지식

광섬유 케이블은 매우 얇은 유리 또는 플라스틱 섬유 가닥을 따라 광 신호를 전송하여 정보를 전달하며, 기존 구리 배선에 비해 훨씬 더 빠른 속도, 용량 및 전송 범위를 제공합니다.{0}} 세 개의 핵심 레이어-, 내부 코어, 주변 클래딩 및 외부 보호 코팅으로 제작되었습니다. - 이 케이블은 현대 광대역 네트워크, 통신 인프라 및 산업용 통신 시스템의 중추 역할을 합니다. 이해광섬유의 작동 원리몇 가지 어려운 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.

광섬유란?

광섬유빛을 정보 매체로 사용하고 유리나 플라스틱을 전송 매체로 사용하는 통신 지휘자입니다. 기본 프로세스는 다음과 같이 작동합니다. 전기 신호는 광 펄스로 변환되어 매우 얇은 유리 가닥을 통해 고속으로 전송된 다음 수신 측에서 다시 전기 신호로 변환됩니다. 표준 통신 섬유의 직경은 약 125마이크로미터입니다. - 이는 인간의 머리카락과 거의 같습니다. 이렇게 믿을 수 없을 만큼 얇은 단면에도 불구하고 내부는 정밀한 다중-레이어 동심 구조를 갖추고 있으며 각 레이어는 독립적인 기능을 수행합니다.

광섬유와 광섬유 케이블을 구별하는 것이 중요합니다. 에이광섬유 케이블장거리에 걸쳐 빛의 펄스로 데이터를 전송하도록 설계된 강도 부재 및 보호 재킷과 함께 하나 이상의 광섬유를 수용하는 완전한 케이블 어셈블리입니다.

광섬유 케이블의 4개-층 물리적 구조

이해하다광섬유 케이블은 무엇으로 만들어졌나요?, 내부에서 바깥쪽으로 정밀하게 설계된 4개의-레이어를 자세히 살펴보겠습니다.

핵심

가장 중앙에 위치한 코어는 직경이 8~62.5마이크로미터이며 빛 신호가 이동하는 실제 채널 역할을 합니다. 코어는 굴절률을 높이기 위해 미량의 게르마늄(Ge)이 도핑된 고순도-이산화규소(SiO2)로 만들어졌습니다. 코어의 순도는 신호 전송 거리와 손실 수준을 직접 결정합니다. - 통신-급 섬유에는 99.99% 이상의 유리 순도가 필요합니다.

클래딩

그만큼광섬유 케이블 클래딩125 마이크로미터의 균일한 직경으로 코어를 둘러싸고 있습니다. 또한 이산화규소로 만들어졌지만 코어보다 굴절률이 약간 낮은 다른 도핑 공식을 사용합니다. 이 굴절률 차이는 광 신호 전송 -을 가능하게 하는 물리적 전제 조건입니다. 이 차이가 없으면 빛이 단순히 광섬유 밖으로 새어 나올 것입니다.

코팅(버퍼)

UV-경화 아크릴레이트 1~2겹코팅클래딩 위에 적용하여 전체 섬유 직경을 250마이크로미터로 만듭니다. 코팅은 미세 굽힘, 긁힘 및 습기 침입으로부터 노출된 유리를 보호합니다. 코팅 열화는 장기간 사용 후 섬유 성능 저하의 주요 원인 중 하나입니다.-

재킷

가장 바깥쪽 보호 구조는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리염화비닐(PVC)로 만들어지며, 일부 특수 용도에서는 LSZH(저연 제로 할로겐) 재료를 사용합니다. 재킷에는 설치 중 인장, 압축 및 굽힘 응력에 저항하기 위한 강도 부재로 아라미드 섬유(케블라), 강철 와이어 또는 유리섬유 강화 플라스틱(FRP) 막대가 포함될 수도 있습니다.

이 4개 층의 - 고순도 실리카 코어, 도핑된 실리카 클래딩, 아크릴레이트 코팅 및 폴리머 재킷-이 함께 필수 요소를 구성합니다.광섬유 재료모든 통신-등급 케이블에서 발견됩니다.

실제 배치에서는 수십에서 수천 개의 광섬유가 하나의 광 케이블로 묶입니다. 광케이블과 광섬유는 서로 다른 두 가지 개념입니다. 광섬유는 전송 매체입니다. 케이블은 섬유, 강도 부재 및 보호 재킷으로 구성된 완전한 제품입니다.

광섬유 케이블은 어떻게 작동합니까?

전체 내부 반사

뒤에 숨은 기본 원리광섬유 케이블이 데이터를 전송하는 방법내부전반사(TIR)입니다. 빛이 굴절률이 높은 매질에서 굴절률이 낮은 매질로 이동하고 입사각이 임계각을 초과하면 빛은 경계면을 통과하지 않고 굴절률이 높은 쪽으로 100% 반사됩니다.- 광섬유는 이 원리를 정확하게 활용합니다. 코어의 굴절률(약 1.467)은 클래딩의 굴절률(약 1.460)보다 높으므로 광 신호는 얕은 스침 각도에서 코어-클래딩 인터페이스에서 지속적으로 반사되어 섬유를 따라 전파됩니다.

여기서 핵심 매개변수는 NA(개구수)입니다. NA는 코어와 클래딩 사이의 굴절률 차이에 따라 결정되는 광섬유가 들어오는 빛을 받아들일 수 있는 최대 각도 범위를 나타냅니다. NA가 클수록 결합 허용 오차가 커져 광원과 정렬하기가 더 쉬워지지만 분산이 증가하고 신호 품질이 저하됩니다. 이는 섬유 설계의-핵심 절충안 중 하나입니다.

완전한 광통신 링크

이해하다광섬유 케이블의 작동 방식실제{0}}시스템에서는 3가지 핵심 단계를 살펴봐야 합니다.광섬유 통신링크.

송신기:전기 신호는 먼저 디지털 펄스 시퀀스(0과 1)로 인코딩된 다음 광원이 이를 광 펄스로 변환합니다. 광원에는 레이저 다이오드(LD)와 발광 다이오드(LED)의 두 가지 유형이 있습니다. 레이저 다이오드는 더 높은 출력 전력, 더 좁은 스펙트럼 폭, 더 빠른 변조 속도를 제공하므로 장거리-, 고속- 시나리오에 적합합니다. LED는 가격이 저렴하지만 스펙트럼 폭이 더 넓어서 단거리 애플리케이션에 적합합니다.-

광섬유(전송 세그먼트):광 펄스가 광섬유에 들어가면 코어를 따라 전파됩니다. 장거리- 전송에서는 신호 감쇠를 보상하기 위해 광 증폭기가 일정한 간격으로 배치됩니다. 현대적인 고밀도 파장 분할 다중화(DWDM) 광섬유 기술단일 광섬유에서 80~160개의 서로 다른 파장 채널을 동시에 전송할 수 있으며 각각 독립적으로 데이터를 전달하여 초당-테라비트-수준의 단일{2}}광선 용량을 가능하게 합니다.

수화기:광검출기(일반적으로 PIN 광다이오드 또는 애벌랜치 광다이오드, APD)는 수신된 광 펄스를 전기 신호로 다시 변환한 다음 클록 복구 및 결정 회로를 통해 원래 데이터로 복원합니다.

신호 감쇠

광섬유를 통한 빛의 전송은 무손실 프로세스가 아닙니다. 신호 감쇠는광섬유 통신시스템 설계.

감쇠는 세 가지 주요 소스에서 발생합니다. 첫 번째는 유리의 재료 흡수 - 잔류 수산화 이온(OH⁻)이 특정 파장(약 1383nm)에서 흡수 피크를 생성한다는 것입니다. 이것이 바로 현대 통신 광섬유가 주로 1310nm 및 1550nm의 저손실 창을 사용하는 이유입니다.- 두 번째는 빛과 유리의 미세한 밀도 불규칙 사이의 레일리 산란 - 상호작용으로 인해 산란 손실이 발생하며, 이는 더 짧은 파장에서 지배적인 손실 메커니즘입니다. 세 번째는 굽힘 손실입니다. - 광섬유 굽힘 반경이 지나치게 작으면 빛 신호가 코어에서 누출됩니다.

참고로 현재 주류 G.652D 단일{1}}모드 광섬유의 일반적인 감쇠는 1310nm에서 0.35dB/km, 1550nm에서 0.20dB/km입니다. 이는 1550nm에서 100km를 이동한 후 신호 전력이 원래 수준의 1%로 떨어진다는 것을 의미합니다. 결과적으로 장거리{11}}간선에는 신호 재생을 위해 80~100km마다 광 증폭기가 필요합니다.

광섬유 케이블 유형:단일-모드와 다중{2}}모드 비교

광섬유는 전송 모드 수에 따라 두 가지 주요 범주로 분류됩니다. 이것들광섬유 케이블의 종류물리적 매개변수, 성능 사양 및 적합한 응용 분야가 근본적으로 다릅니다.

단일{0}}모드 광섬유(SMF)

단일-모드 광섬유는 코어 직경이 8~10마이크로미터이며 하나의 기본 모드(LP01)만 전파할 수 있습니다. 모드 간 분산을 제거함으로써 단일{5}}모드 광섬유는 다중-모드 광섬유를 훨씬 능가하는 대역폭-거리 제품을 달성하므로 중거리- 및 장거리-통신을 위한 표준 선택이 됩니다.

일반적인 작동 파장은 DFB-LD(분산 피드백 레이저 다이오드)를 광원으로 사용하는 1310nm 및 1550nm입니다. 전송 거리는 수십에서 수백 킬로미터에 달할 수 있습니다(광 증폭기를 사용하면 수천 킬로미터까지 확장 가능). 외부 재킷 색상 코드는 노란색입니다.

주류 표준 지정에는 ITU-T G.652(표준 단일{2}}모드), G.655(비-제로 분산 이동) 및 G.657(굴곡-무감각, FTTH 배포용으로 설계됨)이 포함됩니다.

다중{0}}모드 광섬유(MMF)

다중{0}}모드 광섬유는 코어 직경이 50 또는 62.5마이크로미터이므로 수백에서 수천 개의 광섬유를 사용할 수 있습니다.광섬유 모드동시에 전파합니다. 서로 다른 모드는 서로 다른 속도로 이동하여 서로 다른 시간에 수신기에 도착합니다. - 다중- 모드 광섬유의 전송 거리와 대역폭을 직접적으로 제한하는 모드 간 분산이라는 현상이 - 있습니다.

일반적인 작동 파장은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) 또는 LED를 광원으로 사용하는 850nm 및 1300nm입니다. 전송 거리는 일반적으로 수백 미터 이내입니다. 재킷 색상 식별의 경우: OM3/OM4는 아쿠아색을 사용하고, OM5는 라임 그린을 사용하고, OM1/OM2는 오렌지색을 사용합니다.

선택 기준

중에서다양한 유형의 광섬유 케이블, 결정적인 요소는 전송 거리입니다. 내부-데이터-센터 상호 연결 및-빌딩 케이블링과 같은 300미터 미만 - 거리의 경우 - 멀티-모드 광섬유는 호환 가능한 광학 모듈이 단일 모드에 비해 훨씬 저렴하므로 비용 이점을 제공합니다.{8}} 500미터가 넘는 - 캠퍼스 백본, 대도시 네트워크, 장거리 트렁크 라인 - 단일- 광섬유가 유일하게 실행 가능한 옵션입니다. 각각의 최적 거리 범위 내에서는 두 유형 모두 보편적으로 우수하지 않습니다. 다중{16}}모드 솔루션은 총 소유 비용을 낮추는 경우가 많습니다.

광섬유 케이블은 어떻게 만들어지나요?

광섬유 케이블은 주로 초순수 실리카 유리(이산화규소)로 구성되며, 이는 광 신호 전송을 위해 사람 머리카락보다 얇은 필라멘트로 연결됩니다. 일반적인 광섬유 케이블은 광 신호를 전달하는 중앙 코어, 내부 반사를 가능하게 하는 주변 유리 클래딩, 광섬유를 물리적 손상으로부터 보호하는 폴리머 보호 코팅, 케이블의 기계적 내구성을 향상시키는 케블라 또는 강철과 같은 강화 강도 부재 등 여러 주요 구성 요소로 구성됩니다..광섬유 생산정밀화학공학과 광학과학의 교차점에 자리잡고 있습니다. 전체 공정은 프리폼 제작과 섬유 드로잉의 두 단계로 나뉩니다.

프리폼 제작

프리폼은 직경 약 10~20cm, 길이 약 1m의 고순도 유리 막대로, 코어{4}}클래딩 굴절률 프로필이 이미 내부적으로 설정되어 있습니다. 주요 제조 방법에는 MCVD(수정 화학 기상 증착), OVD(외부 기상 증착), VAD(기상 축 증착) 및 PCVD(플라즈마 화학 기상 증착)의 네 가지가 있습니다.

OVD 공정을 예로 들면, 고순도 사염화규소(SiCl₄)와 사염화게르마늄(GeCl₄) 가스는-수소-산소 화염에서 산화 반응을 겪습니다. 생성된 SiO2 및 GeO2 입자는 회전하는 타겟 막대에 침전되어 층별로 쌓여 다공성 유리 본체("그을음 프리폼"이라고 함)를 형성한 다음 고온에서 탈수되고 소결되어 단단하고 투명한 프리폼으로 붕괴됩니다.

단일 프리폼은 수백 킬로미터의 섬유를 생산할 수 있습니다. 프리폼의 품질은 프리폼 단계에서 고정되고 인발 공정 중에 수정할 수 없는 감쇠, 분산 및 차단 파장 - 매개변수를 포함하여 광섬유의 모든 광학 성능 특성 -을 결정합니다.

섬유 드로잉

프리폼은 약 20~30미터 높이의 수직 구조물인 드로우 타워로 공급됩니다. 프리폼의 하단을 약 2,000도까지 가열하여 유리를 부드럽게 한 다음 중력과 장력 제어를 통해 직경 125마이크로미터의 섬유로 끌어당깁니다. 드로잉 속도는 분당 1,000~2,500미터에 이릅니다.

인발 과정에서 섬유는 ±0.1 마이크로미터의 정확도로 실시간 모니터링을 위한 인라인 레이저 직경 게이지를 통과한 후 즉시 코팅 단계로 들어갑니다. - 두 개의 아크릴레이트 층이 UV 램프 아래에서 경화되어 섬유 직경이 250 마이크로미터가 됩니다. 연화부터 코팅까지 전 과정이 1초 이내에 경화됩니다.

연신 후 섬유는 미세 균열이 포함된 부분을 제거하기 위해 일반적으로 0.69GPa(약 1% 변형)의 장력을 가하는 보증 테스트를 거쳐 배송된 섬유의 기계적 신뢰성이 25년 서비스 수명 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.

구리에 비해 광섬유 케이블의 장점

섬유와 구리를 비교할 때,광섬유의 장점즉시 명확해집니다. 아래 표는 광섬유가 현대 네트워크에서 선호되는 매체가 된 이유를 강조합니다.

섬유와 구리는 상호보완적이지만 경쟁적이지 않습니다. 현재 주류 네트워크 아키텍처는 "파이버-에서-에지까지" 원칙을 따릅니다. - 백본 및 집합 레이어는 파이버를 사용하는 반면, 액세스 레이어(최종 수십 미터에서 최종 장치까지)는 계속해서 구리를 사용합니다. 이 아키텍처 패턴은 향후 5~10년 내에 근본적으로 바뀔 것으로 예상되지 않습니다.

광섬유 응용

그만큼광섬유에 사용통신부터 의료까지 거의 모든 산업에 걸쳐 있습니다. 주요 적용 분야는 다음과 같습니다.

통신 및 인터넷 백본

글로벌 인터넷은 광섬유를 통해 실행됩니다. 해저 광섬유 케이블과 지상 장거리-트렁크 케이블은 대륙을 연결합니다.. 5G 기지국 프런트홀 및 미드홀 네트워크도 광섬유를 사용하며 각 기지국에는 6~12개의 광섬유 코어가 필요합니다. 이 규모에서는네트워킹에서 광섬유 케이블 사용글로벌 연결의 중추를 형성합니다.

데이터 센터

데이터 센터는 내부적으로 단거리-고속-상호 연결을 위해 OM3/OM4 다중{2}}모드 광섬유를 사용합니다. 데이터 센터 사이에는 일관된 광통신 기술이 적용된 단일{6}모드 광섬유가 사용되며, -파장당 속도는 이미 400G 및 800G 배포에 도달하고 있습니다.

FTTH(가정용 광섬유)

FTTH는 PON(Passive Optical Network) 기술을 사용하여 여러 최종 사용자에게 광 신호를 분배함으로써 저렴한 비용으로 기가비트-급 광대역 액세스를 달성함으로써 주거용 사용자에게 직접 광섬유를 제공합니다.

산업 및 감지

광섬유 센서는 온도 및 변형 모니터링에 사용되며 석유 및 가스 파이프라인, 전원 케이블, 터널 화재 경고 시스템 및 대규모 구조 상태 모니터링에 널리 배포됩니다.-

의료

광섬유 응용의학계에서는 - 내시경, 수술용 레이저 및 이미징 시스템을 계속해서 확장하고 있습니다. 조명, 이미징 및 정밀 수술 지원을 위해 광섬유를 사용합니다.

군사 및 항공우주

광섬유는 군용 통신, 데이터 버스, 항공우주 시스템에서 구리를 대체하여 EMI 내성과 도청 저항 기능을 제공합니다. 광섬유 자이로스코프는 항공기 및 미사일 유도 시스템에 널리 사용됩니다.