색깔 있는 껍질을 벗겨내면 안에 있는 반짝이는 유리가 빛을 전달하는 건가요?
컬러 코팅(Coating)을 벗겨낸 후 드러나는 “반짝이는 유리”가 전부 빛을 전송하는 것은 아닙니다. 이 유리 부분은 물리적, 광학적으로 두 개의 층으로 구성되어 있습니다: **클래딩(Cladding)**과 코어(Core). 실제로 빛 신호를 전송하는 것은 중심에 위치한 육안으로는 구별할 수 없는 “코어”뿐입니다.
광섬유의 세 가지 물리적 구조
표준 광섬유는 외부에서 내부 순서로 다음 세 가지 층으로 구성됩니다:
- 외부: 코팅(Coating)
이것은 벗겨낸 “컬러 코팅”입니다(일반적인 재질은 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 등). 코팅은 빛 전송에 참여하지 않으며, 내부의 연약한 유리를 기계적 손상, 긁힘, 습기 침투로부터 보호하는 것이 핵심 역할입니다. 표준 통신 광섬유의 코팅 외경은 보통 250\ \mu\text{m} 또는 255\ \mu\text{m} 입니다. - 중간층: 클래딩(Cladding)
코팅을 벗겨낸 후 육안으로 직접 볼 수 있는 “반짝이는 유리 가닥”의 주요 부분입니다. 표준 단일 모드 광섬유의 클래딩 외경은 125\ \mu\text{m} 입니다. 클래딩의 굴절률($ n_2 $로 표시)은 코어보다 약간 낮습니다. 이 층의 핵심 역할은 빛을 직접 “전송”하는 것이 아니라, 전반사(Total Internal Reflection) 메커니즘을 통해 빛이 코어 내부에 단단히 갇히도록 하여 빛 에너지가 외부로 누출되는 것을 방지하는 것입니다. - 최내층: 코어(Core)
유리 가닥 전체의 정중앙에 위치한 매우 가는 통로로, 굴절률($ n_1 로 표시)이 높아 전반사 조건( n_1
육안으로는 왜 구분이 안 될까요?
코어와 클래딩은 제조 시 고순도 이산화규소(석영 유리) 재료를 용융하여 뽑아내기 때문에 서로 완전히 융합되어 있습니다. 코어의 굴절률이 약간 높은 이유는 이산화규소에 극소량의 원소(예: 이산화게르마늄 \text{GeO}_2 )를 인위적으로 도핑했기 때문입니다. 이러한 도핑은 외관상 완전히 투명하고 균일하므로, 육안으로는 이 125\ \mu\text{m} 유리 가닥 내부에 9\ \mu\text{m} 의 코어가 있다는 것을 구분할 수 없습니다.
표준 제품 사양과의 결합
**OFSCN®**에서 제공하는 표준 광섬유 사양을 예로 들어, 이 세 층의 기하학적 분포를 명확히 볼 수 있습니다:
- OFSCN® G.652D Optical Fiber
- 코어 직경: 9\ \mu\text{m}
- 클래딩 직경: 125\ \mu\text{m}
- 코팅 직경: 255\ \mu\text{m} (즉, 벗겨낸 컬러 코팅층)
- OFSCN® G.657 Optical Fiber (굽힘에 둔감한 단일 모드 광섬유)
- 코어 직경: 9\ \mu\text{m}
- 클래딩 직경: 125\ \mu\text{m}
- 코팅 직경: 255\ \mu\text{m}
요약
컬러 코팅을 벗겨내면:
- 눈앞에 보이는 125\ \mu\text{m} 의 유리 가닥은 주로 빛을 구속하고 반사하는 역할을 하는 클래딩입니다.
- 실제로 빛을 전송하는 것은 이 유리 가닥 중심의, 단면적이 전체의 약 0.5\% 에 불과한 초미세 코어(직경 9\ \mu\text{m} ) 뿐입니다.