เส้นใยนำแสง (Optical Fiber)
การสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสงของประเทศไทยในปัจจุบัน
ประเทศไทยมีบริษัทเอกชนที่รับผลิตอุปกรณ์สื่อสารใยแก้วนำแสงเพื่อการส่งออกไปยังส่วนต่างๆของโลก
โดยเฉพาะเป็นผู้ผลิตรายใหญ่ที่ส่งอุปกรณ์เข้าสู่ประเทศจีนในช่วงปี พ.ศ. 2549-พ.ศ. 2250 เพื่อใช้ในในงานกีฬาโอลิมปิกที่ปักกิ่งเมื่อปี
พ.ศ. 2551 นอกจากนี้ประเทศไทยยังมีสถานีเชื่อมต่อเครือข่ายเส้นใยนาแสงใต้น้าเพื่อเชื่อมต่อข้อมูลระหว่างทวีป
เข้าสู่เครือข่ายภายในประเทศ โดยมีสถานีดูแลเคเบิลใต้น้าเส้นใยนาแสง 4 สถานี เป็นผู้ดูแลคือ ชลี1-เพชรบุรี ชลี2-สงขลา ชลี3-ศรีราชา และชลี4-ปากบารา สตูล
สาหรับการใช้งานการสื่อสารภายในประเทศก็เริ่มปรับเปลี่ยนจุดเชื่อมต่อเป็นระบบเส้นใยนำแสงทั้งหมดแล้วเช่นกัน
โครงสร้างของเส้นใยนำแสง (Fiber
Optic construction)
เส้นใยนำแสง (Fiber Optic) หมายถึง สายนาสัญญาณที่มีโครงสร้างเป็นทรงกระบอกกลม
ลักษณะโปร่งแสงผลิตมาจากสารประกอบซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) หรืออื่น ๆ
ที่เกี่ยวข้องซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 125ไมโครเมตร (1 ไมโครเมตรมีค่าเท่ากับ 0.0000001 เมตร) โดยมีส่วนประกอบสาคัญสองส่วนคือ ส่วนของคอร์(core) และส่วนของแคลดดิ้ง(cladding)โดยส่วนของคอร์และส่วนของแคลดดิ้งจะเป็นเนื้อใสที่มีลักษณะซ้อนกันอยู่
ส่วนของคอร์จะมีค่าดรรชนีหักเหเท่ากับ n1 และส่วนของแคลดดิ้งจะมีค่าดรรชนีหักเหเท่ากับ
n2 ดังนั้นโครงสร้างของเส้นใยนาแสง ประกอบด้วยส่วนสาคัญหลัก 3 ส่วน
1. แกน (Core) เป็นส่วนตรงกลางของ Fiber Optic และเป็นส่วนที่ใช้นาแสงอีกด้วย
โดยมีค่าดัชนีของการหักเหของแสงส่วนนี้ จะต้องมากกว่าส่วนของส่วนห่อหุ้ม (Cladding) แล้วลาแสงที่ผ่านไปในแกน
จะถูกขังหรือเคลื่อนที่ไปตาม Fiber Opticด้วยขบวนการสะท้อนกลับหมดภายใน
2. ส่วนห่อหุ้ม (Cladding) ทาหน้าที่เป็นตัวหักเหของแสงจากแกนออกไปที่ภายนอก
และป้องกันแสงจากภายนอกรบกวน มีค่าดัชนีหักเหเป็น 1.46 และ 1.52 ตามลาดับถ้าแกนกลางมีดัชนีหักเหเป็น1.48 ส่วนที่เป็นแกนอยู่ตรงกลางหรือชั้นใน
แล้วหุ้มด้วยส่วนที่เรียกว่า Cladding จากนั้นก็จะถูกหุ้มด้วยส่วนที่ป้องกัน (Coating) โดยที่แต่ละส่วนนั้นทาด้วยวัสดุที่มีค่าดัชนีหักเหของแสงที่มีค่าแตกต่างกัน
3.ส่วนที่ป้องกัน (Coating) ทาหน้าที่ป้องกันส่วนที่เป็น
แกน และส่วนห่อหุ้ม โดยจะทาจากวัสดุแตกต่างกัน
แล้วแต่วัตถุประสงค์ของการนาไปใช้งาน เช่นการ นาไปใช้ในอาคาร (Indoor fiber cable)
นาไปใช้นอกอาคาร (Outdoor fiber
cable) หรือนาไปใช้ใต้ท้องทะเล (Submarine fiber cable) ต้องใช้ส่วนป้องกันที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันออกไป
ชนิดของเส้นใยนำแสง
เส้นใยนำแสงชนิดสเตปอินเด็กซ์(SI)คือ เส้นใยนำแสงที่มีค่าดรรชนีหักเหของคอร์และแคลดดิ้งคงที่
โดยการแสดงค่าดรรชนีหักเหของเส้นใยนำแสงจะใช้กราฟแสดงค่าดรรชนีหักเห ที่เป็นฟังก์ชันกับค่าระยะแนวรัศมี ของเส้นใยนำแสง หรือที่เรียกว่า Refractive Index
Profile ซึ่งกราฟแสดงค่าดรรชนีหักเหของคอร์และแคลดดิ้งของเส้นใยนำแสงชนิดสเตปอินเด็กซ์
เส้นใยนำแสงชนิดโหมดเดี่ยว (single
mode fiber)
เส้นใยนำแสงชนิดโหมดเดี่ยว(SM) คือ เส้นใยนำแสงที่ประกอบด้วยโหมดพื้นฐาน(fundamental mode) เพียงโหมดเดียวเท่านั้น
ที่เดินทางอยู่ภายใน หรือเป็นเส้นใยนำแสง ที่ยอมให้โหมดพื้นฐาน
เพียงโหมดเดียวเดินทางผ่านเข้าไปได้ โครงสร้างของเส้นใยนำแสงชนิดนี้
มักจะเป็นแบบสเต็ปอินเด็กซ์ (SI-SM) โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลาง ของคอร์ประมาณ ๓-๑๐ ไมโครเมตร และเส้นผ่านศูนย์กลาง ของแคลดดิ้งมีค่าประมาณ ๘๐-๑๒๕ ไมโครเมตร
โครงสร้างและลักษณะการเดินทางของเส้นใยนำแสงชนิดโหมดเดี่ยว
เส้นใยนำแสงชนิดโหมดร่วม (multi-mode
fiber)
เส้นใยนำแสงชนิดโหมดร่วม(MM) คือ เส้นใยนำแสงที่ยอมให้โหมดการเดินทางของแสงทุกโหมด
สามารถเดินทางผ่านเข้าไปได้ ซึ่งโครงสร้างของเส้นใยนำแสงชนิดโหมดร่วม จะมีทั้งแบบสเต็ปซ์อินเด็กซ์(MM-SI) และแบบเกรดเด้ดอินเด็กซ์ (GI-MM) โดยที่ขนาดของเส้นใยนำแสงชนิดโหมดร่วมจะมีขนาดใหญ่กว่าขนาดของเส้นใยนำแสงชนิดโหมดเดี่ยวโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของคอร์เท่ากับ ๕๐ ไมโครเมตร
หรือ ๖๒.๕ ไมโครเมตร ส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางของแคลดดิ้งทั่วไปจะมีค่าประมาณ ๑๒๕
ไมโครเมตร หรืออาจพบขนาดของ แคลดดิ้งมีค่า ๒๐๐ ไมโครเมตร หรือ ๒๕๐ ไมโครเมตร ของบริษัทผู้ผลิตเส้นใยนำแสงบางราย
ซึ่งโครงสร้างและลักษณะการเดินทางของเส้นใยนำแสงชนิดโหมดเดี่ยวจะพบว่ากรณีเส้นใยนำแสงชนิดโหมดร่วมแบบสเต็ปอินเด็กซ์ (SI-MM) ลักษณะการเดินทางของโหมด
จะสะท้อนไปมาบริเวณรอยต่อของคอร์กับแคลดดิ้ง โดยที่โหมดพื้นฐานจะเดินทางตามแนวแกนกลางของเส้นใยนำแสง ส่วนโหมดในอันดับสูงๆ
จะสะท้อนไปมา ส่วนในกรณีเส้นใยนำแสงชนิดโหมดร่วมแบบเกรดเด้ดอินเด็กซ์(GI-MM) ลักษณะการเดินทางของโหมดจะมีลักษณะเป็นเส้นโค้ง
เนื่องจาก ค่าดรรชนีหักเห ของคอร์มีค่าไม่คงที่ ซึ่งเป็นไปตามคุณสมบัติของเส้นใยนำแสงแบบเกรดอินเด็กซ์
คุณสมบัติเฉพาะของเส้นใยนำแสง
การส่งสัญญาณผ่านเส้นใยนำแสง มีข้อได้เปรียบสายเคเบิล (Cable) หรือสายโคแอคเซียล (Coaxial Cable) หลายประการ
เมื่อความถี่ที่ใช้ส่งสัญญาณสูงขึ้น ค่ากาลังสูญเสีย (Attenuation Loss) ในสายเคเบิลก็มากขึ้นตามไปด้วย
ทาให้สายเคเบิลสามารถใช้ส่งสัญญาณได้ในระยะสั้นๆ เท่านั้น
ในทางกลับกันเส้นใยนาแสงสามารถใช้ส่งสัญญาณได้ระยะทางไกลๆ ที่ความถี่หรือ Bandwidth สูงๆ
โดยมีการสูญเสียสัญญาณใน Fiber เพียงเล็กน้อย Fiber จึงนามาใช้ในการสื่อสารอย่างแพร่หลายเช่น Backbone Link LANs SANs หรือ Office Data Centers.
การเลือกใช้ Fiber Optics ชนิดใดนั้น จึงมีผลต่อ Cost และ Performance เช่น
เมื่อต้องการส่งสัญญาณให้ได้ไกลเป็นกิโลเมตร Single Mode Fiber (SMF) ก็คือหนทางเลือก
แต่ถ้าต้องการนามาใช้ในงาน LAN หรือ WAN ที่ไม่เกิน 300 เมตร Multimode Fiber (MMF) จึงเป็นหนทางเลือกที่มีความสาคัญต่อการใช้งานซึ่งมีความแตกต่างกันออกไปแล้วแต่วัตถุประสงค์ขององค์กร
การเดินทางของแสงในเส้นใยนำแสง
เส้นใยนำแสงโครงสร้างจะมีลักษณะเป็นท่อนาแสงแบบ 2 ชั้นที่มีจุดศูนย์กลางร่วมกัน
เกิด สภาวะ Total Internal Refraction โดยที่ดัชนีการหักเหของแสงของวัสดุทั้ง 2 นี้จะแตกต่างกัน
โดยที่ชั้น คอร์ จะมีค่ามากกว่าชั้น แคลดดิ้ง อยู่ประมาณ 1% เท่านั้น ปกติค่าดัชนีหักเหของแสงนี้จะอยู่ในช่วงระหว่าง 1.458 ถึง 1.4469 ณ. ความยาวคลื่นของแสงตั้งแต่ 600 นาโนเมตรถึง 1,300 นาโนเมตร
•การกระจายของคลื่นแสง
•การกระจายของคลื่นแสง (Propagation of The
Light) ที่ผ่านไปในเส้นใยนาแสงขึ้นอยู่กับปัจจัย หลักอยู่ 3 อย่างคือ
•1. ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยนาแสง
•2. วัตถุดิบหรือสารประกอบทางเคมีที่นามาผลิตเส้นใยนาแสง
•3. วิธีการปล่อยแสง (Launching) เข้าไปในเส้นใยนาแสง
จุดเด่นของเส้นใยนำแสง
1)ความสามารถในการรับส่งข้อมูลข่าวสาร เส้นใยแก้วนำแสงที่เป็นแท่งแก้ว ขนาดเล็ก
มีการโค้งงอได้ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่ใช้กันมากคือ 62.5/125 ไมโครเมตร
เส้นใยแก้วนาแสงขนาดนี้ เป็นสายที่นามาใช้ภายในอาคารทั่วไป
2)กาลังสูญเสียต่า เส้นใยแก้วนำแสงมีคุณสมบัติในเชิงการให้แสงวิ่งผ่านได้ดี
การบั่นทอนแสงมีค่าค่อนข้างต่ำ ตามมาตรฐานของเส้นใยแก้วนาแสง
การใช้เส้นสัญญาณนาแสงนี้ใช้ได้ยาวถึง 2,000 เมตร
3)คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถรบกวนได้ ปัญหาที่สาคัญของสายสัญญาณ แบบทองแดง
คือ การเหนี่ยวนาโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ปัญหานี้มีมาก
4)น้าหนักเบา เส้นใยแก้วนำแสงมีน้าหนักเบากว่าเส้นลวดตัวนาทองแดง น้าหนัก
ของเส้นใยแก้วนำแสงขนาด 2 แกนที่ใช้ทั่วไป มีน้าหนักเพียงประมาณ 20 ถึง 50 เปอร์เซนต์ของสาย UTP แบบ CAT 5
5)ขนาดเล็ก เส้นใยแก้วนาแสงมีขนาดทางภาคตัดขวางแล้ว เล็กกว่าลวดทองแดง มาก
ขนาดของเส้นใยแก้วนำแสง เมื่อรวมวัสดุหุ้มแล้วมีขนาดเล็กกว่าสายยูทีพี
6)มีความปลอดภัยต่อชีวิตและทรัพย์สิน การที่เส้นใยแก้วเป็นฉนวนทั้งหมด
จึงไม่นากระแสไฟฟ้า การลัดลงจร การเกิดอันตรายจากกระแสไฟฟ้าจึงไม่เกิดขึ้น
การใช้งานเส้นใยแก้วนำแสงของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค
•1.การไฟฟ้าส่วนภูมิภาคมีโครงข่ายเส้นใยแก้วนาแสงอยู่ทั่วประเทศ(ยกเว้นจังหวัดกรุงเทพมหานคร
นนทบุรี และสมุทรปราการ) สามารถเชื่อมโยงได้ถึงระดับอาเภอครอบคลุมประมาณ 650 อาเภอ ระยะทางกว่า 17,000 กิโลเมตร
•2.โครงข่ายเส้นใยแก้วนาแสงของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค
ขนาด 24 Core ชนิด G.655 และ G.652D สามารถรับ-ส่งสัญญาณได้สูงมากถึง 1,600 Gbps
•3.โครงข่ายเส้นใยแก้วนาแสงของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค
ติดตั้งอยู่ในระดับที่สูงกว่าเส้นใยแก้วนาแสงของหน่วยงานอื่น
ทาให้โอกาสในการได้รับความเสียหายน้อยกว่าของหน่วยงานอื่นๆ
การใช้งานจึงมีความมั่นคงสูง
การพัฒนาของเคเบิลเส้นใยนำแสงใต้น้ำ
ระบบเคเบิลใต้น้ายุคแรกใช้สายเคเบิลเส้นใยนาแสงขนาดความยาวคลื่น (wave length) 1.4 um
ที่มีอัตราความเร็ว 295.6 Mbit/s อัตรารับส่งสัญญาณ 280 Mbit/s ทาให้ได้ช่องสัญญาณ 3,780 ช่อง ( 64 Kbit/s ต่อช่องสัญญาณ ในยุคที่ 2 ใช้สายเคเบิลเส้นใยนาแสงขนาดความยาวคลื่น (wave length) 1.55
um ที่มีอัตราความเร็ว 560 Mbit/s ทาให้ได้วงจรเสียงพูด ( voice channel) เพิ่มขึ้นถึง 40,000 วงจรคู่
หมายความว่ามันต้องการใช้อุปกรณ์ทวนสัญญาณ จานวนน้อย
สายเคเบิลใต้น้าจะมีเส้นใยนาแสงเพียง 2 คู่ โดยอีกคู่ใช้เป็นคู่สายสารอง
ซึ่งสามารถรองรับ ทราฟฟริค เท่ากับวงจรโทรทัศน์ถึงกว่า 30,000 วงจร ระบบเคเบิลทั่วๆไปมักถูกออกแบบมาให้ใช้งานราว 25 ปี
และต้องมีการทดสอบความไว้วางใจเพิ่มเติม และมีการใช้เรื่ออกสารวจซ่อมแซมราว 2-3 ครั้งตลอดการใช้งานของมัน
ระบบเคเบิลยุคที่ 3 มีการนา optical fiber amplifiers เข้ามาเกี่ยวข้องด้วย ระบบดังกล่าวสัญญาณจะ
ถูกรีพีตโดยตรงโดยไม่มีการแปลงสัญญาณไฟฟ้าในรีพีตเตอร์แต่อย่างใด
นอกจากนี้การพัฒนาทางเทคโนโลยีก้าวหน้าขึ้น ความร่วมมือระหว่าง KDD (ญี่ปุ่น) กับ AT&T ( สหรัฐอเมริกา) ในการพัฒนาระบบเคเบิลเส้นใยนาแสงใต้น้าสามารถส่งสัญญาณได้ที่ความเร็ว 100 Gbit/s ได้ในราวปี 2543 ซึ่งรองรับการสื่อสารโทรศัพท์ได้ถึง 1.2 ล้านช่อง
นอกเหนือจากการส่งสัญญาณโทรทัศน์อีก 2,000 ช่องการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย(กฟผ.) ได้วางระบบโครงข่ายเส้นใยนำแสง ในรูปแบบของ OPGW (Optical Fiber
with Overhead Ground Wire) คือสายดินที่สอดเส้นใยแก้วนาแสงไว้ข้างใน
และแขวนบนเสาส่งไฟฟ้าแรงสูงทั่วประเทศ
ทั้งนี้เพื่อใช้ในการควบคุมการผลิตและการส่งพลังงานไฟฟ้า
ปกติเส้นใยแก้วนาแสงเหล่านี้มีจานวน 12 หรือ 24 หรือ 36 เส้น (Core) ตามวิวัฒนาการของเทคโนโลยีการผลิต
ปัจจุบัน กฟผ. ใช้งานเส้นใยแก้วนาแสงเหล่านี้ประมาณ 4-8 Core จึงได้นาส่วนที่เหลือไปให้ผู้ประกอบกิจการโทรคมนาคมเช่าใช้
เพื่อลดการลงทุนซ้าซ้อนของประเทศ โครงข่ายเหล่านี้มีความมั่นคงสูง เนื่องจากมีตาแหน่งอยู่บนจุดสูงสุดของเสาส่งไฟฟ้าแรงสูง
แทบไม่มีผลกระทบจากภัยพิบัติทางธรรมชาติใดๆ เลย
จึงเหมาะสมที่จะเป็นโครงข่ายระบบสื่อสารหลัก (Backbone) ของธุรกิจโทรคมนาคมของประเทศเป็นอย่างดี
และเนื่องจาก กฟผ. มีการซื้อไฟฟ้าจากประเทศเพื่อนบ้าน เช่น มาเลเซีย และลาว
โครงข่ายเส้นใยแก้วนาแสงเหล่านี้จะเชื่อมโยงกับประเทศที่ กฟผ. ซื้อขายไฟฟ้าด้วย
ประกอบกับสภาพภูมิศาสตร์ ทาให้ กฟผ. สามารถเป็นศูนย์กลางของโครงข่ายในกลุ่มประเทศอนุภูมิภาคลุ่มแม่น้าโขงและเอเชียตะวันออกเฉียงใต้
เพื่อรับส่งผ่านการสื่อสารข้อมูลจากอินเดียและจีนมายังศูนย์กลางการสื่อสารโลกที่สิงคโปร์หรือฮ่องกงได้อย่างดียิ่ง
ซึ่งทุกวันนี้ผู้ประกอบการมักนิยมใช้โครงข่ายเส้นใยนาแสงภาคพื้นดินแบบใหม่
เชื่อมโยงข้ามเขตแดนระหว่างประเทศ แทนการสื่อสารผ่านเคเบิลใต้น้า มากขึ้นเป็นลำดับ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น