#18. 광통신에 숨은 과학원리

  오늘은 우리가 인터넷 통신에 사용되고 있는 원리에 대해서 살펴 보겠습니다. 여러분 혹시 집에 인터넷이 설치되어 있나요? 이 인터넷이 빠르게 하기 위해서는 광통신이라는 기술이 사용되게 됩니다. 기존의 전선을 이용한 통신은 도중에 정보 손실이 발생하지만 광통신을 사용하게 되면 정보의 손실없이 효과적으로 정보를 전달 하 수 있습니다.

 

1. 광통신에 쓰이는 반사는 어떤것이 있을까요?

   광통신에서는 광섬유를 이용하여 정보를 전송합니다. 광섬유는 광을 이용하여 정보를 전달하기 때문에 광이 광섬유를 따라 전파되는 경로가 중요합니다. 이 때, 광섬유에서 광이 완전히 반사되는 현상인 전반사가 중요한 역할을 합니다.

전반사는 광섬유와 같은 매질 내에서 광선이 일어나는 현상으로, 광섬유 내부를 따라 전파할 때 발생합니다. 이 때, 광섬유 내부에서 전반사가 일어나려면, 광섬유와 외부 매질 사이의 굴절률 차이가 일정 값 이상이어야 합니다.

전반사를 이용하면 광섬유에서 광선이 완전히 반사되기 때문에 광섬유의 감쇠가 적어지고, 광의 손실이 적어지기 때문에 장거리 통신이 가능해집니다. 이를 이용하여 광섬유 통신 시스템이 설계되었으며, 현재는 대부분의 장거리 통신망에서 광섬유를 이용한 광통신 기술이 사용됩니다.

   또한, 전반사는 광섬유 외부의 다른 매질과의 경계면에서도 일어납니다. 이러한 현상은 광섬유를 이용한 광학 기기나 광섬유를 이용한 측정 장치 등에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 광섬유 센서에서는 외부 매질과 광섬유 사이의 전반사 각도가 변화함에 따라 측정 값을 얻을 수 있습니다.

광케이블(위키백과)

2. 빛은 서로다른 매질에서 꺾이게 된다.

   빛이 다른 매질로 들어가면 속도가 바뀌어 굴절되는 현상을 빛의 굴절이라고 합니다. 빛의 굴절은 스니엘의 법칙에 따라 결정됩니다. 스니엘의 법칙은 다음과 같습니다.

sin(입사각) / sin(굴절각) = n

여기서 입사각은 빛이 들어오는 각도, 굴절각은 빛이 굴절되어 나가는 각도, n은 두 매질의 굴절률의 비율을 나타냅니다.

굴절률은 매질에 따라 다르며, 빛의 속도와 관련이 있습니다. 예를 들어, 빛은 공기에서 가장 빠르게 이동합니다. 따라서 공기로부터 유리로 들어가는 빛은 굴절각이 더 작아집니다. 반대로, 유리로부터 공기로 나가는 빛은 굴절각이 더 커집니다.

빛의 굴절은 렌즈, 프리즘 등 광학기기에서 중요한 역할을 합니다. 굴절을 이용하면 빛을 집중시키거나 분산시킬 수 있기 때문입니다. 이러한 원리를 이용하여 광학기기를 설계하고 제작함으로써 많은 기술 발전과 응용 분야를 개척 할 수 있습니다.

특정면에서 100% 반사(위키백과)

 

 

3. 일상생활에서 볼 수 있는 전반사의 원리는 무엇이 있을까요?

   일상생활에서 전반사의 대표적인 예 중 하나는 물속에서 빛이 반사되는 모습입니다. 빛은 물에 들어가면서 굴절되는데, 물과 공기의 굴절률이 다르기 때문에 빛은 물에서 공기로 나갈 때 전반사가 일어납니다. 이 때, 물의 표면과 공기 사이의 각도에 따라 반사되는 빛의 양이 달라지기 때문에, 햇빛이 물에 비치면 물 속에서 다양한 아름다운 빛깔의 반사광이 나타납니다.

또 다른 예로는 자동차 유리에서의 반사가 있습니다. 자동차 유리는 외부와 내부의 굴절률이 다르기 때문에, 일정한 각도로 자동차 유리를 바라보면 외부의 빛이 반사되어 보이는데, 이러한 현상을 이용하여 자동차 안에서 바깥을 관찰할 수 있습니다.

또한, 빛이 반사되는 모습을 다양한 광학 기기에서도 볼 수 있습니다. 예를 들어, 빛을 이용한 현미경이나 망원경에서 렌즈와 거울이 결합되어 빛이 반사되는 모습을 볼 수 있습니다. 이러한 기술을 이용하여 더욱 선명하고 정확한 이미지를 얻을 수 있습니다.

 

다이다몬드는 최대한 전반사되게 하여 반짝이게 한다.(위키백과)