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KR20030046616A - 레이져 광 산란을 이용한 고순도 글래스 튜브의 미세 기포분석 장치 - Google Patents

레이져 광 산란을 이용한 고순도 글래스 튜브의 미세 기포분석 장치 Download PDF

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KR20030046616A
KR20030046616A KR1020010076818A KR20010076818A KR20030046616A KR 20030046616 A KR20030046616 A KR 20030046616A KR 1020010076818 A KR1020010076818 A KR 1020010076818A KR 20010076818 A KR20010076818 A KR 20010076818A KR 20030046616 A KR20030046616 A KR 20030046616A
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detector
laser
light
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김병삼
백영민
이미경
이형민
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에는 레이져 광 산란을 이용한 고 순도 글래스 튜브의 미세 기포 분석 장치가 개시된다. 개시된 분석 장치는 샘플 스테이지를 포함하는 광 테이블; 상기 광 테이블에 수직방향으로 직립되게 장착되어 상기 샘플스테이지에 의해 일정한 주속으로 회전 및 상하운동하는 준비된 글래스 튜브; 상기 글래스 튜브의 일측에 이격되게 배치되어 그의 외주면에 일정각으로 레이져 광을 조사하는 레이져; 및 상기 준비된 글래스 튜브의 타측에 배치되어 상기 준비된 글래스 튜브의 투과광의 산란광을 이용하여 상기 글래스 튜브의 미소 기포나 미소 기포의 분포 함량을 입체적으로 검출하는 검출기로 구성된다.

Description

레이져 광 산란을 이용한 고 순도 글래스 튜브의 미세 기포 분석장치{MICRO-BUBBLE ANALYZING APPARATUS FOR HIGH-PURITY GLASS TUBE USING LASER LIGHT SCATTERING}
본 발명은 솔-젤 공법을 이용하여 제작되는 고순도 오버 클래딩용(high-purity overcladding) 글래스 튜브의 분석에 관한 것으로서, 특히 제조된 글래스튜브의 미소 기포(micro-bubble)를 입체적으로 분석할 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광섬유 모재를 제조하는 방법은 기상 증착법과, 액상법으로 구분되어질 수 있다. 기상 증착법은 CVD(chemical vapor deposition이나 MCVD가 대표적으로 사용되고, 액상법은 솔-젤(sol-gel) 공법이 주로 채택되어 사용되어 왔다. 경제성과 재현성 또는 제작 용이성때문에 최근에 대구경 광섬유 모재 제작공정으로 솔-젤 공법이 각광받는 추세이다. 상기 언급된 광섬유 모재는 로드형의 1차 광섬유 모재나, 튜브형의 2차 광섬유 모재(오버 클래딩용 글래스 튜브)를 포함한다.
도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 오버 클래딩용 글래스 튜브(12)의 미소 기포를 분석할 수 있는 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 준비된 글래스 튜브(12)(glass tube)는 솔-젤 공법을 이용하여 제조되는 것으로서, 특히 솔-젤 공법을 이용하여 대구경 광섬유 모재를 제조하기 위하여 사용되는 오버 클래딩용 글래스 튜브이다. 이러한 오버 클래딩용 글래스 튜브(12)는 콜로이드형 솔(colloidal sol)을 제조하여 몰드(mold)에 주입하고, 이어서 원하는 형상의 젤을 제조한 후, 건조, 유기물 제거, 저온 열처리 및 소결 공정을 거쳐서 최종적인 글래스 튜브가 제조된다.
이 때, 콜로이드형 솔의 몰드 내 주입 시 발생할 수 있는 기포, 유기물 제거 및 소결 시 치밀화 미비로 인한 미소 기포의 형성으로 인해 고순도 실리카 글래스 튜브의 품질에 치명적인 문제를 발생시키고 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여 미소 기포를 분석할 수 있는 장치가 도 1에 도시되었다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 분석 장치는 준비된 글래스 튜브(12)를 중심으로 일측 방향으로 레이져(10)와, 타측 방향으로 스크린(14)이 배치된다. 상기 레이져(10)를 글래스 튜브(12)의 외주면에 수직으로 조사하면, 상기 글래스 튜브(12)의 외주면을 통해 내부로 통과한 레이져의 광은 글래스 튜브(12)의 후면에 위치한 스크린(14)에 화상으로 나타난다. 이때, 상기 스크린(14)에 나타난 이미지를 분석함으로써, 상기 글래스 튜브(12) 내에 잔존하는 미소 기포를 평가하게 된다. 참조번호10a는 글래스 튜브(12)에 조사된 레이져 광이고, 참조번호10b는 레이져 광이 글래스 튜브(12)를 통과한 후의 투과광이다.
그러나, 글래스 튜브에 레이져를 수직으로 조사하여 투과광을 분석할 경우, 상기 원통형 글래스 튜브의 표면 상태 및 튜브형 형상에 의한 레이져 광의 반사, 굴절 및 산란에 의해서 광의 왜곡이 발생됨으로써, 글래스 튜브의 미소 기포나 손상의 정확한 분석보다는 개략적인 글래스 튜브의 미소 기포나 손상 상태의 분포만을 확인할 뿐, 그 이상의 정밀 분석은 불가능하였다. 또한, 종래의 분석 장치는 글래스 튜브 내의 미소 기포의 입체적인 위치와 크기 및 함량 수준 등의 분석이 불가능한 일 차원적인 분석 장치였다.
따라서, 본 발명의 목적은 글래스 튜브의 미소 기포 상태의 정밀한 입체적 분석이 가능한 미세 기포 분석 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고 신뢰/고 순도 글래스 튜브를 제공할 수 있는미세 기포 분석 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 광섬유 모재용 글래스 튜브의 미소 기포 분석장치에 있어서,
샘플 스테이지를 포함하는 광 테이블;
상기 광 테이블에 수직방향으로 직립되게 장착되어 상기 샘플 스테이지에 의해 일정한 주속으로 회전 및 상하운동하는 준비된 글래스 튜브;
상기 글래스 튜브의 일측에 이격되게 배치되어 그의 외주면에 일정각으로 레이져 광을 조사하는 레이져; 및
상기 준비된 글래스 튜브의 타측에 배치되어 상기 준비된 글래스 튜브의 투과광의 산란광을 이용하여 상기 글래스 튜브의 미소 기포나 미소 기포의 분포 함량을 입체적으로 검출하는 검출기로 구성된다.
도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 기포 분석 장치를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 미세 기포 분석 장치를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 분석 장치의 배치상태를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시 예에 따른 기포 분석 장치의 배치상태를 나타내는 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 2, 도 3에 도시된 준비된 고순도 글래스 튜브(22)는 대구경 광섬유 모재를 제조하기 위하여서 제조되는 광섬유 1차 모재 및 2차 모재를 의미한다. 여기서 광섬유 1차 모재는 로드형 글래스 튜브고, 광섬유 2차 모재는 중공형 글래스 튜브를 말한다. 상기 언급된 1차 광섬유 모재는 로드형으로 제작되고, 2차 광섬유 모재는 중공봉 튜브로 제작되어, 중공형 글래스 튜브의 중공부분에 1차 모재인 로드형 광섬유 모재가 오버클래딩됨으로서, 대구경 광섬유 모재가 제작된다. 도 2, 도 3에는 준비된 중공형 글래스 튜브(22)를 예를 들어서 도시하였다.
본 발명에 따른 분석 장치는 샘플 스테이지(210)(sample stage)를 포함하는 광 테이블(20)과, 상기 광 테이블(20)에 수직방향으로 직립되게 장착되며, 상기 샘플 스테이지(210)에 의해 일정한 주속으로 회전 및 상하운동하는 준비된 글래스 튜브(22)(glass tube)와, 상기 글래스 튜브(22)를 기준으로 일측에 배치되는 레이져(24)와, 상기 글래스 튜브(22)의 타측으로 배치된 씨씨디 검출기(26)(CCD detector) 또는 피엠티(PMT:PhotoMultiplier Tube) 검출기(26)(PMT detector) 중, 선택된 어느 하나의 검출기로 구성된다. 상기 모터가 부착된 샘플 스테이지(210)는 광 테이블 중앙부에 미도시된 홀을 제공하여 장착되며, 글래스 튜브가 직립된 상태로 안착된다. 이어서, 상기 샘플 스테이지(210)에 의해 상기 글래스 튜브(22)는 회전 및 상하 운동을 함으로서, 그의 입체적인 분석이 가능하다.
상기 검출기(26)로서 씨씨디 검출기가 선택된 경우, 상기 씨씨디 검출기(26)는 미세 기포에 의한 산란광의 패스 라인(pass line)을 사진 촬영한 후에, 적색/녹색/청색(red/green/blue)으로 각각 색분해를 통해서 그 산란 세기로서 상기 글래스 튜브 내 미소부위에 대한 기포의 위치 및 크기를 분석하는 기능을 한다.
또한, 상기 검출기(26)로서, 피엠티 검출기가 선택된 경우, 상기 피엠티 검출기(26)는 헬륨-네온 레이져의 광을 글래스 튜브(22)에 조사하면, 상기 글래스 튜브(22) 내부의 미세 기포에 의한 산란광의 패스 라인이 생기며, 이러한 산란광의세기를 측정하게 된다. 이때, 상기 피엠티 검출기(26) 전단에 헬륨-네온 파장 영역의 빛만 통과하는 렌즈를 장착하여 글래스 내부의 미세 기포에 의한 산란광의 세기만 측정하는 기능을 담당할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 글래스 튜브(22) 표면에 의한 반사광의 분석을 통해 글래스 표면 상태를 알 수 있는 화상 검출기(30)로 구성된다.
상기 샘플스테이지(210)가 구동하면, 상기 샘플스테이지(210)와 연결된 준비된 글래스 튜브(22)도 동속으로 동일한 방향으로 회전 및 상하운동한다. 이어서, 상기 글래스 튜브가 회전 및 상하운동을 하며, 일정 시간간격으로 그래스 튜브 전체로 레이져(24)로부터 레이져 광(24a)을 조사받게 된다. 물론, 상기 레이져 광(24a)은 글래스 튜브(22)의 외주면에 일정각으로 조사된다. 상기 레이져 광(24a)이 글래스 튜브(22)를 통과한 후의 투과광(24b)은 검출기(26)에 의해 광 산란 정도가 검출된다. 물론, 상기 광 산란은 글래스 튜브(22)에 잔존하는 미소 기포에 의해 기인한다.
바람직하게 상기 레이져(24)는 헬륨-네온 레이져가 사용된다. 상기 레이져(24)를 준비된 글래스 튜브(22)에 조사한 후, 상기 글래스 튜브(22)를 투과한 산란광(24b)은 씨씨디 검출기(26)나 피엠티 검출기(26)를 이용하여 상기 글래스 튜브 내 미세기포를 입체적으로 분석할 수 있다. 상기 검출기(26)에 의해 검출된 신호는 데이터 처리 시스템(28)에 제공되어 처리된다. 아울러, 상기 글래스 표면에서의 레이져 반사광을 화상 검출기를 통해서 분석을 하면, 상기 글래스 튜브의 표면상태로 분석할 수 있다.
이때, 상기 투과광(24b)의 검출기(26)로서 씨씨디 검출기가 선택된다면, 상기 씨씨디 검출기는 글래스 튜브(22)의 내부를 통과하는 레이져 패스 라인을 수직방향에서 촬영하여 빛이 통과되는 위치에서 미세기포에 의한 산란광의 세기를 전기적 신호로 검출하게 되고, 이어서 검출된 산란광의 전기적 신호는 데이터 처리 시스템(28)에 보내진다. 한편, 상기 투과광(24b)의 검출기(26)로서 피엠티 검출기가 선택된다면, 상기 글래스 내부의 미세기포에 의한 산란광만을 분석할 수 있게 헬륨-네온 레이져 영역 외의 빛을 무시할 수 있는 렌즈를 피엠티 검출기(26) 전단에 장착하여 산란광을 검출한 후, 이 전기적 신호를 데이터 처리 시스템(28)에 제공하게 된다.
상기 레이져(24)에서 글래스 튜브(22)로 레이져 광(24a)을 조사하게 되면, 도 3에 보여진 데로 레이져 패스 라인이 나타난다. 이것은 글래스 튜브(22)내에 분포한 미소 기포 등에 의한 산란광으로서, 기포 분포 함량 및 기포 크기에 따라서 산란 정도가 달라지며, 상기 씨씨디 검출기(26)를 통해서 전기 신호 분석을 통해 정량 분석이 이루어진다.
아울러, 본 발명은 상기 씨씨디 검출기 대신에, 선택된 피엠티 검출기를 통해서 글래스 튜브의 표면 반사에 관계없이 고유한 미소 기포에 의한 직각 산란광을 측정함으로써, 미소 기포에 따른 미소 기포 분포상태를 파악할 수 있다. 즉, 참조번호26은 씨씨디 검출기나 피엠티 검출기가 될 수 있다. 아울러, 상기 글래스 화상 검출기(30)를 통한 표면 반사광을 분석함으로써, 상기 글래스 튜브의 표면 상태를 분석할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 분석 장치는 글래스 튜브(32)를 중심으로 상기 씨씨디 검출기(36)나 피엠티 검출기(37)가 함께 상기 글래스 튜브(32)와 이격된 채 대치 상태로 장착될 수 있다. 이때, 상기 글래스 튜브(32)는 미 도시된 모터에 의해 일정한 주속으로 회전하며, 레이져(34)에서 조사된 레이져 광(34a)은 글래스 튜브(32)의 외주면에 일정각으로 조사된다.
상기 글래스 튜브(32)를 통과한 투과광(34b,34c)은 각각 씨씨디 검출기(36)나 피엠티 검출기(38)에 의해 글래스 튜브(32)의 미소 기포 함량상태가 검출된다. 이때, 상기 레이져(34)로부터 출사된 광의 조사각을 조정하여 사용하고자 하는 검출기를 선정한 후에 분석할 수도 있다. 부가적으로, 상기 레이져가 헬륨-네온 레이져로 구성된 경우, 상기 피엠티 검출기(37) 전단에 헬륨-네온 파장영역의 빛만 통과하는 렌즈(37a)를 더 장착하여 글래스 튜브 내부의 미세 기포에 의한 산란광의 세기만 측정할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 분석 장치는 씨씨디 검출기나 피엠티 검출기를 이용하여 전기적 신호로서 회전하는 글래스 튜브(22)의 미소 기포를 검출하고, 각각 데이터 처리 시스템(28)에 제공되어 미소 기포 분포상태를 입체적으로 파악하게 된다. 한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 고순도 실리카 글래스 튜브에 잔존하는 미소 기포를 체계적이고, 입체적으로 분석할 수 있게 되어 고 신뢰성의 광섬유 모재를 제조할 수 있는 이점을 달성하였다.

Claims (8)

  1. 광섬유 모재용 글래스 튜브의 미소 기포 분석장치에 있어서,
    샘플 스테이지를 포함하는 광 테이블;
    상기 광 테이블에 수직방향으로 직립되게 장착되어 상기 샘플스테이지에 의해 일정한 주속으로 회전 및 상하운동하는 준비된 글래스 튜브;
    상기 글래스 튜브의 일측에 이격되게 배치되어 그의 외주면에 일정각으로 레이져 광을 조사하는 레이져; 및
    상기 준비된 글래스 튜브의 타측에 배치되어 상기 준비된 글래스 튜브에 조사된 레이져 광에 의해 발생된 글래스 튜브의 레이져 패스 라인의 산란광을 이용하여 상기 글래스 튜브의 미소 기포나 미소 기포의 분포 함량을 입체적으로 검출하는 검출기로 구성되어짐을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이져는 헬륨-네온 레이져임을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 검출기는 피엠티 검출기로 구성되어짐을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 검출기는 씨씨디 검출기로 대체되어질 수 있는 구성임을 특징으로 하는 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 피엠티 검출기는 상기 글래스 튜브의 미소 기포에 의한 직각 산란광을 검출하며, 특정 파장 영역의 빛만을 통과시키는 렌즈를 전단에 더 구비함을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 글래스 표면의 표면 상태를 분석할 수 있는 화상 검출기가 상기 글래스 튜브와 근접하게 더 제공되어지며, 상기 화상 검출기는 글래스 튜브의 표면 반사의 빛을 분석함을 특징으로 하는 장치.
  7. 광섬유 모재용 글래스 튜브의 미소 기포 분석장치에 있어서,
    샘플 스테이지를 포함하는 광 테이블;
    상기 광 테이블에 수직방향으로 직립되게 장착되어 상기 샘플 스테이지에 의해 일정한 주속으로 회전 및 상하운동하는 준비된 글래스 튜브;
    상기 글래스 튜브의 일측에 이격되게 배치되어 일정각으로 레이져 광을 조사하는 레이져;
    상기 준비된 글래스 튜브의 타측에 배치되어 상기 준비된 글래스 튜브에 조사되어 발생하는 레이져 패스 라인의 산란광을 이용하여 상기 글래스 튜브의 미소 기포를 검출하는 씨씨디 검출기; 및
    상기 레이져와 씨씨디 검출기 사이에 배치되어 상기 준비된 글래스 튜브에 조사되어 발생하는 레이져 패스 라인의 산란광의 세기를 검출하는 피엠티 검출기로구성되어짐을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 글래스 표면의 표면 상태를 분석할 수 있는 화상 검출기가 상기 글래스 튜브와 근접하게 더 제공되어지며, 상기 화상 검출기는 글래스 튜브의 표면 반사의 빛을 분석함을 특징으로 하는 장치.
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