빛이 가운데의 구멍을 통과하나요? 만약 섬유가 단단한 유리라면, 빛이 어떻게 그 안을 “비집고” 통과하나요?
광섬유는 속이 비어 있지 않습니다. 고순도 유리(실리카)로 된 단단한 필라멘트입니다. 이 고체 매질을 통해 빛이 "압착"되거나 차단되지 않고 이동할 수 있게 하는 메커니즘은 **전반사(Total Internal Reflection, TIR)**라는 광학의 기본 원리입니다.
1. 물리적 구조
광섬유는 세 가지 주요 고체 층으로 구성됩니다.
- 코어: 굴절률이 약간 더 높은 초고순도 유리로 만들어진 가장 안쪽 부분입니다.
- 클래딩: 굴절률이 약간 더 낮은 유리층이 코어를 둘러싸고 있습니다.
- 코팅: 기계적 강도를 제공하는 보호용 폴리머 층(폴리아크릴레이트 또는 폴리이미드 등)입니다.
예를 들어, OFSCN® G.652D 광섬유와 같은 표준 광섬유는 9µm 코어와 125µm 클래딩을 가지며, 둘 다 고체 유리입니다.
2. 빛의 이동 방식 (물리학)
빛은 이동하기 위해 "구멍"이 필요하지 않습니다. 사실 빛은 많은 고체 또는 액체 투명 물질(물이나 유리 등)을 통해 이동합니다.
광섬유에서는 빛이 특정 각도로 코어에 진입하면 코어와 클래딩 사이의 경계면에 부딪힙니다. 클래딩의 굴절률이 더 낮기 때문에 빛은 클래딩을 통과하는 대신 코어 안으로 다시 반사됩니다. 이 과정은 1미터당 수천 번 반복되어 광섬유가 구부러져 있어도 빛을 광섬유를 따라 안내합니다.
3. 센싱 응용
광섬유가 고체이기 때문에 레이저를 사용하여 유리 코어에 미세 구조를 직접 “쓸” 수 있습니다. 이를 **광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Gratings, FBG)**라고 합니다. 유리가 고체이기 때문에 이러한 격자는 제자리에 고정되며 온도나 늘어남과 같은 물리적 변화에 따라 반사 파장이 변경됩니다.
다음에서 이러한 고체 센서의 예를 확인할 수 있습니다:
- OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / Fiber Bragg Grating Strings (Bare)
- OFSCN® 300℃ Small diameter optical fiber
시각 자료
아래는 이러한 기술에 사용되는 표준 고체 광섬유 이미지입니다:
