สายเคเบิลการสื่อสารใยแก้วนำแสงทำงานได้อย่างไร?
ที่พื้นฐานที่สุดสายเคเบิลใยแก้วนำแสงการสื่อสารประกอบด้วยเส้นแก้วเช่นเกลียวประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมของมนุษย์ซึ่งแต่ละอันสามารถส่งข้อความที่ปรับไปยังคลื่นแสงที่ความเร็วแสง พวกเขาเสนอแบนด์วิดท์ที่ดีกว่าสายเคเบิลลวดทองแดงและได้กลายเป็นตัวเลือกที่จะตอบสนองความต้องการของอายุของอินเทอร์เน็ตที่ข้อมูลจำนวนมาก (เช่นแอพสตรีมมิ่ง) จะต้องแจกจ่ายให้กับสมาชิกหลายพันคนห่างออกไปหลายไมล์และทันที สายเคเบิลใยแก้วนำแสงไม่เพียง แต่พบในระบบการสื่อสารเท่านั้น แต่ยังใช้ในเครือข่ายอุตสาหกรรมการตรวจจับและแอพพลิเคชั่น avionics
ขั้นตอนแรกในการทำความเข้าใจว่าการทำงานของใยแก้วนำแสงคือการเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณส่งแสงผ่านอากาศหรือน้ำ แสงเดินทางเป็นคลื่น เมื่อผ่านอากาศคลื่นจะสูญเสียพลังงานและแพร่กระจายออกไปมากขึ้น ผลที่ได้คือลำแสงแสงกว้างขึ้นและเข้มข้นน้อยลง การสูญเสียความเข้มนี้เรียกว่าการลดทอน
เมื่อแสงเข้าสู่น้ำมันจะไม่สูญเสียพลังงานใด ๆ แต่มันก็โค้งงอไปรอบ ๆ โมเลกุลของน้ำทำให้แสงผ่านผ่านได้ง่ายขึ้น น้ำยังทำให้ความเร็วของแสงช้าลงด้วยปัจจัย 1/V2 โดยที่ V คือความเร็วของแสงในน้ำ ซึ่งหมายความว่าแสงที่เดินทางผ่านน้ำจะเดินทางไกลกว่าถ้ามันเดินทางผ่านอากาศ เส้นใยออปติคอลใช้หลักการเหล่านี้เพื่อนำข้อมูลจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง
เส้นใยแสงส่วนใหญ่ที่ใช้ในปัจจุบันประกอบด้วยเส้นแก้ว (แกน) ที่ทำจากซิลิกาบริสุทธิ์ที่ล้อมรอบด้วยวัสดุหุ้มที่ทำจากซิลิกาเจือ แกนกลางมีขนาดเล็กมากจนมีแสงเพียงแสงเดียวที่ความยาวคลื่นเฉพาะสามารถเดินทางผ่านไปจนถึงจุดสิ้นสุด สิ่งเหล่านี้เรียกว่าเส้นใยโหมดเดียว ในการออกแบบนี้เลเยอร์การหุ้มมีดัชนีการหักเหของแสงที่ต่ำกว่าและทำหน้าที่เหมือนกระจกเพื่อให้โหมดอยู่ในแกนกลาง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสะท้อนภายในทั้งหมด
ประสิทธิภาพของเส้นใยออพติคอลขึ้นอยู่กับว่าพวกเขาสามารถส่งแสงได้ดีเพียงใด วิธีหนึ่งในการวัดสิ่งนี้คือการวัดการสูญเสียผลตอบแทน (เรียกอีกอย่างว่าการสูญเสียการแทรก) ของเส้นใย การสูญเสียผลตอบแทนถูกกำหนดเป็นอัตราส่วนระหว่างพลังงานในทิศทางไปข้างหน้าและพลังงานในทิศทางย้อนกลับ หากการสูญเสียผลตอบแทนสูงจะมีแสงสว่างมากขึ้นเมื่อเดินทางผ่านเส้นใยมากกว่าการสูญเสียการคืนต่ำ
ข้อดีของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
เส้นใยออปติคอลมีข้อได้เปรียบมากมายมากกว่าสายทองแดงแบบดั้งเดิม:
1. ประสิทธิภาพการส่งสัญญาณความเร็วสูง
สื่อใยแก้วนำแสงส่งสัญญาณผ่านโฟตอนพัลส์และอัตราการส่งสามารถเข้าถึงสายทองแดงหนึ่งพันเท่า (โดยทั่วไป 100+ Gbps) ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์แอปพลิเคชันที่มีข้อกำหนดตามเวลาจริงเช่น 4K/8K เส้นใยออพติคอลโหมดเดียวได้รับอัตราการส่งผ่าน 1 petabit/s ในสภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการ
2. ความจุแบนด์วิดธ์ขนาดใหญ่ของ Ultra
ต้องขอบคุณการใช้งานที่เป็นผู้ใหญ่ของเทคโนโลยีการแบ่งความยาวคลื่นมัลติเพล็กซิ่ง (WDM) ไฟเบอร์ออพติคอลเดี่ยวสามารถพกสัญญาณแสงที่มีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันเช่น C-band (1530-1565 nm) และ l-band (1565-1625 nm) ผ่านเทคโนโลยีความยาวคลื่นที่มีความหนาแน่นหนาแน่น (DWDM) สามารถส่งสัญญาณแบบขนานมากกว่า 96 ช่องทางเดียวได้
3. คุณลักษณะการส่งผ่านการสูญเสียของ Ultra-Low
ใยแก้วนำแสง Quartz มีค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนของ 0. 2db/km ในหน้าต่าง 1550nm ด้วยเทคโนโลยีแอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์ (EDFA) ของ Erbium-doped (EDFA) ทำให้สามารถบรรลุระยะการส่งสัญญาณแบบไม่ต้องใช้รีเลย์ได้มากกว่า 100 กม. ในการเปรียบเทียบการสูญเสียสายทองแดง CAT6A คือ 21.3dB ต่อ 100 เมตรที่ 100MHz
4. ลักษณะภูมิคุ้มกันแบบอิเล็กทรอนิกส์
ใยแก้วนำแสงใช้โครงสร้างท่อนำคลื่นอิเล็กทริกSio₂เพื่อส่งสัญญาณซึ่งจะหลีกเลี่ยงการรบกวนด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และปัญหาการรบกวนความถี่วิทยุ (RFI) ที่ต้องเผชิญกับสายทองแดง คุณลักษณะนี้ทำให้ไม่สามารถถูกแทนที่ด้วยการเดินสายในสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งเช่นสถานีย่อยแรงดันสูง (มากกว่าหรือเท่ากับ 500kV) และห้องอุปกรณ์ MRI ทางการแพทย์
5. กลไกการรักษาความปลอดภัยการขนส่ง
ความเสี่ยงต่อการรั่วไหลของข้อมูลของระบบใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่มีอยู่ในอุปกรณ์การเลิกจ้าง ไม่มีรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในระหว่างการส่งผ่าน เทคโนโลยี OTDR สามารถตรวจสอบความผิดปกติของการสูญเสียแสงที่ระดับ 0 01dB ในเวลาจริง ตามมาตรฐาน NIST SP 800-53 ความปลอดภัยของเลเยอร์ทางกายภาพของช่องสัญญาณไฟเบอร์ออพติคอลถึงระดับการป้องกันคลาส III ซึ่งเกินระดับระดับ 1 ของสายเคเบิลทองแดง
ประเภทของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงการสื่อสาร
มีเส้นใยพื้นฐาน 2 ประเภทโหมดเดี่ยวและมัลติโหมด เส้นใยออพติคอลโหมดเดียวมีขนาดเล็กกว่าในเส้นผ่านศูนย์กลางแกน (8. 3-10 ไมครอน) และมีข้อได้เปรียบในแง่ของแบนด์วิดท์และเข้าถึงระยะทางไกลกว่าในขณะที่เส้นใยออพติคอลมัลติโหมดมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางแกนขนาดใหญ่ (50 ไมครอนหรือขนาดใหญ่กว่า
เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงใช้หลายวิธีในปัจจุบัน มันใช้สำหรับส่งสัญญาณเสียงและวิดีโอพกพาข้อมูลคอมพิวเตอร์และสำหรับการส่งข้อมูลในระยะทางไกล
เส้นใยออปติคอลใช้ในการผลิตกล้องส่องกล้องซึ่งช่วยให้แพทย์มองเห็นภายในร่างกายมนุษย์และทำการผ่าตัดโดยไม่จำเป็นต้องมีขั้นตอนการผ่าตัดที่รุกราน เส้นใยแกนขนาดใหญ่สามารถพกพาพลังงานเลเซอร์เพื่ออำนวยความสะดวกในการกำจัดรอยสักการทำความสะอาดอนุสาวรีย์ประวัติศาสตร์และการเปิดระบบของระบบป้องกันเลเซอร์กำกับ
การตรวจจับไฟเบอร์ออปติกแบบกระจาย (DFOS) ช่วยให้ความยาวทั้งหมดของไฟเบอร์ออพติคอลใช้เป็นอุปกรณ์ตรวจจับ โครงสร้างเช่นท่อน้ำมันเชื้อเพลิงสะพานและปีกเครื่องบินสามารถมีเส้นใยแสงที่ฝังอยู่ในพวกเขาเพื่อตรวจจับพารามิเตอร์เช่นความเครียดอุณหภูมิหรือเสียงและช่วยให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ของโครงสร้าง
