광섬유는 어떻게 만들어질까?

많은 사람들이 광섬유가 어떻게 만들어지는지 궁금해합니다. "일반" 유리를 그냥 쓸 수는 없습니다. 일반 유리창으로 광섬유를 만든다면, 그 유리창을 통해 비춰지는 빛은 몇 킬로미터 이상 전달되기 어려울 것이고, 장거리 전송에 필요한 거리는 더더욱 어려울 것입니다. 일반 유리에는 빛이 먼 거리를 이동하기 훨씬 전에 빠르게 흡수, 반사 또는 분산되는 왜곡, 변색, 기타 불순물이 포함되어 있기 때문입니다.

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이와 대조적으로 광섬유는 실제로 매우 순수한 유리로 만들어졌기 때문에 빛은 불순물이나 왜곡에 의해 방해받지 않고 먼 거리를 이동합니다.
 

광섬유 케이블 - 조명 작동 원리

빛을 효과적으로 전송하려면 광섬유 케이블에 최고 순도의 유리가 포함되어야 합니다. 이 수준의 순도를 가진 유리를 만드는 공정은 매우 까다로워 재료와 공정에 대한 세심한 관리가 필요합니다. 하지만 기본 개념은 간단합니다. 광섬유는 가열된 유리 블랭크 또는 "프리폼"에서 용융된 섬유를 뽑아내는 방식으로 만들어집니다. 아래에서는 광섬유 제작에 필요한 세 가지 기본 단계에 대해 더 자세히 설명합니다.

1단계

광섬유 프리폼 만들기

프리폼은 유리 섬유를 단일 연속 가닥으로 뽑아내는 원료를 제공하는 원통형 유리 블랭크입니다.

프리폼 제작에는 변형 화학 기상 증착(MCVD)이라는 화학 공정이 포함됩니다. 이 공정은 염화게르마늄(GeC14)과 염화규소(SiC14)를 포함한 다양한 화학 용액에 산소를 버블링하는 과정을 포함합니다.

거품이 발생하는 화학 물질은 합성 실리카 또는 석영으로 만들어진 속이 빈 회전 관으로 가스를 분사합니다. 회전 관 안에서 토치를 위아래로 움직이면 매우 높은 온도가 발생하여 가스가 산소와 반응하여 이산화규소(SiO₂)와 이산화게르마늄(GeO₂)을 형성합니다. 이 두 화학 물질은 회전 관 내부에 부착되어 서로 융합하여 매우 순수한 유리를 형성합니다.

프리폼 제작에는 몇 시간이 소요되며, 이후 유리 블랭크가 냉각되는 데 추가 시간이 필요합니다. 냉각 후, 유리는 특히 굴절률 측면에서 품질 기준을 충족하는지 확인하기 위해 테스트를 거칩니다.

2단계

프리폼에서 광섬유를 인출합니다. 이 단계에서는 완성된 유리 프리폼을 광섬유 인출 공정에 사용되는 다양한 장치를 지지하는 타워의 꼭대기에 설치합니다.

이 공정은 프리폼의 한쪽 끝을 화씨 3,400도에서 4,000도 사이의 열을 생성하는 인라인 용광로에 넣는 것으로 시작됩니다. 프리폼의 아래쪽 끝이 녹기 시작하면 중력에 의해 아래로 끌려 내려가는 용융된 덩어리가 형성됩니다. 덩어리 뒤에는 빠르게 식어 굳는 얇은 유리 가닥이 따라옵니다.

장비 조작자는 이 유리 섬유를 타워의 나머지 장치들(여러 개의 버퍼 코팅 애플리케이터와 자외선 경화 오븐 포함)에 꿰어 넣습니다. 마지막으로, 조작자는 섬유를 트랙터 장치에 연결합니다.

트랙터 장치는 초당 33~66피트의 속도로 프리폼에서 유리 섬유 가닥을 잡아당깁니다. 트랙터가 유리 섬유 가닥을 잡아당기는 실제 속도는 섬유 직경을 지속적으로 측정하는 레이저 마이크로미터에서 장치가 수신하는 피드백 정보에 따라 달라집니다.

작업이 끝나면 완성된 섬유는 실통에 감깁니다.

3단계

광섬유 테스트

완성된 광섬유는 완제품의 품질을 확인하기 위해 여러 가지 테스트를 거쳐야 합니다. 다음은 몇 가지 평가 항목입니다.

• 굴절률 프로파일
• 코어, 클래딩 및 코팅을 포함한 광섬유 형상 검사
• 인장강도
• 대역폭 용량
• 다양한 파장에서의 감쇠
• 색채 분산
• 작동 온도 및 습도 범위

광섬유 생산의 품질 관리

생산되는 광섬유의 품질과 순도에는 다양한 요인이 영향을 미칩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

화학 성분 - 프리폼 제작에 사용되는 다양한 화학 물질의 최적 비율을 맞추는 것은 유리 순도를 달성하는 데 중요합니다. 이러한 화학 물질의 혼합물은 프리폼에서 생산될 섬유의 팽창 계수, 굴절률 등 광학적 특성도 결정합니다.

가스 모니터링 - 프리폼 제작 과정 전반에 걸쳐 가스 조성과 유량을 모니터링하는 것이 매우 중요합니다. 또한 가스와 접촉하는 모든 밸브, 튜브, 파이프는 부식 방지 재질로 제작하는 것이 중요합니다.

열과 회전 - 프리폼을 만드는 데 사용되는 중공 실린더는 적절한 온도로 가열되어야 하며, 화학 물질이 고르게 증착될 수 있도록 지속적으로 회전되어야 합니다.