빛과 기술: 광섬유는 어떻게 빛을 전달하는가?

Jul 21, 2023

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1930년 최초로 석영 필라멘트가 나온 이후 우리는 본격적인 광섬유 시대에 들어섰습니다. 지금까지 우리는 이미 다중 모드 광섬유 G.651, 단일 모드 광섬유 G.652, G.653, G.654, G.655 등과 같은 다양한 유형의 광섬유를 보유하고 있습니다. 이 섬유는 전체 광통신의 기초를 형성합니다.
 
그렇다면 광섬유에서 빛은 어떻게 전송됩니까?
 

반대편 끝의 길고 곧은 복도에 손전등 광선을 비추고 싶다고 가정해 보겠습니다. 광선을 복도 바로 아래로 향하게 하면 빛이 직선으로 이동하므로 문제가 없다는 것을 알 수 있습니다. 복도에 굴곡이 있으면 어떻게 되나요? 이때 모서리에 거울을 설치하여 모서리에 있는 빔을 반사시킬 수 있습니다. 복도가 구불구불하고 굴곡이 여러 개라면 어떻게 될까요? 거울로 벽을 정렬하고 빛의 광선이 복도를 따라 좌우로 반사되도록 각도를 맞추는 것도 가능합니다. 이는 빛이 광섬유를 통해 이동할 때 발생하는 현상입니다. 그러나 빛은 광섬유에서 완전히 반사됩니다.

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전통적인 순수 베어 섬유는 내부와 외부의 두 층으로 구성됩니다. 전반사 조건을 이루기 위해서는 내부층의 굴절률 N1이 외부층의 굴절률 N2보다 크며, N2보다 큰 N1은 광섬유에서 광신호가 전달되기 위한 필수 조건이다.

 

그러나 광섬유에서 빛이 전달될 때 광섬유가 구부러지면 앞뒤로 반사되는 횟수가 많아지고, 반사각도 커지게 된다. 굽힘이 특별히 심하지 않으면 빛이 광섬유 밖으로 새어 나오지 않으므로 일반적으로 광섬유 굽힘에 특정 제한이 있습니다. 또한 일반 광섬유는 단일 모드 광섬유와 다중 모드 광섬유로 구분됩니다. 전송 방식의 차이점은 무엇입니까? 다음 그림은 매우 직관적으로 표시할 수 있습니다.

 

다음은 최근 몇 년간 인기를 얻고 있는 새로운 유형의 광섬유인 중공 코어 광섬유에 대해 간략하게 언급합니다.
 

기존 광섬유와 달리 중공 코어 섬유는 전반사를 통해 빛의 전송을 안내하는 것이 아니라 단면이 벌집처럼 보이는 섬유 매체 사이의 중공 영역을 통해 빛을 안내합니다.

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중공 섬유의 광 전송 원리는 매우 많은 유전체 표면의 동위상 반사를 통해 전반사 효과를 얻기 위해 다층 거울을 사용하는 것과 비슷합니다.

 

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