광통신은 빛을 이용해 정보를 전송하는 기술로 오늘날 미래지향적 고부가가치 산업으로 각광받고 있다. 이에 본지에서는 광통신에 대한 기초 이해와 전망을 다루고 전문지식을 습득해 보고자 2회에 걸쳐 기재하고자 한다.(편집자주)
광통신은 빛을 이용해 정보를 주고받는 통신방식으로 역사적으로 거슬러 올라가 보면, 옛 선조들이 봉화를 밝혀 적의 침입을 알렸던 것을 광통신의 시작으로 볼 수 있다.
현대사회는 광섬유를 통해 정보를 실은 빛을 보내는데 광섬유는 굴절률이 높은 유리 막대를 만든 후, 그 위에 굴절률이 낮은 유리를 씌운 구조로, 매질을 통과하는 빛이 내부에서 전반사를 일으키며 밖으로 빠져나가지 못하게 되어있다.
예를 들어 광섬유에 빛을 넣어 보내었을 때, 광섬유의 다른 끝에서 신호를 받는 사람은 빛이 있으면 1, 없으면 0 으로 인식할 수 있다.
광통신은 우리가 알고있는 전자파 대역 중에서 매우 높은 주파수를 중심주파수로 사용하므로, 일반적 유무선 통신보다 월등히 많은 정보를 실어 보낼 수 있다.
광통신의 중심주파수는 200THz 정도이며, 한 가닥의 광섬유를 통해 전송할 수 있는 정보량은 현재의 기술로 초당 11 테라 (1Tera = 1000Giga) 비트가 가능함이 보고된 바 있는데, 향후 10배 이상의 용량을 감당할 수 있을 정도로 발전할 것으로 예측된다.
다른 모든 통신채널과 마찬가지로 광섬유 역시 전송거리가 길어질수록 신호의 세기가 약해지는 현상이 발생한다.
그러나 구리선의 경우 수 km 마다 신호를 다시 생성해주는 것에 비교하여, 광섬유의 경우 약 100km 마다 다시 생성해 주는 것으로 충분하고 (km 당 손실율 0.2dB), 이는 광통신의 초기에 커다란 장점 중 하나였다.
그러나 통신수요가 고속, 장거리화 되면서, 100km 마다 달려있던 전기적 증폭기는 비용과 속도 측면에서 장애물로 작용하게 되었다. 이러한 문제를 해결한 것이 “광증폭기"이다.
이전에는 감소된 광신호를 전기적인 신호로 바꾼 뒤에 증폭시킨 후 이를 다시 광신호로 바꿔주는 복잡한 과정을 거쳐야 했던 데에 반해, 광증폭기는 빛을 그대로 빛의 상태에서 증폭시키기 때문에 위와 같은 번거로운 과정을 일거에 해결하였다.
광증폭기에서는 특수한 이온이 첨가된 광섬유에 신호대역보다 높은 에너지준위를 가지는 펌프 광원을 같이 넣어주고, 첨가된 이온을 매개로 펌프 에너지의 일부가 신호대역으로 전달되는 과정을 거쳐 빛을 증폭한다.
광증폭기의 도입은 전송거리의 연장에 돌파구를 열었을 뿐만 아니라, 광섬유의 전송대역폭을 획기적으로 증가시키는 WDM 기술의 도입을 가능하게 하였다.
WDM (Wavelength Division Multiplexing : 파장 분할 다중화) 은 별개의 신호를 각각 다른 파장을 가지는 레이저에 실어서 한가닥의 광섬유에 모아서 전송한 후, 수신단에서는 다시 파장별로 빛을 분리하여 원래의 신호를 추출하는 전송 기법이다.
이를 통해 전송용량의 확장이 필요할 경우 추가로 광섬유를 포설하는 대신 원래의 파장과 다른 파장을 갖는 광원과 수신기를 광섬유 양단에 설치하는 것만으로 된다.
앞서 기술한 바와 같이 WDM 기술이 널리 이용되게 된 것에는 광증폭기의 개발이 결정적인 요인이 되었다.
WDM 채널의 개수를 늘리더라도 추가 비용부담이 거의 없는 장점이 있다. 현재 가장 널리 이용되고 있는 것은 희토류 원소인 어븀 (Erbium) 이 첨가된 광섬유증폭기 (EDFA) 이며 1550nm 부근의 파장을 갖는 빛을 증폭해줄 수 있다.
한편으로는, 전송 트래픽의 폭발적인 증가로 인해 기존의 WDM - 광증폭기 시스템의 성능을 더욱 개선시키려는 노력이 활발히 전개되고 있다.
이러한 흐름은 크게 두가지로 요약될 수 있는데, 한가지는 WDM 채널 각각의 전송속도를 증가시키려는 시도이고, 다른 하나는 광섬유 하나에 전송할 수 있는 채널의 개수를 늘림으로써 전체의 전송용량을 확장하려는 시도이다.
전자의 방식은 WDM 시스템의 개별 채널들을 현재의 초당 수 기가비트급에서 수십∼수백 기가비트급으로 확장하는 ‘채널용량 증대방식’으로서, 현재는 10 기가비트의 채널속도를 40 기가비트급으로 확장하는 추세이다.
또한 후자의 방식은 광증폭기의 증폭파장대역을 넓혀나가는 ‘전송 대역폭 확장방식’으로서, 현재 사용되고 있는 EDFA의 증폭대역을 장파장 영역으로 확장하는 기술 뿐만 아니라 어븀 대신 툴륨(Thulium)을 광섬유에 첨가한 툴륨첨가 광섬유 증폭기 (TDFA), 그리고 광섬유에서 발생하는 라만산란을 이용한 라만광섬유증폭기 등을 이용하는 것이다.
