ใยแก้วนำแสงทำงานอย่างไร? คำแนะนำฉบับสมบูรณ์

เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงถือเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในโทรคมนาคม ซึ่งทำให้การเชื่อมต่อและการสื่อสารในโลกปัจจุบันง่ายขึ้น รวดเร็วขึ้น และเชื่อถือได้มากกว่าที่เคย ใยแก้วนำแสงใช้แสงเป็นสื่อกลางในการส่งข้อมูล ซึ่งแตกต่างจากสายเคเบิลทั่วไป ซึ่งทำให้สามารถเชื่อมต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น แม้จะอยู่ในระยะไกล 

ดังนั้นการรู้ว่าจะทำอย่างไร สายใยแก้วนำแสง ฟังก์ชันต่างๆ มีความสำคัญไม่ว่าคุณจะกำลังสร้างเครือข่ายภายในบ้านหรือปรับปรุงสถาปัตยกรรมไอทีของบริษัท ดังนั้น ในบล็อกนี้ เราจะหารือในรายละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการทำงานของเทคโนโลยีไฟเบอร์ออปติกและอื่นๆ อีกมากมาย ดังนั้น มาร่วมกับเราสิ!

รูปที่ 1 แนวทางการทำงานของใยแก้วนำแสง

1) หลักการส่งผ่านแสงในเส้นใยแก้วนำแสง

เพื่อทำความเข้าใจว่า เส้นใยแก้วนำแสง เราต้องพิจารณาหลักการสะท้อนกลับทั้งหมดภายในก่อน ซึ่งเป็นหลักการที่ทำให้สัญญาณของแสงลอยอยู่ในเส้นใยแก้วโดยไม่เกิดการลดทอนสัญญาณ ลองนึกดูว่าคุณกำลังส่องไฟฉายไปที่ปลายด้านหนึ่งของหลอดแก้วยาวมาก และลองนึกดูว่าถ้าแสงนั้นกระทบกับผนังในมุมที่เหมาะสม แสงจะสะท้อนกลับและเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างแน่นอน ดังนั้น ข้อมูลจะถูกส่งผ่านเส้นใยแก้วด้วยความเร็วสูงในระยะทางไกล

• ดัชนีหักเหแสงและบทบาทของมัน  

สาเหตุที่แสงออปติกยังคงอยู่ในเส้นใยแก้วนั้นเป็นผลมาจากดัชนีหักเหแสง ซึ่งเป็นคุณสมบัติของวัสดุที่วัดความสามารถในการหักเหแสงที่ตกกระทบได้ นอกจากนี้ เส้นใยแก้วยังประกอบด้วยชั้นแกนร่วมพื้นฐานสองชั้น ได้แก่

• แกนกลางซึ่งเป็นส่วนโปร่งใสตรงกลาง ทำหน้าที่รักษาสัญญาณแสง

• วัสดุหุ้มมีดัชนีการหักเหแสงต่ำและล้อมรอบแกนกลาง  

เนื่องจากดัชนีหักเหของแกนมีค่าสูงกว่า แสงจึงจะสะท้อนกลับเข้าไปในแกนแทนที่จะหนีออกไปที่เปลือกหุ้ม ความแตกต่างของดัชนีหักเหมีความสำคัญต่อการสะท้อนภายใน

รูปที่ 2 กระบวนการส่งผ่านแสงในใยแก้วนำแสง

• กฎของสเนลล์และมุมตกกระทบ

กฎของสเนลล์ เป็นกฎฟิสิกส์ข้อหนึ่งที่เกี่ยวกับการหักเหของแสงเมื่อเคลื่อนที่จากวัสดุหนึ่งไปยังอีกวัสดุหนึ่งที่มีดัชนีหักเหต่างกัน มุมตกกระทบเป็นหน่วยวัดว่าแสงเข้าใกล้พื้นผิวใดพื้นผิวหนึ่งอย่างไร โดยวัดว่าจะผ่านหรือสะท้อนกลับ หากมุมตกกระทบถือว่าชัน แสงจะแยกออกจากกัน อย่างไรก็ตาม หากอยู่ในช่วงที่กำหนด แสงจะสะท้อนกลับโดยไม่สูญเสียสัญญาณ

โดยสรุป หลักการเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงเหตุผลเบื้องหลังประสิทธิภาพของเส้นใยแก้วนำแสงและการขยายตัวของการใช้งานในระบบการสื่อสารในปัจจุบัน

2) สายไฟเบอร์ออฟติกทำงานอย่างไร?

เอ สายไฟเบอร์ออฟติก ส่งสัญญาณแสงผ่านสายพลาสติกหรือแก้วเส้นเล็กๆ หลายเส้น ซึ่งทำให้แตกต่างจากสายทองแดงซึ่งใช้สัญญาณไฟฟ้า มาดูกันว่าสายไฟเบอร์ขนาดเล็กนี้ทำงานอย่างไร

รูปที่ 3 แผ่นแสดงขั้นตอนการทำงานของไฟเบอร์ออพติก

ก) การสร้างสัญญาณแสง

ประการแรก สัญญาณแสงจะถูกสร้างขึ้นด้วยเครื่องส่งสัญญาณ ซึ่งอาจเป็น LED หรือเลเซอร์ ส่วนประกอบนี้จะแปลงข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ เช่น สัญญาณโทรศัพท์หรืออินเทอร์เน็ต ให้เป็นพัลส์แสง LED หรือเลเซอร์จะสร้างกระแสข้อมูลไบนารีโดยการกระพริบติดและดับอย่างรวดเร็ว

ii) ทางเข้าของแสงสู่แกนไฟเบอร์

แสงจะส่องไปยังแกนกลางของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง แกนกลางของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงประกอบด้วยกระจกหรือพลาสติกคุณภาพสูง และถูกหุ้มด้วยชั้นกระจกที่เรียกว่า แคลดดิ้ง

iii) การรักษาแสงไว้ภายในโดยใช้การสะท้อนภายในทั้งหมด

โปรดจำไว้ว่าแสงไม่ได้ไหลผ่านเพียงเท่านั้น แต่ยังสะท้อนออกจากผนังด้านในของแกนกลางเนื่องจากการสะท้อนกลับทั้งหมดภายใน ซึ่งเป็นไปได้เนื่องจาก:

• แกนกลางมีดัชนีหักเหแสงสูงกว่าวัสดุหุ้ม จึงไม่สามารถให้แสงหนีออกไปได้

• เมื่อแสงกระทบขอบแกนหุ้มที่มุมใดมุมหนึ่ง แสงจะสะท้อนเข้าด้านในแทนที่จะผ่านเข้าไป 

ดังนั้น เนื่องจากการสะท้อนนี้ แสงจึงสามารถเคลื่อนที่ไปได้ในระยะไกลโดยสูญเสียแสงเพียงเล็กน้อย

รูปที่ 4 กระบวนการทำงานใยแก้วนำแสง

iv) การรักษาความแรงของสัญญาณ

ไม่ว่าแสงจะเดินทางได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด การสูญเสียพลังงานบางส่วนก็เกิดขึ้นในระยะทางไกล ดังนั้น เพื่อรักษาสัญญาณ จึงติดตั้งเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลไว้ตามเส้นทางของสายเคเบิล อุปกรณ์เหล่านี้จะขยายสัญญาณแสงและไม่จำเป็นต้องแปลงกลับเป็นไฟฟ้า 

ว) การรับและแปลงแสงกลับเป็นข้อมูล

ในที่สุด เครื่องตรวจจับแสง (ตัวรับ) ที่จุดสิ้นสุดจะรวบรวมพัลส์แสงที่เข้ามาและแปลงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นจึงประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ หรือเราเตอร์อินเทอร์เน็ต เพื่อให้สามารถส่งมอบข้อมูลในรูปแบบที่ดำเนินการได้ 

ด้วยเหตุนี้กระบวนการทั้งหมดข้างต้นจึงเสร็จสิ้นด้วยความเร็วที่น่าเหลือเชื่อ ช่วยให้สามารถใช้อินเทอร์เน็ตได้รวดเร็ว โทรได้ชัดเจน และถ่ายโอนข้อมูลแบบเรียลไทม์ในระยะทางไกลได้

3) สายไฟเบอร์ออฟติกอันตรายหรือไม่?

แน่นอนว่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงมีความปลอดภัย แต่การจัดการอย่างไม่ถูกต้องอาจก่อให้เกิดอันตรายได้ ตัวอย่างเช่น สายเคเบิลใยแก้วนำแสงไม่ส่งกระแสไฟฟ้า จึงไม่เสี่ยงต่อการถูกไฟดูด ไฟไหม้ หรือไฟฟ้าลัดวงจร ซึ่งแตกต่างจากสายทองแดง อย่างไรก็ตาม อันตรายบางประการต้องได้รับการดูแล

! การเปิดรับแสงเลเซอร์: การส่งข้อมูลผ่านสายใยแก้วนำแสงทำได้โดยใช้เลเซอร์ที่มีความเข้มสูง แสงดังกล่าวมักเป็นแสงอินฟราเรด ซึ่งทำให้ไม่สามารถมองเห็นได้ แต่การมองตรงเข้าไปในสายใยแก้วนำแสงที่กำลังใช้งานอยู่อาจทำให้จอประสาทตาไหม้ได้ เนื่องจากความเสียหายต่อดวงตาจะไม่เจ็บปวดและถาวร ดังนั้นควรถอดสายออกก่อนการตรวจสอบเสมอ

! อนุภาคแก้วระดับจุลภาค: สายเคเบิลใยแก้วนำแสงประกอบด้วยเส้นใยแก้วบางๆ ดังนั้นเมื่อสายเคเบิลถูกต่อ ตัด หรือแตก ชิ้นส่วนแก้วเล็กๆ อาจปลิวไปกับอากาศได้ อนุภาคเหล่านี้มองไม่เห็นและอาจทำให้เกิดการระคายเคืองได้โดยการทิ่มแทงผิวหนัง นอกจากนี้ อนุภาคเหล่านี้ยังอาจทำให้เกิดการบาดเจ็บสาหัสได้เมื่อเข้าไปในดวงตา นอกจากนี้ อนุภาคเหล่านี้อาจถูกสูดดมเข้าไปจนอาจเป็นอันตรายต่อปอดได้

ดังนั้นควรสวมถุงมือและแว่นตาป้องกันอยู่เสมอเพื่อขจัดความเสี่ยงเมื่อต้องจัดการกับไฟเบอร์ออปติก และเพื่อให้แน่ใจว่ากำจัดขยะแก้วอย่างถูกต้อง

รูปที่ 5 กฎความปลอดภัยของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง

! สารเคลือบเคมีและชั้นป้องกัน: สายใยแก้วนำแสงบางประเภทมีการเคลือบสารเคมีเพื่อเพิ่มความแข็งแรง ซึ่งสารเคลือบดังกล่าวอาจเป็นพิษได้ในกรณีที่สัมผัสผิวหนังหรือสูดดม ดังนั้นจึงต้องล้างมือหลังจากสัมผัสสายใยแก้วนำแสงเพื่อป้องกันความเสี่ยงต่อการกลืนกิน  

! ความปลอดภัยต่อการรั่วไหลและการรบกวนข้อมูล: เมื่อเปรียบเทียบกับสายทองแดงแล้ว ใยแก้วนำแสงจะดักจับข้อมูลได้ยากกว่ามาก เนื่องจากใยแก้วนำแสงไม่ส่งสัญญาณไฟฟ้า ทำให้ดักจับข้อมูลได้ยาก นอกจากนี้ ใยแก้วนำแสงยังไม่ปล่อยสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า จึงช่วยปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ในบริเวณใกล้เคียง  

ดังนั้น หากดูแลรักษาอย่างถูกต้อง สายไฟเบอร์ออปติกจะมีความปลอดภัยเป็นพิเศษเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีอื่นๆ ในระบบการสื่อสารและเครือข่าย

4) สายไฟเบอร์ออฟติกนำไฟฟ้าหรือไม่?

ไม่ สายไฟเบอร์ออปติกไม่มีการนำไฟฟ้า คุณสมบัติที่ไม่นำไฟฟ้าทำให้สายไฟเบอร์ออปติกปลอดภัยจากอันตรายจากไฟฟ้า 

• ทำไมใยแก้วนำแสงจึงไม่นำไฟฟ้า  

• ส่วนประกอบวัสดุ: วัสดุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น แก้วและพลาสติก ซึ่งเป็นส่วนประกอบของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้  

• วิธีการส่งข้อมูล: ยิ่งไปกว่านั้นไม่มีการไหลของไฟฟ้าเนื่องจากใยแก้วนำแสงส่งพัลส์แสงที่สร้างจากเลเซอร์หรือ LED  

รูปที่ 6 ใยแก้วนำแสงไม่มีคุณสมบัติเป็นสื่อไฟฟ้า

• ประโยชน์เชิงปฏิบัติของการไม่นำไฟฟ้า  

+ การติดตั้งที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น: ประการแรก พื้นที่ที่มีน้ำ โครงสร้างโลหะ หรือไฟฟ้าแรงสูงก็ปลอดภัยสำหรับการติดตั้งที่ใช้สายไฟเบอร์ออปติกเช่นกัน เนื่องจากไม่มีอันตรายจากไฟฟ้า  

+ ไม่มีสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI): นอกจากนี้ ไฟเบอร์ออปติกยังสามารถใช้ในสถานที่ที่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงได้ เนื่องจากไม่ถูกรบกวนจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเหมือนสายโลหะ  

+ การป้องกันฟ้าผ่าที่ดีขึ้น: สายเคเบิลโลหะธรรมดาอาจเสี่ยงต่อการถูกฟ้าผ่า แต่เครือข่ายใยแก้วนำแสงไม่ได้รับผลกระทบ เนื่องจากไม่นำกระแสไฟฟ้า

5) สายไฟเบอร์ออฟติกทำมาจากอะไร?

วัสดุหลักสองชนิดที่ใช้ทำสายเคเบิลใยแก้วนำแสงคือแก้วและพลาสติก วัสดุเหล่านี้ถูกเลือกเนื่องจากสามารถส่งผ่านแสงในระยะไกลได้โดยไม่สูญเสียคุณภาพ ด้านล่างนี้คือรายละเอียดของวัสดุเหล่านี้ สายไฟเบอร์ออฟติกทำอย่างไร: 

ก) แกนกลาง

แสงเดินทางผ่านแกนกลางของสายเคเบิล ซึ่งแกนกลางมักทำจากแก้วหรือพลาสติก 

• กระจก: สายใยแก้วนำแสงเกือบทั้งหมดทำจากแก้วซิลิกาที่มีความบริสุทธิ์สูง เนื่องจากแก้วซิลิกาช่วยให้แสงสามารถส่งผ่านได้ในระยะไกลโดยสัญญาณจะเสื่อมลงเพียงเล็กน้อย นอกจากนี้ แก้วยังมีความแข็งแรงและยืดหยุ่นสูง เหมาะสำหรับใช้ในโครงสร้างพื้นฐานด้านโทรคมนาคมและอินเทอร์เน็ต 

• พลาสติก: สายเคเบิลระยะสั้นหรือสายเคเบิลราคาประหยัดบางประเภทใช้แกนพลาสติกแทนสายแก้ว แม้จะมีราคาถูกกว่า แต่สายเคเบิลประเภทนี้ก็มีข้อเสียที่สำคัญในรูปแบบของการลดทอนสัญญาณ ซึ่งหมายความว่าสายเคเบิลประเภทนี้จะสูญเสียแสงมากกว่าสายใยแก้วเมื่ออยู่ระยะไกล 

ii) การหุ้ม 

ชั้นหุ้มจะหุ้มแกนกลาง โดยทั่วไปมักทำด้วยแก้วหรือพลาสติก แต่มีดัชนีการหักเหแสงต่ำกว่าแกนกลาง ชั้นหุ้มยังมีหน้าที่ที่สำคัญเท่าเทียมกันโดยทำให้แน่ใจว่าแสงจะยังคงอยู่ในแกนกลางโดยการสะท้อนแสงเพื่อให้สามารถส่งสัญญาณแสงได้ในระยะไกลผ่านการสะท้อนกลับภายในทั้งหมด

รูปที่ 7 ส่วนประกอบวัสดุใยแก้วนำแสง

iii) การเคลือบผิว

มักจะใช้วัสดุเคลือบป้องกันกับแกนและหุ้มเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่อเส้นใย โดยทั่วไปแล้ว ชั้นป้องกันดังกล่าวจะทำจากโพลีเมอร์ (ส่วนประกอบพลาสติก)

การเคลือบยังช่วยปกป้องเส้นใยและให้ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นที่จำเป็นเพื่อไม่ให้แตกหักหรือเสียหายได้ง่าย

iv) สมาชิกที่มีความแข็งแกร่ง

นอกจากนี้ ยังมีการเพิ่มส่วนประกอบที่แข็งแรงเพื่อให้สายเคเบิลมีโครงสร้างรองรับและป้องกันไม่ให้สายเคเบิลยืดออก ส่วนประกอบเหล่านี้ทำจากเหล็กหรือเส้นใยเคฟลาร์ เคฟลาร์เป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบาและทนทานซึ่งมักใช้ในเสื้อเกราะกันกระสุน ช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความยืดหยุ่นให้กับสายเคเบิล

ว) เสื้อนอก

ปลอกหุ้มด้านนอกจะป้องกันสายเคเบิลจากความชื้น ความเสียหายทางกายภาพ และสภาพแวดล้อม พร้อมทั้งยังให้การป้องกันปัจจัยอื่นๆ อีกด้วย ปลอกหุ้มด้านนอกทำจากพลาสติก เช่น พีวีซีและเทฟลอน ซึ่งขึ้นชื่อในเรื่องความแข็งแกร่งต่อสารเคมี แสงยูวี และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

โดยสรุป ส่วนประกอบหลักของการหุ้มภายนอกและด้านในของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงคือแก้วและพลาสติก ในขณะที่ชั้นป้องกันและส่วนเสริมความแข็งแรงใช้เพื่อความน่าเชื่อถือเพิ่มเติมในขอบเขตการใช้งานที่กว้างขึ้น

6) สายใยแก้วนำแสงปล่อยรังสีหรือไม่?

สายใยแก้วนำแสงไม่ปล่อยรังสีออกมาเหมือนรังสีเอกซ์หรือคลื่นไมโครเวฟ แต่จะส่งสัญญาณแสงซึ่งเป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เรียกว่าแสงอินฟราเรด แสงอินฟราเรดไม่เป็นอันตรายและมีความยาวคลื่นยาวกว่ารังสีอัลตราไวโอเลตหรือรังสีเอกซ์ 

นอกจากนี้ เลเซอร์และ LED ยังใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงในใยแก้วนำแสง และถึงแม้ว่าแสงจะแรงมาก แต่แสงจะถูกส่งไปตามใยแก้วนำแสงเท่านั้น และจะไม่แผ่ออกไปนอกระบบ นอกจากนี้ ใยแก้วนำแสงยังทนทานต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ซึ่งแตกต่างจากสายไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าจะไม่รบกวนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่วางอยู่ใกล้ๆ 

การไม่มีรังสีดังกล่าวเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำไมไฟเบอร์ออปติกจึงได้รับความนิยมในสถานที่ที่สัญญาณอิเล็กทรอนิกส์อาจก่อให้เกิดปัญหาที่ยุ่งยาก เช่น โรงพยาบาลและสถานที่ทางทหาร

7) คำพูดสุดท้าย

โดยสรุปแล้ว เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงเป็นวิธีการส่งข้อมูลด้วยสัญญาณแสงที่รวดเร็ว เชื่อถือได้ และปลอดภัยที่สุด เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าสายทองแดงแบบเดิมอย่างเห็นได้ชัดในเกือบทุกเกณฑ์ โดยเฉพาะระยะทางและความเร็วสูง หากคุณต้องการซื้อสายใยแก้วนำแสงคุณภาพดี Dekam Fiber เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยม ผลิตภัณฑ์ของเราเชื่อถือได้และทนทาน รับประกันคุณค่าที่ยอดเยี่ยมซึ่งเหมาะกับความต้องการด้านเครือข่ายของคุณ ดังนั้น ติดต่อเรา วันนี้!