ยุคแห่งการสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง

วิศวกรรมแสงเป็นหนึ่งในสาขาซึ่งไม่ค่อยแพร่หลายในเมืองไทย   โดยเฉพาะการประยุกต์ใช้งานด้านการสื่อสารทั้ง ๆ ที่ความเป็นจริงแล้ว  วิศวกรรมแสงเป็นจุดกำเนิดของการสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง   ซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดความเจริญก้าวหน้าทางเครือข่ายคอมพิวเตอร์และอินเทอร์เน็ต ที่เป็นเทคโนโลยีสำคัญในปัจจุบัน  บทความนี้จะกล่าวถึงการนำองค์ความรู้เกี่ยวกับวิศวกรรมแสงที่ประยุกต์ใช้ในงานด้านสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง

การสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง
          การสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง   เป็นระบบการสื่อสารที่ใช้แสงผสมกับข้อมูลที่ต้องการส่งในรูปแบบดิจิตอล   แล้วจึงส่งผ่านตัวกลางคือใยแก้วเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 250 ไมครอน ซึ่งมีขนาดเล็กมากทำให้สายเคเบิล 1 เส้น สามารถรวมเอาสายสัญญาณหลายเส้น แสงจะถูกส่งผ่านไปยังตัวรับคือโฟโตดีเทคเตอร์เพื่อแปลผลค่าสัญญาณจากแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า   และใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์แปผลเป็นข้อมูลอีกครั้งหนึ่ง

         การสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสงมีจุดเด่นคือสามารถส่งสัญญาณหลาย ๆ ช่องไปได้พร้อมๆ กัน โดยใช้เทคนิคการผสมสัญญาณ (multiplexing) ที่นิยมใช้คือการทำ WDM (wavelength  divison multiplexing) เป็นการส่งสัญญาณแต่ละช่องด้วยแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน   ทำให้สามารถส่งข้อมูลได้มากกว่ามหาศาลเมื่อเทียบกับการสื่อสารผ่านสายทองแดงแบบเดิม
 
                
                          ภาพที่ 2 ไดอะแกรมแสดงการสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง
      (https://www.grc.nasa.gov/www/RT/RT2002/Images/5640nguyen-f2.jpg)
 
ลักษณะของใยแก้วนำแสง
          ใยแก้วนำแสงมีองค์ประกอบที่สำคัญ 3 ส่วน ส่วนแรกคือ คอร์ (core) เป็นแก้วทำหน้าที่เป็นแกนแงในแก้วมีหน้าที่ส่งผ่านสัญญาณแสง   ส่วนที่สองคือแคลดดิ้ง (cladding) เป็นแก้วเช่นกันทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนกลับหมดเพื่อให้แสงไม่สามารถผ่านออกจากคอร์ของใยแก้วได้ และส่วนสุดท้ายคือเปลือกหุ้ม (jacket) ส่วนมากทำด้วยพลาสติก มีหน้าที่เป็นตัวสร้างความแข็งแรงให้แก่ใยแก้วนำแสง ลักษณะที่สำคัญที่ทำให้แสงสามารถเดินทางผ่านใยแก้วนำแสงได้คือหลักการสะท้อนกลับหมดของแสงอันเนื่องมาจากความแตกต่างของดัชนีหักเหของแก้วในส่วนที่เป็นคอร์และแคลดดิ้ง   โดยที่คอร์จะต้องมีดัชนีหักเหมากกว่าแคลดดิ้ง   ส่วนการออกแบบลักษณะของดัชนีหักเห (reflective indices profile) ของคอร์และแคลดดิ้งขึ้นอยู่กับความต้องการใช้งานของอุปกรณ์แต่ละประเภท   โดยใช้โครงสร้างสามลักษณะใหญ่ ๆ คือ ใยแก้วมัลติโมด (Multimode- mode Step Index) ใยแก้วซิงเกิลโมด (Single-Mode Step Index) และใยแก้วมัลติโมดดัชนีหักเหเปลี่ยนแปลง (Multi-Mode Graded Index) ซึ่งสัญญาณขาออกของใยแก้วแต่ละแบบจะมีลักษณะต่างกันออกไปอันเป็นผลเนื่องจากการผิดเพี้ยนของสัญญาณภายในใยแก้ว (dispersion, distortion)

                                 
                                               ภาพที่ 3 โครงสร้างใยแก้วนำแสง
                                (https://www.telebyteusa.com/foprlmer/flg2-5.glf)

จุดเด่นของการสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง
1.   ใช้ส่งข้อมูลข้ามทวีป   ผ่านเคเบิลใยแก้วใต้น้ำ   เนื่องจากมีการสูญเสียสัญญาณต่ำกว่าสัญญาณไฟฟ้า ทำให้ใช้ตัวทวนสัญญาณน้อย ส่งสัญญาณได้ระยะทางไกล ความคุ้มค่าสูง
2. ส่งข้อมูลได้มหาศาลในเวลาเดียวกันเมื่อเทียบกับการสื่อสารผ่านสายทองแดง เนื่องจากเทคโนโลยีการสื่อสารแสงมีความผิดเพี้ยนของสัญญาณต่ำเมื่อทำการรวมกันของข้อมูลหลาย ๆ ช่องสัญญาณ
3. ไม่มีผลกระทบจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถติดตั้งได้ในบริเวณที่มีไฟฟ้าแรงสูง หรือฟ้าผ่าเกิดขึ้นบ่อยครั้ง
4. ข้อมูลรั่วไหลได้ยาก การลักลอบขโมยสัญญาณจากระบบใยแก้วนำแสงทำได้ยาก

          การสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสงของประเทศไทยในปัจจุบัน ประเทศไทยมีบริษัทเอกชนที่รับผลิตอุปกรณ์สื่อสารใยแก้วนำแสงเพื่อการส่งออกไปยังส่วนต่างๆของโลก   โดยเฉพาะเป็นผู้ผลิตรายใหญ่ที่ส่งอุปกรณ์เข้าสู่ประเทศจีนในช่วงปี 2549-2250 เพื่อใช้ในในงานกีฬาโอลิมปิกที่ปักกิ่งเมื่อปี 2551 นอกจากนี้ประเทศไทยยังมีสถานีเชื่อมต่อเครือข่ายใยแก้วนำแสงใต้น้ำเพื่อเชื่อมต่อข้อมูลระหว่างทวีป เข้าสู่เครือข่ายภายในประเทศ   โดยมีสถานีดูแลเคเบิลใต้น้ำใยแก้วนำแสง 4 สถานี เป็นผู้ดูแลคือ ชลี1-เพชรบุรี  ชลี2-สงขลา  ชลี3-ศรีราชา และชลี4-ปากบารา สตูล สำหรับการใช้งานการสื่อสารภายในประเทศก็เริ่มปรับเปลี่ยนจุดเชื่อมต่อเป็นระบบใยแก้วนำแสงทั้งหมดแล้วเช่นกัน

เอกสารอ้างอิง
1.Fider Optic Communications (5th Edition),joseph C. Palais, 2004
2.https://www.arcelect.com/Fibercable.html
3.https://www.geocities.com/sum_connectivity/about/inmarat.thm