Fiber Optic : เส้นใยแก้วนำแสง
Fiber Optic หรือเส้นใยแก้วนำแสงที่เราคุ้นๆหูกัน นั้นทำมาจากพลาสติกผสมกับแก้ว หรือ Silica ทำให้เส้นใยแก้วนั้นมีความยืดหยุ่น โค้งงอได้ ซึ่งเส้นใยดังกล่าวจะเป็นแกนกลางภายใน โครงสร้างของเส้นใยแก้วจะประกอบด้วยส่วนที่เป็นแกนกลางที่ทำหน้าที่ให้แสงเดินทางผ่านเรียกว่า Core และถัดออกมาจะมีส่วนที่หุ้ม Core เอาไว้เรียกว่า Clad ซึ่งทั้งสองส่วนนี้เป็นวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้าใส 2 ชนิดต่างกัน ที่จะมีอัตตราการหักเหของแสงที่ต่างกันเล็กน้อย ทำให้แสงที่ป้อนเข้าไปใน Core เดินทางไปได้ โดยขนาดของทั้งสองส่วนรวมกันจะพอๆกับเส้นผมของมนุษย์นี่เอง ซึ่งขนาดของ Clad นั้นจะขนาดประมาณ 0.1 ม.ม. เท่านั้น ส่วน Core จริงๆที่ใช้สำหรับส่งผ่านแสงจะมีขนาดเล็กลงมาอีกหลายเท่าตัว
ในปัจจุบันทางผู้ให้บริการอินเตอร์เน็ตนั้นก็เริ่มมีการให้บริการอย่างแพร่หลายมากขึ้นในส่วนของ Fiber optic ตามบ้าน หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า FTTx ซึ่งแต่เริ่มเดิมที่ จะเรียกว่า FTTH หรือ Fiber To The Home แต่เนื่องจากการที่ต้องติดตั้ง Fiber optic เข้าบ้านจริงๆโดยใช้สาย Fiber Optic นั้น จะมีค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างสูง จึงเดินสาย Fiber มาพักไว้ตาม Node ต่างๆแทนและเดินสายแข็งหรือสายทองแดงไปตามบ้านและแปลงไปใช้งานอีกที ซึ่งทำให้มีค่าใช้จ่ายอุปกรณ์ที่จะถูกกว่า ส่วนของอุปกรณ์ที่ใช้งานของ Fiber Optic นั้น จะมีหลากหลายตามการใช้งาน ซึ่งเราจะนำเสนออุปกรณ์ในบางส่วนให้ได้ดูกันครับ
อุปกรณ์ Media Converter
ในการติดตั้งเครือข่าย Fiber Optic สามารถทำได้โดยการใช้อุปกรณ์แปลงสัญญาณหรือก็คือ Media Converter ที่จะทำหน้าที่แปลงจากระบบสายสัญญาณทองแดงไปเป็นระบบสายสัญญาณใยแก้วนำแสง โดยการแปลงทำให้ได้ระยะไกลขึ้น 2 กม. สำหรับสาย Multimode และ 15 กม. สำหรับสาย SInglemode
การเชื่อมเส้นใยแก้วนำแสง
ในปัจจุบันการเชื่อมเส้นใยแก้วนำแสงมีมากมายหลายแบบ เพื่อสำหรับต่อระยะสาย Fiber Optic ให้ไกลตามความจำเป็น ซึ่งแบ่งเป็นแบบที่ใช้หัวต่อซึ่งสะดวกต่อผู้ใช้ (Mechanical Splice) และแบบหลอมละลายที่ให้ความแม่นยำและให้ค่าลดทอนสัญญาณที่ดีที่สุด โดยทั่วไปแล้วการเชื่อมต่อต้องการมีคุณสมบัติแข็งแรง ทนทาน เมื่อใช้งานทำให้เกิดการสูญเสียของแสงต่ำ และมีราคาถูก
การเชื่อมต่อทางกล (Mechanical Splice)
จะใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อทางกลเพื่อยึด Fiber Optic 2 เส้น เข้าด้วยกัน โดยจะมีปลอกสำหรับล็อคเป็นตัวเชื่อมและอัดปลอกให้แน่นหนาอีกชั้น
การเชื่อมต่อวิธีหลอมละลาย (Fusion Splice)
เป็นการหลอมละลาย Core ของ Fiber Optic ให้เชื่อมติดกัน ทำให้เกิดการสูญเสียน้อยที่สุด การเชื่อมด้วยการหลอมนั้น จำเป็นต้องใช้เครื่องมือเข้าช่วยนั่นคือเครื่อง Fusion Splice ซึ่งหลักการทำงานนั้นจะอาศัยความร้อนเป็นหลักในการเชื่อมปลายสายทั้งสองเส้นเข้าด้วยกัน
Credit : http://www.serveasy4u.com/content-FiberOptic
Credit : http://www.kmitl.ac.th/~klsomcha/cscqa/kmcenter/fiberoptic.pdf
----------------------------
ใยแก้วนำแสง หรือ ออพติคไฟเบอร์(Optical Fiber) หรือ ไฟเบอร์ออพติค เป็นแก้วหรือพลาสติคคุณภาพสูง ยืดหยุ่นโค้งงอได้เส้นผ่าศูนย์กลางเพียง 8-10 ไมครอน (10 ไมครอน = 10 ในล้านส่วนของเมตร=10x10^-6=0.00001 เมตร = 0.01 มม.) เล็กกว่าเส้นผมที่มีขนาด 40-120 ไมครอน, กระดาษ 100 ไมครอน ใยแก้วนำแสงทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการส่งแสงจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง ด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง เมื่อนำมาใช้ในการสื่อสารโทรคมนาคม ทำให้สามารถส่ง-รับข้อมูลได้เร็วมาก ได้ระยะทาง
ได้เกิน 100 กม. ในหนึ่งช่วง และเนื่องจากแสงเป็นตัวนำส่งข้อมูล ทำให้สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก ไม่สามารถรบกวนความชัดเจนของข้อมูลได้ ใยแก้วนำแสงจึงถูกนำมาใช้แทนตัวกลางอื่นๆในการส่งข้อมูล
ชนิดของใยแก้วนำแสง
ออพติคเคเบิล 1 เส้น ประกอบด้วย ใยแก้วนำแสงตั้งแต่ 2 core ขึ้นไป มี 2 ชนิด คือ
แบบ multi-mode (MM)
แบบ single-mode (SM) ความแตกต่างของทั้งสองชนิดนี้ คือขนาดของตัวใยแก้วใจกลางหรือที่เรียกว่า core
Multi-mode (MM)
การกระจายของแสงใน multi-mode
ออพติคเคเบิลมีสีส้ม ใยแก้วนำแสงบอกขนาด 50/125 หมายถึง ขนาด core เส้นผ่าศูนย์กลาง 50 ไมครอน ขนาดเปลือกหุ้มเส้นผ่าศูนย์กลาง 125 ไมครอน เนื่องจากมีขนาด core ใหญ่ ทำให้แสงที่เดินทางกระจัดกระจาย ทำให้แสงเกิดการหักล้างกัน จึงมีการสูญเสียของแสงมาก จึงส่งข้อมูลได้ไม่ไกลเกิน 200 เมตร ความเร็วก็ไม่เกิน 100 ล้านบิทต่อวินาที ที่ความยาวคลื่น 850 นาโนเมตรเหมาะสำหรับใช้ภายในอาคารเท่านั้น แต่มีข้อดีก็คือ ราคาถูก เพราะ core มีขนาดใหญ่ สามารถผลิตได้ง่ายกว่า
การลดทอนของแสงในแต่ละความยาวคลื่น
Single-mode (SM)
ออพติคเคเบิลเป็นสีเหลือง ใยแก้วนำแสงบอกขนาด 9/125 หมายถึง ขนาด core เส้นผ่าศูนย์กลาง 9 ไมครอน ขนาดเปลือกหุ้มเส้นผ่าศูนย์กลาง 125 ไมครอน เมื่อ core มีขนาดเล็กมาก ทำให้แสงเดินทางเป็นระเบียบขึ้น ทำให้เกิดการสูญเสียน้อยลง ความเร็วในการรับส่งข้อมูลสูงสุดประมาณ 2,500 ล้านบิทต่อวินาทีต่อหนึ่งความยาวคลื่นแสงที่ 1300 นาโนเมตร ด้วยระยะทางไม่เกิน 20 กม. ระยะทางในการใช้งานจริง ได้ถึง 100 กม แต่ความเร็วจะลดลง แต่ไม่ต่ำกว่า 1,000 ล้านบิทต่อวินาที ข้อดีของ SM อีกอันหนึ่งก็คือ มันทำงานที่
ความยาวคลื่นที่ 1300 นาโนเมตร ซึ่งเป็นช่วง ที่มีการลดทอนแสงน้อยที่สุด ตามรูป
โครงสร้าง
โครงสร้างแบบ singlemode หมายเลข 1 คือ core 8-10 ไมครอน, 2 คือ cladding 125 ไมครอน, 3 คือ สีเคลือบ 250 ไมครอน และ 4 คือ พลาสติคกันกระแทก 900 ไมครอน
ใยแก้วนำแสงนอกจากประกอบด้วยใยแก้วที่ทำด้วยแก้วหรือพลาสติคคุณภาพสูง แล้ว ยังประกอบด้วยเปลือกหุ้มด้านในหรือ claddingที่มีค่าดัชนีในการหักเหของแสงต่ำ มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 125 ไมครอน เคลือบด้วยสีซิลิโคนหนา 125 ไมครอนโดยรอบ สีนี้ช่วยบ่งบอกว่าสายใยแก้วนำแสงเป็นสายลำดับที่เท่าไร เพราะเนื่องจากสายแต่ละเส้นมีขนาดเล็กมาก สายใยแก้วจึงถูกมัดรวมกัน เป็นชุดๆละไม่เกิน 12 เส้น อยู่ในหลอดพลาสติคคล้ายหลอดกาแฟเรียกว่า loose tube แต่ละเส้นจึงบอกให้รู้ว่าเส้นไหนเป็นเส้นไหน ต้นทางปลายทางจะได้ต่อเป็นเส้นเดียวกัน ตามตารางด้านล่าง ในแต่ละเส้น มี 2 สี สีหนึ่งบอกว่าเป็นชุดที่เท่าไร อีกสีหนึ่งบอกว่าเป็นเส้นที่เท่าไร เช่น ชุดที่ 1 เส้นที่ 5 จะมีสีน้ำเงิน-เทา เป็นต้นส่วนประกอบสุดท้าย จะเป็นพลาสติคหุ้มเพื่อกันกระแทกมีเส้นผ่าศูนย์กลางโดยรวมตั้งแต่ 400-900 ไมครอน
ออพติคเคเบิลประกอบด้วย 8 loose tube (e) มีสีกำกับตามตารางและใยแก้วนำแสงไม่เกิน 12 เส้น (f)
ออพติคเคเบิลและใยแก้วนำแสงและสีกำกับ
มาตรฐานของสี
| ชุดที่/เส้นที่ | สี |
| 1 | น้ำเงิน |
| 2 | ส้ม |
| 3 | เขียว |
| 4 | น้ำตาล |
| 5 | เทา |
| 6 | ขาว |
| 7 | แดง |
| 8 | ดำ |
| 9 | เหลือง |
| 10 | ม่วง |
| 11 | ชมพู |
| 12 | คราม |
การลดทอนของแสง
การลดทอนของแสงมีค่าเป็นเดซิเบล (dB) โดยมีสูตรดังนี้ Loss=10logPower Output/Power Input ถ้าค่า loss=3 dB แสดงว่า ค่า power หายไปครึ่งหนึ่ง แสงที่ส่งเข้าไปในใยแก้วนำแสง จะถูกลดทอนด้วยสาเหตุดังต่อไปนี้
- การลดทอนในตัวใยแก้วนำแสงเอง ค่าลดทอนอยู่ที่ประมาณ 0.4 dB/km ผู้ติดตั้งต้องหาระยะทางเพื่อคำนวณค่าลดทอนส่วนนี้ด้วย เพราะถ้าเดินสายบางช่วง ยาวถึง 20 กม ค่าลดทอนเฉพาะของสายใยแก้วนำแสงอย่างเดียวจะสูงถึง 8 dB เลยทีเดียว
2 การตัดต่อ ณ จุดเชื่อมต่อย่อมต้องเกิดการลดทอนเสมอการวางสายเป็นระยะทางไกลๆ ย่อมต้องมีการต่อสายให้ยาวขึ้นหรือแยกออกซ้าย/ขวา การต่อสายเรียกว่า สไปลซ์ (splice)มี 2 แบบคือ
2.1 การต่อแบบหลอมละลาย ( Fusion splice ) core ทั้งสองปลายเข้าด้วยกัน เรียกว่า ฟิวชั่น (fusion) วิธีนี้เป็นวิธีดีที่สุด เกิดการลดทอนเพียง 0.1 dB แต่เครื่อง fusion มีราคาแพงมาก
2.2 อีกวธีหนึ่งคือ mechanical splice โดยการนำ core ทั้งสองด้านมาชนกันแล้วล๊อกให้แน่น วิธีนี้เกิดการลดทอนแสงเกือบ 0.5 dB
เมื่อวางสายจากต้นทางถึงปลายทางแล้ว ต้องต่อสายใยแก้วนำแสงเข้ากับกล่องกระจายสาย (Distribution box) ทั้งต้นทางและปลายทาง ก็ต้องทำการ splice เข้าหัว connector อีก
แสดงหัว connector แบบ FC ที่ต้นทาง
แสดงต้นทางและปลายทางของใยแก้วนำแสงจะนำมาพักที่จุดกระจายหลักก่อนต่อเข้าอุปกรณ์
3. ในการต่อใยแก้วนำแสงจากกล่องกระจายสายเข้าอุปกรณ์ เราจะใช้สาย patch cord ได้แก่สายใยแก้วนำแสงยาวประมาณ 2-20 เมตรแล้วแต่ระยะห่าง ที่ปลายทั้งสองด้านมีหัว connector ต่ออยู่ สาย patch cord จะใช้โยงจากอุปกรณ์หนึ่งไปอีกอุปกรณ์หนึ่งชนิดของหัว connector มีหลายแบบขึ้น อยู่กับบริษัทผู้ผลิอุปกรณ์ เช่น LC, FC, ST, SC เป็นต้น หัว connector แต่ละตัวเมื่อต่อเข้ากับอุปกรณ์ก็จะมีการลดทอนประมาณ 0.1-0.3 dB ผู้โยง patch cord จะต้องรู้ชนิดของ connector แต่ละด้านเพราะใช้แทนกันไม่ได้
แสดงการเข้าหัว connector ใยแก้วนำแสง
แสดง patch cord ที่มีหัวด้านหนึ่งเป็น LC อีกด้านหนึ่งเป็น SC
แสดง patch cord ที่มีหัวด้านหนึ่งเป็น ST อีกด้านหนึ่งเป็น SC
4 การลดทอนเนื่องจากใยแก้วนำแสงสกปรก อาจมาจากไขมันที่มือคนทำงานเองดังรูป
ภาพขยายจากกล้องแสดงการลดทอนอันเกิดจากมีเศษผงไปติดที่ core
5. การลดทอนเนื่องจากการเดินสายเป็นส่วนโค้ง โดยมีรัศมีของวงรอบ (bend radius) ต่ำเกินไป ทำให้แสงบางส่วนทะลุออกจาก core มาที่ cladding มาตรฐานปัจจุบันของ ITU (InternationalTelecommunication Union) G.657 ค่าลดทอนอยู่ที่0.15 dB/รอบ ที่รัศมี 7.5 mm และควรหลีกเลี่ยงเดินสายเลี้ยวเป็นมุมฉาก เพราะจะทำให้ core แตกได้
แสงสูญเสียพลังงานเนื่องจาก microbending
6. การลดทอนอาจมีความจำเป็นในบางกรณี เช่น การเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ 2 ชนิดที่วางอยู่ใกล้กัน แม้แต่ละอุปกรณ์จะกำหนดว่าต้องการค่าลดทอนต่ำสุด เช่น บ่งว่าทำงานที่ -2 ถึง -15 dB แต่เพื่อความเสถียรในการทำงาน ค่ากำลังของแสงควรอยู่ประมาณ ครึ่งหนึ่งคือ ประมาณ -8 dB ดังนั้น เมื่อใช้ patch cord เชื่อมหากัน ควรติดตั้งตัวลดทอน (attenuator) สัก 8 dB เข้าไปหรือใช้ patch cord แบบ MM แทนที่จะเป็น SM เพื่อให้เกิดการลดทอนเป็นต้น
7. การลดทอนที่หัว connector ตามรูปด้านบน connector มีหลายแบบ แล้วแต่บริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ การทำงานก็คือ เมื่อนำมาต่อเข้าด้วยกัน จุดประสงค์ก็เพื่อต่อแสงจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง ดังนั้นทุกชนิดมีสิ่งที่เหมือนกันคือ ferrule สีขาวที่ปลายconnector ทำด้วยพลาสติคสีขาวที่แสงผ่านได้ดี ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 2 mm ยาวประมาณ 10 mm ปลายด้านในของconnector ชนกับ core ของใยแก้วนำแสงพอดี ตามรูป
การส่งผ่านแสงของ connector แบบ PC และ APC
ปลายด้านนอกถูกขัดมันเรียบ (Polished Contact) ดังนั้น connector จึงมีชื่อเรียกว่า FC/PC หรือ SC/PC
(เฉพาะ SC/PC ตัว connector มีสีน้ำเงิน) แต่ถ้าไม่มี PC กำกับ ให้ถือว่าเป็น PC เพราะเป็นการใช้อย่างแพร่หลายในการส่งข้อมูลประเภท data หรือ Information การส่งผ่านแสงระหว่าง ferrule สองด้าน ทำให้แสงบางส่วนหายไป เราเรียกการสูญเสียนั้นว่า
Insertion Loss (IL) และมีแสงบางส่วนสะท้อนกลับเข้าไปลดทอนลำแสงหลัก ทำให้เกิดการสูญเสีย อีกตัวหนึ่ง เรียกว่า
Optical Return Loss (ORL) การส่งข้อมูลที่เป็น data ดังกล่าว จะใช้ ferrule ที่เป็น PC กับ PC เพราะต้องการ IR ต่ำ ค่า ORL
ไม่ได้ถูกนำมาพิจารณา เพราะถ้าข้อมูลบางส่วนหาย ระบบจะ recover ได้ แต่ในปัจจุบัน มีการส่งข้อมูลภาพด้วย เช่นระบบเคเบิลทีวี
ORL จะทำให้สัญญาณภาพหายไปบางส่วน จะเห็นเป็นภาพกระพริบบนจอภาพ เพื่อแก้ปัญหานี้ ferrule จึงถูกขัดให้เอียง 8° เรียกหัว
connector แบบนี้ว่า Angle-polished Contact หรือ APC (ส่วนใหญ่ จะเป็น connector แบบ SC มีสีเขียว) การเอียงของปลาย
ferrule นี้ ทำให้แสงข้ามไปอีกด้านหนึ่งน้อยลง ทำให้ IR สูงขึ้น แต่ส่วนที่กระจายออกด้านข้างบางส่วน ไม่ไปลบล้างกับลำแสงหลัก ทำให้
OLR น้อยลง ลดผลกระทบในการส่งภาพไปได้ ดังนั้น การต่อ connector นอกจากจะต้องต่อแบบเดียวกันแล้ว ต้องต่อชนิดเดียวกันด้วย
ค่าลดทอนที่ถูกต้อง เพื่อให้อุปกรณ์สื่อสารทำงานได้ ต้องดูที่ spec ของอุปกรณ์ SFP (Small Form-Factor Pluggable Transceiver) หรือ GBIC (Gigabit Interface Converter) นั้นว่ามีพิกัดในส่วนของระยะทาง, SM หรือ MM หรือ ความยาวคลื่นเท่าไร อุปกรณ์ดังกล่าว ใช้เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลัง งานแสงและเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นไฟฟ้า ซึ่งจะติดไว้ทั้งฝั่งส่งและ ฝั่งละ 2 ตัว ใช้ใยแก้วนำแสง 2 core, core แรกส่ง ปลายทางรับ core 2 รับ ปลายทางส่ง SFP หรือ GBIC จะมีพิกัดบอกระยะทางและความยาวคลื่น ต้องเลือกใช้ให้ถูก
Credit : http://wangsatcom.net/FO_Intro.html
