광섬유

광섬유

광섬유(光纖維, optical fiber,

문화어: 빛섬유, 레이자년대결정)는 빛 신호를 전달하는 가느다란 유리 또는 플라스틱 섬유의 일종이다.

 

목차

• 1 개요
  • 1.1 종류
  • 1.2 용도
• 2 원리
• 3 장단점
  • 3.1 장점
  • 3.2 단점
• 4 출처
• 5 바깥 고리

개요

 

광섬유는 보통 0.1 밀리미터보다 얇게 이루어져 있고, 유리나 플라스틱으로 만든다.유리 광섬유의 경우 일반적으로 0.1 밀리미터보다 가늘지만 플라스틱 광섬유의 경우 0.1밀리미터보다 굵다. 유리 광섬유는 가공이 어렵지만 높은 온도(200도)에서도 사용이 가능하나 플라스틱 광섬유는 가공은 쉽지만 내열온도가 80도에 불과하다. 요즘은 광섬유를 통신뿐만 아니라, 액세서리나 내시경을 만드는 용도로도 사용하고 있다. 광섬유는 낱개로 사용하거나 다발로 사용하며, 수 센티미터에서 160km 이상까지 빛을 전송한다. 이 중에는 지름이 0.004mm의 아주 가는 것도 있다. 광섬유는 중심에 유리나 플라스틱으로 된 투명한 심이 있고 이 심을 클래딩이라는 피복이 감싸고 있다. 레이저, 전구 등의 광원에서 나온 빛이 광섬유의 한쪽 끝으로 들어가면 빛이 심을 통과해서 전송되는 동안 클래딩이 섬유 내부의 표면을 때리는 빛을 다시 안쪽으로 반사시켜 빛이 심 속에서 계속 나아가게 한다. 광섬유의 다른쪽 끝에서는 광검출기나 사람의 눈으로 빛을 감지한다.

종류

 

광섬유는 크게 단일모드섬유와 다중모드섬유로 나뉜다.

• 단일모드섬유는 장거리 전송에 사용하는데, 아주 작은 심을 사용하며, 빛이 섬유의 축을 따라서만 들어온다. 광원으로는 특수 레이저만 사용하고 레이저, 다른 광섬유, 감지기 등과 정밀하게 접속해야 한다.
• 다중모드섬유는 단일모드섬유보다 심이 크고 여러 각도로 빛을 받는다. 또한 단일모드섬유보다 여러 종류의 광원과 값싼 접속장치를 사용할 수 있다는 장점이 있지만 장거리 전송에는 사용할 수 없다.

용도

광섬유의 용도는 다양하다. 광섬유가 가장 많이 이용되는 광통신 시스템에서는 특수 레이저를 광원으로 사용하는데, 특수 레이저는 엄청나게 빠른 속도로 켜짐과 꺼짐을 반복하면서 부호화된 메시지를 보낸다. 메시지가 광섬유를 타고 전송되어 수신장치에 전달되면 수신장치에서 부호를 해독해서 원래의 신호로 바꾼다. 광통신시스템은 구리케이블시스템보다 정보 전송 용량이 아주 크고, 전기적으로 간섭을 받지 않아 전송 도중에 정보 손실이 거의 없다. 또한 장거리 통신에 광섬유케이블을 사용하면 같은 길이의 구리케이블보다 신호를 덜 증폭해도 잘 전송된다. 많은 통신 회사들이 대규모 광섬유케이블망을 설치하고, 태평양과 대서양 사이에도 해저 광섬유케이블을 가설해서 통신에 사용하고 있다.

광섬유는 조명용으로도 사용된다. 반도체나 LCD제조업체에서 공정간 VISION 검사용으로 광섬유를 가공하여 사용하며, 박물관에서도 유물을 비추는 조명으로 광섬유를 사용한다. 최근에는 경관조명으로도 활용되고 있다. 광섬유를 조명용으로 사용시 광원이 필수적으로 사용되어야 한다. 광원은 할로겐램프나 메탈할라이드 램프, 최근에는 LED 가 주로 사용된다. 광섬유는 또한 의료용으로도 많이 사용된다. 가늘고 유연하게 잘 가공된 광섬유는 혈관이나 폐와 같이 속에 빈 공간이 있는 인체 장기에 삽입되어 수술하지 않고도 환자의 몸 속을 볼 수 있는 관절경 등에 사용된다. 또한 온도나 압력 측정기와 수술용 레이저에도 광섬유를 사용한다.

원리

광섬유는 코어와 클래딩으로 구성되어 있으며, 둥근 코어를 클래딩으로 균일하게 감싼 형태로 만들어진다. 코어는 굴절율이 큰 물질로 이뤄지며, 클래딩은 굴절율이 작은 물질로 이뤄진다. 코어와 클래딩을 만드는 형식은 두 가지가 있는데, 그 중 첫 번째는 코어와 클래딩을 명백히 구분할 수 있게 하는 방식으로, 명백히 구분할 수 있는 광섬유는 코어와 클래딩의 반사부에서 일어나는 전반사를 사용하며, 두 번째는 코어와 클래딩을 구분할 수 없는 방식으로 큰 굴절율을 갖는 물질로 균일한 코어를 만든 뒤에 이물질을 침투시켜 표면에 가까운 부위의 굴절율을 작게 만드는 방식으로 제작되어 중심에서 표면에 이르기까지 굴절율이 연속적으로 변하기에 전반사가 일어나지 않고, 중심부에서 벗어나는 빛은 서서히 중심으로 휘어지도록 굴절되어 거시적으로 전반사가 일어난 것처럼 보이도록 만든 광섬유다.

광섬유 내부에서 움직이는 빛은 솔리톤의 성질을 띠기 때문에 일반적인 광학적 빛의 성질과는 다르다.

장단점

장점

1. 구리선보다 전송속도가 빠르고, 대용량으로 전송할 수 있다.
2. 광섬유는 좁은 공간에서 많은 선을 설치할 수 있다.
3. 구리선보다 값이 더 싸다. (많은 사람들이 광섬유가 구리선 보다 더 비싸다고 알고 있으나, 광섬유가 구리선보다 더 싸다.)^[1]
4. 구리선보다 수명이 더 길다.
5. 신호의 간섭을 받지 않고, 빛으로 전달되기 때문에 구리선보다 노이즈가 적다.
6. 도청의 위험이 적다.

단점

1. 설치된 광케이블에 고장이 난다면 고장 부분을 찾기 힘들고, 보수가 어렵다.
2. 광섬유를 통신에 사용하려면 신호를 빛으로 변환하는 변조 장치를 사용해야 한다.