광섬유와 해저 케이블의 원리

바닷속을 지나는 유리 한 가닥

다른 대륙에 있는 서버의 웹 페이지를 열면, 그 요청은 거의 틀림없이 머리카락보다 가는 유리 가닥 속 적외선 깜빡임이 되어 바다를 건넙니다. 업계 지도를 만드는 TeleGeography는 2026년 기준으로 운영 중이거나 계획된 해저 케이블을 600개 넘게 집계했고, 사용 중인 케이블 길이는 150만 km가 넘는다고 봅니다. 위성 연결은 다른 전송 경로를 제공합니다. 이 전시에서는 위성이 국제 통신에서 맡는 비중을 추정하지 않습니다.

케이블 속 빛은 지름 8.2 마이크로미터 유리 코어 안에서 수천 km를 벗어나지 않아야 하고, 가는 동안 되도록 적게 약해져야 하며, 도착해서는 깨끗한 비트 무늬로 읽혀야 합니다. 이 전시는 광섬유 한 가닥의 끝에서 대서양 바닥까지 그 빛을 따라갑니다. 테이블 위 실험대마다 이 문제의 한 부분을 맡고, 수치 창의 숫자는 아래 공식으로 계산한 값입니다.

빛이 코어 밖으로 나가지 않는 까닭

빛이 한 물질에서 다른 물질로 넘어갈 때는 방향이 꺾입니다. 새 각도는 스넬 법칙으로 구합니다.

n1 sin θ1 = n2 sin θ2

n은 굴절률(진공에 비해 그 물질 속에서 빛이 얼마나 느려지는지)이고, θ는 경계면에 수직으로 세운 선인 법선에서 잰 각도입니다. 굴절률이 큰 쪽에서 작은 쪽으로 나갈 때 빛은 법선에서 멀어지는 쪽으로 꺾입니다.

이제 θ1을 점점 키우면 바깥으로 나간 빛은 경계면에 점점 붙다가, 어느 각도에 이르면 sin θ2가 1이 되어야 하는 지점에 닿습니다. 그 각도가 임계각입니다.

θc = arcsin(n2 / n1)

이보다 큰 각에서는 θ2의 답이 없습니다. 빛은 경계를 전혀 넘지 못하고 100% 반사됩니다. 이것을 전반사라고 부릅니다. 금속 거울은 부딪힐 때마다 빛의 일부를 흡수하지만, 전반사에는 그런 손실이 없습니다.

광섬유는 이 현상 하나를 바탕으로 만듭니다. 코어는 산화저마늄을 조금 섞어 굴절률을 올린 유리이고, 그 둘레의 클래딩은 거의 순수한 실리카라서 굴절률이 조금 낮습니다. 축과 거의 나란히 가는 빛은 코어 벽을 아주 비스듬히 스치듯 만나므로 임계각을 훌쩍 넘고, 광섬유가 이어지는 동안 벽과 벽 사이를 오가며 계속 나아갑니다.

임계각 직접 계산하기

모형은 ITU-T 권고 G.652.D를 따르는 표준 단일 모드 광섬유인 코닝 SMF-28e+의 치수를 따릅니다. 제품 자료에 나온 값은 코어 지름 8.2 µm, 클래딩 지름 125.0 µm, 코팅 지름 242 µm, 개구수(NA) 0.14입니다.

클래딩은 파장 1550 nm에서 굴절률이 1.4440인 용융 실리카로 잡았습니다(Malitson의 측정값, RefractiveIndex.INFO). 개구수는 두 굴절률을 이렇게 묶어 줍니다.

NA = √(n1² − n2²)

그러면 코어 굴절률은 n1 = √(1.4440² + 0.14²) = 1.4508입니다. 차이는 0.47%뿐인데, 단일 모드 광섬유에서는 흔한 값입니다. 임계각은 다음과 같습니다.

θc = arcsin(1.4440 / 1.4508) = 84.46°

다시 말해 광선은 광섬유 축에서 5.54° 안쪽으로만 기울어야 합니다. 광섬유 밖 공기 중에서는 이것이 반각 arcsin(0.14) = 8.05°인 원뿔이 됩니다. 끝면에 8°보다 비스듬히 들어간 빛은 붙잡히지 않습니다.

첫 번째 막대는 코어 벽에서의 입사각을 정합니다. 87°에서는 빛이 갇힙니다. 모형 길이 동안 벽에 네 번 부딪히고, 끝에 세운 카드의 빛점도 밝게 남습니다. 84°로 내리면 프레넬 식으로 계산한 반사율이 부딪힐 때마다 19.6%로 떨어집니다. 80°에서는 0.8%입니다. 첫 번째 부딪힘에서 거의 모든 빛이 클래딩으로 넘어가 법선에서 81.7° 방향으로 바깥을 향하고, 코팅에 흡수됩니다. 코팅은 굴절률이 유리보다 높게 만들어져서 길을 잃은 빛을 붙잡아 두지 않고 빼냅니다. 수치 창에는 각 경우에 모형 끝까지 남은 빛의 양이 나옵니다.

빛을 0과 1로 바꾸는 방법

광섬유로 데이터를 보내는 가장 쉬운 방법은 1이면 빛을 켜고 0이면 끄는 것입니다. 모형의 송신기도 대문자 하나의 8비트를 그렇게 보냅니다. 아스키(ASCII)에서 A는 65, 2진수로 01000001이라서 8번 중 두 번 레이저가 켜집니다.

반대편 끝에서는 포토다이오드가 빛이 들어올 때마다 작은 전류를 만듭니다. 수신기는 비트 구간 한가운데에서 전류를 재고 기준값보다 큰지 작은지를 판단합니다. 수치 창의 아래쪽 그래프를 보면 받은 신호는 더 약하고 모서리도 둥글어졌습니다. 그래도 1과 0의 높이가 뚜렷하게 갈라져 있으면 수신기는 둘을 구별해 냅니다.

이때의 속도는 머릿속에 그리기 어렵습니다. 10기가비트/초에서 비트 하나는 100피코초 동안 이어집니다. 유리 속 빛은 초속 약 204,000 km로 가니까, 비트 하나가 광섬유 약 2.04 cm를 차지합니다. 6,600 km 케이블 안에는 언제나 수억 개의 비트가 날아가는 중입니다.

요즘의 장거리 장비는 켜고 끄는 데서 그치지 않습니다. 빛의 밝기뿐 아니라 위상과 편광까지 바꾸고, 파장이 다른 빛 수십 개를 한 광섬유에 함께 보냅니다(파장 분할 다중화). 그래도 원리는 같습니다. 수신기가 다시 숫자로 바꿀 수 있는 빛의 무늬를 보내는 것입니다.

1 km마다 조금씩 잃는 빛

아무리 순수한 유리도 완전히 투명하지는 않습니다. 밀도가 아주 조금씩 고르지 않아 빛 일부가 옆으로 흩어지고(레일리 산란), 불순물이 조금 더 흡수합니다. 이 손실은 km당 데시벨(dB)로 잽니다. 10 dB마다 빛의 세기가 10분의 1로 줄고, 20 dB이면 1%가 남습니다.

표준 단일 모드 광섬유는 실리카 광섬유의 손실이 가장 작은 1550 nm에서 0.190.20 dB/km로 규정되어 있습니다. 해저 경로용 광섬유는 손실이 더 작게 만들어집니다. 세 번째 실험대는 이런 광섬유의 대표값으로 0.17 dB/km에서 시작하고(자료에 적힌 값이 아닙니다), 막대는 0.150.40 dB/km까지 움직입니다.

작아 보이지만 바다 하나를 곱하면 달라집니다. MAREA의 6,605 km에 0.17 dB/km를 곱하면 1,123 dB입니다. 빛이 10^112분의 1로 줄어드는 셈이라 광자 하나도 남지 않습니다. 건너가는 방법은 가는 길에 신호를 여러 번 키우는 것뿐입니다.

바다 밑의 증폭기

모형 해저에 놓인 회색 통 하나하나가 중계기입니다. 안에는 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)가 들어 있습니다. 코어에 어븀 이온을 넣은 광섬유 몇 미터를 작은 레이저로 들뜨게 해 둔 장치입니다. 1550 nm 빛이 지나가면 들뜬 어븀이 같은 파장, 같은 위상의 빛을 더 내놓아서, 신호가 전기로 바뀌지 않은 채로 세집니다.

간격은 서로 맞바꾸는 문제입니다. 증폭기를 70 km마다 두고 광섬유 감쇠가 0.17 dB/km이면 구간마다 11.9 dB를 잃어 빛이 6.5% 남고, 증폭기는 11.9 dB를 되돌려 주어야 합니다. 구간을 120 km로 늘리면 손실은 20.4 dB가 됩니다. 신호가 너무 약하게 도착해서 증폭기마다 더해지는 잡음이 문제가 되기 시작합니다. 구간을 줄이면 신호는 깨끗해지지만 중계기가 늘어나고, 하나하나에 돈과 전력이 듭니다. SubCom은 자사 시스템의 중계기 간격을 50~90 km로 설명합니다. 2024년 한 연구는 구글 Dunant 케이블 6,611 km의 평균 간격을 84 km로 적었습니다.

중계기에는 전기가 필요한데 바다 밑에는 콘센트가 없습니다. 양쪽 육양국의 급전 장치가 케이블의 구리 도체로 일정한 직류를 흘려보내고, 중계기는 모두 직렬로 이어지며, 바다가 되돌아오는 길 역할을 합니다. SubCom SL17 케이블은 15,000 V까지 견디도록 만들어졌습니다. 도체 저항이 km당 약 1옴이라서 케이블이 길수록 필요한 전압도 커집니다.

해저 케이블 안에 든 것

네 번째 실험대는 SubCom SL17 계열 케이블입니다. AEC-2 케이블의 아일랜드 정부 공유수면 신청 서류에 구조가 자세히 나와 있습니다. 가운데에서 바깥쪽으로 가면 다음과 같습니다.

1. 광섬유 튜브. 작은 플라스틱관 안에 광섬유가 물을 막는 젤에 묻혀 느슨하게 들어 있습니다.
2. 인장 강선. 고강도 강선 24가닥이 두 겹으로 감겨 있습니다(1.59 mm 8가닥, 그 위에 1.50 mm 8가닥과 1.13 mm 8가닥을 번갈아). 케이블을 깔거나 끌어 올릴 때 힘을 받고, 광섬유를 둘러싼 작은 압력 용기 노릇도 합니다.
3. 구리 피복. 강선 둘레를 이음매 없이 용접한 구리관입니다. 중계기에 전기를 보내고, 시간이 지나면 유리를 어둡게 만드는 물과 수소가 들어오지 못하게 막습니다.
4. 폴리에틸렌 외피. 구리를 바닷물과 절연하고 케이블 지름을 17.0 mm로 만듭니다. 깊은 바다 바닥에 까는 경량(LW) 케이블이 바로 이것이고, 굵기는 정원용 호스만 합니다.

모형은 이 층들을 실제 비율로 그리고, 한 번에 모두 보이도록 한 층씩 뒤로 물려 놓았습니다.

해안 가까이에서 케이블이 굵어지는 까닭

깊은 바다 평원에서는 케이블을 건드리는 것이 거의 없습니다. 땅에 가까워지면 닻, 저인망, 해류, 바위를 만납니다. TeleGeography는 국제케이블보호위원회(ICPC) 자료를 인용해 케이블 고장이 한 해 약 200건이고, 그중 3분의 2가 어선과 끌린 닻 때문이라고 설명합니다.

그래서 보호 방식이 수심에 따라 달라집니다. AEC-2에 쓰인 SubCom 선택 기준은 수심 약 600 m보다 얕은 곳에 이중 외장(DA)을 둡니다. 굵기 3.35 mm 타르 먹인 아연 도금 강선을 18가닥, 그 위에 24가닥 감고 타르 먹인 나일론 실로 덮어서 지름이 35.9 mm가 됩니다. 첫 겹만 있는 경외장(LWA)은 약 2,000 m까지 쓰고 지름은 28.9 mm입니다. 그보다 깊은 곳에는 17 mm 경량 케이블이 바다 가장 깊은 곳까지 들어갑니다. ITU-T 권고 G.978도 비슷한 범위를 제시합니다. 경량 케이블은 1,000 m보다 깊은 곳, 단일 외장은 약 20~1,500 m, 이중 외장은 해안에서 100 m까지입니다. 얕은 바다에서는 대개 케이블을 해저 바닥에 묻기까지 합니다.

빛이 바다를 건너는 데 걸리는 시간

유리 속 빛은 진공에서보다 느립니다. 신호에 중요한 속도는 군굴절률이 정하는데, SMF-28e+는 1550 nm에서 1.4682입니다. 따라서 신호의 속도는 다음과 같습니다.

v = c / 1.4682 = 299,792 / 1.4682 ≈ 초속 204,190 km

진공 속 빛의 3분의 2쯤입니다. 길이 L인 케이블의 지연 시간은 L / v로 끝납니다. 지구본의 세 경로를 계산하면 이렇습니다.

케이블 길이는 TeleGeography 해저 케이블 지도에 실린 값입니다. 실제 케이블은 양 끝을 잇는 대권(지구 위 최단 경로)보다 늘 깁니다. 조사선이 가파른 비탈, 단층대, 어장이 몰린 곳을 피해 경로를 잡기 때문입니다. 버지니아비치에서 빌바오까지 대권 거리는 6,050 km이고, 진공 속 빛이라면 20.2 ms에 갑니다. 실제 연결에서는 양쪽 끝의 라우터와 육상 구간에서 시간이 더 걸립니다.

두 번째 계산 예: 코어가 넓은 광섬유의 수광각

이 전시의 광섬유는 단일 모드이고 개구수가 0.14입니다. 건물 안이나 데이터 센터의 서버 사이 같은 짧은 연결에는 코어가 몇 배 더 굵은 다중 모드 광섬유를 많이 씁니다. 숫자가 어떻게 달라지는지 보려고 코어 굴절률 n1 = 1.480, 클래딩 굴절률 n2 = 1.460인 계단형 유리 광섬유를 가정하겠습니다. 계산을 알아보기 쉽게 고른 가정값이고, 특정 제품의 값이 아닙니다.

NA = √(1.480² − 1.460²) = √(2.1904 − 2.1316) = √0.0588 = 0.2425

θc = arcsin(1.460 / 1.480) = 80.6°

광선이 코어 벽에 80.6°보다 크게 부딪히면 갇힙니다. 다시 말해 축에서 9.4° 안쪽으로 기울어 진행하는 빛입니다. 바깥 공기 중에서 보면 반각 arcsin(0.2425) = 14.0°인 원뿔 안으로 들어온 빛을 받아들입니다. 두 숫자가 서로 맞는지도 확인할 수 있습니다. 유리 속에서 축과 9.4° 벌어진 광선은 끝면을 나설 때 sin θ = 1.480 × sin 9.4° = 0.242가 되어, 반올림 오차 안에서 0.2425와 같습니다.

이 전시 광섬유의 수광 반각은 8.05°뿐입니다. 수광 원뿔이 넓으면 값싼 광원에서 빛을 넣기가 쉽습니다. 다만 코어 안에 생기는 서로 다른 경로가 많아지고, 그 대가가 속도로 돌아오는 것을 다음 절에서 계산합니다.

펄스가 퍼지는 까닭: 모드 분산과 색 분산

처음에 또렷하던 펄스도 광섬유를 지나면서 퍼집니다. 주된 원인은 두 가지입니다.

모드 분산은 다중 모드 광섬유에서 생깁니다. 축을 따라가는 광선은 가장 짧은 길로 가고, 갇힐 수 있는 가장 가파른 각도로 튕기며 가는 광선은 더 긴 지그재그 길을 지나 늦게 도착합니다. 위에서 가정한 광섬유에서 1 km당 늘어나는 시간은 다음과 같습니다.

Δt = (n1 × L / c) × (n1 − n2) / n2 = (1.480 / 299,792 km/s) × (0.020 / 1.460) ≈ 4.94 µs × 0.0137 ≈ km당 67.6 ns

10 Gbit/s에서 비트 하나는 100 ps이니, 1 km만 지나도 깜빡임 하나가 비트 약 676개 구간에 걸쳐 번집니다. 어림 규칙으로는 퍼짐이 비트 구간의 절반보다 작아야 합니다. 그렇게 보면 이 광섬유는 1 km에서 1 / (2 × 67.6 ns) = 약 7.4 Mbit/s까지만 보낼 수 있습니다. 광섬유협회(FOA)는 굴절률 분포형(graded-index) 다중 모드 광섬유가 코어 바깥쪽으로 갈수록 굴절률을 낮춰 더 긴 경로의 고차 모드를 빠르게 하고 도착시간 차이를 줄인다고 설명합니다. 실제 광섬유에는 모드 분산이 일부 남습니다. 장거리에는 더 깔끔한 방법이 있습니다. 경로가 하나뿐이도록 코어를 아주 가늘게 만드는 것입니다. 이 전시의 8.2 µm 코어가 그런 광섬유이고, 해저 케이블이 단일 모드를 쓰는 까닭입니다.

색 분산은 단일 모드 광섬유에도 남습니다. 유리의 굴절률은 파장에 따라 조금씩 달라서, 레이저 펄스 하나에 섞인 여러 색이 조금씩 다른 속도로 갑니다. 분산 D는 스펙트럼 폭 1 nm, 거리 1 km마다 몇 피코초가 퍼지는지로 적고, 단위는 ps/(nm·km)입니다. 코닝 SMF-28e+ 자료에는 영분산 파장이 1304~1324 nm이고 기울기가 0.092 ps/(nm²·km) 이하라고 나와 있습니다. 보통 쓰는 근사식 D(λ) = (S0 / 4) × (λ − λ0⁴ / λ³)에 λ0 = 1313 nm(그 범위의 한가운데, 제가 잡은 가정)를 넣으면 1550 nm에서 약 17 ps/(nm·km)가 나옵니다. 자료의 값으로 계산한 추정치이고 규격에 적힌 숫자는 아닙니다.

레이저 선폭이 0.1 nm라고 가정해 보겠습니다. 100 km를 지나면 펄스는 17 × 0.1 × 100 = 170 ps 퍼지고, 이것은 10 Gbit/s의 비트 100 ps보다 이미 깁니다. MAREA의 6,605 km 전체로는 17 × 0.1 × 6,605 ≈ 11,200 ps이니, 비트 약 112개 구간입니다. 퍼짐은 광섬유와 거리가 정해지면 일정한 양이어서 수신기가 되돌릴 수 있습니다. TAT-8은 영분산 구간 1304~1324 nm 안에 드는 1.3 µm 파장을 써서 분산이 작았습니다. 대신 1550 nm보다 손실이 컸습니다.

숫자로 보는 손실 계산

데시벨은 곱셈을 덧셈으로 바꿔 줍니다. x dB를 잃으면 세기의 10^(−x/10)이 남습니다. 표준 단일 모드 규격의 위쪽 값인 0.20 dB/km를 쓰고, 1 mW(0 dBm, 계산하기 쉽게 고른 가정)를 넣는다고 하겠습니다.

이 표에는 커넥터와 이음매의 손실이 빠져 있습니다. 하나하나가 손실을 더하므로 실제 연결의 여유는 표보다 적습니다.

역사와 견주어 보면 잘 보입니다. 노벨 재단에 따르면 1960년대 유리 광섬유는 20 m를 지나면 빛이 1%만 남았습니다. 20 m에 20 dB이니 1 km로는 1,000 dB입니다. 가오의 목표는 1 km 뒤에 1%가 남는 것, 즉 20 dB/km였습니다. 재단은 오늘날에는 1 km를 지나도 95%가 남는다고도 밝히는데, 10 × log10(0.95) = −0.22 dB/km입니다. 반세기 만에 손실이 약 4,500분의 1로 줄었습니다.

예전과 지금의 해저 시스템

TAT-8은 1988년 12월 14일에 개통했습니다. IEEE 이정표 기록에 따르면 해저 거리 5,846 km, 1.3 µm 단일 모드 광섬유, 280 Mbit/s 중계기, 전화 회선 4만 개 용량이고, 마지막 구리 케이블의 열 배였습니다. 1956년에 놓은 첫 대서양 횡단 전화 케이블은 동시 통화 36회선을 실을 수 있었다고 노벨 재단은 적고 있습니다.

TeleGeography는 더 나중의 MAREA 케이블의 잠재 용량을 초당 224테라비트라고 소개합니다. TAT-8 중계기의 280 Mbit/s로 나누면 224 × 10¹² / 280 × 10⁶ = 800,000배입니다. TeleGeography는 케이블 소유자가 양 끝에 장비를 모두 갖췄을 때 가능한 잠재 용량과, 실제로 켠 용량을 구분합니다. 언론에 자주 나오는 숫자는 더 큰 잠재 용량입니다.

케이블은 속도만이 아니라 규모도 다릅니다. TeleGeography는 아일랜드와 영국을 잇는 131 km의 CeltixConnect를 짧은 예로, 20,000 km의 Asia America Gateway를 긴 예로 듭니다. 운영 중이거나 계획된 케이블은 600개가 넘고, 2026년 초 기준 사용 중인 총연장은 150만 km가 넘습니다. 짓는 주체도 달라졌습니다. 구글, 메타, 마이크로소프트, 아마존 같은 콘텐츠 업체가 큰 투자자이고, 이들 사설 망 사업자가 설치한 용량이 최근 인터넷 백본 사업자를 앞질렀다고 TeleGeography의 FAQ는 설명합니다.

흔한 오해

「광섬유 안쪽에 거울을 발랐다.」 그렇지 않습니다. 전반사는 코어와 클래딩 사이의 굴절률 차이에서 나오고, 부딪힐 때마다 잃는 것이 없습니다. 금속 거울이라면 부딪힐 때마다 빛 일부를 흡수합니다.

「광섬유 속 빛은 광속으로 간다.」 진공에서만 그렇습니다. 유리 속 신호는 c / 1.4682, 초속 약 204,190 km로 갑니다. 3분의 2쯤입니다.

「유리 섬유는 잘 부러진다.」 얇은 유리는 약해 보이지만, 길게 뽑은 유리 실은 튼튼하고 가벼우며 휘어진다고 노벨 재단은 설명합니다. 그래서 땅에 묻고, 물속으로 끌고, 모서리를 돌려 깔 수 있습니다.

「상어나 물고기가 가장 큰 위협이다.」 TeleGeography가 인용한 국제케이블보호위원회 자료로는 케이블 고장의 3분의 2쯤이 어구와 닻 때문입니다.

「케이블이 굵으면 데이터가 많이 간다.」 깊은 바다의 케이블은 17 mm이고, 해안 쪽 이중 외장은 35.9 mm입니다. 늘어난 굵기는 닻을 막는 강선이지 광섬유가 아닙니다.

「중계기는 빛을 전기로 바꿨다가 다시 빛으로 바꾼다.」 TAT-8의 중계기는 실제로 그랬습니다. 요즘 중계기는 어븀 첨가 광섬유로 빛 자체를 키웁니다. 전기는 펌프 레이저를 켜는 데만 씁니다.

화면에서 해 보기

조작 이름과 수치 창의 항목 이름을 그대로 적었습니다.

1. 광섬유 실험대에서 코어 벽 입사각을 84.4로, 그다음 84.6으로 맞춥니다. 임계각이 84.46°이므로 앞의 값은 아래, 뒤의 값은 위입니다. 끝에 남은 빛을 비교해 보세요.
2. 같은 막대로 가장 작은 70까지 내려서 빛 줄을 80일 때와 견줍니다. 새어 나간 빛은 어느 층이 흡수하는지 생각해 보세요.
3. 빛 펄스 실험대에서 글자 A를 고르고 Z를 고릅니다. 수치 창에 비트가 나옵니다. A는 01000001, Z는 01011010이라서 Z는 1이 두 개 더 많고, 레이저가 두 번이 아니라 네 번 깜빡입니다.
4. 감쇠 실험대에서 광섬유 감쇠는 0.17 dB/km로 두고 증폭기 간격을 40, 100, 150으로 바꿉니다. 구간 손실이 6.8, 17.0, 25.5 dB로 나오고, 구간 끝 남은 빛은 20.9%에서 2.0%, 0.28%로 줄어듭니다.
5. 이번에는 광섬유 감쇠를 0.40, 간격을 150 km로 맞춥니다. 구간 손실이 60 dB라서 빛이 0.0001%만 남습니다. 유리가 나쁠수록 실제 시스템이 구간을 짧게 잡는 까닭입니다.
6. 지연 시간 실험대에서 케이블 경로를 세 가지로 바꿔 가며 한 방향과 진공, 직선을 견줍니다. 둘의 차이는 길게 돌아가는 경로와 유리 속 느린 속도의 값입니다.

모형에서 단순하게 한 것

광섬유 실험대의 광선 그림은 단순화한 것입니다. 지름 8.2 µm 코어는 파장 몇 개 너비에 불과하고, 단일 모드 광섬유 속 빛은 클래딩으로 조금 번지는 하나의 전기장 무늬(모드)로 나아갑니다. 광선 그림은 코어가 넓은 다중 모드 광섬유에서는 정확하고, 이 광섬유에서도 임계각과 수광각은 맞게 줍니다. 하지만 빛이 실제로 그렇게 움직이는 것은 아닙니다.

빛은 빨간색으로 그렸습니다. 실제 1550 nm 빛은 눈에 보이지 않는 적외선입니다.

거리는 자유롭게 줄였습니다. 광섬유 토막은 길이 625 µm, 해저 구간은 각각 1 m도 안 되게 그렸고, 케이블 단면은 다른 실험대보다 약 2.5배 크게 그렸습니다. 지구본의 경로는 육양 지점을 잇는 대권이지 실제 조사된 경로가 아니며, 육지 윤곽은 퍼블릭 도메인 자료인 Natural Earth에서 가져왔습니다.

짧은 역사

1966년 1월 영국 스탠더드 텔레커뮤니케이션 연구소의 찰스 가오는 조지 호컴과 함께, 유리 광섬유의 큰 손실이 실의 결함이 아니라 유리 자체에서 나오며 유리를 정제할 수 있다고 결론지었습니다. 노벨 재단 설명에 따르면 그는 가장 순수한 유리로 만든 광섬유라면 1960년대 광섬유로는 20 m 정도였던 빛 신호를 100 km까지 보낼 수 있다고 계산했습니다. 그해 IEE 회보에 실린 논문 제목은 Dielectric-fibre Surface Waveguides for Optical Frequencies입니다. 가오는 재료로 용융 실리카를 짚었습니다. 거의 2,000 °C에서 녹아 다루기 어렵지만 가장 순수한 유리를 얻을 수 있기 때문입니다.

이어 미국 코닝 글라스 웍스가 화학적 방법으로 1 km 길이의 광섬유를 만들었습니다. 노벨 재단의 대중 해설은 이것을 1971년으로 적고 있습니다.

대서양을 건넌 첫 광섬유 케이블 TAT-8은 1988년 12월 14일 개통했습니다. 북아메리카와 유럽 사이 해저 5,846 km를 이었고, 1.3 µm 단일 모드 광섬유와 280 Mbit/s로 동작하는 중계기를 썼으며, 전화 4만 회선을 실을 수 있었습니다. 중계기는 아직 빛을 전기로 바꿨다가 다시 빛으로 바꾸는 방식이었습니다. 광증폭기가 이 일을 나중에 넘겨받았습니다. 노벨 재단은 오늘날 깔린 광섬유가 모두 10억 km를 넘는다고 적고, 2009년에는 광섬유 통신으로 가는 길을 연 공로로 가오에게 물리학상의 절반을 주었습니다.