통신 광섬유 후방산란광(Back Scattering Light)

통신 광섬유 후방산란광(Back Scattering Light)

 

 

1. 후방산란(Back Scattering / Backward Scattering)

1) 정의

후방산란이란 매질을 따라 진행하던 파동(광, 전자파 등)이 산란 또는 반사에 의해 진행 방향의 반대 방향(입사 방향)으로 되돌아오는 현상이다.

 

2) 후방산란의 주요 원인

① 레일리 산란(Rayleigh Scattering)에 의한 후방산란

· 매질 내부의 미세한 굴절률 변화(밀도, 조성 불균일 등)에 의해 발생하는 산란

· 산란된 빛 중 일부가 진행 방향의 반대 방향으로 전파됨

· 이를 레일리 후방산란(Rayleigh Back Scattering)이라 함

※ 특징

· 파장이 짧을수록 산란이 커짐

· 광섬유 손실의 주요 원인 중 하나

 

② 프레넬 반사(Fresnel Reflection)

반응형

· 서로 다른 굴절률을 갖는 경계면에서 발생하는 반사 현상

· 예:

· 광섬유 접속점

· 커넥터

· 공기-유리 경계

· 파단면 등

※ 특징

· 경계면의 굴절률 차이에 비례하여 반사 발생

· OTDR에서 큰 반사 피크(reflection peak)로 나타남

 

3) 후방산란의 응용 분야

• 레이더(Radar)
• 광통신 시스템
• OTDR(광섬유 시험기)
• 광센서 시스템

 

 

2. 광통신에서의 후방산란법 (Back Scattering Method)

1) 광섬유 후방산란광(Back Scattering Light)

광섬유에 광 펄스를 입사하면, 광섬유 내부에서 발생한 산란 및 반사에 의해 일부 광이 입사단 방향으로 되돌아오는 현상

즉, 레일리 산란광 중 전파 방향과 반대 방향으로 진행하는 광 = 후방산란광

 

2) 후방산란법의 원리

광섬유 내부를 전파하는 광의 일부가

· 레일리 산란(Rayleigh Scattering)

· 프레넬 반사(Fresnel Reflection)

에 의해 입사단으로 되돌아오는 현상을 이용하여, 광섬유의 손실 특성을 분석하는 측정 방법

 

3) 측정 가능한 항목 (OTDR 활용)

후방산란법을 이용하여 측정 가능한 항목

· 광섬유 전송 손실 (Attenuation Loss)

· 접속 손실 (Splice Loss)

· 커넥터 손실 (Connector Loss)

· 반사 손실 (Reflection Loss)

· 파단 위치 (Fiber Break Point)

· 거리 측정 (Event Location)

 

4) 대표 장비 : OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)

※ 정의

광섬유에 광 펄스를 주입하고, 후방산란광과 반사광을 시간 함수로 분석하여 광섬유 상태를 측정하는 장비

※ 핵심 기능

· 광섬유 길이 측정

· 손실 분포 분석

· 접속 상태 확인

· 장애 위치 탐지

 

5) 후방산란법의 원리 (OTDR 원리)

① 광 펄스 주입

OTDR 장비가 광섬유에 짧은 광 펄스를 입력

 

② 후방산란 신호 발생

광섬유 내부에서 발생한 후방산란광이 되돌아옴

 

③ 시간 측정 → 거리 계산

광속을 이용하여 거리 계산

· c : 빛의 속도 (3×10⁸ m/s)

· t : 왕복 시간

· n : 광섬유 굴절률

“2로 나누는 이유” → 왕복 시간(갔다가 돌아옴)이기 때문

 

6) 후방산란법의 특징

① 장점

· 광섬유를 절단하지 않고 측정 가능

· 한쪽 끝에서 측정 가능

· 장애 위치를 정확히 파악 가능

· 장거리 측정 가능 (수십~수백 km)

 

② 단점

· 사각지대(Dead Zone) 존재

· 접속점 근처 정확도 제한

· 고가 장비 필요

· 양방향 측정 필요 (정확한 손실 계산)

 

 

3. 이해를 돕는 핵심 구조 (시험·기술자료용 요약)

1) 후방산란 발생 메커니즘

 

입사광 → 광섬유 → (레일리 산란 + 프레넬 반사)

↓

일부 광이 입사단으로 되돌아옴

 

2) 후방산란 vs 프레넬 반사 (핵심 비교)

구분	레일리 산란	프레넬 반사
발생 위치	광섬유 내부 전체	경계면(접속점, 파단면 등)
원인	굴절률 미세 변화	굴절률 차이
신호 특성	연속적 분포	특정 지점에서 큰 반사
OTDR 파형	완만한 기울기	뾰족한 피크