เรียนรู้เกี่ยวกับการสูญเสียและการลดทอนสัญญาณไฟเบอร์ออปติก

ปัจจุบัน การถ่ายโอนข้อมูลความเร็วสูงทั่วโลกต้องอาศัยใยแก้วนำแสง แต่การสูญเสียสัญญาณและการลดทอนสัญญาณอาจก่อให้เกิดปัญหาได้ หากไม่จัดการการสูญเสียเหล่านี้ เครือข่ายของคุณอาจประสบปัญหาความเร็วที่ช้าลงและประสิทธิภาพการทำงานที่ลดลง อย่างไรก็ตาม อย่ากังวล! มีข่าวดีว่าการสูญเสียสัญญาณสามารถลดลงได้

ดังนั้น จุดประสงค์ของการเขียนบล็อกนี้ก็คือเพื่อให้คุณคุ้นเคยกับปัญหาการสูญเสียสัญญาณไฟเบอร์และสาเหตุของปัญหาดังกล่าวในสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติก ดังนั้น ในบทความนี้ คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับการสูญเสียสัญญาณไฟเบอร์ ประเภท การวัด และเคล็ดลับในการลดการสูญเสียสัญญาณดังกล่าว ดังนั้น ติดตามเราต่อไป!

รูปที่ 1 การสูญเสียและการลดทอนสัญญาณใยแก้วนำแสง

1) คืออะไร การสูญเสียของเส้นใยแก้วนำแสง?

-การสูญเสียใยแก้วนำแสง เกิดขึ้นเมื่อส่วนหนึ่งของแสงที่กำลังเดินทางผ่านสายเคเบิลมีความเข้มน้อยลงก่อนที่จะถึงปลายสาย 

นอกจากนี้ ลองนึกภาพสถานการณ์ที่คนตะโกนลึกเข้าไปในอุโมงค์ ในตอนแรก เสียงจะดังดี แต่เมื่อดังมากขึ้น เสียงจะเบาลง การค่อยๆ เบาลงนี้เรียกว่า การลดทอนในใยแก้วนำแสงโดยวัดเป็นเดซิเบลต่อกิโลเมตร (dB/km) 

• การสูญเสียใยแก้วนำแสงเทียบกับการลดทอน

ตอนนี้คุณอาจถามว่าความแตกต่างระหว่างการสูญเสียและการลดทอนคืออะไร การสูญเสียหมายถึงการลดลงของกำลังสัญญาณ ในทางกลับกัน การลดทอนหมายถึงการสูญเสียประเภทเฉพาะที่เกิดขึ้นในไฟเบอร์เนื่องจากการดูดซับแสงและการกระเจิงของแสง นอกจากนี้ โปรดทราบว่าสิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อใช้อินเทอร์เน็ตระยะไกลหรือเครือข่ายความเร็วสูง 

อย่างไรก็ตาม หากไม่มีโซลูชัน การโทรวิดีโอจะล่าช้า การสตรีมจะบัฟเฟอร์ซ้ำแล้วซ้ำเล่า และการดาวน์โหลดจะช้าลงอย่างมาก นี่คือสาเหตุที่การลดการสูญเสียไฟเบอร์ออปติกจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

2) ประเภทของการสูญเสียใยแก้วนำแสงและสาเหตุ

การสูญเสียของเส้นใยแก้วนำแสง (db/km) แบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ การสูญเสียจากภายในและการสูญเสียจากภายนอก โดยสามารถแบ่งประเภทย่อยได้อีกเป็นหลายประเภท โดยแต่ละประเภทมีสาเหตุที่แตกต่างกัน ดังนั้น มาแยกย่อยกัน!

i) การสูญเสียภายใน

การสูญเสียประเภทนี้หมายถึงการสูญเสียที่เกิดจากวัสดุเส้นใยเอง น่าเสียดายที่ไม่สามารถขจัดออกจากเส้นใยได้หมด แต่สามารถลดการสูญเสียบางส่วนได้โดยใช้วัสดุที่มีคุณภาพสูง

ก. การสูญเสียการดูดซึม 

ลองนึกภาพว่าคุณฉายแสงผ่านหน้าต่างที่สกปรก แต่แสงบางส่วนไม่ผ่าน ในทำนองเดียวกัน เมื่อแสงเข้าสู่แกนกระจกในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง แสงจะดูดซับพลังงานเนื่องจากสิ่งสกปรกขนาดเล็กในกระจกจะเปลี่ยนเป็นความร้อน ซึ่งเรียกว่าการสูญเสียการดูดซับ

• สาเหตุหลัก : 

• สาเหตุหลักของการสูญเสียการดูดซับคือความเข้มข้นเล็กน้อยของไอออน OH- (โมเลกุลน้ำ) ที่มีอยู่ในเส้นใยของคุณ ไอออนเหล่านี้จะจับพลังงานซึ่งทำให้สัญญาณอ่อนลงที่ประมาณ 1,383 นาโนเมตร โปรดทราบว่ากระจกส่วนใหญ่สามารถดูดซับพลังงานได้แม้ว่าจะบริสุทธิ์ที่สุดก็ตาม อย่างไรก็ตาม วัสดุบางชนิดที่เหมาะกับเส้นใยมากกว่าสามารถลดปัญหานี้ได้

• ตัวอย่าง:

ที่ 1550 นาโนเมตร ไฟเบอร์คุณภาพดีจะมีการสูญเสียการดูดซับประมาณ 0.2 เดซิเบลต่อกิโลเมตร หากไฟเบอร์มีสิ่งเจือปนมากขึ้น การสูญเสียจะยิ่งเพิ่มขึ้นไปอีก 

รูปที่ 2 ประเภท การสูญเสียเส้นใย

ข. การสูญเสียแบบกระเจิง 

คุณเคยสังเกตหมอกที่กระจายแสงอาทิตย์หรือไม่ นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงของคุณ ตัวอย่างเช่น เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงในระดับจุลภาคในวัสดุของเส้นใยทำให้แสงกระจายไปในทิศทางต่างๆ สิ่งนี้เรียกว่าการกระเจิงของเรย์ลี

• สาเหตุหลัก : 

• ความหนาแน่นเล็กน้อยของเส้นใยจะเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างกระบวนการผลิต ข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้ทำให้การกระจายของพลังงานเปลี่ยนไป

• ตัวอย่าง:

• การสูญเสียเนื่องจากการกระเจิงของเรย์ลีห์อยู่ที่ 0.18 เดซิเบลต่อกิโลเมตรที่ 1,550 นาโนเมตร และเพิ่มขึ้นเป็น 2.5 เดซิเบลต่อกิโลเมตรที่ 850 นาโนเมตร นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงชอบความยาวคลื่นที่ยาวกว่าสำหรับการสื่อสารระยะไกล

ii) การสูญเสียจากภายนอก 

การสูญเสียจากภายนอกนั้นตรงกันข้ามกับการสูญเสียจากภายใน ซึ่งเกิดจากการกระทำที่เกิดขึ้นกับไฟเบอร์ เช่น การโค้งงอมากเกินไป การเชื่อมต่อที่ไม่ดี และการเพิ่มองค์ประกอบเครือข่ายมากกว่าที่จำเป็น ไม่ต้องกังวล เพราะปัญหาเกือบทั้งหมดเหล่านี้สามารถแก้ไขได้หรืออยู่ภายใต้การควบคุมของคุณ

ค. การสูญเสียการดัดงอ

หากคุณงอหลอดเกินกว่ามุมที่กำหนด ของเหลวจะไม่สามารถไหลได้อย่างอิสระ ในทำนองเดียวกัน หากคุณงอหลอดมากเกินไป สายไฟเบอร์ออฟติกสิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้น แทนที่จะถูกบรรจุไว้ในแกนกลางอย่างสมบูรณ์แบบ แสงบางส่วนกลับรั่วไหลออกมา ซึ่งส่งผลเสียต่อค่าสัญญาณ มาดูประเภทของแสงกัน!

• การโค้งงอของมาโคร: การโค้งงอของสายไฟเบอร์มากเกินไป เช่น เมื่อขดสายแน่นเกินไปหรือวางทับสายไว้ ก็อาจส่งผลเสียได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น การสูญเสียสัญญาณจำนวนมากอาจเกิดขึ้นได้เมื่อสายไฟเบอร์ถูกดัดให้โค้งงอด้วยรัศมีมากกว่า 30 มม.

• การดัดไมโครเบนดิ้ง: การสูญเสียการโค้งงอประเภทนี้เกิดจากแรงกดดันภายนอกและการติดตั้งไฟเบอร์ที่ไม่ดี ตัวอย่างเช่น รอยบุบบนไฟเบอร์อาจทำให้การสูญเสียเพิ่มขึ้น 0.5 เดซิเบลหรือมากกว่านั้น

ข. การสูญเสียการเชื่อมต่อและการเชื่อมต่อไฟเบอร์

ทุกครั้งที่คุณต่อสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสองเส้นเข้าด้วยกัน แสงอาจสูญเสียไปบ้างเนื่องจากการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งเกิดขึ้นทั้งที่ขั้วต่อและจุดต่อสาย และอาจส่งผลเสียต่อเครือข่ายของคุณ มาแยกประเภทของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงกัน!

• การต่อฟิวชั่น: เทคนิคนี้จะเชื่อมเส้นใยเข้าด้วยกันด้วยความร้อน และทำให้เกิดการสูญเสียการเชื่อมต่อที่ต่ำ (สูญเสียประมาณ 0.1 dB)

• การต่อแบบกลไก: เส้นใยถูกยึดติดกันด้วยกาว และจะสูญเสียความดังประมาณ 0.5 เดซิเบลหรือมากกว่านั้น หากทำไม่ถูกต้อง

นอกจากนี้ โปรดทราบว่าหากปลายเอาต์พุตของไฟเบอร์ของคุณจัดวางได้พอดี ช่องว่างแม้เพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้สูญเสียสัญญาณได้มาก

e. การสูญเสียการแทรก 

นอกจากนี้ เครือข่ายไฟเบอร์ยังมีการสูญเสียคุณภาพเนื่องจากมีการเพิ่มองค์ประกอบต่างๆ เช่น ขั้วต่อ ตัวแยก และตัวต่อ ซึ่งทำให้ปริมาณสัญญาณที่ดีในระบบลดน้อยลง

ตัวอย่างเช่น ขั้วต่อมาตรฐานจะเพิ่มการสูญเสียเป็นประมาณ 0.2 dB นอกจากนี้ ขึ้นอยู่กับประเภทของตัวแยกสัญญาณ การสูญเสียเพิ่มเติมจะถูกตั้งไว้ที่ 3 dB ขึ้นไป ซึ่งหมายความว่าสัญญาณจะลดลงครึ่งหนึ่ง

นอกจากนี้ Peter Brown ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านปฏิบัติการที่ Shanghai Baudcom Communication Device Co., Ltd. บนเว็บไซต์ Qoura ยังได้บอกเล่าถึงสาเหตุการสูญหายของไฟเบอร์ที่กล่าวถึงข้างต้นเช่นกัน ดังนั้น เราจึงต้องพิจารณาสิ่งเหล่านี้และมองหาทางแก้ไขเพื่อให้เพลิดเพลินกับอินเทอร์เน็ตความเร็วสูงโดยไม่เกิดความล่าช้า

• ตารางสรุป

ประเภทการสูญเสีย	สาเหตุ	ผล	การสูญเสียโดยทั่วไป
การสูญเสียการดูดซึม	สิ่งเจือปน (ไอออน OH-)	แสงสว่างกลายเป็นความร้อน	0.2 เดซิเบล/กม.
การสูญเสียแบบกระจัดกระจาย	ข้อบกพร่องของวัสดุ	แสงที่ผิดทิศทาง	0.18 เดซิเบล/กม.
การสูญเสียการโค้งงอของแมโคร	เส้นใยโค้งขนาดใหญ่	แสงรั่วออกมา	สูงถ้า <30 มม.
การสูญเสียไมโครเบนดิง	การเสียรูปของเส้นใยขนาดเล็ก	แสงที่ผิดทิศทาง	0.2 เดซิเบลต่อการเชื่อมต่อ
การสูญเสียขั้วต่อ	การจัดตำแหน่งไม่ดี	แสงผ่านได้น้อยลง	0.5 เดซิเบล+
การสูญเสียการต่อ	การเชื่อมต่อไฟเบอร์ไม่ดี	ทำให้การส่งข้อมูลอ่อนแอลง	0.1 dB (ฟิวชั่น), 0.5 dB (เชิงกล)
การสูญเสียการแทรก	ส่วนประกอบเสริม (สปลิตเตอร์)	สัญญาณอ่อนลง	3 เดซิเบล/สปลิตเตอร์

3) การวัดค่าการลดทอนแสง

หน่วยวัดความสูญเสียของสายใยแก้วนำแสงคือเดซิเบลต่อกิโลเมตร (dB/km) ซึ่งบ่งชี้ระดับความแรงของสัญญาณที่สูญเสียไปสำหรับสายใยแก้วนำแสงทุกกิโลเมตรที่แสงเดินทางผ่าน นอกจากนี้ การมีค่า dB/km ที่ต่ำกว่ายังหมายถึงสายใยแก้วนำแสงจะชัดเจนขึ้นและรักษาข้อมูลได้ดีกว่า

• วิธีการประเมินการสูญเสียสัญญาณในไฟเบอร์:

i) เครื่องวัดการสะท้อนโดเมนเวลาแบบออปติคัล (OTDR) : คุณสามารถมองว่าอุปกรณ์นี้เป็นเรดาร์สำหรับไฟเบอร์ของคุณได้ อุปกรณ์จะส่งพัลส์แสงผ่านสายเคเบิลและประเมินปริมาณแสงที่สะท้อนกลับมา นอกจากนี้ OTDR ยังสามารถระบุตำแหน่งจุดอ่อน จุดขาด หรือจุดโค้งได้อย่างแม่นยำอีกด้วย

รูปที่ 3 เครื่องวัดการสะท้อนโดเมนเวลาแบบออปติคัล (OTDR)

ii) วิธีการตัดทอน: เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการส่งแสงผ่านไฟเบอร์และการวัดแสงที่เหลือที่พอร์ตอินพุตและเอาต์พุต เทคนิคดังกล่าวมีความน่าเชื่อถือสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้องตัดไฟเบอร์ออก จึงทำให้มีการสูญเสียแสงเพียงเล็กน้อย

รูปที่ 4 วิธีการตัดทอน

iii) การวัดมิเตอร์วัดกำลัง: วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการใช้แหล่งกำเนิดแสงร่วมกับเครื่องวัดกำลังไฟฟ้าเพื่อวัดแสงที่ปลายสายเคเบิล วิธีนี้ตรงไปตรงมาและจึงนิยมใช้ในการตั้งค่าเริ่มต้นและการบำรุงรักษาเครือข่ายใยแก้วนำแสงเป็นประจำ

รูปที่ 5 เครื่องวัดกำลังแสง

ดังนั้นการตรวจสอบการลดทอนสัญญาณเป็นระยะๆ จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าไฟเบอร์ยังคงอยู่ในสภาพที่เหมาะสมที่สุดและยังคงรองรับการถ่ายโอนข้อมูลอย่างรวดเร็ว

4) ออปติคอล การคำนวณการสูญเสียเส้นใย 

คุณก็ทำได้ คำนวณการสูญเสียเส้นใยแก้วนำแสง โดยใช้สูตรดังข้างล่างนี้;

การสูญเสีย (dB) = 10 × log⁡10 (Pใน  /พีออก ) 

ที่ไหน: 

พีใน  = กำลังไฟฟ้าเข้า หรือ ความแรงของสัญญาณในช่วงเริ่มต้น

พีออก  = กำลังขาออก หรือ ความแรงของสัญญาณที่ปลายทาง 

ในกรณีนี้หน่วยวัดเป็นเดซิเบล (dB) ซึ่งหมายถึงระดับการสูญเสียสัญญาณ

• ตัวอย่างการคำนวณ

สมมติว่าพลังงานอินพุตของคุณคือ 1mW และพลังงานเอาต์พุตคือ 0.5mW การสูญเสียที่เกิดขึ้นจะคำนวณได้ดังนี้:

การสูญเสีย = 10 × log10 ( 1/0.5 ) =10 × log10 ( 2 ) = 3 dB การสูญเสีย 

ส่งผลให้สูญเสียกำลังสัญญาณไป 3 dB

• การสูญเสียต่อกิโลเมตร

นอกจากนี้ หากคุณต้องการหาค่าการลดทอนต่อกิโลเมตร คุณสามารถใช้สูตรที่กล่าวถึงด้านล่างนี้ได้!

ค่าการลดทอน (db/km) = การสูญเสียทั้งหมด/ ความยาวเส้นใย

5) เคล็ดลับในการลด การสูญเสียเส้นใย

ในส่วนนี้ ฉันจะแบ่งปันเคล็ดลับที่เป็นประโยชน์บางประการซึ่งคุณสามารถนำไปใช้เพื่อเพลิดเพลินไปกับอินเทอร์เน็ตของคุณโดยไม่ต้องประสบปัญหาสัญญาณขาดหาย เริ่มกันเลย!

? ใช้เส้นใยคุณภาพ: ตามปกติแล้ว การเริ่มต้นด้วยวัสดุที่ดีที่สุดถือเป็นสิ่งสำคัญ วัสดุบางชนิดมีตำหนิเล็กน้อยซึ่งจะดูดซับแสงและทำให้สัญญาณอ่อนลง เช่น สายไฟเบอร์ออปติกบางประเภท ดังนั้น ควรใช้แก้วซิลิกาบริสุทธิ์พิเศษ เนื่องจากผ่านการปรับปรุงอย่างพิถีพิถันเพื่อลดสิ่งเจือปนทั้งหมด แม้แต่ไอออน OH

? จัดการด้วยความระมัดระวัง: นอกจากนี้ ฉันต้องบอกว่าการกระทำของคุณควรเสริมการออกแบบระบบออปติก พิจารณาสายเคเบิลใยแก้วนำแสงว่าเป็นหลอดแก้วที่บอบบางมาก คุณรู้หรือไม่ว่าการงอหลอดแก้วมากเกินไปจะทำให้หลอดแก้วเสียหาย ดังนั้น เราขอแนะนำให้หลีกเลี่ยงมุมแหลมและการมัดแน่นที่อาจบีบอัดเส้นใยแก้วได้ เนื่องจากอาจทำให้สัญญาณโค้งงอได้ และทำให้สัญญาณอ่อนลงในที่สุด

รูปที่ 6 การทดสอบสายเคเบิลเป็นประจำ

? ใช้ตัวเชื่อมต่อและการต่อที่ดี: นอกจากนี้ โปรดจำไว้ว่าสัญญาณของคุณจะลดลงหากขั้วต่อของคุณสกปรกหรือไม่ตรงแนว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้ทำความสะอาดขั้วต่อก่อนเสียบปลั๊ก เมื่อต้องต่อสายไฟเบอร์ ฉันขอแนะนำให้คุณทำการต่อแบบฟิวชัน (หลอมปลายสายเข้าด้วยกัน) เนื่องจากการใช้วิธีนี้จะทำให้คุณสูญเสียสัญญาณน้อยกว่าประมาณ 0.1 เดซิเบล เมื่อเทียบกับการต่อแบบกลไกซึ่งมีการสูญเสียเพียง 0.2-0.75 เดซิเบล

รูปที่ 7 การต่อสายไฟเบอร์แบบฟิวชั่น

? ทดสอบและบำรุงรักษาเป็นประจำ: สุดท้ายนี้ ทำการทดสอบแม้ว่าไฟเบอร์ของคุณจะติดตั้งได้อย่างสมบูรณ์แบบแล้วก็ตาม โดยสามารถทดสอบด้วย OTDR หรือเครื่องวัดกำลังไฟฟ้าเพื่อหาจุดอ่อน นอกจากนี้ การทำความสะอาดและตรวจสอบขั้วต่อเป็นประจำจะช่วยลดการสูญเสียที่ไม่จำเป็น ทำให้เครือข่ายยังคงทำงานต่อไปได้

6) คำตัดสินขั้นสุดท้าย

ตอนนี้คุณคงทราบแล้วว่าการสูญเสียและการลดทอนสัญญาณไฟเบอร์ออปติกสามารถขัดขวางความเร็วและความน่าเชื่อถือของเครือข่ายได้ ข่าวดีก็คือสามารถลดปัญหานี้ลงได้ เพียงแค่คุณใช้ไฟเบอร์คุณภาพดี การจัดการอย่างระมัดระวัง ขั้วต่อที่ดี และยิ่งไปกว่านั้น การทดสอบเป็นประจำจะรับประกันได้ว่าสัญญาณจะแรง แม้ว่าไฟเบอร์ออปติกจะช่วยเพิ่มความเร็วและประสิทธิภาพ แต่ศักยภาพที่แท้จริงของไฟเบอร์ออปติกนั้นสามารถเปิดใช้งานได้ด้วยการเอาใจใส่ที่ถูกต้อง จึงรับประกันการเชื่อมต่อที่ราบรื่นได้หลายปี 
นอกจากนี้ฉันอยากจะแนะนำคุณให้ ซื้อสายไฟเบอร์ออฟติก จาก Dekam Fibres เส้นใยแก้วนำแสงของเราผ่านการรับรองมาตรฐาน CE, ROHS และใบรับรองจากผู้เชี่ยวชาญอื่นๆ จึงมั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์ของเราจะมีคุณภาพดีและปลอดภัย เยี่ยมชมเว็บไซต์ของเราได้แล้ววันนี้!