มาตรฐานสายไฟเบอร์ออฟติก

0
118

เมื่อมีความจำเป็นในการถ่ายโอนข้อมูลขนาดใหญ่สายเคเบิลใยแก้วนำแสงเป็นโซลูชันที่ดีที่สุดไม่ว่าจะเป็นการติดตั้งเครือข่ายขนาดเล็กหรือตั้งค่าศูนย์ข้อมูลสำหรับเครือข่ายความจุสูง / ปริมาณสูง การค้นหาสายเคเบิลที่เหมาะสมอาจมีความท้าทายเนื่องจากมีสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกหลากหลายประเภท การทำความเข้าใจกับวัตถุประสงค์ที่อยู่เบื้องหลังประเภทต่างๆสามารถช่วยในการทำงานของระบบ นี่คือตัวอย่างของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงชนิดต่าง ๆ

สาย Fiber Optic คืออะไร

สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกทุกชนิดประกอบด้วยแกนที่ส่งแสงโดยทั่วไปจะเป็นแก้วหรือพลาสติกหุ้มซึ่งสะท้อนแสงนั้นเพื่อป้องกันการสูญเสียและล้อมรอบด้วยปลอกหุ้มเพื่อป้องกันแกนและหุ้มจากความเสียหาย ความหนาของชั้นเหล่านี้อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับตำแหน่งของสายเคเบิลและประสิทธิภาพการทำงานที่ต้องการ

Fiber Optic มีกี่ประเภท

Single-mode

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงโหมดซิงเกิ้ลเป็นเลิศในการสื่อสารทางไกล สายเคเบิลโหมดเดี่ยวถูกออกแบบมาเพื่อส่งสัญญาณแหล่งเดียวโดยมีการสูญเสียการส่งสัญญาณต่ำในระยะทางไกล มันถูกใช้บ่อยสำหรับระบบการสื่อสารเนื่องจากความชัดเจนให้ สายไฟเบอร์ออปติกประเภทนี้มีแกนกลางที่เล็กที่สุดและมีปลอกหุ้มที่หนาที่สุด

Multimode

สายเคเบิลมัลติโหมดได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับสัญญาณหลายสัญญาณอย่างไรก็ตามความจุนี้มาพร้อมกับการสูญเสียระยะไกล สายเคเบิลมัลติมีสองสายพันธุ์หลัก สายใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดแตกต่างกันอย่างไร? ตัวเลือกของคุณคือดัชนีขั้นตอนหรือสายดัชนีอย่างช้าๆ

Multimode Step Index

สาย Multimode Step Index แบบหลายขั้นตอนมีแกนกลางที่หนาซึ่งสัญญาณจะถูกป้อน มันทำงานได้ดีในระยะทางปานกลางและสามารถเสนอศักยภาพการสื่อสารในระยะยาวด้วยการใช้เครื่องขยายเสียง สัญญาณแสงต่างๆเข้าสู่มุมที่แตกต่างกันส่งสัญญาณในอัตราที่ต่างกันผ่านสายเคเบิล

Multimode Graded Index

สายมัลติโหมดมีแกนกลางเรียงเป็นวงกลมเช่นเดียวกับส่วนตัดของต้นไม้ เมื่อแสงเข้าสู่มันจะถูกส่งผ่านวงแหวนด้วยวงแหวนรอบนอกที่เดินทางเร็วกว่าการส่งสัญญาณในแกนกลาง สายเคเบิลชนิดนี้สามารถจัดการกับความยาวคลื่นแสงจำนวนมากในคราวเดียวทำให้เหมาะสำหรับการสื่อสารที่ชัดเจนและการถ่ายโอนข้อมูลที่ต้องการอัตราการถ่ายโอนสูงถึง 100Gb ดังที่คุณจะพบที่ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่

สายไฟเบอร์ออฟติกดีกว่าสายเคเบิลทองแดงอย่างไร

  • ความเร็ว – เครือข่ายใยแก้วนำแสงทำงานด้วยความเร็วสูงขึ้นสู่กิกะบิต
  • แบนด์วิดท์ – มีขนาดใหญ่
  • ระยะทาง – สัญญาณสามารถส่งต่อไปได้โดยไม่จำเป็นต้องขยายสัญญาณ
  • ความต้านทาน – ความต้านทานต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นวิทยุมอเตอร์หรือสายเคเบิลใกล้เคียงมากขึ้น
  • การบำรุงรักษา – สายเคเบิลใยแก้วนำแสงมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาน้อยกว่ามาก

ในปีที่ผ่านมาเป็นที่ประจักษ์ว่าใยแก้วนำแสงอย่างต่อเนื่องแทนลวดทองแดงเป็นวิธีที่เหมาะสมในการส่งสัญญาณการสื่อสาร พวกมันครอบคลุมระยะทางไกลระหว่างระบบโทรศัพท์ท้องถิ่นรวมถึงเป็นแกนหลักสำหรับระบบเครือข่ายมากมาย ผู้ใช้ระบบอื่น ๆ ได้แก่ บริการเคเบิลทีวีวิทยาเขตมหาวิทยาลัยอาคารสำนักงานโรงงานอุตสาหกรรมและ บริษัท สาธารณูปโภคไฟฟ้า

ระบบใยแก้วนำแสงมีความคล้ายคลึงกับระบบลวดทองแดงที่ใช้ไฟเบอร์ออปติกแทน ความแตกต่างคือไฟเบอร์ออปติกใช้แสงพัลส์ในการส่งข้อมูลลงเส้นไฟเบอร์แทนการใช้พัลส์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อส่งข้อมูลลงเส้นทองแดง การดูส่วนประกอบในห่วงโซ่ใยแก้วนำแสงจะช่วยให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าระบบทำงานอย่างไรร่วมกับระบบที่ใช้สายไฟ

ที่ปลายด้านหนึ่งของระบบคือเครื่องส่งสัญญาณ นี่คือแหล่งกำเนิดของข้อมูลที่มาถึงสายใยแก้วนำแสง เครื่องส่งรับข้อมูลชีพจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เข้ารหัสมาจากลวดทองแดง จากนั้นจะประมวลผลและแปลข้อมูลนั้นให้เป็นแสงพัลส์ที่มีรหัสเทียบเท่า ไดโอดเปล่งแสง (LED) หรือไดโอดเลเซอร์ฉีด (ILD) สามารถใช้ในการสร้างพัลส์แสง การใช้เลนส์แสงพัลส์จะถูกส่งผ่านช่องทางไปยังสื่อไฟเบอร์ออปติกซึ่งจะเดินทางลงสายเคเบิล แสง (ใกล้อินฟราเรด) ส่วนใหญ่มักจะเป็น 850nm สำหรับระยะทางที่สั้นกว่าและ 1,300nm สำหรับระยะทางที่นานกว่าบนเส้นใยมัลติโหมดและ 1300nm สำหรับเส้นใยโหมดเดี่ยวและ 1,500nm ใช้สำหรับระยะทางที่ไกลกว่า

ลองนึกถึงสายเคเบิลใยในแง่ของการม้วนกระดาษแข็งที่ยาวมาก (จากม้วนกระดาษด้านใน) ที่เคลือบด้วยกระจกด้านใน
หากคุณส่องแสงไฟฉายในปลายด้านหนึ่งคุณจะเห็นแสงส่องออกมาจากปลายด้านไกล – แม้ว่ามันจะถูกงอไปรอบ ๆ มุมหนึ่ง

พัลส์แสงเคลื่อนที่ไปตามสายไฟเบอร์ออปติกได้ง่ายเนื่องจากหลักการที่เรียกว่าการสะท้อนกลับหมด “หลักการของการสะท้อนกลับหมดภายในนี้ระบุว่าเมื่อมุมตกกระทบเกินค่าวิกฤติแสงไม่สามารถหลุดออกจากแก้วได้ แต่แสงจะสะท้อนกลับมาเมื่อหลักการนี้ถูกนำไปใช้กับการสร้างเส้นใยแก้วนำแสง มันเป็นไปได้ที่จะส่งข้อมูลลงเส้นไฟเบอร์ในรูปแบบของพัลส์แสงแกนกลางต้องเป็นวัสดุที่ชัดเจนและบริสุทธิ์สำหรับแสงหรือในกรณีส่วนใหญ่ใกล้แสงอินฟราเรด (850nm, 1300nm และ 1500nm) แกนสามารถเป็นพลาสติก (ใช้แล้ว สำหรับระยะทางที่สั้นมาก) แต่ส่วนใหญ่ทำจากแก้วไฟเบอร์ออปติกมักทำจากซิลิกาบริสุทธิ์เกือบทุกครั้ง แต่วัสดุอื่น ๆ เช่นฟลูออโรซัคเตท

 

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่ใช้กันทั่วไปมีสามประเภท: โหมดเดียวมัลติโหมดและใยแก้วนำแสงพลาสติก (POF)

กระจกใสหรือเส้นใยพลาสติกที่ช่วยให้แสงส่องผ่านจากปลายด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งโดยสูญเสียน้อยที่สุด

ฟังก์ชั่นสายไฟเบอร์ออปติกเป็น “คู่มือแสง” นำทางแสงที่ปลายด้านหนึ่งของสายเคเบิลผ่านไปยังปลายอีกด้านหนึ่ง แหล่งกำเนิดแสงอาจเป็นไดโอดเปล่งแสง (LED)) หรือเลเซอร์

แหล่งกำเนิดแสงจะกะพริบเป็นจังหวะเปิดและปิดและตัวรับสัญญาณที่ไวต่อแสงที่ปลายอีกด้านของสายเคเบิลจะแปลงพัลส์กลับไปเป็นสัญญาณดิจิตอลและค่าศูนย์ของสัญญาณดั้งเดิม

แม้แต่แสงเลเซอร์ที่ส่องผ่านสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกก็อาจสูญเสียความแข็งแรงส่วนใหญ่ผ่านการกระจายและการกระจายของแสงภายในสายเคเบิล ยิ่งเลเซอร์ผันผวนเร็วขึ้นเท่าใดความเสี่ยงในการแพร่กระจายก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น อุปกรณ์เสริมแสงที่เรียกว่า repeaters อาจจำเป็นต้องรีเฟรชสัญญาณในบางแอปพลิเคชัน

ในขณะที่สายไฟเบอร์ออปติกนั้นมีราคาถูกลงเมื่อเวลาผ่านไป – ความยาวของสายเคเบิลทองแดงที่เท่ากันนั้นมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าต่อการเดิน แต่ไม่ได้อยู่ในความจุ ตัวเชื่อมต่อสายเคเบิลใยแก้วนำแสงและอุปกรณ์ที่จำเป็นในการติดตั้งยังคงมีราคาแพงกว่าตัวเชื่อมต่อแบบทองแดง

สายไฟเบอร์แบบ Singlemode

สายเคเบิลโหมดเดี่ยวเป็นขาตั้งเดี่ยว (โปรแกรมส่วนใหญ่ใช้เส้นใย 2 เส้น) ของใยแก้วที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8.3 ถึง 10 ไมครอนที่มีโหมดการส่งสัญญาณเดียว เส้นใยโหมดเดี่ยวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางค่อนข้างแคบผ่านโหมดเดียวเท่านั้นที่จะแพร่กระจายโดยทั่วไปคือ 1,310 หรือ 1550nm ดำเนินการแบนด์วิดท์ที่สูงกว่ามัลติไฟเบอร์ แต่ต้องการแหล่งกำเนิดแสงที่มีความกว้างสเปกตรัมแคบ คำพ้องความหมายใยแก้วนำแสงโมโนโหมด, เส้นใยโหมดเดี่ยว, ท่อนำคลื่นแสงโหมดเดียว, เส้นใยโหมดเดียว

Single Modem fiber ถูกใช้ในหลาย ๆ แอพพลิเคชั่นที่มีการส่งข้อมูลที่หลายความถี่ (WDM Wave-Division-Multiplexing) ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้สายเคเบิลเพียงเส้นเดียว – (โหมดเดียวสำหรับไฟเบอร์เดี่ยว)

เส้นใยโหมดเดี่ยวให้อัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นและระยะทางมากกว่ามัลติโหมดถึง 50 เท่า แต่ก็คุ้มค่ากว่าเช่นกัน เส้นใยโหมดเดี่ยวมีแกนเล็กกว่ามัลติโหมดมาก แกนกลางขนาดเล็กและคลื่นแสงเดี่ยวขจัดความผิดเพี้ยนใด ๆ ที่อาจเกิดขึ้นจากพัลส์แสงที่ทับซ้อนกันซึ่งให้การลดทอนสัญญาณน้อยที่สุดและความเร็วการส่งผ่านสูงสุดของสายเคเบิลไฟเบอร์ทุกประเภท

ใยแก้วนำแสงโหมดเดียวคือใยแก้วนำแสงซึ่งมีเพียงโหมดการเรียงลำดับต่ำสุดเท่านั้นที่สามารถแพร่กระจายได้ที่ความยาวคลื่นที่น่าสนใจโดยทั่วไปคือ 1300 ถึง 1320nm

singlemode
singlemode

การส่งสัญญาณแสงของไฟเบอร์ออฟติก Singlemode

single mode light
single mode light

 

สายไฟเบอร์แบบ Multimode

สายไฟเบอร์ Multimode มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่ขึ้นเล็กน้อยโดยมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางทั่วไปในช่วง 50 ถึง 100 ไมครอนสำหรับส่วนประกอบนำแสง (ในสหรัฐอเมริกาขนาดที่พบบ่อยที่สุดคือ 62.5um) แอปพลิเคชันส่วนใหญ่ที่ใช้โหมดมัลติไฟเบอร์ใช้ 2 ไฟเบอร์ (โดยปกติจะใช้ WDM ในโหมดมัลติไฟเบอร์) POF เป็นสายเคเบิลที่ผลิตจากพลาสติกรุ่นใหม่ซึ่งให้ประสิทธิภาพการทำงานที่ใกล้เคียงกับสายแก้วในระยะเวลาสั้น ๆ แต่มีต้นทุนที่ต่ำกว่า

มัลติไฟเบอร์ช่วยให้คุณมีแบนด์วิธสูงที่ความเร็วสูง (10 ถึง 100MBS – กิกะบิตถึง 275 ม. ถึง 2 กม.) ในระยะทางปานกลาง คลื่นแสงถูกกระจายออกไปในหลาย ๆ เส้นทางหรือโหมดเนื่องจากพวกมันเดินทางผ่านแกนกลางของสายเคเบิลโดยทั่วไปแล้วจะเป็น 850 หรือ 1300nm เส้นผ่านศูนย์กลางแกนไฟเบอร์แบบมัลติโหมดทั่วไปคือ 50, 62.5 และ 100 ไมโครมิเตอร์ อย่างไรก็ตามในการใช้สายเคเบิลยาว (มากกว่า 3000 ฟุต [914.4 เมตร) แสงหลายเส้นทางอาจทำให้สัญญาณผิดเพี้ยนที่จุดรับทำให้เกิดการส่งข้อมูลที่ไม่ชัดเจนและไม่สมบูรณ์ดังนั้นนักออกแบบจึงเรียกใช้เส้นใยโหมดเดี่ยวในแอพพลิเคชั่นใหม่โดยใช้ Gigabit และเกิน

Multimode
Multimode

การส่งสัญญาณแสงของไฟเบอร์ออฟติก Multimode

Multimode
Multimode