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어떤 사람들은 다음과 같이 말할 수 있습니다. 저는 광섬유가 아닌 4G를 인터넷 서핑에만 사용합니다. 사실, 4G 신호는 기지국에서 휴대폰으로 만 이루어지며 기지국에서 기지국으로의 연결은 모두 광섬유로 완료됩니다. 광저우에서 베이징으로 친구에게 메시지를 보내려면 먼저 4G를 사용하여 광저우에있는 기지국으로 메시지를 보낸 다음 광섬유를 통해 베이징까지 걸어 가면 베이징의 기지국이 상대방의 휴대 전화로 4G 신호를 보냅니다. 광저우에있는 친구에게 메시지를 보내도 4G 기지국의 커버리지가 크지 않고 (약 1-3km) 다른 기지국의 커버리지 아래에있을 가능성이 높기 때문에 광섬유 없이는 할 수 없습니다. 앞으로 5G 신호 기지국의 커버리지는 불과 100-300 미터, 광섬유의 역할이 점점 더 중요 해지고 있습니다.

 

그렇다면 왜 광섬유를 사용하여 기지국을 기지국에 연결합니까? 무선 통신은 매우 편리하며 광섬유를 땅에 파헤쳐 야합니다. 이것은 종종 "네트워크 속도"라고하는 통신 대역폭 문제에 관한 것입니다.

 

4G 네트워크는 이미 상당히 빠르기 때문에 일상적인 서핑에서 광섬유의 우월성을 인식하지 못할 수도 있습니다. 그러나 4G 속도의 가격은 커버리지가 적습니다. 무선 신호는 사방으로 퍼져서 빠르게 감쇠하고 먼 곳으로 전송할 수 없습니다. 즉, 우리가 사용하는 4G 네트워크 속도는 빠르지 만 기지국입니다. 작은 지역에 사람이 적 으면 제공되는 실제 대역폭은 크지 않습니다. 집에있는 라우터와 비슷합니다. 혼자서 사용하는 것은 상당히 빠르지 만, 많은 손님이 함께 가져 오면 카드가되고 인구 밀도가 높은 지역에서는 휴대폰 신호가 약합니다. 특정 대역폭에서는 사용자 수가 적을수록 모든 사람에게 할당되는 "네트워크 속도"가 높아집니다. 따라서 빠른 4G 네트워크 속도의 전제는 각 기지국이 많은 사람을 관리하지 않아야한다는 것입니다.

 

그리고 국가의 299 만 4G 기지국 지원 뒤에는 매설 된 광섬유가 있습니다. 이전 Superpower 클래스 에서 언급했듯이 무선 신호의 주파수가 낮고 제공 할 수있는 대역폭도 작습니다. 현재 최고의 4G 네트워크 대역폭은 100Mbps에 불과하고 5G는 1Gbps에 도달 할 수 있으며 네트워크 케이블은 최대 10Gbps에 도달 할 수 있습니다. 그리고 빛의 주파수가 매우 높기 때문에 (예를 들어 가시광 선의 주파수는 380-790THz) 이론적으로 거의 무한한 대역폭을 제공 할 수 있으므로 직경이 8 미크론 인 일반 광섬유는 10Tbps의 대역폭 인 4G에 쉽게 도달 할 수 있습니다. 대역폭의 십만 배, 5G의 대역폭의 만 배!

 

현재 최고의 광섬유 용량은 560Tbps에 달할 수 있습니다. 즉, 단일 광섬유로 135 억 명의 사람들이 동시에 통화 할 수 있습니다. 즉, 8TB 초대형 모바일 하드 디스크가있는 경우이 광섬유를 통과하는 데 0.1 초 밖에 걸리지 않습니다. 모두 쓰십시오 (실제로 하드 디스크의 쓰기 속도는이 시점에서 느려집니다). 그리고 이것은 광섬유의 우월성을 진정으로 반영하기에 충분하지 않습니다! 통신에서 통신 품질의 실제 측정은 대역폭이 아니라 거리-대역폭 제품이기 때문에 대역폭이 일정하지 않기 때문에 전송하려는 거리가 멀수록 대역폭이 낮아지는 경우가 많으므로 4G 및 5G 기지국을 구축해야합니다. 많은 사람들이 멀리 퍼질 수 없습니다. 거리가 멀어짐에 따라 광섬유 의 대역폭이 거의 감쇠되지 않아 광섬유가 실질적인 중요성을 갖게되는 것이 진정한 이유입니다.

 

그렇다면 광섬유는 감쇠가 거의없는 와이어까지 어떻게 빛을 전달합니까? 우리의 일상적인 경험에 따르면 손전등의 빛은 빠르게 분산됩니다. 가장 시준 된 레이저조차도 광섬유를 구부려 빛을 전달하는 것은 물론 몇 킬로미터의 거리 만 유지할 수 있습니다!

 

사실 광섬유의 원리는 우리 삶에서 가장 단순한 굴절 현상을 사용하여 매우 간단합니다 . 젓가락을 물에 넣으면 젓가락에 반사 된 빛이 공기에 들어갈 때 굴절되기 때문에 휘어집니다. 아래 그림과 같이 S 점에서 나오는 빛은 사람의 눈에는 S '처럼 보이기 때문에 수영장을 바라 보는 것입니다. 물의 바닥은 항상 얕은 것 같아서 아래로 뛰어 내려와 그렇지 않다는 것을 깨달았습니다.

 

자, 이런 상황을 생각해 봅시다 물에서 나오는 광선과 수면 사이의 각도가 아주 작 으면 어떻게 될까요?

 

예, 굴절의 법칙에 따르면 빛이 너무 기울어지면 다시 굴절 할 방법이 없습니다! 이 현상을 전반사라고 하며 모든 에너지는 경계에서 누출 (굴절)없이 반사됩니다. 광섬유는 전반사를 사용하여 장거리 빛을 투과시키는 구조입니다.

 

역사상 잘 알려진 실험이 있습니다 .1870 년 영국의 물리학 자 틴달이 빛의 전반사 원리에 대해 강의했을 때 그는 간단한 실험을했습니다. 물이 채워진 나무 통에 구멍을 뚫은 다음 램프를 사용하여 물통의 윗부분이 물을 비추고 관객을 놀라게했고 사람들은 물통의 작은 구멍에서 빛나는 물이 흘러 나오는 것을 보았습니다. 관심이 있으시면 직접 물 흐름 시뮬레이션 섬유 실험 을 할 수도 있습니다 .

 


빛 유도 물 흐름 ( Tyndall 실험에서 )

따라서 광섬유의 구조는 매우 간단하며 이론적으로는 "물"과 "공기"로 충분합니다. 광섬유 구조에서 "물"이 코어이고 "공기"가 클래딩입니다.

 

 

섬유 코어의 굴절률은 물처럼 높고 클래딩의 굴절률은 공기처럼 낮습니다. 빛이 그 안에서 전파되어 특정 각도 관계를 만나면 전반사 현상이 발생합니다. 누설없이 광섬유에 잘 구속됩니다. 따라서 광섬유의 구조는 매우 간단합니다. 코어는 고순도 실리카 유리이고, 클래딩은 일부 특수 공정에 의해 코어에 코팅 된 화학 물질로, 전체 굴절률 반사의 광학적 요구 사항을 충족 할 수있을뿐만 아니라 섬유 코어를 보호하는 역할, 그렇지 않으면 머리카락보다 몇 배 더 얇은 유리 섬유 코어가 쉽게 부서집니다. 가장 바깥 쪽 보호 덮개는 일반 네트워크 케이블과 유사합니다.

 

장거리 케이블은 필연적으로 전기 신호 감쇠로 이어지는 큰 저항을 갖기 때문에 케이블 통신의 릴레이 거리는 불과 몇 킬로미터에 불과합니다. 가장 긴 마이크로파 통신 (무선)은 약 50km이며 가장 긴 광섬유 통신 시스템입니다. 장거리 릴레이 거리가 300km에 이르렀는데, 이는 광섬유의 제한된 보호로 인해 장거리에서 빛이 거의 감쇠되지 않기 때문입니다.

 

빛 자체가 전자기파이기 때문에 광통신의 원리는 실제로 다른 모든 통신과 동일합니다. 예를 들어 , 우리는 네트워크 케이블에서 전기 펄스를 전송하고 광통신은 전기 펄스를 통해 정보를 나타내는 전기 펄스를 먼저 레이저에 주입하는 것입니다. 레이저의 출력 광을 제어하기 위해 정보를 광 (반송파)으로 변조하여 광섬유를 통해 목적지로 전송 한 다음 광의 정보를 전기 신호로 복조하여 컴퓨터에서 인식 할 수 있습니다.

 

요약하면, 정보 전달자로서 빛을 사용하는 것은 매우 높은 주파수를 가지기 때문에 광섬유는 매우 높은 대역폭을 제공 할 수 있으며, 광섬유 준비 기술은 빛이 거의 감쇠없이 매우 먼 거리에 광섬유 매체로 전송되도록하므로 광섬유는 광 네트워크를 배치하는 데 사용할 수 있습니다. 이것이 광섬유가 백본 네트워크가 된 가장 중요한 이유입니다. 물론 광섬유에는 몇 가지 장점이 있습니다.

 

1. 강한 전자기 간섭 능력. 통신 시스템에서 가장 중요한 간섭은 전자기 간섭입니다. 전자파 간섭이 통신 시스템에 영향을 미치기 때문에 전화선과 케이블은 일반적으로 고압선과 병렬로 설치할 수 없으며 전기 철도 근처에 놓을 수도 없습니다. 광섬유는 절연체이며 번개와 고전압을 두려워하지 않으며 전자기 간섭은 훨씬 더 높은 주파수의 광 신호를 간섭 할 수 없습니다. 전문가의 계산에 따르면 원자 폭탄이 미국 대륙 중심에서 463km 높이에서 폭발하면 미국의 모든 케이블 통신 시스템이 1 초 이내에 비활성화 될 수 있습니다. 그러나 광섬유 통신 회선은 여전히 ​​방해받지 않고 기본적으로 영향을받지 않습니다.

 

2. 강력한 기밀 유지. 특수 수신 장치가 케이블 근처에 (또는 몇 킬로미터 떨어진 곳에) 설치되어있는 한 개방 된 와이어 또는 케이블로 전송 된 정보를 얻을 수 있습니다. 전파는 대기 중에 퍼져서 세계에 넘쳐서 도청되기 쉽습니다. 광이 광섬유로 전달되면 광섬유 밖으로 빠져 나가 전자파를 외부로 방출하지 않으며 광섬유의 정보를 얻으려면 광섬유를 파괴해야 즉시 발견됩니다.

 

3. 소형 및 경량. 케이블의 무게는 미터당 11kg이고 동일한 용량의 광 케이블은 미터당 무게가 90g이므로 쉽게 놓을 수 있습니다.

 

4. 낮은 원료 비용. 메인 와이어 재료 : 구리, 납 및 기타 비철금속 (약 50 년 정도만 지속될 것으로 예상 됨), 주요 섬유 재료 : 일반 석영 모래 (SiO2), 지각의 화학 성분의 절반 이상을 차지하며 소진되지 않는다고 할 수 있습니다. , 무진장.

 

통신 분야 외에도 광섬유는 다른 많은 분야에서 중요한 응용 분야가 있습니다. 예를 들어, 레이저 수술 중에는 때때로 수술 부위가 인체의 공동에 있기 때문에 레이저가 구부러져 야하고 광섬유를 사용해야합니다.

 


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