광섬유는 어떻게 빛을 손실 없이 먼 거리까지 전달하나요?

Question

인터넷 광케이블에 쓰이는 광섬유가 빛을 이용해서 정보를 전달한다고 배우는데, 구부러진 케이블 안에서도 빛이 밖으로 새어나가지 않고 끝까지 전달되는 원리가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 직진만이살길님 장철연 전문가입니다.

가장 중요한 이유는 전반사라는 현상 때문입니다 광섬유는 중심의 코어와 그 바깥의 클래딩으로 이루어져 있는데 코어의 굴절률이 클래딩보다 조금 더 높게 만들어져 있습니다 빛이 코어 안을 진행하다가 클래딩 경계면에 도달하면 특정 각도 이상에서는 밖으로 굴절되지 않고 다시 코어 안으로 완전히 반사됩니다 그래서 빛은 유리벽에 튕겨 다니는 공처럼 계속 반사되면서 앞으로 나아가게 됩니다

실제로는 코어 내부에서 수없이 반사되며 이동합니다 그래서 어느 정도 휘어진 케이블 안에서도 빛은 계속 코어 내부에 갇혀 진행할 수 있습니다 마치 긴 터널 안에서 공이 벽을 반복적으로 치며 앞으로 가는 것과 비슷합니다 이 덕분에 수십 킬로미터 이상의 거리도 매우 적은 손실로 신호를 보낼 수 있으며 인터넷 전화 영상 데이터가 빠르게 전달됩니다

무한정 구부릴 수 있는 것은 아닙니다 광케이블을 너무 심하게 꺾으면 빛이 전반사 조건을 만족하지 못하게 되어 일부가 밖으로 새어나갑니다 이를 굽힘 손실이라고 합니다 그래서 통신용 광케이블에는 최소 곡률반경이라는 기준이 존재하며 설치할 때도 일정 이상 급격하게 꺾지 않습니다

평소 집에서 인터넷 광케이블이 약간 휘어져 있어도 문제가 없는 이유는 제조 단계에서 전반사가 잘 일어나도록 설계되어 있기 때문이며 어느 정도의 곡률까지는 빛이 계속 코어 안에 갇혀 이동할 수 있기 때문입니다

기회가 되신다면 대한전선, 가온전선 카달로그를 구경해보시는 것도 도움이 많이 되실겁니다.

Answer 2

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.

광섬유가 빛을 멀리 보내는 핵심적인 원리는 빛이 안쪽에서 계속 반사되면서 앞으로 나아가게 구조로 만들어 놨기 때문입니다.

광섬유는 가운데 코어와 바깥쪽 클래딩으로 되어 있는데, 두 부분은 빛을 굴절시키는 성질이 조금 다르게 되어 있습니다. 코어 안으로 들어간 빛이 일정한 각도 이상으로 진행할 경우 바깥으로 새지 않고 안쪽에서 전반사 되어버립니다. 그래서 케이블이 어느 정도 구부러져 있어도 빛이 벽에 튕기듯 내부를 따라 이동할 수 있게 되는 것입니다.

물론 실제 손실이 완전히 없는 것은 아니고, 재료의 흡수나 산란도 존재하고, 심한 꺾임 때문에도 약해지기도 합니다. 그래도 구리선보다는 먼 거리에서 신호 손실도 적고 전자기 간섭도 덜 받기 때문에 인터넷 통신에 있어서는 매우 유리한 측면이 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

광섬유는 중심부의 굴절률이 바깥층보다 높게 설계되어 있어 빛이 경계면에 닿을 때 전반사를 반복하며 밖으로 빠져나가지 않고 섬유 내부를 따라 이동합니다 케이블이 어느 정도 구부러져도 곡률이 너무 크지만 않으면 전반사가 유지되어 먼 거리까지 매우 적은 손실로 빛을 전달할 수 있습니다 또한 고순도 유리와 광증폭기 기술을 함께 사용해 감쇠를 최소화하므로 수십~수백 KM 떨어진 곳까지도 초고속 데이터를 안정적으로 전송할 수 있습니다

Answer 4

안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.

광 섬유 안에서 빛이 안 새어 나가는 것은 생각보다 간단한 전반사 원리입니다. 케이블 중심에 있는 코어라는 아주 투명한 유리판에 빛을 일정한 각도로 밀어 넣습니다. 그러면은 빛이 외부를 감싸는 클레딩이라는 층과 만나는 경계면에서 밖으로 나가지 못하고 계속 반사되어 앞으로 나갑니다. 핵심은 안쪽 코어의 굴절률이 겉면보다 높아서 빛이 밖으로 탈출할수 없게 가둬두는 것입니다. 그래서 케이블이 구부러져도 빛은 내부 벽이 튕기면서 손실 없이 멀리까지 갈 수 있는 거죠.

Answer 5

안녕하세요.

광섬유는 아주 가는 유리나 플라스틱 속으로 빛을 보내 정보를 전달하는 기술을 말해요.

빛이 밖으로 새지 않는 이유는 광섬유의 중심과 바깥층의 굴절률이 달라서 빛이 계속 안쪽으로 반사되는 전반사 현상이 일어나기 때문이죠. 그래서 케이블이 어느 정도 구부러져 있어도 빛이 밖으로 빠져나가지 않고 끝까지 전달될 수 있어요.

그리고 광섬유는 손실이 매우 적기 때문에 수십에서 수백 km 까지도 신호를 보낼 수 있어 인터넷과 해저케이블에 널리 사용되요.

감사합니다.