광통신의 핵심기술, 광증폭기(EDFA)

안녕하세요?

요즘같이 초고속으로 통신을 하는 시대에는 빠지지 않고 등장 하는 것이 하나 있는데, 바로 '광통신'이라는 것입니다. 간단하게 설명을 하자면 빛이 유리섬유를통해서 정말 빠른 속도로 정보를 서로간에 주고 받는 것이 가능하다는 것인데, 여기서 문제점이 하나 있다고 Newton의 기사에서 언급이 되어 있습니다.

과거에 듣기로는 이 빛이 진짜로 '빛의 속도'로 가고 오는 것만 말해 주었지, 이 빛이 계속 나아가면서 '약해진다'는 것은 말해주지 않았습니다. 이게 왜 문제가 되느냐 하면, 100km를 빛이 광섬유 속에서 나아가면, 원래 있던 빛 신호 강도(?)라고 해야 할까요? 처음에 나왔던 빛의 1% 밖에 되지 않는다는 것입니다.

물론 1%만 남아도 통신으로서는 기능은 하지만, 200km가 되면 원래 빛의 0.01%만 남아서 통신의 기능을 수행할 수 없다고 합니다. 그래서 Newton의 기사에서는 중간에 이 광통신의 신호를 '증폭' 시켜줄 필요성이 있다고 합니다. 여기서 등장하는 것이 광증폭기(EDFA)라는 장치가 광통신의 통신가능 거리를 늘려주는 장치가 필요한 것입니다.

먼저 이 EDFA의 작동원리를 설명하기 위해서는 '어븀(erbium)'이라는 금속원소에 대해서 언급을 해야 겠습니다. 이 금속원소는 '희토류'에 속하는 원소로, 레이저를 빛추면 '들뜬상태'라고 해서, 금속원소의 전자가 에너지를 받고서 들뜬 상태가 된다는 것입니다. 그럼 이렇게 들뜬 상태에서 '광통신'빛을 받으면 아래의 그림과 같은 상황이 벌어지게 됩니다.

위에서 설명한 대로 100km 정도를 와서 처음의 1%로 약해진 빛이 들뜬상태의 어븀에 닿으면, 다시 100%로 증폭된 빛의 신호가 발산 된다는 것입니다. 대략적인 EDFA가 하는 일은, 이런 '어븀'을 다량으로 함유한 증폭기 안의 섬유가 약해진 빛의 신호를 '받아서 증폭' 시킨 이후에 방출한다는 것입니다.

위 그림의 묘사처럼, EDFA의 장치 안에는 어븀이 '첨가된' 광섬유가 '들뜬상태'로 있으며, 약해진 빛의 신호를 받으면 다시 강한-증폭된 신호로 만들어서 방출한다는 것입니다. 이 광증폭기(EDFA)에 대한 개발은 1982년 일본의 나카자와 교수에 의해서 개발이 시작되어서, 1989년에 독자적으로 만든 EDFA를 만들었다고 합니다.

한가지 궁금한 것은 기사를 읽고 보니, 이대로라면 전세계에서 인터넷 속도가 가장 빠른 국가가 일본이 되었을 터인데, 그것은 왜 되지 못했는가 하는 점입니다. 다만 이 인터넷 속도와는 별개로 한국이 IT강국이 아닌것이 맞는 것처럼, 광통신 기술에서 핵심적인 기술이 일본에서 나왔다고 해서, 일본의 인터넷 속도가 세계에서 가장 빠를 필요는 없다는 생각이 들기도 합니다.