광섬유의 취급 및 개구수 측정 실험

문서 내 토픽

1. 광섬유의 구조 및 종류

광섬유는 실리카 유리로 된 코어, 낮은 굴절률의 클래딩, 보호 역할의 코팅으로 구성된다. 전송 거리에 따라 SMF(단일모드광섬유)와 MMF(다중모드광섬유)로 분류된다. SMF는 작은 코어 직경으로 장거리 전송에 적합하며 높은 대역폭과 낮은 분산을 제공하지만 정확한 정렬이 필요하고 비용이 높다. MMF는 큰 코어 직경으로 근거리 통신에 사용되며 저렴하고 제조 결함에 덜 민감하지만 분산 현상으로 인한 신호 손실이 발생한다.
2. 광섬유의 기본 원리 및 전반사

광섬유는 내부와 외부가 서로 다른 굴절률을 가지는 유리섬유로 제작되어 한번 들어간 빛이 전반사하며 진행한다. 코어의 굴절률이 클래드보다 높아 신호를 코어 내에 집중시키고 섬유 밖으로 나가는 것을 방지한다. 클래드는 낮은 굴절률로 설계되어 빛이 빠져나가지 않고 다시 반사되도록 한다.
3. 수광각(Acceptance Angle)과 개구수(NA)

수광각은 광섬유 코어에 조사할 때 전반사할 수 있는 최대 입사 원뿔각이며, 코어와 클래딩의 굴절률 차에 의해 결정된다. 개구수(NA)는 광섬유가 내부 전반사 조건을 만족해 전송할 수 있는 빛을 광원으로부터 얼마나 많이 받을 수 있는지의 능력을 표현한다. NA=sin(θA/2) 식으로 계산되며, 서로 다른 NA값의 광섬유 접합 시 손실이 발생한다.
4. 실험 방법 및 측정 절차

HE-NE레이저, Rotation Stage, 파워 미터를 정렬한 후 stripper로 광섬유의 피복과 코팅을 제거한다. 절단기로 절단한 광섬유를 rotation stage에 정렬하고 각도를 0.5°씩 돌리며 출력 광세기를 측정한다. 측정 데이터로부터 수광각을 구하고 NA를 계산한다. 정렬 정확도가 결과값의 편차에 큰 영향을 미친다.

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1. 광섬유의 구조 및 종류

광섬유의 구조는 코어, 클래딩, 보호층으로 이루어져 있으며, 이러한 다층 구조는 광신호의 안정적인 전송을 보장하는 핵심 요소입니다. 단일모드 광섬유와 다중모드 광섬유의 구분은 전송 거리와 대역폭 특성에 직접적인 영향을 미치므로 매우 중요합니다. 특히 현대의 장거리 통신에서는 단일모드 광섬유가 주로 사용되며, 이는 낮은 감쇠와 분산 특성 때문입니다. 광섬유의 종류별 특성을 이해하는 것은 통신 시스템 설계에 있어 필수적이며, 각 광섬유의 물리적 특성이 성능에 미치는 영향을 정확히 파악해야 합니다.
2. 광섬유의 기본 원리 및 전반사

전반사는 광섬유 기술의 근본을 이루는 물리 현상으로, 광신호가 코어 내에서 손실 없이 전파될 수 있게 합니다. 스넬의 법칙에 기반한 전반사 조건은 광섬유의 굴절률 차이에 의해 결정되며, 이는 광섬유 설계의 가장 기본적인 원리입니다. 임계각 이상의 입사각을 유지함으로써 광신호가 클래딩으로 손실되지 않고 코어 내에서 계속 전파됩니다. 이러한 원리의 이해는 광섬유 통신 시스템의 성능 최적화와 문제 해결에 필수적이며, 광학 공학의 기초 개념으로서 매우 중요합니다.
3. 수광각(Acceptance Angle)과 개구수(NA)

수광각과 개구수는 광섬유가 수용할 수 있는 광신호의 범위를 정량적으로 나타내는 중요한 매개변수입니다. 개구수는 광섬유의 광수집 능력을 직접 반영하며, 높은 NA 값은 더 넓은 각도에서 광신호를 수용할 수 있음을 의미합니다. 그러나 높은 NA는 모드 분산을 증가시켜 전송 거리를 제한할 수 있으므로, 실제 시스템 설계에서는 성능과 거리의 균형을 고려해야 합니다. 수광각의 정확한 계산과 이해는 광섬유 커플링 효율을 최대화하고 신호 손실을 최소화하는 데 매우 중요합니다.
4. 실험 방법 및 측정 절차

광섬유 실험에서 정확한 측정 절차는 신뢰할 수 있는 결과를 얻기 위한 필수 조건입니다. 광원의 정렬, 광섬유의 고정, 수광기의 위치 조정 등 각 단계에서 정밀성이 요구됩니다. 수광각 측정 시 광섬유의 입사면에 대한 정확한 각도 조정과 광강도 변화의 세밀한 관찰이 필수적입니다. 또한 환경 요인인 온도와 습도 변화가 측정 결과에 영향을 미칠 수 있으므로 이를 고려한 실험 환경 관리가 중요합니다. 체계적이고 반복 가능한 측정 절차의 수립은 광섬유 특성의 정확한 파악과 이론적 예측값과의 비교 검증을 가능하게 합니다.

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