เส้นใยแก้วนำแสง (fiber optic)
เส้นใยแก้วนำแสงหรือไฟเบอร์ออปติก เป็นตัวกลางของสัญญาณแสงชนิดหนึ่ง ที่ทำมาจากแก้วซึ่งมีความบริสุทธิ์สูงมาก เส้นใยแก้วนำแสงมีลักษณะเป็นเส้นยาวขนาดเล็ก มีขนาดประมาณเส้นผมของมนุษย์เรา เส้นใยแก้วนำแสงที่ดีต้องสามารถนำสัญญาณแสงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ โดยมีการสูญเสียของสัญญาณแสงน้อยมาก
เส้นใยแก้วนำแสงสามารถแบ่งตามความสามารถในการนำแสงออกได้เป็น 2 ชนิด คือ เส้นใยแก้วนำแสงชนิดโหมดเดี่ยว (Singlemode Optical Fibers, SM) และชนิดหลายโหมด (Multimode Optical Fibers, MM)
รายละเอื่ยดด้านใน
6 comments:
ในปัจจุบัน ระบบการสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง ได้เข้ามามีบทบาท ในการสื่อสารคมนาคมเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากเป็นระบบการสื่อสาร ที่มีประสิทธิภาพสูง สามารถรองรับปริมาณข้อมูลข่าวสาร ได้เป็นจำนวนมาก หัวใจของระบบการสื่อสารนี้ก็คือ ใยแก้วนำแสง (Fiber optic) ซึ่งเป็นตัวกลางในการส่งผ่านข้อมูลในรูปของลำแสงนั่นเอง
ใยแก้วนำแสง ผลิตโดยการดึงแก้วที่กำลังหลอมออกมาเป็นเส้นใยขนาดเล็ก มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ประมาณเส้นผมของคนเราเท่านั้น ใยแก้วนำแสงประกอบไปด้วยส่วนหลักๆ 2 ส่วน ได้แก่ ส่วนแกน (core) และเปลือก (cladding) ส่วนแกนจะเป็นเนื้อแก้ว ที่มีดัชนีหักเหสูงกว่าชั้นเปลือกเล็กน้อย ดังนั้น หากให้ลำแสงสัญญาณ ที่มีมุมตกกระทบพอเหมาะ ไปบนใยแก้ว จะเกิดการสะท้อนกลับหมด ที่รอยต่อระหว่างชั้นทั้งสอง ไม่เกิดการหักเหออกไปสู่ภายนอก ลำแสงจึงสามารถเดินทางผ่านไป ตามใยแก้วนำแสงเป็นระยะทางไกลๆ โดยมีการสูญเสียพลังงานน้อยมาก
เปรียบเทียบกันแล้ว ระบบสื่อสารผ่านลวดทองแดง จะต้องติดตั้ง อุปกรณ์ทวนสัญญาณ (repeater) ทุกๆ 1 ไมล์ ขณะที่ระบบใยแก้วนำแสงใช้เพียง 1 จุดต่อระยะทางถึง 20 ไมล์ รวมทั้งยังสามารถร้อยใยแก้วจำนวนมาก ไว้ในท่อเดียวกันได้ โดยที่สัญญาณไม่แผ่ออกมารบกวน ซึ่งกันและกัน นอกจากนั้น สัญญาณในรูปลำแสงที่เคลื่อนที่ ไปตามใยแก้วซึ่งเป็นระบบปิดยังช่วยให้ ปลอดภัยจากสิ่งรบกวนภายนอก เช่น สภาพอากาศแปรปรวน หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่แผ่ออกมาจากอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียง คุณภาพของสัญญาณที่ได้จึงมีความคมชัดสูง ไม่ประสบปัญหาคลื่นแทรก เนื่องจากสิ่งรบกวน เหมือนกับการสื่อสารผ่านดาวเทียม ในด้านการบำรุงรักษานั้น ใยแก้วนำแสงทนความร้อนสูงและไม่นำไฟฟ้า จึงมีความปลอดภัย ในการใช้งานสูง รวมทั้งทนต่อการกัดกร่อนได้ดี มีอายุใช้งานยาวนาน
สาเหตุหลักที่ทำให้ใยแก้วนำแสง หมดอายุใช้งานคือ การแตกหัก หรือการดูดซับโมเลกุล ของไฮโดรเจนเข้าไปในเนื้อแก้ว ซึ่งทำให้คุณภาพการนำสัญญาณเสียไปใยแก้วนำแสงนอกจากใช้ ในด้านการสื่อสารคมนาคมแล้ว ยังสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านอื่นๆ ได้อีก เช่น เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์ในการควบคุมการทำงาน ของเครื่องจักรภายในโรงงานอุตสาหกรรม อุปกรณ์ตรวจจับสิ่งแปลกปลอม เพื่อป้องกันการบุกรุก ตรวจวัดความเข้มของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และยังมีความพยายามที่จะนำมาใช้ในทางการแพทย์ โดยผลิตเป็นอุปกรณ์ตรวจภายในร่างกาย ที่สามารถสอดเข้าไปยังจุดที่ต้องการ และส่งสัญญาณภาพออกมา เพื่อช่วยในการตรวจวินิจฉัยโรค เป็นต้น
การทำงาน
ครงสร้างของเส้นใยแก้วนำแสงมีส่วนอย่างมากในการส่งผ่านแสง โดยแสงในเส้นใยแก้วนำแสงจะถูกทำให้สะท้อนกลับไปกลับมาระหว่างรอยต่อของแกนกลาง (core) และฉนวนที่หุ้ม (cladding) จากปลายข้างหนึ่งไปยังอีกปลายข้างหนึ่งของเส้นใยแก้วนำแสง
สาเหตุที่ต้องมี cladding หุ้มส่วนของ core ไว้ ก็เนื่องจากว่า ถ้าหาก core สัมผัสกับอากาศโดยตรง อาจมีสิ่งปนเปื้อนในอากาศหรือ คราบน้ำมันมาเกาะจับที่ core ซึ่งจะทำให้การสะท้อนกลับของแสงภายใน core ไม่ดี เป็นเหตุให้มีการสูญเสียสัญญาณแสงขึ้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมี cladding มาหุ้มไว้เพื่อป้องกันเหตุการณ์ดังกล่าว นอกจากนี้แล้ว ถัดจากชั้น cladding ออกมาก็จะมีฉนวนหุ้มอีกชั้นหนึ่ง เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้เส้นใยนำแสงโค้งงอได้ด้วยรัศมีค่าหนึ่งโดยไม่แตกหัก
โดยทั่วไปเมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง จะเกิดปรากฎการณ์ของการสะท้อน (reflection) และการหักเห (refraction) ของแสงขึ้นที่ผิวรอยต่อระหว่างตัวกลางทั้งสอง ซึ่งสำหรับในกรณีพิเศษที่ตัวกลางที่แสงตกกระทบมีค่าดัชนีหักเหมากกว่าในอีกตัวกลางหนึ่ง ( n2>n1 ; โดย n1 คือค่าดรรชนีหักเหของแสงในตัวกลางที่แสงหักเห และ n2 คือค่าดรรชนีหักเหของตัวกลางที่แสงตกกระทบ) และมีมุมตกกระทบที่พอเหมาะก็จะทำให้เกิดปรากฎการณ์ที่เรียกว่า การสะท้อนกลับหมดของแสง (Total Internal Reflection) ขึ้น ซึ่งปรากฎการณ์ดังกล่าวสามารถนำมาอธิบายถึงรูปแบบการเดินทางของแสงอย่างง่ายในเส้นใยแก้วนำแสงได้
ค่าดรรชนีหักเหของตัวกลางหนึ่ง ๆ ก็คือ อัตราส่วนระหว่างความเร็วของแสงในอากาศกับความเร็วของแสงในตัวกลางนั้น ๆ เช่น ค่าดรรชนีหักเหของน้ำมีค่าประมาณ 1.3 นั่นคือแสงเคลื่อนที่ในอากาศได้เร็วกว่าใน
เส้นใยแก้วนำแสงสั้นหรือยาวเกินไป จะทำอย่างไร
กรณีที่ต้องการทำให้เส้นใยแก้วนำแสงสั้นลง วิธีที่ง่ายที่สุดก็คือ ตัดเส้นใยแก้วออกตามขนาดที่ต้องการ แต่เนื่องจากวัตถุดิบที่ใช้ในการทำเส้นใยเป็นแก้วจึงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่ออกแบบมาพิเศษสำหรับการตัดเส้นใยแก้วโดยเฉพาะ สำหรับในการต่อเพิ่มความยาวเส้นใยแก้วนำแสงที่ต้องการก็กระทำได้หลายวิธี แล้วแต่ความเหมาะสมของงาน เช่น การเชื่อมต่อโดยใช้หัวต่อ (Connector) หรือการเชื่อมต่อโดยใช้ความร้อน (fusion splicing) เป็นต้น
เนื่องจากวัตถุดิบในการใช้ทำเส้นใยคือแก้ว ดังนั้นในการตัดเส้นใยแก้วนำแสงจึงอาศัยหลักการเช่นเดียวกับการตัดกระจก โดยในการตัดกระจก ขึ้นแรกจะใช้เครื่องตัดทำให้ผิวด้านนอกของกระจกมีรอยขีดเล็ก ๆ ก่อน จากนั้นจึงใช้แรงเพียงเล็กน้อยบิดงอให้กระจกนั้นแยกออกจากกันซึ่งผลที่ได้คือ รอยต่อของกระจกมีความสม่ำเสมอ สำหรับการตัดเส้นใยแก้วนำแสง ก็เช่นเดียวกัน สามารถทำให้เกิดรอยขีดเล็ก ๆ บนเส้นใย ซึ่งในขณะเดียวกันแรงดึงอันเนื่องมาจากการโค้งงอก็จะทำให้เส้นใยแก้วนำแสงขาดออกจากกันได้ โดยหน้าสัมผัสที่แยกออกจะมีผิวเรียบเสมอกัน
สำหรับในการเชื่อมต่อเพื่อเพิ่มความยาวของเส้นใยแก้วนำแสง สามารถกระทำได้ 2 วิธีคือ
1. แบบชั่วคราว การต่อแบบชั่วคราวนั้น จะเป็นลักษณะของการยึดเกาะเส้นใยแก้วนำแสงเข้าด้วยกัน โดยใช้หัวต่อ (Connector) ซึ่งมีให้เลือกหลาย ๆ แบบขึ้นอยู่กับงานที่ทำ เช่น แบบ FC, ST, SC, SMA เป็นต้น
2.แบบถาวร จะต่อแแบบใช้ความร้อนโดยจะมีการใช้อุปกรณ์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะซึ่งเรียกว่า Fusion Splicer การเชื่อมต่อแบบถาวรโดยการให้ความร้อนที่ปลายของเส้นใยแก้วนำแสงจนกระทั่งปลายทั้งสองเกิดการหลอมตัว จากนั้นเส้นใยแก้วนำแสงทั้งสองจะถูกดันเข้ามาเชื่อมต่อกันโดยอัตโนมัติ
สำหรับเพื่อนที่ต้องการ สอบถามเกี่ยวกับ Fiber Optic ถามได้นะครับ ถ้าตอบได้เราจะตอบให้ หรือจะกาข้อมูลมาให้ครับ
ใยแก้วนำแสงจะใช้ทำอะไรครับ หาซื้อได้ที่ไหนครับอยากทราบราคาด้วย
Post a Comment