제1장 광섬유 소개 제 1장에서는 광섬유 기술, 역사, 최근 개발 동향 및 응용 분야에 대하여 알아보며 저손실, 높은 대역폭 등 광섬유의 장점을 논의한다. 또한 응용 분야 측면에서 통신 분야는 물론 의료, 산업 분야에서의 응용도 논의한다.

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1 제1장 광섬유 소개 제 1장에서는 광섬유 기술, 역사, 최근 개발 동향 및 응용 분야에 대하여 알아보며 저손실, 높은 대역폭 등 광섬유의 장점을 논의한다. 또한 응용 분야 측면에서 통신 분야는 물론 의료, 산업 분야에서의 응용도 논의한다.

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3 광통신이란? 통신 링크(communication link) 통신시스템의 구성요소 송신기, 수신기, 링크(채널)
통신시스템의 분류 링크를 구성하는 전송매체의 특성에 따라 분류 및 시대적 발전 도체를 이용한 전송 전보, 전화와 같은 현대적 의미의 통신시스템에서 구리와 같은 도체를 이용  100Mbps의 데이터를 전송할 수 있는 최대거리는 100m 정도 동축 케이블 UTP 케이블

4 도파관은 부피가 크고 딱딱한 금속으로 되어 있어 비용이 증가하고, 설치 및 유지 관리가 어려움  광통신의 필요성 증대
통신시스템의 분류 자유공간을 이용한 전송(무선통신) 1차 세계대전을 계기로 비약적으로 발전 자유공간으로 전송되는 전자파의 주파수가 높을수록 더 많은 정보를 전송가능 라디오파에서 마이크로파로 더 높은 주파수 사용 검토 도파관을 이용한 전송 공기중에서 마이크로파의 감쇠가 심한 문제 해결 도파관(waveguide)을 이용하여 마이크로파에 정보를 실어 전송하는 것이 도체나 자유공간을 이용하는 경우보다 더 많은 정보를 보낼 수 있음. 도파관은 부피가 크고 딱딱한 금속으로 되어 있어 비용이 증가하고, 설치 및 유지 관리가 어려움  광통신의 필요성 증대

5 광통신의 필요성

6 정보 전송 용량 주어진 채널 또는 시스템을 통해 정보를 전송 가능한 최대 속도 (비트/초)
정보 전송 용량, C(비트/초)는 섀넌 방정식으로 표현 전송 채널의 대역폭이 넓을수록 정보 전송 용량이 증가 광통신의 대역폭이 가장 넓음 신호 대 잡음의 전력비 전송 채널의 대역폭  광통신이 기간통신망의 핵심기술로 자리잡음 이동통신망 (모세혈관, 골목길) 기간통신망 (대동맥, 고속도로) 무선통신 광통신

7 통신량의 급격한 증가 인터넷이 대중화하기 시작한 1990년대 중반부터 통신량이 급격히 증가
광통신 기술의 발전이 통신량의 증가를 뒷받침 연도별 통신량의 변화

8 표 1-1 미국 내의 광섬유 시장 자료(단위 : 10억$) 연도 시장
표 1-1 미국 내의 광섬유 시장 자료(단위 : 10억$) 연도 시장 1987 1990 1991 1992 0.7 1.3 1.8 2.9

9 광통신의 스펙트럼 대역 반송파 주파수와 변조 모든 유무선 통신은 반송파(carrier)에 정보 신호를 실어 전송
반송파의 주파수가 높을수록 더 많은 정보 전송이 가능 통신시스템에서 사용 중인 반송파 주파수 통신시스템 반송파 주파수 전화선 모뎀 1600~1800Hz 셀룰러 무선통신 850MHz, 1.8GHz AM 라디오 530~1600kHz 실내 무선 네트워크 2.4GHz CB 라디오 27MHz 민수용 위성 하향 링크 3.7~4.2GHz FM 라디오 88~108MHz 민수용 위성 상향 링크 5.9~6.4GHz VHF TV 178~216MHz 광통신 185~195THz

10 광통신의 스펙트럼 현대 광통신에서 사용하고 있는 파장의 범위 : 800nm~1675nm

11 표 1-1 미국 내의 광섬유 시장 자료(단위 : 10억$)
광통신의 주요 구성요소

12 표 1-1 미국 내의 광섬유 시장 자료(단위 : 10억$)
그림 1-2 광통신 시스템

13 광통신 링크

14 광통신의 특징

15 광섬유의 역사 광통신 이전: 암흑시대 1975년 동축케이블에 의한 최고 비트율은 불과 274Mb/s
신호 질을 높이기 위해 디지털로 전환할 필요성 대두 정보 전송 용량을 증가시키기 위해 마이크로파를 사용하게 되었으나, 비용이 증가하고 설치와 유지 관리가 힘듬 새로운 통신시스템의 필요성 증대 광통신 시대를 위한 여정 1621년 : 스넬은 광섬유의 이론적 가능성 제시 1870년 : 틴들은 전반사(total reflection)에 의해 빛이 포물선으로 진행할 수 있음을 보임 1953년 : 캐퍼니는 클래딩을 갖춘 광전송 매체 개발 1966년 : 카오와 호캠은 다른 전송 매체보다 우수한 광섬유의 가능성 제안 1970년 : 코닝사에서 손실이 약 20dB/km인 광섬유 제작 성공 반도체 레이저, 광 다이오드 등이 광섬유와 비슷한 시기에 실용화됨으로써 암흑시대를 벗어나기 시작

16 제1세대 광통신 1970년대 후반에서 1980년대 광통신 광원 : GaAs LED (=0.8~0.9m)
광섬유 : 다중모드 광섬유 비트율 : 50Mb/s ~ 100Mb/s 중계기(재생기) 간격 : 약 10km 특징 당시 동축케이블 통신시스템의 중계기 간격(~1km) 보다 넓어 설치비용 절감 잡음 등으로 왜곡된 신호를 전자장치로 깨끗이 재생하는 장치 비용이 많이 듬

17 그림 1-1 빛의 도파

18 제2세대 광통신 광원 : 다중모드 레이저 다이오드 (= 1.3m) 광섬유 : 단일모드 광섬유 비트율 : > 1Gb/s
중계기(재생기) 간격 : 약 50km 특징 단일모드 광섬유 사용으로 모드 분산 제거 광원의 파장이 광섬유의 손실이 낮은 1.3m 파장대로 이동 재생기

19 제3세대 광통신 광원 : 단일 종모드 레이저 다이오드 (= 1.55m) 광섬유 : 단일모드 광섬유(분산천이 광섬유)
비트율 : 2.5Gb/s ~10Gb/s 중계기(재생기) 간격 :  50km 특징 광섬유의 손실이 최저가 되는 1.55m 에서 동작 단일 종모드 레이저 다이오드 사용으로 단일모드 광섬유에서 발생하는 군속도 분산 최소화 재생기

20 제4세대 광통신 현재의 주도적 광통신 기술 6개월마다 전송용량이 거의 2배씩 증가!
BL곱 41,000[(Tb/s)km] 이상(2003년) 특징 파장분할 다중화(WDM, Wavelength Division Multiplexing) 전송 재생기 대신 광증폭기 사용

21 WDM 시스템 개념도 제5세대 광통신 : ??? Electrical Optical

22 연도별 BL곱 비트율-거리곱(BL곱) 통신시스템의 성능지수로 사용 광통신은 지난 30여 년간 BL곱이 거의 매년 2배씩 증가
각 세대별 새로운 기술에 의해 혁신적 발전을 거듭함

23 광통신 네트워크 광통신 네트워크 광통신을 포함한 현대의 통신 시스템은 계층구조로 설계됨 국제표준화 기구에서 정한 계층구조의 예
물리 계층의 통신 물리적인 신호를 통신 채널을 통해 직접 전송하는 것을 의미 상위 계층이 소프트웨어에 해당한다면 물리 계층은 하드웨어에 해당 통신공학자 물리 계층에서 가능한 한 왜곡이 발생하지 않도록 정보를 전송하도록 설계

24 광통신 네트워크와 응용 광통신 네트워크 규모에 따른 분류 기간망 매트로망 가입자망 해저 광통신 네트워크

25 해저 광통신 시스템의 생산과 설치 예- 동영상