개요
광섬유(光纖, Optical Fiber)는 정보를 빛의 형태로 전송하는 데 사용되는 **물리적 전송 매체로, 통신 기술의 핵심 구성 요소 중 하나이다. 직경이 약 125마이크로미터(머리카락 두께 정도)인 유리 또는 플라스틱 섬유로 구성되며, 내부에서 빛이 전반사 현상을 통해 거의 손실 없이 장거리 전송이 가능하다. 광섬유는 전기 신호를 사용하는 기존의 동축 케이블이나 비차폐 쌍선(UTP) 케이블보다 훨씬 높은 대역폭과 낮은 신호 감쇠를 제공하여, 고속 인터넷, 장거리 통신, 데이터 센터 간 연결 등에서 널리 활용되고 있다.
구조와 원리
기본 구조
광섬유는 세 가지 주요 부분으로 구성된다:
- 코어(Core): 빛이 전달되는 중심 부분. 고순도 실리카(SiO₂)로 만들어지며, 굴절률이 가장 높다.
- 클래딩(Cladding): 코어를 둘러싼 외부 층. 코어보다 낮은 굴절률을 가지며, 빛이 코어 내부에서 전반사되도록 돕는다.
- 버퍼 코팅(Buffer Coating): 기계적 보호를 위한 외부 플라스틱 층. 물리적 손상과 수분으로부터 섬유를 보호한다.
이러한 구조는 빛이 코어 안에서 전반사(Total Internal Reflection)를 일으키며 전파되도록 설계되어, 신호 손실을 최소화한다.
전송 원리
광섬유는 빛(일반적으로 적외선 영역의 레이저 또는 LED)을 매개로 정보를 전송한다. 송신 측에서는 전기 신호를 광 신호로 변환하고, 수신 측에서는 다시 광 신호를 전기 신호로 복원한다. 이 과정은 광변조기(Modulator)와 포토다이오드(Photodiode) 등의 장치를 통해 이루어진다.
종류
광섬유는 전달 방식에 따라 두 가지 주요 유형으로 나뉜다:
1. 단일모드 광섬유 (Single-Mode Fiber, SMF)
- 코어 지름: 약 8~10μm
- 특징: 하나의 광 경로(모드)만 허용하여, 신호 왜곡이 매우 적고 장거리 전송에 적합
- 사용처: 장거리 통신, 케이블 TV, 전국망(Backbone Network)
- 파장: 일반적으로 1310nm 또는 1550nm 사용
2. 다중모드 광섬유 (Multi-Mode Fiber, MMF)
- 코어 지름: 약 50μm 또는 62.5μm
- 특징: 여러 개의 광 경로를 동시에 전달하지만, 모드 분산으로 인해 전송 거리가 제한됨
- 사용처: 지역 내 네트워크(LAN), 데이터 센터 내부 연결, 단거리 통신
- 파장: 주로 850nm 또는 1300nm 사용
| 구분 |
단일모드(SMF) |
다중모드(MMF) |
| 코어 지름 |
8–10μm |
50–62.5μm |
| 전송 거리 |
수십~수백 km |
최대 2km 이하 |
| 대역폭 |
매우 높음 |
비교적 낮음 |
| 비용 |
높음 (정밀한 장비 필요) |
낮음 |
| 주요 활용 |
장거리 통신 |
단거리 LAN |
장점과 단점
장점
- 고대역폭: 초고속 데이터 전송 가능 (Tbps급도 가능)
- 저손실: 1km당 신호 감쇠가 0.2dB 이하로, 중계기 없이 장거리 전송 가능
- 전자기 간섭(EMI) 저항성: 금속이 아니므로 전자기파나 뇌전의 영향을 받지 않음
- 보안성: 신호를 도청하기 어렵고, 외부로 신호 누설 없음
- 경량 및 소형: 동일 전송 성능에서 동축 케이블보다 가볍고 얇음
단점
- 설치 및 유지보수 비용 고가: 정밀한 정렬과 전문 장비 필요
- 취급 주의: 유리 섬유이므로 굽힘, 충격에 취약 (특히 굽힘 반경 제한 존재)
- 복구 난이도: 끊어진 경우 재연결이 복잡하며, 일반적으로 융합 접속기(Fusion Splicer) 필요
주요 응용 분야
- 인터넷 백본망: 국가 및 국제 통신망의 주요 전송 수단
- FTTH(Fiber to the Home): 가정까지 광섬유를 직접 연결하는 초고속 인터넷 서비스
- 의료 영상 장비: 내시경 등에서 이미지 전달
- 산업용 센서: 온도, 압력, 진동 등을 감지하는 센서 네트워크
- 군사 및 항공: 전자기 간섭이 많은 환경에서 신뢰성 있는 통신
관련 기술 및 표준
- ITU-T G.652: 가장 일반적인 단일모드 광섬유 표준
- OM3/OM4/OM5: 다중모드 광섬유의 성능 등급 (OM5는 웨이블렌스 다중화 지원)
- WDM(Wavelength Division Multiplexing): 하나의 광섬유에 여러 파장을 동시에 전송하는 기술로, 대역폭 극대화 가능
참고 자료
- ITU-T Recommendation G.652 (2020), "Characteristics of a single-mode optical fibre and cable"
- TIA/EIA-492, "Optical Fiber Cable Standards"
- "Optical Fiber Communications" by Gerd Keiser (McGraw-Hill Education)
광섬유는 현대 정보 통신 인프라의 핵심으로, 5G, 클라우드 컴퓨팅, IoT 등 차세대 기술의 발전을 가능하게 하는 기반 기술이다. 물리적 전송 매체로서의 성능과 신뢰성은 계속해서 개선되고 있으며, 향후 광집적 회로(Photonic Integrated Circuits)와의 융합을 통해 더욱 소형화되고 효율적인 네트워크 구조로 진화할 전망이다.
# 광섬유
## 개요
**광섬유**(光纖, Optical Fiber)는 정보를 빛의 형태로 전송하는 데 사용되는 **물리적 전송 매체로, 통신 기술의 핵심 구성 요소 중 하나이다. 직경이 약 125마이크로미터(머리카락 두께 정도)인 유리 또는 플라스틱 섬유로 구성되며, 내부에서 빛이 전반사 현상을 통해 거의 손실 없이 장거리 전송이 가능하다. 광섬유는 전기 신호를 사용하는 기존의 동축 케이블이나 비차폐 쌍선(UTP) 케이블보다 훨씬 높은 대역폭과 낮은 신호 감쇠를 제공하여, 고속 인터넷, 장거리 통신, 데이터 센터 간 연결 등에서 널리 활용되고 있다.
## 구조와 원리
### 기본 구조
광섬유는 세 가지 주요 부분으로 구성된다:
1. **코어**(Core): 빛이 전달되는 중심 부분. 고순도 실리카(SiO₂)로 만들어지며, 굴절률이 가장 높다.
2. **클래딩**(Cladding): 코어를 둘러싼 외부 층. 코어보다 낮은 굴절률을 가지며, 빛이 코어 내부에서 전반사되도록 돕는다.
3. **버퍼 코팅**(Buffer Coating): 기계적 보호를 위한 외부 플라스틱 층. 물리적 손상과 수분으로부터 섬유를 보호한다.
이러한 구조는 빛이 코어 안에서 **전반사**(Total Internal Reflection)를 일으키며 전파되도록 설계되어, 신호 손실을 최소화한다.
### 전송 원리
광섬유는 빛(일반적으로 적외선 영역의 레이저 또는 LED)을 매개로 정보를 전송한다. 송신 측에서는 전기 신호를 광 신호로 변환하고, 수신 측에서는 다시 광 신호를 전기 신호로 복원한다. 이 과정은 **광변조기**(Modulator)와 **포토다이오드**(Photodiode) 등의 장치를 통해 이루어진다.
## 종류
광섬유는 전달 방식에 따라 두 가지 주요 유형으로 나뉜다:
### 1. 단일모드 광섬유 (Single-Mode Fiber, SMF)
- **코어 지름**: 약 8~10μm
- **특징**: 하나의 광 경로(모드)만 허용하여, 신호 왜곡이 매우 적고 장거리 전송에 적합
- **사용처**: 장거리 통신, 케이블 TV, 전국망(Backbone Network)
- **파장**: 일반적으로 1310nm 또는 1550nm 사용
### 2. 다중모드 광섬유 (Multi-Mode Fiber, MMF)
- **코어 지름**: 약 50μm 또는 62.5μm
- **특징**: 여러 개의 광 경로를 동시에 전달하지만, 모드 분산으로 인해 전송 거리가 제한됨
- **사용처**: 지역 내 네트워크(LAN), 데이터 센터 내부 연결, 단거리 통신
- **파장**: 주로 850nm 또는 1300nm 사용
| 구분 | 단일모드(SMF) | 다중모드(MMF) |
|------|----------------|----------------|
| 코어 지름 | 8–10μm | 50–62.5μm |
| 전송 거리 | 수십~수백 km | 최대 2km 이하 |
| 대역폭 | 매우 높음 | 비교적 낮음 |
| 비용 | 높음 (정밀한 장비 필요) | 낮음 |
| 주요 활용 | 장거리 통신 | 단거리 LAN |
## 장점과 단점
### 장점
- **고대역폭**: 초고속 데이터 전송 가능 (Tbps급도 가능)
- **저손실**: 1km당 신호 감쇠가 0.2dB 이하로, 중계기 없이 장거리 전송 가능
- **전자기 간섭**(EMI) **저항성**: 금속이 아니므로 전자기파나 뇌전의 영향을 받지 않음
- **보안성**: 신호를 도청하기 어렵고, 외부로 신호 누설 없음
- **경량 및 소형**: 동일 전송 성능에서 동축 케이블보다 가볍고 얇음
### 단점
- **설치 및 유지보수 비용 고가**: 정밀한 정렬과 전문 장비 필요
- **취급 주의**: 유리 섬유이므로 굽힘, 충격에 취약 (특히 굽힘 반경 제한 존재)
- **복구 난이도**: 끊어진 경우 재연결이 복잡하며, 일반적으로 **융합 접속기**(Fusion Splicer) 필요
## 주요 응용 분야
- **인터넷 백본망**: 국가 및 국제 통신망의 주요 전송 수단
- **FTTH**(Fiber to the Home): 가정까지 광섬유를 직접 연결하는 초고속 인터넷 서비스
- **의료 영상 장비**: 내시경 등에서 이미지 전달
- **산업용 센서**: 온도, 압력, 진동 등을 감지하는 센서 네트워크
- **군사 및 항공**: 전자기 간섭이 많은 환경에서 신뢰성 있는 통신
## 관련 기술 및 표준
- **ITU-T G.652**: 가장 일반적인 단일모드 광섬유 표준
- **OM3/OM4/OM5**: 다중모드 광섬유의 성능 등급 (OM5는 웨이블렌스 다중화 지원)
- **WDM**(Wavelength Division Multiplexing): 하나의 광섬유에 여러 파장을 동시에 전송하는 기술로, 대역폭 극대화 가능
## 참고 자료
- ITU-T Recommendation G.652 (2020), "Characteristics of a single-mode optical fibre and cable"
- TIA/EIA-492, "Optical Fiber Cable Standards"
- "Optical Fiber Communications" by Gerd Keiser (McGraw-Hill Education)
---
광섬유는 현대 정보 통신 인프라의 핵심으로, 5G, 클라우드 컴퓨팅, IoT 등 차세대 기술의 발전을 가능하게 하는 기반 기술이다. 물리적 전송 매체로서의 성능과 신뢰성은 계속해서 개선되고 있으며, 향후 **광집적 회로**(Photonic Integrated Circuits)와의 융합을 통해 더욱 소형화되고 효율적인 네트워크 구조로 진화할 전망이다.