광섬유에 대해서/광섬유의 작동원리와 장단점/종류/이용분야

광섬유(optical fiber)란?

광섬유(optical fiber)란, 빛의 전반사를 사용하여 유리 또는 플라스틱으로 만들어진 섬유를 따라 광 펄스로 정보를 전송하는 데이터 전송과 관련된 매체 및 기술입니다. 광섬유(optical fiber)는 장거리나 고성능 데이터 네트워킹에 사용됩니다. 일반적으로 인터넷이나 텔레비전 및 전화와 같은 통신서비스에도 사용이 되는데, 예를 들면 VErizon과 Google은 각각 Verizon FIOS 및 Google Fiber 서비스에서 광섬유를 이용하여 사용자에게 기가비트 인터넷 속도를 제공합니다.
광섬유 케이블에는 유리 섬유가 몇 개에서 최대 수백 개까지 다양하게 있으며 유리 섬유 코어 주변에는 클래딩이라는 또 다른 유리 층이 있습니다. 버퍼 튜브로 알려진 레이어는 클래딩을 보호하고 재킷 레이어는 개별 스트랜드의 최종 보호 레이어 역할을 합니다. 유리섬유는 금속보다 고온에도 잘 견디고, 데이터의 손실이 적으며 전자기적인 간섭의 영향을 받지 않아 주로 쓰입니다. 
광섬유는 전력 및 전송 거리의 요구 사항에 따라 광섬유와 함께 빛의 전파를 촉진하도록 설계되었습니다. 단일 모드 광섬유는 장거리 전송에 사용되는 반면 다중 모드 광섬유는 더 짧은 거리에 사용됩니다. 

 

광섬유(optical fiber)의 작동 원리

광섬유 케이블을 통해 펄스 하는 가벼운 입자 또는 광자 형태로 데이터를 전송합니다. 유리 섬유 코어와 클래딩은 각각 들어오는 빛을 특정 각도로 구부리는 굴절률이 다릅니다. 광 신호가 광섬유 케이블을 통해 전송될 때 일련의 지그재그 바운스로 코어와 클래딩에서 반사되어 내부 전반사라는 프로세스를 준수합니다. 빛 신호는 밀도가 높은 유리 층으로 인해 빛의 속도로 이동하지 않고 대신 빛의 속도보다 약 30 % 느리게 이동합니다. 과정 전반에 걸쳐서 신호를 갱신하거나 증폭하기 위해 광섬유 전송에는 때때로 중계기가 필요합니다.  광 신호를 전기 신호로 변환하고, 그 전기 신호를 처리하고, 광 신호를 재전송하여 광 신호를 재생성합니다.
광섬유 케이블은 최대 10 Gbps 신호를 지원하는 방향으로 이동하고 있습니다. 일반적으로 광섬유 케이블의 대역폭 용량이 증가할수록 비용이 높아집니다.

 

광섬유(optical fiber)의 종류

빛의 전파 모드에 따라 분류했을 때 단일 모드 광섬유와 다중 모드 광섬유 두 가지가 있습니다. 먼저 단일 모드 광섬유는 유리 섬유 코어의 직경이 더 작기 때문에 장거리에 사용됩니다. 작은 개구부는 빛을 단일 빔으로 분리하여 보다 직접적인 경로를 제공하고 신호가 더 먼 거리를 이동할 수 있도록 합니다. 또한 단일 모드 광섬유는 다중 모드 광섬유보다 대역폭이 상당히 높습니다. 단일 모드 광섬유에 사용되는 광원은 일반적으로 레이저입니다. 단일 모드 광섬유는 더 작은 개구부에서 레이저 광을 생성하기 위해 정확한 계산이 필요하기 때문에 일반적으로 더 비쌉니다.
다중 모드 광섬유는 더 짧은 거리에 사용됩니다. 더 큰 코어 개방으로 인해 광 신호가 더 많이 반사될 수 있기 때문입니다. 직경이 클수록 케이블을 통해 한 번에 여러 광 펄스를 전송할 수 있으므로 더 많은 데이터 전송이 가능합니다. 이것은 신호 손실, 감소 또는 간섭 가능성이 더 많다는 것을 의미합니다. 다중 모드 광섬유는 일반적으로 LED를 사용하여 광 펄스를 생성합니다.
구리 와이어 케이블이 수년 동안 통신, 네트워킹 및 케이블 연결을 위한 전통적인 선택이었지만 이제 광섬유가 대안이 되어 대부분의 전화 회사 장거리 회선은 광섬유 케이블로 만들어집니다. 광섬유는 더 높은 대역폭과 더 빠른 속도로 인해 기존 구리선보다 더 많은 정보를 전달합니다. 유리는 전기를 전도하지 않기 때문에 광섬유는 전자기 간섭을 받지 않으며 신호 손실이 최소화됩니다.

 

 

광섬유(optical fiber)의 장점과 단점

장점

• 구리선보다 높은 대역폭 용량 지원.
• 빛은 많은 신호 증폭 없이 더 멀리 이동할 수 있다.
• 전자기 간섭 같은 간섭에 덜 민감하다.
• 물에 잠길 수 있어서 해저 케이블과 같이 위험한 환경에서도 사용됨
• 구리선보다 더 강하고 얇고 가벼우며, 자주 유지하거나 교체할 필요가 없다.
  
  

단점

• 유리 섬유는 구리보다 외부 케이블 내에서 더 많은 보호가 필요함.
• 새 케이블 설치는 노동 집약적이다.
• 광섬유 케이블은 종종 취약할 때가 있는데, 예를 들어 케이블이 몇 센티미터 반경 주위로 구부러 지거나 구부러지면 광섬유가 끊어 지거나 신호가 손실될 수 있다.
  
  

 

 

광섬유의(optical fiber) 이용 분야

데이터를 전송하고 높은 대역폭을 제공하는 광섬유의 기능으로 일반적으로 컴퓨터 네트워킹에 많이 사용되며, 방송 및 전자 제품에 자주 사용됩니다.  광섬유에서 가장 대표적으로 사용되는 용도는 인터넷과 케이블 TV입니다. 다른 위치에 있는 컴퓨터 네트워크 간의 장거리 연결을 지원하기 위해 광섬유를 설치할 수 있습니다.
군사 및 우주 산업에서는 온도 감지 기능을 제공하는 기능 외에도 통신 및 신호 전송 수단으로 광섬유를 사용합니다. 광섬유 케이블은 무게가 가볍고 크기가 작기 때문에 유용할 수 있습니다.
또한 광섬유는 다양한 의료 기기에서 자주 사용됩니다. 최소 침습적 의료 절차를 지원하는 생체 의학 센서를 점점 더 많이 활성화합니다. 광섬유는 전자기 간섭의 영향을 받지 않기 때문에 MRI 스캔과 같은 다양한 테스트에도 이상적입니다. 광섬유에 대한 다른 의료 응용 분야로는 X-선 이미징, 내시경, 광선 요법 및 수술 현미경 등이 있습니다.