모드분산 (Modal Dispersion)
쉽게 풀면
넓은 통로에서는 사람들이 곧게 걷기도 하고 지그재그로 걷기도 합니다. 곧게 걷는 사람은 빨리 도착하지만, 지그재그로 걷는 사람은 실제로 걸은 거리가 더 길어서 늦게 도착합니다. 다중모드 광섬유 안에서 빛도 마찬가지로 코어의 중심을 곧게 지나가는 빛(모드)과 벽에 여러 번 반사되며 지그재그로 지나가는 빛(모드)이 함께 존재하는데, 이들이 실제로 이동하는 거리가 다르기 때문에 도착 시간이 서로 달라집니다. 이렇게 여러 모드의 도착 시간 차이로 신호가 퍼지는 현상을 모드분산이라고 합니다.
왜 중요한가
모드분산은 다중모드 광섬유를 이용한 통신에서 전송 거리와 대역폭을 제한하는 주요 요인이기 때문에, 근거리 통신망이나 데이터센터 내부 광링크를 설계할 때 반드시 고려해야 하는 특성입니다. 이 문제를 줄이기 위해 경사형 굴절률 광섬유와 같은 구조가 개발되기도 했습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
여러 모드의 도착 시간 차이로 인해 신호가 얼마나 퍼지는지를 실제로 측정했다는 의미입니다.
굴절률 구조를 개선해 모드 간 도착 시간 차이를 줄이는 데 성공했다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
모드분산은 원리적으로 단일모드 광섬유에서는 발생하지 않으며, 오직 여러 모드가 함께 전파되는 다중모드 광섬유에서 나타나는 현상입니다. 계단형 굴절률을 가진 다중모드 광섬유는 모드분산이 비교적 크고, 경사형 굴절률 광섬유는 각 모드의 실효 속도를 조정해 도착 시간 차이를 줄이는 방식으로 이 문제를 완화합니다.
주의할 점
모드분산과 색분산은 서로 다른 원인에서 발생하는 별개의 현상이므로, 신호 왜곡의 원인을 분석할 때 두 가지를 구분해서 고려해야 합니다.