Optical Fiber Parameters

การสื่อสารด้วยสายไฟเบอร์ออฟติก

(Optical Fiber Parameters)

การเชื่อมสัญญาณโครงข่ายหลัก โทรศัพท์มือถือ อินเตอร์เน็ต หรือข้อมูลข่าวสารต่างๆ ในปัจจุบันจะถูกแปลงเป็นแสง เพื่อส่งผ่านสายไฟเบอร์ออฟติก เพราะมีเสถียรภาพสูง มีค่าการสูญเสียต่ำ มีความปลอดภัยของข้อมูลมากขึ้น และมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน
นั้นคือเหตุผล ที่เราควรจะ รู้จักการสื่อสารข้อมูลด้วยไฟเบอร์ออฟติก โดยในบทความนี้จะกล่าวถึง ความยาวเคลื่อนที่ใช้ในเครื่องส่งสัญญาณแสง, ช่วงความยาวเคลื่อนแสงที่ดีที่สุดในการส่งสัญญาณแสงที่เรียกว่า วินโดว์, ความถี่ที่ใช้ในการสื่อสาร, การลดทอนสัญญาณ, การลดทอนสัญญาณแบบ Intrinsic Attenuation

เครื่องส่งสัญญาณแสงในระบบมีหลายแบบด้วยกัน Parameter มีผลต่อ ระบบการทำงานเพราะฉะนั้นเราจึงต้องทำความเข้าใจกับ ค่า Parameter ต่างๆ ของ Fiber Optic ให้เข้าใจก่อน จึงจะสามารถออกแบบ และติดตั้งได้อย่างสมบูรณ์ไร้ข้อผิดพลาด

1. ความยาวเคลื่อน (Wavelength)

แสงที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เรียกว่า Visible Spectrum ซึ่งแสงในย่านนี้สามารถมองเห็นเป็นสีต่างๆ ได้ โดยแสงที่สามารถมองเห็นได้จะเป็นแสงสีรุ้ง มีสี แดง ส้ม เหลือง เขียว น้ำเงิน ม่วง ตามรูปภาพที่ 1

รูปภาพที่ 1 Optical Spectrum

เครื่องส่ง Fiber Optic ทางด้านการสื่อสาร จะใช้ Wavelength สูงกว่าช่วง Visible Spectrum และไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า โดยปกติ Wavelength ที่นิยมใช้กันประกอบไปด้วย 850 nm , 1310 nm และ 1550 nm
การส่งแบบ LASERs (Light Amplification By Stimulated Emission of Radiation) และ LEDs (light-emitting diodes) ใช้เป็นตัวกำเนิดสัญญาณแสงทั้งคู่
- โดย LASERs นิยมใช้ Wavelength 1310 nm และ 1550 nm ใช้ในระบบ Single Mode
- ส่วน LEDs ใช้ใน Wavelength 850 nm และ 1310 nm แบบ Multi Mode

ข้อควรระวัง : ไม่ควรมองปลายสายไฟเบอร์ออฟติกด้วยตาเปล่าเพราะเราไม่สามารถมองเห็นแสงในย่าน 1310 nm และ 1550 nm ได้ และแสงดังกล่าวสามารถสร้างอันตรายต่อดวงตาได้

2. ช่วงการทำงาน (Windows)

นี่คือ ช่วงการทำงานของ Wavelength ที่ดีที่สุด แต่ละช่วงการทำงานของ Windows ตามภาพที่ 2 โดย Windows ที่ใช้หลักๆ จะมีอยู่ด้วยกัน 3 Windows ได้ แก่ 850 nm 1310 nm และ 1550 nm

รูปภาพที่ 2 Windows การใช้งานของ Optical Fiber

3. ความถี่ (Frequency)

ความถี่ในระบบคือ ความเร็วของการ มอดูเลชั่น ของแหล่งกำเนิดแสงต้นทาง ตัวเลขของ พัลซ์/วินาที ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดแสง ความถี่มีหน่วยเป็น Hertz (Hz) 1 Hz เท่ากับ 1 พัลซ์ หรือ 1 ไซเคิล/วินาที ตามรูปภาพที่ 3

รูปภาพที่ 3 พัลซ์ ต่อวินาที (1 พัลซ์/วินาทีเรียกว่า 1 เฮิร์ต)

4. การลดทอน (Attenuation)

Attenuation คือค่า Loss ของกำลังแสงที่เดินทางผ่านสายไฟเบอร์ออฟติก หน่วยของค่า Attenuation คือ (dB/km) เทียบกับระยะทาง สายไฟเบอร์ออฟติก เป็นระบบที่มีค่า Loss ต่ำมาก ส่วนมากค่า Loss จะเกิดจาก การต่อสายไฟเบอร์ออฟติก Connector ต่างๆ หรือเกิดจาก สายขาด สายมีปัญหา ค่า Loss ก็จะมากจน ผิดปกติ ตัวอย่างค่า Attenuation สามารถสังเกตุเบื้องต้นได้จาก รูปภาพที่ 4

รูปภาพที่ 4 ตารางตัวอย่างค่า Attenuation

5. Intrinsic Attenuation (การลดทอนภายใน)

Intrinsic Attenuation เป็นการลดทอน ที่เกิดจากภายในของสายไฟเบอร์ออฟติก บางกรณีเกิดจากสิ่งสกปรกที่ผสมอยู่ในเนื้อแก้ว ในขั้นตอนการผลิตสายไฟเบอร์ออฟติกจากโรงงานผู้ผลิต ในอดีตโรงงานผู้ผลิตไม่มีทางนำสิ่งสกปรกแยกออกไปได้ทั้งหมด เทคโนโลยีการผลิตที่ทันสมัยในปี 1970 สามารถลดค่า การลดทอน ที่เกิดจากการปนเปื้อนสิ่งสกปรกลงได้มากขึ้น
เมื่อสัญญาณแสงเดินทางไปเจอกับสิ่งสกปรกในไฟเบอร์ออฟติก จะเกิดผลกระทบ 1 ใน 2 อย่างนี้ คือ จะเกิดแสงกระจัดกระจาย (Scatter) หรือ เกิดการดูดซึมของแสง (Absorbed)

5.1 กระเจิง (Scattering)
การเกิด Scattering ส่วนมากจะทำให้เกิด Attenuation ในสายไฟเบอร์ออฟติกมากถึง 96% แสงเดินทางใน คอร์ไฟเบอร์ และ โต้ตอบกับ อะตอมในแก้ว คลื่นแสงมีความยืดหยุ่นเมื่อชนกับอะตอม และ ส่งผลกระทบให้เกิดการกระจัดกระจายของแสง Scattering เกิดจากการกระทบกันระหว่างคลื่นแสง และ อะตอมของไฟเบอร์ออฟติก ถ้าเราสามารถควบคุมการเกิด Scatter ในคอร์ไฟเบอร์ออฟติกได้ ก็จะไม่เกิด Attenuation ในคอร์ไฟเบอร์ออฟติก ถ้าเกิด Scatter ในคอร์ไฟเบอร์ออฟติกแสดงว่า มุมของคลื่นแสงที่ตกกระทบเปลี่ยนไป ทำให้ไม่สามารถเดินทางไปข้างหน้าต่อได้ หรือ เดินทางได้ระยะสั้นลง หรือ แสงอาจเปลี่ยนเส้นทางเดินทางออกไปนอกคอร์ไฟเบอร์ออฟติก

รูปภาพที่ 5 แสดงการเกิด Light Lost

บางครั้งการ Scatter ของแสงก็สามารถกลับหลังไปยังจุดกำเนิดแสงได้ นี่เป็นคุณสมบัติที่นำมาใช้ใน Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) ใช้สำหรับทดสอบสายไฟเบอร์ออฟติก สามารถใช้หาจุดที่เกิด Loss ในสายไฟเบอร์ออฟติกได้ เช่นจุดที่สายขาด หรือจุดที่มีการ Splice สาย เป็นต้น

5.2 การดูดซึม (Absorption)
แบบที่ 2 ของการเกิด Intrinsic Attenuation ในสายไฟเบอร์ออฟติกคือ Absorption (การดูดซับแสง) ในสายไฟเบอร์จะเกิดการ Absorption Attenuation ประมาณ 3-5% เป็นปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งเกิดจากสิ่งสกปรกที่ผสมอยู่ในแก้ว และ เปลี่ยนไปเป็น พลังงานสั่นสะเทือน หรือ พลังงานบางอย่างตามรูปภาพที่ 6