 |  | |
 | ||
 |  |
- Cladding
- Core
- Buffer Coating
โครงสร้างของสาย Fiber Optic
ส่วนประกอบของ Fiber Optic ประกอบด้วยส่วนสำคัญหลัก 2 ประการ ได้แก่
ส่วน ที่เป็นแกนอยู่ตรงกลางหรือชั้นใน แล้วหุ้มด้วยส่วนที่เรียกว่า Cladding จากนั้นก็จะถูกหุ้มด้วยส่วนที่ป้องกัน (Coating) โดยที่แต่ละส่วนนั้นทำด้วยวัสดุที่มีค่า ดัชนีหักเหของแสงที่มีค่าแตกต่างกัน
ส่วนของการป้องกัน เป็น ชั้นที่ต่อจาก Cladding เป็นที่ใช้ป้องกันแสงจากภายนอกไม่ให้เข้ามาที่เส้น Fiber Optic อีกทั้งยังใช้ป้องกันมิให้แสงจากท่อนำแสง Fiber Optic ภายในให้ออกไปสู่ภายนอกได้อีกด้วย นอกจากนี้ยังใช้ประโยชน์ เมื่อมีการเชื่อมต่อเส้น Fiber Optic โครงสร้างภายในอาจประกอบด้วย ชั้นของ Plastic หลายๆชั้น นอกจากนี้ ส่วนป้องกัน ยังทำหน้าที่ เป็นตัวป้องกันการกระทำ จากแรงภายนอกได้อีกด้วย ตัวอย่างของค่า ดัชนีหักเห เช่น แกนมีค่าดัชนีหักเหประมาณ 1.48 ส่วนของ Cladding และส่วนป้องกันซึ่งทำหน้าที่ป้องกัน แสงจากแกนออกไปที่ภายนอก และป้องกันแสงจากภายนอกรบกวนจะมีค่า ดัชนีหักเหเป็น 1.46 และ 1.52 ตามลำดับ
มีขนาดของ Fiber Optic Cable ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ 9/125 50/125 62.5/125
เส้นใยแก้วนำแสงมีกี่แบบ คุณสมบัติของเส้นใยแก้วนำแสงแบ่งแยกได้ตามลักษณะคุณสมบัติของตัวนำแสง ที่มีลักษณะการใช้แสงส่องทะลุในลักษณะอย่างไร คุณสมบัติของเนื้อแก้วนี้จะกระจายแสงออก ซึ่งในกรณีนี้การสะท้อนของแสงกลับต้องเกิดขึ้นโดยผนังแก้วด้านข้างต้องมี ดัชนีหักเหของแสงที่ทำให้แสงสะท้อนกลับ เพื่อลดการสูญเสียของพลังงานแสง วิธีการนี้เราแบ่งแยก ออกเป็นสองแบบคือ แบบซิงเกิลโหมด และมัลติโหมด
Singlemode Fiber Optic
เป็นการใช้ตัวนำแสงที่บีบลำแสงให้พุ่งตรงไปตามท่อแก้ว โดยมีการกระจายแสงออกทางด้านข้างน้อยที่สุด ซิงเกิลโหมดจึงเป็นเส้นใยแก้วนำแสง ที่มีกำลังสูญเสียทางแสงน้อยที่สุด เหมาะสำหรับในการใช้กับระยะทางไกล ๆ การเดินสายใยแก้วนำแสงกับระยะทางไกลมาก เช่น เดินทางระหว่างประเทศ ระหว่างเมือง มักใช้แบบซิงเกิลโหมด
เนื่องจาก ขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนมีขนาดใหญ่ ดังนั้นแสงที่ตกกระทบที่ด้ายปลาย Input ของสาย Fiber Optic จะมีมุมตกกระทบที่แตกต่างกันหลายค่า และจากหลักการสะท้อนแสงกลับหมดของแสงที่เกิดขึ้น ภายในส่วนของแกนทำให้มีแนวของลำแสงเกิดขึ้นหลาย Mode โดยแต่ละ Mode ใช้ระยะเวลาในการเดินทางที่แตกต่างกัน อันเป็นสาเหตุที่ทำให้ เกิดการแตกกระจายของแสง (Mode Dispersion)
Multimode Fiber Optic มี 2 แบบได้แก่ Step Index และ Grade Index
หากการให้ดัชนีหักเหของแสงมีลักษณะทำให้แสงเลี้ยวเบนทีละน้อย เราเรียกว่าแบบ "เกรดอินเด็กซ์ "
หากใช้แสงสะท้อนโดยไม่ปรับคุณสมบัติของแท่งแก้วให้แสงค่อยเลี้ยวเบนก็เรียกว่าแบบ "สเต็ปอินเด็กซ์"
คุณสมบัติของเส้นใยแก้วนำแสงแบบสเต็ปอินเด็กซ์ มีการสูญเสียสูงกว่าแบบเกรดอินเด็กซ์
ตัวส่งแสงและรับแสง การใช้เส้นใยแก้วนำแสงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่รับและส่งสัญญาณแสง อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการส่งสัญญาณแสงหรือเป็นแหล่งกำเนิดแสงคือ LED หรือเลเซอร์ไดโอด อุปกรณ์ส่งแสงนี้ทำหน้าที่เปลี่ยนคลื่นไฟฟ้าให้เป็นคลื่นแสง ส่วนอุปกรณ์รับแสงและเปลี่ยนกลับมาเป็นสัญญาณไฟฟ้า คือ โฟโต้ไดโอด
อุปกรณ์ส่งแสงหรือ LED ใช้พลังงานเพียง 45 ไมโครวัตต์ สำหรับใช้กับเส้นใยแก้วนำแสงแบบ 62.5/125 การพิจารณาอุปกรณ์นี้ต้องดูที่แถบคลื่นแสง โดยปกติใช้คลื่นแสงย่าน ความยาวคลื่นประมาณ 25-40 นาโนเมตร ดังนั้นข้อกำหนดเชิงพิกัดของเส้นใยแก้วนำแสง จึงกล่าวถึงความยาวคลื่นแสงที่ใช้ในย่าน 850 นาโนเมตร
ตัวรับแสงหรือโฟโตไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ใช้รับสัญญาณแสงและมีความไวต่อความ เข้มแสง คลื่นแสงที่ส่งมามีการมอดูเลตสัญญาณข้อมูลเข้าไปร่วมด้วย อุปกรณ์ตัวรับและตัวส่งแสงนี้มักทำมาสำเร็จเป็นโมดูล โดยเฉพาะเชื่อมต่อเข้ากับสัญญาณข้อมูลที่เป็นไฟฟ้าได้โดยตรง และทำให้สะดวกต่อการใช้งาน
การเชื่อมต่อด้วย Connector การเชื่อมต่อ Fiber Optic ยังสามารถทำได้โดยการใช้ Connector อีกด้วย ทำให้มีความสะดวกในการถอดได้ตามความจำเป็น Connector สำหรับ Fiber Optic มีหลายแบบ ดังนี้
FC Connector FC Connector ได้รับการออกแบบโดย NTT ของญี่ปุ่น ที่ได้รับความนิยมมากในญี่ปุ่น รวมทั้ง สหรัฐและยุโรป ส่วนมาก Connector แบบนี้ จะถูกนำไปใช้งานทางด้านเครือข่ายโทรศัพท์ เนื่องจาก Connector แบบนี้ อาศัยการขันเกลียว เพื่อยึดติดกับหัวปรับ ข้อดีของ Connector ประเภทนี้ ได้แก่ การเชื่อมต่อที่แน่นหนา แต่ข้อเสียคือการเชื่อมต่ออาจต้องเสียเวลามาก
รูปแสดง FC Connector
SC Connector ออกแบบโดย AT&T สำหรับการเชื่อมต่อ Fiber Optic ภายในอาคารสำนักงาน ซึ่งเครือข่าย LAN ชนิดนี้ เหมาะสำหรับ งานที่ต้องการถอดเปลี่ยน Connector อย่างรวดเร็ว โดยไม่สนใจความแน่นหนาของ Connector
รูปแสดง SC Connector
FDDI Connector ออกแบบโดย American National Standards Institute, (ANSI) สำหรับใช้งานบนเครือข่าย FDDI โดยเฉพาะ
รูปแสดง FDDI Connector
SMA Connector เป็น Connector อีกแบบหนึ่งที่ได้รับความนิยมมาก โดยเฉพาะในงานของ NATO และในกิจการทางทหารของสหรัฐ ออกแบบโดย Amphenol Corp.
รูปแสดง SMA Connector
ST Connector เป็น Connector ที่ถูกนำมาใช้งานสำหรับสาย Fiber Optic ชนิด Single Mode และ Multimode มากที่สุด โดยที่ Connector ประเภทนี้ มีอัตราการสูญเสียกำลังแสงเพียงแค่ไม่เกิน 0.5 dB เท่านั้น วอธีการเชื่อมต่อก็เพียงสอดเข้าไปที่รู Connector แล้วบิดตัวเพื่อให้เกิดการล็อคตัวขึ้น เพิ่มความทนทาน ทำให้ไม่เกิดปัญหาเนื่องจาการสั่นสะเทือน ถูกนำมาใช้กับระบบ LAN Hub หรือ Switches
รูปแสดง ST Connector
ข้อดีของระบบสายใยแก้วนำแสง เหนือกว่าระบบสายทองแดงดังนี้ความสามารถในการรับส่งข้อมูลข่าวสาร เส้นใยแก้วนำแสงที่เป็นแท่งแก้วขนาดเล็ก มีการโค้งงอได้ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่ใช้กันมากคือ 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 ดังนั้น จึงดีกว่าสายยูทีพีแบบ Cat5e ที่ใช้กับสัญญาณได้ 100 เมกะเฮิรตซ์ หรือสายยูทีพีแบบ Cat6 ที่ใช้กับสัญญาณได้ 1000 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
ปัญหาที่สำคัญของสายสัญญาณแบบทองแดงคือการเหนี่ยวนำ โดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ปัญหานี้มีมาก ตั้งแต่เรื่องการรบกวนระหว่างตัวนำหรือเรียกว่าครอสทอร์ค การไม่ แมตช์พอดีทางอิมพีแดนซ์ ทำให้มีคลื่นสะท้อนกลับ การรบกวนจากปัจจัยภายนอกที่เรียกว่า EMI ปัญหาเหล่านี้สร้างให้ผู้ใช้ต้องหมั่นดูแล
แต่สำหรับเส้นใยแก้วนำแสง แล้วปัญหาเรื่องเหล่านี้จะไม่มี เพราะแสงเป็นพลังงานที่มีพลังงานเฉพาะและไม่ถูกรบกวนโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การเดินทางในเส้นแก้วก็ปราศจาก การรบกวนของแสงจากภายนอก
น้ำหนักเบา
เส้นใยแก้วนำแสงมีน้ำหนักเบากว่าเส้นลวดตัวนำทองแดง น้ำหนักของเส้นใยแก้วนำแสงขนาด 2 แกนที่ใช้ทั่วไปมีน้ำหนักเพียงประมาณ 20 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ของสายยูทีพี แบบ Cat5e
ขนาดเล็ก เส้นใยแก้วนำแสงมีขนาดทางภาคตัดขวางแล้วเล็กกว่าลวดทองแดงมาก ขนาดของเส้นใยแก้วนำแสงเมื่อรวมวัสดุหุ้มแล้วมีขนาดเล็กกว่าสายยูทีพี โดยขนาดของสายใยแก้วนี้ใช้ พื้นที่ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ของเส้นลวดยูทีพีแบบ Cat5e
มีความปลอดภัยในเรื่องข้อมูลสูงกว่า
การใช้เส้นใยแก้วนำแสงมีลักษณะใช้แสงเดินทางในข่าย จึงยากที่จะทำการแท๊ปหรือทำการดักฟังข้อมูล
มีความปลอดภัยต่อชีวิตและทรัพย์สิน
การที่เส้นใยแก้วนำแสงเป็นฉนวนทั้งหมด จึงไม่นำกระแสไฟฟ้า การลัดวงจร การเกิดอันตรายจากกระแสไฟฟ้าจึงไม่เกิดขึ้น
การสูญเสียของสัญญาณแสงในสาย Fiber Optic
การสูญเสียของสัญญาณแสงในสาย Fiber Optic เป็นส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดความผิดพลาดของข้อมูลข่าวสาร ทำให้การเชื่อมต่อสื่อสารด้วยระยะทางไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง (ปกติสาย Fiber Optic สามารถเชื่อมต่อได้ด้วยระยะทางที่ยาวเกินกว่า 1-2 กิโลเมตร ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับว่า ท่านใช้สาย Fiber Optic แบบใด? แบบ Multimode หรือ Single Mode ? รวมทั้งยังขึ้นอยู่กับโปรโตคอลของเครือข่าย อย่างไรก็ดี ปัจจัยหลักคือการสูญเสียของสัญญาณแสงในสาย ข้อเท็จจริงที่เกี่ยวกับการทำให้ เกิดการสูญเสียของกำลังแสงในสาย มีหลายประการดังนี้
ความสูญเสีย Power ของ Fiber Optic ขึ้น อยู่กับ ความยาวคลื่นที่ใช้ ความยาวคลื่นยิ่งมากเท่าใด อัตราการสูญเสียของแสง จะน้อยลง เช่น การสูญเสียกำลังแสง บนความยาวคลื่น 1300 nm ได้แก่ <0.5>
การเอาสาย Fiber Optic ที่มีขนาดต่างๆ มาเชื่อมต่อกัน ทำให้เกิดการสูญเสียกำลังแสงได้
- Intrinsic
- Loss Inherent to Fiber
- การสูญเสียที่เกิดจากการผลิต Fiber
- Freshnel Reflection
- Bending Loss
- Bending Loss เกิดจากปัญหาการโค้งงอของสาย เกินค่ารัศมี ความโค้งงอของสายตามปกติ (Minimum Bend Radius)
อย่างไรก็ดี - Bending Loss ยังสามารถเกิดขึ้นได้จากการองค์ประกอบย่อยๆ ดังนี้
- ความโค้งที่มีความแหลมบริเวณแกนของสาย
- ความไม่สมบูรณ์ของ Buffer และ Jacket โดยมีความคลาดเคลื่อนของการวางตำแหน่งระหว่างกัน ที่ห่างประมาณ 2-3 มิลลิเมตร
- การติดตั้งสายไม่ถูกวิธีหรือไม่เรียบร้อย
ปัจจัยต่างๆเหล่านี้ เรียกว่า Microbending สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อความยาวของสายเพิ่มมากขึ้น
การสูญเสียเนื่องจากการเข้าหัว Connector และทำ Splice ไม่ดี Splice Loss สามารถเกิดขึ้น ณ ที่ใดก็ได้ที่มีการตัดต่อและเชื่อมสายเข้าด้วยกัน โดย ประกอบด้วย การ Loss 2 แบบ ได้แก่ Mechanical Loss และ Fusion Splicing Loss
Mechanical Loss จะมีอัตราสูงที่สุด เมื่อเทียบกับ Fusion Splicing โดยมีอัตราการ Loss ตั้งแต่ 0.2 ไปจนถึง 1.0 dB ขึ้นไป
Fusion Splice Loss มี อัตราการ Loss ต่ำสุด โดยมีอัตราการ Loss ต่ำกว่า 0.1 dB และอัตราการ Loss ที่ต่ำกว่า 0.05 เป็นเรื่องที่เป็นไปได้ หากใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ Splice ที่มีคุณภาพดี
การ Loss ที่เกิดขึ้นสูง สามารถเกิดขึ้นได้จากองค์ประกอบหลายประการดังนี้
- Poor Cleave
- Misalignments of Fiber Cores
- Air Gap
- Contamination
- Index of Reflection Mismatch
- Core Diameter Mismatch
- การ Loss ที่เกิดขึ้นจาก Connector
- การสูญเสียที่เกิดขึ้นจาก Fiber Optic Connector สามารถมีระดับ 0.25 ไปจนถึง 1.5 dB และขึ้นอยู่กับชนิดของ Connector ที่ใช้งานอีกด้วย
นอกจากนี้ยังมี Factor อื่นๆ ที่ทำให้เกิดการ Loss ของ Connector ดังนี้
- ปัญหาสกปรก หรือ Contamination บน Connector (ปัญหาที่เกิดบ่อยที่สุด)
- การติดตั้ง Connector ที่ไม่ถูกต้องไม่เรียบร้อย
- การชำรุดเสียหายที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของ Connector
- Poor Scribe (Cleave)
- Mismatched Fiber Cores
- Misaligned Fiber Cores
- Index of Reflection Mismatch
Loss Inherent to Fiber การสูญเสียใน Fiber ที่ไม่สามารถจะขจัดไปได้ ใน ระหว่างกระบวนการผลิต มีสาเหตุเกิดจาก Impurities ในกระจก รวมทั้งการดูดซึมของแสงในระดับของโมเลกุล การสูญเสียของแสงขึ้นอยู่กับ ความหนาแน่นเชิงแสง ส่วนประกอบของ Fiber Optic รวมทั้งโครงสร้างทางโมเลกุลของ Fiber ซึ่ง เรียกว่า Rayleigh Scattering เมื่อแสงมากระทบกับส่วนประกอบดังกล่าว ก็จะเกิดการ กระจายตัวของแสงไปยังทิศทางต่างๆขึ้น
การสูญเสียที่เกิดจากการแตกหักของพื้นผิว เนื่องจากว่าสาย Fiber Optic มีส่วนที่ทำมาจาก Silica และกระจก ดังนั้น การโค้งงอสายมากเกินไปมีส่วนทำให้เกิดการแตกหัก รวมทั้งการติดตั้งที่ขาดระมัดระวังก็มีส่วนทำให้เกิดการแตกหักได้เช่นกัน
การเชื่อมต่อ Fiber Optic
การเชื่อมต่อในที่นี้หมายถึงการเชื่อมต่อสาย Fiber Optic 2 เส้นเข้าด้วยกัน ใช้ในกรณีที่ความยาวสายกะไว้ไม่พอ ต้องเอามาต่อกัน หรืออีกสาเหตุมาจากการที่สายชำรุด จนต้องนำมาตัดต่อและเชื่อมกัน
การเชื่อมต่อด้วยวิธีการเชื่อมต่อ เชิง Mechanics
การ เชื่อมต่อเชิงกล คือการวางเส้น Fiber Optic ให้อยู่ในแนวแกนเดียวกัน โดยใช้อุปกรณ์ที่เหมาะสม และพยายามทำให้ปลายทั้งสองของ Fiber Optic อยู่ชิดกันมากที่สุด การเชื่อมต่อนี้ จะช่วยลดการสูญเสียแสงเนื่องจาก การติดตั้งจากการเบี่ยงเบนในแนวต่างๆ ลง เช่น การที่จะส่งสัญญาณแสงจาก Fiber Optic ไปยังอีกเส้นหนึ่งให้มีการสูญเสียน้อยที่สุด ตรงรอยต่อระหว่าง Fiber Optic ทั้งสอง อาจต้องมี Gel เชื่อมต่อด้วย (Index Matching Gel) ซึ่งเป็นของเหลวใสที่มีค่าดัชนีหักเหใกล้เคียงกับค่าดัชนีหักเหของ Fiber Optic การเชื่อมต่อด้วยวิธีนี้ อาจทำให้เกิดการสูญเสียของสัญญาณอยู่ในช่วง 0.1-0.5 dB
การเชื่อมต่อด้วยวิธีการเชื่อมต่อ เชิง Mechanics
การ เชื่อมต่อเชิงกล คือการวางเส้น Fiber Optic ให้อยู่ในแนวแกนเดียวกัน โดยใช้อุปกรณ์ที่เหมาะสม และพยายามทำให้ปลายทั้งสองของ Fiber Optic อยู่ชิดกันมากที่สุด การเชื่อมต่อนี้ จะช่วยลดการสูญเสียแสงเนื่องจาก การติดตั้งจากการเบี่ยงเบนในแนวต่างๆ ลง เช่น การที่จะส่งสัญญาณแสงจาก Fiber Optic ไปยังอีกเส้นหนึ่งให้มีการสูญเสียน้อยที่สุด ตรงรอยต่อระหว่าง Fiber Optic ทั้งสอง อาจต้องมี Gel เชื่อมต่อด้วย (Index Matching Gel) ซึ่งเป็นของเหลวใสที่มีค่าดัชนีหักเหใกล้เคียงกับค่าดัชนีหักเหของ Fiber Optic การเชื่อมต่อด้วยวิธีนี้ อาจทำให้เกิดการสูญเสียของสัญญาณอยู่ในช่วง 0.1-0.5 dB
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น