광통신 시스템용 특수 광섬유 소개

광섬유 통신은 지난 40년 동안 우리 삶을 여러모로 변화시켜 왔습니다. 저손실 광전송 광섬유가 광통신 기술의 엄청난 성공에 결정적인 역할을 했다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 그러나 광섬유 기반 부품 또한 이러한 성공에 중요한 역할을 했다는 사실은 잘 알려져 있지 않습니다.

초기에 광섬유 전송 시스템은 지점 간(point-to-point) 시스템이었으며, 길이는 100km보다 훨씬 짧았습니다. 1980년대에는 광섬유 부품을 포함한 광 부품에 대한 연구와 이해가 급속도로 발전했습니다. 이러한 광섬유 부품 중 다수는 광섬유 자이로스코프 및 기타 광 센서 장치와 같은 광 센서 기술에 상업적으로 적용되었습니다. 전력 분배기, 편광 제어기, 다중화 부품, 간섭계 장치 및 기타 광학 부품과 같은 간단한 부품들이 매우 유용함이 입증되었습니다. 이러한 부품 중 상당수는 편광 유지 광섬유(PMF)로 제작되었습니다. PM 광섬유 패치 케이블은 Fiber-Mart에서 구입할 수 있습니다.

광섬유 센서 시장은 크지 않았지만, 편광 유지 부품과 같은 새로운 부품 제작 연구가 활발해졌습니다. 전력 분배기와 같은 부품들은 표준 멀티모드(MM) 또는 단일모드 통신 광섬유로 제작되었습니다. 통신 분야에서는 이미 구상된 FTTH(Fiber-to-the-Home) 네트워크를 위해 소위 수동 광 네트워크가 제안되었습니다. 이 네트워크는 수동 광 분배기 사용에 크게 의존했습니다. 이러한 분배기는 표준 단일모드 광섬유(SMF)로 제작되었습니다. 단일모드 케이블 광섬유의 가격은 여기를 클릭하세요. FTTH는 대규모로 개발된 지 수십 년이 지난 후에야 등장했지만, 통신 애플리케이션에 부품을 사용하는 연구는 계속되었습니다.

1990년대 초 광섬유 증폭기 의 상업적 도입은 광섬유 전송에 혁명을 일으켰습니다. 증폭을 통해 광 신호는 재생 없이 수백 킬로미터를 이동할 수 있게 되었습니다. 이는 기술적, 상업적 측면에서 중요한 의미를 지녔습니다. 더 나은 증폭기를 구현하고 전송 시스템을 향상시키기 위해 새로운 광섬유 부품이 빠르게 도입되었습니다. 증폭기에는 에르븀 첨가 광섬유와 같은 특수 광섬유가 필요했습니다. 고성능 증폭기 광섬유를 설계하려면 모드 필드 직경, 광섬유 활성 코어와 광 필드의 중첩, 코어 구성, 그리고 새로운 도펀트 사용 등에 대한 특별한 고려가 필요했습니다. 특정 응용 분야에 맞춰 증폭기 성능을 최적화하기 위해 기존 전송 광섬유와는 근본적으로 다른 설계가 발전했습니다. 파장 분할 다중화(WDM) 기술의 도입은 더 넓은 대역폭과 평탄한 이득을 달성하기 위해 광섬유 설계 및 구성에 대한 요구 사항을 더욱 높였습니다. 에르븀 첨가 광섬유의 대역폭을 확장하고 1300nm와 같은 다른 파장의 증폭기를 개발하려는 노력은 다른 도펀트 개발을 촉진했습니다. 이터븀(Yb)을 이용한 공도핑은 고체 레이저 또는 Nd와 Yb 파이버 레이저를 사용하여 900nm에서 1090nm까지 펌핑할 수 있도록 합니다. 최근 관심은 이중 클래드 구조의 Er/Yb 파이버를 920nm 또는 975nm의 고출력으로 펌핑하는 능력입니다. 이중 클래드 파이버는 Yb와 Nd를 사용하는 파이버 레이저 제작에도 사용되고 있습니다.

증폭 광섬유 외에도 EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)는 작동을 위해 여러 광학 부품이 필요합니다. 여기에는 펌프 파장과 신호 파장을 위한 파장 다중화 및 편광 다중화 장치가 포함됩니다. 모듈 성능을 위해서는 이득 평탄화 필터, 전력 감쇠기, 전력 모니터링을 위한 탭 등 다양한 광학 부품이 필요합니다. 또한, 증폭기는 재생 없이 수백 킬로미터의 전송 거리를 가능하게 하므로 다른 전파 특성도 중요해졌습니다. 이러한 특성에는 색분산, 편광 분산, 그리고 4파장 혼합(FWM), 자기 및 교차 위상 변조, 라만 및 브릴루앙 산란과 같은 비선형성이 포함됩니다. 파장 분산을 처리하기 위해 분산 보상 광섬유가 도입되었습니다. 전송 광섬유와 보상 광섬유 간의 광대역 결합 손실이 문제였습니다. 특수 설계된 모드 변환 광섬유 또는 브리지 광섬유는 이 세 광섬유 간의 저손실 접속을 가능하게 하여 저삽입 손실 분산 보상기를 가능하게 합니다. 이러한 응용 분야에는 광섬유 부품뿐만 아니라 마이크로광학 부품, 또는 경우에 따라 평면 광학 부품도 제작될 수 있습니다. 일반적으로 광섬유 부품은 장치당 삽입 손실을 최소화하지만, 항상 그런 것은 아닙니다. 이러한 광섬유 장치 중 다수는 표준 SMF를 사용하여 제작될 수 있지만, 특수 광섬유가 필요한 경우가 많습니다.

특수 섬유는 유리 섬유의 조성, 굴절률 프로파일 또는 코팅을 변경하여 특정 고유 특성과 기능을 구현하도록 설계되었습니다. 특수 섬유는 광통신 분야 외에도 산업용 센서, 생체 의료용 전력 공급 및 영상 시스템, 군용 광섬유 자이로스코프, 고출력 레이저 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용됩니다. 다양한 용도에 맞는 다양한 특수 섬유가 있으며, 일반적인 특수 섬유는 다음과 같습니다.

• 능동 광섬유 : 이 광섬유는 Er, Nd, Yb와 같은 희토류 원소 또는 다른 능동 원소로 도핑됩니다. 이 광섬유는 광 증폭기 및 레이저에 사용됩니다. 에르블륨 도핑 광섬유 증폭기는 능동 광섬유를 사용하는 광섬유 부품의 좋은 예입니다. 반도체 및 나노입자 도핑 광섬유는 흥미로운 연구 주제가 되고 있습니다.
• 편광 제어 광섬유 : 이 광섬유는 높은 복굴절률을 가지고 있어 긴 광섬유 길이 동안 편광 상태를 유지할 수 있습니다. 높은 복굴절률은 팬더(Panda) 광섬유와 같은 비대칭 응력이나 나비넥타이(bowtie) 구조에 의해 발생합니다. 광섬유에서 두 가지 편광 모드를 모두 사용할 수 있는 경우, 해당 광섬유를 PMF 광섬유라고 합니다. 한 편광 모드만 광섬유 내에서 전파되고 다른 편광 모드는 차단되는 경우, 해당 광섬유를 단일 편광 광섬유라고 합니다.
• 분산 보상 광섬유 : 광섬유는 표준 SMF 및 비제로 분산 편이 광섬유(NZDSF)와 같은 전송 광섬유와 반대되는 색 분산을 갖습니다. 이 광섬유는 광섬유 전송 시스템에서 분산 효과를 완화하기 위한 분산 보상 모듈을 만드는 데 사용됩니다.
• 고도로 비선형적인 광섬유 : 광섬유는 광학적 비선형 효과(광학적 케르 효과, 브릴루앙 산란, 라만 산란 등)를 이용한 광 신호 처리 및 감지에 사용하기에 높은 비선형 계수를 갖습니다.
• 결합 광섬유 또는 브리지 광섬유 : 광섬유는 표준 SMF와 특수 광섬유 사이에 모드 필드 직경을 갖습니다. 이 광섬유는 표준 SMF와 특수 광섬유 사이의 높은 결합 손실을 줄이는 중간 결합 요소 역할을 합니다.
• 감광성 섬유 : 자외선(UV)에 민감한 굴절률을 가진 섬유입니다. 이 유형의 섬유는 자외선 노출을 통해 섬유 격자를 생성하는 데 사용됩니다.
• 고개구수(NA) 광섬유 : 개구수(NA)가 0.3보다 높은 광섬유입니다. 이 광섬유는 전력 공급 및 단거리 통신에 사용됩니다.
• 특수 SMF : 이 범주에는 굽힘 성능을 개선하기 위해 클래딩을 줄인 표준 SMF와 단파장 응용 분야에 맞게 특별히 설계된 SMF가 포함됩니다.
• 특수 코팅 섬유 : 수소와 수분 침투를 방지하기 위한 밀폐 코팅, 고온 적용을 위한 금속 코팅과 같은 특수 코팅이 된 섬유입니다.
• 중적외선 섬유 : 2~10마이크론 사이의 적용을 위한 비실리카 유리 기반 섬유
• 광자 결정 광섬유(PCF) : 기존 광섬유 구조에서는 얻을 수 없는 광섬유 특성을 구현하기 위해 주기적 구조를 가진 광섬유입니다.

파이버마트 소개 :
파이버마트는 중국 최대 규모의 광섬유 케이블 제조 및 공급업체입니다. 본 기사에 소개된 광섬유를 포함하여 광통신 시스템용 특수 광섬유를 거의 모두 공급할 수 있으며, 이에 따라 다양한 종류의 광섬유 패치 코드 도 매장에서 판매하고 있습니다.