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(10대 품목) 기술/시장

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2007. 10.

통합 보고서

기술/시장

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시장

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2007. 10.

10대 품목

통합 보고서

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시장

978-89-5884-900-1 93560

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■광증폭기……… 1

■광섬유 센서 ……… 43

■무선 전력 수신 기술 ……… 81

■필기입력 포인팅장치 ………113

■HPMA 시스템 ………145

■BSA - Process Owner-Centric e-business Framework ………189

■양방향 무역 솔루션 ………227

■열람자의 반응을 분석할 수 있는 대화형 디지털북 시스템, eTrackingBook ………253

■캐드 엔진 속도 그래픽 속도 강화 기술 ………293

■DRM 기반 Digital Contents C2C Open e-Marketplace ………329

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제 1 장 기술동향 분석

제 1 절 기술개요

1. 개념 및 특성 가. 기술의 개념 인터넷의 급속한 확산과 함께 기존 통신망의 수용용량이 한계에 도달함에 따라 저가의 비용으로 보다 효율적인 통신 인프라를 구축하는 노력이 요구되고 있으며, 그 중에서도 가입자망의 고도화가 중요한 요소로 대두되고 있다. 현재는 기존의 동선을 이용한 방법으로 ADSL, HDSL 등의 방법을 이용하고 있으나 관로의 포화 문제 및 신호손실로 인한 전송거리의 한계 등의 문제점이 있다. 따라서 2010년경 일반화 될 것으로 예상되는 100Mbps 급의 가입자 요구 정보량을 수용하기 위해 서는 광가입자망의 구축이 유일한 방법으로 예상되고 있다. 이와 같이 광가입자망 을 효율적으로 구축하기 위해 SDH 또는 WDM 기술을 이용할 수 있다. 그러나 높은 비용과 유지보수 문제가 있을 수 있기 때문에 보다 저렴하고 유지보수가 용 이한 광가입자망의 솔루션으로 최근 저가형 광가입자망 구축기술인 PON(Passive Optical Network)이 주목을 받고 있다. 광대역 PON 망은 광선로의 종단 위치에 따라서 FTTH(Fiber To The Home), FTTB(Fiber To The Building), FTTC(Fiber To The Curb) 또는 FTTCab(Fiber To The CABinet)으로 분류되며 망구축 형태와 서비스는 <그림 1-1>과 같다.

한편 이러한 광가입자망이 대량으로 포설되기 위해서는 가입자측에 설치되거나 공유되는 ONU 및 OLT 등 광모듈의 가격이 전체 시스템 가격의 많은 부분을 차 지하고 있으므로 가입자가 수용할 수 있을 정도로 저가격의 광모듈을 확보하는 문제가 매우 중요하며 광 증폭기도 그 중의 하나이다.

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기지국에서 기지국간의 장거리 전송에 있어서 광신호의 크기는 전송거리가 길 어짐에 따라 지수적으로 감소한다. 이를 보완하기 위해 수십 킬로미터마다 광중계 기가 설치되며 이곳에서 광신호의 조정 및 광증폭이 이루어지고 있다. 광섬유증폭 기의 개발은 광증폭을 용이하게 하고 있으며, 실험단계에서는 수백 Km까지 무 중계 전송을 가능하게 하고 있다. 또한 중간 기지국에서 대형건물 또는 밀집주거 지역으로는 분기되는 신호의 수량이 증대하므로 분기수의 증대에 따른 정보전달 신호의 감쇄를 보상하기 위하여 광신호의 증폭도 필요하다. <그림 1-1> 광선로의 종단 위치에 따라서 FTTH, FTTB, FTTC 또는 FTTCab로 광대역 PON 망 형태와 서비스 Internet Leased Line Service Nodes Frame/Cell Relay Interactive Video Telephone SNI (VB5) ONU FTTH FTTB FTTC FTTCab Optical Fiber Twisted Pair

ATM-PON

VDSL

OLT ONU ONU NT NT ONU

Passive Optical Splitter FTTx

<그림 1-2>는 광통신 전송링크 주요 요소를 나타낸 것이다. 그림에서 광중계기 또는 광수신부 전단에서 부분에서 광 증폭이 이루어짐을 나타내고 있다. 기존의 광증폭기는 광을 전기 신호로 바꾸어 이를 증폭하여 다시 광신호로 변환하여 전 송하는 방식이었다. 전광증폭기(all optical amplifier)인 희토류 원소 어븀 (Er) 첨 가 실리카 광섬유 광증폭기(EDFA, erbium doped fiber-optic amplifier)의 등장은 광전송의 활용도를 한층 강화시키는 계기가 되었다. 특히 중계기 설치가 곤란

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도파로 광증폭기 및 반도체 광증폭기의 개발이 이루어져 실용화를 목전에 두 고 있다. <그림 1-2> 광통신 전송링크 주요 요소 구동회로 광원 기타 장치 광 송신기 광 수신기 전자회로 광 송신기 광증폭기 수광소자 신호 복원기 전기신호 출력 광 수신기 광 중계기 광 커플러 또는 광 분할기 전기신호 광 신호 커넥터 광접속 광 섬 유 증폭기 전기입력 신호 Fusion splicing방법 Machanical splicing방법 자료 : 자체 작성 나. 개발의 역사 광통신은 아주 오래 전부터 이루어졌으며, 태양광의 반사를 이용하거나 횃불을 이 용하는 등의 수단을 동원하였다. 현대적인 의미의 광통신은 1960년대에 이룩한 레이 저의 개발에서 비롯된다. 그후, 1970년대에 이르러 1㎛파장대에서 전송손실이 20㏈/ ㎞ 정도인 광섬유의 개발이 어루어짐으로서 본격적인 광 전송기술이 발전하였다. 이러한 기술을 바탕으로 1980년대에는 1.3㎛파장대에서의 광통신 시스템의 개발로 발전하였다. 이때에는 전송손실이 약 0.5㏈/㎞정도였다. 1990년대에 1.55㎛ 파장대

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에서 전송율이 2.4G/s인 광통신 시스템의 상용화가 실현되었다.

광대역 종합 정보통신망에 주로 이용될 광섬유증폭기(optical fiber amplifier)는 Nd, Er, Yd등의 희토류 이온을 함유하는 유리계열의 재질로 제작된다. 광섬유증 폭기를 광대역 통신에 사용하기 위해서는 1.3㎛ 또는 1.5㎛대역에서의 동작 특성 이 좋아야 한다. 이 주파수 대역은 광신호의 전송에 따른 자연적인 감쇄현상이 적 은 대역이다. 1.3㎛ 대역은 광신호의 분산(dispersion)이 거의 없는 파장이고, 1.55 ㎛는 실리카 광섬유의 광흡수 손실이 최소가 되는 파장이다. 그리고 광신호의 장 거리 전송에 유리한 single-mode 주파수 대역이기도 하다. 한편 multi-mode 통신 (주로 0.85㎛)은 비교적 근거리 통신에 사용되며, 기술적으로는 single-mode 이전 에 완성된 기술이다. 한편, 광통신의 매개체인 광섬유에 어븀(Er)이 첨가된 실리카 광섬유 광증폭기 는 주로 1.53~1.61㎛ 파장대에서 사용되며, 기타 1.30㎛ 전후와 1.45㎛ 전후, 1,7 ㎛ 전후에서 사용 가능한 특수 원소가 첨가된 광섬유 증폭기가 있다. 최근에는 아직 1.61~1.65㎛ 파장대에서의 이온 첨가된 광섬유 증폭기가 국내(ETRI)에서 개 발되었다. 광신호의 증폭은 Er등이 첨가된 광섬유에 고출력의 pumping 레이저를 조사함으 로서 이루어진다. 제 기능을 다하기 위해서는 펌프용 고출력 레이저 다이오드 (LD) 가 중요하며 현재까지는 기존의 EDFA를 위해 0.98㎛ 부근 및 1.48㎛ 파장대의 펌 프 LD가 잘 개발이 되어 있는 상태이다. 다른 파장대의 고출력 펌프 LD 개발은 하 나의 또 다른 장기적인 기술 개발이 필요한 부분이다. 따라서 실리카 계열의 광증 폭기의 실용화를 위해서 극복하여야 할 부수적인 기술분야가 상존하고 있다. 광섬유 광증폭기 이외에 다양한 광증폭기가 개발되고 있다. 그 주류는 반도체의 빛이 조사되면 전기전도도의 변화가 일어는 반도체의 성질을 이용한 반도체 광증 폭기와 광섬유의 원리를 실리카 유리 기판 또는 실리콘 기판에 구현한 평판 도파 로형 광증폭기 등이다.

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2. 응용분야 반도체 광 증폭기는 현재까지 증폭 출력이 낮고 특성이 상대적으로 불리한 점 이 있어 응용 분야가 부분적으로 국한되어 있는 상황이다. 또한 광신호를 유도하 기 위한 도파로 제작 기술도 필요하기 때문에 복합적인 기술을 요한다. 그리고 고 출력이 가능한 라만(Raman) 실리카 광섬유 증폭기는 원하는 파장대에서의 광증폭 기로 사용하기 위해서는 증폭기를 구동하는 고출력 펌프 LD가 특수 파장대에서 필요하고 이 펌프 LD를 개발해야 하는 기술적인 애로를 가진 단점이 있어서 활 용에 제약을 받고 있다. 평판 광도파로는 실리카 유리계열과 폴리머 계열의 광도파로가 실용화 되어있 다. 이중에 광증폭기로는 실리카 유리계열이 사용된다. 평판형 광증폭기는 현재에 도 많은 연구개발이 이루어지고 있으나, 추가적인 많은 기술개발 노력이 필요한 분야이다. 기존의 전송용 광섬유와의 낮은 결합 특성 등의 단점을 가지고 있어서 이의 개선 작업이 진행중에 있다. 현재 평판 광도파로 광증폭기 기술의 완성도가 미흡하고 및 시장의 형성이 활 성화되지 않은 상황이다. 향후, 기술의 발전도 기대되나, 각 증폭기의 특성에 따라 응용되는 분야와 용도가 달라질 것이다. 현재 제품의 기술 수준과 가격 등을 고려 하면 대용량 광전송에서는 이온 첨가된 광섬유 증폭기의 활용도가 가장 큰 역할 을 하리라고 전망된다. 그리고 반도체 광증폭기나 평판 도파로형 광증폭기의 시장 도 확대될 것으로 예상된다. <표 1-1>은 대표적인 광 증폭기의 주요 특징을 나타낸 것이다.

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<표 1-1> 대표적인 광 증폭기의 종류 및 주요 특성 라만 실리카 광섬유 증폭기 반도체 광 증폭기 평판 도파로형 광 증폭기 주요 특징 고출력 펌프에 의해 실리카 광섬유내 유도 되는 비선형 광학 특성 을 이용한 광섬유 증폭 반도체 소재내 캐리 어 재결합 (Carrier recombination)시 발 생하는 유도 방출 특 성을 이용하는 광 증 폭기 어븀 첨가 실리카 유리 나 본 발명에서 얻어진 Pr 첨가 광소재 등을 평판 도파로 형태로 만 든 광 증폭기 구도 장점 기존 전송용 광섬유와 의 좋은 결합 특성과 저 손실 특성, 소재 안 정성, 고출력 및 고속 특성 이용성 소형, 광대역 증폭 가 능성, 저 전류 동작 성, 다른 광통신 소자 와의 집적 가능성 기존 다른 평판 도파로 형 광 소자들과의 집적 화 가능성 단점 새로운 파장대에 서의 고출력 펌프레이저 다 이오드의 개발이 필요, 증폭기의 불안정성. 원 하는 파장대 증폭을 위 해 추가로 고출력 펌프 레이저 다이오드 개발 이 요구됨. 낮은 포화 증폭 출력 과 나쁜 잡음 지수, 저속 캐리어 반응 증폭 효율이 낮고전송 광섬유 및 펌프 광원과 의 낮은 결합 효율 활용 분야 고속 광전송용 분배형 광증폭기 광신호처리용 광증폭 기 멀티 포트 광신호 분배 기 시장 규모 보통 이하 (현재 및 미 래) 큼 (과거, 현재, 미래) (용도 다양) 기술 미성숙 증폭기용 재료 증폭기용 재료 화합물 반도체 실리카 또는 유리 소재 여기 구도 고출력 레이저 다이오 드 펌프 전극에 의한 전류 공 급 고출력 레이저 다이오 드 펌프 출력 높음 낮음 높음 잡음 잡음 특성 보통 잡음 특성 보통 잡음 특성 보통 기타 각각의 증폭 특성에 따라 사용 용도가 다름.

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제 2 절 광증폭기 기술 현황과 전망

1. 광증폭기 기술의 특성 가. 광섬유 광증폭기 장거리 광통신 시스템에서는 신호의 감쇠 및 찌그러짐을 개선시키기 위하여 중 계기(repeater)를 사용하고 있다. 중계기에서는 광신호→전기신호→증폭 및 신호처 리→광신호의 변환 과정을 거치며, 육상의 광네트워트 연결에 주로 사용되어 왔 다. 이러한 광과 전기와의 변환과정을 거치지 않고 광신호를 광섬유 내에서 직접 증폭시키기 위하여 광섬유증폭기가 개발되었다. <그림 1-3>은 광섬유의 구조를 나 타낸 것이다. 광신호의 전송은 코아층을 통하여 이루어지며, 클래드층과의 굴절율 의 차이 때문에 광신호는 코아층 내에서만 전송이 된다. 그리고 피복층은 광섬유 의 보호를 위한 것이다. 광섬유증폭기는 이 코아층의 유리에 Nd³+나 Er³+ 등의 희 토류 이온을 함유시켜 제작된다. <그림 1-3> 광섬유의 구조 코어(Core) : 빛 통과층 (8-50um), 굴절율 1.47 클래드(Clad) : 빛 차단층 (125-140um), 굴절율1.46 굴절율 클래드 빛통과층( 8um-50um ) : 코어 차단층 ( 125um-140um ) : 클래드 피복층 ( 250um, 500um-900um ) : 코팅 n2 n1 2d 2a 코아 피복 자료 : 자체 작성

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광섬유증폭기의 재료로서는 실리카 유리에 Al과 P를 첨가한 Al/P 실리카 유리 계, 불화계, 인산염계, 불화인산계, 중금속 불화계 등이 활용가능성을 보이고 있다. 주로 사용되는 것은 실리카 유리이다.

많은 기술적 진전을 거쳐 현재 상용화되어 있는 광섬유증폭기는 Er³+이온을 도

핑한 광섬유로써, 이를 EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)라 부른다. 여기서 광증폭이 이루어지는 부분은 코아층이다. EDFA는 삽입손실이 매우 적고 편광에 무관한 광증폭 특성을 보이기 때문에, Soliton과 더불어 초장거리 광통신 시대의 막을 여는 중요한 역할을 하게 되었다. 광섬유 증폭기를 구성하는데 있어서 가장 핵심이 되는 부분은 광 이득 매질인 증폭기용 광섬유와 고출력 펌프 레이저 다이오드, 파장다중기(WDM) 등이 있다. 기타 증폭 특성 향상 및 안정화 등을 위해 광 아이솔레이터, 광신호 분배기, 전자 제어 회로 부분 등이 필요하다. 기본적으로 광신호를 증폭해 주는 기능을 할 수 있는 증폭기용 광섬유의 특성이 가장 중요하며, 고출력 펌프 레이저 다이오드 등 의 기타 광소자들은 이 광섬유를 증폭기로 활용 가능케 하는 기능을 하고 있다. <그림 1-4>는 광섬유 증폭시스템의 구성도를 나타낸 것이다. <그림 1-4> 광섬유 증폭기 구성도의 한 예

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광신호 증폭은 EDFA의 입출력단에 λ=0.98㎛ 의 고출력 LD(laser diode)를 이용하여 광펌핑을 하면 어붐(Er³+)의 에너지 준위가 여기상태로 천이되고, 진 행하는 λ=1.55㎛의 신호광은 유도 방출을 유도하여 자신의 에너지를 증폭시키 는 것이다. <그림 1-5>에 광증폭을 얻기 위한 매질, 어븀의 에너지 준위가 그려져 있다. Pumping 광은 기저상태 4I15/2에 있는 어븀 이온들을 4I13/2이상의 놓은 에너지 상 태로 천이시키며, 이들은 모드 4 I13/2에너지 준위로 집결하게 된다. 이 준위의 이온 들은 λ=1.55㎛의 진행광에 의하여 기저 상태로 유도 천이되며(유도방출), 방출된 광은 λ=1.55㎛ 파장의 신호광에 합세하여 증폭현상이 일어나는 것이다. 4 I13/2에너 지 준위는 준안정(meta-stable) 상태라 불리는데, 그 이유는 이 준위에서 머무는 시간(life time)이 τ=~10ms정도로 매우 길다는 것이다. 긴 life time 은 분포반전 (population inversion)을 용이하게 일으키는 주 요인이며, 매우 효율적인 증폭을 일으키게 된다. 분포반전이란 자연적인 상태에서는 4 I15/2준위에 머무는 이온의 수가 4I13/2에 머 무는 이온의 수보다 훨씬 많지만, pumping에 의하여 이들의 분포가 반전되어 있 는 상태를 의미한다. <그림 1-5>에 보인 Er³+ 이온의 에너지 준위들은 광통신에 다음과 같은 매우 유 리한 면들을 보인다. ① 준안정 상태로부터 기저상태로의 천이 에너지는 1.55㎛ 파장의 광자 에너지 로써 광섬유의 최저 손실 영역에 해당한다. ② 준안정 상태 4

I13/2의 life time 이 매우 기므로 Er³+ 이온들이 준안정 상태에

오래 머물게 되고, 따라서 밀도가 높아져 효율적인 유도 방출을 일으킨다.

③ 기저상태, 준안정 상태의 에너지 준위는 Stark effect로 말미암아 선이 확산 되어 띠를 형성하므로 방출 스펙트럼은 일정한 대역폭을 갖게 된다. 이러한 대역폭의 증대는 WDM(Wavelength Division Multiplexing : 파장다중분할 다중화) 전송시스템에서 여러 채널을 동시에 증폭시킬 수 있는 좋은 요인 이 된다.

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<그림 1-5> Er³+의 이온의 에너지 준위 980nm, τ ~ 1 μsec 1530nm, τ ~ 10 msec λ=1.55μm Stimulated emission Pump 4I 1 1/2 4I 1 1/2 4I 1 1/2 나. 평판 도파로형 광증폭기 평판 도파로형 광증폭기는 광섬유 광증폭기와 동작원리가 같다. 광섬유증폭기의 크기를 줄이고 제작비용도 절감하기 위하여 개발된 기술이다. 정보량의 증가에 따 른 고속 전송망의 확충과 가입자망과의 원활한 망구성, 고밀도 광신호의 상호연 결, WDM/DWDM 망, 대단위 가입자 선로망의 구성, 제어, 감시 및 관리, OEIC(opto-electric integrated circuit) 등이 응용된다. 그러므로 평판 광도파로 기 술은 그 응용범위와 기술의 파급효과가 크고 광가입자망과 초고속 WDM 정보통 신망에 필수적인 기술로 간주되고 있다. 특히 이 기술을 이용한 광분배소자 (splitter)는 가입자망으로 광신호를 전송하고 전송용량 또한 확대하여 CATV 및 각종 정보전달에 필요하다. 이러한 평판 광도파로에 증폭기능을 부가하는 것은 광 신호의 전송네트워크를 효율적으로 구성하기 위함이다. 평판 광도파로의 재료로서는 실리콘을 기판으로 한 실리카 광집적회로, InP/GaAs, LiNbO3, 실리카 유리 등이 사용된다. 그 중에서 다양한 반도체공정의 활용이 가능한 실리콘기판이 많이 사용되고 있으며, 실리카 유리 기판이 그 뒤를 따르고 있다. V-groove와 같은 홈을 통한 광도파로와 광섬유와의 연결도 용이하

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광도파로는 FD(flame deposition, 화염증착법), CVD(chemical vapor deposition), 그 리고 이온교환법(ion exchange) 등으로 제작이 가능하다. 그리고 Photolithography, RIE(reactive ion etching), ICP(inductively coupled plasma) etching 등의 실리 콘 공정기술을 활용하여 제작한다. 그러나 광도파로의 소재인 실리카 박막은 제작 방법이 각기 다르다. <그림 1-6>은 여러 가지 형태의 광도파로를 나타낸 것이다.

<그림 1-6> 여러 가지 형태의 광도파로

OPTICAL Waveguides (a)slab (b) strip (c) fiber

여러가지 waveguide 형태 (a)strip (b) embeded strip (c) rib or ridge (d) strip loaded, 어두운 부분의 굴절율이 높다

Waveguide의 형태 (a) straight (b) S bend (c ) Y branch (d)Mach-Zehnder (e)direction coupler (f) intersection

2. 평판 도파로형 광증폭기 기술 개발동향

EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)를 대체하기 위한 평판형 광증폭기 (EDPA, Erbium Doped Planar Amplifier)는 FD(Flame Deposition), Ion 교환 등 의 방법으로 연구되고 있다.

FD(flame deposition)공정은 FHD(flame hydrolysis deposition) 공정과

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가. FHD 공정 FHD는 염화물계의 재료를 산소/수소 불꽃하에 반응시켜 증착시키는 방법이다. 이 기술로 광도파로의 preform을 제조할 수 있다. FHD를 이용한 증착은 반응가 스와 도핑가스를 기화시켜 버너나 토치를 이용하여 고온의 불꽃하에서 실리카 슈 트(soot)를 생성시켜 이루어진다. 슈트입자들은 할라이드 가수분해 반응을 통해 유 핵화 되어지고 기체상태에서 성장되어 기판위에 결집한다. 또한 수분을 많이 포함 하고 있어서 물분자가 결홥된 형태로 나타나며 화학적으로는 유리망 구조에서 수 산기(hydroxyl)로서 결합되어 있다. 이러한 반응은 고온에서 할로겐 화합물과 혼 합된 산 수소 기체의 산화에 의한 물분자와의 반응으로서 연속반응이다. <그림 1-7>는 재료기체를 포함한 혼합가스가 고온의 불꽃에 의하여 박막기판에 증착되는 과정을 나타낸 것이다. 박막 형성으로부터 투명한 유리를 얻는 일련의 mechanism은 화학반응, 입자생성, 입자의 성장과 증착 그리고 고밀화 공정 순으 로 진행된다. FHD공정을 기본공정으로한 Er 첨가 실리카 도파로는 손실이 적고 Hybrid Integration이 용이한 잇점을 갖는다. 하지만 Er의 고농도 도핑이 어려우며, Er의 고농도 도핑에서 Clustering 등으로 야기되는 Upconversion process로 인하여 농 도만큼의 증폭을 얻지 못하는 단점이 있다. 고농도 Er 첨가 실리카 도파로는 유리 화 온도가 낮아 코아층의 변형이 발생되어 기본 손실이 크므로 도파로 길이를 증 가시켜도 순이득을 얻는 것은 어려운 특징이 있다. 따라서 도파손실을 낮추기 위 한 방법이 개발되고 있으며, 음각 패턴 증착(Negative Pattern Deposition)의 방법 을 주로 이용한다.

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<그림 1-7> FHD에 의한 soot의 생성, 성장, 그리고 증착과정 Growth of Particles Particles of SiO2, B2O5,etc Formation of Particles SiCl4 + O2 SiO2 + 2H2 : Oxidation SiCl4+ 2H2O SiO2+ 4HCl : Flame Hydrolysis Coagulation 자료 : 에어로졸 화염 증착법을 이용한 실리카 광도파로 소자개발, 2000.7, 정보통신부 우수신기술 지정지원사업 최종보고서(위탁연구기관:피피아이), 이형종외 9인 <그림 1-8>은 실리카 유리를 증착하고 식각 공정을 통한 광도파로 제작공정을 나타 낸 것이다. 설계 변형에 따라 <그림 1-6>과 같은 다양한 형태의 도파로를 제작할 수 있다. 평판 광도파로는 광손실 등의 특성이 광섬유에 비하여 나쁘지만 기판상에 형성 되는 광회로의 구조가 광섬유회로에 비하여 안정적이며, 소형이고 다양하고 복잡한 광 회로의 집적이 가능하기 때문에 이에 대한기술개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

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<그림 1-8> 실리카 유리를 증착후 식각 공정을 통한 광도파로 제작공정 평면도파로 기판 Positive Photoresist Lift-off 법 E-beam 직접조사법 Mask 자료 : “평판도파로 전광증폭기 개발” 1999. 12, 정보통신부(위탁연구기관 : 전자통신연구원), 성희경외 13인 Si을 기판으로 한 주요한 광도파로에는 P2O5 - SiO2 및 Si3N4 광도파로와 염소계 재료의 가수분해에 의한 GeO2- SiO2 등이 활용되고 있다. 양질의 평판 광증폭기 를 제작하기 위해서는 광증폭기의 기본이 되는 광도파로를 잘 제작할 수 있어야 한다. 양질의 광도파로를 제작하기 위해서는 다음과 같은 조건이 필요하다. ① 양질의 광도파 박막이 필요 ② 균일한 도파 특성을 얻기 위하여 막의 두께와 굴절율이 일정해야 함 ③ 전자빔 리소그라피등을 이용한 정밀한 도파로 패턴 형성기술이 필요 ④ 공정의 청정유지 ⑤ 수 ㎛이상의 두꺼운 막이 형성되므로 균열이 가지 않도록 하여야 한다.

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나. AFD 공정

AFD(aerosol flame deposition) 제조 기술은 불꽃을 이용하는 것이 FHD와 비슷 하지만 반응물질의 이동방법이 AFD와 상이하다. AFD는 토치(torch)까지는 액체 상태에서 운반되고 이송된 수트 입자들은 가수분해 반응을 통해 유핵화되고 불꽃 으로 산화되어 기판위에 증착된다. 에어로졸 증착 방법이란 액상의 졸을 초음파 진동자를 사용하여 에어로졸 입자 로 만들고, 산소/수소 불꽃으로 산화시켜 기판 위에 증착시키는 방법이다. 초음파 를 이용하여 에어로졸을 생성시킬 경우 에어로졸의 크기는 임의로 조절될 수 있 다. 초음파가 액체를 통과하여 액체와 기체의 경계면에 도착하면 그 경계면에서 액체 방울이 생성되며, 이때 생성된 입자의 크기는 액체의 밀도와 표면장력, 초음 파의 진동수에 의하여 결정되어 진다. 따라서 용액의 밀도와 표면장력을 조절하여 에어로졸의 크기를 조절할 수 있다. AFD법으로 광도파로 및 광증폭기를 제작하기 위한 공정은 FHD 제작공정에서 기술한 평판도파로 제작기술과 같다. 그러므로 이에 대한 언급은 생략한다. 에어 로졸을 이용한 실리카 광도파로의 증착은 다음의 순서에 의하여 제조된다. ① 졸용액의 제조 ② 에어로졸의 증착 ③ 1300℃이상의 온도에서 고밀화 ④ 특성평가 다. 기술 개발 동향 평판 도파로형 광증폭기 기술 개발은 한국전자통신연구원(ETRI)에서 국책 과제 로 시작된 것이 그 시발점이다. 현재 관련 광통신 부품을 출시하고 있는 기업들은 삼성전자, LG전선 등과 같은 대기업과 전자통신연구원 출신의 연구원들이 설립한 벤처기업들이다. 이온교환 공법을 통한 광증폭기 기술의 개발도 역시 한국전자통신연구원에서 연구 개발이 시작되었다. 그 결과 7.5dB정도의 순이득을 얻을 수 있었다고 보고하 고 있다. 그리고 화염가수분해법 및 에어로졸 증착 공법을 통한 제조공정 개발도 병행하여 추진하고 있다. 국내에서는 ETRI 이외에 한국전자부품연구원, 삼성전자,

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포코, 올렌텍 등의 기업에서 평판 광도파로 개발과 더불어 이와 관련된 증폭기에 대한 연구개발을 추진하고 있다. 화염가수분해 공정, 이온교환 공정, 스퍼터링 공정 등을 이용하여 임계 광전력 45mW로 저전력이며, 120mW에서 20dB/cm의 순이득을 갖는 평판형 광증폭기가 개발되어 시제품이 출시되고 있다. 0.1dB/cm 이하의 저손실 광도파로 제조, 유리 모재의 개발 및 패키징 기술과 같은 기반기술이 필요하다. 그러나 아직은 이러한 기술은 해외의 유수기업과는 상 당한 기술격차를 나타내고 있는 실정이다.

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제 3 절 특허분석

1. 해외 특허분석 가. 해외 특허출원 동향

<그림 1-9>는 광 증폭분배기에 대한 외국특허의 연도별 출원동향을 나타낸 것으로서, 1969년에 미국에서 Traveling Wave Parametric Devices에 관하여 특허 출원된 이후 1985년 21건으로 증가하였고, 이후 감소하는 모습을 보인 후, 다시 증가하여 1992년에는 33건의 특허가 출원되었다. 그러나, 1983년에 광 증폭분배기에 대한 특허가 활성화된 이후, 현재까지의 출 원분포를 거시적 관점에서 살펴보면 비교적 고르게 특허가 출원된 것으로 나타나 고 있다. <그림 1-9> 광 증폭분배기에 대한 외국특허의 연도별 출원동향 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 0 5 10 15 20 25 30 35 <그림 1-10>은 외국특허의 주요출원인을 나타낸 것으로서, Canon사가 27건의 특허를 출원하고 있으며, 그 다음으로 Matsushita가 22건, Nec 사가 21건, Ntt가 20건, Nippon Sheet Glass가 16건, Hitachi 및 Alcatel, Corning이 각각 12건, Fujitsu가 10건, AT&T가 10건 등의 순서이다.

전반적인 특징으로는 주요출원인간의 출원건수의 격차가 상대적으로 크지 않다 는 점으로 출원건수 1위인 Canon사와 10위인 AT&T사와의 격차가 17건에 불과한 것으로 나타나고 있다.

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전체동향에서 광증폭분배기 기술을 일본이 주도하고 있는 것과 마찬가지로 상위 10대 주요출원인중 7개가 일본기업인 것으로 조사되었다. <그림 1-10> 외국특허의 주요출원인 0 5 10 15 20 25 30 Canon Matsushita Nec Ntt Nippon Sheet Glass Corning Hitachi Alcatel Fujitsu AT&T 나. 해외 주요 특허기술 분석 현재 외국에 특허로서 출원공개되어 있는 광 증폭분배기 관련 주요 특허기술의 내용을 기술분야별로 살펴보면 다음과 같다. (1) 공정 공정에 관한 특허기술로는, NEC가 출원한 특허로서 다중 광 분기 회로에 관한 기술이 있으며(일특개 소56-126807), Nippon Sheet Glass가 출원한 광평판회로 제 조법(일특개 소58-34408)에 대한 특허기술과 함께 동 출원인이 출원한 Geodesic Lens 제조법에 대한 특허(일특개 소62-59904)가 있다.

Canon 및 Agency Of Ind Science는 광도파로 제조법에 대한 특허(일특개 소 59-71005)를 공동으로 출원하였으며, Canon은 박막 타입 광소자 및 제조법에 대 한 특허(일특개 소60-144704)도 출원하였다.

Ricoh Co는 광도파로 소자에 대한 특허(일특개 소60-37503)를 출원하였고, Matsushita는 광파 변환기에 대한 특허(일특개 소61-94031)를 출원하였다.

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였다. (2) 유도방출 유도방출에 관한 특허기술로는, Matsushita가 반도체 레이져에 대하여 특허를 출원하였으며(일특개 소62-128587), Fuji는 광증폭기에 레이저 빔 투사 장치에 대 하여 특허를 출원하였다.(일특개 평01-199488) Northern Telecom은 광증폭기에 대하여 특허를 출원하였으며(일특개 평 07-183595), NTT는 연속적으로 변화하는 파장의 반도체 레이저에 대하여 특허를 출원하였다.(일특개 평09-36480) (3) 광학요소

광학요소에 관한 특허기술로는, NTT가 출원한 특허로서 Optical Wiring Circuit 이 있으며(일특개 소62-204208), Northrop Corp은 고밀도 집적 광학 멀티플렉서/ 디멀티플렉서에 대하여 특허를 출원하였다.(US5054873)

Alcatel은 다단계 광학 멀티플렉서/디멀티플렉서에 대하여 특허를 출원하였 다.(US2002-0006250)

(4) 광제어

광제어에 관한 특허기술로는, Toshiba Corp이 출원한 특허로서 Photoelectric 인 터페이스 회로에 관한 특허가 있으며(일특개 소59-116624), Maier는 Optical Radiation의 스위칭, 증폭, 제어, 모듈레이션을 위한 장치에 대하여 특허를 출원하 였다.(WO9857230)

(5) 광전송

광전송에 관한 특허기술로는, International Telephone사가 출원한 특허로서 이 미지 강화용 Repeater Elements를 구비한 광전송 시스템에 대한 특허(US 3851167)가 있으며, British사는 광통신망과 관련된 기술에 대하여(WO9101066), Siemens는 복합 광도파로에 대하여(WO9612359), Jolt Ltd는 무선 광통신 시스템

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에 대하여 특허를 출원하였다.(US2002-0027691) 2. 국내 특허분석 가. 국내 특허출원 동향 <그림 1-11>은 광 증폭분배기에 대한 한국특허 출원동향을 나타낸 것이다. 1985 년 Corning이 유리 집적 광학소자 및 제조방법에 대하여 특허를 출원한 이후 2000년 최대 5건이 출원되었다. 전반적으로 출원율이 매우 낮은 수준에 있으나 2000년에 출원건수가 많아지고 있다는 점에서 향후 연구개발에 대한 성과를 기대 해 볼 수 있겠다. <그림 1-11> 광 증폭분배기에 대한 한국특허 출원동향 198 5 198 8 1989 1992 19 93 199 4 1 995 1998 200 0 0 1 2 3 4 5 6 <그림 1-12>는 한국특허에 대한 주요 출원인을 나타낸 것으로서, 한국전자통신 연구원이 4건으로 가장 많은 특허를 출원하고 있으며, 그 다음으로 Corning, AT&T, 삼성전자, 이형종이 각각 2건, TRW, 한국과학기술원, 서울대가 각각 1건 등의 순서이다.

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하겠다. 국내특허의 주요출원인 랭킹을 통해 파악되는 또 다른 특징으로는 해외특허동 향에서 특허기술을 주도하고 있는 일본기업 출원인이 없다는 점이다. 국내에 특허 를 출원하고 있는 해외기업사는 AT&T (미국), Corning (유럽), TRW (유럽)로서 모두 미국과 유럽의 기업들이다. 이는 국내시장이 아직 활성화되어 있지 않은데 기인되는 것으로 판단되며, 국내에 특허를 출원하고 있는 상기의 출원인들은 특허 기술의 국제화에 높은 비중을 두고 있는 것으로 추측된다. <그림 1-12> 주요 출원인 랭킹 0 1 2 3 4 5 한국전자통신연구원 CORNING AT&T 이형종 삼성전자 TRW 한국과학기술원 서울대학교 나. 국내 주요 특허기술 분석 현재 국내에 특허로서 출원공개 되어 있는 광 증폭분배기 관련 주요 특허기술 의 내용을 기술분야별로 살펴보면 다음과 같다. (1) 공정 공정에 관한 특허기술로는, Corning이 V-홈에 위치된 광섬유의 광축이 도파로의 광축에 일련되도록 서로 배치되는 이온 교환에 의해 표면 내부에 형성된 광도파 로로 구비하는 유리 집적 광학소자 및 제조방법에 특허(한특고 1994-1044)를 출원 하였고, 광섬유가 쉽고 정확하게 일렬이 되게 하는 집적 광학 소자의 제조방법에

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대하여 특허(한특개 1989-8588)를 출원하였다. 1989년 AT&T는 교환 깊이보다 큰 깊이까지 교환 양장을 이행시키는 것에 충분 한 고온과 시간으로 교환 기판을 가열함으로써 고온 가열에 의한 기환 감소를 도 모하는 광 도파관 형성 방법에 대하여 특허를 출원하였다. (한특개 1989-17554) 한국과학기술원은 집적 광학 소자의 기본 구조인 광도파도를 리튬나오베이트의 단결정 기판위에 자기 정렬된 유전체(SiO2) 클래딩을 형성하여 양자 확산시키는 광도파로 구조와 그 제작공정에 관하여 특허를 출원하였다. (한특등록 57497) 한국전자통신연구원은 기판표면 부근의 굴절율을 변화시켜 광도파로층을 형성 하는 공정을 포함하는 Langmuir-Blodgett(LB) 박막을 이용한 유기물 geodesic 도 파로 렌즈 제작방법에 대하여 특허(한특등록 116163)를 출원하였고, 균일한 굴절 률 분포를 지니는 박막 형태의 고분자 양이온 교환수지에 이온교환 방법을 이용 하여 경사진 굴절률 분포도를 갖는 고분자 평판 및 채널 Grin도파로를 제조하는 방법에 대하여 특허를 출원하였다. (한특개 1996-8362) 삼성전자는 종래 기술의 광도파로 제작방법에서 발생하는 깊이방향 굴절률 분 포의 비대칭성을 기판 물질과 같은 물질을 기판위에 증착함으로써 방지하는 매립 형 리튬나이오베이트 광도파로 제작방법에 대하여 특허(한특개 1997-48701)를 출 원하였고, 기판의 상부에 광도파로 소자의 패턴을 가지는 금속 마스크를 형성하고 도핑 이온과 구성 이온을 기판 상하부의 광도파로 소자의 패턴에 접촉시켜 전압 을 인가하여 구성 이온과 도핑 이온을 이온 교환하는 방법에 관한 특허(한특등록 326303)를 출원하였다. 이외에도 이형종은 기판에 에어로졸 화염 증착법(AFD)으로 다성분계 조성의 유 리박막을 제작하고 그 위에 다성분계 조성에 어븀을 첨가한 박막을 쌓은 다음 이 온교환방법으로 증폭기능을 갖는 도파로를 제작하고, 이 도파로층 위에 고분자성 분의 수동기능의 도파로층을 적층시킨 복층구조를 갖는 다성분계 산화물 유리조 성의 증폭기 제작법에 대하여 특허를 출원하였다. (한특개 2001-677) (2) 광학요소 광학요소와 관련된 특허기술로는, TRW가 능동 다중모드 도파관에서 입력 광신 호의 분할 및 광 증폭을 제공함으로써, 신호 분할로 인한 광학적 손실로부터 발생 하는 손실은 보상될 수 있어서, 실질적으로 손실이 전혀 없이 1개의 광신호를 N

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특허(한특개 1998-87218)를 출원하였다. 이외에도 이형종은 자외선 레이저를 이용한 배열 도파로 격자 소자의 손실을줄 이는 방법(한특개 2001-73496)에 대하여 특허를 출원하였으며, 한국전자통신연구원 은 이종 접합 평판 도파로형 광증폭기 제조 방법(한특등록 363887)에 대하여 특허 를 출원하였다. (3) 광제어 광제어에 관한 특허기술로는, 한국전자통신연구원이 출원한 특허로서 평판형광 증폭기 및 그를 이용한 광소자 제조방법(한특등록 304361)이 있다. (4) 기타 이외에도 AT&T가 광학 집적 회로(한특개 1993-9100)에 대하여 특허를 출원하였 으며, 서울대학교는 도파관-마이크로스트립 변환 구조를 이용한 전력 결합기(한특 개 2001-112034)에 대하여 특허를 출원하였다.

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제 2 장 시장동향 분석

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절 산업의 개요

1. 산업의 현상 가. 산업의 현상 1990년대의 인터넷 대중화를 기반으로 피어난 정보통신 붐은 이동통신서비스의 대중호화 함께 활발히 전개되었고, 그 성장 속도는 가히 상상을 초월하는 것이었 다. 그 결과 우리나라의 인터넷 사용자는 2001년 말 현재 약 2,400만 명에 달해 국민 두 명중 한 명 이상(51.5%)이 인터넷을 이용하고 있으면, 초고속 인터넷 보 급률도 781만 가구에 달해 2005년까지 전 가구의 84%인 1,350만 가구에 20Mbps 급의 인터넷 서비스가 보급될 것으로 예상된다. 이러한 정보통신 붐은 유/무선 통신망의 데이터 트래픽을 급격히 증가시켰고, 그 결과 1999년을 기점으로 데이 터 트래픽이 음성 트래픽을 추월하였다. 2003년에는 데이터 트래픽이 월 1,500만 Tb/s 정도가 될 것으로 예상된다. 음성 및 단순한 데이터 전송 차원이던 유/무선 통신서비스는 동영상 등을 포함 한 고품질 서비스로 진화되고 있다. 세계 각국은 초고속 정보통신망을 위한 광전 송 시스템을 구축해 가고 있고, 궁극적인 목표인 가입자 댁내까지 광케이블로 광 통신망을 연결하는 FTTH(Fiber To The Home)를 실현하기 위한 프로젝트를 속속 진행하고 있다. 국내에서는 정부주도로 2000년 말 현재 155Mbps-5Gbps급 전송이 가능한 광케이블로 전국 144개 지역을 연결, 총 길이 1,9988Km의 광전송 시스템 구축을 완료하였다. 또한 한국통신이 가입자망 고도화 사업의 일환으로 2010년 내에 FTTH 서비스를 제공할 계획을 갖고 있다. 아울러 2003년에서 2005년 사이 에 VDSL 서비스를 제공할 계획을 갖고 있다. 오늘날 통신 환경은 기존의 음성 제공방식이 VoIP, VoATM 방식으로 진화되 고, 음성을 패킷화하여 데이터와 통합한 후 원거리를 압축 전송하는 패킷 음성

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기술이 급성장하고 있다. ATM은 초기 데이터 전용에서 음성+데이터+멀티미디어 의 통합이 가능한 구조로 진화하고 있고, 인터넷은 전송 능력 증대를 위하여 궁 극적으로 All Optical Network로 진화하고 있다.

나. 산업의 중요성 정보통신 산업의 발전에 따라 초고속 대용량 광통신 기술이 비약적으로 발전되 어 한 가닥의 광섬유로 전송할 수 있는 정보의 양은 1994년 2.5Gbps에서 1999년 에는 그보다 1,000배나 빠른 3Tbps로 급증하였다. 광섬유로 전송되는 신호광의 강도는 거리가 길어짐에 따라 지수적으로 감소하 여 수십 km 구간마다 신호광의 강도를 증폭해 주는 광섬유 증폭기가 설치되어야 한다. 세계 광통신 부품시장규모는 2000년 고성장을 이루었으나, 2001년 세계 경 제의 침체와 IT경기 하락으로 20%이상 감소하였다. 향후 인터넷 사용자의 폭증과 데이터 트래픽 폭증으로 2005년까지 연평균 10%대의 성장이 지속될 것으로 전망 된다. 광전송시스템의 대용량화에 따라 광필터, 광분배기, 파장 다중기, 스위치 등 광소자의 수요가 증가될 것으로 예상된다. 한편, 국내의 경우 2000년대 신규/부가 서비스(인터넷, SOHO, 재택근무 등)에 대비한 ‘초고속 국가망 2단계 계획(정보통신부,‘97, 9.)’에 의하면 FTTC (Fiber To The Curb)는 2002년까지 1000만 PC 통신 가입자의 13%인 가입자 수용, 2010년 600만 가입자 수용, FTTH(Fiber To The Home)는 2010년까지 3300만 PC 통신 가입자의 25%인 825만 가입자 수용으로 광가입자 망이 급격히 확대될 것으로 예측된다.

그러나 FSAN(Full Service Access Network)에 의한 현재의 규격은 가입자수가 최대 32분기를 갖는 APON(Asynchronus Transfer Mode

Passive-Optical Network)으로 FTTC 망에 적합한 구조이며, FTTH를 실현하기 위해서는 가입자수를 2048분기까지 확장시킨 SuperPON의 적용이 필수적이다. 그러므로 Central Office에서 직접 가입자를 엑세스하는 SuperPON에서는 분기수가 늘어난 만큼 신호광이 약해지며, 이를 증폭하여 가입자까지 보내는 평판형 광증폭기의 개발은 SuperPON의 성공의 열쇠라 할 수 있다.

그러므로 현재 광통신에 상용화되고 있는 섬유형 광증폭기(EDFA)는 광증폭 효 율은 좋으나 가격이 비싸고, 부피가 커서 집적화 소형화가 어렵다. 따라서 향후

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섬유형 광증폭기를 대체하여 막대한 시장 확보가 가능한 평판형 광증폭기(EWPA) 의 개발은 경제․산업적으로 매우 중요할 뿐만 아니라 광통신 부품 육성과 국제 경쟁력 강화를 위해 필수적이라고 할 수 있다. 다. 광통신 기술의 개요 초기의 광통신은 하나의 광섬유를 통하여 신호를 전달하므로 정보의 전달량을 확보하기 위해서는 물리적 광섬유 line을 증대하거나 또는 시간분할 방식으로 전 달속도를 증가시키는 방법에 국한되었다. 그러나 WDM이 개발되면서 하나의 광 섬유를 통하여 복수의 파장에 정보를 실어 전달하므로 정보전달 용량을 극대화시 키므로 기존의 방식을 활용하는 정보 Infra-network를 이용하여 대용양의 정보를 전달할 수 있다. <표 2-1> 광통신 부품기술의 분류 대분류 소분류 요소기술 광전송 시스템 소자 기술 TDM/WDM 광소자 기술 광원 기술 변조기 기술 광 검출기 기술 광 증폭 기술 선로용 광섬유 기술 광필터 기술 광신호 재생 기술 파장 변환 기술 자료: 주간전자정보, 2000, 12, 21. 광통신에서 네트워크의 구성은 크게 세 부분으로 나눌 수 있는 데 신호를 발생 시키는 transmitter, 신호를 전달하는 informational channel, 및 신호를 수신하는 receiver로 크게 구별할 수 있고, 이러한 시스템의 구성에 바탕을 둔 광통신의 발 전단계는 전통적인 TDM방식의 전달방식과, 최근에 각광받고 있는 WDM방식, 및 기간통신망에서 국지적으로 신호를 분할하여 분기하는(도시와 도시간 등)방식의 기간 WDM방식으로 나누어 볼 수 있다.

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꾼 후 다시 광신호로 발생시키는 중계기를 통하여 최종적으로 광신호를 전기신호 로 전환하여 정보를 받아들이는 Receiver로 구성된다. 그러나 1990년대 말에는 1550nm에서의 Er-doped 증폭기가 개발되고, TDM기 술의 본격적으로 개발로 정보전달 용량을 획기적으로 증대하였고, 다시 WDM방 식이 도입되면서 대역폭의 획기적인 증대가 달성되었다. 현재의 광섬유에서는 2.5Gbps의 전송용량을 가지는 단섬유를 16 및 32채널로 분할하여 정보전달이 가능하고 있으며, 2005년까지는 256채널의 다중분할이 가능 할 것으로 전망된다. 그리고 최근에는 TDM방식에 의한 10Gbps 속도의 정보전달 이 가능한 것으로 보고되고 있고, 이를 이용한 4 및 16채널의 파장분할도 가능할 것으로 전망하고 있다. 향후의 Target은 40Gbpsx 16 용량의 정보를 전송하는 기 술 2005년까지 개발하는 것이 현재의 목표가 되고 있다. 광증폭기의 기술의 경제 적 개발은 향후 도시간의 네트워크의 확보에 중요한 기술이 될 것이다. 결론적으로, 기간(基幹) 광통신망의 구축은 신뢰성과 안정성이 우수한 고가의 실리카 소재를 사용해야 하지만, 가입자망의 구축은 저렴하면서도, 분지, 접속이 용이하여 범용화가 가능한 고분자소재를 이용해야만 국민 개인에게까지 연결되는 초고속 광통신망의 구축이 가능하여질 수 있다. 따라서 광소자는 그 자체의 산업적인 가치보다는 이를 사용함으로 인한 전반적 인 경제, 문제 및 사회적인 파급 효과에 대한 가치로 인식되어야 한다. 따라서 향 후 광정보 전달방식인 WDM방식에서 상기의 장비에 대한 시장을 예측해보도록 한다. 라. 제품 개요 광증폭기는 광섬유 전송시스템에서 광이 장거리 전송되어 손실된 광파워를 보 상하기 위하여 광신호를 전기신호로 변화하지 않고 광 그대로 증폭시키는 소자인 데, 최근에 파장분할 다중화(WDM)광 전송 기술이 중심이 됨에 따라 WDM광 전 송 시스템의 용량이 증가되어 이를 뒷받침해야 할 광증폭기의 대역폭이 날로 커 지고 있다. 특히 대도시내 광분배망의 경우 더욱 넓은 파장 대역을 이용할 수 있 는 전송기술을 요구할 것으로 예상되어 향후 초광대역 광전송의 핵심기술이다. 광증폭기는 통신 시스템에서 소자의 위치에 따라 후치 증폭기, 선로 증폭기, 전 치 증폭기로 구분되며, 증폭원리에 따라 반도체 광증폭기, 광섬유 증폭기로 구분

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하나 대부분의 경우 광섬유 증폭기를 이용하고 있다. 증폭기술에 따른 각각의 증 폭기의 장․단점은 다음과 같다. <표 2-2> 증폭기술에 따른 증폭기의 장․단점 증폭 기술별 장점 단점 광섬유 증폭기 -높은 이득, 넓은 이득파장대역 -광선로와의 용이한 결합성 -부피가 큼

AGC fiber Amp.

-선로, 채널, traffic변화 등의 환경 변화에 능동적으로 반응 -넓은 범위에서 평탄한 이득 특성 -Monitoring 기법 미비 반도체 광증폭기 -넓은 증폭대역폭(10THz) -집적화로 인한 작은 부피 -산입 손실이 큼 -온동에 민감함 EDPA -저잡음(5dB 이하) -대량생산 가능 -능동 및 수동 소자와 집적화 가능 -낮은 이득 -광섬유와의 저조한 결합성 고출력 광섬유 광증폭기술 -광선로와의 용이한 결합성 -코아 단면적 고출력 파워유도 -광비선형 광학 효유도 고출력 펌프광원 필요 자료: 유망전자자기기 부품현황분석, 산업자원부, 2000, 10. 광증폭기는 다른 복잡한 장비 없이도 광신호를 증폭할 수 있어서, 대륙 간 광 케이블을 사용하는 먼 거리 통신에서도 아주 유용하다. 또한 광섬유증폭기는 큰 이득을 얻을 수 있고 반도체 레이저 증폭기에 비해 빛의 편광상태와 무관하게 증 폭할 수 있다는 것이 장점이다. 즉 광증폭기는 광통신에 사용되고 있으므로 광통 신에서 증폭기 기술이 핵심기술로 부상함에 따라 증폭기에 대한 개발이 지속적으 로 행해지고 있다.

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2. 산업환경분석 광증폭기는 현재 연구소 및 대학교 등 연구용 수용에 그치고 있는 실정이다. 그러나 향후 2-3년 정도 이후부터는 WDM시스템 업체로의 수요가 발생할 것으로 예상된다. 다음으로 광증폭기에 대한 기회요인과 위협요인에 대해 살펴보겠다. 기회 요인 - 광증폭기 세계시장규모 확대 전 세계 초고속망 구축 본격화로 인한 수요급증 - 국내 광가입자망 확대 - 증폭기의 대체 가능성 현재 섬유형 광증폭기(EDFA)는 부피가 크고 가격경쟁력이 떨어짐 위협 요인 - 국내에서는 아직 개발 및 사업화에 부진 세계적으로 확정된 기술을 보유하지 못함 - 통신 사업자의 장비 국산화 및 원가 절감을 통한 서비스 비용 인하가 어려워 대외 경쟁력 확보가 어려운 실정 21세기 정보화 시대에는 ISDN이나 전용 회선 같은 상호 교환 서비스와 화상 전 화, VOD 및 CATV 같은 광대역영상서비스가 이미 상용화되거나 상용화될 예정이 며, 미래의 정보 통신은 관련 기기의 발전과 함께 멀티미디어형 서비스를 시발로 지 능형, 입체형, 실감형 서비스로 발전 속도를 더하고 있으며, 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 반면, 통신망은 그 수요를 충분히 만족시키지 못하고 있는 실정이다. 아무리 획기적인 서비스가 창출된다 할지라도 이의 전달 매체 및 전달 방식이 충분히 확보되지 못할 경우에는 개인의 복지 증진에는 물론 국가 경쟁력에도 심 대한 악영향을 끼치게 된다. 이러한 미래의 각종 서비스를 효과적이고 무리 없이 수용하기 위한 방안으로 세 계 각 국에서 공통적으로 추구하는 것이 기간 통신망의 초고속화와 이에 따르는 기술 개발이며, 이를 위한 방법의 주류는 양호한 전송 품질과 함께 대용량 전달 및 교환 능력을 갖출 수 있는 광통신 기술이 그 바탕이 되고 있다. 광통신 기술을 이용한 초고속 대용량 통신망 구축을 위해서는 핵심 기술인 WDM(Wavelength Divisional Multiplexing) 소자 제조 기술이 선행되어야 한다.

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그러나 아직 국내에서는 개발 및 사업화가 활발히 이루어지지 않아 이로 인하여 통신 사업자의 장비 국산화 및 원가 절감을 통한 서비스 비용 인하를 기대할 수 없어 대외 경쟁력 확보에 큰 애로사항을 갖고 있다.

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절 국내외 시장현황 및 전망

1. 세계 시장의 현황 가. 광통신 부품시장 현황 및 전망 세계 광통신 부품시장규모는 2000년 고성장을 이루었으나, 2001년 세계 경제의 침체와 IT경기 하락으로 20%이상 감소하였다. 향후 인터넷 사용자의 폭증과 테이 터 트래픽 폭증으로 2005년까지 연평균 10%대의 성장이 지속될 것으로 전망된다. 광전송시스템의 대용량화에 따라 광필터, 광분배기, 파장 다중기, 스위치 등 광소 자의 수요가 증가될 것으로 예상된다.

Fuji Chimera Research는 2000년도 세계 광증폭기시장이 수량 베이스로 전년대 비 52.2%가 증가한 8만 4천대, 2001년에 12만대, 2003년에는 23만대 규모로 연평 균 30%에 가까운 성장률을 보일 것으로 전망하고 있다. <표 2-3> 광통신 부품 세계시장 전망 (단위: 백만엔, %) 광 부 품 구분 2000년 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 (01~05)CAGR 석영계광섬유 970,000 1,280,000 1,380,000 1,460,000 1,610,000 1,770,000 6.7 POF 8,800 9,220 9,580 11,300 12,500 14,200 9.0 레이저광원 100,600 42,900 32,800 48,000 60,300 73,300 11.3 광통신모듈 834,660 636,380 689,700 749,770 902,550 1,105,200 11.7 광통신용IC 310,100 172,600 157,100 180,200 214,700 255,900 8.2 MUX/DEMUX 100,000 83,800 81,000 95,200 126,000 165,200 14.5 광섬유증폭기 360,000 205,000 205,000 312,000 415,000 520,000 20.5 광렌즈 143,000 6,800 6,600 7,500 8,800 10,400 8.8 WDM필터 38,700 16,700 18,500 23,500 34,000 48,000 23.5 광 Ferrule 21,900 14,910 15,160 17,780 19,750 24,160 10.1

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광증폭기 시장은 1998년경부터 북미를 중심으로 WDM 제품의 시장이 급속히 성장하고 있어 앞으로 커다란 성장이 기대되고 있다. <표 2-4> 세계 광증폭기 지역별 판매수량 (단위: 천 대) 구분 일본 아시아 북미 구주 기타 합계 수 량 30 5 110 25 0 170 점유율 17.5 2.9 64.7 14.7 0.0 100% 자료: Fuji Chimera, 2001, 12. Fuji Chimera에 따르면 지역별로는 현재 북미를 중심으로(64.7%) 시장이 형성 되고 있으나 향후 유럽, 아시아 시장의 성장이 기대되고 있다. 나. 광증폭기 시장 현황 및 전망 광증폭기의 2001년 세계시장규모는 수량 면에서 2000년 대비 45.8% 감소한 17 만개, 금액 면에서는 43.1% 감소한 2,050억 달러로 2002년에도 전년도 실적에 머 물렀다. 광증폭기의 고성능화, 다파장화, 대용량․고속화가 이루어질 경우 전체적 으로 가격이 상승될 것으로 전망되며, 2003년부터는 점차 회복세에 접어들어 2000년의 실적을 능가할 것으로 전망된다. 또한 2002년 말부터 세계경기회복이 기대됨에 따라 광증폭기시장도 2006년까지 수량 면에서 연평균 27.8% 증가율로 58만개, 금액 면에서 24.2% 증가한 6,050억 달러의 시장이 형성될 것으로 전망된다. 다. 업체동향

Lucent Technology(미국), Nothern Telecom(캐나다), NEC(일본), 후지쯔(일본), 스미토모전공(일본)등이 국외 광증폭기 시장을 점유하고 있다.

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<그림 2-1> 세계 광증폭기시장의 제조업체별 시장점유 현황 Ciena 18% Lucent 11% Alcatel 7% NEC 7% 기타 22% Nortel 35% Nortel Ciena Lucent Alcatel NEC 기타 자료 : IT정보센터, 2000.

최근 캐나다 JDS Uniphase의 광부품 판매회사, Akzo Nobel의 고분자 광소자, Allied Signal 회사의 선형 및 열 광학소재를 서로 기술제휴 또는 합병하여 한 회 사를 설립하여 이 분야의 시장을 독점하려는 추세에 있다.

제조업자별로 보면 Nortel, Ciena, Lucent, Alcatel, NEC 등 상위 5개 제조업체 의 세계 시장 점유율이 80%에 육박할 정도로 과점 상태에 있다.

<표 2-5> 세계 광증폭기의 업체별 시장점유율

(단위: 천대, %)

구분 JDS Corning Nortel Agere Alcatel 기타 합계

수 량 40 30 20 20 20 40 170 점유율 23.5 17.6 11.8 11.8 11.8 23.5 100.0 자료: Fuji Chimera, 2001, 12. 국내시장 또한 이들 기업이 80%이상을 점유하고 있는 실정이다. 2. 국내 시장의 현황 가. 광통신 부품시장 현황 및 전망 국내 광통신 부품시장의 총 매출액은 2000년 약 7,435억 원으로 1999년 대비 약 51% 성장하였고, 2001년에는 약 24,083억 원으로 약 224% 정도 성장한 것으로

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잠정 집게하고 있다. 국내시장에서는 능동부품의 비중이 가장 크게 증대되는 것 으로 전망되고 있다.

나. 광증폭기 시장 현황 및 전망

1999년부터 2000년까지 KT 투자 및 전송장비 시장의 큰 성장에 따라 국내

EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier) 시장이 크게 성장하였다. 따라서 다양한 광통신부품들이 요구되어 핵심부품인 아이솔레이터․커플러․이득 평탄화용 광필 터(GFF) 등 대부분을 자체 확보하여 광증폭기를 개발중이다. 현재 가장 일반적으 로 적용되고 있는 DWDA장비는 2.5Gb/s 40채널을 갖는 전송시스템으로 장거리 시외국간에 주로 사용된다. (한국통신, 데이콤, 하나로통신, 드림라인, G&G 등에 서 WDM 시스템을 도입하여 운영중이다.) 다. 기술개발현황 광섬유 증폭기에 쓰이는 WDM커플러들은 국내 산업체에서 생산 중에 있다. ETRI에서 고농도 Er함유 실리카 평판 도파로를 이용한 고이득(>20 dB) 전광 증 폭기 및 1.3~1.5μm 파장대 광대역 비선형 광증폭기용 광섬유를 개발 완료했다. 삼성 및 LG를 중심으로 광증폭기 기술 연구개발이 이루어지고 있으나, 아직 DWDM시스템에 대응하기 위한 L-band 증폭기술 부족한 실정이다. 특히 90nm급 이득 제어 광섬유 증폭기는 실험실 차원에서 여러 가지 방법으로 접근 중이다. 아 직 세계적으로 확정된 기술이 없으므로 빠른 노력으로 선진기술 확보가 필요하다. 라. 수요현황 현재까지는 국내 광증폭기의 수요는 적은 편이나, 연구기관, 학교 등에서의 수 요가 증가될 것으로 예상된다. 1999년에는 국내시장이 6억 원 내외였으나 2000년 부터 27억 원 내외의 시장이 형성되어, 앞으로 급속한 성장을 할 것으로 전망된 다. 주요수요처로는 삼성전자, 머큐리, 한화정보통신, LG전자, 이스텔 등 광전송장 비 제조업체들이다.

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<표 2-6> 국내 광증폭기의 가격현황 (단위: 내수용-천 원/개) 구분 1999년 2000년 2001년 2002년 현재 High-end 65,000 52,000 40,000 40,000 Mid-end 41,000 32,500 25,000 25,000 Low-end 16,000 13,000 10,000 10,000 자료: Fuji Chimera, 2001, 12. 가격현황을 살펴보면 2000년까지는 가격 하락폭이 컸으나, 2002년 현재 2001년 대비 보합세를 유지하고 있다. 마. 업체 현황 국내업체로는 SCM, 대우통신 등이 생산을 하고 있는 실정이나 적은 수요로 인 해 실적은 미미한 실정이다. 최근 LG전자, 삼성전자, 한화 외 신규 중소 벤처의 다수기업이 시장에 진출하기 위해 개발을 활발히 진행중이다. 즉 삼성전자(주), SCM, 라이콤이 시장에 진출했지만, 외산에 밀려 시장점유율은 20%안팎이다. 하지만, 삼성, LG등의 기술개발 참여로 인해 점유율은 점차 늘어날 것으로 예상된다. 2001년 국내시장은 외산업체의 점유율이 매우 높으며 노르텔이 55%로 국내시장의 절반이 넘은 시장점유를 보이고 있다. <표 2-7> 국내 광증폭기시장의 업체 점유율 (단위: 천개, %) 총 내수시장 (판매량) 주요 업체별 점유율(%) 1,000 노텔(55%), 루슨트(25%), 라이콤(10%), 삼성전자(5%), 기타(5%) 자료: Fuji Chimera, 2001, 12.

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국내에서는 고분자 광도파로 소재를 이용한 광소자의 개발의 중요성이 인식 되어서 1996년 이후부터 한국전자통신연구원에서 저손실 고분자 광도파로 소 재를 이용하여 WDM 광소자의 개발에 대한 연구로부터 확보한 고분자광소자 기술로 벤처기업(젠포토닉스)을 설립하여 상용화를 시도하고 있는 실정이다. 또한 수동 소자의 경제적인 잠재 시장성을 인식하여 국내의 삼성, LG, 한국 통신 등의 기업 연구소에서 소재 및 소자 개발의 연구개발에 박차를 가하고 있으며, 특히 삼성전자에서 획기적인 소자제작공정을 개발하여 광분할기(power splitter)를 개발하여 상용화 단계에 있다. 바. 수출입 현황 국내에서는 아직 기술의 발달이 이루어지지 못해 수입에 대부분 의존하고 있는 실정이다. <표 2-8> 국내 광증폭기의 수출입현황 (단위: 천 달러) 구분 1999년 2000년 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 수출 수량 - - 10 50 100 200 400 금액 - - 221 1,105 2,210 4,421 8,842 수입 수량 600 1,300 700 600 400 200 100 금액 20,672 37,356 15,473 13,262 8,842 4,421 2,210 자료: Fuji Chimera, 2001, 12. 국내 기술이 선진 기술을 아직 따라가지 못하므로 세계시장 진출은 사실상 힘 들다. 또 국내 수요처들 또한 외국산 광증폭기에 대한 선호로 인해 국내 시장의 많은 부분을 외산이 차지할 것으로 예상된다. 그러나 국내 관련 업계들의 기술 연구개발이 활발해지면서 점차 수입의 비중이 줄어들 것으로 전망된다.

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3. 수요예측 가. 국내외 산업의 향후전망 최근 우리나라는 각 가정과 사무실 등에서 인터넷을 이용한 전자상거래, 금융 거래 및 동영상송수신 등의 정보이용량이 급속하게 늘어나고 있다. 그러므로 앞 으로 전개될 미래사회는 초고속, 대용량의 정보를 필요로 하는 고도화된 정보통 신사회의 도래가 필연적이고 따라서 이 분야의 기술진보속도가 매우 빠르게 진행 되고 있고, 형성되는 시장규모도 크며 가치 또한 전통적인 산업에서 얻을 수 있 는 것보다 고부가가치이며 그 파급효과도 클 것이 확실시된다. 따라서, 이러한 정보통신사회의 전개를 바라보는 현시점에서 동 분야에 있어서 기 술적 우위와 시장 선점을 위해서는 핵심기술이면서도 기술의 발전단계가 초기이고 또 집중적인 기술개발을 통하여 Emerging Market을 확보할 수 있는 정보통신소자에 사 용되는 각 유기고분자소재에 대하여 향후 기술개발 방향과 과제를 정리해보고자 한다. 최근에는 광통신에 있어 대용량정보의 통신을 위하여 광소자의 중요성이 커지 면서 부피가 작고, 외부환경에 의한 변화가 작으며 가격경쟁력도 높은 광부품에 대한 요구가 늘고 있다. 이런 특성에 가장 적합한 재료로 본 기술은 소재개발에 대한 연구의 성공 여부 가 소자제작 및 상업화의 성패를 좌우할 수 있는 결정적인 요소로 작용할 가능성 이 크기 때문에 연구는 매우 중요하다고 여겨진다. 전반적으로 광산업 전 분야에 걸쳐 지속적인 성장이 예상되는 가운데, 특히 시 장규모 면에서 2005년의 경우 광정보기기, 광통신, 광원 및 광소자, 광정밀기기, 광소재 순이며, 성장률 면에서는 광통신, 광정밀기기, 광소재, 광원 및 광소자, 광 정보기기 순으로 나타나고 있다. 이러한 광통신 부분에 있어서 최근 전송 방식이 TDM(Time Divisional Multiplexing)에서 WDM(Wavelength Divisional Multiplexing) 방식으로 발전함에 따라 WDM통신용 광소자의 수요가 급증하고 있으며, FTTC, FTTO, FTTB, FTTH 등의 광가입자망 시대가 도래하면서 광소자에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 국내에서도 이 분야 소재에 많은 관심과 연구를 수행하여 성공 적인 신개념의 신기능 소재의 개발과 이에 따른 광전자소자 개발 등으로 정보소재 및 광소자의 획기적인 발전을 도모하여, 지금까지 제한적인 유기고분자재료의 초고

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새로운 광전자소자의 개발이 이루어진다면, 21세기 미래 사회에 요구되는 대용 량의 광통신 및 정보기록과 정보처리의 초고속화에 따른 다양한 통신 서비스(고 화질 TV와 양방향 화상, 실감 통신 등)가 값싸게 보급되어 각 가정에까지 보급될 전망이다. 나. 국내외 수요예측 광증폭기의 세계시장규모는 2006년까지 수량 면에서 58만개, 금액 면에서 6,050 억 달러의 시장이 형성될 것으로 전망된다. 그러나 국내 시장규모는 광인터넷 시 장이 본격화되면 현재 인터넷 이용 밀도가 가장 높은 국내 초고속 통신망 구성에 요구되는 광증폭소자의 수요는 기하급수적으로 증가될 것으로 예상된다. <표 2-9> 광증폭기의 세계 시장 수요 전망 (단위: 천 대, 백만 달러) 구분 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 CAGR (01~06) 수량 310 170 160 270 370 280 580 27.8% 금액 3,600 2,050 2,050 3,120 4,150 5,200 6,050 24.2% 자료: Fuji Chimera, 2001, 12. 광통신 부품 기술은 관련 시스템에 기술적 및 경제적으로 큰 영향을 미치게 된 다. 기간 통신망에 적용되는 광통신 부품들은 매우 고성능을 요구하고 기술적으로 시스템의 특성을 크게 좌우하는 기술 파급 효과가 매우 크다. 또한 가입자 망에 적용되는 광소자들은 부품의 가격이 전체 시스템의 수십 %에 달할 정도로 시스 템 전체에 미치는 경제적인 영향력이 크고 광기술의 발달로 전송 용량의 급속한 증대가 이루어지고 있으며, 점차 가입자에게까지 광기술의 보급이 확산되고 있는 추세이어서 그 수요는 계속적인 증가를 보일 것으로 예상된다. 한편 향후의 광통신 기술은 전송에서뿐만 아니라 광교환, 광전달망 분야까지 점 차 확산되고 있으며, 광전송에서도 OE/EO의 변환이 없는 전광화 방향으로 기술 발전이 지속될 전망이어서 요구되는 광통신 부품의 종류 및 수량은 향후에도 대

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폭적인 확산이 예상되고있으며, 특히 FTTH 망이 되는 2015년까지는 계속적인 고성장이 기대되는 분야이다. 전 세계적인 멀티미디어서비스가 일반화될 2003년 이후에 초고속망 구축이 본격화되면서 수요가 급증할 것으로 예상된다.

국내의 경우 2000년대 신규/부가 서비스에 대비한 초고속 국가망 2단계 계획 (정보통신부, 1997, 9.)에 의하면 FTTC(Fiber To The Curb)는 2002년까지 1,000만 PC 통신 가입자의 13%인 가입자 수용, 2010년 600만 가입자 수용, FTTH(Fiber To The Home)는 2010년까지 3,300만 PC 통신 가입자의 25%인 825만 가입자 수 용으로 광가입자 망이 급격히 확대될 것으로 예측된다. <표 2-10> 국내 FTTC 가입자수 전망 2002년 2010년 1,000만 PC통신 가입자중 13% (약 7692 명) 3,300만 PC통신 가입자중 25% ( 약 825만 명 ) 자료: 정보통신부, 1997, 9. 2002년 전에는 생산량의 비중이 수입량의 25% 정도를 차지하지만 2002년 현재 는 60% 이상이고, 앞으로는 생산과 수입의 비중이 같아질 것으로 전망된다. <표 2-11> 국내 광증폭기 시장 규모 추이 (단위: 수량-개, 생산, 시판-백 만원, 수출입-천 달러) 구분 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 생산 수량 100 200 200 400 600 800 1,000 금액 4,100 6,500 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 시판 수량 100 200 190 350 500 600 600 금액 4,100 6,500 4,750 8,750 12,500 15,000 15,000 수출 수량 - - 10 50 100 200 400 금액 - - 221 1,105 2,210 4,421 8,842 수입 수량 600 1,300 700 600 400 200 100 금액 20,672 37,356 15,473 13,262 8,842 4,421 2,210 자료: Fuji Chimera, 2001, 12.

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광증폭기 시장 중 EDFA 광증폭기의 시장규모에 대해 살펴보면 다음과 같다. <표 2-12> EDFA 광증폭기 시장규모 (단위: 세계시장․국내시장규모: 백만 원, 수출전망: 천 달러) 규모 2002년 2003년 2004년 2005년 2006년 세계시장규모 (백만 달러) 2,050 3,120 4,150 5,200 6,050 국내시장규모 (백 만원) 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 수출전망 (천 달러) 1,105 2,210 4,421 8,842 17,684 자료: Fuji Chimera, 2001, 12.

참조

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