Transcript 제 4 장
제 4 장 광섬유의 형태와 특성 목 차 4.1 개요 4.2 광섬유의 감쇠손실 4.3 분산 손실 4.4 광섬유의 형태 4.5 광섬유의 설치와 취급시 고려할 사항 4.1 개요 • 통신용 광섬유 - 광섬유의 여러 가지 다양한 형태 중 하나 - 많은 데이터를 먼 거리로 전송 • 광섬유 설계기법 - 감쇠 손실(attenuation loss) 최소화 - 전송된 신호의 왜곡량을 최소화 •광섬유에서의 손실 - 로그 단위의 데시벨(dB)로 측정 • 광 전력의 데시벨 손실 계산 dB = –10 log (P out / P in) P out : 광섬유 출사 전력 P in : 광섬유 입사 전력 (4.1) 분산손실 • 단일모드 광섬유(single-mode fiber) - 분산( t)은 입사된 광펄스의 폭과 출력단에서 빠져나갈때 폭간의 차로 표현. • 다중모드 광섬유(multimode fiber) - 대역폭 – 거리 – 곱 ( BWL)으로 표현 4.2 광섬유의 감쇠 손실 • 흡수 • 산란(scattering) 전유리(all - glass) 광섬유의 파장에 대한 감쇠 여러 입사 조건에서 광섬유 특성의 비교 케이블 감쇠 대 주파수 특성 광섬유에 의한 빛의 흡수 • 빛의 흡수 빛의 파장 또는 불순물에 의해 좌우 • 흡수되는 빛의 양 파장이 증가함에 따라 감소 850nm 에서 흡수 1.5 dB/km 1500nm 에서흡수 0.5 dB/km 그림 4.1 광섬유의 전형적인 재료흡수 광섬유에서 빛의 산란 • 빛의 산란은 파장에 의해 좌우된다. • 레일라이 산란(Rayleigh Scattering) 레일라이 산란( Rayleigh scattering) 유리의 미세한 밀도 변화에의해 발생 Rayleigh 산란으로 입사 광자 흐름의 감쇠 광섬유에서 마이크로 밴드 손실 • 코어 표면에 미소한 형태 변화가 있을때 생김 • 빛이 코어로부터 클래딩 경계면으로 입사되는 각의 변화를 초래 • 빛을 클래딩 쪽으로 굴절 시키는 원인으로 작용 케이블링 과정에 의한 마이크로 밴딩 4.3 분산 손실 • 광섬유에서 신호의 왜곡을 초래하는 메커니즘 - 모드 분산(mode dispersion) - 재료 분산(material dispersion) - 도파로 분산(waveguide dispersion) 펄스퍼짐의 3가지 요인 모드 분산(mode dispersion) 모드 분산 다중모드 광섬유(Multimode optical fiber) 짧은 모드의 빛과 긴 모드의 빛이 광섬유 출사단에 도달하는데 걸리는 시간차 다중모드 펄스퍼짐 (단거리는 길이자체에, 장거리는 제곱근에 비례) 재료 분산(Material dispersion) <1300nm 1300nm >1300nm 긴 파장을 갖는 빛의 속도 짧은 파장을 갖는 빛의 속도 그림 4.2 재료분산 • 광섬유 유리에 의해 야기되는 파장에 근거한 효과 • 신호 펄스의 퍼짐을 초래하는 근본 원인 • 서로 다른 진행속도로 인해 펄스폭이 변화됨 재료 분산 일반적인 광섬유에서의 재료 분산 도파로 분산(Waveguide dispersion) • 단일 모드를 갖는 광섬유에서만 일어난다. • 빛의 일부는 광섬유의 클래딩쪽으로 진행 • 클래딩을 통해 진행하는 빛은 분산을 유발 • 동작 파장의 증가 SI 광섬유의 도파로 분산 OTDR 표시 3개 주요 파장대의 실리카 유리광섬유 감쇠 4.4 광섬유의 형태 표 4.1 광섬유의 형태 광섬유 형태 보정된 손실 계단형 다중모드 언덕형 다중모드 단일 모드 기본 디자인 모드 분산 모드 분산 • 굴절률 분포 - 모드 분산의 양을 결정하는 중요한 요소 계단형 광섬유(step index fiber) • 코어의 굴절률과 글래딩의 굴절률이 다름. • 양쪽이 계단과 비슷한 굴절률 분포를 갖음. 그림 4.3 계단형 광섬유의 굴절률 분포 계단형(굴절률) 광섬유 ( a ) 굴절률 분포 ( b ) 축단면 ( c ) 단측면도 계단형 광섬유에 의한 광의 포획 허용 원뿔각 코어 2 클레딩 모드의 광선경로 (코어 · 클레딩 경계의 부분적 반사로 다중광선 경로가 나타난다.) 언덕형 광섬유(graded index fiber) • 모드 분산의 양을 줄이기 위해 설계 • 포물선 형태의 굴절 - 코어에서 클래딩 쪽으로 굴절률이 점진적으로 변함 • 광섬유의 모드 분산이 감소 - 긴 모드의 빛이 짧은 모드의 빛보다 더 빠른 속도로 진행 언덕형 광섬유(GRIN) (a) 0.25 pitch lense (b) 0.29 pitch lense GRIN 광섬유의 계단모형 그림 4.4 언덕형 광섬유의 굴절률 분포 코어 클래딩 (a) (b) (c) 언덕형 광섬유 (a) 굴절률 분포 (b) 축단면 (c) 측단면 단일모드 광섬유 • 모드수를 하나로 줄임으로써 모드분산 제거 • 매우 작은 코어직경을 갖음 • 모드분산은 0 이지만 도파로 분산이 나타남. • 상당히 정교한 광원이 요구됨 • 장거리 전화선과 다른 장거리 응용 표준 단일 모드 광섬유의 굴절률 분포 그림 4.5 단일모드 광섬유의 굴절 분포 • 모드 분산을 줄이기 위해 더 이상 굴절률 분포가 필요치 않음 계단형 굴절률 분포를 취함 광섬유에서 빛의 전파 형태 (a) 다중 모드 계단형 계수 광섬유 (b) 다중 모드 경사형 계수 광섬유 (c) 단일 모드 계단형 계수 광섬유 4.5 광섬유의 설치와 취급시 고려할 사항 • 광섬유의 종류 확인 - 광섬유에 표시된 코어/클래딩의 직경을 본다. - 대부분의 광섬유는 숫자로 표시(50/100, 10/100) - 첫번째 숫자 코어직경 - 두번째 숫자 클래딩의 직경