ในปัจจุบันนี้นะครับระบบการสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสงนี้ก็ได้เข้ามามีบทบาท ในการสื่อสารคมนาคมมากขึ้นนะครับ เนื่องจากเป็นระบบการสื่อสารที่ มีประสิทธิภาพสูง สามารถรองรับปริมาณข้อมูลข่าวสาร ได้เป็นจำนวนมากครับ และหัวใจของระบบการสื่อสารนี้ก็คือ ใยแก้วนำแสง ซึ่งเป็นตัวกลาง ในการส่งผ่านข้อมูลในรูปของ ลำแสงครับ ใยแก้วนำแสงนี้นะครับผลิตได้โดยการดึงแก้วที่กำลังหลอมออกมาเป็นเส้นใยขนาดเล็ก มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ประมาณเส้นผมของคนเราเท่านั้นครับเล็กมากนะครับ ใยแก้วนำแสงประกอบไปด้วยส่วนหลักๆ 2 ส่วนได้แก่ ส่วนแกน และเปลือก ส่วนแกนจะเป็นเนื้อแก้วครับ ที่มีดัชนีหักเหสูงกว่าชั้นเปลือกเล็กน้อย ดังนั้น หากให้ลำแสงมีมุมตกกระทบพอเหมาะไปบนใยแก้ว จะเกิดการสะท้อนกลับ หมด ที่รอยต่อระหว่างชั้นทั้งสอง ไม่เกิดการหักเหออกไปสู่ภายนอกครับ ลำแสงจึงสามารถเดินทางเป็นระยะทางไกลๆ โดยมีการสูญเสีย พลังงานน้อยมาก เปรียบเทียบกันแล้วระบบสื่อสารผ่านลวดทองแดง จะต้องติดตั้งอุปกรณ์ทวนสัญญาณทุกๆ 1 ไมล์ ขณะที่ระบบใยแก้ว นำแสงใช้เพียง 1 จุดต่อระยะทาง 20 ไมล์ซึ่งไกลมากนะครับ รวมทั้งยังสามารถร้อยใยแก้วจำนวนมากไว้ในท่อเดียวกันได้ โดยที่สัญญาณไม่แผ่ออกมา รบกวน ซึ่งกันและกัน และนอกจากนั้น สัญญาณในรูปลำแสงที่เคลื่อนที่ ไปตามใยแก้วซึ่งเป็นระบบปิดยังช่วยให้ ปลอดภัยจาก สิ่งรบกวน ภายนอก คุณภาพของสัญญาณที่ได้จึงมีความคมชัดสูง ไม่ประสบปัญหาคลื่นแทรกเนื่องจากสิ่งรบกวน ในด้านการบำรุงรักษานั้นนะครับใยแก้วนำแสงนี้สามารถทนความร้อนสูง และไม่นำไฟฟ้าอีด้วยครับ เพราะฉะนั้นใยแก้วนำแสงนี้จึงมีความปลอดภัย ในการใช้งานสูงมากรวมทั้งทนต่อการกัดกร่อนได้ดี มีอายุการใช้งานยาวนานอีกด้วย สาเหตุหลักที่ทำให้ใยแก้วนำแสงหมดอายุก็คือ การแตกหัก หรือการดูดซับโมเลกุลของไฮโดรเจนเข้าไปในเนื้อแก้วครับ ซึ่งทำให้คุณภาพการนำสัญญาณเสียไป ใยแก้วนำแสงนอกจากใช้ในด้านการสื่อสารคมนาคมแล้ว นะครับยังสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านอื่นๆ ได้อีกด้วยครับ เช่น เป็นส่วนประกอบของ อุปกรณ์ในการควบคุมการทำงานของเครื่องจักรภายในโรงงานอุตสาหกรรม อุปกรณ์ตรวจจับสิ่งแปลกปลอม เพื่อป้องกันการบุกรุก ตรวจจับความเข้าของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และยังมีความพยายามที่จะนำมาใช้ในทางการแพทย์ โดยผลิตเป็นอุปกรณ์ตรวจภาย ใน ร่างกาย ที่สามารถสอดเข้าไปยังจุดที่
ประวัติความเป็นมาของเส้นใยแก้วนำแสง
การใช้แสงเป็นสื่อในการนำสัญญาณแล้วส่งไปในตัวกลางต่างๆ นั้น ได้เริ่มขึ้นจากนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ จอห์น ทินดัล ( John Tyndall ) ได้พบว่าแสงสามารถส่งผ่านไปตามลำได้ตั้งแต่ปี พ. ศ. 2413 จาก จุดเริ่มต้นนี้ก็ได้มีความพยายามกันเป็นเวลานานที่จะทำให้ ปรากฏการณ์นี้เป็นประโยชน์ในทางปฏิบัติได้ จนกระทั้งในปี พ.ศ. 2503 ก้าวสำคัญของการเปลี่ยนแปลงได้มาถึงเมื่อมีการทดลองใช้เลเซอร์เป็นครั้ง แรก ต่อมาในปี พ.ศ. 2509 ก็มีนักวิทยาศาสตร์สองคนของสหราชอาณาจักร ชื่อ ฮอคแคม ( G.A Hockham ) และเกา
( C.C. Kao ) ได้ทำการศึกษาวิจัยว่าตัวกลางที่ทำด้วยใยแก้วนำแสงสามารถส่งผ่านได้ 1% ของแสงอินพุตด้วยระยะทาง 1 กิโลเมตร และตัวกลางนี้จะเป็นคู่แข่งสำคัญกับสายทองแดงและสายหุ้มฉนวน ( Coaxial Cable ) จากนั้นความก้าวหน้าทางวัสดุศาสตร์เรื่อยมา จนปัจจุบันทำให้สามารถมีใยแก้วนำแสงที่มีการส่งผ่านแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ หรือการสูญเสียต่ำได้ ใยแก้วนำแสงบางชนิดซึ่งอาจมีการสูญเสียต่ำ มากคือการสูญเสียเพียง 0.1 เดซิเบลต่อกิโลเมตร ( db\km ) เท่านั้น
แกน : เป็นส่วนตรงกลางของเส้นใยแก้วนำแสง และเป็นส่วนนำแสง โดยดัชนีหักเหของแสงส่วนนี้ต้องมากกว่าของส่วนแคลดแล้ว ลำแสงที่ไปในแกนจะถูกขังหรือเคลื่อนที่ไปตามเส้นใยแก้วนำ แสงด้วยขบวนการสะท้อนกลับหมดภายใน
ส่วนป้องกันเป็นชั้นที่ต่อมาจากแคลดเป็นที่กันแสงจากภายนอกเข้าเส้นใยแก้วนำแสง และกันแสงจากเส้นใยแก้วนำแสงออกข้างนอก และยังใช้ประโยชน์เมื่อมีการเชื่อมต่อเส้นใยแก้วนำแสง โครงสร้างอาจประกอบไปด้วยชั้นของพลาสติกหลายๆชั้น นอกจากนั้นส่วนป้องกันยังทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันการกระทำจากแรงภายนอกอีกด้วย ตัวอย่างของค่าดัชนีหักเหเช่น แกนมีค่าดัชนีหัก เหประมาณ 1.48 ส่วนของแคลดและส่วนป้องกันซึ่งทำหน้าที่ป้องกันแสงจากแกนออกภายนอก และป้องกันแสงภายนอกลบกวนจะมีค่าดัชนีหักเหเป็น 1.46 และ 1.52 ตามลำดับ
ใยแก้วนำแสงนั้นมีกระบวนการผลิตหลายวิธี ซึ่งจะแตกต่างกันที่วิธีทำแท่งพรีฟอร์มหลังจาก ได้แท่งพรีฟอร์มแล้วก็จะนำมาดึงเป็นใยแก้วนำแสงขนาดและประเภทต่างๆ พร้อมทั้งทำการป้องกัน เพื่อทำเป็นเคเบิลตามลักษณะของการใช้งานต่างๆ เช่น สายเคเบิลกับงานเดินสายใต้ดิน สายอากาศใต้น้ำ สายในอาคาร และงานหระว่างอาคาร เป็นต้น ดูดังรูปที่ 6 จะเป็นตัวอย่างเคเบิลใยแก้ว นำแสง ซึ่งเป็นลักษณะทั่วๆไปเท่านั้น สำหรับการใช้งานในปัจจุบันนั้นมีเคเบิลมากมายหลายชนิดแล้วแต่ความต้องการใช้งานเป็นสำคัญ
เส้นใยแก้วนำแสงโหมดเดียว
เส้นใยแก้วนำแสงโหมดเดียวมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของแกนและแคลดประมาณ 5-10 และ 125 ไมคอน ตามลำดับ ซึ่งส่วนของแกนมีขนาดเล็กกว่าเส้นใยแก้วนำแสงชนิดหลายโหมดมาก แลให้ แสงออกมาเพียงโหมดเดียว ลักษณะหน้าตัดของเส้นใยแก้วนำแสงโหมดเดียวแสดงไว้ดังรูป
งเส้นใยแก้วนำแสง หลายโหมดนั้นมีขนาดใหญ่ดังนั้น แสงที่ตกกระทบที่ปลายอินพุตของเส้นใยแก้วนำแสงมีมุมตกกระทบที่แตกต่างกัน หลายค่า จากหลักการสะท้อนกลับหมดของแสงที่เกิดขึ้นภายในส่วนของ แกนทำให้มีแนวลำแสงเกิดขึ้นหลายโหมด และแสงแต่ละโหมดใช้เวลาเดินทางโดยใช้ระยะเวลาเดินทางที่แตกต่างกัน อันเป็นเหตุให้เกิดการแตกกระจายของโหมดแสง ( Mode Dispersion ) หรือของสัญญาณที่ได้รับได้เนื่องจากความแตกต่างของเวลา จึงได้มีการพัฒนาจะลดการแตกกระจายของสัญญาณซึ่ง เกิดขึ้นจากเส้นใยแก้วนำแสงหลายโหมดด้วนการ ปรับปรุงลักษณะดัชนีการหลักเหของแสงของแกน การผสมและแยกสัญญาณ การผสมสัญญาณ ( Modulation ) ของสื่อสารนั้น หมายถึงการทำให้ความถี่
ของการสั่นในการส่งเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณข่าวสาร สำหรับการสื่อสารใยแก้วนำแสงนั้นความถี่ ( หรือความยาว คลื่น ) ของแสงที่ปล่อยออก มาจากอุปกรณ์กำเนิดแสงที่ไม่มีค่าคงที่ ดังนั้นความหมายของการผสมสัญญาณ จึงแตกต่างกับการสื่อสารทางไฟฟ้า ถ้าหากสามารถทำให้แสงเป็นแสงอาพันธ์ ( Coherence Light ) ที่สมบูรณ์นั้นคือความถี่คงที่ และสามารถเปลี่ยนความถี่แสง ให้อยู่ในย่านความถี่ไมโครเวฟได้ ก็ทำให้การสื่อสารใยแก้วนำแสงมีการผสมคลื่นต่างๆ เหมือนกับการสื่อสารทาง ไฟฟ้า ดังนั้นจงกล่าวไว้ว่าการผสมคลื่นแสงนั้นเป็นเพียง การผสมความเข้มแสง ( Intensity Modulation ) เท่านั้น ดูรูป ประกอบ ปกติสัญญาณแสงทางด้านรับของระบบสื่อสารนั้นสัญญาณจะอ่อนกำลังลง และบางครั้งอาจจะเกิดความผิดพลาดเนื่องจากการส่งผ่านไปใยแก้วนำแสง เมื่ออุปกรณ์รับแสงทำการแปลงสัญญาณแสง ให้ได้สัญญาณไฟฟ้าที่ออกมาเป็นรูปของสัญญาณเดิมที่สัญญาณพื้นฐาน ( Baseband ) และเป็นไปตามรูปร่างของกรอบคลื่น ( Envelope ) ของสัญญาณที่เกิดจากการรวมกับคลื่นพาห์ทางแสง สัญญาณนี้จะผ่านขั้นตอนทางไฟฟ้าเพื่อทำการขยายสัญญาณ และได้สัญญาณที่เครื่องรับปลายทางเหมือนกับต้นกำเนิดข่าวสารทุกประการ ในอนาคตเราสามารถทำให้แสงที่เป็นแสงอาพันธ์อย่าง สมบูรณ์ก็จะสมารถใช้กับวิธีการผสมที่ทำให้ ความถี่ของต้นกำเนิดแสงเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณนั้น คือใช้วิธีผสมคลื่นที่มีประสิทธิภาพดีได้และทำนองเดียวกันกับทางด้านรับแสงก็สามารถใช้ แยกสัญญาณที่เรียกว่าเทคนิคทางด้านความถี่ ( Heterodyne Detection ) เป็นส่วนการรับสัญญาณปลายทาง
การส่งสัญญาณแบบดิจิตอลและแอนะล็อก การส่งสัญญาณโดยทั่วไปนั้นมีสองแบบคือ การส่งสัญญาณแบบดิจิตอล ( Digital ) และแอ นะล็อก ( Analog ) การสื่อสารด้วยแสงนั้นมีการส่งสัญญาณอยู่สองชนิดนี้เช่นกัน ซึ่งขึ้นอยู่ กับสัญญาณไฟฟ้าที่มาผสมกับแสงว่าเป็นสัญญาณดิจิตอลหรือแอนะล็อกเท่านั้น การส่ง สัญญาณแบบดิจิตอลโดยทั่วไปแล้วจะนำมาเปลี่ยนรหัส ( Code ) ที่เหมาะแก่การส่งก่อน แล้วจึงส่งออกไปเช่นเดียวกับการส่งสัญญาณแบบแอนะล็อก นั้นคือก่อนที่จะทำการ เปลี่ยนแปลงสัญญาณแอนะล็อกให้เป็นสัญญาณแสงนั้น จะทำการผสมสัญญาณขั้นแรกกับ แหล่งกำเนิดแสงก่อน ทั้งนี้ก็เพราะว่าแสงเอาต์พุตของอุปกรกำเนิดแสงนั้นไม่เป็นสัดส่วน กับระดับสัญญาณไฟฟ้าอินพุตเสมอไป ซึ่งทำให้เกิดความยุงยากในการรักษาคุณสมบัติ ของการส่งเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวจึงต้องทำการผสมสัญญาณเบื้องต้นก่อน การเลือกระบบ การส่งสัญญาณทั้งสองชนิดนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการทำงาน การเลื่อระบบการส่ง แบบแอนะล็อกมักใช้กับการส่งสัญญาณภาพในข่าย ( Networks ) หรืเคเบิ้ลทีวี แต่ใน อนาคตการส่งแบบดิจิตอลที่มีคุณสมบัติดีกว่าจะเข้ามามีบทบาทสำคัญในทุกๆ ด้าน
การทำมัลติเพลกซ์
การสื่อสารนั้นถ้าสามารถส่งข่าวสารได้มากกว่าเท่าใดก็จะเป็นการประหยัด ระบบสื่อสาร ใยแก้วนำแสงก็เช่นเดียวกันต้องมีการทำมัลติเพลกซ์ ( Multiplex ) เหมือนกับระบบสื่อสาร ในสายที่เป็นโลหะเช่นกันการมัลติเพล็กซ์ทางแสงสามารถแบ่งได้ 4 ประเภทคือ
1. การมัลติเพลกซ์แบบระยะทาง ( Space Division Multiplexing ) หมายถึง ในสายเคเบิ้ลหนึ่งเส้นจะมีเส้นใยแก้วนำแสงเป็นจำนวนมาก ซึ่งเป็นวิธีที่ทำให้ส่งสัญญาณได้จำนวนมากกว่าสายเคเบิ้ล หนึ่งเส้น 2. การมัลติพลกซ์แบบแบ่งความถี่ ( Frequency Division Multiplexing ) เป็นระบบที่ใช้กับการสื่อสารใยแก้วนำแสงที่มีการส่งสัญญาณจำนวนมาก โดยก่อนส่งไปนั้นจะถูกทำการมัลติเพลกซ์ใน ขั้นตอนของการแปลงเป็นสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าก่อนการส่งสัญญาณ ดูรูป
3. การมัลติเพลกซ์แบบแบ่งเวลา ( Time Division Multiplexing ) มีหลักการเช่นเดียวกับการมัลติเพลกซ์แบบแบ่งความถี่ซึ่ง เป็นวิธีการที่ใช้สำหรับการส่งสัญญาณแบบดิจิตอล
4. การมัลติเพลกซ์แบบแบ่งความยาคลื่น ( Wavelength Division Multiplexing ) เป็นวิธีการส่งสัญญาณแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันจำนวนมากในใยแก้วนำแสงเส้นหนึ่ง ข้อดีคือสัญญาณไฟฟ้าที่ ส่งไปกับความยาวคลื่นแต่ละความยาวคลื่นไม่ว่าจะเป็น แบบแอนะล็อกหรือแบบดิจิตอลสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยง่าย ดูรูป
อุปกรณ์แหล่งกำเนิดแสง แหล่งกำเนิดแสงที่นิยมใช้ในปัจจุบันคือ ไดโอดเปล่งแสงชนิดสารกึ่งตัวนำและไดโอดเลเซอร์ เพราะไดโอดเหล่านี้เปล่งแสงที่มีความยาวคลื่นย่าน 0.8-0.9 และ 1.3-1.6 ไมครอน ซึ่งตรงกับย่านที่ใย แก้วนำแสงมีค่าสูญเสียต่ำแลสามารถควบคุมกำลังขาออกได้อย่างรวดเร็ว โดยการปรับค่ากระแสไบแอส ( Bias Current ) จึงง่ายต่อการผสมสัญญาณ อีกทั้งอายุใช้งานมากกว่าหนึ่งล้านชั่วโมง ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง LED และ LD คือ LD มีมุมการเปล่งแสงที่แคบกว่าแต่มีความกว้างของสเปกตรัมมากกว่า ( Spectrum Width ) จึงนิยมใช้กับการส่งสัญญาณแบบโคฮีเรนท์ ( Coherent Transmission ) นอกจากนี้ยังเปล่งแสงเมื่อมีการต่อกระแสขับดัน ( Drive Current ) ได้เร็วกว่า แต่เนื่องจาก LD เป็นอุปกรณ์เทรชส์โฮลด์ ( Threshold Device ) การเปล่งแสงจึงไม่คงที่ และเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแส จึงต้องมีวงจรควบคุมแบบป้อนกลับ ( Feedback ) เพื่อทำให้กำลังขาออกของเลเซอร์คงที่
อุปกรณ์รับแสง อุปกรณ์รับแสงที่นิยมใช้เป็นประเภทสารกึ่งตัวนำแบ่งออกเป็นพวกใหญ่ๆ ได้ 2 ประเภทตามแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้จากภายนอกคือ
โฟโต้ไดโอด ( Photodiode, PD ) เป็นพวกที่ได้รับการป้อนแรงดันไฟฟ้าปริมาณน้อย ตัวอย่างเช่น ( PIN-PD )เป็นต้น
อะวาลานช์โฟโต้ไอโอด ( Avalanche Photodiode, APD )เป็นพวกที่ได้รับการป้อนปริมาณแรงดันไฟฟ้าปริมาณมาก การเลือกใช้อุปกรณ์รับแสงแบบ PIN หรือ APD นั้น ตามปกติจะขึ้นอยู่กับราคา และความไวของเครื่องรับที่ต้องการ ( Receiver Sensitivity ) กระบวนการอะวาลานช์ใน APD มีเทรชส์โฮลด์ซึ่งทำให้มีราคาแพงกว่า PIN เนื่องจาก APD มีการขยายกำลังได้สูงจึงจะทำให้ความ ไวของเครื่องรับได้ถึงปริมาณ -15 dB ซึ่งมากกว่า ไดโอด PIN นอกจากนี้ยังพิจารณาถึงระดับสัญญาณระดับต่ำสุดที่จะรับได้ด้วย
คุณสมบัติใยแก้วนำแสง
การลดทอน
กำลังของแสงจากแหล่งกำเนิดแสง ( Pi ) ถูกส่งเข้าไปใยเส้นใยแก้วนำแสงยาว L กิโลเมตรแล้วกำลังของแสงที่ออกจากเส้นใยแก้วนำแสง ( Po ) เมื่อพิจารณาที่ ( Po
เมื่อการลดทอนกำลังของแสงในแก้วนำแสงนั้นมีผลมาจกการดูดกลืนแสงของในส่วนของ แกน หรือ แคลด การสะท้อนของรังสีของแสง และการโค้งงอของใยแก้วนำแสง
การดูดกลืนจากภายนอก
โอเวอร์โทนจะได้จุดยอดที่ 1.24 1.13 และ 0.88 การลดทอนของแสงที่เกิดจาก การดูดกลืนของแสงนี้เกิดจากการที่ใช้สาร ผลิตเส้นใยแก้วนำแสงหรืแก้วที่มีสารอื่นเจือปนอยู่ทำให้เกิดการดูดกลืน ของแสงขึ้น โดยทั่วไปจะมีการดูดแสงอันเนื่องมาจากแก้วและสารเจือปน ตัวอย่างเช่น กรณีที่มีสารเจือปนอยู่ 1 ในล้านส่วนก็จะทำให้เกิดการดูดกลืน
เทคนิคการผลิตเส้นใยแก้วนำแสงสมัยใหม่สามารถ ลดอิออนของสารเจือปนพวกนี้ได้จนถึง ระดับไม่มีผลต่อการดูดกลืนได้ อย่างไรก็ตามอิออนตัวหนึ่งที่สามารถขจัดได้คือ ไฮดรอกซิล ( Hydroxyl,OH ) จุดยอดของการสั่นพื้นฐานของอิออนไฮดรอกซิล จะเกิดที่ความยาวคลื่นประมาณ2.27 ไมครอน และพื้นฐานการสั่นประมาณ 4.2 ไมครอน ซึ่งการสั่นพื้นฐาน จะทำให้เกิดโอเวอร์โทน ( Overtone ) ที่ฮาร์มอนิกต่างๆ ดังนี้ 1.38 0.95 และ0.72 ไมครอน และเมื่อรวมระหร่างการสั่น พื้นฐานและไมครอนตามลำดับ
การสะท้อนเรย์ลี
การดูดกลืนของใยแก้วนำแสงที่ความยาวคลื่นสั้นซึ้งขึ้นอยู่กับ การสะท้อนของแสงที่เกิดจากเส้นใยแก้วนำแสง มีค่าดัชนีการหักเหที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน โดยค่าสัมประสิทธิ์ของการดูดกลืนชนิดเรย์ลี ( Rayleigh ) จะเท่ากับ 1/ ของค่าสูญเสียของกำลังแสงที่เกิดจากการสะท้อนเรย์ลีนั้นแสดงในรูป
การสูญเสียจากการโค้งงอ
การสูญเสียแบบโค้งงอ ( Bending Loss ) แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ การโค้งงอชนิด มหภาคหรือการแมคโคเบนด์ ( Macrobend ) ที่มีรัศมีส่วนโค้งมากกว่า 10 มิลลิเมตร และการโค้งงอชนิดจุลภาคหรือ ไมโครเบนด์ ( Microbend ) ที่มีรัศมีส่วนโค้งน้อยกว่า 10 มิลลิเมตร การดค้งงอแบบแมคโคเบนด์จะเกิดขึ้นเมื่อเส้นใยแก้วนำแสงม้วนอยู่รอบหลอดม้วน เนื่องจากการถูกโค้งงอตามมุมต่างๆ การ เกิดการสูญเสียเนื่องจากการโค้งงอแบบมีรังสีของแสงที่เคลื่อนที่ที่เส้นใยแก้วตรงบริเวณที่โค้งงอ ซึ่งทำให้แสงตกกระทบตรงลอยต่อระหว่างแกน และแคลด ที่มีค่าน้อยกว่ามุมวิกฤต จึงทำให้ รังสีของแสงกระจายออกไปนอกเส้นใยแก้วดังแสดงในรูป
การเดินทางของแสงในแก้วนำแสงที่โค้งงอ
การสูญเสียของกำลังแสงจะมีต่ำสำหรับแสงที่มีความยาวคลื่นต่ำ และถ้าผลต่างของค่าดัชนีหักเหระหว่างแกนและแคลดมีค่ามาก ก็จะทำให้การสูญเสียมีค่าสูง เส้นใยแก้วชนิดโหมดเดียวที่ทำงานที่ ความยาวคลื่นยาวๆ จะไวต่อการสูญเสียต่อการโค้งงอ และเส้นใยแก้วที่พันอยู่รอบแกนม้วนที่มรรัศมี 10 เซนติเมตร ซึ่งนับว่าสั้นนั้นก็ยังสามารถแก้ไขได้โยการ ตัดใยแก้วนำแสงส่วนที่โค้งงอทิ้ง ไปได้ การโค้งงอชนิดไมโครเบนด์เกิดจากความไม่สมบูรณ์ของโครงสร้าง ทางเรขาคณิตของ เส้นใยแก้วนำแสงในขบวนการผลิตเช่น รัศมีของแกน จุดต่อระหว่างแกน และแคลดที่ขรุขระ เป็น ต้น ซึ่งเป็นผลมาจากกระบวนการผลิต นอกจากนั้นที่เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยแก้ว ไม่เท่ากันตลอดทั้งเส้นก็ทำให้มีแสงบางส่วนกระจาย ออกมาจากเส้นใยแก้วนำแสงได้เหมือนกัน
ในไม่ช้าเส้นใยพลาสติกจะเข้ามามีบทบาทอย่างมากอย่างแน่นอน จนสามารถนำเครือข่ายสื่อสารเข้าถึงบ้านเรีอน หรือที่อยู่อาศัยได้ ( Fiber-optic to the home ) เส้นใยพลาสติกนั้นอาจทำมาจาก พลาสติกประเภทต่างๆ ตัวอย่างเช่น โพลิเมทีลเมตะครเลท ( Polymethylmethacrylate ) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความยาวคลื่นประมาณ 650 nm ที่มีค่าการลดทอนของแสงเท่ากับ 150 dB/km อย่างไรก็ ตามในช่วงความยาวคลื่นนี้ไม่ได้อยู่ในย่านของการสื่อสารจึงไม่นิยมใช้งาน เส้นใยพลาสติกอีกประเภทหนึ่งคือ ฟลูออริเนทโมโนเมอร์ ( Flourniated Monomer ) ซึ่งพบว่ามีค่าการลดทอนที่ 25- 50 dB/km ในช่วงความยาวคลื่นที่สามารถใช้ได้ในเครือข่ายสื่อสารคือ 600-13000 nm เส้นใยแก้วพลาสติกประเภทโพลิเมอร์โยเมื่อนำไปใช้งานจะมีขนาดของเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 750 ถึง 1000 ไมโคเมตร และสามารถส่งผ่านสัญญาณที่ทีอัตราความเร็วได้ถึง 3 Gbit/s เลยที่เดียว รูปเป็นตัวอย่างเส้นใยพลาสติก
การประยุกต์สื่อสารทางแสง
การมัลติเพลกซ์ทางแสง
จะกล่าวถึงหลักการของการสื่อสารทางแสงและ การมัลติเพลกซ์ทางแสงโดยจะกล่าวถึงข้อดีของการสื่อสารทางแสง ในส่วยของการมัลติเพลกซ์ทางแสงก็จะกล่าวถึงวิธีในการมัลติเพลกซ์ทางแสง แบบต่างๆ ที่นำมาใช้ในระบบสื่อสารทางแสง ซึ่งจะกล่าวเป็นหัวข้อดังต่อไปนี้
หลักการสื่อสารทางแสง
ในอดีตมนุษย์ได้ค้นคว้าหาวิธีที่จะทำให้ผู้ที่อยู่ห่างไกล ได้รับข่าวสารได้ในรูปแบบต่างๆ เช่น การใช้สัญญาณไฟ สัญญาณควัน หรือเสียงแตรเป็นต้นเพื่อจุดประสงค์ให้ผู้ที่อยู่ห่างไกล สามารถทราบ ข่าวสารได้จนกระทั้งในปี พ.ศ. 2381 แซลมวล มอส ( Samuel F.B. Morse ) ได้เสนอทฤษฏีในการสื่อสารทางไฟฟ้าขึ้นจากจุดนี้เอง ทำให้เกิดการวิจัยเพื่อที่จะทำการส่งข่าวสารให้ได้ระยะไกล ยิ่งขึ้น ในปี พ.ศ. 2487 ก็ได้ให้บริการรับส่งทางโทรเลข และต่อมาก็ได้มีการติดตั้งตั้งระบบ โทรศัพท์ขึ้นหลังจากนั้นจึงได้มีการค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ในปี พ.ศ. 2430 โดยเฮิรตซ์ ( Hertz ) จากจุดนี้เองก็ได้มีการพัฒนาระบบสื่อสารขึ้นเป็นอย่างมาก จึงได้มีการนำเอาคลื่น แม่เหล็กไฟฟ้านี้ไปใช้ในการสื่อสารอย่างกว้างขวาง และทำให้เทคโนโลยีทางด้านการสื่อสารเติบโตขึ้นอย่างเร็ว ซึ่งเป็นผลทำให้ช่วงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ถูกนำมาใช้งานมากขึ้น เนื่องจากการสื่อสารข่าวสารในระบบไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านช่องสัญญาณสื่อสารของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โยจะฝากข่าวสารไปกับตัวกลางเมื่อถึงปลายทางจะดึงข่าวสารออกมาเพื่อนำไปประมาณผล ต่อไป โดยปริมาณข้อมูลที่ส่งผ่านไปในตัวกลางนั้นจะสัมพันธ์กับความถี่ของคลื่นพาห์ที่ใช้งาน ถ้าคลื่นพาห์มีความถี่สูงขึ้นแบนด์วิดท์ของการสื่อสารก็จะสูงตามไปด้วย ทำให้ความจุของ สัญญาณมากขึ้น ดังนั้นแนวโน้มในการพัฒนาระบบสื่อสารนี้ก็จะมีการใช้ความถี่สูงขึ้น แต่เนื่องจากปัจจุบันมีความต้องการ
ช่องสัญญาณมากขึ้น ซึ่งทำให้ช่องสัญญาณที่มีอยู่ไม่เพียงพอตามความต้องการ จึงทำให้ไปสนพิจารณาช่วงสเปกตรัมของคลื่นแสง ทั้งนี้เนื่องจากสเปกตรัมของคลื่นสงอยู่ ในย่านความถี่ประมาณ 10- 10 เฮิรตซ์ ดังแสคงในรูปที่ 20 คลื่นแสงที่นำไปใช้งานในด้านโทรศัพท์ข้อมูล และสัญญาณภาพซึ่งทำให้ข่าวสารที่ส่งไปนั้นมี ความจุของขาวสารจำนวนมากเลเซอร์เป็นสิ่งประดิษฐ์หนึ่งที่ได้ถูก นำมาใช้ในการสื่อสาร โดยเลเซอร์นี้ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี พ.ศ. 2503 การส่งสัญาณด้วยแสงในระยะแรกนั้นจะนำไปใช้ ในการสื่อสารระยะทางใกล้ๆและต่อมาจึงได้นำไปใช้กับระยะทางไกลๆ จนถึงระยะทางไกลระห่างโลกและอวกาศและการส่งสัญญาณระหว่างดาวเทียมเป็นต้น
ประโยชน์ของใยแก้วนำแสง
การลดทอนสัญญาณในเคเบิ้ลใยแก้ว มีค่าต่ำกว่าในสายเคเบิ้ลธรรมดา ทำให้การติดตั้งระบบเคเบิ้ลใยแก้ว เพื่อการสื่อสารเสียเงินลงทุนต่ำกว่า เพราะในเคเบิ้ล ธรรมดา ต้องมีสถานีทวนสัญญาณทุก ๆ 3-5 กิโลเมตร ส่วนใน กรณีของเคเบิ้ลใย แก้วมีระยะห่างได้ถึง 50 กิโลเมตรทีเดียว
ช่องกว้างของแถบการส่งสัญญาณ แบนด์ววิดท์ของเคเบิ้ลใยแก้วมีสูงกว่า ทำให้สามารถส่งสัญญาณข้อมูลได้มากกว่า ขนาดของเคเบิ้ลใยแก้วเล็กกว่าเคเบิ้ลธรรมดา ถ้านำไปใช้ในงานบางอย่าง เช่น การวางเคเบิ้ลใต้น้ำ ซึ่งเดิม ต้องใช้ เคเบิ้ลขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 3 นิ้วครึ่ง ที่ประกอบด้วยสาย ส่งสัญญาณจำนวน 320 เส้น แต่หากใช้เคเบิ้ลใยแก้วแล้ว ก็จะมีเส้น ผ่านศูนย์กลางเพียงประมาณ 125 ไมครอน และใช้สายสัญญาณเพียง 5 เส้นเท่า นั้น และที่สำคัญ คือ มีน้ำหนักเบา สามารถติดตั้งบำรุงรักษา และ ซ่อมแซม ได้ง่ายอีกด้วย
เคเบิ้ลใยแก้วช่วยตัดปัญหา เรื่องสัญญาณรบกวน อันเนื่องมาจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ได้โดยเด็ดขาดเพราะมีการ ใช้ สัญญาณแสงเป็นตัวนำข้อมูล ไม่มีสัญญาณไฟฟ้า เข้ามาเกี่ยวข้องทำ ให้การรับ- ส่งข้อมูล มีความคลาดเคลื่อนน้อยกว่า
ข้อดีของการสื่อสารทางแสง
สำหรับข้อดีของการสื่อสารทางแสงมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้
1.มีแบนด์วิดท์กว้าง และมีอัตราของการสูญเสียของแสงต่ำ ทำให้ประหยัดช่องสัญญาณ นอกจากนี้ยังทำให้ประหยัดอุปกรณ์ในการทวนสัญญาณ
2.มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานและติดตั้งได้ง่าย
3.ปราศจากสัญญาณรบกวนทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากเป็นแสงจึงไม่มีผลของการรบกวนเนื่องจากผลของการเหนี่ยวนำไฟฟ้าเกิดขึ้น
4.สามารถแยกสัญญาณทางไฟฟ้าได้ด้วยแสง โดยปกติการส่งสัญญาณทางไฟฟ้าจะต้องมีสายดินรวมกัน แต่ในระบบการสื่อสารทางแสงนี้ไม่ต้องต่อสายดิน เนื่องจากอาศัยหลักการเปลี่ยนสัญญาณ ทางไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสง
5.มีความปลอดภัยของสัญญาณ ข่าวสารที่ส่งไปกับแสงจะมีตำแหน่งรับส่งที่แน่นอน ดังนั้นจึงไม่สามารถที่จะลักลอบใช้สัญญาณทางแสงเพื่อไปประมวลผลได้
6.องค์ประกอบที่ใช้ในการส่งสัญญาณทางแสงจะมีขนาดเล็กและราคาถูก เมื่อเปรียบเทียบกับจำนวนช่องสัญญาณที่ใช้ในการสื่อสาร
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น