เส้นใยแก้วนำแสง

เส้นใยแก้วนำแสง (fiber optic) คืออะไร
เส้นใยแก้วนำแสงหรือไฟเบอร์ออปติก เป็นตัวกลางของสัญญาณแสงชนิดหนึ่ง ที่ทำมาจากแก้วซึ่งมีความบริสุทธิ์สูงมากเส้นใยแก้วนำแสงมีลักษณะเป็นเส้นยาวขนาดเล็ก มีขนาดประมาณเส้นผมของมนุษย์เรา เส้นใยแก้วนำแสงที่ดีต้องสามารถนำสัญญาณแสงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ โดยมีการสูญเสียของสัญญาณแสงน้อยมากเส้นใยแก้วนำแสงสามารถแบ่งตามความสามารถในการนำแสงออกได้เป็น 2 ชนิด คือ เส้นใยแก้วนำแสงชนิดโหมดเดี่ยว (Singlemode Optical Fibers, SM) และชนิดหลายโหมด (Multimode Optical Fibers, MM) ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเส้นใยแก้วนำแสง ที่ทำมาจากพลาสติกเพื่องานบางอย่างที่ไม่คำนึงถึงการสูญเสียสัญญาณมากนัก เช่น การสื่อสารในระยะทางสั้น ๆ ไม่กี่เมตร

เส้นใยแก้วนำแสงประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนคือ
ส่วนที่เป็นตัวกลางนำแสงซึ่งทำจากวัสดุ เช่น แก้ว พลาสติก เรียกว่าแกน (core) กับส่วนที่เป็นที่ห่อหุ้มแกน (cladding)โดยดัชนีหักเหของที่ห่อหุ้มแกนจะมีค่าน้อยกว่าดัชนีหักเหของแกนทั้งนี้ก็เพื่อกั้นไม่ให้แสงภายในเส้นใยแก้วนำแสงทะลุออกมาภายนอกเส้นใยแก้วนำแสงบางรุ่นจะมีเพียงแกนกับที่ห่อหุ้มแกนเท่านั้น จึงทำให้เส้นใยแก้วนำแสงดังกล่าวมีขนาดเล็กมากแต่ในเส้นใยแก้วนำแสงที่ใช้งานทั่วไปนั้นถัดจากส่วนที่ห่อหุ้มแกนออกมา จะเป็นส่วนที่ห่อหุ้มสำหรับทำหน้าที่ป้องกันการฉีกขาดของเส้นใยแก้วนำแสง และเป็นส่วนที่รองรับแรงดึงแรงบิดที่กระทำต่อเส้นใยแก้วนำแสง รวมทั้งป้องกันไม่ให้แสงหรือรังสีอินฟราเรดจากภายนอกเข้ามารบกวนสัญญาณภายในเส้นใยแก้วนำแสง ส่วนห่อหุ้มนี้มักจะทำจากวัสดุเหนียวสีดำ สำหรับเส้นใยแก้วนำแสงบางรุ่นที่มีขนาดใหญ่มาก จะมีการใส่สายเคเบิ้ลโลหะด้วยเพื่อเพิ่มความแข็งแรงทนทานในอาคารบ้านเรือน ที่อยู่อาศัย สำนักงานอาคารอุตสาหกรรมต่างๆ ล้วนแล้วแต่ต้องใช้สายสัญญาณเพื่อเชื่อมโยงระบบสื่อสาร แต่เดิมสายสัญญาณที่นำมาใช้ ได้แก่ สายตัวนำทองแดง ปัจจุบันสายสัญญาณระบบสื่อสารมีความจำเป็นมากขึ้น โดยเฉพาะ ระบบการเชื่อมโยงเครือข่ายคอมพิวเตอร์ และมีแนวโน้มที่จะรวมระบบสื่อสาร อย่างอื่นประกอบเข้ามาในระบบด้วย เช่น ระบบเคเบิลทีวี ระบบโทรศัพท์ ระบบการบริการข้อมูลข่าวสารเฉพาะของบริษัทผู้ให้บริการต่างๆ ความจำเป็นลักษณะนี้ จึงมีผู้ตั้งคำถามว่า ถึงเวลา แล้วหรือยังที่จะให้อาคารที่สร้างใหม่ มีระบบเครือข่ายสายสัญญาณด้วยเส้นใยแก้วนำแสง หากพิจารณาให้ดีพบว่า เวลานั้นได้มาถึงแล้ว ปัจจุบันราคาของเส้นใยแก้วนำแสงที่เดินในอาคารมีราคาใกล้เคียงกับสาย UTP แบบเกรดที่ดี เช่น CAT 5 ขณะเดียวกันสายเส้นใยแก้วนำแสง ให้ประสิทธิภาพที่สูงกว่ามาก และรองรับการใช้งานในอนาคตได้มากกว่า สายยูทีพี (UTP) แบบ CAT 5 รองรับความเร็วสัญญาณ ได้ 100 เมกะบิตต่อวินาที และมีข้อจำกัดในเรื่องความยาวเพียง 100 เมตร ขณะที่สายใยแก้วนำแสงรองรับความถี่สัญญาณได้หลายร้อยเมกะเฮิรตซ์ และยังใช้ได้กับ ความยาวถึง 2,000 เมตร การพัฒนาในเรื่องต่างๆของเส้นใยแก้วนำแสงได้ก้าวมาถึงจุดที่จะนำมาใช้กันอย่างกว้างขวางแล้ว บทความนี้จึงขอนำเสนอเพื่อแสดงให้เห็นว่า เส้นใยแก้วนำแสงมีจุดเด่นอย่างไร มีแนวโน้มการใช้งานด้านใดบ้าง และที่สำคัญคือ จะได้เป็นข้อมูลสำหรับการศึกษา และทำความเข้าใจกับเส้นใยแก้วนำแสง เพื่อว่าจะได้เห็นข้อดีข้อเสียรวมถึงแนวทางการนำมา ประยุกต์ให้คุ้มค่า โดยเฉพาะการมองแนวทางของเทคโนโลยีในระยะไกล จุดเด่นของสายใยแก้วนำแสงจุดเด่นของเส้นใยแก้วนำแสงมีหลายประการ โดยเฉพาะจุดที่ได้เปรียบสายตัวนำทองแดง ที่จะนำมาใช้แทนตัวนำทองแดง จุดเด่นเหล่านี้ มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง และดีขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งประกอบด้วย ความสามารถในการรับส่งข้อมูลข่าวสาร เส้นใยแก้วนำแสงที่เป็นแท่งแก้ว ขนาดเล็ก มีการโค้งงอได้ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่ใช้กันมากคือ 62.5/125 ไมโครเมตร เส้นใยแก้วนำแสงขนาดนี้ เป็นสายที่นำมาใช้ภายในอาคารทั่วไปเมื่อใช้กับคลื่นแสงความยาวคลื่น 850 นาโนเมตร จะส่งสัญญาณได้มากกว่า 160 เมกะเฮิรตซ์ ที่ความยาว 1 กิโลเมตร และถ้าใช้ความยาวคลื่น 1,300 นาโนเมตร จะส่งสัญญาณได้กว่า 500 เมกะเฮิรตซ์ ที่ความยาว 1 กิโลเมตร และถ้าลดความยาวลงเหลือ 100 เมตร จะใช้กับความถี่ของสัญญาณมากกว่า 1 กิกะเฮิรตซ์ได้ ดังนั้นจึงดีกว่าสายยูทีพีแบบแคต 5 ที่ใช้กับสัญญาณได้ 100 เมกะเฮิรตซ์ กำลังสูญเสียต่ำเส้นใยแก้วนำแสงมีคุณสมบัติในเชิงการให้แสงวิ่งผ่านได้ การบั่นทอนแสงมีค่าค่อนข้างต่ำ ตามมาตรฐานของเส้นใยแก้วนำแสง การใช้เส้นสัญญาณนำแสงนี้ใช้ได้ยาวถึง 2,000 เมตร หากระยะทางเกินกว่า 2,000 เมตร ต้องใช้ รีพีตเตอร์ทุกๆ 2,000 เมตร การสูญเสียในเรื่องสัญญาณจึงต่ำกว่าสายตัวนำทองแดงมาก ที่สายตัวนำทองแดงมีข้อกำหนดระยะทางเพียง 100 เมตร หากพิจารณาในแง่ความถี่ที่ใช้ ผลตอบสนองทางความถี่มีผลต่อกำลังสูญเสีย โดยเฉพาะในลวดตัวนำทองแดง เมื่อใช้เป็นสายสัญญาณ คุณสมบัติ ของสายตัวนำทองแดงจะเปลี่ยนแปลง เมื่อใช้ความถี่ต่างกัน โดยเฉพาะเมื่อใช้ความถี่ของสัญญาณที่ส่งในตัวนำทองแดง สูงขึ้น อัตราการสูญเสียก็จะมากตามแต่กรณีของเส้นใยแก้วนำแสง เราใช้สัญญาณความถี่มอดูเลตไปกับแสง การเปลี่ยน สัญญาณรับส่งข้อมูลจึงไม่มีผลกับกำลังสูญเสียทางแสง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถรบกวนได้ ปัญหาที่สำคัญของสายสัญญาณ แบบทองแดง คือ การเหนี่ยวนำโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ปัญหานี้มีมาก ตั้งแต่เรื่องการรบกวนระหว่างตัวนำหรือเรียกว่า Crosstalk การไม่แมตซ์พอดีทางอิมพีแดนซ์ ทำให้มีคลื่นสะท้อนกลับ การรบกวนจากปัจจัย ภายนอกที่เรียกว่า EMI ปัญหาเหล่านี้สร้างให้ผู้ใช้ต้องหมั่นดูแล แต่สำหรับเส้นใยแก้วนำแสง แล้ว ปัญหาเรื่องเหล่านี้จะไม่มี เพราะแสงเป็นพลังงานที่มีพลังงานเฉพาะ และไม่ถูกรบกวนโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การเดินทาง ในเส้นแก้วก็ปราศจากการรบกวนของแสงจากภายนอก

น้ำหนักเบา
เส้นใยแก้วนำแสงมีน้ำหนักเบากว่าเส้นลวดตัวนำทองแดง น้ำหนัก ของเส้นใยแก้วนำแสงขนาด 2 แกนที่ใช้ทั่วไป มีน้ำหนักเพียงประมาณ 20 ถึง 50 เปอร์เซนต์ของสาย UTP แบบ CAT 5

ขนาดเล็ก
เส้นใยแก้วนำแสงมีขนาดทางภาคตัดขวางแล้ว เล็กกว่าลวดทองแดง มาก ขนาดของเส้นใยแก้วนำแสง เมื่อรวมวัสดุหุ้มแล้วมีขนาดเล็กกว่าสายยูทีพี โดยขนาดของสายใยแก้วนี้ใช้พื้นที่ประมาณ 15 เปอร์เซนต์ ของเส้นลวดยูทีพีแบบ CAT 5 มีความปลอดภัยในเรื่องข้อมูลสูงกว่า การใช้เส้นใยแก้วนำแสงมีลักษณะใช้ แสงเดินทางในข่าย จึงยากที่จะทำการแท๊ปหรือทำการดักฟังข้อมูล มีความปลอดภัยต่อชีวิตและทรัพย์สินการที่เส้นใยแก้วเป็นฉนวนทั้งหมด จึงไม่นำกระแสไฟฟ้า การลัดลงจร การเกิดอันตรายจากกระแสไฟฟ้าจึงไม่เกิดขึ้น

เส้นใยแก้วนำแสงมีราคาแพง
แนวโน้มทางด้านราคามีการเปลี่ยนแปลงราคาของเส้นใยแก้วนำแสงลดลง จนในขณะนี้ยังแพงกว่าสายยูททีพีอยู่บ้าง แต่ก็ไม่มากนักนอกจากนี้หลายคนยังเข้าใจว่า การติดตั้งเส้นใยแก้วนำแสงมีข้อยุ่งยาก และต้องใช้คนที่มีความรู้ความชำนาญ เสียค่าติตั้งแพง ความคิดนี้ก็คงไม่จริง เพราะการติดตั้งทำได้ไม่ยากนักเนื่องจากมีเครื่องมือพิเศษช่วยได้มาก เครื่องมือพิเศษนี้สามารถเข้าหัวสายได้โดยง่ายกว่าแต่เดิมมาก อีกทั้งราคาเครื่องมือก็ถูกลงจนมีผู้รับติดตั้งได้ทั่วไป

เส้นใยแก้วนำแสงยังไม่สามารถใช้กับเครื่องที่ตั้งโต๊ะได้
ปัจจุบันพีซีที่ใช้ส่วนใหญ่ต่อกับแลนแบบอีเธอร์เน็ต ซึ่งได้ความเร็ว 10 เมกะบิต การเชื่อมต่อกับแลนมีหลายมาตรฐาน โดยเฉพาะปัจจุบันหากใช้ความเร็วเกินกว่า 100 เมกะบิต สายยูทีพีรองรับไม่ได้ เช่น เอทีเอ็ม 155 เมกะบิต แนวโน้มของการใช้งานระบบเครือข่ายมีทางที่ต้องใช้แถบกว้างสูงขึ้นมาก โดยเฉพาะเมื่อต้องการให้พีซีเป็นมัลติมีเดียเพื่อแสดงผลเป็นภาพวิดีโอ การใช้เส้นใยแก้วนำแสงดูจะเป็นทางออก พัฒนการของการ์ดก็ได้พัฒนาไปมากเอทีเอ็มการ์ดใช้ความเร็ว 155 เมกะบิต ย่อมต้องใช้เส้นใยแก้วนำแสงรองรับ การใช้เส้นใยแก้นำแสงยังสามารถใช้ในการส่งรับวิดีโอคอนเฟอเรนซ์ หรือสัญญาณประกอบอื่น ๆ ได้ดี