플라스틱 광섬유

플라스틱 광섬유(영어: Plastic optical fiber, POF) 또는 폴리머 광섬유(영어: polymer optical fiber)는 폴리머로 만들어진 광섬유이다. 유리 광섬유와 유사하게, POF는 섬유의 코어를 통해 빛(조명 또는 데이터용)을 전송한다. 유리 제품에 비해 주요 장점은 다른 측면이 동일할 때 구부림과 늘림에 대한 견고성이다.

플라스틱 광섬유

역사

아인트호벤 공과대학교의 지옥 잔 코에와 게이오기주쿠 대학의 폴리머 과학자 고이케 야스히로는 경사형 굴절률 폴리머 광섬유(GIPOF)를 통한 고속 전송을 개척하여 1999년에 2.5 Gbit/s의 세계 기록을 세웠다.^[1] 그들은 2001년에 기가비트 전송과 파장 분할 다중화를 통한 전송이 가능함을 입증했다.^[2] 단일 모드 실리카 광섬유를 통한 전송은 장거리에서 우수하지만, GIPOF는 훨씬 큰 직경과 재료의 유연성 덕분에 다루기 훨씬 쉽기 때문에 단거리에서 매력적이다.

2014년부터는 가정에 기가비트 속도를 제공하는 홈 네트워킹 장비의 설계 및 제조를 가능하게 하는 완벽한 PHY 트랜시버 제품군이 시장에 출시되었다.

폴리머 섬유 분야에서 가장 흥미로운 발전 중 하나는 광결정 광섬유의 일종인 마이크로구조 폴리머 광섬유(mPOF)의 개발이었다.

재료

전통적으로, PMMA (아크릴)는 코어(직경 1mm 섬유에서 단면의 96%)를 구성하고, 불소화 폴리머는 클래딩 재료이다. 1990년대 후반부터 비정질 불소화 폴리머(폴리(퍼플루오로-부테닐비닐 에테르), CYTOP^[3])를 기반으로 하는 훨씬 더 높은 성능의 경사형 굴절률(GI-POF) 섬유가 시장에 나타나기 시작했다.^[4][5] 유리 섬유는 오직 인발 방식으로만 제조되지만, 폴리머 광섬유는 압출 방식으로도 제조될 수 있다.^[6]

PMMA POF의 특성

• PMMA는 굴절률 1.49의 코어로 사용된다.
• 일반적으로 섬유 클래딩은 불소화 폴리머(굴절률 <1.40)로 만들어진다.
• 코어와 클래딩 사이에 높은 굴절률 차이가 유지된다.
• 높은 개구수.
• 높은 기계적 유연성과 저렴한 비용을 가진다.
• 산업 표준(IEC 60793-2-40 A4a.2) 스텝 인덱스 광섬유는 코어 직경이 1mm이다.^[7]
• 감쇠 손실은 650 nm에서 약 1 dB/m이다.^[7]
• 대역폭은 650 nm에서 ~5 MHz-km이다.^[7]

응용 분야

데이터 네트워크

POF는 섬유 및 관련 광학 링크, 커넥터, 설치가 모두 저렴하기 때문에 "소비자" 광섬유라고 불린다. PMMA 섬유의 감쇠 및 왜곡 특성으로 인해 디지털 가전제품, 홈 네트워크, 산업 네트워크(PROFIBUS, PROFINET, Sercos, EtherCAT), 자동차 네트워크(MOST)에서 저속, 단거리(최대 100미터) 응용 분야에 일반적으로 사용된다. 퍼플루오르화 폴리머 섬유는 데이터 센터 배선 및 건물 LAN 배선과 같은 훨씬 더 고속의 응용 분야에 일반적으로 사용된다.

고속 홈 네트워킹의 미래 요구 사항과 관련하여, 가정 내 차세대 기가비트/초 링크를 위한 가능한 옵션으로서 POF에 대한 관심이 증가하고 있다. 이를 위해 POF-ALL 및 POF-PLUS 와 같은 여러 유럽 연구 프로젝트가 활발히 진행 중이다.

센서

폴리머 광섬유는 저렴한 비용과 높은 저항성 덕분에 원격 감지 및 다중화에 사용될 수 있다.^[8]

단일 및 다중 모드 POF에 광섬유 브래그 격자를 작성할 수 있다. POF는 파손 없이 더 멀리 늘릴 수 있기 때문에 실리카 섬유를 사용하는 것보다 장점이 있으며, 일부 응용 분야는 PHOSFOS 프로젝트 페이지에 설명되어 있다.

표준

통신에 사용되는 광섬유는 유럽 표준 EN 60793-2-40-2011의 적용을 받는다.

국가, 유럽 및 전 세계 수준의 여러 표준화 기구는 현재 홈 네트워킹 응용 분야를 목표로 하는 POF용 기가비트 통신 표준을 개발 중이다. 2012년 초에 출시될 것으로 예상된다.

IEEE 연구 그룹과 이후 태스크포스는 2017년 IEEE802.3bv 개정판이 발표될 때까지 회의를 진행했다. IEEE 802.3bv는 적색 LED를 사용하여 SI-POF를 통해 1기가비트/초 전이중 전송을 정의한다. 이를 1000BASE-RH라고 부른다.

이 기가비트 POF IEEE 표준은 다단계 PAM 변조 프레임 구조, 톰린슨-하라시마 프리코딩 및 다단계 코셋 코딩 변조를 기반으로 한다. 이러한 모든 기술의 조합은 POF의 전송 이론적 최대 용량에 근접하면서 저비용 구현을 달성하는 효율적인 방법임이 입증되었다.

다른 대안으로는 DMT, PAM-2 NRZ, DFE 이퀄라이제이션 또는 PAM-4와 같은 방식이 있다. VDE 표준은 2013년에 발표되었다.^[9] 발표 후 IEEE는 VDE에 사양을 철회하고 모든 노력을 IEEE로 가져올 것을 요청했다. VDE는 사양을 철회하고 2014년 3월에 CFI가 IEEE에 제출되었다.^[10]