자연계열 5번

(다) 카오(Charles K. Kao)는 현대 정보화 사회의 기반이 되는 광통신 기술을 개발한 공로로 2009년 노벨 물리학상 수상자에 선정되었다. 광통신에서는 매우 가늘고 투명한 유리 섬유인 광섬유로 빛을 전송하며, 그는 작지만 강력한 레이저를 광원으로 이용한다. 광통신에 관한 연구가 처음 시작되었던 1960년대 초에는 광섬유의 성능이 좋지 않아서 빛이 광섬유를 통해 20m만 진행해도 99% 이상이 손실되었다. 카오는 빛이 1km를 진행할 때 그 손실이 99% 이하로 유지되는 광섬유를 목표로 연구를 시작했는데, 1971년 유리 제조사 코닝의 과학자들이 카오가 제시한 기준에 부합하는 광섬유를 제작하는 데 세계 최초로 성공하였다. 오늘날의 광섬유는 빛이 1km를 진행하면 겨우 2% 정도의 손실만을 보일 만큼 탁월한 성능을 가지고 있다. 이러한 광섬유가 지구를 2만 5천 바퀴 이상 감을 수 있는 길이로 세계 곳곳에 깔려 있으며 이를 통해 우리는 세계 모든 나라와 빛의 속도로 정보를 교환하며 살고 있다.

(라) 빛 또는 전기신호가 매질을 통과할 때 발생하는 증폭 또는 손실을 표시하기 위해, 공학에서 자주 사용되는 단위 중 하나가 dB(데시벨)이다.

위의 그림과 같이, 신호가 매질을 통과하기 전 신호의 세기를 $\displaystyle P_{IN}$, 통과 후 신호의 세기를 $\displaystyle P_{OUT}$이라 할 때, 신호의 손실을 dB로 계산하면 식(1)과 같이 정의된다.

손실 [dB]$\displaystyle =-10\log_{10}\left(\frac{P_{OUT}}{P_{IN}}\right)\qquad(1)$

한편, 증폭기 등을 사용할 때와 같이 신호가 증폭되는 경우, 신호의 증폭률을 dB로 나타낼 수 있는데, 증폭률은 식(2)와 같이 정의된다.

증폭률 [dB]$\displaystyle =10\log_{10}\left(\frac{P_{OUT}}{P_{IN}}\right)\qquad(2)$

dB 단위는 로그를 사용하여 표현되기 때문에 큰 값을 나타내기 쉽고, 여러 매질이 연속적으로 연결되어 있을 경우 총손실 또는 총증폭률을 계산하기 용이하다는 장점이 있다.