광통신공학 기초 이론 및 계산

본 내용은 " 광통신공학 과제 및 정리본입니다. " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.02.11

문서 내 토픽

• 1. 광파의 주파수 및 파장 계산

  광통신에서 사용되는 파장과 주파수의 관계식 f=c/λ를 이용한 계산. 1550nm 파장에 해당하는 주파수는 약 193.4THz이며, 이는 광통신의 C-band 영역에 해당한다. 파장과 주파수의 상호 변환을 통해 광신호의 특성을 파악하고, 광통신 시스템 설계에 필수적인 기본 계산 방법을 다룬다.

• 2. 광신호의 전력 및 감쇠 특성

  광신호의 전력을 dBm 단위로 표현하고, 광섬유 전송 중 발생하는 감쇠(attenuation)를 계산한다. 감쇠 계수 α[dB/km]는 파장에 따라 다르며, 1.55μm 파장에서 약 0.2dB/km의 감쇠를 보인다. 전송 거리와 감쇠 계수를 곱하여 총 손실을 계산하고, 신호 품질 유지를 위한 증폭기 설계에 활용된다.

• 3. 광원 소자: LED와 레이저 다이오드

  광통신 시스템의 광원으로 사용되는 LED(발광다이오드)와 LD(레이저 다이오드)의 특성을 비교한다. LED는 광대역 스펙트럼을 가지며 SMSR이 낮고, LD는 좁은 스펙트럼과 높은 SMSR을 특징으로 한다. DFB LD, VCSEL, DBR LD 등 다양한 레이저 구조가 있으며, 각각 다른 응용 분야에 사용된다.

• 4. 광검출기 및 변조 기술

  PIN 포토다이오드와 APD(눈사태 포토다이오드)는 광신호를 전기신호로 변환하는 검출기이다. APD는 내부 증폭 기능으로 높은 감도를 제공한다. 광변조 방식으로는 OOK(온오프 키잉), ASK, PSK, FSK 등이 있으며, 각 방식은 서로 다른 대역폭과 전력 효율 특성을 가진다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 광파의 주파수 및 파장 계산

  광파의 주파수와 파장 계산은 광통신 시스템의 기초가 되는 중요한 개념입니다. 광속 일정의 원리에 따라 주파수와 파장의 곱은 항상 광속과 같다는 관계식(c = λf)을 이용하여 정확한 계산이 가능합니다. 특히 통신 대역에서 1550nm 파장은 광섬유의 손실이 최소화되는 영역으로, 이러한 파장 선택의 물리적 근거를 이해하는 것이 필수적입니다. 주파수 영역에서의 계산은 신호 처리 및 변조 기술과도 밀접한 관련이 있어, 광통신 엔지니어가 반드시 숙달해야 할 기본 기술입니다.

• 2. 광신호의 전력 및 감쇠 특성

  광신호의 전력 및 감쇠 특성은 광통신 시스템의 성능을 결정하는 핵심 요소입니다. 광섬유를 통한 신호 전파 과정에서 발생하는 감쇠는 거리에 따라 지수적으로 증가하며, 이를 정확히 예측하고 보상하는 것이 장거리 통신의 성공을 좌우합니다. 신호 대 잡음비(SNR)와 광학적 신호 대 잡음비(OSNR)의 개념을 통해 시스템 성능을 평가할 수 있습니다. 증폭기 기술의 발전으로 감쇠 문제를 효과적으로 해결할 수 있게 되었으며, 이는 현대 광통신 네트워크의 발전을 가능하게 한 중요한 기술입니다.

• 3. 광원 소자: LED와 레이저 다이오드

  LED와 레이저 다이오드는 광통신 시스템에서 광원으로 사용되는 두 가지 주요 소자입니다. LED는 저렴한 비용과 긴 수명이 장점이지만 대역폭이 제한적이어서 단거리 통신에 주로 사용됩니다. 반면 레이저 다이오드는 높은 지향성, 좁은 스펙트럼 폭, 우수한 변조 특성을 제공하여 장거리 고속 통신에 필수적입니다. 각 소자의 특성을 정확히 이해하고 응용 분야에 맞게 선택하는 것이 효율적인 광통신 시스템 설계의 기초입니다.

• 4. 광검출기 및 변조 기술

  광검출기는 광신호를 전기신호로 변환하는 핵심 소자로, PIN 포토다이오드와 애벌런시 포토다이오드(APD)가 주로 사용됩니다. 검출기의 감도, 응답 속도, 잡음 특성은 시스템 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 변조 기술은 정보를 광신호에 실어 전송하는 방식으로, 진폭 변조(AM), 주파수 변조(FM), 위상 변조(PM) 등 다양한 기법이 존재합니다. 현대 광통신에서는 직접 변조와 외부 변조 기술이 함께 사용되며, 고속 데이터 전송을 위해 복잡한 변조 포맷(QPSK, QAM 등)이 점점 더 중요해지고 있습니다.