Fiber Optics ทำงานอย่างไร ใช้ทำอะไร และอื่นๆ

การสื่อสารโทรคมนาคมหรือการสื่อสารในระยะทางเป็นไปได้ด้วยสายส่งต่างๆ ที่มีอยู่ หนึ่งในนั้นที่น่าเชื่อถือที่สุดคือไฟเบอร์ออปติก เรียนรู้ผ่านบทความนี้ ใยแก้วนำแสงทำงานอย่างไร ที่ให้คุณใช้งานอินเทอร์เน็ตและประโยชน์อื่นๆ มากมายในบ้านและที่ทำงานของคุณ

ใยแก้วนำแสง

ใยแก้วนำแสงเป็นเส้นใยที่มีความยืดหยุ่นโดยทั่วไปทำจากซิลิกอน แม้ว่าจะมีเส้นใยแก้วนำแสงที่ทำจากพลาสติกด้วย เป็นวัสดุที่ละเอียดอ่อนมาก มีเส้นผ่านศูนย์กลางเกือบเท่ากับเกลียวผม มีความโปร่งใสเพื่อให้สามารถส่งผ่านแสงได้โดยไม่มีความถี่ของสีใดสีหนึ่งบิดเบือนสีอื่น

ไฟเบอร์ออปติกกลายเป็นสิ่งทดแทนสายเคเบิลโคแอกเซียล เช่นเดียวกับสายทองแดง ไฟเบอร์ถูกใช้เพื่อส่งข้อมูลระหว่างปลายทั้งสองข้างโดยใช้แสงเป็นพาหนะในการขนส่ง

ทุกวันนี้ ใยแก้วนำแสงเป็นหนึ่งในกลไกการสื่อสารที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด เนื่องจากข้อมูลสามารถเดินทางในระยะทางไกลได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องขยายสัญญาณมากนัก หรืออาจไม่มีแอมพลิฟายเออร์เลย เพื่อไม่ให้สัญญาณสูญหาย นอกจากนี้ยังมีแบนด์วิดท์หรือความเร็วข้อมูลที่สูงกว่าสายทองแดง

สาเหตุอื่นๆ ที่ไฟเบอร์ออปติกใช้แทนสายทองแดงคือสัญญาณอ่อนลงต่อกิโลเมตรของการเดินทาง และข้อดีอีกประการหนึ่งคือใยแก้วนำแสงมีภูมิคุ้มกันต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้เลยที่จะละเมิดความปลอดภัย

ในทำนองเดียวกัน เป็นเรื่องปกติที่จะพบไฟเบอร์ออปติกสำหรับให้แสงสว่าง เนื่องจากขณะนี้เส้นใยสามารถให้แสงที่มีความเข้มสูงสุดของแสงประดิษฐ์ทุกรูปแบบได้

โครงสร้างของใยแก้วนำแสงประกอบด้วยแกน ซึ่งเป็นตัวไฟเบอร์เองที่ข้อมูลเดินทาง แกนกลางเคลือบด้วยสารเคลือบ ซึ่งมีดัชนีการสะท้อนต่ำกว่าแกนกลาง สิ่งนี้ทำขึ้นโดยมีจุดประสงค์เพื่อป้องกันไม่ให้ลำแสงที่เคลื่อนที่ในนิวเคลียสหลุดออกจากนิวเคลียสและสูญเสียข้อมูล กล่าวคือ เป็นวิธีการจำกัดข้อมูลในนิวเคลียสโดยใช้ปรากฏการณ์การสะท้อนกลับ

ต่อจากนั้นซับในล้อมรอบด้วยเสื้อคลุมและเสื้อคลุมเคฟลาร์นี้ และสุดท้าย หมวกคลุม ที่มักจะเป็นสีเหลืองหรือสีส้ม ซึ่งระบุชนิดของเส้นใย ทั้งสองทำหน้าที่ปกป้องเส้นใยและความแข็งแกร่งทางกล ไม่เช่นนั้นเส้นใยจะเปราะบางมาก ยิ่งกว่าที่เป็นอยู่แล้ว

ภายในใยแก้วนำแสงสามารถส่งลำแสงได้มากกว่าหนึ่งลำ เนื่องจากมีเส้นทางที่แตกต่างกันหรือวิธีการที่เป็นไปได้ ใยแก้วนำแสงประเภทนี้เรียกว่ามัลติโหมดและชื่อมาจากสิ่งที่มีหลายโหมดในการส่งลำแสงพร้อมกัน ไฟเบอร์โหมดเดียวใช้เส้นทางเชิงเส้นเดียวเพื่อส่งลำแสงแทน โดยทั่วไปแล้วพวกมันจะแตกต่างกันตามสีของฮูด โดยทั่วไปแล้วจะเป็นสีส้มสำหรับโหมดมัลติโหมด และสีเหลืองสำหรับโหมดซิงเกิล

เมื่อทำการประกบไฟเบอร์ออปติก สิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้คือการจัดตำแหน่งระหว่างแกนกลางต้องแม่นยำอย่างยิ่ง เพราะไม่เช่นนั้นจะเกิดความสูญเสียเนื่องจากการคัปปลิ้งที่ผิดพลาด นี่หมายความว่าข้อต่อระหว่างเส้นใยแก้วนำแสงมีความซับซ้อนมากกว่าที่ใช้ในสายทองแดงทั่วไป

ประวัติไฟเบอร์ออปติก

ในใยแก้วนำแสงมีองค์ประกอบพื้นฐานสองประการที่นำเสนอความก้าวหน้าในการบรรลุเทคโนโลยีที่เรารู้จักในปัจจุบันในแง่ของการส่งข้อมูลผ่านแสง องค์ประกอบเหล่านั้นคือใยแก้วนำแสงและแสงที่เดินทางเข้าไป ในส่วนนี้ เราจะเดินทางผ่านประวัติศาสตร์ของใยแก้วนำแสงและวิวัฒนาการของใยแก้วนำแสงเมื่อเวลาผ่านไป

ในสมัยกรีกโบราณ แสงแดดที่สะท้อนจากกระจกถูกใช้เพื่อส่งข้อความหรือบดบังการมองเห็นศัตรูของคุณ ระบบเดียวกันนี้ถูกใช้โดย Claude Chappe ในปี 1792 เพื่อใช้โทรเลขด้วยแสงโดยใช้หอคอยและกระจกที่กระจายไปทั่ว 200 กม. เขาสามารถส่งข้อความในเวลาที่บันทึกได้เป็นเวลา 16 นาที

ในปี 1910 Demetrius Hondros และ Peter Debye เป็นคนแรกที่ใช้การจับแสงภายในสายเคเบิลที่ทำจากแก้ว เป็นเรื่องแปลกที่การทดลองนี้ใช้เวลานานมาก เพราะในปี พ.ศ. 1820 สมการที่สร้างปรากฏการณ์นี้มีอยู่แล้ว

หลักการนี้เรียกว่าเป็นการจำกัดแสงโดยการหักเห โปรดจำไว้ว่าการหักเหเป็นปรากฏการณ์ที่ทำให้ลำแสงเปลี่ยนทิศทางเมื่อเปลี่ยนจากสายส่งหนึ่งเป็นอีกสายหนึ่งที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่างกันเนื่องจากมีความหนาแน่นต่างกัน

ในยุค 1840 Jean-Daniel Collado และ Jacques Babinet สามารถพิสูจน์หลักการนี้ได้ ในทำนองเดียวกัน ในปี 1870 จอห์น ทินดอลล์สังเกตว่าแสงสามารถเดินทางในน้ำได้ และแสงนั้นหักเหในตัวกลางนี้ ขั้นตอนแรกเหล่านี้ทำให้สามารถดำเนินการศึกษาได้ ซึ่งจะยืนยันศักยภาพของคริสตัลในฐานะที่เป็นเลิศด้านวัสดุสำหรับการส่งผ่านแสงในระยะทางไกล ตอนแรกใช้สำหรับให้แสงสว่างแก่น้ำพุ

ต่อมา จอห์น โลจี วิศวกรชาวสก็อตได้จดสิทธิบัตรระบบเครื่องกลไฟฟ้าสำหรับโทรทัศน์สี ซึ่งใช้แท่งแก้วที่ส่องผ่านแสง ระบบนี้ไม่ประสบความสำเร็จมากนักเนื่องจากการลดทอนลงเนื่องจากวัสดุและเทคนิคที่ใช้ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่แสงจะเดินทางในระยะทางไกลๆ นอกจากนี้ ระบบของพวกเขาไม่มีตัวเชื่อมต่อแบบออปติคัล

ในปี 1952 ต้องขอบคุณการศึกษาก่อนหน้านี้ที่ดำเนินการโดย John Tyndall นักฟิสิกส์ Narinder Singh Kapany จึงสามารถประดิษฐ์เส้นใยแก้วนำแสงได้ ควรสังเกตว่าในช่วงทศวรรษ 1950 เมื่อการวิจัยเกี่ยวกับไฟเบอร์ออปติกลึกซึ้งยิ่งขึ้น อันที่จริงในปี 1957 Basil Hirschovitz ได้ผลิตกล้องเอนโดสโคปแบบกึ่งยืดหยุ่นโดยใช้ใยแก้วนำแสง เขาสามารถส่งภาพได้และกล้องเอนโดสโคปนี้เป็นเครื่องมือที่สะดวกสบายกว่าสำหรับการผ่าตัด

มหาวิทยาลัยมิชิแกนเสนอให้ใช้วัสดุที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่าแกนกลางในรุ่นของกล้องเอนโดสโคปแบบกึ่งยืดหยุ่น แทนที่จะใช้น้ำมันหรือขี้ผึ้งเหมือนที่เคยใช้มาก่อน นอกจากนี้ยังมีการผลิตเส้นใยแก้วนำแสงที่บางกว่ามากเท่ากับความหนาของเส้นผม อย่างไรก็ตาม แสงถูกทำให้อ่อนลงหรือหายไปหลังจากเดินทาง 9 เมตรด้วยใยแก้วนำแสงนี้ Charles K. Kao เป็นผู้นำเสนอว่าการลดทอนทางทฤษฎีสูงสุดที่เส้นใยนำแสงควรมีคือ 20 เดซิเบลสำหรับการประยุกต์ใช้ให้เป็นไปได้ ในวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขา

อีกครั้ง Charles K. Kao ร่วมกับ George Hockham กล่าวว่าเป็นไปได้ที่จะผลิตเส้นใยที่มีความโปร่งใสสูงกว่า ในทำนองเดียวกัน พวกเขาเป็นผู้เสนอให้ใช้ใยแก้วนำแสงในการส่งข้อความทางโทรศัพท์ แทนที่จะใช้สายที่เชื่อว่าเป็นทองแดงและไฟฟ้า

จำเป็นต้องปรับปรุงใยแก้วนำแสงซึ่งขณะนี้มีการลดทอน 100 dB / km แบนด์วิดท์ขนาดเล็กและความเปราะบางทางกลที่ดี เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ จึงต้องดำเนินการศึกษาและสอบสวนเชิงลึกอย่างต่อเนื่องและเชิงลึก ซึ่งทำให้สามารถระบุได้ว่าสาเหตุที่ทำให้เกิดการสูญเสียแสงในระดับนี้คือสิ่งเจือปนภายในที่มีอยู่ในซิลิคอนหรือแก้ว

ต้องขอบคุณการค้นพบครั้งนี้ที่ทำให้เส้นใยเริ่มผลิตด้วยการลดทอนลงได้ถึง 20 เดซิเบล/กม. และมีแบนด์วิธที่มากขึ้น นอกจากนี้ แกนมีความหนา 100 µm ซึ่งหุ้มด้วยลวด Naylon เพื่อให้สอดคล้องกับรากฐานดัชนีการหักเหของแสง แต่ยังสามารถให้ความแข็งแกร่งทางกลมากขึ้น ทำให้ไม่สามารถทำลายเส้นใยด้วยมือได้

งานของ Kao และ Hockman ทำหน้าที่เป็นรากฐานสำหรับการวิจัยที่ดำเนินการโดย Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz และ Frank Zimar ผู้เสนอและผลิตใยแก้วนำแสงชนิดแรกที่มีสิ่งเจือปนของไทเทเนียม สิ่งเจือปนเหล่านี้ถูกรวมเข้าไว้ในซิลิกอนโดยเจตนาเพื่อเพิ่มการหักเหของแสงในเส้นใย เส้นใยนี้อนุญาตให้แสงเดินทางในใยแก้วนำแสงโดยมีค่าลดทอนเพียง 17 เดซิเบล/กม. ในทศวรรษเดียวกันของปี 1970 สามารถผลิตเส้นใยแก้วนำแสงได้โดยมีการสูญเสียเพียง 0.5 เดซิเบล/กม.

ความก้าวหน้าที่สำคัญอีกประการหนึ่งของเทคโนโลยีการส่งข้อมูลด้วยแสงถูกสร้างขึ้นโดยนักฟิสิกส์ Morton B. Panish และ Izuo Hayashi ผู้พัฒนาเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่เพิ่มอุณหภูมิ John MacChesney และผู้ทำงานร่วมกันคนอื่นๆ ร่วมกันสร้างวิธีการเตรียมเส้นใย

การส่งโทรศัพท์ครั้งแรกโดยใช้สายส่งเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 22 เมษายน พ.ศ. 1977 โดย บริษัท General Telephone and Electronics ในอเมริกาเหนือและมีความเร็วถึง 6 Mbit / s

ในปีพ.ศ. 1980 เส้นใยมีความโปร่งใสมากจนสามารถส่งสัญญาณผ่านใยแก้วนำแสงได้ไกลถึงสองร้อยสี่สิบกิโลเมตรก่อนจะสูญหายไปโดยสิ้นเชิง เส้นใยเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อนักวิจัยตระหนักว่าซิลิกอนบริสุทธิ์ที่ไม่มีโลหะสามารถทำได้โดยใช้เครื่องมือและส่วนประกอบที่ใช้ไอน้ำเท่านั้น สิ่งนี้ช่วยป้องกันไม่ให้สารปนเปื้อนโดยธรรมชาติเกิดขึ้นในกระบวนการผลิต

AT&T ส่งโครงการสำหรับระบบใยแก้วนำแสงห่างจาก Federal Communications Commission ประมาณ 1980 ไมล์ในปี XNUMX ระบบนี้จะทำงานและเชื่อมต่อเมืองบอสตันและวอชิงตัน ดี.ซี. หลังจากนำเสนอโครงการนี้เป็นเวลาสี่ปี ระบบก็เริ่มทำงาน สายเคเบิลนี้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง XNUMX นิ้วและสามารถให้ช่องเสียงได้ถึงแปดหมื่นช่องสำหรับการสนทนาทางโทรศัพท์พร้อมกัน

ใยแก้วนำแสงตัวแรกที่ติดตั้งข้ามมหาสมุทรเริ่มดำเนินการในปี 1988 ความโปร่งใสของแกนกลางนั้นไร้ที่ติจนจำเป็นต้องวางเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลทุกสี่สิบไมล์เท่านั้น ต่อจากนั้นมีการเชื่อมต่อประเภทนี้มากขึ้นและทัวร์ระหว่างเมืองและทวีปต่างๆ

ความก้าวหน้าทั้งหมดนี้ทำให้ใยแก้วนำแสงสามารถปรับปรุงความโปร่งใสต่อไปได้ และสามารถนำไปใช้กับการสื่อสารในตลาดได้ ไม่เพียงแต่ในระดับทดลองเท่านั้น อันที่จริง โทรศัพท์ทั่วไปและอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อวันที่ 22 เมษายน พ.ศ. 1977 ได้ประสบความสำเร็จในการส่งโทรศัพท์ครั้งแรกด้วยความเร็ว 6 Mbits / s โดยใช้ใยแก้วนำแสงเป็นสายส่ง

กระบวนการผลิต

ที่ Bell Laboratories ได้พัฒนาวิธีการผลิตไฟเบอร์ออปติกที่เป็นอิสระ จากนั้น มีสี่ขั้นตอนในการผลิตใยแก้วนำแสง

MCVD (การสะสมไอเคมีดัดแปลง)

วิธีนี้แต่เดิมได้รับการพัฒนาโดย Corning Glass และดัดแปลงโดย Bell Laboratories สำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม ประกอบด้วยหลอดควอทซ์บริสุทธิ์ซึ่งซิลิคอนไดออกไซด์ผสมกับองค์ประกอบอื่น ๆ เพื่อเตรียมยา จากนั้นวางท่อนี้บนเครื่องกลึงแบบหมุน

ต่อจากนั้นก็นำไปที่อุณหภูมิสูงถึง 1600 องศาเซลเซียสด้วยหัวเผาไฮโดรเจนและออกซิเจน ทำได้โดยการหมุนเครื่องกลึงในขณะที่หลอดควอตซ์ได้รับความร้อนตลอดความยาว ณ จุดนี้ สารเติมแต่งจะถูกเพิ่มเข้าไป ซึ่งก็คือสารที่จะช่วยให้ดัชนีการหักเหของแสงดีขึ้นในแกนกลางที่ปลายด้านหนึ่งของหลอด

เลเยอร์ที่ตามมาก็ถูกรวมเข้าไว้ด้วยเนื่องจากการอยู่ใต้หัวเตาอย่างต่อเนื่อง เทคนิคนี้ช่วยให้สามารถสังเคราะห์นิวเคลียสได้ จากนั้นเตาจะถูกนำไปที่อุณหภูมิ 1800 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ช่วยให้ควอตซ์อ่อนตัวลงและได้รับพรีฟอร์ม

พรีฟอร์มหมายถึงแท่งแก้วหรือท่อที่ใช้สร้างใยแก้วนำแสง นั่นคือเป็นหลอดแข็งที่ได้มาจากวิธีนี้ โดยปกติขนาดของมันจะยาวกว่า 1 เมตรเล็กน้อยและมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 เซนติเมตร

VAD (การสะสมของแกนไอ)

เทคนิคนี้ใช้เทคนิคที่พัฒนาโดย Nippon Telephone and Telegraph มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในญี่ปุ่นในบริษัทที่ประกอบธุรกิจผลิตใยแก้วนำแสง ใช้วัสดุพื้นฐานแบบเดียวกับในวิธี MCVD อย่างไรก็ตาม ต่างกันตรงที่วัสดุแบบหลังวางเฉพาะแกนเท่านั้น ตอนนี้ซับในยังถูกวางไว้ในนอกจากนี้

นั่นคือเหตุผลที่วิธีการนี้มีความละเอียดอ่อนกว่าเล็กน้อยในขณะที่ยาสลบ เนื่องจากต้องรวมเจอร์เมเนียมไดออกไซด์ในสัดส่วนที่มากกว่าในสารเคลือบในสัดส่วนที่มากกว่า สำหรับการผลิตนี้ ซอฟต์แวร์ถูกใช้เป็นผู้ช่วยที่จำเป็นในการสร้างพารามิเตอร์

กระบวนการพรีฟอร์มเริ่มต้นขึ้นโดยใช้แท่งแก้วเสริมหรือท่อเสริม ท่อเสริมนี้ทำหน้าที่เป็นตัวรองรับ โดยเริ่มจากการรวมวัสดุต่างๆ เข้าด้วยกันอย่างเป็นระเบียบจากปลายกระบอกสูบ เพื่อให้ได้พรีฟอร์มที่มีรูพรุน ซึ่งเมื่อมันโตขึ้น จะแยกตัวออกจากหลอดแก้วเสริม

ต่อจากนั้น กระบวนการยุบตัวจะดำเนินการ ซึ่งประกอบด้วยการเพิ่มอุณหภูมิขึ้นถึง 1700 องศาเซลเซียส เพื่อให้ได้ผลึกที่อ่อนตัว สิ่งนี้ทำขึ้นเพื่อเปลี่ยนจากพรีฟอร์มที่มีรูพรุนภายในเป็นรูพรุนไปเป็นทรงกระบอกที่ทึบและโปร่งใส

หากเราเปรียบเทียบวิธีนี้กับวิธีก่อนหน้านี้ วิธี VAD มีข้อได้เปรียบที่จะได้รูปพรีฟอร์มที่มีความยาวมากขึ้นและเส้นผ่านศูนย์กลางที่มากขึ้น และยังช่วยลดอินพุตของพลังงานอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของมันคือต้องใช้อุปกรณ์การผลิตที่ซับซ้อนกว่านี้มาก

OVD (การสะสมไอภายนอก)

วิธีนี้ได้รับการพัฒนาโดย Corning Glass Work ในกรณีนี้ วัตถุดิบของคุณจะเริ่มด้วยกระบอกซับสเตรตเซรามิกและหัวเตา คลอไรด์ที่เป็นไอระเหยจะถูกวางไว้บนกองไฟและไฟจะทำให้แท่งร้อนขึ้น ณ จุดนี้ การสังเคราะห์พรีฟอร์มจะดำเนินการ ขั้นตอนนี้ประกอบด้วยการทำให้แท่งแห้งโดยใช้ก๊าซคลอรีน เพื่อใช้ในกระบวนการยุบตัวในภายหลังในลักษณะเดียวกับวิธีก่อนหน้า นี่คือวิธีการสังเคราะห์แกนกลางและส่วนหุ้มเพื่อให้ได้พรีฟอร์ม

ข้อดีบางประการของวิธีนี้คือสามารถผลิตเส้นใยแก้วนำแสงที่มีการลดทอนต่ำมากและมีคุณภาพดีได้ ต้องขอบคุณการปรับกระบวนการทำให้แห้งให้เหมาะสมที่สุด การปรับให้เหมาะสมนี้ช่วยให้ได้โปรไฟล์ที่ราบรื่นโดยไม่มีโครงสร้างวงแหวนที่สำคัญ

PCVD (การสะสมไอของสารเคมีในพลาสมา)

วิธีนี้ได้รับการพัฒนาโดยบริษัทฟิลิปส์ในประเทศเนเธอร์แลนด์ ในทำนองเดียวกัน มันมีลักษณะเฉพาะด้วยโปรไฟล์ที่เรียบและไม่มีโครงสร้างวงแหวนที่จดจำได้ หลักการของรากฐานนี้ขึ้นอยู่กับการเกิดออกซิเดชันของซิลิคอนคลอไรด์และเจอร์เมเนียมคลอไรด์ การเกิดสนิมของคลอไรด์เหล่านี้จะทำให้เกิดสถานะพลาสมา ตามด้วยกระบวนการเติมสารภายในห้องโดยสาร

เวทียืดพรีฟอร์ม

ไม่ว่าวิธีการที่ใช้จะเป็นแบบใด เป็นเรื่องปกติที่กระบวนการยืดพรีฟอร์มจะดำเนินการ เพื่อให้พรีฟอร์มยืดตัวได้ จำเป็นต้องมีเตาหลอมแบบเปิด พรีฟอร์มถูกวางไว้ในเตาอบนี้และอยู่ภายใต้อุณหภูมิที่สูงถึง 2000 องศาเซลเซียส เพื่อทำให้พรีฟอร์มอ่อนตัวลงและสามารถจัดการได้

ในกระบวนการนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางของไฟเบอร์ออปติกทำได้สำเร็จ และการรักษาความตึงคงที่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เพื่อไม่ให้เส้นผ่านศูนย์กลางตลอดความยาวของไฟเบอร์ออปติกแตกต่างกัน วิธีที่จะทำให้แน่ใจว่าแกนกลางไม่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันไปคือการรักษาความตึงที่สม่ำเสมอสม่ำเสมอ นอกจากนี้ต้องรับประกันว่าไม่มีกระแสพาความร้อนในเตาอบ

ในทำนองเดียวกัน เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่เมื่อพรีฟอร์มอ่อนตัวลงอีกครั้ง จะต้องหลีกเลี่ยงการป้อนสารที่สามารถปนเปื้อนหรือทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็ก ซึ่งจะทำให้สูญเสียการลดทอนและแม้กระทั่งการแตกหักในใยแก้วนำแสง

ในระหว่างกระบวนการนี้ วัสดุสังเคราะห์จะถูกเพิ่มเข้าไปในรูปด้วย โดยทั่วไปแล้วจะเป็นพอลิเมอร์ที่มีความหนืด ความสำคัญของพอลิเมอร์นี้คือช่วยให้ใยแก้วนำแสงสามารถยืดออกด้วยความเร็วสูงขึ้น สิ่งนี้จะสร้างชั้นที่สม่ำเสมอและปราศจากสิ่งเจือปนรอบ ๆ เส้นใย สุดท้าย การป้องกันนี้จะแห้งและแข็งตัว โดยกระบวนการทางความร้อนหรือปฏิกิริยาเคมีโดยใช้รังสีอัลตราไวโอเลต

แอปพลิเคชั่นไฟเบอร์ออปติก

เส้นใยมีความอเนกประสงค์ที่น่าประทับใจ จึงสามารถนำไปใช้ในการสื่อสารดิจิทัล เครื่องประดับ เซ็นเซอร์ แสง การตกแต่ง และอื่นๆ ต่อไปนี้คือการใช้งานทั่วไปของใยแก้วนำแสงและการใช้งานเพิ่มเติม

การสื่อสารใยแก้วนำแสง

การใช้ใยแก้วนำแสงในระดับหรือขนาดที่ใหญ่ที่สุดมีไว้สำหรับโทรคมนาคม เนื่องจากมีความยืดหยุ่น จึงเป็นไปได้ที่จะจัดกลุ่มสายไฟหลายเส้นเพื่อสร้างสายไฟเบอร์ออปติก โดยปกติ เส้นใยที่ใช้ทำสิ่งนี้จะทำจากพลาสติกหรือแก้ว และบางครั้งก็ทำจากทั้งสองวัสดุ

ไฟเบอร์ออปติกเซนเซอร์

ไฟเบอร์ออปติกเซนเซอร์สามารถแยกแยะระหว่างเซนเซอร์ภายในและเซนเซอร์ภายนอกได้ เซ็นเซอร์ภายในอ้างอิงถึงรูปตัวเองว่าเป็นเซ็นเซอร์ ในทางกลับกัน ในเซ็นเซอร์ภายนอก ไฟเบอร์เป็นวิธีส่งสัญญาณที่เซ็นเซอร์ส่งไปยังระบบที่ประมวลผลสัญญาณดังกล่าว

เนื่องจากไม่มีการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าในเส้นใยแก้วนำแสง จึงมีข้อได้เปรียบเมื่อเทียบกับเซ็นเซอร์ไฟฟ้า แม้แต่เส้นด้ายเส้นใยเองก็เป็นเซ็นเซอร์ที่ยอดเยี่ยมในการวัดการเสียรูป อุณหภูมิ ความดันบรรยากาศ ความชื้น สนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก ก๊าซ การสั่นสะเทือน และอื่นๆ

การประยุกต์ใช้ใยแก้วนำแสงอีกประการหนึ่งในการประยุกต์ใช้ไมโครโฟนในน้ำสำหรับการตรวจจับแผ่นดินไหวหรือแอปพลิเคชันคลื่นที่สร้างขึ้นโดยโซนาร์ ด้วยเหตุนี้ จึงมีการใช้เซ็นเซอร์มากกว่าหนึ่งพันตัวที่ทำด้วยไฟเบอร์ออปติกเพื่อสร้างระบบไฮโดรโฟนิก ระบบประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันและองค์กรป้องกันประเทศและบางประเทศ ในทำนองเดียวกัน บริษัท Sennheiser จากประเทศเยอรมนีได้สร้างไมโครโฟนที่ทำงานด้วยแสงเลเซอร์และไฟเบอร์ออปติก

ในแง่เดียวกันนี้ เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงที่วัดอุณหภูมิและความดันบรรยากาศถูกใช้ในบ่อน้ำมัน เซ็นเซอร์ประเภทนี้สามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์ที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์

ในการบินมีไจโรสโคปที่ทำจากใยแก้วนำแสงเช่นเดียวกับไฮโดรเจนไมโครเซ็นเซอร์

โฟโตนิกเซนเซอร์เหล่านี้ทำจากไฟเบอร์ออปติกโดยทั่วไปประกอบด้วยสี่ส่วนพื้นฐาน ซึ่งได้แก่:

เซ็นเซอร์: เป็นทรานสดิวเซอร์
ผู้สอบสวน : ผู้ส่งและรับสัญญาณจากใยแก้วนำแสง
สายใยแก้วนำแสง: มันคือใยแก้วนำแสง
ออปติคัลคัปปลิ้ง มัลติเพล็กเซอร์ แอมพลิฟายเออร์ หรือสวิตช์: องค์ประกอบที่ช่วยให้ระบบออปติคัลและไฟฟ้าเชื่อมต่อกันโดยไม่สูญเสียสัญญาณ และสามารถจัดการกับสัญญาณต่างๆ จากแหล่งต่างๆ

การทำงานหรือการทำงานของระบบนี้เริ่มต้นด้วยการสร้างสัญญาณออปติคัลที่สร้างขึ้นโดยผู้สอบสวน เพื่อขอข้อมูลจากผู้รับ ข้อมูลนี้เดินทางผ่านใยแก้วนำแสงของเซ็นเซอร์ เมื่อดำเนินการวัดสภาพแวดล้อม เช่น ก๊าซ ความกดอากาศ อุณหภูมิ และปัจจัยอื่นๆ จะมีการเปลี่ยนแปลงในความเข้มของแสง หรือความยาวคลื่นของแสงได้รับผลกระทบ ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลง

ความแปรผันของการเปลี่ยนแปลงนี้ ไม่ว่าจะในความยาวคลื่นหรือในความเข้มของแสง จะถูกส่งคืนอีกครั้งผ่านใยแก้วนำแสงไปยังผู้สอบสวน จากนั้นจะประมาณเปอร์เซ็นต์ความแปรผันของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ด้วยการใช้อัลกอริธึมและเครื่องมือต่างๆ เช่น optoelectronic couplers จึงสามารถแปลงสัญญาณออปติคัลเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ได้ เพื่อให้ระบบไฟฟ้าที่ส่วนปลายสามารถตีความข้อมูลได้ เช่น ระบบควบคุมหรือแสดงผล ข้อมูลแบบเรียลไทม์

ในทำนองเดียวกัน ขึ้นอยู่กับปริมาณการรับส่งข้อมูล เช่น การส่งผ่านข้อมูลในเครือข่ายอินเทอร์เน็ต อาจมีมัลติเพล็กเซอร์ออปติคัล สวิตช์ออปติคัล แอมพลิฟายเออร์ออปติคัล หรือออปติคัลคัปปลิ้งที่แตกต่างกันในลักษณะเดียวกัน

ในทำนองเดียวกัน ระบบเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงสามารถจำแนกเป็นแบบจุดหรือแบบกระจายได้

ระบบเซ็นเซอร์จุดออปติคัล

ระบบประเภทนี้ใช้ตำแหน่งที่กำหนดเซ็นเซอร์แบบกระจายภายในเครือข่ายเซ็นเซอร์ที่อนุญาตให้ตรวจสอบพารามิเตอร์แยกกัน ด้วยเหตุนี้ ระบบจุดจึงสามารถวัดค่าพารามิเตอร์ได้พร้อมกันมากขึ้น ต่างจากระบบแบบกระจาย การตรวจสอบระบบแบบจุดสามารถขยายได้ถึง 250 กม.

ระบบเซ็นเซอร์ออปติคัลแบบกระจาย

ในกรณีนี้ การวัดและการตรวจจับความแปรผันของพารามิเตอร์ทางแสงที่ผู้สอบสวนได้รับมาจากข้อมูลที่ได้รับจากใยแก้วนำแสงทั้งหมด นี่เป็นข้อได้เปรียบเนื่องจากเป็นโซนเส้นใยแก้วนำแสงที่ใช้เป็นตัวแปลของระบบ ระบบออปติคัลแบบกระจายสามารถขยายได้ไกลถึง 120 กม.

Iluminacion

แอปพลิเคชั่นแรกที่มีไฟเบอร์ออปติกคือการให้แสงสว่างของพื้นที่อย่างแม่นยำ แม้กระทั่งทุกวันนี้ แอปพลิเคชันนี้ยังคงมีอยู่สำหรับใยแก้วนำแสง เนื่องจากใยแก้วนำแสงช่วยให้ส่องสว่างบริเวณต่างๆ ได้โดยไม่ก่อให้เกิดความร้อนและไม่มีการลัดวงจร เนื่องจากใยแก้วนำแสงได้รับการออกแบบสำหรับการส่งผ่านลำแสง

เป็นไปได้ด้วยซ้ำโดยการปรับเปลี่ยนความถี่เพื่อเปลี่ยนสีของแสง สิ่งนี้มีประโยชน์มาก ตัวอย่างเช่น หากใช้แสงในหลอดไฟ เนื่องจากสามารถเปลี่ยนสีได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนหลอดไฟ

ในทำนองเดียวกัน เป็นไปได้ที่จะขยายพื้นที่การส่องสว่าง เนื่องจากสามารถจัดตำแหน่งเส้นใยแก้วนำแสงต่างๆ ได้หลายแห่งโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงเพียงแหล่งเดียว

การใช้ใยแก้วนำแสงมากขึ้น

ใช้เป็นตัวนำคลื่นสำหรับลำแสงที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์ทางการแพทย์หรืออุตสาหกรรมที่ต้องการพื้นที่ส่องสว่างซึ่งไม่สามารถเข้าถึงแนวสายตาได้โดยตรงหรือโดยง่าย

เราอาจใช้กล้องเอนโดสโคปกึ่งยืดหยุ่นที่ใช้ในทางการแพทย์เป็นตัวอย่างได้ ซึ่งใช้ใยแก้วนำแสงร่วมกับเลนส์เพื่อให้เห็นภาพภายในของอวัยวะโดยไม่จำเป็นต้องผ่าตัดแบบลุกลามมาก ในกรณีของอุตสาหกรรม ให้ตรวจสอบอุปกรณ์ เช่น กังหัน

ในความเป็นจริง ใยแก้วนำแสงถูกใช้เป็นองค์ประกอบในการตกแต่ง เช่นเดียวกับต้นคริสต์มาสที่มีเส้นใยแก้วนำแสงที่กิ่งก้านของมันซึ่งให้แสงสว่างแก่ต้นไม้ และสามารถเปลี่ยนสีได้

อีกตัวอย่างหนึ่งของการประยุกต์ใช้ใยแก้วนำแสงคือแบบที่ใช้ในอาคารบางหลัง ซึ่งจับแสงธรรมชาติจากหลังคาบ้าน และด้วยใยแก้วนำแสง แสงนี้สามารถเดินทางไปยังพื้นที่ภายในอาคารได้

และสุดท้าย วันนี้มีส่วนผสมระหว่างคอนกรีตและไฟเบอร์ออปติกที่ส่งผลให้คอนกรีตโปร่งแสง วัสดุนี้ถูกสร้างขึ้นโดยสถาปนิก Ron Losonczi และสิ่งที่น่าทึ่งเกี่ยวกับคอนกรีตนี้คือมันยังคงมีความแข็งแรงของคอนกรีตและนอกจากนี้คุณภาพของไฟเบอร์ออปติกในการส่งแสง

ลักษณะใยแก้วนำแสง

ใยแก้วนำแสงเป็นสายส่งอิเล็กทริกที่ทำงานภายในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าในแถบแสง ในแถบแสงนี้เป็นที่ที่เราสามารถหาสีได้ แต่ก็มีแถบอินฟราเรดใกล้และแถบอินฟราเรดด้วย ในใยแก้วนำแสงมักใช้ความถี่เหล่านี้บางส่วน

เส้นใยแก้วนำแสงแต่ละเส้นมีแกนกลางที่ทำจากพลาสติกหรือแก้ว นั่นคือซิลิกอนและเจอร์เมเนียมออกไซด์ แกนนี้มีดัชนีการหักเหของแสงสูงและเคลือบด้วยดัชนีการหักเหของแสงที่ต่ำกว่า สิ่งนี้ทำให้แสงเดินทางผ่านแกนกลางเท่านั้นและไม่หลบหนีออกสู่ภายนอก เป็นเรื่องปกติที่ชั้นเคลือบนี้จะทำจากโพลีเมอร์หรือพลาสติก

ความแตกต่างระหว่างดัชนีการหักเหของแสงที่ต้องมีระหว่างแกนกลางกับส่วนหุ้มนั้นเกิดจากหลักการหักเหของแสง หลักการนี้ระบุว่าเมื่อพื้นผิวที่มีดัชนีการหักเหของแสงอยู่ติดกับพื้นผิวอื่นที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่า แสงจะถูกสะท้อน และยิ่งมีความแตกต่างระหว่างดัชนีเหล่านี้มากเท่าใด มุมตกกระทบก็จะยิ่งมากขึ้น ดังนั้นจะมีการสะท้อนภายในทั้งหมด .

ในใยแก้วนำแสง แสงจะสะท้อนหรือสะท้อนภายในนิวเคลียส และมุมสะท้อนเหล่านี้กว้างมาก ในทางปฏิบัติ จึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าแสงเดินทางเป็นเส้นตรงผ่านจุดศูนย์กลาง ทำให้สามารถเดินทางเป็นระยะทางไกลได้โดยปราศจาก ซีดจาง

ประสิทธิภาพของไฟเบอร์ออปติก

กฎของเรขาคณิตเชิงแสงคือกฎที่กำหนดการทำงานและหลักการพื้นฐานของการทำงานของใยแก้วนำแสง ใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยกฎการหักเหของแสงคือไปโดยหลักการของการสะท้อนภายในทั้งหมด

ลำแสงถูกส่งผ่านแกนของใยแก้วนำแสง ฉันได้ให้ความแตกต่างในดัชนีการหักเหของแสง ลำแสงนี้ไม่สามารถทะลุผ่านเปลือกหุ้มได้ แต่แท้จริงแล้วจะสะท้อนบนใยแก้วนำแสงและยังคงแพร่กระจายผ่านแกนกลางต่อไป

ต่อไปเราจะนำเสนอข้อดีและข้อเสียของเทคโนโลยีใยแก้วนำแสง

ความได้เปรียบ

มีแบนด์วิดท์ที่ใหญ่มาก ทำให้มีความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่รวดเร็วมาก
เป็นเทคโนโลยีที่เรียบง่าย กล่าวคือ ใช้พื้นที่น้อยมาก
มีน้ำหนักเบา เนื่องจากมีน้ำหนักเพียงไม่กี่กรัมต่อกิโลเมตร ต่างจากสายไฟฟ้าที่รับน้ำหนักได้มากกว่าสายไฟเบอร์ออปติกถึง 9 เท่า
มีภูมิคุ้มกันอย่างสมบูรณ์ต่อการปนเปื้อนทางแม่เหล็กไฟฟ้า จึงมีคุณภาพการส่งผ่านที่เหนือกว่าสายทั่วไป เนื่องจากไม่ถูกรบกวน เช่น ไฟฟ้าลัดวงจรภายนอกหรือพายุไฟฟ้า
ไฟเบอร์ออปติกรับประกันความปลอดภัยของข้อมูลในระดับสูง เนื่องจากไม่มีสัญญาณรบกวน เนื่องจากไม่มีสัญญาณรบกวน เนื่องจากวิธีเดียวที่จะเข้าไปภายในระบบส่งสัญญาณไฟเบอร์ออปติกคือทำให้ระบบอ่อนลงและแม้กระทั่งรบกวนระบบ ทำให้ตรวจจับได้ง่าย
ไม่ก่อให้เกิดการรบกวนกับระบบอื่น
มันไม่ได้รับผลกระทบจากสัญญาณปรสิต ดังนั้นในระบบต่างๆ เช่น รถไฟใต้ดิน ที่มีระบบที่รบกวนการสื่อสารได้ง่าย ใยแก้วนำแสงจึงกลายเป็นทางเลือกที่ยอดเยี่ยมที่สุด
การลดทอนของมันมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับสายเคเบิลทั่วไป ดังนั้นจึงสามารถเดินทางในระยะทางไกลโดยไม่จำเป็นต้องรวมองค์ประกอบที่ทำงานอยู่ เช่น แอมพลิฟายเออร์เพื่อรักษาสัญญาณ
ใยแก้วนำแสงสามารถมีความต้านทานเชิงกลได้ดี ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ผลิตเสื้อคลุมและฮูด
ทนต่อการกัดกร่อน
มีระบบที่เรียกว่าการสะท้อนแสงด้วยแสงที่ช่วยให้คุณตรวจจับจุดอ่อนหรือเส้นใยที่ถูกตัดตามเส้นทางได้อย่างง่ายดาย

ข้อเสีย

เนื่องจากเรานำเสนอข้อดีทั้งหมดของใยแก้วนำแสง เราจะดำเนินการนำเสนอข้อเสียของเทคโนโลยีนี้เมื่อเทียบกับสายส่งอื่นๆ

ความเปราะบางของเส้นใยสูง
ต้องใช้อุปกรณ์ส่งและรับที่มีราคาแพงกว่า
การต่อประกบที่ทำด้วยไฟเบอร์ออปติกนั้นซับซ้อนกว่ามาก โดยเฉพาะในภาคสนาม ดังนั้นการซ่อมแซมจึงทำได้ยากขึ้น
เนื่องจากไม่สามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ จึงไม่สามารถใช้งานร่วมกับระบบปลายทางได้โดยตรง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์
ไม่สามารถส่งพลังที่สูงมากได้
ไม่สามารถจัดเก็บข้อมูลแบบออปติคัลได้
มันได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิสูงหรือต่ำ ดังนั้นแจ็คเก็ตและสารเคลือบต้องเป็นวัสดุที่ทนต่ออุณหภูมิ
การสั่นสะเทือนอาจส่งผลต่อการส่งข้อมูลได้อย่างถูกต้อง

ประเภทใยแก้วนำแสง

ภายในแกนของใยแก้วนำแสงมีเส้นทางต่างๆ ที่ลำแสงสามารถติดตามได้ แต่ละเส้นทางเหล่านี้เรียกว่าโหมดการขยายพันธุ์ ใยแก้วนำแสงสามารถจำแนกได้เป็นเส้นใยมัลติโหมดหรือเส้นใยเดี่ยว

มัลติไฟเบอร์

เส้นใยมัลติโหมดหมายถึงเส้นใยที่แสงสามารถเดินทางผ่านเส้นทางหรือโหมดได้มากกว่าหนึ่งเส้นทาง เส้นใยมัลติโหมดเส้นเดียวสามารถมีโหมดการแพร่กระจายของลำแสงได้ถึง 1000 โหมด นี่หมายความว่าลำแสงไม่มาพร้อมกัน เส้นใยชนิดนี้มักใช้ในระยะทางสั้น ๆ ประมาณระยะทางไม่เกิน 2 กิโลเมตร

ดัชนีการหักเหของแสงของแกนกลางของเส้นใยมัลติโหมดนั้นสูงกว่าดัชนีการหักเหของแสงของส่วนหุ้มเล็กน้อย นอกจากนี้ ความหนาของแกนกลางของไฟเบอร์แบบมัลติโหมดนั้นมากกว่าของไฟเบอร์แบบโหมดเดียว ซึ่งช่วยให้เชื่อมต่อได้ง่ายขึ้นเพราะไม่ต้องการความแม่นยำที่แน่นอนเช่นนั้น

เส้นใยมัลติโหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองรูปแบบขึ้นอยู่กับประเภทของดัชนีการหักเหของแสงของแกนซึ่ง ได้แก่ :

ดัชนีเซ: ในกรณีนี้ ดัชนีการหักเหของแสงจะคงที่ตลอดความยาวของนิวเคลียส จึงมีการกระจายตัวแบบโมดอลสูง

ดัชนีค่อยเป็นค่อยไป: ในกรณีนี้ แกนกลางประกอบด้วยวัสดุที่แตกต่างกัน ดังนั้นดัชนีการหักเหของแสงจะไม่คงที่ตลอดความยาวทั้งหมดของเส้นใย ดังนั้นจึงมีการกระจายแบบโมดอลที่ต่ำกว่า

ในทำนองเดียวกัน มาตรฐานที่กำหนดใน ISO 11801 ระบุการจำแนกประเภทของไฟเบอร์ออปติกมัลติโหมดตามแบนด์วิดท์และแหล่งกำเนิดแสงที่จะใช้เพื่อบอกว่าเป็นมัลติโหมดบนเลเซอร์หรือมัลติโหมดบนไฟ LED

OM1: ไฟเบอร์ 62.5 / 125 µm, 1 กิกะบิต (1 Gbit / s), LED
OM2: ไฟเบอร์ 50 / 125 µm, 1 กิกะบิต (1 Gbit / s), LED
OM3: ไฟเบอร์ 50/125 µm, 10 Gigabit (300 ม.), เลเซอร์

ไฟเบอร์โหมดเดียว

ดังที่เราได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ โหมดคำศัพท์ถูกนำไปใช้เพื่อระบุจำนวนวิถีโคจรที่ลำแสงสามารถมีได้ ในไฟเบอร์โหมดเดียวมีโหมดเดียวเท่านั้นที่แสงสามารถเดินทางผ่านได้ ซึ่งหมายความว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนกลางมีขนาดเล็กลง ในทางทฤษฎี แสงเดินทางผ่านจุดศูนย์กลางของเส้นใยในทางทฤษฎี ซึ่งแตกต่างจากโหมดมัลติโหมดที่สะท้อนออกจากผนังของแกนกลาง เส้นใยชนิดนี้ใช้เป็นหลักสำหรับเส้นทางระยะไกล

สายเคเบิลโครงสร้างหลวม

นอกจากนี้ยังสามารถจำแนกไฟเบอร์ออปติกตามการออกแบบ และยังมีไฟเบอร์ออปติกสองประเภทตามการจำแนกประเภทนี้

เส้นใยชนิดนี้สามารถใช้ได้ทั้งภายนอกและภายในอาคาร และประกอบด้วยเส้นใยหลายเส้นที่แบ่งออกเป็นกลุ่มๆ ที่ถูกใส่เข้าไปในท่อที่ล้อมรอบส่วนเสริมตรงกลาง และหุ้มด้วยเสื้อป้องกัน

คำว่าโครงสร้างหลวมมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าเส้นใยไฟเบอร์ออปติกอยู่ภายในท่อที่หลวมซึ่งถูกชี้นำ หลอดนี้สามารถกลวงหรือมีวัสดุที่ไม่ชอบน้ำอยู่ภายในได้ เพื่อทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันใยแก้วนำแสงจากความชื้น

นอกจากนี้ ต้องหลวม จึงสามารถแยกไฟเบอร์ออปติกออกจากแรงทางกลภายนอกที่กระทำบนสายเคเบิลได้

เหล็กค้ำตรงกลางโดยทั่วไปจะมีความยืดหยุ่นและให้ความแข็งแรงแก่สายเคเบิล มันสามารถทำจากโลหะหรือวัสดุอิเล็กทริก

สายเคเบิลโครงสร้างแน่น

สายเคเบิลนี้มีการใช้งานเป็นหลักสำหรับการตกแต่งภายในอาคารเนื่องจากมีความยืดหยุ่นมากกว่าและให้รัศมีการโค้งงอที่เล็กกว่าสายเคเบิลที่มีโครงสร้างหลวม

สายเคเบิลนี้ประกอบด้วยการรวมของเส้นใยแก้วนำแสงหลายเส้นที่มีเสื้อคลุมและแจ็คเก็ตแยกกัน เกลียวเหล่านี้ล้อมรอบชิ้นส่วนตรงกลาง และทั้งชุดได้รับการคุ้มครองโดยเลเยอร์ภายนอก ชื่อของมันมาจากความจริงที่ว่าเส้นใยทั้งหมดแน่นมากซึ่งให้การสนับสนุนทางกายภาพที่ดี

ส่วนประกอบไฟเบอร์ออปติก

ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง มีส่วนประกอบบางอย่างที่จำเป็นสำหรับการส่งสัญญาณให้ประสบความสำเร็จ ส่วนประกอบเหล่านี้รวมถึงเครื่องส่งสัญญาณแสง เครื่องตรวจจับแสง ขั้วต่อหรือขั้วต่อไฟเบอร์ออปติก เป็นต้น

เครื่องส่งสัญญาณแสง

เหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่รับผิดชอบในการแปลงข้อมูลหรือข้อมูลที่มาจากแหล่งอิเล็กทรอนิกส์เป็นข้อมูลออปติคัลหรือลำแสง เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ เครื่องส่งใช้อิเล็กตรอนที่ความถี่หนึ่งเพื่อกระตุ้นภายในวัสดุ เช่น ซิลิกอน ซึ่งมักจะสร้างลำแสงที่เรียกว่าโฟตอนในรูปของพลังงาน โฟตอนเป็นอนุภาคควอนตัมเบื้องต้นของแสง ตัวส่งสัญญาณภายในมีโมดูเลเตอร์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานอิเล็กทรอนิกส์เป็นพลังงานแสง

ตัวปล่อยลำแสง

ในเครื่องส่งแบบออปติคัล มีตัวส่งสัญญาณสองประเภทที่ปล่อยสัญญาณออปติคัล ซึ่งได้แก่:

ไฟ LED.

เป็นไดโอดเปล่งแสงหรือไดโอดเปล่งแสง ตัวปล่อยแสงประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้ในไฟเบอร์แบบมัลติโหมดเนื่องจากใช้งานง่ายและอายุการใช้งาน แม้ว่าสิ่งสำคัญที่ควรทราบคือแสงประเภทนี้ไม่สามารถเดินทางในระยะทางไกลได้ ดังนั้นจึงใช้สำหรับระยะทางสั้น ๆ เนื่องจากมีคุณสมบัติครบถ้วนและลดต้นทุน

เลเซอร์

เป็นการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเองโดยกระตุ้นด้วยแอมพลิฟายเออร์ มันปล่อยแสงที่เชื่อมโยงกันสูง และใช้เซมิคอนดักเตอร์สำหรับการปล่อยแสง แสงเลเซอร์สามารถใช้ได้ในเส้นใยมัลติโหมดและในเส้นใยโหมดเดี่ยว แม้ว่าโดยทั่วไปจะใช้ในเส้นใยโหมดเดียวเท่านั้น เนื่องจากวงจรของพวกมันซับซ้อนกว่าและมีราคาแพงกว่า อายุการใช้งานของเลเซอร์ถึงแม้จะยาวนาน แต่ก็มักจะต่ำกว่าค่าเฉลี่ยของ LED

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ

ในการส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงจำเป็นต้องมีองค์ประกอบที่ตรวจจับโฟตอน โดยปกติแล้วจะเป็นโฟโตไดโอดที่ทำหน้าที่แปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ สิ่งนี้ทำได้โดยการแปลการมีหรือไม่มีแสงเป็นสัญญาณที่มีเสียงสูงและต่ำหรือหนึ่งและศูนย์

และยังใช้สำหรับกระบวนการย้อนกลับ กล่าวคือ เพื่อแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติคัล แม้ว่าจะสามารถเปลี่ยนแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าได้ และปล่อยพลังงานออกมาในระดับหนึ่ง แต่ก็ไม่เพียงพอที่จะจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ปลายทาง อุปกรณ์ปลายทางเหล่านี้มักจะใช้ไฟฟ้า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานทางเลือกเกือบทุกครั้ง

ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ โดยปกติแล้ว ตัวแปลงออปโตไฟฟ้าเหล่านี้ประกอบด้วยโฟโตไดโอดหรือเซมิคอนดักเตอร์ เพื่อรับประกันการทำงานที่ถูกต้องของเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ ต้องมีเงื่อนไขบางประการ ได้แก่:

เมื่อไม่มีแสง กระแสย้อนกลับต้องไม่สูงมากจึงจะสามารถตรวจจับสัญญาณแสงที่อ่อนมากได้
ต้องมีแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่เพื่อให้สามารถตอบสนองต่อความเร็วได้
ระดับเสียงที่เกิดจากเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ควรน้อยที่สุด

ในทางกลับกัน มีเครื่องตรวจจับสองประเภท ได้แก่ โฟโตไดโอด PIN และโฟโตไดโอดหิมะถล่ม APD

เครื่องตรวจจับ PIN

เครื่องตรวจจับประเภทนี้ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำที่ประกอบด้วยสามชั้น ชั้นนอกสองชั้นเป็นหนึ่งในประเภท P และหนึ่งในประเภท N และชั้นที่อยู่ตรงกลางคือสารกึ่งตัวนำภายใน นั่นคือที่มาของชื่อ PIN เนื้อหาที่แท้จริงในทางปฏิบัตินี้มักจะถูกวางไว้เป็นส่วนขยายของวัสดุ P หรือวัสดุ N

เครื่องตรวจจับ APD

เหล่านี้เป็นเซมิคอนดักเตอร์หิมะถล่ม โฟโตไดโอดเหล่านี้ เมื่อใช้แรงดันย้อนกลับกับโฟโตไดโอด จะสร้างเกนกระแส การทำงานของเครื่องตรวจจับหิมะถล่มเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ประกอบด้วยการเดินทางของอิเล็กตรอนและพบกับอะตอมเพื่อให้สามารถปล่อยอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งได้ เหตุผลที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์หิมะถล่มเนื่องจากต้องส่งอิเล็กตรอนนี้เพื่อจัดการกับพลังงานในปริมาณที่เพียงพอ

เครื่องตรวจจับ APD สามารถจำแนกได้เป็นสามประเภทตามวัสดุที่ทำ:

เครื่องตรวจจับซิลิโคน

เครื่องตรวจจับประเภทนี้มีประสิทธิภาพสูงและสร้างระดับเสียงต่ำ แหล่งจ่ายไฟของเครื่องตรวจจับประเภทนี้อยู่ในช่วง 200 V ถึง 300 V

เครื่องตรวจจับเจอร์เมเนียม

โดยทั่วไปจะใช้งานได้กับความยาวคลื่นที่อยู่ในช่วง 1000 ถึง 1300 นาโนเมตร แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าเล็กน้อย

เครื่องตรวจจับวัสดุอื่นๆ

เครื่องตรวจจับเหล่านี้ประกอบด้วยวัสดุหรือสารเคมีที่อยู่ในกลุ่ม III และ V ของตารางธาตุ

ประเภทของไฟเบอร์ออปติกขัดเงา

ประเภทของการขัดจะขึ้นอยู่กับขั้วต่อที่ปลายไฟเบอร์ออปติกซึ่งสามารถจำแนกได้ตามประเภทของการขัดเงา การขัดประเภทนี้จะแตกต่างกันไปตามวิธีการเชื่อมต่อ

พลาโน: การขัดนี้จะทำให้ปลายเส้นใยเรียบและตั้งฉากกับแกน กล่าวคือ เรียบสนิท

พีซี (การสัมผัสทางกายภาพ): เส้นใยถูกปิดปลายในลักษณะนูน โดยให้แกนของเส้นใยทั้งสองสัมผัสกัน

SPC (ซูเปอร์พีซี): คล้ายกับ PSP ขอบเป็นมะนาวเล็กน้อยจึงดูเหมือนสามเหลี่ยมที่ไม่มีจุดอยู่ตรงกลาง แต่ค่อนข้างแบน

UPC (อัลตร้าพีซี): เท่ากับ SPC แต่จะมีการเรียกขอบเพิ่มเติมเพื่อให้เฉพาะจุดศูนย์กลางของเส้นใยเท่านั้นที่แบน

UPC ที่ปรับปรุงแล้ว: เป็นเวอร์ชันที่มีรายละเอียดมากกว่าเวอร์ชันก่อนหน้า ดังนั้นการติดต่อต้องมีความแม่นยำสูงสุด

APC (พีซีแบบทำมุม): การขัดประเภทนี้ประกอบด้วยการทำโปรไฟล์ด้วยมุมที่แน่นอน มุมนี้ช่วยให้รับประกันการสัมผัสทางกายภาพระหว่างแกนของทั้งสองส่วนได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น

ตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์ออปติก

ตัวเชื่อมต่อเป็นองค์ประกอบที่ช่วยให้ไฟเบอร์ออปติกเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ปลายทาง อุปกรณ์ปลายทางเหล่านี้มี พอร์ตสื่อสารคอมพิวเตอร์ สำหรับการเชื่อมต่อใยแก้วนำแสง จากนั้นจะใช้ตัวเชื่อมต่อบางประเภทสำหรับการเชื่อมต่อไฟเบอร์ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของพอร์ต คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับสายเคเบิลทั่วไป ตัวอย่างเช่น กับสายเคเบิลโคแอกเซียล มีตัวเชื่อมต่อประเภทต่างๆ และแต่ละตัวเชื่อมต่อก็ทำหน้าที่ได้ครบถ้วน

กล่าวโดยย่อ ประเภทของตัวเชื่อมต่อสำหรับไฟเบอร์ออปติกคือ:

FC
เอฟดีไอ
LC และ MT-Array
SC และ SC-Duplex
ST หรือ BFOC

ตัวเชื่อมต่อที่ใช้กันทั่วไปในไฟเบอร์ออปติก โดยเฉพาะสำหรับเครือข่ายท้องถิ่นคือตัวเชื่อมต่อ ST, LC, FC และ SC

สายไฟเบอร์ออปติก

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงประกอบด้วยกลุ่มของเส้นใยแก้วนำแสงหลายชนิดซึ่งมองเห็นสัญญาณต่างกัน เส้นใยแต่ละเส้นสามารถส่งข้อมูลจำนวนมากจากแหล่งต่างๆ ได้ ดังนั้นสายเคเบิลใยแก้วนำแสงจึงสามารถส่งข้อมูลจากบริการต่างๆ ได้ในเวลาเดียวกัน

สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกเป็นทางเลือกที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับการเปลี่ยนสายโคแอกเซียลในอุตสาหกรรมโทรคมนาคมและอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ แม้แต่สายเคเบิลที่มีเส้นใยแก้วนำแสง 8 เส้นก็ยังเล็กกว่าสายเคเบิลทั่วไปอย่างมาก สายเคเบิลใยแก้วนำแสงมีความสามารถในการส่งข้อมูลเทียบเท่ากับสายทองแดง 60 เส้น จำนวน 1623 คู่ หรือสายโคแอกเชียล 4 เส้น จำนวน 8 หลอด นอกจากนี้ ไฟเบอร์ออปติกยังสามารถส่งข้อมูลในระยะทางที่ไกลกว่าโดยไม่จำเป็นต้องวางทวนสัญญาณหรือแอมพลิฟายเออร์ให้มากที่สุดเท่าที่จะเกิดขึ้นในกรณีของการใช้สายทองแดง

นอกจากนี้ สิ่งสำคัญคือต้องเน้นความแตกต่างของน้ำหนักที่มีอยู่ระหว่างสายไฟเบอร์ออปติกและสายทองแดง ตัวอย่างเช่น สายเคเบิลใยแก้วนำแสง 8 เส้นใยสามารถชั่งน้ำหนักได้เพียง 30 กก. ต่อกิโลเมตร ในขณะที่สายเคเบิลโคแอกเซียลสามารถรับน้ำหนักได้ถึง 45 กก. ต่อกิโลเมตร และในทำนองเดียวกัน ไฟเบอร์ออปติกช่วยให้วิ่งได้ครั้งละ 2 ถึง 4 กิโลเมตร ในกรณีของสายโคแอกเชียล อนุญาตให้วิ่งได้ในระยะ 250 ถึง 300 เมตรเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม ใยแก้วนำแสงต้องการการเคลือบเพิ่มเติมและองค์ประกอบอื่นๆ ที่ช่วยเสริมแรงในการติดตั้ง สิ่งนี้ทำเพื่อไม่ให้วางมีความเสี่ยงและในอนาคตอาจเกิดการแตกหักเนื่องจากความเปราะบาง

คุณสมบัติของสายเคเบิล

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงเหล่านี้มีหน้าที่ต่างกัน ประการแรกเราสามารถกล่าวได้ว่าทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบที่ปกป้องใยแก้วนำแสงภายในเพื่อไม่ให้เกิดความเสียหายหรือแตกหักที่อาจเกิดขึ้นในขณะที่ติดตั้งสายเคเบิลหรือตลอดอายุการใช้งานซึ่งโดยทั่วไปคือ 20 ปี . . .

ประการที่สอง สายเคเบิลใยแก้วนำแสงมีความแข็งทางกลกับใยแก้วนำแสงภายใน เพื่อให้สามารถทนต่อสภาวะบิดงอของแรงดึงและปัจจัยแวดล้อมที่อาจสัมผัสได้ นั่นคือเหตุผลที่นอกเหนือจากสายเคเบิลแล้ว องค์ประกอบอื่นๆ ยังถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อเสริมและแยกใยแก้วนำแสงออกจากสารภายนอกเหล่านี้และแรงที่จะถูกนำไป

สายเคเบิลเหล่านี้สามารถมีการติดตั้งใต้ดิน เรือดำน้ำ หรือข้ามมหาสมุทรหรือทางอากาศ จุดสำคัญที่สุดประการหนึ่งของระบบที่มีสายเคเบิลใยแก้วนำแสงคือ ณ เวลาที่ทำการติดตั้ง และนั่นคือสาเหตุที่มีการใช้องค์ประกอบบางอย่างเพื่อปกป้องเส้นใยจากความเสียหาย

การออกแบบและองค์ประกอบสายไฟเบอร์ออปติก

หน้าที่ของสายไฟเบอร์ออปติกจะเป็นตัวกำหนดโครงสร้างของสายไฟเบอร์ออปติก อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะใช้งานได้หลากหลาย แต่สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกทั้งหมดมีองค์ประกอบหลายอย่างที่เหมือนกัน ได้แก่ การเคลือบรอง เส้นใยภายใน องค์ประกอบที่นำไปสู่การเสริมแรงและโครงสร้างของสายเคเบิล แจ็คเก็ตที่รวมกลุ่มเข้าด้วยกัน เส้นด้ายเส้นใยและวัสดุป้องกันความชื้นทั้งหมด สารเคลือบรองสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท:

อายไลเนอร์

ไลเนอร์นี้โดยทั่วไปแล้วจะเป็นเม็ดมะยมรูปวงแหวนที่ทำมาจากไนลอนหรือโพลีเอสเตอร์ซึ่งหุ้มซับในปฐมภูมิ ดังนั้นการเคลือบรองนี้จะเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางสุดท้ายของใยแก้วนำแสง หน้าที่ของสารเคลือบนี้คือการป้องกันการโค้งงอของจุลภาคที่อาจมีอยู่ในใยแก้วนำแสง อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการเคลือบนี้จะป้องกันการโค้งงอเหล่านี้ สิ่งสำคัญคือต้องระมัดระวังในการติดตั้งไฟเบอร์ออปติก เนื่องจากอาจยังเกิดขึ้นได้ในเวลาที่ทำการติดตั้ง

ฮอลโลว์หลวมไลเนอร์

ซับนี้มีพื้นที่ขนาดใหญ่ซึ่งประกอบด้วยท่อกลวงที่ทำจากโลหะและรวมกับพลาสติก ทำให้หลอดนี้เป็นวัสดุแข็ง แต่ในขณะเดียวกันก็ยืดหยุ่นได้ จุดประสงค์ของการสร้างแผ่นปิดขนาดใหญ่คือปกป้องใยแก้วนำแสงจากการสั่นสะเทือน อุณหภูมิ และแรงทางกล

ซับในหลวมพร้อมบุนวม

เป็นการเคลือบแบบเดียวกับที่กล่าวไว้ข้างต้น แต่แนะนำวัสดุที่สามารถป้องกันความชื้นได้ โดยการนำวัสดุที่ไม่ชอบน้ำเข้าไปด้านใน จะป้องกันไม่ให้น้ำเข้าถึงเส้นใยแก้วนำแสง นอกเหนือจากการป้องกันแรงสั่นสะเทือนและสิ่งแวดล้อมอื่นๆ แล้ว ยังสามารถทนต่ออุณหภูมิบางอย่างได้อีกด้วย เป็นเรื่องปกติที่ใช้วัสดุที่ได้จากปิโตรเลียมหรือซิลิโคน

องค์ประกอบโครงสร้าง

องค์ประกอบเหล่านี้เป็นโครงสร้างที่ทำหน้าที่เป็นแนวทางกลางสำหรับเส้นทางที่ใยแก้วนำแสงต้องปฏิบัติตาม ใยแก้วนำแสงจะกระจายไปตามโครงสร้างนี้หรือถักเปียรอบๆ โดยทั่วไป โครงสร้างเหล่านี้มีช่องหรือร่องที่ทำหน้าที่เป็นแนวทางเพิ่มเติมสำหรับใยแก้วนำแสง

องค์ประกอบเสริมแรง

ตามชื่อที่ระบุไว้ ภารกิจของพวกเขาคือการเสริมแรงเพิ่มเติมให้กับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเพื่อแยกแรงดึงที่เส้นใยอาจได้รับออกให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และนอกจากนี้ยังไม่มีการยืดตัวที่มีนัยสำคัญที่อาจเป็นไปได้ ทำให้เกิดการแตกของแกนกลาง นอกจากการป้องกันการยืดตัวแล้ว ยังปกป้องสายไฟเบอร์ออปติกจากการหักงอและการสั่นสะท้านอีกด้วย วัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับโครงสร้างเสริมแรงคือเคฟลาร์ไฟเบอร์กลาสและเหล็กกล้า เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นแต่ก็มีความแข็งแกร่งเช่นกัน

ทุ่งหญ้า

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงทั้งหมดมีปลอกหุ้มที่ทำมาจากพลาสติกทั่วไป ปลอกนี้เป็นปลอกหุ้มด้านนอกของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง และมีหน้าที่ปกป้องแกนกลางจากสารภายนอก แรงและปรากฏการณ์ เช่น ความชื้น อุณหภูมิ การสั่นสะเทือน และอื่นๆ

วัสดุที่ใช้ประกอบเป็นผ้าคลุมของเราจะแตกต่างกันไปตามการติดตั้งและการใช้งาน เช่น สายเคเบิลออปติคัลที่เชื่อมต่อระหว่างมหาสมุทรจะต้องช่วยป้องกันความชื้น ความดันบรรยากาศ และแม้กระทั่งจากการถูกฉลามกัด หากเป็นสายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่จะติดตั้งในอากาศ ปลอกหุ้มจะต้องปกป้องแกนกลางจากแรงสั่นสะเทือนและการหักงอที่เกิดจากลม รวมถึงอุณหภูมิและความชื้นด้วย หรือถ้าสุดท้ายแล้วการติดตั้งจะอยู่ใต้ดิน ฝาครอบต้องหนักกว่าเล็กน้อยเพื่อทนต่อแรงกระแทกและแรงกดดันจากการจราจร เช่น การจราจร

เทคนิคการประกบ

เป็นเรื่องปกติที่การวิ่งขนาดใหญ่มาก ระยะทางไม่เกิน 120 กิโลเมตร จำเป็นต้องทำการประกบกันระหว่างเส้นใย เนื่องจากแทบจะไม่มีเส้นใยต่อเนื่องที่มีความยาวเท่านี้ และแม้ในกรณีที่เกิดการแตกหัก ก็จำเป็นต้องดำเนินการซ่อมแซมประเภทนี้

รอยต่อประเภทต่างๆ ที่มีอยู่มีดังนี้:

ประกบเครื่องกล

การประกบประเภทนี้ประกอบด้วยปลอกหุ้มชนิดหนึ่งที่มีการนำเส้นใยสองเส้นเข้ามา และทำการบิดแบบกลไกเพื่อเชื่อมแกนทั้งสองเข้าด้วยกัน โดยทั่วไปจะใช้การประกบเหล่านี้เป็นการชั่วคราวหรือเมื่อถือว่าการประกบฟิวชั่นไม่จำเป็น ความสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับเวลาต่อประกบนี้อยู่ในลำดับ 0,5 เดซิเบล

ประกบด้วยกาว

ในกรณีนี้ จะใช้กาวโปร่งใสพิเศษที่ช่วยให้เชื่อมต่อปลายทั้งสองของเส้นใยได้ และสหภาพนี้ได้รับการป้องกันด้วยการเสริมแรงภายนอกบางประเภท มีการสูญเสีย 0.2 เดซิเบล แต่โดยปกติแล้วจะไม่น่าเชื่อถือมากนักเนื่องจากกาวมีแนวโน้มที่จะลอกออกอีกครั้ง

ฟิวชั่นประกบ

เครื่องมือที่เรียกว่าเครื่องประกบฟิวชั่นถูกนำมาใช้ในงานที่ละเอียดอ่อนและแม่นยำยิ่งขึ้น ในงานนี้ ผู้ปฏิบัติงานต้องเตรียมเส้นใยก่อนนำปลายเข้าไปในเครื่องประกบนี้ เครื่องมือนี้มีความสามารถในการเห็นภาพว่าปลายมีสารปนเปื้อนหรือไม่ หรือจำเป็นต้องขัดให้ละเอียดกว่านี้ หรือควรมีการจัดแนวที่ดีกว่าระหว่างเส้นใย หากเป็นไปตามข้อกำหนดทั้งหมด เส้นใยก็จะให้ความร้อนเฉพาะบริเวณนั้น หลอมเส้นใยและเชื่อมแกนเข้าด้วยกัน ความสูญเสียของรอยต่อนี้คือ 0.02 dB

การลดทอนในสายไฟเบอร์ออปติก

การลดทอนระยะหมายถึงการสูญเสียพลังงานที่เกิดขึ้นในสายส่ง หน่วยวัดของมันคือเดซิเบล (dB) ในไฟเบอร์ออปติกมีสาเหตุหลายประการที่ทำให้สายเคเบิลมีการลดทอน การสูญเสียมีสองประเภทซึ่ง ได้แก่ การสูญเสียภายในหรือการสูญเสียภายในและการสูญเสียภายนอก

การลดทอนที่แท้จริงคือสิ่งที่เกิดจากองค์ประกอบทางเคมีและปัจจัยอื่นๆ ในการผลิต นั่นคือสาเหตุเหล่านั้นซึ่งเป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบของซิลิกอนและเจอร์เมเนียมและกระบวนการผลิตด้าย ไม่ว่ากระบวนการจะพัฒนาต่อไปได้มากเพียงใด เส้นด้ายใยแก้วจะไม่สามารถเข้าถึงได้โดยปราศจากการลดทอน

ในทางกลับกัน การลดทอนจากภายนอกคือสิ่งที่เกิดจากปัจจัยภายนอก เช่น สิ่งเจือปน การเชื่อมต่อที่ไม่ดี การขัดโปรไฟล์ ข้อต่อ และอื่นๆ อย่างไม่ถูกต้อง การลดทอนนี้เป็นหรือการสูญเสียสามารถจำแนกได้ดังนี้:

การสูญเสียการดูดซึม

การลดทอนประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อมีสิ่งเจือปนอยู่ภายในเส้นใย สิ่งเจือปนเหล่านี้ดูดซับหรือขัดขวางการผ่านของแสง การดูดกลืนนี้มักจะเปลี่ยนแสงเป็นพลังงานความร้อน ทำให้เกิดการสูญเสียตั้งแต่ 1 ถึง 1000 เดซิเบล/กม.

การสูญเสีย Rayleigh

เมื่อไฟเบอร์ออปติกถูกผลิตขึ้น มีช่วงเวลาหนึ่งของการระบายความร้อนที่ไฟเบอร์ไม่อยู่ในสถานะของเหลวและของแข็ง และเป็นไปได้ว่ามีการใช้แรงดึงที่ไม่ถูกต้องเมื่อยืดออก ซึ่งอาจทำให้เกิดความผิดปกติในระดับจุลภาคได้ ความผิดปกติเหล่านี้ทำให้เกิดการเลี้ยวเบนของลำแสงเมื่อผ่านเข้าไป

การกระจายตัว

การกระจายตัวเกิดขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงในดัชนีการหักเหของแสง ดังนั้นแสงจึงหักเหในวิธีที่แตกต่างจากที่คาดไว้ ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากรอยแตกขนาดเล็กภายในเส้นใย สารก่อมลพิษ หรือสาเหตุที่แท้จริงของเส้นใย

การกระจายตัวระหว่างโมดอล

การกระจายประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อเวลาการแพร่กระจายของแสงต่างกันเมื่อใช้เส้นทางที่แตกต่างกันภายในแกนกลางของเส้นใย นอกจากนี้ยังสามารถรู้จักกันในชื่อของการกระจายตัวของกิริยา การกระจายชนิดนี้เกิดขึ้นเฉพาะในเส้นใยมัลติโหมดเท่านั้น

การกระจายตัวของวัสดุเป็นสี: นี่เป็นผลมาจากความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงที่แพร่กระจายด้วยความเร็วที่แตกต่างกันผ่านตัวกลางที่กำหนด

การกระจายสีของท่อนำคลื่น: เป็นฟังก์ชันของแบนด์วิดท์ของสัญญาณข้อมูล และการกำหนดค่าของไกด์โดยทั่วไปมีขนาดเล็กกว่าการกระจายก่อนหน้า ดังนั้นจึงสามารถละเลยได้

การสูญเสียรังสี

การสูญเสียเหล่านี้เกิดจากการหักงอหรือโค้งงอในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นในเวลาที่ทำการติดตั้งหรือเมื่อเกิดการโค้งงอภายในเส้นทางของไฟเบอร์ออปติก

การสูญเสียข้อต่อ

เมื่อทำการประกบหรือที่จุดเชื่อมต่อที่ต้องการคอนเนคเตอร์ การลดทอนจะมีอยู่เสมอ การลดทอนเหล่านี้มักจะต่ำแต่ไม่เล็กน้อย เช่นเดียวกับเมื่อมีการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องระหว่างนิวเคลียส แต่ต้องแก้ไขเพื่อหลีกเลี่ยงการกลับมาของคลื่น

ไฟเบอร์ออปติกทำงาน Windows

หน้าต่างการทำงานเหล่านี้ทำให้เราสามารถใช้ประโยชน์จากแถบแสงอินฟราเรดส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าได้ ในกรณีนี้คือหน้าต่างที่ความยาวคลื่นอยู่ในลำดับนาโนเมตร มีการแสดงหลายครั้งว่าเมื่อใช้งานในหน้าต่างงานเหล่านี้ จะมีการลดทอนน้อยลง โดยเฉพาะมีสามหน้าต่าง:

หน้าต่างการทำงานที่ 1: ความยาวคลื่นอยู่ในลำดับเก้าร้อยแปดสิบนาโนเมตร
หน้าต่างการทำงานที่ 2: ในกรณีนี้ ความยาวคลื่นคือ XNUMX นาโนเมตร
หน้าต่างการทำงานที่ 3: ความยาวคลื่นอยู่ในลำดับหนึ่งพันห้าร้อยห้าสิบนาโนเมตร หน้าต่างสุดท้ายนี้แบ่งออกเป็น S band, C band และ L band

การเชื่อมต่อไฟเบอร์ออปติก

การเชื่อมต่อไฟเบอร์ออปติกในระบบเครือข่ายมีสองรูปแบบ โทโพโลยีเหล่านี้เป็นเครือข่ายแบบจุดต่อจุดและเครือข่ายแบบจุดต่อหลายจุด

เครือข่ายแบบจุดต่อจุดคือเครือข่ายที่สร้างโหนดจากแหล่งที่มาของข้อมูลโดยตรงไปยังบริษัท บ้าน หรือผู้ใช้ที่ต้องการบริการ กล่าวคือไม่มีตัวกลางหรือโหนดอื่นบนเครือข่ายระหว่างผู้ใช้และบริการ

เครือข่ายแบบจุดต่อหลายจุดคือเครือข่ายที่ต้องใช้ตัวแยกสัญญาณหรือตัวแยกแสง คล้ายกับเครือข่ายที่ใช้สำหรับโทรทัศน์ที่ช่วยให้เราเชื่อมต่อโทรทัศน์หลายเครื่องได้ แม้ว่าบริษัทเคเบิลจะจัดส่งเฉพาะสายโคแอกเซียลก็ตาม จากนั้นไฟเบอร์ออปติกจะแบ่งสัญญาณผ่านตัวแยกแสงจากตัวปล่อยสัญญาณระหว่างผู้ใช้สอง สี่ หกและสูงสุดแปดคน ในเครือข่ายที่กว้างมาก หนึ่งในแปดส่วนนี้จะถูกรวมเข้ากับตัวแยกแสงอื่นในเครือข่ายที่สามารถป้อนผู้ใช้อีก 8 คน อย่างไรก็ตาม แผนกเหล่านี้มีขีดจำกัดและต้องการแอมพลิฟายเออร์ในเส้นทางของพวกเขา

แอมพลิฟายเออร์ออปติคัล

พวกเขายังคงประกอบด้วยเส้นใยแก้วนำแสง แต่ในกระบวนการผลิต พวกเขาจะเจือด้วยส่วนประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งธาตุหายาก หนึ่งในแอมพลิฟายเออร์ใยแก้วนำแสงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือยาสลบเออร์เบียม

แอมพลิฟายเออร์นี้มักพบในชื่อ EDFA สำหรับคำย่อในภาษาอังกฤษ แอมพลิฟายเออร์นี้ทำงานในหน้าต่างการทำงานที่สาม โดยเฉพาะในแถบ C และแถบ L อย่างไรก็ตาม ยังสามารถทำงานในแถบ S ได้ แต่ต้องใช้สารอื่นๆ หรือส่วนประกอบทางเคมีเพิ่มเติม

อัตราขยายที่มอบให้กับสัญญาณออปติคัลอาจอยู่ที่สิบห้าถึงสี่สิบเดซิเบล โดยปกติแล้วจะประกอบด้วยใยแก้วนำแสงที่เก็บไว้ในกล่องสี่เหลี่ยมและสามารถมีความยาวไฟเบอร์เจือได้สิบถึงหกสิบเมตร

ข้อมูลอย่างย่อ

ไฟเบอร์ออปติกเป็นสื่อกลางในการส่งข้อมูลผ่านลำแสง หลักการของใยแก้วนำแสงเป็นไปตามกฎของเรขาคณิตเชิงแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกฎการหักเหของแสง

ในช่วงเริ่มต้น ได้มีการศึกษาวิจัยต่างๆ ที่ส่งเสริมซึ่งกันและกัน จนกระทั่งใยแก้วนำแสงที่เป็นที่รู้จักในปัจจุบันมีการพัฒนา ในการศึกษาเหล่านี้ พบว่าความโปร่งใสของเส้นใยหรือเกลียวแกนมีความสำคัญต่อการลดทอนสัญญาณและบรรลุความสูญเสียขั้นต่ำที่ 0.02dB / Km ในปัจจุบัน

ส่วนประกอบทั่วไปของใยแก้วนำแสง ได้แก่ ซิลิกอนออกไซด์และเจอร์เมเนียม ส่วนประกอบที่หุ้มแกนกลางมักเป็นพลาสติกบางชนิด ต่อมาคือเสื้อคลุมที่ให้ความแข็งแกร่งทางกลซึ่งทำจากไนลอนหรือเคฟลาร์ และสุดท้ายคือปลอกหุ้มพลาสติกที่ปกป้องสายเคเบิลทั้งหมดและแยกเส้นใยออกจากสารภายนอก

มีวิธีการผลิตที่แตกต่างกันคือ:

MCVD (การสะสมไอเคมีดัดแปลง)
VAD (การสะสมของแกนไอ)
OVD (การสะสมไอภายนอก)
PCVD (การสะสมไอของสารเคมีในพลาสมา)

ไม่ว่าวิธีการที่ใช้จะเป็นแบบใด เป็นเรื่องปกติที่กระบวนการยืดพรีฟอร์มจะดำเนินการ

การประยุกต์ใช้ใยแก้วนำแสงมีความหลากหลาย ในการสื่อสาร พวกเขากลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือหรือสายส่งที่เป็นเลิศ เนื่องจากมีแบนด์วิดธ์ที่ยอดเยี่ยมและความเร็วในการส่งที่สามารถเข้าถึงได้ และความน่าเชื่อถือหรือความปลอดภัยของข้อมูลที่ระบบนี้มอบให้ ในเซ็นเซอร์ที่อนุญาตให้ตรวจจับสภาวะหรือพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ความดันบรรยากาศ และแม้กระทั่งสำหรับระบบโซนาร์

นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการส่องสว่าง เช่น กล้องเอนโดสโคปแบบยืดหยุ่นที่ใช้ไฟเบอร์ออปติกเป็นแนวทางในการให้แสงเพื่อให้อวัยวะต่างๆ ส่องสว่าง และทำการผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยลงหรือแม่นยำยิ่งขึ้นด้วยวิธีที่สะดวกสบายยิ่งขึ้น ในทำนองเดียวกันสำหรับเอฟเฟกต์ตกแต่งเช่นต้นคริสต์มาส

เป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนสีที่ใยแก้วนำแสงแสดงหรือสะท้อนโดยการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นหรือความถี่ที่เดินทางผ่าน

ข้อดีที่สำคัญที่สุดบางประการของใยแก้วนำแสงและการใช้งานคือแบนด์วิดท์ ความเร็วในการส่งข้อมูลที่เข้าถึงได้ ภูมิคุ้มกันแม่เหล็กไฟฟ้า การลดพื้นที่ว่างและน้ำหนัก และการรักษาความปลอดภัยข้อมูลสูง

แม้ว่าในทางกลับกัน มันเป็นเทคโนโลยีที่ล้ำหน้ากว่า และมีราคาแพงกว่า การติดตั้งและบำรุงรักษานั้นซับซ้อนกว่าระบบทั่วไป แต่ก็มีความเปราะบางอย่างมาก และไม่ทนต่ออุณหภูมิ ความชื้น การสั่นสะเทือน และการยืดตัวมากนัก

ออปติกมีสองประเภทตามปริมาณของสัญญาณรบกวนหรือโหมดที่สามารถส่งได้

เส้นใยมัลติโหมดคือเส้นใยที่สามารถส่งความยาวคลื่นต่างๆ พร้อมกันผ่านโหมดต่างๆ ได้ จึงเป็นที่มาของชื่อ เส้นใยแบบมัลติโหมดมีแกนกลางที่ใหญ่กว่าและดัชนีการหักเหของแสงระหว่างแกนกลางและส่วนหุ้มต่างกันไปเมื่อเทียบกับเส้นใยโหมดเดียว แต่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ดังนั้นคลื่นจึงเดินทางในนิวเคลียสที่กระเด็นออกจากผนังของนิวเคลียส ใช้สำหรับเส้นทางหรือเครือข่ายระยะสั้น โดยปกติแล้วจะระบุได้เนื่องจากเสื้อนอกมักเป็นสีส้ม

เส้นใยโหมดเดียวคือเส้นใยที่มีเส้นทางส่งเพียงเส้นเดียวและแกนกลางมีขนาดเล็กกว่าเมื่อเทียบกับเส้นใยหลายโหมด โหมดการส่งมักจะเป็นแกนกลางของแกนกลาง เนื่องจากมันกระเด้งในมุมที่กว้างมาก ปกติแล้วจะแตกต่างจากโหมดมัลติโหมดเพราะใช้แจ็กเก็ตตัวนอกสีเหลือง

ตอนนี้ตามการออกแบบแล้วยังมีอยู่สองประเภท ใยแก้วนำแสงที่มีโครงสร้างหลวมคือเส้นใยที่เส้นใยแก้วนำแสงหลวมอยู่ภายในหลอดซึ่งถูกนำผ่าน หลอดนี้สามารถกลวงหรือมีวัสดุที่ไม่ชอบน้ำอยู่ภายในได้ จึงทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันใยแก้วนำแสงจากความชื้น

ในทางตรงกันข้าม สายเคเบิลที่มีโครงสร้างแน่นประกอบด้วยการต่อสายไฟเบอร์ออปติกหลายเส้นที่หุ้มด้วยเสื้อคลุมและแจ็คเก็ตแยกกัน เกลียวเหล่านี้ล้อมรอบชิ้นส่วนตรงกลาง และทั้งชุดได้รับการคุ้มครองโดยเลเยอร์ภายนอก

ในระบบการสื่อสารที่ทำโดยใยแก้วนำแสง มีส่วนประกอบบางอย่างที่จำเป็นสำหรับการส่งสัญญาณให้ประสบความสำเร็จ ส่วนประกอบเหล่านี้ได้แก่ ตัวส่งสัญญาณออปติคัล เช่น LED หรือ Lasers ตัวแปลงออปโต-อิเล็กทริกที่รับผิดชอบในการแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นออปติคัลเพื่อส่งผ่านไฟเบอร์และต่อมาเพื่อแปลงสัญญาณออปติคัลที่ได้รับเป็นสัญญาณไฟฟ้าอีกครั้ง .

นอกจากนี้ยังมีเครื่องตรวจจับแสงที่:

PIN
APD
ซิลิคอน
เจอร์เมเนียม
วัสดุอื่น ๆ

ประเภทของการขัดจะขึ้นอยู่กับขั้วต่อที่ปลายไฟเบอร์ออปติกซึ่งสามารถจำแนกได้ตามประเภทของการขัดเงา

พลาโน
พีซี (การสัมผัสทางกายภาพ)
SPC (ซูเปอร์พีซี)
UPC (อัลตร้าพีซี)
ปรับปรุง UPC
APC (พีซีแบบมีมุม)

ตัวเชื่อมต่อเป็นองค์ประกอบที่ช่วยให้ไฟเบอร์ออปติกเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ปลายทาง ตัวเชื่อมต่อที่ใช้กันทั่วไปในไฟเบอร์ออปติก โดยเฉพาะสำหรับเครือข่ายท้องถิ่นคือตัวเชื่อมต่อ ST, LC, FC และ SC

การประกบเชิงกล: การประกบประเภทนี้ประกอบด้วยปลอกหุ้มซึ่งมีการนำเส้นใยสองเส้นเข้ามา และทำการบิดเชิงกลเพื่อเชื่อมแกนทั้งสองเข้าด้วยกัน ความสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับเวลาต่อประกบนี้อยู่ในลำดับ 0,5 เดซิเบล

การประกบด้วยกาว: ในกรณีนี้ จะใช้กาวโปร่งใสพิเศษที่ช่วยให้ต่อปลายเส้นใยทั้งสองข้างได้ และข้อต่อนี้ได้รับการป้องกันด้วยการเสริมแรงภายนอกบางประเภท มีการสูญเสีย 0.2 เดซิเบล แต่โดยปกติแล้วจะไม่น่าเชื่อถือมากนักเนื่องจากกาวมีแนวโน้มที่จะลอกออกอีกครั้ง

การประกบฟิวชั่น: ตัวต่อเชื่อมมีความสามารถในการมองเห็นว่าปลายมีสารปนเปื้อนหรือไม่ หรือต้องการการขัดที่ละเอียดกว่า หรือหากควรมีการจัดแนวที่ดีกว่าระหว่างเส้นใย จากนั้นจึงให้ความร้อนเฉพาะบริเวณนั้น หลอมเส้นใยและเชื่อมแกนเข้าด้วยกัน ความสูญเสียของรอยต่อนี้คือ 0.02 dB

หน้าที่ของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงจะเป็นตัวกำหนดโครงสร้าง อย่างไรก็ตาม แม้ว่าสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกจะสามารถใช้งานได้หลากหลาย แต่สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกทั้งหมดมีองค์ประกอบหลายอย่างที่เหมือนกัน ได้แก่ การเคลือบรอง เส้นใยภายใน องค์ประกอบที่นำไปสู่การเสริมแรงและโครงสร้างของสายเคเบิล แจ็คเก็ตที่รวมกลุ่มทั้งหมด เส้นใยเส้นด้ายและวัสดุป้องกันความชื้น

มีองค์ประกอบที่ให้การสนับสนุนในโครงสร้างและการเสริมแรงของสายไฟเบอร์ออปติก องค์ประกอบโครงสร้างที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำกลางสำหรับเส้นทางที่ใยแก้วนำแสงต้องปฏิบัติตาม ใยแก้วนำแสงจะกระจายไปตามโครงสร้างนี้หรือถักเปียรอบๆ โดยทั่วไป โครงสร้างเหล่านี้มีช่องหรือร่องที่ทำหน้าที่เป็นแนวทางเพิ่มเติมสำหรับใยแก้วนำแสง

องค์ประกอบเสริมแรงช่วยเสริมแรงให้กับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเพื่อแยกสายออกจากแรงฉุดที่อาจได้รับ และนอกจากนี้ยังไม่มีการยืดออกอย่างมีนัยสำคัญที่อาจทำให้เกิดการแตกในแกน

ในการลดทอนภายนอกมีสาเหตุหลายประการ ได้แก่ :

การสูญเสียการดูดซึม
การสูญเสีย Rayleigh
การกระจายตัว
การสูญเสียรังสี
การสูญเสียข้อต่อ

สรุปผลการวิจัย

ใยแก้วนำแสงเป็นสายส่งที่ช่วยเพิ่มความเร็วและประสิทธิภาพในการรับส่งข้อมูลในปัจจุบัน แม้ว่าจะเป็นเทคโนโลยีที่ต้องใช้เวลานานในการแทนที่ระบบทั่วไป แต่บางครั้งก็ยังเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการสื่อสาร

อย่างไรก็ตาม ไฟเบอร์ออปติกเป็นเทคโนโลยีที่มีราคาแพงเมื่อเทียบกับระบบทั่วไป เนื่องจากต้องใช้อุปกรณ์และเครื่องมือออปติคัลที่มีแนวโน้มว่าจะมีราคาแพงกว่า นอกจากนี้ยังต้องมีการฝึกอบรมที่เหมาะสมเพื่อให้สามารถทำงานกับใยแก้วนำแสงได้ นอกจากนี้ การติดตั้งมักจะเป็นกระบวนการที่ละเอียดอ่อนมาก และการมีอยู่ของเส้นแบ่งในเส้นใยอาจทำให้เกิดความสูญเสียได้มากหากไม่ได้รับการรักษาอย่างทันท่วงที นอกจากนี้ อุปกรณ์บางอย่างยังต้องได้รับการพัฒนาเพื่อให้เทคโนโลยีและระบบเป็นแบบออปติคัลอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ยังไม่มีหน่วยความจำออปติคัล

เป็นเรื่องปกติที่เครือข่ายใยแก้วนำแสงจะมีระบบสำรอง เช่น วงแหวนหรือวงแหวนคู่ ซึ่งช่วยให้ในกรณีที่เกิดเหตุการณ์เหล่านี้ข้อมูลสามารถเดินทางไปในทิศทางอื่นเพื่อหลีกเลี่ยงการหยุดชะงักของบริการเป็นเวลานานในขณะที่ สถานการณ์ได้รับการแก้ไข

ระบบไฟเบอร์ออปติกมีความน่าเชื่อถือมาก เนื่องจากแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเจาะเครือข่ายโดยไม่ถูกตรวจพบหรือไม่ขัดขวางการรับส่งข้อมูล ด้วยเหตุนี้จึงเป็นเรื่องปกติที่จะเห็นใยแก้วนำแสงติดตั้งใต้น้ำระหว่างประเทศพันธมิตร ซึ่งพวกมันส่งข้อมูลที่ละเอียดอ่อนและเป็นความลับ

สิ่งที่ทำให้ไฟเบอร์ออปติกแตกต่างจากสื่ออื่น ๆ ในด้านอัตราการส่งข้อมูลและความสามารถในการรับส่งข้อมูล นอกจากนี้ ยังรับประกันการสูญเสียข้อมูลน้อยที่สุด เนื่องจากองค์ประกอบหลักมีการลดทอนเพียงเล็กน้อย ทำให้ไม่จำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์ฟื้นฟูและขยายสัญญาณจำนวนมากภายในระบบ เนื่องจากข้อมูลเดินทางด้วยความเร็วแสง จึงเป็นไปได้ที่จะเห็นการโยกย้ายบริษัทขนาดใหญ่มาสู่เทคโนโลยีประเภทนี้เป็นจำนวนมาก