광 통신

thumb|셔터를 사용하며 일반적으로 모스 부호와 함께 사용되는 신호등의 일종인 해군 신호등 (2002)

광 통신(光通信, optical communication, optical telecommunication) 또는 광학 통신은 빛을 이용하여 정보를 전달하는 원거리 커뮤니케이션이다. 시각적으로 수행하거나 전자 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 가장 초기의 기본적인 광 통신 형태는 수천 년 전으로 거슬러 올라가며, 이를 위해 만들어진 최초의 전기 장치는 1880년에 발명된 광선전화이다.

광 통신 시스템은 메시지를 광학 신호로 부호화하는 송신기, 신호를 목적지까지 전달하는 채널, 그리고 수신된 광학 신호에서 메시지를 재현하는 수신기를 사용한다. 전자 장비가 사용되지 않을 때 '수신기'는 시각적으로 신호를 관찰하고 해석하는 사람이며, 이 신호는 간단할 수도 있고(예: 비콘 불빛의 존재) 복잡할 수도 있다(예: 색상 코드를 사용하거나 모스 부호 순서로 깜빡이는 불빛).

현대 통신은 광섬유, 광 증폭기, 레이저, 스위치, 라우터, 기타 관련 기술을 사용하는 광학 네트워킹 시스템에 의존한다. 자유 공간 광통신은 레이저를 사용하여 우주에서 신호를 전송하며, 지상 형태는 지리적 및 기상 조건에 따라 자연스럽게 제한된다. 이 문서는 다양한 형태의 광 통신에 대한 기본적인 소개를 제공한다.

 시각적 형태 
봉수, 비콘 불빛, 수압식 전신, 선박 깃발, 시각전신과 같은 시각 기술은 광 통신의 초기 형태였다. 수압식 전신 세마포어는 기원전 4세기 그리스로 거슬러 올라간다. 조난 신호탄은 여전히 해상 비상 상황에서 선원들이 사용하며, 등대와 항해등은 항해 위험을 전달하는 데 사용된다.

회광통신기는 거울을 사용하여 반사된 햇빛을 멀리 있는 관찰자에게 비춘다. 신호수가 거울을 기울여 햇빛을 반사하면, 멀리 있는 관찰자는 미리 정해진 신호 코드를 전송하는 데 사용할 수 있는 빛의 깜빡임을 본다. 해군 선박은 종종 신호등과 모스 부호를 비슷한 방식으로 사용한다.

항공 조종사들은 특히 밤에 안전하게 착륙하기 위해 시각 접근 경사 지시기 (VASI) 투영 조명 시스템을 자주 사용한다. 항공모함에 착륙하는 군용 항공기는 항공모함 갑판에 올바르게 착륙하기 위해 유사한 시스템을 사용한다. 컬러 조명 시스템은 표준 착륙 활공 경로에 대한 항공기의 고도를 전달한다. 또한 공항 관제탑은 여전히 앨디스 램프를 사용하여 무전기가 고장 난 항공기에 지시를 전달한다.

 시각전신 

thumb|left|upright|클로드 샤프 전신탑 복제품 (18세기)
'세마포어 전신' 또는 '세마포어 라인', '시각전신', '셔터 전신 체인', '클로드 샤프 전신', '나폴레옹 세마포어'라고도 불리는 이 시스템은 회전하는 팔 또는 셔터(날개 또는 패들이라고도 함)가 있는 탑을 사용하여 시각 신호로 정보를 전달하는 시스템이다. 정보는 기계적 요소의 위치에 의해 부호화되며, 셔터가 고정된 위치에 있을 때 읽힌다.

시각전신은 전신의 전신이었다. 긴 거리에 메시지를 전달하는 데 우편 기수보다 훨씬 빨랐지만, 나중에 이를 대체할 전신선보다 훨씬 비싸고 덜 사적이었다. 한 쌍의 세마포어 전신국이 연결할 수 있는 최대 거리는 지리, 날씨, 빛의 가용성에 의해 제한된다. 따라서 실제 사용에서는 대부분의 시각 전신이 긴 거리를 연결하기 위해 중계국의 선을 사용했다. 각 중계국에는 메시지를 선을 따라 앞뒤로 전달할 숙련된 운영자-관찰자도 필요했다.

현대적인 세마포어 설계는 영국의 박식가 로버트 훅에 의해 처음 예견되었으며, 그는 1684년 왕립학회에 제출한 논문에서 시각 전신에 대한 생생하고 포괄적인 개요를 처음으로 제시했다. 그의 제안(전년도 빈 전투 이후 군사적 우려에 의해 동기 부여됨)은 그의 생애 동안 실행되지 않았다.

최초의 운영 광학 세마포어 선은 1792년 프랑스 공학자 클로드 샤프와 그의 형제들이 만들었으며, 그들은 총 에 달하는 556개 역의 네트워크로 프랑스를 덮는 데 성공했다. 이것은 1850년대까지 군사 및 국가 통신에 사용되었다.

많은 국가 서비스가 샤프 시스템과 다른 신호 시스템을 채택했다. 예를 들어, 영국과 스웨덴은 셔터 패널 시스템을 채택했다(샤프 형제들의 주장과 달리 각진 막대가 더 잘 보인다는 주장과는 대조적으로). 스페인에서는 공학자 아구스틴 데 베탕쿠르가 자체 시스템을 개발하여 국가에 의해 채택되었다. 이 시스템은 유럽의 많은 전문가들에 의해 프랑스에서조차 샤프의 시스템보다 더 우수하다고 평가되었다.

이러한 시스템은 18세기 후반에서 19세기 초반에 인기를 끌었지만, 전신과 경쟁할 수 없었고 1880년까지 완전히 사용되지 않게 되었다.

 수기신호 

thumb|수기신호로 메시지를 전송하는 해군 신호수 (2002년).
수기신호는 손에 든 깃발, 막대, 원반, 패들 또는 때로는 맨손이나 장갑 낀 손으로 시각 신호를 통해 멀리서 정보를 전달하는 시스템이다. 정보는 깃발, 물체 또는 팔의 위치에 따라 부호화되며, 고정된 위치에 있을 때 읽힌다.

수기신호는 19세기에 해상 세계에서 채택되고 널리 사용되었다(셔터 세마포어의 기계 팔 대신 손에 든 깃발을 사용). 이것은 여전히 해상 보급 중에 사용되며, 주간 비상 통신 또는 밤에는 깃발 대신 발광봉을 사용하여 허용된다.

새로운 수기신호 시스템은 사각형 깃발이 달린 두 개의 짧은 막대를 사용하며, 신호수는 이를 다른 위치에 들고 알파벳과 숫자를 전달한다. 송신기는 각 손에 하나의 막대를 들고, 각 팔을 여덟 가지 가능한 방향 중 하나로 뻗는다. 휴식 자세를 제외하고는 깃발이 겹칠 수 없다. 깃발은 신호가 바다로 보내지는지 육지로 보내지는지에 따라 색상이 다르다. 바다에서는 깃발이 빨간색과 노란색(오스카 깃발)이고, 육지에서는 흰색과 파란색(파파 깃발)이다. 깃발은 필수적이지 않으며, 문자를 더 명확하게 만들 뿐이다.

 신호등 (광통신) 

thumb|left|무전기 고장을 겪는 항공기를 지시하는 데 사용할 수 있는 신호 발광총을 들고 있는 항공교통관제사 (2007).
신호등(앨디스 램프 등)은 광 통신을 위한 시각 신호 장치이다(일반적으로 모스 부호 사용). 현대 신호등은 빛의 펄스를 생성할 수 있는 집중형 램프이다. 대형 버전에서는 이 펄스가 램프 앞에 설치된 셔터를 수동 작동 압력 스위치 또는 최신 버전에서는 자동으로 열고 닫음으로써 달성된다.

손에 드는 램프의 경우, 만곡형 거울은 방아쇠에 의해 기울어져 빛을 펄스로 집중시킨다. 램프는 일반적으로 어떤 형태의 광학 조준 장치를 갖추고 있으며, 해군 함정과 공항 관제탑에서 코드화된 항공등화 신호와 함께 가장 일반적으로 사용된다.

항공등화 신호는 무선 장애, 무전기가 없는 항공기 또는 청각 장애인 조종사의 경우에 사용된다. 항공교통관제사는 오랫동안 신호 발광총을 사용하여 그러한 항공기를 지시해 왔다. 발광총의 램프는 빨강, 흰색, 녹색의 세 가지 다른 색상을 방출할 수 있는 집중된 밝은 빔을 가지고 있다. 이 색상은 깜빡이거나 고정될 수 있으며, 비행 중이거나 지상에 있는 항공기에 다른 지시(예: "착륙 허가" 또는 "이륙 허가")를 제공한다. 조종사는 비행기 날개를 흔들거나, 지상에 있는 경우 보조 날개를 움직이거나, 밤에는 착륙등 또는 항해등을 깜빡여 지시를 확인한다. 시스템이 모스 부호와 함께 사용되지 않으므로 12가지 간단한 표준화된 지시만 신호 발광총을 사용하여 항공기에 전달된다.

 회광통신기 
thumb|right|upright|회광통신기: 북아프리카에서 회광통신기를 사용하는 호주군 (1940).

회광통신기(그리스어: Ἥλιος helios, "태양"을 의미하며, graphein, "쓰다"를 의미한다)는 거울로 반사된 햇빛의 섬광(일반적으로 모스 부호를 사용)으로 신호하는 무선 태양열 전신이다. 섬광은 거울을 순간적으로 회전시키거나 셔터로 빛을 차단하여 발생시킨다.

회광통신기는 19세기 후반에서 20세기 초반에 걸쳐 장거리 즉각적인 광 통신을 위한 간단하지만 효과적인 도구였다. 주요 용도는 군사, 측량, 산림 보호 작업이었다. 이들은 1960년대까지 영국군과 호주군에서 표준 장비였으며, 파키스탄군은 1975년까지 사용했다.

 전자적 형태 
현재 다양한 전자 시스템은 빛의 펄스로 전달되는 정보를 광학적으로 송수신한다. 광섬유 통신 케이블은 전자 데이터 및 전화 트래픽을 전달하는 데 사용된다. 자유 공간 광통신도 다양한 응용 분야에서 매일 사용된다.

 광섬유 

광섬유는 광 통신을 위한 가장 일반적인 유형의 채널이다. 광섬유 링크의 송신기는 일반적으로 발광 다이오드 (LED) 또는 반도체 레이저이다. 적외선은 가시광선보다 더 일반적으로 사용되는데, 광섬유가 적외선 파장을 더 적은 감쇠와 분산으로 전송하기 때문이다. 신호 부호화는 일반적으로 간단한 강도 변조이지만, 역사적으로 광학 위상 및 주파수 변조가 실험실에서 시연되었다. 주기적인 신호 재생의 필요성은 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 도입으로 크게 대체되었으며, 이는 훨씬 저렴한 비용으로 링크 거리를 확장했다. 1996년 사이언스 코프에 의한 파장 분할 다중 (WDM)의 상업적 도입은 광 네트워킹의 진정한 시작이었다. WDM은 현재 전 세계 거의 모든 고용량 광학 시스템의 공통 기반이다.

최초의 광 통신 시스템은 광 증폭기와 레이저의 발명가인 고든 굴드가 공동 설립한 Optelecom, Inc.에 의해 미 육군과 셰브론에 설계 및 납품되었다.

 광선전화 

광선전화(원래 무선전화라는 다른 이름이 주어졌다)는 빛의 빔으로 음성 전송을 가능하게 하는 통신 장치이다. 이것은 알렉산더 그레이엄 벨과 그의 조수 찰스 섬너 테인터가 1880년 2월 19일 워싱턴 D.C.에 있는 벨의 1325 'L'가 연구실에서 공동으로 발명했다. 둘은 나중에 벨이 설립하고 자금을 지원한 볼타 연구소 및 협회의 정식 회원으로 합류하게 되었다.

1880년 6월 21일, 벨의 조수는 프랭클린 스쿨 지붕에서 벨의 연구실 창문까지 약 213미터(약 700피트) 떨어진 곳으로 상당한 거리의 무선 음성 전화 메시지를 전송했다.

벨은 광선전화가 그의 가장 중요한 발명이라고 믿었다. 벨 단독으로 받은 18개의 특허와 그가 협력자들과 공유한 12개의 특허 중 4개는 광선전화에 대한 것으로, 벨은 이를 자신의 "가장 위대한 업적"이라고 불렀고, 죽기 직전 기자에게 광선전화가 "전화보다 내가 만든 가장 위대한 발명"이라고 말했다.

광선전화는 1980년대부터 전 세계적으로 널리 사용되기 시작한 광섬유 통신 시스템의 전신이었다. 광선전화의 마스터 특허(235199 신호 및 통신 장치, 광선전화라고 불림)는 1880년 12월에 발행되었으며, 그 원리가 실용적인 응용을 찾기 수십 년 전이었다.

 자유 공간 광통신 

자유 공간 광학(FSO) 시스템은 '라스트 마일' 전기 통신에 사용되며, 송신원과 수신원 사이에 명확한 가시선 전파가 있고 광 수신기가 전송된 정보를 안정적으로 해독할 수 있는 한 수 킬로미터의 거리에서 작동할 수 있다. 다른 자유 공간 시스템은 높은 데이터 전송 속도, 장거리 링크를 제공하며 작고 가벼우며 낮은 전력 소비 서브시스템을 사용하여 우주 통신에 적합하다. 글로벌 광대역 커버리지를 제공하기 위한 다양한 계획된 위성군은 이러한 이점을 활용하고 수백에서 수천 개의 위성 간의 위성 간 링크에 우주 레이저 통신을 사용하여 효과적으로 우주 기반 광학 메쉬 네트워크를 생성한다.

보다 일반적으로, 유도되지 않은 광 신호의 전송은 광학 무선 통신 (OWC)으로 알려져 있다. 예시로는 중거리 가시광선 통신 및 단거리 IrDA가 있으며, 이는 적외선 LED를 사용한다.

 같이 보기 

 광섬유 도청
 인터커넥트 병목 현상
 니시자와 준이치: 광 통신의 발명가
 변조 역반사경
 광 인터커넥트
 포토 커플러

 각주 
인용문

참고 문헌

 Alwayn, Vivek. Fiber-Optic Technologies, Cisco Press, Apr 23, 2004.
 브루스, 로버트 V Bell: Alexander Bell and the Conquest of Solitude, 이타카, 뉴욕: 코넬 대학교, 1990. .
 
 밈스 3세, 포레스트 엠. The First Century of Lightwave Communications, Fiber Optics Weekly Update, Information Gatekeepers, February 10–26, 1982, pp. 6–23.
 Paschotta, Rüdiger. Encyclopedia of Laser Physics and Technology, RP-Photonics.com website, 2012.

 더 읽어보기 
 베이벨, 폴리나 Future High-Capacity Optical Telecommunication Networks, Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Vol. 358, No. 1765, January 2000, Science into the Next Millennium: Young Scientists Give Their Visions of the Future: II. Mathematics, Physics and Engineering, pp. 303–329, stable article URL: https://www.jstor.org/stable/2666790, published by 왕립학회.
 Dilhac, J-M. The Telegraph of Claude Chappe -An Optical Telecommunication Network For The XVIII Century , Toulouse: Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse. Retrieved from IEEE Global History Network.

 
분류:전기통신