สายใยแก้วนำแสง

             เส้นใยแก้วนำแสงหรือไฟเบอร์ออปติก เป็นตัวกลางของสัญญาณแสงชนิดหนึ่ง ที่ทำมาจากแก้วซึ่งมีความบริสุทธิ์สูงมาก เส้นใยแก้วนำแสงมีลักษณะเป็นเส้นยาวขนาดเล็ก มีขนาดประมาณเส้นผมของมนุษย์เรา เส้นใยแก้วนำแสงที่ดี ต้องสามารถนำสัญญาณแสงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ โดยมีการสูญเสียของสัญญาณแสงน้อยมาก
จุดเด่น
               จุดเด่นของเส้นใยแก้วนำแสงมีหลายประการ โดยเฉพาะจุดที่ได้เปรียบสายตัวนำทองแดง ที่จะนำมาใช้แทนตัวนำทองแดง จุดเด่นเหล่านี้มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่องและดีขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งประกอบด้วย
            ความสามารถในการรับส่งข้อมูลข่าวสาร
                เส้นใยแก้วนำแสงที่เป็นแท่งแก้วขนาดเล็ก มีการโค้งงอได้ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่ใช้กันมาก คือ 62.5/125 ไมโครเมตร เส้นใยแก้วนำแสงขนาดนี้เป็นสายที่นำมาใช้ภายใน อาคารทั่วไป เมื่อใช้กับคลื่นแสงความยาวคลื่น 850 นาโนเมตร จะส่งสัญญาณได้มากกว่า 160 เมกะเฮิรตซ์ ที่ความยาว 1 กิโลเมตร และถ้าใช้ความยาวคลื่น 1,300 นาโนเมตร จะส่งสัญญาณได้กว่า 500 นาโนเมตร ที่ความยาว 1 กิโลเมตร และถ้าลดความยาวลงเหลือ 100 เมตร จะใช้กับความถี่ของสัญญาณมากกว่า 1 กิกะเฮิรตซ์ได้ ดังนั้นจึงดีกว่า สายยูทีพีแบบแคต 5 ที่ใช้กับสัญญาณได้ 100 เมกะเฮิรตซ์
            กำลังสูญเสียต่ำ
                เส้นใยแก้วนำแสงมีคุณสมบัติในเชิงการให้แสงวิ่งผ่านได้ การบั่นทอนแสงมีค่าค่อนข้างต่ำ ตามมาตรฐานของเส้นใยแก้วนำแสง การใช้เส้นสัญญาณนำแสงนี้ใช้ได้ยาวถึง 2,000 เมตร หากระยะทางเกินกว่า 2,000 เมตร ต้องใช้รีพีตเตอร์ทุก ๆ 2,000 เมตร การสูญเสียในเรื่องสัญญาณจึงต่ำกว่าสายตัวนำทองแดงมาก ที่สายตัวนำทองแดงมีข้อ กำหนดระยะทางเพียง 100 เมตร
               หากพิจารณาในแง่ความถี่ที่ใช้ ผลตอบสนองทางความถี่มีผลต่อกำลังสูญเสียโดยเฉพาะในลวดตัวนำทองแดง เมื่อใช้เป็นสายสัญญาณ คุณสมบัติของสายตัวนำทองแดงจะ เปลี่ยนแปลงเมื่อใช้ความถี่ต่างกัน โดยเฉพาะเมื่อใช้ความถี่ของสัญญาณที่ส่งในตัวนำทองแดงสูงขึ้น อัตราการสูญเสียก็จะมากตามแต่กรณีของเส้นใยแก้วนำแสงเราใช้สัญญาณ รับส่งข้อมูล จึงไม่มีผลกับกำลังสูญเสียทางแสง
           คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถรบกวนได้
               ปัญหาที่สำคัญของสายสัญญาณแบบทองแดงคือการเหนี่ยสนำ โดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ปัญหานี้มีมาก ตั้งแต่เรื่องการรบกวนระหว่างตัวนำหรือเรียกว่าครอสทอร์ค การไม่ แมตช์พอดีทางอิมพีแดนซ์ ทำให้มีคลื่นสะท้อนกลับ การรบกวนจากปัจจัยภายนอกที่เรียกว่า EMI ปัญหาเหล่านี้สร้างให้ผู้ใช้ต้องหมั่นดูแล                 แต่สำหรับเส้นใยแก้วนำแสงแล้วปัญหาเรื่องเหล่านี้จะไม่มี เพราะแสงเป็นพลังงานที่มีพลังงานเฉพาะและไม่ถูกรบกวนโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การเดินทางในเส้นแก้วก็ปราศจาก การรบกวนของแสงจากภายนอก
           น้ำหนักเบา
               เส้นใยแก้วนำแสงมีน้ำหนักเบากว่าเส้นลวดตัวนำทองแดง น้ำหนักของเส้นใยแก้วนำแสงขนาด 2 แกนที่ใช้ทั่วไปมีน้ำหนักเพียงประมาณ 20 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ของสายยูทีพี แบบแคต 5
           มีความปลอดภัยในเรื่องข้อมูลสูงกว่า
               การใช้เส้นใยแก้วนำแสงมีลักษณะใช้แสงเดินทางในข่าย จึงยากที่จะทำการแท๊ปหรือทำการดักฟังข้อมูล
           มีความปลอดภัยต่อชีวิตและทรัพย์สิน
               การที่เส้นใยแก้วนำแสงเป็นฉนวนทั้งหมด จึงไม่นำกระแสไฟฟ้า การลัดวงจร การเกิดอันตรายจากกระแสไฟฟ้าจึงไม่เกิดขึ้น
           ความเข้าใจผิดบางประการ
               แต่เดิมเส้นใยแก้วนำแสงมีใช้เฉพาะในโครงการใหญ่ หรือใช้เป็นเครือข่ายแบบแบ็กโบน เทคโนโลยีเกี่ยวกับเส้นใยแก้วนำแสงก็ยังไม่เป็นที่เปิดเผยมากนัก ทำให้เกิดความเข้าใจผิด บางประการเกี่ยวกับคุณสมบัติและการประยุกต์ใช้งาน
           แตกหักได้ง่าย
               ด้วยความคิดที่ว่า "แก้วแตกหักได้ง่าย" ความคิดนี้จึงเกิดขึ้นกับเส้นใยแก้วด้วย เพราะวัสดุที่ทำเป็นแก้ว ความเป็นจริงแล้วเส้นใยแก้วมีความแข็งแรงและทนทานสูงมาก การออกแบบใยแก้วมีเส้นใยห้อมล้อมไว้ ทำให้ทนแรงกระแทก นอกจากนี้แรงดึงในเส้นใยแก้วยังมีความทนทานสูงกว่าสายยูทีพี หากเปรียบเทียบเส้นใยแก้วกับสายยูทีพีแล้วจะ พบว่า ข้อกำหนดของสายยูทีพีแล้วจะพบว่า ข้อกำหนดของสายยูทีพีมีคุณสมบัติหลายอย่างต่ำกว่าเส้นใยแก้ว เช่น การดึงสาย การหักเลี้ยว เพราะลักษณะคุณสมบัติทางไฟฟ้า ที่ความถี่สูงเปลี่ยนแปลงได้ง่ายกว่า
            เส้นใยแก้วนำแสงมีราคาแพง
                แนวโน้มทางด้านราคา มีการเปลี่ยนแปลงราคาของเส้นใยแก้วนำแสงลดลง จนในขณะนี้ยังแพงกว่าสายยูทีพีอยู่บ้าง แต่ก็ไม่มากนัก นอกจากนี้หลายคนยังเข้าใจว่า การติดตั้ง เส้นใยแก้วนำแสงมีข้อยุ่งยาก และต้องใช้คนที่มีความรู้ความชำนาญ เสียค่าติดตั้งแพง ความคิดนี้ก็คงไม่จริง เพราะการติดตั้งทำได้ไม่ยากนัก เนื่องจากมีเครื่องมือพิเศษ ช่วยได้มาก เครื่องมือพิเศษนี้สามารถเข้าหัวสายได้โดยง่ายกว่าแต่เดิมมาก อีกทั้งราคาเครื่องมือก็ถูกลงจนมีผู้รับติดตั้งได้ทั่วไป
            เส้นใยแก้วนำแสงยังไม่สามารถใช้กับเครื่องที่ตั้งโต๊ะได้
                ปัจจุบันพีซีที่ใช้ส่วนใหญ่ต่อกับแลน แบบอีเธอร์เน็ต ซึ่งได้ความเร็ว 10 เมกะบิต การเชื่อมต่อกับแลนมีหลายมาตรฐาน โดยเฉพาะปัจจุบันหากใช้ความเร็วเกินกว่า 100 เมกะบิต สายยูทีพีรองรับไม่ได้ เช่น เอทีเอ็ม 155 เมกะบิต แนวโน้มของการใช้งานระบบเครือข่ายมีทางที่ต้องใช้แถบกว้างสูงขึ้นมาก โดยเฉพาะเมื่อต้อการให้พีซีเป็นมัลติมีเดียเพื่อแสดง ผลเป็นภาพวิดีโอ การใช้เส้นใยแก้วนำแสงดูจะเป็นทางออก พัฒนาการของการ์ดเชื่อมต่อที่ใช้กับพีซีโดยเฉพาะเอทีเอ็มการ์ดก็ได้พัฒนาไป มาก เอทีเอ็มการ์ดใช้ความเร็ว 155 เมกะบิต ย่อมต้องใช้เส้นใยแก้วนำแสงรองรับ การใช้เส้นใยแก้วนำแสงสามารถใช้ในการส่งรับวิดีโอคอนเฟอเรนซ์ หรือสัญญาณประกอบอื่น ๆ ได้ดี
            เส้นใยแก้วนำแสงมีกี่แบบ
              คุณสมบัติของเส้นใยแก้วนำแสงแบ่งแยกได้ตามลักษณะคุณสมบัติของตัวนำแสงที่มีลักษณะการให้แสงส่องทะลุในลักษณะอย่างไร คุณสมบัติของเนื้แก้วนี้จะกระจายแสงออก ซึ่งในกรณีนี้การสะท้อนของแสงกลับต้องเกิดขึ้น โดยผนังแก้วด้านข้างต้องมีดัชนีหักเหของแสงที่ทำให้แสงสะท้อนกลับ เพื่อลดการสูญเสียของพลังงานแสง วิธีการนี้เราแบ่งแยกออกเป็นสองแบบคือ แบบซิงเกิลโหมด และมัลติโหมด
           ซิงเกิลโหมด
               เป็นการใช้ตัวนำแสงที่บีบลำแสงให้พุ่งตรงไปตามท่อแก้ว โดยมีการกระจายแสงออกทางด้านข้างน้อยที่สุด ซิงเกิลโหมดจึงเป็นเส้นใยแก้วนำแสงที่มีกำลังสูญเสียทางแสงน้อยที่สุด เหมาะสำหรับในการใช้กับระยะทางไกล ๆ การเดินสายใยแก้วนำแสงกับระยะทางไกลมาก เช่น เดินทางระหว่างประเทศ ระหว่างเมือง มักใช้แบบซิงเกิลโหมด

ภาพ  เส้นใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมด

             มัลติโหมด
                 เป็นเส้นใยแก้วนำแสงที่มีลักษณะการกระจายแสงออกด้านข้างได้ ดังนั้นจึงต้องสร้างให้มีดัชนีหักเหของแสงกับอุปกรณ์ฉาบผิวที่สัมผัสกับเคล็ดดิงให้สะท้อนกลับหมด หากการให้ดัชนีหักเกของแสงมีลักษณะทำให้แสงเลี้ยวเบนทีละน้อยเราเรียกว่าแบบเกรดอินเด็กซ์ หากให้แสงสะท้อนดยไม่ปรับคุณสมบัติของแท่งแก้วให้แสงค่อยเลี้ยวเบนก็เรียกว่าแบบ สเต็ปอินเด็กซ์
                 เส้นใยแก้วนำแสงที่ใช้ในเครือข่ายแลน ส่วนใหญ่ใช้แบบมัลติโหมด โดยเป็นขนาด 62.5/125 ไมโครเมตร หมายถึงเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อแก้ว 62.5 ไมโครเมตร และของแคล็ดดิงรวมท่อแก้ว 125 ไมโครเมตร
                 คุณสมบัติของเสันใยแก้วนำแสงแบบสแต็ปอินเด็กซ์มีการสูญเสียสูงกว่าแบบเกรดอินเด็กซ์

ภาพ  เส้นใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด

             ATM
                 เป็นเทคโนโลยีที่พัฒนามาเพื่อรองรับการใช้งานที่ความเร็วสูงมาก เอทีเอ็มสามารถใช้ได้กับความเร็ว 155 เมกะบิต 622 เมกะบิต และสูงเกินกว่ากิกะบิตในอนาคต โครงสร้างการเดินสายเอทีเอ็มมีลักษณะแบบดาว เป็นโครงสร้างการกระจายสายสัญญาณซึ่งตรงกับสภาพการใช้เส้นใยแก้วนำแสงอยู่แล้ว
                 ลักษณะของแพตช์และการกระจายสายสัญญาณเพื่อใช้กับเส้นใยแก้วนำแสงในลักษณะที่ปรับเปลี่ยนเข้ากับเทคโนโลยีต่าง ๆ ได้แสดงไว้ในรูปที่ 10 การวางโครงสร้างของสายสัญญาณเส้นใยแก้วจึงไม่แตกต่างกับสายยูทีพี

ภาพ   การวางโครงสร้างสายเพื่อเชื่อมต่อเข้ากับอุปกรณ์ต่าง ๆ

                ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเส้นใยแก้วนำแสง ที่ทำมาจากพลาสติกเพื่องานบางอย่างที่ไม่คำนึงถึงการสูญเสียสัญญาณมากนัก เช่น การสื่อสารในระยะทางสั้น ๆ ไม่กี่เมตร

---

ที่มา : http://www.school.net.th/library/
http://www.ku.ac.th/e-magazine/september43/fiber_optic/
หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐาน เทคโนโลยีสารสนเทศ ช่วงชั้นที่ 4 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 - 6 ของ สสวท