광섬유: 기본 이해

광섬유의 개발과 구현만큼 통신 세계를 변화시킨 것은 없습니다. 이 문서에서는 이 기술을 사용하는 데 필요한 기본 원칙을 제공합니다.
 

엔지니어링 및 마케팅 직원

광섬유는 유리나 플라스틱으로 만들어집니다. 대부분은 대략 사람 머리카락 굵기와 비슷하며 길이는 수 마일에 달할 수도 있습니다. 빛은 광섬유의 중심을 따라 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 전달되어 신호가 부여될 수 있습니다. 광섬유 시스템은 다양한 응용 분야에서 금속 도체보다 우수합니다. 가장 큰 장점은 대역폭입니다. 빛의 파장으로 인해 금속 도체, 심지어 동축 도체를 사용하여 가능한 것보다 훨씬 더 많은 정보가 포함된 신호를 전송할 수 있습니다. 다른 장점은 다음과 같습니다.

• 전기 절연 - 광섬유에는 접지 연결이 필요하지 않습니다. 송신기와 수신기는 모두 서로 분리되어 있으므로 접지 루프 문제가 없습니다. 또한 스파크나 감전의 위험도 없습니다.

• EMI로부터의 해방 - 광섬유는 전자기 간섭(EMI)에 면역이며, 다른 간섭을 일으키는 방사선 자체를 방출하지 않습니다.

• 낮은 전력 손실 - 이를 통해 케이블 길이가 길어지고 리피터 증폭기 수가 줄어듭니다.

• 더 가볍고 작음 - 광섬유는 동일한 신호 전달 용량을 갖춘 금속 도체보다 무게가 가볍고 공간도 덜 필요합니다.

구리선은 약 13배 더 무겁습니다. 또한 광섬유는 설치가 더 쉽고 덕트 공간도 덜 필요합니다.

응용

광섬유의 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 통신 - 음성, 데이터 및 비디오 전송은 광섬유의 가장 일반적인 용도이며 여기에는 다음이 포함됩니다.

– 통신
– LAN(근거리 통신망)
– 산업 제어 시스템
– 항공전자 시스템
– 군사 명령, 통제 및 통신 시스템

• 감지 - 광섬유를 사용하여 원격 소스에서 감지기로 빛을 전달하여 압력, 온도 또는 스펙트럼 정보를 얻을 수 있습니다. 또한 섬유는 변형률, 압력, 전기 저항 및 pH와 같은 다양한 환경 영향을 측정하기 위한 변환기로 직접 사용할 수도 있습니다. 환경 변화는 광섬유의 다른 쪽 끝에서 감지할 수 있는 방식으로 빛의 강도, 위상 및/또는 편광에 영향을 미칩니다.

• 전력 공급 - 광섬유는 레이저 절단, 용접, 마킹, 드릴링과 같은 작업에 매우 높은 수준의 전력을 공급할 수 있습니다.

• 조명 - 한쪽 끝의 광원과 함께 모인 섬유 묶음은 도달하기 어려운 영역(예: 내시경과 함께 인체 내부)을 비출 수 있습니다. 또한 디스플레이 간판으로 사용하거나 단순히 장식용 조명으로 사용할 수도 있습니다.

 

그림 1. 광섬유는 코어, 클래딩, 코팅으로 구성됩니다..

 

건설

광섬유는 코어, 클래딩, 외부 코팅의 세 가지 기본 동심 요소로 구성됩니다(그림 1).

코어는 일반적으로 유리나 플라스틱으로 만들어지지만 원하는 전송 스펙트럼에 따라 다른 재료가 사용되는 경우도 있습니다.

코어는 섬유의 빛을 전달하는 부분입니다. 클래딩은 일반적으로 코어와 동일한 재료로 만들어지지만 굴절률이 약간 낮습니다(보통 약 1% 낮음). 이 굴절률 차이로 인해 섬유의 길이를 따라 굴절률 경계에서 내부 전반사가 발생하여 빛이 섬유 아래로 전송되고 측벽을 통해 빠져나가지 않습니다.

 

 

그림 2.굴절률이 다른 한 물질에서 다른 물질로 전달되는 광선은 경계면에서 구부러지거나 굴절됩니다.

코팅은 일반적으로 물리적 환경으로부터 섬유를 보호하기 위해 플라스틱 재료로 된 하나 이상의 코팅으로 구성됩니다. 때로는 추가적인 물리적 보호를 위해 코팅에 금속 피복을 추가하기도 합니다.

광섬유는 일반적으로 코어, 클래딩 및 코팅의 외부 직경으로 제공되는 크기로 지정됩니다. 예를 들어, 62.5/125/250는 62.5-μm 직경 코어, 125-μm 직경 클래딩 및 0.{{8} }mm 직경 외부 코팅.

 

 

Photonics Marketpla에는 81개의 광섬유 섬유 공급업체가 있습니다.

 

원칙

광학 재료는 굴절률(n)을 특징으로 합니다. 물질의 굴절률은 물질 내에서 빛의 속도에 대한 진공에서의 빛의 속도의 비율입니다. 광선이 굴절률이 다른 한 재료에서 다른 재료로 통과할 때 광선은 경계면에서 휘어집니다(또는 굴절됩니다)(그림 2).

굴절은 Snell의 법칙으로 설명됩니다.

어디n_I그리고n_R는 빔이 굴절되는 재료의 굴절 지수입니다.I그리고R는 빔의 입사각과 굴절각입니다. 입사각이 경계면의 임계각(일반적으로 광섬유의 경우 약 82도)보다 큰 경우 빛은 내부 전반사(그림 3)로 알려진 프로세스에 의해 손실 없이 입사 매체로 다시 반사됩니다.

그림 3.내부 전반사를 통해 빛이 광섬유 코어 내부에 유지됩니다.

 

내부 전반사의 비디오 정의를 시청하세요.

모드

빛이 광섬유 아래로 안내되면(마이크로파가 도파관 아래로 안내되는 것처럼) 모든 반사 경계에서 위상 변화가 발생합니다. 전송을 강화하는 구성적(동일 위상 및 추가적) 위상 변이를 생성하는 광섬유 아래의 유한한 개별 경로(모드라고 함)가 있습니다. 각 모드는 빔이 길이를 따라 이동할 때 광섬유 축에 대해 서로 다른 각도에서 발생하기 때문에 각 모드는 입력에서 출력까지 광섬유를 통해 서로 다른 길이를 이동합니다. 단 하나의 모드인 0차 모드는 측벽에서 반사되지 않고 광섬유의 길이를 이동합니다. 이를 단일 모드 광섬유라고 합니다. 주어진 광섬유에서 전파될 수 있는 실제 모드 수는 빛의 파장과 광섬유 코어의 직경 및 굴절률에 따라 결정됩니다.
 

광섬유 감쇠에는 여러 가지 원인이 있습니다.

 

• 레일리 산란(Rayleigh Scattering) - 코어 재료의 굴절률이 미세한 수준으로 변화하면 빔에 상당한 산란이 발생하여 광 출력이 크게 손실될 수 있습니다. 레일리 산란은 파장에 따라 다르며 더 긴 파장에서는 덜 중요합니다. 이는 현대 광섬유에서 가장 중요한 손실 메커니즘으로, 일반적으로 발생하는 손실의 최대 90%를 차지합니다.

 

• 흡수 - 현재 제조 방법에서는 불순물(특히 섬유 내 수분)로 인한 흡수가 매우 낮은 수준으로 감소되었습니다. 섬유 전송 대역 내에서 흡수 손실은 미미합니다.

• 굽힘 - 제조 방법을 통해 섬유 구조에 미세한 굽힘이 생성될 수 있습니다. 때로는 이러한 굴곡이 너무 커서 코어 내의 빛이 임계 각도보다 작은 각도로 코어/클래딩 인터페이스에 도달하여 빛이 클래딩 재료로 손실될 수 있습니다. 이는 섬유가 좁은 반경(예를 들어 몇 센티미터 미만)으로 구부러진 경우에도 발생할 수 있습니다. 굽힘 감도는 일반적으로 특정 굽힘 반경 및 파장에 대한 dB/km 손실로 표현됩니다.

 

 

그림 4.개구수는 광선이 섬유에 들어가는 각도와 섬유 코어의 직경에 따라 달라집니다.

 

섬유 종류

광섬유에는 기본적으로 단일 모드, 다중 모드 등급 인덱스 및 다중 모드 스텝 인덱스의 세 가지 유형이 있습니다. 이는 빛이 섬유를 따라 이동하는 방식을 특징으로 하며 빛의 파장과 섬유의 기계적 기하학적 구조에 따라 달라집니다. 빛이 어떻게 전파되는지에 대한 예가 그림 5에 나와 있습니다.

 

 

저희 회사는 플라스틱 광섬유/케이블 및 모든 종류의 광섬유 패치 코드 생산을 전문으로 합니다. 관심이 있으시면 언제든지 저에게 연락해 주십시오.