fiber optics

Fiber Optics

지식공학실 김두현

차례

Physical Layer

광섬유의 역사Fiber Optics

제조과정광통신 시스템광섬유의 전송 특성광섬유 케이블 포설

Physical Layer

Transmission Media Guided Transmission Media

• Twisted Pair• Coaxial Cable• Fiber Optics

Unguided Transmission Media• Radio• Microwave• satellite

Physical Layer

Twisted Pair 개요

• 가장 오래되고 많이 사용되는 일반적인 전송매체• 전화 시스템과 랜에서 많이 사용• 구리선을 나선형 모양으로 꼬아서 구성

특징• 아날로그 , 디지털 전송이 가능• 선을 꼬아서 전기적 충격을 줄임• 싼 가격과 이미 많은 곳에 연결이 되어 있음• 대역폭은 선의 두께와 거리에 비례

종류• 전화선• UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블

Physical Layer

Coaxial Cable 개요

• 외부의 전류로부터 중앙 전도체를 보호하기 위해 그물 모양으로 짜여 진 구리망에 둘러싸여 있음

• 랜 , 원거리 전화망 , 케이블 TV 등의 전송매체로 사용 특징

• 아날로그와 디지털 전송이 가능• 간섭 현상이 적으며 , 빠른 데이터 전송이 가능• 넓은 범위의 주파수 대역폭을 제공

종류• Baseband Coaxial Cable

– 10 ∼ 12MHz, 디지털 전송에 사용• Broadband Coaxial Cable

– 300 ∼ 400MHz, 아날로그 전송에 사용

Physical Layer

Fiber Optics 개요

• 여러 겹의 유리로 된 섬유를 통하여 빛을 전송• 전송은 한쪽 방향으로만 전송 : 피복안에 2 개의 섬유가 존재• 빛의 전사와 굴절을 이용

특징• 넓은 대역폭• 작은 크기와 적은 무게• 적은 감쇠도

종류• 단일 모드 케이블

– 대용량 , 장거리 공중망에 사용• 다중 모드 케이블

– 데이터 링크용에 사용

Fiber Optics

역사 20 세기 초반에 유리로 된 광섬유가 개발

• 한쪽 끝에 맺힌 영상을 다른 쪽 끝으로 전달 시키는 용도 70 년에 미국 코닝유리회사에서 20 dB/km 의 손실을 갖는

광섬유를 발표하고 , 뒤이어 5 dB/km 의 광섬유 개발 미국 벨 연구소의 MCVD(modified chemical vapor deposition)

법을 이용한 고순도 석영 광섬유가 개발 70 년대 말에는 광섬유의 손실이 최저 0.2 dB/km 까지 줄임 한국의 광섬유 개발은 78 년 KIST 에서 연구 시작 81 년 MCVD 법을 사용하여 최소 1 dB/km 의 손실을 가진

광섬유를 국내 독자적으로 개발

Fiber Optics

구성 요소 코어 (Core) : 빛 통과하는 곳 클래드

• 유리섬유 주위를 보호• Kevlar 섬유 사용

자켓 : 광 케이블의 피복

Fiber Optics

통신용 가정용 · 산업용 등 일반 통신망과 케이블 · 텔레비전 등의

통신매체로 쓰임 산업용 · 군사용 자동 기기의 데이터 전송용 컴퓨터의 각 유닛 (unit) 사이의 데이터 전송용

영상 전달용 주로 짧은 길이 ( 수 m) 의 광섬유 다발로 만들어 의료용

내시경 , 영상증폭기의 부품 등 좁고 굴곡된 부분의 내부를 보는데 사용

검출기용 광섬유가 외부의 변화 즉 압력 · 온도 · 속도 · 자속 등에

예민한 점을 이용하여 고전압전류측정기 , 수중음파탐지기 등에 사용

제조과정 석영유리 (SiO2)

• 광섬유의 재료 석영유리 + 첨가물 (GeO2, P2O5)

• 코어의 굴절률을 클래드의 굴절률 보다 높게 하기 위해 사용

산 화 물 은 할로겐화합물 (GeCl4, POCl3, BCl3) 형태의 기체생태 존재

불순물을 제거 열 산화반응을 이용해서 첨가물을 포함한 석영계 유리가 합성 석영유리의 합성방법

• MCVD(modified chemical vapor deposition method) 법• OVD(outside vapor deposition method) 법• VAD(vapor-phase axial deposition method) 법

제조 과정

OVD 법 수트의 합성

• 회전하고 있는 유리봉의 외부에 화염 중에서 생성한 유리 미립자 증착 • 첨가물의 양을 변화시켜 소정의 굴절률 분포를 갖는 백색의 수트 프리폼

(soot preform) 을 만듬 중심봉의 제거 탈수 및 투명 유리화

• 탈수를 하면서 투명한 유리로 소결시켜 프리즘 생성 광섬유 인발

광통신 시스템

광송신기

광수신기

송신 데이터 광섬유 케이블 수신 데이터

단말기 컴퓨터

전기신호 빛 신호 전기신호

광 송신기 : 전기를 빛 신호로 변환 광 수신기 : 빛을 전기 신호로 변환

광통신의 기본 구성도

광통신 시스템

광원 전기 통신의 반송파와 같이 광통신에서도 반송파를

발생시키는 광원 종류

• 반도체 소자인 발광다이오드 (Light Emitted Diode)• 레이저 다이오드 (Laser Diode) : 고속 , 장거리 광통신에

적합

광통신 시스템변조 직접변조 방식

• 광원을 동작시키는 입력신호를 이용하여 광원에서 직접 변조하는 방식

외부변조방식• 전기 통신에서의 변조 방식과 같이 반도체 소자인

광변조기에서 변조하는 방식

광통신 시스템

다중화 여러 단말기가 회선을 공유해서 사용하기 위한 방식 OTDM(Optical Time Division Multiplexing)

• 여러 개의 전자 신호들을 시간적으로 멀티플렉싱하여 하나의 광섬유를 통해서 전송

• Multiplexing 등의 전자 소자의 속도의 한계 OFDM(Optical Frequency Division Multiplexing)

• 정보를 서로 다른 주파수대로 분할 OWDM(Optical Wavelength Division Multiplexing)

• 정보를 서로 다른 파장으로 분할• 하나의 파장을 통해 전자적으로 처리할 수 있는 최대 속도로

데이터를 보낼 수 있음• 여러 개의 파장을 사용하면 전자적 최대 속도의 몇 배의 속도로

데이터를 보낼 수 있음• 서로 다른 파장으로 발생된 광 신호는 광 멀티플렉서에 의해

하나의 광 신호로 합쳐질 수 있고 , 다시 광 디멀티플렉서에 의해서 각각의 파장의 광 신호로 분리해서 사용

광통신 시스템

광커플러 (Optical Coupler) 광신호를 분기하거나 결합하는 수동소자 광섬유 케이블을 기계에 결합할 때 광신호의 누화가 심함 기능에 따라

• 스플리터 (splitter) : 여러 개의 출력 신호를 분기• 탭 (tap) : 입력 신호의 광전력을 분기• 성형 커플러 (star coupler) : 다입력 다출력• WDM/WDDM : 파장이 다른 광신호를 분기

광섬유의 전송 특성

손실 (Optical loss) 광섬유내에서 광전력 (Power) 이 약해지는 현상 광섬유가 갖는 자체 손실 : 흡수 손실 , 산란손실 외적영향에 의한 손실 : 소자와의 결합손실 , 접속손실 ,

구부림손실 등

분산 광섬유내에서 광신호의 펄스 (Pulse) 가 퍼지는 현상 재료 분산 구조 분산 모드 분산


광섬유 자체 손실 흡수 손실 (Absorption Loss)

• 코어내 재료에 의해 빛이 흡수되어 버리는 현상• 재료의 원료구조에 의한 요인

– 자외선 흡수 , 적외선 흡수• 재료의 불순물에 의한 요인

– 수분 , 천이금속 (철 , 크로 , 코발트 , 구리 등 ) 산란 손실 (Scattering Loss)

• 코어내 재료의 밀도 , 불균일성 등에 의해 빛이 사방으로 흩어져 버리는 현상

• 구조적 불균형 – 코어와 클래드 경계면 , 코어 직경 , 굴절률 , 기포

이물질의 결정


외부적 요인에 의한 손실 소자와의 결합 손실 (Insertion Loss)

• 각 종 소자들과의 접속에서 발생 접속손실 (Splicing Loss)

• 광섬유간의 접속에서 발생하는 손실• 코어축의 어긋남• 두 광섬유단면의 간격• 꺾여 구부러짐• 광섬유 단면의 불완전

구부러짐 손실 (Macrobending Loss)• 광섬유 심선의 구부러짐에 의한 손실• 광케이블의 포설 시 발생

광섬유 케이블 포설

광섬유 케이블 포설 광 통신망을 구성하기 위해 광섬유케이블의 특성 저하를

최소화하고 경제적으로 안전하게 광섬유 케이블을 설치하는 기술 광섬유 케이블 포설 기술의 특징

• 광섬유 케이블의 신뢰도 보장– 포설은 광섬유의 수명에 직접적인 영향을 줌

• 장거리 포설– 접속에 따른 전송손실 경감 및 접속 비용 절감

• 포설 시공 기간 단축 및 경제성


광 섬유 케이블의 기계적 특성 유지 인장력 (Pulling Force)

• 광섬유가 허용할 수 있는 인장력 범위 측압 (lateral Force)

• 광섬유의 강도저하 , 구부림 손실 야기 충격 (Impact)

• 광섬유의 단선 , 외피손상에 의한 수분 침투

장거리 포설의 제한요인 광섬유 케이블의 구조에 의한 요인

• 광케이블의 허용 인장력을 높임 : 제조비용의 경제성에 의한 제한

• 포설 방법의 제한 : 광 케이블의 기계적 특성을 최대한 이용하지 못함


포설 공법의 종류 견인 포설 방법

• 선단 견인 방식– 케이블의 선단을 견인하여 포설하는 방식


• 선단 중간 견인 방식– 케이블의 선단과 중간을 동시에 견인하는 방식

• 인력견인 방식– 견인의 시단점과 종단 지점에 인력을 배치하고

케이블을 인력으로 견인하는 방식

광섬유 케이블 포설 공압포설공법

• 케이블을 관로내 공기 압력으로 불어 넣어 포설하는 공법 양방향포설기법

• 케이블의 양단을 각각의 시단으로하여 정방향 및 역방향으로 포설하는 공법

fiber optics

Documents