การสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง Optic Fiber

เส้นใยแก้วนำแสง การใช้แสงเป็นสื่อในการนำสัญญาณแล้วส่งไปในตัวกลางต่างๆ นั้น ได้เริ่มขึ้นจากนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ จอห์น ทินดัล ( John Tyndall ) ได้พบว่าแสงสามารถส่งผ่านไปตามลำได้ตั้งแต่ปี พ. ศ. 2413 จากจุดเริ่มต้นนี้ก็ได้มีความพยายามกันเป็นเวลานานที่จะทำให้ปรากฏการณ์นี้เป็นประโยชน์ในทางปฏิบัติได้ จนกระทั้งในปี พ.ศ. 2503 ก้าวสำคัญของการเปลี่ยนแปลงได้มาถึงเมื่อมีการทดลองใช้เลเซอร์เป็นครั้งแรก ต่อมาในปี พ.ศ. 2509 ก็มีนักวิทยาศาสตร์สองคนของสหราชอาณาจักร ชื่อ ฮอคแคม ( G.A Hockham) และเกา( C.C. Kao )

เส้นใยแก้วนำแสง(2) ฮอคแคม ( G.A Hockham) และเกา( C.C. Kao ) ได้ทำการศึกษาวิจัยว่าตัวกลางที่ทำด้วยใยแก้วนำแสงสามารถส่งผ่านได้1% ของแสงอินพุตด้วยระยะทาง 1 กิโลเมตร และตัวกลางนี้จะเป็นคู่แข่งสำคัญกับสายทองแดงและสายหุ้มฉนวน ( Coaxial Cable ) จากนั้นความก้าวหน้าทางวัสดุศาสตร์เรื่อยมา จนปัจจุบันทำให้สามารถมีใยแก้วนำแสงที่มีการส่งผ่านแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ หรือการสูญเสียต่ำได้ ใยแก้วนำแสงบางชนิดซึ่งอาจมีการสูญเสียต่ำมากคือการสูญเสียเพียง0.1 เดซิเบลต่อกิโลเมตร ( db\km ) เท่านั้น

ข้อดีของใยแก้วนำแสง รองรับย่านความถี่ได้สูง (High Bandwidth) การลดทอนของสัญญาณต่ำ (Low Loss) การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารบกวน (Noise Immunity) ขนาดเล็ก (Small Size) น้ำหนักเบา (Light Weight) ปลอดภัยจากไฟฟ้าลัดวงจร (No Short Circuit, No Spark or Fire Hazard) มีความปลอดภัยในการส่งข้อมูล (Transmission Security) การปรับตัวเพื่อใช้งานในระบบ (Topology Compatibility)

ข้อเสียของใยแก้วนำแสง ราคาแพง (High Cost) การติดตั้งต่อสายยุ่งยาก (Difficulty Taps) ความไม่เชื่อถือจากผู้ใช้ เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีใหม่ (Fear of New Technologies)

ส่วนประกอบของใยแก้วนำแสง Core ทำหน้าที่ให้แสงเดินทางผ่าน Cladding ทำหน้าที่เป็นตัวหักเหของแสง Jacket ทำหน้าที่ป้องกันส่วน Core และ Cladding

อุปกรณ์ตัวรับและตัวส่งแสงนี้มักทำมาสำเร็จเป็นโมดูล โดยเฉพาะเชื่อมต่อเข้ากับสัญญาณข้อมูลที่เป็นไฟฟ้าได้โดยตรง และทำให้สะดวกต่อการใช้งาน โครงสร้างของเส้นใยแก้วนำแสง

การป้อนแสงเข้าไปในเส้นใยแก้วนำแสง

ชนิดของเส้นใยแก้วนำแสง (1) แบ่งตามชนิดของสาร Dielectric ที่ใช้ Silica glass optic fiber -> SiO2 Dopant -> Ge, B, F นิยมใช้ในในข่ายการสื่อสารโทรคมนาคม เนื่องจากการลดทอนต่ำ คุณสมบัติในการส่งคงที่ไม่เปลี่ยนแปลง Multi component glass optic fiber -> Soda Calcium, แก้ว, แก้วผสม Boron และ Silica ผสม Plastic optic fiber -> Silicon Resin, Acryl Resin นิยมใช้ในการเดินสายเพื่อสื่อสารในระยะสั้นๆ ใช้งานง่าย ต่อเชื่อมง่าย หักยาก

ชนิดของเส้นใยแก้วนำแสง (2) แบ่งตามจำนวน Propagation Mode Single Mode Optic Fiber (SM Fiber) เส้นผ่านศูนย์กลาง Core ~ 5-10 ไมครอน Multi Mode Optic Fiber (MM Fiber) เส้นผ่านศูนย์กลาง Core ~ 50 ไมครอน แบ่งตามลักษณะของดัชนีหักเห Step Index Optic Fiber (SI Fiber) Graded Index Fiber (GI Fiber)

ชนิดของเส้นใยแก้วนำแสง (3) แบ่งตามลักษณะการใช้งาน สายเคเบิลเดินในท่อหรือเดินลอย (Ducted cable or Lash aerial)

ชนิดของเส้นใยแก้วนำแสง (4) สายเคเบิลฝังดินโดยตรง (Direct buried)

ชนิดของเส้นใยแก้วนำแสง (5) สายเคเบิลเดินลอยมีสายรับแรง (Figure ‘8’ Aerial)

ชนิดของเส้นใยแก้วนำแสง (6) สายเคเบิลใต้น้ำ (Submarine)

ชนิดของเส้นใยแก้วนำแสง (7) สายเคเบิลใช้เป็นสายดินในระบบสายส่งกำลัง (Overhead ground wire)

การลดทอนของแสงในเส้นใยแก้วนำแสง (1) จากการดูดแสง (Absorption Loss) จากการกระจัดกระจายแสงแบบเรย์ลี (Reyleigh Scattering Loss)

การลดทอนของแสงในเส้นใยแก้วนำแสง (2) จากการกระจัดกระจายแสงอันเนื่องมาจากความไม่สม่ำเสมอของโครงสร้างในเส้นใยแก้วนำแสง (Uniformity Loss) จากการกระจัดกระจายแสงอันเนื่องมาจากการโค้งงอของเส้นใยแก้วนำแสง (Bending Loss)

การลดทอนของแสงในเส้นใยแก้วนำแสง (3) จากการกระจัดกระจายแสงอันเนื่องมาจากการโค้งงอแบบ Micro Bending จากการต่อเส้นใยแก้วนำแสง Connection Loss

ตัวส่งแสงและรับแสง การใช้เส้นใยแก้วนำแสงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่รับและส่งสัญญาณแสง อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการส่งสัญญาณแสงหรือเป็นแหล่งกำเนิดแสงคือ LED หรือเลเซอร์ไดโอด อุปกรณ์ส่งแสงนี้ทำหน้าที่เปลี่ยนคลื่นไฟฟ้าให้เป็นคลื่นแสง ส่วนอุปกรณ์รับแสงและเปลี่ยนกลับมาเป็นสัญญาณไฟฟ้า คือ โฟโต้ไดโอด

ส่วนประกอบของการสื่อสารด้วยเส้นใยแก้วนำแสง

ตัวอย่างการนำไปใช้กับระบบต่างๆ (1) Optical Data Link เพื่อส่งข้อมูลที่ใช้ในการตรวจสอบ ควบคุมระบบด้านไฟฟ้ากำลัง ระบบดูแล ป้องกันระบบจ่ายกำลังไฟฟ้าของบริษัท Kensai Electric Company ใช้ Overhead ground wire ความเร็วในการส่งข้อมูล 45 Mb/s ระยะทางส่งประมาณ 10 กิโลเมตร ส่งข่าวสารควบคุมระบบรถไฟ ระบบ (Central Traffic Control) ของรถไฟสาย Bullet Train ของญี่ปุ่น ระบบควบคุมการผลิตแบบ On-Line ของโรงงานผลิตเหล็กกล้า

ตัวอย่างการนำไปใช้กับระบบต่างๆ (2) Optical ITV ITV : Industrial Television ส่งภาพเพื่อการตรวจ (Monitering) ในโรงงานอุตสาหรรม การตรวจสอบระบบการจราจร การตรวจสอบความปลอดภัยของชานชาลารถไฟใต้ดินและตรวจดูสภาพการจราจรของขบวนรถ รถไฟใต้ดินเมือง Supporo ประเทศญี่ปุ่น ส่งข้อมูลในระยะ 12 กิโลเมตรโดยไม่ต้องมี Repeater

ตัวอย่างการนำไปใช้กับระบบต่างๆ (2) Optical CATV การจัดการแพร่ภาพแบบ Interactive Optical Network การวางระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์