지금 이 순간

1. 개요

2. 광케이블의 전송 손실

  2.1 재료 손실(내적 요인, Intrinsic factors)

  2.2 부가적 손실(외적 요인, Extrinsic factors)

3. 저손실창

  가. 1st window

  나. 2nd window

  다. 3rd window

  라. 저손실 윈도우 대역

4. 결론

1. 개요

  - 광통신은 전기신호를 광신호로 변환하여 석영계 광섬유를 통해서 전송되고 이는 수신측에서 다시 전기신호로 변환하는 형태의 통신기술을 말함

  - 광섬유는 기본적으로 두 부분으로 구분이 가능한데 다른 광특성을 가지는 두 개의 중심층과 이를 보호하는 외부막으로 구성되어 있음

  - 코어는 내부 광전송 기능을 담당함

  - 클래딩은 코어와 외피막의 중간층으로 코어내로만 광신호가 한정되게 하는 기능을 담당함

  - 외피는 외곽층으로 충격흡수를 하여 외부로부터 코어와 클래딩을 보호하는 역할을 수행함

2. 광케이블의 전송 손실

  - 손실이란 광신호가 광섬유를 진행하면서 신호의 강도(에너지가)가 약해지는 것을 말함

  - 광섬유에 대한 감쇠는 dB/km로 나타냄

      2.1 재료 손실(내적 요인, Intrinsic factors)

         가. 흡수 손실

             - 광섬유에 포함된 철, 크롬, 코발트와 같은 천이금속과 수분등의 불순물에 의해 일어나는 손실

         나. 산란 손실

            - 광섬유 내를 도파하는 광선이 코어 내에서 직진하지 못하고 사방으로 흩어져 버리는 현상

            - 광섬유 재료의 밀도, 구성 성분의 불균일성 등의 여러가지 요인에 의해 일어남

       2.2 부가적 손실(외적 요인, Extrinsic factors)

           가. 구조 불안전에 의한 손실

              - 코어와 클래드의 경계면이 불균일하여 생기는 손실

           나. 구부러짐 손실

              - 광섬유 케이블을 구부려 사용함으로써 생기는 손실

           다. 마이크로밴딩손실

              - 광섬유의 측면에서 가해지는 불균일한 압력에 의해 축이 미소하게 구부러짐으로써 발생하는 손실

           라. 접속 손실

              - Coupling Loss: 광원 및 광섬유 간 결합에 따른 손실

              - 스플라이싱손실(Splicing Loss): 광섬유 간 접속에 따른 손실

3. 저손실창

  - 감쇠는 광파장에 따라 변하는데 광섬유의 가장 적은 손실 파장영역은 850nm, 1300nm, 1550nm임

   가. 1st window

       - 첫번째 저손실창인 850nm 파장은 광통신 초기에 가장 광범위하게 사용되었는데 그 이유는 이 파장대의 LED소자들이 가장 저렴하기 때문임

       - 기술발전에 따라 비교적 높은 3dB/km 손실을 가지는 제한때문에 점점 사용이 줄어들게 됨

   나. 2nd window

       - 2번째 저손실창은 1300nm 파장대로 이 저손실창은 850nm보다 더 적은 손실을 발생하지만 LED 소자들의 가격이 비쌈

       - 이 창에서는 대략적으로 0.5dB/km의 훨씬 적은 감쇠가 발생함 

   다. 3rd window

       - 3번째 저손실창은 1550nm로 이 저손실창은 오늘날 장거리 통신에 많이 적용되는 영역임

       - 이 창에서는 대략적으로 0.2dB/km의 훨신 적은 감쇠가 발생함

    라. 저손실 윈도우 대역

2. 광케이블의 전송 손실

      2.1 재료 손실(내적 요인, Intrinsic factors)

           가. 흡수 손실

           나. 산란 손실

      3.2.2 편광모드분산

4. 비선형 광학효과

5. 영분산점

  5.1 영분산점의 위치 

  5.2 분산천이 광섬유(DSF)

  5.3 비영분산천이 광섬유(None-Zero DSF)

6. 광섬유의 분산과 손실 특성

1. 개요

 - 광케이블은 빛의 직진, 반사, 굴절의 원리에 의해 광에너지를 전파하는 부전도성의 도파관

 - 광케이블의 전송 특성에는 크게 개구수(Numerical Aperture), 손실(Loss), 분산(Dispersion), 비선형 광학 효과 등이 있음

 - 전송거리와 전송용량 증가에 가장 큰 영향을 미치는 광섬유의 특성이 분산과 손실임

 - 손실이란 광신호가 광섬유를 진행하면서 신호의 강도가 약해지는 것을 말함

 - 분산이란 전송되는 도중에 광펄스의 파형이 퍼져 이웃하는 광펄스와 서로 겹침으로써, 광섬유의 전송대역이 제한되는 현상임

<참조>

 개구수(Numerical Aperture)

   - 광섬유가 전송할 수 있는 빛을 받아들이는 각도의 sine값에 해당하는 수치

   - 광섬유가 내부 전반사 조건을 만족하면서, 광원으로부터 빛을 얼마나 받을 수 있는지를 나타내는 능력 수치 값

http://amrita.vlab.co.in/?sub=1&brch=189&sim=343&cnt=1

      - 스넬의 법칙에 의해

      -  개구수는 다음과 같이 유도 가능

   - 수광각(Acceptance Angle)은 빛을 광섬유 코어에 조사할 때 전반사시킬수 있는 최대 입사 원뿔각

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?nav=2&m_temp1=3634&id=4

    - 개구수가 큰 광섬유일수록 광원과이 결합이 용이해짐 

2. 광케이블의 전송 손실

      2.1 재료 손실(내적 요인, Intrinsic factors)

         가. 흡수 손실

             - 광섬유에 포함된 철, 크롬, 코발트와 같은 천이금속과 수분등의 불순물에 의해 일어나는 손실

         나. 산란 손실

            - 광섬유 내를 도파하는 광선이 코어 내에서 직진하지 못하고 사방으로 흩어져 버리는 현상

            - 광섬유 재료의 밀도, 구성 성분의 불균일성 등의 여러가지 요인에 의해 일어남

       2.2 부가적 손실(외적 요인, Extrinsic factors)

           가. 구조 불안전에 의한 손실

              - 코어와 클래드의 경계면이 불균일하여 생기는 손실

           나. 구부러짐 손실

              - 광섬유 케이블을 구부려 사용함으로써 생기는 손실

           다. 마이크로밴딩손실

              - 광섬유의 측면에서 가해지는 불균일한 압력에 의해 축이 미소하게 구부러짐으로써 발생하는 손실

           라. 접속 손실

              - Coupling Loss: 광원 및 광섬유 간 결합에 따른 손실

              - 스플라이싱손실(Splicing Loss): 광섬유 간 접속에 따른 손실

3. 광섬유의 분산

  3.1 모드간 분산(Intermodal Dispersion)

      - 다중모드 광섬유에 한함

      - 모드(입사각) 사이의 전파 속도 차때문에 생기는 분산

      - 다중모드 광섬유를 통하는 각 전파모드의 전송속도가 달라, 각 전파모드간 도착시간차이에 의해 광 펄스파형이 벌어지는 현상(다중 모드 찌그럼짐)

       가. 특징

          - 전파모드 수가 적을 수록 모드 분산이 적게 나타나고 고속전송이 가능

          - 다중모드 광섬유 상에서 특히 계단형 굴절률일 경우에 모드 분산이 발생(따라서, 다중모드 광섬유는 모든 분산에 의해 전송 가능 거리가 크게 제한됨)

       나. 모드간 찌그러짐을 줄이는 방법

          - 매우 작은 직경의 광섬유 사용, 즉 하나의 모드만 사용하는 단일모드광섬유 사용

          - 굴절률이 서서히 변하는 언덕형 굴절률 광섬유 사용(여러모드의 광선이 광섬유 끝단에 동시에 도착) 

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?nav=2&m_temp1=2041&id=25

  3.2 모드내 분산(Intramodal Dispersion)

      3.2.1 색분산(Chromatic Dispersion)

            - 매질 내 진행하는 광 펄스를 구성하는 각 파장 성분들의 전파 지연시간이 서로 달라 나타나는 펄스 퍼짐 현상

            - 단일모드 광섬유의 주요 성능 제한 요소

            가. 색분산 구분

               - 재료분산: 광섬유를 구성하는 재료의 굴절률이 파장에 따라 달라서 생기는 분산

               - 구조분산: 재료물질 특성이 아닌 구조적 요인에 의한 분산 발생, 광섬유의 구조변화로 인해 광이 광 섬유축과 이루는 각이 파장에 따라 변하면서 광 펄스의 퍼짐 발생

      3.2.2 편광모드분산

             - 한 곳에 입력된 편광상태에 따라 속도차이 발생

<참고>

광섬유 내 전파모드

http://www.l-com.com/content/Article.aspx?Type=L&ID=207

4. 비선형 광학효과(Non-linea Optical Effect)

 - 강한 빛과 물질과의 상호작용에서 발생되는 현상

 - 입사 광의 세기에 따라 물질의 굴절률, 광학적 특성이 변하게 됨

 - 대표적인 비선형 효과에는 유도산란과 광케르 효과가 있음

      유도산란: 빛의 전력에 따라 이득, 손실이 변하는 현상

      광케르효과: 빛의 세기에 따라 굴절률이 변하는 현상

5. 영분산점

   - 광섬유의 분산 중 재료 분산에 의해 긴 파장은 전송 속도가 빠르고, 짧은 파장은 전송 속도가 느리다

   - 반면에 구조분산의 경우 긴 파장은 전송 속도가 느리고, 짧은 파장은 전송속도가 빠르게 됨

   - 재료 분산 및 구조 분산이 서로 상쇄되는 파장 점을 영분산점이라고 한다. 

   - 영분산점에서는 장파장 및 단파장 성분이 모두 같은 속도를 보이는 파장

  5.1 영분산점의 위치 

     - 영분산점은 1300nm 부근

     - 이 파장 부근대에서는 파장 분산 값이 거의 0이 됨(재료 분산과 구조 분산이 상반되는 영향을 갖게됨)

     - 850nm 부근에서는 긴 파장이 짧은 파장보다 더 빨리 진행하고, 1550nm 부근에서는 짧은 파장이 긴 파장보다 더 빨리 진행

      5.2 분산천이 광섬유(DSF)

          - 1300nm 부근에서는 1550nm보다 광섬유에서 감쇠가 심하므로, 영분산점을 1550nm 대역으로 이동시킨 광섬유가 사용되는데, 이를 DSF(Dispersion Shift Fiber:DSF)라고 함

        5.3 비영분산천이 광섬유(None-Zero DSF)

            - 주요 파장대역(1550nm 부근)에서 나타나는 비선형 효과를 피하기 위해서 해당 파장대에서 분산값이 영보다 약간 큰 광섬유

             - 기존의 단일모드 광섬유는 광증폭기 증폭 대역(1550nm)에서 매우 큰 분산값을 갖음

             - 분산천이 광섬유는 이 증폭 대역(1550nm)에서 분산값이 영이 됨

             - 그러나 이 대역에서는 파장분할다중(WDM) 전송방식에서 채널간 간섭에 따라 비선형광학효과가 심하게 나타남

             - 따라서, 분산값은 기존의 단일모드 광섬유보다는 다소 낮으면서도 사용파장대역에서는 분산값이 영이 되지않는 광섬유가 요구되는데 이러한 특성을 만족시키는 광섬유가 바로 비영분산 광섬유임

              - WDM, DWDM 등 초고속 광통신에 적합함

              - DSF보다 가격이 저렴함

              - 10Gbps 이상 전송에 사용함

6. 광섬유의 분산과 손실 특성

<참조>

광섬유와 광케이블.pdf

광섬유 종류별 특성.pdf

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?id=25&m_temp1=3344&nav=2

1. 개요

2. 광섬유 구조

3. 광도파 원리

  가. 스넬의 법칙

  나. 전반사 및 임계각

  다. 도파 원리

4. 결론

1. 개요

 - 광섬유란 광에너지의 직진, 반사, 굴절에 의해 전파되는 비전도성 도파관임

 - 코아와 클래드의 경계면에서 전반사를 통해 광에너지를 전파함

 - 1970년에 20dB/Km의 손실을 갖는 광케이블이 제작된 이래, 현재는 0.2dB/Km 수준의 광케이블이 사용되고 있고, 이보다 성능이 좋은 특수광케이블이 개발되고 있음

2. 광섬유 구조

 - G. 652 표준의 SMF(Single Mode Fiber)

 - 광섬유는 중앙의 코어와 클래딩으로 구성되어 있으며, 외부에 코팅으로 보호됨

 - 코어는 빛이 전달되는 통로

 - 클래딩은 코아를 통과하는 빛이 광섬유 밖으로  새어나오지 못하도록 가두는 역할

3. 광 도파원리

 가. 스넬의 법칙

   - 파동이 하나의 등방성 매질에서 굴절률이 다른 매질로 진행할 때, 입사각과 굴절각의 사인값의 비율이 굴절률에 비례하여 항상 일정하다는 법칙

   - n1*sinθi=n2*sinθr 관계가 있음

http://cafe.naver.com/globalscience/575

  나. 전반사 및 임계각

    - 전반사: 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 입사할 때 어느 특정 각도 이상이면, 그 경계면에서 빛이 투과, 굴절됨이 없이 전부 반사되는 현상

    - 임계각: 전반사가 일어날 수 있는 최소 입사각

  다. 광섬유 도파 원리

    - 빛이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질(n1>n2)로 입사하는 경우, 입사각 (θi)이 어떤 임계각(θc)보다 크게되면 입사되는 모든 광선은 굴절하지 않고 전부 반사하게 된다.

    - 결국 전반사는 광섬유 내의 광의 도파원리  

    - 스넬의 법칙에 의해 n1*sinΘi=n2*sinΘr이므로 전반사시, 입사각과 출사각은 같음

    - 전반사하게 되는 θr=90도인 임계각 θc를 구하려면, n1*sinθi=n2*sin90이므로 sin θc=n2/n1

4.결론

 - 광섬유는 가장 광대역 트래픽을 안정적으로 멀리 전송할 수 있는 전송매체로서, 1970년대 이후 대표적인 통신 매체로 자리 잡았음

 - 고가의 케이블 단가와 구축비용으로 장거리/백본구간에 사용되어 오다가, 2000년대 이후로 FTTx, FTTH 솔루션의 확장으로 가입자망에 까지 영역을 넓히고 있는 매체로서 앞으로도 무궁무진한 발전이 예상되고 있음

출처

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=2523&m_search=%C0%FC%B9%DD%BB%E7

http://stbiho.daegu.ac.kr/~reforest/s1-13.htm