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KR900003449B1 - 분산 시프트싱글모우드 광파이버 및 그 제조방법 - Google Patents

분산 시프트싱글모우드 광파이버 및 그 제조방법 Download PDF

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KR900003449B1
KR900003449B1 KR1019870005307A KR870005307A KR900003449B1 KR 900003449 B1 KR900003449 B1 KR 900003449B1 KR 1019870005307 A KR1019870005307 A KR 1019870005307A KR 870005307 A KR870005307 A KR 870005307A KR 900003449 B1 KR900003449 B1 KR 900003449B1
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히로시 요꼬다
고오타로오 다나까
요오이찌 이시구로
마사히로 다까기
히로시 스가누마
마사유끼 시게마쯔
Original Assignee
스미도모덴기고오교오 가부시기가이샤
나까하라 쯔네오
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Priority claimed from JP62052089A external-priority patent/JPS63222042A/ja
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Abstract

내용 없음.

Description

분산 시프트싱글모우드 광파이버 및 그 제조방법
제 1 도 (a) 는 본 발명에 관한 계단형 굴절율 분포의 설명도.
제 1 도 (b)는 본 발명의 내측코어, 외측코어와 클래드부로 이루어진 복합체(II)의 굴절율 분포구조를 도시한 도면.
제 2 도는 종래의 굴절율 분포의 구조예를 도시한 도면.
제 3 도 내지 제 6 도는 본 발명의 파이버를 제조하는 실시태양의 설명도로서, 제 3 도는 내측코어용 다공질 유리체의 제작방법의 설명도.
제 4 도는 내측코어용 투명유리체와 파이프형상 외측코어용 투명유리체의 가열일체화방법의 설명도.
제 5 도는 내측코어와 외측코어의 복합체(I)의 굴절율 분포 구조예를 도시한 도면.
제 6 도는 복합체(II)의 외주부에 다공질 유리체를 퇴적시키는 방법의 설명도.
제 7 도는 본 발명의 파이버와 종래 파이버의 전송손실 스펙트럼의 비교를 도시한 도면.
제 8 도는 본 발명에서 복합체(II)의 외주부에 다공질 유리체를 퇴적시키는 다른 방법의 설명도.
제 9 도 및 제 10 도는 본 발명의 제 2 실시예에서 얻은 코어용 투명유리체 및 본 발명의 유리모재의 굴절율 분포를 도시한 도면.
제 11 도는 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 코어용 스우트체의 제작방법의 설명도.
제 12 도는 본 발명에 의한 제 2 실시예의 광파이버 및 종래제품의 전송손실 스펙트럼을 비교한 도면.
제 13 도는 종래의 분산시프트 파이버의 굴절율 분포를 도시한 도면.
제 14 도는 본 발명의 제 3 실시예로 제조한 코어용 유리체의 굴절율 분포 구조를 도시한 모식도.
제 15 도는 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 클래드용 유리체와 코어용 유리체를 일체화 시켰을시의 굴절율 분포구조를 도시한 모식도.
제 16 도는 본 발명의 제 3 실시예로 얻은 프리포옴의 굴절율 분포구조를 도시한 모식도.
본 발명은 통신용 석영계 광파이버용 모재의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 파장 1.5μm대에 영분산파장을 분산 시프트시킨 싱글모우드 광파이버(이하"분산시프트파이버"라 칭함)와 그 제조방법에 관한것이다.
종래의 석영계 광파이버에 있어서, 그 최저 손실파장영역인 1.5μm대에 영분산파장을 시프트시킨 분산시프트 파이버는, 장거리, 대전 송용량의 광통신 전송로로서 실용화가 진행되고 있다. 분산시프트 파이버증에서도 제 1 도에 도시한 바와같은 계단형 굴절율 분포를 가진것은, 단순한 스탭형 굴절율 분포를 가진 분산시프트 파이버에 비하여 벤딩손실이 적고, 실용상의 이점이 커서 개발검토가 진행되고 있다(참고문헌 1 : "분산시프트 계단형 굴절율 분포 싱글모우드 파이버", N. 구와키외, 엘렉트로닉스레터즈 : 1985년 12월 5일, 21권 No.25/26, 1186-1187면).
제 1 도에 도시한 계단형 굴절율 분포에서는, 중앙부의 굴절율이 가장 높은 부분(1,1)(내측코어라 칭함)과이 내측코어(1,1)를 둘러싸는 내측코어보다 낮은 굴절율을 가진 부분(1,2)(외측코어라, 칭함), 또한 이 외측코어(1,2)를 둘러싸는 가장 굴절율이 낮은 클래드부(1,3)로 굴절율 분포구조가 형성되어있다.
이와 같은 계단형 굴절율 분포를 가진 분산시프트 파이버에 대해서, 그 굴절율 분포를 형성하는 유리조성으로서 제 2 도에 도시한 바와 같이 내측코어(2,1)가 GeO2-SiO2, 외측코어(2,2)가 SiO2, 클래드부(2,3)가 F-SiO2로 이루어진것이 제안되어 있다[참고문헌 2 : "기상측 부착법에 의한 불소첨가 클래드를 가진 분산 시프트 파이버"H. 요코타외, 테크닉컬 다이제스트 온 토픽컬 미이팅 온 옵티컬 파이버 코뮤니케이선(애틀랜터, 1986), 페이퍼 WF 2].
광파이버의 굴절율 분포는, SiO2유리에 GeO2를 굴절율 증가성분으로서 첨가함으로서 얻는 것이 가장 일반적이다. 그러나, GeO2첨가량을 많게하면, 유리의 레일레이산란이 증가하여 전송손실이 높아지거나 혹은 GeO2→GeO의 환원에 의거한다고 생각되는 자외선 영역에서의 전자천이 흡수가 증가하여, 그 영향이 사용파장 영역인 1.5μm대에까지 미쳐서, 결국 전송손실이 높아진다. 그래서, 상기 조성에서는 클래드부(2,3)에 F를 첨가해서 클래드부의 굴절율을 낮추고, 내측코어(2,1)에만 GeO2를 첨가함으로서 GeO2첨가량을 낮추어서 전송손실의 저감을 도모하려고 하고 있다. 지금까지 본 발명자들은, 이러한 개념에 의거해서 제 2 도에 도시한 바와 같은 굴절율 분포와 조성을 가진 분산시프트 파이버를 제조하여, 파장 1.55μm에 있어서의 전송손실을 0.23dB/km까지 저감하고 있다. 제 2 도에서 (a), (b), (c)는 각부분이 직경을 표시하고 (a)는 3μm, (b)는 9μm, (c)는 125μm이다.(참고문헌 3 : 시게마쓰외, "1.5μm대 분산시프트 싱글모우드 파이버의 전송특성"전자통신학회기술연구보고 OQE 86-99).
상기와 같이, 내측코어가 GeO2-SiO2, 외측코어가 SiO2, 클래드부가 F-SiO2로 이루어진 계단형 굴절율 분포를 가진 분산시프트 파이버에 있어서는, 파장 1.55μm에서 0.23dB/km의 전송손실은 얻을 수 있으나, 더욱 저손실화를 도모하는 일이 곤란하였다. 본 발명은 이러한 현상을 감안해서 이루어진것으로서, 더욱 손실이 낮은 계단형 굴절율 분포 분산싱글모우드 광파이버 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 상기 문제점을 해결할 수 있는 수단으로서, 본 발명의 내측코어가 GeO2-F-SiO2, 외측코어가 F-SiO2, 클래드부가 F-SiO2로 이루어진 것을 특징으로 하는 계단형상 굴절율 분포를 가진것을 특징으로 하는 분산시프트 싱글모우드 광파이버를 제공한다.
또한, 상기의 본 발명의 광파이버를 제조하는 데 있어서, VAD법에 의해서 복수의 유리미립자 합성용 버어너를 사용해서 GeO2를 첨가한 SiO2로 이루어진 내측코어와 순수 SiO2로 이루어진 외측코어를 가진 코어용 스우트체를 제조한후, 이 코어용 스우트체를, F를 함유하는 분위기 속에서 가열해서, 이 코어용 스우트체에 F를 첨가함과 동시에 가연탈수처리 및 가열투명화처리를 행함으로서 코어용 투명유리체를 제조하는 공정과, VAD법에 의해서 제조한 순수 SiO2로 이루어진 클래드용 스우트체를, F를 함유하는 분위기속에서 가열해서, 이 클래드용 스우트체에 F를 첨가함과 동시에 가열탈수처리 및 가열투명화처리를 행함으로서 클래드용 투명유리체를 제조한후, 이 클래드용 투명유리체의 중앙부를 천공하는 공정과, 이 코어용 유리체를 이 클래드용 유리체의 중공부에 삽입해서 양자를 가열해서 일체화하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 내측코어가 GeO2-F-SiO2, 외측코어가 F-SiO2, 클래드부가 F-SiO2로 이루어진 계단형상 굴절율 분포를 가진 분산시프트 싱글모우드 광파이버의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 GeO2-SiO2로 이루어진 내측코어용 유리체를, F-SiO2로 이루어진 파이프형상의 외측코어용 유리체속에 삽입해서 가열일체화함으로서, 내측코어와 외측코어로 이루어진 복합체(I)를 형성하는 공정과, 이 복합체(I)를 F-SiO2로 이루어진 파이프형상의 클래드부용 유리체의 중공부내에 삽입해서 가열일체화 함으로서, 내측코어, 외측코어 및 클래드부로 이루어진 복합체(II)를 형성하는 공정을 가진것을 특징으로하는 계단형상 굴절율 분포를 가진 분산시프트 싱글모우드 광파이버의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 VAD법에 의해서 GeO2를 함유하는 SiO2로 이루어진 중앙층과, 이 중앙층을 둘러싸는 실질적으로 순수한 SiO2로 이루어진 외층부로 된 스우트체를 제작하고, 이 스우트체를 탈수 및 소결한 투명유리체를 H원자를 함유하지 않은 분위기 중에서 연신하여 중앙부의 GeO2함유부와 그 외측의 실질적으로 순수 SiO2로 이루어진 부분의 2중 구조를 가진 코어용 모재를 제작하는 공정과, VAD법에 의해서 실질적으로 순수한 SiO2로 이루어전 스우트체를 제작하고, 이 스우트체를 불소를 함유하는 분위기 속에서 고온으로 가열처리해서 불소를 스우트체에 첨가하고, 이것을 소결함으로서 얻은 투명유리체의 중앙부를 전공하여 필요에 따라서 연신해서 불소를 함유한 SiO2로 이루어진 원통형상의 클래드용 모재를 작성하는 공정과, 이 코어용 모재를 이 클래드용 모재속에 삽입하여 양자를 가열해서 일체화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산시프트 싱글모우드 광파이버의 제조방법이다.
본 발명의 분산시프트 싱글모우드 광파이버의 굴절율 분포는 제 1 도에 도시한 바와 같은 계단형으로서, 본발명에 의한 그 조성은 내측코어(1,1)가 GeO2-F-SiO2로 이루어지며, 외측코어(1.2)가 F-SiO2로 이루어지고, 외측코어보다 낮은 굴절율의 클래드부(1,3)가 F-SiO2로 이루어진 것이다. 제 3 도는 후기하는 본 발명의 제 1 실시예로 얻은 분산시프트 싱글모우드 광파이버의 굴절율 분포와 유리조성을 도시한 도면이고, 동 도면에서(3,1)은 내측코어, (3.2)는 외측코어{3, 3)은 클래드부이다.
본 발명의 분산시프트 싱글모우드 광파이버에 있어서, 더욱 저손실화를 가능하게 하는 것을 설명하기에 앞서서, 상술한 제 2 도의 종래 구조에 있어서, 더욱 저손실화가 곤란하였던 이유에 관한 고찰을 설명한다. 즉 제 2 도의 종래 구조의 전송손실 열화요인으로서는, ① 내측코어에 함유되는 GeO2때문에, 와이어 로우잉등의 고온 가열과정에서 통상 4가의 Ge가 환원되어서 2가의 상태로 변화하여, 자외선 영역에 흡수를 가진 전자천이의 흡수중심이 되며, 파장 1.5μm대까지 그 영향이 미치는 것, ② GeO2를 함유하는 내측코어와 F를 함유하는 클래드부에 끼워진 SiO2로 이루어진 외측코어의 부분은, 다른 부분에 비해서 와이어 드로우잉시에 걸리는 장력이 이 외측코어 부분에 집중해서, 외측코어부분에 결함을 일으키고, 결국 자외선 영역에서의 흡수의 원인이 되는 것 등을 생각할 수 있다.
상기 고찰에 의거해서 본 발명의 F를 내측코어 및 외측코어의 양자에 첨가함으로써 저손실화에 유효하다고생각할 수 있었다. 즉, 상기 전송손실 열화요인 ①에 대해서는 내측코어의 GeO2가 첨가되어 있는 부분에 F를 공전시킴으로서, Ge가 환원되어도 다시 Ge-F 결합을 만들기 때문에, 2가의 Ge에 특징적인 자외선 흡수를 저감할 수 있고, 또는 Ge-F 결합 그 자체가 Ge의 환원을 억제하는 효과를 기대할 수 있다. 또 요인 ②에 대해서는 외측코어에 F를 첨가함으로서, 그 점성을 낮추어서 내측코어 및 클래드부의 그것에 접근시킬수 있으므로, 자외선 영역에서의 흡수를 저감할 수 있다. 또, 내측코어에 F를 첨가함으로서 내측코어의 굴절율이 저하하므로, GeO2첨가량을 증가하는 일이 없어 그 저하분을 보상하기 위해서는, 외측코어의 굴절율을 낮출 필요가 있으며, 이를 위해서도 외측코어에 F첨가가 필요하다. 본 발명의 제 2 실시예는 외측코어부와 클래드부의 굴절율차를 소요분만큼 유지하기 위하여, 외측코어에 F를 첨가하였을 경우, 클래드부에의 F첨가량을 증가하여 클래드부의 굴절율을 더욱 저감해 놓을 필요가 있다.
이상의 개념에 의거해서, 본 발명의 모재를 제조하여 광파이버로 해서 그 특성을 조사하였더니, 종래에는 곤란하였던 전송손실의 저감이 더욱 달성된 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 분산시프트 싱글모우드 광파이버는, VAD법에 의한 스우트체를 F첨가, 탈수, 투명화해서 유리체로 하는 방법이고, 각 조성에 반응한 코어용 유리체, 클래드용 유리체를 얻어놓고, 클래드용 유리체에 대해서는 개구구멍을 가공해서 클래드용 유리파이프로 하고, 필요에 따라서 코어용 유리체 및/또는 클래드응 유리파이프에 대해서 연실을 행하고, 다음에 클래드용 유리파이프의 중공부에 코어용 유리체를 삽입한 상태로 가열해서 일체화하는 방법으로 얻을 수 있다.
본 발명의 분산시프트 싱글모우드 광파이버의 구체적인 제조방법에 대해서는, 이하의 실시예에서 상세히 설명하나, 이것은 어디까지나 예시에 지나지 않으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
[1] 내측코어용 유리체의 제조
제 3 도에 도시한 구성으로 GeO2-SiO2로 이루어진 코어용 다공질 유리체를 VAD법으로 합성하였다. 제 3 도에 있어서(3,1)은 유리미립자 합성용 버어너이고, 이 버어너(3,1)에 SiCl4530CC/분, GeCl433CC/분, Ar 1.5ℓ/분, H25.5ℓ/분, O27.5ℓ/분을 공급해서 화염속에서 유리미립자를 합성해서 출발석영봉(3,2)의 선단에 유리미립자를 퇴적시킴과 동시에 출발석영봉(3,2)을 위쪽으로 회전시키면서 끌어올림으로서 축방향으로 다공질 유리체(3,3)를 형성하였다. 또한, (3,4)는 배기관이다. 이렇게 해서 얻은 내측코어용 다공질 유리체는 외경 90mm
Figure kpo00002
길이 500mm
Figure kpo00003
, 중량 600g이였다.
이 다공질 유리체를 He : Cl2=100 : 6의 분위기 속에서 1050℃로 가열해서 탈수처리를 행한 후, He 100%의 분위기 속에서 1600℃로 가열하여 투명 유리화하였다. 투명 유리화의 외경은 35mm
Figure kpo00004
, 길이는 200mm였다.
이 내측코어용 투명 유리모재를 전기 저항로에서 약 1800℃∼1900℃로 가열해서 10mm
Figure kpo00005
의 직경까지 연신한 후, 400mm의 길이로 분할하였다. 이때의 가열원으로서 산수소화염등의 OH분을 발생하는 것을 사용하면 유리모재속의 OH기가 확신 침투하여, 전송손실 열화의 원인이 되므로, 전기 저항로등의 OH 성분을 발생하지 않는 열원을 사용할 필요가 있다.
[2] 외측코어용 유리체의 제조
제 3 도에 도시한 구성으로 SiO2만으로 이루어진 외측코어용 다공질 유리체를 VAD법으로 합성하였다. 유리미립자 합성용 버어너(3,1)에는 SiCl41500CC/분, Ar 12ℓ/분, H230ℓ/분, O235ℓ/분을 공급해서 외경 110mm
Figure kpo00006
길이 600mm, 중량 1100g의 외측코어용 다공질 유리체를 형성하였다.
이 외측코어용 다공질 유리체를 He : Cl2=100 : 5의 분위기 속에서 1050℃로 가열해서 탈수처리를 행한후, He : SiF4=100 : 3의 분위기 속에서 1250℃로 가열해서 F를 첨가 처리한후, He : SiF4=1000 : 3의 분위기 속에서 1600℃로 가열하여 투명 유리화를 행하였다. 투명 유리화 후의 외경은 45mm
Figure kpo00007
, 길이는 280mm이며, F가 균일하게 약 0.6중량% 함유되어 있었다. 이 외측코어용 투명 유리모재의 중심에 초음파 천공기를 사용해서 15mm
Figure kpo00008
의 구멍을 천설하여 파이프 형상으로 한후, 산수소화염에 의한 가열에 의해서, 외경 30mm
Figure kpo00009
, 내경 10mm
Figure kpo00010
가 되도록 연신한 후, 길이 300mm로 분할하였다. 또한 내부에 SF6를 흐르게 하면서 외부로부터 가열하여, 내경이 13mm가 될 때까지 내벽면의 에칭에 의해서 평활화 처리를 행하였다.
[3] 내측코어용 유리체와 외측코어용 유리체의 일체화
[1]에서 제조한 내측코어용 투명유리체(직경 10mm
Figure kpo00011
, 길이 400mm)를, [2]에서 제조한 파이프 형상의 외측코어용 투명유리체(외경 30mm
Figure kpo00012
, 내경 10mm
Figure kpo00013
, 길이 300mm)에 삽입한후 제 4 도에 도시한 바와 같은 구성으로 유리선반을 사용해서 가열일체화를 행하였다. 제 4 도에 있어서, (4,1)은 내측코어용 투명유리체, (4,2)는 외측코어용 유리체이고, (4,3)은 가열용의 산·수소 버어너이다. (4,4)는 지지용 더미석영관이고, 외측코어용 투명유리체(4,2)의 양단에 접속되어서 도시하지 않은 선반의 처크(CHUCK)에 고정된다. 처크를 회전시키면서, 산·수소 버어너(4,3)를 외측코어용 투명유리체(4,2)의 한쪽 단부로부터 이동시켜서 외측코어용 투명유리체(4,2)를 가열 수축시켜감으로서, 내측코어용 투명유리체(4,1)와 외측코어용 투명유리체(4,2)의 일체화를 행한다. 이때, 내측코어용 유리체(4,1)와 외측코어용 유리체(4,2)의 간격을 Cl2등의 탈수작용이 있는 유리를 함유하는 분위기로 해놓은 것이, 내측코어의 계면에의 OH기 혼입방지를 위하여 바람직하다. 이와 같이해서 얻은 내측코어와 외측코어로 이루어진 코어용 복합유리체의 굴절율 분포를 제 5 도에 도시한다. (5,1)은 내측코어, (5,2)는 외측코어이다. 얻은 코어용 복합유리체는제 5 도(d)가10mm, ℓ즉 외경이 26mm, 길이가 250mm였다. 다음에 이 코어용 복합유리체의 외주부는 산·수소화염에 의해서 가열되고, OH기에 의해서 오염되어 있다. 그래서 외주부를 기계적으로 외경 23mm가 될 때까지 연삭하여, OH기 오염층을 제거한후, 이 코어용 복합유리체를 전기 저항로에서 가열하여 3.8mm
Figure kpo00014
까지 연산한 후, 450mm의 길이로 분할하였다. 이것을 코어용 복합유리체(1)이라고 한다.
[4] 클래드용 유리체의 제조
[2]에서 얻은 외측코어용 다공질 유리체와 마찬가지의 다공질 유리체를 He : Cl2=100 : 5의 분위기 속에서 1050℃로 가열해서 탈수처리를 행한후, He : SiF4=100 : 4의 분위기 속에서 1250℃로 가열하여 F첨가 처리하고, 그후에 He : SiF4=100 : 4의 분위기 속에서 1600℃로 가열해서 투명유리화를 행하였다. 이 투명유리체에는 F가 1.2중량% 균일하게 함유되어 있었다.
이 투명유리체의 중심에 초음파 천공기를 사용해서 8mm
Figure kpo00015
의 구멍을 천설하여 파이프 형상으로 한 후, 산·수소화염에 의한 가열에 의해서, 외경 22.5mm
Figure kpo00016
, 내경 4mm
Figure kpo00017
가 될때까지 연신한 후, 길이 300mm로 분할하였다. 또한 내부에 SF6를 흐르게 하면서 외부로부터 가열해서 내경이 7mm
Figure kpo00018
가 될때까지 내벽면의 에칭 평활화처리를 행하였다.
[5] 코어용 복합유리체(1)와 클래드용 유리체의 일체화
[3]에서 제조한 코어용 유리체(1)를 [4]에서 제조한 파이프 형상의 클래드용 유리체의 중공부내에 삽입한후, [3]에서 행한 것과 마찬가지의 방법으로 가열일체화처리를 행하였다. 얻은 내측코어와 외측코어 또한 클래드부로 이루어진 복합체(II)의 굴절율 분포구조를 제 1(b)에 도시한다.
제 1 도(b)에 있어서 (f)는 1.65mm, (g)는 3.8mm, (h)는 18.5mm이다.
[6] 파이버화
[5]에서 얻은 복합체(II)를 산·수소화염을 사용해서 15mm
Figure kpo00019
로 연산한 후 제 6 도에 도시한 구성으로 복합체(II)의 주부상에 SiO2만으로 이루어진 다공질 유리체를 형성하였다. 제 6 도에 있어서, (6,1)은 유리미립자합성용 버어너(6,2)는 복합체(II)이고, (6,3)은 더미석영봉이다. 유리미립자 합성용 버어너(6,1)에 SiCl41800CC/분, Ar 12ℓ/분, H235ℓ/분, O235ℓ/분을 공급해서 화염속에서 유리미립자를 발생시켜서, 복합체(II)(6,2)의 상단부분에 유리미립자를 퇴적시킴과 동시에, 더미석영봉(6,3)을 게재해서 복합체(II)(6,2)를 회전시키면서 위쪽으로 끌어올려 감으로서 축방향으로 다공질 유리체부(6,4)를 형성하였다. 이 다공질 유리체부(6,4)에 [4]에서의 탈수, 불소첨가, 투명화와 마찬가지의 가열처리를 행하여 투명유리화 하였다. 또한 이 투명유리체의 외경은 55mm이고, 투명유리화시에, 다공질 유리부의 수축력에 의해서 복합체(II)는 약 21mm
Figure kpo00020
까지로 두텁게 되었다. 이 투명유리체를 외경 25mm까지 연신한 후, 외경 125μm로 와이어 드로우잉하였다.
[7] 특성
제 7 도에 [6]에서 얻은 본 발명의 제 1 실시예의 계단형상 굴절율 분포를 가진 분산 시프트 파이버의 전송손실 스팩트럼을 실선으로 표시한다. 파장 1.55μm에서 0.202dB/km까지 저손실화가 도모되어 있다.
또, 비교예로서 제 2 도에 도시한 구조를 가진 종래의 광파이버의 전송손실 스텍트럼을 제 6 도에 파선으로표시한다. 1.55μm에서 0.25dB/km까지 비교적 저손실이기는 하나, 단파장 영역으로 감에 따라서, 양자의 전송손실의 차이가 넓어지고 있다. 이것은 본 발명의 제 1 실시예에 의해서 상술한 바와 같은 자외선 영역에서의 손실열화요인이 저감되어 있고, 그 결과 1.55μm에서 0.25dB/km로부터 0.202dB/km까지 전송손실 저하를 실현할 수 있는 것을 나타내고 있다.
또한, 제 1 실시예에서는 파이버 외경과 코어 직경의 비율을 소정치로 맞추기 위하여 내측코어, 외측코어, 클래드부의 복합체(II)의 외주부에 또한 클래드부와 같은 조성의 F-SiO2유리를 합성하는 방법을 설명하고 있으나, 본 발명은 이와 같은 방법에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 두터운 파이프 형상의 클래드용 투명유리체를 사용함으로서, 복합체(II)만으로 그대로 와이어 드로우잉 파이버화하는 방법등도 본 발명의 개념에 속하는 것은 물론이다.
또, 외측의 클래드부를 합성하는 방법으로서는, 제 6 도에 도시한 바와 같은 구성에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 제 9 도에 도시한 바와 같이 복합체(II)(8,2)를 수평방향 혹은 수직방향으로 세트해서, 복합체(II)(8,2)와 버어너(8,1)를 상대적으로 좌우상하로 이동시키는 방법을 사용해도 된다. 제 9 도의 (8,3)은 더미 석영봉이다.
본 발명의 제 1 실시예는 상기에서 설명한 바와 같이 외측코어에 F를 첨가함으로서 GeO2에 기인하는 레일레이산란, GeO2및 내측코어, 외측코어, 클래드부 사이의 점도차에 기인하는 자외선 영역에 흡수를 가진 전송손실 열화요인을 저감할 수 있으므로, 계단형 분산 시프트 싱글 모우드광 파이버의 저손실화에 효과가 있다.
[실시예 2]
[1] 코어용 투명유리체의 제조
제 11 도에서 도시한 바와 같은 구성으로 코어용 스우트체를 제조하였다. (11,1)은 내측코어용 유리미립자합성용 버어너(내측코어용 버어너라 칭함), (11,2)은 외측코어용 유리미립자 합성용 버어너(외측코어용 버어너라 칭함)이고, 내측코어용 버어너(11,1) GeCl4, SiCl4, H2, O2, 불활성가스를 공급하여 GeCl2, SiCl4를산·수소화염속에서 반응시켜서 GeO2를 함유하는 SiO2유리미립자를 발생시켜서, 석영봉, 즉 출발재(5) 선단상에 내측코어용 스우트체를 퇴적시킨다. 출발재(5)는 회전하면서 내측코어용 스우트체의 성장에 맞추어서위쪽으로 끌어올린다. 한편, 외측코어용 버어너(11,2)에는 SiO2, H2, O2, 볼활성가스를 공급하여 내측코어용 스우트체를 둘러싸도록 SiO2유리미립자로 이루어진 외측코어용 스우트체가 형성되어 간다. 제 2 실시예에서는 내측코어용 버어너(11,1)에 H23.0ℓ/분, O210ℓ/분, SiCl485CC/분, GeCl44.2CC/분, Ar 3.5ℓ/분을 공급하고, 외측코어용 버어너(11,2)에 H28.0ℓ/분, O25.01/분, SiCl4300CC/분, Ar 2ℓ/분을 공급함으로서, 외경 80mm
Figure kpo00021
(내경 코어 직경 25mm
Figure kpo00022
), 길이 500mm의 코어용 스우트체가 50mm/시의 속도로 얻어졌다.
이 코어용 스우체를, 먼저 링형상 탄소 히이터를 가진 노내에 삽입하고, 1050℃로 가열하여, 노내 분위기를 Cl2: He=3 : 100으로 해서 가열탈수 처리를 행하였다. 다음에 이 코어용 스우트체를 1200℃로 가열하여 노내 분위기를 SiF4: He=5 : 1000으로 해서 코어용 스우트체에 F를 첨가시키고, 최후로 SiF4: He=5 : 1000의 분위기 속에서 1600℃로 가열함으로서 투명유리화를 행하였다. 그 결과 외경 35mm
Figure kpo00023
, 내경 코어 직경 12mm
Figure kpo00024
의 코어용 투명유리체를 얻었다.이 코어용 투명유리체의 굴절율 분포를 제 9 도에 도샤한다. 제 9 도에서 (9,1)은 내측코어 상당부분(9,2)는 외측코어 상당부분이고, (a1)(a2)는 직경을 표시하며, 각각 12mm, 35mm 이다.
이와 같이해서 얻은 코어용 투명유리체를 전기 저항로에서 약 1900℃로 가열하여, 직경 3.8mm
Figure kpo00025
까지 연신하였다. 여기에서 연신시에 산·수소 버어너등 OH 성분을 함유하는 화염으로 가열하면 코어용 투명유리체 표면이 OH기에 의해서 오염되어 파이버화 한 후의 전송손실이 현저히 열화하므로 바람직하지 못하다.
[2] 클래드용 투명유리체의 제조
VAD 법에 의해서 1본의 유리미립자 합성용 버어너를 사용해서 SiO2만으로 이루어진 클래드용 스우트체를 제조하였다.
버어너에는 H230ℓ/분, O225ℓ/분, Ar 15ℓ/분, SiCl41600CC/분을 공급하여, 외경 110mm
Figure kpo00026
, 길이 550mm의 클래드용 스우트체를 얻었다.
이 클래드용 스우트체를 Cl2: He=3 : 100의 분위기를 가진 노내에 삽입하고, 1050℃로 가열해서 탈수처리를한 후 SiF4: He=8 : 100의 분위기 속에서 1200℃로 가열해서 F첨가 처리를 하고, 다시 SiF4: He=8 : 100의 분위기 속에서 1600℃로 가염하여 투명유리화를 행하였다. 그 결과, 외경 50mm
Figure kpo00027
, 길이, 270mmℓ의 원주형상의 클래드용 투명유리체를 얻었다. 이 클래드용 투명유리체 중앙에 초음파 천공기를 사용해서 8mm
Figure kpo00028
의 구멍을 천설하여 파이프 형상으로 한 후, 22mm
Figure kpo00029
까지 연신하였다.
(이때 내경은 약 3.5mm
Figure kpo00030
가 되었음). 다음에, 이 클래드용 투명유리체의 내부에 SF6를 흐르게 하면서 외부에서 산·수소 버어너로 가열함으로서 내포면을 내경이 약 7mm
Figure kpo00031
가 될때까지 가스 에칭하였다. 이 가스 에칭에 의해서 천공시에 내면에 생긴 흠집이나 요철은 없어져서 평활한 내면이 얻어졌다.
[3] 코어용 투명유리체와 클래드용 투명유리체의 일체화
상기 [1]에서 얻은 코어용 투명유리체(3.8mm
Figure kpo00032
)를 상기 [2]에서 얻은 파이프 형상 클래드용 유리체(외경22mm
Figure kpo00033
, 내경 7mm
Figure kpo00034
)의 중공부내에 삽입하고, 외부에서 산·수소 버어너에 의해서 클래드용 유리 체표면 온도가 1700∼1800℃정도가 되도록 가열함으로서, 클래드용 유리체를 수축시키고, 클래드용 유리체 내벽과 코어용 유리체 표면을 융착시켜서 양자를 일체화 하였다.
이와 같이해서 얻은 본 발명의 유리모재의 굴절율 분포를 제 10 도에 도시한다. 이때의 내측코어 직경(b1)은1.3mm
Figure kpo00035
, 외측코어 직경(b2)은 3.8mm
Figure kpo00036
, 유리모재 외경(b3)은 19mm
Figure kpo00037
였다.
[4] 파이버화
상기 [3]에서 얻은 유리모재를 외경 16mm
Figure kpo00038
로 연신한후, VAD 장치를 사용해서 유리모재 상에 SiO2로 이루어진 탄소미립자체를 퇴적시킨후, [2]의 경우와 마찬가지의 가열탈수, F첨가, 투명화 처리를 행하여, 외경 55mm
Figure kpo00039
의 프리포옴을 얻었다. 이때 탄소미립 자체의 수축력에 의해서 중앙의 유리모재도 수축되어서 그 직경은 약 21mm
Figure kpo00040
까지 두텁게 되었다. 이 프리프옴을 외경 25mm
Figure kpo00041
로 연신한후, 외경 125μm
Figure kpo00042
까지 와이어 드로우잉하였다.
[5] 전송손실 특성 및 종래의 파이버와의 비교
제 5 도에서 상기 [4]에서 얻은 본 발명에 의한 분산 시프트 싱글 광파이버의 전송손실 스텍트럼을 실선(가)로 표시하고, 또 비교예로서 제 13 도의 종래 광파이버의 스펙트럼을 파선(나)로 표시한다. 제 10 도 및 제 13 도로부터 명백한 바와 같이 본 발명 파이버와 종래 파이버는 내측코어, 외측코어 사이가 0.65%, 외측코어와 클래드부 사이가 0.2%와 상대적인 비굴절율 차는 마찬가지이나, 본 발명품은 내측코어, 외측코어에 F가 첨가되고, 또한 클래드부도 F 첨가량이 증량되어 있으므로, 0.45∼-0.4% 사이에 있고, 종래품은 0.65∼-0.2% 사이에 있다. 제 12 도로부터 명백한 바와 같이 종래 파이버의 전송손실(나)도 파장 1.55μm에서0.25dB/km로 비교적 저손실이기는 하나, 본 발명품의 전송손실(가)은 파장 1.55λm에서 0.205dB/km까지로 저손실화를 달성하고 있다. 또한, 단파장 영역으로 감에 따라서, (가)(나) 양자의 전송손실의 차이가 넓어지고 있다. 이 사실은 본 실시예의 구조를 취함으로서, 자외선 영역에서의 흡수를 저감할 수 있는 것을 나타내는 것이다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 광파이버용은 이상 설명한 바와 같이, 내측코어 및 외측 클래드에 F를 첨가함으로서 자외선 영역에 흡수를 가진 전송손실 열화요인을 저감할 수 있으므로, 계단형 분산 시프트 파이버로서 저손실화에 매우 효과가 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 광파이버의 제조방법은 내측코어가 GeO2-F-SiO2, 외측코어가 F-SiO2, 클래드부가 F-SiO2로 이루어진 본 발명의 광파이버를 실현할 수 있고, 또한 이 제법에 의해서 모재를 와이어 드로우잉하면 매우 저손실하고 고품질의 계단형 굴절율 분포 파이버가 얻어지고, 계단형 분산 시프트파이버 제조에 매우 유용한 것이다.
본 발명에서는 VTAD법에 의해서, GeO2가 첨가된 내측코어를 가진 코어용 유리체 및 F를 첨가한 클래드용 유리체를 제작하고, 이 F 첨가 클래드용 유리체를 파이프화하여 가공한 후, 상기 코어용 유리체를 이 클래드용 유리 파이프내에 삽입, 일체화함으로서, 제 1 도에 도시한 바와 같은 계단 형상 굴절율 분포를 용이하게 얻을 수 있다.
이하에 본 발명의 제 3 실시에의 각 공정을 상세히 설명한다.
① 코어용 유리체
제 2 실시예와 마찬가지로 코어용 스우트체를 제조하였다. 내측코어용 버어너(11,1)에 GeCl4. SiCl4, H2, O2, Ar을 공급하고, 외측코어용 버어너(11,2)에 SiCl4, H2, O2, Ar을 공급하여, 각 버어너의 화염속에서 SiCl4, GeCl4를 반응시켜서 유리미립자(스우트)를 발생시켜서, 회전하고 있는 출발 석영봉상에, 내측코어에 상당하는 GeO2를 함유하는 스우트체와 스우트체를 둘러싸는 외측코어에 상응하는 SiO2로 이루어진 스우트체(9)를 동시에 퇴적시킨다. 출발 석영봉을 회전·끌어올리는 장치에 의해서 스우트체의 성장에 맞추어서 서서히 위쪽으로 끌어올려 감으로서, 코어용 스우트체를 축방향으로 성장시킨다. 이 코어용 스우트체를 가열탈수처리 및 소결함으로서 코어용 투명유리체를 얻는다. 이 코어용 투명유리체를 전기 저항로등의 H원자를 함유하지 않는 분위기 속에서 가열연화시킴으로서, 소정직경으로 연신한 코어용 유리체를 얻는다. 이와 같이해서, GeO2를 함유하는 SiO2로 이루어진 내측코어와 실질적으로 순수 SiO2인 외측코어로 이루어진 2중구조를 가진 코어용 유리체를 얻을 수 있다.
또한, 코어용 유리체의 연신시에, H원자를 함유하는 분위기 속에서 연신하는 것은, 코어용 유리체 표면이 OH기에 의해서 오염되어 광파이버의 전송손실의 원인이 되므로 바람직하지 못하다.
② 클래드용 유리체의 제작
VAD법에 의해서 순수 SiO2로 이루어진 스우트체를 형성하고, 이 스우트체를 SiF4등의 F를 함유하는 분위기 속에서 고온(약 1100∼1200℃)처리함으로서 스우트체를 탈수처리함과 동시에 스우트체에 F를 첨가하고, 그후 다시 고온(1600℃ 정도)처리를 행하여 투명 유리화하고, F를 첨가한 SiO2로 이루어진 원주형상 클래드용 유리모재를 얻을 수 있다.
이 원주형상 클래드용 유리모재의 중앙부에 초음파 천공기등에 의해서 구멍을 천설하고, 필요에 따라서 연신한후, 파이프 내부에 유리에칭 작용이 있는 SF6등의 F 화합물 가스를 흐르게 하면서 외부로부터 산·수소화염등으로 가열함으로서, 파이프 내표면을 에칭하면서 평활화한다. 이와 같이해서 F를 첨가한 파이프 형상의 클래드용 유리체를 얻을 수 있다.
③ 코어용 유리체와 클래드용 유리체와의 일체화
①에서 얻은 코어용 유리체를 ②에서 얻은 파이프 형상의 클래드용 유리체 내에 삽입한후, 외부로부터 산·수소화염등으로 가열하여, 클래드용 유리체를 수축시켜서 코어용 유리체와 클래드용 유리체를 융착·일체화시킴으로서, 제 1 도에 도시한 바와 같은 분산 시프트 싱글모우드 광파이버용 모재를 제작할 수 있다.
또한, 상기 ① 내지 ③의 공정으로 제작한 모재의 외주부에 다시 스우트체를 퇴적시키고, ②에서 설명한 바와 같이 스우트체부에 F를 첨가하여 투명유리화 처리를 행함으로서, 파이버 최외층까지 F를 균일하게 첨가시킨 구조를 가진 분산 시프트 파이버와 동일한 단면구조를 가진 모재를 제작할 수 있으며, 또한 이 모재를 연신함으로서 분산 시프트 파이버를 제작할 수 있다.
혹은, ① 내지 ③의 공정에서 제작한 모재를 ②와 마찬가지의 공정으로 제작한 F를 첨가한 유리파이프내에 삽입일체화함으로서 파이버 최외층까지 F를 균일하게 첨가한 구조를 가진 분산 시프트 싱글모우드 광파이버와 동일한 단면구조를 가진 모재를 제작할 수 있다. 이하, 본 발명의 제 3 실시예를 상세히 설명한다.
[1] 코어용 유리체의 제작
제 11 도에 도시한 구성에 있어서, 내측코어용 버어너(11,1)로서 다중관 버어너를 사용하여 SiCl4를 120CC/분, GeCl4를 20CC/분 Ar을 25ℓ/분, H2를 3ℓ/분, O2를 6.0ℓ/분 공급하고, 외측코어용 버어너(11,2)에 SiCl4를 350CC/분, Ar을 3.0ℓ/분, H를 12ℓ/분, O2를 6.0ℓ/분을 공급하고, 외경 100mm, 길이 500mm의 코어재용 스우트체를 합성하였다. 이 코어재용 스우트체를 Cl2: He=1 : 40의 분위기에서 1100℃의 링형상의 전기로내를 5mm/분의 속도로 통과시켜서 탈수처리를 한후, He만의 분위기에서 1600℃의 링형상의 전기로내를 4mm/분의 속도로 통과시켜서, 외경 40mm, 길이 200mm의 투명유리화한 코어용 유리체를 얻었다.
이 코어용 유리체를 링형상의 전기 저항로에 의해서 1850℃로 가열하여 외경 4mm로 연신하고, 길이 약 300mm씩으로 분할하였다. 이 코어용 유리재의 굴절율 분포구조를 제 10 도에 도시한다. 이 코어용 유리재는 표면이 오염되어 있기 때문에 10%의 HF액으로 약 3시간 세정하였다.
[2] 클래드용 유리체의 제작
VAD법에 의해서 외경 120mm, 길이 600mm의 순수 SiO2로 이루어진 스우트체를 제작하고, 이 스우트체를 SiF4: Cl2: He=0.08 : 0.15 : 15의 분위기에서 1150℃로 가열한 링형상의 전기서항로 내를 2mm/분으로 통과시켜서, 이 스우트체에 탈수 및 F첨가처리를 하고, 다시 SiF4: He=0.08 : 15의 분위기에서 1600℃로 가열한 링형상의 전기 저항로 내를 6mm/분으로 통과시켜서 투명유리화하고, F가 약 0.65중량% 첨가된 클래드용유리체를 얻었다.
이때의 클래드용 유리체의 치수는 외경 50mm, 길이 280mm였다. 이 클래드용 유리체의 중앙부에 초음파 천공기에 의해서 직경 8mm의 구멍을 천설한후, 산·수소화염에 의해서 가열연신하여 직경 25mm, 내경 4mm, 길이 1120mm의 파이프 형상 클래드용 유리로 하였다. 이를 길이 280mm씩 분할하였다. 다시 이 클래드용 파이프 내부에 SF6200CC/분, O2를 600CC/분 흐르게 하면서 외부에서 산·수소버너로 가열하여 내표면을 에칭하면서 평할화 처리를 하여, 내경 6mm로 하였다.
[3] 코어용 유리체와 클래드용 유리체의 일체화
[1]에서 얻은 코어용 유리체를[2]에서 얻은 클래드용 파이프내에 삽입한후, 외부에서 산·수소화염에 의해서 가열하여, 코어용 유리체 표면 및 클래드용 유리체 내표면의 청정화 처리를 행한후, 클래드용 유리파이프를 가열수축시켜서 코어용 유리체와 클래드용 유리체를 용착 일체화시켰다. 이와같이 해서 얻은 모재의 굴절율 분포를 제 15 도에 도시한다.
[4] 그후의 공정
[1] 내지 [3]에서 얻은 모재를 외경 15mm로 연신하여 제 15 도에 도시한 바와 같은 구성으로 하고, 이 모재의 외주부에 순수 SiO2로 이루어진 스우트체를 퇴적시킨후, [2]에서 기재한 조건으로 스우트체 부분에 F를 첨가함과 동시에 스우트체부분을 투명유리화함으로서 제 16 도에 도시한 바와 같은 구조를 가진 포리포옴을 얻었다. 다음에, 제 1 실시예의 제 6 도와 같이 처리하여, 이 프리포옴을 외경 125μM로 와이어 드로우잉하여 분산시프트 싱글 광파이버를 얻었다. 이 광파이버의 영분산 파장은 1.552μm, 1.55μm에서의 전송 손실을 0.25dB/km이며, 실용상 문제가 없는 특성이 얻어졌다.
본 발명의 제 3 실시예는 단지 VAD법으로는 제작이 곤란하였던 코어중앙에 GeO2를, 클래드에 F를 선택적으로 첨가한 계단형상 굴절율 분포를 가진 분산 시프트 파이버를 코어부와 클래드부의 유리체를 별개로 제작하여, 이것을 일체화시킴으로서 실현할 수 있는 것으로서, 본 발명에 의한 제 3 실시예의 분산 시프트 싱글 광파이버는, 1.5μm대에서 영분산이며 전송손실 특성도 뛰어난 것이다.

Claims (5)

  1. 내측코어가 Ge-SiO2, 외측코어가 F-SiO2, 클래드부가 F-SiO2로 이루어져 있고, 계단형상 굴절율 분포를 가진 것을 특징으로 하는 분산 시프트 싱글모우드 광파이버.
  2. 제 1 항에 있어서, 내측코어가 GeO2-F-SiO2로 이루어져서, 계단형상 굴절율 분포를 가진 것을 특징으로 하는 분산 시프트 싱글모우드 광파이버.
  3. GeO2-SiO2로 이루어진 내측코어용 유리체를, F-SiO2로 이루어진 파이프 형상의 외측코어용 유리체속에 삽입해서 가열 일체화함으로서, 내측코어와 외측코어로 이루어진 복합체(I)를 형성하는 공정과, 이 복합체(I)를 F-SiO2로 이루어진 파이프 형상의 클래드부용 유리체의 중공부내에 삽입해서 가열 일체화함으로서, 내측코어, 외측코어 및 클래드부로 이루어진 복합체(II)를 형성하는 공정으로 다단형상 굴절율 분포를 가진 것을 특징으로 하는 분산 시프트 싱글모우드 광파이버의 제조방법.
  4. VAD법에 의해서 복수의 유리미립자 합성용 버어너를 사용해서, GeO2를 첨가한 SiO2로 이루어진 내측코어와 순수 SiO2로 이루어진 외측코어를 가진 코어용 스우트체를 제조한후, 이 코어용 스우트체를, F를 함유하는 분위기 속에서 가열하고, 이 코어용 스우트체에 F를 첨가함과 동시에 가열 탈수처리 및 가열 투명화처리를 행함으로서 코어용 투명유리체를 제작하는 공정과, VAD법에 의해서 제작한 순수 SiO2로 이루어진 클래드용 스우트체를, F를 함유하는 분위기 속에서 가열하고, 이 클래드용 스우트체에 F를 첨가함과 동시에 가열탈수처리 및 가열 투명화처리를 행함으로서 클래드용 투명유리체를 제작한 후, 이 클래드용 투명유리체의 중앙부를 천공하는 공정과, 이 코어용 유리체를 클래드용 유리체의 중공부에 삽입해서 양자를 가열 일체화하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 내측코어가 GeO2-F-SiO2, 외측코어가 F-SiO2, 클래드부가 F-SiO2로 이루어진 계단형상의 굴절율 분포를 가진 분산 시프트 싱글모우드 광파이버의 제조방법.
  5. VAD법에 의해서 GeO2를 함유하는 SiO2로 이루어진 중앙층과, 이 중앙층을 둘러싸는 실질적으로 순수한 SiO2로 이루어진 외충부로 된 스우트체를 제작하고, 이 스우트체를 탈수 및 소결한 투명유리체를, H원자를 함유하지 않는 분위기속에서 연신하여 중앙부의 GeO2함유부와 그 외측의 실질적으로 순수 SiO2로 이루어진 부분으로 이루어진 2중구조를 가진 코어용 모재를 작성하는 공정과, VAD법에 의해서 실질적으로 순수한 SiO2로 이루어진 스우트체를 제작하고, 이 스우트체를 불소를 함유하는 분위기속에서 고온으로 가열 처리해서 불소를 스우트체에 첨가하고, 이것을 소결함으로서 얻은 투명유리체의 중앙부를 천설하여 필요에 따라서 연신해서 불소를 함유한 SiO2로 이루어진 원통형상의 클래드용 모재를 제작하는 공정과, 이 코어용 모재를 이 클래드용 모재속에 삽입하여 양자를 가열해서 일체화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 시프트 싱글모우드 광파이버의 제조방법.
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