광섬유의 최소 굽힘 반경은 얼마입니까?

광섬유의 최소 굽힘 반경은 광 신호의 정상적인 전송을 유지하면서 광섬유를 굽힐 수 있는 최소 반경으로 정의됩니다. 실질적으로는 광섬유가 과도한 신호 손실, 모드 분산 또는 기타 성능 저하를 일으키지 않고 견딜 수 있는 최소 곡률 반경입니다. 이 매개변수는 일반적으로 광섬유 중심축에서 굽힘 곡선까지의 최단 거리로 측정되며, 측정 단위는 보통 밀리미터(mm)입니다.

이 사양은 전송되는 광 신호의 무결성을 뒷받침하기 때문에 매우 중요합니다. 예를 들어, 광섬유가 최소 권장 임계값보다 작은 반경으로 구부러졌다고 가정해 보겠습니다. 이 경우 광섬유 내부의 빛이 산란 및 흡수되어 신호 손실이 증가하고 전송 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 더 심각한 경우에는 과도한 굽힘으로 인해 광섬유가 파손되어 신호 전송이 완전히 중단될 수 있습니다.

또한, 최소 굽힘 반경은 섬유의 기계적 강도를 나타내는 지표입니다. 광섬유 광섬유는 일정 수준의 기계적 견고성을 고려하여 설계되었지만, 과도한 굽힘은 광섬유의 고유 용량을 초과하여 손상을 초래할 수 있습니다. 적절한 최소 굽힘 반경을 준수하면 신호 품질을 유지할 뿐만 아니라 광섬유의 작동 수명을 연장하고 유지 보수 비용을 절감할 수 있습니다.

최소 굽힘 반경은 섬유 종류에 따라 다르다는 점을 인지하는 것도 중요합니다. 이 매개변수에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다.

1. 광섬유 유형: 광섬유마다 구조 및 재질 특성이 다르며, 이는 최소 굽힘 반경에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 단일 모드 광섬유는 일반적으로 다중 모드 광섬유보다 더 큰 최소 굽힘 반경을 필요로 합니다. 단일 모드 광섬유는 코어 직경이 더 작아 광 신호가 굽힘에 더 민감하기 때문입니다.
2. 섬유 코팅: 섬유 외부 코팅에 사용되는 소재와 두께는 최소 굽힘 반경을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 고품질 코팅은 섬유의 유연성과 보호력을 향상시켜 굽힘으로 인한 악영향을 완화할 수 있습니다.
3. 환경 조건: 온도 및 습도와 같은 외부 요인 또한 최소 굽힘 반경에 영향을 미칩니다. 고온 환경에서는 섬유를 구성하는 재료가 팽창하거나 연화되어 기계적 강도가 감소하고, 성능 유지를 위해 더 큰 굽힘 반경이 필요하게 됩니다.

광섬유의 일반적인 최소 굽힘 반경

ITU-T는 다양한 유형의 광섬유에 대한 최소 굽힘 반경을 규정합니다. 일반적으로 받아들여지는 정의는 다음과 같습니다.

예를 들어, G.652D 광섬유의 경우, 광섬유는 원통형 맨드렐에 100번 느슨하게 감겨 있습니다. 이러한 조건에서 1625nm 파장에 대한 감쇠 증가는 0.1dB 미만이어야 합니다. 이 요건을 충족하는 가장 작은 원통의 반지름을 1625nm 파장에 대한 최소 굽힘 반지름으로 정의합니다.

최소 굽힘 반경을 초과할 때 광섬유 전송 성능에 미치는 영향

누적된 현장 경험에 따르면 지정된 최소값보다 작은 굽힘 반경을 가진 광섬유를 배치하면 여러 가지 부정적인 영향이 발생할 수 있습니다.

광 신호 손실

• 굽힘 손실 증가: 광섬유가 최소 허용 반경을 초과하여 굽혀지면 광섬유 내 빛의 전파 경로가 변경됩니다. 빛의 일부가 코어에서 벗어나 클래딩을 통과하거나 외부 환경으로 누출되기도 하는데, 이를 굽힘 손실이라고 합니다. 굽힘 반경이 작을수록 굽힘 손실은 더욱 커집니다. 예를 들어, 광통신 시스템에서 광섬유를 너무 세게 굽히면 광 신호 강도가 크게 감소하여 수신 전력이 정상 작동에 필요한 임계값 아래로 떨어지고, 이는 결국 전송 품질과 유효 거리를 저하시킵니다.
• 산란 손실 악화: 불규칙하거나 과도한 굽힘은 광섬유 내 산란을 심화시킬 수 있습니다. 빛이 전파되면서 광섬유 내부의 불균일한 부분과 상호 작용하여 원래 방향에서 벗어나는 산란광을 생성합니다. 광섬유가 최소 반경보다 작게 굽혀지면, 곡률이 증가하여 산란이 심화되고 광 에너지가 더욱 분산되어 전체 신호 손실이 증가합니다.

신호 전송 품질

• 모달 분산 증가: 다중 모드 광섬유에서는 서로 다른 전파 모드가 서로 다른 속도로 이동하기 때문에 광 펄스가 넓어지는 현상이 발생하는데, 이를 모달 분산이라고 합니다. 광섬유를 허용 범위 이상으로 구부리면 광섬유의 구조적 기하 구조가 변형되어 모드의 전파 경로와 속도에 영향을 미치고 모달 분산을 악화시킵니다. 결과적으로 광 펄스가 넓어지고 합쳐져 인접 펄스 간의 구분이 줄어듭니다. 이러한 중첩은 비트 오류율을 증가시키고 신호의 품질과 신뢰성을 저하시키며, 이는 특히 고속 통신 시스템에서 매우 중요한 현상입니다.
• 편광 상태 변화: 단일 모드 광섬유의 경우 편광 상태는 이상적으로 안정적입니다. 그러나 광섬유를 최소 굽힘 반경 아래로 구부리면 기계적 응력이 발생하여 광섬유 내 응력 분포가 변화합니다. 이러한 변화는 편광 상태를 변화시켜 편광 모드 분산(PMD)을 초래할 수 있습니다. PMD는 신호 전송 중 추가적인 지연과 위상 왜곡을 유발하여 신호 왜곡 및 오류율 증가를 초래할 수 있으며, 이러한 문제는 특히 고속 및 코히어런트 광통신 시스템에서 두드러집니다.

장기 안정성 및 기계적 무결성

기계적 손상 위험 증가: 광섬유가 너무 세게 구부러지면 기계적 응력이 구부러진 부분에 집중됩니다. 이러한 고응력 조건에 장시간 노출되면 광섬유의 기계적 특성이 점진적으로 저하되어 미세 균열 또는 심지어 완전 파손의 가능성이 높아집니다. 이러한 기계적 손상은 광섬유의 광 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 연결 안정성을 위협합니다. 시간이 지남에 따라 이러한 손상은 유지 보수 비용 증가와 시스템 고장 위험 증가로 이어질 수 있으며, 특히 케이블이 밀집되어 설치되는 경우 부적절한 굽힘의 누적 효과가 전체 통신 네트워크에 악영향을 미칠 수 있습니다.

실용적인 엔지니어링 응용 프로그램을 위한 지침

실제 구축 시에는 광섬유의 불필요한 급격한 굽힘을 피하는 것이 필수적입니다. 커넥터나 회전 지점과 같이 급격한 굽힘이 발생하기 쉬운 곳에서는 굽힘 반경이 지정된 최소값 미만으로 떨어지지 않도록 특별히 주의해야 합니다. 광섬유망 설계 및 설치 시, 계획자는 필요한 굽힘 반경을 수용할 수 있는 충분한 공간을 확보하여 네트워크의 성능과 장기적인 신뢰성을 모두 확보해야 합니다.