ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเส้นใยแก้วนำแสง

ข้อสรุปบทที่ 1 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเส้นใยแสง รูปแสดงโครงสร้างของเส้นใยแก้ว หรือใยแก้วนำแสง (Optical Fiber)

แกนกลาง หรือ คอร์ (core) ใยแก้วบริสุทธิ์ (bare fiber) ซิลิกา หรือ ซิลิกอนไดออกไซด์ ที่อยู่ตรงแกนกลางของสายใยแก้วนำแสง

แคลดดิ้ง (cladding) ทำหน้าที่สะท้อนแสงและป้องกันไม่ให้แสงวิ่งทะลุผ่านเส้นใยแก้วได้ โดยจะมีดัชนีการหักเห (refractive index) น้อยกว่าคอร์

ฉนวนหุ้ม (coating) เป็นวัสดุที่มีความแข็งอยู่ชั้นนอกสุดทำหน้าที่ป้องกันการกระแทกและการแตกหักของเส้นใยแก้ว ทำมาจากซิลิโคน โพลีเมอร์ หรือพลาสติก

แกนกลาง หรือ คอร์ (core) เป็นเส้นใยแก้วบริสุทธิ์ ซิลิกา หรือ ซิลิกอนไดออกไซด์ ที่อยู่ตรงแกนกลางของสายใยแก้วนำแสง

เคเบิล (Cable) คือ การรวมเส้นใยแก้วนำแสงเข้าด้วยกันหลายๆ เส้นให้เป็นเป็นใหญ่เพื่อรวมเส้นใยแก้วไว้ในเส้นเดียว เพื่อให้สามารถรับแรงกระแทรก การโค้งงอ ทนต่อสภาพแวดล้อม

TIR (Total Internal Reflection) การนำแสงที่ดีภายในเส้นใยแก้วโดยที่แสงไม่วิ่งออกนอกเส้นใยแก้ว เรียกว่า “การสะท้อนกลับหมดของแสง”

การลดทอนแสงต่ำ (low attenuation) มีค่าน้อยกว่า 0.01 db/K.m หมายความว่า แสงเดินทางในเส้นใยแก้วระยะทาง 1 กม. จะสูญเสียกำลังงานไปประมาณ 0.23 %

การลดทอนของแสง (attenuation) จะขึ้นอยู่กับความยาวของคลื่นแสงและสีของแสงที่เดินทางผ่านเนื้อแก้วนั้น โดยความยาวคลื่นที่สูญเสียกำลังน้อยจะอยู่ที่ 1.3 – 1.55 ไมครอน ระบบสื่อสารจึงนิยมใช้คลื่นช่วงนี้

ชื่อเรียกเส้นใยแก้ว เส้นใยแก้วนำแสง หรือ เส้นใยนำแสง หรือ เส้นใยแสง ออปติกไฟเบอร์ (optic fiber) หรือ ออปติคอลไฟเบอร์ (optical fiber) หรือ ไฟเบอร์ออฟติก (fiber optic)

หลักการพื้นฐานทั่วไปของการสื่อสารด้วยแสง

ระบบสื่อสารที่ใยแก้วเป็นตัวกลางนำข้อมูลพร้อมแสง

ประวัติความเป็นมา พ.ศ. 2397 (1854) เริ่มทดลองให้แสงเดินทางไปตามลำน้ำเล็กๆ พ.ศ. 2423 (1880) มีการกล่าวถึงแนวการส่งข้อมูลด้วยโทรศัพท์แสง พ.ศ. 2453 (1910) เริ่มทดลองใช้ท่อโลหะทรงกระบอกสะท้อนแสง พ.ศ. 2473 (1930) เริ่มนำเส้นแก้วมามัดรวมกันเพื่อใช้ในการนำแสง พ.ศ. 2493 (1950) ส่งสัญญาณภาพในรูปของแสง (เอ็นโดสโคป) พ.ศ. 2509 (1966) เริ่มผลิตเส้นใยแก้วแต่มีการลดทอนทางแสงสูง พ.ศ. 2513 (1970) สามารถผลิตเส้นใยแก้วนำแสงที่บริสุทธิ์ได้ มีการลดทอนทางแสงต่ำ ขนาด 20 dB/km และเหลือ 5 dB/km

แต่ของเส้นใยแก้วนำแสงจะมีสถานีทวนสัญญาณได้ไกลกว่า 50 กม. ข้อดีของเส้นใยแก้ว 1.มีค่าลดทอนสัญญาณต่ำ (low attenuation) ความยาวคลื่นแสงในช่วง 1.3 – 1.55 ไมครอน (น้อยกว่า 0.2 Db/km.) ทำให้มี repeater น้อย โดยปกติสายทองแดงที่ใช้ในงานโทรศัพท์จะมีสถานีทวนสัญญาณทุก 2-5 กม. แต่ของเส้นใยแก้วนำแสงจะมีสถานีทวนสัญญาณได้ไกลกว่า 50 กม.

บรรจุข้อมูลได้จำนวนมหาศาล ข้อดีของเส้นใยแก้ว บรรจุข้อมูลได้จำนวนมหาศาล ใยแก้วนำแสงมีช่องทางในการส่งข้อมูลที่กว้าง เนื่องจากใช้แสงที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีความถี่คลื่นนำสัญญาณ (คลื่นพาหะ) = 10 Hz 15 มีอัตราส่งข้อมูลแบบดิจิตอลขนาด 565 Mb/s ในต่างประเทศมีการส่งขนาด 5 Gb/s ปัจจุบันในเชิงพาณิชย์มีการส่งขนาด 80 Gb/s

โครงสร้างของสายเคเบิลมีขนาดเล็กน้ำหนักเบา ข้อดีของเส้นใยแก้ว โครงสร้างของสายเคเบิลมีขนาดเล็กน้ำหนักเบา ราคาถูก เมื่อเทียบกับสายส่งชนิดที่ทำมาจากทองแดง เป็นอิสระทางไฟฟ้า คือไม่นำไฟฟ้า ปราศจากสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า ข้อมูลมีความปลอดภัยสูง เนื่องจากสายจะต้องต่อกับเครื่องรับโดยตรง มีความทนทานต่อการใช้งานหลายปี

ข้อด้อยของเส้นใยแก้ว มีความเปราะบาง แตกหักง่าย ทำการเดินสายแบบโค้งงอได้รัศมีที่น้อย ไม่เหมือนสายไฟ ในการติดตั้งหรือเชื่อมต่อจะต้องใช้เครื่องมือที่มีราคาแพง ต้องอาศัยผู้ชำนาญการพิเศษในการติดตั้ง

ประโยชน์และการใช้งาน ในด้านการแพทย์ กล้องส่องภายในร่างกาย เครื่องมือตัดเนื้อร้ายด้วยแสงเลเซอร์ การวิเคราะห์เนื้อเยื่อสมอง การรักษาโรคหัวใจ โดยการแทงเส้ยใยแก้วไปตามเส้นเลือด

ประโยชน์และการใช้งาน เครื่องมือวัดและตรวจสอบ การนับผลผลิตในงานอุตสาหกรรม เซนเซอร์ต่างๆ ใช้ในการวิจัยทำผิวสัมผัสแสดงความรู้สึก การควบคุมการทำงานระยะไกล ตรวจหาสิ่งของในที่เข้าถึงได้ยาก และลึก

ประโยชน์และการใช้งาน ในระบบสื่อสารโทรคมนาคม การสื่อสารผ่านใยแก้วใต้น้ำในประเทศไทย

ประโยชน์และการใช้งาน ในระบบสื่อสารโทรคมนาคม การสื่อสารผ่านใยแก้วใต้น้ำระหว่างไทยและเพื่อนบ้าน M-T ระหว่าง มาเลเซีย และ ไทย(ชลี1 เพชรบุรี) ASEAN M-S-T ระหว่าง มาเลเซีย สิงค์โปร์ และ ไทย ปัจจุบัน การสื่อสารแห่งประเทศไทยมีระบบเคเบิลใต้น้ำเชื่อโยงกับกลุ่มประเทศอาเซียน ประเทศในแถบเอเชียตะวันออกไกล ทวีปอเมริกาเหนือ ทวีปออสเตรียใต้ และทวีปยุโรป

ประโยชน์และการใช้งาน ในระบบสื่อสารโทรคมนาคม การเชื่อมโยงในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิค APCN (Asia Pacific Cable Network)

ประโยชน์และการใช้งาน ในระบบสื่อสารโทรคมนาคม ระบบโครงข่ายสื่อสารดิจิตอล ISDN (Intergrated Services Digital Network) เช่น สัญญาณโทรศัพท์ โทรภาพ แฟกซ์ เคเบิลทีวี การสื่อสารข้อมูลทางคอมพิวเตอร์ ระบบมัลติมิเดีย อินเตอร์เน็ต การประชุมระยะไกล สามารถส่งได้ในเวลาเดียวกัน SHD/SONET (Synchronous Digital Network / Synchronous Optical Network)

ประโยชน์และการใช้งาน ในระบบสื่อสารโทรคมนาคม ระบบโครงข่ายเคเบิลใต้น้ำ FLAG (Fiber Optic Link Around the Globe) เป็นโครงการเคเบิลใต้น้ำที่มีขนาดใหญ่ที่สุดและยาวที่สุดในโลกเชื่อมต่อการสื่อสารข้ามทวีปรวม 16 ประเทศ สหราชอาณาจักร เวียดนาม ฮ่องกง อินโดนีเซีย ฟิลิปปินส์ มาเลเซีย ไทย และจีนโดยเริ่มต้นที่ สหราชอาณาจักร ผ่านทะเลเมดิเตอร์เรเนียน คลองสุเอซ มหาสมุทรอินเดีย ช่องแคบมะละกา และทะเลจีนใต้สินสุดที่ประเทศญี่ปุ่น คิดเป็นความยาว 28,000 กิโลเมตร

โครงข่ายเคเบิลใต้น้ำ FLAG ( Fibre optic Link Around the Globe) โยงการสื่อสารให้กับประชากรโลกกว่า 75 เปอร์เซ็นต์ เป็นระบบที่สื่อสัญญาณด้วยเคเบิลที่มีความจุ จำนวน 120,000 วงจร สามารถรองรับการสนทนาทางโทรศัพท์ได้พร้อมกันถึง 600,000 ราย ส่งสัญญาณด้วยความเร็วสูงถึง 5 กิกะไบต์ต่อวินาที พัฒนาความเร็วให้สูงขึ้นเป็น 20 -40 กิกะไบต์ต่อวินาที

โครงข่ายเคเบิลใต้น้ำ FLAG ( Fibre optic Link Around the Globe)

FINAL By: Thanapon Keokhumcheng