광섬유: 작동 원리, 용도, 기타

통신, 즉 장거리 통신은 다양한 전송 회선 덕분에 가능합니다. 그중에서도 가장 안정적인 방식 중 하나는 광섬유입니다. 이 글에서는 광섬유의 작동 원리를 알아보고, 이를 통해 가정과 사무실에서 인터넷을 비롯한 다양한 이점을 누릴 수 있는 방법을 살펴보겠습니다.

광섬유

광섬유는 유연한 필라멘트로 일반적으로 실리콘으로 만들어지지만 플라스틱으로 만들어진 광섬유도 있다. 매우 섬세한 소재로 직경이 머리카락과 거의 비슷합니다. 어떤 색의 빈도가 다른 색을 왜곡시키지 않고 빛을 전달할 수 있도록 투명합니다.

광섬유는 동축 케이블의 잠재적 대체품으로 부상했습니다. 구리 케이블과 마찬가지로 광섬유는 빛을 전송 수단으로 사용하여 두 끝 사이에서 데이터를 전송하는 데 사용됩니다.

오늘날 광섬유는 가장 널리 사용되는 통신 메커니즘 중 하나입니다. 이것은 정보가 신호 손실을 방지하기 위해 많은 또는 아마도 없는 증폭기 없이도 장거리를 이동할 수 있기 때문입니다. 또한 구리 케이블보다 대역폭이나 데이터 속도가 더 빠릅니다.

구리 케이블 대신 광섬유를 사용하는 다른 이유 중 하나는 이동 킬로미터당 신호 감쇠가 적기 때문입니다. 또 다른 이점은 광섬유가 전자파 간섭에 대한 내성이 있어 보안 위반이 실질적으로 불가능하다는 것입니다.

마찬가지로 조명용 광섬유를 찾는 것이 일반적입니다. 이는 현재 섬유를 통해 인공조명을 제공하는 모든 방법 중 가장 높은 강도의 빛을 제공할 수 있게 되었기 때문입니다.

광섬유의 구조는 정보가 이동하는 섬유 자체인 핵으로 구성됩니다. 코어는 코팅으로 덮여 있으며, 코어보다 반사율이 낮은 것이 특징입니다. 이는 핵 내부를 이동하는 광선이 핵을 떠나 정보를 잃어버리는 것을 방지하려는 의도, 즉 반사 현상을 이용하여 정보를 핵에 가두는 방식이다.

그 후 안감은 맨틀로 둘러싸여 있으며 이 맨틀은 Kevlar로 만들어졌습니다. 마지막으로 일반적으로 노란색 또는 주황색으로 섬유 유형을 식별하는 후드입니다. 둘 다 섬유 보호 및 기계적 강성을 제공하는 역할을 합니다. 그렇지 않으면 섬유가 이미 있는 것보다 훨씬 더 취약하기 때문입니다.

광섬유 내에서 가능한 경로나 방법이 다르기 때문에 하나 이상의 광선을 보낼 수 있습니다. 이러한 유형의 광섬유를 다중 모드라고 하며, 광선을 동시에 보낼 수 있는 다중 모드가 있다는 사실에서 이름이 유래되었습니다. 대신 단일 모드 파이버는 단일 선형 경로를 사용하여 광선을 전송합니다. 물리적으로 그들은 일반적으로 후드의 색상에 따라 다르며 일반적으로 다중 모드의 경우 주황색이고 단일 모드의 경우 노란색입니다.

광섬유에서 스플라이스를 만들어야 하는 경우 코어 사이의 정렬이 매우 정확해야 한다는 점을 고려하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 잘못된 결합으로 인해 손실이 발생할 수 있기 때문입니다. 이것은 광섬유 사이의 접합부가 기존 구리 케이블에 사용되는 것보다 더 복잡하다는 것을 의미합니다.

광섬유의 역사

광섬유에는 빛을 통한 데이터 전송 측면에서 오늘날 우리가 알고 있는 기술을 달성하기 위한 진보를 제시한 두 가지 기본 요소가 있습니다. 이러한 요소는 광섬유와 그 안에서 이동하는 빛입니다. 이 부분에서 우리는 광섬유의 역사와 그것이 시간이 지남에 따라 어떻게 발전해 왔는지를 살펴볼 것입니다.

고대 그리스에서는 거울에 반사된 햇빛이 메시지를 보내거나 적의 시야를 가리는 데 사용되었습니다. 이와 동일한 시스템은 1792년 Claude Chappe에 의해 200km에 걸쳐 분산된 타워와 거울을 사용하는 광학 전신을 적용하기 위해 적용되었습니다. 그는 16분 동안 기록적인 시간에 메시지를 전송했습니다.

1910년 Demetrius Hondros와 Peter Debye는 유리로 만들어진 케이블 내에서 빛을 포착하는 기능을 최초로 구현했습니다. 1820년까지 이 현상을 확립한 방정식이 이미 존재했기 때문에 이 실험이 너무 오래 걸렸다는 것이 궁금합니다.

이 원리를 굴절에 의한 빛의 감금이라고 합니다. 굴절이란 밀도가 다르기 때문에 광선이 한 전송선에서 굴절률이 다른 다른 전송선으로 바뀔 때 방향이 바뀌는 현상입니다.

1840년대에 Jean-Daniel Collado와 Jacques Babinet은 이 원리를 증명했습니다. 유사하게, 1870년에 John Tyndall은 빛이 물 속에서 이동할 수 있고 빛이 이 매질 내에서 굴절된다는 것을 관찰했습니다. 이러한 첫 번째 단계를 통해 유리가 장거리 빛 전송을 위한 뛰어난 재료로서의 잠재력을 확인하는 연구를 수행할 수 있었습니다. 처음에는 분수를 밝히는 데 사용되었습니다.

나중에 스코틀랜드 엔지니어인 John Logie는 빛을 전달하는 유리 막대를 사용하는 컬러 텔레비전용 전자 기계 시스템에 대한 특허를 받았습니다. 이 시스템은 적용된 재료와 기술로 인한 감쇠로 인해 그다지 성공적이지 못했고, 따라서 빛이 장거리를 이동할 수 없었습니다. 또한 그의 시스템에는 광학 커플러가 없었습니다.

1952년 John Tyndall이 수행한 이전 연구 덕분에 물리학자 Narinder Singh Kapany는 광섬유를 발명할 수 있었습니다. 광섬유에 대한 연구가 심화되었던 시기가 1950년대라는 점에 주목해야 한다. 사실, 1957년에 Basil Hirschovitz는 광섬유를 사용하여 반가요성 내시경을 만들었습니다. 그는 영상을 보낼 수 있었고 이 내시경은 수술에 더 편안한 도구입니다.

미시간 대학은 이전에 사용했던 오일이나 왁스를 사용하는 대신 코어보다 굴절률이 낮은 재료를 사용하는 반가요성 내시경 버전을 제안합니다. 또한, 머리카락 굵기만큼 훨씬 더 얇은 광섬유 가닥도 만들어졌습니다. 그러나 이 광섬유를 사용하여 9미터를 이동하면 빛이 감쇠되거나 손실되었습니다. Charles K. Kao는 자신의 박사 논문에서 광섬유가 응용이 가능하려면 이론상 최대 감쇠가 20데시벨이어야 한다고 제시했습니다.

다시 Charles K. Kao는 George Hockham과 함께 더 높은 비율의 투명도를 가진 섬유를 제조하는 것이 가능하다고 선언했습니다. 마찬가지로 그들은 전화 메시지 전송에 납득이 가는 구리선과 전기선을 사용하는 대신 광섬유를 사용할 것을 제안한 사람들이었습니다.

당시 감쇠율이 100dB/km이고 대역폭이 작고 기계적 취약성이 큰 광섬유를 개선해야 했습니다. 이를 달성하기 위해 끊임없는 심도 있는 연구와 조사가 수행되어야 했으며, 이를 통해 이러한 수준의 광 손실의 원인이 실리콘 또는 유리에 존재하는 본질적인 불순물임을 확인할 수 있었습니다.

이 발견 덕분에 최대 20dB/km의 감쇠 감소와 더 큰 대역폭을 가진 섬유가 제조되기 시작했습니다. 또한 코어의 두께는 100μm로 굴절률 원리를 존중하기 위해 나일론 실로 덮었지만 더 큰 기계적 강성을 제공할 수 있어 손으로 섬유를 끊을 수 없습니다.

Kao와 Hockman의 작업은 Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz 및 Frank Zimar가 티타늄 불순물을 포함하는 최초의 광섬유를 제안하고 제조한 조사의 기초가 되었습니다. 이러한 불순물은 섬유의 굴절률을 높이기 위해 의도적으로 실리콘에 포함되었습니다. 이 섬유는 빛이 17dB/km 정도의 감쇠로 광섬유를 통과하도록 했습니다. 1970년대 같은 0.5년 동안 단 XNUMXdB/km의 손실로 광섬유를 제조하는 것이 가능했습니다.

빛을 통한 데이터 전송 기술의 또 다른 중요한 발전은 온도를 높이지 않고도 지속적으로 작동할 수 있는 반도체 레이저를 개발한 물리학자 Morton B. Panish와 Izuo Hayashi 덕분입니다. John MacChesney와 다른 협력자들은 함께 섬유 준비 방법을 생성했습니다.

전송선을 사용한 최초의 전화 전송은 22년 1977월 6일 북미 회사인 General Telephone and Electronics에 의해 이루어졌으며 XNUMXMbit/s의 속도에 도달했습니다.

1980년까지 광섬유는 매우 투명하여 신호가 완전히 손실되기 전에 최대 XNUMX마일까지 광섬유를 통해 신호를 보낼 수 있었습니다. 이 섬유는 연구자들이 금속이 없는 순수한 실리콘이 증기 동력 도구와 부품을 사용해서만 만들 수 있다는 것을 깨달았을 때 생겨났습니다. 이는 제조 공정에 내재된 오염 물질이 발생하는 것을 방지했습니다.

AT&T는 1980년에 약 XNUMXkm 길이의 광섬유 시스템 프로젝트를 연방 통신 위원회에 제출했습니다. 이 시스템은 보스턴과 워싱턴 DC를 관통하여 연결하게 됩니다. 이 프로젝트를 발표한 지 XNUMX년 만에 시스템이 가동되기 시작했습니다. 이 케이블은 직경이 XNUMX센티미터였으며 동시에 발생하는 전화 대화를 위해 최대 XNUMX만 개의 음성 채널을 제공할 수 있었습니다.

대양을 가로질러 설치된 최초의 광섬유는 1988년에 가동되었으며, 코어의 투명성이 너무 완벽해서 XNUMXkm마다 광 증폭기를 배치하기만 하면 됩니다. 그 후, 이러한 유형의 연결이 더 많이 이루어지고 도시와 대륙 사이에 더 광범위한 경로가 만들어졌습니다.

이러한 모든 발전을 통해 광섬유는 투명성을 지속적으로 개선할 수 있었고 실험 수준뿐만 아니라 시장의 통신에도 적용할 수 있었습니다. 사실, General Telephone and Electronics는 22년 1977월 6일 광섬유를 전송선으로 사용하여 XNUMXMbits/s의 속도로 최초의 성공적인 전화 전송에 성공했습니다.

제작 과정

광섬유 제조를 위한 독립적인 방법이 개발된 곳은 Bell 연구소였습니다. 거기에서 광섬유 제조를 위한 네 가지 프로세스가 있습니다.

MCVD(개질 화학 기상 증착)

이 방법은 원래 Corning Glass Company에서 개발했으며 산업 응용을 위해 Bell Laboratories에서 채택했습니다. 그들은 순수한 석영 튜브로 구성되어 있으며 이산화 규소가 내부에 다른 요소와 혼합되어 제제를 도핑합니다. 그런 다음 이 튜브를 회전 선반에 놓습니다.

그런 다음 수소 및 산소 버너를 사용하여 최대 섭씨 1600도까지 가열합니다. 이것은 석영 튜브가 전체 길이를 따라 가열되는 동안 선반을 회전시켜 수행됩니다. 이 시점에서 튜브의 한쪽 끝을 통해 코어의 더 나은 굴절률에 기여하는 첨가제가 추가됩니다.

버너의 지속적인 제출로 인해 후속 레이어도 통합됩니다. 이 기술을 사용하면 코어를 합성할 수 있습니다. 그런 다음 버너를 섭씨 1800도의 온도로 가져오는데, 이 온도는 석영이 연화되어 프리폼을 얻을 수 있는 온도입니다.

프리폼은 광섬유를 만드는 데 사용되는 튜브 또는 유리 막대를 말합니다. 즉, 이 방법 후에 얻어지는 고체 튜브이다. 일반적으로 크기는 길이 1m, 지름 1cm를 약간 넘습니다.

VAD(증기 축방향 증착)

이 기술은 Nippon Telephone and Telegraph에서 개발한 기술을 기반으로 합니다. 그것은 광섬유 제조에 전념하는 회사에서 일본에서 널리 사용됩니다. MCVD 공법과 기본 재료는 같지만, 후자는 코어만 얹었다는 점에서 차이가 난다. 이제 코팅도 입혀줍니다

이 방법은 도핑 시 이산화 게르마늄이 코팅보다 핵에 더 많은 비율로 포함되어야 하기 때문에 이 방법이 조금 더 섬세한 이유입니다. 이 제조를 위해 소프트웨어는 매개변수가 설정되는 필수 조수로 사용됩니다.

보조 유리 막대 또는 튜브를 사용하면 프리폼 공정이 시작됩니다. 이 보조 튜브는 지지대 역할을 합니다. 그것은 실린더의 끝에서 규칙적인 방식으로 다른 재료를 통합하여 시작하여 성장함에 따라 보조 유리관에서 분리되는 다공성 프리폼을 얻습니다.

그 후, 석영의 연화를 달성하기 위해 온도를 섭씨 1700도까지 올리는 붕괴 공정이 수행됩니다. 이것은 내부가 비어 있는 다공성 프리폼에서 단단하고 투명한 실린더로 이동하기 위해 수행됩니다.

이 방법을 이전 방법과 비교하면 VAD 방법은 더 긴 길이와 더 큰 직경의 프리폼을 얻을 수 있고 에너지 입력을 줄인다는 장점이 있습니다. 그러나 단점은 훨씬 더 정교한 제조 장비가 필요하다는 것입니다.

OVD(외부 증착)

이 방법은 Corning Glass Work에서 개발했습니다. 이 경우 원료는 세라믹 기판 실린더와 버너에서 시작됩니다. 증기 염화물은 버너 불에 넣고 불은 막대를 가열합니다. 이 시점에서 프리폼 합성을 진행합니다. 이 절차는 염소 가스를 사용하여 로드를 건조하는 것으로 구성되며, 이전 방법에서 수행된 것과 동일한 방식으로 나중에 붕괴 프로세스를 수행합니다. 이것이 코어와 코팅이 합성되어 프리폼을 얻는 방법입니다.

이 방법의 장점 중 일부는 건조 공정의 최적화 덕분에 매우 낮은 감쇠와 좋은 품질의 광섬유를 제조할 수 있다는 것입니다. 이 최적화를 통해 중요한 환형 구조 없이 매끄러운 프로파일을 얻을 수 있습니다.

PCVD(플라즈마 화학 기상 증착)

이 방법은 네덜란드의 Philips 사에서 개발했습니다. 마찬가지로 매끄러운 프로파일과 알아볼 수 있는 링 구조가 없는 것이 특징입니다. 이 기초의 원리는 염화규소와 염화게르마늄의 산화에 기초한다. 이러한 염화물을 녹슬게 함으로써 플라스마 상태를 달성한 다음 내부의 도핑 공정을 거칩니다.

프리폼 스트레칭 단계

사용하는 방법의 종류에 관계없이 프리폼의 연신 공정을 수행하는 것이 모두 공통적입니다. 프리폼을 늘리려면 개방형 관로가 있어야 합니다. 프리폼은 이 오븐 안에 위치하며 프리폼을 부드럽게 하고 조작할 수 있도록 최대 섭씨 2000도의 온도에 노출됩니다.

이 과정에서 광섬유의 직경이 달성되는데, 광섬유의 전체 길이에 걸쳐 직경이 변하지 않도록 일정한 장력을 유지하는 것이 매우 중요하다. 코어의 직경에 이러한 편차가 없도록 하는 방법은 균일하고 일정한 장력을 유지하는 것입니다. 또한 오븐에 대류가 없어야 합니다.

마찬가지로 프리폼이 다시 연화될 때 미세 균열을 오염시키거나 생성할 수 있는 에이전트의 유입을 피하는 것이 매우 중요합니다. 이로 인해 감쇠 손실이 발생하고 광섬유가 파손될 수도 있습니다.

이 과정에서 일반적으로 점성이 있는 폴리머인 합성 재료도 그림에 추가됩니다. 이 폴리머의 중요성은 광섬유를 더 빠른 속도로 늘릴 수 있다는 것입니다. 이것은 섬유 주위에 균일하고 불순물이 없는 층을 만듭니다. 마지막으로, 이 보호 장치는 열 처리 또는 자외선을 사용한 화학 반응을 통해 건조 및 경화됩니다.

광섬유 응용

이 섬유는 디지털 통신, 보석, 센서, 조명, 장식 등에 적용할 수 있는 인상적인 다재다능함을 가지고 있습니다. 아래에서 우리는 광섬유의 가장 일반적인 응용 프로그램과 추가 응용 프로그램 중 일부를 제시합니다.

광섬유 통신

광섬유의 가장 큰 규모 또는 규모 사용은 통신용입니다. 그 유연성 덕분에 여러 전선을 그룹화하여 광섬유 케이블을 형성할 수 있습니다. 일반적으로 여기에 사용되는 섬유는 플라스틱이나 유리로 만들어지며 때로는 두 가지 재료로 만들어지기도 합니다.

광섬유 센서

광섬유 센서는 내부 센서와 외부 센서로 구분할 수 있습니다. 고유 센서는 도형 자체를 센서라고 합니다. 한편, 외부 센서에서 섬유는 센서에서 방출된 신호를 해당 신호를 처리하는 시스템으로 전송하는 수단입니다.

광섬유에는 전류의 순환이 없기 때문에 전기 센서에 비해 장점이 있습니다. 섬유 실도 그 자체로 변형, 온도, 대기압, 습도, 전기장, 자기장, 가스, 진동 등을 측정하는 탁월한 센서입니다.

수중 마이크를 적용하여 지진을 감지하거나 수중 음파 탐지기에 의해 생성된 파동을 적용할 때 광섬유를 적용하는 또 다른 방식입니다. 이를 위해 광섬유로 만든 천 개 이상의 센서를 사용하여 수중 음향 시스템을 만들었습니다. 이러한 유형의 시스템은 주로 석유 산업 및 국방 기관 및 일부 국가에서 사용됩니다. 마찬가지로 독일 회사 Sennheiser는 레이저 광선과 광섬유로 작동하는 마이크를 만들었습니다.

이와 같은 의미에서 온도와 대기압을 측정하는 광섬유 센서는 유정에서 사용됩니다. 이러한 유형의 센서는 반도체로 만든 센서에 비해 더 극한 조건을 견딜 수 있습니다.

항공 분야에는 광섬유로 만든 자이로스코프와 수소 마이크로센서가 있습니다.

광섬유로 만들어진 이러한 광 센서는 일반적으로 다음과 같은 네 가지 기본 부품을 포함합니다.

센서: 변환기입니다.
인터로게이터: 광섬유에서 오는 신호를 방출하고 수신하는 사람.
광 케이블: 광섬유입니다.
광학 커플러, 멀티플렉서, 증폭기 또는 스위치: 신호를 잃지 않고 광학 및 전기 시스템을 결합하는 데 도움이 되는 요소이며 서로 다른 소스의 서로 다른 신호를 처리할 수 있습니다.

이 시스템의 작동 또는 기능은 수신기에서 정보를 요청하기 위한 목적으로 인터로게이터가 생성한 광학 신호의 생성으로 시작됩니다. 이 정보는 센서의 광섬유를 통해 이동합니다. 가스, 기압, 온도 및 기타 요인과 같은 환경 조건 측정을 진행하면 빛의 강도에 변화가 있거나 파장이 영향을 받아 변화가 있습니다.

빛의 파장 또는 강도의 이러한 변화는 광섬유를 통해 인터로게이터로 다시 반환됩니다. 그런 다음 이러한 변화의 백분율 변동이 추정됩니다. 광전자 커플러와 같은 다양한 알고리즘과 도구를 적용하여 광학 신호를 전자 신호로 변환할 수 있으므로 제어 시스템이나 실시간 데이터 표시와 같은 종단의 전기 시스템이 정보를 해석할 수 있습니다.

마찬가지로 인터넷 망에서 전송되는 데이터 트래픽의 양에 따라 광 다중화기, 광 스위치, 광 증폭기 또는 동일한 방식으로 다른 광 커플러가 있을 수 있습니다.

마찬가지로 광섬유 센서 시스템은 포인트 또는 분산으로 분류할 수 있습니다.

포인트 광학 센서 시스템

이러한 유형의 시스템은 매개변수를 개별적으로 모니터링할 수 있는 센서 네트워크 내에서 분산 센서 정의 위치를 사용합니다. 이 때문에 포인트 시스템을 사용하면 더 많은 매개변수를 동시에 측정할 수 있습니다. 분산 시스템과 달리 포인트 시스템의 모니터링 범위는 최대 250km입니다.

분산 광학 센서 시스템

이 경우 질문자가 수신하는 광학 매개변수의 변화에 대한 측정 및 감지는 광섬유의 전체 길이를 따라 얻은 데이터에서 나옵니다. 이것은 시스템 변환기로 사용되는 광섬유 가닥 영역이기 때문에 이점을 제공합니다. 분산 광학 시스템은 최대 120km 길이의 범위를 커버할 수 있습니다.

조명

광섬유의 첫 번째 응용 분야는 정확히 공간 조명이었습니다. 오늘날에도 이 애플리케이션은 광섬유에 계속 존재합니다. 이는 광섬유가 광선 전송을 위해 설계되었기 때문에 열을 발생시키지 않고 단락의 위험 없이 영역을 조명할 수 있기 때문입니다.

주파수를 변경하여 조명의 색상을 변경하는 것도 가능합니다. 예를 들어 이 조명을 램프에 사용하는 경우 램프를 교체하지 않고도 색상을 변경할 수 있기 때문에 매우 유용합니다.

마찬가지로 하나의 광원을 사용하여 서로 다른 광섬유를 여러 곳에 배치할 수 있어 조명 영역을 확장할 수 있습니다.

광섬유의 더 많은 용도

직사광선이 쉽게 닿지 않는 조명 영역을 필요로 하는 의료 또는 산업 장비에서 방출되는 광선의 도파관으로 사용됩니다.

고도의 침습적 수술 없이 장기 내부를 시각화할 수 있도록 렌즈와 함께 광섬유를 사용하는 의료용 반유연성 내시경을 예로 들 수 있습니다. 터빈과 같은 장비를 검사하는 산업의 경우.

사실 크리스마스 트리의 경우 트리를 비추는 광섬유가 트리를 비추는 것처럼 광섬유는 현재 장식 요소로 사용되고 있으며 색상을 다양화하는 것도 가능합니다.

광섬유 적용의 또 다른 예는 지붕에서 자연광을 포착하는 특정 건물에 적용되는 것이며 광섬유 덕분에 이 빛이 건물의 내부 공간으로 이동할 수 있습니다.

그리고 마지막으로 오늘날 콘크리트와 광섬유가 혼합되어 반투명한 콘크리트가 됩니다. 이 재료는 건축가 Ron Losonczi에 의해 만들어졌습니다. 이 콘크리트의 놀라운 점은 여전히 콘크리트의 강도와 빛을 전달하는 광섬유의 품질을 가질 수 있다는 것입니다.

광섬유 특성

광섬유는 광학 대역의 전자기 스펙트럼 내에서 작동하는 유전체 전송 라인입니다. 이 광학 대역에서 색상을 찾을 수 있지만 근적외선 대역과 적외선 대역도 있습니다. 광섬유에서는 일반적으로 이러한 주파수의 일부가 사용됩니다.

각 광섬유 가닥의 중심에는 플라스틱 또는 유리, 즉 실리콘 및 게르마늄 산화물로 만들어진 코어가 있습니다. 이 코어는 굴절률이 높고 굴절률이 낮은 코팅으로 덮여 있습니다. 이것은 빛이 코어를 통해서만 이동하고 외부로 빠져나가지 못하게 합니다. 이 코팅층은 폴리머 또는 플라스틱으로 만들어지는 것이 일반적입니다.

코어와 코팅 사이에 존재해야 하는 굴절률의 이러한 차이는 빛의 굴절 원리에 기인합니다. 이 원리는 특정 굴절률을 가진 표면이 낮은 굴절률을 가진 다른 표면과 접할 때 빛이 반사되고 이러한 굴절률 간의 차이가 클수록 입사각이 커져 내부 전반사가 발생한다는 것을 확립합니다.

광섬유에서 빛은 코어 내부에서 반사되거나 반사되며 이러한 반사 각도는 매우 넓기 때문에 실제로 빛이 중심을 통해 직선으로 이동하여 감쇠 없이 먼 거리를 이동할 수 있다고 가정할 수 있습니다.

광섬유 작동

광학 기하학의 법칙은 광섬유 작동의 기본 원리와 작동을 확립하는 법칙입니다. 광섬유는 주로 굴절법칙에 의해 규제되며 내부전반사의 원리에 의하여 가는 것이다.

광선은 광섬유의 코어에 의해 전송됩니다. 굴절률의 차이를 알려 드렸는데, 이 광선은 코팅을 통과할 수 없지만 실제로 코팅에 의해 반사되고 코어를 통해 계속 전파됩니다.

다음으로 광섬유 기술의 장점과 단점을 제시합니다.

이점

그것은 매우 빠른 전송 속도를 허용하는 매우 높은 대역폭을 가지고 있습니다.
그것은 최소한의 기술, 즉 아주 적은 공간을 차지한다는 것입니다.
킬로미터당 무게가 몇 그램에 불과하기 때문에 가볍습니다. 광섬유보다 9배나 더 나가는 전기 케이블과는 다릅니다.
전자파 오염에 완전히 면역입니다. 따라서 외부 단락이나 뇌우 등의 영향을 받지 않으므로 기존 회선보다 전송 품질이 우수합니다.
간섭에 대한 내성이 있기 때문에 광섬유는 높은 수준의 정보 보안을 보장합니다. 광섬유 전송 시스템에 진입하는 유일한 방법은 이를 약화시키고 방해까지 하여 쉽게 감지할 수 있도록 하기 때문입니다.
다른 시스템에 간섭을 일으키지 않습니다.
기생 신호의 영향을 받지 않으므로 지하철과 같이 통신을 쉽게 방해할 수 있는 시스템이 있는 시스템에서는 광섬유가 훌륭한 대안이 됩니다.
감쇠가 기존 케이블에 비해 현저히 적기 때문에 신호를 유지하기 위해 증폭기와 같은 능동 소자를 포함할 필요 없이 장거리 이동이 가능합니다.
망토와 후드를 만드는 재료에 따라 광섬유는 우수한 기계적 저항성을 가질 수 있습니다.
부식에 강합니다.
그것은 경로를 따라 약점이나 섬유 절단을 쉽게 감지할 수 있는 광학 반사 측정이라는 시스템을 가지고 있습니다.

단점

지금까지 광섬유의 모든 장점을 제시했으므로 다른 전송선과 비교하여 이 기술의 단점을 계속해서 제시할 것입니다.

섬유의 높은 취성.
더 비싼 송수신 장비가 필요합니다.
광섬유로 만든 접합은 특히 현장에서 만들기가 더 복잡하므로 수리가 더 어렵습니다.
전기를 전달할 수 없기 때문에 일반적으로 전자적인 최종 시스템과 직접 호환되지 않습니다.
매우 높은 전력을 전송할 수 없습니다.
광학적으로 정보를 저장할 수 없습니다.
고온이나 저온의 영향을 받기 때문에 재킷과 코팅은 온도에 강한 소재여야 합니다.
진동은 데이터 전송에 올바르게 영향을 미칠 수 있습니다.

광섬유 유형

광섬유 코어 내에는 광선이 따를 수 있는 다양한 경로가 있습니다. 이러한 각 궤적을 전파 모드라고 합니다. 광섬유는 다중 모드 또는 단일 모드 광섬유로 분류할 수 있습니다.

다중 모드 광섬유

다중 모드 광섬유는 빛이 둘 이상의 경로 또는 모드를 통해 이동할 수 있는 광섬유를 말합니다. 다중 모드 광섬유의 단일 가닥은 최대 1000개의 광선 전파 모드를 가질 수 있습니다. 이것은 광선이 동시에 도착하지 않는다는 것을 의미합니다. 이 유형의 광섬유는 일반적으로 약 2km 미만의 짧은 거리에서 사용됩니다.

다중 모드 광섬유 코어의 굴절률은 클래딩의 굴절률보다 약간 높습니다. 또한 다중 모드 광섬유의 코어 두께는 단일 모드 광섬유보다 두껍기 때문에 정확한 정밀도가 필요하지 않기 때문에 연결이 더 쉽습니다.

다중 모드 광섬유는 코어의 굴절률 유형에 따라 두 가지 방식으로 분류할 수 있습니다.

계단형 굴절률 : 이 경우, 코어 전체 길이에 걸쳐 굴절률이 일정하여 높은 모드 분산이 발생합니다.

그레이디드 인덱스 : 이 경우 코어가 서로 다른 재질로 구성되어 있어 광섬유 전체 길이에 걸쳐 굴절률이 일정하지 않으므로 모드 분산이 적습니다.

마찬가지로 ISO 11801에서 제정된 표준은 대역폭과 사용되는 광원에 따라 다중 모드 광섬유의 분류를 나타냅니다. 레이저의 다중 모드인지 LED 조명의 다중 모드인지 여부입니다.

OM1: 62.5/125µm 파이버, 1기가비트(1Gbit/s), LED.
OM2: 50/125µm 파이버, 1기가비트(1Gbit/s), LED.
OM3: 파이버 50/125µm, 10기가비트(300m), 레이저.

단일 모드 광섬유

앞에서 설명한 것처럼 모드라는 용어는 광선이 가질 수 있는 경로의 수를 나타내는 데 적용됩니다. 단일 모드 광섬유에는 빛이 통과할 수 있는 단 하나의 모드가 있습니다. 이것은 핵의 직경이 더 작다는 사실로 해석됩니다. 마찬가지로 빛은 이론적으로 코어의 벽에서 반사되는 다중 모드와 달리 광섬유의 중심을 통해 이동합니다. 이 유형의 섬유는 주로 장거리 여행에 사용됩니다.

느슨한 구조 케이블

설계에 따라 광섬유를 분류하는 것도 가능하며 이 분류에 따라 광섬유에도 두 가지 유형이 있습니다.

이 유형의 섬유는 실외 및 실내에 적용할 수 있으며 중앙 보강재를 둘러싸는 튜브에 삽입되는 그룹으로 나누어진 여러 섬유 가닥으로 구성되며 이들은 차례로 보호 재킷으로 덮여 있습니다.

느슨한 구조라는 용어는 광섬유 가닥이 안내되는 튜브 내부에 느슨하게 있다는 사실에서 비롯됩니다. 이 튜브는 속이 비어 있거나 내부에 소수성 물질이 있어 광섬유를 습기로부터 보호하는 역할을 합니다.

또한 케이블에 가해지는 외부 기계적 힘으로부터 광섬유를 분리할 수 있도록 느슨해야 했습니다.

중앙 보강재는 일반적으로 유연하며 케이블에 강도를 제공합니다. 금속 또는 유전체 재료로 만들 수 있습니다.

단단한 구조 케이블

이 케이블은 느슨한 구조의 케이블보다 더 유연하고 더 작은 굽힘 반경을 만들 수 있기 때문에 주로 건물 내부에 적용됩니다.

이 케이블은 개별적으로 맨틀과 재킷이 있는 여러 광섬유 스레드의 조합으로 구성됩니다. 이 스레드는 중앙 부분을 둘러싸고 이 모든 세트는 외부 레이어에 의해 보호됩니다. 그 이름은 모든 섬유 스레드가 매우 빡빡하여 우수한 물리적 지원을 제공한다는 사실에서 비롯됩니다.

광섬유 부품

광섬유로 만든 통신 시스템에는 성공적인 전송을 위해 필요한 몇 가지 구성 요소가 있습니다. 이러한 구성 요소에는 광 송신기, 광 검출기, 광섬유 커넥터 또는 터미널 등이 포함됩니다.

광 송신기

이들은 전자 소스에서 오는 정보 또는 데이터를 광학 데이터 또는 광선으로 변환하는 역할을 하는 요소입니다. 이를 달성하기 위해 송신기는 실리콘과 같은 물질 내에서 여기될 때 특정 주파수의 전자를 사용하여 광자라고 하는 광선 형태의 에너지를 생성합니다. 광자는 빛의 양자 기본 입자입니다. 송신기 내부에는 전자 에너지를 광학 에너지로 변환하는 기능을 수행하는 변조기가 있습니다.

광선 방출기

광 송신기에는 광 신호를 방출하는 두 가지 유형의 송신기가 있습니다.

LED가.

빛을 내는 다이오드, 즉 발광다이오드입니다. 이 유형의 발광체는 사용이 쉽고 수명이 길기 때문에 주로 다중 모드 광섬유에 사용됩니다. 이러한 유형의 조명은 장거리를 이동할 수 없다는 점에 유의하는 것이 중요하지만 기능을 수행하고 비용을 절감하기 때문에 짧은 거리에 사용됩니다.

레이저.

그것은 증폭된 자극된 자발적인 빛의 방사입니다. 매우 일관된 빛을 발산하며 발광을 위해 반도체를 사용합니다. 레이저 광은 다중 모드 광섬유 및 단일 모드 광섬유에서 사용할 수 있지만 일반적으로 회로가 더 복잡하고 따라서 더 비싸기 때문에 단일 모드 광섬유에서만 사용됩니다. 레이저의 수명은 길지만 일반적으로 LED의 평균보다 낮습니다.

전기 광전류 변환기

광섬유 전송에서는 광자의 존재를 감지하는 요소가 필요합니다. 일반적으로 광학 신호를 전자 신호로 변환하는 역할을 하는 것은 포토다이오드입니다. 빛의 유무를 기복 또는 XNUMX과 XNUMX이 있는 신호로 변환하여 이를 달성합니다.

또한 역과정, 즉 전기적 신호를 광신호로 변환하는 과정에도 적용된다. 빛을 전기 신호로 변환하는 것이 가능하고 이것이 일정한 전력을 방출하더라도 단말 장비에 전력을 공급하기에는 충분하지 않습니다. 이러한 터미널 장비는 일반적으로 전기이므로 거의 항상 대체 전원이 필요합니다.

앞에서 언급했듯이 일반적으로 이러한 광전 변환기는 포토다이오드 또는 반도체로 구성됩니다. 이러한 반도체의 올바른 작동을 보장하려면 다음과 같은 특정 조건이 존재해야 합니다.

빛이 없을 때 매우 약한 광 신호를 감지할 수 있으려면 역방향 전류가 너무 높지 않아야 합니다.
빠른 응답을 제공하려면 대역폭이 커야 합니다.
이러한 반도체에서 생성되는 노이즈 레벨은 최소화되어야 합니다.

차례로 PIN 광다이오드와 APD 눈사태 광다이오드의 두 가지 유형의 검출기가 있습니다.

PIN 감지기

이 유형의 검출기는 세 개의 층으로 구성된 반도체로 구성되며 두 개의 외부 층은 P 유형과 N 유형 중 하나이며 중간에 있는 것이 진성 반도체입니다. 그것이 이름 PIN의 유래입니다. 실제로 이 고유 재료는 일반적으로 P-재료 또는 N-재료의 확장으로 배치됩니다.

APD 감지기

이들은 눈사태 반도체입니다. 이 포토다이오드에 역전압을 가하면 전류 게인이 생성됩니다. 이러한 반도체 애벌런치 감지기의 작동은 전자 이동을 만들고 원자를 만나 다른 전자를 방출할 수 있도록 구성됩니다. 애벌랜치 반도체를 사용하는 이유는 보내지는 이 전자가 충분한 양의 에너지를 처리하는 데 필요하기 때문입니다.

APD 검출기는 제작되는 재료에 따라 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

실리콘 탐지기

이러한 유형의 감지기는 고성능이며 낮은 노이즈 수준을 생성합니다. 이 유형의 감지기의 전원 공급 장치는 200V ~ 300V 범위 내에 있습니다.

게르마늄 탐지기

일반적으로 성능은 약간 떨어지지만 1000~1300nm 범위의 파장에서 작동합니다.

기타 재료 검출기

이 검출기는 주기율표의 III족과 V족에 있는 물질이나 화학 물질로 구성됩니다.

광섬유 연삭 유형

연마 유형은 광섬유 끝에 있는 커넥터에 따라 다르며 연마 유형에 따라 분류할 수 있습니다. 이러한 유형의 연마는 연결 방식에 따라 달라집니다.

평면형 : 이 연마 방식은 섬유 끝부분을 매끄럽고 축에 수직이 되도록, 즉 완전히 평평하게 만듭니다.

PC(물리적 접촉) : 섬유 끝부분이 볼록한 형태로 되어 있어 두 섬유의 핵이 서로 접촉하게 됩니다.

SPC(Super PC) : PSP와 유사하지만, 모서리가 약간 다듬어져 중심에 꼭짓점이 없는 삼각형 모양이 되며, 평평한 형태를 유지합니다.

UPC(울트라 PC): SPC와 동일하지만, 가장자리를 더 세분화하여 섬유의 중심 부분만 평평하게 만든 것입니다.

향상된 UPC: 이는 이전 버전보다 더욱 정교한 버전이므로, 연락 시 매우 정확한 정보가 필요합니다.

APC(각도형 PC): 이 연마 방식은 특정 각도를 가진 프로파일을 만드는 것입니다. 이 각도를 통해 두 부품의 코어 간 더욱 정확한 물리적 접촉이 가능해집니다.

광섬유 커넥터

커넥터는 광섬유 케이블을 단말 장비에 연결하는 데 사용되는 부품입니다. 이러한 단말 장비에는 광섬유 연결을 위한 컴퓨터 통신 포트가 있습니다 . 포트 유형에 따라 광섬유를 연결하는 데 특정 유형의 커넥터가 사용됩니다. 이는 기존 케이블의 작동 방식과 유사합니다. 예를 들어, 동축 케이블에는 각각 특정 기능을 가진 다양한 유형의 커넥터가 있습니다.

요컨대, 광섬유용 커넥터 유형은 다음과 같습니다.

FC
FDI
LC 및 MT 어레이
SC 및 SC-듀플렉스
ST 또는 BFOC

광섬유, 특히 근거리 통신망에 일반적으로 사용되는 커넥터는 ST, LC, FC 및 SC 커넥터입니다.

광섬유 전선

광섬유 케이블은 서로 다른 신호가 표시되는 여러 광섬유 그룹으로 구성됩니다. 각 광섬유는 서로 다른 소스에서 많은 양의 데이터를 보낼 수 있으므로 광섬유 케이블은 동시에 서로 다른 서비스에서 정보를 보낼 수 있습니다.

광섬유 케이블은 통신 산업 및 전자 산업에서 동축 케이블을 대체할 수 있는 가장 실현 가능한 대안입니다. 8개의 광섬유가 있는 케이블도 기존 케이블보다 훨씬 작습니다. 광섬유 케이블은 60쌍의 구리 케이블 1623개 또는 튜브 4개의 동축 케이블 8개와 동일한 정보를 보낼 수 있습니다. 또한 광섬유는 구리 케이블을 사용하는 경우에 발생하는 많은 리피터나 증폭기를 배치할 필요 없이 더 먼 거리에 걸쳐 정보를 보낼 수 있습니다.

또한 광섬유 케이블과 구리 케이블 사이에 존재하는 무게 차이를 강조하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 8-광 섬유 케이블은 킬로미터당 30kg 정도의 무게가 나갈 수 있는 반면 동축 케이블은 킬로미터당 최대 45kg까지 나갈 수 있습니다. 마찬가지로 광섬유를 사용하면 2~4km 떨어진 곳에서 한 번에 부설할 수 있습니다. 동축 케이블의 경우 250~300m 정도만 가능하다.

그러나 광섬유에는 설치 시 보강을 제공하는 추가 코팅 및 기타 요소가 필요하다는 것도 사실입니다. 이것은 라인을 위험에 빠뜨리지 않기 위해 수행되며 미래에는 취약성으로 인해 파열이 발생합니다.

케이블 기능

이러한 광섬유 케이블은 다른 기능을 가지고 있습니다. 우선 케이블 포설시 또는 일반적으로 20년 정도의 수명 동안 발생할 수 있는 손상이나 파열이 발생하지 않도록 내부 광섬유를 보호하는 요소로 작용한다고 말할 수 있습니다.

둘째, 광섬유 케이블은 인장 압축 비틀림 조건과 노출될 수 있는 환경 요인을 견딜 수 있도록 내부 광섬유에 기계적 강성을 제공합니다. 그렇기 때문에 케이블 외에도 다른 요소가 결합되어 광섬유가 받는 이러한 외부 요인 및 힘으로부터 광섬유를 강화하고 격리합니다.

이 케이블은 지하, 해저 또는 대양 횡단 또는 공중 설치가 가능합니다. 광섬유 케이블이 있는 시스템의 가장 중요한 지점 중 하나는 설치 시점이며, 그렇기 때문에 광섬유를 손상으로부터 보호하기 위해 특정 요소가 사용됩니다.

광섬유 케이블 요소 및 설계

광섬유 케이블이 수행할 기능에 따라 구조가 결정됩니다. 그러나 다른 기능에 적용할 수 있는 경우에도 모든 광섬유 케이블에는 XNUMX차 코팅, 내부 섬유, 케이블의 보강 및 구조에 기여하는 요소, 모든 섬유 가닥을 그룹화하는 재킷 및 습기에 대한 절연 재료와 같은 많은 공통 요소가 있습니다. 보조 라이닝은 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

꼭 맞는 안감

이 라이너는 일반적으로 나일론 또는 폴리에스테르 오버레이 기본 라이너로 만들어진 단단한 환형 라이너입니다. 따라서 이 XNUMX차 코팅은 광섬유의 최종 직경을 증가시킵니다. 이 코팅의 기능은 광섬유에 존재할 수 있는 미세 곡률에 대한 보호를 제공하는 것입니다. 그러나 이 코팅이 이러한 굽힘으로부터 보호하더라도 광섬유 설치 시 이러한 굽힘이 여전히 발생할 수 있으므로 주의하는 것이 중요합니다.

헐렁한 안감

이 코팅은 금속으로 만들어지고 플라스틱과 결합된 중공 튜브로 구성된 특대 공간을 가지고 있습니다. 이것은 이 튜브를 단단한 재료로 만들지만 동시에 유연합니다. 대형 클래딩을 만드는 목적은 광섬유를 진동, 온도 및 기계적 힘으로부터 보호하는 것입니다.

패딩 처리된 루즈핏 안감

위에서 언급한 것과 같은 코팅이지만 내부에 습기 차단이 가능한 물질이 도입되어 있습니다. 내부에 소수성 물질을 도입하여 물이 광섬유에 닿지 않도록 합니다. 진동 및 기타 환경 인자에 대한 보호 기능 외에도 특정 온도를 견딜 수 있습니다. 석유나 실리콘에서 유래한 재료를 사용하는 것이 일반적이다.

구조적 요소

이러한 요소는 광섬유가 따라야 하는 경로에 대한 중심 가이드 역할을 하는 구조입니다. 광섬유는 이 구조를 따라 분포되거나 주위에 편조됩니다. 일반적으로 이러한 구조에는 광섬유에 대한 추가 가이드 역할을 하는 채널 또는 슬롯이 있습니다.

강화 요소

이름에서 알 수 있듯이, 그들의 임무는 섬유가 받을 수 있는 견인력을 가능한 한 격리하고 코어에서 파열을 일으킬 수 있는 상당한 신장이 없도록 하기 위해 광섬유 케이블에 추가 보강을 제공하는 것입니다. 신장 보호 외에도 꼬임과 진동으로부터 광섬유 케이블을 보호합니다. 보강 구조물에 사용되는 가장 일반적인 재료는 Kevlar, 유리 섬유 및 강철입니다. 유연한 재료이지만 강도도 있기 때문입니다.

히스

모든 광섬유 케이블에는 일반적으로 플라스틱으로 만들어진 외피가 있습니다. 이 외피는 광섬유 케이블의 외부 덮개이며 그 기능은 특히 습도, 온도, 진동과 같은 외부 요인, 힘 및 현상으로부터 코어를 보호하는 것입니다.

외장을 구성할 재료는 설치 및 적용 분야에 따라 달라집니다. 예를 들어 해양 광 케이블은 습기, 대기압 및 상어 물림으로부터 보호해야 합니다. 머리 위에 설치되는 광섬유 케이블인 경우 외피는 바람에 의해 발생하는 진동 및 비틀림과 온도 및 습도로부터 코어를 보호해야 합니다. 또는 마지막으로 설치가 지하에 있을 경우 커버는 예를 들어 차량 통행과 같은 충격과 압력을 견딜 수 있도록 약간 더 무거워야 합니다.

접합 기술

최대 120km 이상의 매우 큰 라인에서는 이 길이를 갖는 연속 섬유가 거의 없기 때문에 섬유 사이에 스플라이스를 만드는 것이 일반적입니다. 그리고 파손된 경우에도 이러한 유형의 수리를 수행해야 합니다.

존재하는 다양한 유형의 접합은 다음과 같습니다.

기계적 접합

이 유형의 스플라이스는 두 개의 섬유가 삽입되고 두 개의 핵을 결합하기 위해 기계적인 꼬임이 이루어지는 일종의 슬리브로 구성됩니다. 이러한 접합은 일반적으로 일시적으로 또는 융착 접합이 필요하지 않은 경우에 사용됩니다. 이 접합 시간과 관련된 손실은 대략 0,5dB입니다.

접착제로 접합

이 경우 섬유의 두 끝을 결합할 수 있는 특수 투명 접착제가 적용되며 이 결합은 일종의 외부 보강재로 보호됩니다. 그것은 0.2dB의 손실을 나타내지만 접착제가 다시 벗겨지는 경향이 있기 때문에 일반적으로 그다지 신뢰할 수 없습니다.

퓨전 접합

더 섬세하고 정밀한 작업을 하는 곳에서는 융착접속기라는 도구를 사용한다. 이 작업에서 작업자는 끝을 이 스플라이서에 도입하기 전에 먼저 광섬유를 준비해야 합니다. 이 도구는 끝 부분에 오염 물질이 있는지 또는 더 미세한 광택이 필요한지 또는 섬유 사이에 더 나은 정렬이 필요한지 확인할 수 있는 기능이 있습니다. 이러한 모든 요구 사항이 충족되면 해당 영역만 가열하여 섬유를 녹이고 핵을 결합합니다. 이 스플라이스의 손실은 0.02dB입니다.

광섬유 케이블의 감쇠

감쇠라는 용어는 전송 라인에서 발생하는 전력 손실을 의미합니다. 측정 단위는 데시벨(dB)입니다. 광섬유에서 케이블의 감쇠에는 여러 가지 이유가 있습니다. 손실에는 내부 손실 또는 감쇠와 외부 감쇠의 두 가지 유형이 있습니다.

본질적인 감쇠는 화학적 조성 및 기타 제조 요인에 의해 생성되는 감쇠입니다. 즉, 실리콘과 게르마늄의 구성 자체와 스레드 제조 공정의 일부인 원인입니다. 프로세스가 계속 개선될 수 있는 만큼 감쇠 없이 섬유 가닥에 도달하는 것은 불가능합니다.

반면에 외부 감쇠는 불순물, 잘못된 연결, 프로필의 잘못된 연마, 스플라이스 등과 같은 외부 요인에 의해 생성되는 감쇠입니다. 이 감쇠 또는 손실은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

흡수 손실

이러한 유형의 감쇠는 섬유 내에 불순물이 있을 때 발생합니다. 이러한 불순물은 빛의 통과를 흡수하거나 차단합니다. 이 흡수는 일반적으로 빛을 열 에너지로 변환하므로 1~1000dB/km의 손실이 발생합니다.

레일리 손실

광섬유를 제조할 때 광섬유가 액체와 고체 상태가 아닌 냉각되는 순간이 있으며, 늘어날 때 장력이 잘못 적용될 가능성이 있어 미세한 요철이 발생할 수 있습니다. 이러한 불규칙성은 광선이 통과할 때 광선의 회절을 유발합니다.

분산

분산은 굴절률에 변화가 있어 빛이 예상과 다르게 굴절되는 현상으로 섬유 내부의 미세한 균열, 오염원 또는 섬유 고유의 원인으로 인해 발생합니다.

복합 분산

이러한 유형의 산란은 광섬유 코어 내에서 서로 다른 경로 모드를 취할 때 빛의 전파 시간에 차이가 있을 때 발생합니다. 모달 분산이라는 이름으로도 알 수 있습니다. 이러한 유형의 분산은 다중 모드 광섬유에서만 발생합니다.

재료 색채 분산: 이것은 주어진 매질을 통해 다른 속도로 이동하는 빛의 다른 파장의 결과입니다.

도파관 색 분산: 정보 신호 대역폭의 함수이며 가이드 구성은 일반적으로 이전 분산보다 작기 때문에 무시할 수 있습니다.

방사선 손실

이러한 손실은 광섬유를 배치할 때 뒤틀림이나 구부러짐으로 인해 발생합니다. 이것은 일반적으로 설치 시 또는 광섬유가 이동하는 경로 내에서 곡률이 발생할 때 발생합니다.

결합 손실

접합할 때나 커넥터가 필요한 단자점에서는 항상 감쇠가 발생합니다. 이러한 감쇠는 일반적으로 낮지만 무시할 수는 없습니다. 그러나 핵 사이에 부정확한 정렬이 있는 경우와 마찬가지로 파동의 복귀를 방지하기 위해 이를 수정해야 합니다.

광섬유 작업 창

이러한 작업 창을 통해 전자기 스펙트럼의 적외선 대역의 일부를 활용할 수 있습니다. 이 경우 파장이 나노미터 수준인 창입니다. 여러 경우에 이러한 작업 창에서 작동할 때 감쇠가 덜한 것으로 나타났습니다. 특히 세 개의 창이 있습니다.

1차 작업 창: 파장은 대략 XNUMX나노미터입니다.
두 번째 작업 창: 이 경우 파장은 2나노미터입니다.
3차 작업 창: 파장은 대략 XNUMX나노미터입니다. 이 마지막 창은 S 밴드, C 밴드 및 L 밴드로 나뉩니다.

광섬유 연결

네트워크 시스템에는 두 가지 형태의 광섬유 연결이 있습니다. 이러한 토폴로지는 점대점 네트워크와 점대다점 네트워크입니다.

점대점 네트워크는 서비스를 필요로 하는 회사, 가정 또는 사용자에게 직접 정보 소스에서 노드가 생성되는 네트워크입니다. 즉, 사용자와 서비스 사이에 중개자나 다른 네트워크 노드가 없습니다.

점대다점 네트워크는 케이블 회사가 동축 케이블만 제공하는 경우에도 다른 TV를 연결할 수 있도록 하는 텔레비전에 사용되는 것과 유사한 스플리터 또는 광학 분리기가 필요한 네트워크입니다. 그런 다음 송신기에서 광 스플리터를 통해 8, XNUMX, XNUMX 및 최대 XNUMX명의 사용자 간에 신호를 나누는 광섬유가 나옵니다. 매우 큰 네트워크에서 이 XNUMX개 부서 중 하나는 다른 XNUMX명의 사용자에게 공급할 수 있는 네트워크에 또 다른 광 분배기를 통합하기 위해 사용됩니다. 그러나 이러한 디비전에는 한계가 있으며 해당 경로에 증폭기가 필요합니다.

광 증폭기

그들은 계속해서 광섬유로 구성되지만 제조 공정에서 다른 화학 성분, 특히 희토류로 도핑됩니다. 가장 널리 사용되는 광섬유 증폭기 중 하나는 에르븀 도핑입니다.

이 증폭기는 일반적으로 영어 약어로 EDFA로 표시됩니다. 이 증폭기는 세 번째 작업 창, 특히 C 대역과 L 대역에서 작동하지만 S 대역에서도 작동할 수 있지만 다른 에이전트나 추가 화학 성분이 필요합니다.

광학 신호에 제공되는 이득은 XNUMX에서 XNUMX 데시벨이 될 수 있습니다. 일반적으로 직사각형 케이싱에 저장된 광섬유로 구성되며 XNUMX~XNUMX미터의 도핑된 광섬유 길이를 가질 수 있습니다.

개요

광섬유는 광선을 사용하여 데이터를 전송하는 전송 매체입니다. 광섬유의 기반이 되는 원리는 광학 기하학의 법칙, 특히 굴절 법칙에 기반합니다.

처음에는 오늘날 알려진 광섬유가 개발될 때까지 서로를 보완하는 다양한 연구가 수행되었습니다. 이러한 연구에서 감쇠를 줄이고 오늘날 0.02dB/Km인 최소 손실을 달성하기 위해서는 섬유 실 또는 코어의 투명도가 필수적이라는 것이 관찰되었습니다.

일반적으로 광섬유를 구성하는 구성 요소는 실리콘 산화물과 게르마늄입니다. 코어를 덮는 클래딩 구성 요소는 일반적으로 일종의 플라스틱입니다. 그런 다음 Naylon 또는 Kevlar로 만들 수 있는 기계적 강성을 제공하는 레이어와 마지막으로 전체 케이블을 보호하고 섬유를 외부 에이전트로부터 절연하는 플라스틱 재킷이 있습니다.

다음과 같은 다양한 제조 방법이 있습니다.

MCVD(개질 화학 기상 증착)
VAD(증기 축방향 증착)
OVD(외부 증착)
PCVD(플라즈마 화학 기상 증착)

사용하는 방법의 종류에 관계없이 프리폼의 연신 공정을 수행하는 것이 모두 공통적입니다.

광섬유의 응용 분야는 다양합니다. 통신에서 높은 대역폭과 전송 속도, 그리고 이 시스템이 제공하는 정보의 신뢰성 또는 보안으로 인해 탁월한 수단 또는 전송 라인 중 하나가 되었습니다. 온도, 습도, 기압, 심지어 음파 탐지기 시스템과 같은 조건 또는 매개변수를 감지할 수 있는 센서에서.

장기를 비추어 최소 침습 또는 보다 정밀한 수술을 보다 편안하게 수행할 수 있도록 광섬유를 빛의 가이드로 사용하는 플렉서블 내시경과 같이 조명용으로도 사용됩니다. 마찬가지로 크리스마스 트리와 같은 장식 효과를 위해.

광섬유를 통해 이동하는 파장 또는 주파수를 변경하여 광섬유가 표시하거나 반사하는 색상을 변경할 수 있습니다.

광섬유와 그 용도의 가장 중요한 이점 중 일부는 대역폭, 데이터가 도달할 수 있는 전송 속도, 전자파 내성, 점유 공간 및 무게 감소, 높은 정보 보안입니다.

반면에 이것은 고급 기술이므로 더 비싸고 설치 및 유지 관리가 기존 시스템보다 복잡하지만 온도, 습도, 진동 및 연신율에 대한 내성이 매우 약합니다.

전송 가능한 루드 또는 모드의 수에 따라 두 가지 유형의 광학이 있습니다.

다중 모드 광섬유는 서로 다른 모드를 통해 서로 다른 파장을 동시에 보낼 수 있는 광섬유이므로 이름이 다릅니다. 단일 모드 광섬유와 비교할 때 다중 모드 광섬유는 더 큰 코어를 가지며 코어와 클래딩 사이의 굴절률은 약간만 다릅니다. 따라서 파동은 코어 벽에서 반사되어 코어에서 이동합니다. 단거리 달리기 또는 네트워크에 사용됩니다. 외부 재킷이 일반적으로 주황색이기 때문에 일반적으로 식별됩니다.

단일 모드 광섬유는 전송 경로가 하나 뿐이며 다중 모드 광섬유에 비해 코어가 작습니다. 전송 모드는 매우 큰 각도로 리바운드하기 때문에 일반적으로 코어의 중심축입니다. 그들은 노란색 아우터 재킷을 사용하기 때문에 일반적으로 다중 모드와 다릅니다.

이제 디자인에 따라 두 가지 유형도 있습니다. 느슨한 구조의 광섬유는 광섬유 가닥이 안내되는 튜브 내에 느슨하게 놓이는 광섬유입니다. 이 튜브는 속이 비어 있거나 내부에 소수성 물질이 있어 광섬유를 습기로부터 보호하는 역할을 합니다.

반면에 조밀한 구조의 케이블은 개별적으로 맨틀과 재킷이 있는 여러 광섬유 가닥의 결합으로 구성됩니다. 이 스레드는 중앙 부분을 둘러싸고 이 모든 세트는 외부 레이어에 의해 보호됩니다.

광섬유로 만든 통신 시스템에는 성공적인 전송을 위해 필요한 몇 가지 구성 요소가 있습니다. 이러한 구성 요소 중에는 LED 또는 레이저와 같은 광 송신기, 전기 신호를 섬유를 통해 전송할 수 있도록 광학으로 변환하고 나중에 수신된 광 신호를 다시 전기 신호로 변환하는 광전 변환기가 있습니다.

또한 다음과 같은 광학 검출기가 있습니다.

PIN
APD
실리콘
게르마늄
기타 자료

연마 유형은 광섬유 끝에 있는 커넥터에 따라 다르며 연마 유형에 따라 분류할 수 있습니다.

플레이 노
PC(신체적 접촉)
SPC(슈퍼PC)
UPC(울트라PC)
향상된 UPC
APC(각진 PC)

커넥터는 광섬유와 단말 장비의 연결을 허용하는 요소입니다. 광섬유, 특히 근거리 통신망에 일반적으로 사용되는 커넥터는 ST, LC, FC 및 SC 커넥터입니다.

광섬유 케이블은 통신 산업 및 전자 산업에서 동축 케이블을 대체할 수 있는 가장 실현 가능한 대안입니다. 8개의 광섬유가 있는 케이블도 기존 케이블보다 훨씬 작습니다. 광섬유 케이블은 60쌍의 구리 케이블 1623개 또는 튜브 4개의 동축 케이블 8개와 동일한 정보를 보낼 수 있습니다.

기계적 접속: 이 유형의 접속은 두 개의 섬유가 삽입되고 두 개의 코어를 연결하기 위해 기계적 꼬임이 이루어지는 일종의 슬리브로 구성됩니다. 이 접합 시간과 관련된 손실은 대략 0,5dB입니다.

접착제로 접합: 이 경우 섬유의 두 끝을 결합할 수 있는 특수 투명 접착제가 적용되며 이 결합은 일부 유형의 외부 보강재로 보호됩니다. 그것은 0.2dB의 손실을 나타내지만 접착제가 다시 벗겨지는 경향이 있기 때문에 일반적으로 그다지 신뢰할 수 없습니다.

융합 접합: 접합기는 끝 부분에 오염 물질이 있는지, 더 미세한 광택이 필요한지 또는 섬유 사이에 더 나은 정렬이 필요한지 확인할 수 있는 기능이 있습니다. 그런 다음 해당 부분만 가열하여 섬유를 녹이고 핵을 결합합니다. 이 스플라이스의 손실은 0.02dB입니다.

광섬유 케이블이 수행할 기능에 따라 구조가 결정됩니다. 그러나 다른 기능에 적용할 수 있는 경우에도 모든 광섬유 케이블에는 XNUMX차 코팅, 내부 섬유, 케이블의 보강 및 구조에 기여하는 요소, 모든 섬유 가닥을 그룹화하는 재킷 및 습기에 대한 절연 재료와 같은 많은 공통 요소가 있습니다.

구조를 지원하고 광섬유 케이블을 보강하는 요소가 있습니다. 광섬유가 따라야 하는 경로의 중심 가이드 역할을 하는 구조적 요소입니다. 광섬유는 이 구조를 따라 분포되거나 주위에 편조됩니다. 일반적으로 이러한 구조에는 광섬유에 대한 추가 가이드 역할을 하는 채널 또는 슬롯이 있습니다.

보강 요소는 광섬유 케이블에 가해질 수 있는 견인력으로부터 케이블을 분리하고 코어에 파열을 일으킬 수 있는 상당한 신장이 없도록 하기 위해 광섬유 케이블에 추가 보강을 제공합니다.

외부 감쇠에는 다음과 같은 몇 가지 원인이 있습니다.

흡수 손실
레일리 손실
분산
방사선 손실
결합 손실

결론

광섬유는 오늘날 데이터 전송에서 더 빠른 속도와 효율성을 가능하게 하는 전송 라인입니다. 기존 시스템을 대체할 수 있으려면 먼 길을 가야 하는 기술이지만 여전히 때때로 통신을 위한 최선의 선택입니다.

그러나 광섬유는 일반적으로 더 비싼 광학 장비와 도구가 필요하기 때문에 기존 시스템에 비해 고가의 기술입니다. 또한 광섬유로 작업할 수 있으려면 적절한 교육이 필요합니다. 또한 설치는 일반적으로 다소 섬세한 과정이며, 제때 처리하지 않으면 광섬유에 파손이 있으면 상당한 손실이 발생할 수 있습니다. 또한 예를 들어 아직 광학 메모리가 없기 때문에 기술과 시스템이 완전히 광학적이 되도록 특정 장비를 개발해야 합니다.

광섬유 네트워크는 상황이 해결되는 동안 장기간 서비스 중단을 피하기 위해 이러한 사건이 발생할 경우 정보가 다른 방향으로 이동할 수 있도록 하는 링 또는 이중 링과 같은 백업 시스템을 갖는 것이 일반적입니다.

광섬유 시스템은 감지되지 않거나 데이터 전송을 방해하지 않고 네트워크를 위반하는 것이 사실상 불가능하기 때문에 매우 안정적입니다. 그렇기 때문에 동맹국 사이에 수중에 설치된 광섬유를 통해 민감하고 비밀스러운 정보를 전송하는 것이 일반적입니다.

데이터 속도 및 전송 용량에서 광섬유를 다른 통신 매체와 구별하는 것은 무엇입니까? 또한 주요 요소의 감쇠가 거의 없어 시스템 내에 많은 복원 및 증폭 장비를 설치할 필요가 없기 때문에 최소한의 정보 손실을 보장합니다. 정보는 빛의 속도로 이동하기 때문에 대기업이 이러한 유형의 기술로 상당한 이동을 하는 것을 볼 수 있었습니다.