광섬유의 고유손실

광섬유의 고유손실

흡수 손실은 에너지가 높은 궤도에서 낮은 궤도에 이동할 때에는 그 에너지의 차에 해당하는 파장을 가진 광을 방출하고, 에너지 차에 일치하는 파장의 광이 입사하면 에너지의 낮은 궤도의 전자는 에너지가 높은 궤도로 이동하게 됩니다. 이 후자의 쪽을 광손실 중의 흡수 손실이라 하는데 흡수는 유리의 주성분인 실리카 광섬유 재질의 원자 구조의 결합, 재질속의 불순물 원자에 의한 외부적 흡수, 광섬유 물질의 구성 원자에 의한 재료 고유의 흡수 등이 있습니다. 원자 구조 결함에 의한 흡수손실은 파장이 약 0.3μm 이하인 자외선영역과 파장이 10㎝인 원적외 영역에서 현저히 나타나며 현재 광통신에서 사용하고 있는 0.8~1.6μm의 광에 대해서는 거의 영향이 없어 다른 원인에 의한 손실에 비해 무시 할 광섬유의 불순물이 가장 큰 손실 요인으로는 특히 OH- 에 의한 손실입니다. 흡수 손실은 재료의 흡수 현상으로 야기되는 손실로써 금속 이온 불순물에 의한 흡수는 제조기술로 제거할 수 있습니다. 자외선 흡수에 의한 손실은 0.6um 이하에서, OH에 의한 흡수 손실은 1.3~1.4m에서, 그리고 적외선 흡수에 의한 손실은 1.7μm 이상에서 측정할 수 있습니다.산란손실이란 광섬유 내를 도파하는 광선이 광섬유의 재료 밀도가 균일치 않아 코어 내에서 직진하지 못하고 사방으로 흩어져 버리는 현상으로서 광섬유 재료의 밀도, 구성 성분의 불균일성, 광섬유 제조시 발행하는 구조적 불균일성, 결함 등의 미세한 변화 등 여러 가지 요인에 의해 일어났습니다. 산란손실은 선형적 특성을 가지는 레일리이 산란과 비선형적 특성을 갖는 유도 부릴루인 산란 및 유도 라만 산란 손실 등으로 나눌 수 있으나 가장 많은 영향을 미치는 것은 레일리이 산란손실입니다. 레일리이 산란손실은 전파하는 평면파의 파장에 의해서 매우 작은 부분적 밀도의 흔들림이 일어날 때 생기는 산란으로 광섬유 제조시 광섬유가 굳을 때 그 밀도라든지 조성이 빛의 파장보다 적은 주기로 변화하는 열동요라고 불리는 현상에 의해 발생하는 것 으로 피할 수 없는 손실발생 요인입니다. 따라서 불균일한 밀도 및 성분 변화에 의한 광섬유의 굴절률 변화가 사용하는 빛의 파장보다 작은 영역에서 존재하는 경우에 나타나는 것으로, 레일리 산란은 광섬유의 재료 및 성분이 국소적으로 불균일하게 변호하는 데서 발생되는 손실로 0.8~1.6um 파장대에서 문제가 되며 파장에 반비례합니다. 따라서 1.0μm 이하의 파장영역에서는 광섬유의 가장 큰 손실 요인이 되며 광섬유 고유의 손실입니다. 유도 부릴루인 산란은 매질의 비선형 효과에 의한 산란으로 이들에 의한 산란 손실은 통신을 목적으로 하는 경우에 무시할 수 있고, 유도 라만 선형 효과에 의해 파장에 어긋남이 생겨 일어났습니다. 유도 부릴루인 산란손실과 유도 라만 산란손실은 광섬유를 통과하는 광전력이 임계치 이상일 때 일어나는 것으로 산란된 빛의 파장이 원래의 파장과는 다릅니다. 이 두 산란손실은 기존 광통신 시스템에서는 입력 광파워가 적어 문제가 되지 않았지만 장거리 통신을 위한 광증폭기의 사용으로 입사 광전력이 임계치 이상 이 되면 문제가 될 수도 있습니다. 산란은 파장크기 정도의 굴절률의 분균일에 의한 것으로 광섬유의 불완전한 원통구조와 코어와 클래드 경계면의 구조의 불균일 및 굴절률의 차이가 일정치 않을 때 발생됩니다. 즉, 광섬유 내의 불순물이나 거품 등의 산란체에 의한 산란이며 이는 무시할 수 있을 정도로 작습니다. 따라서 광손실에서 레일리 산란 손실은 파장이 길어짐에 따라 작아지므로, 적외 흡수손실을 좀 더 장파장으로 옮길 수 있다면 이론적 최저손실을 더욱 작게 할 수 있습니다. 구조 불완전에 의한 손실에 대한 설명해 드리자면 실제 광섬유에는 코어와 클래드의 경계면이 이상적으로 평행한 원통면이 아니고 극히 미세한 구조상의 변동이나 광섬유 내의 광도파로 구조의 불균일에 의해서 울통불통 한 면이 존재하게 됩니다. 이와 같은 불균일면을 빛이 도파하는 과정에서 도파모드는 전파에너지의 일부가 코어 밖으로 나가는 방사모드로 변환되어 광손실은 증가합니다. 이와 같은 구조 불안전에 의한 손실을 제조기술의 발전에 힘입어 거의 무시할 수 있습니다.