첨단 기능 케이블·부품 출시 잇따라
고집적화로 부피 줄고 전송용량 늘어
기간망부터 구내망까지 사용범위 넓어


FTTH는 광케이블로 연결된 방송통신망이다. 그만큼 광케이블은 FTTH 구성에 있어 핵심역할을 한다. FTTH 특성이 곧 광케이블의 특성이라고 불리는 이유도 바로 그 때문이다.

광케이블은 작은 부피와 무게에도 불구하고 기존 구리선이나 동축케이블보다 월등한 전송속도, 대역폭을 제공한다. 궁극적으로 방송통신망이 광케이블로 집결될 것이라는 전망도 이러한 광케이블의 특성에서 비롯됐다고 할 수 있다.

광케이블은 이제 전화국, 아파트 MDF실을 넘어서 각 가정의 세대함까지 들어서고 있다. 광케이블을 소비자가 직접 경험하게 되는 것이다.

광케이블과 함께 그 근간이 되는 광섬유, 그리고 FTTH 시스템을 구현할 수 있도록 연결고리 역할을 하는 광부품에 대해 알아본다.

광섬유(Optical fiber)

석영 유리나 플라스틱 등의 투명한 유전체를 가늘고 길게 뽑아서 만든 섬유로 그 중심 부분에 적당한 굴절률 분포를 갖도록 해서 빛이 전파되도록 한 것이다.
현재 가장 많이 쓰이는 것은 규소 산화물(Si, O₂:실리카) 광섬유인데, 머리카락 굵기의 유리 섬유에 불과하지만 그 기능은 지극히 정교하고 치밀한 광도파로(optical waveguide)이다. 중심부에 빛을 가둬 넣고 조금씩 구부려도 빛이 새어 나가지 않도록 해 빛이 감쇠되지 않고 원거리까지 전파되도록 했다.
통신에 사용되는 광섬유는 고순도의 석영유리를 사용한 바깥지름 25㎛(1㎛=0.001㎜)의 가는 선이지만 실제로 광이 통과하는 것은 이보다 훨씬 가는 맨 한 가운데의 심지 부분이다. 이 부분을 '코어(core)'라고 부르고 그 주위의 유리는 '클래드(clad)'라고 한다. 코어의 굴절율을 클래드의 굴절율보다 높게 해두면 코어에 들어온 광은 코어와 클래드의 경계에서 전반사(全反射)한다. 이 때문에 광은 코어 밖으로 달아나는 일이 없이 전반사를 반복하면서 코어 속을 진행한다.
1950년대에 빛을 통과하는 핵심 부분인 코어의 굴절률보다 빛이 밖으로 나가지 못하게 하는 차단층인 클래드의 굴절률을 약간 작게 해 코어에 입사된 빛이 굴절률이 다른 코어와 클래드의 경계면에서 전반사를 반복하면서 전파하는 광섬유가 개발됐다. 그리고 1970년에 보통 유리와는 비교가 안 될 정도의 고순도의 유리를 통해 빛의 손실을 획기적으로 낮춘 저손실 광섬유가 개발되면서 광섬유가 통신에 이용됐다.

광케이블(Optical Fiber Cable)

반제품인 광섬유 소선(素線)을 용도와 목적에 따라 사용할 수 있게 케이블 형태로 완제품했다. 광케이블은 동선 케이블에 비해 손실이 작기 때문에 중계기 간격이 수십 km 이상 100km 정도까지 가능하며, 부피가 작고 가벼운 광섬유는 모재(母材)로부터 100km 이상 생산해 케이블화할 수 있다.
그러나 구조나 심선 수별로 무게나 부피가 증가되는 광케이블은 길이를 제한해 보통 1.1km, 2.2km, 3.3∼10km 단위 길이로 주문에 따라 공급되는데 대개는 5km 미만(2.2km가 대표적)이다.
광케이블은 다심선의 케이블인 경우에 각 심선을 색으로 구분하고, 몇 개의 심선을 묶어서 유닛으로 하고 몇 개의 유닛을 묶어서 다시 유닛으로 하는 이른바 유닛 구조로 해 포설, 접속, 분기 등 부설 공사와 보수에 편리하도록 하고 있다.
광섬유 개발 초기에는 광섬유의 외부 조건(압력이나 응력)에 대한 민감한 특성을 고려해 각 유닛을 젤리(jelly)로 충전돼 있는 튜브 또는 슬롯에 삽입해 만든 이완 구조(loose structure)형의 광케이블이 주종을 이뤘다.
그 후에 기존 동선 케이블 구조와 유사한 타이트 버퍼(tight buffer)형 케이블이 개발됐다. 이것은 강철보다 강한 특수 고분자 섬유질을 강심으로 사용하는 케이블로서 굽힘 등의 유연성이 커서 이완 구조형 보다 취급과 접속, 분기가 용이해 옥내용이나 옥외용 직매 또는 가공 부설 등에 널리 사용되고 있다.
이 밖에 위의 2가지 구조의 절충형인 리본형 및 리본 슬롯형 광케이블도 국간 중계용 등에 사용되고 있다. 최근에는 FTTH 광케이블의 수요에 부응해 1000심 이상의 광케이블이 상품화되고 있고 국내에서도 600심 이상의 광케이블이 표준화되고 있다.

다중모드, 단일모드 케이블

광섬유 안에서 다수모드의 광을 전파하는 것을 다중모드(Multi mode)라고 하고, 1개의 모드를 전파하는 것을 단일모드(Single mode)라 부른다. 일반적으로 단일모드 광섬유의 코어 직경은 다중모드 광섬유 코어 직경보다 가늘다.
다중모드 광섬유는 코어의 굴절률 분포에 따라 계단형 굴절률(Step index)과 경사형 굴절률(graded index)로 분류되는데, 코어의 굴절률이 클래드 굴절률보다 큰 것을 계단형 굴절형이라 하고, 중심부로 감에 따라 점차로 굴절률이 커지도록 개발한 광파이버를 경사 굴절형이라 한다.
성능적으로는 경사 굴절형 쪽이 훨씬 우수하지만, 계단 굴절형에 비해 많이 생산할 수 없다.
다중모드는 광섬유의 직경이 62.5㎛의 대구경이나 직진성이 낮고 속도가 떨어진다. 하지만 변환장치 등 주변 기기의 접속이 용이하고 비용이 적게 들어 비교적 단거리 전송에 많이 사용된다.
단일모드 광섬유는 주로 통신용으로 사용한다. 이것은 전반사나 굴절을 하지 않고 중심을 통과하는 빛만 전달한다.
단일모드는 광섬유의 직경이 8.3㎛로 규격화돼 있으며 직진성이 좋고 전송속도가 빨라 대용량, 장거리 전송망인 기간망에 주로 쓰인다. 서울과 부산 등 장거리용(롱홀)에 사용되는 NZDSF와 가입자에 가까운 거리에 사용하는 메트로용이 있다.
단일모드는 코어 지름이 작으므로 광섬유의 접속에는 고도의 기술이 필요하게 된다. 이전에는 단일모드 케이블은 Gbps 전송을 실행하는 중계전송로에만 사용됐고 가입자계에는 다중모드 섬유가 상용돼 왔다. 그 후 고정도(高精度)의 커넥터가 가능해지고, 또한 광섬유의 접속점을 열로 녹여서 연결하는 자동 융착접속 기술이 가능하게 되면서 단일모드 광섬유가 가입자 케이블에도 사용될 수 있게 됐다.

광케이블의 특징

광케이블은 동축케이블 등에 비해 유도 장애가 없어서 저손실로 중계 간격을 수십배나 길게 할 수도 있고 부피가 작고 가벼워 기술적으로나 경제적으로 이점이 많다.
광케이블은 구리선 케이블이 페어선으로 수 Mbps 정도, 동축케이블이 수백 Mbps 정도가 실용상의 한도인 것과 달리 Gbps 이상 매우 폭 넓은 주파수 대역 신호를 전송할 수 있다.
또한 한 가닥의 광파이버는 보강피복을 합해도 직경은 0.4mm로서 동축 케이블의 약 30분의 1 굵기에 불과하다. 빛의 감쇄량이 적어 장거리 전송시에도 중계기를 적게 설치해도 되는 장점이 있다.
아울러 공중에는 우뢰, 전동차, 자동차 등과 공장으로부터 나는 잡음 등이 있는데, 광케이블은 전기를 통하지 않기 때문에 잡음에 의한 방해를 받지 않으며 누화 현상이 낮아서 통화에 대한 보안성이 높다.

광케이블 사용 분야

광케이블은 해저 케이블, 기간통신망, 지역 및 도시통신망, 구내 네트워크, 고속 데이터처리 컴퓨터 네트워크, 광대역 통합서비스 디지털네트워크, 케이블TV, 대화형 TV 등에 전송매체로 다양하게 쓰인다. 또한 군사장비, 상용 및 군용 항공전자, 자동차 제어시스템, 고속도로 네트워크, 기타 교통 응용제품, 컴퓨터통합 생산시스템, 배전시스템, 전자회로 상호연결, 항공우주 시스템 등 각 산업에서도 활용된다.
이중 FTTH를 실현하는 경우에는 다수의 가입자에게 한 가닥씩 광섬유를 깔지 않으면 안된다. 이 때문에 가입자선에 사용되는 광케이블에는 될 수 있는 한 광섬유 심선을 고밀도로 모으는 구조가 필요하게 된다. 그래서 8가닥 또는 16가닥의 광섬유 소선을 테이프(tape)상으로 모아 일괄 피복한 광섬유 테이프를 만들고 이를 모아 고밀도 광섬유 케이블로 하고 있다.

광부품

광통신 시스템을 구성하는 데에는 여러 부품이 필요하다. 광부품은 크게 광케이블을 비롯해 능동형 부품, 수동형 부품 등으로 나눌 수 있다. 능동형 부품에는 광증폭기, 발광소자, 수광소자, 광 송/수신모듈 등이 포함되며 수동형 부품에는 광커넥터, 광스위치, 광커플러, 광아이솔레이터, 광합/분파기(WDM) 등이 있다.
□광증폭기=광통신에서 장거리 전송에 따른 출력 저하를 보상하기 위해 광신호를 전기신호로 변환하지 않고 광 그대로 증폭시켜주는 소자이다. 광증폭기는 통신시스템에서 소자의 위치에 따라 후치증폭기, 선로증폭기, 전치 증폭기로 구분되며 증폭원리에 따라 반도체 광증폭기, 광섬유 증폭기로 나뉜다. 대도시내 광분배망의 경우 더욱 넓은 파장 대역을 이용할 수 있는 전송기술을 요구할 것으로 예상돼 향후 초광대역 광전송 기술의 핵심이 될 것으로 여겨진다.
□광송수신모듈=전기신호에 의한 정보처리 및 데이터 전송은 잡음, 전송속도에 한계가 있기 때문에 정확한 신호처리가 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 광에 의한 신호처리 장치라고 할 수 있다. 광송수신모듈은 전기적 절연성, 고속성, 고기능성을 갖고 있어 그 응용이 선진국을 중심으로 고품질 기기에 실용화되고 있다.
□광커넥터=선로의 접속 및 유지, 보수에 활용돼 광섬유와 장치, 장치와 장치간 광신호가 손실없이 전달될 수 있도록 하는 역할을 한다. 광커넥터는 모듈을 구성하는 광섬유 심선의 수에 따라 단심형과 다심형으로 구분되며 사용되는 광섬유에 따라 멀티모드와 싱글모드로 나눈다. 광케이블을 제외한 광부품중 가장 많은 수요가 있다.
□광커플러=여러방향으로 들어오는 빛을 한곳으로 모으는 역할을 하는데, 광섬유형과 평면도파로형이 있다. 광섬유형은 두개의 광섬유를 녹여 붙여 만드는데, 현재 일반적으로 사용되고 있다. 평면도파로형은 실리카 평면에 반도체의 식각법을 이용해 광결합기를 만드는 것이다. 광섬유와의 연결이 어려워 많이 사용되고 있지 않지만 향후 대량 생산의 이점이 있어 수요가 늘어날 것으로 보인다

시장 현황

초고속 통신을 위한 특수광섬유가 지난 90년대 이후 집중적으로 연구개발되고 있다. 광증폭용, 광스위치용, 광변조기용, 파장 변환용 광섬유 등에 사용되는 고감광성 광섬유가 대표적인 고부가가치 광섬유이다.
원하는 기능을 광섬유 코어내에 발현하도록 공정의 확립과 광섬유 구조설계가 주요한 변수이다. 국내에서는 삼성전자, LG전자, 대한전선 등에서 장거리 통신용 일반 광섬유를 생산하고 있으나 고기능 광섬유에 대한 연구개발은 미진하다.
또한 한국과학기술연구원, 한국전자통신연구원 등에서도 격자 소자용 광섬유, 광증폭기용 광섬유 연구를 수행한 바 있으며 광주 과기원에서는 고기능 광섬유 및 광소자 개발에 활발하게 나서고 있다.
광부품은 시스템의 성능을 좌우하면서 단가 및 시스템 가격 비중이 높은 핵심 부품이다. 모듈의 초고속화, 집적화, 대용량화, 복합화, 소형화, 신기능화, 저가격화를 위한 연구가 선진국에서 진행하고 있다. 특히 저가격화 실현을 목적으로 집적화 모듈, 광부품/광모듈 패키징 기술 개발이 중요하다.
광주지역에 있는 피피아이, 우리로광통신, 휘라포토닉스, 고려오트론 등 전문업체를 중심으로 수동 광통신 부품은 괄목할 만한 성장을 이루고 있다. 그러나 현재 시장 수요가 많은 접속응용 부품인 커넥터, 광감쇠기, 패치코드 등에 치우치고 광송수신 모듈의 경우 큰 기술력을 요구하지 않는 단순 기술을 가진 업체가 다수를 차지하고 있다.
빛과전자, EXEL 광통신, 네옵텍 등은 광부품/모듈 패키징의 중요성을 인식하고 시제품 개발 및 상용화에 전력을 다하고 있다.