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광섬유 제조 방법: 프리폼, 인출, 코팅, 내인장 시험

통신용 광섬유는 지름 125 µm의 유리 실로, 야구 방망이만 한 크기의 프리폼에서 초당 수십 미터의 속도로 뽑아내고, 1초도 안 되는 시간에 코팅한 뒤, 판매되기 전에 전체 길이에 걸쳐 1 % 변형률까지 응력을 가합니다. 이 제조 과정은 엔지니어가 나중에 마주치는 수치 대부분을 설명해 줍니다: 모드 필드 지름이 왜 ±0.4 µm까지 명시되는지, 벤더가 다른 광섬유끼리의 접속이 왜 손실을 조금 더 보는지, 설치 변형률이 왜 프루프 시험의 일부로 제한되는지, 최신 광섬유가 왜 수소에 안전한지, 200 µm 광섬유가 왜 다른 융착기 설정을 필요로 하는지 말입니다. 이 페이지는 원료 화학물질에서 스풀까지 이어지는 공정을 따라가며, 그것이 현장에서 무엇을 의미하는지로 마무리합니다.

재료

재료역할
SiCl₄(사염화규소)초고순도 실리카 공급원; 화염이나 노 안에서 산화 또는 가수분해되어 SiO₂ 수트가 됨
GeCl₄ → GeO₂굴절률을 높임 — 거의 모든 통신용 광섬유의 코어 도펀트; 레일리 산란을 약간 증가시킴
불소(SiF₄, C₂F₆, SF₆)굴절률을 낮춤 — 저굴절 클래딩, 내굴곡성 G.657 광섬유의 트렌치, 순수 실리카 코어 광섬유의 클래딩
POCl₃ → P₂O₅점도를 낮추며 MCVD 클래딩에 사용됨; 유리를 수소에 민감하게 만듦 — 오래된 광섬유가 나쁘게 노화되는 원인 중 하나
Al₂O₃, Er, Yb, Tm증폭기와 레이저용 활성 광섬유; 다공성 수트에 용액 도핑으로 첨가
Cl₂와 He건조와 소결: 염소가 OH를 1 ppb 미만으로 제거(저수분피크), 헬륨이 다공질체를 퍼지
UV 경화형 아크릴레이트이중 코팅: 부드러운 1차 코팅(모듈러스 ~1 MPa)이 유리를 완충하고, 단단한 2차 코팅(~1 GPa)이 이를 보호함
색상 잉크, 리본 매트릭스식별(12색)과 리본 조립

프리폼 공정

공정작동 방식사용 주체강점
MCVD(변형 화학기상증착법, Bell Labs, 1974년)회전하는 실리카관 내부로 증기가 흐르고 외부 토치가 이를 가열함; 수트가 층층이 증착됨(클래딩 다음 코어); 관은 붕괴되어 하나의 고체 로드가 됨대부분의 제조사, 모든 특수 광섬유 제조사유연함: 어븀 첨가, 편광 유지, 분산 보상 광섬유; 중간 정도의 프리폼 크기
PCVD(플라즈마 활성 CVD)MCVD와 비슷하지만 마이크로파 플라즈마가 토치를 대신함; 수천 겹의 매우 얇은 층그레이디드 인덱스 멀티모드 제조사정밀한 굴절률 프로파일 — OM3/OM4/OM5
OVD(외부 기상 증착법)화염에서 나온 수트가 회전하는 타깃 로드 위에 증착되며 코어 층이 먼저 쌓임; 로드를 제거한 뒤 다공질체를 Cl₂ 속에서 건조하고 소결해 맑은 유리로 만듦대용량 싱글모드·멀티모드 생산매우 낮은 OH, 큰 프리폼, 하나의 공정으로 코어와 클래딩을 모두 생성
VAD(기상 축 증착법)위로 당겨 올려지는 회전 로드 끝에서 수트가 자라남; 연속 공정대용량 싱글모드 생산매우 긴 프리폼, 낮은 OH, 높은 처리량
오버클래딩(RIC — 로드 인 실린더; 수트 오버클래드; 슬리빙)전체 굴절률 프로파일을 담은 코어 로드를 저렴한 합성 실리카로 둘러쌈 — 드로잉 중에 융착되는 실린더나 추가 수트를 사용모든 제조사값비싼 도핑 유리는 전체 부피의 몇 퍼센트에 불과함

완성된 프리폼은 지름 100–200 mm, 길이 1–3 m입니다. 150 mm × 2 m 프리폼 하나를 드로잉하면 125 µm 광섬유가 대략 2 500–3 000 km 나오며, 최신 대형 프리폼은 5 000 km 이상을 만들어 냅니다.

드로잉

단계내용수치
노(퍼니스)프리폼 끝단이 흑연 또는 지르코니아 유도로에서 연화됨1 900–2 100 °C
넥다운과 드로잉녹은 끝단에서 실이 당겨져 나옴; 속도가 지름을 결정20–40 m/s(1 200–2 500 m/min), 최신 타워는 더 빠름
지름 제어레이저 게이지가 베어 광섬유를 측정해 캡스턴 속도에 피드백규격 125 ± 0.7 µm, 실제 달성 ±0.1 µm
냉각헬륨을 채운 관이 유리를 코팅 가능한 온도까지 식힘1 m도 안 되는 구간에서 수백 °C 하강
1차 코팅가압 다이를 통해 부드러운 아크릴레이트를 도포하고 UV 램프로 경화~190 µm까지
2차 코팅단단한 아크릴레이트, 경화표준 245 ± 10 µm; 고밀도 케이블용 200 ± 10 µm
스피닝드로잉 중에 광섬유를 시계 방향과 반시계 방향으로 번갈아 꼬아 복굴절 축을 섞음1980년대 광섬유의 0.5–2 ps/√km 대신 PMD 계수 < 0.1 ps/√km
캡스턴과 권취스풀에 장력을 제어하며 권취스풀당 25–50 km; 타워 높이 20–40 m

착색은 잉크 층을 추가하거나(혹은 2차 코팅 자체에 색을 입혀) 이루어지며, 리본은 색이 입혀진 광섬유 4–12가닥을 매트릭스로 결합하고, 롤러블 리본은 이를 간헐적으로 결합해 튜브 속에 말아 넣을 수 있게 합니다.

프루프 시험과 품질 보증

시험방법(IEC 60793-1-xx)G.652.D 사양
프루프 시험매 미터 구간이 0.69 GPa(100 kpsi, ≈ 1 % 변형률)의 장력을 ≥ 1초 동안 통과(1-30부); 해저·특수 광섬유는 1.38 GPa이 응력보다 낮은 곳에서 끊어질 결함이 있다면 땅속이 아니라 여기서 끊어짐
형상클래딩 지름, 비원형도, 코어–클래딩 동심도(1-20부)125 ± 0.7 µm; ≤ 1 %; ≤ 0.6 µm — 커넥터와 접속점 정렬이 여기에 좌우됨
감쇠1310/1550/1625 nm에서의 컷백법(1-40부)과 스펙트럼 스캔; 균일성과 점결함 확인을 위해 모든 스풀에 OTDR 적용일반적으로 ≤ 0.35/0.21/0.23 dB/km; 점결함 ≤ 0.05 dB
모드 필드 지름원거리장 스캔(1-45부)1310 nm에서 9.2 ± 0.4 µm
차단 파장1-44부케이블 상태 차단 파장 ≤ 1 260 nm
색분산위상 편이법(1-42부)λ₀ = 1 300–1 324 nm, 기울기 ≤ 0.092 ps/(nm²·km)
PMD1-48부링크 설계값 ≤ 0.20 ps/√km
매크로벤드 손실1-47부반지름 30 mm로 100회 감았을 때 ≤ 0.1 dB(1625 nm)
코팅스트립 힘 1.3–8.9 N(1-32부), 코팅 형상, 컬현장에서 일관된 피복 제거
수소 노화IEC 60793-2-50노출 후 증가량 ≤ 0.01 dB/km — 최신 광섬유는 수소에 안전함

모든 스풀은 실측값이 담긴 데이터시트와 함께 출고됩니다. 케이블 제조사는 스풀 → 케이블 → 광섬유 번호의 대응 관계를 보관하므로, 인수 과정에서 이 광섬유 데이터시트를 요청하세요 — 이것이 설비의 첫 번째 기준선입니다(문서화와 라벨링).

특수 광섬유와 제조상의 차이점

광섬유제조상의 차이용도
내굴곡성 G.657코어 주위에 불소 도핑 트렌치 링을 증착(MCVD/PCVD 또는 OVD)FTTH, 고밀도 패널, 200 µm 케이블
그레이디드 인덱스 멀티모드 OM3–OM5포물선형(α ≈ 2) 굴절률 프로파일을 가진 수천 개의 층; 모든 프리폼에서 차동 모드 지연을 측정단거리 VCSEL 링크
어븀 첨가(EDF)소결 전에 다공질 코어 수트를 Er/Al 용액에 담금; 증폭기 하나당 짧은 길이(미터 단위)EDFA
편광 유지(PANDA, 보타이)프리폼에 구멍을 뚫어 붕소 도핑 응력 로드를 삽입하거나, 형상화된 응력 영역을 형성코히어런트 트랜시버 내부, 센서, 펌프 결합기
분산 보상(DCF)굴절률 단차가 큰 작은 코어로 큰 음의 분산을 만듦레거시 10G/40G 보상
순수 실리카 코어 G.654도핑되지 않은 코어, 불소 도핑 클래딩; 대유효면적 변형(G.654.E)해저 및 장거리 코히어런트: 0.15–0.17 dB/km
홀로우코어(NANF 및 유사 종류)실리카 모세관을 쌓아 드로잉해 공기 코어를 형성; 빛은 1.46배 더 빠르게 이동하며 비선형성이 거의 없음지연시간이 중요한 링크, 연구용; 2020년대 들어 0.2 dB/km 미만의 손실이 보고됨
멀티코어125–200 µm 클래딩 안에 코어 4–7개, 적층 프리폼에서 드로잉공간 분할 다중화, 2020년대 이후의 해저 시스템
내방사선형불소 도핑 코어와 클래딩, 게르마늄 미포함원자력, 우주, 가속기
탄소 또는 금속 코팅드로잉 타워에서 아크릴레이트 전에 기밀 탄소층을 도포석유·가스, 수소가 많거나 고온인 환경

네트워크 엔지니어가 신경 써야 하는 이유

제조상의 사실현장에서의 결과
MFD 규격 ±0.4 µm서로 다른 벤더나 시대의 광섬유 사이의 접속은 0.02–0.05 dB를 더 잃을 수 있음; OTDR에서 게이너와 루저로 나타남(접속과 종단)
1 % 변형률의 프루프 시험장기 설치 변형률은 프루프의 20 %(0.2 %)로, 설치 시에는 60 %로 제한됨(신뢰성과 노화)
동심도 ≤ 0.6 µm커넥터 손실은 유리가 아니라 페룰과 연마 상태가 좌우함
1990년대 후반부터 도입된 스피닝2000년 이후 제조된 광섬유라면 100G 코히어런트가 어디서든 동작함; 1995년 이전 광섬유는 PMD 시험 필요(광섬유 특성 측정)
저OH 건조1383 nm 수분 피크가 사라짐: E-밴드 CWDM과 1625/1650 nm 모니터링을 사용할 수 있음(감쇠와 전송창)
200 µm 코팅케이블은 작아지지만 홀더, 스트리퍼 설정, 클리버 클램프가 맞아야 함; 200/250 µm 혼합 접속에는 적절한 홀더가 필요
케이블 상태 감쇠 > 광섬유 감쇠광섬유 값이 아니라 케이블 데이터시트의 케이블 상태 값으로 설계(케이블 구조)
리본일괄 융착기, 접속 1회당 광섬유 12가닥; 리본 위치로 식별

CodingBox에서는

트랜시버는 광섬유가 어떻게 만들어졌는지 전혀 알지 못하지만, SMF, OM3, OM4에 매긴 등급 거리는 이런 공차로 만들어진 광섬유 — G.652.D 또는 명시된 OM 등급 — 를 전제로 합니다. CodingBox는 이 길이 필드를 보여줍니다; 특이한 광섬유(G.654, G.653, 홀로우코어)에서는 등급 거리가 적용되지 않으므로 링크 버짓을 광섬유 자체의 데이터시트로부터 새로 구성해야 합니다(Check transceiver, 광섬유 종류).

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