광 커넥터란?구조·종류·연마 방법의 기본을 알기 쉽게 해설

광커넥터는 고속·대용량의 광통신을 지지하는 중요한 접속부품이며, 광신호를 효율적이고 안정적으로 전달하는 역할을 담당하고 있습니다.

본 기사에서는, 그 기본 구조로부터, 대표적인 단심과 다심 커넥터의 종류와 특징을 해설합니다. 또한 통신 품질에 영향을 미치는 중요한 요소인 단면 연마에 대해 PC/UPC/APC 연마의 차이와 특성, 단심·다심마다의 연마 순서까지 자세히 소개합니다. 광 커넥터의 지식을 높이기 위해 꼭 도움을주십시오.

광 커넥터란?

광 커넥터는 광섬유를 정확하게 연결하고 광 신호를 가능한 한 손실없이 통과시키는 중요한 부품입니다.

전자 간섭을 받기 어렵고, 고속이고 대용량의 통신에 대응할 수 있다는 큰 특징이 있습니다.종래의 메탈 케이블보다 넓은 주파수 대역에 대응할 수 있으므로, 영상 데이터나 클라우드 서비스와 같은 대용량 통신에 적합합니다.

단, 접속면이 약간 벗어난 것만으로도 광 누설이나 반사가 발생하여 통신 품질이 저하될 가능성이 있습니다.

올바르게 장착할 수 있으면 대규모 네트워크에서 의료 기기의 내부 배선까지 폭넓은 분야에서 신뢰성 높은 광전송을 실현할 수 있습니다.

광 커넥터의 기본 구조

광 커넥터는 광섬유의 팁을 보호하고 정확한 위치에 연결하는 정밀한 부품으로, 주로 "페룰" "커넥터 본체" "연결 메커니즘"이라는 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

이러한 부품이 일체가 되어, 광신호의 손실을 최소한으로 억제하면서, 안정된 접속을 실현합니다.

아래에 각 구성 요소에 대해 자세히 살펴 보겠습니다.

페룰
커넥터 본체
결합 메커니즘

페룰

페룰은 광 커넥터의 심장부라고도 할 수 있는 부품으로, 광섬유의 선단을 정밀하게 고정해, 보호하는 역할을 담당하고 있습니다.

재질에는 높은 치수 정밀도와 우수한 기계적 강도, 온도 변화에 대한 안정성을 지르코니아 세라믹이 일반적으로 사용됩니다.

이는 광섬유의 코어(광신호가 전송되는 중심부)가 매우 가늘고 약간의 어긋남도 큰 광손실로 이어지므로 매우 높은 정밀도로 섬유를 유지할 필요가 있기 때문입니다.

페룰의 팁은 광섬유를 정확하게 맞추기 위해 구형으로 정밀하게 연마됩니다.

이 연마의 정밀도가 광 커넥터의 접속 손실이나 반사 감쇠량 등의 성능을 크게 좌우하는 중요한 요소가 됩니다.

커넥터 본체

커넥터 본체는 페룰과 광섬유를 일체화하여 유지하는 역할을 합니다.

재질은 용도나 요구되는 강도에 따라 엔지니어링 플라스틱이나 금속 등이 사용됩니다.

커넥터 본체에는, 통상, 잘못된 방향으로의 접속을 막기 위한 키(돌기)나 키 홈이 설치되어 있어, 올바른 방향으로 밖에 맞지 않는 구조로 되어 있습니다.

또, SC 커넥터나 LC 커넥터와 같이, 하우징이라고 불리는 외곽 부분이 슬라이드 하거나, 래치 기구를 갖추는 것으로, 확실한 접속과 용이한 분리를 양립시키고 있는 것도 있습니다.

이 커넥터 본체의 설계에 따라 취급의 용이성과 접속의 신뢰성이 크게 달라집니다.

결합 메커니즘

결합기구는 광커넥터끼리 혹은 광커넥터와 기기측의 어댑터를 물리적으로 결합해 고정하기 위한 구조입니다.

대표적인 결합 방식으로는, SC 커넥터나 LC 커넥터로 채용되고 있는 「푸시 풀 방식」, FC 커넥터에서 채용되고 있는 「나사 방식」, ST 커넥터에서 채용되고 있는 「바요넷 방식」 등이 있습니다.

푸시 풀 방식은 커넥터를 밀어 넣는 것만으로 잠기고 하우징을 당기면 쉽게 분리할 수 있기 때문에 조작성이 뛰어납니다.

이러한 결합기구는 광커넥터의 종류에 따라 다르며, 각각의 특징에 따라 사용환경이나 용도가 고려됩니다.

이 압력에 의해 페룰끼리가 밀착해 광손실을 억제하는 구조가 기능합니다.

광 커넥터의 종류와 특징

광커넥터에는 접속하는 광파이버의 심수나, 연합방식, 연마방법의 차이 등에 따라 다양한 종류가 존재합니다.

각 커넥터는 특정 용도 및 환경 조건에 맞게 설계되었으며, 적절한 커넥터를 선택하는 것이 광통신 시스템의 성능을 극대화하는 데 중요합니다.

여기에서는 대표적인 단심 커넥터와 다심 커넥터에 대해 각각의 특징을 살펴보겠습니다.

≪대표적인 단심 커넥터≫

SC 커넥터
FC 커넥터
ST 커넥터
LC 커넥터

≪대표적인 다심 커넥터≫

MPO/MTP 커넥터

대표적인 단심 커넥터

단심 커넥터는 단일 광섬유 케이블을 연결하도록 설계된 광 커넥터입니다.

구조가 비교적 간단하고, 취급이 용이하기 때문에, LAN(LocalAreaNetwork) 배선이나 FTTH(FiberToTheHome)의 가내 배선, 각종 광통신 기기의 접속 등, 폭넓은 용도로 이용되고 있습니다.

단심 커넥터의 물리적 특징으로 페룰 직경은 2.5mm 또는 1.25mm가 일반적이며 SC 커넥터, FC 커넥터, ST 커넥터가 2.5mm, LC 커넥터가 1.25mm라는 분류가 가능합니다.

접속의 안정성이나 착탈의 용이함, 내구성 등으로 특징이 다르고, 용도에 따라 구분됩니다. 각각의 장점과 단점을 파악하면 네트워크 설계에서 최적의 선택을 쉽게 할 수 있습니다.

SC 커넥터

SC 커넥터는 각형 하우징을 가지며 푸시풀 방식으로 결합하는 타입의 단심광 커넥터입니다.

NTT에 의해 개발되어, 뛰어난 조작성과 신뢰성으로부터 주로 구내 배선이나 FTTH(FiberToTheHome), CATV(케이블 TV) 등의 광통신 시스템에 널리 채용되고 있습니다.

커넥터를 밀어 넣는 것만으로 간단하게 접속할 수 있어 하우징 부분을 당기는 것으로 용이하게 분리할 수 있기 때문에, 작업성이 뛰어난 것이 큰 특징입니다.또, 접속 밀도도 비교적 높고, 많은 기기나 패널에서 사용되고 있습니다.

한편, LC 커넥터와 비교하면 크기가 약간 크기 때문에 보다 고밀도인 실장이 요구되는 장면에서는 LC 커넥터가 선택되는 경향이 있습니다.

FC 커넥터

FC 커넥터는 금속 원형 하우징과 나사 방식의 결합 메커니즘을 가진 단심 광 커넥터입니다.

나사로 확실히 고정하기 위해 진동이나 충격에 강하고 안정된 접속 특성이 요구되는 환경에 적합합니다.

페룰의 위치 결정 정밀도가 높고, 키(돌기)에 의해 접속 방향이 일의에 정해지기 때문에, 안정된 저손실 접속이 가능합니다.

ST 커넥터

ST커넥터는, 원형의 하우징과 바요넷 락 방식(밀어넣어 회전시켜 고정하는 방식)의 결합 기구를 가지는 단심광 커넥터입니다.

주로 멀티 모드 파이버를 이용한 LAN(LocalAreaNetwork) 시스템이나 산업용 네트워크 등에서 사용되어 왔습니다.

그러나, SC 커넥터나 LC 커넥터의 등장 이후, 신규의 시스템으로 채용되는 기회는 감소 경향에 있습니다. 이것은 SC 커넥터가 조작성이 뛰어나 LC 커넥터가 소형이고 고밀도 실장에 적합하기 때문입니다.

LC 커넥터

LC커넥터는, SC커넥터의 약 절반의 사이즈라고 하는 소형화를 실현한 단심광커넥터로, 푸시풀 방식의 결합 기구를 갖추고 있습니다.

루센트 테크놀로지스(현 노키아)에 의해 개발되어, 그 소형성으로부터 고밀도 실장이 요구되는 데이터 센터나 통신 기기 내부의 접속에 널리 채용되고 있습니다.

SFP(SmallForm-factorPluggable) 트랜시버 등의 광 모듈에도 표준적으로 사용되고 있으며, 현대의 광통신 시스템에서 매우 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

소형이면서, SC 커넥터와 동등한 뛰어난 광학 성능과 조작성을 가지고 있는 점이 큰 특징입니다.이에 의해, 기기의 소형화나 포트수의 증가에 공헌해, 통신 시스템 전체의 집적도 향상을 가능하게 하고 있습니다.

대표적인 멀티 코어 커넥터

멀티 코어 커넥터는 여러 개의 광섬유를 한 번에 함께 연결할 수 있는 광 커넥터입니다.

케이블의 배선 작업을 대폭 효율화할 수 있기 때문에, 다수의 광파이버를 취급하는 데이터 센터의 간선 배선이나, 고밀도의 실장이 요구되는 통신 장치 내부 등에서 이용이 확대하고 있습니다.

다심 커넥터의 대표격이 MPO 및 MTP입니다.

MPO(Multi-fiberPush-On) 커넥터는 복수의 광섬유(일반적으로 4심, 8심, 12심, 16심, 24심, 32심 등)를 리본 형태로 늘어놓고 일괄적으로 접속할 수 있는 다심 커넥터입니다.

푸시풀 방식의 결합 기구를 갖고, 고밀도인 접속을 공간 절약으로 실현할 수 있기 때문에, 특히 데이터 센터에 있어서의 서버간이나 스위치간의 고속 대용량 통신에 불가결한 존재가 되고 있습니다.

MTP 커넥터는 USConec이 제조하는 MPO 커넥터의 고성능 버전으로 보다 정밀한 부품과 구조로 우수한 광학 특성과 기계적 내구성을 제공합니다.

이러한 커넥터에는 오접속을 방지하기 위한 키와 정확한 위치 맞춤을 위한 가이드 핀(수측 커넥터에 부속)이 설치되어 있습니다.

광 커넥터의 연마 방법

광 커넥터의 성능, 특히 연결 손실과 반사 감쇠량을 결정하는 매우 중요한 요소가 페룰 단면의 연마 방법입니다.

연마 방법에는 여러 종류가 있으며, 각각 단면의 형상이나 특성이 다릅니다.
대표적인 연마 방법은 이하의 3종류입니다.

● PC 연마
● UPC 연마
● APC 연마

PC 연마

PC 연마는 광 커넥터의 페룰 단면을 물리적으로 접촉시키는 것을 목표로 하는 기본적인 연마 방법입니다. 페룰의 팁을 약간 볼록한 구형으로 연마하여 광섬유의 팁이 확실하게 접촉하도록 설계되었습니다.

이 구면 형상은 섬유의 중심 부분이 먼저 접촉하고 주변에 압력이 가해 섬유 사이에 공기층이 생기는 것을 방지합니다.

많은 일반적인 통신 환경에서 채용되어 온 실적이 있으며, 비용면에서도 비교적 저렴하게 실현하기 쉬운 점이 장점이라고 할 수 있습니다. 단거리나 거기까지 엄격하지 않은 반사 특성의 요건이라면, PC 연마의 성능으로 충분한 케이스가 많습니다. 각종 커넥터 메이커가 표준품으로서 제공하고 있기 때문에, 유통량도 많아, 입수하기 쉬운 연마 형상입니다.

UPC 연마

UPC 연마는 PC 연마를 더욱 개선하고 낮은 반사 감쇠량(빛의 반사를 낮추는 성능)을 실현하기 위한 고급 연마 방법입니다.

기본적인 원리는 PC 연마와 마찬가지로 페룰 단면을 볼록 구면 형상으로 연마해 물리적으로 접촉시키지만, 보다 정밀한 연마 기술과 표면 마무리에 의해 더욱 매끄럽고 균일한 구면을 만들어 냅니다.

UPC 연마는 고품질 디지털 신호 전송과 CATV(케이블 TV)와 같은 아날로그 신호와 디지털 신호가 혼재하는 시스템 등 신호 품질에 대한 요구가 높은 용도로 사용됩니다.

APC 연마

APC 연마는 페룰의 팁을 대각선(일반적으로 약 8도)으로 연마하는 특수 연마 방법입니다.

이 대각선 각도가 최대의 특징으로, 광섬유 단면에서 발생한 반사광이 광섬유의 코어(광신호가 전해지는 중심 부분)로 돌아가지 않고, 클래드(코어의 주위를 덮는 부분)의 방향으로 도망치도록 설계되어 있습니다.

이로 인해 반사 감쇠량을 매우 작게 억제할 수 있어 일반적으로 -60dB 이상이라는 매우 우수한 값을 실현합니다.

APC 연마는 특히 반사광의 영향을 받기 쉬운 아날로그 신호 전송(예: 일부 CATV 시스템), 고출력 레이저 광원을 사용하는 시스템, FTTH(FiberToTheHome) 등에서 널리 채용되고 있습니다.

PC 연마나 UPC 연마와는 단면 형상이 다르기 때문에 APC 연마된 커넥터끼리만 접속할 수 있습니다.

광 커넥터 연마 절차

광 커넥터의 성능을 극대화하기 위해서는 페룰 단면의 정밀한 연마가 필수적입니다.

연마 절차는 단심 커넥터와 다심 커넥터에서 사용하는 연마 지그와 공정이 약간 다를 수 있습니다.

여기에서는 각 연마의 흐름을 설명합니다.

단심 커넥터 연마
다심 커넥터 연마

단심 커넥터 연마

단심 커넥터의 연마는, 페룰 1개에 집중해 실시하기 때문에, 심 어긋남을 최소화하기 쉬운 반면, 작업 공정은 세세하게 나뉩니다.

일반적인 절차는 다음과 같습니다.

커넥터를 연마 홀더에 장착
거친 연마 시트로 단면 형상을 깔끔하게 정돈
미세 연마 시트로 전환하여 표면을 더 매끄럽게 만듭니다.
최종적으로 초미립자 시트로 마무리, 단면의 상처나 더러움을 철저하게 제거한다
단면 관찰용 현미경으로 연마 상태를 확인하고, 문제가 있으면 재연마한다

처음에는 거친 눈의 연마 필름으로 여분의 접착제나 섬유의 돌기를 제거하고 서서히 미세한 눈의 필름으로 바꾸어 가면 부드럽고 흠집이 없는 구면 또는 경사 구면을 형성합니다.

각 단계에서 연마 압력을 일정하게 유지하는 것이 중요하며 압력이 편향되면 끝면의 기울기와 중심 편차가 발생합니다.

연마 후에는 초음파 세정기나 에어 블로우 등으로 청소하고, 미세한 먼지나 연마 찌꺼기를 제거하는 공정이 빠뜨릴 수 없습니다.

소정의 광학 특성(접속 손실이나 반사 감쇠량)이 얻어지고 있는 것을 확인하고 연마 작업은 완료가 됩니다.

다심 커넥터 연마

다심 커넥터, 특히 MPO/MTP 커넥터의 연마는 여러 광섬유 단면을 동시에 균일하게 마무리해야 하므로 단심 커넥터 연마보다 고급 기술과 전용 설비가 요구됩니다.

연마시에는 전용의 지그(픽스쳐)를 이용하여 복수의 커넥터를 동시에 연마기에 세트하고, 연마압이나 시간, 연마 궤적 등을 정밀하게 제어합니다.

절차의 대략적인 흐름은 다음과 같습니다.

멀티 코어 커넥터를 전용 홀더에 고정하여 모든 페룰이 평행이되도록 정렬
조연마로 심의 높이와 단면의 큰 단차를 맞춘다
입도가 다른 연마 시트를 순서대로 사용하여 마무리 연마를 한다
연마 후 끝면을 청소하고 현미경 검사로 흠집이나 얼룩을 확인합니다.
필요에 따라 재연마 및 재청소를 실시하여 최종 합격 기준을 충족할 때까지 반복

연마 후의 검사도 보다 고도가 되어, 각 파이버 단면의 상처나 더러움의 확인에 가세해 간섭계(인터페로미터)를 이용해 파이버의 높이, 곡률 반경, 정점 오프셋등의 3D 형상 파라미터를 정밀하게 측정해, 규정의 기준을 만족하고 있는지를 확인합니다.대규모 배선의 경우, 수많은 효율과 품질

정리

광커넥터는 현대의 고속·대용량 광통신 네트워크를 지지하는 데 필수적인 부품입니다.

SC커넥터나 LC커넥터와 같은 단심커넥터로부터, MPO/MTP커넥터와 같은 다심커넥터까지, 용도나 환경에 따라 다양한 종류가 구분되고 있습니다.게다가 PC, UPC, APC등의 연마 방법의 차이는, 통신 품질을 좌우하는 중요한 요소이며, 각각의 특성을 이해하는 것이 요구됩니다.

이 기사에서 설명한 광 커넥터의 종류, 구조 및 연마 기술에 대한 지식은 안정적인 광통신 시스템을 구축하고 유지하는 데 도움이 될 것입니다.