.webp)
하지만 먼저, 광섬유 케이블이 어떻게 작동하는지 보여드리겠습니다.
양동이를 개조해서 앞에 창문을 만들고, 반대편에 바로 여기 구멍에 마개를 뒀어요. 프로필렌글리콜 한 병에 크리머를 조금 넣었고요. 링 스탠드, 그리고 레이저 포인터도 있어요. 자, 불 끄실 때 이 플러그 잘 봐주세요.
정말 멋지네요. 빛이 액체의 흐름을 따라 양동이까지 쭉 뻗어 있네요. 놀랍네요. 이는 전반사 때문입니다. 빛이 액체 속으로 들어가 양동이와 액체 사이의 경계면에 닿는 순간 반사됩니다.
여기서 첫 번째 반사와 두 번째, 세 번째 반사를 볼 수 있습니다. 이는 가이드 물질(여기서는 프로필렌 글리콜)과 외부 공기의 굴절률 차이 때문에 발생합니다. 빛이 표면에 닿을 때마다 물질에 흡수되거나, 반사되거나, 통과할 수 있는데, 후자를 "굴절"이라고 합니다.
위에서 보면 더 쉽게 볼 수 있습니다. 반사와 굴절은 동시에 일어날 수 있습니다. 하지만 광선이 임계각보다 큰 각도로 표면에 닿으면 완전히 반사되어 굴절되지 않습니다.
이 프로필렌 글리콜과 공기 시스템의 경우, 빔이 법선으로부터 측정했을 때 44.35도보다 큰 각도로 표면에 닿으면 전반사를 통해 하류로 전파됩니다. 광섬유에서도 동일한 효과를 내기 위해 엔지니어들은 일반적으로 순수한 이산화규소인 유리 코어와 "클래딩"이라고 하는 외부 층을 만듭니다. 이 층은 일반적으로 이산화규소로 만들어지지만, 굴절률을 낮추기 위해 붕소나 게르마늄을 약간 첨가합니다.
1%의 차이만으로도 광섬유 케이블이 작동하기에 충분합니다. 이처럼 길고 얇은 유리 조각을 만들기 위해 엔지니어들은 큰 유리 프리폼을 가열합니다. 프리폼의 중심부는 순수한 코어 유리이고, 바깥쪽은 클래딩입니다. 그런 다음 용융물을 초당 최대 1,600미터의 속도로 휠에 감아 섬유를 끌어당깁니다. 일반적으로 이러한 인발 타워는 몇 층 높이입니다. 이러한 높이 덕분에 섬유는 드럼에 감기 전에 냉각됩니다.
공학 역사상 가장 위대한 업적 중 하나는 TAT-8이라는 최초의 해양 횡단 광섬유 케이블이었습니다. 이 케이블은 뉴저지주 터커튼에서 시작하여 해저를 따라 3,500마일(약 5,000km) 이상 뻗어 영국 와이드마우스와 프랑스 펜마치까지 뻗어 나갔습니다.
엔지니어들은 해저에서 견딜 수 있도록 케이블을 세심하게 설계했습니다. 케이블의 중심에는 코어가 있습니다. 지름이 0.1인치도 안 되는 이 케이블은 중앙 강철 와이어를 감싸고 있는 여섯 개의 광섬유로 이루어져 있습니다. 그들은 광섬유를 보호하기 위해 이 코어를 엘라스토머에 내장하고, 강철 가닥으로 감싼 후, 물로부터 보호하기 위해 구리 원통 안에 밀봉했습니다. 최종 케이블은 지름이 2.5인치도 안 되었지만, 동시에 약 4만 건의 전화 통화를 처리할 수 있었습니다.
광섬유 케이블을 통해 정보를 전송하는 방법의 핵심은 매우 간단합니다. 상대방과 미리 약속된 신호를 주고받을 수 있습니다. 모스 부호를 사용하고 레이저를 차단하면 상대방이 메시지를 전달하는 섬광을 볼 수 있습니다.
엔지니어들은 케이블을 통해 전화 통화 음성과 같은 아날로그 신호를 전송하기 위해 펄스 코드 변조(PWM)를 사용합니다. 아날로그 신호를 여러 부분으로 나눈 후, 그 신호의 크기나 진폭을 최대한 근사화합니다.
이 신호를 디지털 신호로 만들고 싶습니다. 즉, 음량의 값을 임의로 나타내는 것이 아니라 이산적인 값을 나타냅니다. 예를 들어, 4비트를 사용한다면 음량에 대해 16가지 값을 가질 수 있습니다. 따라서 신호의 처음 네 부분은 각각 약 10, 12, 14, 15로 근사될 수 있습니다.
그런 다음 각 구간의 진폭을 일련의 1과 0으로 변환합니다. 값 10의 첫 번째 막대는 인코딩되면 1, 0, 1, 0이 됩니다. 곡선의 각 구간에 대해 이 작업을 수행할 수 있습니다.
이제 녹색 파형이나 파란색 막대를 보는 대신, 신호를 시간에 따라 구성된 일련의 1과 0으로 생각할 수 있습니다. 이 시퀀스는 우리가 광섬유 케이블을 통해 보내는 신호로, 1은 0, 0은 1로 구성됩니다. 물론 수신 측에서는 정확한 인코딩 방식을 알고 있습니다. 따라서 메시지를 해독하는 것은 어렵지 않습니다.
이제 레이저 펄스가 어떻게 바다를 가로질러 거의 4,000마일(약 6,400km)을 이동할 수 있는지 궁금하실 겁니다. 섬유의 측면을 통해 빛이 빠져나가기 때문에, 어떤 도움 없이는 불가능합니다. 프로필렌 스트림을 다시 생각해 보세요.
빛이 이동하면서 어떻게 약해지는지 보여드리겠습니다. 여기 양동이 안에 있는 좁은 광선이 물살에 들어갈 때 약간 넓어지고, 첫 번째 반사 후에는 들어갈 때보다 더 넓어지는 것을 볼 수 있습니다. 이는 공기와의 경계면이 고르지 않고 광선을 구성하는 광선들이 약간 다른 각도로 입사하기 때문입니다.
그 광선이 두 번째 반사를 할 때, 각 광선은 더욱 크게 발산합니다. 세 번째 반사에 도달할 때쯤이면 많은 광선이 더 이상 임계 각도에 도달하지 못하고 흐름의 측면으로 빠져나갈 수 있습니다. 여기서는 몇 인치 만에 이런 현상이 발생하지만, TAT-8과 같은 광섬유 케이블에서는 신호가 증폭되기 전까지 무려 50km를 이동합니다. 정말 놀랍습니다.
아직 게시된 댓글이 없습니다.