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광섬유 구성 요소는 무엇일까요? 일반적인 광섬유는 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다. 빛을 전달하는 코어, 굴절률이 낮은 코어를 감싸 빛을 흡수하는 클래딩, 그리고 내부의 취약한 광섬유를 보호하는 코팅입니다.
핵심
빛을 전달하는 코어 는 광섬유에서 가장 작은 부분입니다. 광섬유 코어는 일반적으로 유리로 만들어지지만, 플라스틱으로 만들어지는 경우도 있습니다. 코어에 사용되는 유리는 매우 순수한 이산화규소(SiO2)로, 8km 밖에서도 마치 집 창문을 통해 보는 것처럼 투명하게 보입니다.
제조 공정에서는 게르마니아, 오산화인, 알루미나와 같은 도펀트를 사용하여 제어된 조건 하에서 굴절률을 높입니다.
광섬유 코어는 다양한 용도에 따라 다양한 직경으로 제조됩니다. 일반적인 유리 코어는 3.7um에서 200um까지 다양합니다. 통신 분야에서 일반적으로 사용되는 코어 크기는 9um, 50um, 62.5um입니다. 플라스틱 광섬유 코어는 유리 코어보다 훨씬 클 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 플라스틱 코어 크기는 980um입니다.
클래딩
클래딩 은 코어를 감싸고 낮은 굴절률을 제공하여 광섬유가 작동하도록 합니다. 유리 클래딩을 사용하는 경우, 클래딩과 코어는 동일한 이산화규소 기반 재료로 영구적으로 융합된 상태로 함께 제조됩니다. 제조 공정에서는 코어와 클래딩에 서로 다른 양의 도펀트를 첨가하여 두 재료의 굴절률 차이를 약 1%로 유지합니다.
일반적인 코어는 1300nm에서 1.49의 굴절률을 갖는 반면, 클래딩은 1.47의 굴절률을 가질 수 있습니다. 그러나 이러한 굴절률은 파장에 따라 달라집니다. 동일한 광섬유의 코어라도 파장에 따라 굴절률이 달라집니다.
코어와 마찬가지로 클래딩도 표준 직경으로 제작됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 직경은 125um와 140um입니다. 125um 클래딩은 일반적으로 9um, 50um, 62.5um, 85um의 코어 크기를 지원합니다. 140um 클래딩은 일반적으로 100um 코어를 사용합니다.
코팅
코팅 은 광섬유의 완벽한 보호층입니다. 코팅은 클래딩을 손상시킬 수 있는 충격, 흠집, 긁힘, 심지어 습기까지 흡수합니다. 코팅이 없으면 광섬유는 매우 약해집니다. 클래딩에 미세한 흠집 하나만으로도 광섬유를 구부릴 때 파손될 수 있습니다. 코팅은 100% 유리 섬유에 필수적이며, 코팅 없이는 판매되지 않습니다.
코팅은 보호 기능만을 수행하며, 광섬유의 빛 전달 능력에는 어떠한 영향도 미치지 않습니다. 코팅의 외경은 일반적으로 250um 또는 500um입니다. 일반적으로 코팅은 무색입니다. 그러나 일부 응용 분야에서는 코팅에 유색 코팅이 적용되어 광섬유 그룹 내 개별 광섬유를 식별할 수 있습니다.
광섬유에 사용되는 코팅은 특정 유형의 성능이나 환경에 맞게 선택됩니다. 가장 일반적인 코팅 유형 중 하나는 아크릴레이트입니다. 이 코팅은 일반적으로 두 겹으로 도포됩니다. 1차 코팅은 클래딩에 직접 도포됩니다. 이 코팅은 부드러워 광섬유가 구부러질 때 쿠션 역할을 합니다. 2차 코팅은 1차 코팅보다 단단하여 단단한 외부 표면을 제공합니다. 그러나 아크릴레이트는 온도 성능에 제한이 있습니다. 일반적인 아크릴레이트는 최대 125ºC의 온도에서도 성능을 발휘할 수 있습니다.
실리콘, 탄소, 폴리이미드는 항공전자, 항공우주, 우주 관련 분야와 같이 혹독한 환경에서 사용되는 광섬유에 사용되는 코팅입니다. 또한 광산이나 석유 및 가스 시추용으로 설계된 광섬유에도 사용될 수 있습니다.
표준
코어와 클래딩 크기는 다양하게 조합할 수 있지만, 커넥터와 장비의 적절한 조합을 보장하기 위해서는 표준이 필요합니다. 특히 광섬유에 사용되는 부품처럼 작은 부품의 경우, 미세한 정렬 오류만으로도 전체 시스템을 사용할 수 없게 될 수 있으므로 표준이 매우 중요합니다.
통신 산업에서 사용되는 광섬유의 성능을 정의하는 표준을 발표하는 기관은 미국 전기통신산업협회(TIA)와 국제전기통신연합(ITU) 두 곳뿐입니다. TIA와 ITU는 광섬유에 대한 다양한 표준을 발표하지만, 여러분이 알아야 할 주요 표준은 ANSI/TIA-568-C.3, ITU-TG.653, ITU-TG.655, 그리고 ITU-T G.657입니다.
ANSI/TIA-568-C.3 표준은 구내 광섬유 케이블링 구성 요소에 적용됩니다. ITU 표준은 단일 모드 광섬유 및 케이블에 적용됩니다. 다음은 각 표준에 대한 설명입니다.
>ITU-TG.652: 단일모드 광섬유 및 케이블의 특성
>ITU-T G.655: 분산 이동 단일 모드 광섬유 및 케이블의 특성
>ITU-T G.657: 비영 분산 이동 단일 모드 광섬유 및 케이블의 특성
이러한 표준에는 광섬유, 광섬유 케이블 , 커넥터 및 스플라이스 등의 구성 요소의 성능을 정의하는 중요한 정보가 포함되어 있습니다.
재료
광섬유는 일반적으로 유리 코어와 유리 클래딩으로 제작되지만, 광섬유의 성능과 광섬유 설치, 커넥터 장착, 그리고 광섬유 손상 방지를 위한 적절한 보호 간의 균형을 맞춰야 하는 경우 다른 소재를 사용할 수 있습니다. 많은 경우 광섬유는 짧은 거리만 연결해야 하므로, 고품질 유리 광섬유의 이점보다는 비용 절감이 더 중요합니다. 또한 진동, 극한 온도, 반복적인 취급, 또는 지속적인 움직임과 같은 가혹한 환경에 노출되는 경우도 있습니다. 다양한 조건, 비용 요소, 그리고 성능 요구 사항에 맞춰 광섬유의 분류가 다양하게 발전해 왔습니다.
재료에 따른 주요 섬유 분류는 다음과 같습니다 .
유리 섬유 : 유리 코어와 유리 클래딩으로 구성되어 있습니다. 높은 데이터 전송 속도, 긴 전송 거리, 또는 이 두 가지가 모두 필요할 때 사용됩니다. 유리 섬유는 다양한 유형 중 가장 취약하기 때문에 과도한 손상을 입지 않는 환경에 설치하거나 특수 케이블이나 인클로저로 보호하여 손상되지 않도록 해야 합니다.
유리 섬유는 일반적으로 장거리 데이터와 건물 간, 사무실 간 네트워킹 애플리케이션에서 사용됩니다.
플라스틱 클래드 실리카(PCS) : 이 광섬유는 유리 코어와 플라스틱 클래딩으로 구성됩니다. 코어는 일반 유리 광섬유보다 크며, 일반적으로 200µm이고 클래딩 두께는 50µm입니다. 실리콘 코팅 유리 광섬유와 마찬가지로 PCS 광섬유의 플라스틱 코팅은 일반적으로 플라스틱 클래딩을 둘러싼 열가소성 버퍼와 함께 사용됩니다. 일반적인 PCS 광섬유 사양은 200/300µm입니다. 플라스틱 클래딩은 유리 코어의 보호층 역할도 하므로, 일반 유리 광섬유에서 일반적으로 사용되는 코팅은 PCS 광섬유에는 포함되지 않습니다. PCS 광섬유는 일반적으로 산업용 감지 및 의료/치과 분야에 사용됩니다.
경질 클래드 실리카(HCS) : 이 광섬유는 PCS 광섬유와 유사하지만, 유리 코어에 경질 폴리머 또는 기타 재질의 클래딩을 사용하여 다른 클래딩보다 일반적으로 더 강합니다. 경질 클래드 실리카 광섬유는 제조, 공장 자동화, 그리고 충격과 진동으로 인해 일반 유리 광섬유가 신뢰할 수 없는 분야와 같이 견고성이 중요한 분야에서 일반적으로 사용됩니다. HCS 광섬유는 일반적으로 유리 광섬유보다 훨씬 큽니다. 가장 많이 사용되는 크기는 200/230µm입니다.
플라스틱 광섬유 : 이 광섬유는 플라스틱 코어와 플라스틱 클래딩을 사용합니다. 저렴한 가격, 견고성, 그리고 사용 편의성을 고려하여 선택되며, 높은 대역폭과 긴 전송 거리가 필요하지 않은 곳에 설치됩니다. 플라스틱 광섬유는 장거리 고성능 전송에는 적합하지 않지만, 100m 미만의 거리에서도 유용한 데이터 속도로 신호를 전송할 수 있습니다. 980/1000µm 규격이 가장 널리 사용됩니다. 플라스틱 광섬유는 일반적으로 650nm 범위의 가시광선 파장에 적합하도록 설계되었습니다. 플라스틱 광섬유는 홈 엔터테인먼트 시스템, 자동차, 제조 제어 시스템 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다. 또한 컴퓨터와 주변 장치 간의 연결 및 의료 장비에도 사용될 수 있습니다.
대코어 플라스틱 광섬유의 장점
유리 광섬유의 높은 대역폭과 장거리 전송 성능에 흥분하기 쉽습니다. 다른 어떤 매체보다 성능이 훨씬 뛰어납니다. 하지만 많은 응용 분야에서는 먼 거리에서 높은 대역폭이 필요하지 않습니다. 가정에서 광섬유는 다양한 용도로 활용될 수 있습니다. 플라스틱 광섬유를 사용하는 홈 엔터테인먼트 시스템을 이미 사용하고 있거나, 오디오 장치나 DVD 체인저를 연결하는 데 플라스틱 광섬유를 사용하는 차량을 소유하고 있을 수도 있습니다. 이러한 응용 분야 중 어느 것도 먼 거리에서 높은 대역폭을 필요로 하지 않습니다. 이러한 응용 분야에는 대구경 플라스틱 광섬유가 이상적입니다. 플라스틱 광섬유는 일반적으로 650nm 범위의 가시광선 파장에서 작동하도록 설계됩니다. 광섬유에서 나오는 빛을 직접 볼 수 있다는 것은 큰 장점이며, 값비싼 테스트 장비가 필요하지 않습니다. 적외선 범위에서 작동하는 유리 광섬유에서 나오는 빛을 측정하려면 전력계가 필요합니다. 전력계는 홈 엔터테인먼트 시스템보다 비용이 더 많이 들 수 있습니다.
플라스틱 광섬유 의 큰 코어는 작은 유리 광섬유에 비해 또 다른 장점이 있습니다. 다른 광섬유나 광원 또는 검출기와 쉽게 정렬할 수 있다는 것입니다. 머리카락 두 가닥을 끝이 서로 맞닿아 완벽한 중앙에 오도록 정렬하는 것을 상상해 보세요. 이제 익히지 않은 스파게티면 두 개로 같은 작업을 하는 것을 상상해 보세요.
플라스틱 광섬유는 가정과 차량에 통합되는 오디오 및 비디오 전자 장치에 매우 적합한 선택입니다.
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