작은 굴곡 반경서도 손실 발생 없어
배관 특성 우수…케이블 절단도 용이
공사비 저렴…경제성 있는 공사 가능

FTTH(댁내광가입자망)를 실현하는 데 있어 가장 큰 걸림돌로 전문가들은 높은 구축비용을 꼽는 데 주저하지 않는다.
장비와 자재가격이 높을 뿐 아니라 가느다란 광케이블을 포설하는 것이 여간 까다롭기 때문이다. 이에 따라 굵고 작업이 편리한 POF(플라스틱광케이블)가 대안으로 제시된다.
POF는 주로 건물내부망과 홈네트워크망에서 사용될 것으로 보이며 특히 홈네트워크 댁내망에서는 기존 UTP, 무선랜 등을 대체해 크게 각광받을 것이라는 전망이다.

종단처리·커넥터 부착 간단
광섬유는 굴절률 분포(refractive index profile), 빛의 전파 형태(즉 전송 형태), 재료 및 제조 공법에 따라 여러 가지로 구분된다. 이중 재료에 따라 실리카를 바탕으로 하는 유리광섬유(Glass Optical Fiber)와 폴리머 물질을 이용하는 플라스틱광섬유(Plastic Optical Fiber, POF)로 나뉜다.
GOF의 굴곡특성상의 문제점을 해결하기 위해 POF가 개발됐다. POF는 유연성이 뛰어나서 2mm 정도의 작은 굴곡반경에서도 손실이 발생하지 않는다. 또 배관특성이 우수하며 케이블의 절단도 용이하다.
따라서 케이블의 커플링(coupling)이나 스프라이싱(splicing)이 용이하고 광섬유의 종단처리와 커넥터의 부착도 간단하다.
결과적으로 GI-POF에 의한 비용과 비교했을 때 공사비를 포함한 전체 구축 비용의 1/2 정도로 나타나서 경제성 있는 설치공사의 이점을 갖게 된다.
아울러 EMI(EletroMagnetic Interference) 특성과 누화특성의 장점도 빼놓을 수 없다.

종류별로 굴절률 달라
POF는 광케이블 이론상 SI-POF(Step-Index POF)와 GI-POF(Graded-Index POF)로 구분할 수 있다.
SI-POF는 코어부의 굴절률이 높고 클래드부의 굴절률은 낮아서 굴절률의 불연속 계면상에서 빛이 전반사하면서 진행하는 광케이블이다. 주로 저속도, 저용량의 단거리 전송, 조명 및 이미지 가이드에 응용된다.
GI-POF는 코어부의 굴절률이 중심축에서 외부방향으로 가우스 분포를 가지면서 낮아지는 구조를 띤다. 광축에 모든 입사광의 모드들이 교차하면서 진행하는 특성을 가진 광케이블이다.
주로 전송 대역폭이 넓고 대용량 고속전송에 적합해 응용분야가 다양하다.
코어재료를 기준으로 구분하면 PMMA(Ploy Methyl Methacrylate)계 POF와 PF(Perfluorinate)-POF의 2종류가 있다.
PMMA-POF는 코어재료로써 PMMA를 사용하고 있으며 코어직경은 980㎛이다. 그리고 코어 굴절률은 1.492이고 클래드 굴절률은 1.416이다. 이 케이블은 미쓰미시 레이욘, 아사히 케미컬, 토레이, 후지필름 등에 의해 개발 생산되고 있다.
PF-POF는 코어재료로 불소수지(Perfluorinate Optical Polymer+Dopand)를, 클래딩 재료로는 역시 불소수지(Perfluorinate Optical Polymer)를 사용하고 있다.
코어 직경은 120㎛이고 클래드 직경은 500㎛이다.
PF-POF는 일본 게이오 대학의 고이케 교수에 의해 발명돼 일본의 아사히 글라스, 미국의 Chromis 파이버옵틱스, 그리고 프랑스의 넥상스에서 개발 생산되고 있다.
이들 케이블은 코어직경이 GOF에 비해 대단히 크기 때문에 케이블 접속이 매우 용이하며 광전모듈 비용도 상댱히 저렴하다.

최고 전송속도 11Gbps
PF Polymer의 재질분산 특성은 단파장대(~850nm)에서는 유리광섬유보다 적은 데 이것은 PF GI-POF의 잠재대역폭이 MM-GOF보다 크다는 것을 의미한다. 이 POF를 사용해 10Gbps 이상의 전송속도를 실현하게 됐다.
PF GI-POF의 굴절률 지수는 850nm에서 2.1이고 이 최적의 굴절률 지수로 인해 재질 분산값이 적기 때문에 MM-GOF보다 광대역 특성을 갖는다. 실용시험에서 이 POF는 0.65㎛ 파장에서 MM-GOF보다 훨씬 좁은 펄스폭을 보여주었고 100미터 거리에서 10Gbps의 데이터전송에 성공했다.
일반적으로 PF-POF는 800~1300nm의 파장대에서 10~50bB/Km의 손실특성을 갖고 있으며 전송용량은 5GHz·Km라고 알려져 있다.
실제 성능 확인시험에 의하면 100미터까지 11Gbps의 초고속 전송이 가능하고 550미터까지는 2.5Gbps, 990미터까지는 1.23Gbps의 고속전송에 성공한 것으로 발표됐다.
지금까지 POF 시스템에서 최고전송속도인 11Gbps는 루슨트테크놀로지에 의해 수행됐다.
우리나라에서는 지난 2003년부터 LS전선에서 PF GI-POF를 생산하고 있으며 원자재(CYTOP)를 아사히글라스로부터 공급받고 있다. 이 CYTOP 제품은 저손실 특성의 POF인데 초기에 50dB/Km에서 30dB/Km로 감소시켰고 현재 1300nm 파장에서 15dB/Km까지 감소시켰다.
따라서 랜 수평계 배선용으로 장점이 있으며 200미터 이하의 단거리 구간에서 확실한 미디어이다.
브로드밴드 홈 네트워크 구축시 홈내부망(HIN)은 물론 건물 내부망(BIN)에도 적합한 전송매체이다.
한편 PMMA SI-POF는 520nm, 570nm, 650nm 등 3개 파장에서 최소손실 특성을 갖고 있다.
이들 파장대는 송신부에는 LED를 사용할 수 있고 LD도 사용가능하며 만약 650nm 파장에서 LED를 사용한다면 손실은 130dB/Km 이상으로 높아진다.
PMMA-POF는 높은 손실 때문에 사용거리가 제한된다. PMMA-POF는 건물내부망보다는 홈내부망에 사용할 수 있는 충분한 전송속도를 갖추고 있다. 우리나라에서는 SKC, 옵티미디아, 누비텍 등 수개의 회사에서 개발 생산하고 있다.

굴곡특성, UTP케이블 수준
POF의 굴곡특성(Bending radius)은 매우 양호해 0.125nm 직경의 광섬유의 경우 손실없이 2mm까지 구부릴 수 있으며 실제 배선시공에서 얻은 실증결과는 굴곡에 강한 동선케이블(UTP) 수준의 편의성이 입증됐다.
최근 넥상스에서 개발한 Simplex PF GI-POF 케이블의 강도는 최대 300N이고 굴곡반경은 단기간에는 10mm, 장기간에는 30mm로 발표하고 있다.
일본 게이오 대학에서는 GI-POF의 대역폭과 손실이 굴곡 영향을 얼마나 받는가를 발표했는 데 GI-POF에서 10mm 정도의 작은 골곡은 작은 대역폭의 변화를 가져왔고 코어직경이 작을 수록 굴곡손실도 작게 나타났다.
굴곡손실은 특히 NA(개구수, Numerical Aperture)와 코어직경에 큰 경영향을 받고 있는 것으로 확인됐다.
앞으로 기가비트 성능의 신뢰성있는 고속 광링크에 POF를 이용하기 위해서는 최적의 NA와 코어직경을 연구할 필요가 있다. 링크 전력패널티를 고려할 때 500㎛ 코어직경의 GI-POF에서 요구되는 NA는 약 0.25이고 굴절률지수는 1.9~2.9가 돼야 한다.
GI-POF의 NA와 코어직경은 광섬유 굴곡과 함께 링크성능에 큰 영향을 주고 있으며 링크전력예산의 관점에서 굴곡손실은 바로 대역폭 감소를 가져오고 있다.

SMF, 장거리·대량 전송에 유리
광섬유의 광학적 성능은 감쇠(Attenuation), 펄스퍼짐(Pulse Dispersion), 그리고 개구수((Numerical Aperture)에 의해 결정된다.
한계 파워를 갖는 시스템에서 광섬유의 감쇠는 펄스퍼짐보다 중요하며 직접적으로 광원 결합효율에 관계되는 광섬유의 NA는 아주 중요하다. 장거리 고속데이터 전송에서는 펄스퍼짐이 주요 관심사이며 손실은 부차적인 문제가 된다.
MMF(멀티모드파이버)에서 SI형과 GI형 광섬유를 비교해 보면 GI형 광섬유는 SI형 광섬유보다 고속의 정보전송을 할 수 있다. 이 두 섬유의 손실은 같지만 광원과의 결합효율은 SI형 광섬유가 더 높으나 GI형 광섬유는 낮은 펄스 찌그러짐에 적합하게 설계돼 있어 장거리, 고속 전송분야에 적합하다.
MMF와 SMF(싱글모드파이버)를 비교하면 MMF는 SMF보다 크기가 크고 다루기도 쉽다. 그러나 SMF는 모드간 퍼짐이 없어 대량의 정보용량을 갖기 때문에 장거리와 대량의 정보용량 전송에 유리하다.

홈네트워크 등 용도 다양
POF는 전자정보기기의 홈네트워크 기술, 근거리 랜 시스템, 자동차 내부 오디오/비디오, 산업기기 제어 신호 송수신 시스템, 군수산업, 의료기기 등에 두루 사용된다.
이 중 통신부문의 경우 건물 내에서의 고속 인터넷, 화상회의, 오디오/비디오 전송, 초고속 컴퓨터통신, 보안모니터 등에 활용된다.
특히 특등급 아파트에서는 세대단자함까지 끌어온 광케이블을 다시 POF를 통해 직접 가전제품, PC 등에 연결함으로써 광케이블로 전부 연결된 진정한 FTTH 구현이 가능해 진다.
홈네트워크용 POF는 국내 시장의 경우 누비텍, 옵티미디아 등 국내 케이블 제조사들이 출시하고 있다. 일본 후지필름I&I는 시장상황에 따라 국내 총판을 두고 시장에 진입한다는 계획을 세워두고 있다.
LS전선과 세종네트워크테크놀로지스는 일본 아사히글라스 부품을 들여와 재가공하는 시험생산을 이미 마쳤고 발주에 따라 홈네트워크용 POF를 양산키로 했다.
그러나 홈네트워크에 POF가 사용되기 위해서는 여전히 높은 POF 가격과 POF 모듈이 탑재된 가전제품 출시 등 걸림돌이 남아 있어 이에 대한 대책이 서둘러 마련돼야 할 것으로 보인다.

김영길 기자 young@koit.co.kr