1. 광섬유의 구조
안광섬유(OF)는 빛을 유도하는 데 사용되는 투명한 유전체 섬유입니다. 실용적인 광섬유는 여러 층의 투명 매체로 구성되며 일반적으로 세 개의 층으로 나뉩니다.
핵심: 섬유의 중심(직경 5~80μm)에 위치하며 고순도-실리카로 구성되어 있으며 굴절률(n1)을 높이기 위해 소량의 도펀트(예: 이산화게르마늄, 오산화인)를 도핑합니다. 통신 광섬유의 경우 코어 직경은 5~10μm(단일-모드 광섬유) 또는 50~80μm(다중-모드 광섬유)입니다.
클래딩: 코어보다 약간 낮은 굴절률(n2)을 줄이기 위해 소량의 도펀트(예: 삼산화붕소)와 고순도 실리카로 구성된 코어(직경 ~125μm)를 둘러쌉니다. 클래딩은 단일-레이어 또는 다중-레이어일 수 있습니다.
코팅: 가장 바깥쪽 층(아크릴레이트, 실리콘 고무, 나일론 재질)으로 보호 기능을 합니다. 1차 코팅과 2차 코팅(재킷)이 포함됩니다. 코팅 후 섬유의 외경은 약 1.5cm 정도 됩니다.
2. 광섬유의 분류
광섬유에는 4가지 주요 분류 방법이 있습니다. 또한 구성에 따라 분류될 수도 있습니다(예: 실리카 섬유, 불소{3}}함유 섬유, 플라스틱 섬유 등).
(1) 섬유 단면의 굴절률 프로파일에 따른 분류-
으로 나누어진다스텝 인덱스 파이버(SIF)그리고등급 인덱스 섬유(GIF).
스텝 인덱스 파이버: 코어와 클래딩의 굴절률은 균일하며(각각 \\(n_1\\) 및 \\(n_2\\)로 표시) 코어와 클래딩 사이의 경계면에서 단계적으로 변화합니다. 굴절률 프로파일은 다음과 같이 표현됩니다.
이는 초기 섬유 구조였으며 점차적으로 다중-모드 섬유에서 등급화된 인덱스 섬유로 대체되었지만 싱글-모드 섬유에서는 주류 구조로 다시 주목을 받았습니다.
등급 인덱스 섬유: 코어 축(n1)의 굴절률이 가장 크며 반경 방향을 따라 점차 감소하여(포물선 법칙에 따라) 코어-클래딩 경계면에서 클래딩 굴절률(n2)로 떨어집니다. 클래딩의 굴절률이 균일함(n2)
굴절률 프로파일은 다음과 같이 표현됩니다.
여기서: g는 굴절률 프로필 지수입니다. (a1)은 코어 반경이다. (델타)는 상대 굴절률 차이입니다.
특징: 다중-모드 광섬유의 모달 분산을 줄이고 전송 용량을 늘립니다.
(2) 전파 방식 수에 따른 분류
으로 나누어진다다중{0}}모드 광섬유(MMF)그리고단일 모드 광섬유(SMF).
다중{0}}모드 광섬유: 주어진 작동 파장에 대해 광섬유에는 여러 전송 모드가 존재합니다. 단면의 굴절률 프로필은-균일(단계-인덱스 다중-모드) 또는 비-균일(등급-인덱스 다중-모드)일 수 있습니다. 특징: 낮은 전송 특성, 좁은 대역폭, 작은 전송 용량.
단일 모드 광섬유: 주어진 작동 파장에 대해 광섬유에는 모드 간 지연 차이 없이 하나의 전송 모드(기본 모드)만 존재합니다. 특징: 다중-모드 광섬유보다 대역폭이 훨씬 크며 고속- 전송에 적합합니다.
(3) 동작 파장에 따른 분류
으로 나누어진다단파장-섬유그리고장-파장 섬유.
단파장-섬유: 파장 0.6~0.9μm(대표값 0.85μm) 초기 제품으로 현재는 거의 사용되지 않습니다.
장-파장 섬유: 파장 1.0~2.0μm(대표값 1.31μm, 1.55μm). 이 대역에서 실리카 섬유는 감쇠가 낮고 재료 분산이 작습니다. 특징: 감쇠가 낮고 대역폭이 넓으며 장거리-대용량-통신에 적합합니다.
(4) 자켓팅 종류에 따른 분류
으로 나누어진다단단한-버퍼 섬유그리고느슨한-튜브 섬유.
단단한-버퍼 섬유: 2차 및 3차 코팅은 1차 코팅, 코어 및 클래딩에 단단히 접착됩니다. 단점: 재킷 처리 후 온도 특성이 저하됩니다(재킷 재료는 팽창 계수가 높으며, 낮은-온도 수축은 섬유의 미세 굴곡을 유발하여 감쇠를 증가시킵니다).
느슨한-튜브 섬유: 2차, 3차 코팅 없이 사전 코팅된 섬유를 플라스틱 튜브에 느슨하게 배치합니다. 장점: 제조 공정이 간단합니다. 긴밀하게 버퍼링된-광섬유보다 감쇠-온도 특성과 기계적 특성이 더 우수하며 점차 널리 사용됩니다.
