광섬유 통신의 장점
● 대용량 통신 용량
● 긴 릴레이 거리
● 전자기 간섭에 대한 내성
● 풍부한 자원
● 광섬유의 경량화 및 소형화
광통신 개발의 간략한 역사
● 2000년 이상 전: 봉화탑 – 조명, 깃발 신호
● 1880년 : 광전화 - 무선광통신
● 1970년: 광섬유 통신
● 1966년: '광섬유의 아버지'인 Kao Kuen 박사가 최초로 광섬유 통신에 대한 아이디어를 제안했습니다.
● 1970년: Corning Institution의 Kapron은 손실이 20dB/km인 광섬유를 생산했습니다.
● 1977년: 시카고 최초의 상용 45Mb/s 라인.
전자기 스펙트럼
빛의 굴절/반사 및 전체 내부 반사
빛은 물질에 따라 서로 다른 속도로 이동하기 때문에 빛이 한 물질에서 다른 물질로 이동할 때 두 물질 사이의 경계면에서 굴절과 반사가 발생합니다. 또한 입사광의 각도에 따라 굴절된 빛의 각도도 달라집니다. 입사광의 각도가 특정 각도에 도달하거나 초과하면 굴절된 빛이 사라지고 모든 입사광이 다시 반사됩니다. 이것은 완전한 내부 반영입니다. 서로 다른 물질은 동일한 파장의 빛을 서로 다른 각도에서 굴절시키고(즉, 서로 다른 물질은 서로 다른 굴절률을 가짐), 동일한 물질은 서로 다른 파장의 빛을 서로 다른 각도에서 굴절시킵니다. 광섬유 통신은 이러한 원칙을 기반으로 합니다. 반사율 분포: 광학 재료를 특징짓는 중요한 매개변수는 N으로 표시되는 굴절률입니다. 재료 내에서 빛의 속도 V에 대한 진공에서의 빛의 속도 C의 비율이 재료의 굴절률입니다.
N＝C/V
광섬유 통신에 사용되는 석영 유리의 굴절률은 약 1.5입니다.
광섬유 구조
베어 광섬유 케이블은 일반적으로 세 개의 레이어로 구성됩니다.
첫 번째 레이어: 고-굴절률- 유리 코어(코어 직경은 일반적으로 9{3}}10μm, (단일 모드) 50 또는 62.5(멀티 모드)입니다.
두 번째 층: 중앙에 있는 저-굴절률- 실리콘 유리 클래딩(직경은 일반적으로 125μm).
세 번째 층: 가장 바깥쪽의 강화 수지 코팅입니다.
빛의 기초지식
1) 코어: 빛을 전달하는 데 사용되는 높은 굴절률;
2) 코팅: 코어와 함께 낮은 굴절률은 내부 전반사를 위한 조건을 형성합니다.
3) 재킷: 강도가 높고 더 큰 충격을 견딜 수 있으며 광섬유를 보호합니다.
3mm 광섬유 케이블 주황색 MM 다중 모드
노란색 SM 싱글모드
광섬유 케이블 치수:
외경은 일반적으로 125μm(평균 사람 머리카락 100μm)입니다.
내부 직경: 단일-모드 9μm, 다중 모드 50/62.5μm
조리개
광섬유의 끝면에 입사되는 모든 빛이 광섬유를 통해 전달되는 것은 아닙니다. 특정 각도 범위 내에서 입사되는 빛만 투과됩니다. 이 각도를 광섬유의 개구수라고 합니다. 광섬유 접합에는 개구수가 클수록 유리합니다. 개구수는 여러 회사에서 제조한 광섬유마다 다릅니다.
광섬유의 종류
광섬유 내 빛의 전송 모드에 따라 광섬유는 다음과 같이 분류될 수 있습니다.
다중-모드(MM)
단일-모드(SM)
다중{0}}모드 광섬유: 중앙 유리 코어가 더 두꺼워(50 또는 62.5μm) 다양한 모드의 빛을 전송할 수 있습니다. 그러나 모드 간 분산이 상당하여 전송되는 디지털 신호의 주파수를 제한하고 이러한 제한은 거리가 멀어질수록 더욱 악화됩니다. 예를 들어, 600MB/km 광섬유는 2km에서 300MB/km 대역폭만 갖습니다. 따라서 다중-모드 광섬유는 일반적으로 몇 킬로미터에 불과한 상대적으로 짧은 전송 거리를 갖습니다.
단일{0}}모드 광섬유: 중앙 유리 코어가 더 얇아서(일반적으로 직경 9 또는 10μm) 한 가지 모드의 빛만 전송할 수 있습니다. 이는 본질적으로 일종의 스텝-인덱스 섬유이지만 코어 직경이 매우 작습니다. 이론적으로는 직선 광의 단일 경로만 광섬유에 들어가고 코어 내에서 직선으로 전파되는 것을 허용합니다.- 섬유 펄스 확장은 최소화됩니다. 따라서 모드 간 분산이 매우 작아 장거리 통신에 적합합니다.- 그러나 색분산이 중요한 역할을 합니다. 즉, 단일{11}}모드 광섬유는 광원의 스펙트럼 폭과 안정성에 대한 요구 사항이 높습니다. 즉, 스펙트럼 폭은 좁아야 하고 안정성은 좋아야 합니다.
광섬유 분류
재료별:
● 유리 섬유: 코어와 클래딩이 모두 유리입니다. 낮은 손실, 긴 전송 거리, 높은 비용.
● 외피가 있는 실리콘 섬유: 코어는 유리이고 클래딩은 플라스틱입니다. 유리섬유와 특성이 비슷하고 가격이 저렴합니다.
● 플라스틱 섬유: 코어와 클래딩 모두 플라스틱입니다. 높은 손실, 매우 짧은 전송 거리, 매우 저렴한 가격. 가전제품, 오디오 장비 및 단거리-이미지 전송에 널리 사용됩니다.
● 최적의 전송 주파수 창 기준: 기존 단일-모드 광섬유 및 분산-전환 단일-모드 광섬유.
● 기존: 광섬유 제조업체는 1300nm와 같은 단일 파장에 대해 광섬유의 전송 주파수를 최적화합니다.
● 분산-전환: 섬유 제조업체는 1300nm와 1550nm 등 두 가지 파장에 대해 섬유의 전송 주파수를 최적화합니다.
● 급격한 변화: 굴절률이 코어에서 유리 클래딩까지 급격히 변합니다. 저렴한 비용, 높은 복합 분산. 산업 제어와 같은 단거리-저속-통신에 적합합니다. 그러나 단일-모드 광섬유는 모드간 분산이 매우 낮으므로 모두 등급-인덱스 광섬유입니다.
●등급-굴절률 섬유: 굴절률이 코어에서 클래딩까지 점진적으로 감소하여 높은-모드 광이 정현파로 전파될 수 있습니다. 이는 모드 간 분산을 줄이고 광섬유 대역폭을 늘리며 전송 거리를 연장하지만 비용이 더 많이 듭니다. 오늘날 대부분의 다중 모드 광섬유는 등급이 매겨진-인덱스 광섬유입니다.
