광파이버 연결 손실

Connector

일반적으로 제작되는 케이블 길이보다 긴 거리를 전송해야 할 경우에 필요함.

( 광케이블은 일반적으로 1~6km로 제작)

 

Connector의 조건

1) 손실이 적어야 함. (Connector와 Splice는 연결부에서 손실이 생김.)

2) 작업의 용이해야 함. (특별한 공구나 숙련이 필요 없이 쉽게 작업.)

3) 신뢰성이 있어야 함. (연결과 분리를 여러 번 할 수 있음.)

4) 견고해야 함.

5) 경제적이어야 함.

 

* 일반적인 허용 손실의 기준

1) 0.2 dB 이하 : Telecommunication , 기타 Long-haul 시스템들...

2) 0.3 ~ 1dB : LAN, 자동화 공장... 

3) 1~3 dB : 손실보다는 가격이 더 중요한 경우. (플라스틱 파이버가 사용되기도 함)

 

연결 시 손실이 생기는 이유를 크게 2가지로 분류하면,

1) 파이버 내부 요인

2)    “   외부요인

 

파이버 내부요인

두 개의 파이버를 연결할 때, 이 두개의 파이버 내부가 서로 다르기 때문에 생기는 현상.

1) NA 불일치 - Tx측의 NA가 Rx측 보다 더 큰 경우.

2) Core 지름의 불일치 – Tx측 Core 지름이 Rx측 보다 큰 경우. 

3) Cladd 지름의 불일치 – Tx, Rx 클래드의 지름이 다른 경우, (코어의 중심이 어긋나게 됨)

4) 동심도의 불일치 – Core의 중심과 Cladd의 중심이 다른 경우.

5) Core 및 Cladd가 타원인 경우 – 마주하는 Core의 타원이 서로 다른 경우

                                 (예를 들어, 첫 번째 마주치는 경우는 타원이 서로 심하게 어긋나서

손실이 클 수도 있고, 이것이 두 번째 마주칠 때에는 옆으로 돌아가면서 타원의 모양이 같아져서 손실이 없을 수도 있다.)

 

※ 현재의 파이버 내부 요인 공차에 따른 최대 손실률 일반적으로 125um 파이버의 경우 ±2um 이며 손실률은 0.28dB 이고, 공차가 ±1um인 경우에는 0.1dB가 감소된다.

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파이버 외부요인

파이버가 서로 연결된 상태에 따라 생기는 손실로서 두 개의 파이버가 서로 완벽하게 중심축이 일치할 수 없기 때문에 생기는 현상이며, 이는 파이버의 내부 요인이 전혀 없다고 가정하여도 생길 수밖에 없는 손실이다.

 

1) 파이버의 축 방향 중심 오차

: 파이버의 중심축이 어긋나서 생기는 손실.

파이버 외경 대비 어긋난 양으로 표현하며 10%의 어긋남이 생기면 0.5dB의 손실이 생기는데, 파이버

지름이 작을수록 중심축의 어긋남에 따른 손실을 줄이는 것이 어렵다.

(커넥터는 코어 지름의5% 이내의 어긋남이 생기도록 되도록 만들어짐.)

 

2) 파이버 면의 분리 

: Gap으로 분리된 파이버는 2가지의 타입의 손실을 일으킴.

  NA에 종속적으로서, 같은 간격일 경우, NA가 클수록 손실이 크다.

①    Fresnel reflection loss : 빛이 굴절률이 다른 매질을 통과할 때 일부분이 다시 원래 빛이 나온 매질로 반사되어 되돌아가는 것. 굴절률과 Gap에 따라 다르게 나타남.‘Index-Matching fluid’를 이용하면 Fresnel reflection loss를 크게 줄일 수 있다. (Index-Matching fluid: 투명한 액체 또는 ‘젤’ 로서 파이버와 굴절률이 같거나 또는 매우 유사함.)

 

②    파이버의 High order mode의 전송 loss : High order mode 전송 시, 첫번째 파이버의 빛이 두 번

째 파이버의 Acceptance cone에 들어가지 못함. 첫 번째 파이버에서 나온 빛이 원뿔 모양의 바깥쪽으로 분산된다. 

분리가 가능한 커넥터의 경우, 파이버 면의 마찰로 긁히거나 깨지는 것을 방지하기 위하여 임의로 약간의 Gap을 만드는

경우도 있고, 스프링을 이용하는 경우도 있다.

                       

3) 두 파이버 중심축에 생기는 각도

: 두 파이버의 중심축이 나란하지 않고 일정한 각도가 생기는 경우에 생기는 손실.

  (파이버를 폴리싱을 할 때, 폴리싱 면이 중심축에 직각이 되게 하는 것도 중요.)

  NA가 클수록 각도에 의한 손실은 적다.

 

4) 파이버 면의 거칠기

불규칙한 파이버 단면은 빛의 패턴을 분산 및 틀어지게 만든다.

 

싱글모드 파이버의 손실

싱글모드 파이버는 코어의 지름이 작기 때문에, connector와 splice의 misalignment의 비율은 멀티모드 파이버용에 비해서 크지만 실제 misalignment 양은 더 작다.

파이버간 거리가 코어 지름의 10배일 경우, 손실은 약 0.4dB.

spot size의 mismatch는 대부분의 파이버 제작 업체에서 10% 이내로 제한하며, 이때의 손실은 0.1dB 이하가 된다. 서로 다른 제조사에서 만들어진 파이버는 spot size가 다르며, 따라서 손실도 커진다.

 

Return reflection 손실

파이버 사이에 Gap이 있는 경우, 나간 빛의 일부가 맞은편 파이버 면에 반사되어 다시 되돌아오는데 이것을 ‘Return reflection’ 또는 ‘Return loss’ 라고 한다.

싱글모드 파이버에서 Flat Finish인 경우에 되돌아가는 손실의 합은 약 –11dB(약 8%) 정도 이며, 이 정도의 양은 LD의 동작에 지장을 줄 수 있다. 따라서 싱글모드 파이버에서는 이 손실을 줄여 LD의 동작에 영향을 주지 않는 것이 매우 중요하다.

만약, 파이버와 파이버가 확실하게 접촉된다면 Return loss는 –30dB(0.1%) 이하로 줄일 수 있는데, 이렇게 하는 하나의 방법은 파이버 끝을 둥글게 폴리싱 하는 것이다.

 

- 파이버 끝이 둥근 경우의 2가지 이점.

1) 파이버가 직접 접촉될 수 있으므로 공기와 파이버의 굴절률이 다른 데서 오는 반사를 줄일 수 있다.

2) 면이 둥글기 때문에 빛이 다시 반대 방향으로 반사되어 되돌아오지 않고 다른 방향으로 반사가 되어 손실된다.