광섬유와도파관의 정의

목차

가. 빛에 대한 연구

나. 기존의 에너지이송에 대한 연구

본문내용

유가 개발되고, 영국 체신청의 광섬유와 일본 판유리회사와 NEC 공동의 셀폭(Selfoc) 광섬유 등이 나타나서 실용화되기 시작하였다. 1970년대 말에는 광섬유의 손실이 최저 0.2dB/km까지 줄게 되었는데, 이것은 깊이 100km의 바다 속에 있는 물체를 수면에서 구별할 수 있는 투명도이다.
한국의 광섬유 개발은 1978년 한국과학기술연구연(KIST)에서 최상삼김기순 박사 등을 중심으로 연구가 시작된 이후, 저손실 광섬유의 개발 연구가 진행되어, 1981년 MCVD법을 사용하여 최소 1dB/km의 손실을 가진 광섬유를 국내 독자적으로 개발하여, 실용 광섬유통신 시스템을 운용할 수 있게 되었다.
2) 도파관이란?
마이크로파 이상의 높은 주파수(1GHz 이상)의 전기 에너지나 신호를 전송하기 위한 전송로의 일종인데, 구리 등의 전기도체로 된 관(管) 내부를 전자기파가 지나가게 한 것이다. 일종의 고역(高域) 필터 성질이 있으며, 차단 파장보다도 긴 파장의 전파는 전할 수 없다. 또 도파관의 축을 따라 전하는 파동의 파장은 관내파장(管內波長)이라 불리며 여진파장(勵振波長)보다도 길다.
저주파수에서는 보통 2개의 구리선에 의한 전송로가 사용되지만, 고주파수가 되면 구리선의 저항이 증가하고 주위 절연물 등의 유전체손실도 증가하므로, 전송손실이 많아져서 사용할 수 없다. 한편, 도파관은 전파를 가두어 넣고 전송하므로 주위의 도체에 전기가 직접 흐르지 않기 때문에 저항손실이 적다. 또 관의 내부는 보통 속이 비어 있고 공기로 채워져 있을 뿐이므로 유전체손실도 적다. 관의 단면 형상은 직사각형 또는 원형의 것이 많고, 내면은 금이나 은으로 도금되어 있다.
크기에 따라 전송이 가능한 최저의 주파수가 정해져 있으며 대체로 주파수가 높아지면 단면이 작아진다. 무선송신기 수신기의 내부와 안테나 사이의 고주파회로 배선에 사용되는 것이 보통인데, 입체적인 구성을 가지므로 도파관을 사용한 회로를 입체회로라고 한다. 주파수가 높고(30GHz) 파장이 mm인 밀리파가 통신에 사용하게 되면, 시외전화 회선이 도파관으로 대체될 수도 있다.
3) 광섬유 제조 과정
광섬유를 만드는 방1법은 주로 먼저 모재(母材:preform)라고 하는 지름 1cm 내외의 봉을 광섬유의 구조와 동일하게 만든 다음, 이것을 고열로 녹여 늘여서 광섬유를 완성하는 방법을 쓴다.
가) 모재의 제작:적절한 부착대(흑연사기의 봉이나 고순도 석영관)를 축방향으로 회전시키면서 그 내부(MCVD법)나 외부(OVD법:outside vapor phase deposition)에 불꽃 가수분해 반응에 의해 게르마늄붕소인 등이 합성된 산화규소층을 수십 회에 걸쳐 부착시킨 다음, 1700℃ 이상의 높은 온도의 불꽃으로 서서히 가열하여 수축시키면 모재가 완성된다. 이때 게르마늄 등 원소의 포함량을 조절하면 모재의 굴절률 분포를 임의로 조절할 수 있게 된다. 광섬유의 손실 등 광학적 특성이 거의 이 과정에서 결정되므로 매우 주의깊게 진행된다. 이 밖에 석영막대 끝에 직접 모재를 성장시키는 VAD(vapor phase axial deposition)법도 있다.
나) 연선(延線)과정 : 0모재를 2,000℃ 이상의 고온으로 국부적으로 가열하여 가늘게 뽑으면 광섬유가 된다. 열원(熱源)으로서는 주로 전기저항로고주파유도로이산화탄소레이저 등이 사용된다. 이 과정은 불순물에 의해 광섬유 표면이 오염되어 강도가 저하되지 않도록 정결한 분위기가 필요하며, 기계적 강도의 보존과 취급의 편의를 위하여 뽑는 즉시 1차피복을 한다. 그 재료로 화학적으로 안정되고 수분의 침투를 막을 수 있는 실리콘수지에폭시아크릴레이트래커우레탄EVA 등이 사용된다. 광섬유의 바깥지름은 이 과정에서 약 1μm의 오차 이내로 균일하게 조정된다.
4) 광섬유의 용도
▶ 광섬유의 용도는 통신용영상전달용(映像傳達用)검출기용 등으로 크게
구별된다.
가) 통신용 : 가정용산업용 등 일반 통신망과 케이블텔레비전 등의 통신매체로 쓰이며, 산업용군사용 자동기기의 데이터 전송용, 컴퓨터의 각 유닛(unit) 사이의 통신용으로 쓰인다. 이 때에는 광섬유의 1차피복 위에 외부피복을 씌워 코드나 케이블을 만들어 사용한다.
나) 영상전달용:주로 짧은 길이(수 m)의 광섬유 다발로 만들어 의료용 내시경(內視鏡), 영상증폭기의 부품 등 좁고 굴곡된 부분의 내부를 볼 수 있도록 하는 데 쓰인다.
다) 검출기용:주로 단일모드 광섬유가 쓰이는데, 이는 이 광섬유가 외부의 변화 즉 압력온도속도자속(磁束)등에 예민한 점을 이용하여 자이로스코프고전압전류측정기수중음파탐지기 등에 사용된다.
5) 플라스틱 광섬유
가) 광섬유의 개념
재료는 폴리메틸메타아크릴레이트나 폴리카보네이트계(系)의 수지가 중심이 된다. 석영유리제 광섬유에 비하여 굵기가 5～10배이고 신호의 전송거리도 200 m 정도로 짧다. 그러나 값이 싸고 초보자라도 간단히 위치를 맞출 수 있고 접속할 수 있는 특징이 있다. 이 때문에 공장 안이나 사무실 안 또는 기기 내부에서의 단거리통신용으로 가치가 높아지고 있다.
이미 사무자동화(office automation:OA)기기나 자동차의 부품 등에 실용화되었고, 광섬유를 여러 개 묶음으로써 각종 센서에도 응용되기 시작하였다. 광섬유는 전기적인 잡음이나 장해를 받지 않는다는 특성이 있으므로 장래는 전자기기 관련분야에 수요가 늘어날 것으로 보인다.
나) 플라스틱 광섬유의 특징
① 다른 광섬유에 비해 매우 큰 지름을 갖는다.
- 광섬유 주변부품인 커넥터 제작비용이 저렴하고 일반일들도 설치를 쉽게 할 수 있다.
② 광원으로 사용하는 광선이 가시광선 영역의 650nm로 눈에 안전하다
③ 근거리 통신에 적합하다.( ~ 수 Km)
④ 유연성이 좋고, 진동이나 굽힘에 강하다.
- 좁은 공간이나 고속 전철, 자동차 등에 사용된다
⑤ 열이 발생하지 않는다
- 예술품 전시용 조명이나 열에 민감한 반도체 공정 장비의 조명으로 적합하다
⑥ 전자파에 영향이 없다.(EMI Free)
⑦ 전기가 통하지 않는다.
- 전기가 통하지 않으므로 물속(분수등) 조명이나 특수조명에 많이 사용된다.
⑧ 가격이 유리광섬유에 비해 매우 저렴하다.

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