เส้นใยแก้วนำแสง (fiber optic) คือ
เส้นใยแก้วนำแสงหรือไฟเบอร์ออปติก เป็นตัวกลางของสัญญาณแสงชนิดหนึ่ง ที่ทำมาจากแก้วซึ่งมีความบริสุทธิ์สูงมาก เส้นใยแก้วนำแสงมีลักษณะเป็นเส้นยาวขนาดเล็ก มีขนาดประมาณเส้นผมของมนุษย์เรา เส้นใยแก้วนำแสงที่ดีต้องสามารถนำสัญญาณแสงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ โดยมีการสูญเสียของสัญญาณแสงน้อยมาก
เส้นใยแก้วนำ แสงสามารถแบ่งตามความสามารถในการนำแสงออกได้เป็น 2 ชนิด คือ เส้นใยแก้วนำแสงชนิดโหมดเดี่ยว (Singlemode Optical Fibers, SM) และชนิดหลายโหมด (Multimode Optical Fibers, MM)
ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเส้นใยแก้วนำแสง ที่ทำมาจากพลาสติกเพื่องานบางอย่างที่ไม่คำนึงถึงการสูญเสียสัญญาณมากนัก เช่น การสื่อสารในระยะทางสั้น ๆ ไม่กี่เมตร
สายใยแก้วนำแสง Multimode ที่ถูกนำมาใช้งาน โดยทั่วไปมีสองความยาวคลื่น คือที่ 850 นาโนเมตร (Short Wavelength) และที่ 1300 นาโนเมตร มาตรฐาน TIA/EIA-568-A ระบุประสิทธิภาพของสาย 62.5/125 ไมครอนเท่ากับ 160 MHz.Km ที่ 850 นาโนเมตร และ 500 MHz.Km ที่ 1300 นาโนเมตร ขณะที่มาตรฐาน ISO/IEC 11801 กำหนดสาย 62.5/125 ไมครอนไว้เหมือนกันแต่มี Bandwidth เท่ากับ 200 MHz.Km ในขณะที่ โดยทั่วไป สาย 50/125 ไมครอนจะรองรับ Bandwidth ได้เท่ากับ 500 MHz.Km ทั้งสองความยาวคลื่น (850 และ 1300 นาโนเมตร) ทำให้สาย 50/125 ไมครอนสามารถรองรับการใช้งานได้เท่ากันทั้งสองความยาวคลื่น
กลุ่มมาตรฐาน IEEE802.3Z ของ Gigabit Ethernet ได้ระบุคุณลักษณะของ Physical Laye ของสายใยแก้วนำแสงไว้ 2 ประเภท
ประเภทแรกคือ 1000BASE-SX ทำงานที่ Short Wavelength
ประเภทที่ 2 คือ 1000BASE-LX ทำงานที่ Long Wavelength
แหล่งกำหนิดแสง VCSELs สามารถใช้เป็น Transceiver สำหรับ 1000 BASE-SX ซึ่งมีราคาถูกว่า แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ที่ใช้เป็น Transceiver สำหรับ 1000BASE-LX การเลือกใช้สายใยแก้วนำแสง 50/125 ไมครอน สามารถรองรับความยาวได้สูงสุด 550 เมตร ทั้ง 1000BASE-SX และ 1000BASE-LX ในขณะที่สาย 62.5/12 ไมครอนรองรับความยาวได้สูงสุดเพียง 220 เมตร แต่กับสายที่มี Bandwidth 160 MHz.M และ 275 เมตร กับสายที่มี Bandwidth 200 MHz.Km สำหรับการใช้งาน ที่ยาวกว่า 550 เมตร ของ 1000BASE-LX ต้องใช้กับสายใยแก้วนำแสง Singlemode ซึ่งจะได้ถึง 5000 เมตร
หากพิจารณาระยะทางไกลสุดที่สามารถติดตั้งได้ร่วมกับความ ต้องการของมาตรฐานสายสัญญาณ ประเด็นหลักของการติดตั้งระบบสายสัญญาณคือ ผู้ใช้คาดหวังที่จะใช้ประโยชน์สายสัญญาณอย่างน้อย 10 ปี นั่นคือผู้ดูแลระบบต้องพิจารณาถึงแอพพลิเคชั่นที่ใช้กับระบบสายสัญญาณทั้ง แนวนอนและแนว Backbone รวมทั้งการเปลี่ยนแปลงการใช้งานแอพพลิเคชั่นในอนาคตปัจจัยหลักของการพิจารณา คือความต้องการส่งข้อมูลของระบบ เน็ทเวิร์คที่เร็วขึ้น ผลกระทบต่างๆ จะกล่าวต่อไป แต่หากพิจารณาถึงเรื่องสำหรับการออกแบบ ซึ่งมาตรฐานได้ระบุดังนี้
1. ระยะทางของระบบสายสัญญาณแนวนอนจากห้อง Telecommunication Closet ถึงจุดใช้งาน (Work Station) ระยะทางต้องไม่เกิน 100 เมตร
2. ระบบกระจายสายสัญญาณจากส่วนกลาง (Centralized Architecture) อนุญาตให้ระยะทางจากห้อง Main Equipment ถึงจุดใช้งาน (Work Station) ไม่เกิน 300 เมตร
3. ระยะสายสัญญาณ Backbone ภายในอาคาร (Intra-building) จากห้อง Equipment Room ถึงห้อง Telecommunication Closet สูงสุดไม่เกิน 500 เมตร
4. ระยะรวมของสายสัญญาณ Backbone ทั้ง Inter-building และ Intra-building คือจาก ห้อง Main Crossconnect ถึง ห้อง Telecommunication Closet สูงสุดไม่เกิน 2000 เมตร สำหรับสายใยแก้วนำแสง Multimode หรือ 3000 เมตร สำหรับสายใยแก้วนำแสง Singlemode
ประวัติความเป็นมาของเส้นใยแก้วนำแสง
การใช้แสงเป็นสื่อในการนำสัญญาณแล้วส่งไปในตัวกลางต่างๆ นั้น ได้เริ่มขึ้นจากนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ จอห์น ทินดัล ( John Tyndall ) ได้พบว่าแสงสามารถส่งผ่านไปตามลำได้ตั้งแต่ปี พ. ศ. 2413 จาก จุดเริ่มต้นนี้ก็ได้มีความพยายามกันเป็นเวลานานที่จะทำให้ ปรากฏการณ์นี้เป็นประโยชน์ในทางปฏิบัติได้ จนกระทั้งในปี พ.ศ. 2503 ก้าวสำคัญของการเปลี่ยนแปลงได้มาถึงเมื่อมีการทดลองใช้เลเซอร์เป็นครั้ง แรก ต่อมาในปี พ.ศ. 2509 ก็มีนักวิทยาศาสตร์สองคนของสหราชอาณาจักร ชื่อ ฮอคแคม ( G.A Hockham ) และเกา
( C.C. Kao ) ได้ทำการศึกษาวิจัยว่าตัวกลางที่ทำด้วยใยแก้วนำแสงสามารถส่งผ่านได้ 1% ของแสงอินพุตด้วยระยะทาง 1 กิโลเมตร และตัวกลางนี้จะเป็นคู่แข่งสำคัญกับสายทองแดงและสายหุ้มฉนวน ( Coaxial Cable ) จากนั้นความก้าวหน้าทางวัสดุศาสตร์เรื่อยมา จนปัจจุบันทำให้สามารถมีใยแก้วนำแสงที่มีการส่งผ่านแสงได้อย่างมี ประสิทธิภาพ หรือการสูญเสียต่ำได้ ใยแก้วนำแสงบางชนิดซึ่งอาจมีการสูญเสียต่ำ มากคือการสูญเสียเพียง 0.1 เดซิเบลต่อกิโลเมตร ( db\km ) เท่านั้น
โครงสร้างของใยแก้วนำแสง
ส่วนประกอบของใยแก้วนำแสงประกอบด้วยส่วนสำคัญ คือส่วน ที่เป็นแกนอยู่ตรงกลางหรือชั้นในที่หุ้มด้วยส่วนที่เป็นแคลด แล้วถูกหุ้มด้วยส่วนที่ป้องกัน ( Coating ) โยที่แต่ละส่วนนั้นทำด้วย วัสดุที่มีค่าดัชนีหักเหของแสงที่มีค่าแตกต่างกัน ทั้งนี้ต้องคำนึงถึงค่าหลักการหักเหและสะท้อนกลับมาหมดของแสงดังที่ได้กล่าว ไปแล้ว
แกน : เป็นส่วนตรงกลางของเส้นใยแก้วนำแสง และเป็นส่วนนำแสง โดยดัชนีหักเหของแสงส่วนนี้ต้องมากกว่าของส่วนแคลดแล้ว ลำแสงที่ไปในแกนจะถูกขังหรือเคลื่อนที่ไปตามเส้นใยแก้วนำ แสงด้วยขบวนการสะท้อนกลับหมดภายใน
การเดินทางของแสงในใยแก้วนำแสง
แสง สามารถแพร่กระจายเข้าไปในใยแก้วได้ โดยการสะท้อนหรือการหักเหแสง กล่าวคือแสงจะแพร่กระจายอย่างไร ขึ้นอยู่กับการแพร่กระจายและรูปแบบของดัชนีการหักเห โหมดของการ แพร่กระจายหรือโหมด หมายถึงทางเดิน ( Path ) ของแสงนั้นเอง ถ้าทางเดินของแสงมีเพียงทางเดียว ที่ทำให้แสงแพร่กระจายเข้าไปในใยแก้วนำแสงได้เรียกโหมดเดียว ( Single Mode ) ถ้า ทางเดินของแสงมีหลายทางๆ เรียกว่า มัลติโหมด ( Multimode ) หรืหลายโหมด แสดงการกระจายของแสงเข้าไปใน ใยแก้วแสงแบบโหมดเดียวและแบบหลายโหมด
