진행정도는, [1]식에 의하여 결정되나(F첨가량은 즉 4SiO_1.5F의 생산량으로서, 이것은 [1]식에 의하여 결정됨), 이것은 대략 분위기 온도에 의하여 결정되는 것을 의미한다.

이상과 같은 본 발명자등의 새로히 발견한 불소첨가의 메카니즘에 의거하여, 본 발명은 불소첨가량을 분위기온도 및 불소함유 가스로 제어하여, 목적을 달성하는 것이다.

다음에 본 발명에 의하여 광파이버를 제조하는 방법을 구체예에 위하여 설명한다.

먼저 가늘고 긴 출발봉의 주위에, SiCl₄등의 원료가스를 화염가수분해반응 또는 열산화분해반응하므로서 생성한 석영미분말을, 반경방향으로 퇴적시켜, 다공질모재를 형성시킨다. 소정의 직경 및 길이까지 성장한 다공질모재로부터, 중심의 출발봉을 제거한다. 연후에, 제1도에 표시한 바와같이 이 다공질모재(3)의 중심공(4)의 양단에, 석영관 또는 알루미나관등의 적당한 재질의 가스출입관(5) 및 (5')를 장치한다. 또는 이러한 관(5) 및 (5')를, 석영미분말 퇴적개시전에, 미리 출발봉의 양단에 장치해 두어도 좋다. 이와같은 다공질모재(4)를, 가열로 발열체(6)와 머플(7)로 이루어진 고온의 가열로중에 삽입하여, 로내 분위기(2)를, 불소를 함윤한 분위기로 한다. 또한 도면중(2)는 분위기 가스도입구, (8)은 배출구이다. 동시에 가스출입관(5)을 개재하여, 중심공(4)에, 냉각가스(4)에, 냉각가스(1) 예를들면 He가스, N₂가스등을 흐르게 하여, 출구(1')로부터 배출한다. 이와같이 다공질모재(3)의 외주부에는 로내분위기가스(2)를 흐르게 하고, 중심공(4)에는 냉각가스(1)를 흐르게하므로서, 다공질모재(3)의 단면내의 반경방향에 온도구배를 형성할 수 있다. 여기서 불소를 함유한 로내분위기를 형성하는 재료로서는 예를들면 SF₆,CF₄,C₂F₆등의 불소계 화합물 가스를 사용하나, 이들에 한정되는 것은 아니다.

다공질모재(3)의 외주부는 고온, 예를들면 1200℃정도로 유지되고, 또한 불소를 함유한 분위기중에 있으며, 한편 중심공(4)에는 불소를 함유하지 않은 냉각가스를 흐르게 하고 있으므로, 상기의 온도구배에 추가하여, 상기 [1]식에 표시한 불소의 분압에 있어서도 차이가 생기며, 다공질모재(3)의 외주부일수록, 불소분압이 높은 상태로 할수 있다.

이상의 작용에 의하여, 다공질모재의 중심부일수로 불소첨가율은 적게할 수 있으며, 이것을 더욱 고온으로 가열하여 투명유리화하므로서, 중심부분에서는 굴절율이 높고, 외주부일수록 불소가 많이 첨가되어 굴절율이 낮게 되어있는, 광파이버용모재를 얻을 수 있다.

제2도에 의하여 본 발명의 다른 실시태양을 설명한다. 도면중의 번호는 제1도의 경우와 동일함을 뜻한다. 제2도의 예에서는, 제1도에 비하여 로의 발열체(6)의 온도가 보다 높으며, 또한 로장은 보다 짧은 구성이다. 제1도의 예에서는 다공질모재(3)는, 도중에 정지상태로 놓여 있었으나, 제2도의 예에서는, 다공질모재(3)는 도면의 상방에서 하방으로 화살표방향으로 완만하게 하강하고, 다공질모재(3)의 외경은 로의 열에 의하여 다소 수축을 한, 중심공(4)은 막히는 일이 없고, 또한 적어도 부분적으로는, 유리미립자의상태를 유지하고 있다. 또한, 이 공정중, 불소를 함유한 분위기가스(2)를 버플(7)중에 도입하는 동시에, 냉각가스(1)를 중심공(4)을 통하여 흐르게 하는 것은 제1도의 경우와 동일하다. 이렇게하여 다공질모재의 외주부와 중심부의 온도차, 불소분압차를 형성할 수 있다.

이상 상세히 설명한 바와같이, 본 발명 방법의 골자로하는 바는, 원통형상 다공질모재의 중심공에 냉각가스를 흐르게 하며, 또한 이 다공질모재를 불소를 함유한 고온분위기에 쬐이고, 이에 의하여 다공질모재 단면 방향으로 불소의 첨가율을 변화시키며, 다음에 이 다공질모재를 더욱 고온의 분위기에 쬐이게하여 투명유리화하여, 광파이버모재를 얻는 것에 있다. 즉 다공질모내 단면내에 온도분포를 붙임으로서, 불소의 다공질모재에의 첨가율을 변화시키는 것이 그 요점이다.

본 발명 방법에 있어서 다공질모재로서는, 순수석영유리가 바람직하나 유리미립자의 집합체이며, 그러므로 분위기가스등의 가스체가 이 집합체중을 유통확산이 가능한 것이면 어느것이나 좋고, 예를들면 게르마니어등의 다른 유리미립자를 함유하는 석용유리 혹은 순수 게르마니어로 된 다공질모재로 좋다.

본 발명 방법에 사용하는 냉각가스로서는, 예를들면 He,H₂등의 불활성가스 또는 비활성가스가 바람직하나, 그 종류는 하등 한정되는 것은 아니다.

또 다공질모재가 화염가수분해반응에 의하여 얻어진 경우에는, 이모재중에 OH기를 다량으로 함유하고 있으므로, 예를들면 Cl₂가스등의 할로겐가스를 He등으로 희석한 가스를 사용하는 것이 좋다.

이들 탈수용 할로겐가스는, 다공질모재의 중심공을 냉각가스의 일부로서 흐르게하여도 좋으며, 또 분위기가스의 일부에 사용하여도 좋다.

불소를 함유한 분위기가스용 재료로서는 예를들면 SF_6,CF_4,C₂F₄등이나, 이것에 한정되는 것은 아니고 고온가스형상으로 되는 것이면, 어느것이나 본 발명의 방법에 사용할 수 있다. 불소를 함유한 분위기가스는 He, H₂등으로 희석한것도 좋으며, 예를들면 100% SF₆의 가스등을 사용할 수도 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 구체적으로 설명한다.

[실기예 1]

직경 100mm의 알루미나봉의 반경방향 외주에, 화염가수분해반응에 의하여 생성한 순수석영미분말을 퇴적시켜서 다공질유리체로 한 후에, 상기 알루미나봉을 뽑아내어, 외경 60mm, 길이 50cm의 중공 다공질모재를 얻었다.

이 중공 다공질모재를 제1도의 구성으로 온도 800℃의저항가열로에 넣고, 머플(7)내에 SF₆,He,Cl₂의 혼합가스(0.02 : 0.95 : 0.03)를 1l/min흐르게 하고, 또 다공질모재의 중공부분에는 He와 Cl₂의혼합가스를 20l/min흐르게 하면서, 로내의 온도를 1200℃까지 승온하여, 상기의 분위기 조건으로 로내분위기 온도를 1200℃로 2시간 유지하였다. 그후 로내분위기를 He만으로 하고, 또, 다공질모재의 중공부에 흐르게하는 냉각가스도 He만으로 하여, 유속은 0.05l/min까지 낮추고, 온도 1650℃로 승온하여, 그 온도로 3시간 유지하여 투명유리화하였다.

이상에 의하여 얻어진 투명유리체의 중공부분을 막고, 성형하여 얻은 프리포옴을 축경 와이어드로 우잉하여 광파이버로 하였다.

얻어진 파이버의 활성영역의 직경은 10㎛, 비활성영역의 외경은 125㎛이고, 활성영역의 최대굴절율은, 비활성영역에 비하여 0.3%높았다. 제4도에 굴절율분포를 표시한다. 이 파이버의 파장1.3㎛대에서의 감쇠량은 0.35dB/km였다.

[실시예 2]

직경 20mm의 알루미나봉에 대하여 실시예 1과 동일하게 실시하여, 외경 50mm, 길이 60cm의 순수석영으로 이루어진 중공다공질모재를 얻었다.

이 중공다공질모재를, 제2도의 구성이고, 온도 1350℃의 저항가열로중에, 4mm/min의 하강속도로, 그 하단으로부터 서서히 삽입하여 실시하였다. 이때에 로내분위기가스로서는 SiF₄가스를 유량 1l/min로 흐르게 하고, 도, 이 중공다공질모재의 중심공에는, 냉각가스로서, He 및 Cl₂의 혼합가스(혼합비 95 : 5)를 유량 40l/min로 흐르게 하였다. 중공다공질모재의 전체가 로의 고온부분을 통과한 후, 로의 분위기가스를 He만으로 하고, 또 중심공에 흐르게하는 냉각가스를 He만으로 유량 0.1l/min로 하고, 로의 온도를 1600℃로 상승시켜, 이 중공다공질모재를 이번에는 그 상단으로부터 3mm/min의 상승속도로 로의 고온부분을 통과시킴으로서, 투명유리화하였다.

이상에 의하여 얻어진 투명유리체의 중공부분을 막고, 이것을 성형하여 얻은 프리포옴을 축경, 와이어드로 우잉하여 광파이버로 하였다.

얻어진 파이버의 활성영역의 직경은 50㎛, 비활성영역의 외경은 125㎛이고, 활성영역의 최대굴절율은, 비활성영역에 비하여 0.75%높았다. 제5도에 굴절율분포를 표시한다. 이 파이버의 굴절율분포는, 대략 2승분포에 가까우며, 또 파장 1.3㎛대에서의감쇠량은 0.65dB/km였다.

[비교예 1]

잔류 PH량 10ppb의 합성석영봉(10mmψ)의 주위에, 열프라즈마법으로 굴절율차 -0.3%에 대응하는 F를 첨가한 석영을 적층시키는 동시에 투명유리화하여, 실시예 1과 동일한 구조의 광파이버를 작성하였다.

얻어진 파이버의 잔류 OH량은, 1.30㎛로 8dB/km이며 잔류 OH량은 4ppm였다.

[비교예 2]

비교예 1과 동일한 합성석영봉을 종봉(種捧)으로하여, 그 주변에 기상축부착법으로, 순석영스우트를 퇴적시켜, 이것을 1200℃의 SF₆과 He가스의 혼합가스분위기내에서 3hr유지하고, 다음에 SF₆가스만을 중지시키고 로온을 1650℃로 올려 이모재를 투명유리화하였다. SF₆과 He가스는 각각 200cc/분, 101/분으로 하였다. 얻어진 파이버는 실시예 1과 동일한 구조였으나, 파이버중의 잔류수분을 5ppm였다. 그 유래는, 기상부착시에 종봉속에 확산한 수분에 의한 것이였다.

본 발명의 광파이버용모재의 제조방법은, 활성영역이 주고 석영, 비활성영역이 불소를 첨가한 석영유리로 이루어진 광파이버용모재를, 불소첨가량에 구배를 붙이는 것이 용이하며, OH기의 혼입도 방지할 수 있고, 생산성이 양호하게 조제조되므로, 고품질의 광파이버를 효율좋게 제공할 수 있어 산업상 유리하다.

Claims (1)

1. 원통형상 다공질유리모재의 중심 중공부에는 불소를 함유하지 않는 냉각용 가수를 흐르게 하고, 또한 이 다공질유리모재의 외주부는 제1의 고온의 불소를 함유한 분위기중에 유지하고, 이에 의하여 이 다공질유리모재의 반경방향에 있어서의 불소첨가율을 변화시킨 후, 이 다공질유리모재를 제1의 고온보다 높은 제2의 고온분위기중에 유지하고, 이에 의하여 투명유리화 하는 것을 특징으로 하는 광파이버용모재의 제조방법.

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