색분산 (Chromatic Dispersion)

한 줄 정의: 광섬유 안에서 파장에 따라 빛의 전파 속도가 달라져, 여러 파장 성분을 포함한 광펄스가 진행하면서 시간적으로 퍼지는 현상입니다.

쉽게 풀면

같은 출발선에서 동시에 뛰기 시작한 육상 선수들이 각자 속도가 조금씩 다르면 도착 지점에서는 순서가 흩어지듯이, 광펄스 안에 섞여 있는 여러 파장의 빛도 광섬유 속에서 각기 다른 속도로 진행하면서 도착 시간이 조금씩 어긋납니다. 그 결과 처음에는 좁고 뾰족했던 광펄스가 광섬유를 지나면서 점점 넓게 퍼지게 됩니다. 이 펄스 퍼짐이 심해지면 인접한 신호끼리 겹쳐서 정보를 구분하기 어려워질 수 있습니다.

왜 중요한가

색분산은 장거리·고속 광통신 시스템에서 전송 거리와 데이터 전송 속도를 제한하는 핵심 요인 중 하나로, 이를 보상하는 기술은 대용량 광통신망 설계에서 필수적으로 다뤄집니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"Dispersion compensating fiber was employed to counteract the chromatic dispersion accumulated over the transmission link."

전송 링크에서 누적된 색분산을 상쇄하기 위해 분산보상 광섬유를 사용했다는 설명으로, 전송 시스템 설계에서 자주 쓰입니다.

"The pulse broadening due to chromatic dispersion limited the maximum achievable bit rate for the 100 km fiber span."

색분산에 의한 펄스 퍼짐이 100km 광섬유 구간에서 달성 가능한 최대 전송 속도를 제한했다는 뜻으로, 전송 성능 분석에서 등장합니다.

조금 더 깊게 보면

색분산은 광섬유 재료 자체의 굴절률이 파장에 따라 달라지는 재료분산과, 광섬유 도파로 구조에 의해 생기는 도파로분산이 합쳐진 결과로 나타납니다. 특정 파장에서는 이 두 성분이 서로 상쇄되어 분산이 거의 0에 가까워지는 영분산 파장이 존재하며, 광섬유 설계나 분산보상 소자를 통해 이 특성을 조절할 수 있습니다.

주의할 점

색분산은 신호가 감쇠하는 손실과는 다른 개념으로, 신호 세기가 아니라 펄스 형태의 시간적 퍼짐을 일으킨다는 점에서 구분해야 합니다. 또한 편광모드분산과도 발생 원인이 다르므로, 두 현상을 동일하게 취급하지 않도록 주의가 필요합니다.