초고속 인터넷 통신망에서 다량의 데이터를 빛의 신호 형태로 가늘고 긴 유리 섬유 내부를 통해 손실 없이 안전하게 송수신하는 광섬유의 과학 원리는 무엇인가요?

Question

초고속 인터넷 통신망에서 다량의 데이터를 빛의 신호 형태로 가늘고 긴 유리 섬유 내부를 통해 손실 없이 안전하게 송수신하는 광섬유의 과학 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

광섬유가 신호 손실 없이 빛을 멀리 전송할 수 있는 핵심 원리는 굴절률이 서로 다른 두 유리의 경계면에서 일어나는 전반사 현상과 고순도 석영 유리 재질 때문입니다. 광섬유의 구조와 전반사 과정에 대해 설명해 드릴게요.

광섬유 중심부의 코어는 굴절률이 높은 유리와 이를 감싸는 바깥쪽 클래딩은 굴절률이 낮은 유리로 설계되어 있는데, 빛이 굴절률이 높은 매질에서 낮은 매질로 진행할 때, 입사각이 특정 임계각보다 크면 빛이 경계면을 뚫고 나가지 못하고 100% 내부로 반사됩니다. 이 임계각 조건 덕분에 코어 내부로 들어간 레이저 빛은 클래딩 경계면을 만날 때마다 지그재그로 튕기며, 구부러진 섬유 속에서도 바깥으로 굴절되어 새어나가지 않고 손실 없이 나아갈 수 있습니다.

광섬유는 전자를 이용하는 일반 금속 전선과 달리 광자(빛)를 이용하므로 주변의 고전압선이나 주파수 간섭, 날씨 영향 등 전자기적 노이즈를 일절 받지 않아 효율적입니다.