🧑‍🏫 선생님·학부모님을 위한 설명 도움말

원리 자세히 보기

• 아주 작은 굴절률 차이 — 통신용 광섬유의 코어와 클래딩은 굴절률이 1 %도 차이 나지 않습니다(흔히 0.3~0.4 % 정도). 그래서 전반사가 일어나려면 빛이 섬유의 축과 거의 나란하게(몇 도 이내로) 나아가야 하고, 레이저처럼 곧게 모인 빛이 광통신에 알맞습니다.
• 왜 눈에 보이지 않는 적외선을 쓸까? — 순수한 유리는 파장 1.55 μm 부근의 적외선을 가장 적게 흡수·산란해, 손실이 1 km에 약 0.2 dB까지 내려갑니다. 100 km를 가도 세기가 약 100분의 1(20 dB)로만 줄어드는 셈입니다. 이 빛의 주파수는 약 193 THz로, 광통신은 빛을 반송파로 쓰는 통신입니다(반송파).
• 싱글모드와 멀티모드 — 바깥 지름은 둘 다 약 0.125 mm(머리카락 굵기 정도)지만, 코어 지름은 싱글모드가 약 9 μm, 멀티모드가 50~62.5 μm입니다. 코어가 굵으면 빛이 여러 각도의 길로 튕기며 가서 도착 시간이 조금씩 달라지고, 펄스가 퍼져 먼 거리에서는 0과 1이 섞입니다. 그래서 멀티모드는 건물 안, 싱글모드는 도시·나라 사이에 씁니다(유선 매체와 규격).
• 빛을 빛으로 키우는 광증폭기 — 희토류 원소인 어븀을 섞은 광섬유에 펌프 레이저를 비추면, 지나가는 신호 빛이 전기로 바뀌지 않고 그대로 증폭됩니다(레이저의 유도방출). 대양을 건너는 해저 케이블에는 수십 km마다 이런 증폭기가 들어 있습니다.
• 한 가닥에 여러 색의 빛 — 파장(색)이 조금씩 다른 레이저 수십 개를 한 가닥에 함께 보내고 받는 쪽에서 색별로 나누면(파장 분할 다중화), 한 가닥의 용량이 수십 배로 늘어납니다. 방송국마다 다른 반송파 주파수를 쓰는 것과 같은 원리입니다.
• 전파천문학과 광섬유 — 전파망원경은 수신기에서 디지털로 바꾼 데이터를 광섬유로 상관처리 센터까지 보내고(e-VLBI), 여러 장비에 기준 시각·주파수 신호를 나눠 주는 데에도 광섬유를 씁니다(신호 전송 시스템, 장비간 시각동기화).

광통신의 발전사

비유로 설명하기

• 광섬유는 "안쪽이 거울처럼 매끄러운 미끄럼틀 터널"과 같습니다. 비스듬히 들어간 공이 벽에 튕기며 끝까지 굴러가듯, 빛도 경계에서 튕기며 섬유 끝까지 갑니다.
• 수영장 물속에서 물 표면을 비스듬히 올려다보면 바깥이 보이지 않고 거울처럼 바닥이 비쳐 보이는데, 이것이 바로 전반사입니다.

자주 하는 오해

• "광섬유 속 빛은 초속 30만 km로 간다" — 유리 속에서 빛은 굴절률(약 1.47)만큼 느려져 초속 약 20만 km로 갑니다. 1 km를 지나는 데 약 5 μs(백만 분의 5초)가 걸려, 먼 거리 통신이나 전파망원경 데이터 전송에서는 이 지연도 계산에 넣습니다.
• "광통신의 빛은 빨간 불빛이라 끝을 보면 알 수 있다" — 통신용 빛은 대부분 눈에 보이지 않는 적외선입니다. 보이지 않아도 눈을 다치게 할 만큼 셀 수 있으므로, 연결된 광케이블의 끝이나 커넥터 구멍은 절대 들여다보면 안 됩니다.

함께 해 볼 질문·활동

• 페트병 옆에 작은 구멍을 뚫어 물줄기가 흐르게 하고, 어두운 곳에서 병 반대편에서 손전등을 비춰 휘어진 물줄기를 따라 빛이 흐르는지 관찰하기(틴들의 실험 재현). 레이저 포인터를 쓸 때는 어른이 다루고 사람의 눈을 향하지 않게 합니다.
• 투명한 컵에 물을 담고 옆이나 아래에서 비스듬히 수면을 올려다보며 수면이 거울처럼 보이는 각도를 찾아보기
• 세계 해저 케이블 지도(Submarine Cable Map)에서 우리나라에 닿는 해저 광케이블을 찾아, 어느 나라와 연결되는지 정리해 보기