Fiber Optics 지식공학실 김두현.

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1 Fiber Optics 지식공학실 김두현

2 차례 Physical Layer 광섬유의 역사 Fiber Optics 제조과정 광통신 시스템 광섬유의 전송 특성
광섬유 케이블 포설

3 Physical Layer Transmission Media Guided Transmission Media
Twisted Pair Coaxial Cable Fiber Optics Unguided Transmission Media Radio Microwave satellite

4 Physical Layer Twisted Pair 개요 가장 오래되고 많이 사용되는 일반적인 전송매체
전화 시스템과 랜에서 많이 사용 구리선을 나선형 모양으로 꼬아서 구성 특징 아날로그, 디지털 전송이 가능 선을 꼬아서 전기적 충격을 줄임 싼 가격과 이미 많은 곳에 연결이 되어 있음 대역폭은 선의 두께와 거리에 비례 종류 전화선 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블

5 Physical Layer Coaxial Cable 개요
외부의 전류로부터 중앙 전도체를 보호하기 위해 그물 모양으로 짜여 진 구리망에 둘러싸여 있음 랜, 원거리 전화망, 케이블TV 등의 전송매체로 사용 특징 아날로그와 디지털 전송이 가능 간섭 현상이 적으며, 빠른 데이터 전송이 가능 넓은 범위의 주파수 대역폭을 제공 종류 Baseband Coaxial Cable 10 ∼ 12MHz, 디지털 전송에 사용 Broadband Coaxial Cable 300 ∼ 400MHz, 아날로그 전송에 사용

6 Physical Layer Fiber Optics 개요 여러 겹의 유리로 된 섬유를 통하여 빛을 전송
전송은 한쪽 방향으로만 전송 : 피복안에 2개의 섬유가 존재 빛의 전사와 굴절을 이용 특징 넓은 대역폭 작은 크기와 적은 무게 적은 감쇠도 종류 단일 모드 케이블 대용량, 장거리 공중망에 사용 다중 모드 케이블 데이터 링크용에 사용

7 Fiber Optics 역사 20세기 초반에 유리로 된 광섬유가 개발 한쪽 끝에 맺힌 영상을 다른 쪽 끝으로 전달 시키는 용도
20세기 초반에 유리로 된 광섬유가 개발 한쪽 끝에 맺힌 영상을 다른 쪽 끝으로 전달 시키는 용도 70년에 미국 코닝유리회사에서 20 dB/km의 손실을 갖는 광섬유를 발표하고, 뒤이어 5 dB/km의 광섬유 개발 미국 벨 연구소의 MCVD(modified chemical vapor deposition)법을 이용한 고순도 석영 광섬유가 개발 70년대 말에는 광섬유의 손실이 최저 0.2 dB/km까지 줄임 한국의 광섬유 개발은 78년 KIST에서 연구 시작 81년 MCVD법을 사용하여 최소 1 dB/km의 손실을 가진 광섬유를 국내 독자적으로 개발

8 Fiber Optics 구성 요소 코어(Core) : 빛 통과하는 곳 클래드 유리섬유 주위를 보호 Kevlar섬유 사용
자켓 : 광 케이블의 피복

9 Fiber Optics 통신용 영상 전달용 검출기용 가정용· 산업용 등 일반 통신망과 케이블·텔레비전 등의 통신매체로 쓰임
산업용·군사용 자동 기기의 데이터 전송용 컴퓨터의 각 유닛(unit) 사이의 데이터 전송용 영상 전달용 주로 짧은 길이(수 m)의 광섬유 다발로 만들어 의료용 내시경, 영상증폭기의 부품 등 좁고 굴곡된 부분의 내부를 보는데 사용 검출기용 광섬유가 외부의 변화 즉 압력·온도·속도·자속 등에 예민한 점을 이용하여 고전압전류측정기, 수중음파탐지기 등에 사용

10 제조과정 석영유리(SiO2) 광섬유의 재료 석영유리 + 첨가물(GeO2, P2O5)
코어의 굴절률을 클래드의 굴절률 보다 높게 하기 위해 사용 산화물은 할로겐화합물 (GeCl4, POCl3, BCl3) 형태의 기체생태 존재 불순물을 제거 열 산화반응을 이용해서 첨가물을 포함한 석영계 유리가 합성 석영유리의 합성방법 MCVD(modified chemical vapor deposition method)법 OVD(outside vapor deposition method)법 VAD(vapor-phase axial deposition method)법

11 제조 과정 OVD법 수트의 합성 회전하고 있는 유리봉의 외부에 화염 중에서 생성한 유리 미립자 증착
첨가물의 양을 변화시켜 소정의 굴절률 분포를 갖는 백색의 수트 프리폼(soot preform)을 만듬 중심봉의 제거 탈수 및 투명 유리화 탈수를 하면서 투명한 유리로 소결시켜 프리즘 생성 광섬유 인발

12 광통신 시스템 광통신의 기본 구성도 광 송신기 : 전기를 빛 신호로 변환 광 수신기 : 빛을 전기 신호로 변환 빛 신호 단말기
송신 데이터 광섬유 케이블 수신 데이터 광 송신기 광 수신기 전기신호 빛 신호 전기신호 단말기 컴퓨터 광 송신기 : 전기를 빛 신호로 변환 광 수신기 : 빛을 전기 신호로 변환

13 광통신 시스템 광원 전기 통신의 반송파와 같이 광통신에서도 반송파를 발생시키는 광원 종류
반도체 소자인 발광다이오드(Light Emitted Diode) 레이저 다이오드(Laser Diode) : 고속, 장거리 광통신에 적합

14 광통신 시스템 변조 직접변조 방식 광원을 동작시키는 입력신호를 이용하여 광원에서 직접 변조하는 방식 외부변조방식
전기 통신에서의 변조 방식과 같이 반도체 소자인 광변조기에서 변조하는 방식

15 광통신 시스템 다중화 여러 단말기가 회선을 공유해서 사용하기 위한 방식
OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 여러 개의 전자 신호들을 시간적으로 멀티플렉싱하여 하나의 광섬유를 통해서 전송 Multiplexing 등의 전자 소자의 속도의 한계 OFDM(Optical Frequency Division Multiplexing) 정보를 서로 다른 주파수대로 분할 OWDM(Optical Wavelength Division Multiplexing) 정보를 서로 다른 파장으로 분할 하나의 파장을 통해 전자적으로 처리할 수 있는 최대 속도로 데이터를 보낼 수 있음 여러 개의 파장을 사용하면 전자적 최대 속도의 몇 배의 속도로 데이터를 보낼 수 있음 서로 다른 파장으로 발생된 광 신호는 광 멀티플렉서에 의해 하나의 광 신호로 합쳐질 수 있고, 다시 광 디멀티플렉서에 의해서 각각의 파장의 광 신호로 분리해서 사용

16 광통신 시스템 광커플러(Optical Coupler) 광신호를 분기하거나 결합하는 수동소자
광섬유 케이블을 기계에 결합할 때 광신호의 누화가 심함 기능에 따라 스플리터(splitter) : 여러 개의 출력 신호를 분기 탭(tap) : 입력 신호의 광전력을 분기 성형 커플러(star coupler) : 다입력 다출력 WDM/WDDM : 파장이 다른 광신호를 분기

17 광섬유의 전송 특성 손실(Optical loss) 분산 광섬유내에서 광전력(Power)이 약해지는 현상
광섬유가 갖는 자체 손실 : 흡수 손실, 산란손실 외적영향에 의한 손실 : 소자와의 결합손실, 접속손실, 구부림손실 등 분산 광섬유내에서 광신호의 펄스(Pulse)가 퍼지는 현상 재료 분산 구조 분산 모드 분산

18 광섬유의 전송 특성 광섬유 자체 손실 흡수 손실(Absorption Loss) 코어내 재료에 의해 빛이 흡수되어 버리는 현상
재료의 원료구조에 의한 요인 자외선 흡수, 적외선 흡수 재료의 불순물에 의한 요인 수분, 천이금속(철, 크로, 코발트, 구리 등) 산란 손실(Scattering Loss) 코어내 재료의 밀도, 불균일성 등에 의해 빛이 사방으로 흩어져 버리는 현상 구조적 불균형 코어와 클래드 경계면, 코어 직경, 굴절률, 기포 이물질의 결정

19 광섬유의 전송 특성 외부적 요인에 의한 손실 소자와의 결합 손실(Insertion Loss) 각 종 소자들과의 접속에서 발생
접속손실(Splicing Loss) 광섬유간의 접속에서 발생하는 손실 코어축의 어긋남 두 광섬유단면의 간격 꺾여 구부러짐 광섬유 단면의 불완전 구부러짐 손실(Macrobending Loss) 광섬유 심선의 구부러짐에 의한 손실 광케이블의 포설 시 발생

20 광섬유 케이블 포설 광섬유 케이블 포설 광 통신망을 구성하기 위해 광섬유케이블의 특성 저하를 최소화하고 경제적으로 안전하게 광섬유 케이블을 설치하는 기술 광섬유 케이블 포설 기술의 특징 광섬유 케이블의 신뢰도 보장 포설은 광섬유의 수명에 직접적인 영향을 줌 장거리 포설 접속에 따른 전송손실 경감 및 접속 비용 절감 포설 시공 기간 단축 및 경제성

21 광섬유 케이블 포설 광 섬유 케이블의 기계적 특성 유지 장거리 포설의 제한요인 인장력(Pulling Force)
광섬유가 허용할 수 있는 인장력 범위 측압(lateral Force) 광섬유의 강도저하, 구부림 손실 야기 충격(Impact) 광섬유의 단선, 외피손상에 의한 수분 침투 장거리 포설의 제한요인 광섬유 케이블의 구조에 의한 요인 광케이블의 허용 인장력을 높임 : 제조비용의 경제성에 의한 제한 포설 방법의 제한 : 광 케이블의 기계적 특성을 최대한 이용하지 못함

22 광섬유 케이블 포설 포설 공법의 종류 견인 포설 방법 선단 견인 방식 케이블의 선단을 견인하여 포설하는 방식

23 광섬유 케이블 포설 선단 중간 견인 방식 케이블의 선단과 중간을 동시에 견인하는 방식 인력견인 방식
견인의 시단점과 종단 지점에 인력을 배치하고 케이블을 인력으로 견인하는 방식

24 광섬유 케이블 포설 공압포설공법 케이블을 관로내 공기 압력으로 불어 넣어 포설하는 공법 양방향포설기법
케이블의 양단을 각각의 시단으로하여 정방향 및 역방향으로 포설하는 공법