다중모드 광섬유 (Multimode Fiber)
쉽게 풀면
다중모드 광섬유는 여러 차선이 있는 넓은 도로에 비유할 수 있습니다. 코어가 단일모드 광섬유보다 훨씬 굵기 때문에 빛이 여러 각도로 반사되며 동시에 여러 경로로 나아갈 수 있습니다. 빛을 넣기가 쉽고 값싼 광원을 쓸 수 있다는 장점이 있지만, 각 경로마다 도착하는 시간이 조금씩 달라 신호가 흐려지기 쉬워 아주 먼 거리 전송에는 불리합니다.
왜 중요한가
제작과 접속이 비교적 쉽고 비용이 낮아 데이터센터 내부나 건물 내 근거리 네트워크처럼 짧은 거리에서 대용량 신호를 주고받는 데 널리 쓰이기 때문에, 비용 대비 성능을 다루는 통신망 설계 연구에서 자주 등장합니다. 접속과 정렬이 상대적으로 쉽고 저렴한 광원을 사용할 수 있어, 전송거리가 짧은 건물 내부나 데이터센터 배선에서 비용 효율적인 선택으로 널리 쓰입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
비용과 거리 조건을 고려해 다중모드 광섬유가 선택되는 상황을 설명합니다.
다중모드 광섬유의 대표적인 한계인 모드 분산을 언급하는 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
다중모드 광섬유는 굴절률 분포 형태에 따라 코어 전체에서 굴절률이 일정한 계단형과, 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 굴절률이 서서히 낮아지는 점진형(그레이디드형)으로 나뉩니다. 점진형은 여러 모드의 도착 시간 차이를 줄여주는 효과가 있어 계단형보다 더 넓은 대역폭을 지원할 수 있습니다. 다중모드 광섬유는 코어 지름이 넓어 여러 모드가 동시에 전파되며, 각 모드가 서로 다른 경로 길이를 거치면서 도달 시간이 달라지는 모드분산으로 인해 전송거리가 길어질수록 신호 왜곡이 커집니다. 코어 지름의 표준 규격에 따라 여러 등급으로 나뉘며, 등급이 높을수록 대역폭이 넓어 더 빠른 전송속도를 지원합니다. 다중모드 광섬유는 코어가 굵어 여러 경로의 모드가 동시에 전파되며, 이들 모드 간 도달 시간 차이인 모드분산 때문에 전송 거리가 늘어날수록 신호 왜곡이 커져 단거리 통신에 주로 쓰입니다.
주의할 점
모드 분산 때문에 전송 거리와 속도에 한계가 있으므로, 국가 간 백본망 같은 초장거리 구간에는 적합하지 않고 단거리 구간에 맞춰 사용해야 합니다.
굴절률이 단계적으로 변하는 계단형 대신 중심에서 바깥으로 갈수록 점진적으로 낮아지는 점진형 굴절률 분포를 적용하면 모드 간 도달 시간 차이를 줄여 대역폭을 개선할 수 있습니다. 전송거리가 길어질수록 모드분산 효과가 누적되어 신호 왜곡이 뚜렷해지므로 단거리 용도에 적합합니다. 계단형 굴절률 다중모드 광섬유는 모드분산이 커서 대역폭이 제한되므로, 고속 전송에는 굴절률을 중심에서 가장자리로 점진적으로 낮춘 굴절률경사형(graded-index) 광섬유를 써야 모드분산을 크게 줄일 수 있습니다.