케이블 TV를 시청해 본 적이 있나요? 고화질 TV, 주문형 비디오, 인터넷 액세스 등 멀티미디어 서비스에 대한 사용자의 요구를 충족할 수 있지만 TV의 정보가 어떻게 전송되는지 알고 계십니까? 지하나 해저의 선로망, 즉 광섬유를 통해 이루어진다. 오늘날 세계의 대부분의 정보는 광섬유를 통해 전송됩니다. 광섬유는 의료기기에도 사용된다. 광섬유가 어떻게 작동하는지, 그리고 광섬유가 우리 주변의 세상을 어떻게 변화시켰는지 알아봅시다. 광케이블은 수천 개의 광섬유로 구성되며 각 광섬유의 두께는 사람 머리카락 정도입니다. 광케이블은 빛의 형태로 정보를 전달합니다.
서로 다른 매체 사이에서 전파되는 빛의 속도는 다릅니다. 이러한 속도 변화는 굴절률로 표현됩니다. 빛의 속도의 변화는 굴절이라는 흥미로운 현상으로 이어집니다. 굴절을 이해하기 위해 흥미로운 실험을 상상할 수 있습니다. 빛이 프리즘을 통과한다고 가정하자. 빛이 직진하지 않고 프리즘 표면에서 휘어지는 것을 볼 수 있습니다. 이 현상을 굴절이라고합니다. 굴절은 빛이 굴절률이 다른 매질을 통과할 때 발생합니다. 빛이 굴절률이 높은 매질에서 굴절률이 낮은 매질로 이동할 때 표면을 향해 휘어집니다. 굴절로 인해 물컵에 넣은 연필이 구부러진 것처럼 보입니다.
광섬유는 굴절의 원리를 효과적으로 활용합니다. 이제 이 프리즘 실험을 더 추론해 보겠습니다. 유리의 굴절률을 지속적으로 높이기 위해 몇 가지 첨가제를 사용한다고 가정해 보겠습니다. 굴절률을 높이면 빛이 유리 표면에 점점 더 가까워집니다. 잠시 후 빛이 유리 표면을 따라 전파되는 것을 볼 수 있습니다. 굴절률을 계속 높이면 빛이 갑자기 원래 매질 내부로 돌아와서 순수 반사를 형성하는데, 이를 전반사라고 합니다. 굴절률을 높이지 않고도 입사각의 반사를 변경함으로써 전반사를 얻을 수 있습니다. 이 특정 각도를 임계각이라고 하며 빛은 원래 매질로 돌아갑니다. 이러한 전반사 현상은 광섬유 광전송에 적용됩니다.
이제 원래 주제로 돌아가 보겠습니다. 광섬유는 전화 통화나 인터넷과 같은 정보를 어떻게 전송합니까? 모든 정보는 {{0}}와 1의 시퀀스로 표시될 수 있습니다. 휴대폰에서 HELLO 문자 메시지를 보내고 싶다고 가정해 보겠습니다. 먼저, 이 단어는 이진 시퀀스로 변환됩니다. 변환 후 휴대폰은 이 바이너리 문자열을 전자기파로 전송합니다. 간단히 말해서 1은 고주파수 파동으로 표현되고 0은 저주파 파동으로 표현된다고 가정해보자. 로컬 기지국 타워는 이러한 전자기파를 수신합니다. 기지국 타워에서는 고주파 전자기파가 광 펄스를 생성합니다. 그렇지 않으면 광 펄스가 없습니다. 이제 이러한 광 펄스는 광섬유를 통해 쉽게 전송될 수 있습니다. 정보를 전달하는 광 펄스는 복잡한 광섬유 네트워크를 통해 목적지에 도달합니다. 따라서 지구 표면에는 많은 광케이블이 배치되어 있습니다. 이 광케이블은 지상과 해저에 위치합니다. 이러한 광케이블은 주로 이동통신사 및 기타 조직에서 관리합니다.
아래는 해저 광케이블의 단면도이다. 광섬유를 배치하는 데는 작은 부품만 사용되고, 나머지는 기계 구조를 보호하고 강화하는 데 사용되는 것을 볼 수 있습니다. 그렇다면 증폭기는 해저에서 어떻게 전력을 공급받을 수 있을까요? 광케이블 중앙에 얇은 구리 껍질이 있기 때문에 광케이블을 따라 증폭기에 전원이 공급되는데, 즉 광케이블을 통과하지 못하는 곳이 있으면 그 곳은 전화를 위한 섬이 된다. 그리고 인터넷. 광섬유를 기존 구리 케이블 와이어와 비교하면 광섬유는 모든 측면에서 장점이 있습니다. 광섬유는 더 큰 대역폭을 제공할 수 있으며 전송 속도는 구리 케이블보다 훨씬 빠릅니다. 구리 케이블의 전류는 전자기장을 생성하고 전선 외부의 전자기 간섭을 일으키는 반면 광섬유의 빛은 항상 광섬유 내부에서 보호되므로 외부 신호의 간섭이 없습니다. 광케이블의 또 다른 특징은 측벽에서 들어오는 빛이 광섬유를 따라 계속 전파될 가능성이 낮기 때문에 광섬유가 더 높은 데이터 보안을 갖는다는 것입니다.
광섬유는 글로벌 통신 네트워크, 다양한 국가의 공공 통신 네트워크 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 그런데 광섬유의 고속성과 신뢰성을 보장하는 초석은 무엇일까? 정답은 레이저입니다. 레이저는 고도로 집중된 단색의 일관성 있는 광선을 생성하는 광원입니다. 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하고 특정 파장과 방향의 광선을 생성할 수 있습니다. 광섬유 통신 시스템에서 레이저는 일반적으로 정보를 광 신호로 변환하고 광섬유를 통해 대상 위치로 전송하는 데 사용됩니다. 이러한 광신호는 변조 및 인코딩되어 광섬유를 통해 대상 위치로 전송된 후 복조 및 디코딩됩니다. 광섬유 통신에서 가장 일반적이고 널리 사용되는 레이저 유형은 반도체 레이저입니다.
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