วันพุธที่ 6 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2556

http://computernetwork.site40.net/chapter4-7.html

สายใยแก้วนำแสง
โครงสร้างของใยแก้วนำแสง
ส่วนประกอบของใยแก้วนำแสงประกอบด้วยส่วนสำคัญคือ ส่วนที่เป็นแกน (Core) ซึ่งจะอยู่ตรงกลางหรือชั้นในแล้ว หุ้มด้วยส่วนห่อหุ้ม (Cladding) แล้วถูกหุ้มด้วยส่วนป้องกัน (Coating) อีกชั้นหนึ่ง โดยที่แต่ละส่วนนั้นทำด้วยวัสดุที่มีค่าดัชนี
หักเหของแสงต่างกัน ทั้งนี้ก็เพราะต้องคำนึงถึงหลักการหักเหและสะท้อนกลับหมดของแสง ส่วนที่เหลือก็จะเป็นส่วนที่ช่วยใน
การติดตั้งสายสัญญาณได้ง่ายขึ้น เช่น Strengthening Fiberก็เป็นส่วนที่ป้องกันไม่ให้สายไฟเบอร์ขาดเมื่อมีการดึงสายในตอนที่
ติดตั้งสายสัญญาณ
1. แกน (Core) เป็นส่วนตรงกลางของเส้นใยแก้วนำแสง และเป็นส่วนนำแสง โดยดัชนีหักเหของแสงส่วนนี้ต้องมาก กว่าส่วนของแคลดลำแสง ที่ผ่านไปในแกนจะถูกขังหรือเคลื่อนที่ไปตามแกนของเส้นใยแก้วนำแสงด้วยกระบวนการสะท้อน กลับหมดภายใน
2. ส่วนห่อหุ้ม (Cladding) เป็นส่วนที่ห่อหุ้มส่วนของแกนเอาไว้ โดยส่วนนี้จะมีดัชนีหักเหน้อยกว่าส่วนของแกน เพื่อ ให้แสงที่เดินทางภายในแกนสะท้อนอยู่ภายในแกนตามกฎของการสะท้อนด้วยการสะท้อนกลับหมด โดยใช้หลักของมุมวิกฤติ
3. ส่วนป้องกัน (Coating/Buffer) เป็นชั้นที่ต่อจากแคลดเป็นที่กันแสงจากภายนอกเข้าเส้นใยแก้วนำแสงและยังใช้
์เมื่อมีการเชื่อมต่อเส้นใยแก้วนำแสงโครงสร้างอาจจะประกอบไปด้วยชั้นของพลาสติกหลายๆ ชั้น นอกจากนั้นส่วนป้อง กันยังทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันจากแรงกระทำภายนอกอีกแล้ว ตัวอย่างของค่าดัชนีหักเห เช่น แกนมีค่า ดัชนีหักเหประมาณ 1.48 ส่วนของแคลดและส่วนป้องกันซึ่งทำหน้าที่ป้องกันแสงจากแกนออกไปภายนอกและป้องกันแสงภายนอกรบกวน จะมีค่าดัชนี
หักเหเป็น 1.46 และ 1.52 ตามลำดับ

รูปที่ 33 แสดงโครงสร้างภายในของ Fiber Optic
ประเภทของสายใยแก้วนำแสง
ภายใน Fiber Optic นั้น จำนวนของลำแสงที่เดินทางหรือเกิดขึ้นจะเป็นตัวบอก Mode ของแสงที่เดินทางภายใน Fiber
Optic นั้นๆ กล่าวคือ ถ้ามีแนวของลำแสงอยู่ในแนวเดียว เรียกว่า Single Mode Fiber Optic (SMF) แต่ถ้าหากภายใน Fiber Optic นั้น
มีแนวของลำแสงอยู่เป็นจำนวนมาก เราเรียกว่า Multi-Mode Fiber Optic (MMF)
1. Single Mode Fiber Optic มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนและ Cladding ประมาณ 5-10 และ 125 ไมครอน
ตามลำดับ ซึ่งส่วนของแกนมีขนาดเล็กกว่า Fiber Optic ชนิด Multi-mode มาก และให้แสงออกมาเพียง Mode เดียว
2. Multimode Fiber Optic ส่วนใหญ่มีขนาด เส้นผ่านศูนย์กลางของแกนและ Cladding โดยประมาณ 50 ไมครอน
62.5 ไมครอน โดยมี Cladding ขนาด 125 ไมครอน เนื่องจากขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนมีขนาดใหญ่ ดังนั้นแสงที่
ตกกระทบที่ด้านปลาย Input ของสาย Fiber Optic จะมีมุมตกกระทบที่แตกต่างกันหลายค่า และจากหลักการสะท้อนแสงกลับ
หมดของแสงที่เกิดขึ้น ภายในส่วนของแกนทำให้มีแนวของลำแสงเกิดขึ้นหลาย Mode โดยแต่ละ Mode ใช้ระยะเวลาในการ
เดินทางที่แตกต่างกัน อันเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการแตกกระจายของแสง (Mode Dispersion) Multimode Fiber Optic มี 2 แบบ
ได้แก่ Step Index และ Grade Index
หัวเชื่อมต่อ
การเชื่อมต่อ Fiber Optic ยังสามารถทำได้โดยการใช้ Connector อีกด้วย ทำให้มีความสะดวกในการถอดได้
ตามความจำเป็น Connector สำหรับ Fiber Optic มีหลายแบบ ดังนี้
1. หัวเชื่อมต่อแบบ FC ได้รับการออกแบบโดย NTT ของญี่ปุ่น ที่ได้รับความนิยมมากในญี่ปุ่น รวมทั้ง สหรัฐและ ยุโรป ส่วนมาก Connector แบบนี้ จะถูกนำไปใช้งานทางด้านเครือข่ายโทรศัพท์ เนื่องจาก Connector แบบนี้ อาศัยการขันเกลียว เพื่อยึดติดกับหัวปรับ ข้อดี่ การเชื่อมต่อที่แน่นหนา แต่ข้อเสียคือการเชื่อมต่ออาจต้องเสียเวลามาก
    2. หัวเชื่อมต่อแบบ SC ออกแบบโดย AT&T สำหรับการเชื่อมต่อ Fiber Optic ภายในอาคารสำนักงาน ซึ่งเครือข่าย LAN ชนิดนี้ เหมาะสำหรับ งานที่ต้องการถอดเปลี่ยน Connector อย่างรวดเร็ว โดยไม่สนใจความแน่นหนาของ Connector

รูปที่ 35 แสดงลักษณะของ SC Connector
3. หัวเชื่อมต่อแบบ FDDI ออกแบบโดย American National Standards Institute, (ANSI) สำหรับใช้งานบนเครือข่าย FDDI โดยเฉพาะ

รูปที่ 36แสดงลักษณะของ FDDI Connector
4. หัวเชื่อมต่อแบบ SMA เป็น Connector อีกแบบหนึ่งที่ได้รับความนิยมมาก โดยเฉพาะในงานของNATO และใน
กิจการทางทหารของสหรัฐ ออกแบบโดย Amphenol Corp.

รูปที่ 39แสดงลักษณะของ SMA Connector

    5. หัวเชื่อมต่อแบบ ST เป็น Connector ที่ถูกนำมาใช้งานสำหรับสาย Fiber Optic ชนิด Single Mode และ Multimode มากที่สุด โดยที่ Connector ประเภทนี้ มีอัตราการสูญเสียกำลังแสงเพียงแค่ไม่เกิน 0.5 dB เท่านั้น วอธีการเชื่อมต่อก็เพียงสอด เข้าไปที่รู Connector แล้วบิดตัวเพื่อให้เกิดการล็อคตัวขึ้น เพิ่มความทนทาน ทำให้ไม่เกิดปัญหาเนื่องจาการสั่นสะเทือน ถูกนำมา ใช้กับระบบ LAN Hub หรือ Switches

รูปที่ 38 แสดงลักษณะของ ST-Connector และ
อุปกรณ์ตัวแปลงสาย LAN ที่ใช้ ST Connector Jack

หลักการในการเดินทางของคลื่นแสงในสายใยแก้วนำแสง

ในกรณีที่มีการฉายลำแสงหลายลำเข้าสู่แท่งแก้วตันที่วางอยู่ในอากาศ จะพบว่า ถ้ามุมตกกระทบของลำแสงที่ผนังแท่ง แก้วตันมีขนาดเล็ก ลำแสงจากแท่งแก้วจะทะลุสู่อากาศ และถ้ามุมตกกระทบโตขึ้นเรื่อยๆ ลำแสงจะเบนเข้าหาแท่งแก้วตันมากขึ้น เรื่อยๆแต่ยังผ่านทะลุแท่งแก้วออกสู่อากาศ จนมีมุมตกกระทบค่าหนึ่ง ที่ทำให้ลำแสงเดินขนานกับรอยต่อระหว่างแท่งแก้วกับ อากาศ ซึ่งเรียกมุมตกกระทบมุมนี้ว่า มุมวิกฤต (Critical Angle) ดังที่ทราบกันและถ้ามุมตกกระทบโตขึ้นเกินกว่ามุมวิกฤต ลำแสง จะไม่สามารถหักเหออกจากแท่งแก้วได้และจะสะท้อนกลับเข้ามาในแท่งแก้ว
ถ้าแท่งแก้วนี้ยาวมาก ลำแสงนี้ก็จะสะท้อนกลับไปกลับมาอยู่ในแท่งแก้วนี้เรื่อยไป โดยการสะท้อนของแสงใน ลักษณะเช่นนี้เอง ทำให้แสงสามารถเคลื่อนที่จากปลายข้างหนึ่งไปยังปลายอีกข้างหนึ่งของแท่งแก้วนั้นได้ ในทำนองเดียวกัน ลักษณะการเคลื่อนที่ของแสงในใยแสงนั้น ก็เป็นเช่นเดียวกับการเคลื่อนที่ของแสงตามรูปที่ นี้เองเพราะแกนของ
สายใยแก้วนำแสงซึ่งใช้เพื่อเป็นทางเดินของสัญญาณแสงนั้น ก็มีลักษณะของโครงสร้างเหมือนกับแท่งแก้วทรงกระบอกที่มี เส้นผ่านศูนย์กลาง ขนาดเล็กมากๆ นั่นเอง
การสูญเสียของสัญญาณแสงในสาย Fiber Optic
การสูญเสียของสัญญาณแสงในสาย Fiber Optic เป็นส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดความผิดพลาดของข้อมูลข่าวสาร ทำให้การ เชื่อมต่อสื่อสารด้วยระยะทางไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง (ปกติสาย Fiber Optic สามารถเชื่อมต่อได้ด้วยระยะทางที่ยาวเกินกว่า 1-2 กิโลเมตร ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับว่า ใช้สาย Fiber Optic แบบใด รวมทั้งยังขึ้นอยู่กับโปรโตคอลของเครือข่าย อย่างไรก็ดีการสูญเสียของ กำลังแสงในสาย มีหลายประการดังนี้
1. ความสูญเสีย Power ของ Fiber Optic นั้นขึ้นอยู่กับ ความยาวคลื่นที่ใช้ ความยาวคลื่นยิ่งมาก อัตราการสูญเสียของ แสงจะน้อยลง เช่น การสูญเสียกำลังแสง บนความยาวคลื่น 1300 nm ได้แก่ <0.5 dB/กิโลเมตร
2. สำหรับ Silica Glass นั้น ความยาวคลื่นสั้นที่สุด จะมีอัตราการสูญเสียมากที่สุด
3. อัตราการสูญเสีย Power ที่น้อยที่สุด ได้แก่ ความยาวคลื่น 1550 nm
4. หน่วยวัดที่แสดงการสูญเสียของ Power ได้แก่ Decibel (dB) โดยมีหน่วยคิดเป็น dB ต่อกิโลเมตร
5. ค่านี้ ถูกนำมาคำนวณ โดยเอาความยาวทั้งหมดของสาย Fiber Optic คิดเป็น Km
6. การสูญเสียของ Fiber Optic สามารถมีสาเหตุหลายประการดังนี้
- Extrinsic
- Bending Loss เนื่องจากการโค้งงอของสาย เกินค่ามาตรฐานที่ผู้ผลิตกำหนด
- การสูญเสียอันเนื่องมาจากการ ทำ Splice รวมทั้งการเข้าหัวสายที่ไม่สมบูรณ์
- การสูญเสียเนื่องจากรอยแตกหักเกิดขึ้นที่พื้นผิว
- การสูญเสียอันเนื่องจาก มุมแสงไม่เป็นไปตามคุณลักษณะจำเพาะของผู้ผลิต (Numeric Aperture Mismatch)

การดูแลรักษาสาย Fiber Optic
1. Minimum Bend Radius สาย Fiber Optic ถูกกำหนดให้มี Minimum Bend Radius จากผู้ผลิต เพื่อเป็นเงื่อนไขของ Load ที่มีต่อสาย เช่นช่วงที่มีการดึงสาย และในช่วงที่สาย อยู่ในสภาวะที่ไม่ได้ Load เช่น ช่วงที่มีการติดตั้งสายเรียบร้อยแล้ว โดยสาย Fiber จะต้องไม่เกิดภาวะ Minimum Bend Radius ในท่อเกินไปกว่าที่กำหนดขึ้นโดยผู้ผลิต (สายที่อยู่ในท่อจะต้องไม่มี
การงอไปงอมาเป็นงูเลื้อยมากเกินกว่าค่า Minimum Bend Radius)
2. สาย Fiber และ Patch Cord ปกติจะมีค่า Minimum Bending ระหว่าง 2-3 ซ.ม และค่าของ Minimum Bending นี้ยัง ขึ้นอยู่กับ Operating Wavelength ของสายที่ใช้ และค่า Minimum Bending จะมากขึ้น มากขึ้น ตามขนาดความยาวคลื่นที่ใช้
3. การโค้งงอของสายที่มากเกินไป จะส่งผลให้เกิดความเสียหายแก่สาย Fiber ตรงที่ทำให้เกิด Attenuation เพิ่มขึ้นเป็น อย่างมากเกินค่าที่ผู้ผลิตตั้งไว้ นอกจากนี้ จะทำให้สายเกิดความเสียหายอีกด้วย

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น