[논문]광섬유 접속부의 환경 변화에 따른 손실변화 연구

유강희; 김영호

doi:10.6109/jkiice.2007.11.2.349

문제 정의

따라서 본 논문에서는 광섬유 손실 및 광섬유 및 광섬유 케이블 접속방법을간략히 소개하고 외부 환경에 의해 광섬유 접속부에서 발생하는 물리적, 환경적 요소에 의한 광섬유의 전송손실에 대하여 구부림, 온도변화, 물 침투 후의 온도변화와 진동시험을 통해 검증한 후 향후 접속함의 설계에 참고가 되도록 하였다.
온도변화 시험은 실제 접속함에 가해지는 외부 온도인 -30oC에서 60oC 사이에서 손실이 발생하는 정도를 측정하여 이온도 범위 이내로 온도환경을 조성할 경우 손실 변화를 예측하기위하여 수행하였다. 접속함에 물침투 시는 온도 변화에 대하여 손실이 민감하게 반응하여 온도범 위 를 저온 -10oC, 고온+20oC씩늘려서 -40oC에서 80oC 사이에서 측정하였으며 방수가 되지 않은 상태에서 어느 정도의 손실이 발생하는지 알아보기 위하여 이 시험을 수행하였다. 또한 전화 국사나 통신구 맨홀 등에 설치된 접속함은 주변을 지나는 자동차나 전철 등에 의하여 발생되는 미세 진동 충격 에 영 향을 받게 되 며 이 진동에 얼마나 손실 변화가 발생하는지 알아보기 위하여 수행하였으며 이 결과는 접속함이 진동을 흡수할 수 있도록 견고하게 지지대에 부착 보관하는 설계에 참고가 될 것이다.
접속함에 물침투 시는 온도 변화에 대하여 손실이 민감하게 반응하여 온도범 위 를 저온 -10oC, 고온+20oC씩늘려서 -40oC에서 80oC 사이에서 측정하였으며 방수가 되지 않은 상태에서 어느 정도의 손실이 발생하는지 알아보기 위하여 이 시험을 수행하였다. 또한 전화 국사나 통신구 맨홀 등에 설치된 접속함은 주변을 지나는 자동차나 전철 등에 의하여 발생되는 미세 진동 충격 에 영 향을 받게 되 며 이 진동에 얼마나 손실 변화가 발생하는지 알아보기 위하여 수행하였으며 이 결과는 접속함이 진동을 흡수할 수 있도록 견고하게 지지대에 부착 보관하는 설계에 참고가 될 것이다.
본 논문에서는 구부림, 온도변화, 물 침투 후 온도변화, 진동에 의한환경적 요인에 따른광섬유케이블 접속 부에서의 손실 변화 특성에 대하여 실험하고 분석해 보는데 목적을 두고 연구를 수행하였다.

제안 방법

것이다. 온도변화 시험은 실제 접속함에 가해지는 외부 온도인 -30oC에서 60oC 사이에서 손실이 발생하는 정도를 측정하여 이온도 범위 이내로 온도환경을 조성할 경우 손실 변화를 예측하기위하여 수행하였다. 접속함에 물침투 시는 온도 변화에 대하여 손실이 민감하게 반응하여 온도범 위 를 저온 -10oC, 고온+20oC씩늘려서 -40oC에서 80oC 사이에서 측정하였으며 방수가 되지 않은 상태에서 어느 정도의 손실이 발생하는지 알아보기 위하여 이 시험을 수행하였다.
광원(Light Source)으로부터 커 넥터가 부착된 단일모드 광 점퍼 코드를 통하여 출력된 광을 IKm의 의사 단일모드 광섬 유와 융착접속하여 IKm 전송한 후 다시 융착 접속하여 커넥터가 부착된 단일모드 광 점퍼 코드를 통하여 광 Power Meter에 연 결하여 광줄력 을 즉정 하였다. 실험은 광섬유의 반경을 크게 하여 손실이 없게 한 후 점차 반경 을 줄여서 손실이 발생하는 반경을 3회 측정하였다.
하였다. 실험은 광섬유의 반경을 크게 하여 손실이 없게 한 후 점차 반경 을 줄여서 손실이 발생하는 반경을 3회 측정하였다.
두 개의 단일모드 광섬유 심선을 융착접속한 후 접속 부를 방수 처리한 접속함에 넣어 고정하고 이 접속함을 항온 조에 넣어 실험하였다. 광원으로부터의 광 출력은 커 넥터가 부착된 단일모드 광 점퍼 코드를 통하여 광 스위치에 연결하였으며 광 스위치(Optical Switch) 로부터선택된 출력광은 광섬유와 접속함을 통하여 전송한 후 다시 광 스위치를 거쳐 커넥터가 부착된 단일모드 광 점퍼 코드를 통하여 광 Power Meters] 입력 하여 광 출력 을 측정하였다.
넣어 실험하였다. 광원으로부터의 광 출력은 커 넥터가 부착된 단일모드 광 점퍼 코드를 통하여 광 스위치에 연결하였으며 광 스위치(Optical Switch) 로부터선택된 출력광은 광섬유와 접속함을 통하여 전송한 후 다시 광 스위치를 거쳐 커넥터가 부착된 단일모드 광 점퍼 코드를 통하여 광 Power Meters] 입력 하여 광 출력 을 측정하였다. 실험은 -30℃~60℃ 사이의 온도 범위에서 그림 5의 점선과 같은 시간 주기로 실험하였으며 아래 그림과 같이 광 스위치를 사용하여 1번과2번 심선을 번갈아 순서대로 광전송 손실을 측정하였다.
광원으로부터의 광 출력은 커 넥터가 부착된 단일모드 광 점퍼 코드를 통하여 광 스위치에 연결하였으며 광 스위치(Optical Switch) 로부터선택된 출력광은 광섬유와 접속함을 통하여 전송한 후 다시 광 스위치를 거쳐 커넥터가 부착된 단일모드 광 점퍼 코드를 통하여 광 Power Meters] 입력 하여 광 출력 을 측정하였다. 실험은 -30℃~60℃ 사이의 온도 범위에서 그림 5의 점선과 같은 시간 주기로 실험하였으며 아래 그림과 같이 광 스위치를 사용하여 1번과2번 심선을 번갈아 순서대로 광전송 손실을 측정하였다. 실험 구성은 아래 그림 4와 같다.
실험 방법은 421절과 동일하나 두 개의 심선을 접속한 후 방수 처리 된 접속함 대신 접속부를 자체 제작한 침수시험기에 넣어 물을 채운 후 그림 7과 같이 구성하여 측정을 실시하였다.
이때 온도변화 주기는 아래 그래프와 같이 -40℃에서 80℃ 사이에서 그림 8의 점선과 같은 시간 주기로 온도를 변화시키며 측정하였으며 아래 그림과 같이 광 스위치 를 사용하여 1~2번 심 선을 번갈아 순서 대로 광전송 손실을 측정하였다. 그림 9는 물침투 후 실험 Set-up 사진으로 오른쪽 위 사진은 제작된 침수시험기에 물을 넣는 과정을 보여주며 아래 사진은 항온조에 설치된 침수시험기이다.
실험 방법은 4.2.1 절과 동일하나 두 개의 심선을 접속한 후 접속부를 접속함에 고정하여 항온조에 설치하는 대신 진동 시험기의 진동대 위에 고정한다. 진동대의 진폭은 1剛(종진동), 진동주파수가 5Hz~55Hz~5Hz에서 2 분을 주기로 1시 간동안 진동시켜서 광 손실을 측정하였다.
1 절과 동일하나 두 개의 심선을 접속한 후 접속부를 접속함에 고정하여 항온조에 설치하는 대신 진동 시험기의 진동대 위에 고정한다. 진동대의 진폭은 1剛(종진동), 진동주파수가 5Hz~55Hz~5Hz에서 2 분을 주기로 1시 간동안 진동시켜서 광 손실을 측정하였다. 실험구성은 그림 10과 같으며 손실이 거의 발생하지 않아 실험은 1회 수행하였다.
광섬유 접속부의 환경변화에 따른 신뢰성을 입증하기 위하여 손실 이 발생하는 구부림 반경, 온도변화, 물 침투 후 온도변화, 진동 시험을 수행하였으며 그 결과는 다음과 같으며 시험 에 사용된 장비 는 표 2와 같다.

대상 데이터

일반적으로 사용되고 있는 단일모드(Sin이emode) 광섬유의 곡률 반경에 따른 광전송 손실을 측정하였으며 실험 구성도는 아래 그림 2와 같다.

성능/효과

그러나 30nm이하로 줄어들면서 조금씩 손실증가를 보이 다가 20mm이하로 줄어 들면서 급격한 손실증가를 보였으며 10mm이 하가 되자30dB이상의 손실 값을 보였다. 따라서 접속함 설계 시 마진을 고려할 경우 광섬유의 구부림 정도가 최소 반경 40mm이상을 가지고 있어 야 한다는 것을 알 수 있었다.
온도가내려감에 따라 1번과2번의 광심선에서 동일하게 광 손실이 증가하기는 하였으나 최대 손실값은 -30℃ 유지 구간에서 각각 O.OldB 및 0.02dB 이 하로 나타났으며 다시 온도가 증가함에 따라 1 번과 2번 광심선 모두에서 광 손실 값은 감소하기 시작하였으며 20℃~60℃ 구간에서 는 손실 값이 거의 나타나지 않았다. 따라서 정 상적인 접속환경에서는 외부의 온도에 의한 광 손실은 0.
접속부에 물이 들어간 광섬유 접속부는 방수 처리된 접속함보다 광 손실 특성이 온도에 민감한 반응을 보였다. 따라서 온도 시험에서보다 온도 범위를 저온 -10oC, 고온+20oC씩 늘려서 -40oC에서 80oC 사이 에서 실험을 수행하였다.
진동실험 결과 광섬유 접속부에서는 1mm의 미세한 진동에 의해 거의 손실변화를 일으키지 않았으며 약26 분경 O.OldB의 미세한 손실을 잠시 나타내었다. 이로써 지속적이지만 1mm이하의 미세한 진동에는 광 손실의 변화가 거의 없음을 알 수 있었다.
실험결과 광섬유 접속부는 물의 침투로 인한 온도변화에 민감하게 전송 손실이 증가하고, 작은 곡률반경 으로 인해 전송 손실이 증가함을 실험을 통해 정량적으로 알 수 있었다. 구부림 실험에서는 광섬유 곡률반경 이 30mm 이하인 경우 광전송 손실이 급격히 증가하는 결과가 나왔으며, 광섬유 접속부에 대한 온도 변화 실험에서는 -30℃에서 601 온도변화의 범위에서 광 손실이 0.
있었다. 구부림 실험에서는 광섬유 곡률반경 이 30mm 이하인 경우 광전송 손실이 급격히 증가하는 결과가 나왔으며, 광섬유 접속부에 대한 온도 변화 실험에서는 -30℃에서 601 온도변화의 범위에서 광 손실이 0.02dB 이하의 미' 세한 손실만 발생함을 알 수 있었다. 그러나 접속부에 물이 침투한상태에서는40℃에서 80℃ 사이의 온도 변화실험 에서 광 손실이 최대 0.

후속연구

OldB로광 손실이 거의 발생하지 않는 결과가 나왔다. 이러한 실험 결과는 국내 광섬유 케이블 접속함 설계 시 참고자료로 사용될 수 있을 것으로 판단되며 접속부의 광 손실을 최소화시키기 위해서 현재 사용되고 있는 광섬유 케이블 접속함은 광 전송에 영향을 미치지 않도록 접속판 (Splice Tray)과 내부 공간을 광섬 유 곡률반경 이 최 소 40mm이 상을 유지 하도록 설계 하여 야 할 것으로 판단된다. 그리고 접속부의 완벽 한 방수를 위하여 방수에 유리한 구조를 가져 야 하며 실 리 콘, 우레 탄 등과 같이 성 능을 보장받을 수 있는 우수한 방수재를 사용하여 물의 침 투를 방지하여야 할 것이다.
이러한 실험 결과는 국내 광섬유 케이블 접속함 설계 시 참고자료로 사용될 수 있을 것으로 판단되며 접속부의 광 손실을 최소화시키기 위해서 현재 사용되고 있는 광섬유 케이블 접속함은 광 전송에 영향을 미치지 않도록 접속판 (Splice Tray)과 내부 공간을 광섬 유 곡률반경 이 최 소 40mm이 상을 유지 하도록 설계 하여 야 할 것으로 판단된다. 그리고 접속부의 완벽 한 방수를 위하여 방수에 유리한 구조를 가져 야 하며 실 리 콘, 우레 탄 등과 같이 성 능을 보장받을 수 있는 우수한 방수재를 사용하여 물의 침 투를 방지하여야 할 것이다.
향후 FTTH의 구축과 국내 현실 에 알맞은 접속함이 지속 연구 개발되어야할 것이며 광케이블의 고도화에 따른 리본형 광섬유 케이블과 같은 대용량 케이블 수용형과 가입자 댁내 인입단에 설치되어 분기시킬 수 있는 소용량 광섬유 케이블 접속함에 대한 연구개발도 지속되어야 할 것이다. 본 연구결과는 향후 이러한 연구개발에 참고자료로 사용될 수 있을 것이다.
할 것이다. 본 연구결과는 향후 이러한 연구개발에 참고자료로 사용될 수 있을 것이다.

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