광섬유의 기본 구조
광섬유는 세 가지 층으로 구성됩니다.
핵심 : 고순도 실리카로 만든 중앙 층 (게르마늄과 같은 요소로 도핑). 직경이 매우 작습니다 (단일 모드 섬유의 경우 8-10 μm, 다중 모드 섬유의 경우 5μm).
클래딩 : 코어보다 더 낮은 굴절률을 가진 재료로 만들어진 코어를 둘러싸고 있습니다. 이것은 전체 내부 반사를 통해 빛이 전파되도록합니다.
보호 코팅 : 물리적 손상 및 환경 간섭을 방지하기위한 외부 폴리머 층.
핵심 원칙 : 전체 내부 반사
굴절률 대비 : 클래딩과 비교하여 코어의 더 높은 굴절률은 임계 각도보다 큰 각도로 입사 할 때 조명이 코어 클래딩 경계에서 전체 내부 반사를 겪게합니다.
빛의 전파 : 조명 신호는 지그재그 경로 (다중 모드 섬유) 또는 근거리 경로 (단일 모드 섬유)를 따라 연속적인 전체 내부 반사를 통해 코어를 통과합니다.
정보 전송 단계
전기 신호를 광학 신호로 변환 :
송신기에서 ** 레이저 다이오드 (LD) ** 또는 LID)는 전기 신호를 광학 펄스로 변환합니다 (Light "On/Off"또는 파장 이동은 이진 "1S"및 "0 S"를 나타냅니다.
광학 신호 전송 :
광 펄스는 섬유를 통해 전파됩니다. 코어와 클래딩 사이의 굴절률 차이는 섬유가 구부러지는 경우에도 신호를 코어로 제한합니다.
신호 리피터/증폭 :
장거리 전송의 경우 ** ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER (EDFAS) ** 전기 신호로 변환하지 않고 광학 신호를 직접 증폭하여 대기 시간을 최소화합니다.
광학 전기 신호 변환 :
수신기에서 a ** photodetector ** (예 : Pin Diode, Avalanche Photodiode)는 빛을 전기 신호로 변환 한 다음 원래 데이터로 디코딩됩니다.
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섬유 유형 및 성능
단일 모드 파이버 (SMF) :
- 울트라 얇은 코어 (8-10 μm). 하나의 광 전파 모드 만 허용합니다.
- Advantages: Long-distance transmission (>100km), 높은 대역폭. 백본 네트워크 (예 : 해저 케이블)에 사용됩니다.
멀티 모드 파이버 (MMF) :
- 두꺼운 코어 (50-62. 5μm), 다중 조명 모드를 지원합니다.
- 단점 : 모달 분산이 전송 거리를 제한합니다 (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).
광섬유의 장점
극단적 인 대역폭 : 이론적 인 속도는 최대 수백 개의 TBP (파장-분할 멀티플렉싱 사용)의 속도입니다.
낮은 감쇠 : 현대 섬유는 0. 2 db/km의 손실을 나타내므로 리피터없이 수천 킬로미터에 걸쳐 전송이 가능합니다.
EMI에 대한 면제 : 가혹한 환경 (예 : 전력망, 병원)에 적합한 전자기 간섭에 영향을받지 않습니다.
작고 안전한 : 경량, 작은 크기 및 전자기 방사선 누출 없음.
기술적 인 도전
분산 : 광 파장/모드의 속도가 다르기 때문에 신호 확장 (분산 보상 섬유 또는 DSP를 통해 해결).
비선형 효과 : 고출력 신호는 산란/4 파 믹싱을 유도하여 정확한 전력 제어가 필요합니다.
굽힘 손실 : 과도한 굽힘은 가벼운 누출을 유발합니다. 최소 굽힘 반경은 설치 중에 유지해야합니다.
응용 프로그램
통신 네트워크 : 인터넷 백본, 5G 기지국 링크, 데이터 센터 상호 연결.
건강 관리 : 내시경 영상, 레이저 수술.
산업 : 광섬유 센서 (온도, 압력), 섬유 레이저.
요약
광섬유는 전체 내부 반사를 통해 코어 내의 광 신호를 제한하여 정보를 전송합니다. Light의 고주파수를 활용하여 초고속, 장거리 및 저 손실 통신을 가능하게합니다. 주요 기술에는 광 변조, 전체 반사 제어, 광학 증폭 및 분산 관리가 포함되어 섬유 광학이 현대 글로벌 커뮤니케이션 시스템의 중추가됩니다.