Optical Fiber
1 개요
직진을 하는 빛을 섬유 내부를 통해 반대쪽으로 이동하게 할 수 있는 섬유.
원리는 광섬유 내부와 외부를 다른 밀도를 가지는 유리섬유로 제작하여, 한 번 들어간 빛이 외부와 내부 사이에서 반사하며 반대편 끝까지 진행게 만든 것이다.
현재 주로 통신과 관련하여 전기 신호를 빛으로 변환하여 도착지까지 말 그대로 빛의 속도로 데이터를 송신하는데 사용하고 있으며, 전기신호를 중간변환 없이 그대로 보내는 구리선과 비교하면 '변화' 과정이 필요하지만, 대신 중간에 자기장의 간섭이나 전기저항에 의한 데이터 손실이 0에 가깝다는 장점때문에 구리선을 대체할 새로운 유선통신 기술로 곳곳에서 실용화 되고있다. 또한 전선은 중간에 신호를 낚아채 도감청을 할 수 있지만 광섬유는 그렇지 못하다는 점에서 보안성도 뛰어나다.(그 이유는 주위에 전기장이나 자기장이 생기지 않기 때문이다)
구리선과 더 비교 하자면, 구리선의 대역폭은 수백MHz수준이지만 1550nm[1]를 사용하는 광섬유의 대역폭은 수십THz단위로, 차원이 다른 대역폭을 자랑한다. 하지만 그걸 받아주는 광검출기 성능은 수십GHz수준이라 다 써먹지도 못하고있다
주로 사용하는 광섬유는 대략 0.1 밀리미터 정도로 가늘고(SMF를 기준으로 코어 지름은 8.3 ㎛이며 클래딩 지름은 125㎛이다), 유리나 플라스틱으로 만든다. 요즘은 광섬유를 통신뿐만 아니라 액세서리[2]나 내시경을 만드는 용도로도 사용하고 있다.
광섬유는 낱개로 사용하거나 다발로 사용하며, 수 센티미터에서 160km 이상까지 빛을 전송한다. 이 중에는 지름이 0.004mm의 아주 가는 것도 있다. 광섬유는 중심에 유리나 플라스틱으로 된 투명한 심이 있고 이 심을 코어보다 굴절률이 낮은 재질로 된 클래딩으로 감싸고 있다. 클래딩 위에는 버퍼라고 하는 피복으로 광섬유를 일차적으로 보호하며 자켓을 씌워 이차적인 보호를 한다. 이를 통해 직경 125㎛의 광섬유는 버퍼까지 250㎛, 자켓까지 400㎛ 수준으로 두꺼워진다. 여전히 1mm도 되지않는다
레이저, 전구 등의 광원에서 나온 빛이 광섬유의 한쪽 끝으로 들어가면 빛이 심을 통과해서 전송되는 동안 클래딩이 섬유 내부의 표면을 때리는 빛을 다시 안쪽으로 반사시켜(전반사) 빛이 심 속에서 계속 나아가게 한다. 광섬유의 다른쪽 끝에서는 광검출기나 사람의 눈으로 빛을 감지한다. 대부분의 용도에서는 광검출기를 사용한다.
현재 최대전송용량 최고 기록은 22코어 멀티코어 광섬유를 사용한 31000m/s이다. 光섬유라면 초속 299,792,458 m/s 이어야 되지 않나? 진공상태도 아니고 고체에 반사되는데 그대로 나올리가 없다
2 광섬유의 종류
광섬유의 종류는 모드, 재질, 코팅, 분산보상 등 여러 특징에 따라 분류되지만 여기서는 제일 대표적인 모드에 따른 분류를 기준으로 서술한다.
- 멀티모드 광섬유 (Multi Mode Fiber) : 코어의 직경이 50~62.5㎛
- 계단형 굴절율 광섬유 (Step Index Fiber)
- 언덕형 굴절율 광섬유 (Graded Index Fiber)
- 단일모드 광섬유 (Single Mode Fiber) : 코어의 직경이 5~10㎛
- 표준 SMF (SSMF)
- 분산천이형 광섬유 (DSF)
- 비영분산 광섬유 (NZ-DSF)