파이버는 두 가지 범주로 나누어지는데, 다중모드와 단일모드(multimode/singlemode)가 그것들이다. 다중모드는 두꺼운 코어 광섬유로 직경이 125~400미크론인 반면에, 단일 모드는 2~8미크론밖에 되지 않는다. 비교하기 쉽게, 보통 사람의 머리카락은 직경 140미크론이다. 다중모드는 큰 직경이 빛이 광섬유를 향해 여러 경로, 혹은 모드를 택할 수 있게 해주기 때문에 명성을 얻게 되었다. 멀티모드 파이버는 단일모드보다도 실행거리가 더 짧아지는데, 그 이유는 광자의 분산, 즉 분광(dispersion) 때문이다. 거리를 지나면서 광자는 수신자가 더 이상 0의 계곡에서 1의 봉우리를 식별할 수 없는 지점까지 분산될 것이다.
반면에 단일 모드는 광원, 파장 그리고 전송할 데이터의 양에 따라 수백, 혹은 심지어 수천 킬로미터까지 가로지를 수 있다. 시각적으로 다중모드와 단일모드 사이의 차이를 구분하기란 거의 불가능한 일이기 때문에, 대다수 제조업체들은 이것을 우리가 알기 쉽게 해주고 있다. 다중모드 파이버에는 보통 오렌지색 외장이 입혀져 있으며, 단일모드는 노란색 자재로 덮여 있다.
두 가지 광원
옵티컬 전송용으로는 두 가지 가능한 광원이 있는데, LED나 레이저가 바로 그들이다. LED는 다중모드 시스템에서만 사용되는 반면, 레이저는 단일모드 파이버에서 선택되는 소스다. LED는 단일모드 파이버에서는 작용할 수가 없는데, 그 이유는 이 빛에는 좁은 복도와 같은 곳에서 이동할 만큼의 밀착성이 없기 때문이다.
다중 데이터 전송(Multiple Data Transmission)은 사용 가능한 대역폭을 채널들로 자름으로써 동선에서 이동할 수 있다. 그러면 각각의 채널은 일정 길이의 시간 동안 데이터 송신이 허용됨으로써 라운드로빈 형태로 전송하며 모든 사람에게 같은 기회를 부여한다. 이러한 방식을 TDM(Time Division Multiplexing)이라고 부른다. 또 한 가지 전송 방식으로 FDM(Frequency Division Multiplexing)이 있는데, 이것은 각각의 사람이 주어진 주파수 범위 안에서 운영하도록 함으로써 다중 전송을 허용한다. TV와 라디오 신호가 FDM의 좋은 예다.
대부분의 파이버 시스템들은 이 두 가지 방식을 결합시켜서, 다중 주파수가 다중 채널의 데이터를 전달할 수 있게 해준다. 이러한 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 조합을 만들어내는 데는 조정 가능한 레이저 다이오드가 사용된다. WDM은 다중 파장들, 람다들(lambdas)을 하나의 파이버로 통합시키는 세 가지 분류 중 하나에 불과하다. WDM은 실제로 중간에 위치하면서 서로 10nm 떨어진 주파수들을 통합시키는 수단을 의미한다. DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)은 스펙트럼의 다른 쪽 끝에 있는 것으로, 1nm를 넘지 않는 파장 분리를 말하며, 여기서 일부 시스템들은 0.1nm밖에 되지 않는 거리에서 돌아간다(WDM에 비해 1백 배 늘어난 것). 스펙트럼에서의 이러한 밀접성 덕분에, DWDM을 이용하는 시스템들은 매우 가격이 비싼 경향이 있다.
가격 스펙트럼의 다른 쪽 끝은 CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexing)을 중심으로 만들어지고 있는 새로운 시스템들이 차지하고 있다. 개별적인 빛의 주파수는 최소한 20nm 떨어져있으며, 어떤 것들은 35nm씩이나 떨어져 있기도 하다. CWDM 시스템은 도심 지역에서 사용되고 있으며, 심지어 랜에서도 사용되고 있는데, 여기서는 비용이 그 원인이다. CWDM은 또한 스펙트럼의 어떠한 한 영역에 속박되지 않으며, 1300nm와 1600nm 사이에서 운영되는 반면, DWDM 시스템은 보통 150nm 이상에서 작동한다.
OEO와 FA
A지점에서 B 지점으로 빛을 펄싱되게 하는 것은 운동의 목적이지만, 여기에도 얼마간의 창조성이 포함돼 있다. 파이버에서의 빛은 초당 약 20만 킬로미터로 이동하지만, 사실상 어떠한 광원도 그만큼 멀리 이동할 수 없으며, 여전히 개별적인 1과 0들로 번역된다. 이것은 단순히 분산때문만이 아니다. 광자는 또한 파이버 코어를 둘러싸는 데 사용된 클래딩에 의해서도 흡수되기 때문에, 수신기에 도달하는 수는 감소된다. 수신기는 특정 수를 넘어서는 어떤 것이든 1로, 그 아래 것들은 0으로 쳐서 주어진 기간 내에 자신에게 도달하는 광자의 수를 계산하기 때문에, 광자의 수가 작아지면 틀린 0들이 나올 수 있다.
모든 광자들이 수신측 종단에 도달할 수 있도록 하기 위해, 레이저의 입력 전력을 높임으로써 다른 쪽 종단에 도달하는 광자의 수를 늘리는 방법을 생각할 수도 있을 것이다. 이것은 파이버 옵틱이 선형으로 작동했을 때는 가능하겠지만, 이들은 비선형이다. 입력 전력과 출력 전력을 가능한 한 선형에 가깝게 하기 위해, 대다수 단일 모드 레이저들은 약 0.5와트로 유지된다. 전력을 높이면 코어에 있는 전자기력으로 인해 출력 전력이 감소될 수 있다.
따라서, 재생(regeneration)이 파이버에서 광자의 도달을 확장시키기 위한 일반적 방안이 되고 있다. 사용자는 파장에 따라, 광 신호의 재생은 두 가지 형태를 취할 수 있는데, 하나는 OEO(Optical/Electrical/Optical)이며, 다른 하나는 FA(Fiber Amplifiers)다. 옵티컬 리피터(optical repeater)로도 불리는 OEO 시스템은 광 신호를 취해서 이것을 비다중화시켜(demultiplex) 전자적 펄스로 전환시킨다. 전자적 신호는 증폭되며 노이즈 제거를 위해 그루밍(grooming)되고, 다시 광 신호로 전환된다. 그러면 이것은 다시 회선에서 다중화되어 자기의 갈 길로 보내진다. OEO는 전체 스펙트럼에서 사용될 수 있으며, 보통 CWDM과 일부 WDM 전송에서 사용되고 있다.
파이버 증폭기(FA)는 광자를 전자적 신호로 전환시킬 필요가 없는 보다 품위 있는 솔루션이다. 가장 일반적인 증폭기로는 EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)가 있다. 파이버 증폭기는 보통 에르븀을 사용하며, 프라세오디뮴과 이테르븀과 같은 기타 요소들도 같은 결과를 제공할 수 있다. 보다 나은 용어는 REDFA(Rare Earth Doped Fiber Amplifier)가 될 것인데, 이것은 에르븀과 같이 희귀한 지하 자원으로 파이버의 마디를 도핑(doping)하는 방식을 이용한다. 도핑은 제조 과정에서 불순물을 추가시키는 과정이다. 파이버 옵틱 케이블에는 이미 실리카 유리의 반사 지수를 늘리기 위한 불순물(dopant)로서 10%에 달하는 게르마늄 산화물이 포함돼 있다.
파이버의 도핑된 마디에는 펌프 레이저에서 들어오는 신호를 송신기에서 들어오는 신호와 합쳐준다. 에르븀의 경우, 펌프 레이저는 980nm로 작동한다. 펌프 레이저는 에르븀 원자들을 흥분시키며 이들이 원래 신호의 광자에 의해 건드려질 때 얼마간의 에너지가 전송되는 신호로 전달됨으로써 이것을 증폭시킨다. 전형적인 REDFA에는 증폭용으로 10미터의 도핑된 파이버 코일이 있다. 펌프 레이저는 도핑 파이버에 로컬로 배치될 수 있으며, 혹은 원격으로도 가능한데, 그 거리는 빛의 강도가 너무 심하게 손상되지 않는 데까지다.
