정보통신의 기초지식

  ◉ 광섬유 케이블 전송원리

1. 광섬유 통신이란?

광섬유 케이블을 통해 반도체 레이저로 만든 발광체로 통신하는 것을 광섬유 통신이라고 한다. 반도체 레이저로 만든 발광체는 전류가 흐르면 빛을 발하게 되는데, 전화, FAX 등 단말기로부터 나온 전기신호는 이 발광체를 통해 흐르게 되며, 전류의 강약과 빛의 강약이 거의 비례하기 때문에 빛의 강약으로 신호가 보내진다.    디지털 전송에서는 빛을 보낼 때와 보내지 않을 때를 1과 0으로 표시하게 된다. 

<그림 1> 광 섬유 통신의 구성

반면에 수신은 이의 역순이다. 빛을 받으면 빛의 강약에 비례하여 전류가 흐르게 되므로 광신호의 강약을 전기신호로 되돌린다.

케이블 속에 들어있는 중계기는 전송 시 약해진 전기신호를 증폭하기 때문에 중계기 설치 가격은 구리선인 경우는 수 km이었지만 광섬유는 80km이상 까지 연장할 수 있다.    중계 간격의 연장은 중계기수를 대폭 줄일 수 있어 건설과 보수에 드는 비용을 대폭 절감할 수 있다.<그림 2>

<그림 2> 동축 케이블과 광 케이블의 전송로 구성 비교

2. 광섬유 전송의 원리

빛의 전송로인 유리 섬유에 전기 신호 대신에 빛의 점멸을 반복 함으로써 정보가 보내지는데, 광섬유 케이블의 기본구조는 < 그림 3 >과 같다.

<그림 3> 광 케이블의 구조

그 구조는 중심에 직경 10~50마이크로 미터의 굴절률이 높은 코어(core)부분이 있고, 그 주변을 굴절률이 낮은 클래드(clad)부분이 둘러싸여 있어 코어 속에 빛을 통과시키면 조금 비뚤게 진행되어도 코어와 클래드의 경계면에 전반사 시키므로 빛은 바깥으로 달아날 수 없게 되어 있다. < 그림4 >

<그림 4> 광 섬유의 원리

한편 광섬유 안에서 다수 모드의 광을 전파하는 것을 다중 모드(Multi mode)라고 하고, 1개의 모드를 전파하는 것을 단일모드(Single mode)라 부른다.    일반적으로 단일 모드 광섬유의 코어 직경은 다중 모드 광섬유 코어 직경보다 가늘다.

다중 모드 광섬유는 코어의 굴절률 분포에 따라 계단형 굴절률 (Step index)과 경사형 굴절률(graded index)로 분류 되는데, 코어의 굴절률이 클래드 굴절률보다 큰 것을 계단형 굴절형이라 하고, 중심부로 감에 따라 점차로 굴절률이 커지도록 개발한 광섬유를 경사 굴절형이라 한다.    경사 굴절형 광섬유는 마치 볼록 렌즈를 많이 늘어 놓은 것과 같은 원리로 빛의 굴절을 이용하고 있다.

다시 말하면 계단 굴절형 (step index type)은 빛의 전반사, 경사 굴절형(graded index type)은 빛의 굴절이란 동작 원리를 이용한 것이다. 성능적으로는 경사 굴절형 쪽이 훨씬 우수하지만, 계단 굴절형에 비해 많이 생산 할 수 없다. 이외에 단일 모드(single mode) 섬유는 일반적으로 통신용으로 사용한다.    이것은 전반사나 굴절을 하지 않고 중심을 통과하는 빛만 전달한다.

멀티모드(Multi mode) 섬유는 코어에 들어간 빛이 전반사하면서 진행하는 경로가 하나뿐 아니라 다수의 경로가 존재한다.

<그림 5> 광 섬유의 종류와 구조

◉ 광섬유 케이블의 특징

광섬유는 매우 순도가 높은 유리 섬유로, 광섬유에 빛을 통하게 하면 빛은 섬유 밖으로 나오지 못하고 섬유 속을 통과하는데, 섬유가 구부러져도 그에 따라 빛은 진행한다. 이는 유리 섬유 속에서 빛의 전반사를 이용하는 것이다. 전반사란 굴절률이 큰 물질(유리)에서 굴절률이 작은 물질(공기)로 빛이 진행할 때 경계면에서 빛이 전부 반사되는 현상을 말한다.

또한 빛의 감쇄를 적게 하는 것은 유리 속의 불순물을 완전할 정도로 제거해 투명할 수록 좋다. 광섬유에 사용하는 유리 순도는 99.9999999% 이상 으로 9가 9자리수 까지 정제한 것이다. 이는 트랜지스터나 LSI 등에 사용되는 실리콘 단결정의 순도와 거의 같다.

이와 같은 광섬유 전송 손실(빛의 감쇄량)은 1km당 0.2데시벨 이하로, 구리선으로는 상상할 수도 없는 수치이다.

광섬유의 케이블의 특징은 다음과 같다.

① 구리선 케이블은 페어선으로 수 M비트/sec 정도, 동축은 수백 M비트/sec 정도가 실용상의 한도였으나, 광섬유는 G비트/sec 이상 매우 폭 넓은 주파수 대역 신호를 전송할 수 있다.

② 한 가닥의 광섬유는 보강피복을 합해도 직경은 0.4mm로서 동축 케이블의 약 30분의 1 굵기에 불과하다.

③광섬유는 빛의 감쇄량이 적어 장거리 전송시에도 중계기를 적게 설치해도 되는 장점이 있다.

④공중에는 우뢰,전동차,자동차 등과 공장으로부터 나는 잡음 등이 있는데, 광섬유는 전기를 통하지 않기 때문에 잡음에 의한 방해를 받지 않는다.

⑤ 광섬유 통신은 누화 현상이 낮아서 통화에 대한 보안성이 높다.

※ 출처 - http://www.bazi.pe.kr