광섬유
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1. 개요
광섬유는 유전체 재료로 만들어진 코어와 이를 둘러싼 클래딩으로 구성된 섬유로, 빛을 전송하는 데 사용된다. 1840년대에 빛의 굴절을 이용한 빛 유도 실험을 통해 개념이 제시되었으며, 1960년대에 찰스 K. 카오의 연구를 통해 통신 매체로서의 가능성이 열렸다. 광섬유는 통신, 센서, 의료, 조명 등 다양한 분야에서 활용되며, 구리선보다 빠르고 대용량 전송이 가능하며 신호 간섭이 적다는 장점을 가진다. 모드, 재료, 구조에 따라 다양한 종류가 있으며, 제조 과정은 모재 제작, 가공, 코팅으로 이루어진다.
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| 광섬유 | |
|---|---|
| 광섬유 | |
 | |
| 역할 | 빛을 전도하는 섬유 |
| 재료 | 유리 플라스틱 |
| 전도 범위 | 적외선 가시광선 자외선 |
| 용도 | 통신 센서 조명 이미지 전송 |
| 구조 | |
| 코어 | 광섬유 중심부, 빛 전도 |
| 클래딩 | 코어 주변, 빛 반사 |
| 버퍼 코팅 | 외부 손상으로부터 보호 |
| 종류 | |
| 단일 모드 광섬유 | 장거리 통신, 코어 직경이 작음 |
| 다중 모드 광섬유 | 단거리 통신, 코어 직경이 큼, 고출력 전송 |
| 플라스틱 광섬유 | 코어와 클래딩이 모두 플라스틱으로 구성 |
| 역사 | |
| 초기 | 1840년대, 빛을 이용한 통신 아이디어 시작 |
| 의료용 | 1950년대, 내시경에 광섬유 적용 |
| 통신용 | 1960년대, 통신용 광섬유 개발 |
| 연구자 | 나라니드 싱 카파니 |
| 제조 | |
| 유리 광섬유 제조 | 특수 유리 재료 사용, 정밀 공정 필요 |
| 플라스틱 광섬유 제조 | 압출 공정으로 생산 |
| 특징 | |
| 장점 | 대역폭이 넓음 낮은 신호 감쇠 전자기 간섭에 강함 도청이 어려움 |
| 단점 | 설치 및 유지보수 비용이 높음 파손에 취약함 연결 부위의 손실 발생 가능 |
| 응용 분야 | |
| 통신 | 장거리 전화 인터넷 케이블 TV |
| 의료 | 내시경 레이저 수술 |
| 센서 | 온도 센서 압력 센서 화학 센서 |
| 조명 | 장식 조명 의료 조명 |
| 추가 정보 | |
| 전송 거리 | 최대 약 1km까지 가능 |
| 관련 연구 | 다양한 광섬유 재료 및 구조 연구 진행 중 |
2. 역사
광섬유의 역사는 빛의 굴절과 반사 원리를 이용한 초기 실험에서부터 시작되어, 통신 및 다양한 분야에서 혁신적인 발전을 이루어왔다.
19세기 중반, 장-다니엘 콜라돈과 자크 바비네는 빛의 굴절 현상을 이용해 빛을 가두는 실험을 시연했다. 1870년 존 틴달은 빛의 전반사 조건을 기록하고 물줄기로 빛을 굴절시키는 실험을 런던에서 선보였다.[15][16][17]
1950년대에 들어서면서 코어(core)와 클래드(clad) 구조를 가진 광섬유가 개발되었다. 코어는 빛이 통과하는 부분이고, 클래드는 코어보다 굴절률이 낮아 빛이 코어 밖으로 새어나가지 않고 전반사를 일으켜 코어 내부에서 전파되도록 하는 역할을 한다.
1965년, 찰스 K. 카오는 유리의 불순물 농도를 낮추면 빛의 손실을 줄일 수 있어, 통신용 광섬유로 이용할 수 있다는 혁신적인 제안을 했다.[26] 그의 제안에 따라 유리 섬유의 불순물을 낮추는 연구가 활발하게 진행되었고, 이는 광섬유 실용화의 중요한 발판이 되었다. 카오는 이 공로로 2009년 노벨 물리학상을 수상했다.[27]
1970년, 미국의 코닝사는 통신용 광섬유를 실용화하는 데 성공했다.[28] 이는 광통신 기술 발전의 획기적인 전환점이 되었다.
한국에서는 1977년 한국과학기술연구소(현 한국과학기술원) 응용광학연구실을 중심으로 광섬유 국산화 기술 개발 연구가 시작되었다. 1979년 말 광섬유 형태를 추출하고, 1980년 2월에는 부산의 한국전력 지점과 남부산변전소 간 1.3km 구간에 국산 광섬유를 설치하여 광통신 기술 발전에 기여했다.
2. 1. 초기 역사
다니엘 콜라돈과 자크 바비네는 1840년대 초 파리에서 굴절을 이용한 빛의 유도를 최초로 시연했는데, 이 원리는 광섬유를 가능하게 하는 원리이다.[14] 12년 후 존 틴달은 런던에서의 공개 강연에 이를 시연으로 포함시켰다.[15] 틴달은 1870년 빛의 본성에 대한 입문서에서 전반사의 성질에 대해서도 서술했다.[16][17]
19세기 후반, 비엔나의 의사팀은 구부러진 유리 막대를 통해 빛을 유도하여 신체 내부 공간을 비췄다.[18] 치과에서의 근접 내부 조명과 같은 실용적인 응용 분야는 20세기 초에 이어졌다. 관을 통한 영상 전송은 1920년대 무선 실험가 클라렌스 헨셀과 텔레비전 개척자 존 로지 베어드에 의해 독립적으로 시연되었다. 1930년대, 하인리히 람은 덮개가 없는 광섬유 다발을 통해 영상을 전송할 수 있음을 보여주고 내부 의학 검사에 사용했지만, 그의 연구는 대부분 잊혀졌다.[15][19]
1953년, 네덜란드 과학자 브람 판 힐은 투명 클래딩이 있는 광섬유 다발을 통해 최초로 영상 전송을 시연했다.[19] 같은 해 말, 해롤드 홉킨스와 나린더 싱 카파니는 임피리얼 칼리지 런던에서 1만 개가 넘는 광섬유로 영상 전송 다발을 만드는 데 성공했고, 이후 수천 개의 광섬유를 결합한 75cm 길이의 다발을 통해 영상 전송을 달성했다.[19][20][21] 최초의 실용적인 광섬유 반 유연성 위내시경은 1956년 미시간 대학교의 연구원인 바질 히르쇼위츠, C. 윌버 피터스, 로렌스 E. 커티스가 특허를 받았다. 위내시경 개발 과정에서 커티스는 최초의 유리 클래딩 섬유를 생산했는데, 이전의 광섬유는 공기 또는 비실용적인 오일과 왁스를 저굴절 클래딩 재료로 사용했었다.[19]
카파니는 1960년 ''사이언티픽 아메리칸''에 광섬유를 널리 알린 기사를 쓴 후 ''광섬유''라는 용어를 만들었다. 그는 이후 이 새로운 분야에 대한 최초의 책을 저술했다.[19][22]
최초의 작동 가능한 광섬유 데이터 전송 시스템은 1965년 울름의 텔레푼켄 연구소에서 독일 물리학자 만프레드 뵈르너에 의해 시연되었고, 1966년 이 기술에 대한 최초의 특허 출원이 이어졌다.[23][24] 1968년, NASA는 달에 보낸 텔레비전 카메라에 광섬유를 사용했다. 당시 카메라 사용은 기밀로 분류되었고, 카메라를 취급하는 직원들은 적절한 보안 자격을 갖춘 사람의 감독을 받아야 했다.[25]
1965년, 영국 회사 스탠더드 텔레폰 앤드 케이블(STC)의 찰스 K. 카오와 조지 A. 혹햄은 광섬유의 감쇠를 킬로미터당 20데시벨(dB/km) 미만으로 줄일 수 있다는 아이디어를 처음으로 제시하여 섬유를 실용적인 통신 매체로 만들었다.[26] 그들은 당시 사용 가능한 섬유의 감쇠가 산란과 같은 기본적인 물리적 효과가 아니라 제거할 수 있는 불순물로 인해 발생한다고 제안했다. 그들은 광섬유의 광 손실 특성을 정확하고 체계적으로 이론화하고 그러한 섬유에 사용할 적절한 재료인 고순도 실리카 유리를 지적했다. 이 발견으로 카오는 2009년 노벨 물리학상을 수상했다.[27] 1970년, 미국 유리 제조업체 코닝 글래스 웍스에서 근무하는 연구원 로버트 D. 마우러, 도널드 케크, 피터 C. 슐츠, 프랭크 지마르에 의해 20dB/km의 감쇠 한계가 최초로 달성되었다.[28] 그들은 도핑 실리카 유리에 티타늄을 사용하여 17dB/km 감쇠를 가진 섬유를 시연했다. 몇 년 후 그들은 이산화 게르마늄을 코어 도펀트로 사용하여 감쇠가 4dB/km에 불과한 섬유를 생산했다. 1981년, 제너럴 일렉트릭은 용융 석영 잉곳을 생산했다.[29]
처음에는 고품질 광섬유를 초당 2미터만 제조할 수 있었다. 1983년, 화학 공학자 토마스 멘사는 코닝에 합류하여 제조 속도를 초당 50미터 이상으로 높여 광섬유 케이블을 기존 구리 케이블보다 저렴하게 만들었다.[30][31][32] 이러한 혁신은 광섬유 통신 시대를 열었다.
1977년, 이탈리아 연구 센터 CSELT는 코닝과 협력하여 실용적인 광섬유 케이블을 개발하여 토리노에 최초의 광역 광섬유 케이블을 설치했다.[33][34] CSELT는 Springroove라는 광섬유 스플라이싱 기술도 개발했다.[35]
1986년과 1987년, 사우샘프턴 대학교의 데이비드 N. 페인과 벨 연구소의 에마뉘엘 데수르비르가 이끄는 두 팀은 각각 광-전기-광 중계기를 줄이거나 제거하여 장거리 광섬유 시스템의 비용을 절감하는 에르븀 도핑 광섬유 증폭기를 개발했다.[36][37][38]
1958년, 인도 출신 물리학자 나린더 싱 카파니는 유리 섬유의 코어를 다른 종류의 유리로 감싸는, 코어와 클래드로 구성되는 석영 유리 섬유를 고안했다.[106] 이에 따라 케이블 내부의 굴절률 차이에 의해 빛을 전반사로 유도하는 광섬유의 기초가 확립되었고, 이때 처음으로 광섬유(optical fiber)라고 명명되었다. 나린더 싱 카파니는 광섬유의 발명자로 여겨지며, 광섬유의 아버지라고 불린다.[107]
1964년, 니시자와 준이치와 사사키 이치에몬은 유리 섬유의 코어 내부의 굴절률을 중심에서 주변으로 갈수록 연속적으로 낮아지도록 변화시켜, 입사각이 다른 빛을 파이버 내부에서 집속시키는 자기 집속형 광섬유(오늘날의 GI형 광섬유)의 개념을 특허 출원을 통해 제안했고,[109] 자기 집속형 광섬유에 의한 광통신의 가능성에 대해 언급했다.
한국과학기술연구소(현 한국과학기술원) 응용광학연구실을 주축으로 1977년부터 시작한 광섬유 국산화 기술개발 연구가 광섬유 국내기술개발의 시초였다. 한국과학기술연구소는 대한전선주식회사, 금성전선주식회사(현 LS전선)와 함께 1979년 말 광섬유의 형태를 추출, 1980년 2월 부산의 한국전력 지점과 남부산변전소 간의 1.3km에 달하는 국산 광섬유를 설치하였다.
2. 2. 광섬유 개발
광섬유는 1970년 미국의 코닝사가 저손실 석영섬유를 개발하면서 광통신 실용화에 크게 기여하게 되었다. 광섬유의 국내 기술 개발은 1977년 한국과학기술연구소(현 한국과학기술원) 응용광학연구실을 중심으로 시작되었다.[14] 1979년 말에는 대한전선주식회사, 금성전선주식회사(현 LS전선)와 함께 광섬유 형태를 추출하고, 1980년 2월에는 부산의 한국전력 지점과 남부산변전소 간 1.3km 구간에 국산 광섬유를 설치했다.1840년대 초 파리에서 다니엘 콜라돈과 자크 바비네는 굴절을 이용한 빛의 유도를 최초로 시연했는데, 이것이 광섬유의 기본 원리이다.[14] 1870년 존 틴달은 런던에서의 공개 강연에서 전반사 현상을 시연했다.[15][16]
19세기 후반, 비엔나의 의사들은 구부러진 유리 막대로 빛을 유도하여 신체 내부를 비추는 실험을 했다.[17] 1920년대에는 클라렌스 헨셀과 존 로지 베어드가 영상 전송을 시연했다. 1930년대 하인리히 람은 덮개가 없는 광섬유 다발을 통해 영상을 전송하는 데 성공했지만, 그의 연구는 잊혀졌다.[18][19]
1953년 네덜란드 과학자 브람 판 힐은 투명 클래딩이 있는 광섬유 다발을 통한 영상 전송을 시연했다.[19] 같은 해 해롤드 홉킨스와 나린더 싱 카파니는 임피리얼 칼리지 런던에서 1만 개 이상의 광섬유를 이용해 영상 전송에 성공했다.[19][20][21] 1956년 미시간 대학교 연구진은 최초의 실용적인 광섬유 반 유연성 위내시경 특허를 받았다.[19]
나린더 싱 카파니는 1960년 ''사이언티픽 아메리칸''에 기고한 글을 통해 ''광섬유''라는 용어를 만들었고, 이 분야의 첫 저서를 출판했다.[19][22]
1965년 독일 물리학자 만프레드 뵈르너는 최초의 광섬유 데이터 전송 시스템을 시연했다.[23][24] 1968년 NASA는 달에 보낸 텔레비전 카메라에 광섬유를 사용했는데, 이는 기밀로 분류되었다.[25]
1965년 영국 회사 스탠더드 텔레폰 앤드 케이블(STC)의 찰스 K. 카오와 조지 A. 혹햄은 광섬유의 감쇠를 20데시벨(dB/km) 미만으로 줄일 수 있다는 아이디어를 제시했다.[26] 그들은 광섬유의 광 손실 특성을 이론화하고 고순도 실리카 유리를 적절한 재료로 지적했다. 카오는 이 발견으로 2009년 노벨 물리학상을 수상했다.[27]
1970년 코닝 글래스 웍스의 연구원들은 티타늄을 도핑한 실리카 유리로 17dB/km 감쇠를 가진 섬유를 시연했다.[28] 1981년 제너럴 일렉트릭은 약 40.23km 길이로 뽑을 수 있는 용융 석영 잉곳을 생산했다.[29]
1983년 토마스 멘사는 광섬유 제조 속도를 초당 50미터 이상으로 높여 광섬유 케이블을 더 저렴하게 만들었다.[30][31][32]
1977년 이탈리아 연구 센터 CSELT는 코닝과 협력하여 최초의 광역 광섬유 케이블을 설치하고, Springroove라는 광섬유 스플라이싱 기술을 개발했다.[33][34][35]
1986년과 1987년 사우샘프턴 대학교와 벨 연구소는 에르븀 도핑 광섬유 증폭기를 개발하여 장거리 광섬유 시스템의 비용을 절감했다.[36][37][38]
1991년 개발된 포토닉 결정 광섬유는 2000년에 상용화되었다.[39][40]
2. 3. 광섬유 발전과 상용화
광섬유는 1970년 미국의 코닝사가 저손실 석영섬유를 개발하면서 발전하기 시작했다. 이후 광섬유는 광통신의 실용화에 크게 기여하고 있다.[14] 1965년, 영국의 찰스 K. 카오와 조지 A. 혹햄은 광섬유의 감쇠를 킬로미터당 20데시벨(dB/km) 미만으로 줄일 수 있다는 아이디어를 제시했다.[26] 1970년, 코닝사의 연구원들은 티타늄을 도핑한 실리카 유리를 사용하여 17dB/km 감쇠를 가진 섬유를 시연했다.[28]1950년대에는 코어(core)와 클래드(clad) 구조의 광섬유가 개발되었다. 코어는 빛이 통과하는 핵심 부분이고, 클래드는 코어의 굴절률보다 약간 낮은 굴절률을 가져 코어에 입사된 빛이 전반사를 반복하며 전파되도록 한다. 1840년대 초, 다니엘 콜라돈과 자크 바비네는 파리에서 굴절을 이용한 빛의 유도를 최초로 시연했다.[15] 존 틴달은 1870년 빛의 본성에 대한 입문서에서 전반사의 성질에 대해 서술했다.[16][17]
1965년, 독일 물리학자 만프레드 뵈르너는 최초의 작동 가능한 광섬유 데이터 전송 시스템을 시연했다.[23][24] 1981년, 제너럴 일렉트릭은 약 40.23km 길이의 가닥으로 뽑을 수 있는 용융 석영 잉곳을 생산했다.[29] 1983년, 토마스 멘사는 광섬유 제조 속도를 초당 50미터 이상으로 높여 광섬유 케이블을 기존 구리 케이블보다 저렴하게 만들었다.[30]
1977년, 이탈리아 연구 센터 CSELT는 코닝과 협력하여 실용적인 광섬유 케이블을 개발, 토리노에 최초의 광역 광섬유 케이블을 설치했다.[33][34] 1986년과 1987년, 사우샘프턴 대학교와 벨 연구소는 에르븀 도핑 광섬유 증폭기를 개발하여 장거리 광섬유 시스템의 비용을 절감했다.[36][37][38]
한국에서는 1977년부터 한국과학기술연구소(현 한국과학기술원) 응용광학연구실을 주축으로 광섬유 국산화 기술개발 연구가 시작되었다. 1979년 말 광섬유 형태를 추출, 1980년 2월 부산의 한국전력 지점과 남부산변전소간 1.3km에 국산 광섬유를 설치했다.
1966년에는 니시자와 준이치의 광섬유 관련 연구가 일본판유리(日本板硝子)와 일본전기(日本電気)에 의해 셀프 포커스 파이버 "셀포크(セルフック)"로 실현되었다. 그 당시에는 60 dB/km가 한계였다.
1970년, 미국의 코닝사가 통신용 광섬유를 실용화했다고 발표하고, 광섬유의 제조법과 찰스 K. 카오 논문에 제시된 광섬유의 구조를 비롯한 기본 특허를 취득했다. 코닝의 광섬유는 매우 부서지기 쉬워 아직 실용화에는 멀었지만, 카오의 이론대로 20 dB/km의 손실을 달성했다.[114]
1974년, 벨 연구소의 존 맥체스니(John MacChesney)가 MCVD(내부 기상 증착)법에 의한 광섬유의 제조법을 고안해냈다.[115] 그 결과 손실률은 1.1 dB/km으로 저하되었다.
1977년, 일본전신전화공사(電電公社, 현재의 NTT) 이바라키 전기통신연구소의 이자와 타츠오(伊澤達夫)가 VAD(기상 축 방향)법에 의한 광섬유의 제조 방법을 발명했다.[114][116]
1980년에는 VAD법에 의해 손실값은 0.20 dB/km에 달했다. 현재 VAD법의 제조 속도는 MCVD법의 약 100배이다.[117]
1985년, 사우샘프턴 대학교와 벨 연구소에서 엘비움 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)를 개발했다.
같은 해 2월, 일본에서는 전전공사가 홋카이도 아사히카와시(北海道旭川市)와 가고시마현 가고시마시(鹿児島県鹿児島市)를 잇는 일본 종관 광섬유 케이블망을 완성했다.[121]
2. 4. 한국의 광섬유 개발 역사
광섬유의 국내 기술 개발은 한국과학기술원(KIST) 응용광학연구실을 중심으로 1977년 시작된 광섬유 국산화 기술 개발 연구가 시초였다. 한국과학기술연구소는 대한전선주식회사, 금성전선주식회사(현 LS전선)와 함께 1979년 말 광섬유 형태를 추출하였고, 1980년 2월에는 부산의 한국전력 지점과 남부산변전소 간 1.3km 구간에 국산 광섬유를 설치하였다.[103]현재 광섬유는 국내 수요는 물론 수출까지 이루어지고 있으며, 광통신은 이미 대덕과학단지와 대전전화국 사이, 구로동과 안양 사이 등에서 실용화되었다. 정부는 2001년 안에 종합정보통신망(ISDN) 구축 계획을 발표하고, 1987년에는 대도시국 간 전송로에 광케이블을 공급하겠다고 발표하였다.[104]
3. 원리
광섬유는 굴절률이 높은 코어(core)를 굴절률이 낮은 클래드(clad)로 둘러싸 빛의 전반사를 이용하는 원리로 작동한다. 주로 외경 0.1~0.2mm의 가느다란 선 형태로, 굴절률이 다른 코어와 클래드로 구성된다. 빛이 광섬유에 입사하면 코어 내에서 특정 각도(임계각) 이하로 전송된다.[62]
임계각(θ)은 다음 식으로 표현된다.
: NA ≈ no√(n12 - n22) ≈ sinθ
여기서 NA(Numerical Aperture, 개구수)는 단위가 없는 값이다. θ가 클수록 광섬유에 들어오는 빛의 양은 많아지지만, 전송 특성과 관련이 깊다. 통신용 광섬유는 NA가 0.2~0.25, 각도는 ±12°∼±15° 정도로 작다. 반면 상업용이나 내시경 등에 쓰이는 광섬유는 ±30°∼±50°의 큰 개구각을 사용하기도 한다.
광섬유 내부에서 빛은 코어와 클래드 경계면에서 전반사하며 진행한다. 이때 각도가 큰 고차 모드와 각도가 작은 저차 모드가 존재하는데, 저차 모드일수록 광대역 전송과 장거리 전송에 유리하다. 광섬유는 둥근 코어를 클래딩으로 균일하게 감싼 형태이며, 코어는 굴절률이 높은 물질, 클래딩은 굴절률이 낮은 물질로 제작된다.[101]
코어와 클래딩 제작 방식은 다음과 같다.
- 단차형 광섬유: 코어와 클래딩을 명확히 구분하여 전반사를 이용한다.
- 구배형 광섬유: 코어와 클래딩 구분이 어렵도록 굴절률이 큰 물질로 균일한 코어를 만들고, 이물질을 침투시켜 표면 굴절률을 낮춘다. 중심에서 표면으로 갈수록 굴절률이 연속적으로 변해 전반사 대신 굴절을 통해 빛이 중심으로 휘어져, 거시적으로 전반사가 일어나는 것처럼 보인다.
광섬유 내 빛은 솔리톤 성질을 띠어 일반적인 광학적 빛과는 성질이 다르다.
광섬유는 빛의 주파수에 따라 굴절률이 달라지고, 광원이 완벽한 단색광이 아니므로 분산 현상이 발생한다. 광원 변조로 빛의 주파수 대역이 넓어지면 장거리 및 고속 변조 시 빛의 여러 부분이 수신기에 도달하는 시간이 달라져 신호 구분이 어려워진다.[96]
이 문제는 추가 중계기를 사용하거나 반대 굴절률 기울기를 갖는 짧은 광섬유를 사용하여 해결할 수 있다.
광섬유는 모드 수에 따라 단일모드와 다중모드로 나뉜다. 모드는 광섬유 코어를 전파하는 빛의 경로를 의미하며, 설계에 따라 하나 또는 여러 개가 될 수 있다.
다중모드 광섬유는 빛이 여러 모드로 분산되어 전송되는 광섬유이다.
- 코어 직경이 두꺼워 굴곡에 강하고, 광섬유 간 또는 광섬유와 장비 간 연결이 용이하다.
- 전송 손실이 커 장거리 전송에 부적합하고, 비교적 저렴하다.
- 굴절률 분포에 따라 GI형(코어 굴절률이 이차 함수적으로 연속 변화), MI형(코어 굴절률이 단계적 변화), SI형(코어와 클래드 경계에서만 굴절률 변화)으로 분류된다.
단일모드 광섬유는 빛이 단일 모드로 전송되는 광섬유로, 장거리 통신용 유리 광섬유에 주로 사용된다.
광섬유는 횡파인 빛을 전송하므로, 경로는 같아도 편파면이 다른 편파 모드가 발생한다. 제조 공정 오차나 외력 등으로 전송 특성이 편파 모드에 의존하는 경우가 있으며, 편파 모드에 의한 지연 특성 차이는 편파 모드 분산이라 불리며 파장분할다중 및 장거리 전송에서 전송 거리를 제한한다.
3. 1. 전반사
광섬유는 굴절률이 높은 영역(코어)을 굴절률이 낮은 영역(클래드)으로 둘러싸서 빛이 전반사하는 원리를 이용한다. 광섬유는 주로 외경이 0.1~0.2mm로 가느다란 선이며, 굴절률이 다른 재질인 코어와 클래드로 구성된다. 빛이 광섬유에 입사되면 코어 부분에서 특정 각도 이하로 전송된다.[62]이 각도 θ를 임계각이라 하며, 다음 관계식이 성립한다.
: NA ≈ no√(n12 - n22) ≈ sinθ
여기서 NA(Numerical Aperture)는 개구수이며 단위는 없다. θ가 클수록 광섬유에 들어오는 빛의 양은 많아지지만, 전송 특성과 밀접한 관계가 있다. 통신용 광섬유의 NA는 보통 0.2~0.25 정도이며, 각도는 ±12°∼±15°로 작다. 반면, 상업용이나 내시경 등에 사용되는 광섬유는 용도에 따라 ±30°∼±50°로 큰 개구각을 사용하기도 한다.
|thumb|광섬유의 작동 원리 개요]]
|thumb|upright=1.35|광섬유 종류]]
광섬유 내부에서 빛은 코어와 클래드 경계면에서 전반사하여 진행되며, 각도가 큰 고차 모드와 각도가 작은 저차 모드가 존재한다. 저차 모드일수록 광대역 전송에 적합하며, 장거리 전송이 가능하다. 광섬유는 코어와 클래딩으로 구성되며, 둥근 코어를 클래딩으로 균일하게 감싼 형태이다. 코어는 굴절률이 큰 물질, 클래딩은 굴절률이 작은 물질로 만들어진다.[101]
코어와 클래딩을 만드는 방식은 두 가지가 있다.
- 단차형 광섬유: 코어와 클래딩을 명확히 구분할 수 있게 하여, 코어와 클래딩의 반사부에서 일어나는 전반사를 사용한다.
- 구배형 광섬유: 코어와 클래딩을 구분할 수 없도록, 굴절률이 큰 물질로 균일한 코어를 만든 뒤 이물질을 침투시켜 표면 부위의 굴절률을 작게 만든다. 중심에서 표면까지 굴절률이 연속적으로 변하여 전반사가 일어나지 않고 빛이 중심으로 휘어지는 굴절을 통해 거시적으로 전반사가 일어나는 것처럼 보이게 한다.
광섬유 내부에서 움직이는 빛은 솔리톤의 성질을 띠기 때문에 일반적인 광학적 빛의 성질과는 다르다.
3. 2. 굴절률
광섬유 전송은 굴절률이 높은 영역(예: 물)을 굴절률이 낮은 영역(예: 공기)으로 막아 빛이 전반사되는 현상을 이용한다. 이 원리를 활용하여 플라스틱이나 유리로 만든 것이 광섬유이다.[101]최근 사용되는 광섬유는 주로 외경이 0.1~0.2mm로 매우 가늘다. 광섬유는 굴절률이 다른 재질로 구성되는데, 빛을 집중시키는 코어(core)와 빛을 가두는 클래드(clad)로 이루어져 있다.[101] 빛이 광섬유에 입사되면 코어 부분(외경 0.05~0.1mm)에서 특정 각도 이하로 전송된다.
이 각도 θ를 임계각이라 하며, 다음 관계식이 성립한다.
: NA ≈ n_o √(n₁² - n₂²) ≈ sin θ
여기서 NA(Numerical Aperture)는 개구수이며 단위는 없다.
θ가 클수록 광섬유에 들어오는 빛의 각도가 커져 광량이 많아지지만, 광섬유의 특성이 반드시 우수한 것은 아니다. θ는 전송 특성과 밀접한 관계가 있으며, 보통 통신용 광섬유의 NA는 0.2~0.25 정도, 각도는 ±12°∼±15°로 작다. 반면 상업용이나 Fiber Scope 등에 사용되는 광섬유는 용도에 따라 ±30°∼ ±50°로 큰 개구각을 사용하기도 한다.
광섬유에 빛이 입사되면 코어와 클래드 경계면에서 전반사하여 진행된다. 하지만 광섬유 속에는 각도가 큰 고차 모드와 각도가 작은 저차 모드가 존재한다. 저차 모드 성분이 높을수록 광대역 전송에 적합하며, 일반적으로 저차 모드일수록 장거리 전송이 가능하다. 고차 모드는 감쇠되기 때문에 광섬유에서는 출사각을 입사각보다 작게 한다.
광섬유는 코어와 클래딩으로 구성되며, 둥근 코어를 클래딩으로 균일하게 감싼 형태이다. 코어는 굴절률이 큰 물질로, 클래딩은 굴절률이 작은 물질로 만들어진다.[62]
코어와 클래딩을 만드는 방식은 두 가지가 있다.
- 단차형 광섬유: 코어와 클래딩을 명확히 구분할 수 있게 만드는 방식으로, 코어와 클래딩의 반사부에서 일어나는 전반사를 이용한다.
- 구배형 광섬유: 코어와 클래딩을 구분할 수 없는 방식으로, 굴절률이 큰 물질로 균일한 코어를 만든 뒤 이물질을 침투시켜 표면에 가까운 부분의 굴절률을 작게 만든다. 중심에서 표면까지 굴절률이 연속적으로 변하므로 전반사가 일어나지 않고, 중심부에서 벗어나는 빛은 서서히 중심으로 휘어지는 굴절을 통해 거시적으로 전반사가 일어난 것처럼 보이게 한다.
광섬유 내부에서 움직이는 빛은 솔리톤의 성질을 띠기 때문에 일반적인 광학적 빛의 성질과는 매우 다르다.
3. 3. 분산
광섬유는 빛의 주파수에 따라 굴절률이 약간씩 달라지고, 광원은 완벽한 단색광이 아니기 때문에 분산 현상이 발생한다. 신호 전송을 위해 광원을 변조하면 빛의 주파수 대역이 넓어져, 장거리 및 고속 변조 시 빛의 여러 부분이 수신기에 도달하는 시간이 달라진다. 이로 인해 신호 구분이 어려워지는 문제가 발생한다.[96]이러한 문제는 다음과 같은 방법으로 해결할 수 있다.
- 추가 중계기 사용
- 반대의 굴절률 기울기를 갖는 비교적 짧은 길이의 광섬유 사용
광섬유는 모드의 수에 따라 단일모드 광섬유와 다중모드 광섬유로 나뉜다. 모드는 광섬유 코어를 전파하는 빛의 전파 경로를 의미하며, 설계에 따라 하나 또는 여러 개가 될 수 있다.
다중모드 광섬유기하광학적으로 분석 가능한 다중모드 광섬유는 코어 직경이 10마이크로미터보다 크다. 다중모드 광섬유에서는 광선이 전반사에 의해 섬유 코어를 따라 안내된다. 코어-클래딩 경계에서 임계각보다 큰 각도로 도달하는 광선은 완전히 반사되고, 낮은 각도로 도달하는 광선은 코어에서 클래딩으로 굴절되어 종료된다.
임계각은 섬유의 수용각을 결정하며, 개구수로 표현된다. 높은 개구수는 빛 결합 효율을 높이지만, 분산량을 증가시킨다.
그레이디드-인덱스 섬유는 코어의 굴절률이 축과 클래딩 사이에서 연속적으로 감소하여 다중 경로 분산을 줄인다. 굴절률 프로파일은 섬유의 다양한 광선의 축 방향 전파 속도 차이를 최소화하도록 선택되며, 포물선 관계에 가깝다.
다중모드 광섬유는 빛이 여러 모드로 분산되어 전송되는 광섬유로 다음과 같은 특징을 가진다.
- 코어 직경이 두꺼워 굴곡에 강하다.
- 광섬유 간 또는 광섬유와 장비 간 연결이 용이하다.
- 전송 손실이 커 장거리 전송에 부적합하다.
- 저렴하다.
다중모드 광섬유는 굴절률 분포에 따라 다음과 같이 분류된다.
- 그레이디드 인덱스형 (GI형): 코어의 굴절률이 반경 방향으로 이차 함수적으로 연속 변화한다. 빛이 점차 굴절하여 코어에 가두어지고, 빛의 속도는 중심에서 멀어질수록 빨라져 전송 파형이 덜 깨진다.
- 멀티스텝 인덱스형 (MI형): 코어의 굴절률이 반경 방향으로 단계적으로 변화한다. SI형과 GI형의 중간 성질을 가진다.
- 스텝 인덱스형 (SI형): 코어와 클래드의 경계면에서만 굴절률이 불연속적으로 변화한다. 전반사하는 각도로 입사시켜 빛을 전송하지만, 도달 시간 차이로 인해 장거리 전송 후 파형이 깨진다.
단일모드 광섬유단일모드 광섬유는 빛이 단일 모드로 전송되는 광섬유로, 장거리 통신용 유리 광섬유에 주로 사용된다. 다중모드 광섬유와 비교하여 다음과 같은 특징을 가진다.
광섬유는 횡파인 빛을 전송하므로, 경로는 같더라도 편파면이 다른 편파 모드가 발생한다. 실제로는 제조 공정 오차나 외력 등으로 인해 전송 특성이 편파 모드에 의존하는 경우가 많다. 편파 모드에 의한 지연 특성 차이는 편파 모드 분산이라고 불리며, 파장분할다중 및 장거리 전송에서 전송 거리를 제한한다.
4. 종류
광섬유는 다양한 기준으로 분류할 수 있다.
- 모드에 따른 분류: 빛이 전파되는 경로(모드)의 수에 따라 단일모드 광섬유와 다중모드 광섬유로 나뉜다.
- 외피 재질에 따른 분류: 화재 발생 위험 지역에 설치하는 난연 광케이블과 그렇지 않은 지역에 설치하는 비난연 광케이블로 나뉜다.
- 사용 장소에 따른 분류: 관로용, 가공용, 직매용, 수저용, 옥내용 광케이블 등으로 나뉜다.
- 광케이블심 구조에 의한 분류: 루즈튜브형 광케이블과 리본슬롯형 광케이블로 나뉜다.
| 구분 | 약호 | 호칭 | 운용 파장 |
|---|---|---|---|
| 단일모드 광섬유 | SM | 단일모드 광섬유 | 1310nm/1550nm |
| DSF | 분산천이 단일모드 광섬유 | 1550nm | |
| CSF | 차단파장천이 단일모드 광섬유 | 1550nm | |
| NZDSF | 난제로분산천이 단일모드 광섬유 | 1550nm | |
| 다중모드 광섬유 | MM | 언덕형 다중모드 광섬유 | 850nm/1300nm |
| HMM | 대구경 다중모드 광섬유 | 850nm/1300nm |
- 다중모드 광섬유 (MM 또는 HMM 광섬유): 여러 개의 빛 경로(모드)를 가지는 광섬유이다. 심(코어)이 커서 여러 각도로 빛을 받을 수 있고, 다양한 광원과 저렴한 접속 장치를 사용할 수 있다는 장점이 있지만, 장거리 전송에는 적합하지 않다.
- 단일모드 광섬유 (SM, DSF, CSF, NZDSF 광섬유): 단 하나의 빛 경로(모드)를 가지는 광섬유이다. 심이 매우 작아 빛이 섬유 축을 따라서만 들어오며, 특수 레이저를 광원으로 사용하고, 레이저, 다른 광섬유, 감지기 등과 정밀하게 접속해야 한다. 주로 장거리 전송에 사용된다.
이 외에도 특수한 목적을 위해 비원통형 코어 또는 클래딩 층을 가진 특수 광섬유, 포토닉 결정 광섬유, 플라스틱 광섬유 등이 있다.
4. 1. 모드에 따른 분류
광섬유는 빛의 전파 경로, 즉 모드(mode)의 수에 따라 단일모드 광섬유와 다중모드 광섬유로 분류할 수 있다.
다중모드 광섬유(Multi mode optical fiber)는 빛이 여러 모드로 분산되어 전송되는 광섬유이다.
단일모드 광섬유와 비교했을 때 다음과 같은 특징을 가진다.
- 코어 직경이 두꺼워 굴곡에 강하다.
- 광섬유 간 또는 광섬유와 장비 간 연결이 비교적 쉽다.
- 전송 손실이 커서 장거리 전송에는 적합하지 않다.
- 가격이 저렴하다.
다중모드 광섬유는 코어의 굴절률 분포에 따라 다음과 같이 세분화된다.
; 그레이디드 인덱스형 (GI형)
굴절률 분포형이라고도 하며, 코어의 굴절률이 중심에서 멀어질수록 연속적으로 낮아지는 형태이다. 빛이 점차 굴절되어 코어에 갇히고, 빛의 속도가 중심에서 멀어질수록 빨라져 전송 파형이 덜 깨진다. 제조가 어렵고 비싸지만, 고속 전송이 가능하다. 유리로 제작된 경우 10Gbps로 500m의 중거리 고속 전송이 가능하다.
; 멀티스텝 인덱스형 (MI형)
코어의 굴절률이 반경 방향으로 단계적으로 변화하는 형태이다. SI형과 GI형의 중간적 성질을 가진다.
; 스텝 인덱스형 (SI형)
코어와 클래드의 경계면에서 굴절률이 불연속적으로 변화하는 형태이다. 전반사를 통해 빛을 전송하지만, 빛의 경로 차이로 인해 장거리 전송 후 파형이 깨지는 단점이 있다. 제조가 쉽고 저렴하지만, 고속 전송 및 전송 거리 특성은 떨어진다. 플라스틱으로 제작된 경우, LED를 광원으로 하여 단거리 전송에 사용된다.
단일모드 광섬유(Single-mode optical fiber)는 빛이 단일 모드로 전송되는 광섬유이다. 장거리 통신용 유리 광섬유는 대부분 이 방식을 사용한다.
다중모드 광섬유와 비교했을 때 다음과 같은 특징을 가진다.
단일모드 광섬유는 ITU-T 권고안에 따라 다음과 같이 세분화된다.
; G.652 일반용 단일모드형(SM)
1,310 nm 대역에 영분산 파장을 가지며, 한국 국내 간선 및 FTTH에 사용된다.
; G.653 분산이동 단일모드형(DSF)
1,550 nm 대역을 영분산 파장으로 하여 장거리 전송에 유리하다.
; G.655 비영분산이동 단일모드형(NZ-DSF)
영분산 파장을 1,550 nm 대역에서 약간 이동시켜 파장분할다중(WDM) 특성을 개선했다.
; G.656
넓은 파장 영역에서 저분산 특성을 가진다.
; G.657
건물 내부 또는 가정 내 배선용으로 굽힘에 의한 광손실을 줄인 것이다.
광섬유는 횡파인 빛을 전송하므로, 경로가 같더라도 편파면이 다른 편파 모드가 발생한다. 실제 광섬유는 제조 공정상의 오차나 외력 등으로 인해 전송 특성이 편파 모드에 의존하는 경우가 많다. 이러한 편파 모드에 의한 지연 특성의 차이를 편파 모드 분산이라고 하며, 주로 파장분할다중(WDM) 및 장거리 전송에서 전송 거리를 제한한다.
4. 2. 재료에 따른 분류
광섬유는 재료에 따라 여러 종류로 나눌 수 있다.| 구분 | 약호 | 호칭 | 운용 파장 |
|---|---|---|---|
| 단일모드 광섬유 | SM | 단일모드 광섬유 | 1310nm/1550nm |
| DSF | 분산천이 단일모드 광섬유 | 1550nm | |
| CSF | 차단파장천이 단일모드 광섬유 | 1550nm | |
| NZDSF | 난제로분산천이 단일모드 광섬유 | 1550nm | |
| 다중모드 광섬유 | MM | 언덕형 다중모드 광섬유 | 850nm/1300nm |
| HMM | 대구경 다중모드 광섬유 | 850nm/1300nm |
- 다중모드 광섬유 (MM 또는 HMM 광섬유): 여러 개의 빛 경로(모드)를 가지는 광섬유이다. 심(코어)이 커서 여러 각도로 빛을 받을 수 있고, 다양한 광원과 저렴한 접속 장치를 사용할 수 있다. 하지만 장거리 전송에는 적합하지 않다.
- 단일모드 광섬유 (SM, DSF, CSF, NZDSF 광섬유): 단 하나의 빛 경로(모드)를 가지는 광섬유이다. 심이 매우 작아 빛이 섬유 축을 따라서만 들어오며, 장거리 전송에 사용된다. 광원으로는 특수 레이저를 사용하고, 레이저, 다른 광섬유, 감지기 등과 정밀하게 접속해야 한다.
광섬유 코어를 통한 빛의 전파는 빛의 전반사와 전자기 도파관 모드에 기반한다. 일반적인 단일 모드 광섬유에서는 약 75%의 빛이 코어를 통해, 약 25%의 빛이 클래딩을 통해 전파된다. 코어와 클래딩 유리 사이의 계면은 매우 매끄러워 산란 손실이나 도파관 불완전 손실이 거의 발생하지 않는다. 산란 손실은 주로 유리의 벌크에서 발생하는 레일리 산란에서 비롯된다.[66][67]
광학 등급 유리 섬유에서의 빛 산란은 유리 구조의 분자 수준 불규칙성(조성 변동) 때문에 발생한다. 산란은 산란되는 빛의 파장과 산란 중심의 크기에 따라 달라진다. 광섬유에서 산란되는 빛의 세기는 레이리 산란과 일치하며, 이는 산란 중심이 전파되는 빛의 파장보다 훨씬 작다는 것을 의미한다. 레이리 산란은 유리의 밀도 변동과 도펀트 농도 변동에서 비롯된다.
이산화 게르마늄이나 불소와 같은 도펀트는 코어와 클래딩 사이의 굴절률 차이를 만드는 데 사용된다. 레이리 산란 계수 ''R''은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
:
여기서 Rd는 밀도 변동에 대한 레이리 산란, Rc는 도펀트 농도 변동에 대한 레이리 산란을 나타낸다.
:
여기서 λ는 파장, n은 굴절률, p는 광탄성 계수, βc는 등온 압축률, kB는 볼츠만 상수, Tf는 가상 온도이다. 밀도 변동에 대한 산란에 영향을 미치는 중요한 변수는 유리의 가상 온도이며, 가상 온도가 낮을수록 더 균질한 유리와 더 낮은 레이리 산란이 발생한다.
낮은 도펀트 농도의 경우 Rc는 x(dn/dx)2에 비례하는데, 여기서 x는 SiO2 기반 유리에서 도펀트의 몰 분율이고 n은 유리의 굴절률이다. 이산화 게르마늄(GeO2) 도펀트를 사용하여 섬유 코어의 굴절률을 높이면 레이리 산란의 농도 변동 성분과 섬유의 감쇠가 증가한다. 따라서 감쇠가 가장 낮은 섬유는 코어에 GeO2를 사용하지 않고 클래딩의 굴절률을 낮추기 위해 클래딩에 불소를 사용한다.
높은 광 출력에서는 섬유의 비선형 광학 과정에 의해서도 산란이 발생할 수 있다.
실리카는 넓은 파장 범위에서 우수한 광 투과율을 보인다. 특히 1.5 μm 부근의 근적외선(근적외선) 영역에서 실리카는 0.2dB/km 정도의 매우 낮은 흡수 및 산란 손실을 가질 수 있다. 이러한 낮은 손실은 초고순도 실리카를 사용해야 하며, 1.4 μm 영역에서 높은 투명도는 수산기(OH)의 농도를 낮게 유지함으로써 달성된다. 반대로, 자외선(UV) 영역에서의 투과에는 높은 OH 농도가 더 좋다.[68]
실리카는 높은 온도에서 섬유로 가공될 수 있으며, 넓은 유리 전이 온도 범위를 가진다. 실리카 섬유는 용융 스플라이싱 및 절단이 비교적 효과적이고, 높은 기계적 강도를 갖는다. 또한 화학적으로 불활성이며, 흡습성이 없다.
실리카 유리는 굴절률을 조절하거나 활성 섬유를 얻기 위해 다양한 물질로 도핑될 수 있다.
이러한 특성 때문에 실리카 섬유는 통신, 섬유 레이저, 섬유 증폭기 및 광섬유 센서 등 다양한 광학 응용 분야에서 최고의 재료로 선택된다.[69][70][71][72][73][74][75][76]
플루오르화물 유리는 중금속 플루오르화물 유리(HMFG)를 포함하며, 낮은 광 감쇠를 나타내지만 제조가 어렵고 취약하며 습기에 약하다. 플루오르화물 섬유는 중간적외선 분광법, 광섬유 센서, 온도 측정, 이미징 및 의료 응용 분야에 사용된다.[77][78]
인산염 유리는 희토류 이온의 농도가 높은 광섬유에 있어 실리카 유리보다 유리할 수 있다. 불화물 유리와 인산염 유리의 혼합물은 불소인산염 유리이다.[79][80]
칼코겐화물 유리는 원적외선 전송용 섬유를 만드는 데 사용될 수 있다.[81]
4. 3. 특수 광섬유
일부 특수 목적 광섬유는 비원통형 코어 또는 클래딩 층으로 구성되며, 일반적으로 타원형 또는 직사각형 단면을 갖는다. 여기에는 광섬유 센서에 사용되는 편광 유지 광섬유와 속삭이는 회랑 모드 전파를 억제하도록 설계된 광섬유가 포함된다.[1]
포토닉 결정 광섬유는 규칙적인 패턴의 굴절률 변화(종종 광섬유 길이를 따라 달리는 원통형 구멍 형태)로 만들어진다. 이러한 광섬유는 광을 광섬유 코어에 가두기 위해 전반사 대신 또는 전반사와 함께 회절 효과를 사용한다. 광섬유의 특성은 다양한 응용 분야에 맞게 조정할 수 있다.[1]
플라스틱 광섬유(Plastic optical fiber)는 유리 광섬유에 비해 전송 손실이 커서 장거리 고속 전송에는 적합하지 않지만, 저렴하고 코어 지름이 크며 굴곡에 강하다는 장점이 있다. 또한 광섬유끼리의 접속이나 광섬유와 기기의 접속이 비교적 용이하고, 비중이 작고 가볍기 때문에 근거리 전송에 주로 사용된다.[1]
포토닉 결정 파이버라 불리는 새로운 구조의 광섬유도 등장하고 있다. 클래드 부분에 등간격의 공극이 만들어져 있다는 공통점을 가지며, 다음과 같은 두 가지 유형이 있다.[1]
5. 제조 과정
광섬유 제조는 크게 모재(Preform) 제작과 연선(Drawing) 과정으로 나뉜다. 모재는 광섬유의 기본 구조를 갖춘 유리 봉으로, 이 모재를 가열하여 늘여서 가느다란 광섬유를 만든다.
모재 제작 방법에는 MCVD법, OVD법, VAD법 등이 있다. MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition)법은 석영 유리관 내부에 원료 가스를 주입하여 가열, 산화물을 퇴적시켜 모재를 만든다. OVD(Outside Vapor Deposition)법은 타겟 로드에 유리 원료 가스를 분사하여 수트(soot)를 퇴적시킨 후, 수트 모재를 가열하여 투명한 광섬유 모재를 얻는다. VAD(Vapor phase axial deposition)법은 산소-수소 혼합 기체 화염 속에서 유리를 정제하고, 막대 위에 쌓아 길게 만드는 방법이다.
연선 과정에서는 모재를 2000°C 이상의 고온으로 가열하여 가늘게 뽑아 광섬유를 만든다. 이때 광섬유 표면 오염을 막기 위해 깨끗한 환경이 필요하며, 즉시 1차 피복을 하여 강도를 보존한다.
5. 1. 모재(Preform) 제작
적절한 부착대(흑연·사기의 봉이나 고순도 석영관)를 축 방향으로 회전시키면서 그 내부(MCVD법)나 외부(OVD법: outside vapor phase deposition)에 불꽃 가수분해 반응에 의해 게르마늄·붕소·인 등이 합성된 산화규소층을 수십 회에 걸쳐 부착시킨 다음, 1700°C 이상의 높은 온도의 불꽃으로 서서히 가열하여 수축시키면 모재가 완성된다.[115] 이때 게르마늄 등 원소의 포함량을 조절하면 모재의 굴절률 분포를 임의로 조절할 수 있게 된다. 광섬유의 손실 등 광학적 특성이 거의 이 과정에서 결정되므로 매우 주의 깊게 진행된다. 이 밖에 석영 막대 끝에 직접 모재를 성장시키는 VAD(vapor phase axial deposition)법도 있다.[114][116]5. 2. 인출(Drawing)
광섬유는 모재(preform)라고 하는 지름 1cm 내외의 봉을 광섬유 구조와 동일하게 만든 다음, 고열로 녹여 늘여서 완성한다.모재를 2,000°C 이상의 고온으로 국부 가열하여 가늘게 뽑으면 광섬유가 된다. 열원(熱源)으로는 주로 전기저항로, 고주파유도로, 이산화탄소 레이저 등이 사용된다. 이 과정은 불순물에 의해 광섬유 표면이 오염되어 강도가 저하되지 않도록 정결한 분위기가 필요하며, 기계적 강도 보존과 취급 편의를 위해 뽑는 즉시 1차 피복을 한다. 피복 재료로는 화학적으로 안정되고 수분 침투를 막을 수 있는 실리콘수지, 에폭시아크릴레이트, 래커, 우레탄, EVA 등이 사용된다. 광섬유 바깥지름은 이 과정에서 약 1μm 오차 이내로 균일하게 조정된다.[114]
5. 3. 코팅(Coating)
광섬유는 제조 과정에서 기계적 강도를 높이고 취급을 용이하게 하기 위해 즉시 1차 피복(코팅)을 한다. 이 코팅 재료로는 화학적으로 안정되고 수분 침투를 막을 수 있는 실리콘 수지, 에폭시 아크릴레이트, 래커, 우레탄, EVA 등이 사용된다.[105] 광섬유의 바깥 지름은 이 과정에서 약 1μm 오차 이내로 균일하게 조정된다.클래드 재료에는 굴절률이 낮은 불소계 폴리머가 사용된다. 코어 재료에는 높은 굴절률, 투명성, 강도 등이 필요하며, 다음과 같은 재료들이 주로 사용된다.
| 재료 | 특징 | 용도 |
|---|---|---|
| 완전 불소화 폴리머 | C-H 결합을 C-F 결합으로 완전히 치환하여 진동 흡수를 장파장 쪽으로 변화시켜 광학 손실을 줄임. | GI형 |
| 폴리메타크릴산메틸(PMMA)계 | 저렴하고 기계적 특성이 우수하며, 가시광선 투과율이 우수함. 원료에서 파이버 제품까지 완전 밀폐 상태로 연속 생산 가능. | SI형 |
| 폴리카보네이트 | PMMA에 비해 내열성이 높음. | 자동차용 등 |
| 폴리스티렌 | 벤젠 고리를 가지고 있어 가시광선 영역에서 손실이 큼. | |
| 중수소화 폴리머 | C-H 결합을 C-D 결합으로 일부 치환하여 진동 흡수를 장파장 쪽으로 변화시켜 광학 손실을 줄임. 강도 특성 저하는 없지만, 흡수에 의한 광학적 특성 열화가 큼. |
6. 장단점
광섬유는 굴절률이 높은 코어(core)와 굴절률이 낮은 클래드(clad)로 구성되어 빛이 코어 내부에서 전반사하며 전송되는 원리를 이용한다. 외경이 0.1~0.2mm 정도로 매우 가늘며, 코어에 입사된 빛은 특정 각도(임계각) 이내에서 전송된다. 이 각도는 개구수(NA)로 표현되며, 통신용 광섬유의 NA는 0.2~0.25 정도이다. 광섬유 내에는 각도가 큰 고차 모드와 각도가 작은 저차 모드가 존재하는데, 저차 모드일수록 광대역 및 장거리 전송에 유리하다.
실리카를 주재료로 사용하며, 넓은 파장 범위에서 우수한 광 투과율을 보인다. 특히 1.5 μm 부근의 근적외선 영역에서 매우 낮은 흡수 및 산란 손실을 가진다.[68] 높은 온도에서 섬유로 가공될 수 있고, 유리 전이 온도 범위가 넓으며, 용융 스플라이싱 및 절단이 비교적 용이하다. 또한, 기계적 강도가 높고 화학적으로 불활성이며, 흡습성이 없다.
이산화게르마늄(GeO2)이나 산화알루미늄(Al2O3) 등으로 굴절률을 조절하거나, 희토류 도핑을 통해 활성 섬유를 만들 수 있다. 높은 광 손상 임계값을 가져 레이저 유도 고장에 대한 경향이 낮다.
광섬유의 손실은 흡수, 산란, 방사, 접속 손실 등으로 나눌 수 있다. 흡수 손실은 전이 금속 이온이나 수산기(OH)에 의해 발생하며, 산란 손실은 구조 불완전성이나 결정 등의 이물질에 의해 발생한다. 방사 손실은 광섬유의 굽힘, 접속 손실은 광섬유 접속면에서의 반사(프레넬 손실)나 어긋남 등에 의해 발생한다.
단일모드 광섬유는 빛이 단일 모드로 전송되는 광섬유로, 장거리 통신용 유리 광섬유에 주로 사용된다. 다중모드 광섬유에 비해 전송 손실이 작아 장거리 전송에 적합하지만, 굽힘에 약하고 취급이 복잡하며 고가이다.[122]
석영계 유리 광섬유 외에 플루오르화 지르코늄(ZrF₄) 및 플루오르화 알루미늄(AlF₃) 등을 주성분으로 하는 광섬유도 있으며, 이들은 석영계 유리 광섬유와 다른 특징을 가져 전송용 이외의 용도로 사용된다.
6. 1. 장점
광섬유는 다음과 같은 장점을 가진다.- 기가 인터넷 서비스에 100% 대응 가능하며, 구리선보다 전송 속도가 빠르고 대용량 전송이 가능하다.
- 좁은 공간에 많은 선을 설치할 수 있다.
- 구리선보다 가격이 저렴하다.[130] (많은 사람들이 광섬유가 구리선보다 비싸다고 알고 있지만, 실제로는 더 싸다.)
- 구리선보다 수명이 길다.
- 빛으로 전달되어 신호 간섭이 없고, 구리선보다 잡음이 적다.
- 혼선 및 도청 위험이 적다.
- 넓은 파장 범위에서 우수한 광 투과율을 보인다. 특히 1.5 μm 부근의 근적외선 영역에서 매우 낮은 흡수 및 산란 손실(0.2 dB/km)을 가진다.[68]
- 높은 온도에서 섬유로 가공 가능하며, 유리 전이 온도 범위가 넓다.
- 용융 스플라이싱 및 절단이 비교적 효과적이다.
- 섬유가 너무 두껍지 않고 표면이 잘 준비된 경우, 당기는 힘과 구부리는 힘에 대해 높은 기계적 강도를 갖는다.
- 섬유 끝단을 단순히 절단하는 것만으로도 광학적으로 깨끗한 평평한 표면을 얻을 수 있다.
- 화학적으로 불활성이며, 흡습성이 없다(물을 흡수하지 않는다).
- 다양한 물질로 도핑하여 굴절률을 조절하거나, 레이저 활성 이온을 도핑하여 활성 섬유를 만들 수 있다.
- 높은 광 손상 임계값을 가져 레이저 유도 고장 경향이 낮다.[69][70][71][72][73][74][75][76]
이러한 특성 덕분에 광섬유는 통신(플라스틱 광섬유를 사용하는 매우 짧은 거리 제외), 섬유 레이저, 섬유 증폭기, 광섬유 센서 등 다양한 광학 응용 분야에서 널리 사용된다.
6. 2. 단점
광섬유는 제조 물성이 한정적이며, 공정 다양성이 상대적으로 적고 제조가 까다롭다.[68] 특히 활성 섬유의 경우, 순수 실리카는 희토류 이온에 대한 용해도가 낮아 도펀트 이온의 클러스터링으로 인한 켄칭 효과를 초래할 수 있다. 이러한 점에서 알루미노실리케이트가 더 효과적이다.[69][70][71][72][73][74][75][76]단일 모드 광섬유는 다중 모드 광섬유에 비해 코어 지름이 가늘어 굽힘에 약하고, 케이블 연결 시 전용 장비를 사용하여 단말 가공 및 용융 접합해야 하므로 취급이 복잡하다.[122] 또한, 가격이 비싸다.
플루오르화 지르코늄(ZrF₄) 및 플루오르화 알루미늄(AlF₃) 등을 주성분으로 하는 광섬유는 제조 및 가공이 매우 어려워 제품화에 성공한 기업은 세계적으로 몇몇 회사에 불과하다.
7. 용도
광섬유는 통신, 센서, 의료, 조명 등 다양한 분야에서 활용된다.
광통신 시스템에서는 특수 레이저를 광원으로 사용하여 빠른 속도로 켜짐과 꺼짐을 반복하며 부호화된 메시지를 보낸다. 광섬유는 구리 케이블보다 정보 전송 용량이 크고, 전자기 간섭을 받지 않아 정보 손실이 적으며, 신호 증폭을 덜 해도 잘 전송된다. KT, SK브로드밴드, LG유플러스 등 통신 회사들이 광섬유 케이블망을 구축하여 기가 인터넷 서비스를 제공하고 있다.
광섬유는 빛의 강도, 위상, 편광, 파장 변화를 통해 변형, 온도, 압력 등 물리량을 측정하는 센서로 사용될 수 있다. 분산형 음향 센싱이 그 예시이다. 또한, 광섬유 자이로스코프(FOG)는 사냐크 효과를 이용하여 기계적 회전을 감지한다. 광섬유 센서는 고급 침입 감지 시스템에도 사용된다.
의료 분야에서는 가늘고 유연한 광섬유를 혈관이나 폐 등에 삽입하여 관절경 등에 사용하며, 수술용 레이저에도 활용된다.
광섬유는 조명용으로도 사용되는데, 반도체나 LCD 제조 공정, 박물관 유물 조명, 경관 조명 등에 활용된다. 광원은 할로겐램프, 메탈할라이드 램프, LED 등이 사용된다.
이 외에도 도광관, 이미징 광학, 구조물 건전성 모니터링, 분광법, 광섬유 레이저, 광 증폭기 등 다양한 분야에서 활용된다.
7. 1. 통신
파장분할다중화(WDM)를 사용하면 각 광섬유는 서로 다른 파장의 빛을 사용하는 여러 개의 독립적인 채널을 전송할 수 있다. 광섬유당 순 데이터 전송률은 채널당 데이터 전송률에서 오류정정부호(FEC) 오버헤드를 뺀 값에 채널 수(일반적으로 상용 고밀도 WDM 시스템에서는 최대 80개)를 곱한 값이다.| 날짜 | 이정표 |
|---|---|
| 2006 | NTT에 의한 111 Gbit/s[44][45] |
| 2009 | Bell Labs에 의한 100 Pbit/s·km (7000km 광섬유 하나에 15.5 Tbit/s)[46] |
| 2011 | 단일 코어에서 101 Tbit/s (각 273 Gbit/s인 370개 채널)[47] |
| 2013년 1월 | 다중 코어(광경로) 광섬유 케이블을 통한 1.05 Pbit/s 전송[48] |
| 2013년 6월 | 4-모드 궤도각운동량 다중화를 사용한 단일 채널당 400 Gbit/s[49] |
| 2022년 10월 | 광 집적 회로를 사용한 1.84 Pbit/s[50][51] |
| 2023년 10월 | NICT에 의한 22.9 Pbit/s[52] |
사무실 건물의 네트워크와 같이( 사무실까지의 광섬유 참조) 단거리 응용 프로그램의 경우, 광섬유 케이블을 사용하면 케이블 덕트의 공간을 절약할 수 있다. 이는 일반적으로 100 Mbit/s 또는 1 Gbit/s 속도로 작동하는 표준 카테고리 5 케이블과 같은 전기 케이블보다 단일 광섬유가 훨씬 많은 데이터를 전송할 수 있기 때문이다.
광섬유는 장치 간 단거리 연결에도 자주 사용된다. 예를 들어, 대부분의 고화질 텔레비전은 디지털 오디오 광 연결을 제공한다. 이를 통해 광학 TOSLINK 연결을 통해 S/PDIF 프로토콜을 사용하여 빛을 통해 오디오를 스트리밍할 수 있다.
전자기의 영향을 받지 않고 가느다란 신호선으로 고속 신호를 장거리에 전송할 수 있기 때문에 디지털 통신을 중심으로 많은 통신 용도에 사용되고 있다. 2023년 현재, 1개의 광섬유에서 1.7 Pbps의 통신 용량을 가진 결합형 19코어 광섬유가 개발되었다[98]. 무중계 전송에서는 100km 간격[99]의 것이 실용화되었다[100].
7. 2. 센서
광섬유는 원격 감지에 여러 용도로 사용된다. 어떤 경우에는 광섬유 자체가 센서 역할을 하며, 빛의 특성 변화를 분석하는 장치에 빛을 전달한다. 다른 경우에는 광섬유를 사용하여 센서를 측정 시스템에 연결한다.광섬유는 빛의 강도, 위상, 편광, 파장 또는 통과 시간의 변화를 통해 변형, 온도, 압력 등 물리량을 측정하는 센서로 사용될 수 있다. 빛의 강도를 변화시키는 센서는 단순한 광원과 검출기만 필요하므로 가장 간단하다. 이러한 광섬유 센서는 필요에 따라 최대 1미터까지 분산 감지를 제공할 수 있다는 장점이 있다. 분산형 음향 센싱이 그 예시이다.
반대로, 소형화된 감지 요소를 광섬유 끝에 통합하여 고도로 국지적인 측정을 제공할 수 있다.[53] 이러한 요소는 다양한 마이크로 및 나노 제작 기술을 통해 구현될 수 있으며, 광섬유 끝의 미세 경계를 넘지 않아 피하 주사 바늘을 통해 혈관에 삽입하는 등의 응용 분야에 사용 가능하다.
외인성 광섬유 센서는 일반적으로 다중 모드 광섬유 케이블을 사용하여 비광섬유 광센서 또는 광 트랜스미터에 연결된 전자 센서로부터 변조된 빛을 전송한다. 외인성 센서의 주요 장점은 접근이 불가능한 곳에 도달할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 광섬유를 사용하여 엔진 외부의 복사열을 고온계로 전송하여 제트 엔진 내부 온도를 측정할 수 있다. 외인성 센서는 전력 변압기의 내부 온도를 측정하는 데에도 사용될 수 있는데, 이는 극심한 전자기장으로 인해 다른 측정 기술이 불가능한 환경이다. 외인성 센서는 진동, 회전, 변위, 속도, 가속도, 토크 및 비틀림을 측정한다. 빛의 간섭을 이용한 자이로스코프의 고체 버전이 개발되었다. 광섬유 자이로스코프(FOG)는 움직이는 부품이 없으며 사냐크 효과를 이용하여 기계적 회전을 감지한다.
광섬유 센서는 고급 침입 감지 보안 시스템에도 사용된다. 빛은 울타리, 파이프라인 또는 통신 케이블에 설치된 광섬유 센서 케이블을 따라 전송되고, 반환 신호는 교란에 대해 모니터링되고 분석된다. 이 반환 신호는 디지털 방식으로 처리되어 교란을 감지하고 침입이 발생하면 경보를 울린다.
광섬유는 광학 화학 센서 및 광학 바이오센서의 구성 요소로 널리 사용된다.[54]
광섬유를 통과하는 빛의 변화를 통해 다양한 정보를 얻고 측정할 수 있으며, 광섬유 자체가 센서 역할을 한다.
- '''산란을 이용한 측정'''
- 온도 측정: 광섬유 길이에 걸친 1차원 온도 분포를 얻을 수 있다.
- '''간섭을 이용한 측정'''
- 광섬유 자이로스코프
- 광섬유의 굴절률: 일정 간격으로 펄스를 전송하고 되돌아오는 난반사 시간을 측정함으로써 광섬유의 굴절률을 정확하게 검출할 수 있다. 이를 통해 터널 공사 현장과 같은 지반의 변형을 검출하여 붕괴 사고 등을 예방할 수 있다고 여겨진다.
- '''분산된 형광체를 이용한 측정'''
- 방사선 측정 장치: 광섬유 내에 형광체를 분산시킴으로써 방사선이 입사될 때 가시광선을 방출하고, 그것이 전달되어 단면에서 검출할 수 있다.[124]
7. 3. 의료
가늘고 유연하게 잘 가공된 광섬유는 혈관이나 폐와 같이 속에 빈 공간이 있는 인체 장기에 삽입되어 수술하지 않고도 환자의 몸속을 볼 수 있는 관절경 등에 사용된다.[55] 또한 온도나 압력 측정기와 수술용 레이저에도 광섬유를 사용한다.7. 4. 조명 및 기타
광섬유는 조명용으로 사용된다. 반도체나 LCD 제조업체에서 공정간 VISION 검사용으로 광섬유를 가공하여 사용하며, 박물관에서도 유물을 비추는 조명으로 광섬유를 사용한다. 최근에는 경관조명으로도 활용되고 있다. 광섬유를 조명용으로 사용할 때에는 광원이 필수적으로 사용되어야 한다. 광원은 할로겐램프나 메탈할라이드 램프, 최근에는 LED가 주로 사용된다.
광섬유는 의료 및 기타 응용 분야에서 명확한 시야가 확보되지 않은 대상에 밝은 빛을 비춰야 할 경우 도광관으로 사용된다. 많은 현미경은 연구 중인 샘플을 강하게 비추기 위해 광섬유 광원을 사용한다.
광섬유는 이미징 광학에도 사용된다. 때로는 렌즈와 함께 응집된 섬유 다발을 사용하여 내시경이라고 하는 길고 가는 이미징 장치를 만들어 작은 구멍을 통해 물체를 볼 수 있다. 의료용 내시경은 최소 침습적 탐색 또는 수술 절차에 사용된다. 산업용 내시경(섬유관찰경 또는 보어스코프)은 제트 엔진 내부와 같이 접근하기 어려운 모든 것을 검사하는 데 사용된다.
일부 건물에서는 광섬유가 지붕에서 건물의 다른 부분으로 햇빛을 안내한다(비이미징 광학 참조). 광섬유 램프는 상업용 간판, 예술 작품, 장난감 및 인공 크리스마스 트리를 포함한 장식용 조명에 사용된다. 광섬유는 광 투과 콘크리트 건축 자재 LiTraCon의 본질적인 부분이다.
광섬유는 구조물 건전성 모니터링에도 사용할 수 있다. 이러한 유형의 센서는 구조물에 지속적인 영향을 미칠 수 있는 응력을 감지할 수 있다. 이는 아날로그 감쇠를 측정하는 원리에 기반한다.
분광법에서 광섬유 다발은 분광기 자체 내부에 배치할 수 없는 물질에 분광기에서 빛을 전달하여 그 구성을 분석한다. 분광기는 빛을 물질에 반사시키고 통과시켜 물질을 분석한다. 섬유를 사용하면 분광기를 사용하여 원격으로 물체를 연구할 수 있다.[57][58][59]
어븀과 같은 특정 희토류 원소로 도핑된 광섬유는 광섬유 레이저 또는 광 증폭기의 이득 매질로 사용할 수 있다. 희토류 도핑 광섬유는 일반(비도핑) 광섬유 라인에 짧은 도핑 섬유 섹션을 이어 붙여 신호 증폭을 제공하는 데 사용할 수 있다. 도핑된 섬유는 신호파 외에도 라인에 결합된 두 번째 레이저 파장으로 광 펌핑된다. 두 파장의 빛은 도핑된 섬유를 통해 전달되어 두 번째 펌프 파장에서 신호파로 에너지를 전달한다. 증폭을 일으키는 과정은 유도 방출이다.
광섬유는 비선형 매질로도 널리 활용된다. 유리 매질은 다양한 비선형 광학적 상호 작용을 지원하며, 섬유에서 가능한 긴 상호 작용 길이는 다양한 현상을 가능하게 하여 응용 및 기본적인 조사에 활용된다.[60] 반대로 섬유 비선형성은 광 신호에 해로운 영향을 미칠 수 있으며, 이러한 원치 않는 효과를 최소화하기 위한 조치가 종종 필요하다.
파장 시프터로 도핑된 광섬유는 물리학 실험에서 섬광체 빛을 수집한다.
권총, 소총 및 산탄총용 광섬유 사이트는 광섬유 조각을 사용하여 사이트의 표시를 더 잘 보이게 한다.
- 1980년대, 모형 잡지 호비재팬(ホビージャパン)이 고안·기획하여 여러 차례 시도된 모형의 전등 장식 개조. 주로 우주선(스타트렉이나 스타워즈 시리즈 및 건담 등) 프라모델 개조가 중심이었고, 이를 계기로 당시 모형 제작자들 사이에서 유행했다.
- 1990년대 중반부터 크리스마스 트리의 전등 장식에도 사용되고 있다.
- 절단면이 발광하는 것을 이용한 장식용으로 사용되는 경우가 있다. 하나의 광원으로 여러 곳을 장식할 수 있는 장점을 살려 인테리어 상품에 활용되고 있다. 예를 들어, 국내외 유명 관광지 풍경 사진 포스터에 구멍을 뚫고 뒤에서 광섬유를 통해 발광시켜 빌딩 조명, 주행 차량 헤드램프, 별빛 등을 표현한다. 실내 조명의 광량이 약한 방에서는 사진 이미지가 어두워 잘 보이지 않고, 또한 가까이 있는 발광점들 사이의 광량 조절에 따른 증발 현상까지 겹쳐 깜빡이는 광점만 보이는 문제가 발생하여, 효과적인 해결책은 현재까지도 찾지 못하고 있다. 광섬유 배치에 따라 도로를 주행하는 차량 행렬의 움직임도 표현하고 있다.
8. 광섬유 제조업체
광섬유 제조 공정은 매우 정밀하며, 광섬유의 성능과 내구성에 큰 영향을 미친다. 현대의 유리 광섬유 인출 공정은 이중 코팅 방식을 사용하여 미세 굽힘으로 인한 감쇠를 최소화하고 기계적 손상으로부터 광섬유를 보호한다. 내부 주 코팅은 충격 흡수체 역할을 하며, 외부 이차 코팅은 기계적 손상에 대한 장벽 역할을 한다.[84] 광섬유 코팅은 습기와 긁힘으로부터 광섬유를 보호하여 장기적인 신뢰성을 보장한다.[70]
광섬유 케이블은 다양한 환경 조건에서 광섬유를 보호하기 위해 여러 층의 보호 구조로 이루어져 있다. 외부 재킷과 버퍼 튜브는 습기, 온도 변화, 물리적 충격 등으로부터 광섬유를 보호한다. 또한, 아라미드 원사나 유리 원사로 보강하여 기계적 강도를 높이고 설치류나 흰개미로부터 케이블 코어를 보호하기도 한다.[86][87]
8. 1. 세계 주요 업체
| 순위 | 기업명 | 국가 | 점유율 (%) |
|---|---|---|---|
| 1 | 코닝 | 미국 | 17.22 |
| 2 | 후루카와 전기공업 | 일본 | 12.41 |
| 3 | YOFC (장페이 광섬유 광랜) | 중국 | 12.18 |
| 4 | ZTT (중톈 과학기술 그룹) | 중국 | 9.35 |
| 5 | HTGD (헝퉁 광전) | 중국 | 8.84 |
| 6 | FUTONG (푸퉁 그룹) | 중국 | 8.70 |
| 7 | 스미토모 전기공업 | 일본 | 8.43 |
| 8 | 프리즈미안 | 이탈리아 | 8.17 |
| 9 | FiberHome (펑훠 통신 과학기술 주식회사) | 중국 | 7.76 |
| 10 | 후지쿠라 | 일본 | 5.53 |
| 기타 | 1.41 |
8. 2. 국내 주요 업체
다음은 2022년 1월 일본 내 광섬유 관련 업체들의 시장 점유율이다.[126]| 순위 | 기업명 | 점유율 |
|---|---|---|
| 1 | 후지쿠라 | 21.6% |
| 2 | 일본제선 | 19.6% |
| 3 | 스미토모 전기공업 | 11.8% |
| 4 | 후루카와 전기공업 | 11.8% |
| 5 | 주피터코퍼레이션 | 7.8% |
| 6 | 알라이드텔레시스 | 7.8% |
| 7 | 스미토모전공옵티프론티어 | 3.9% |
| 8 | 쇼와전선케이블시스템 | 3.9% |
| 9 | 암페놀 재팬 | 3.9% |
| 10 | 다이토론 | 3.9% |
9. 관련 항목
참조
[1]
서적
Optical fiber communications: principles and practice
Pearson Education
2009
[2]
웹사이트
Birth of Fiberscopes
http://www.olympus-g[...]
Olympus Corporation
2015-04-17
[3]
학술지
Review of the present status of optical fiber sensors
2003
[4]
웹사이트
Optical Fiber
http://www.thefoa.or[...]
The Fiber Optic Association
2015-04-17
[5]
웹사이트
Manufacture of Perfluorinated Plastic Optical Fibers
http://chromisfiber.[...]
chromisfiber.com
2023-09-11
[6]
서적
Senior
[7]
서적
Photonics Essentials
https://web.archive.[...]
McGraw-Hill
2021-02-24
[8]
서적
The Optical Industry & Systems Purchasing Directory
https://books.google[...]
Optical Publishing Company
1984
[9]
서적
Photonic Devices and Systems
https://books.google[...]
Routledge
2017-10-19
[10]
서적
Effective Physical Security
https://books.google[...]
Elsevier Science
2012-11-26
[11]
서적
Senior
[12]
서적
Senior
[13]
웹사이트
Narinder Singh Kapany Chair in Opto-electronics
https://web.archive.[...]
ucsc.edu
2016-11-01
[14]
학술지
On the reflections of a ray of light inside a parabolic liquid stream
[15]
서적
Optical Switching and Networking Handbook
McGraw-Hill
[16]
서적
Notes about Light
[17]
서적
Six Lectures on Light
https://archive.org/[...]
D. Appleton
[18]
웹사이트
How Fiber Optics Was Invented
https://archive.toda[...]
2020-01-20
[19]
서적
City of Light: The Story of Fiber Optics
Oxford University
2004
[20]
학술지
A flexible fiberscope, using static scanning
[21]
웹사이트
Two Revolutionary Optical Technologies
https://web.archive.[...]
2009-10-06
[22]
뉴스
How India missed another Nobel Prize – Rediff.com India News
http://news.rediff.c[...]
2017-02-08
[23]
특허
Mehrstufiges Übertragungssystem für Pulscodemodulation dargestellte Nachrichten.
[24]
특허
Electro-optical transmission system utilizing lasers
[25]
웹사이트
Lunar Television Camera. Pre-installation Acceptance Test Plan
https://history.nasa[...]
1968-03-12
[26]
서적
City of Light, The Story of Fiber Optics
https://books.google[...]
Oxford University Press
[27]
웹사이트
Press Release – Nobel Prize in Physics 2009
http://nobelprize.or[...]
The Nobel Foundation
2009-10-07
[28]
서적
City of Light, The Story of Fiber Optics
https://books.google[...]
Oxford University Press
[29]
웹사이트
1971–1985 Continuing the Tradition
http://www.ge.com/in[...]
General Electric Company
2012-09-28
[30]
웹사이트
About the Author – Thomas Mensah
https://web.archive.[...]
The Right Stuff Comes in Black
2015-03-29
[31]
웹사이트
Executive Profile: Thomas O. Mensah
https://web.archive.[...]
Bloomberg
2015-03-31
[32]
웹사이트
Thomas O. Mensah
https://www.aiche.or[...]
AIChE
2024-07-30
[33]
학회
First Italian Experiment with a Buried Optical Cable
http://www.chezbasil[...]
2022-08-18
[34]
웹사이트
15 settembre 1977, Torino, prima stesura al mondo di una fibra ottica in esercizio.
https://web.archive.[...]
2017-02-15
[35]
웹사이트
Springroove, il giunto per fibre ottiche brevettato nel 1977
https://web.archive.[...]
2017-02-08
[36]
논문
Low-threshold tunable CW and Q-switched fibre laser operating at 1.55 μm
https://eprints.soto[...]
1986-01-30
[37]
논문
Low-noise erbium-doped fibre amplifier operating at 1.54 μm
https://eprints.soto[...]
1987-09-10
[38]
논문
High-gain erbium-doped traveling-wave fiber amplifier
1987
[39]
논문
Photonic Crystal Fibers
2003
[40]
웹사이트
The History of Crystal fiber A/S
http://www.crystal-f[...]
Crystal Fiber A/S
2008-10-22
[41]
doi
[42]
서적
The Photonics Handbook
Laurin Publishing
2003
[43]
보도자료
JANET Delivers Europe's First 40 Gbps Wavelength Service
http://www.ciena.com[...]
Ciena
2007-07-09
[44]
보도자료
14 Tbps over a Single Optical Fiber: Successful Demonstration of World's Largest Capacity
http://www.ntt.co.jp[...]
Nippon Telegraph and Telephone
2006-09-29
[45]
뉴스
111 Gb/s POLMUX-RZ-DQPSK Transmission over 1140 km of SSMF with 10.7 Gb/s NRZ-OOK Neighbours
https://w3.tue.nl/fi[...]
2008
[46]
보도자료
Bell Labs breaks optical transmission record, 100 Petabit per second kilometer barrier
http://www.physorg.c[...]
2009-09-29
[47]
잡지
Ultrafast fibre optics set new speed record
https://www.newscien[...]
2011-04-29
[48]
웹사이트
NEC and Corning achieve petabit optical transmission
http://optics.org/ne[...]
Optics.org
2013-01-22
[49]
논문
Terabit-Scale Orbital Angular Momentum Mode Division Multiplexing in Fibers
http://pdfs.semantic[...]
2013
[50]
보도자료
Petabit per second data transmission speeds from a single chip-scale light source - DTU Electro
https://www.fotonik.[...]
Technical University of Denmark
2022-10-31
[51]
보도자료
New data transmission record
https://www.dtu.dk/e[...]
Technical University of Denmark
2022-10-20
[52]
웹사이트
World Record Optical Fiber Transmission Capacity Doubles to 22.9 Petabits per Second | 2023
https://www.nict.go.[...]
[53]
논문
The optical fiber tip: An inherently light-coupled microscopic platform for micro- and nanotechnologies
2014
[54]
서적
Chemical Sensors and Biosensors: Fundamentals and Applications
John Wiley and Sons
2012
[55]
웹사이트
Electricity Over Glass
https://spectrum.iee[...]
2005-10-01
[56]
웹사이트
Photovoltaic feat advances power over optical fiber
http://www2.electron[...]
2006-06-01
[57]
논문
In situ real-time monitoring of a fermentation reaction using a fiber-optic FT-IR probe
http://www.remspec.c[...]
2001-06
[58]
논문
Reaction monitoring in small reactors and tight spaces
http://www.remspec.c[...]
2002-10
[59]
서적
Handbook of Vibrational Spectroscopy
Wiley
2002
[60]
서적
Nonlinear Fiber Optics
Academic Press
2012-10-10
[61]
웹사이트
EFFECTS OF ELECTROMAGNETIC PULSES ON COMMUNICATION INFRASTRUCTURE
https://securityandt[...]
2024-01
[62]
백과사전
Fibers
https://www.rp-photo[...]
RP Photonics
[63]
논문
Weakly Guiding Fibers
https://opg.optica.o[...]
1971-10-01
[64]
논문
Quasi Single-Mode Fiber With Record-Low Attenuation of 0.1400 dB/km
2024-04-15
[65]
웹사이트
Corning Submarine Optical Fibers
https://www.corning.[...]
Corning Incorporated
[66]
논문
Optical Power Handling Capacity of Low Loss Optical Fibers as Determined by Stimulated Raman and Brillouin Scattering
1972
[67]
백과사전
Brillouin Scattering
https://www.rp-photo[...]
RP Photonics
[68]
논문
Defects in oxide glasses
2005
[69]
논문
Advancements in Mechanical Strength and Reliability of Optical Fibers
1999
[70]
논문
Strength, Degradation, and Coating of Silica Lightguides
1993
[71]
논문
Mechanical stability of oxide glasses
[72]
논문
Strength and fatigue of silica optical fibers
[73]
학회발표
Strength variations in silica fibers
[74]
학회발표
Nonlinear mechanical properties of silica-based optical fibers
[75]
논문
The Strength of Fused Silica
[76]
논문
The structure and strength of glass fibers
[77]
논문
Heavy metal fluoride glasses and fibers: A review
[78]
학회발표
Optical and surface properties of oxyfluoride glass
https://zenodo.org/r[...]
[79]
논문
Mechanical and structural properties of phosphate glasses
[80]
논문
Mechanical properties of phosphate glasses
[81]
논문
Trends and prospects for development of chalcogenide fibers for mid-infrared transmission
[82]
서적
Optical communication systems
Prentice-Hall
[83]
논문
Highly efficient, high-gain, short-length, and power-scalable incoherent diode slab-pumped fiber amplifier/laser
[84]
논문
Double-layer optical fiber coating analysis in MHD flow of an elastico-viscous fluid using wet-on-wet coating process
2017-01-01
[85]
학회발표
Optical Fiber Mechanical Testing Techniques
http://www.rci.rutge[...]
Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers
2019-05-02
[86]
웹사이트
Light collection and propagation
http://zone.ni.com/d[...]
National Instruments Corporation
2007-03-19
[87]
서적
Understanding Fiber Optics
Prentice Hall
[88]
웹사이트
Screening report for Alaska rural energy plan
http://www.dced.stat[...]
2006-04-11
[89]
보도자료
Corning announces breakthrough optical fiber technology
http://www.corning.c[...]
Corning Incorporated
2007-07-23
[90]
웹사이트
Protect your network against fiber hacks
http://blogs.techrep[...]
CNET
2007-05-03
[91]
웹사이트
Optical gels improve fiber-optic connectors and splices
https://www.lightwav[...]
1999-10
[92]
웹사이트
Laser Lensing
https://optek.humane[...]
[93]
논문
Track of a fiber fuse: a Rayleigh instability in optical waveguides
[94]
논문
Origin of 'fiber fuse' is revealed
http://www.photonics[...]
2003-08
[95]
논문
Evaluation of high-power endurance in optical fiber links
http://www.furukawa.[...]
2003-10
[96]
서적
Fiber Optic Communication Systems
Wiley-Interscience
[97]
논문
プラスチック光学繊維
[98]
웹사이트
世界初の標準外径19コア光ファイバを開発し、伝送容量の世界記録を更新
https://prtimes.jp/m[...]
2023-04-28
[99]
참고문헌
[100]
참고문헌
[101]
기타
[102]
참고문헌
[103]
웹사이트
光ファイバ、dB、減衰および測定の概要
http://www.cisco.com[...]
シスコシステムズ
2008-01-24
[104]
기타
[105]
특허
光線通信方式ノ改良
[106]
웹사이트
Dr. Narinder Kapany: The Man Who Bent Light
http://www.sikhfound[...]
[107]
간행물
Indian science slows down: The decline of open-ended research
2004-03-00
[108]
참고문헌
1998
[109]
참고문헌
2008
[110]
참고문헌
2009
[111]
웹사이트
The Nobel Prize in Physics 2009
https://www.nobelpri[...]
Nobel Foundation
2009-10-06
[112]
특허
Mehrstufiges Übertragungssystem für Pulscodemodulation dargestellte Nachrichten.
1967-11-16
[113]
특허
Electro-optical transmission system utilizing lasers
[114]
참고문헌
2007
[115]
참고문헌
1996
[116]
참고문헌
2006
[117]
웹사이트
VAD法の開発
http://www.hct.ecl.n[...]
NTT技術資料舘
2011-02-02
[118]
웹사이트
光増幅器
https://www.ite.or.j[...]
映像情報メディア学会
2018-02-12
[119]
참고문헌
1987
[120]
참고문헌
2006
[121]
간행물
昭和60年版 通信白書
https://www.soumu.go[...]
総務省
1985-00-00 # 추정 날짜. 쇼와 60년은 1985년입니다. 정확한 날짜 정보가 필요합니다.
[122]
웹사이트
光ファイバ接続の基礎知識
https://www.optigate[...]
住友電工 Optigate
2019-09-10
[123]
일반텍스트
[124]
웹사이트
放射線検出用光ファイバー
http://www.kuraray.c[...]
[125]
웹사이트
The Top 10 Competitiveness Enterprises in the Optical Communications Industry of China & Global market in 2019
http://list.nti.news[...]
2022-02-12
[126]
웹사이트
【2022年版】光ファイバーケーブル製造メーカー12社一覧
https://metoree.com/[...]
メトリー
2022-02-12
[127]
Youtube
빛의 전반사 실험 (광섬유)
https://www.youtube.[...]
EBS
2016-01-23
[128]
뉴스
4차 산업혁명과 '유리' 시대
https://news.naver.c[...]
전자신문
2020-01-30 # 기사 수정일을 사용
[129]
뉴스
'광섬유 센서' 기술로 고속도로 사면붕괴 사고 막는다
https://news.naver.c[...]
전자신문
2020-02-19
[130]
웹사이트
How Fiber Optics Work
http://www.howstuffw[...]
Howstuffworks
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