เส้นใยแก้วและ การประยุกต์ใช้ ...บทท 3...

เสนใยแกวและ การประยกตใชงานเบองตน

รองศาสตราจารย ดร. อธคม ฤกษบตร วศ.บ. (ไฟฟา) (สจล.)

MSEE (Florida Institute of Technology, USA) Ph.D. (University of New South Wales, Australia)

3rd edition e-book version

เหมาะส าหรบนกศกษา ระดบ ปวส. ปรญญาตร-โท สาขาสอสารโทรคมนาคม และผสนใจทวไป

Centertelecom

Typewritten Text

Centertelecom

Typewritten Text

Centertelecom

Typewritten Text

เสนใยแกวและการประยกตใชงานเบองตน

รองศาสตราจารย ดร. อธคม ฤกษบตรวศ.บ. (ไฟฟา) (สจล.)

MSEE (Florida Institute of Technology, USA)Ph.D. (University of New South Wales, Australia)

3rd edition e-book version

เหมาะสาหรบนกศกษา ระดบ ปวส. ปรญญาตร-โทสาขาสอสารโทรคมนาคม และผสนใจทวไป

เสนใยแกวและ

การประยกตใชงานเบองตน ผเขยน รองศาสตราจารย ดร. อธคม ฤกษบตร พมพครงแรก กมภาพนธ 2543 จ านวน 2000 เลม พมพครงทสอง ธนวาคม 2546 จ านวน 3000 เลม พมพครงทสาม กนยายน 2561 e-book version ส ำหรบใชเพอกำรศกษำโดยไมแสวงหำรำยไดเชงพำณชย สงวนลขสทธตำมกฎหมำย หำมลอกเลยนไมวำสวนหนงสวนใดของหนงสอเลมน นอกจำกไดรบอนญำตจำก อธคม ฤกษบตร ขอมลทางบรรณานกรมของหอสมดแหงชาต อธคม ฤกษบตร เสนใยแกวและการประยกตใชงานเบองตน

--- ฉบบแกไขปรบปรงครงท 3 สออเลกทรอนกส 2561 296 หนา

1. การสอสารดวยแสง 2. ใยแกว I. ชอเรอง.

621.3827 ISBN: 974-7988-46-1 จดท าโดย รองศาสตราจารย ดร. อธคม ฤกษบตร ภาควชาวศวกรรมโทรคมนาคม มหาวทยาลยเทคโนโลยมหานคร 140 ถ.เชอมสมพนธ เขตหนองจอก กรงเทพฯ 10530 โทร. 029883655 ตอ 2116, 2332 อเมล: [email protected]

ค ำน ำ

รองศาสตราจารย ดร. อธคม ฤกษบตร

i

ค าน า

หนงสอ เสนใยแกวและการประยกตใชงานเบองตน เลมน เหมาะส าหรบ

ผสนใจใฝหาความรทกระดบ ไมวาจะเปนผทก าลงอยในระหวางการศกษาตงแตระดบ

มธยมปลาย ปวช. ปวส. นกศกษาระดบปรญญาตร จนถงนกศกษาระดบมหาบณฑต

รวมทงวศวกร และผทสนใจทงหลายทวไป

หนงสอเลมน เขยนขนจากความรและประสบการณของผเขยนเอง โดยการ

เรยบเรยงขอความใหสามารถอานเขาใจไดงาย หลกเลยงการใชส านวนทางวชาการให

มากทสด ยกเวนแตทจ าเปน อกทงไดพยายามสรรหาตวอยางทสอดคลองกบความเปน

จรง และสภาพแวดลอมภายในบานเรา ทงนกเพอมงหวงใหผอานไดใชเวลาในการท า

ความเขาใจใหนอยทสด

เนอหาของหนงสอเลมน แบงออกเปน 8 บท โดยมรายละเอยดพอสรปไดดงน

บทท 1 กลาวถงนยามและความรเบองตนเกยวกบเสนใยแกว รวมทงการน าเสนใย

แกวไปประยกตใชงานในลกษณะตาง ๆ

บทท 2 เปนการปพนฐานเกยวกบทฤษฎทส าคญ เพอความเขาใจเกยวกบเสนใย

แกว และชวยใหเกดความเขาใจในหลกการท างานของเสนใยแกว รวมทงได

กลาวถงการผลตเสนใยแกว และชนดของเสนใยแกวแบบตางๆ ไวดวย

บทท 3 กลาวถงสายเคเบลเสนใยแกวชนดตาง ๆ และกระบวนการผลต โดยใช

ขอมลจรง ทไดรบความอนเคราะหจากโรงงานผผลตภายในประเทศ

บทท 4 เปนทฤษฎทถอเปนหวใจของความรเกยวกบเสนใยแกว บทนเหมาะส าหรบ

นกศกษาทงระดบปรญญาตรและปรญญาโท และวศวกร ทตองการท าความเขาใจ

ในทฤษฎพนฐาน เกยวกบเสนใยแกวและการน าสญญาณแสงทเปนคลน

แมเหลกไฟฟาอยางละเอยดระดบหนง

ii

บใ

ท

บอ

ส

บแ

บห

อเลก

เรยน

สามา

เพอก

ภาค

ยนด

และน

มายง

Roe

บทท 5 กลา

ในเสนใยแก

ทางานเกยว

บทท 6 อธบ

อธบายตาม

สงขอมลเปน

บทท 7 อธบ

และการจดเ

บทท 8 ก

หลกการทาง

สาหรบ

กทรอนกส ห

นรเกยวกบ

ารถดาวนโห

ผเขยนห

การคนควา

ปฏบต และตอบขอสงส

นาไปปรบป

ง athikom

ksabutr หร

าวถงปรากฏ

กวเปนระยะ

วกบเสนใยแ

บายถงหลก

ลาดบกอนห

นจานวนมา

บายหลกกา

เกบสายทอย

ลาวถงการ

งานของโอท

การจดทา

หรอ e-boo

บเทคโนโลย

หลดไดโดยไ

วงเปนอยา

าและการอ

ะหากผอาน

สยนน หรอปรงแกไข โm1@hotm

รอ Ajarn O

ฏการณททา

ทางไกลๆ

แกวในระบบ

การทางาน

หลงของอป

ก ผานเสนใารเชอมตอ

ยตอนปลาย

วดคาพารา

ทดอาร ซงถ

าหนงสอใ

ok version

ยเสนใยแก

ไมมคาใชจ

งยงวา หนงางองมากท

นทานใดมขอ

อหากทานม

โดยทานอาจ

mail.com ห

Odd

เสนใ

าใหเกดการ

ซงถอเปนส

บสอสารขอม

นของระบบส

ปกรณทควร

นใยแกวเพยง

เสนใยแกว

ยสาหรบกา

ามเตอรทนา

ถอเปนเครอ

นคร ง น เ

n ในลกษณ

กวและการ

าย

งสอเลมนค

ทสด

อสงสยเกยว

มขอแนะนา

จตดตอผาน

หรอสงผาน

ใยแกวและก

รเปลยนรปข

สงสาคญทค

มล สอสารดวยเ

รจะเปน รวงเสนเดยวห

แบบตาง ๆ

รใชงานอน

าสนใจของ

องมอวดเสน

ปนการเผ

ณะของไฟล

ประยกตใช

งเปนประโย

ทงดานกา

วกบเนอหาใ

เกยวกบเน

นทางจดหม

น messeng

รองศาสตร

การประยกต

ของสญญาณ

ควรใหความ

สนใยแกว โวมทงไดกลา

หรอคเดยว ๆ และวธเกบ

ตอไป เสนใยแกว นใยแกวทสา

ยแพร ในร

pdf สาหร

ชงาน ซงอ

ยชนแกผอา

ารศกษาแล

ในหนงสอเล

อหา ทางผายอเลกทร

ger ตามเฟ

ราจารย ดร.

คาน

ตใชงานเบอ

ณแสง ทเดนมสนใจ เมอ

โดยแบงสว

าวถงเทคน

บสายทเชอ

รวมทงอธ

าคญทสด

รปแบบขอ

บการศกษา

นญาตใหผ

านในเชงวช

ละการทางา

ลมน ทางผผเขยนยนดร

รอนกส (em

ฟสบก Athi

อธคม ฤกษกนยายน

นา

องตน

นทาง

อตอง

ยการ

คการ

อมตอ

ธบาย

องสอ

าหรอ

ผอาน

าการ

านใน

เขยน

รบฟง

mail) ikom

ษบตร 2561

สารบญ


iii

สารบญ

บทท 1 ความร เบองตนเกยวกบเสนใยแกวน าแสง 1 1.1 นยามและหลกการใชงานเสนใยแกว ….. 2

1.2 ประวตและความเปนมา ….. 5

1.3 ขอดและขอดอยของเสนใยแกว ….. 9

1.4 ประโยชนและการใชงานเสนใยแกว ….. 12

1.4.1 การใชงานทางการแพทย ….. 12

1.4.2 การใชงานเกยวกบเครองมอวดและตวตรวจวด …… 16

1.4.3 การใชงานในระบบสอสารโทรคมนาคม ….. 20

1.5 โครงขายเสนใยแกวและระบบสอสารดาวเทยม ….. 24

1.6 ปจจบนและอนาคตของเสนใยแกว ….. 26

แบบฝกหด ….. 29

เอกสารอางอง ….. 30

บทท 2 แสงกบเสนใยแกว 31 2.1 ฟสกสของแสง ….. 32

2.1.1 สญลกษณการเดนทางของคลนแสง ….. 34

2.1.2 โพลาไรเซชนของแสง ….. 35

2.1.3 กฎพนฐานกบคณสมบตของแสง ….. 40

2.2 เสนใยแกวและพารามเตอรเบองตนทส าคญ ….. 45

2.3 ชนดของเสนใยแกว ….. 50

2.3.1 เสนใยแกวชนดแกนสมมาตร (Axisymmetrical Optical

Fiber) ….. 51

2.3.2 เสนใยแกวชนดแกนไมสมมาตร (Non-Axisymmetrical

Optical Fiber) ….. 55

สารบญ


iv

2.4 วสดทใชท าเสนใยแกว ….. 57

2.4.1 เสนใยแกวชนดแกว ….. 57

2.4.2 เสนใยแกวชนดพลาสตก ….. 59

2.4.3 เสนใยแกวชนดอนๆ ….. 60

2.5 การผลตเสนใยแกว ….. 60

2.5.4 การเตรยมแทงแกวพรฟอรม ….. 62

2.5.2 การดงเสนใยแกว ….. 69



บทท 3 สายเคเบลใยแกว 77 3.1 ขอค านงในการออกแบบสายเคเบลใยแกว ….. 78

3.2 การผลตสายเคเบลใยแกว .... 80

3.3 การทดสอบสายเคเบลใยแกว ….. 86

3.4 สายเคเบลใยแกวประเภทตางๆ ….. 90

3.5 การจดแบงสายเคเบลใยแกวตามประเภทการใชงาน ….. 97



บทท 4 ทอน าสญญาณแสงทรงกระบอก 103 4.1 สมการแมกซเวลส (Maxwell's Equation) ….. 104

4.1.1 ความสมพนธระหวางคาพารามเตอร .... 105

4.2 สมการของเสนใยแกว ….. 106

4.3 โหมดการเดนทางของแสงในเสนใยแกว ….. 117

4.3.1 นยามของโหมดการเดนทาง ….. 117

4.3.2 การแบงชนดของเสนใยแกวตามโหมดการเดนทาง …..

119

4.4 สมการโหมดของแสงในเสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซ ….. 126 4.5 ความถนอรมอลไลซหรอวนมเบอร ….. 136 4.6 เสนผานศนยกลางของโหมดสนามและขนาดจด .... 139



สารบญ


v

บทท 5 การผดรปของสญญาณแสงในเสนใยแกว 145

5.1 นยามของการสญเสยสญญาณ ….. 147 5.2 กลไกการสญเสยสญญาณแสงในเสนใยแกว ….. 149 5.3 การบานออกของสญญาณอมพลส .... 154 5.4 ความกวางของสญญาณพลสแบบอารเอมเอส .... 160 5.5 ดสเพอรชน .... 163

5.5.1 Intermodal Dispersion ….. 163

5.5.2 Intramodal Dispersion ….. 165 5.6 แบนดวดทของเสนใยแกว .... 168



บทท 6 การสอสารขอมลดวยสญญาณแสง 175 6.1 หลกการสอสารดวยเสนใยแกว .... 176 6.2 ภาคสงสญญาณแสง .... 177

6.1.1 แอลอด (LED).... 179 6.1.2 เลเซอรไดโอด (LD).... 183

6.3 การเขารหสขอมล ….... 185 6.4 การมอดเลต ….... 187 6.5 เทคนคการมลตเพลกซ ….... 191 6.6 ภาครบสญญาณแสง ….... 198 6.7 สถานทวนสญญาณแสง …... 203

6.7.1 สถานอเลกทรอนกส ….... 205 6.7.2 สถานเชงแสง ….... 207

6.8 ระบบสอสารขอมล ….... 213 6.8.1 ทางเลอกของโครงสรางระบบ ….... 215 6.8.2 ตวอยางการออกแบบระบบ ….... 217 6.8.3 ประสทธภาพของระบบ ….... 221 แบบฝกหด ….. 223


บทท 7 การเชอมตอเสนใยแกว 225 7.1 ขอควรค านงในการเชอมตอเสนใยแกว .... 226

สารบญ


vi

7.2 การสญเสยสญญาณในการเชอมตอเสนใยแกว .... 229 7.2.1 การสญเสยทเกดจากโครงสรางทางกายภาพ .... 229 7.2.2 การสญเสยสญญาณทเกดจากลกษณะการเชอมตอ ....

.... 233

7.3 เทคนคการเชอมตอเสนใยแกว .... 235 7.3.1 การเชอมตอดวยวธสไปลซ .... 236 7.3.2 คอนเนกเตอรเสนใยแกว .... 241

7.3.2.1 การตอชนปลายเสนใยแกวของคอนเนกเตอร ... .... 242

7.3.2.2 คอนเนกเตอรเสนใยแกวชนดตาง ๆ .... 244

7.4 การจดเกบจดตอแบบฟวชนสไปลซของสายเคเบลใยแกว .... 248 7.5 การจดเกบปลายสายเคเบลเสนใยแกว .... 249


เอกสารอางอง ….. 251 บทท 8 การวดพารามเตอรเสนใยแกว 253

8.1 อปกรณและเครองมอทจ าเปน .... 254 8.2 การวดคานวเมอรรคอลอะเพอเจอร .... 230 8.3 การวดขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใยแกว .... 260 8.4 การวดขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนาม .... 263 8.5 การวดคาการลดทอนสญญาณดวยวธคทแบก .... 265

8.5.1 ตวอยางการวดหาคาการลดทอนสญญาณ .... 271 8.6 โอทดอาร .... 272

8.6.1 การวดจดเชอมตอเสนใยแกว .... 277 8.6.2 สญญาณตอนปลายเสนใยแกว .... 280 8.6.3 ไดนามกเรนจ .... 281 8.6.4 เดดโซน .... 282 แบบฝกหด ….. 284


ดชนค า (Index) 287

ความรเบองตนเกยวกบเสนใยแกวน าแสง


1

บทท 1

ความร เบองตน

เกยวกบ

เสนใยแกวน าแสง

บทท 1


2

1.1 นยามและหลกการใชงานเสนใยแกว

เสนใยแกว หมายถง เสนใยโปรงแสงทรงกระบอกตนขนาดเลก มเสนผาน

ศนยกลางของเสนใยทงเส นประมาณ 125 ไมครอน (ไมโครเมตร) หรอ 0.125

มลลเมตร (ขนาดเลกกวาเสนผมเลกนอย) โดยทวไปวสดทใชท าเสนใยแกวมกเปน

สารประกอบประเภท ซลกา หรอ ซลกอนไดออกไซด (SiO2) ซงกคอแกวบรสทธ เนอ

แกวนอาจถกเจอ (doped) ดวยสารหรอวสดบางอยาง ทสามารถควบคมอตราการเจอ

ได เพอท าใหแกวมคาดรรชนหกเหของแสง (refractive index) ตามตองการ

โครงสรางพนฐานของเสนใยแกวประกอบดวยวสดโปรงแสงสองชน โดยในแนวแกน

กลางของเสนใยแกวซงเรยกทบศพทวา คอร (core) จะมคาดรรชนหกเหสงกวาสวนท

อยโดยรอบทหางจากแกนกลางออกไป ซงสวนหลงนเรยกวา แคลดดง (cladding)

หรอบางคนอาจเรยกสน ๆ วา แคลด (clad) ทงสองสวนนถามองดวยตาเปลาหรอ

อาจใชแวนขยายธรรมดาสองดจะแยกไมออกเลย โดยจะเหนเสมอนเปนเนอแกวชนด

เดยวกน

รปท 1.1 โครงสรางของเสนใยแกว หรอเสนใยน าแสง (Optical Fiber)

สวนของเสนใยแกวทเปนเนอแกวนเรยกวา เสนใยแกวเปลอย (bare fiber) จะ

มความเปราะบางมากเนองจากมขนาดเลกเทาเสนผม จงตองท าการเคลอบผวของมน

ดวยสารประเภทซลโคน โพลเมอร หรอพลาสตกบางๆ ซงสวนนมกเรยกทบศพทวา

โคดต ง (coating) หรอ แจกเกต (jacket) เสนใยแกวทเคลอบผวดวยโคดตง จะม

ความแขงแรงมาก สามารถรบน าหนกและแรงกระแทกธรรมดาไดพอสมควร กลาวคอ

สามารถจบโยน และดดโคงงอเปนวงเลกๆ ไดโดยไมท าใหเสนใยแกวแตกหรอหกเลย

ในการน าเสนใยแกวมาใชงาน จะตองท าใหเสนใยแกวมความแขงแรงมากกวาน โดย

โคดตง (coating)

แคลดดง (cladding) (เสนผานศนยกลาง 0.125 มลลเมตร)

คอร (core)



3

บรรจเสนใยแกวไวภายในสวนทปองกนแรงกระแทก แลวจดโครงสรางใหมลกษณะเปน

สายเคเบลเหมอนสายไฟฟา ซงในสวนนกจะใชเทคโนโลยของสายไฟฟาทวไป หาก

ตองการรวบรวมเสนใยแกวหลายๆ เสนเขาดวยกน กท าเปนลกษณะของสายเคเบลเสน

ใหญๆ ซงสายเคเบลเสนหนง อาจมเสนใยแกวตงแตหลายสบเสน จนถงหลายรอยเสน

เลยกได โดยสของโคดตงจะบอกใหทราบถงลกษณะการใชงานทแตกตางกนของเสนใย

แกวแตละเสนทอยภายในเคเบลเสนเดยวกนได ดงนน ในบางครงเราจงเหนเสนใยแกว

มสตาง ๆ เชน ฟา สม เขยว น าตาล ขาว ฯลฯ ซงกคอสของโคดตงนนเอง ซงโดยปรกต

แลว ตวเสนใยแกวเองจะใส ไมมส ทงนกเพอตองการใหมความบรสทธในเนอสารทใช

ท าเสนใยแกวนนเอง

การทเสนใยแกวสามารถน าสญญาณแสงไดด ไมเพยงเพราะวาตวมนเองม

คณสมบตโปรงแสงเทานน แตยงเกดจากโครงสรางของเสนใยแกว ทมกก าหนดใหเสน

ใยแกวมคาดรรชนหกเหของคอรมากกวาคาดรรชนหกเหของแคลดดงเลกนอย ท าให

เกดปรากฏการณสะทอนกลบหมด (TIR: Total Internal Reflection) ของแสงท

เดนทางอยภายในสวนคอร สงผลใหแสงทงหมดสามารถเดนทางอยภายในเสนแกว

โดยไมสะทอนออกไปนอกเสนทาง และเมอแกวทใชเปนแกวบรสทธ เลยมผลท าใหแสง

สวนใหญเดนทางผานไปไดดวยดและเดนทางไดไกล ซงถอเปนคณสมบตทส าคญของ

เสนใยแกว การทเสนใยแกวแสดงพฤตกรรมของการเปนทอน าสญญาณแสงไดดมาก

เนองจากมคาการลดทอนสญญาณแสงต า (low attenuation) ในปจจบนสามารถผลต

เสนใยแกวใหมคาการลดทอนสญญาณแสงต า ๆ โดยมคานอยกวา 0.01 dB/km

(0.01 ดบตอกโลเมตร หมายความวา เมอแสงเดนทางไปในเสนใยแกวทมระยะทาง 1

กโลเมตร จะสญเสยก าลงงานไปประมาณ 0.23%) ท าใหสามารถน าไปประยกตใชกบ

งานดานตางๆ ทเกยวของกบแสงไดอยางมประโยชนมากมาย อยางไรกตาม คาการ

ลดทอนสญญาณแสงของเสนใยแกวจะมคาขนอยกบความยาวคลนแสงหรอสของแสงท

เดนทางผานเนอแกวนน โดยทคาความยาวคลนท 1.3 และ 1.55 ไมครอน จะเกดการ

สญเสยสญญาณนอย ท าใหแสงเดนทางไปไดไกล ดงนน ระบบสอสารจงนยมใชความ

ยาวคลนแสงเหลาน

เสนใยแกวมชอเรยกแตกตางกนหลายชอตามลกษณะการท างานของมน เชน

เสนใยแกวน าแสง และ เสนใยน าแสง (บางคนจะเรยกสนๆ วาเสนใยแสง ) เปนตน

นอกจากน ในบางครงอาจเรยกทบศพทวา ออปตกไฟเบอร (optic fiber) ออปตคอล

ไฟเบอร (optical fiber) หรอ ไฟเบอรออปตก (fiber optic) เปนตน ยงไปกวานน

บทท 1


4

บางคนอาจสงสยวา ค าวา fiber กบ fibre แตกตางกนอยางไร ความจรงแลวทงสองค า

มความหมายและการใชงานทเหมอนกน เพยงแตค าวา fiber เปนการสะกดแบบ

อเมรกน ในขณะท fibre เปนการสะกดแบบองกฤษ

เนองจากเสนใยแกวมคณสมบตในการน าสญญาณแสงไดด การน าเสนใยแกว

มาประยกตใชงานจงเกยวของกบแสงโดยตรง ในการท าความเขาใจเกยวกบหลกการใช

งานเสนใยแกวพนฐาน อาจพจารณาไดจากรปท 1.2(ก) ซงประกอบดวยแหลงก าเนด

แสงใด ๆ (เชนแสงจากหลอดไฟ) สองเขาไปในเสนใยแกว เนองจากเสนใยแกวมขนาด

เลกมาก ท าใหแสงทเปลงออกมาจากแหลงก าเนดทมขนาดใหญกวาตวมนมากๆ ไม

สามารถเขาไปในเสนใยแกวไดหมด จงอาจใชเลนสรวมแสง (เชนเลนสนน) เพอใหแสง

สวนใหญหรอทงหมดเขาไปในเสนใยแกว แสงทเดนทางอยภายในเสนใยแกวจะมแนว

การเดนทางตามลกษณะทางกายภาพของเสนใยแกว ไมวาเสนใยแกวจะโคงงอใน

ลกษณะใดกตาม จนกระทงถงปลายอกดานหนง แสงกจะถกสงออกมา การใชงานแบบ

นมกมใหเหนในทางการแพทยดงไดกลาวไวในหวขอ 1.4.1

(ก) หลกการพนฐานทวไป

(ข) ระบบสอสารทใชเสนใยแกวเปนตวกลางน าขอมลทสงไปพรอมกบสญญาณแสง

รปท 1.2 หลกการใชงานเสนใยแกว

แหลงก าเนดแสง

เสนใยแกว แสงออก แสงเขา

เลนสรวมแสง

วงจรขบแสง

แหลงก าเนดแสง

วงจรขยายสญญาณไฟฟา

อปกรณรบแสง

สถานสงสญญาณ สถานรบสญญาณ เสนใยแกว

ขอมลเขาในรปของสญญาณไฟฟา ขอมลออกในรปของสญญาณไฟฟา

สญญาณแสง



5

รปท 1.2(ข) เปนอกตวอยางหนงในการน าเสนใยแกวมาใชรวมกบกบระบบการ

สอสารขอมล จะเหนวารปแบบการใชงานมการเพมเตมจากรปท 1.2(ก) กลาวคอ

แหลงก าเนดแสงจะถกควบคมดวยวงจรขบแสง ใหมคาความสวางหรอความเขมแสง ท

มรปแบบแนนอนตามสญญาณไฟฟาทปอนเขามา สญญาณไฟฟานมกเปนขอมลทใชใน

การสอสารในระบบสอสารทางไฟฟาทวไป การกระท าเชนนเรยกวาการมอดเลต

(modulate) ซงกคอการท าใหขอมลสามารถเดนทางรวมไปกบสญญาณแสงตลอดเวลา

ทแสงเดนทางได สญญาณแสงทบรรจขอมลทางไฟฟา (หรอเรยกวาขอมลแสง) ทออก

จากเสนใยแกว จะถกตรวจจบและแปลงรปกลบใหเปนสญญาณทางไฟฟาดวยอปกรณท

ท าหนาทรบแสง กอนถกสงผานวงจรขยาย เพอใหไดสญญาณขอมลทางไฟฟาทพรอม

ใชงานตอไป จากตวอยางในรปท 1.2(ข) จะเหนวาระบบสอสารดวยแสงมหลกการ

ท างานคลายกบระบบสายเคเบลทางไฟฟาทใชกนมานานแลว เพยงแตสวนของตวน า

ขอมลไฟฟาดวยสายเคเบลทองแดง ถกเปลยนใหเปนระบบของเสนใยแกวนนเอง

ในรปท 1.2(ข) ภาพแสดงเสนใยแกวทเปนแนวเสนและมวงกลมอยดานบน ถอ

เปนสญลกษณทเปนทเขาใจกนวาหมายถงเสนใยแกว ซงสญลกษณน จะพบไดบอยครง

ในบทความวชาการตามวารสารวจยระดบนานาชาตทวไป ส าหรบแนวเสนนอาจเปน

เสนตรงหรอโคงกได สวนของวงกลมดานบนอาจมไดมากกวาหนงวง ถามหลายวง จะ

วาดเรยงซอนกน

1.2 ประวตและความเปนมา

การน าแสงมาใชในการสอสารขอมลมก าเนดมานบแตอดตกาล นบตงแตมนษย

เรมรจกทจะบงคบแสง เชน การใชพลสญญาณ การสงสญญาณดวยไฟของชาวเขาและ

อนเดยนแดง เรอยไปจนถงการสะทอนแสงดวยวสดเรยบมนวาวหรอกระจกเงาสะทอน

แสงจากดวงอาทตยจากทหนงไปยงอกทหนง ลกษณะการสอสารขาวสารขอมลแบบ

ดงเดมนแสงจะเดนทางผานตวกลางทเปนอากาศ ท าใหประสบปญหาในการน าขอมล

เพราะแสงเดนทางเปนเสนตรง แนวการเดนทางจะตองไมมอปสรรคขวางกน อกทง

ในชวงทแสงเดนทาง อาจประสบกบสภาพอากาศทถกเจอดวยฝนละออง เหลาน ลวน

ท าใหแสงไมสามารถน าขาวสารไปไดไกล

ความพยายามทจะสรางแนวทางเดนใหแสงเดนทางในทศทางทก าหนดได เรม

มใหเหนตงแตป พ.ศ. 2397 (ค.ศ. 1854) ในการทดลองจดใหแสงสะทอนไปมาตามล า

บทท 1


6

น าเลก ๆ ทปลอยใหไหลออกมาจากรเลก ๆ ในป พ.ศ. 2453 (ค.ศ. 1910) เรมมการ

น าโลหะทรงกระบอกมาใชในการน าสญญาณทเปนคลนแมเหลกไฟฟา ท าใหเกด

แนวความคดทจะสรางทอน าสญญาณแสงขนมา โดยการใชทอกลวงทเคลอบผวดานใน

ดวยโลหะทเปนมนวาว เมอแสงถกสงเขาไป กจะเดนทางตามแนวของทอโดยสะทอนไป

มาระหวางผวดานในของทอจนออกสปลายทางได วธนแมวาจะใชในการควบคมแนว

การเดนทางของแสงไดโดยไมตองค านงถงแนวเสนตรง แตกยงมคาการลดทอน

สญญาณแสงสง เพราะแสงยงคงเดนทางผานอากาศอย ตอมาไดมการพยายามทจะ

บรรจกาซรอนบางชนดเขาไปทอเพอลดคาการลดทอนสญญาณแตกไมประสบ

ผลส าเรจมากนก

รปท 1.3 โทรศพทแสงทสรางโดย เบลล [1]

ในเชงวศวกรรมการสอสาร กมรายงานมานานกวารอยปมาแลว ในป พ.ศ.

2423 (ค.ศ. 1880) อเลกซานเดอร เกรแฮมเบลล (Alexandre Graham Bell) ผคด

ประดษฐระบบโทรศพท ไดกลาวถงแนวการสงขอมลดวยโทรศพทแสง [1] ในป พ.ศ.

ปากพด

ตวสง

แสงอาทตย

หฟง

ตวรบ

เซลล Selenium

200 เมตร

แผนไดอะแฟรม ท าหนาทมอดเลตสญญาณแสง



7

2473 (ค.ศ. 1930) เรมมการน าเสนแกวเลกๆ มามดรวมกนเปนทอทใหญขน เพอใช

น าแสงจากทหนงไปยงอกทหนง ท าใหเทคโนโลยการสอสารขอมลดวยแสงเรมเปนท

สนใจในเวลาตอมา ดงเชนงานวจยในเอกสารอางองท [2] และ [3] ในป พ.ศ. 2491

(ค.ศ. 1948) และโครงสรางของการใชเสนแกวเลก ๆ มามดรวมเปนเสน ไดถกพฒนา

ใหใชไดดกบอปกรณทเรยกวาเอนโดสโคป (Endoscope) ทใชน าสญญาณภาพในรป

ของแสงในป พ.ศ. 2493 (ค.ศ. 1950)

ในสวนของทอน าสญญาณแสงทมโครงสรางของแกวสองสวนในลกษณะ

เชนเดยวกบเสนใยแกว เรมมการท าวจยและน าเสนอรปแบบและหลกการขนในชวงป

พ.ศ. 2509 (ค.ศ. 1966) โดยบทความของ เคา (Kao) กบ ฮอกเกอรแฮม

(Hockerham) [4] และบทความของ เวรต (Werts) ในยคแรกๆ เสนใยแกวทผลตขน

จะมคาการลดทอนสญญาณสงมากถง 1000 dB/km ท าใหไมเปนทสนใจในการ

น ามาใชเปนสายสงสญญาณเชนเดยวกบสายไฟทองแดง อกทงยงมปญหาการเชอมตอ

เสนใยแกวทท าใหเกดการสญเสยสญญาณสง ในป พ.ศ. 2513 (ค.ศ. 1970) บรษท

คอรนนง (Corning) ของอเมรกา ไดประสบผลส าเรจในการผลตเสนใยแกวจากเนอ

แกวบรสทธ ทสามารถน ามาใชในการสอสารขอมลเชงพาณชยไดเปนรายแรกของโลก

แมวาเสนใยแกวทผลตขนในขณะนน จะมคาการลดทอนสญญาณสงถง 20 dB/km ก

ตาม และอกไมกปตอมา เสนใยแกวไดถกพฒนาใหมคาการลดทอนสญญาณแสงท

ต าลงเหลอเพยง 5 dB/km เชนเดยวกบเทคโนโลยการเชอมตอเสนใยแกวทถกพฒนา

ใหดขน จนท าใหคาการสญเสยสญญาณของจดเชอมตอมคาลดลงอยางมาก จงท าให

เสนใยแกวเรมเปนทสนใจอยางแพรหลายมากขนนบแตนนเปนตนมา จนกระทง

ปจจบน เสนใยแกวจะมคาการลดทอนสญญาณทต ามาก

เทคโนโลยของเสนใยแกวเรมมบทบาทในการสอสารขอมลอยางมาก ก

เนองมาจากเทคโนโลยของสารกงตวน าหรอเซมคอนดคเตอร (semi-conductor) ใน

การผลตแหลงก าเนดแสง เชน แอลอด (LED) และเลเซอรไดโอด (Laser Diode)

รวมทงการผลตอปกรณรบแสงหรอโฟโตดเทคเตอร (Photodetector) ซงมขนาดเลก

เหมาะกบการน ามาใชงานรวมกบเสนใยแกวไดอยางเหมาะสม

ในชวงแรกของการผลตเลเซอรไดโอด (ซงถอเปนแหลงก าเนดแสงทมบทบาท

ส าคญในการใชงานเสนใยแกว) มกใชสารประกอบอลลอยของแกลเลยมอะเซไนด เชน

AlGaAs ซงสามารถเปลงแสงออกมาในยานอนฟราเรดระหวาง 800-900 นาโนเมตร

ในลกษณะของพลส อกทงมอายการใชงานสนไมเกน 10000 ชวโมง เทานน [6,7] ใน

บทท 1


8

เวลาตอมา เทคโนโลยสารกงตวน าของเลเซอรไดโอดไดถกพฒนาขนอยางตอเนอง

ในชวงเวลาทขนานกบการพฒนาของเสนใยแกว ในปจจบนเลเซอรไดโอดสามารถผลต

แสงไดหลายยานความยาวคลน ทงในชวงทตามองเหนและชวงของอนฟราเรด โดยแสง

ทผลตออกมา มทงลกษณะทเปนพลสและแสงตอเนอง อกทงมอายการใชงานทนานขน

กวาเดมมาก

รปท 1.4 เสนใยแกวชนด Holey หรอ Honey-Comb ทคอรมพรนของอากาศ เทคโนโลยของเสนใยแกวในปจจบนกไดรบการพฒนาขนไปมากเชนกน ไมวาจะ

เปนโครงสรางของเสนใยแกว ระบบสอสารทใชเสนใยแกว รวมทงอปกรณทางแสงท

เกยวของ ตวอยางเชน กอนหนานคนทวไปมกคนเคยกบเสนใยแกวชนดโหมดเดยว

ธรรมดาทมคาการลดทอนสญญาณต าๆ นอยกวา 0.2 dB/km และมคาดสเพอรชนต า

มากทความยาวคลนประมาณ 1.3 ไมครอน แตในปจจบน เสนใยแกวมหลายชนดมาก

ขน เชน ชนด DSF (Dispersion Shifted Fiber) เปนเสนใยแกวทมคาดสเพอรชนต า

ทคาความยาวคลนประมาณ 1.55 ไมครอน เสนใยแกวชนด PMF (Polarisation

Maintaining Fiber) เปนเสนใยแกวทคงสถานะทางโพลาไรซเซชนของแสงไดตลอด

การเดนทาง ชนด EDF (Erbium-Doped Fiber) เปนเสนใยแกวทใชในการขยาย



9

สญญาณแสงในชวงความยาวคลนทเหมาะสม และชนด Holey Fiber (HF) [8] ท

โครงสรางของคอรมไดเปนเนอแกวตนโดยตลอด แตจะมโพรงอากาศเลก ๆ จดเรยงกน

อยภายใน โดยเมอมองภาพหนาตดตอนปลาย จะมลกษณะคลายรงผง ดงรปท 1.4

เปนตน

1.3 ขอดและขอดอยของเสนใยแกว

สวนใหญแลว การกลาวถงขอดของเสนใยแกว มกจะเปนไปในท านองของการ

เปรยบเทยบกบสายเคเบลทองแดงทใชสงสญญาณไฟฟา เนองมาจากคณสมบตการน า

ขอมลรวมไปกบสญญาณแสงของเสนใยแกวนนเอง โดยขอดทส าคญของเสนใยแกว

สามารถสรปไดดงตอไปน

1. มคาการลดทอนสญญาณต า (low attenuation) แมวาคาการลดทอนสญญาณ

ของเสนใยแกวจะมคาขนอยกบความยาวคลนแสงทใช แตกถอวามคานอยมากเมอ

เลอกใชแสงทมความยาวคลนเหมาะสม เสนใยแกวธรรมดาทประกอบดวยเนอแกว

บรสทธ จะมคาการลดทอนสญญาณต าทคาความยาวคลนแสงในชวงของ 1.3 และ

1.55 ไมครอน (นอยกวา 0.2 dB/km) ท าใหในระบบสอสารจะใชสถานทวน

สญญาณ (repeater) เปนจ านวนนอย โดยปรกตระบบสอสารดวยเคเบลทองแดง

(เชนระบบโทรศพท) จะมสถานทวนสญญาณทก ๆ 2-5 กโลเมตร ในขณะทการใช

เสนใยแกวจะท าใหระยะหางระหวางสถานทวนสญญาณไกลกวา 50 กโลเมตร เลย

ทเดยว

2. บรรจขอมลไดเปนจ านวนมหาศาล เสนใยแกวมคาแบนดวดท (Bandwidth) ใน

การสงขอมลสงมาก เนองจากใชแสงทเปนคลนแมเหลกไฟฟา ทมความถในเทอม

ของ 1015 เฮรตซ เปนสญญาณพาห ลองเปรยบเทยบดงายๆ จะเหนวาคาความถ

แสงนมคาสงกวาความถของคลนไมโครเวฟ (109 เฮรตซ) กวาลานเทา!! เมอน าเสน

ใยแกวมาใชสอสารขอมลในระบบดจตอล จะท าใหมอตราในการสงขอมลหรอบต

เรต (bit rate) สงมาก ในบานเรา ระบบการสงขอมลสงสดมอตราการสงประมาณ

10 Gb/s (กกะบตหรอพนลานบตตอหนงวนาท) ในขณะทระบบสอสารผานเคเบล

เสนใยน าแสงเชงพาณชยในตางประเทศสามารถสงขอมลดวยความเรวสงถงระดบ

Tb/s (เทอราบตหรอลานลานบตตอวนาท) โดยใชเสนใยแกวเพยงเสนเดยวหรอค

บทท 1


10

เดยวเทานน ปจจบนมงานวจยระบวาสามารถสงขอมลไดเรวมากกวา 100 Pb/s

(เพตตาบตหรอพนลานลานบตตอวนาท) ตอความยาวเสนใยแกว 1 กโลเมตร

3. โครงสรางของสายเคเบลมขนาดเลกและมน าหนกเบา เมอพจารณาขนาดของ

เสนใยแกวเปลอย จะเหนวามขนาดเลกและเบามาก อกทงเสนใยแกวเพยงเสนเดยว

ยงสามารถใชสงขอมลจ านวนมาก ๆ ได ขอดอนนสงผลท าใหโครงสรางของสาย

เคเบลใยแกวมขนาดเลก ตวอยางเชน ในการสงขอมลระหวางประเทศดวยสาย

เคเบลทองแดง อาจตองใชสายเคเบลขนาดใหญหรอหลายเสนรวมกนทมขนาดเสน

ผานศนยกลางมากกวา 10 เซนตเมตร ซงมน าหนกมาก แตเมอใชสายเคเบลใย

แกว อาจลดขนาดลงมาเหลอเพยงเคเบลใยแกวเพยงเสนเดยว ทมขนาดเสนผาน

ศนยกลางเพยงประมาณ 1 เซนตเมตร เทานน

4. ราคาถก เนองจากเสนใยแกวท ามาจากวตถดบทเปนทราย ซงหาไดงายกวา

ทองแดงในธรรมชาต ท าใหตนทนในการผลตเสนใยแกวนาจะถกกวาสายไฟ

ทองแดง แตในความเปนจรง เราไมสามารถหาซอเสนใยแกวไดงายตามตลาดไฟฟา

และอเลกทรอนกส ท าใหราคาขายปลกทเปนอยมราคาแพงมาก นอกจากน ราคา

ของเสนใยแกวยงขนอยกบตนทนในการผลตใหเปนสายเคเบล อกทงขนกบ

กระบวนการสรางเครอขายสายสง ท าใหราคาของเสนใยแกวและระบบในอดตม

ราคาสง อยางไรกตาม ในปจจบนเสนใยแกวเรมเปนทตองการในตลาดมากขน ท า

ใหราคาเฉลยเฉพาะของสายเคเบลใยแกวมราคาไมแพงเมอเทยบกบสายเคเบล

ทองแดง จงมแนวโนมวาราคาของเสนใยแกวจะตองถกลงอยางมาก นอกจากน เมอ

ท าการค านวณราคาคาใชจายตอหนวยขอมลทใชสอสาร จะเหนวามราคาต ามาก

5. เปนอสระทางไฟฟา (Electrical Isolation) เนองจากเสนใยแกวมคณสมบตเปน

ฉนวน จงไมน าไฟฟาแมวาจะมสายไฟฟาเปลอยมาสมผส กไมท าใหผสมผสเสนใย

แกวทอยหางออกไปมอนตรายเนองมาจากถกไฟดดได

6. ปราศจากสญญาณรบกวนทางไฟฟา ในระบบสอสญญาณดวยไฟฟาผานตวน า

มกมการเหนยวน าทางแมเหลกไฟฟา (Electro-Magnetic Inteference : EMI)

ตามกฎของฟาราเดย (Faraday’s Law) เชน การเหนยวน าใหเกดสนามแมเหลก

รอบตวน าเมอมกระแสไหล และการเกดกระแสไหลเมอตวน าอยในสนามแมเหลกท

เปลยนแปลง เหลาน อาจท าใหเกดสญญาณรบกวน (noise) ทไมตองการ หรออาจ

เกดครอสทอลค (crosstalk) ทท าใหสญญาณจากชองหนงไปปรากฏเพมใน



11

ชองสญญาณอน จากคณสมบตความเปนฉนวนของเสนใยแกว ท าใหไมมการ

เหนยวน าทางแมเหลกไฟฟา (No EMI) สงผลใหไมมสญญาณรบกวนทางไฟฟา

7. ขอมลมความปลอดภยสง ในระบบสอสารทางไฟฟา สญญาณขอมลจะถกสงผาน

สายตวน าทองแดง ซงหากมการน าสายตวน าอนมาสมผส หรออาจไมมการสมผส

แตจะใชหลกการของการเหนยวน าทางแมเหลกไฟฟา กจะสามารถรบรสญญาณนน

ไดโดยงาย แตถาเปนการสงขอมลผานเสนใยแกว การรบรขอมลไมสามารถท าได

โดยงาย เพราะตองใชการตดเสนใยแกวเพอสงสญญาณเขากบเครองรบโดยตรง

หรอใชอปกรณพเศษเชนออปตคอลคบเปลอร (optical coupler)

8. มความทนทานสง เสนใยแกวแตละเสนจะมอายการท างานทยาวนานมาก หากไม

มแรงกระท าจากภายนอกมาสรางความแตกหกเสยหาย หรอระบบลาสมยเสยกอน

เสนใยแกวทตดตงในระบบสอสาร สามารถใชงานไดนานนบรอยป เพราะไมตอง

ค านงถงความเสอมจากสภาพแวดลอมทางธรรมชาตมากนกเหมอนสายไฟฟา

ตวน า (ทมกเกดปฏกรยาทางเคม เชน สนม ท าใหเกดการผกรอน ) ท าใหม

คาใชจายในการบ ารงรกษาโดยรวมไมมากนก ท าใหระบบมความเชอถอไดสง

ตารางท 1.1 การเปรยบเทยบระหวางเคเบลเสนใยแกวกบเคเบลสายไฟฟาทองแดง

เคเบลทองแดง (เชน สายโคแอกเชยล)

เคเบลเสนใยแกว

ขนาดและน าหนก ขนาดใหญ มน าหนกมาก ขนาดเลกและเบากวา คาการลดทอนสญญาณ (ระยะหางระหวางสถาน)

สงกวา (2-5 กโลเมตร)

นอยกวามาก (10-80 กโลเมตร)

ความจปรมาณขอมล หรออตราการสงขอมล

สงสดไมเกน 300 Mb/s มายมายมหาศาล มากกวา 80 Gb/s

สญญาณรบกวนทางไฟฟา เกดจากสนามแมเหลกไฟฟา ไมม ตนทนตอระบบ

ตนทนตอหนวยขอมล ถก – แพง แพงกวา

ปานกลาง – แพงมาก ถกกวามาก

ความปลอดภยของขอมล ต า สงมาก

แมวาเสนใยแกวจะมขอดทมประโยชนเอออ านวยตอการใชงาน แตเสนใยแกวก

บทท 1


12

มขอดอยอยดวยเชนกน ไดแก

1. เสนใยแกวมความเปราะบาง แตกหกไดงายเมอมแรงภายนอกมากระท า แมวาตว

เสนใยแกวจะถกปองกนดวยโคดตงและโครงสรางของสายเคเบล แตในการตดตง

จ าเปนตองมการท างานกบเสนใยแกวเปลอยอยบาง จงตองใชความช านาญ และ

ความระมดระวงพอสมควร

2. เคเบลเสนใยแกวไมสามารถจดวางใหมรศมการโคงงอนอยๆ ได เหมอนสายไฟ

เพราะจะท าใหเส นใยแกวภายในแตกหกได อกทงอาจท าใหเกดการสญเสย

สญญาณแสงออกไปในแคลดดง ระหวางทแสงก าลงเดนทางอยภายในเสนใยแกว

ท าใหสญญาณไมสามารถเดนทางไดไกลตามทควรจะเปน

3. ในการตดตงระบบสายสงเคเบลเสนใยแกว ตองใชเครองมอและอปกรณพเศษ

รวมทงตองอาศยทกษะ ความช านาญ ความประณต และความสะอาด ในการ

ท างานพอสมควร ซงเครองมอและอปกรณทมคณภาพสงส าหรบงานดานน

คอนขางจะมราคาสงทเดยว

อยางไรกตาม ในปจจบนขอดอยเหลานไมถอเปนอปสรรคมากนก เนองจาก

เทคโนโลยและเทคนคในการท างานเกยวกบระบบสายสงเคเบลเสนใยแกว ไดรบการ

พฒนาเพมขนมาก อปกรณและเครองมอตางๆ ทจ าเปน กถกพฒนาใหมราคาถกลง

โดยยงคงมคณภาพและประสทธภาพเพยงพอในการใชงานทางปฏบต

1.4 ประโยชนและการใชงานเสนใยแกว

การทเสนใยแกวมคณสมบตในการน าสญญาณแสงไดด รวมกบคณสมบตของ

แสงทเปนคลนแมเหลกไฟฟา ซงท าใหแสงสามารถใชเปนตวกลางในการน าขอมลรวม

ไปดวย (ในรปของสญญาณแสงทไมใชสญญาณไฟฟา) จงไดมการน าเสนใยแกวมาใช

ประโยชนตางๆ มากมายหลายดาน โดยอาจแบงประเภทการใชงานหลก ไดดงตอไปน

1.4 1 การใชงานดานการแพทย

การน าเสนใยแกวมาประยกตใชงานในชวตประจ าวน มไดผกขาดอยกบการ



13

สอสารโทรคมนาคมทหลายคนคนเคยเทานน แตมนยงมประโยชนในดานอนอก

มากมาย

รปท 1.5 โครงสรางของเครองมอแพทยชนดเอนโดสโคปทใชเสนใยแกวในการท างาน

ตวอยางแรกทจะกลาวถงไดแกการใชงานทางการแพทย สมยกอนเวลาหมอจะผาตด

เนองอกเลกๆ ทอยภายในรางกายออกมา หมอจะตองใชมดกรดผวหนงใหเปนชองทาง

ส าหรบน ามดผาตดเขาไปตดเนอรายภายในทตองการ จากนนกท าการเยบปดปากแผล

คนไขอาจตองนอนโรงพยาบาลเพอพกฟนและคอยควบคมไมใหแผลตดเชอไประยะ

หนง กอนทแผลจะสมานกนเหมอนเดม ซงอาจตองใชเวลาหลายวน ดวยเทคโนโลย

ของเสนใยแกว สามารถสรางเปนเครองมอเอนโดสโคป (Endoscope) ซงมกจะ

ประกอบดวยเสนใยแกวสองเสน (รปท 1.5) แพทยจะสอดเครองมอดงกลาวนเขาไปใน

รางกายของคนไข เนองจากเสนใยแกวมขนาดเลกอยแลว เลยท าใหเจาเครองมอทวาม

ขนาดเลกสามารถสอดเขาไปในรางกายคลายกบใชเขมทมขนาดใหญเจาะเขาไป ท าให

ไมตองท าลายเนอเยอในสวนทไมเกยวของมากนก เมอเครองมอนอยภายในรางกาย

เครองควบคมกจะสงแสงผานเขาไปตามเสนใยแกวเสนหนง แลวพงออกไปกระทบกบ

สวนทอยภายในรางกาย เมอแสงนไปกระทบเนอเยอสวนไหน กจะมแสงสะทอนกลบ

เขามายงเสนใยแกวอกเสนหนง แสงทสะทอนกลบมานจะบรรจภาพของเนอเยอภายใน

รางกายมาดวย เมอแสงถกสงกลบเขามายงกลองวดโอในชดเครองมอควบคม กจะถก

แสดงผลใหเปนสญญาณภาพปรากฏบนจอมอนเตอรใหแพทยเหน แพทยจะใช

เครองมอนควานหาต าแหนงทผดปรกตภายในรางกาย เมอพบแลว แพทยกจะสอดเสน

ใยแกวอกเสนหนงเขาไปยงต าแหนงทพบเนองอกนน เสนใยแกวเสนใหมนจะตอเขากบ

แหลงก าเนดแสงเลเซอรทมพลงงานสง เมอเปดสวตชใหแสงเลเซอรท างาน กจะมแสง

สงแสงเขาจากหลอดไฟ

แสงทบรรจขอมลภาพ ออกสกลองวดโอ

ทอโลหะกลม ขนาดเลกปลายแหลม

เสนใยแกวสงและรบแสง

บทท 1


14

เลเซอรสงมายงตอนปลายของเสนใยแกว แลวพงออกไปยงต าแหนงของเนองอกเพอไป

ตดหรอท าลายเนองอกนน เปนอนเสรจสนขบวนการ จะเหนวาดวยเทคโนโลยของเสน

ใยแกวน คนไขจะมความเจบปวดนอยกวา เพราะสวนของรางกายในสวนทไมเกยวของ

กบการรกษาไดรบผลกระทบนอยมาก คนไขสวนใหญสามารถกลบบานไดทนทหลงรบ

การรกษา และไมตองพกฟนเปนเวลานานดวย

รปท 1.6 การประยกตใชเสนใยแกวในการรกษาโรคทเกยวกบหวใจ [9]

รปท 1.6 เปนตวอยางการน าเสนใยแกวมาใชการรกษาโรคทเกยวของกบหวใจ

ทมปญหาในการฟอกโลหต อนเนองมาจากปรมาณออกซเจนไมเพยงพอ แมวา

รายละเอยดในการรกษาทางการแพทยคอนขางจะซบซอน แตกพออธบายอยางงาย ๆ

พอสงเขปไดวา แพทยจะสอดเสนใยแกวเขาไปในเสนเลอดใหญของรางกายตรงบรเวณ

ขาหนบ (นนแสดงวาเสนใยแกวทใชตองมขนาดเลกกวาเสนเลอด) และจะคอย ๆ ดน

เสนใยแกวไปตามเสนเลอดน จนถงหวใจในสวนหองลางขวา จนถงผนงหวใจดานใน

แลวจะสงแสงเลเซอรผานเสนใยแกวน แสงทออกจากปลายเสนใยแกวจะท าหนาท

เหมอนมดผาตดเพอไปเจาะผนงหวใจ ใหกาซออกซเจนรวซมเขามาภายในหวใจในสวน

ชดควบคมต าแหนงเสนใยแกว

เครองควบคมแสง ดวยคอมพวเตอร

ผนงเยอหม ภายในหวใจ

ชองอากาศท ถกเจาะดวยเลเซอร

ปลายเสนใยแกว ภายในหวใจ



15

นมากขน ท าใหหวใจมประสทธภาพในการฟอกโลหตไดดยงขน เพราะมปรมาณ

ออกซเจนมาใชมากขนนนเอง

รปท 1.7 เคร องมอแพทยทใชระบบเสนใยแกวในการชวยวเคราะหเนอเย อสมอง [10]

รปท 1.7 เปนตวอยางของระบบเครองมอแพทยอกชนดหนง ทใชระบบเสนใย

แกวในการชวยวเคราะหสวนเนอเยอสมอง โดยการสงแสงผานเสนใยแกวเขาไปทเซลล

ของเนอเยอสมอง ในสวนทตองการวเคราะหทางดานชวการแพทย จากนนแสงสะทอน

จะถกสงกลบเขามาในเสนใยแกว เพอน าขอมลแสงไปผานกระบวนการวเคราะห

สเปกตรมเชงแสง แลวท าการค านวณและตความหมายออกมาดวยเครองคอมพวเตอร

ผลลพธทแสดงออกมา จะเปนขอมลส าหรบแพทย เพอท าการวนจฉยถงความผดปรกต

โดยแพทยผเชยวชาญตอไป

Frequency-tripled

Nd:YAG

Pump laser

Optical Parametric

Oscillator

(405-2500nm)

Spectrograph CCD

647nm

บทท 1


16

ระบบเครองมอแพทยทมเสนใยแกวเปนสวนประกอบส าคญ ในการรบสงขอมล

กถอเปนอกตวอยางหนง ทก าลงไดรบความนยมมาก ในการใชงานตามโรงพยาบาล

ตางๆ โดยเฉพาะในหองไอซย (ICU: Intensive Care Unit) ทงนการสงขอมลดวย

สายไฟฟา จากแตละจดของคนไขรวมกนมายงศนยกลางมอนเตอร เพอใหแพทยและ

พยาบาลทราบถงสภาวะของคนไข อาจกอใหเกดเหนยวน าทางสนามแมเหลก และการ

รบกวนทางไฟฟา ซงสามารถสงผลใหเกดการประมวลผลขอมลผดพลาด รวมทงขอมล

ส าคญของคนไขอาจคลาดเคลอนไป จนท าใหคนไขขาดการดแลอยางใกลชดใน

ชวงเวลาเรงดวนได ซงการใชเสนใยแกวจะชวยตดปญหาการรบกวนทางสนามแมเหลก

ไฟฟาลงไปไดโดยสนเชง เทาทเหนในปจจบนมโรงพยาบาลหลายแหงภายในประเทศ

ทใชเสนใยแกวเปนตวกลางสอสารขอมลในการดงกลาวน และมแนวโนมวา ระบบน

ก าลงเปนทนยมแพรหลายอยางมากในปจจบน

1.4.2 การใชงานเกยวกบเครองมอวดและตวตรวจวด

รปท 1.8 การประยกตใชเสนใยแกวในการนบชนงานในระบบอตสาหกรรม

การน าเสนใยแกวมาใชงานดานตวตรวจวดหรอเซนเซอร (sensor) กก าลงเปน

ทไดรบความสนใจอยางแพรหลาย ไมวาจะเปนในงานอตสาหกรรมขนาดเลก ไปจนถง

โครงการทลงทนมหาศาล ตวอยางงายๆ ไดแกการน าเสนใยแกวมาประยกตใชในการ

ตวสงแสง ตวรบแสง วงจรนบ และแสดงผล


ชนงานเคลอนท

สายพานล าเลยง

ชนงาน



17

นบชนงานในระบบอตสาหกรรมดงแสดงในรปท 1.8 ซงมหลกการโดยการสงแสงเขา

ไปในเสนใยแกวทตดตงไวใกลกบสายพานล าเลยงชนงาน แสงจากเสนใยแกวนจะถก

สงไปยงเสนใยแกวอกเสนหนง ทอยดานตรงขามกนของสายพาน แสงทรบไดจะถกน า

โดยเสนใยแกวไปยงวงจรอเลกทรอนกส เมอชนงานเคลอนทตดผานแนวทางเดนของ

แสง จะท าใหไมมสญญาณไปยงวงจรอเลกทรอนกส เมอชนงานเคลอนทผานไปอยาง

ตอเนอง วงจรอเลกทรอนกสกสามารถ วดความแตกตางของสญญาณไดเปนชวงๆ

ตามจ านวนชนงานทผานไป เมอใชวงจรนบวเคราะหออกมา กสามารถแสดงจ านวน

ชนงานไดบนจอแสดงผล

(ก) หลกการสะทอนแสงในระบบตวตรวจวด

(ข) หวเซนเซอรวดความดนโลหต

รปท 1.9 หลกการท างานของเซนเซอรเสนใยแกว

สงแสงเขาไป

รบแสงแลววดความเขมแสงหรอค านวณเวลา ระยะหาง

พนผวระนาบ

สวนปลอกรอบนอก

จดเชอมอปอกซเชอมอปอกซ


เมนเบรน

คาทเตอรทเปน PVC

1 ม.ม

บทท 1


18

รปท 1.9 เปนอกตวอยางหนงของเซนเซอรเสนใยแกวทมหลกการคอนขางงาย

โดยอาศยการวดคาความเขมแสงทเปลยนแปลงไปตามชวงเวลา จากรปท 1.9(ก) เสน

ใยแกวสองเสนจะถกจดวางใหตอนชวงปลายขนานตดกน เสนใยแกวเสนหนงจะใช

ส าหรบน าสญญาณแสงจากแหลงก าเนดแสงสงออกไปภายนอกทตอนปลาย แสงทถก

สงออกไปจะกระทบกบผวระนาบทวางอยดานหนา แลวสะทอนกลบออกมาเขาเสนใย

แกวอกเสนหนง เพอน าแสงไปยงตวรบแสงทสามารถแสดงคาความเขมแสงออกมาได

หากระยะหางระหวางปลายเสนใยแกวทปลอยและรบแสงกบพนผวระนาบมระยะใกล

หรอไกลแตกตางกน ความเขมแสงทรบไดกจะมคาแตกตางกนดวย นนกคอ ความเขม

แสงทวดไดสามารถแสดงในเทอมทเปนฟงกชนของระยะหางนได เรากสามารถน าไป

ค านวณตความเพอใชงานเปนเซนเซอรส าหรบวดระยะทางได หรออาจจะน าไป

ประยกตใชวดระดบของของเหลวทเปลยนแปลงในภาชนะไดเชนกน

จากหลกการของเซนเซอรอยางงายทวดการเปลยนแปลงความเขมแสง เราอาจ

น าไปประยกตใชงานไดหลายดาน (สดแทแตใครจะมความคดสรางสรรค) ดงเชนใน

รปท 1.8(ข) เปนการใชงานเซนเซอรเสนใยแกวดานการแพทย ส าหรบการวดความดน

โลหตโดยแสดงเฉพาะตอนหวของเซนเซอร ซงประกอบดวยเสนใยแกวสองเสนรอยอย

ภายในทอทมขนาดเลกพอทจะสอดไปในเสนเลอดของมนษยได โดยอาจมพนทหนาตด

ประมาณ 1 มลลเมตร เทานน ทตอนปลายของหวเซนเซอรจะมแผนพลาสตกหรอ

ซลโคนบางเหนยวท าหนทเปนแผนเมมเบรน ปดไวในระยะทหางจากปลายเสนใยแกว

เลกนอยตามทออกแบบ ในขณะใชงาน เซนเซอรนจะถกสอดเขาไปในหลอดเลอด เชน

หลอดเลอดใหญ แผนเมมเบรนจะมการเคลอนไหวเขาหาเสนใยแกวตามขนาดของ

แรงดนโลหต ท าใหระยะหางระหวางปลายเสนใยแกวกบเมมเบรนเปลยนแปลงไปตาม

คาของแรงดนเลอดในขณะนน เมอมการสงสญญาณแสงเขาไปในเสนใยแกวเสนหนง

แลววดคาความเขมแสงทไดจากการสะทอนกลบของแสงบนแผนเมมเบรนผานเสนใย

แกวเสนทเหลอ กสามารถตความออกมาเปนคาแรงดนโลหตใหทราบได

จากหลกการสะทอนของแสงในท านองเดยวกนน อาจน าไปประยกตใชส าหรบ

งานอตสาหกรรมทตองการวดอณหภมของวตถ โดยการน าปลายเสนใยแกวส าหรบ

รบสงแสงไปวางไวใกลกบผวของวตถ เมอวตถมอณหภมสงขนจะเกดการขยายตว ท า

ใหพนผวเลอนเขาหาเสนใยแกว ในขณะทเมออณหภมลดลงจะเกดการหดตว ระยะหาง

กจะเพมขนออกไป สงผลใหคาความเขมแสงทวดไดมคาแตกตางกนตามระยะหางท

เกดขน ดงนน เมออณหภมของวตถเปลยนแปลงไป กจะถกค านวณตความและ



19

แสดงผลออกมาในทสด

รปท 1.10 การน าเสนใยแกวมาประยกตใชตรวจหาวตถใตมหาสมทร [11] การมองเหนวตถ เกดจากการทแสงไปกระทบวตถแลวสะทอนมาเขาตาของเรา

แสงนถอวาบรรจขอมลภาพรวมอยดวย หากเราควบคมแสงนไปยงทศทางทตองการ ก

สามารถมองเหนวตถได แมจะอยหางไกลออกไปกตาม ซงจากหลกการนท าใหมการ

น าเสนใยแกวมาใชท าเอนโดสโคปในทางการแพทยตามทกลาวไปแลว จากหลกการ

เดยวกน สามารถน ามาใชแทนกลองวดโอเพอตรวจดภาพใตทองทะเล ดงรปท 1.10

ซงหลกการท างานพนฐานจะประกอบไปดวยเสนใยแกวสองเสนหรอสองชด เสนใยแกว

เสนหนงท าหนาทสงแสงในลกษณะกวาดไปมาหรออาจใชเสนใยแกวหลายเสนเพอสง

แสงออกไปครอบคลมพนทในวงกวาง โดยภาพของสงทเหนจะเปนแสงสะทอน ทถก

รวบรวมและน าขนมาบนเรอโดยเสนใยแกวอกเสนหนงหรออกชดหนง เพอสงเขาส


เรอส ารวจใตทะเล

กลองส ารวจใตทะเลควบคมอตโนมต

ภาพทตรวจจบได

บทท 1


20

กลองโทรทศน แลวแสดงภาพออกมาบนจอมอนเตอร ซงเครองมอชนดนชวยใหมนษย

สามารถท าการส ารวจใตทองมหาสมทรทมความลกมากๆ เกนกวาทนกประดาน าจะ

ลงไปถงไดเปนอยางด

งานวจยชนสงทก าลงไดรบความสนใจในการน าเสนใยแกวมาใชเปนตวตรวจวด

งานหนง ไดแกงานวจยเกยวกบ ผวหนงอจฉรยะ (smart skin) โดยบรษทผสรางยาน

อวกาศและเครองบนรบประสทธภาพสง ไดน าเอาเสนใยแกวมาใชเปนตวตรวจวด

สภาพโดยรอบของเครองบนในขณะท าการบนอยในทสงจากพนผวโลก เชน การ

ตรวจวดอณหภม หรอสภาพความกดดนอากาศในขณะบน เครองบนรบรนปจจบนจะ

ใชตวเซนเซอรทางอเลกทรอนกสตดไวตามสวนตางๆ ของเครองบน เมอตวเซนเซอร

ท างานกจะมกระแสไฟฟาไหล หากเครองบนนนบนอยเหนอนานฟาของศตร กอาจถก

ตรวจสอบไดดวยเครองตรวจจบ ท าใหศตรทราบต าแหนงเครองบนแลวด าเนนการ

โจมตได ดงนน การทจะหลบรอดเครองมอตรวจจบเหลาน ตวเครองบนรบเองจะตองม

สวนการท างานทางไฟฟาอเลกทรอนกสใหนอยทสด ซงสามารถท าไดในสวนของ

ตวเซนเซอร โดยใชเสนใยแกวมาวางเปนโครงขายทตองการ (คลายตาขายหรอใยแมง

มม) บนผนงดานนอกของเครองบนโดยเฉพาะในสวนปก จากนนท าการปอนแสงเขาส

เสนใยแกวใหเดนทางผานสวนของตาขายแลวสงออกมา แสงทเดนทางในเสนใยแกวน

สามารถแสดงคณสมบตบางประการทเปลยนไป (เชน ความเขมแสง) เมอตกอยใน

สภาพแวดลอม (เชน อณหภม หรอ แรงดน) ทแตกตางกนออกไป ท าใหสามารถ

ตความหมายของการเปลยนแปลงทเกดขนได นนคอ สามารถแสดงผลออกมาเปน

อณหภมหรอความดนอากาศเหมอนเครองมอทางอเลกทรอนกสได นอกจากน การท

แสงเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความถสงกวาสญญาณไฟฟาอเลกทรอนกสมากนบลาน

เทา ท าใหสามารถพฒนาเปนเซนเซอรทมความไวสงไดด และการทสญญาณแสงไมใช

ไฟฟา ท าใหหลดรอดจากการถกตรวจจบไดงายกวา ซงสงผลใหเครองบนรบยคใหม

สามารถท าจารกรรมบนนานฟาขาศกไดอยางสะดวกโยธนเลยทเดยว จากโครงงานใน

ท านองเดยวกนน นกวจยหลายคนก าลงพฒนาน าเสนใยแกวมาใชเปนผวหนงอจฉรยะ

ทสามารถรบรความรสกไดเหมอนผวหนงมนษย กไมแนวา ในอนาคตเราอาจไดเหน

หนยนตทมความรสกรอนหนาวเหมอนคนกได !!

1.4.3 การใชงานในระบบสอสารโทรคมนาคม



21

รปท 1.11 โครงขายระบบสอสารทเชอมตอดวยเสนใยแกวระหวางไทยกบประเทศเพอนบาน เนองจากเสนใยแกวมขนาดของแบนดวดทกวางมากเมอเทยบกบสายเคเบล

ทองแดง ท าใหสามารถสงขอมลจ านวนมากจากหลายๆ แหลงได ภายในชวงเวลา

เดยวกน ลองคดดงายๆ หากระบบถกออกแบบใหใชคลนแสงทมขนาดความยาวคลน

632 นาโนเมตร (แสงสแดงมองเหนไดดวยตาเปลา) หรอมคาความถ 4.7x1014

เฮรตซ เปนตวสงสญญาณขอมลแบบอนาลอก โดยก าหนดใหชวงแบนดวดทของการสง

ขอมลมเพยง 1 เปอรเซนต ของคาความถแสงทใช จะไดแบนดวดททมความกวางถง

4700 กกะเฮรตซ นนหมายความวา เราสามารถสงสญญาณโทรทศนไดเกอบหนงลาน

ชองในชวงเวลาเดยวกนเลยทเดยว อยางไรกตาม ตวอยางทยกมาน ยงไมสามารถ

เปนไปไดในทางปฏบต เนองจากเทคโนโลยยงไปไมถง ซงในปจจบน หลกการส าคญท

ใชสงสญญาณหรอขอมลจ านวนมากไปพรอมกนไดอยางมประสทธภาพ ขนกบวธการ

เขารหส การมอดเลต และการมลตเพลกสสญญาณในวงจรภาคสง ซงจะไดกลาวถง

ตอไป

การน าเสนใยแกวเขามาใชในระบบสอสาร ถอเปนการเปดโลกกวางของการ

สอสารไดอยางโดดเดน เพราะระบบนสามารถสงขอมลทมปรมาณมากและหลาย

รปแบบไดในเวลาเดยวกน ความหมายของการสงขอมลมาก ๆ ถาจะกลาวกนแบบ

บทท 1


22

งายๆ กคอการสงขอมลไดเรวมากนนเอง ลองพจารณาดวาหากวางเสนใยแกวรอบโลก

ในแนวเสนศนยสตร ระยะทางรอบโลกนเมอคดจากคาของรศมโลกทมคาเทากบ

6378.2 กโลเมตร จะมระยะทางประมาณเกอบ 40000 กโลเมตร เมอค านวณเวลาท

แสงใชในการเดนทาง จากความเรวของแสงทมคาประมาณ 3 แสนกโลเมตรตอวนาท

จะพบวา ภายในเวลาเพยงหนงวนาท ขอมลแสงสามารถเดนทางรอบโลกไปแลวถง 7

รอบครง!!!

รปท 1.12 โครงขายระบบสอสารดวยเสนใยแกวในแถบภาคพนเอเซยแปซฟก การน าเสนใยแกวมาใชเปนในระบบสอสาร จะใชเฉพาะในสวนทเปนสายสง

สญญาณ (transmission line) โดยตองท าการการเปลยนแปลงขอมลรปแบบเดมท

เปนสญญาณไฟฟา ใหเปนสญญาณสญญาณแสงเสยกอน จงสงเขาไปในเสนใยแกวได

ในขณะทโครงสรางของระบบสอสารในสวนอนยงคงเปนไปในท านองเดม เพยงแตจะม

การพฒนาใหมประสทธภาพสงขนตามขดความสามารถของเสนใยแกวเทานน การท

แสงมคาความถสงมากถงขนาดพนลานลานเฮรตซ (1015

Hz) ท าใหสามารถสงขอมล

ทมปรมาณมากไดดวย ซงตรงนถอเปนขอไดเปรยบของระบบเสนใยแกวเมอเทยบกบ



23

ระบบอนทงหลาย และดวยเหตน ท าใหการใชงานในระบบเสนใยแกวมไดถกจ ากด

เพยงการใหบรการเฉพาะดานใดดานหนง แตจะสามารถเพมบรการตางๆ เขาไปได

พรอมกนในเวลาเดยวกน ลกษณะงานบรการตางๆ อาจจ าแนกตามชนดของขอมล ซง

ในบานเราเรมมใหเหนบางแลว เชน สญญาณโทรศพท โทรภาพ แฟกซ เคเบลทว การ

สอขอมลทางคอมพวเตอร รวมไปถงระบบมลตมเดย อนเตอรเนต การประชม

ระยะไกล เปนตน ขอมลเหลาน สามารถสงผานไปมาไดในเวลาเดยวกน ดวยเสนใย

แกวเพยงเสนเดยวหรอคเดยวเทานน ตวอยางของระบบสอสารปจจบนทใชเสนใยแกว

ไดแก ระบบโครงขายสอสารรวมดจตอลหรอ ISDN (Integrated Services Digital

Network) และระบบสอสารความเรวสงหรอ SDH/SONET (Synchronous Digital

Hierarchy / Synchronous Optical Network) เปนตน

รปท 1.13 โครงขายระบบสอสารระหวางประเทศใชเสนใยแกวมากกวา 30,000 กโลเมตร

นอกจากนยงมความพยายามทจะเชอมโครงขายสอสารโทรคมนาคมภาคพนดน

บนโลกเขาดวยกนโดยใชระบบสายสญญาณทเปนเคเบลใยแกวน าแสง โดยโครงการ

FLAG (Fiber Optic Link Around the Globe) (รปท 1.13) เปนโครงการแรกทตอบสนองแนวความคดน ปจจบนมโครงการ OXYGEN ซงถอเปนโครงขายเสนใยแกวน าแสงทครอบคลมพนททวโลก โครงการนใชเทคโนโลย SDH/SONET รวมกบ DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex) โดยแตละความยาวคลนจะสง

บทท 1


24

ขอมลไดเรว 10 Gb/s (STM-64) ไดอยางสบาย และในเสนใยแกวหนงเสนสามารถสงขอมลดวยแสงไดมากถง 32 ความยาวคลน ท าใหระบบนสามารรองรบปรมาณขอมลท

มากถง 2,560 Gb/s หรอ 2.56 Tb/s ได ความยาวของเคเบลเสนใยแกวของทงโครงการคาดวาประมาณ 300,000 กโลเมตร เนองจากเปนโครงการขนาดใหญ จงตอง

มการวางแผนการท างานเปนเฟส ตวอยางเชน เฟสแรกมระยะทางประมาณ 168,000 กโลเมตร (เปนสวนทอยใตทะเลประมาณ 154,000 กโลเมตร) มจดขนลงฝงทงหมด

96 จด ใน 75 ประเทศ โครงการในเฟสนแลวเสรจในปลายป ค.ศ. 2003 หลงจากนน

จะด าเนนการตดตงเฟสตอ ๆ ไป ซงปจจบนไดด าเนนการเสรจสนทงโครงการแลว

1.5 โครงขายเสนใยแกวและระบบสอสารดาวเทยม

ในขณะทในบานเราเรมมการใชงานดาวเทยมสอสารอยางกวางขวาง ไมวาจะ

เปนการสอสารขอมลโดยตรงระหวางสถาน การแพรกระจายสญญาณภาพและเสยงไป

ยงผรบทเปนสมาชก และการเชอมโยงสญญาณขอมลในระบบโทรศพทมอถอ เหลาน

ลวนท าใหบางคนเกดขอสงสยถงความจ าเปนในการน าเสนใยแกวเข ามาใชใน

ระบบสอสาร ในการเปรยบเทยบระหวางระบบดาวเทยมกบระบบสอสารดวยเสนใย

แกว พอจะสรปโดยสงเขปไดดงตารางท 1.2

ตารางท 1.2 การเปรยบเทยบระหวางเสนใยแกวและดาวเทยมในระบบสอสาร

ดาวเทยม เสนใยแกว

1. อายการใชงาน 2. ความเรวในการสงขอมล 3. ปรมาณขอมล 4. ตนทนตอปรมาณขอมล 5. เวลาในการตดตงระบบ 6. การดแลรกษา 7. การพฒนาจากระบบเดม

10-20 ป (หมดอายตามเชอเพลง) เรว (ความเรวตามคลน

แมเหลกไฟฟา) ปานกลาง-มาก ปานกลาง

ประมาณ 2 ป ทตวดาวเทยมไมม

ไมม

มากกวา 50 ป (หมดอายเพราะลาสมย)

เรวกวา (เพราะระยะทางอยบนผวโลก จงสนกวา)

มากมหาศาล ถกกวา

ขนอยกบขนาดของระบบ กระท าเปนชวงเวลา ท าไดตลอดเวลา



25

การน าดาวเทยมมาใชในกจการสอสารในบานเรามมานานแลว ภายใตการ

ด าเนนงานของ บรษท กสท โทรคมนาคม จ ากด (มหาชน) หรอชอเดมคอการสอสาร

แหงประทศไทย (กสท.) ซงท าหนาทตดตงสถานรบสงสญญาณดาวเทยมโดยการเชา

เวลา เนองจากไมมดาวเทยมเปนของตนเอง เพอตดตอสอสารกบสถานแมขายศรราชา

โดยมสถานลกขายทวประเทศไมต ากวา 25 สถาน ชวยใหงานบรการสอสารสามารถ

ครอบครมพนททวประเทศไดเปนอยางด ตอมาไดมการขยายงาน โดยการเปด

สมปทานใหกบบรษทเอกชนในเครอของชนวตร ทลงทนสงดาวเทยมของตนเองขนส

อวกาศ ในชอของ “ไทยคม” ซงเปนนามพระราชทาน

ในปจจบน การสอสารขอมลระยะไกล ไมจ าเปนตองใชดาวเทยมเสมอไปอก

ตอไปแลว เพราะระบบสอสารขอมลดวยโครงขายสายเคเบลไดรบการพฒนาจน

ครอบคลมพนทใหบรการไดอยางกวางขวางทวโลก ยงไปกวานน สายเคเบลทองแดงท

ใชอยเดมก าลงถกแทนทดวยเสนใยแกว อยางไรกตาม พฒนาการเหลาน มได

หมายความวาระบบสอสารดาวเทยมก าลงจะหมดความส าคญลงไป ในทางกลบกน

ระบบสอสารรวมทใชทงโครงขายเสนใยแกวและดาวเทยมรวมกน จะท าใหเกดระบบท

มประสทธภาพในการท างานทสงกวาเดมมาก โดยโครงขายเสนใยแกวจะใชรบสง

ขอมลทมปรมาณมากๆ ระหวางสถานทอยในเมองใหญ ในขณะทระบบสอสาร

ดาวเทยม จะใชรวมกบระบบไมโครเวฟ เพอสอสารขอมลในเขตพนทกนดาล หรอเขต

ภมประเทศทการเดนสายเคเบลท าไดไมสะดวกและไมคมทน เชน ภายในหบเขาลก

และแถบขวโลก เปนตน

อยางไรกตาม ดาวเทยมยงมประโยชนอนนอกเหนอไปจาการใชงานสอสาร

เชน การส ารวจทรพยากรธรรมชาต กจการวทยสมครเลน และการตรวจสภาพ

ภมอากาศ เปนตน ซงการใชงานแบบน ไมจ าเปนตองใชดาวเทยมขนาดใหญ แตอาจ

ใชดาวเทยมขนาดเลกทมน าหนกเพยงไมกสบกโลกรม เทานน ซงเมองไทยกม

ดาวเทยมประเภทนใชงานอยดวยเชนกนคอดาวเทยม “ไทพฒ” (นามพระราชทาน)

ซงลงทนและด าเนนการโดยมหาวทยาลยเทคโนโลยมหานคร และไดสงออกสวงโคจร

ส าเรจเมอประมาณเดอนกรกฎาคม ป พ.ศ. 2541 และยงคงใชงานอยจนถงปจจบน

อนง ในการพจารณาออกแบบสรางโครงขายระบบสอสารโทรคมนาคมทม

ประสทธภาพ จ าเปนตองใชเทคโนโลยหลายชนดเขาดวยกน ตวอยางเชนในเรองของ

ระบบสายสง ทงสายไฟทองแดง ระบบสอสารดาวเทยม ไมโครเวฟ และเสนใยแกว

ลวนมความจ าเปนอยในโครงขายทงสน เนองจากระบบสายสงแตละชนด ลวนมขอดอย

บทท 1


26

และขอดตางกน ในบางสวนของโครงขาย การเลอกใชสายสงอยางหนง อาจใหผลดกวา

อกอยางหนงกได โดยเฉพาะเมอตองค านงถงความคมคาในการใชงาน ราคาในการ

ตดตง และคาใชจายดแลรกษาตลอดอายการใชงาน เปนตน

1.6 ปจจบนและอนาคตของเสนใยแกว เปนททราบกนดวา ระบบสอสารขอมลพ นฐานแรกเรม กคอระบบโทรศพททจด

วางเปนโครงขายขนในพนททใหบรการในการตดตอสอสาร การน าระบบโครงขายเสน

ใยแกวเขามาแทนทระบบสายโทรศพทเดม ไมสามารถกระท าไดในทนท เพราะจะท า

ใหเกดการสญเสยไปกบระบบเดมซงยงคงท างานไดอยางมประสทธภาพอย การน า

ระบบเสนใยแกวเขามา จงตองรอจงหวะแลวน าเขามาแทรกเสรมกบระบบเดม โดยตอง

สามารถท างานรวมกนได ซงพอจะสงเกตเหนไดจากการพฒนาระบบสอสารในบานเรา

ในชวงเวลาสบกวาปทผานมา ไมวาจะเปนการเดนสายเคเบลเลยบทางรถไฟเพอเชอม

โครงขายการสอสารระหวางเมองใหญ ระบบเคเบลใตน าทงภายในและระหวางประเทศ

เรอยไปจนถงระบบ ISDN (Integrated Services Digital Network) ทเรมเปด

ใหบรการในเขตชมสายใหญๆ เปนตน ในปจจบน ระบบสอสารขอมลดวยเสนใยแกว

สามารถสงขอมลดจตอลทมอตราการสงขอมลสงๆ ไดมาก ตวอยางเชน ระบบสอสาร

ดจตอลของบรษท AT&T ทรวมกบ KDD ทท าการทดสอบตอนชวงตนทศวรรษ

1990 สามารถสงขอมลขนาด 5 Gb/s (5000 ลานบตตอวนาท) ไปไดไกลถง 7000

กโลเมตร โดยใชอปกรณทเรยกวา Optical Fiber Amplifier ท าหนาทแทนสถาน

ทวนสญญาณ โดยการจดการกบขอมลในรปของสญญาณแสงโดยเฉพาะ จ านวน 274

ต าแหนง เปนตน

อยางไรกตาม เมอหนกลบมามองระบบสอสารปจจบนในบานเรา การเชอมโยง

ระหวางโหนดสอสารขนาดใหญใหญกบโหนดยอย ระหวางโหนดยอยดวยกนเอง รวม

ไปถงการกระจายสายสญญาณจากโหนดยอยหรอตสาขาเขาสบานพกอาศย หรอท

เรยกวา FTTH (Fiber To The Home) ไดมการตดตงด าเนนการไปไมนอยแลว ซงก

ถอวาระบบสอสารโทรคมนาคมของเรามทศทางการพฒนาในอตรากาวหนาทด ระบบ

โครงขายเสนใยแกวทใชในปจจบน เชน SDH/SONET หรอระบบสอสญญาณ

ความเรวสง เปนระบบทมหนวยงานลายแหงใชอยในปจจบน รวมไปถงโครงขาย

บางสวนของระบบโทรศพทในประเทศดวย นอกจากนระบบสอสารทใชเสนใยแกวทง



27

ระบบเชอมโยงไปยงผใชโดยตรงอยาง FTTH กไดมการน ามาใชในบานเราบางแลวเรม

จากในเมองใหญ ๆ รวมไปถงในเขตชนบทเชนโครงการเนตประชารฐของรฐบาลทได

ด าเนนการเสรจสนในชวงป พ.ศ. 2560 ท าใหโครงสรางพนฐานดานการสอสารของ

ประเทศมความทดเทยมกบอารยะประเทศเลยทเดยว

โครงขายสอสารโทรคมนาคมถอเปนโครงสรางพนฐานทส าคญในการพฒนา

ประเทศใหเจรญกาวหนายงขน ในป พ.ศ. 2560 รฐบาลโดยกระทรวงดจทลเพอ

เศรษฐกจและสงคมไดเรงรดด าเนนโครงการเนตประชารฐ ซงถอเปนโครงการหนงท

น าพาประเทศไทยกาวส “ไทยแลนด 4.0” โดยการขยายโครงขายอนเตอรเนต

ความเรวสงทวทกภมภาคของประเทศใหมความเรวเรมตนท 30 Mbps/10 Mbps

ส าหรบการ ส อสญญาณแบบดาวน โหลดและอปโหลด (download/upload)

โครงการเนตประชารฐเปนการตดตงระบบโครงขายเคเบลเสนใยน าแสงไปยงผใช

(user) ในพนทหมบานทวประเทศทยงไมมบรการอนเตอเนตความเรวสงหรอหมบานท

เพงเรมมศกยภาพในเชงพาณชย (พนทโซน C และ C+ ตามนยามทก าหนดโดย

กสทช.) [13] จ านวน 24,700 หมบาน (ส าหรบเฟสแรกน) เพอใหบรการอนเตอรเนต

ไรสายหรอไวฟาย (wifi) แบบไมคดคาใชจายในพนทสาธารณะของหมบาน ๆ ละ 1 จด

ทงทเพอลดความเหลอมล าในการเขาถงเทคโนโลย อกทงเพมโอกาสการในการเรยนร

และการใชประโยชนจากอนเตอรเนตแกประชาชนในพนทหางชมชนเมอง โครงการนม

งบประมาณรวม 13,000 ลานบาท

รปท 1.14 สถาปตยกรรมโครงขายการเขาถงแบบ FTTH ทใชเสนใยน าแสง

สวนประกอบพนฐานของโครงขาย FTTx ทใชในโครงการเนตประชารฐ เปน

การตอเชอมเคเบลเสนใยน าแสงขนาด 24 แกน (core) หรอ 12 แกน (core) (ขนกบ

จ านวนผใหบรการ) เขากบโครงขายหลกดวยอปกรณสวตช (SW) ของผใหบรการหรอ

Core network SW OLT

OFC 12, 24 F OFC 12 F

บทท 1


28

โอเปอเรเตอรไปยง OLT (Optical Line Terminal) เพอท าหนาทควบคมการรบสง

ขอมลระหวางตนทางกบปลายทาง จากนนจะใชเคเบลเสนใยน าแสงขนาด 12 แกน

(core) พาดบนเสาไฟฟาไปยงหมบานเปาหมายสนสดท ONU (optical Network

unit) หรอ ONT (optical network terminal) ซงเปนอปกรรปลายทางแปลง

สญญาณแสงเปนไฟฟาใหกบอปกรณกระจายสญญาณแบบไรสาย (wireless access

point) เพอใหบรการไวฟาย (wifi) ไปยงอปกรณปลายทางของผใชงาน เชน

โทรศพทมอถอแบบสมารทโฟน แทบเลตคอมพวเตอร (tablet computer) และเครอง

คอมพวเตอรแบบพกพา (notebook computer) เปนตน

จากตวอยางโครงขายเคเบลเสนใยน าแสงขางตนจะเหนวา ปจจบนมการใชงาน

เคเบลเสนใยน าแสงเปนจ านวนมากภายในประเทศโดยเฉพาะเคเบลเสนใยน าแสงชนด

แขวนอากาศทใชพาดเสาไฟฟา ดงนน การควบคมใหมการใชผลตภณฑทผานการ

รบรองมาตรฐาน จงเปนสงส าคญทชวยใหเกดความมนใจวาไดโครงขายทมคณภาพ

การสอสญญาณมเสถยรภาพไมลาชาหรอหลดบอยเกนความจ าเปนในขณะระบบ

ท างานและใหบรการ รวมถงการมอายการใชงานทยนยาวอกดวย การก าหนด

มาตรฐานอตสาหกรรมทเนนคณสมบตทางเทคนคของเคเบลเสนใยน าแสงทใชใน

ประเทศไทยจงเปนสงส าคญเพอใหเกดความมนใจตอผบรโภคอกทงยงเปนยกระดบ

ตามมาตรฐานสสากลอกดวย วศวกรทท างานเกยวกบระบบสอสาร ไมเพยงแตเขาใจ

หลกการท างานทางเทคนคทส าคญ แตควรทจะใหความสนใจเกยวกบมาตรฐานทาง

เทคนคทเกยวของอกดวย

กลาวโดยสรป บทบาทของเสนใยแกวในวงการสอสารยงมอกมากมาย ไมวาจะ

เปนระบบโครงขายหลกอยาง SDH/SONET โครงขายการเขาถงอยาง FTTX ระบบ

เครอขายทองถนหรอแลน (LAN: Local Area Network) ความเรวสง เรอยมาจนถง

อปกรณเฉพาะงานทมขนาดเลก เหลานลวนเปนองคประกอบส าคญทยนยนไดวา

บทบาทของเสนใยแกวและเทคโนโลยทางแสง ยงมทศทางและรปแบบในการพฒนาไป

อกไดไกลเลยทเดยว



29

แบบฝกหด

1. จงอธบายนยามของเสนใยแกวมาพอสงเขป

2. ท าไม คาดรรชนหกเหของคอรของเสนใยแกว จงมกมคากวาคาดรรชนหกเหของ

แคลดดง

3. จงอธบายวาแคลดดงมประโยชนอยางไรตอเสนใยแกว

4. สวนทปองกนอนตรายตอเสนใยแกวเปลอย และชวยใหเสนใยแกวมความทนทาน

แขงแรง มชอเรยกวาอะไร

5. จงอธบายวาปรากฏการณสะทอนกลบหมด (TIR: Total Internal Reflection)

มความส าคญอยางไรกบเสนใยแกว

6. อะไรคอขอดและขอดอยของเสนใยแกวในการน ามาประยกตใชงาน

7. จงอธบายวา เหตใดเสนใยแกวจงมคณสมบตในการลดทอนสญญาณต า

8. จงอธบายหลกการพนฐานในการสงขอมลโดยใชสญญาณแสง

9. จงอธบายหลกการท างานของเสนใยแกว เมอน ามาใชกบเครองมอแพทยประเภท

เอนโดสโคป

10. จงยกตวอยางของอปกรณหรอเครองมอ ทมเสนใยแกวเปนสวนประกอบในการใช

งาน

11. ในระบบเครองเสยงปจจบนบางรน บางยหอ มการน าเสนใยแกว มาประยกตใชใน

การเชอมตอสญญาณ ลองอธบายดวาเสนใยแกวนาจะมบทบาทในสวนใดของ

ระบบเครองเสยงบาง

12. จงเปรยบเทยบขอแตกตางในการสอสารดวยดาวเทยมกบระบบเสนใยแกว

13. คาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกว มผลอยางไรตอระยะหางระหวางสถาน ใน

ระบบสอสารดวยแสง

14. เสนใยแกวมขอดในการใชงานอยางไรบาง เมอเปรยบเทยบกบสายสงสญญาณ ท

เปนสายเคเบลโคแอกเชยล

15. ระบบ FTTH คออะไร

16. ทานคดวาระบบสอสารทมประสทธภาพสง สามารถครอบคลมพนทไดทวโลก ควร

มลกษณะอยางไร

บทท 1


30

เอกสารอางอง

[1] A. G. Bell, “Selenium and the photophone”, The Electrician, pp.214-221, 1880.

[2] W. S. Huxford and J. R. Platt, “Survey of Near Infra-Red Communication

Systems”, J. Opt. Soc. Am., vol. 38, pp. 253-268, 1948.

[3] N. C. Beese, “Light sources for optical communication”, Infrared Phys., vol. 1,

pp. 5-16, 1961.

[4] K. C. Kao and G. A. Hockham, “Dielectric fiber surface waveguides for optical

Frequencies,” Proc. IEE, vol. 113, no. 7, pp. 1151-1158, 1966.

[5] A. Werts, “Propagation de la lumiere coherente dans les fibers optiques,” L’Onde

Electrique, vol. 46, pp. 967-980, 1966.

[6] R. L. Hartman, J. C. Dyment, C. J. Hwang and H. Kuhn, “Continuous operation of

GaAs-GaxAll1-xAs, double heterostructure lasers with 30oC half lives exceeding

1000 h”, Appl. Phys. Lett. Vol. 23, no. 4, pp. 181-183, 1973.

[7] A. R. Goodwin, J. F. Peters, M. Pion, and W. O. Bourne, “GaAs lasers with

consistently low degradation rates at room temperature”, Appl. Phys. Lett., vol.

30, no. 2, pp. 110-113, 1977.

[8] P. J. Bennett, T. M. Monro, and D. J. Richardson, “Toward practical holey fiber

technology: fabrication, splicing, modeling, and characterisation”, Opt. Lett., Vol.

24, No. 17, pp. 1203-1205, Sep 1999.

[9] Laser Focus World Magazine, vol. 34, no. 11, pp. 55-57, Nov 1998. [10] Laser Focus World Magazine, vol. 35, no. 1, p. 18, Jan 1999. [11] Laser Focus World Magazine, vol. 34, no. 11, p. 18, Nov 1998. [12] J. M. Senior, Optical Fiber Communications Principles and Practice, 2

nd edition,

Prentice Hall, 1992.

[13] รปแบบและแนวทางการจดใหมบรการโทรคมนาคมพนฐานโดยทวถง, ส านกงานคณะกรรมการกจการ

กระจายเสยง กจการโทรทศน และกจการโทรคมนาคมแหงชาต (กสทช), พ.ศ. 2555

แสงกบเสนใยแกว


31

บทท 2


บทท 2


32

2.1 ฟสกสของแสง ในการทจะเขาใจหลกการทางานของเสนใยแกวเปนอยางด จาเปนอยางยงทจะตองมความเขาใจทฤษฎทางฟสกสของแสงพอสมควร ในหวขอนจะกลาวถงทฤษฎทางแสงทสาคญ ซงถอเปนความรพนฐานเบองตนในการทาความเขาใจกบเทคโนโลยของเสนใยแกว แสงสามารถแสดงคณสมบตทางฟสกสได 2 ลกษณะ คอในลกษณะของ อนภาค (particle) และ คลนแมเหลกไฟฟา (electromagnetic wave) ในการอธบายปรากฏการณทางแสงบางอยาง เชน การเกดการกระเจง (scattering) ของแสง และการสญเสยสญญาณแสง (attenuation หรอ loss) ในตวกลาง เปนตน อาจใชคณสมบตอยางใดอยางหนงมาอธบายกถอวาเพยงพอแลว แตบางครงกจาเปนตองอาศยคณสมบตทงสองของแสงมาอธบายรวมกน อนภาคของแสงมชอเรยกวา โฟตอน (photon) จะมความหมายแตกตางจากนยามของอนภาคทวไปทเราเขาใจกนอยบาง โดยอนภาคของแสงจะมความสมพนธกบพลงงานของแสงทเปลงออกหรอถกดดกลนในรปของพลงงาน ควอนตม (quantum) ซงมคาขนอยกบความถของคลนแสง ในอะตอมของสารหรอวสดทสามารถเปลงแสงได อเลกตรอนของมนจะเรยงตวกนเปนวงรอบนวเครยสตามระดบชนพลงงานทแตกตางกน เชนเดยวกบโครงสรางอะตอมของสสารทวไป เมออะตอมไดรบการกระตนจากพลงงานภายนอก อเลกตรอนของมนจะไดรบการถายทอดพลงงานเขามาส จนสามารถเปลยนตาแหนงไปอยในระดบชนพลงงานอนได แตเนองจากอเลกตรอนไมสามารถคงอยในระดบชนพลงงานทแตกตางไปจากทเคยอยได จงตองหาทางคายพลงงานสวนเกนออกเพอทาใหตวเองกลบมาอยทระดบชนพลงงานเดม พลงงานทคายออกจะอยในรปของโฟตอนซงสามารถเปลงเปนแสงออกมา ขนาดของพลงงานทคายออกมคาขนอยกบคาความแตกตางของระดบชนพลงงานในสาร (ซงมคาไมเทากนในสารตางชนดกน) อกทงยงเปนตวกาหนดสของแสงทปรากฏ หรอกลาวอกนยหนง เปนตวกาหนดความถของคลนแสง (optical frequency) และความยาวคลนแสง (wavelength) ตามความสมพนธของสมการ

λchhfE ==∆ (2.1)



33

โดยท cf =λ เมอ ∆E เปนขนาดของพลงงานทแตกตางกนในระดบชนพลงงาน (พลงงานของโฟตอน) h เปนคาคงทของแพลงค (Plank's constant) มคาเทากบ 6.625x10-34 จล

(Joule) c เปนความเรวแสงในอากาศหรอสญญากาศ มคาเทากบ 3x108 เมตรตอวนาท

(m/s) f เปนความถของคลนแสงทเปลงออกมา มหนวยเปนเฮรตซ (Hz) λ เปนความยาวคลนของคลนแสง มหนวยเปนเมตร (m)

รปท 2.1 สเปกตรมของคลนแมเหลกไฟฟารวมทงคลนแสง โฟตอนทเปลงออกมาในรปของแสงมทงสวนทตาของมนษยมองเหนและมองไมเหน ในสวนทตาของเรามองเหน จะมสแตกตางกนตามคาของความถหรอความยาวคลนของแสงทเปลงออก ดงแสดงไวในตารางท 2.1 เนองจากพลงงานของโฟตอนมความสมพนธกบคาของความถแสง ดงสมการท (2.1) แสดงวาจะตองมเรองของคลน

ความถ 1 KHz 1 MHz 1 GHz 1 THz 1000THz 1018Hz 1021Hz ความยาวคลน 1 km 1 m 1 mm 1 µm 1 nm 1 A°

100 THz แสงยานทตามองเหน 1000 THz infrared

1550 nm 850 nm 400 nm 1300 nm

ยานแสงสาหรบเสนใยแกว

ultraviolet

sonic ultrasonic

AM Broadcast Shortwave radio

FM Radio/TV

radar infrared

visible light ultraviolet

X-ray

Gamma rays

Cosmic rays

บทท 2


34

เขามาเกยวของดวย ดวยเหตน จงถอเปนเหตผลเบองตนทสามารถอธบายไดวา แสงมคณสมบตของอนภาคและคลนในขณะเวลาเดยวกน อยางไรกตาม คณสมบตความเปนคลนแมเหลกไฟฟาของแสง จะมความสมพนธกบทฤษฎการทางานของเสนใยแกวมากกวา ดงนน เนอหาโดยทวไปจะเนนหนกไปทเรองของคลนแมเหลกไฟฟาของแสงเปนสวนใหญ

ตารางท 2.1 ความยาวคลนและความถของแสงในยานทตาคนเรามองเหนได [1]

สของแสง ความยาวคลน (นาโนเมตร) ความถ (เทอราเฮรตซ) มวง นาเงน เขยว เหลอง สม แดง

390-455 nm 455-492 nm 492-577 nm 577-597 nm 597-622 nm 622-780 nm

769-659 THz 659-610 THz 610-520 THz 520-503 THz 503-482 THz 482-384 THz

หมายเหต: 1 THz (terahertz) = 1012 Hz, 1 nm (nanometer) = 10-9 m 2.1.1 สญลกษณการเดนทางของคลนแสง แสงเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมการสนของขนาดคลนหรอการเปลยนแปลงของแอมปลจด (amplitude) ในทศทางทตงฉากกบทศทางการเดนทางของคลนแสง ซงเปนลกษณะของ คลนตามขวาง (transverse waves) ดงแสดงในรปท 2.2 ในสวนของแนวคลน ทมเฟสตรงกนตลอดเรยกวา หนาคลน (wave front) ซงอาจมรปทรงในลกษณะตางๆ ขนอยกบรปรางของแหลงกาเนดแสง และระยะทหางออกมาจากแหลงกาเนดแสง หากตาแนงของคลนตรงจดทถกสงเกต มระยะหางจากแหลงกาเนดแสงมากๆ หรอคาความยาวคลนมขนาดเลกกวาวตถในกรอบอางองมากๆ เราจะถอวาหนาคลนมลกษณะเปนแนวเสนตรงและจะเรยกคลนชนดนวา คลนระนาบ (plane wave) ทศทางการเดนทางของคลนแสงจะแสดงดวยสญลกษณลกศรชไปยงทศทางทคลนเคลอนทไปเรยกวา แนวรงสการเดนทางของแสง (ray of light) ดงแสดงดวยเสนตรงทมหวลกศรทบในรปท 2.2 โดยปกตเสนแนวรงสจะตองตงฉากกบหนาคลน



35

เสมอ ดงนนเวลาแสดงลกษณะการเดนทางของคลน จงมกนยมแทนดวยเสนแนวรงสแตเพยงอยางเดยว โดยละเสนทแสงหนาคลนไว เสนแนวรงสของแสงนมประโยชนมากในการแสดงคณสมบตและทศทางของคลนแสงทเดนทางในตวกลางตาง ๆ รปท 2.2 ลกษณะของคลนตามขวาง ทระยะหางไกลออกจากแหลงกาเนดแสงมาก ๆ เมอ เทยบกบความยาวคลน หนาคลนจะเสมอนเปนคลนระนาบ (plane waves) (รปซายมอ)

2.1.2 โพลาไรเซชนของแสง คณสมบตทสาคญประการหนงของแสงทเกยวกบคลนแมเหลกไฟฟา เรยกวา โพลาไรเซชน (Polarization) ซงถกกาหนดโดยระนาบของสนามแมเหลกไฟฟาของคลนแสงเอง การทแสงมคณสมบตเปนคลนแมเหลกไฟฟา กเพราะเมอแสงเดนทางเคลอนทจะเกดการออสซลเลต (oscillate) หรอ การสนของสนามไฟฟา (electric filed) และสนามแมเหลก (magnetic filed) ในทศทางทตงฉากซงกนและกนเสมอ อกทงแนวการสนของสนามไฟฟาหรอเวกเตอร E และแนวการสนของสนามแมเหลกหรอเวกเตอร H ทงสองลวนตงฉากกบทศทางการเคลอนทของคลนอกดวย ดงแสดงในรปท 2.3 ทมลกศรเปนสญญลกษณแสดงแอมปรจดของสนามแมเหลกไฟฟาในทศทางของสนามเวกเตอรทเกยวของ โดยทศทางของเวกเตอร E ทแสดงการออสซลเลตของ

แหลงกาเนดแสง

คลนแสงทเดนทาง

หนาคลน (สนคลน) หนาคลน (ทองคลน) (โคงไมเปนระนาบ)

แนวการเคลอนท ของคลน

หนาคลนระนาบ (เมออยหางออกไปมากๆ)

บทท 2


36

สนามไฟฟาของคลนแสง จะเปนตวกาหนดแนวโพลาไรเซชนของแสง รปท 2.3 สนามแมเหลกไฟฟาของคลนแสง โดยมสนามไฟฟาแสดงโพลาไรเซชนของแสง

รปท 2.4 แสงโพลาไรซและแสงไมโพลาไรซทแสดงดวยเวกเตอรสนามไฟฟา (E)

การออสซลเลตของสนามไฟฟาหรอเวกเตอร E ทแสดงในรปท 2.3 เปนตวอยางทเกดขนในแนวดง หากทศทางของเวกเตอร E อยในแนวทางทแนนอน

E

H

เวกเตอร E ตงฉากกบทศทางการเคลอนท

เวกเตอร H ตงฉากกบทศทางการเคลอนท

เวกเตอร E กบ H ตงฉากซงกนและกน

E .ในแนวดง Ey

Ex

E .มหลายแนวรวมกน

(ก) โพลาไรซเชงเสนแนวเดยว

(ข) โพลาไรซเชงเสนหลายแนวรวมกน

(ค) แสงทประกอบดวยโพลาไรซเชงเสนสองแนวท

มผลตางเฟสไมคงท

ระนาบของสนามไฟฟา เปนแผนเรยบบนระนาบเดยวกบหนากระดาษน



37

ตลอดเวลาทคลนแสงเคลอนท จะเรยกลกษณะของแสงเชนนวามคณสมบตของ โพลาไรซเชงเสน (linearly polarized) หากแสงมโพลาไรซเชงเสนเพยงแนวเดยว ดงทแสดงในรปท 2.4(ก) จะถอวาแสงนนมคณสมบตเปน แสงโพลาไรซ (polarized light) สาหรบ แสงไมโพลาไรซ (unpolarized light) จะมอย 2 ลกษณะใหญ ๆ ลกษณะแรก หมายถง แสงทประกอบดวยโพลาไรซเชงเสนหลายแนวรวมกน ดงแสดงในรปท 2.3(ข) กบอกลกษณะหนงทแสดงในรปท 2.3(ค) หมายถงแสงทประกอบดวยโพลาไรซเชงเสนสองแนว หรอกลาวในเทอมของเวกเตอรยอย Ex ของสนามไฟฟาในแนวแกน x และเวกเตอรยอย Ey ในแนวแกน y โดยทคาผลตางของเฟสของคลนแสง (∆φ) ในแนวแกน x และแนวแกน y มคาไมคงท (ก) (ข)

รปท 2.5 แสงโพลาไรซแบบวงกลม เมอยอนกลบมาพจารณาแสงโพลาไรซ ซงเปนแสงทมโพลาไรซเชงเสนเพยง

แนวเดยว อาจหมายถงคลนแสงทประกอบดวยโพลาไรซเชงเสนยอยสองแนวเหมอนดงรปท 2.3(ค) กได โดยทคาความแตกตางของเฟสในแนวยอย (∆φ) มคาเปนศนย หรอ ∆φ = 0, π, 2π, 3π, …. , หรอ mπ เมอ m เปนเลขจานวนนบ (เชน m =1, 2, 3,…) ซงในกรณน ยงคงถอวาเปนแสงโพลาไรซแบบเชงเสน (linearly polarized light) อย เพราะเวกเตอรรวมของ E ยงคงมลกษณะอยในแนวเดยว แตถาหากวาคาความ

แตกตางของเฟสมคาเปน ∆φ = 2π ,

23π , … ,หรอ

2)12( π−m โดยทแอมปลจดของ

คลนแสงในแนวแกน x หรอ Ax มคาเทากบแอมปลจดของคลนแสงในแนวแกน y หรอ Ay แลว ระนาบของสนามไฟฟา (เวกเตอร E) จะไมคงทอยในระนาบเดม

E

ระนามสนามไฟฟาเปลยนแปลงเปนวงกลม เมอแสงเคลอนท

บทท 2


38

ตลอดไป แตจะเปลยนไปเรอยๆ คลายกบรบบนมวนไปมา ดงรปท 2.5(ข) ซงเมอพจารณาทศทางของเวกเตอร E จะพบวามลกษณะเปลยนแปลงอยตลอดเวลาในลกษณะของวงกลม ดงรปท 2.5(ก) แสงทมคณสมบตเชนนเรยกวาเปน แสงโพลาไรซแบบวงกลม (circularly polarized light)

ในทานองเดยวกน หาก Ax ≠ Ay โดยท ∆φ = 2

)12( π−m ยงคงมคาเชนเดม

การเปลยนแปลงทศทางของเวกเตอร E จะมลกษณะเปนวงร ซงแสงทมคณสมบตแบบนจะเรยกวาเปน แสงโพลาไรซแบบวงร (elliptically polarized light) อยางไรกตาม การแสดงลกษณะไพลาไรเซชนของแสง สามารถกระทาในรปของคณตศาสตรดวย เมตรกของโจนส (Jones’ Matrix) ซงเสนอโดย คลากโจนส [2] ในป พ.ศ. 2484 (ค.ศ. 1941) โดยรายละเอยดเพมเตมสามารถหาอานไดจากเอกสารอางอง [3] และ [4] หรอจากตาราทเกยวของกบฟสกสของแสงทวไป

(ก)

(ข) รปท 2.6 คณสมบตของแผนโพลารอยดในการ (ก) ทาแสงไมโพลาไรซใหเปนแสงโพลาไรซ

และ (ข) กรองแสงใหมคาความเขมแสงลดลง เมอแกนโพลารอยดเปลยนแปลงไป

แสงเขา เปนแสงไมโพลาไรซ แสงออกเปนแสงโพลาไรซ

ตวโพลาไรซ (แผนโพลารอยด)

ตววเคราะห (แผนโพลารอยด)

แสงเขา แสงออกมคาความเขมแสงลดลง

θ ตววเคราะหถกหมนแกนไป



39

แสงทเกดจากแหลงกาเนดแสงธรรมดาทวไป รวมทงแสงอาทตย ถอเปนแสงไมโพลาไรซ เนองจากมแนวของเวกเตอร E หรอสนามไฟฟาหลายรปแบบรวมกน แสงไมโพลาไรซนสามารถทาใหเปนแสงโพลาไรซได โดยการใหแสงเดนทางผานตวโพลาไรซ (polarizer) หรอแผนโพลารอยด (Polaroid) ซงจะมแนวแกนพเศษแสดงดวยเสนตรงยอยๆ ในแนวตง ดงแสดงในรปท 2.6(ก) แสงทมแนวของโพลาไรเซชนหรอเวกเตอรสนามไฟฟา E ไมขนานกบแนวแกนของแผนโพลารอยด จะถกกนไมใหเดนทางผานออกไปได จงมเฉพาะแสงทมเวกเตอรสนามไฟฟา E ในแนวแกนของโพลารอยดเทานนทผานออกไปได สงผลทาใหไดแสงโพลาไรซออกมา

อยางไรกตาม การปดกนแสงในแนวโพลาไรเซชนอนดวยแผนโพลารอยดไมสามารถกระทาไดอยางสมบรณ ยอนกลบไปพจารณารปท 2.6(ก) ตวโพลาไรซ เปนตวกรองแสงทาใหเกดแสงโพลาไรซออกมา แตในขณะเดยวกนกยงมแสงอนเลดลอดออกมาดวย แตกถอวามคาความเขมแสงไมมาก ทนลองพจารณารปท 2.6(ข) เมอคานงเฉพาะแสงโพราไรซแนวตง ทเดนทางผานแผนโพลารอยดอกแผนหนง ทถกหมนใหมแนวแกนของแผนโพลารอยดแตกตางออกไปจากแนวของแสงโพลาไรซเปนมม θ ซงในการใชงานแบบนจะเรยกแผนโพลารอยดวาตววเคราะห (analyser) แสงทออกมาจากตววเคราะหยงคงเปนแสงโพลาไรซในแนวตงดงเดม แตจะมคาความเขมแสงขาออกลดลง โดยคาความเขมแสงนจะเปลยนแปลงไปตาม กฎของมาลส (Malus’ law) ดงสมการ [5] I = I0cos2θ (2.2) เมอ I เปนความเขมแสงทออกจากตววเคราะห

I0 เปนความเขมแสงขาเขาของแสงโพลาไรซเชงเสนแบบระนาบ และ θ เปนคามมทเกดจากแนวแกนของแผนโพลารอยด กบทศทางโพลาไรซของแสงขาเขา

ในบางครงแสงอาจมคณสมบตผสมระหวางแสงโพลาไรซและแสงไมโพลาไรซ

รวมกน ลกษณะเชนนจะเรยกเปนแสงโพลาไรซบางสวน (partially polarized light) โดยเปอรเซนตของความเปนแสงโพลาไรซ (P) หาไดจากสมการ

บทท 2


40

% 100minmax

minmax ×+−

=IIIIP (2.3)

โดยท Imax เปนคาความเขมแสงสงสดหลงจากผานแผนโพลารอยด

Imin เปนคาความเขมแสงตาสดทออกจากแผนโพลารอยด ซงทงคาของ Imax และ Imin สามารถหาไดโดยการหมนแผนโพลารอยดเปนคามมตางๆ

จากรปท 2.6(ข) หากแสงทเดนทางกอนผานตววเคราะห มลกษณะเปนแสงโพลาไรซเชงเสน เมอปรบตววเคราะหใหมแกนขนานกบแนวโพลาไรซของแสงจะไดความเขมแสงขาออกสงสดเปน Imax และเมอปรบตววเคราะหใหมแกนตงฉากกบแนวโพลาไรซของแสง จะไมมแสงออกมาเลยหรอ Imin = 0 เมอแทนคาลงไปในสมการท (2.3) จะไดเปอรเซนตของความเปนแสงโพลาไรซ P = 100% สาหรบแสงโพลาไรซเชงเสน

ตวอยางท 2.1 ทาไมเวลาทเราใสแวนกนแดดธรรมดา แลวมองผานผวนาลงไปดวยมมเฉยงกบดวงอาทตย จะเหนแสงสะทอนมากมายจนไมสามารถมองเหนวตถใตนาได และควรแกไขอยางไร อธบาย เนองจากแสงอาทตยเปนแสงไมโพลาไรซ คลนแสงทกแนวทมโพลาไรเซชน (แนวเวกเตอร E) ตางกนจงสะทอนมาเขาตาเราไดทงหมด ทาใหเหนภาพสะทอนของดวงอาทตยทผวนาไดงาย จงไมสามารถมองเหนวตถใตนาไดชดเจน หากทาการเปลยนแวนกนแดดธรรมดาเปนแวนชนดโพลารอยด จะชวยกนแสงทมโพลาไรเซซนในแนวอนออกไปหมดเหลอเฉพาะแสงโพลาไรซเทานน จงสามารถมองเหนวตถใตนาไดดยงขน 2.1.3 กฎพนฐานกบคณสมบตของแสง เมอแสงเดนทางผานเขาไปในตวกลางทเปนอากาศหรอสญญากาศ ความเรวของแสงจะมคงทประมาณ 3x108 เมตรตอวนาท (m/s) แตถาตวกลางของแสงเปลยนไป แสงทเดนทางผานไปในตวกลางอนจะมคาความเรวลดลง เนองมาจากคณสมบตของตวกลางนน ททาหนาทเสมอนเปนตวตอตานความเรว โดยทอตราสวนระหวางความเรวปกตของแสงในอากาศ (หรอสญญากาศ) กบความเรวของแสงในตวกลางอน เปนคาพารามเตอรทบอกใหทราบถงความสามารถของตวกลางนน ททา



41

ใหแสงมขนาดความเรวลดลง พารามเตอรน เรยกวา ดรรชนหกเหของแสง (refractive index of light) ในตวกลาง ซงมกแทนดวยสญลกษณ n ตามสมการ

vcn = (2.4)

เมอ v เปนขนาดความเรวของแสงในตวกลาง และ c เปนความเรวแสงในอากาศ เนองจากแสงเดนทางในตวกลางอากาศไดเรวทสด ขนาดของความเรวแสงในตวกลางอน จงมคานอยกวาหรอเทากบความเรวแสงในอากาศ(หรอสญญากาศ)เสมอ (v ≤ c) ดงนน ดรรชนหกเหของแสงในตวกลางใดๆ (n) จงตองมคามากกวาหรอเทากบ 1 เสมอ ( n ≥ 1 โดยทดรรชนหกเหของแสงในอากาศมคาเทากบหนง) ตวกลางหรอวตถทมคาดรรชนหกเหมากๆ แสดงวา ความเรวของแสงในตวกลางนน จะมคานอยกวาความเรวแสงในสญญากาศมาก ตวอยางของคาดรรชนหกเหของนา แกว และเพชร ไดแก 1.33 1.50 และ 2.42 ตามลาดบ ตวอยางท 2.2 จงคานวณหาคาดรรชนหกเหของแสงในตวกลางโปรงแสง เมอแสงทเดนทางผานไปในตวกลางนน มความเรวเทากบ 2.43 x 108 เมตร/วนาท วธทา จากสมการของดรรชนหกเหของแสง

vcn =

แทนคา c = 3x108 m/s และ v = 2.43 x 108 m/s ลงในสมการ

ดงนน คาดรรชนหกเหของแสงในตวกลาง : 8

8

1043.2103×

×=n = 1.235 ตอบ

คณสมบตเบองตนทสาคญของแสงและเกยวของกบการวเคราะหทฤษฎของเสนใยแกวไดแก คณสมบตการสะทอน (reflection) และ คณสมบตการหกเห (refraction) ดงนนเนอหาในตอนน จะกลาวถงคณสมบตดงกลาวเทานน

ตวกลาง n = 1.304 v = 2.43 x 108

อากาศ n =1 c = 3x108 m/s

อากาศ n =1 c = 3x108 m/s

บทท 2


42

เมอแสงเดนทางจากตวกลาง(โปรงแสง)หนงไปยงอกตวกลางหนงทมคาดรรชนหกเหแตกตางกน แสงสวนหนงจะสะทอน (reflect) จากผวรอยตอระหวางตวกลางทงสองกลบมายงตวกลางเดม ในขณะทแสงอกสวนหนงจะพงผานเขาไปในตวกลางทสอง และเกดการหกเห (refract) ทาใหทศทางหรอแนวการเดนทางเปลยนแปลงไปจากเดม ลาแสงสวนแรกทกลาวถงเรยกวา ลาแสงสะทอน หรอ รงสสะทอน (reflected ray) และแสงสวนหลงเรยกวา รงสหกเห (refracted ray) หากเราจนตนาการลากเสนสมมตเชอมตอตวกลางทงสอง โดยกาหนดใหทามมตงฉากกบเสน หรอระนาบรอยตอระหวางตวกลาง และลากผานตาแหนงทแสงตกกระทบตรงบรเวณรอยตอระหวางตวกลาง เสนสมมตนจะใชในการอางองเพอการคานวณ และจะมชอเรยกวา เสนตงฉาก (normal line) (ตารารนเกาจะเรยกวา เสนปรกต ซงถอวาสอความหมายไมถกตองนก) โดยมมทเกดจากเสนตงฉากกระทากบรงสตกกระทบเรยกวา มมตกกระทบ (incident angle) ในทานองเดยวกนมมทเกดจากเสนตงฉากกระทากบรงสสะทอนและรงสหกเห เราจะเรยกวา มมสะทอน (reflected angle) และ มมหกเห (refracted angle) ตามลาดบ

รปท 2.7 การเกดรงสสะทอนและรงสหกเหจากรงสตกกระทบ จากกฎการสะทอนของแสง เราทราบวา มมตกกระทบตองเทากบมมสะทอน นนคอ จากรปท 2.7 จะไดมมตกระทบ φ1 = มมสะทอน φ1 ในขณะทมมหกเหม

φ1

φ2

θ1

θ2

ตวกลางท 2 ดรรชนหกเห = n2

ตวกลางท 1 ดรรชนหกเห = n1

แนวรอยตอระหวางตวกลาง

เสนตงฉาก รงสตกกระทบ รงสสะทอน

มมตกกระทบ φ1

มมสะทอน

มมหกเห

n1 < n2



43

ความสมพนธกบมมตกกระทบตาม กฎของสเนลส (Snell’s law) ดงน [6]

2211 sinsin φφ nn = (2.5) เมอ n1 เปนคาดรรชนหกเหของตวกลางท 1 และ n2 เปนคาดรรชนหกเหของตวกลางท 2 สมการท (2.5) สามารถแสดงในรปตรโกณมตของโคซายนได โดยทยงคงคณสมบตตามกฎของสเนลสไวทกประการคอ

2211 coscos θθ nn = (2.6) เมอ θ1และ θ2 เปนคาของมมตกกระทบและมมหกเห ทเกดจากรงสตกกระทบและรงสหกเหกระทากบแนวรอยตอระหวางสองตวกลางตามลาดบ

จากกฎของสเนลส หากดรรชนหกเหของตวกลางท 1 มคามากกวาดรรชนหกเหของตวกลางท 2 (n1>n2) มมหกเหจะกวางกวามมตกกระทบ นนคอ รงสหกเหจะเปลยนแนวการเดนทางออกจากแนวของรงสตกกระทบ ในลกษณะทเบนหางออกจากเสนตงฉาก ดงรปท 2.8 (ก) ในทางทานองกลบกน หากดรรชนหกเหของตวกลางท 1 มคานอยกวาดรรชนหกเหของตวกลางท 2 (n1<n2) รงสหกเหจะเบนเขาหาเสนตงฉากดงรปท 2.7 (ก) θ1 > θc (ข) θ1 = θc (ค) θ1 < θc

รปท 2.8 การเกดมมวกฤตระหวางสองตวกลางเมอ n1>n2

ในการเดนทางของแสงจากตวกลางทมคาดรรชนหกเหมากกวา ไปยงตวกลางทมคาดรรชนหกเหนอยกวา (n1>n2) ดงแสดงในรปท 2.8 ทศทางของรงสหกเหจะถกกาหนดโดยคาของมมตกระทบตามกฎของสเนลส จากรปท 2.8(ก) จะเหนวา หากคา

n1

n2

n1 n1

n2 n2

θ1

θ2

θ1 θ1

θ2 = 0

บทท 2


44

ของมมตกกระทบ θ1 มคาลดลงเรอยๆ รงสหกเหจะเบยงเบนออกจากแนวทางเดมเขาหาแนวระนาบหรอเสนรอยตอระหวางตวกลางมากขน เมอ θ1 มคาลดลงถงคาคาหนงซงเทากบ θc รงสหกเหจะเคลอนทไปในแนวของระนาบรอยตอระหวางตวกลางดงรปท 2.8(ข) เหตการณเชนน ถอเปนจดเรมตนของปรากฏการณสะทอนกลบหมด หรอ TIR (Total Internal Reflection) คอถอวาไมมแสงเดนทางผานเขาไปในตวกลางทสองเลย โดยทมม θc กาหนดนยามวาเปน มมวกฤต (critical angle) ดงนน หากคาของมม θ1 มคานอยกวาคาของมมวกฤต (θ1<θc ) แสงจะเกดการสะทอนกลบเขาไปในตวกลางเดมแตเพยงอยางเดยว โดยจะไมเกดการหกเหเลย ตวอยางท 2.3 จงแสดงคาของมมวกฤต θc หากดรรชนหกเหของตวกลางทงสองในรปท 2.4(ข) มคาดงน n1 = 1.479 และ n2 = 1.357 วธทา จากกฎของสเนลส : 2211 coscos θθ nn =

ในกรณน θ1 = θc และ θ2 = 0 แทนคา : 221 )0cos(cos nnn o

c ==θ

∴ 1

2cosnn

c =θ

หรอ

= −

1

21cosnn

cθ

แทนคา n1=1.479 และ n2=1.357

ได 409.0479.1357.1cos 1 =

= −

cθ เรเดยน

หรอ θc = 23.44 องศา ตอบ

จากตวอยางท 2.3 เราสามารถแสดงคาความสมพนธระหวางคาของมมวกฤต θc กบคาดรรชนหกเหของแสงในตวกลาง เมอแสงเดนทางจากตวกลางทมคาดรรชนหกเห n1 (ซงมคามากกวา) ไปยงตวกลางทมคาดรรชนหกเห n2 (ซงมคานอยกวา) ไดดงน

= −

1

21cosnn

cθ (2.7)



45

2.2 เสนใยแกวและพารามเตอรเบองตนทสาคญ ในตอนนจะขอทบทวนนยามของเสนใยแกวทไดกลาวไวบางแลวบทท 1 โดยจะ

เพมรายละเอยดเกยวกบพารามเตอรทสาคญลงไป นยามของเสนใยแกว หมายถง ทอนาสญญาณแสงทมขนาดเลกตนทรงกระบอกคลายเสนเอน ทาจากวสดโปรงแสง (เชนแกวหรอพลาสตกใส) เสนใยแกวมคณสมบตทสาคญคอมคาการลดทอนสญญาณตา (low attenuation) จงมความสามารถในการนาสญญาณแสงไดดมาก การทเสนใยแกวมคาการลดทอนสญญาณตาเกดจากสาเหตหลกสองประการคอ

• เสนใยแกวทาจากวสดโปรงแสงทมความบรสทธของเนอสารสง และ

• โครงสรางหลกของเสนใยแกวทประกอบดวยสวนของแกนหรอคอร (core) เปนแทงกลมอยในแนวกงกลางของเสนใย และถกลอมรอบดวยสวนของเปลอกหมแกนหรอแคลดดง (Cladding) โดยทคาดรรชนหกเหของคอร (ตอไปนสมมตใหมคาเทากบ n1 เวนแตมการระบเปนอน) มกมคาสงกวาของแคลดดง (ตอไปนสมมตใหมคาเทากบ n2 เวนแตมการระบเปนอน) เลกนอย ซงการท n1 > n2 ถอเปนเทคนคสาคญททาใหเกดปรากฏการณสะทอนกลบหมด หรอ TIR ทาใหแสงทเดนทางในเสนใยแกว ถกจากดใหอยเฉพาะในสวนทเปนคอรเทานน พลงงานแสงจงไมมการสญเสยออกไปในแคลดดงหรอออกนอกเสนใยแกว

ขนาดเสนผานศนยกลางของคอรจะมคาประมาณอยระหวาง 3 - 62.5 ไมครอน (ไมโครเมตร) และขนาดเสนผานศนยกลางของแคลดดง ทมกใชเปนตวกาหนดขนาดของเสนใยแกวทงเสนมคาประมาณ 80 - 400 ไมครอน ขนอยกบชนดของเสนใยแกว โดยทวไปเสนใยแกวทใชกนในระบบสอสารสวนใหญมกจะมขนาดมาตรฐานคอ 125 ไมครอน (0.125 มลลเมตร) ในการแสดงขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใยแกวจะแสดงขนาดของคอรและของแคลดดงไปพรอมกนเลย เชน 10/125 จะหมายถงเสนใยแกวทมเสนผานศนยกลางของคอรเทากบ 10 ไมครอน (ระบโดยตวเลขดานหนา) และขนาดเสนผานศนยกลางของแคลดดงเทากบ 125 ไมครอน (ระบโดยตวเลขดานหลง) โดยปรกตมกมการระบหนวยลงไปหลงตวเลข แตการทไมไดระบหนวยลงไปดงตวอยางน ถอเปนทเขาใจกนวาหมายถงหนวยของไมครอน ขอสงเกตกคอขนาดเสนผานศนยกลางของคอร มกมสวนชวยในการพจารณาชนดของเสนใยแกวไดดวย ยกตวอยาง

บทท 2


46

เชน เสนใยแกวชนดโหมดเดยว (single-mode fiber) จะมเสนผานศนยกลางของคอรเลก ประมาณ 3-10 ไมครอน ในขณะทเสนใยแกวชนดโหมดรวม (multimode fiber) จะมขนาดของคอรใหญกวา ประมาณ 15-65 ไมครอน เปนตน (รายละเอยดเกยวกบชนดของเสนใยแกว อยในบทท 3) ในการศกษาเกยวกบเสนใยแกวและการประยกตใชงาน จาเปนทจะตองทราบถงพารามเตอรพนฐานของเสนใยแกว เพอประโยชนในการออกแบบเสนใยแกวและระบบสอสารเชงแสงทใชเสนใยแกวเปนสายสงสญญาณ ซงพารามเตอรเบองตนทสาคญของเสนใยแกว พอสรปไดดงน

(1) คาดรรชนหกเหของสารทใชทาเสนใยแกว ในกรณของเสนใยแกวโดยทวไป คาดรรชนหกเหของคอร n1 จะมคาประมาณ

1.479 ซงถอเปนคาดรรชนหกเหของแกวบรสทธหรอซลกา (SiO2) ในขณะทคาดรรชนหกเหของแคลดดง n2 มกจะมคาตากวาอยเลกนอยคอมคาประมาณ 1.457 อนเปนผลมาจากการเจอหรอโดป (doped) สารอนปนเขาไปในเนอแกวบรสทธ ในขณะทเสนใยแกวบางชนด อาจใชเนอแกวบรสทธเปนแคลดดง แลวทาการเตมสารเจอ (doped) เขาไปในสวนของแกวทเปนคอร เพอทาใหไดวสดทมคาดรรชนหกเหเพมขน การทคาดรรชนหกเหของคอรและแคลดดงเปนไปในลกษณะเชนน กเพอตองการใหเกดปรากฏการณสะทอนกลบหมด (TIR) ของแสงในเสนใยแกว นอกจากน ยงชวงกาหนดมมในการรบแสงเขาสเสนใยแกวซงมรายละเอยดในขอถดไปอกดวย

(2) Numerical Aperture (NA) (ก) ขวดนา (ข) เสนใยแกว

รปท 2.9 ภาพเปรยบเทยบแสดงลกษณะความหมายของ Numerical Aperture

เทนาใสลงไป ในขวดผานกรวย

สงแสงเขา เสนใยแกว

คอร แคลดดง



47

รปท 2.10 มมสงสด φm ทรองรบแสงสาหรบการเดนทางตลอดความยาวเสนใยแกว คาของนวเมอรคอลอะเพอเจอร (Numerical Aperture) หรอ NA เปน

พารามเตอรทบอกขอบเขตหรออาณาบรเวณทปลายเสนใยแกว สาหรบรบแสงเขาไปในเสนใยแกวหรอปลอยแสงออกมาจากเสนใยแกว ทงนใหลองจนตนาการเปรยบเทยบตอนปลายเสนใยแกวเสมอนเปนปากขวดใสนาทมกรวยสอดอยดงรปท 2.9 เมอตองการกรอกนาใสขวด จะตองควบคมใหนาเขาไปในกรวยเทานน หากนาทเทลงไปอยในทศทางหรอมมทกรวยรบไมได นานนกไมสามารถจะไหลเขาขวดได ในทานองเดยวกนลาแสงทสงเขาไปในเสนใยแกวแลวสามารถเดนทางอยในคอรตลอดระยะทาง จะตองทามมกบปลายเสนใยแกวใหอยภายในขอบเขตของกรวยเสมอนดงรปท 2.9(ข) หากแสงทสงเขาไปในเสนใยแกวทามมมากกวาความกวางของปากกรวย ดงเชนแสงในแนว C ในรปท 2.10 แสงอาจเดนทางเขาไปในสวนของคอรของเสนใยแกวได แตเมอแสงไปกระทบรอยตอระหวางคอรกบแคลดดง แสงบางสวนจะทะลออกไปในสวนของแคลดดง และเมอแสงกระทบรอยตอระหวางคอรและแคลดดงไปเรอย ๆ พลงงานกจะสญเสยเพมขนและหมดไปในทสดเพยงชวงระยะทางสน ๆ ของการเดนทางในเสนใยแกวเทานน ขนาดความกวางของปากกรวยสมมต กาหนดดวยคาของมม φm ททากบแกนกลางของเสนใยแกว ซงถอเปนคามมสงสดในการรบแสง (acceptance angle) เพอทาใหแสงเดนทางอยภายในคอรไดตลอดการเดนทางจากปลายดานหนงสปลายอก

A

φm

B

C

φC

φB คอร

แคลดดง

เสนใยแกว แนวกรวยเสมอน

บทท 2


48

ดานหนงของเสนใยแกว โดยไมมการสญเสยกาลงงานแสงเขาสแคลดดง ซงสมพนธกบคาของ NA ตามสมการ NA = sin(φm) เมอ φm เปนคามมสงสดของการรบแสง และเมอพจารณาปรากฏการณสะทอนกลบหมดของแสงในเสนใยแกวจากรปท 2.10 จะไดความสมพนธระหวางคา NA กบคาดรรชนหกเหของคอรและแคลดดง (รายละเอยดทางคณตศาสตรแสดงในหวขอ 4.3) ดงน

22

21)sin( nnNA m −== φ (2.8)

นอกจากน คาของ NA ยงสามารถแสดงไดในเทอมของ คาความแตกตาง

ระหวางคาดรรชนหกเหของคอรกบแคลดดง (refractive index difference) ซงคาความแตกตางนแทนดวยสญลกษณ ∆ และนยามใหมคาเปนดงสมการ [7]

21

22

21

2nnn −

=∆ (2.9)

โดยเมอทาการจดรปสมการท (2.8) ใหประกอบดวยเทอมของสมการท (2.9) จะได

∆= 21nNA (2.10) เสนใยแกวทมคาของ NA มาก จะมมมรองรบแสง (φm) กวาง หรอเสมอนกบมปากกรวยรบแสงกวาง ในขณะทเมอ NA มคานอย มมรองรบแสง (φm) ของเสนใยแกวกจะเลก หรอมปากกรวยรบแสงเลก ดงแสดงในรปท 2.11 (ก) เสนใยแกวทมคา NA นอย (ข) เสนใยแกวทมคา NA มาก

รปท 2.11 เสนใยแกวมมมรองรบแสงทตางกนขนอยกบคาของ NA



49

ขอสงเกตอกประการหนงกคอ การทเสนใยแกวมมมรองรบแสงไดมาก (NA มคามาก) ทาใหสามารถสงแสงเขาไปในเสนใยแกวไดมากกวาเสนใยแกวทมคา NA

นอยๆ ในทานองเดยวกน จานวนโหมดของแสง (ดบทท 3) ทเดนทางอยภายในเสนใยแกวกจะมจานวนมากกวาดวย ดงนน ในบางครงเราอาจบอกไดทนทวา เสนใยแกวมคา NA มากมกจะเปนชนดโหมดรวม (multimode fiber) ในขณะทเสนใยแกวทมคา NA นอยๆ มกจะเปนชนดโหมดเดยว (single-mode fiber) ตวอยางท 2.4 จงหาคาของความแตกตางของดรรชนหกเหระหวางคอรและแคลดดง ในตวอยางท 2.3

วธทา จากสมการ 21

22

2

21

nnn −

=∆

แทนคา n1 = 1.479 และ n2 = 1.357

จะได 079.0479.12

357.1479.12

22

=×−

=∆ ตอบ

หรอในบางครงมกจะแสดงคาในเทอมของเปอรเซนต คอ ∆ = 7.9% ตอบ (3) คาการลดทอนสญญาณ (attenuation หรอ loss)

คาการลดทอนสญญาณของแสงในเสนใยแกว (fiber attenuation หรอ fiber loss) หรอเรยกสนๆ วา การลดทอนสญญาณ เปนพารามเตอรทสาคญ ททาใหแสงทเดนทางในเสนใยแกวสญเสยกาลงงาน สงผลใหมคาความเขมแสงลดลงไปตามระยะทาง การทเสนใยแกวมคาการลดทอนสญญาณตาทาใหแสงสามารถเดนทางไปไดไกล โดยปรกตเสนใยแกวแตละชนดจะมคาการลดทอนสญญาณไมเทากน อกทงเสนใยแกวเสนเดยวกน กยงมคาการลดทอนสญญาณทไมเทากน เมอแสงทเดนทางในเสนใยแกวนนมคาความยาวคลนแตกตางกน สาหรบรายละเอยดเกยวกบการลดทอนสญญาณในเสนใยแกว จะกลาวถงอยางละเอยดในบทท 4

(4) ผลคณระหวางแบนดวดทกบระยะทาง (Bandwidth-Distance Product) ผลคณระหวางแบนดวดทกบระยะทางหรอ Bandwidth-Distance Product

เปนพารามเตอรทบอกใหทราบคาแบนดวดทสงสดหรอปรมาณขอมลมากสด ทสามารถสงเขาไปในเสนใยแกวเสนนนได โดยขอมลไมมการบกพรองสญหาย โดยปกต

บทท 2


50

เสนใยแกวทมระยะทางใกล จะรบสงขอมลทมปรมาณไดมากกวาเสนใยแกวชนดเดยวกนแตมระยะทางไกลออกไป ดงนน เพอมตองมากงวลเกยวกบระยะทางในแตละกรณทมการใชงานเสนใยแกว จงไดมการกาหนดพารามเตอรนขนมา เพอใชแสดงคาของแบนดวดทตอหนวยความยาว ตวอยางเชน เสนใยแกวเสนหนงมคา Bandwidth-Distance Product เทากบ 100 MHz-km หมายความวา หากใชเสนใยแกวชนดนเชอมตอระหวางสถานเปนระยะทาง 1 กโลเมตร (km) จะรบสงขอมลทมปรมาณไดสงสดไมเกน 100 MHz แตถาระยะหางระหวางสถานเปน 10 กโลเมตร จะรบสงขอมลทมปรมาณลดลงโดยสงสดไมเกน 10 MHz เปนตน จากตวอยางน สามารถสรางสมการเพอคานวณหาคาของแบนดวดทสงสด (B) ไดดงน B = BL/L (2.11) เมอ BL เปนคา Bandwidth-Distance Product และ L เปนระยะทางทใชขอมล ซงจากสมการน จะเหนวาหนวยของระยะทางจะถกตดออกไป เหลอเพยงแตหนวยของแบนดวดทเทานน สาหรบหนวยของ Bandwidth-Distance Product มกมหนวยเปน ความถ-ระยะทาง เมอคานงถงระบบแอนะลอก (analog) หรอ อตราการสงขอมล (bit rate) – ระยะทาง เมอคดในเทอมของระบบดจตอล 2.3 ชนดของเสนใยแกว การจาแนกเสนใยแกวเปนประเภทตางๆ สามารถกาหนดไดหลายรปแบบขนอยกบวาจะใชสงใดในการพจารณา โดยทวไปทนยมกนมกจะพจารณาถงสองสงคอ

• โครงสรางของเสนใยแกว • โหมดการเดนทางของแสงในเสนใยแกว สาหรบการแบงชนดของเสนใยแกวตามโหมดการเดนทางจะกลาวถงโดยละเอยดในหวขอท 2.7 ในหวขอน จะกลาวถงการจาแนกเสนใยแกวโดยคานงถงโครงสรางของเสนใยแกวเปนสาคญ ซงจะรวมไปถงการกาหนดคาดรรชนหกเหของคอรและแคลดดงในลกษณะตางๆ ทมผลทาใหเสนใยแกวมคณสมบตแตกตางกนออกไป ดงรายละเอยดตอไปน



51

2.3.1 เสนใยแกวชนดแกนสมมาตร (Axisymmetrical Optical Fiber)

เสนใยแกวทมกเหนใชงานกนอยทวไป มกมโครงสรางเปนแบบแกนสมมาตร (axisymmetry) กลาวคอ รปรางของกราฟทแสดงคาดรรชน (refractive index profile) ในทศทางทออกจากแกนกลางของเสนใยแกว (fiber axis) หรอจดศนยกลางของเสนใยแกวในแนวรศม (r) จะมลกษณะทสมมาตรกน ซงสามารถจาแนกยอยออกไปไดอก คอ (1) เสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซ (Stepped-Index Fiber) (ก) แบบธรรมดา (ข) แบบขนบนไดค (ค) แบบดบเบลย

รปท 2.12 เสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซแบบตางๆ

เสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซ (มกใชสญลกษณยอวา SI) หมายถงเสนใยแกวทคาดรรชนหกเหของคอรและของแคลดดงมคาคงท ในการแสดงคาดรรชนหกเหของเสนใยแกว มกแสดงดวยลกษณะของกราฟทแสดงคาดรรชนหกเห ในแนวภาคตดขวางหรอแนวหนาตดของเสนใยแกว เรยกวา refractive index profile โดยคาดรรชนหกเหจะเปนฟงกชนของรศม (r) เสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซน จะมกราฟเปนลกษณะของขนบนได ซงแสดงใหเหนถงคาดรรชนหกเหทมคาคงทแนนอนในชวงระยะหนงของ

-b -a 0 a b

n(r)

r


-b -a 0 a b

n(r)

r


-b -a 0 a b

n(r)

r

บทท 2


52

แนวรศมดงรปท 2.12 ดงนน ตาราภาษาไทยบางฉบบจงเรยกชอเสนใยแกวชนดนวาเปนแบบดรรชนขนบนได (ซงความจรงมาจากคาวา step ทแปลวาขน) คาของดรรชนหกเหจากกราฟในแนวแกนตง แทนดวยสญลกษณ n(r) เนองจากเปนคาทเปนฟงกชนของรศม r ซงสามารถแสดงในรปของสมการคณตศาสตรได

รปท 2.12(ก) เปนตวอยางของเสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซแบบธรรมดา โดยทคอรจะมคาดรรชนหกเหคงทตลอดเนอสาร (uniform-core optical fiber) ซงสามารถแสดงสมการของ n(r) ไดเปน

,21

0 ,)(

12

1

≤≤∆−=

≤≤=

brann

arnrn (2.12)

เมอ r เปนระยะในแนวรศมทพงออกจากแกนกลาง(หรอจดศนยกลาง)ของเสนใยแกว a เปนรศมของคอร b เปนรศมของแคลดดง (หรอกคอรศมของเสนใยแกวนนเอง) ∆ เปนพารามเตอรทแสดงคาความแตกตางของดรรชนหกเห (refractive index

difference) ระหวางคอรและแคลดดงของเสนใยแกว มคาตามสมการท (2.9)

สาหรบรปท 2.12(ข) เปนตวอยางของเสนใยแกวแบบขนบนไดคทมคาดรรชนหกเหของคอรคงทอยสองคา (dual-shape-core optical fiber) และรปท 2.12(ค) เปนตวอยางของเสนใยแกวทมคาดรรชนหกเหของคอรคงทอยสองคาเชนกน แตรปรางของกราฟมลกษณะคลายตวดบเบลยในภาษาองกฤษ (W-type optical fiber) (2) เสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซ (Graded-Index Fiber)

เสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซ (ใชสญลกษณยอเปน GRIN หรอ GI) หรอบางคนจะเรยกวาเปนชนดดรรชนลาด หมายถง เสนใยแกวทมคาดรรชนหกเหของคอรเปลยนแปลงไปตามแนวรศมทพงออกจากแกนกลางของเสนใยแกว โดยทวไป ทตาแหนงในแนวศนยกลางของเสนใยแกวมกมคาดรรชนหกเหสงสด จากนนคาดรรชนหกเหจะคอยๆ ลดลงไปตามระยะทางทหางออกจากแนวศนยกลางตามลาดบ จนมคาเทากบคาดรรชนหกเหของแคลดดงในตาแหนงทคอรตอกบแคลดดงพอด ในขณะทคาดรรชนหกเหของแคลดดงจะมคาคงทตลอดเนอสาร ลกษณะการเปลยนแปลงคา



53

ดรรชนหกเหของเสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซทมการเปลยนแปลงคาดรรชนหกเหของคอรอยางตอเนอง สามารถแสดงไดดวยฟงกชนทางคณตศาสตรทขนกบคารศม หรอ n(r) ดงน

,)21(

0 ,21)(

22

21

212

≤≤=∆−

≤≤

∆−

=

brann

ararn

rn

α

(2.13)

เมอ r, a, b, และ ∆ เปนตวแปรทไดแสดงนยามไวแลวในตอนตน สวน α หรอ ตวเลขยกกาลง (power-law) เปนพารามเตอรทกาหนดรปรางของกราฟทแสดงคาดรรชนหกเห (refractive index profile) ตวอยางเชน ถา α = 1 รปรางของกราฟทแสดงคาดรรชนหกเหของคอรหรอคาของ n(r) ในชวงของ 0 ≤ r < a จะมลกษณะเปนรปสามเหลยม (triangular profile) ในขณะท ถา α = 2 เสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซจะมรปรางของกราฟในชวงเดยวกนนเปนรปพาราโบลาเรยกวา parabolic profile fiber และถา α มคามากขนไปเรอยๆ รปกราฟจะมลกษณะโคงออกมากขนตามคาของ α จนในทสดเมอ α มคาเปนอนนตหรอ α = ∞ (infinity) สมการทแสดงคาของ n(r) จะมรปแบบเดยวกบสมการท (2.12) และเสนใยแกวจะจดอยในประเภทของสเตปอนเดกซแบบธรรมดา ดงแสดงในรปท 2.13

รปท 2.13 รปรางของกราฟทแสดงคาดรรชนหกเหของเสนใยแกวทมคาของ α ตางๆ -b -a 0 a b

r

n2

n1

n(r)

α = ∞ α = 2 α = 1

บทท 2


54

( ก ) ∝ - Power Profile ( ข ) Stepped ∝ - Power ( ค ) W – type ∝ - Power

รปท 2.14 เสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซในรปแบบตางๆ รปรางของกราฟทแสดงคาดรรชนหกเหของเสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซ สามารถถกดดแปลงใหมรปรางแตกตางจากของเดมได เพอเพมประสทธภาพการใชงานใหดขน [8] ลกษณะของเสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซ ในรปแบบตางๆ แสดงดงรปท 2.14 โดยทรป 2.14(ก), (ข) และ (ค) ถกออกแบบเพอลดการกระเจงของสญญาณแสงทเปนโหมดรวม (multimode dispersion) เสนใยแกวในรปท 2.14 (ง), (จ), (ฉ) และ (ช) เปนเสนใยแกวชนด ดสเพอรชนชฟเตด (DSF: dispersion shifted

n(r)

a r

a r

a r

n(r) n(r)

n(r) n(r)

a r

a r

r

( ง ) Trapezoidal Profile ( จ ) Triangular Profile

n(r)

a( ฉ ) Segmented Core

n(r)

r a

( ช ) Dual – Shape - Core



55

fiber) แตเสนใยแกวชนด เซกเมนตเตดคอร ในรป (ฉ) และชนด ดอลเชบคอร ในรป

(ช) จะมคณสมบตในการใชงานทดกวา โดยเฉพาะเมอตองมการตอเชอมเสนใยแกว หรอทาการโคงงอในขณะเดนสายตดตง 2.3.2 เสนใยแกวชนดแกนไมสมมาตร (Non-Axisymmetrical

Optical Fiber) เสนใยแกวชนดแกนไมสมมาตร (non-axisymmetry) มกถกออกแบบเพอการใชงานแบบโหมดเดยว ทมความสามารถในการรกษาทศทางของโพราไรเซชนใหคงเดมไดตลอดระยะทางทแสงเดนทางในเสนใยแกว [9] ซงถอวามความเหมาะสมมากกบระบบสอสารดวยแสงชนดโคฮเรนต (coherent optical communication) เสนใยแกวทมคณสมบตเชนนเรยกวาแบบ PMF (Polarization Maintaining Fiber) ซงสามารถจาแนกยอยออกไดดงน (1) ชนด Stress-Induced Birefringence เสนใยแกวชนดนถกออกแบบใหแคลดดงเกดมความเคน (stress) มากระทาในลกษณะใดลกษณะหนง อนจะสงผลใหเกดความเคนตอไปยงคอรอกตอหนง ผลของการเกดความเคนในตาแหนงทเหมาะสม จะทาใหคาดรรชนหกเหของคอรในแตละแนวมคาไมเทากน ซงเปนคณสมบตของ ไบรฟรนเจนต (birefringent) เสนใยแกวทมคณสมบตในทานองน สามารถแสดงดวยภาพในแนวตดขวางดงรปท 2.15 ซงในรปท 2.15(ก) แคลดดงจะถกออกแบบใหมลกษณะเปนวงร สวนรปท 2.15(ข) บางสวนของแคลดดงถกกาหนดใหมคาความเคน (ทมลกษณะวงกลม 2 ขาง ขนาบอยขางคอร) แตกตางออกไปจากสวนอน ซงเมอมองจากรปจะเหนวามรปรางคลายกบหนาตาของหมแพนดา จงเรยกเสนใยแกวแบบนวาชนด แพนดา (PANDA) สาหรบรปท 2.15(ค) แคลดดงยงคงมลกษณะเดยวกบเสนใยแกวทวไป แตเปลอกหมเสนใยแกวหรอโคดตง (coating) มลกษณะเปนวงร สวนรปท 2.15(ง) มหลกการในทานองเดยวกนกบรปท 2.15(ข) เพยงแตพนททเกดความเคนมรปรางแตกตางกน โดยมลกษณะเปนรปหกระตาย เสนใยแกวชนดนจงถกเรยกวา แบบหกระตาย (Bow-Tie)

บทท 2


56

(ก) เสนใยแกวทมแคลดดงเปนวงร (ข) เสนใยแกวชนดแพนดา (PANDA) (ค) เสนใยแกวทมแจกเกตเปนวงร (ง) เสนใยแกวชนดหกระตาย (Bow-Type)

รปท 2.15 เสนใยแกวทถกออกแบบใหมความเคนเพอสรางคณสมบตไบรฟรนเจนต (2) ชนด Geometrically Birefringent เสนใยแกวชนด Geometrically Birefringent เปนเสนใยแกวทถกออกแบบใหมความเคน (stress) หรอเกดแรงกระทากบสวนของคอรโดยตรง โดยการออกแบบรปรางของคอร ใหมลกษณะโครงสรางทไมสมมาตร เชน ทาใหคอรมรปรางเปนวงร ดงแสดงในรปท 2.16(ก) หรออาจทาใหดปนรปดมเบลดงรปท 2.16(ค) หรออาจทาการปรบปรงโครงสรางในสวนของแคลดดงทอยตดกบคอร ใหมลกษณะแตกตางออกไป โดยทไมมการเปลยนแปลงรปทรงของคอรมากนก ดงเชนรปท 2.16(ข) และ (ง) เหตผลของการออกแบบเสนใยแกวดงกลาว กเพอสรางคณสมบตการเปนไบรฟรนเจนต (birefringent) ใหกบเสนใยแกว เพอเหตผลเชนเดยวกบเสนใยแกวในหวขอกอนหนาน

core

support

core

claddingsupport

Jacket

core cladding

stress application area

core cladding

stress application area



57

(ก) เสนใยแกวทมคอรเปนวงร (ข) เสนใยแกวชนด Side-Pit (ค) เสนใยแกวทมคอรเปนรปดมเบล (ง) เสนใยแกวทมชอง(tunnel)อยดานขาง

รปท 2.16 เสนใยแกวชนด Geometrically Birefringent 2.4 วสดทใชทาเสนใยแกว เนองจากเสนใยแกวมคณสมบตในการนาสญญาณแสงไดด วสดทใชทาเสนใยแกว จงตองเปนวสดโปรงแสงทมความบรสทธของเนอสาร การเลอกใชวสดทแตกตางกนยอมมผลตอคณสมบตการนาแสงของเสนใยแกวดวย สงทตองคานงถงในการเลอกใชวสดทเหมาะสม นอกเหนอจากการเปนวสดโปรงแสงแลว ตองมผลทาใหเสนใยแกวมความแขงแรงพอทจะทาใหเปนเสนกลมเลกๆ ทมความยาวมากๆ ได โดยไมแตกหกงาย ตววสดตองมสวนทาใหคาการลดทอนสญญาณ (attenuation) แสงมคานอย และตองสามารถผสมสารอนหรอโดปสารอนเพมเตม เพอทาใหคาดรรชนหกเหของแสงมคาเปลยนแปลงไปจากเดมไดเพยงเลกนอย ทงนกเพอตองการใหเสนใยแกวมคณสมบตในการนาสญญาณแสงไดดทสด ในบางครงวสดทใชทาเสนใยแกวยงใชในการกาหนดชนดของเสนใยแกวอกดวย ดงตอไปน 2.4.1 เสนใยแกวชนดแกว

Tunnel

cladding

core

cladding Pit

core

cladding

core

cladding

core

บทท 2


58

เสนใยแกวทใชกนทวไปมกทามาจากแกวใสโปรงแสง ทประกอบดวยวสดประเภทซลกา (SiO2) เปนสาคญ คาดรรชนหกเหของแกวมกมคาประมาณ 1.458 ทความยาวคลน 850 นาโนเมตร การเปลยนแปลงคาดรรชนหกเหของแกว ทาไดโดยการเจอปนสารอนหรอโดป (doping) สารอนเพมเตม เชน หากทาการเจอสารประกอบประเภทเจอมนเนยม GeO2 หรอฟอสฟอรส P2O5 เขาไป จะชวยเพมคาดรรชนหกเหของแกวใหสงขน ในกรณทตองการทาใหคาดรรชนหกเหของแกวลดลง จะเจอดวยสารประกอบประเภทฟลออไรต หรอ โบรอน B2O3 เขาไป คาดรรชนหกเหของแกวทเปลยนไปเนองจากสารเจอ จะมคาแปรผนตรงกบปรมาณของสารเจอทเพมเขาไป ดงแสดงในรปท 2.17 จากเหตผลดงกลาว วสดทเปนสวนประกอบของคอร อาจประกอบดวยสารเจอ GeO2 หรอ P2O5 เพอทาใหคาดรรชนหกเหของคอรมคาสงกวาดรรชนหกเหของแคลดดง ทอาจเปนซลกาเพยงอยางเดยวหรอถกเจอดวย B2O3 ในทานองเดยวกน วสดทใชเปนสวนของคอร อาจเปนวสดประเภทซลกาธรรมดา ในขณะทสวนของแคลดดงอาจถกเจอดวยสาร B2O3 เปนตน โครงสรางทางโมเลกลของแกวมผลทาใหจดหลอมเหลวมคาสงกวา 1000 องศา เซลเซยส ซงถอเปนขอดของการทนทานตออณหภมสง แตกถอเปนขอเสยในการผลต อยางไรกตาม ปญหาดงกลาวสามารถหลกเลยงได เมอใชเทคนคการผลตชนดเคลอบไอระเหย (vapour deposition) นอกจากน แกวยงมคณสมบตทนทานตอสารเคม อกทงสามารถนาแสงไดดตลอดยานทตามองเหน ไปจนถงยานแสงอนฟราเรดทตามองไมเหน

รปท 2.17 ผลของสารเจอกบคาดรรชนหกเหของแกวทเปลยนไป [10]

GeO2P2O5

F B2O3

เปอรเซนตการเพมสารเจอ (Dopant) (mol %)

คาดรรชนห

กเห 1.48

1.46

1.44 0 5 10 15 20



59

2.4.2 เสนใยแกวชนดพลาสตก การใชพลาสตกโปรงใสเปนวสดในการทาเสนใยแกว ชวยลดตนทนการผลต ทาใหเสนใยแกวมราคาถกลง แตกมขอเสยตรงทมคาการลดทอนสญญาณแสงมคาสง โดยทวไปพลาสตกจะมความยดหยนสงกวาแกว ทาใหไมสามารถสรางคอรใหมขนาดเลกมากๆ เหมอนกบแกวได ประกอบกบการกาหนดคาความแตกตางของดรรชนหกเหระหวางคอรกบแคลดดงมกจะมคามากกวาวสดประเภทแกว คาของ NA ของเสนใยแกวชนดพลาสตกจงมคาสง นนหมายถง มมในการรบแสงของเสนใยแกวชนดพลาสตกจะเปดกวาง ชวยใหสามารถใชรวมกบตวสงสญญาณแสงราคาถกทมพนทเปลงแสงกวางไดด ดงนน เสนใยแกวชนดพลาสตกจงมกเปนชนดสเตปอนเดกซแบบโหมดรวม ตวอยางวสดของเสนใยแกวชนดพลาสตก อาจประกอบดวย

1) โพลสเตอรน (Polysterene) เปนสวนของคอร (n1 = 1.6) โดยมเมตทาครเลต (Methacrylate) เปนสวนของแคลดดง (n2 = 1.49) และ

2) โพลเมทธล (Polymethy) เปนสวนของคอร (n1 = 1.49) รวมกบโคโพลเมอร (copolymer) ทใชเปนสวนของแคลดดง (n2= 1.40) เปนตน

แมวาเสนใยแกวชนดพลาสตกจะมคณสมบตการนาสญญาณแสงไดไมดนก แตกเหมาะสาหรบงานสอสารในระยะทางสน ๆ ไมกสบเมตรถงไมกรอยเมตร เพราะมตนทนต า และคาการลดทอนสญญาณยงไมมผลตอระบบมากนก การเพมประสทธภาพของเสนใยแกวชนดนใหสงขน อาจทาไดโดยการออกแบบใชโครงสรางรวมกนระหวางแกวกบพลาสตก กลาวคอ ใชแกวเปนสวนของคอร และใชพลาสตกพวกสารโพลเมอร (Polymer) เปนสวนของแคลดดง ซงเสนใยแกวประเภทน มชอเรยกวา Plastic-Clad-Silica หรอเรยกโดยยอวา PCS

ในอดตทผานมาเสนใยแกวชนดพลาสตกมไดมบทบาทในการนามาใชงานทเปนสายสงสญญาณในระบบสอสารมากนก เนองจากมคาการลดทอนสญญาณสงตามทกลาวมาแลว แตในปจจบน เสนใยแกวชนดโพลเมอรซงเปนสารประกอบของพลาสตกกลบไดรบความสนใจเพมขน และกาลงอยในระหวางการวจยและพฒนา เพอนามาใชเปนอปกรณเฉพาะทางในงานดานระบบสวตชและสอขอมลแสง แมวาเสนใยแกวชนดโพลเมอร จะแสดงคณสมบตเดนบางประการ แตกยงมขอเสยอยพอสมควร โดยเฉพาะการนาวสดประเภทโพลเมอรมารวมขบวนการผลต ตองคานงถงความ

บทท 2


60

ปลอดภยของผประกอบการและสภาพแวดลอมอยางมาก เพราะในระหวางขนตอนดงกลาวจะทาใหเกดสารพษทเปนอนตรายขนมาไดงาย 2.4.3 เสนใยแกวชนดอนๆ นอกเหนอจากแกวและพลาสตกทมกนยมใชเปนวสดหลกสาหรบทาเสนใยแกวแลว การนาสารประกอบอนของแกวเขามาใช กกาลงเรมมบทบาทในวงการเสนใยแกวมากขน [11] เสนใยแกวททามาจากวสดประเภทแกวฟลออไรด (fluoride glass) ทมฟลออไรดเปนสารประกอบหลก เชน ZrF4, BaF2, LaF3, AlF3 และ NaF ตางกชวยใหเสนใยแกวชนดฟลออไรดมคณสมบตทมคาการลดทอนสญญาณตา คอประมาณ 0.001 - 0.01 ดบตอกโลเมตร (dB/km) (0.01db/km ทความยาวคลน 2.5 ไมครอน) แตกมขอเสยตรงทขนตอนการผลตเสนใยแกวทมความยาวมาก ๆ ไมสามารถกระทาไดโดยงายนกเหมอนเสนใยแกวทวไป เสนใยแกวชนดนจงมกถกใชงานในงานวจย ทตองการใชงานเสนใยแกวในชวงความยาวสน ๆ เทานน เสนใยแกวชนดททามาจากหมธาตหายาก (rare-earth elements) สองชนดคอ เออรเบยม (erbium) และ นโอดเมยม (Neodemium) โดยการโดปสารแตละชนดเขาไปกบแกวบรสทธ มประโยชนมากในการใชงานเสนใยแกวทเกยวกบการขยายสญญาณแสงภายในเสนใยแกวในรปของสญญาณแสงโดยตรง โดยไมตองแปลงสญญาณแสงใหเปนสญญาณไฟฟาเสยกอน ตวอยางของอปกรณทกาลงถกวจยและพฒนาขนมาจากเสนใยแกวชนดน ไดแก เสนใยแกวเลเซอร (Fiber Laser) และอปกรณขยายสญญาณแสงหรอออปตคอลแอมปลฟลายเออร (Optical Amplifier) เปนตน 2.5 การผลตเสนใยแกว กระบวนการผลตเสนใยแกวทวไปแบงไดเปน 2 ขนตอนหลกคอ

• ขนตอนการเตรยมแทงแกวพรฟอรม (preform) และ

• ขนตอนการดงเสนใยแกว ขนตอนแรกคอการเตรยมแทงแกว พรฟอรม (preform) เปนการเตรยมแทง



61

แกวทมเสนผานศนยกลางประมาณ 10-25 มลลเมตร และยาวประมาณ 10-120

เซนตเมตร โดยแทงพรฟอรมน ตองมโครงสรางภายในเชนเดยวกบเสนใยแกวท

ตองการผลตทกประการ กลาวคอ มสวนของแกวทเปนคอรอยในแนวแกนกลาง และ

สวนของแกวทเปนแคลดดงอยรอบนอก โดยขนาดเสนผานศนยกลางของสวนทเปน

คอร (2A) และสวนทเปนแคลดดง (2B) (เสนผานศนยกลางรวมทงแทง) ตองมสดสวน

เดยวกนกบเสนใยแกวทตองการผลตดงน (2A/2B) = (2a/2b) เมอ 2a เปนขนาดเสน

ผานศนยกลางของคอร และ 2b เปนขนาดเสนผานศนยกลางของแคลดดง ลอง

พจารณาตวอยางท 2.5

(ก) โครงสรางของแทงแกวพรฟอรม

(ข) ภาพถายของแทงแกวพรฟอรม (อนเคราะหโดย HBC Telecom) รปท 2.18 ลกษณะของแทงพรฟอรม

ตวอยางท 2.5

ในการผลตเสนใยแกวตองการออกแบบใหมขนาดเสนผานศนยกลาง 50/125 ไมครอน โดยการ

สวนของแกวพรฟอรม เสนผานศนยกลาง 10-20 มลลเมตร

แกวทเปนคอร และแคลดดง

ทอแกวกลวง

บทท 2


62

เตรยมแทงพรฟอรมทมขนาดเสนผานศนยกลาง 10 มลลเมตร สวนของวสดทเปนคอรในแทงพรฟอรม ควรมขนาดเสนผานศนยเทาไร วธทา จากสเปกของเสนใยแกวทตองการคอ 50/125 ไมครอน หมายความวา เสนใยแกวทผลตได จะตองมเสนผานศนยกลางของคอร 2a = 50 ไมครอน และเสนผานศนยกลางของแคลดดงหรอทงเสน 2b = 125 ไมครอน เมอพจารณาในสวนของเสนใยแกว จะได

12550

22

=

ba

แตเนองจากขนาดของเสนใยแกวมความสมพนธกบขนาดแทงพรฟอรม

นนคอ 12550

22

22

=

=

ba

BA

ดงนน ( ) 41012550)2(

125502 =×=×= BA

∴ขนาดเสนผานศนยกลางของคอรในแทงพรฟอรมมคาเทากบ 4 มลลเมตร ตอบ

ขนตอนทสองของการผลตเสนใยแกว เรยกวา ขนตอนดงเสนใยแกว (drawing fiber) เปนการนาแทงพรฟอรมทเตรยมไวแลว มาเผาใหหลอมละลาย แลวดงออกมาเปนเสนใยแกวทตองการ ซงรายละเอยดในการผลตเสนใยแกวทงสองขนตอน มดงตอไปน 2.5.1 การเตรยมแทงพรฟอรม ขนตอนการเตรยมแทงพรฟอรม (preform) สามารถกระทาไดหลายวธ ดงน

(1) วธสอดแกนในแทงแกว หรอ Rod-in-Tube Method

วธสอดแกนในแทงแกว เปนวธพนฐานทใชครงแรกประมาณป พ.ศ. 2493 ในวธน แทงแกวของสวนทเปนคอรและแคลดดงจะถกแยกเตรยมมากอน สวนของแทงแกวทเปนคอรจะมคาดรรชนหกเหสงกวาสวนของแคลดดง โดยการโดปสารใหไดแกวทมคาดรรชนหกเหตามตองการ จากนนจะนาแทงแกวในสวนทเปนแคลดดงมาเจาะรในแนวกงกลางใหมขนาดเสนผาศนยกลางพอทจะใสแทงแกวทใชเปนคอรลงไปไดพอด ดงรปท 2.19(ก) แมวารอยตอระหวางคอรกบแคลดดงของแทงพรฟอรมจะไมเปนเนอเดยวกน กไมถอเปนปญหามากนก เพราะเวลานาไปดงเสนใยเนอแกวทงสองจะถกเผา



63

ใหหลอมละลายเชอมเปนเนอเดยวกนในทสด ในรปท 2.19(ข) เปนวธเดยวกบรป (ก) แตพฒนาใหดขน โดยการใชความรอนเผาแทงแกวใหสวนทเปนแคลดดงยบตวลง (collapse) จะไดสมผสกบพนผวของคอรไดดขน เปนการลดชองวางทอาจเกดขนระหวางคอรและแคลดดงในรป (ก) ได

(ก) (ข) รปท 2.19 การเตรยมแทงแกวพรฟอรมดวยวธสอดแกนในแทงแกว

(2) วธหลอในเตาหลอมสองชน หรอ Double Crucible Method

วธหลอในเตาหลอมสองชนเปนวธทถกคดคนโดยทมวจยของบรษท British Telecom [12] วธหลอในเตาหลอม เปนการรวมขนตอนการเตรยมแทงพรฟอรม และขนตอนการดงเสนใย เขาไวในคราวเดยวกน โดยมหลกการดงรปท 2.20

จากรปท 2.20 ภาชนะหรอหมอใสวสดของเตาหลอมจะแบงออกเปนสองชน ชนในทอยในแนวกงกลางใชสาหรบบรรจวสดสาหรบคอร ซงอาจเปนแทงแกวของคอรทเตรยมไวกอนแลว หรอผงแกว (glass powder) กบสารเคมทใชสาหรบโดปแกวใหมคาดรรชนหกเหตามทตองการ ภาชนะชนนอกใชสาหรบใสวสดสาหรบสวนของแคลดดงในทานองเดยวกนภาชนะชนใน เมอทาการเพมอณหภมใหกบภาชนะทงสองพรอมกน วสดในแตละชนจะถกหลอมละลายกลายเปนแกวเหลวไหลลงมาทางดานลาง โดยมสวนของคอรอยในแนวแกนกลางและสวนของแคลดดงลอมหมอย แกวเหลวทไดนเปรยบเสมอนเปนแทงพรฟอรม(เหลว)ทมขนาดเทาเสนใยแกว (เพราะถกบงคบใหไหลผานรทมขนาดเลก) และพรอมทจะผานขนตอนการดงใหเปนเสนใยแกวไดทนท ขอด


แกน (core)

หลอดแกวกลวง (Tube) รอากาศ

สอด rod เขาไป


Tube Rod ใหความรอน

บทท 2


64

ของการผลตเสนใยแกวดวยวธหลอในเตาหลอม คอ มความสะดวกรวดเรวในการผลตเสนใยแกว แตกมขอเสยตรงท ตองใชความระมดระวงในการทางานทกขนตอน เพอมใหมสงแปลกปลอมผสมเขาไปกบสารทกาลงหลอมละลายอย มฉะนน เสนใยแกวทได จะมคณภาพตากวาทตองการ

รปท 2.20 วธหลอในเตาหลอมดวยหมอสองชน (3) วธไอระเหยสารเคมหรอซวด (CVD)

วธซวด (CVD: Chemical Vapour Deposition Method) เปนการนาไอ

เตาไฟฟาใหความรอนสง

สวนของเสนใยแกว ทถกดงทนท

หมอหลอมชนนอก

แกวเหลว สาหรบ แคลดดง

แกวหลอมเหลว จากแทงแกวหรอ

ผงแกว

หมอหลอมชนใน

แทงแกวสาหรบคอรถกเลอนเขาไปในหมอ

แทงแกวสาหรบแคลดดง ถกเลอนเขาไปในหมอหลอม

แกวเหลวไหลรวม เปนเสนใยแกว



65

รปท 2.21 ขนตอนการทาแทงพรฟอรมแบบ MCVD

Deposited core material

GeCl4

1200-1500 oC

SiCl4

O2

SiO2 GeO2

1200-1500 oC

SiCl4

O2

SiO2

ขนตอนการเคลอบแคลดดง

2200oC

collapse

2200 oC

collapse

แคลดดง คอร 2200 oC

บทท 2


66

ระเหยของสารเคมอนเนองมาจากความรอนมาสรางหรอเคลอบเปนชนผวของวสด วธการนชวยใหสามารถโดปสารใหมคาดรรชนหกเหตามตองการไดอยางแมนยา เทคนคดงกลาวสามารถแบงเปนวธยอย ๆ ลงไปไดดดงน

1. มอดดฟายดซวด หรอ MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition) เปนเทคนคทพฒนาขนโดยหองวจยของเบลล (Bell Lab) [13] และมหาวทยาลยเซาทแธมตน (Southampton University) ในประเทศองกฤษ [14] วธ MCVD เปนวธนยมใชกนทวโลก โดยเฉพาะในเชงพาณชย หลกการของ MCVD แสดงดงรปท 2.21 เรมจากการใชหลอดแกวกลวงททาดวยเนอแกวบรสทธลนไฟทอณหภมสง (1200–1800oC) ในชวงความยาวของหลอดแกวทตองการทาพรฟอรมในขณะทหลอดแกวถกหมนรอบตวเองไปเรอยๆ ระหวางนน ไอระเหยของสารเคมตางๆ ทตองการโดปสารใหมคาดรรชนหกเหสาหรบแคลดดง เชน SiCl4 และ O2 จะถกเปาเขาไปในหลอดแกวทปลายดานหนง เมอไอระเหยเหลานผานเขาไปในสวนทมอณหภมสงจะจบตวเปนชนฟลมบาง ๆ ทผนงดานในของหลอดแกว สวนไอระเหยทเหลอกจะถกดดออกจากหลอดแกวอกขางหนงทงไป การเลอนหวเผาไปมาระหวางหลอดแกวทาใหชนฟลมจบตวกนตามความยาวของหลอดแกวในชวงทถกเผา สวนการหมนหลอดแกวรอบตวเองชวยใหชนฟลมจบตวกนตลอดแนวเสนรอบวง เมอชนฟลมจบตวหนาขนตามตองการซงตองใชเวลาหลายชวโมงทเดยว กจะหยดการปอนไอระเหยชวขณะแลวทาการเพมอณหภมของหวเผาใหสงขน (ประมาณ 2200oC) เพอทาใหหลอดแกวยบตว (collapse) จนมเสนผานศนยกลางเลกลงอนจะทาใหชนฟลมของแคลดดงจบตวกนดยงขน จากนนจะปอนไอระเหยของสารเคมทใชโดปแกวใหมคาดรรชนหกเหสาหรบคอรเขาไป เชน SiCl4 GeCl4 และ O2 พรอมกบการลดอณหภมของหวเผาลงมาคงเดม (ประมาณ 1800oC) เพอทาใหเกดชนฟลมใหมจบตวเพมขน แตชนฟลมทไดนจะมคาดรรชนหกเหตาง (มคามากกวาเดม) จากชนฟลมเดม เมอไดความหนาของชนฟลมสาหรบสวนของคอรทตองการ (หลายชวโมง) กจะหยดการปอนไอระเหยแลวเพมอณหภมหวเผาเพอทาการยบตวแทงแกวลงมาอก แตคราวนแทงแกวจะยบตวลงจนกระทงไมมชองอากาศเหลออยภายในเลย แทงแกวทไดนกคอ แทงพรฟอรมทมโครงสรางของเนอสารภายในเปนสวนของคอรและแคลดดงตามตองการ



67

2. เอาตไซดซวด หรอ Outside CVD (OCVD) เปนเทคนคทพฒนาขนโดยบรษทคอรนนง (Corning) ทมชอเสยงในการผลตแกว บางครงวธนอาจเรยกเปนชออน คอ OVPO หรอ Outside Vapour Phase Oxidation วธนเปนวธเกาแกทบรษท Corning ใชในการผลตเสนใยแกวในยคตน ๆ [15] แตกพฒนาใหดขนมาเรอย ๆ [16] หลกการของ OCVD จะใชการสรางชนฟลมของวสดทใชทาเสนใยแกว จากไอระเหยของสารเคมคลายกบวธ MCVD (โดยไอระเหยจะใชการเผาอนภาคของวสดออกมาจากหวเผา) แตจะกลบกนตรงทชนฟลมจะถกเคลอบรอบๆ แกนหมนเลก ๆ ททาดวยแทงกราไฟดหรอเซรามก โดยชนฟลมทเปนวสดของคอรจะถกเคลอบกอนและชนฟลมของแคลดดงจะเคลอบหมอกครง เมอไดขนาดของชนฟลมทตองการ กทาการถอนแกนหมนออกกจะไดพรฟอรมตามตองการ แมวาวธนจะทาใหเกดในแนวกงกลางของแทงพรฟอรม เมอนาไปดงเสนใยรนจะยบตวหายไปเมอถกความรอนเอง

(ก) (ข) (ค) รปท 2.22 รป (ก) แสดงการทาแทงพรฟอรมดวยวธเอาตไซดซวด โดยรป (ข) และ (ค) แสดงการการใชความรอนทาใหปลายแทงพรฟอรมหลอมเปนแทงปดกอนนาไปดงเปนเสนใย

3. วธวเอด หรอ Vapour Phase Axial Depostion (VAD) Method เปนเทคนคท

O2 + ไอระเหยสารเคม

แทงแกน หวเผา

หมน

เตาใหความรอน เตาใหความรอน

บทท 2


68

รปท 2.23 หลกการทาแทงพรฟอรมดวยเทคนคของ VAD พฒนาขนโดยวศวกรชาวญปน [17,18] โดยหลกการไอระเหยของสารเคมทถกความรอน จะจบตวบนปลายดานหนงของแกนแทงแกว ทถกหมนรอบตวเองอยตลอดเวลา เมอทาการดงแทงแกวขนอยางชา ๆ ไอระเหยของสารเคมทจบตวกนกจะถกดงขนมาดวย เมอสารสวนนผานเขาไปในสวนของเตาอบวงแหวน กจะจบตวเปนของแขงทมคณสมบตโปรงแสง เปนแทงพรฟอรมทตองการ ขอดของเทคนคดงกลาว กคอ เราสามารถควบคมขนาดความยาวของแทงพรฟอรมไดตามตองการ อกทงยงแนใจไดวา

กาซเสย

แทงพรฟอรมใส

เตาเผาคารบอน

แทงพรฟอรมพรน (มรอากาศเลกๆ)

SOCl2

O2

SiCl4 GeCl4 POCl3 O2+H2

SiCl4 BBr3 O2+H2



69

วสดของแทงพรฟอรมปราศจากสงเจอปนทไมตองการเพราะกระบวนการผลตแทบทงหมด ถกกระทาภายในสภาพแวดลอมทปดมดชดโดยตลอด นอกเหนอจากวธการเตรยมแทงพรฟอรมดงทไดกลาวมาแลวทงหมด ยงมวธอนอกหลายวธ แตยงไมถอเปนทนยมแพรหลายมากนก เชน วธพลาสมาซวด หรอ PCVD (Plasma-activated CVD) [19,20] เปนวธทถกพฒนาขนจากบรษทฟลปส ทมหลกการทางานคลายกบวธ MCVD เชนกน 2.5.2 การดงเสนใยแกว (Fiber Drawing) เมอทาการเตรยมแทงแกวพรฟอรม ซงมลกษณะโครงสรางเชนเดยวกบเสนใยแกวแลว กนาแทงแกวพรฟอรมมาผานกระบวนการดงเสนใยในขนตอนทสอง หลกการของเครองมอพนฐานทใชสาหรบดงเสนใยแกวแสดงดงรปท 2.24 [21,22] เรมจากการเผาปลายแทงพรฟอรมใหหลอมละลายดวยอณหภมทสงมากประมาณกวา 2000 องศาเซลเซยส เมอแทงพรฟอรมเรมหลอมเหลว กจะใชตวลอทอาจเปนแทงแกวอนมาสมผส และดงสวนทหลอมละลายออกมา กจะไดเสนใยแกวทมขนาดเลกออกมาดวย เนองจากแทงพรฟอรมเดมมโครงสรางของเสนใยแกวทถกออกแบบไวอยแลว การหลอมละลายในสวนของแทงพรฟอรมจะเกดขนทกสวนทปลายแทงโดยรอบเมอถกดงออก ทาใหไดเปนเสนใยเลก ๆ ออกมา โดยเสนใยนกจะมโครงสรางเชนเดยวกบแทงพรฟอรมไปดวย เสนใยทดงออกมาจะถกวดขนาดเสนผานศนยกลางดวยอปกรณทางอเลกทรอนกส เสนใยแกวทไดในชวงน เปนเสนใยแกวเปลอยทมความเปราะบางมาก จงตองทาการเคลอบดวยสารประเภทพลาสตก พวซ หรอซลโคน เพอทาหนาทเปนเปลอกหมเสนใยแกวหรอทเรยกวาโคดตง (coating) ชนเดยวหรอหลายชน เพอชวยใหเสนใยแกวมความแขงแรงและยดหยน สามารถโคงงอได ในการเคลอบโคดตง เสนใยแกวเปลอยจะถกสอดผานภาชนะคลายกรวยเลกๆ ทบรรจสารทใชทาโคดตงซงอยในรปของของเหลวทมความหนดสง ทปลายของกรวยดานขาออกของเสนใยแกว จะมเสนผานศนยกลางเลกมาก เพยงแคใหเสนใยแกวผานออกไปไดเทานน เสนใยแกวทลากผานออกจากปลายกรวยจะถกเคลอบดวยโคดตง โดยขนาดความหนาของมนจะขนอยกบความเรวในการดงเสนใยแกวและคาความหนดของสารโคดตงเหลว (ลองจนตนาการนกถงการดงเสนดายผานจานนาเชอม จะไดเสนดายทเคลอบดวยนาเชอม ทานองนน) เสนใยแกวทเพงถกเคลอบดวยโคดตง จะผานเขาไปในอปกรณททาใหโคดตงแหง ซงม

บทท 2


70

ลกษณะตางกน เชนหากโคดตงเปนสารซลโคน อาจใชเตาอบเพอทาใหโคดตงแหง หรอถาเปนสารประกอบโพลเมอรบางชนด อาจใชรงสอลตราไวโอเลต เปนตน

เสนใยแกวในขนตอนน จะถกยดตดกบวงลอทหมนไดเรยกวาดรม (Drum) ซงมลกษณะคลายกบถงนามนทรงกระบอกขนาดใหญ (อาจใชเทปกาวในการยดตดเสนใยแกวบนวงลอ) เพอมวนเกบไว และในขณะเดยวกน การหมนวงลอไปเรอยๆ กเพอทาใหเกดแรงสาหรบดงเสนใยแกวออกจากปลายแทงพรฟอรมทหลอมเหลว วงลอนจะถกหมนดวยมอเตอรไฟฟา ทมวงจรอเลกทรอนกสควบคมอย โดยความเรวรอบในการหมนของวงลอจะเปนตวกาหนดขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใยแกว กลาวคอ หากวงลอหมนเรว เสนใยแกวจะถกดงออกมาอยางรวดเรว สงผลใหมขนาดเสนผานศนยกลางเลก แตถาวงลอหมนชาเสนใยถกดงออกมาอยางชาๆ กจะไดเสนใยแกวทมขนาดเสนผานศนยกลางใหญขน ในลกษณะเชนน อาจลองนกดงายๆ เสมอนกบการดงหมากฝรงหรอแตงเมออกมาจากปากในขณะทปากยงกดบางสวนไว ถาดงเรวจะไดเสนเลก ถาดงชาจะไดเสนใหญ เปนตน ความเรวรอบของวงลอถกกาหนดและควบคมจากวงจรทใชตรวจสอบคาขนาดเสนผานศนยกลางทวดไดในตอนตน แลวคานวณเพอหาคาความเรวรอบวงลอทเหมาะสมเพอใหไดขนาดของเสนใยแกวทตองการ ในการเรมดงเสนใยแกว ระบบจาเปนตองใชเวลาในการปรบตวเพอใหความเรวในการหมนวงลอเขาสภาวะเสถยร กอนทจะไดขนาดของเสนใยแกวตามมาตรฐานทกาหนด ซงในชวงของการปรบตวของระบบ เสนใยแกวทถกดงในขณะนน จะมขนาดเสนผานศนยกลางไมแนนอน และตองถกกาจดทงไป กอนนาไปใชในการผลตสายเคเบลเสนใยแกว แทงพรฟอรมทถกดงออกเปนเสนใยแกวจะคอยๆ มขนาดสนลง จงตองทาการเลอนแทงพรฟอรมลง ใหปลายของแทงพรฟอรมอยในบรเวณทไดรบความรอนอยเสมอ และตองอยในแนวระดบเดยวกนตลอดเวลา หากใหความเรวในการเลอนแทงพรฟอรมมคาเปน S ความเรวในการดงเสนใยแกว (จากความเรวรอบของวงลอ) มคาเปน s ขนาดเสนผานศนยกลางของแทงพรฟอรมมคาเปน D และขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใยแกวทกาหนดทงเสนมคาเปน 2b จะไดสมการในการดงเสนใยแกวทมความสมพนธกนดงน

2

2

=

bDSs (2.14)



71

ในการดงเสนใยแกวในอดต มกจดวางระบบในแนวราบขนานกบพนโลก เพราะทาใหเกดความสะดวกในการตดตงระบบ แตกอาจมขอดอยททาใหแนวเสนใยแกวทกาลงถกดงเกดทองชาง เนองมาจากแรงโนมถวงของโลก ดงนน ในปจจบนจงมกจดวางระบบการดงเสนใยแกวใหอยในแนวดง ดงรปท 2.24

รปท 2.24 หลกการในการดงเสนใยแกวในแนวดง

วงลอมวนเกบเสนใยแกว

เสนใยแกวถกดงดวยความเรว s

แผงแสดงคา อณหภม

พรฟอรม ถกเลอนลงดวยความเรว S

เตาเผาอณหภมสง โดยใหความรอนรอบ ๆ

ปลายแทงพรฟอรม

ตววดเสนผานศนยกลางของเสนใยแกว

เสนใยแกวทถกดง

ชดเคลอบผว เสนใยแกว

(ซลโคน พวซ)

เตาอบใหแหง

วงจรควบคม ความเรววงลอ

มอนเตอรแสดงเสนผานศนยกลาง เสนใยแกว

วงจรวเคราะห ความเรววงรอบ

สาหรบขนาดเสนใยแกว

บทท 2


72

เสนใยแกวทถกดงมาเกบไวทวงลอ (drum) แลว อาจถกปลอยทงไวระยะหนง

เพอใหสวนประกอบของเสนใยแกวอยในสภาวะคงตว เชน อาจปลอยใหโคดตงแหงด

เสยกอน หรออาจปลอยใหสทเคลอบโคดตง (กรณทมการเคลอบสไปพรอมกน) แหง

สนท เปนตน จากนนจะนาไปมวนเกบบนวงลอทมลกษณะคลายหลอดดายขนาดใหญ

ทเรยกวาบอบบน (bobbin) กอนนาไปใชงาน หรอสงตอไปสกระบวนการผลตสาย

เคเบลตอไป

รปท 2.25 เสนใยแกวทถกมวนเกบไวในบอบบนเรยบรอยแลว



73

แบบฝกหด 1. เอนตกปลาจะมลกษณะโครงสรางภายนอกเหมอนเสนใยแกว เมอมองดวยตาเปลา

แตเหตใดจงไมสามารถนาเอนตกปลามาใชเปนเสนใยแกวนาแสงได 2. จงอธบายความหมายของเสนใยแกวชนด SI 8/125 แลวลองพจารณาดวาเสนใย

แกวเสนน นาจะเปนชนดโหมดรวมหรอโหมดเดยว เพราะเหตใด 3. จากรปขางลางน แสงเดนทางจากอากาศเขาสเสนใยแกวในสวนทเปนคอร ทามม

กบเสน normal line เปนมม θ1 แลวแสงหกเหเขาไปในเสนใยแกวเปนมม θ2 แสงนจะเดนทางตลอดเสนใยแกวในสวนทเปนคอร เพราะเรมเกดปรากฎการณสะทอนกลบหมดทรอยตอระหวางคอรกบแคลดดง พอด

• จงคานวณหาคาของ θ1 (ตอบ 16.9 องศา) • จงหาคาของมม θ2 (ตอบ 11.36 องศา) • เสนใยแกวนมคาของ refractive index difference เปนเทาไร (ตอบ 0.0194)

4. อธบายวาทาไมโครงสรางทสาคญของเสนใยแกว จงตองทาใหสวนของคอรมคาดรรชนหกเหมากกวาสวนของแคลดดง

5. เสนใยแกวมคาดรรชนหกเหของคอร 1.5 และ คาดรรชนหกเหของแคลดดง 1.4 จงหาคาความเรวของแสงทเดนทางในเสนใยแกว (ตอบ 2 x 108 m/s)

6. อธบายความหมายของโพลาไรเซชนของแสง พรอมกบจาแนกชนดของแสงโพลาไรซแบบตาง ๆ ออกมา

7. แสงจากหลอดไฟฉายถกสงผานแผนโพลารอยดในแนวตงทาใหไดแสงโพลาไรซทมความเขมแสง 10 mw เมอแสงนถกขวางกนดวยแผนโพลารอยดอกอนหนง ทาใหม

แคลดดง

คอร n1 = 1.479

อากาศ n = 1

แคลดดง n2 = 1.45

θ1

θ2

บทท 2


74

แสงทะลออกมามความเขมแสงเหลอเพยง 50% จากเดม จงหาวาแผนโพลารอยดทงสองทามมกนเทาใด (มหลายคาตอบคอ 45o, -45o, 135o, -135o)

8. เสนใยแกวชนด GI ทม α = 1 ขนาด 40/125 ไมครอน มคาดชนหกเหของคอรในแนวแกนกลางเปน 1.5 และมคาดชนหกเหของแคลดดงเปน 1.48 • จงหาคาของ refractive index difference (ตอบ 0.013) และคารศมของคอร

และแคลดดงของเสนใยแกว (ตอบ 20 และ 62.5 ไมครอน ตามลาดบ) • จงพลอตกราฟเพอแสดงคา index profile ของเสนใยแกว • ทระยะหางจากแกนกลางของเสนใยแกว 5 ไมครอน เสนใยแกวมคาดชนหกเห

ของคอรเทากบเทาไร (ตอบ 1.4934) • ทระยะรศม 25.8 ไมครอน จากจดศนยกลางของเสนใยแกว จะมคาดชนหกเห

เทากบเทาไร (ตอบ 1.48) • จงหาคาของ Numerical Aperture (NA) และคามมสงสดของแสง φm ทสงเขา

ไปในเสนใยแกวแลวทาใหเกดปรากฏการณ TIR พอด (ตอบ NA = 0.244, φm = 0.2466 เรเดยน)

9. จงคานวณหาคาผลคณระหวางแบนดวดทกบระยะทาง (Bandwidth Distance Product) ของระบบสอสารดวยเสนใยแกวนาแสงระยะทาง 15 กโลเมตร ใชเสนใยแกวทมคาการลดทอนสญญาณ 1.5 dB/km ถกสงขอมลขนาด 2 Mb/s ดวยแสงขาเขาทมคาความเขม 0.5 mW (ตอบ 30 Mb/s-km) และถานาระบบนไปใชกบระยะทาง 10 กโลเมตร จะสงขอมลไดมากทสดเทาไร (ตอบ 3 Mb/s)

10. จงอธบายความหมายของแทงพรฟอรม (preform) และอธบายเทคนคในการนาไอระเหยสารเคม มาใชในกระบวนการผลตเสนใยแกว

11. จงอธบายการผลตแทงพรฟอรมดวยวธ MCVD มาโดยละเอยด 12. อธบายหลกในการดงเสนใยแกวจากแทงพรฟอรม และถาหากความเรวในการดง

เสนใยแกวมความเรวเพมขน จะทาใหเกดอะไรขน (ตอบ เสนใยแกวทไดจะมขนาดเสนผานศนยกลางเลกลง)

13. ในการผลตเสนใยแกวตองการออกแบบใหมขนาดเสนผานศนยกลาง 10/125 ไมครอน โดยการเตรยมแทงพรฟอรมใหมขนาดเสนผานศนยกลาง 12 มลลเมตร จงหาขนาดเสนผานศนยกลางของสวนทเปนคอรในแทงพรฟอรม



75

เอกสารอางอง [1] M. Minnaert, Light and colour in the open air, G. Bell and Sons Ltd., 1940. [2] R. C. Jones, “A new calculus for the treatment of optical system”, J. Optical

Society of America, vol. 31, p. 488, 1941. [3] F. L. Pedrotti and L. S. Pedrotti, Introduction to Optics, Prentice-Hall, Inc.,

Englewood Cliffs, New Jersey, ch. 4, 1987. [4] A. Yariv, Optical Electronics, 3rd Edition, CBS College Publishing, NY, 1985. [5] F. L. Pedrotti and L. S. Pedrotti, Introduction to Optics, Prentice-Hall, Inc,

Englewood Cliffs, New Jersey, ch. 18, 1987. [6] M. Born and E. Wolf, Principles of optics, 6th edn., Pergamon Press, 1980. [7] J. M. Senior, Optical Fiber Communications Principles and Practice, 2nd edn.,

Prentice Hall, ch. 2, 1992. [8] M. Koshiba, Optical Waveguide Analysis in Advanced Science and Technology

Series, McGraw-Hill, Inc., ch. 1, 1992. [9] J. Noda, K. Okamoto, and Y. Sasaki, ‘Polarization-maintaining fibers and their

applications”, J. of Lihjywave Technol., vol. LT-4, no. 8, pp. 1071-10889, 1986. [10] Physics Chemistry Glasses, from the Publishers, Society of Glass Technology,

vol. 21, p. 5, 1980. [11] K. J. Beales and C. R. Day, “A review of glass fibers for optical

communications,” Phys. and Chem. of Glass, vol. 21, no. 1, pp. 5-21, 1980. [12] K. J. Beales, C. R. Day, W. J. Duncan, J. E. Midwinter, and G. R. Newns,

“Preparation of sodium borosilicate glass fibers for optical communication”, Proc. IEE (London), vol. 123, pp. 591-595, 1976.

[13] W. G. French, J. B. MacChesney, P. B. O’Conneer, and G. W. Tasker, “Optical waveguides with very low losses”, Bell Syst. Tech., vol. 53, pp. 951-954, 1974.

[14] D. N. Payne and W. A. Gambling, “New silica-based low-loss ooptical fibers”, Electron. Lett., vol. 10, no. 15, pp. 289-290, 1974.

[15] J. F. Hyde, US Patent 2 272 342, 1942. [16] F. P. Kapron, D. B. Keck and R. D. Maurer, “Radiation losses in optical

waveguides”, Appl. Phys. Lett., vol. 10, pp. 423-425, 1970. [17] T. Izawa, T. Miyashita, and F. Hanawa, US Patent 4 062 665, 1977. [18] S. Sudo, M. Kawachi, M. Edahiro, T. Izawa, T. Shoida, and H. Gotoh, “Low-OH-

content optical fiber fabricated bt vapour-phase axial-deposition method”, Electron. Lett., vol. 14, no. 17, pp. 534-535, 1978.

[19] D. Kuppers and J. Koenings, “Preform fabrication by deposition of thousands of layers with the aid of plasma activated CVD”, 2nd European Conference on Optical Fiber Communication (Paris), p. 49, 1976.

[20] R. E. Jaeger, J. B. MacChesney, and T. J. Miller, “The preparation of optical waveguide preforms by plasma deposition”, Bell. Syst. Tech. J., vol. 57, pp. 205-210, 1978.

[21] A. M. Reid, W. W. Harper, and A. Forbes, British Patent 50543, 1967. [22] B. P. Pal, “Optical communication, fiber waveguide fabrication: a review”, Fiber

Int. Opt., vol. 2, no. 2, pp. 195-252, 1979.

บทท 2


76

สายเคเบลเสนใยแกว


77

บทท 3


บทท 3


78

การนาเสนใยแกวมาใชงานจรง ตองคานงถงความปลอดภยทอาจเกดขนกบเสนใยแกวเปนหลก เพราะเสนใยแกวมกทามาจากวสดประเภทแกว จงงายตอการแตกหกในขณะเคลอนยายหรอทาการตดตง ดงนน เสนใยแกวจงตองถกหอหมดวยวสดตาง ๆ หลายชน เพอทาใหเกดความแขงแรงเหมาะสมกบการใชงาน ในกรณของเสนใยแกวทใชในหองทดลอง หรอเชอมตอกนในระยะทางใกลๆ ตวเสนใยอาจถกหมดวยพลาสตกหรอวสดประเภทฉนวนทมความหนาพอประมาณ ทาใหมลกษณะคลายสายไฟ แตในการเชอมโยงในระยะทางไกลๆ ความแขงแรงถอเปนสงสาคญ จงตองมการหอหมเสนใยดวยวสดหลายๆ ชนตามโครงสรางทออกแบบในลกษณะของสายเคเบล 3.1 ขอคานงในการออกแบบสายเคเบลใยแกว สายเคเบลเสนใยแกวทด ตองไดรบการออกแบบใหผตดตงหรอชางเทคนคทวไป (ทอาจไมมความรเกยวกบทฤษฎเสนใยแกวเลย) สามารถทางานไดเชนเดยวกบการตดตงสายเคเบลไฟฟาธรรมดา นนคอ อปกรณทใช เทคนคทใช รวมทงเงอนไขในการระมดระวง ขณะทาการตดตง จะตองมลกษณะใกลเคยงกบการตดตงสายเคเบลชนดอนๆ ขอคานงในการพจารณาออกแบบโครงสรางของสายเคเบลใยแกว พอจาแนกออกเปนหวขอยอย ๆ ไดดงน 1) ปองกนการแตกหกของเสนใย

วสดทใชหอหมเสนใยในสายเคเบลใยแกว อาจมหลายชนด หรอทาเปนหลายๆ ชน ทงนเพอลดแรงกระแทกทอาจเกดขนบนสายเคเบลจากเหตการณตางๆ อนจะสงผลใหแรงอดทสงตอจากผวนอกของสายเคเบลไปยงเสนใยแกวมคานอยมากหรอแทบไมมเลย สายเคเบลทดควรมการกาหนดสเปกของแรงกระแทกสงสดทสายเคเบลสามารถทนทานได ซงจะทาใหผใชมความระมดระวงในการใชงานมากขน นอกจากนวสดหอหม จะตองถกชลดอยางดเพอปองกนการผกรอนของเสนใยหรอบางสวนของสายเคเบล อนเนองมาจากผลของสภาพแวดลอมเอง

2) รกษาคณสมบตการนาสญญาณ การนาวสดอนมาหอหมเสนใยแกว ตองระมดระวงม ให เกดการลดทอนประสทธภาพการนาสญญาณของเสนใยแกว สาเหตทอาจทาใหคณสมบตการนาสญญาณมประสทธภาพตาลง อาจเกดจาก



79

• ไมโครเบนดง (microbending) ซงเปนผลมาจากกระบวนการหมเสนใยดวยโคดตง ทปลอยใหวสดหมเสนใยแกวแขงตว (หรอเยนตวลง) โดยไมมการควบคมกรรมวธหรออณหภมทถกตอง ทาใหแตละสวนของวสดทหมเสนใยแขงตวลงไมพรอมกน จนเกดเปนแรงกระทาตอเสนใยแกวบางสวน โดยเฉพาะรอยตอระหวางคอรกบแคลดดง ทาใหเกดเปนไมโครเบนดงได

รปท 3.1 ภาพแสดงการเกดไมโครเบนดงบรเวณรอยตอระหวางคอรกบแคลดดง

• การดดซมไฮโดรเจน (Hydrogen absorption) จากวสดหมเสนใยทมสารประกอบของธาตไฮโดรเจนซมเขาไปในเสนใยแกว ซงเปนกระบวนการทางเคม เปนผลทาใหคาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกวมคาสงขน

3) มความคงทน แขงแรง การตดตงสายเคเบลทมระยะทางไกล มกจะตองทาการยดสายเคเบลระหวางเสาเชนเดยวกบสายไฟ ตวสายเคเบลเองกมนาหนกในตวมนเองพอสมควรซงเรยกวา axial load หากระยะหางระหวางเสามมาก สายเคเบลกจะรบนาหนกมาก ทาใหตวสายเคเบลยดออกตามแรงหรอนาหนกทรบอยหลงตดตง และจะคอยๆ ยดออกเมอเวลาผานไปนานๆ ในกรณสายเคเบลไฟฟา สวนยดของสายเคเบลทเกดขน จะมคาไดมากถง 20-40 เปอรเซนต แตสาหรบสายเคเบลใยแกวธรรมดาทแขงแรงแลว ไมควรจะเกดความยดของสายมากกวา 4 เปอรเซนต มฉะนนเสนใยแกวจะแตกหกได ในขณะทเสนใยแกวทมคณภาพสงจะอนญาตใหเกดการยดตวของสายเคเบลไดเพยง 0.5-1 เปอรเซนต และเนองจากเสนใยแกวมความบอบบางมาก ในทางปฏบต สายเคเบลใยแกวทตดตงแลว จะอนญาตใหเกดการยดตวของสายไดสงสดเพยง 0.2 เปอรเซนต เทานน ในการทาใหสายเคเบลใยแกวมความคงทน

คอร

แคลดดง

ไมโครเบนดง (microbending)

บทท 3


80

แขงแรง และรบนาหนกไดมากโดยทเกดการยดตวนอย จะใชวสดททนแรงดงไดสงเชน โลหะ เปนแกนสาหรบรบแรงดงของสาย แตในบางครงการใชโลหะเปนแกนเคเบล อาจทาใหเกดผลของการเหนยวนาคลนแมเหลกไฟฟา จากสภาพแวดลอมได จงหลกเลยงโดยการนาวสดประเภทเคฟลา (Kevlar) มาใชแทนหรอ โดยการอดหรอพนเกลยวจนแนน เคฟลาเองมคณสมบตการเปนฉนวนทด และมความแขงแรงสง อกทงยงปองกนหรอชวยลดผลกระทบจากการเหนยวนาคลนแมเหลกไฟฟา (EMI: Electromagnetic Interference) ไดดอกดวย ตวอยางของสายเคเบลประเภทนไดแก สายเคเบลใยแกวชนดทใชภายในอาคาร ทตองมการเดนสายเคเบลรวมกบสายไฟฟาอน ๆ ไปดวยกน เปนตน

4) สะดวกในการตดตงและซอมแซม

นอกเหนอจากการเลอกใชวสดและการออกแบบโครงสรางของวสดในสายเคเบลทกอใหเกดความแขงแรงทนทานแลว ยงตองคานงถงการสรางสรรคสวนประกอบภายในสายเคเบล ใหเอออานวยตอการตดตงและซอมแซมดวย สายเคเบลทประกอบดวยเสนใยแกวจานวนมาก จาเปนตองมการระบโคดสของเสนใยทแตกตางกน ทาใหทราบวาเสนใยแกวสไหนกาลงใชงานอะไรอย โดยทวไปจะใชสของโคดตง (coating) หรอเยอหมเสนใยแกวเปนเกณฑ นอกจากนนสายเคเบลใยแกว อาจมสวนของลวดทองแดงหรอสายไฟแทรกอยนอกเหนอจากเสนใยโดด ๆ สายไฟทแทรกอยน หากมไดถกออกแบบมาใหเปนสายนาสญญาณสาหรบใชงาน กจะใชเปนเพยงสายสญญาณชวคราว ไวเชอมตอระหวางสถาน ในกรณทเสนใยแกวบางเสนชารดไมสามารถใชงานได หรออาจใชเปนสายสญญาณสาหรบการสอสารระหวางสถานกบวศวกรสนาม ในขณะทาการตดตง หรอซอมแซม สายเคเบลภายนอกอย

3.2 การผลตสายเคเบลใยแกว วตถประสงคในการผลตสายเคเบลสาหรบเสนใยแกว กเพอปองกนอนตรายจากแรงกระทาภายนอกทอาจเกดขน ทาใหเกดความสะดวกในการตดตงใชงานไมตองคอยพะวงวาเสนใยแกวจะแตกหก เสนใยแกวมความทนทานตอสภาพแวดลอมสง อกทงยงเปนการรวมเสนใยแกวหลายๆ เสนเขาไวดวยกนอกดวย เทคนคการผลตสายเคเบลม



81

หลกการทไดรบการพฒนามาจากเทคโนโลยของการผลตสายเคเบลทองแดงในงานไฟฟา โดยทแตละบรษทผผลตกจะมรายละเอยดและขนตอนทแตกตางกนออกไป สาหรบรายละเอยดการผลตเคเบลเสนใยแกวทจะกลาวถงในหวขอน จะเนนทการผลตสายเคเบลใยแกวทบรรจเสนใยแกวภายในเปนจานวนมาก โดยจะกลาวอางองถงขนตอนหลกทใชปฏบตจรงของ บรษท ไทยไฟเบอรออพตคส จากด ซงมโรงงานตงอยทจงหวดสมทรปราการ โดยผบรหารของบรษทไมเพยงแตใหความอนเคราะหเปดเผยขอมลเชงวชาการทมประโยชน แตยงเชญผเขยนใหเขาเยยมชมโรงงาน เพอใหเหนถงกระบวนการผลตทกขนตอนอกดวย นอกจากน ทางบรษทยงไดอนเคราะหรปภาพและตารางทไดแสดงประกอบเนอหาในบทนเปนสวนใหญ จงขอขอบคณเปนอยางสงมา ณ โอกาสน * ขนตอนนมรายละเอยดแตกตางตามชนดและประเภทของสายเคเบลเสนใยแกว

รปท 3.2 บลอกไดอะแกรมแสดงขนตอนการผลตเคเบลใยแกว

ขนตอนการผลตเคเบลใยแกวจะเรมจากการนาเสนใยแกวทผานการเคลอบโคดตงเรยบรอยแลวนามาใช โดยมขนตอนหลกทสาคญ แสดงดงรปท 3.2 โดยปกตการเคลอบโคดตงใหกบเสนใยแกวเปลอย มกจะใชวสดใสไมมส ดงนน กอนนาเสนใยแกวนมาผลตเปนสายเคเบล จงตองผานขบวนการเคลอบส (colouring) กอน เพราะเมอนาเสนใยแกวหลายเสนมาจดรวมไวในสายเคเบลเสนเดยวกน จะไดทราบวาเสนใยแกวเสนไหนใชงานอะไร ในการเคลอบสจะใชการสอดเสนใยแกวเขาไปในภาชนะเลกๆ คลายกรวยทบรรจสอย ดงแสดงในรปท 3.3 เสนใยแกวทเคลอนผานกรวยเลกนจะถกเคลอบดวยส แลวจะถกอบดวยรงสยวหรออลตราไวโอเลต (UV : Ultraviolet) เพอทา

เสนใยแกว เคลอบส หอหมทอหลวม

ตเกลยว SZ *หอหมผนงปองกน เคเบลใยแกว

บทท 3


82

ใหสแหง กอนถกมวนเกบไวทวงลอเลกๆ คลายหลอดดายขนาดใหญทเรยกวา บอบบน (bobbin) ความหนาของสทเคลอบลงไปน จะถกควบคมใหมคาคงทดวยความเรวในการหมนของบอบบน ซงกคอ ความเรวของเสนใยแกวทเคลอนทผานสนนเอง

รปท 3.3 ขบวนการเคลอบสเสนใยแกว

ตารางท 3.1 การกาหนดสโคดตงของเสนใยแกว

ลาดบ เสนใยแกว

สทเคลอบ เสนใยแกว

ลาดบ เสนใยแกว

สทเคลอบ เสนใยแกว

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ฟา (blue) สม (orange) เขยว (green) นาตาล (brown) เทาอมฟา (slate) ขาว (white) แดง (red) ดา (black)

เหลอง (yellow) มวง (violet) ใส (aqua)

แดงกหลาบ (rose)

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

แถบฟา/ดา แถบสม/ดา แถบเขยว/ดา แถบนาตาล/ดา แถบเทาอมฟา/ดา

แถบขาว/ดา แถบแดง/ดา

แถบธรรมชาต/ดา แถบเหลอง/ดา แถบมวง/ดา แถบใส/ดา

แถบแดงเขม/ดา

เสนใยแกวทถกเคลอบสแลว บอบบนมวนเกบเสนใยแกว

บอบบนปลอยเสนใยแกวออก

แหลงกาเนดแสงยว ภาชนะใสสเหลว

เสนใยแกวทเคลอบโคดตงใส



83

การกาหนดสของเสนใยแกว เพอความสะดวกในการระบเสนใยแกว ทรวมกนไวหลาย ๆ เสนในสายเคเบลเสนใยแกว โดยทวไปอาจกาหนดไดดวยตารางท 3.1 ในการออกแบบเคเบลเสนใยแกว มกจะจดรวมเสนใยแกวหลาย ๆ เสนเขาไวในทอเลก ๆ ทมความทนทานแขงแรง โดยจดใหเสนใยแกวมอสระในการเคลอนไหวได ลกษณะเชนนเรยกวาแบบ ทอหลวม (loose tube) (ดหวขอท 3.3) จากนนจงนาทอหลวมแตละทอมาจดรวมกนอกท ขนอยกบวาจะออกแบบสายเคเบลใหมเสนใยแกวจานวนเทาไร ในการนาเสนใยแกวหลายเสนมาจดรวมไวในทอหลวมมกระบวนการแสดงดงรปท 3.4

รปท 3.4 การหอหมเสนใยแกวหลาย ๆ เสนไวในทอหลวมทอเดยว ในการจดใหเสนใยแกวบรรจอยภายในทอ จะไมใชวธการรอยสายเขาไปในทอแตจะใชการหลอทอครอบกลมของเสนใยแกว เชน หากทอทใชเปนทอพลาสตกหรอพวซ กจะใชเครองฉดพลาสตกเปนตวหลอทอดงรปท 3.4 เสนใยแกวทบรรจไวในทอหลวมหลงการหลอและทอแหงแขงตวดแลว จะถกมวนจดเกบเพอเตรยมใชงานในกระบวนการตอไป ซงเปนการนาทอหลวมหลาย ๆ ทอ (ทาใหมเสนใยแกวหลาย ๆ เสน) มามวนตเกลยวรวมกน ดงแสดงในรปท 3.5 ในการตเกลยวทอหลวมหลายทอใหรวมกนเปนสาย จะกระทาโดยรอบแกนกลาง ทเปนวสดทมความทนทานแขงแรงและสามารถรบแรงดงไดมาก เรยกวา แกนรบแรงดง หรอ tension member หรอ strength member วสดสวนนจะใชรบแรงดงทเกดจากนาหนกของสายเคเบล หรอแรงกระทาจากภายนอก ในขณะทาการ

ตวหลอทอ

เครองฉดพลาสตก บอบบนปลอยเสนใยแกว

ทอหลวมถกมวนเกบ

ทอหลวมทบรรจเสนใยแกว ทอนาทาง

บทท 3


84

ตดตงและในสภาวะใชงานหลงจากตดตงเสรจแลว (เชนการแขวนหอยสายเคเบล) รอบแกนรบแรงดง จะประกอบดวยทอหลวมเรยงตอกนเปนเสนรอบวงเพอใหไดจานวนเสนใยแกวตามทตองการ หากจานวนเสนใยแกวทกาหนดมไมมาก จะทาใหจานวนทอหลวมทตองการไมสามารถจดเรยงไดเตมรอบ กจะใชทอตนเทยมเรยกวา แทงเสรม หรอ filler rod จดวางแทรกเขาไป โดยแทงเสรมนมกจะมขนาดเสนผานศนยกลางเทากบทอหลวมทใชบรรจเสนใยแกว เมอจดเรยงทอหลวมโดยรอบแกนรบแรงดงไดแลว กจะนาไปเขาเครองตเกลยว (strander) เพอมวนทอหลวมใหพนรอบแกนรบแรงดง ในการตเกลยวนจะกระทาในลกษณะตามเขมนาฬกาและทวนเขมนาฬกาสลบกนไปเปนชวง ๆ เรยกวาการตเกลยวแบบ SZ (เนองจากตวอกษร S และอกษร Z มลกษณะกลบกน) ทงนเพอปองกนการพนกนของทอหลวม ทาใหเกดความสะดวกในการตดตง และซอมบารงเคเบลเสนใยแกวในภาคปฏบต เสนใยแกวทถกมวนตเกลยวแลวอาจถกมดดวยเชอกเลก ๆ (core binder) คลายตาขาย เพอยดรวมทอหลวมมใหแตกแยกออกจากกน เสนใยแกวทถกตเกลยวรวมกน จะถกมวนเกบกอนนาไปประกอบในขบวนการหอหมใหมลกษณะเปนสายเคเบลเสนเดยวตอไป

รปท 3.5 การมวนตเกลยวแบบ SZ สาหรบทอหลวมหลายทอเขาดวยกน รปท 3.6 เปนกระบวนการสดทายในการผลตสายเคเบลใยแกว โดยการหอหมเสนใยแกวหลายๆ เสนในทอหลวมทถกตเกลยวรวมกนแบบ SZ แลว ดวยการหลอผนงภายนอกดวยวสดทมความคงทน แขงแรง กอนถกมวนเกบเพอทดสอบกอนเกบสงลกคาเพอนาไปใชงานตอไป ซงในกระบวนการหอหมสายเคเบลนจะมรายละเอยดและ

มวนทอหลวมหลายทอถกปลอยออกรวมกนเปนแนวเสน

กลมของทอหลวมทมวนเกลยวแลวถกมวน

ตวตเกลยวแบบ SZ



85

กรรมวธแตกตางออกไป ตามชนดและประเภทของสายเคเบล เชน อาจมการบรรจเยลลหรอเจลเหลว สอดใสดวยอะรามดยาน (aramid yarn) พนดวยเทปกนนา และการหอหมดวยทอโลหะบาง เปนตน ทงนเพอวตถประสงคในการรบแรงกระแทกและกนนา รวมทงการพมพรหสและรายละเอยดของเสนใยแกว (เชน ชนด และเสนผานศนยกลาง เปนตน) ลงไปทผวดานนอกของสายเคเบลเหลาน ดงเชนโครงสรางของสายเคเบลแบบตาง ๆ ทจะแสดงในหวขอตอไป แตทงนกเพอวตถประสงคในการปองกนอนตรายทอาจเกดขนกบเสนใยแกวภายในเหมอนกน

รปท 3.6 การหอหมสายเคเบลเสนใยแกว

รปท 3.7 ตวอยางโครงสรางของเคเบลใยแกวโดยมสวนประกอบแสดงดงตารางท 3.2 รปท 3.7 แสดงตวอยางของเคเบลเสนใยแกว โดยมรายละเอยดทแสดงสวนประกอบของสายเคเบล ดงตารางท 3.2 โดยทวไปวศวกรในบานเรา มกเรยกจานวนเสนใยแกวทบรรจอยภายในสายเคเบลเปนจานวนคอร ตวอยางเชน สายเคเบล

กลมทอหลวมทเกลยวแลว

ตวหลอสาย

สายเคเบลใยแกว

เครองฉดวสด เคลอบผนงเคเบล

9 8 7 6 5 2 4

1

3

บทท 3


86

มเสนใยแกว 16 คอร กคอสายเคเบลทมเสนใยแกวอย 16 เสน นนเอง

ตารางท 3.2 ตวอยางรายละเอยดโครงสรางของสายเคเบลเสนใยแกวในรปท 3.7

No. Item Description

1 Optical Fiber Number up to 36 48 to 72 84 to 96 108 to 120 132 to 216

Material PBT (Polybutylene Terepthalate) 2 Loose Tube

Number 1-6 4-6 7-8 9-10 11-17

Material Plastic rod or pipe, nature color 3 Filler Rod

Number 5 – 0 2 – 0 1 – 0 1 – 0 7 - 1

Material Polyethylene coated FRP rod 4 Tension

Member Dia. Of FRP nominal 2.3 mm nominal 2.7 mm nominal 3.5 mm

5 Water Blocking Tape Material Plastic thread(s) and / or Plastic tape(s)

6 Strength Member Material Aramid yarns*

7 Rip Cord Material Plastic thread(s)

Material One or two side(s) plastic coated aluminium tape 8 Moisture

Barrier Thickness Aluminium : nominal 0.2 mm Plastic coating : nominal 0.05 mm

Material HDPE, Black color 9 Jacket

Thickness Nominal 1.7 mm

10 Cable Diameter (Approx. mm) 14 15 17 19 21

11 Cable Weight (Approx. kg/km) 151 187 242 300 380

หมายเหต * อะรามดยาน กคอวสดประเภทเคฟลา (Kevlar) ทมความเหนยวและแขงแรงมาก 3.3 การทดสอบสายเคเบลใยแกว สายเคเบลทผลตเสรจสมบรณแลว จะตองผานการทดสอบวามคณภาพไดมาตรฐานหรอไม ถาไมไดตามมาตรฐานทกาหนด กตองสารวจหาขอบกพรองในกระบวนการผลตแลวทาการปรบปรง ถาสายเคเบลใยแกวมคณภาพไดมาตรฐานตามทลกคาตองการกจดสงใหลกคาไดทนท ในบางครงการทดสอบคณสมบตของสายเคเบลใยแกวไมเพยงแตจะกระทากนเองภายในโรงงานผผลตเทานน แตยงตองม



87

เจาหนาทจากหนวยงานของลกคาเขามารวมทดสอบดวย เพอใหเกดความมนใจสงสด การทดสอบคณสมบตของสายเคเบลใยแกว สามารถทาตามรปแบบมาตรฐานทกาหนดโดยองคกรสากลตาง ๆ เชน • สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ หรอ ITU (International

Telecommunication Union) • สมาคมอตสาหกรรมอเลกทรอนกส (EIA : Electronic Industries Association) • หนวยงาน IEC (International Electrotechnical Commission) • หนวยงาน ASTM (American Society for Testing and Materials) • สานกงานมาตรฐานอตสาหกรรม (สมอ.หรอ TIS : Thai Industrial Standard) • ฯลฯ

ในกรณของโรงงานผลตสายเคเบลใยแกวในประเทศไทย อาจจาเปนตองทดสอบคณสมบตของเสนใยแกวตามขอกาหนดของลกคารายใหญ เชน บรษท กสท โทรคมนาคม จากด (มหาชน) (ชอเดมคอ การสอสารแหงประเทศไทย - กสท.) และ บรษท ทศท คอรปอเรชน จากด (มหาชน) (ชอเดมคอองคการโทรศพทแหงประเทศไทย - ทศท.) เปนตน

การทดสอบมาตรฐานของสายเคเบลใยแกว พอจะแบงออกไดเปนสองประเภทใหญ ๆ ไดแก การทดสอบเสนใยแกว และการทดสอบสายเคเบล ดงรายละเอยดพอสรปไดดงน

1. การทดสอบเสนใยแกว ไดแกการตรวจสอบคณสมบตและพารามเตอรของเสนใย

แกวใหเปนไปตามทกาหนดออกแบบ ตวอยางเชน • เสนผานศนยกลางของโหมดแสง (mode field diameter) ทคาความยาวคลน

แสงตาง ๆ • ขนาดเสนผานศนยกลางของแคลดดง (หรอของเสนใยแกวทงเสน) • ความกลมของเสนใยแกว • คาการลดทอนสญญาณแสงในชวงของความยาวคลนทใชงาน เชน 1310 และ

1550 นาโนเมตร เปนตน • ความยาวคลนตดหรอความยาวคลนคทออฟ (cut-off wavelength)

บทท 3


88

• คาดสเพอรชนแบบโครเมตก (Chromatic Dispersion) ในชวงของความยาวคลนทใชงาน

• ฯลฯ

อยางไรกตาม กระบวนการทดสอบเสนใยแกวเหลาน มกกระทามาแลวจากโรงงานทผลตเสนใยแกวกอนหนาน โรงงานผผลตสายเคเบลอาจทาการทดสอบเฉพาะสงทตนตองทางานเกยวของ เพอใหเกดความแนใจอกครงหนง สาหรบรายละเอยดการทดสอบเสนใยแกวทนาสนใจ แสดงไวแลวในบทท 7 2. การทดสอบสายเคเบลเสนใยแกว จะเนนเฉพาะสายเคเบลเปนหลก ซงมกกระทา

ในลกษณะยอยไดดงน 2.1 การทดสอบของกายภาพ ไดแก การตรวจสอบขนาดของสวนประกอบของสาย

เคเบลวาเปนไปตามทไดออกแบบไวหรอไม เชน • ขนาดเสนผานศนยกลางของทอหลวม (loose tube) แทงเสรม (filler rod) แกนรบแรงดง (tension member) และสายเคเบลทงเสน เปนตน

• คาความยาวสวนเกน (excess length) เมอไดรบแรงกระทาจากภายนอกของทอหลวม และแกนรบแรงดง

2.2 การทดสอบความแขงแรงและทนทานตอสภาวะแวดลอมตาง ๆ เชน • การทดสอบความทนทานตอแรงกระแทก โดยการนาเคเบลใยแกวทงเสนไปวางยดไวบนแทน จากนนจะปลอยวสดหนกใหตกลงมาจากทสงประมาณ 1 เมตร นาหนกของวสดทใชขนกบขอกาหนดในการออกแบบสายเคเบลใยแกว ยงนาหนกมากสายเคเบลใยแกวกจะไดรบแรงกระแทกมาก สายเคเบลใยแกวทผานการทดสอบจะตองมสภาพทางกายภาพ และคณสมบตทางแสงปกตทกประการ

• ความยดหยนของสายเคเบลใยแกว • การบดตวของสายเคเบลใยแกว • คาแรงดงสงสดทสายเคเบลใยแกวทนได โดยไมเกดอนตรายตอเสนใยแกวภายใน

• ความทนทานตอการเปลยนแปลงของอณหภมทไมคงท



89

รปท 3.8 การทดสอบการรวซมของนาเขาสสายเคเบลใยแกว

รปท 3.9 การทดสอบคณสมบตในการทางานของเสนใยแกว

คารศมความโคงสงสดของสายเคเบลใยแกว ทไมทาใหคณสมบตทางแสงของเสนใยแกวเปลยนแปลงไป

อตราการรวซมของนาทไหลเขาไปในสายเคเบลใยแกว ทงจากผนงโดยรอบเมอเกดการฉกขาด และจากปลายเปดของปลายสายเคเบลใยแกว ซงการ

ทดสอบแบบนอาจแสดงดงรปท 3.8 โดยการอดนาเขาไปทปลายเปดของ

สายเคเบล แลวปลอยทงไว สายเคเบลใยแกวทดควรอนญาตใหนาซมเขาไป

ภายในสายเคเบลไมเกน 1.2.-1.5 เมตร เทานน ทงน เทปพนกนนาภายใน

วาลวนา เสนใยแกวทตองการทดสอบ

ทอบรรจนาภายใน ทอนาไหลเขา

ปดสนทกนนารว

บทท 3


90

สายเคเบลจะขยายตวออกเมอเปยกนาดวยปรมาตรทมากขนกวาเดม

หลายเทาตวมาก จนเสมอนพองตวปดชองอากาศภายในและซมซบนาไว

ไมใหนารวซมผานตอไปไดอก ในกรณทตองการทดสอบการรวซมทผนง

เคเบล กอาจทดสอบไดดวยวธเดยวกน เพยงแตนาจกมาปดปลายของสาย

เคเบลใยแกว มใหนาเขาเทานน

รปท 3.10 การทดสอบการทนแรงกระแทกของสายเคเบลเสนใยแกว

3.4 สายเคเบลใยแกวประเภทตาง ๆ

การจดแบงประเภทของสายเคเบลใยแกว อาจมหลกการในการจาแนกออกได

หลายลกษณะ ในทนจะกลาวถงการจาแนกสายเคเบลใยแกวเพยงสองลกษณะ คอ การ

จาแนกตามลกษณะโครงสรางของสายเคเบล และ การจาแนกตามประเภทของการใช

งาน

โครงสรางของสายเคเบลมกจะถกออกแบบตามชนดการใชงานแตละประเภท

เพอทาใหสายเคเบลใยแกวมราคาทเหมาะสม สายเคเบลทมโครงสรางแบบงาย ๆ จะม



91

ราคาถกกวาสายเคเบลทมโครงสรางทซบซอน โดยปกต ราคาของสายเคเบลมกถกกาหนดมาจากโครงสรางและวสดทใชทาสายเคเบล มากกวาวสดทใชทาเสนใยแกวเองเสยอก การจาแนกสายเคเบลตามโครงสรางอาจจาแนกออกไดเปนดงน (1) ชนดเสนเดยวทอหลวม (single-fiber loose buffer) (ก) ทอหลวมธรรมดา (ข) ทอหลวมทเตมเจลเหลวไวในทอ

รปท 3.11 สายเคเบลเสนใยแกวชนดเสนเดยวทอหลวม โครงสรางของสายเคเบลชนดเสนเดยวทอหลวม จะประกอบดวยเสนใยแกวเพยงเสนเดยว ทาใหสายเคเบลมขนาดเลกคลายสายไฟธรรมดา ตวเสนใยแกวจะบรรจอยภายในทอทรงกระบอกทมเสนผานศนยกลางใหญพอทจะทาใหเสนใยแกว สามารถเคลอนท ไปมาไดอยางอสระอยภายใน ดงแสดงในรปท 3.11(ก) โดยปกตทอทรงกระบอกน มกทาจากวสดประเภทพลาสตกทมความทนทานแขงแรง แตมความยดหยนโคงงอไดงาย และมอายการใชงานยนยาว ภายในทอทรงกระบอกมกจะปลอยวางไว แตในบางครงจะบรรจสารทมลกษณะคลายขผงหรอเยลลเหลวไว สารนตองมสภาพเปนกลางทางเคม และมความทนทานตอการเปลยนแปลงอณหภมระหวาง -30 ถง 170 องศาเซลเซยส ไดโดยยงคงรกษาสภาพเดมไว (ไมแขงตวทอณหภมเยนจดและไมเหลวละลายเมออณหภมสง) ทอทรงกระบอกทาหนาทปกปองอนตรายและรบแรงกระแทกทอาจเกดกบเสนใยแกว รวมทงทาหนาทเปนตวยดหดของสายเคเบลแทนเสนใยแกวอกดวย ในการทาเปนสายเคเบลทอทรงกระบอกจะถกหอหมดวยฉนวนอกชนหนง ทาใหมความคงทนแขงแรง แตโดยทวไปโครงสรางดงกลาวไมนยมนามาทาเปนสายเคเบลเสนเดยวมากนก แตจะนาไปรวมกบเสนใยแกวอน ๆ เพอทาเปนสายเคเบลเสนรวมมากกวา


. . ทอกลวง

อากาศ เจลเหลว

บทท 3


92

(2) ชนดเสนรวมทอหลวม (multi-fiber loose buffer)

รปท 3.12 สายเคเบลเสนใยแกวชนดเสนเดยวทอหลวม

รปท 3.13 ตวอยางโครงสรางของสายเคเบลชนดเสนรวมชนดหนง หากเรานาเสนใยแกวชนดทอหลวมมารวมกนหลาย ๆ เสน เปนวงกลมดงรปท 3.12 จะไดสายเคเบลเสนเดยวทมเสนใยแกวหลายเสนรวมกน ขอดของเสนใยแกวชนดทอหลวมคอมความทนทานตอแรงกระทาสง ในรปท 3.12(ก) เปนสภาวะปกตของสายเคเบลทไมมแรงใด ๆ มากระทา เสนใยแกวแตละเสนจะรกษาสมดลอยในตาแหนงทเปนจดกงกลางทอ เมอมแรงมากระทาจนทาใหสายเคเบลเกดการยดตวออกหรอมความยาวมากขน จะเกดแรงกระทาภายนอกทาใหตาแหนงของเสนใยแกวเลอนเขาสจดศนยกลางของสายเคเบลดงรปท 3.12(ข) ในทานองเดยวกน หากสายเคเบลมการหด

เคเบลเมอถกดนเขา เคเบลในสภาวะปรกต เคเบลเมอถกดงยดออก

ทอหลวมทบรรจเสนใยแกวหลายเสนภายใน แกนรบแรงดง

ผนงทยดหยนได เทปไมลาหอหม

ฟอยลอลมเนยมหมกนนา

ผนงชนนอก

ทาดวยโพลเอทาลน



93

ตวหรอเกดแรงดนจากปลายสองขางเขาหากน เสนใยแกวจะเลอนตาแหนงออกจากจดศนยกลางสเสนรอบวงของสายเคเบล เหตการณของแรงกระทาภายนอกทเกดขนทงในรปท 3.12(ข) และ (ค) จะมผลกระทบกบสายเคเบลโดยตรง ในขณะทเสนใยแกวเองแทบไมมแรงกระแทกเกดขนเลย เนองจากการผอนแรงทเกดมาจากการเคลอนไหวไดอยางอสระดงทไดกลาวมาแลว ลกษณะโครงสรางพนฐานของสายเคเบลใยแกวชนดเสนรวม แสดงดงรปท 3.13 โดยจะมเทปพนรอบทอเสนใยแกวกอนถกหอหมดวยแผนอะลมเนยมบางเพอปองกนนาเขา อกทงยงทาใหสายเคเบลทนแรงดนนาไดระดบหนง ฉนวนภายนอกทหอหมสายเคเบลนยมใชวสดทเปนพลาสตก ประเภทโพลเอทธลน (Polyethylene : PE) เพราะมความแขงแรง ยดหยน และทนแรงดนไดสง (3) ชนดทอแนน Tight buffer

(ก) ทอแนน (ข) ทอหลวม รปท 3.14 ภาพเปรยบเทยบของสายเคเบลเสนใยแกวชนด (ก) ทอแนน และ (ข) ทอหลวม

หากเสนใยแกวเดยวถกเคลอบดวยวสดฉนวนทมความหนาพอทจะปองกนอนตรายและแรงกระแทกตาๆ ทอาจเกดแกเสนใยได จะเรยกสายเคเบลชนดนวาเปนแบบทอแนน บางครงฉนวนทเคลอบเสนใยแกวอาจมมากกวาหนงชน สายเคเบลชนดนทางาย ราคาถกเพราะไมตองคานงถงเรองโครงสรางมากนก ตวฉนวนเองตองมความแขงแรงพอทจะทนทานแรงดงตาง ๆ ได สายเคเบลชนดทอแนนมทงทเปนเสนเดยวและเสนรวม (คอนามารวมกนตามโครงสรางในแบบท 2) สายเคเบลชนดนมกนยมใชภายในอาคาร (Indoor Cable) เพราะสภาพแวดลอมมผลตอสายเคเบลนอยมาก ฉนวนภายนอกของสายเคเบลมกเปนพลาสตกชนดพวซ (PVC : Polyvinylchloride) ขอเสยทเดนชดของสายเคเบลชนดทอแนนกคอ สามารถทนแรงกระทาภายนอกได


ชองอากาศหรอบรรจเจลเหลว

บพเฟอร

บทท 3


94

นอยกวาชนดทอหลวมมาก จงมผคดออกแบบสายเคเบลชนดทอผสมขน โดยเวนชองวางระหวางเสนใยแกวกบฉนวนหมไวเพยงเลกนอยเพอเปดพนทใหเสนใยแกวไดเคลอนไหวแบบอสระไดบาง ทาใหสามารถทนแรงกระทาไดเพมขนอกเลกนอย การเวนชองวางไวเพยงเลกนอยกเพอควบคมตนทนการผลตใหตาไว นนเอง ตารางท 3.3 การเปรยบเทยบโครงสรางแบบทอแนนกบทอหลวมในสายเคเบลเสนใยแกว

ชนดทอแนน ชนดทอหลวม รศมความโคงของสาย

ขนาดเสนผานศนยกลาง

การรบแรงดง

การทนแรงกระแทก

การทนแรงอด

การเปลยนแปลงคาการลดทอนสญญาณทอณหภมตา

โคงไดมาก - มรศมความโคงนอยกวา

มขนาดเลกกวา

รบแรงดงไดนอยกวา

ทนไดมากกวา

ทนไดมากกวา

เปลยนแปลงไดงายกวา

โคงไดนอย - มรศมความโคงมากกวา

มขนาดใหญกวา

รบแรงดงไดมากกวา

ทนไดนอยกวา

ทนไดนอยกวา

เปลยนแปลงไดนอยกวา

รปท 3.15 สายเคเบลเสนใยแกวชนดผสมหรอ composite buffer การเปรยบเทยบขอดและขอดอย เมอคานงถงโครงสรางของเสนใยแกว ระหวางชนดทอแนนและทอหลวม แสดงดงตารางท 3.3 ซงคณสมบตดานดของโครงสรางทงสองชนด สามารถนามารวมกนเพอออกแบบสรางเสนใยแกวชนดผสมหรอ composite

เสนใยแกว อากาศหรอเจลเหลว ผนงหอหมหนาเปนบฟเฟอร



95

buffer โดยลดชองวางอากาศในชนดทอหลวมลง และเพมผนงทอใหหนาและมโครงสรางแบบทอแนนมากขน ดงแสดงในรปท 3.15 (4) ชนดแถบแถบ (Ribbon Type)

(ก) เสนใยแกว 8 เสนใน 1 แถว

รปท 3.16 สายเคเบลชนดแถบแบน

การจดวางของเสนใยแกวชนดแถบแบนจะใชการเรยงเสนใยแกวหลายเสน (แตมกไมเกน 12 เสน) ในแนวเดยวกนเปนเสนตรง โดยใชกาวเปนตวยดระหวางเสนใย

เสนใยแกว บรรจสารเจลเหลว ทากาวตดกน เทปกาว ทอ

ผนงชนใน

ผนงชนกลาง

เทปเหลกกลา

ผนงชนนอก แถวรมขอบของเสนใย

สารประกอบเหลวเปนเจล

บทท 3


96

แกว ดงรปท 3.16(ก) จากนนจะนาแถบเสนใยมาวางซอนกนเปนชน ๆ อยในแนวกงกลางของสายเคเบลในลกษณะทอหลวม ทมสารขผงบรรจอย และหมนเปนเกลยวตามความยาวของเคเบล ฉนวนทหมเสนใยแกวอาจทาเปนชน ๆ สลบกบสวนของโลหะเพอเพมความแขงแรง ดงแสดงในรปท 3.16(ข) สายเคเบลชนดนสามารถบรรจเสนใยแกวไดมากถงกวา 50 เสน ขอเสยของสายเคเบลชนดนคอ ไมสามารถรบนาหนกไดมาก และมความทนทานตอการเปลยนแปลงของสภาพแวดลอมไดไมด จงนยมใชในพนททมความหนาแนนของตวกลางสงขอมลสง และมระยะทางเชอมตอกนไมไกลนก เชน ภายในอาคาร และใชกบระบบควบคมในโรงงานอตสาหกรรม เปนตน อนง เสนใยแกวชนดแถบน มใชมากในประเทศญปน ในขณะทในเมองไทย แทบไมมการใชงานใหเหนเลย (5) ชนดแบงสลอต (Slot Type)

โครงสรางพนฐานของการจดวางเสนใยแกวชนดแบงสลอต แสดงดงรปท 3.17 ประกอบดวยแกนอโลหะ ทาหนาทรบนาหนกและแรงดงในแนวแกนกลาง รอบ ๆ แกนกลางจะถกหลอเปนรองหรอสลอตทแขงแรง เพอใชเปนเกราะปองกนแรงกระทาภายนอกมใหสงผลตอเสนใยแกวทบรรจอยในชองสลอตได ขนาดเสนผานศนยกลางของสายเคเบลประเภทน มกจะมขนาดเลกกวาสายเคเบลประเภทอนทมจานวนของเสนใยแกวเทากน เมอทาการเปรยบเทยบกบสายเคเบลชนดทอหลวม สายเคเบลชนดแบงสลอตจะใชตนทนในการผลตตากวา แตกมขอเสยตรงทมความแขงแรงทนทานตากวา

รปท 3.17 โครงสรางของสายเคเบลชนดแบงสลอต

แกนรบแรงดง


ผนงหอหมสายเคเบล

ชองสลอต



97

3.5 การจดแบงสายเคเบลใยแกวตามประเภทการใชงาน หากทาการแบงชนดของสายเคเบลตามประเภทการใชงาน อาจจาแนกออกไดหลายชนดขนกบสภาพการใชงานในแตละรปแบบ โดยทวไป พอจะแบงออกคราว ๆ ไดดงน (1) สายเคเบลภายในอาคาร (Indoor Cables)

สายเคเบลใยแกวทใชภายในอาคารทวไปมกมขนาดเลก และมปรมาณของเสนใยแกวบรรจอยไมมากนก โครงสรางของสายเคเบลมกเปนแบบทอแนนหรอแบบผสมระหวางทอแนนกบทอหลวม และมกจะไมมสวนประกอบของโลหะอยเลย สายเคเบลเสนใยแกวภายในอาคาร นยมใชกบงานทเกยวกบระบบเครอขายคอมพวเตอรหรอแลน (LAN) และอปกรณประเภทเครองมอวดทงหลาย เปนตน (2) สายเคเบลภายนอกอาคาร (Outdoor Cables)

สายเคเบลภายนอกอาคารจะใชตอจากสายเคเบลภายในอาคาร โดยมรศมไมหางจากตวอาคารไมมากนก โครงสรางของสายเคเบลแบบนมกเปนแบบทอแนน ทหอหมดวยผนงทมความทนทานตอการเปลยนแปลงของสภาพแวดลอมไดสง หรออาจเปนลกษณะของทอหลวมทมเสนใยแกวอยระหวาง 2-24 เสน บรรจอยในสายเคเบลตามโครงสรางปรกตทวไป (3) สายเคเบลระหวางอาคาร (Intrabuilding, Arial Cables)

ในการเชอมโยงสายเคเบลเสนใยแกวระหวางอาคาร ทมระยะหางไมมากนก มกใชสายเคเบลทมโครงสรางแบบทอหลวม เพราะสามารถรบแรงดงไดด ซงบางครงตองทาการแขวนโยงสายเคเบลประเภทนระหวางเสา จงอาจเรยกชอเปนแบบอากาศ (Aerial Cables) สายเคเบลประเภทนจาเปนตองมแกนรบแรงดงประกอบอย และภายในทอหลวมหนงทอ อาจบรรจเสนใยแกวหลายเสนรวมกน เรยกวา MFPT (multifiber per tube) สายเคเบลชนดหนงทนยมใชในการแขวนโยงระหวางเสา จะมรปรางในภาคตดขวางคลายรปเลขแปด จงมชอเรยกวาแบบฟกเกอรเอท (Figure-8 cable) ดงรปท 3.18 สายเคเบลระหวางอาคารน มกใชกบปรมาณขอมลทมากขน ใน

บทท 3


98

บางครงการเชอมโยงสายเคเบลระหวางอาคาร อาจใชวธการฝง ทงการฝงโดยตรง (direct buried cable) หรอแบบรอยทอ (duct cable) เพอสรางความเปนระเบยบและทศนยภาพทด บางคนจงเรยกสายเคเบลแบบนวาแบบใตดน (Underground Cables)

รปท 3.18 โครงสรางของสายเคเบลชนด Figure-8 ทมสวนประกอบคลายกบตารางท 3.2 (4) สายเคเบลแบบลกผสม (Hybrid cables) สายเคเบลแบบลกผสมหรอแบบไฮบรด เปนสายเคเบลทมเสนใยแกวและสายไฟทองแดงอยรวมกน โดยเสนใยแกวมกใชสาหรบการใชงานสอสารขอมล ในขณะทสายไฟทองแดงใชเปนสอนาพลงงานไฟฟาไปสจดหมาย เสมอนเปนสายไฟฟากาลงตาๆ ไปในตว ทาใหประหยดในการเลอกใชสายเคเบล ในบางครงตวนาทองแดงอาจถกใชสาหรบเปนสายดนหรอสายกราวด สาหรบระบบไฟฟาในสถานทสายเคเบลพาดผาน ซงเสนใยแกวในกรณหลงน จะมชอเรยกวาแบบ OFWG (Optical Fiber with Ground Wire) ซงในเมองไทยกมใชงานอยบางเหมอนกน โดยเฉพาะหนวยงานทเกยวกบการสงระบบไฟฟากาลง (5) สายเคเบลใตนา (Submarine Cables)

ในการสอสารขอมลระหวางประเทศหรอระหวางภมภาคใหญๆ ทจาเปนตองใชแนวทางผานมหาสมทร จะใชสายเคเบลเสนใยแกวใตนา สายเคเบลชนดนมกประกอบดวยโครงสรางของทอหลวมหลายๆ ทอ รวมกนอยในสายเคเบลเสนเดยวกน สายเคเบลหนงเสนอาจมเสนใยแกวมากถง 144 เสน จงทาใหมขนาดเสนผานศนยกลางคอนขางใหญกวาสายเคเบลประเภทอน แตกไมถอวาใหญมากเมอเทยบกบสายเคเบลทองแดงทวไป สายเคเบลประเภทนอาจมลกษณะเปนแบบลกผสมหรอ

9 8 7 6 5 3 2 4

1 ลวดสลงรบแรงดง



99

ไฮบรด เพราะตองใชสายตวนาทองแดง สงกาลงไฟฟาไปยงสถานทวนสญญาณทอยใต

ทะเล ทสาคญ โครงสรางของสายเคเบลใตนา จะซบซอนกวาสายเคเบลอน เพราะตอง

ทนตอแรงกดของนามากๆ ไดเปนเวลานานๆ อกทงตองมสวนประกอบทปองกนการ

รวซมของนาไดเปนอยางด

(ก) สายเคเบลชนดภายในอาคาร ชนดโหมดเดยว (สเหลอง) และชนดโหมดรวม (สสม)

(ข) เคเบลเสนใยนาแสงภายนอกอาคารชนดแขวนอากาศ หรอรปเลขแปด (ฟกเกอรเอท - Figure 8)

(ค) เคเบลเสนใยนาแสงภายนอกอาคารแบบมเกราะโลหะหม มกใชสาหรบฝงดนโดยตรง

รปท 3.19 ตวอยางสายเคเบลเสนใยแกวแบบตาง ๆ

บทท 3


100

แบบฝกหด 1. อะไรคอสงทตองคานงถง ในการออกแบบสรางสายเคเบลเสนใยแกว 2. จงอธบายวาสายเคเบลเสนใยแกวทใชภายในอาคารควรมลกษณะเชนไร 3. ไมโครเบนดงในเสนใยแกวหมายถงอะไร สงผลกระทบตอการทางานของเสนใยแกว

หรอไม อยางไร 4. จงอธบายความหมายของ axial load ทเกดขนกบเสนใยแกว 5. อธบายขนตอนการผลตสายเคเบลเสนใยแกว 6. การตเกลยว SZ ในการผลตเคเบลเสนใยแกว หมายถงอะไร มความจาเปนใน

กระบวนการผลตอยางไร 7. ทาไมจงตองมการทดสอบสายเคเบลเสนใยแกวทผลตเสรจแลว และกระบวนการ

ทดสอบมหลกการอยางไร 8. อธบายวธการทดสอบการทนแรงกระแทก และการรวซมของนา ในสายเคเบลใย

แกว 9. สายเคเบลเสนใยแกวมกประเภทอะไรบาง แตละประเภทมขอดขอดอยอยางไร 10. อธบายโครงสรางของสายเคเบลเสนใยแกวชนดทอหลวมและทอแนน พรอมทง

อธบายเปรยบเทยบขอดขอดอยของโครงสรางทงสองชนด 11. แทงเสรมหรอ filler rod มประโยชนและความจาเปนอยางไร ในสายเคเบลเสนใย

แกว 12. aramid yarn คออะไร จาเปนตองใชเปนสวนประกอบของสายเคเบลเสนใยแกวทก

ชนดหรอไม เพราะเหตใด 13. อธบายโครงสรางและประโยชนของเสนใยแกวชนดไฮบรด 14. ระบบโรงงานอสาหกรรม ประกอบดวยอาคารตางๆ จานวน 6 อาคาร ตงอยใน

พนทเดยวกน ระยะหางระหวางอาคารทไกลทสด ไมเกน 100 เมตร หากโรงงานนตองการตดตงระบบ LAN เชอมตอทกอาคาร และทกชนภายในอาคาร จงอธบายวาจาเปนตองใชเสนใยแกวประเภทใดบาง และมหลกการในการเลอกใชอยางไร

15. ในการออกแบบโครงสรางของสายเคเบลใตนา ควรคานงถงอะไรบาง 16. จงยกตวอยางระบบสอสารในเมองไทย ทใชสายเคเบลเสนใยแกวเชอมตอระหวาง

สถานขนาดใหญ



101

เอกสารอางอง [1] R. C. Jones, “A new calculus for the treatment of optical system”, J. Optical

Society of America, vol. 31, p. 488, 1941. [2] F. L. Pedrotti and L. S. Pedrotti, Introduction to Optics, Prentice-Hall, Inc.,

Englewood Cliffs, New Jersey, ch. 4, 1987. [3] A. Yariv, Optical Electronics, 3rd Edition, CBS College Publishing, NY, 1985. [4] J. M. Senior, Optical Fiber Communications Principles and Practice, 2nd edn.,

Prentice Hall, ch. 4, 1992. [5] G. Keiser, Optical Fiber Communications, 2nd edn., McGraw-Hill, ch. 2, 1991. [6] J. C. Palais, Fiber Optic Communications, 3rd edn., Prentice Hall, ch. 5, 1992. [7] R. J. Hoss and E. A. Lacy, Fiber Optics, 2nd edn., PTR Prentice Hall, Englewood

Cliffs, New Jersey, ch. 4, 1993. [8] R. A. Shotwell, An Introduction to Fiber Optics, Prentice Hall, ch. 1, 1997.

บทท 3


102

ทอนาสญญาณแสงทรงกระบอก


103

บทท 4


บทท 4


104

4.1 สมการแมกซเวลส (Maxwell's Equation) การอธบายลกษณะการเดนทางของแสงทเดนทางผานเขาไปในเสนใยแกว ในรปแบบเชงเรขาคณต (เชนการแทนแนวการเดนทางของแสงดวยเสนตรง) ดงทไดกลาวไวในบททแลว สามารถชวยใหเขาใจในหลกการทางานพนฐานของเสนใยแกวไดเปนอยางด แตกไมสามารถนามาใชในการวเคราะหเกยวกบพฤตกรรมการเดนทางของแสงได เนองจากแสงมคณสมบตเปนคลนแมเหลกไฟฟา การศกษาพฤตกรรมของแสง ทเดนทางผานเขาไปในเสนใยแกว ซงถอวามโครงสรางเปนทอนาสญญาณแสงทรงกระบอก (cylindrical waveguide) จงตองเกยวของกบเทอมของสมการทางคณตศาสตรทมความสมพนธกบคลนแมเหลกไฟฟา (electromagnetic wave) ความสมพนธระหวางสนามแมเหลกและสนามไฟฟา สามารถแสดงไดดวยสมการของ แมกซเวลส (Maxwell's equation) ทไดรวบรวมและปรบปรงกฎพนฐานตางๆ ทสาคญเขาไวดวยกน ดงน [1-7] 1) กฎของฟาราเดย (Faraday's law) อธบายไววา การเปลยนแปลงของฟลกซ

สนามแมเหลกในตวนาทอยในวงจรปด (ในโดเมนเวลา t) จะเหนยวนาใหเกดแรงเคลอนไฟฟาไหลในตวนานน ดวยอตราสวนทแปรผนกนโดยตรง ซงสามารถแสดงในรปสมการไดดงน

t∂∂

−=×∇BE~~ (4.1)

เมอ E~ เปนเวคเตอรของสนามไฟฟาทเกดขน (electric field intensity) ม

หนวยเปน โวลตตอเมตร (volt/meter: V/m) และ B~ เปนเวคเตอรของความหนาแนนเสนแรงแมเหลก (magnetic flux

density) ทเกดขน มหนวยเปน เทสลา (Tesla) หรอ เวเบอรตอเมตร (Weber/m)

2) กฎของแอมแปร (Ampere's law) ไดอธบายสวนกลบของพฤตกรรมจากกฎ

ของฟาราเดยไววา การเปลยนแปลงของสนามไฟฟาในตวนาใดๆ มผลทาใหเกด



105

สนามแมเหลกขนรอบ ๆ ตวนานน ดวยอตราสวนทแปรผนตรงซงกนและกน ดงแสดงไดดวยสมการ

t∂∂

+=×∇DJH~~~ (4.2)

เมอ H~ เปนเวคเตอรของความเขมสนามแมเหลก (magnetic field intensity)

ทเกดขน มหนวยเปน แอมแปรตอเมตร (Ampere/metre: A/m) J~ เปนเวคเตอรของความหนาแนนของกระแสไฟฟา (current density) ท

ไหล มหนวยเปน แอมแปรตอเมตร (A/m) และ D~ เปนเวคเตอรของความหนาแนนเสนแรงไฟฟา (electric flux density)

ทเกดการเปลยนแปลง มหนวยเปน คลอมบตอเมตร (Coulomb/metre : C/m)

3) กฎของเกาสสาหรบสนามไฟฟา อธบายไววา ความหนาแนนเสนแรงไฟฟาใน

หนวยปรมาตรเลก ๆ (เขาใกลศนย) มคาเทากบความหนาแนนของประจไฟฟาทตาแหนงนน นนคอ

ρ=⋅∇ D~ (4.3) เมอ ρ หมายถง ความหนาแนนประจไฟฟา มหนวยเปน คลอมบตอลกบาศก

เมตร (C/m3)

4) กฎของเกาสสาหรบสนามแมเหลก อธบายไววา สนามแมเหลกในวงรอบปดจะ

มคาเปนศนย นนคอ

0B =⋅∇ ~ (4.4)

4.1.1 ความสมพนธระหวางคาพารามเตอร

บทท 4


106

คาพารามเตอรตาง ๆ ของสนามแมเหลกและสนามไฟฟา สามารถแสดงความสมพนธซงกนและกน ไดดวยสมการ

HB ~~ µ= (4.5)

HD ~~ ε= (4.6)

EJ ~~ σ= (4.7) เมอ µ เปนคาความซมซาบของตวกลาง หรอ เพอเมยบลลต (permeability) ม

หนวยเปน เฮนรตอเมตร (Henry/metre: H/m) ε เปนค า เพอมตต วต (permi t t iv i ty) มหนวยเปน ฟารดตอ เมตร

(Farad/metre : F/m) และ σ เปนคา ความนาไฟฟา หรอ คอนดคทวต (conductivity) มหนวยเปน โวลต

ตอเมตร (V/m)

4.2 สมการของเสนใยแกว การเดนทางของสนามแมเหลกไฟฟาในทอนาสญญาณใด ๆ เชน เสนใยแกว จะมคาเปลยนแปลงตามฟงกชนของเวลา t ดงเชนตวอยางของสมการสนามไฟฟา ดงน

tjet ω)~(~),~(~ rErE = (4.8) เมอ r~ เปนโคออรดเนตในพกดทรงกระบอก (cylindrical coordinate) และ ω เปนคา ความถเชงมม (angular frequency) มหนวยเปน เรเดยน (radian:

rad) คาของความถเชงมมมความสมพนธกบคาของความถ (frequency: f) คอ ω = 2πf

ในทานองเดยวกน สมการของพารามเตอรตวอนทเกยวของกนสนามแมเหลก

ไฟฟา (เชน DHB ~,~,~ ) ตางกมรปแบบเชนเดยวกบสมการท (4.8) เมอทาการแทนคา



107

ตางๆ เหลาน ลงไปในสมการของแมกซเวลส ประกอบกบใชการพจารณาคาของความหนาแนนประจไฟฟาของเสนใยแกวซงเปนฉนวนทาใหมคาเปนศนย (ρ= 0) จะไดรปแบบของสมการแมกซเวลส ทใชในการวเคราะหเชงทฤษฎสาหรบเสนใยแกว ดงน

BE ~~ ωj−=×∇ (4.9.1)

DJH ~~~ ωj+=×∇ (4.9.2)

0D =⋅∇ ~ (4.9.3)

0B =⋅∇ ~ (4.9.4)

รปท 4.1 ภาพแสดงโคออรดเนตทรงกระบอก สมการคลนแมเหลกไฟฟา ดงเชนสนามไฟฟา ),~(~ trE ในสมการท (4.8) สามารถเขยนเปนฟงกชนการเคลอนทในแนวแกน z และฟงกชนมม θ ในทก ๆ

z

r

θ

บทท 4


108

คาบเวลาของคลนหรอพเรยด (period) ไดเปน

zjtjjnzr eEEEt βωθ

θθ−+−++= )ˆˆˆ(),~(~

zr aaarE (4.10) เมอ n = 0,1,2,3... β เปนคาคงตวการเคลอนทของคลน (propagation constant) และ θ เปนคาของมมทกระทาในแนวรศม r ของเสนใยแกว

จากคณสมบตของเครล (curl) จะได

z

zr

r

rEEE

aaa1E

r

zr

~~~

ˆˆˆ~

θ

θ

θ ∂∂

∂∂

∂∂

=×∇

zrzr

rz aEEaEEaEE ˆ

~)~(1ˆ~~

ˆ)~(~1

∂∂

−∂

∂+

∂∂

−∂∂

+

∂∂

−∂∂

=θθ

θθθ r

rrrz

rzr

(4.11) แทนคา E~ จากสมการ (4.10) ลงไป จะได

zr aaaE ˆ1ˆˆ~

+++

−−+

+−=×∇ r

zrz E

rjn

drdEE

rdrdEEjEjE

rjn θ

θθθ ββ

(4.12) ในทานองเดยวกน เมอพจารณาคาของเครล ( )E~×∇×∇ ในทศทางของเวคเตอร za ทสมมตใหคลนเคลอนทไป โดยแทนคาของ E~×∇ จากสมการท (4.12) ลงไปจะได

( )[ ] za aEz

ˆ1~2

2

ˆ

−−

+−=×∇×∇ z

zr Ern

drdEr

drd

rE

rnj

rdrdrEj θβ (4.13)

พจารณาสมการท (4.9.3) เมอแทนคาของ D~ จากสมการท (4.6) ลงไป จะได

0~ =⋅∇ E (4.14)



109

นนคอ

( ) 0ˆˆˆˆˆ1ˆ1=++⋅

−− zrzr aaaaaa zr EErEjjn

rdrd

r θθθ β

01

=−− zr EjE

rnj

drdrE

rβθ

หรอ

θβ Ernj

drdrE

rEj r

z +=1 (4.15)

แทนคาจากสมการท (4.15) ลงไปในสมการท (4.13) จะได

( )[ ] za aEz

ˆ1~2

22

ˆ

+

−=×∇×∇ z

zz E

rn

drdEr

drd

rEβ (4.16)

จากสมการท (4.9.1) เมอแทนคา B~ ในสมการท (4.5) ลงไป แลวคดเฉพาะทศทางของเวคเตอร z จะได

( )[ ] [ ]zz aa HE ˆˆ

~~ ×∇−=×∇×∇ ωµj (4.17)

แทนคา H~×∇ จากสมการท (4.9.2) ลงไป แลวแทนคา D~ ดวยสมการท (4.6) สมการท (4.17) จะเปน

( )[ ] za aEz

ˆ~ 2ˆ zEµεω=×∇×∇ (4.18)

เนองจากสมการท (4.16) มคาเทากบสมการท (4.18) เมอทาการเทยบสมประสทธกน จะได

บทท 4


110

zzz

z EErn

drdEr

drd

rE µεωβ 2

2

22 1

=+

− (4.19)

ทาการจดรปสมการนใหม จะไดสมการของฟงกชนเบสเซล (Bessel Function) [8] ในรปของ

012

22

2

2

=

−++ z

zz Ernh

drdE

rdrEd (4.20)

เมอกาหนดให

222 βµεω −=h (4.21) ในทานองเดยวกน สมการเบสเซลของสนามแมเหลกในทศทางของเวกเตอร z จะมรปเปน

012

22

2

2

=

−++ z

zz Hrnh

drdH

rdrHd (4.22)

คาของ h ในสมการท (4.21) มไดสองคาขนกบอาณาเขตภายในของเสนใยแกว เชน ในกรณทเปนอาณาเขตของคอรทมคาดชนหกเหเปน n1 คาของ h จะมคาเปน

22

12 2 βλπ

−

=

nh (4.23.1)

และในกรณทอยในอาณาเขตของแคลดดงทมคาดชนหกเหเปน n2 คาของ h จะมคาเปน

22

22 2 βλπ

−

=

nh (2.23.2)



111

สมการเบสเซลของสนามไฟฟาในสมการท (4.19) และของสนามแมเหลกในสมการท (4.20) สามารถแกสมการดวยเทคนคในเทอมของฟงกชนพเศษ (special function) เพอหาคาตอบคาตอบออกมาไดเปนสองกรณคอ

1. กรณทอยในอาณาเขตของคอรหรอ r < a จะไดคาตอบของสนามไฟฟาและสนามแมเหลกเปนดงน

( ) ( )tjzjnurAJtzrE nz ωβθθ +−= exp)cos()(,,, (4.24.1)

( ) ( )tjzjnurBJtzrH nz ωβθθ +−= exp)sin()(,,, (4.24.2) เมอ A และ B เปนคาคงทใด ๆ

Jn(ur) เปนฟงกชนของเบสเซลชนดทหนง (first kind Bessel function) ในอนดบท n (nth-order) มนยามดงน

∑∞

= ++Γ−

=

0

2

)1(!)4/)((

2)(

q

qn

n nqqurururJ

0 2 4 6 8 10-0.5

0

0.5

1

รปท 4.2 กราฟของฟงกชนเบสเซลชนดทหนงเมอ n = 0,1,2,3

ur

Jn(ur)

J0(ur)

J1(ur)J2(ur)

J3(ur)

บทท 4


112

และ 221 β−= hu เมอ

λπ 1

12 nh =

2. กรณทอยในอาณาเขตของแคลดดงหรอ r > a จะไดคาตอบของสนามไฟฟาและสนามแมเหลกเปนดงน

( ) tjzjjnnz eewrCKtzrE ωβθθ +−= )(,,, (4.25.1)

( ) tjzjjn

nz eewrDKtzrH ωβθθ +−= )(,,, (4.25.2) เมอ C และ D เปนคาคงทใด ๆ

Kn(wr) เปนฟงกชนเบสเซลประยกตชนดทสอง (modified Bessel function of the second kind) ในอนดบท n ซงมนยามเปน

∫∞

−=0

)cosh()coshexp()( dtnttwrwrKn

0 1 2 3 4 50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

(wr)

Kn(wr)

K0(wr)

K1(wr)

รปท 4.3 กราฟของฟงกชนเบสเซลชนดทสองของอนดบทหนงและสอง

Kn(

wr)



113

และ 22

2 hw −= β เมอ λπ 2

22 nh =

จากวธการในการหาคาของ ),,,( tzrEz θ และ ),,,( tzrH z θ ทแสดงในสมการท (4.24) และ (4.25) (ซงตอไปน ในบางครงอาจแสดงคาของสนามไฟฟาและสนามแมเหลกโดยละเทอมของตวแปรทเปนโคออรดเนต ในลกษณะยอ ๆ เปน Ez และ Hz) เราสามารถนาวธการเดยวกนนมาใช เพอหาคาของ θE และ θH ไดเปนดงน

)()(21 urJu

BurAJru

nE nn ′−−=ωµβ

θ (4.26.1)

)()(22 wrK

wDwrCK

rwnE nn ′+=

ωµβθ (4.26.2)

)()( 2

11 urJ

runBurJA

uH nn

βωεθ +′= (4.26.3)

)()( 2

22 wrK

rwnDwrKC

wH nn

βωεθ −′−= (4.26.4)

เมอตวหอย 1 และ 2 แสดงคาในเทอมของคอรและแคลดดงตามลาดบ และสญลกษณขดดานบน ( )′ แสดงถงเทอมทเปนคาอนพนธ (differential term) ในการพจารณาหาคาคงท A, B, C, D จะใชเงอนไขขอบเขต (Boundary Condition) ตรงบรเวณรอยตอระหวางคอรและแคลดดง โดยทคาของ Ez และ Hz ทจดนจะตองมคาเทากน ดงนน จะไดความสมพนธของสมการเมอ r = a เปน

0)()(21 =−=− waCKuaAJEE nnzz (4.27.1)

0)()(21 =−=− waDKuaBJHH nnz (4.27.2)

บทท 4


114

0)()(

)()(

2

221

=′++

′+=−

waKw

DwaKaw

nC

uaJu

BuaJau

nAEE

nn

nn

ωµβ

ωµβθθ

(4.27.3)

0)()(

)()(

22

21

21

=+′

+′=−

waKawnDwaK

wC

uaJau

nBuaJu

AHH

nn

nn

βωε

βωεθθ

(4.27.4)

สมการท (4.27) ซงประกอบดวยตวแปรไมทราบคา A, B, C และ D สามารถจดใหอยในรปของเมตรกซไดดงน

0

)()()()(

)()()()(

)(0)(00)(0)(

222

21

22=

′′

′′

−−

DCBA

waKaw

nwaKw

uaJaunuaJ

u

waKw

waKaw

nuaJu

uaJau

nwaKuaJ

waKuaJ

nnnn

nnnn

nn

nn

βωεβωε

ωµβωµβ

จากสมการนจะพบวา คาคาตอบของสมการจะเกดขนกตอเมอ คาดเทอมแนนตของสมประสทธของตวทไมทราบคามคาเปนศนย นนคอ

0

)()()()(

)()()()(

)(0)(00)(0)(

222

21

22=

′′

′′

−−

waKaw

nwaKw

uaJaunuaJ

u

waKw

waKaw

nuaJu

uaJau

nwaKuaJ

waKuaJ

nnnn

nnnn

nn

nn

βωεβωε

ωµβωµβ (4.28)

ซงสมการท (4.28) เปนสมการทแสดงคาไอเกน (Eigenvalue equation) ของการเคลอนทของคลนในเสนใยแกว อยาลมวาในสมการท (4.28) มตวทไมทราบคาคอ u และ w ซงอาจแสดงได



115

ดวยสมการ ตอไปน

22

12 2 βλπ

−

=

nu

2

222 2

−=

λπβ nw

เนองจากคาของ u2 และ w2 จะตองมคาเปนบวกเสมอ (คายกกาลงสอง) คาคงตวการเคลอนท β (propagation constant) จะตองมคาเปนไปตามเงอนไข k1 ≥ β ≥ k2 เมอกาหนดให k1=(2πn1/λ) และ k2=(2πn2/λ)

จากสมการของ u และ w เมอทาการคณดวย a2 ทงสองสมการ และนาสมการทงสองมารวมกน จะได

( ) ( ) )(222 22

2222

22

1221

nnaananwaua −

=

−

=+

λπ

λπ

λπ

( ) 222

22 )(2)( NAawaua

=+λπ

หรอนนคอ

222 )()( Vwaua =+ โดยท V จะนยามใหเปนคา ความถนอรมอลไลซ (Normalised frequency) หรอ ตวเลขว (V-number) ซงมคาเปน

)(2 NAaVλπ

= (4.29)

บทท 4


116

(โปรดสงเกตวาสมการท (4.29) มไดมความสมพนธกบความถแสงโดยตรงเลย แมวาจะเรยกชอวาเปนความถนอรมอลไลซกตาม)

ทนยอนกลบมาพจารณาสมการคาไอเกนหรอสมการท (4.28) เมอผานกระบวนการทางคณตศาสตร จะได

2

2222

22

21 11

)()(

)()(

)()(

)()(

+=

′+

′

′+

′wu

nwawKwaKk

uauJuaJk

wawKwaK

uauJuaJ

n

n

n

n

n

n

n

n β (4.30)

เมอ k1=(2πn1/λ) และ k2=(2πn2/λ) อยางไรกตาม โปรดอยาลมวา ในทนคาของ n = 0,1,2, 3,... เปนตวเลขทสมพนธกบอนดบ (order) ของสมการเบสเซล ในขณะท n1

และ n2 เปนคาดชนหกเหของคอรและแคลดดงตามลาดบ ในกรณทตวเลขอนดบ n มคาเทากบศนย สมการท (4.30) จะมรปเปน

0)()(

)()(

)()(

)()(

0

22

0

02

1

0

0

0

0 =

′+

′

′+

′wawKwaKk

uauJuaJk

wawKwaK

uauJuaJ

เมอทาการเทยบสมประสทธ โดยพจารณาวาคาในวงเลบจะมคาเปนศนย จะได

)()(

)()(

0

0

0

0

wawKwaK

uauJuaJ ′

−=′

(4.31)

และ

)()(

)()(

0

22

0

021

wawKwaKk

uauJuaJk ′

−=′

(4.32)

สมการท (4.31) และ (4.32) เรยกวาเปนสมการคาไอเกน (eigenvalue equation) ของคลนแสงในโหมด TE (Transverse Electric Mode) ซงเปนโหมดทมสนามไฟฟาตงฉากกบทศทางการเคลอนทของคลน และในโหมด TM (Transverse Magnetic Mode) ซงเปนโหมดทสนามแมเหลกตงฉากกบทศทางการเคลอนทของคลน



117

ตามลาดบ ในกรณของโหมด TE (พจารณาเฉพาะสมการไอเกนท (4.31) เทานน) จะประกอบดวยสนามแมเหลกไฟฟายอยสามตวคอ Hz, Eθ และ Hr สวนในกรณของโหมด TM (พจารณาเฉพาะสมการไอเกนท (4.32) เทานน) กจะประกอบดวยสนามแมเหลกไฟฟายอยสามตวเชนกนคอ Ez, Hθ และ Er สาหรบโหมดของคลนแสงทเดนทางในเสนใยแกว ในกรณทตวเลขอนดบ n > 0 จะประกอบดวยสนามแมเหลกไฟฟายอยครบทงหกตวคอ Ez, Eθ, Er, Hz, Hθ และ Hr ซงจะเรยกวาเปนโหมดไฮบรด (Hybrid modes) คลนแสงในโหมดไฮบรดน จะแบงแยกออกไดเปนสองประเภทยอยขนอยกบคาแอมปลจดของ Ez และ Hz ดงน

• โหมด HEnm หมายถง โหมดของแสงทมคา Hz > Ez และ

• โหมด EHnm หมายถง โหมดของแสงทมคา Ez > Hz

โดยท n และ m มคาเทากบ 0, 1, 2, 3, …. สาหรบรายละเอยดเพมเตมเกยวกบสมการโหมดของแสงจะกลาวถงในหวขอท 4.4 4.3 โหมดการเดนทางของแสงในเสนใยแกว 4.3.1 นยามของโหมดการเดนทาง

รปท 4.4 แนวการเดนทางของแสงในเสนใยแกวในโหมดตางๆ โหมดการเดนทาง (mode of propagation) ของแสงในเสนใยแกว หมายถง รปแบบของพลงงานแสงทถายทอดจากปลายดานหนงไปสปลายอกดานหนงของเสนใยแกว หรอ ลกษณะการเดนทางของแสงแตละรปแบบในเสนใยแกว เพอเปนการทา

แคลดดง


บทท 4


118

ความเขาใจใหดขน เราสามารถอธบายโหมดการเดนทางได ดวยเสนทแสดงแนวทางของแสงทเดนทางภายในเสนใยแกว ซงอาจมไดเพยงแนวเดยวหรอหลายแนว ขนอยกบชนดและโครงสรางของเสนใยแกว รปท 4.4 แสดงโหมดหรอแนวทางการเดนทางของแสงทเปนไปไดภายในเสนใยแกว โดยแตละเสนจะแทนแตละโหมด เมอพจารณาลาแสงทตกกระทบกบเสนใยแกวในลกษณะตงฉากกบผวหนาตด จะไดแนวทางเดนของแสงทสนทสดซงเปนแนวทางเดยวกบแกนกลางของเสนใยและไมมการสะทอนของแสงภายในเสนใยเกดขนเลย เรยกวา โหมดการเดนทางพนฐาน (Fundamental mode) หรอเรยกสน ๆ วา โหมดพนฐาน โหมดการเดนทางนถอเปนโหมดตาสดของแสง (lowest order mode) ซงจะใชระยะเวลาในการเดนทางภายในเสนใยแกวนอยทสดเพราะมระยะทางสนทสด โหมดพนฐานจะเกดขนเสมอทกครงเมอมการสงผานแสงเขาไปในเสนใยแกว ไมวาเสนใยแกวจะเปนชนดใดกตาม

รปท 4.5 แนวการเดนทางของในโหมดพนฐานไมจาเปนตองเปนเสนตรง

หากลาแสงตกกระทบกบผวหนาของเสนใยแกวในลกษณะมมทแตกตางออกไป แนวทางเดนของแสงจะเปลยนไปจากแนวเดม และอาจเดนทางในลกษณะของการสะทอนกลบไปกลบมาระหวางผนงของคอร เกดเปนโหมดการเดนทางอนซงถอเปนโหมดทมอนดบสงขน (higher order mode) โหมดทสงขนนจะทาใหระยะทางในการเดนทางของแสงในเสนใยแกวมากขนดวย ยงจานวนครงของการสะทอนทผนงของคอรมมากขนเทาไร ระยะทางของแสงทเกดขนกจะมากขนเทานน แมวาแสงจะเดนทางในเสนใยแกวเสนเดยวกนกตาม กลาวโดยสรป แนวทางการเดนทางของแสงแตละแนวท

แคลดดง คอร แสงเขา

แสงออก

เสนใยแกวทโคงงอ แนวการเดนทางของแสงโหมดพนฐาน

ทอนาสญญาณทรงกระบอก


119

เปนไปไดในเสนใยแกว อนเนองมาจากลาแสงตกกระทบทามมกบผวหนาเสนใยตางกน ถอเปนโหมดการเดนทางทตางกนทงสน การทเราแทนโหมดการเดนทางของแสงดวยแนวเสนตรงดงรปท 4.4 กเพอความสะดวกในการอธบาย เนองมาจากแสงมคณสมบตในการเดนทางเปนตรง แตในความเปนจรง แสงทเดนทางในเสนใยแกว จะมลกษณะเปนกลมพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟา ซงจะมทศทางและแนวทางถกกาหนดโดยทอนาแสงทเปนเสนใยแกว และไมจาเปนตองมแนวทางเปนเสนตรงเสมอไป ตวอยางเชน แสงในโหมดพนฐานจะมพลงงานสวนใหญอยในชวงแกนกลางเสนใยแกวเสมอ ทาใหแนวการเดนทางของแสงในโหมดพนฐานจะอยในแนวแกนกลางของเสนใยแกวตลอดเวลาดวย แมวาเสนใยแกว จะลกษณะโคงงอเปนแบบใดกตาม ดงแสดงในรปท 4.5 4.3.2 การแบงชนดของเสนใยแกวตามโหมดการเดนทาง การแบงประเภทของเสนใยแกว นอกเหนอจากการอาศยคาดรรชนหกเหของคอร ดงทกลาวไวแลวในบทท 2 ยงสามารถกาหนดตามโหมดการเดนทางของแสงเพมเขาไปไดอก ดงน 1. เสนใยแกวชนดโหมดเดยว

เสนใยแกวชนดโหมดเดยว (single-mode fiber หรอ monomode fiber มกใชสญลกษณยอเปน SM) เปนเสนใยแกวทยอมใหมโหมดการเดนทางของแสงไดเพยงโหมดเดยวคอโหมดพนฐานเทานน โครงสรางของเสนใยแกวชนดนมกเปนชนดสเตปอนเดกซ (SI) ทมขนาดเสนผานศนยกลางของคอรเลกมาก ประมาณ 3-7 ไมครอน สวนเสนผานศนยกลางของแคลดดงมคาประมาณ 80-125 ไมครอน ในอดตเสนใยแกวชนดโหมดเดยวแบบสเตปอนเดกซ (SM-SI) มกมราคาคอนขางแพง เพราะในกระบวนการผลตตองควบคมใหไดขนาดเสนผานศนยกลางของคอรทเลกมาก การรบพลงงานแสงเขาไปในเสนใยแกวชนดโหมดเดยว จะรบไดนอย เพราะมมรบแสงสงสด maxφ มขนาดเลก จงตองใชควบคกบแหลงกาเนดแสงทมมมกระจายแสงนอยๆ และมทศทางทแนนอน เชน ลาแสงเลเซอร เปนตน ขอดของเสนใยแกวประเภทนคอ มคาการขยายตวของสญญาณหรอดสเพอรชน (Dispersion) ตา ทาใหสามารถสงขอมลทมปรมาณมาก ๆ หรอ คาแบนดวดทสง ๆ ไปไดเปนระยะทางไกล

บทท 4


120

จงเปนทนยมใชกนอยางแพรหลายในระบบสอสารดวยเสนใยแกวทมประสทธภาพสง 2. เสนใยแกวชนดโหมดรวม

(ก) เสนใยแกวชนด SI-SM

(ข) เสนใยแกวชนด SI-MM

(ค) เสนใยแกวชนด GI-MM รปท 4.6 ลกษณะการเดนทางของแสงในเสนใยแกวแบบตางๆ

เสนใยแกวชนดโหมดรวม (multimode fiber มกใชสญลกษณยอเปน MM) หมายถงเสนใยแกวทอนญาตใหมโหมดการเดนทางของแสงเกดขนไดหลายโหมดตามลกษณะของแสงทสงเขาไป แมวาแสงทพงเขาสเสนใยแกว จะเกดจากแหลงกาเนดแสงตวเดยวกตาม แสงทเปลงออกมาจากแหลงกาเนดแสงทวไปจะมทศทางสะเปะสะปะ และสามารถเดนทางเขาสเสนใยแกวในมมทแตกตางกน ทาใหเกดโหมดการเดนทางไดหลายโหมด โครงสรางของเสนใยแกวชนดนจะมเสนผานศนยกลางของคอรมากขนถงประมาณ 62.5 ไมครอน และอาจเปนไดทงชนดสเตปอนเดกซ (SI) และ เกรดเดดอนเดกซ (GRIN หรอ GI) ในกรณของเสนใยแกวชนดโหมดรวมแบบสเตปอนเดกซ (SI-MM) โหมดการเดนทางของแสงจะมลกษณะเปนเสนตรงสะทอนกลบไปกลบมาระหวางแนวสมผสของคอรกบแคลดดงในเสนใยแกว ดงรปท 4.6(ข) เนองจากคา



121

ดรรชนหกเหของคอรมคาคงทตลอดเนอสาร ในขณะทแสงโหมดอนดบสงทเดนทางในเสนใยแกวชนดโมหดรวมแบบเกรดเดดอนเดกซ (GI-MM) จะเดนทางเปนเสนโคงดงรปท 4.6(ค)

การควบคมใหพลงงานของแสงแตละโหมดถกจากดขอบเขตใหอยภายในสวนของคอรตลอดระยะการเดนทาง กาหนดไดจากมมตกกระทบของลาแสงกบผวหนาเสนใยแกว ซงตองสอดคลองกบการเกดเงอนไขการสะทอนกลบหมดของแสง (TIR) ในคอร คาของมมตกกระทบทมากทสดนเปนคาของมม φmax ทแสดงในรปท 4.7 ซงทาใหเกดมมวกฤต θc ในเสนใยแกว โดยปกตคาพารามเตอรทแสดงคาของมม φmax จะแสดงในเทอมของนวเมอรคอลอะเพอเจอร (Numerical Aperture) หรอคาเอนเอ (NA) เมอ n =1 สาหรบอากาศ คอ NA = nsin(φmax) = sin(φmax)

รปท 4.7 แสงเขาสเสนใยแกวดวยมมรบแสงสงสด

รปท 4.8 รปจาลองสามเหลยมมมฉากทใชชวยในการคานวณหาคา NA

φm

θC

คอร n1

แคลดดง n2

n2

θc

n1 22

21 nn −

บทท 4


122

เมอพจารณาทผวดานหนาของเสนใยแกว โดยใชกฎของสเนลส จะไดวา

cnn θφ sinsin 1max = หรอนนคอ

cnNA θsin1= แตเนองจาก

1

2cosnn

c =θ ดงนน เมอนาสมการนไปจาลองวาดภาพสมมตของ

สามเหลยมมมฉากตามทฤษฎตรโกณมตดงรปท 4.8 แลวทาการเทยบหาคาของ sinθc ออกมา จะได

1

22

21sinn

nnc

−=θ

เมอแทนคาของ sinθc เขาไป จะไดสมการของ NA เปน

−=

1

22

21

1 nnn

nNA

หรอ นนคอ

22

21 nnNA −= (4.33)

คาของพารามเตอร NA ยงสามารถแสดงตอในเทอมของ คาความแตกตางของดรรชนหกเหระหวางคอรและแคลดดง (Refractive index difference) หรอ ∆ เมอ

21

22

21

2nnn −

=∆



123

ทาการยายขางสมการได

21

22

21 2 nnn ∆=− หรอ ∆=− 21

22

21 nnn

นนคอคาของ NA อาจแสดงไดดวยสมการ

∆= 21nNA (4.34) จากรปท 4.7 อาณาเขตทกวางสดทยอมรบแสงสงผานเขาไปในเสนใยแกว จะมลกษณะเปนรปกรวยในระนาบ 3 มต ทมมมของยอดกรวยเทากบ max2φ นนแสดงใหเหนวา เสนใยแกวทมคาของ NA มากๆ จะมจานวนโหมดเดนทางของแสงในเสนใยแกวมากขนดวย คาของ NA อาจบอกเปนคาของตวเลขธรรมดาทไมมหนวยหรอเปนเปอรเซนตกได เชน 0.14 หรอ 14% เปนตน ตวอยางท 4.1 เสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซ (SI) มคาดรรชนหกเหของคอร n1 = 1.479 คานวเมอรคอลอะเพอเจอร NA =2.9% จงคานวณหาคาของมมวกฤต θc ในเสนใยแกว และคาของมมรบแสงทกวางทสด

วธทา จากสมการ 22

21 nnNA −=

แทนคา NA = 0.29 และ n1 = 1.479 จะได

22

2479.129.0 n−=

หรอ 1033.229.0479.1 2222 =−=n

∴ n2 = 1.4503 จากสมการทแสดงคาของมมวกฤต จะได

oc n

n 31.11479.14503.1coscos 1

1

21 === −−θ

มมรบแสงทกวางทสดคอ 2φmax = 2sin-1(NA) = 2sin-1(0.29) = 33.72o ตอบ

ในกรณของเสนใยแกวชนดโหมดรวมแบบเกรดเดดอนเดกซ (GI–MM) การ

บทท 4


124

คานวณคาพารามเตอรตางๆ ยงคงมรปแบบสมการดงเดม โดยคาดรรชนหกเหของคอร n1 จะแทนดวยคาสงสดในแนวศนยกลางเพยงคาเดยว สวนลกษณะการเดนทางของแสงทสะทอนกลบไปกลบมา จะเปลยนจากเสนตรงมาเปนเสนโคง ดงแสดงในรปท 4.6(ค) การวเคราะหแนวทางเดนของแสงดงกลาว อาจพจารณาไดจากการเปลยนแปลงคาดรรชนหกเหของคอรทคอย ๆ ลดลงมา ในลกษณะขนบนไดทมหลายขนดงรปท 4.9

รปท 4.9 ภาพอธบายการเคลอนทเปนเสนโคงของแสงในเสนใยแกวชนด GI-MM

จากรปท 4.9 สมมตแสงตกกระทบเสนใยแกวในแนวแกนกลาง โดยทามมกบเสนตงฉากเทากบ φ1 แสงทเดนทางเขาสเสนใยแกวจะเปนแสงหกเหททามมกบเสนตงฉากเทากบ θ1 จากฎของสเนลสจะไดวา 111 sinsin θφ nn = หรอ 111 sinsin θφ n=

เมอ n = 1 เปนคาดรรชนหกเหของอากาศ แตเนองจาก n1 > 1 ดงนน จะได 11 sinsin φθ < หรอนนคอ คาของมมหกเหจะมคานอยกวามมตกกระทบ θ1 < φ1 ทา

ใหลาแสงหกเหเบยงเบนออกจากแนวทางเดมของลาแสงตกกระทบ ในลกษณะเลอน

แคลดดง

แคลดดง

n1

n2

n1

φ1

θ1

อากาศ n = 1

θ2 n11

x: จดสะทอนกลบของแสง



125

เขาหาแกนกลางของเสนใยแกว ลาแสงหกเหนจะมพฤตกรรมเสมอนเปนลาแสงตกกระทบไปยงสวนของคอรทมคาดรรชนหกเห n11 ทมคาลดลงจาก n1 จากการพจารณาในทานองเดยวกน จะไดคาของ θ2 < θ1 เพราะวา n11 < n1 และจากหลกการเดยวกนน แสงทเดนทางในแตละชนของคอรจะมการเบยงเบนเขาหาแกนกลางของเสนใยมากขนเรอยๆ เนองจากคาของมม θi (i = 1, 2,3 ... ) มคาลดลงเรอยๆ จนกระทงมคานอยกวามมวกฤตในชวงรอยตอทจด (x) ทาใหเกดการสะทอนกลบหมด แสงจะเดนทางพงลงมาแตคราวน แสงทเดนทางผานแตละชนของคอรจะมคาของมม θi เพมมากขน เพราะแสงเดนทางจากตวกลางทมคาดรรชนหกเหนอยเขาหาตวกลางทมคาดรรชนหกเหมากกวา จนกระทงแสงเดนทางผานแนวกงกลางของเสนใย คาของมม θi

จงมคาลดลงอกครงหนงเหมอนทพจารณาในตอนแรก เชนนไปเรอย ๆ ตลอดแนวการเดนทางในเสนใยแกว หากคาดรรชนหกเหของคอรทเปลยนแปลงมจานวนการเปลยนแปลงมากขน ซงหมายถงความหนาของแตละชนมขนาดลดลง แนวทางการเดนทางของแสงกจะมจดหกเหมากขน จนดใกลเสนโคงมากขน และเมอคาดรรชนหกเหของคอรมการเปลยนแปลงอยางตอเนองแลว กจะไดแนวทางเดนของแสงเปนเสนโคง ดงทไดแสดงไวรปท 4.6(ค) นนเอง แนวทางเดนของแสงทสะทอนกลบไปกลบมาในเสนใยแกวชนด SI-MM หรอแนวของแสงทเคลอนขนลงแบบโคงในเสนใยแกวชนด GI-MM หากจนตนาการวามองจากดานหนาหรอแนวภาคตดขวางของเสนใยแกวเขาไปภายใน จะมรปแบบทแตกตางกน 2 แบบ เรยกวา รงสซกแซก (meridional rays) และ รงสเบยงเบน (skew rays) โดยท

• รงสซกแซก (meridional rays) จะมลกษณะการเคลอนทกลบไปกลบมาเปนเสนตรงเสนเดยว ในแนวทลากผานเสนผานศนยกลางของเสนใยแกว ดงแสดงในรปท 4.10(ก) ลกษณะเชนน อาจเกดไดจากการทรงสตกกระทบทพงเขาสเสนใยแกวในแนวแกนกลาง และเมอมองจากภาคตดขวางเขาไป จะพบวาแนวทางของรงสตกกระทบขนานกบเสนทลากผานจดศนยกลางของเสนใยแกว

• รงสเบยงเบน (skew rays) มลกษณะการเคลอนทกลบไปกลบมาระหวางขอบของคอรไดหลายแนวเมอมองจากภาคตดขวางเขาไป ดงแสดงในรปท 4.10(ข) การเกดรงสเบยงเบนเกดจากการตกกระทบของลาแสงทพงเขาสเสนใยแกวในลกษณะอน

บทท 4


126

ทวไปทแตกตางจากเงอนไขการเกดรงสซกแซก เชน จดตกกระทบของแสงทเขาสเสนใยแกวมใชจดศนยกลางของเสนใยแกว เปนตน

(ก) (ข)

รปท 4.10 ลกษณะการเคลอนทของรงสซกแซกและรงสเบยงเบน 4.4 สมการโหมดของแสงในเสนใยแกวชนดสเตปอน

เดกซ

ในหวขอทผานมา ไดกลาวถงโหมดการเดนทางของแสงในเสนใยแกวในเชงเรขาคณตโดยแสดงดวยแนวรงสของแสง อยางไรกตาม รปแบบทแทจรงของโหมดแสงจะขนอยกบรปแบบของคลนแมเหลกไฟฟาของแสงทสามารถแสดงไดดวยสมการทางคณตศาสตร ในหวขอน จะลองมาพจารณาถงโหมดการเดนทางของแสงในเสนใยแกว โดยยกตวอยางเฉพาะในกรณของเสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซ ซงมหลกในการวเคราะหงายทสด เมอเทยบกบเสนใยแกวแบบอนๆ

พจารณาสมการของสนามแมเหลกไฟฟา E และ H ทไดในหวขอท 4.2 เมอ

รงสซกแซก

รงสเบยงเบน



127

แทนคาของสมการคาไอเกน (Eigenvalue Equation) ลงไป และตงสมมตฐานวา คาดรรชนหกเหของคอรและแคลดดงมคาแตกตางกนไมมาก จะสามารถแกสมการเพอหาคาของสนามแมเหลกไฟฟายอยของคลนแสงทเดนทางอยในเสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซ ไดดงน 1) กรณของโหมด TM0m จะได

),()()(

),(

00

0

0

arwrKwaKuaJ

arurJEz

≥=

≤= (4.35.1)

arwrKwaKuaJ

wj

arurJu

jEr

≥−=

≤=

),()()(2

),(2

10

0

1

λπ

λπ

(4.35.2)

rEnH0

01 µ

εθ = (4.35.3)

2) กรณของโหมด TE0m จะได

arwrKwaKuaJn

arurJnH z

≥=

≤=

),()()(

),(

00

0

0

01

00

01

µε

µε

(4.36.1)

arwrKwaKuaJ

wj

arurJu

jE

≥=

≤−=

),()()(2

),(2

10

0

1

λπλπ

θ

(4.36.2)

บทท 4


128

θµε EnHr

0

01= (4.36.3)

3) กรณของโหมด HEnm จะได

arnwrKwaKuaJ

arnurJE

nn

n

nz

≥=

≤=

,sin)()()(

,sin)(

θ

θ (4.37.1)

arnwrKwaKuaJn

arnurJnH

nn

n

nz

≥−=

≤−=

,cos)()()(

,cos)(

0

01

0

01

θµε

θµε

(4.37.2)

arnwrKwaKuaJ

wj

arnurJu

jE

nn

n

nr

≥−=

≤−=

−

−

,sin)()()(2

,sin)(2

1

1

θλπ

θλπ

(4.37.3)

arnwrKwaKuaJ

wj

arnurJu

jE

nn

n

n

≥−=

≤−=

−

−

,cos)()()(2

,cos)(2

1

1

θλπ

θλπ

θ

(4.37.4)

EkH ×= ˆ0

01 µ

εn (4.37.5)

4) กรณของโหมด EHnm จะได



129

arnwrKwaKuaJ

arnurJE

nn

n

nz

≥=

≤=

,sin)()()(

,sin)(

θ

θ (4.38.1)

arnwrKwaKuaJn

arnurJnH

nn

n

nz

≥=

≤=

,cos)()()(

,cos)(

0

01

0

01

θµε

θµε

(4.38.2)

arnwrKwaKuaJ

wj

arnurJu

jE

nn

n

nr

≥−=

≤=

+

+

,sin)()()(2

,sin)(2

1

1

θλπ

θλπ

(4.38.3)

arnwrKwaKuaJ

wj

arnurJu

jE

nn

n

n

≥=

≤=

+

+

,cos)()()(2

,cos)(2

1

1

θλπ

θλπ

θ

(4.38.4)

EkH ×= ˆ0

01 µ

εn (4.38.5)

โดยทสมการคาไอเกนในกรณน สามารถลดรปและแสดงได โดยทสาหรบโหมด HEnm จะไดสมการ ดงน

)()(

)()(

11 waKwawK

uaJuauJ

n

n

n

n

−−

=

และ สาหรบโหมด EHnm จะไดสมการ

)()(

)()(

11 waKwawK

uaJuauJ

n

n

n

n

++

−=

บทท 4


130

ในการแกสมการคาไอเกน ตองทาการแกสมการเพอหาคาของตวทไมทราบคา 3 ตวคอ u, w และ β ออกมาเสยกอน โดยท u2 = k1

2-β2 และ w2 = β2-k12 ซงในการ

แกสมการคาไอเกนคอนขางจะมความยงยากซบซอนในทางคณตศาสตร อยางไรกตาม Snyder [2] ไดแสดงคาของ u และ V ออกมาดงน

)/1exp()( VxuuaU −== สาหรบกรณ V ≥ 5 โดยท u(x) เทากบคากรณฑ (roots) ของ Jn±1(x) และมคาบางสวน สามารถแสดงไดดวยสมการ u(x) = 2.405 HE11 (4.39) = 3.832 HE11 = 5.135 TM01, TE01, HE21 = 5.520 HE12 = 6.370 EH21, HE41 = 7.016 TM02, TE02, HE22 ขอสงเกตทไดจากสมการขางบนกคอ คาตวเลขทแสดงทดานขวาของสมการท (4.39) เปนคาเรมตนของคา V เมอโหมดของแสงทสงขนเรมเกดขน หรออาจกลาววาเปนการคทออฟของโหมดแสงในแตละกลมททเกดขนสอดคลองกบสมการ

จากสมการของโหมดแสงทเดนทางในเสนใยแกวทรงกระบอก จะเหนวาแสงสามารถเกดขนไดหลายโหมด และสามารถจดแบงออกไดเปนกลมตามคาของสมการโหมดทมคาใกลเคยงกน โหมดตาสดของแสงหรอฟนดาเมนทอลโหมด (fundamental mode) มชอเรยกวาโหมด HE11 ถกจดอยในกลมของโหมด LP01 ซงมทศทางของโพลาไรเซชนของแสงเปนแบบเชงเสน (Linearly Polarization: LP) เสนใยแกวชนดโหมดเดยว (SM) จะมแสงโหมด HE11 เพยงโหมดเดยวเทานนทเดนทางผานเขาไปไดตลอดความยาว สวนเสนใยแกวชนดโหมดรวมจะอนญาตใหแสงโหมดอนผานเขาไปได โหมดของแสงทสงขนมาจากโหมดพนฐาน (first higher mode) เรยกวา โหมดอนดบสอง (second order mode) เปนกลมของโหมด LP11 ซงประกอบดวยโหมดยอยคอ TE01, TM01, และ HE21 ถดจากโหมดอนดบสองขนมากเปนโหมดอนดบสาม โหมดอนดบสขนไปเรอย ๆ โดยในการจดแบงกลมของโหมดแสงตาง ๆ เชนโหมด LPnm จะใชชวงของคาฟงกชนเบสเซลอนดบท n ในชวงทมคาเปนศนย m ครง ดงแสดงในรปท



131

0 2 4 6 8 10 12-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

normalised frequency:

รปท 4.11 การจดแบงกลมของโหมดแสงตามกลมของ LP (Linearly Polarised)

ตารางท 4.3 การจดแบงกลมโหมดแสงตามลกษณะของโพลาไรซเชงเสน LP

Linearly polarization กลมของโหมดแสง LP01 LP11 LP02 LP12 LP21 LP31 LPnm LPnm (n ≠ 0 หรอ 1)

HE11 HE21, TE01, TM01

HE12

HE22, TE02, TM02

HE31, TE11

HE41,EH21

HE2m, TE0m, TM0m

HEn+1,m, EHn-1,m

4.11 ซงเปนตวอยางของกลมโหมด LP ทมคา n = 0 และ 1 โดยในแตละกลมของโหมดดงกลาว จะประกอบไปดวยโหมดยอย ๆ แตกตางกนออกไป ดงแสดงในรปท

LP01 LP11 LP02 LP12 LP03 LP13 LP04

HE11

HE21 TM01 TE01

HE12

HE22 TM02 TE02

HE23 TM03 TE03

HE13 HE14

J0

J1=-J-1

บทท 4


132

4.11 และในตารางท 4.3 ตวอยางท 4.3 จงแสดงสวนประกอบของสนามไฟฟาเชงรศม r และเชงมม θ ของแสงโหมด HE11 และโหมด HE41 ทเดนทางในเสนใยแกว พรอมทงวาดรปสนามไฟฟาบางสวนโดยรอบภาคตดขวางเสนใยแกว วธทา ทาการเปดตารางหาคาของฟงกชนเบสเซล และแทนคามม θ โดยไมสนใจคาคงท A และ

B กาหนด a และ d เปนรศมของคอรและแคลดดง ตามลาดบ จากสมการสนามไฟฟาของแสงในโหมด HE11 พจารณา Er และ Eθ

Er = AJ0(ur)sinθ, r ≤ a = BK0(wr) sinθ, r≥ a

ในตวอยางน จะแสดงเฉพาะเมอ θ = 0o, 45o, 90o เทานน โดยเมอ θ = 0o, Er = 0 จะได

พจารณา Eθ ;

Eθ = AJ0(ur)cosθ, r ≤ a = BK0(wr)cosθ, r ≤ a โดยเมอ θ = 90o, Eθ = 0 จะได

แกนแสดงแอมปลจดเมอ θ = 45o

θ = 0o

θ = 90o

θ = 45o

r

a d J0(ur)

K0(wr)



133

รปท 4.12 คานอรมอลไลซของคาคงตวการเคลอนทของคลนตามฟงกชนของคา V

θ = 90o

θ = 0o

θ = 45o

K0(wr), θ = 0o

J0(ur), θ = 45o

0 2 4 6 8 10 12 V

1.0

0.8

0.6

b

0.4

0.2

0

01

11

21 02

31 12

41

บทท 4


134

การคทออฟของโหมดแสง ในแตละกลม หมายถง สภาวะทโหมดในอนดบสง ๆ จะหายไป เหลอแตเพยงโหมดแสงในอนดบทตากวา เงอนไขการเกดคทออฟ (cutoff condition) ของสมการโหมดแสง สามารถแสดงใหเหนไดอยางงาย เมอทาการกาหนดคานอรมอลไลซของคาคงตวการเคลอนทของคลน (normalized propagation constant) ดงสมการ [9]

22

21

22

2

2

2 )/(1nn

nkVUb

−−

=−=β (4.40)

เมอ U = ua และเมอพจารณานยามของพารามเตอรตางๆ ในสมการ จะได 0 ≤ b ≤ 1 รปท 4.12 แสดงกราฟของคานอรมอลไลซของคาคงตวการเคลอนทของคลน b ตามฟงกชนของความถนอรมอลไลซ V สาหรบโหมดแสงบางโหมดในอนดบตนๆ ซงจะพบวากลมของโหมดแสงในอนดบทสงขน จะเกดขนเมอคาของ V มคามากกวาคาคงทเฉพาะ เชน 2.405, 3.832, 5.135, 5.520, 6.370, 7.016, … ซงเปนคาท V ของฟงกชนเบสเซลแตละอนดบมคาเปนศนย ซงจะเหนวาเปนคาเดยวกบตวเลขในสมการท (4.39) คาตวเลขเหลานเรยกวาคาคทออฟ และเปนคาทเกดขนเมอ β/k = n2 โดยแสงในโหมดพนฐานจะไมมคาคทออฟ เพราะจะเกดขนในทกกรณทมแสงเดนทางในเสนใยแกว ตวอยางท 4.4 ลองใชดนสอแลเงาเพอสเกตภาพของแสงทสงออกจากเสนใยแกว สาหรบโหมด HE11 และ HE41 รวมกน วธทา จากสมการทแสดงลกษณะของเขมแสงทออกจากเสนใยแกว พบวา

คาความเขมแสงหรอกาลงงานแสง P ∝ Er2 + Eθ

2

( )( )230

230

)4cos(()(cos)(

)4sin(()(sin)(

θθ

θθ

urJAurAJ

urJAurAJP

′++

′+∝

)4(cos)4cos(cos2cos

)4(sin)4sin(sin2sin22

32

3022

02

223

230

220

2

θθθθ

θθθθ

JAJJAAJA

JAJJAAJAP

′+′++

′+′+∝



135

∴ ( ))4cos(cos)4sin(sin2 3023

220

2 θθθθ +′+′+∝ JJAAJAJAP

)3cos(2 3023

220

2 θJJAAJAJAP ′+′+∝

θ 0 π/6 π/3 π/2 2π/3 5π/6 π cos3θ 1 0 -1 0 1 0 -1

พจารณาคาของฟงกชนเบสเซล

พจารณาคาของความเขมแสง P ทคามม θ ตางๆ ในแนวรศม

0 a

θ = 0, 2π/3

0 a 0 a

J0 J3

J0J3

0 a 0 a 0 a θ = π/6, 5π/6 θ = π/3, π

สวางทสด

θ = 0 : สวางทสด Darker : θ =π

θ = π/2

π/6

π/3 : Darker Brighter : 2π/3

5π/6

มดทสด

บทท 4


136

4.5 ความถนอรมอลไลซหรอวนมเบอร เสนใยแกวแตละชนดจะมจานวนของโหมดการเดนทางของแสงเกดขน เปนจานวนทอาจไมเทากน ขนอยกบคาพารามเตอรของตวเสนใยแกวเอง จานวนโหมดทมากทสดทเดนทางในเสนใยแกวสามารถคานวณไดจากสมการ

2

2VM = (4.41)

เมอ M เปนจานวนโหมดยอยทงหมดของแสงทเดนทางในเสนใยแกว V เรยกวา คาความถนอรมอลไลซ (Normalized Frequency ) ซงโดยทวไปมกเรยกวา คาวนมเบอร ( V-number ) มคาหาไดดงสมการท (4.29) นนคอ V = kaNA (4.42) เมอ k = 2π/λ เปนคาตวเลขคลนหรอเวฟนมเบอร (wave number) ของคลนแสงท

มความยาวคลน λ ในอากาศหรอสญญากาศ คาของ k น ในบางครงจะเรยกวาคาคงตวการเคลอนท (propagation constant) เมอพจารณาถงตวกลางทไมมการสญเสยสญญาณ (lossless medium)

a เปนคารศมของคอร และ 22

21 nnNA −= เปนคานวเมอรรคอลอะเพอเจอรของเสนใยแกว

คาของวนมเบอรเปนคาทสาคญในการจาแนกชนดของเสนใยแกวในขณะใชงาน วาเปนชนดโหมดเดยวหรอโหมดรวม ในกรณของเสนใยแกวชนดโหมดเดยว คาของวนมเบอร ตองมคาสอดคลองกบสมการ

V ≤ 2.405 (4.43) ซงเปนเงอนไขทหาไดจากสมการคานอรมอลไลซของคาคงตวการเคลอนทของคลน ดงแสดงในหวขอทแลว เงอนไขในสมการท (4.43) สามารถใชแสดงคณสมบตทสาคญเกยวกบเสนใยแกวและการใชงานในลกษณะตาง ๆ ได ตวอยางเชน เมอแทนคาของ V



137

ลงไปจะได

405.22≤aNA

λπ (4.44)

เมอทาการจดรปสมการ จะได

405.22 aNAπλ ≥ (4.45)

นนหมายความวา เสนใยแกวทมขนาดรศมของคอรเทากบ a จะมคณสมบตเปนเสนใยแกวชนดโหมดเดยว กตอเมอมการใชงานโดยสงแสงทมความยาวคลนตามเงอนไขของสมการท (4.45) เขาไป

คาของความยาวคลนทสนทสดสาหรบการใชงานเสนใยแกวชนดโหมดเดยวเรยกวา ความยาวคลนคทออฟ (Cut-off wavelength) แทนดวยสญลกษณ λc ซงมคาเปนไปตามสมการ

405.22 2

221 nna

c−

=π

λ (4.46) ดงนน ในการทาเสนใยแกวชนดโหมดเดยวมาใชงาน จาเปนตองทราบคาของความยาวคลนคทออฟ λc ดวย เพราะหากใชแสงทมความยาวคลนสนกวา λc สงเขาไป เสนใยแกวทออกแบบใหเปนชนดโหมดเดยวจะมพฤตกรรมเปนชนดโหมดรวมไปทนท คอจะมโหมดการเดนทางของแสงทมอนดบสงเกดเพมขน นอกเหนอจากโหมดพนฐาน ยงไปกวานน เมอพจารณาสมการ (4.44) จะพบวาคาของความยาวคลนแสง λ, ขนาดเสนผานศนยกลางของคอร 2a, คาดรรชนหกเหของคอร n1 และของแคลดดง n2 ลวนเปนตวกาหนดคณสมบตในการใชงานของเสนใยแกววาเปนชนดโหมดเดยวหรอโหมดรวม ทงสน จากสมการท (4.41) ซงเปนการคานวณหาจานวนโหมดในเสนใยแกว หากสมมตใหเสนใยแกวโหมดเดยวมคาวนมเบอร V เทากบ 2.405 พอด จานวนโหมดทเดนทางในเสนใยแกวจะมคาเปน

บทท 4


138

M = 2.4052/2 ≈ 2 คอมจานวนโหมดเกดขน 2 โหมด (ใชคาของเลขจานวนนบ โดยการปดเศษทศนยมทงหมดออกไป) ถงตรงน หลายคนอาจสงสยวา เสนใยแกวชนดโหมดเดยวควรจะมโหมดเกดขนเพยงโหมดเดยว แตทาไมจงคานวณออกมาไดถงสองโหมด ทเปนเชนนกเพราะวา โหมดพนฐาน HE11 ทเดนทางในเสนใยแกวชนดโหมดเดยวซงถอเปนเพยงโหมดเดยว เกดจากโหมดยอยของสนามแมเหลกและสนามไฟฟารวมกน จงสามารถแยกออกเปนสองโหมดยอยตามทคานวณไดนนเอง ในทานองเดยวกน โหมดการเดนทางของแสงทเกดจากสนามไฟฟาหรอ สนามแมเหลกตงฉากกบทศทางการเคลอนทเพยงอยางใดอยางหนงเทานน เชนโหมด TE และ TM จะถอวามโหมดยอยประกอบอยเพยงโหมดเดยวเทานน ตวอยางท 4.5 ในการออกแบบผลตเสนใยแกวชนดโหมดเดยว สาหรบใชงานกบแสงทมความยาวคลน 800 นาโนเมตร จงคานวณหาคาของรศมคอรทมากทสดของเสนใยแกว เมอวสดทใชเปนแกวทมคาดรรชนหกเหของแคลดดงเทากบ 1.457 และมคาความแตกตางระหวางคอรกบแคลดดงเปน 0.0148 วธทา โจทยกาหนด ∆ = 0.0148, n2 = 1.457, λ = 800 nm

จากสมการ 21

22

21

2nnn −

=∆

22

21

212 nnn −=∆

22

21

21 2 nnn =∆−

ดงนน 479.1)0148.0(21

457.121

21 =

−=

∆−=

nn

สาหรบกรณของ SM จาก

405.22 22

21 ≤−= nnaV

λπ

จะได 6

22

9

22

21

10205.1457.1479.12

)10800(405.2

2

405.2 −−

×=−

×=

−≤

ππ

λ

nna

ดงนนรศมคอรทมากทสดคอ 1.205 ไมครอน ตอบ



139

ตวอยางท 4.6 เสนใยแกวชนด SM มคาพารามเตอรดงน n1 = 1.465, ∆ = 1% ขนาดเสนผานศนยกลางของคอรเทากบ 5 ไมโครเมตร จงคานวณหาคาของความยาวคลนแสงทสนทสด ทสามารถใชงานรวมกบเสนใยแกวนได และถาหากนาเสนใยแกวไปใชกบแสงทมความยาวคลน 1.33 ไมครอน จะไดหรอไม วธทา โจทยกาหนด ∆ = 1% = 0.01, n1 = 1.465, a = 5/2 = 2.5 µm

จาก 21

22

21

2nnn −

=∆ ทาการจดรปสมการ จะได

∆=− 2122

21 nnn

หรอ ∆= 21nNA

จาก 405.22≤= aNAV

λπ

ความยาวคลนทสนทสด หรอความยาวคลนคทออฟหาไดจาก

405.2

2 aNAc

πλ =

353.1405.2

)01.0(2)465.1)(5.2(2==

πλc µm

ดงนน ความยาวคลนแสงทสนทสด คอ 1.353 ไมโครเมตร ในกรณทความยาวคลนแสงมคาเปน 1.33 µm เสนใยแกวชนดโหมดเดยวน

จะทางานเปนแบบโหมดรวมไปทนท ตอบ 4.6 เสนผานศนยกลางของโหมดสนามและขนาดจด

ลาแสงของโหมดพนฐานทเดนทางในเสนใยแกวชนดโหมดเดยว ทงชนดสเตปอนเดกซและเกรดเดดอนเดกซ มกมการกระจายพลงงานในลกษณะของ การแจกแจงแบบเกาส (Gaussian distribution) หรอรปแบบของระฆงควา คอจะมคาความเขมแสง (หรอสนามไฟฟา) สงสดในแนวแกนกลางของเสนใยแกว จากนนจะมคาลดลงไปเรอย ๆ อยางตอเนองตามระยะรศม (r) ทหางออกไปจนมคาเปนศนย โดยอาณาเขตทมการแจกแจงพลงงานแสง จะครอบคลมตลอดสวนของคอรและบางสวนของแคลดดง ตามสมการของสนามไฟฟาของคอรและแคลดดงทมคาตอเนองกน ทกลาวไวในหวขอ 4.3 ดงแสดงในรปท 4.13

บทท 4


140

รปท 4.13 การแจกแจงแบบเกาสของความเขมแสง(หรอแสงไฟฟา) สาหรบบงบอกขนาด

ของ MFD และขนาดจด (spot size) ทระยะรศมททาใหคาความเขมแสงลดลงเหลอเพยง 1/e2 = 0.135 (หรอคา

สนามไฟฟาลดลงเหลอเพยง 1/e = 0.37) ของคาสงสด จะเรยกระยะรศมนวา ขนาดจด (spot size) ซงแทนดวยสญลกษณ ω0 ในรปท 4.13 โดยท ขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนาม หรอ MFD (Mode Field Diameter) จะมคาเทากบสองเทาของขนาดจด (2ω0) นนคอ MFD = 2ω0 (4.47)

คาของเสนผานศนยกลางของโหมดสนาม (MFD) ถอเปนพารามเตอรทสาคญ

ของเสนใยแกวทมกจะกลาวถงในกรณของเสนใยแกวชนดโหมดเดยวทวไป เพราะมประโยชนในการชวยทานายคาการสญเสยสญญาณในการสงแสงเขาสเสนใยแกว รวมทงจดเชอมตอตางๆ ของเสนใยแกวได เสนผานศนยกลางของโหมดสนาม (MFD) สามารถวดไดจากลาแสงทพงออกจากปลายของเสนใยแกวเมอนาฉากมาวางกน ในกรณททาการวดคาของเสนผานศนยกลางของโหมดสนาม (MFD) ทตาแหนงตอนปลายขาออกของเสนใยแกวโดยตรง จะถอเปนคาของสนามระยะใกล (near field) แตถาหากทาการวดทระยะหางออกไป แมเพยงไมกมลเมตร กจะถอเปนคาของเสนผานศนยกลางของโหมดสนามในระยะไกล (far field MFD) [10]

I(r), E(r)

ω0

MFD

r



141

โดยทวไป การบอกขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใยแกวชนดโหมดเดยว มกกลาวถงขนาดของโหมดสนามแทน เนองจากเสนใยแกวชนดโหมดเดยวทนามาตอกน ควรมขนาดของโหมดสนาม (MFD) เทากน เพอการสงผานกาลงงานระหวางกนมากสด ตารางท 4.4 เปนตวอยางขนาดของ MFD สาหรบเสนใยแกวชนดโหมดเดยวเมอใชงานกบความยาวคลนแสงทคาตาง ๆ ตารางท 4.4 ขนาดของโหมดสนามหรอ MFD ของเสนใยแกวชนด SM ทคาความยาวคลน

ตาง ๆ

ความยาวคลน (นาโนเมตร) โหมดสนาม (MFD) (ไมครอน) 1550 1300 1060 850 630

10.5 9.3 6.2 5.0 3.7

บทท 4


142

แบบฝกหด 1. อธบายสาระสาคญของสมการแมกซเวลส สาหรบการวเคราะหการทางานของเสน

ใยแกว 2. อธบายความหมายของโหมดการเดนทางของแสงในเสนใยแกว 3. ลองอธบายวธการทดลองเพอวดหาความยาวคลนคทออฟของแสงโหมด HE21 ท

เดนทางในเสนใยแกว 4. จงคานวณคาความยาวคลนคทออฟของเสนใยแกวชนดโหมดเดยวทมรศมของคอร

3 ไมครอน คาดชนหกเหของคอร 1.465 และดชนหกเหของแคลดดง 1.457 (ตอบ 1198 นาโนเมตร)

5. เสนใยแกวชนดโหมดเดยวมคาดชนของคอร 1.479 ดชนของแคลดดง 1.475 ขนาดเสนผานศนยกลางของคอร 10 ไมครอน (ก) หากมแสงในโหมด HE11 และ HE21 เดนทางในเสนใยแกว จงสเกตภาพลกษณะความเขมแสง (Intensity pattern) ทสามารถสงเกตเหนไดทตอนปลายของเสนใยแกว และ (ข) จงคานวณหาคาความยาวคลนคทออฟ ททาใหมแสงโหมด HE11 เพยงโหมดเดยว เดนทางในเสนใยแกวได (ตอบ 1.419 ไมครอน)

6. อธบายขอแตกตางระหวางรงสซกแซกและรงสเบยงเบนทเดนทางในเสนใยแกว และหากแสงมไดเขาสเสนใยแกวในแนวแกนกลาง จะมโอกาสเกดรงสซกแซกไดหรอไม

7. เสนใยแกวชนดโหมดเดยวมคาดรรชนของคอร 1.459 คาความแตกตางของคาดรรชนหกเห ∆ = 0.1% ขนาดเสนผานศนยกลางของคอร 15 ไมครอน (ก) หากมแสงโหมด HE11 และ HE21 เดนทางรวมกนไปในเสนใยแกว จงสเกตภาพลกษณะความเขมแสง (Intensity pattern) ทสามารถสงเกตเหนไดตอนปลายเสนใยแกว และ (ข) จงคานวณหาคาความยาวคลนคทออฟททาใหแสงโหมด HE11 เพยงโหมดเดยวเดนทางในเสนใยแกวได (ตอบ 1.279 ไมครอน)

8. จงอธบายวธทาการทดลอง เพอวดหาความยาวคลนคทออฟของแสงโหมด HE21 ทเดนทางในเสนใยแกว

9. จงคานวณคาความยาวคลนคทออฟของเสนใยแกวชนด SM 9/125 มคาดรรชนหกเหของคอร 1.45 และดรรชนหกเหของแคลดดง 1.445 (ตอบ 1.414 ไมโครเมตร)



143

เอกสารอางอง [1] A. W. Snyder and J. D. Love, Optical Waveguide Theory, Chapman & Hall, 1991. [2] M. Koshiba, Optical Waveguide Analysis in Advanced Science and Technology

Series, McGraw-Hill, Inc., ch. 3, 1992. [3] P. Yeh, Optical Waves in Layered Media, John Wiley & Sons, 1991. [4] J. M. Senior, Optical Fiber Communications Principles and Practice, 2nd edn.,

Prentice Hall, ch. 2, 1992. [5] G. Keiser, Optical Fiber Communications, 2nd edn., McGraw-Hill, ch. 2, 1991. [6] D. L. Lee, Electromagnetic Principles of Integrated Optics, John Wiley & Sons,

1986. [7] J. D. Kraus, Electromagnetics, 4th edn., McGraw-Hill, 1992. [8] E. Kreyszig, Advanced Engineering Mathematics, 4th edn., John Wiley & Sons, ch.

4, 1979. [9] D. Gloge, “Weakly guiding fibers”, Appl. Opt., vol. 10, pp. 2252-2258, Oct 1971. [10] M. Artiglia, G. Coppa, P. DiVita, M. Potenza, and A. Sharma, “Mode field

diameter measurements in single-mode optical fibers”, J. of Lightwave Technol., vol. 7, no. 8, pp. 1139-1152, 1989.

บทท 4


144

การผดรปของสญญาณแสงในเสนใยแกว


145

บทท 5

การผดรปของ สญญาณแสง ในเสนใยแกว

บทท 5


146

การสงสญญาณขอมลในเสนใยแกวมสองลกษณะ ขนอยกบชนดของขอมลวาเปนแบบแอนะลอกหรอดจตอล หากขอมลเปนแอนะลอกขนาดความเขมแสงของสญญาณทเดนทางในเสนใยแกวจะขนอยกบขนาดหรอแอมปลจดของสญญาณไฟฟาทเปนแอนะลอกดวย เชน หากเราตองการสงเสยงผานเสนใยแกว ชวงจงหวะทเราพดเสยงดง ความเขมแสงกอาจมคาความสวางมาก ในขณะทชวงทพดเสยงเบา ความเขมแสงกจะมคาตา เปนตน การสงสญญาณแบบน คลายกบการมอดเลตขอมลเชงแอมปลจด โดยใชความเขมแสงเปนตวกาหนดขนาดสญญาณ จงมกเรยกการสงแสงแบบแอนะลอกนวา Intensity Modulation/Amplitude Modulation หรอ IM/AM สาหรบในกรณทขอมลเปนชนดดจตอล แสงทสงจะถกกาหนดใหมระดบความเขมแสงเพยงสองระดบทแตกตางกนอยางเหนไดชด เชน อาจกาหนดใหมแสงสงออกเมอสภาวะขอมลเปน “1” และกาหนดใหไมมแสงเมอขอมลมสภาวะเปน “0” หรออาจกาหนดใหมสภาวะตรงขามกบแบบนกได เปนตน ในบางครง ระบบ IM/AM อาจหมายรวมถงระบบดจตอลดวยกได เพราะความเขมแสงเปลยนแปลงตามขอมลเชนกน

อยางไรกตาม ไมวาขอมลจะถกสงออกไปในลกษณะใด เมอแสงเดนทางไปในเสนใยแกว จะไมสามารถคงสภาพเดมไดตลอด แตจะเกดการเพยนหรอผดรปไปตามระยะทางทแสงเดนทาง ลกษณะทแสงเกดการผดเพยน (distortion) ในเสนใยแกวม 2 ลกษณะใหญ ๆ ไดแก เกดการสญเสยสญญาณ (attenuation หรอ loss) และเกดดสเพอรชน (dispersion) ซงอยางหลงนจะมผลเหนไดชด เมอมการสงขอมลแบบดจตอล โดยจะเปนตวกาหนดปรมาณขอมลหรออตราการสงขอมลสงสดของระบบเสนใยแกว ซงจะไดกลาวถงตอไป

(ก) (ข) รปท 5.1 การสงขอมลแสงแบบ (ก) แอนะลอก และ (ข) แบบดจตอล

เวลา เวลา

ระดบความเขมแสง ระดบความเขมแสง

0 1 0 0 1 1 0

สวางนอย

สวางมาก



147

5.1 นยามของการสญเสยสญญาณ พจารณาการสงสญญาณแสงเขาไปในเสนใยแกวในรปท 5.2 เมอ Pi หมายถง คาความเขมแสงทถกสงเขาไปในเสนใยแกวดานขาเขา มหนวยเปนวตต (watt: W) Po หมายถง ความเขมแสงทออกจากเสนใยแกวทปลายทาง มหนวยเปนวตต และ L หมายถง ความยาวของเสนใยแกวทแสงเดนทาง มหนวยเปนกโลเมตร (km) คาการสญเสยสญญาณ (loss) หรอการลดทอนสญญาณ (attenuation) ในเสนใยแกวตอหนวยความยาว ซงมกแทนดวยสญลกษณ α (อลฟา) และมกมหนวยเปนดบตอกโลเมตร (dB/km) จะสามารถคานวณไดจากสมการ

=

i

o

PP

Llog10α dB/km (5.1)

รปท 5.2 กาลงงานของแสงหรอความเขมแสงในระบบเสนใยแกว

ตวอยางท 5.1 ระบบสอสารขอมลดวยแสงดงรปท 5.2 ถา Pi = 1 mW, Po = 1 µW และ L =10 km จงคานวณหาคาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกว

วธทา จาก

=

i

o

PP

Llog10α

แทนคา L=10, Po=1 µW, Pi =1 mW

ได 31010log

1010

3

6

−=

= −

−

α

นนคอ คาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกวมคาเทากบ 3 dB/km ตอบ

Pi Po

L

บทท 5


148

จากตวอยางท 5.1 น จะสงเกตเหนวา ในกรณของเสนใยแกว สญญาณขาออกจะมคานอยกวาสญญาณขาเขาเสมอ (Po < Pi) ทาใหคาของ α มคาเปนลบเสมอตามนยามของมน นนแสดงใหเหนวา ระบบเกดการสญเสยสญญาณ (loss) โดยทวไปจะถอเปนทเขาใจกนดวา แสงจะเกดการสญเสยสญญาณเมอเดนทางในเสนใยแกว ดงนน จงมกกลาวถงเฉพาะคาตวเลขของการลดทอนสญญาณลอยๆ โดยไมสนใจเครองหมายลบ อยางไรกตาม เมอจาเปนตองมการคานวณหาคาของความเขมแสง ตองไมลมทจะนาเครองหมายลบมาคดคานวณดวย เมอใชสมการท (5.1) ตวอยางท 5.2 ระบบสอสารดวยเสนใยแกวใช LED สงแสงทมความยาวคลน 1.55 µm ขนาดความเขมแสง 0.5 mW เขาสเสนใยแกวทมการลดทอนสญญาณ 0.2 dB/km @ 1.55 µm หากแสงทสงออกจาก LED สามารถเขาสเสนใยแกวไดทงหมด จงคานวณหาระยะหางระหวางสถานทงสองน กาหนดใหแสงทออกจากเสนใยแกวมคาความเขมแสง 1 nW วธทา โจทยกาหนด Pi = 0.5 mW, Po = 1 nW, α = 0.2 dB/km

จากสมการ

=

i

o

PP

Llog10α

แทนคาสมการ ได

×

=− −

−

3

9

105.010log102.0

L

จดรปสมการได 9.2845.0

10log2.0

10 6

=

−=

−

L

เพราะฉะนน ระยะหางระหวางสถานคอ 284.9 km ตอบ

คาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกว เปนพารามเตอรสาคญทชวยกาหนดระยะหางระหวางสถานสงและสถานรบในระบบสอสาร และใชเปนตวพจารณาในการเลอกชนดของเสนใยแกวทจะใชในระบบสอสาร ตวอยางเชน หากเสนใยแกวมคาการลดทอนสญญาณนอย กจะสามารถใชกบสถานทหางไกลมากได เปนตน นอกจากน คาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกว ยงมคาขนอยกบความยาวคลนแสงทใชในระบบอกดวย ดงนน ในการบอกคาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกว ตองบอกดวยวาเปนคาสาหรบความยาวคลนแสงเทาไร เพราะถาเลอกใชแสงทมความยาวคลนแสงเปลยนไป กจะทาใหคาการลดทอนสญญาณเปลยนไปดวย แมวาจะเปนเสนใยแกวเสนเดยวกนก



149

ตาม จากโจทยตวอยางท 5.2 จะเหนวาการบอกคาการลดทอนทความยาวคลนแสงเฉพาะ จะใชสญลกษณ @ (อานวา at) ซงถอเปนทเขาใจกนทวไป 5.2 กลไกการสญเสยสญญาณแสงในเสนใยแกว

เมอแสงเดนทางในเสนใยแกว คาความเขมแสงจะมคาลดทอนลงตามระยะทางทแสงเดนทาง เรยกวาเกด การสญเสยสญญาณ (loss) หรอ เกดการลดทอนสญญาณ(attenuation) ขน กลไกสาคญททาใหเกดปรากฏการณเชนน ไดแกสงตอไปน (1) การดดซบพลงงานจากวสดตวกลาง (absorption) เปนการลดทอนสญญาณ

แสงทเดนทางในเสนใยแกว เนองมาจากการดดซบพลงงานแสงจากโมเลกลของวสดทใชทาเสนใยแกวเอง เมอแสงเดนทางผานตวมน คาความสามารถในการดดซบพลงงานแสงขนอยกบโครงสรางทางโมเลกลและความบรสทธของเนอสารทใชทาเสนใยแกว ในยคแรกของการผลตเสนใยแกว เทคโนโลยการผลตแกวยงไมคอยดนก ทาใหแกวมความบรสทธนอย เสนใยแกวจงมคาการลดทอนสญญาณสง ทาใหไมเปนทนยมในการนาเสนใยแกวมาใชงาน ตอมาเทคโนโลยการผลตแกวเรมดขน จนทาใหสามารถผลตแกวทมความบรสทธมากขนได จงทาใหเสนใยแกวมคาการลดทอนสญญาณลดลงอยางมากจนนามาใชประโยชนตางๆ ได

(2) การกระเจงของแสง (scattering) เมอแสงเดนทางกระทบกบโมเลกลของสารทใช

ทาเสนใยแกว พลงงานของแสงบางสวนทมคานอย ๆ จะเกด การกระเจง หรอ การกระจายออกไปทกทศทกทาง ทาใหพลงงานหรอความเขมแสงของแสงทเดนทางตอไปขางหนามคาลดลง ลกษณะเชนนเรยกวา การกระเจงแบบเรยลาย (Rayleigh scattering) อยางไรกตาม คาความเขมแสงทสญเสยไปเนองจากการกระเจงนจะขนอยกบความยาวคลนแสงทเกดการกระเจง รวมทงขนอยกบสงแปลกปลอมทเจอปนอยกบเนอสารทใชทาเสนใยแกวดวย การทาความเขาใจเกยวกบการกระเจงของแสงอาจลองพจารณาปรากฏการณธรรมชาต เมอแสงอาทตยทสองมายงโลกตองเดนทางผานชนบรรยากาศกอนจะมาถงผวโลก แสงอาทตยนนเปนแสงสขาวคอมความยาวคลนแสงหลายคารวมกน เมอกระทบกบโมเลกลของอากาศเหนอผวโลก จะเกดการกระเจงตางกนดวย ซงตามความ

บทท 5


150

เปนจรง แสงสฟาจะกระเจงไดดทสดในสภาวะดงกลาว ทาใหเรามองเหนทองฟาเปนสฟานนเอง

การลดทอนสญญาณของเสนใยแกวททามาจากแกวบรสทธ จะถกกาหนดโดยกลไกของการดดซบพลงงานจากวสดตวกลาง (absorption) และการกระเจงของแสง (scattering) เปนสาคญ ซงโดยทวไปคาการลดทอนสญญาณแสงในเสนใยแกวมกจะมลกษณะดงกราฟในรปท 5.3 จากรปจะพบวาคาการลดทอนสญญาณแสงในเสนใยแกวจะมคานอยๆ เมอใชกบแสงทมความยาวคลนอยในชวงของ 1.3 และ 1.5 ไมครอน ดงนน ระบบสอสารดวยแสงผานเสนใยแกว จงถกกาหนดใหใชกบแสงในชวงนโดยในอดตทผานมาจะนยมใชแสงทมความยาวคลน 1.33 ไมครอน แตระบบปจจบนกลบนยมใชกบแสงทมความยาวคลน 1.55 ไมครอน ซงสาเหตทเปนเชนนขนอยกบกลไกการเกดดสเพอรชนในเสนใยแกว ซงจะอธบายรายละเอยดตอไปในหวขอท 5.3

รปท 5.3 การลดทอนสญญาณแสงของเสนใยแกวธรรมดาทวไป (3) การกระจายพลงงานออก (Radiation losses) เปนการสญเสยสญญาณแสง

เนองมาจากโครงสรางหรอลกษณะการจดวางของเสนใยแกวเอง ทาใหพลงงาน

0.1 0.05

0.01 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

ความยาวคลน (นาโนเมตร)

คาการลดทอน

(dB/k

m)

Experiment

Rayleigh scattering

50

0.5

10

1

5 Infrared absorption

Ultraviolet absorption Waveguide

imperfections



151

แสงทเดนทางในเสนใยแกวเลดลอดออกมาในสวนของแคลดดงและไมสามารถกลบคนสคอรได เสมอนกบการแผรงส (radiation) ของแสงออกนอกเสนทาง ลกษณะของเสนใยแกวททาใหเกดการสญเสยสญญาณในรปแบบน มกมลกษณะเปนการโคงงอ (bending) ของเสนใยแกว ซงแบงออกไดเปนสองรปแบบ คอ

รปท 5.4 การกระจายพลงงานแสงออกจากความโคงขนาดใหญของเสนใยแกว

3.1 ความโคงขนาดใหญ (Macrobending) เกดจากการจดวางเสนใยแกวทไมอยในแนวเสนตรง แตตองจดโคงงอไปมา ซงถอเปนสงจาเปนทยากจะหลกเลยงในทางปฏบต ลองพจารณารปท 5.4 ซงแทนแนวการเดนทางของแสงดวยเสนตรง เมอแสงเดนทางไปถงจดทเสนใยแกวเกดการโคงงอ แสงอาจเดนทางไปกระทบรอยตอระหวางคอรกบแคลดดงในลกษณะของมมตกกระทบททาใหเกดการสะทอนและหกเหตามกฎของสเนลส หากเสนใยแกวมลกษณะ ความโคงนอยๆ หรอกลาวคอม รศมความโคงมากๆ แสงหกเหทจดนอาจไมเกดขนและปรากฏการณสะทอนกลบหมด (TIR) ยงคงมอย ทาใหไมมการสญเสยความเขมแสงได แตถาเสนใยแกวมลกษณะ ความโคงมาก ๆ หรอม รศมความโคงนอย ๆ จนทาใหเกดการหกเหของแสงเขาไป

แคลดดง

คอร รศมความโคง R

แสงสวนทหกเหและสญเสยไปในแคลดดง

จดศนยกลางความโคง

บทท 5


152

ในแคลดดง แสงทสะทอนและเดนทางตอภายในคอรของเสนใยแกว จะมคาลดลงตามสดสวนทเสยไปกบแสงหกเห ตวอยางการสญเสยสญญาณแสงในลกษณะเชนนสาหรบเสนใยแกวชนดโหมดรวมแบบสเตปอนเดกซ (MM-SI) อาจคานวณหาคาการสญเสยสญญาณ (α) ทจดความโคงนไดจาก

∆=

Ra343.4α dB (5.2)

เมอ a เปนรศมของคอร, ∆ เปนคาความแตกตางของดรรชนหกเห, และ R เปนรศมความโคงของเสนใยแกวทเกดขน จากสมการท (5.2) น จะเหนวาเสนใยแกวทถกจดใหมการโคงงอมาก ๆ (รศมความโคง R มคานอย ๆ) อาจทาใหเกดการสญเสยสญญาณแสงไดมากดวย ดงนน ในทางปฏบตจะตองคานงถงรศมความโคงทเกดจากการตดตงเสนใยแกวดวย

ตวอยางท 5.3 เสนใยแกวชนด SI-MM ขนาด 62.5/125 มคาดรรชนหกเหของคอรเปน 1.479 และของแคลดดงเปน 1.457 ถกจดวางใหเปนวงกลมหนงวงทมเสนผานศนยกลางเพยง 2 เซนตเมตร จงคานวณหาคาการสญเสยสญญาณทเกดขนน

วธทา จากสมการ

−

⋅=∆

= 22

21

212343.4343.4nn

nR

aRaα

โจทยกาหนด n1 = 1.479, n2 = 1.457, a = 62.5/2 = 31.25 µm, R = 1 cm แทนคาในสมการได

−

⋅×

×= −

−

22

2

2

6

457.1479.1)479.1(2

)101()1025.31(343.4α = 0.919 dB

∴ คาการสญเสยสญญาณทเกดขนจากการโคงงอมคาเปน 0.919 dB ตอบ

จากตวอยางท 5.3 จะเหนวาการสญเสยจากการกระจายพลงงานของเสนใยแกวชนดโหมดรวมทโคงงอนน มกถอวามคานอยมาก ตามสภาพความโคงงอตามปกตในทางปฏบตทวไป ซงมรศมความโคงในเทอมของเมตร ในกรณของเสนใยแกวชนดโหมดเดยว (SM) ความเขมแสงทสญเสยไป



153

เนองจากการโคงงอของเสนใยแกวจะเกดขนมากกวาเสนใยแกวชนดโหมดรวมและยงมคาขนอยกบความยาวคลนแสงทเดนทางในเสนใยแกวดวย ตวอยางเชน แสงทมความยาวคลนมากจะมคาการสญเสยสญญาณมากกวาแสงทมความยาวคลนนอย เมอตองเดนทางผานเสนใยแกวทมลกษณะความโคงเชนเดยวกน

3.2 ความโคงขนาดเลก (Microbending) ลกษณะความโคงของเสนใยแกวแบบน อาจเกดจากโครงสรางทไมสมบรณตรงบรเวณรอยตอระหวางคอรกบแคลดดง ซงควรจะเรยบเปนแนวเสนตรง แตกลบมลกษณะไมเรยบเปนรอนหรอหยกคลายกบการเกดความโคงทมรศมนอยๆ มากมายตอเนองกน ทาใหแสงทเดนทางผานเกดการสญเสยเชนเดยวกบกรณของความโคงขนาดใหญ หรอกลาวอกนยหนงกคอ เสนใยแกวทมขนาดเสนผานศนยกลางของคอรไมคงทในชวงระยะสนๆ เมอแสงเดนทางมากระทบรอยตอระหวางคอรกบแคลดดงในชวงน จะทาใหเกดการสญเสยพลงงานเนองจากแสงสวนหนงเกดหกเหเขาไปในแคลดดง โดยปกต ความบกพรองของเสนใยแกวในลกษณะน มกจะเกดจากกระบวนการดงเสนใยแกว ซงสามารถบรรเทาลงไดดวยการเคลอบโคดตงทมความหนาเพมขน คาการสญเสยสญญาณอนเนองมากจากความโคงขนาดเลก (Microbending) น จะแปรผนตามขนาดความยาวคลนของแสงทเดนทางในเสนใยแกว และมคาผกผนกบคานวเมอรคอลอะเพอรเจอ (NA) ของเสนใยแกว

รปท 5.5 การจดทาความโคงขนาดเลก (microbending) ขนตามแนวเสนใยแกว

ในบางครงเราอาจจดโครงสรางของเสนใยแกวใหมรศมความโคงนอยๆ แตมความโคงตอเนองกลบไปกลบมา โดยการนาวสดแขงทมโครงสรางเปนรปฟนสามเหลยมมาประกบกน ดงแสดงในรปท 5.5 กถอวา


บทท 5


154

เปนการสรางความโคงขนาดเลก (microbending) ใหเกดขนไดดวยเชนกน ซงอปกรณดงกลาวในรป อาจนามาใชประโยชนในการกาจดโหมดของแสงทเดนทางในแคลดดง (cladding mode) หรอโหมดของแสงสงๆ ทไมตองการได หมายเหต โหมดของแสงทเดนทางในแคลดดงหรอ cladding mode เกดจากแสงทสงเขาไปเสนใยแกวดวยคาของมมทมากกวา φm หรอขนาดกรวยเสมอนทกาหนดดวยคา NA (ดงรายละเอยดในบทท 2) ทาใหแสงเดนทางในสวนแคลดดงดวย แตกเปนระยะทางสนๆ เพราะจะสญเสยสญญาณหมดไปในทสด เมอระยะทางเพมมากขน

5.3 การบานออกของสญญาณอมพลส

รปท 5.6 การบานออกของสญญาณพลสในระบบสอสารดวยเสนใยแกว

ในการสอสารขอมลแบบดจตอล สญญาณพลสของแสงทเดนทางไปในเสนใยแกว นอกจากจะถกลดทอนคาความเขมแสงลงแลว ลกษณะของสญญาณพลสยงเกดการผดรปไปดวย โดยทวไปมกเกดการบานออกในโดเมนเวลาหรอทเรยกวา ดสเพอรชน (dispersion) ปรากฏการณดสเพอรชนถอเปนปรากฏการณทสาคญในเสนใยแกว เพราะสงผลโดยตรงกบขนาดของปรมาณขอมลทใชสอสารกน กอนทจะไปดรายละเอยดของดสเพอรชน เราลองมาศกษากระบวนการบานออกของสญญาณแสงอยางงาย เมอพจารณาสญญาณแสงทมลกษณะเปนอมพลส (impulse) δ(t) ซงถกสงเขาไปในเสนใยแกวชนดโหมดรวมแบบสเตปอนเดกซ (SI-MM) สญญาณอมพลสแสงในทน หมายถงสญญาณแสงทมความกวางของสญญาณนอยมาก กลาวคอ สญญาณมความแคบมากจนเหมอนกบไมมความกวางเลย ตวอยางของสญญาณอมพลสในระบบแสงอาจไดแก แสงจากฟาแลบ หรอ แสงจากแฟลชถายรป ทมคาความสวางหรอความเขมแสงสงมาก แตปรากฏใหเหนในชวงเวลาสน ๆ แวบ



155

เดยวเทานน รปท 5.7 แสดงแนวทางการเดนทางของสญญาณแสงทเปนอมพลส ในเสนใยแกวชนดโหมดรวม ลองนกภาพดวา ถานาแฟลชถายรปมาเปดทปลายดานหนงของเสนใยแกว ทาใหเกดเหนแสงสวางเพยงชวงเวลาสนมากหรอเพยงแวบเดยว ซงถอเปนสญญาณอมพลสของแสง แสงแวบนสามารถเดนทางเขาสเสนใยแกวไดหลายแนวหรอหลายมมตราบใดทแนวทางของแสงเขาเสนใยแกวนน ทามมนอยกวาคาของมม φm ซงถอเปนขนาดของกรวยเสมอนสาหรบรบแสง เมอมมของแสงททากบแนวแกนกลางของเสนใยแกวมคาเปนศนยแสงจะเดนทางอยในแนวแกนของเสนใยแกวเรยกวา axial ray หรอกคอโหมดพนฐานนนเอง

รปท 5.7 สญญาณแสงอมพลสจะบานออกเมอเดนทางในเสนใยแกวชนด SI-MM

แสงในโหมดพนฐานทเดนทางในแนวแกนกลางของเสนใยแกว จะเดนทางเปนระยะทางเทากบความยาวของเสนใยแกวคอ L โดยใชเวลา Tf (fastest time) ซงถอเปนชวงเวลาทนอยทสด หรอเรวทสด เมอแสงถกสงออกมาทปลายอกดานหนงของเสนใยแกว เราควรจะสงเกตเหนแสงแวบเชนเดยวกนกบทางดานขาเขาดวย แตในความเปนจรงกลบไมเปนเชนนน แตยงคงมแสงแวบหรอสญญาณอมพลส(ตวเดม)ทเดนทางมาในแนวทางอนอก เพยงแตมไดคงอยในแนวแกนของเสนใยแกว เนองจาก

สญญาณ อมพลสแสง

เวลา t

δ(t)

L

Ts

Tf φm

Tt

แสงแวบหลายแวบรวมกนอยางตอเนอง

แสงสวางนานขนเสมอนเปนสญญาณพลส Tf Ts Tt

∆T

บทท 5


156

เปนโหมดทมอนดบสงขนไป ดงเชนในแนวเสนประ ทาใหตองเดนทางเปนระยะทางมากกวาระยะทาง L เดม สงผลใหมระยะเวลาในการเดนทางเปน Tt ซงมากกวา Tf แสงในโหมดสงขนไปทเดนทางในเสนใยแกวน จะปรากฏออกมาเปนแสงแวปอยางตอเนองทปลายดานออกของเสนใยแกว เสมอนกบวาเกดมสญญาณอมพลสหลายสญญาณออกมาตดตอกน ตงแตเวลาเรมตน Tf จนถงเวลา Ts (slowest time) ซงเปนเวลาของสญญาณอมพลสตวสดทายเดนทางมาในแนวทางททามมขาเขาเสนใยแกวเทากบ φm พอด และจะเดนทางเปนระยะทางทไกลทสดหรอใชเวลาชาทสด (slowest time) ดงนน แมวาทปลายดานขาเขาของเสนใยแกวจะมแสงเพยงแวบเดยว แตทขาออกกลบเหนแสงทออกมามความสวางนานขนอยางตอเนองเปนเวลา ∆T ทาใหสญญาณอมพลสกลายเปนสญาณพลสสเหลยมทมขนาดความกวางเปนเวลา ∆T = |Ts

- Tf | นนเอง ในทานองเดยวกน หากสญญาณแสงขาเขาเปนสญญาณพลสทมความกวางแนนอน เมอเดนทางผานเสนใยแกวดงเชนในกรณตวอยางน กจะทาใหเกดการบานออกของสญญาณพลสเชนกน ซงปรากฏการณททาใหเกดการบานออกของสญญาณพลสในทานองนเรยกวา ดสเพอรชน (dispersion)

รปท 5.8 แบบจาลองรปสามเหลยมบนเสนใยแกวสาหรบคานวณหาเวลาทแสงเดนทาง พจารณาแบบจาลองทางเรขาคณตของแสงทเดนทางในเสนใยแกวในรปท 5.8 เมอแสงทามมกบแกนกลางของเสนใยแกวทดานปลายขาเขามคาเทากบ θ ซงจะทาใหระยะทางทแสงเดนทางในเสนใยแกวทงหมด (หลงจากสะทอนไปมาในคอร) มคาเปน l จากสมการการคานวณหาคาเวลาทใชเดนทาง T = l/v เมอ v เปนความเรวของแสงทเดนทางในตวกลาง ซงในทน v = c/n1 เมอ c เปนความเรวแสงในสญญากาศหรออากาศ และ n1 เปนคาดรรชนหกเหของคอร และจากหลกการของตรโกณมต จะไดวา

L

l

θ n1



157

l = L/cosθ ดงนน ระยะเวลาของแสงททามม θ กบแกนกลางเสนใยแกวทปลายขาเขา แลวเดนทางตลอดเสนใยแกว จะมคาเปน

θθθ

cos/cos/)( 1

1 cLn

ncL

vlT === (5.3)

ในกรณของแสงทเดนทางในแนวแกนกลางหรอ axial ray ซงมคา θ = 0o จะใชเวลาในการเดนทางเรวทสด นนคอ

cLnTf

1= (5.4)

และในกรณของโหมดสดทายทใชเวลาในการเดนทางชาทสด เมอแสงขาเขาทามม φm ตามขนาดของกรวยเสมอน(กาหนดจากคา NA)ทาให θ = θc เมอ θc = cos-1(n2/n1) เปนคามมวกฤตของเสนใยแกว ดงนน เวลาทใชในการเดนทางทชาทสดจะมคาเปน

cnLnTs

2

21= (5.5)

จากปรากฏการณการบานออกของสญญาณอมพลสในทน จะไดคาความกวางพลสทบานออกเพมจากเดม (pulse broadening) หรอ ∆T มคาเปน

−=−=∆ 1

2

11

nn

cLnTTT fs (5.6)

ในการสงสญญาณอมพลสอยางตอเนองเปนชวงๆ ดวยระยะหางหรอคาบเวลา

(period) ทแนนอน จะตองระวงไมใหสญญาณอมพลสอยใกลกนมากจนเกนไป หรอมชวงเวลาโดยประมาณไมตากวา 2∆T มฉะนน จะทาใหเกดการซอนทบกน (overlap) ของสญญาณทออกจากเสนใยแกวได หรอกลาวอกนยหนงกคอ ปรมาณขอมลหรอแบนดวดทสงสดทสงผานเสนใยแกว จะถกกาหนดดวยสญญาณทมคาบเวลา (period) นอยทสดเทากบ 2∆T หรอนนคอ

บทท 5


158

TB

∆=

5.0 (5.7)

เมอ B คอคาแบนดวดทหรออตราการสงขอมลสงสดของขอมล ทสามารถสงผานเสนใยแกวได ตวอยางท 5.4 จงคานวณหาคาแบนดวดทสงสดของเสนใยแกวชนด SI-MM ยาว 1 กโลเมตร ทมคา n1 = 1.479 และ n2=1.457 วธทา โจทยกาหนด n1 = 1.479, L = 1 km, n2 = 1.457

จาก Tf = n1L/c จะได

68 1093.4

103)1000)(479.1( −×=

×=fT sec

จาก Ts = (n21L)/(n2c) จะได

68

2

100045.5)103)(457.1()1000)(479.1( −×=

×=sT sec

จาก ∆T = Ts – Tf = 5.0045 – 4.93 = 0.0745 µs จาก B = 0.5/∆T = 0.5/(7.45 × 10-8) = 6.7 × 106 Hz = 6.7 MHz

∴ แบนดวดทของเสนใยแกวคอ 6.7 MHz ตอบ ในกรณของเสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซแบบโหมดรวม (GI-MM) เวลาในการเดนทางของโหมดแสงททามม θ กบแกนกลางเสนใยแกวเปนระยะทาง L แสดงไดดวยสมการ

Lc

nc

T

+

++

=βα

αα

βθ)2()2(

2)(21 (5.8)

เมอ β = n1cosθ เรยกวา แนวรงสคงท (ray invariant)

ในกรณของโหมดพนฐานซงแสงจะใชเวลาในการเดนทางเรวทสด จะเกดขนเมอ θ = 0o ซงจะทาให β =n1cos(0o) = n1 และในกรณของโหมดทใชเวลาในการเดนทางชาทสด จะมคามม θ = θc = cos-1(n2/n1) ซงจะทาให β =n1cosθc = n2



159

α เปนพารามเตอรทกาหนดคาดรรชนหกเหของคอรในแนวรศม (index profile) เชน เมอ α มคาเปนหนง จะไดรปกราฟทแสดงคาดรรชนหกเหของคอรในแนวรศมเปนรปสามเหลยม (triangle profile) และเมอ α มคาเปนสอง รปกราฟทแสดงคาดรรชนหกเหในแนวรศมจะมลกษณะเปนรปพาราโบลา (parabolic profile) เปนตน ลองพจารณากรณของเสนใยแกวชนด GI-MM แบบ parabolic profile (α = 2) แสงโหมดพนฐาน จะใชเวลาในการเดนทางเรวทสด หาไดโดยแทนคาตางๆ ลงในสมการท (5.8) นนคอ

cLnL

cn

cnL

cnn

cnTf

111

1

211

22)22(2

)22(2

=

+=

+

++

= (5.9)

ซงจะพบวาแสงโหมดพนฐานของเสนใยแกวไมวาจะเปนชนด GI หรอ SI จะมความเรวเปนไปตามสมการเดยวกนทงสนคอ Tf = n1L/c เนองจากแสงโหมดพนฐานจะเดนทางอยในแนวแกนกลางของเสนใยแกวเสมอ ในทานองเดยวกน แสงโหมดทเดนทางโดยใชเวลานานทสดในเสนใยแกวชนด GI-MM จะใชเวลาในการเดนทางเปนไปตามสมการ

+=

+=

2

1

1

21

2

212

242

42

nn

nn

cLnL

cnn

cnTs (5.10)

ตวอยางท 5.5

จากตวอยางท 5.4 ถาเสนใยแกวเปนชนด GI-MM แบบรปกราฟพาราโบลา จงคานวณหาคาของแบนดวดทของเสนใยแกว วธทา จาก n1 = 1.479, L = 1 km, n2 = 1.457

จาก Tf = n1L/c จะได

68 1093.4

103)1000)(479.1( −×=

×=fT sec

จาก

+

×=

+=

457.1479.1

479.1457.1

)103(2)1000)(479.1(

2 82

1

1

21

nn

nn

cLnTs

บทท 5


160

Ts =4.9305423 µs

∴ ∆T = Ts – Tf = 4.9305423 – 4.93 = 0.0005423 µs

∴ 9.921105423.0

5.05.09 =×

=∆

= −TB MHz

∴ แบนดวดทของเสนใยแกวคอ 921.9 MHz ตอบ เมอลองพจารณาเปรยบเทยบระหวางตวอยางท 5.4 และ 5.5 จะสงเกตพบวา เสนใยแกวชนด GI จะมคาของแบนดวดทสงกวาเสนใยกวชนด SI มาก เมอพารามเตอรสวนใหญมคาเหมอนกน 5.4 ความกวางของสญญาณพลสแบบอารเอมเอส เสนใยแกวมคณสมบตทสาคญประการหนงททาใหสญญาณพลสใด ๆ ทเดนทางเขาไปในเสนใยแกว (ไมวาจะเปนชนดใดกตาม) เกดการบานออกมากขนกวาเดม (pulse spreading หรอ pulse broadening) เหมอนกบการขยายความกวางของสญญาณอมพลสเปน ∆T ในหวขอทแลว ซงปรากฏการณเชนนเรยกวาดสเพอรชน (dispersion) ในการแสดงความกวางของสญญาณพลส สามารถแสดงไดหลายวธ เชน คาความกวางทตาแหนงกงกลางของแอมปลจด หรอทเรยกวา FWHM (Full Width at Half Maximum) เปนตน (ดรปท 5.9) แตในกรณของเสนใยแกวทเกยวของกบดสเพอรชน หรอการบานออกของสญญาณพลส มกแสดงคาความกวางพลสในเทอมของอารเอมเอส หรอ root-men-square (rms) โดยคานวณไดจากสมการ [7]

∫∫

∞

∞−

∞

∞−−

=dttf

dttft

)(

)()( 22

τσ (5.11)

โดยท σ หมายถง คาความกวางพลสในเทอมของอารเอมเอส (rms pulsewidth) f(t) เปนฟงกชนของสญญาณพลสในโดเมนเวลา t และ

τ เปนคาเฉลยของเวลาหนวง (average time delay) แสดงไดดวยสมการ



161

∫∫∞

∞−

∞

∞−=dttf

dtttf

)(

)(τ (5.12)

ตวอยางท 5.6 จงคานวณหาคาความกวางพลสแบบอารเอมเอส (rms) หรอ σ ของสญญาณพลสรปสเหลยม ขนาดกวาง ∆t วนาท และมขนาดแอมปลจด A หนวย วธทา จากโจทย สามารถแสดงสญญาณพลสในโดเมนเวลาไดดงรปตอไปน

หรอแสดงเปนสมการไดดงน ∆≤≤

=otherwise ,00 ,

)(ttA

tf

เราสามารถหาคาของ σ ไดจากสมการท (5.11) และ (5.12) โดยเรมจาก

∫∫

∫∫

∞

∞−

∆

∞

∞−

∞

∞− ==dttf

dtttf

dttf

dtttft

)(

)(

)(

)(0τ

2

2)(

22

0

0

2

0

0 tt

t

At

At

Adt

tAdtt

t

t

t

∆=

∆

∆

=== ∆

∆

∆

∆

∫∫τ

จาก ∫

∫∞

∞−

∞

∞−−

=dttf

dttft

)(

)()( 22

τσ

∫

∫∫∫∞

∞−

∞

∞−

∞

∞−

∞

∞−+−

=dttf

dttfdttftdttft

)(

)()(2)( 222

ττσ

∫∫

∫∫

∫∫

∞

∞−

∞

∞−∞

∞−

∞

∞−∞

∞−

∞

∞− +−=dttf

dttf

dttf

dtttf

dttf

dttft

)(

)(

)(

)(2

)(

)(2

22 ττσ

A

f(t)

0 ∆t time (t)

บทท 5


162

22

222

2

)(

)(2

)(

)(τττσ −=+−=

∫∫

∫∫

∞

∞−

∞

∞−∞

∞−

∞

∞−

dttf

dttft

dttf

dttft

แทนคา f(t) และ τ ลงในสมการ จะได

2

0

0

3

2

0

0

22

23

2

∆−=

∆−= ∆

∆

∆

∆

∫∫ t

At

Att

Adt

Adttt

t

t

t

σ

12

)(4)(

3)(

4)(

)(3)( 22223

2 ttttt

t ∆=

∆−

∆=

∆−

∆∆

=σ

∴ )(289.012

)( 2

tt∆=

∆=σ sec

∴คาความกวางพลสแบบอารเอมเอสคอ 0.289 (∆t) วนาท ตอบ พลสสเหลยม σ = 0.289(∆t) พลสสามเหลยม σ = 0.408(∆t)

พลสสามเหลยม σ = 0.471(∆t) พลสเอกซโปเนนเชยล σ = 1.44(∆t)

พลสสญญาณเกาส σ = 0.425(∆t)

รปท 5.9 คาความกวางพลสแบบอารเอมเอส (σ ) ของพลสแบบตาง ๆ

∆t

∆t

∆t

∆t

∆t



163

ในกรณของสญญาณพลสรปแบบอน คาของ f(t) จะแตกตางกนออกไป อยางไรกตาม เราสามารถใชวธทแสดงในตวอยางท 5.6 เพอหาคาของความกวางพลสแบบอารเอมเอส (σ) ไดเชนกน ซงสามารถสรปออกมาเปนสมการงายๆ ดงแสดงในรปท 5.9 เมอ ∆t เปนคาความกวางพลส ณ ตาแหนงทขนาดแอมปลจดมคากงหนงของคาสงสดหรอ FWHM ขอสงเกตกคอ คาของ σ จะไมขนกบแอมปลจดของสญญาณเลย เมอทราบคาของความกวางพลสแบบอารเอมเอส จะสามารถคานวณหาคาแบนดวดท (bandwidth) หรอ อตราการสงขอมล (bit rate) สงสดในการสงสญญาณผานเสนใยแกว ไดจากสมการ

σ25.0

=B (5.13)

5.5 ดสเพอรชน (Dispersion) ดสเพอรชน หมายถง การบานออกของสญญาณแสงทเปนพลส เมอเดนทางในเสนใยแกว ดสเพอรชนสามารถเกดขนไดกบเสนใยแกวทกชนด โดยไมขนกบรปลกษณะของสญญาณพลสเลย ดสเพอรชนสามารถแบงออกไดเปนสองประเภทใหญ คอ Intermodal Dispersion (อนเตอรโมดอลดสเพอรชน) และ Intramodal Dispersion (อนทราโมดอลดสเพอรชน) ดงรายละเอยดตอไปน 5.1.1 Intermodal Dispersion

Intermodal Dispersion เปนการบานออกของสญญาณพลส เนองมาจากเวลาทใชเดนทางของแสงแตละโหมดมคาไมเทากน (แมวาความเรวจะเทากนกตาม) ซงปรากฏการณนมกลไกเชนเดยวกบทไดกลาวถง เกยวกบการบานออกของสญญาณอมพลสในหวขอท 5.3 ดงนน Intermodal Dispersion จงเกดขนเฉพาะเสนใยแกวชนดโหมดรวมเทานน

คาความกวางพลสแบบอารเอมเอสทบานออก (σint) ในกรณของ Intermodal Dispersion น จะมคาขนอยกบชนดของเสนใยแกว ตวอยางเชนในกรณของเสนใยแกว

บทท 5


164

ชนด SI-MM จะมคาเปนไปตามสมการ

cLn121

int∆

=σ (5.14)

และในกรณของเสนใยแกวชนด GI-MM ชนดทมคาดรรชนหกเหเปลยนไปในลกษณะพาลาโบลา จะมคาความกวางพลสแบบอารเอมเอสทบานออกเปน

cLn48

21

int∆

=σ (5.15)

เนองจากดสเพอรชนชนด Intermodal จะเกดเฉพาะในเสนใยแกวชนดโหมดรวม บางครงจงมชอเรยกวา multimode dispersion สวนในกรณของเสนใยแกวชนดโหมดเดยว จะไมเกดกลไกของการเกดดสเพอรชนแบบน ดงนน คาความกวางพลสแบบอารเอมเอสทบานออก (σint) ในกรณของเสนใยแกวชนด SM จงมคาเปนศนย นนคอ

0int =σ (5.16) ตวอยางท 5.7 จงคานวณหาคาของความกวางพลสแบบอารเอมเอสทเกดจาก Intermodal Dispersion ของเสนใยแกวในตวอยางท 5.4 และตวอยางท 5.5 วธทา โจทยกาหนด n1 = 1.479, L = 1 km, n2 = 1.457

สาหรบ SI-MM ;

−=

∆= 2

1

22

2111

int 21212 nnn

cLn

cLn

σ

จะได 82

22

8

3

int 101.2)479.1(2457.1479.1

)103(12)10)(479.1( −×=

−×

=σ s ตอบ

สาหรบ GI ; 2

21

22

211

21

int 21248

−=

∆=

nnn

cLn

cLnσ

จะได 102

2

22

8

3

int 1055.1)479.1(2457.1479.1

)103(48)10)(479.1( −×=

−×

=σ s ตอบ



165

จากตวอยางท 5.7 จะสงเกตเหนวา เสนใยแกวชนด GI จะเกด Intermodal Dispersion นอยกวาเสนใยแกวชนด SI มาก ซงมผลทาใหเสนใยแกวชนด GI สามารถสงขอมลทมแบนดวดท หรออตราการสงขอมลแบบดจตอล ไดสงกวา (รายละเอยดจะไดกลาวถงตอไป) ตวอยางท 5.8 เสนใยแกวชนด SI-MM มคาดรรชนหกเหของคอร 1.479 และของแคลดดง 1.457 ถกสงสญญาณอมพลสเขาไป ก. จงคานวณหาขนาดของพลสทบานออก (pulse broadening) ในระยะ 1 กโลเมตร ข. คานวณหาคาความกวางพลสแบบอารเอมเอส และแบดวดทของเสนใยแกว ค. คานวณหาคา NA และมมวกฤตสาหรบแนวรงสเบยงเบน (meridional ray) ในเสนใยแกว

วธทา (ก) จาก ∆T = Ts-Tf = cLn

cnLn 1

2

21 −

จาก n1 = 1.479, n2 = 1.457, L = 1000 m, c = 3 x 108 m/s

∴ ( )( )

888

2

1044.7103

)1000)(479.1()457.1(103)1000(479.1 −×=

×−

×=∆T

ขนาดของพลสทบานออก (pulse broadening) คอ 74.4 ns ตอบ

(ข) จาก 21

22

2111

int 21212 nnn

cLn

cLn −

⋅=∆

=σ

∴ ( ) ( )9

2

22

8int 1035.21479.12

457.1479.110312

)1000)(497.1( −×=−

⋅×

=σ

∴ ความกวางพลสแบบอารเอมเอสคอ 21.35 ns ตอบ

∴ แบนดวดทของเสนใยแกวคอ

Mb/s 71.111035.21

25.025.09 =×

== −σB ตอบ

(ค) 254.0457.1479.1 22 =−=NA

และมมวกฤตหาไดจาก )/(cos 121 nnc−=θ

นนคอ o894.9)479.1/457.1(cos 1c == −θ ตอบ

5.5.2 Intramodal Dispersion

บทท 5


166

Intramodal Dispersion เปนการบานออกของสญญาณพลส ทเกดจากคลนแสงแตละความยาวคลนจะใชเวลาในการเดนทาง(ในระยะทางทเทากน)ไมเทากน (เนองจากมความเรวไมเทากน) ในความหมายของความยาวคลนแสงแตละคา ยอมหมายถงแสงทมสแตกตางกนดวย ดงนน บางตาราจะเรยกปรากฏการณดสเพอรชนแบบนวา Chromatic Dispersion (Chromatic แปลวาเกยวกบส)

ในทางปฏบต แหลงกาเนดแสงทใช ไมวาจะเปนแหลงกาเนดแสงชนดใดกตาม จะไมสามารถผลตแสงทมความยาวคลนไดเพยงคาเดยวออกมา แตจะผลตแสงออกมาเปนกลมของความยาวคลนทใกลเคยงกน ดงรปท 5.10 ทแสดงคาสเปกตรมของกลมความยาวคลนแสงทเปลงออกมาจากแหลงกาเนดแสง รปท 5.10 กราฟสเปกตรมทแสดง Linewidth หรอ spectral width ของแหลงกาเนดแสง

คาความยาวคลนแสงทถอวาแหลงกาเนดแสงผลตออกมา หรอทมกกาหนดไว

ในสเปกของตวกาเนดแสง จะเปนคาความยาวคลนกลาง (center wavelength, λ0) ซงจะมคากาลงงานหรอความเขมแสงสงสดเปน I0 ดงรป เสนโคงทแสดงคาความเขมแสงสงสดของความยาวคลนตางๆ ทแหลงกาเนดแสงผลตออกมาพรอมกน ถอเปนเสนสมมต เพอแสดงขอบเขตของความยาวคลนในการกาเนดแสง ในชวงของความยาวคลนทมความเขมแสงมากกวาคากงหนงของคาสงสดขนไป หรอทเรยกวาชวงของ FWHM (Full-Width at Half Maximum) โดยจะนยามวาเปน แถบความกวางสเปกตรม (spectral width) ของแหลงกาเนดแสง และมกแทนดวยสญลกษณ ∆λ, σλ หรอ σs, Sλ ในบางตาราหรอในบางครง คานอาจมชอเรยกทแตกตางกนออกไป

ความเขมแสง

ความยาวคลนแสง λo

∆λ

I0



167

เชน ไลนวดท (linewidth) เปนตน คาของแถบความกวางสเปกตรม (∆λ) ของแหลงกาเนดแสง เปนตวบอกคณสมบตของแหลงกาเนดแสง วามความสามารถในการผลตแสงสเดยวหรอแสงโมโนโครม (monochrome) ออกมาไดดเพยงไร ถาแหลงกาเนดแสงมคา ∆λ นอย ๆ จะถอวา แสงทไดมความเปนโมโนโครมสง เชน เลเซอรไดโอดซงถอวาเปนแหลงผลตแสงทมความเปนโมโนโครมสงจะม ∆λ นอย ประมาณ 1-5 nm ในขณะทแอลอดมคา ∆λ ประมาณ 20-100 nm เปนตน Intramodal Dispersion หรอ Chromatic Dispersion แบงยอยออกไดเปน 2 ชนด คอ 1) Material Dispersion

Material Dispersion เกดจากแสงทมความยาวคลนตางกนมความเรวตางกน แมจะเดนทางในตวกลางเดยวกน เนองคาดรรชนหกเหของตวกลางเกดการเปลยนแปลงตามคาของความยาวคลนแสงทเดนทาง ซงมผลทาใหความเรวของแสงเปลยนแปลงไปดวย (จาก v=c/n) ดงนน ในทางปฏบตซงมแสงหลายความยาวคลน (แตมคาใกลกนรวมเปนกลม) เดนทางในเสนใยแกว กจะทาใหแสงแตละโหมด (ตามคาความยาวคลน) เดนทางไปถงปลายทางไมพรอมกน สญญาณพลสดานขาเขา จงบานออกมากขนทดานขาออก คาของความกวางพลสแบบอารเอมเอสทขาออก (σmat) สาหรบเสนใยแกวทกชนดทเกดปรากฏการณน สามารถแสดงไดดวยสมการ

matmat LDλσσ = (5.17)

เมอ L เปนระยะทางหรอความยาวของเสนใยแกวทแสงเดนทาง และ Dmat เปนพารามเตอรของการเกดดสเพอรชน (Material Dispersion Parameter) อนเนองมาจากวสดตวกลางทแสงเดนทาง ซงจะมคาแตกตางกนตามชนดของเนอสาร และอาจสามารถแสดงไดดวยสมการ

2

2

λλ

dnd

cDmat ⋅= (5.18)

บทท 5


168

เมอ n เปนคาดรรชนหกเหของวสดทใชทาเสนใยแกว และ c เปนความเรวแสงในสญญากาศ

ตวอยางท 5.9 จงคานวณหาคาของความกวางพลสแบบอารเอมเอส ทเดนทางออกจากเสนใยแกวทยาว 20 km เมอเกดปรากฏการณ Material Dispersion โดยแหลงกาเนดแสงเปน LED ทมคาไลนวดท 40 nn และเสนใยแกวมคา Dmat = 2 ps/nm/km วธทา จาก matmat LDλσσ =

แทนคาได ps 1600kmnm

ps2)km 20)(nm 40( =

−=matσ

นนคอ ความกวางพลสแบบอารเอมเอสมคาเปน ns 6.1=matσ ตอบ 2) Waveguide Dispersion

Waveguide Dispersion เปนปรากฏการณทเกดขนจากโครงสรางของทอนาสญญาณแสง (optical waveguide) หรอกคอเสนใยแกวนนเอง ซงมกมคาแปรผกผนกบขนาดของทอนาสญญาณแสงหรอคอรในทน จงมกสงเกตพบไดในเสนใยแกวชนดโหมดเดยวทมขนาดของคอรเลก คาความกวางพลสแบบอารเอมเอสของแสงทออกจากเสนใยแกว อนเนองมาจาก Waveguide Dispersion สามารถแสดงไดดวยสมการ

ww LDλσσ = (5.19)

เมอ Dw เปนพารามเตอรของการเกดดสเพอรชนจากโครงสรางของทอนาคลนแสง (waveguide dispersion parameter) ซงจะมคาขนอยกบโครงสรางและขนาดของเสนใยแกว และ L เปนความยาวของเสนใยแกวทแสงเดนทาง ในกรณของเสนใยแกวชนดโหมดรวม ผลของ waveguide dispersion จะเกดขนนอยมาก จนสามารถละเลยได หรอนนคอ 0=wσ

5.6 แบนดวดทของเสนใยแกว การเกดดสเพอรชนไมวาในกรณใดกตาม มผลทาใหสญญาณพลสเกดการบาน



169

ออก ซงจะมผลทาใหไมสามารถสงสญญาณพลสทใกลกนเกนไปอยางตอเนองได กลาวอกนยหนงกคอ ดสเพอรชนเปนตวกาหนดความถของสญญาณพลสสงสด หรอแบนดวดท (bandwidth) ในเทอมของแอนะลอก หรออตราการสงขอมล (bit rate) ในเทอมของดจตอล ของขอมลทใชสอสารผานเสนใยแกว ในทางปฏบต ดสเพอรชนอาจเกดขนไดหลายชนดพรอมกน สงสาคญทควรทราบเพอนามากาหนดคาแบนดวดทหรออตราการสงขอมลทใชคอ คาความกวางพลสแบบอารเอมเอสขาออก (σo) ซงเปนผลมาจากการเกดดสเพอรชนทกชนดรวมกน และสามารถคานวณไดจากสมการ

( )22int

22wmatino σσσσσ +++= (5.20)

เมอ σin เปนคาความกวางพลสแบบอารเอมเอสของสญญาณอนพต (ดหวขอ 5.4)

σint เปนคาความกวางพลสแบบอาร เอมเอสท เปนผลมาจากการเกด intermodal Dispersion

σmat และ σw เปนคาความกวางพลสแบบอารเอมเอสทเปนผลมาจากการเกด intramodal Dispersion

เมอทราบคาของ σo จะสามารถนาไปคานวณหาคาแบนดวดทหรออตราการสงขอมลสงสดในเสนใยแกวไดจาก

oB

σ25.0

= (5.21)

ตวอยางท 5.10 ระบบสอสารดวยเสนใยแกว กาหนดสเปกของระบบบางสวนเปนดงน สถานสง ใชเลเซอรไดโอดผลตคลนแสงทมคาความเขมแสง 5 mW @ 1.33 µm ในลกษณะของ

พลสสเหลยมขนาดกวาง 30 ns เลเซอรไดโอดมแถบความกวางสเปกตรม 2 nm ระบบสายสง ใชเสนใยแกวชนด SI-MM 50/125 ยาว 200 กโลเมตร และมคา n1 = 1.49 n2 =

1.457 คาพารามเตอรของการเกด material dispersion คอ 2-92

2

metre 105×=λdnd

สถานรบ ใชโฟโตดเทกเตอรทมคา sensitivity = -30 dBm

จงคานวณหาคาผลคณของแบนดวดทระยะทางของระบบสอสารน

บทท 5


170

วธทา • หาคาของความกวางพลสอารเอมเอสของสญญาณพลสแสงขาเขา ns 67.830289.0)(289.0 =×=∆= tinσ • หาคาของความกวางพลสอารเอมเอสของสญญาณพลสแสง ทเกดจากดสเพอรชนแบบ

Intermodal

−= 2

1

22

211

int 212 nnn

cLnσ

62

22

8

3

int 1028.6)49.1(2457.149.1

)103(12)10200)(49.1( −×=

−××

=σ

• หาคาของความกวางพลสอารเอมเอสของสญญาณพลสแสงทเกดจาก material dispersion และ waveguide dispersion

2

2

λλσσ

dnd

cLsmat =

( )( )( )( ) ( ) 99

8

639 1087.8105

1031033.110200102 −

−− ×=×

××

××=matσ

0=wσ สาหรบเสนใยแกวชนดโหมดรวม

• หาคาของความกวางพลสอารเอมเอสของสญญาณพลสแสงขาออก จาก

( )22int

2wmatino σσσσσ +++=

( ) ( ) ( )292629 01087.81028.61067.8 +×+×+×= −−−oσ

61028.6 −×=oσ นนคอ คาความกวางพลสแบบอารเอมเอส ของสญญาณแสงทออกจากเสนใยแกว มคาเทากบ 6.28 µs • คานวณหาคาแบนดวดทรวมของระบบ

59.398051028.6

25.025.06 =×

== −o

Bσ

นนคอแบนดวดทของระบบมคาเปน 39.806 kb/s

• คานวณหาคาผลคณของแบนดวดทกบระยะทาง BL = 39805.59 x 200 = 7961118.25

∴ ผลคณของแบนดวดทระยะทางของระบบสอสารนคอ 79.61 Mb/s-km ตอบ



171

จากตวอยางท 5.10 จะสงเกตพบวาแบนดวดทของระบบสอสาร จะถกกาหนดโดย Intermodal Dispersion เปนสาคญ ไมวาผลของดสเพอรชนแบบอนจะเปนอยางไรกตาม ซงทาใหเสนใยแกวชนดโหมดรวมไมสามารถสงขอมลทมอตราการสงขอมลหรอบตเรตสงๆ ได ในระบบการสอสารขอมลทมปรมาณมากๆ จะใชเสนใยแกวทเปนโหมดเดยว เนองจากเทอมของ Intermodal Dispersion จะถกกาจดออกไป และคาของแบนดวดทหรอบตเรต จะเพมขนอยางมาก

อยาลมวา คาผลคณของแบนดวดทระยะทาง ถอเปนพารามเตอรทสาคญประการหนงของระบบสอสาร เพราะจะชวยใหสามารถคานวณคาของแบนดวดทไดทนท หากตองการททราบคาแบนดวดทเมอระยะทางเปลยนไป ตวอยางเชน จากตวอยางท 5.10 น หากระบบนมระยะทาง 50 กโลเมตร จะรองรบอตราการสงขอมลสงสดไดไมเกน (79.61 Mb/s-km)/(50 km) = 1.592 Mb/s เปนตน

บทท 5


172


1. จากตวอยางท 5.4 จงคานวณหาคามม θc ทลาแสงในโหมดทเดนทางชาทสดในเสนใยแกวกระทากบแนวแกนของเสนใยแกว และหากเสนใยแกวยาว 2 กโลเมตร คาของแบนดวดทจะมคาเปนเทาไร

2. ในกรณของเสนใยแกวชนด SI-SM จะถอวาคาของตวเลขทแสดง index profile α = ∞ จงพสจนวาในกรณเชนน สมการท (5.8) จะมคาเทากบสมการท (5.5) เมอพจารณาโหมดของแสงทเดนทางชาทสด

3. จงอธบายกลไกการเกดการบานออกของสญญาณพลสในเสนใยแกวชนดโหมดเดยว 4. โรงงานผผลตตองการออกแบบและผลตเสนใยแกว สาหรบใชงานแบบโหมดเดยว

กบความยาวคลนแสง 1.5 ไมครอน โดยกาหนดคาดรรชนหกเหของคอร 1.457 และคาความแตกตางระหวางดรรชนหกเห ∆= 0.6% จงคานวณหาขนาดเสนผานศนยกลางของคอรของเสนใยแกวทมากทสด (ตอบ 7.195 ไมครอน)

5. ในระบบสอสารดวยเสนใยแกวนาแสง เกดการบานออกของสญญาณพลสเนองมาจากความแตกตางของเวลาในการเดนทางของแสง ระหวางโหมดพนฐานกบโหมดทสงสดของเสนใยแกว เปนระยะเวลา 10 นาโนวนาท ทระยะทาง 2 กโลเมตร จงคานวณหาคาของ NA เมอเสนใยแกวมคาดรรชนหกเหของแคลดดง 1.457 (ตอบ 0.066)

6. จงแสดงใหเหนวาเสนใยแกวชนด SI ทม n2 = 1.457, ∆ = 1% และเกดการบานออกของพลส ∆T = Ts-Tf = 50 นาโนวนาทตอกโลเมตร จะมคาแบนดวดท 10 MHz ใน 1 กโลเมตร

7. เสนใยแกวชนด SI มคาดรรชนหกเหของคอร 1.5 คาความแตกตางระหวางดรรชนหกเห 0.003 ขนาดรศมของคอรเทากบ 25 ไมครอน จงคานวณหาเวลาในการหนวงของแสงในโหมดทเดนทางชาทสด เมอเทยบกบเวลาการเดนทางของแสงในโหมดพนฐาน ทระยะทาง 1 กโลเมตร (ตอบ 15 นาโนวนาท)

8. สญญาณพลสแสงรปสเหลยมมความเขมแสง 0.1 มลลวตต และมความกวางพลส 5 นาโนวนาท ถกสงเขาไปในเสนใยแกวชนด SI ดวยแอลอดทผลตแสงทมความยาวคลน 0.85 ไมครอน และมความกวางสเปกตรม (spectral width) 25 นาโนเมตร เสนใยแกวมคาดรรชนหกเหของคอร 1.47 ดรรชนหกเหของแคลดดง 1.45 ขนาดเสนผานศนยกลางของคอร 52 ไมโครเมตร แคลดดงมความหนา 30



173

ไมโครเมตร จงคานวณหาความกวางพลสแบบอารเอมเอสของสญญาณแสงทออกจากเสนใยแกว หลงจากเดนทางไปเปนระยะทาง 8 กโลเมตร กาหนดคาพารามเตอรการเกดดสเพอรชนของวสด (material dispersion parameter)

เปน 2

2

λdnd = 7×109 เมตร-2

9. จากโจทยขอ 8 หากแทนแอลอดดวยแหลงกาเนดแสงทเปนเลเซอรไดโอด ทมแถบความกวางสเปกตรม 2 นาโนเมตร จะเกดอะไรขน และระบบใหมนมขอสงเกตทนาสนใจแตกตางจากระบบเดมอยางไรบาง

10. จงอธบายวาคาผลคณของแบนดวดทกบระยะทาง ของระบบสอสารดวยเสนใยแกว จะมคาขนอยกบรปรางและขนาดของสญญาณพลสหรอไม เพราะเหตใด

11. หากระบบสอสารดวยเสนใยแกว มคากาลงงานแสงขาออกทสถานรบมากกวาคาความไวในการรบสญญาณ (sensitivity) ของวงจรรบอย 10 mW หากวงจรรบมคา sensitivity อย -35 dBm จงแสดงใหเหนวาในอนาคตสามารถขยายระบบ โดยอนญาตใหเกดการสญเสยสญญาณของระบบเพมขนมากสดกดบ

บทท 5


174

เอกสารอางอง [1] G. Keiser, Optical Fiber Communications, 2nd edn., McGraw-Hill, ch. 2, 1991 [2] J. M. Senior, Optical Fiber Communications Principles and Practice, 2nd edn.,

Prentice Hall, ch. 2, 1992. [3] H. B. Killen, Fiber Optic Communications, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New

Jersey, 1991. [4] J. P. Laude, Wavelength Division Multiplexing, Prentice-Hall, Paris, 1997. [5] R. J. Hoss, Fiber Optic Communications Design Handbook, Prentice-Hall,

Englewood Cliffs, New Jersey, 1990. [6] P. E. Green, Fiber Optic Networks, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey,

1993. [7] J. Gowar, Optical Communication Systems, Prentice/Hall International, London, ch.

2, 1984. [8] J. Franz and V. K. Jain, Optical Communication Systems: System Analysis, Design

and Optimization, John Wiley & Sons (Asia), New Delhi, 1996.

การสอสารขอมลดวยสญญาณแสง


175

บทท 6

การสอสารขอมล ดวยสญญาณแสง

บทท 6


176

ในปจจบน ระบบโทรศพทไดถกพฒนาขน ใหสามารถตอบสนองความตองการในดานบรการรบสงขาวสารขอมลไดหลายรปแบบ นอกเหนอจากการบรการพดคยกนเทานน เชน ขอมลภาพ และขอมลทางคอมพวเตอร เปนตน ซงการขยายงานบรการสอสารขอมล จะสงผลโดยตรงกบการพฒนาในเชงพาณชยและเศรษฐกจของสงคม และในอนาคตหากมการนาระบบโทรศพทแบบโครงขายบรการสอสารดวยระบบดจตอล ยงเมอมการนาเอาระบบทเรยกวา ISDN (Integrated Services Digital Network) มาใชดวยแลว ยอมทาใหระบบการสอสารขอมลตางๆ ไมวาจะเปน สญญาณเสยง สญญาณโทรสาร สญญาณโทรพมพ ขอมลทางคอมพวเตอร หรอแมกระทงสญญาณภาพ ตางกสามารถสอสารรวมกนไดโดยใชคสายโทรศพทเดยวกนไดในเวลาเดยวกน นอกจากน การปรบปรงระบบใหสามารถสอสารขอมลดวยความเรวสงดวยการใชระบบ SDH (Synchronous Digital Hierarchy) ยงชวยใหการทางานของการสอสารขอมล เปนไปอยางมประสทธภาพมากขน ซงระบบเหลานลวนมความจาเปนทจะตองตองใชเสนใยแกวเปนสายสง (Transmission Line) หรอเปนตวกลางสาหรบนาสงขอมลแทนคสายโทรศพทแบบเคเบลไฟฟาทเคยใชกนอย ในบทน จะกลาวถงหลกการเบองตนเกยวกบระบบสอสารดวยเสนใยแกวนาแสง 6.1 หลกการสอสารดวยเสนใยแกว

รปท 6.1 ระบบการสอสารดวยเสนใยแกว

หลกการทางานของระบบสอสารโดยใชเสนใยแกวนาแสง แสดงดงรปท 6.1 ระบบการสอสารดวยเสนใยแกวนมโครงสรางคลายกบระบบการสอสารดวยสายเคเบลทวไป เพยงแตใชตวกลางนาขอมลทตางกน กลาวคอ เมอตองการสงขอมลทอาจอยในรปของ สญญาณเสยง สญญาณภาพ หรอขอมลทางคอมพวเตอร วงจรภาคสงจะทาหนาทจดรปสญญาณใหเหมาะสม ดวยวธการเขารหสและมอดเลต โดยลกษณะของ

วงจร ภาคสง


ตวรบ แสง

วงจร ภาครบ

. . . . . . สญญาณเขาหลายชอง สญญาณออก




177

ขอมลทใชในขนตอนน สวนใหญมกจดใหอยในรปของสญญาณดจตอลเพราะใหผลลพธทดกวา จากนนวงจรในสวนทเปนแหลงกาเนดแสงหรอไดรเวอรขบสญญาณ (driver) จะแปลงสญญาณทางไฟฟาทไดใหเปนสญญาณแสงสงไปยงสถานรบ (เรยกวา Electrical to Optical Converter หรอ E/O-Converter) โดยมเสนใยแกวทาหนาทเปนทอนาหรอสายสงสญญาณ ทสถานรบจะมโฟโตดเทกเตอร(PD : photodetector) เชน โฟโตไดโอด (photodiode) และโฟโตทรานซสเตอร (Phototransistor) เปนอปกรณททาหนาทเปลยนสญญาณแสงทรบไดใหอยในรปของสญญาณไฟฟา (เรยกวา Optical to Electrical Converter หรอ O/E-Converter) แลวสงไปยงวงจรภาครบเพอถอดรหสและดมอดดเลตสญญาณ ทาใหไดสญญาณทมลกษณะเดยวกบสญญาณเดม และใชเปนขอมลขาออกเพอนาไปใชงานตอไป ในชวงระหวางสถานสงสญญาณและสถานรบสญญาณทเชอมดวยเสนใยแกว จะตองมสถานทวนสญญาณ (repeater) ทาหนาทขยายและจดรปสญญาณทเกดการผดเพยนไปในระหวางการเดนทาง ในการใชงานจรง ระยะหางระหวางสถานทวนสญญาณ(repeater spacing) จะมคาประมาณ 30-50 กโลเมตร โดยจะขนกบขนาดหรอปรมาณของขอมลทใชรบสง ตวอยางเชน ระบบสอสารดวยเสนใยแกวทถกออกแบบทดลองโดยบรษท AT&T รวมกบบรษท KDD เมอประมาณป ค.ศ. 1995 สามารถรบสงสญญาณขอมลทมขนาด 2 Gb/s (สองพนลานบตในหนงวนาท) ไปเปนระยะทาง 2200 กโลเมตร โดยมสถานทวนสญญาณเพยง 25 สถาน ในทก ๆ ระยะ 80 กโลเมตร เปนตน 6.2 ภาคสงสญญาณแสง อปกรณทเปนหวใจสาคญ ททาใหระบบการสอสารดวยเสนใยแกวนาแสงแตกตางจากระบบสอสารทวไป คออปกรณททาหนาทรบสงสญญาณแสงทใชนาขอมลไปในเสนเสนใยแกว โดยมแหลงกาเนดแสงเปนอปกรณททาหนาทแปลงสญญาณไฟฟาเปนสญญาณแสง (E/O Converter) ซงตวอยางของแหลงกาเนดแสงทเราคนเคยกคอหลอดไฟนนเอง อยางไรกตาม แหลงกาเนดแสงทใชในระบบสอสารดวยเสนใยแกว จาเปนตองมคณสมบตบางประการ เพอใหมความเหมาะสมกบการใชงานรวมกบเสนใยแกวซงมขนาดเลก ดงตอไปน

บทท 6


178

1. สามารถใหแสงทมพลงงานหรอความเขมแสงมากพอททาใหสญญาณแสงสามารถเดนทางไปไดตลอดระยะทางของการสอสาร

2. โครงสรางของแหลงกาเนดแสงตองสามารถสงพลงงานแสงสวนใหญหรอทงหมดเขาไปในเสนใยแกวทมเสนผานศนยกลางขนาดเลกได นนคอ มมของการเปลงแสง ออกจากแหลงกาเนดตองเปนมมแคบ ๆ และมทศทางทแนนอน ในกรณทแสงจากแหลงกาเนดมลกษณะกระจายเปนมมกวาง อาจใชอปกรณททาหนาทรวมแสง เชน เลนสนน เขามาชวย เพอรวมแสงสวนใหญใหพงเขาสเสนใยแกวได

3. ความยาวคลนของแสงทไดตองมความเหมาะสมกบเสนใยแกวทใช ในระบบสอสารใยแสง ความยาวคลนแสงทเหมาะสมกบเสนใยแกวมากทสด มคาประมาณ 1.55 ไมครอน รองลงมาอาจไดแก 1.3 ไมครอน และ 0.82 ไมครอน

4. ไลนวดธ (line width, ∆λ) หรอแถบความกวางสเปกตรม (spectral width) ของแสงทเปลงออกมา (ดตวอยางในรปท 6.2) จะตองมคานอยๆ เพอลดปญหาการเกดดสเพอรชน (dispersion) ทาใหสามารถสงขอมลปรมาณมากๆ หรอมอตราการสงขอมลสงๆ ได

5. ชวงเวลาตอบสนอง (response time) ของแหลงกาเนด หรอชวงเวลาทแหลงกาเนดไดรบสญญาณไฟฟา แลวสรางสญญาณแสงออกมา ตองมคาสนมากๆ อนจะมผลทาใหไดวงจรขบสญญาณแสง สามารถสงขอมลดวยความเรวสงหรอมปรมาณมากๆ ไดด

6. กาลงงานแสงตองมคาคงทตอเนองตลอดเวลา และไมมการเปลยนแปลงใด ๆ อนเนองมาจากผลของอณหภม และสภาพแวดลอมขณะใชงาน

โดยทวไปการเลอกใชแหลงกาเนดแสงจะขนอยกบระบบ เชน ในระบบทมระยะทางสอสารไมไกลนก หรอระบบทใชในการศกษา อาจใชแอลอด (LED) เปนแหลงกาเนดสญญาณได สวนในระบบทตองการประสทธภาพสงๆ จะใชแสงเลเซอรเปนตวนาขอมล จงมกเลอกใชเลเซอรไดโอด (Laser Diode: LD) หรอเครองกาเนดแสงเลเซอรชนดตางๆ กได ในทนจะกลาวถงอปกรณกาเนดแสงทเปนแอลอดและเลเซอรไดโอดเปนหลก เพราะเปนอปกรณทใชกนมากในระบบสอสารดวยเสนใยแกว สวนเครองกาเนดแสงเลเซอรอนจะไมกลาวถง



179

รปท 6.2 ไลนวดทหรอแถบความกวางสเปกตรมของแหลงกาเนดแสง

6.2.1 แอลอด (LED)

เขตปลอดพาหะ

หนาสมผสวงแหวน

สาร GaAs ชนด Pสาร GaAs ชนด N

หนาสมผสโลหะ

+-

120 30 ลาแสงพงออก

หนาสมผสโลหะ

ฉนวน (SIO )2

N ซบเทรต

(ก) (ข) รปท 6.3 ตวอยางโครงสรางของแหลงกาเนดแสงทเปนแอลอด

แอลอด หรอ LED เปนคายอมาจากคาวา Light Emitting Diode หมายถงไดโอดทถกออกแบบโครงสรางใหสามารถทางานเปลงแสงออกมาได เมอมการไบอสทถกตอง โครงสรางพนฐานของแอลอดแบบทใชในระบบเสนใยแกวมลกษณะแสดงดงรปท 6.3(ก) ซงประกอบดวยสารชนดแกลเลยมอะเซนายด (GaAs) (แอลอดทวไปจะทาจากสารประเภทเยอมนเนยมหรอซลคอน) ถกโดปใหเปนชนด P (มโฮลหรอประจบวกมากกวา) และชนด N (มอเลกตรอนอสระมากกวา) วางตอกน หลกการทางานของมนกเหมอนไดโอดหรอหรอแอลอดธรรมดาทวไป เมอมการไบอสถกทางดวยคาทเหมาะสม จะเกดการเคลอนทของอเลกตรอนไปยงโฮลในระหวางชวงรอยตอของสาร P-N (ทเรยกวาบรเวณดพลทชนหรอเขตปลอดพาหะ) และมการเปลยนแปลงระดบ

∆λ

850 900 950 1000 1050 ความยาวคลนแสง (นาโนเมตร)

100 %

50%

ความเขม

แสง

บทท 6


180

พลงงานของชนอเลกตรอน เกดการคายพลงงานออกมาภายนอกในรปของแสง บางครงสารทใชทาแอลอด อาจเปนประเภทแกลเลยมอะเซไนดฟอสเฟอร (GaAsP) แกลเลยมฟอสเฟอร (GaP) อะลมเนยมแกลเลยมอะเซนายด (AlGaAs) หรออนเดยมแกลเลยมอะเซนายดฟอสเฟอร (InGaAsP) กได เพอทาใหความยาวคลนแสงทไดมคาแตกตางกน แสงทเปลงออกมาจากแอลอดในชวงรอยตอ P-N จะมลกษณะกระจดกระจายไมเปนระเบยบ ไมมแนวทางเดยวกนนก และมกทามมคอนขางกวาง ทาใหแสงทไดมประสทธภาพคอนขางตา การแกไขทาไดโดยปรบปรงโครงสรางของเนอสารใหมความซบซอนขน และมการกาหนดขอบเขตการเปลงแสง เพอใหแสงมการรวมตวออกมาในทศทางเดยวกน ดงรปท 6.3 (ข) ซงลกษณะของแสงทเปลงออกมามกจะมพนทภาคตดขวางเปนรปวงร โดยมมมกระจายแสงในแนวตง (30o) เลกกวามมกระจายแสงในแนวนอน (120o) วงจรขบสญญาณแสง หรอไดรเวอร (driver) เปนสวนสาคญทจะชวยใหแหลงกาเนดแสงทางานไดอยางมประสทธภาพ ลกษณะวงจรขบสญญาณสาหรบแอลอด คอนขางแตกตางจากวงจรของเลเซอรไดโอด ทงนเนองจากแอลอดมคณสมบตความเปนเชงเสนในการเปลงแสงตามคากระแสไบอสโดยตรง ทาใหเหมาะสาหรบระบบสอสารทใชขอมลแบบแอนะลอก ในขณะทกาลงงานของแสงทเปลงออกมาจากเลเซอรไดโอด มกมการเปลยนแปลงสงมากอยางรวดเรว แมวากระแสไบอสจะมคามากกวากระแสเทรสโฮล (Ith) เพยงเลกนอยในชวงเรมตน จงนยมใชเลเซอรไดโอดกบวงจรขบสญญาณทมขอมลเปนแบบดจตอล แมวาแอลอด จะเหมาะสาหรบการสงสญญาณแบบแอนะลอก แตในระบบสอสารระยะใกล กอาจสามารถใชสงขอมลทเปนดจตอลได ตวอยางของวงจรขบแสงทใชแอลอดอยางงาย แสดงในรปท 6.4 โดยทวงจรในรปท 6.4(ก) ใชสาหรบสงแสงเมอขอมลดจตอลมคาเปน 1 โดยคาของกระแสทไหลผานแอลอด IF ถกกาหนดดวยคาของกระแสคอลเลคเตอร IC ของทรานซสเตอร Q1 ซงสามารถคานวณไดดวยสมการ

1

)(R

VVII FcccF

−== (6.1)

เมอ VF เปนแรงดนตกครอมแอลอดเมอทาการไบอสตรง (forward bias) คาของ VF



181

นจะตองมคาตามทกาหนดในสเปกของมน

( (ข) (א รปท 6.4 วงจบขบสญญาณแบบดจตอลของแอลอด

กระแสเบส IB เปนตวควบคมกระแส IC อกทหนงตามสมการของ IB = IC/β เมอ

β คอกาลงขยายของทรานซสเตอร และ IB คานวณไดจาก

B

FBEiB R

VVVI

−−= (max) (6.2)

เมอ Vi(max) คอคาแรงดนสงสดของสญญาณเขา หรอกคอระดบแรงดนขณะขอมลทางดจตอลเปน “1” วงจรในรปท 6.4(ข) เปนอกลกษณะหนงของการสงขอมลดจตอล ดวยวงจรทมเสถยรภาพมากกวาวงจรในรปท 6.4(ก) โดยใชไอซเบอร 75451 หรอ 75450 เพยงบางสวน เมอกาหนดใหขาหนงของแอนเกทมสภาวะทางลอจกเปน 1 (+5V) เสมอ ทาใหขาทเหลอของแอนเกทใชเปนตาแหนงสาหรบรบขอมลทางไฟฟาขาเขา โดยขณะทขอมลมสภาวะเปน 1 แอลอดจะไมทางาน และเมอขอมลเปน 0 แอลอดจะสงสญญาณแสงออกมา คาปาซเตอร C ใชสาหรบลดผลของการเกดแรงดนกระชาก ซงปกตจะใชคาประมาณ 1000 พโคฟารด คาของตวตานทาน R1 คานวณไดจากกระแสไบอสตรง IF ของแอลอดซงกาหนดจากคาสเปกของมน โดยใชสมการ

Vcc(+5V)

R1 "1" +V

ขอมลเขา LED

C

1/2 74541

3V (min)

RB

R1

Vcc

LED

บทท 6


182

F

FccI

VVR −=1 (6.3)

(ก)

(ข) รปท 6.5 วงจบขบสญญาณแอลอดแบบแอนะลอก

วงจรขบสญญาณแบบแอนะลอกสาหรบแอลอด แสดงดงรปท 6.5 โดยในรปท 6.5(ก) เปนตวอยางวงจรทถกออกแบบใหแอลอดมคากระแสไบอสอยระหวาง 7.5-40 มลลแอมป ขนอยกบคาของรซสเตอร R1 ขนาดของสญญาณอนพตในวงจรน ควรมคาไมเกน +2 โวลต ซงจะถกแปลงใหเปนกระแสไหลผานแอลอดทมคาอยระหวาง ±10

357

-V (-10V)

+Vcc (+10V)

Vin

0.1 µF

100 kΩ

2N3643

50µF

270 Ω

VR1 2 kΩ

LED

357

+Vcc

R3 10 kΩ 2N3643

+ _

+ _

-Vcc

Vin

LED

2N3643

R1 100 Ω 1 µF

R2 10 kΩ



183

มลลแอมป สาหรบวงจรในรปท 6.5(ข) ใชกระแสทขบแอลอดเปนสญญาณปอนกลบในวงจร ทาใหวงจรมเสถยรภาพมากขน โดยมตวตานทานปรบคาได R2 เปนตวกาหนดคาของกระแสไบอสใหกบวงจร 6.2.2 เลเซอรไดโอด (LD)

(ก) โครงสรางพนฐาน

(ข) ตวอยางสเปกตรมของแสง (ค) กระแสทใชขบเลเซอรไดโอด รปท 6.6 เลเซอรไดโอด

เลเซอรไดโอด หรอ LD (Laser Diode) เปนอปกรณสารกงตวนาประเภทเดยวกบไดโอด แตถกออกแบบใหสามารถเปลงแสงเลเซอรออกมาได ลกษณะของแสงเลเซอรเปนแสงทเปนระเบยบหรอเปนแสงโคฮเรนต (coherent) คอคลนแสงทเปลง

แสงพงออก

+Vcc

-Vcc

บรเวณ ทางาน

กระจกเงา กระจกเงาทยอมให แสงบางสวนผานได

สารชนด P

สารชนด N

ความยาวคลน (นาโนเมตร)


แสง


แสง

Ith กระแส

ชวงททางานเหมอนแอลอด

แสงเลเซอร ออกในชวงน

20oC 40oC

บทท 6


184

ออกมาจะมเฟสทตรงกน และมทศทางการพงออกของแสงไปในทศทางเดยวกน (directivity) ทาใหแสงเลเซอรเสมอนเปนลาแสงขนาน และมความเขมแสงสงมาก ลกษณะโครงสรางพนฐานของเลเซอรไดโอด แสดงดงรปท 6.6(ก) หลกการเปลงแสงพนฐานของเลเซอรไดโอดขนอยกบโครงสรางของมน ซงประกอบดวยสารชนดเดยวกบทใชทาแอลอด ดงทไดกลาวมาแลวในตอนตน แตทปลายทงสองดานถกเคลอบดวยสารททาหนาทเสมอนกระจกเงา เมอมการไบอสทเหมาะสมจะทาใหเกดการเคลอนทของโฟตอนในระหวางเขตปลอดพาหะ เมอโฟตอนเคลอนทไปกระทบโฟตอนตวอน จะมการถายเทพลงงานทาใหเกดมโฟตอนตวใหมเพมขนมากมาย และสะทอนกลบไปกลบมาบรเวณรอยตออนเนองมาจากกระจกเงาทปลายทงสอง พฤตกรรมเชนนทาใหเกดการสะสมพลงงานภายในมากขนอยางเปนระเบยบ เมอพลงงานมคามากพอจะพงทะลกระจกเงาดานหนงออกมาเปนแสงเลเซอร การไบอสเลเซอรไดโอดใหทางานจนเปลงแสงเลเซอรออกมาได ขนอยกบคาของกระแสทปอนใหกบตวมน โดยจะตองมคาสงกวาคากระแสเทรสโฮล (Threshold Current: Ith) ทกาหนดตามสเปกของเลเซอรไดโอดแตละเบอร หากกระแสไบอสมคาตากวากระแสเทรสโฮล เลเซอรไดโอดยงคงทางานได แตแสงทเปลงออกมาจะมลกษณะสะเปะสะปะคลายกบการเปลงแสงของแอลอดธรรมดา ในอดต คากระแสเทรสโฮลของเลเซอรไดโอดมคาสงมาก ทาใหการใชงานเลเซอรไดโอดถกจากดในวงแคบเพราะตองออกแบบวงจรทคอนขางยงยาก แตในปจจบนเลเซอรไดโอดถกออกแบบใหใชกระแสเทรสโฮลตาเพยงไมกมลลแอมป ทาใหสามารถสรางวงจรขบสญญาณไดงาย การใชงานเลเซอรไดโอดในระบบสอสาร คอนขางจะยงยากในการออกแบบวงจร เพราะวงจรตองมประสทธภาพและความเทยงตรงสง บลอกไดอะแกรมของวงจรใชงานเลเซอรไดโอดแสดงดวยรปท 6.7 ซงมหลกการไมซาซอนเมอเทยบกบวงจรแอลอด เพยงแตเพมสวนปอนกลบสญญาณ (feedback signal) เพอทาหนาทควบคมวงจรขบสญญาณใหเกดความแนนอน สญญาณปอนกลบอาจไดมาจากการใชโฟโตดเทคเตอรทมกประกอบอยภายในตวถงเดยวกนกบเลเซอรไดโอดในระบบสอสาร เปนตวดเทกสญญาณแสงทสงออกไป หากคาความเขมแสงแสงมมากเกนไป สญญาณปอนกลบจะควบคมใหวงจรขบสญญาณลดกระแสทปอนใหกบเลเซอรไดโอดลง ในทางตรงกนขาม หากความเขมแสงทสงออกมคานอย วงจรขบจะชวยเพมกระแสไบอสใหกบเลเซอรไดโอด ทาใหระดบความเขมแสงของระบบทสงออกไป มความเทยงตรงและแนนอน



185

รปท 6.7 บลอกการทางานของวงจรเลเซอรไดโอด

อนง ในการใชงานเลเซอรไดโอดอยางตอเนองเปนเวลานาน จะทาใหเกดความรอนขนทตวเลเซอรไดโอด และเมออณหภมของเลเซอรไดโอดมคาสงขน จะทาใหคณสมบตการตอบสนองตอคากระแสขบเปลยนแปลงไปดวย ดงแสดงดวยเสนประในรปท 6.6(ค) ซงจะสงผลใหความเขมแสงทเปลงออกจากเลเซอรไดโอดมคาลดลง แมวากระแสขบจะมคาคงทกตาม และถาอณหภมสงเกนไป คากระแสขบอาจมคานอยกวาคากระแสเทรสโฮลทเปลยนไปตามอณหภมดวย ทาใหระบบไมสามารถทางานตามทตองการได จงมกมการตดตงอปกรณสาหรบระบายความรอนใหกบตวเลเซอรไดโอด ทตองทางานตดตอกนเปนเวลานาน 6.3 การเขารหสขอมล การเขารหสแบบดจตอลทใชในระบบสอสารเสนใยแกว มหลายวธดงแสดงในรปท 6.8 ซงเปนตวอยางการเขารหสขอมลไบนารทมคาเปน 10011101 โดยมระยะเวลาของการแสดงคาขอมลถกกาหนดดวยสญญาณนาฬกาหรอคลอก วธการแรกในรป6.8(ข) มชอเรยกวา RZ (Return to Zero) เปนการกาหนดสถานะของขอมลใหมคาเปนไฟบวก (+) หรอไฟลบ (-) ขนอยกบชนดของขอมลวาเปน “1” หรอ “0” ตามลาดบ โดยสถานะของสญญาณจะแสดงในทก ๆ ครงลกคลนแรกของสญญาณคลอก และจะกลบคนสสถานะศนยในชวงครงลกคลนทเหลอ ในรป 6.8(ค) เปนการเขารหสแบบกลบคนสคาไบอส (return to bias) ลกษณะของสญญาณจะ

สญญาณ อนพต

ขยายสญญาณ วงจร

ขบสญญาณ

ควบคม การไบอส ขยายสญญาณ

ปอนกลบ PD LD

บทท 6


186

แสดงเพยงสองสถานะคอบวกกบลบ โดยสญญาณในครงลกคลนแรกเปนตวแสดงชนดของขอมลดวยสถานะบวกเมอขอมลเปน “1” และมสถานะเปนลบเมอขอมลเปน “0” สญญาณในครงลกคลนหลงตองมคาอยในสถานะลบเทานน

0 0 1 1 1 0 1

0

+

0

+

0

+

+0-

+0-

1

รปท 6.8 ตวอยางเทคนคการเขารหสขอมลทางดจตอล การเขารหสแบบ NRZ (nonreturn to zero) ในรปท 6.8(ง) มหลกการทางานคลายกบสองแบบแรก เพยงแตไมจาเปนตองมการเปลยนแปลงใด ๆ ในครงลกคลนหลง สถานะของสญญาณขนอยกบชนดของขอมลขณะเวลานน ๆ เปนหลก ในรป 6.8(จ) เปนการเขารหสทปรบปรงมาจากชนด NRZ โดยสญญาณจะมการเปลยนสถานะ (จาก “0” ไป “1” หรอจาก “1” ไป “0”) ทกครงเมอขอมลบตมคาเปน “1” และจะไมเปลยนสถานะเลยเมอขอมลเปน “0” การเขารหสในรป 6.8(ฉ) มชอเรยกวา แมนเชสเตอร (Manchester) หรอ ไบเฟส (Biphase) โดยสญญาณจะมการเปลยนแปลงทางขอบขาขนเมอขอมลเปน “1” และเปลยนแปลงทางขอบขาลงเมอขอมลมคาเปน “0”

ขอมลดจตอล

(ก) คลอก

(ข) RZ (ค) กลบคนส คาไบอส (ง) NRZ (จ) NRZ mark (ฉ) แมนเชสเตอร



187

6.4 การมอดเลต การมอดเลต (modulation) เปนการผสมสญญาณขอมลทตองการสง กบสญญาณทเปนคลนพาห (เชนแสง) เขาดวยกนในลกษณะใดลกษณะหนง เพอใหสามารถสงขอมลนนไปในระยะทางไกลได การมอดเลตสญญาณทภาคสงของระบบการสอสารแบบดจตอลดวยเสนใยแกวอาจทาไดหลายวธ ดงเชนวธตอไปน

รปท 6.9 การมอดเลตสญญาณแบบ PAM

คลนพาหรป สญญาณพลส


สญญาณพลสทถกมอดเลตแลว (PAM)

สญญาณทรบได

สญญาณ ขาออก

บทท 6


188

1. พลสแอมปรจดมอดเลชน หรอ PAM (Pulse Amplitude Modulation) เปนการมอดเลตสญญาณโดยใชขนาดของสญญาณทางอนพตทเปนสญญาณแอนะลอก เปนตวกาหนดขนาดของสญญาณพลสททาหนาทเปนคลนพาห ดงแสดงในรปท 6.9 สญญาณพลสทถกมอดเลตแลว จะทาหนาทควบคมแหลงกาเนดแสง ใหสงสญญาณขอมลทมคาความเขมของแสงแปรผนตรงตามคาแอมปรจดของพลส ขนาดความถของพลสทเปนคลนพาห จะตองมคามากกวาความถของสญญาณอนพตอยางนอยสองเทา (ตามทฤษฎของ Nyquist) คาความถของคลนพาหนเรยกวา อตราการแซมปลง (sampling rate) ในระบบทวไปอาจใชอตราการแซมปลงมากกวาความถสญญาณอนพตประมาณ 3 หรอ 4 เทา ตวอยางเชน ในระบบทตองการสงขอมลทเปนสญญาณเสยงพด (โทรศพท) ซงมคาแบนดวธของสญญาณขอมล(เสยงพด) ประมาณ 4000 เฮรตซ อาจใชสญญาณพลสทเปนคลนพาหทมคาความถประมาณ 16 กโลเฮรตซ เปนตวสงขอมล โดยปรกต ระบบการมอดเลตแบบ PAM ไมคอยนยมใชกนมากนก เวนแตจะใชกบระบบสอสารระยะใกล ทงนกเพราะ PAM มขอเสยตรงทมความไวตอการเกดสญญาณรบกวนสงมาก

รปท 6.10 บลอกไดอะแกรมการมอดเลตสญญาณระบบ PCM 2. พลสโคดมอดเลชน หรอ PCM (Pulse Code Modulation) เปนเทคนคการมอ

ดเลตทนยมใชกนอยางแพรหลายในระบบสอสาร โดยเฉพาะระบบโทรศพท

กาหนดเวลา สมตวอยาง

สมตวอยาง สญญาณ


แบบแอนะลอก

สญญาณทถกสม

A/D วงจร ขบสญญาณ


วงจรรบ สญญาณแสง D/A

วงจรกรองและ ขยายสญญาณ

สญญาณ ขาออก



189

ทางไกล ลกษณะการทางานของระบบ PCM แสดงดงรปท 6.10 ในตอนแรกสญญาณอนพตจะถกสมตวอยางหรอแซมเปล (sample) ดวยอตราการแซมปลงเชนเดยวกบระบบ PAM จากนนขนาดของสญญาณทถกสมออกมา (ซงกคอแอมปรจดของพลสในระบบ PAM) จะถกทาการเขารหสเปนขอมลทางดจตอลดวยระบบไบนาร ความละเอยดของระดบสญญาณ ขนอยกบจานวนบตทใชในการเขารหสขอมลดจตอลดงเชนรปท 6.11(ข) ทกาหนดใหใชจานวนบตเทากบ 4

5

101520

ตวอยางสญญาณ

T

5

2215

49

010

1

10110

01111

00100

0100

1

MSB

0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0

5 22 15 4

รปท 6.11 รปคลนของสญญาณในการมอดเลตแบบ PCM

ขอมลทถกเขารหสแลว ดงเชนในรปท 6.11(ค) จะทาหนาทควบคมแหลงกาเนดแสงในลกษณะของสวตซปด-เปด ใหสงขอมลทเปนแสงออกไป ดงนน ในระบบนจะไมคานงถงระดบความเขมแสงของสญญาณแสงทเปนขอมลเลย นอกจากการปด-เปดแสงในชวงเวลาทกาหนดในแตละบตขอมล ชวยใหลดการ

ตวอยางสญญาณ

สญญาณอนพต ชนดแอนะลอก

สญญาณทถกสมแลว

เขารหสของสญญาณดวย A/D

(ก)

(ข)

(ค)

ขอมลทางดจตอล ทเปนสญญาณในการสอสาร

1

MSB 0

LSB

1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 LSB MSB

บทท 6


190

เกดสญญาณรบกวนทอาจเกดขนในระบบ PAM ลงไดมาก สญญาณดจตอลทรบไดในภาครบ จะถกแปลงกลบสสญญาณแอนะลอกอกครงหนง กอนถกสงผานวงจรกรองความถ เพอทาใหไดสญญาณทมลกษณะเดยวกบสญญาณอนพต กอนนาไปขยายสญญาณเพอนาไปใชงานตอไป

ประสทธภาพการสงขอมลทางดจตอล สามารถกาหนดไดจากอตราการสงขอมลหรอบตเรต (bit rate) ในลกษณะของจานวนบตตอเวลา ตวอยางเชน ระบบโทรศพททมคาแบนดวธของขอมล(เสยงพด) 4 กโลเฮรตซ หากใชอตราการแซมปลง 4 เทา คอใชคาความถเทากบ 16 กโลเฮรตซ และใหขอมลแตละคาทเกดจากการสมตวอยาง ถกแปลงเปนเลขไบนารชนด 8 บต จะทาใหไดบตเรทของระบบมคาเทากบ 128 กโลบตตอวนาท (kb/s) (ซงมาจาก 16,000 x 8) หรออาจเขยนเปนสตรการคานวณไดวา

qSfB ××∆= (6.4)

เมอ B คออตราการสงขอมลหรอบตเรต (bit rate) S คออตราการสมขอมลหรออตราการแซมปลง และ q คอจานวนบตตอขอมล

3. พลสโพสชนมอดเลชน หรอ PPM (Pulse Position Modulation) เปนการมอดเลตโดยใชขนาดของสญญาณทถกสมตวอยาง เปนตวกาหนดระยะเวลาในการในการสงสญญาณ ดงแสดงในรปท 6.12(ข) ขอมลแสงทถกสงออกจะเปนลกษณะของการปด-เปดแสง โดยมชวงเวลาเรมตนของการเปดแสงทเปลยนไปจากจดเวลาเรมตนของการสมตวอยางเปนตวบอกขนาดของขอมล ดงนนอตราการแซมปลงในระบบ PPM จะตองมชวงเวลาหางของการสมตวอยางมากพอทจะไมทาใหระยะเวลาของการสงขอมลแสงเกดการซอนทบกนได

4. พลสวดทมอดเลชน หรอ PWM (Pulse Width Modulation) มลกษณะการทางานแสดงดงรปท 6.12(ค) ซงมหลกการคลายกบระบบ PPM เพยงแตสญญาณทเปนขอมลแสงจะเรมตนทางาน (เปดแสง) ณ ตาแหนงเวลาของการเรมตนในการสมตวอยาง โดยชวงเวลาการเปดแสงหรอขนาดความกวางของพลส จะเปนสดสวนทเหมาะสมกบขนาดของขอมลทถกสมตวอยาง



191

ในระบบ PPM และ PWM ระยะเวลาของการปด-เปดแสงเพอสงขอมล ตองมความแนนอนสง มฉะนนขอมลทรบไดอาจเกดความผดพลาดขนไดงาย ในขณะเดยวกน ระบบการสงสญญาณแสงในชวงระยะทางหนง มผลทาใหสญญาณขอมลมการเปลยนแปลงในเรองของขนาดความกวางสญญาณได จงทาใหระบบดงกลาวไมคอยเปนทนยมกนนก

PWM

PPM

รปท 6.12 เทคนคของสญญาณแบบ PPM และ PWM

6.5 เทคนคการมลตเพลกซ เทคนคของการมลตเพลกซ (Multiplexing: MUX) เปนเทคนคททาใหสามารถสงและรบขอมลจากแหลงตาง ๆ จานวนมากไดในชวงเวลาเดยวกน โดยใช

ขอมลทถกสมขนมา (sampling)

(ก) การสมตวอยางสญญาณแอนะลอก

ตาแหนงเวลาอางอง

ชวงหางของเวลา กาหนดขนาดของสญญาณ (ข) รปคลนสญญาณ PPM

(ค) รปคลนสญญาณ PWM

ความกวางพลส กาหนดขนาด ของสญญาณ

บทท 6


192

ตวกลางนาขอมลเดยวกน ในระบบเสนใยแกวนบวามประโยชนมาก เพราะเปนระบบทมชวงของแบนดวธกวางมากอยแลว ดงนน หากมการนาเอาระบบมลตเพลกซทมประสทธภาพสงมาใชรวมกน ยอมทาใหสามารถสอสารขอมลจานวนมหาศาลไดภายในชวงเวลาเดยวกน ระบบมลตเพลกซทใชกนในการสอสารระบบเสนใยแกว พอจาแนกไดดงน

(ก) โครงสรางของระบบ เฟรม 1 เฟรม 2 1011 1000 1110 1001 1101 0111 0010 1100 คา 1 คา 1 … … คา 2 คา 2 … … ของ ของ ของ ของ ชอง 1 ชอง 2 ชอง 1 ชอง 2

(ข) ชวงเวลาของคา (4 บต) ทจดเรยงเปนเฟรม

รปท 6.13 การทางานของระบบมลตเพลกซแบบแบงเวลา TDM

ชอง 1 1011 1101 ชอง 2 1000 0111 ชอง 3 1110 0010 ชอง 4 1001 1100 ขอมลทสงออก

MUX

ขอมลทรบได ชอง 1 1011 1101 ชอง 2 1000 0111 ชอง 3 1110 0010 ชอง 4 1001 1100

ภาคสง สญญาณ

ภาครบ สญญาณ


DEMUX

ชอง 1 ชอง 2 ชอง 3 ชอง 4

ชอง 1 ชอง 2 ชอง 3 ชอง 4

ขอมลในสาย สงสญญาณ

ซงโครไนซกน

(ค) ลกษณะการสวตซชง



193

1. ระบบการแบงเวลา หรอ TDM (Time Division Multiplexing) เปนระบบทใชการแบงเวลาเปนชวงๆ โดยในแตละชวงจะใชสาหรบการบรรจขอมลดจตอลทมาจากแหลงกาเนดสญญาณทตางๆ เรยงกนไป ในรปท 6.13 เปนการทางานของระบบ TDM ทตองการสงขอมลจาก 4 ชองสญญาณพรอมกน โดยในแตละชองสญญาณจะสงขอมลเปนคาๆ ละ 4 บต ขอมลทง 4 ชองจะถกเลอกดวยอปกรณททาหนาทคลายสวตซ เชอมระหวางภาคสงและภาครบอยางสมพนธกนโดยมสญญาณซงโครไนซคอยควบคมระยะเวลาทใชสาหรบรบสงขอมลในแตละชองตองเทากน (จานวนบตของขอมลแตละชองควรเทากน) และตองมชวงเวลาพอทจะสงขอมลทงคาหรอ 4 บตได เมอเรมตนทางานสวตซเลอนไปครบ 1 รอบ ขอมลทเปนคาแรกของทกชองสญญาณจะถกสงไปยงภาครบทง 4 ชอง ชดของขอมลทสงไปในหนงรอบนเรยกวา เฟรม (Frame) ดงแสดงดวยไดอะแกรมเวลา (timing diagram) ในรปท 6.13(ข) ในแตละเฟรมของขอมลควรมสญญาณอนแทรกไว เพอคอยบอกใหทราบวาขอมลหมดเฟรมแลว ภาครบจะไดเตรยมตวสาหรบรบสญญาณในเฟรมใหมตอไป ในทางปฏบต สญญาณขอมลอนพตอาจถกมอดเลตและเขารหสดวยวธใดวธหนงดงกลาวขางตนมาแลว จากนนสญญาณจะถกสงเขาไปเกบไวในวงจรบฟเฟอร (buffer) สาหรบพกขอมลและรอเวลาถกอานในระบบมลตเพลกซ ดงนน ระบบ TDM จงเหมาะสาหรบขอมลทมอตราการสงชา โดยจะชวยใหสามารถสงขอมลไดพรอมกนหลายชอง ดวยระบบทมอตราการสงขอมลรวมสงมาก อตราการสงขอมลหรอบตเรต (bit rate) ของระบบมลตเพลกซ (MUX) สามารถคานวณไดจาก

chTDM BmB ×= (6.5)

เมอ BTDM หมายถง อตราการสงขอมลของระบบ TDM m เปนจานวณชองสญญาณ และ Bch เปนอตราการสงขอมลของแตละชอง

ตวอยางเชน เราตองการสงขอมลทเปนเสยงจานวน 8 ชองสญญาณพรอมกน โดยในแตละชองสญญาณมอตราการสงขอมล1000 ไบตตอวนาท หรอ 8000 บตตอวนาท (1 ไบตม 8 บต) เมอใชระบบมลตเพลกซชนด TDM จะทาใหมอตราการสงขอมลเปน 8 x 8000 = 64 กโลบตตอวนาท (kb/s) ซงเรวกวาเดม

2. ระบบการแบงความถยอย หรอ SCM (Sub-Carrier Multiplexing) เปน

บทท 6


194

ระบบมลตเพลกซทแบงชวงความถของสญญาณสงออกเปนชวงความถยอย เพอทาหนาทเปนคลนพาหยอยของขอมลในแตละชองสญญาณ โดยสญญาณทกชองจะถกสงออกไปในเวลาเดยวกน ดงแสดงดวยบลอกไดอะแกรมในรปท 6.14 ตวอยางเชน สมมตวาในระบบเสนใยแกว มชวงของแบนดวธหรอความถมากสดทจะใชสงสญญาณไดเปน 100 เมกกะเฮรตซ เราอาจแบงชวงความถดงกลาวออกเปนชวงความถยอยทมขนาด 5 เมกกะเฮรตซ ดงรปท 6.15 ชวงความถยอยนจะถกใชสาหรบการมอดเลตสญญาณอนพตในแตละชอง ระยะหางระหวางแตละความถยอยในแตละชวง จะถกกนดวยชวงความถปองกนหรอการดแบนด (guard band) เพอกนมใหสญญาณขอมลมการปะปนกน สญญาณทถกมอดเลตแลวทงหมดจะถกจดเรยงอยางเปนระเบยบ และถกสงรวมกนในรปของสญญาณแสงในเสนใยแกว เมอพจารณาระบบนใหดจะเหนวามหลกการทางเทคนคเชนเดยวกบระบบ FDM (Frequency Division Multiplexing) ในระบบการสงสญญาณทางไฟฟา นนเอง แตเหตผลทไมเรยกชอเชนเดยวกนกเพราะวา คาวา FDM อาจทาใหเกดการสบสนกบระบบมลตเพลกซแบบแบงความยาวคลนแสง ทกาลงจะกลาวถงในขอถดไป ในระบบ SCM สญญาณอนพตอาจตองทาการผสมสญญาณหรอมอดเลตถง 3 ขนตอน กลาวคอ ขนตอนแรกเปนการเขารหสสญญาณอนพตทเปนแอนะลอกใหเปนดจตอล (เชน ระบบ PAM, PCM) จากนนสญญาณทเขารหสแลว จะถกมอดเลตกบคลนพาหยอยแบบ AM หรอ FM ในขนตอนทสอง และขนตอนสดทาย เปนการรวมสญญาณทงหมดทถกมอดเลตในแตละชองสญญาณเขาดวยกน เพอใหแหลงกาเนดแสงใชสงเปนขอมลไดทภาครบของระบบ SCM โฟโตดเทคเตอรจะแปลงสญญาณแสงทงหมดทรบไดใหเปนสญญาณไฟฟาของคลนความถทสงออกมา แลวผานเขาไปในวงจรกรองความถทเหมาะสม เชน จากตวอยางขางตน อาจใชวงจรกรองในชวงความถ 5-10 เมกกะเฮรตซ และ 15-20 เมกกะเฮรตซ เปนตน ขอมลสญญาณทถกกรองแลว จะถกดมอดเลตเพอทากลบคนสรปสญญาณเดมอกครงหนงในแตละชองสญญาณของมน กอนนาไปใชงานตอไป ปญหาการใชงานระบบ SCM จะเกดขนในขณะทมการผสมคลนพาหะยอยทงหมดเขาดวยกนโดยใชอปกรณทางอเลกทรอนกส เพราะจะทาใหเกดสญญาณรบกวนทเรยกวา ครอสทอลก (crosstalk) ขนไดงาย การแกไขทาไดดวยวธทาง



195

แสงหรอออปตก (optics) โดยการสรางสญญาณแสงของขอมลยอยในแตละชองสญญาณกอน จากนนทาการรวมสญญาณแสงทงหมดใหเปนสญญาณเดยวดวยอปกรณทางแสงทเรยกวา ออปตคอลคบเปลอร (optical coupler) ทาใหไดสญญาณแสงรวมสงไปยงผรบ ลกษณะของสญญาณแสงน อาจใชระดบความเขมแสงชวยกาหนดชนดของขอมลได ระบบมลตเพลกซแบบ SCM น นยมใชกบการสงขอมลทตองมการแปลงกลบไปมาระหวางคลนไมโครเวฟกบสญญาณแสงในเสนใยแกว

รปท 6.14 บลอกไดอะแกรมของระบบมลตเพลกซแบบแบงความถ SCM

PAM มอดเลเตอร

ออสซสเลเตอรคลนพาหะยอย

มกเซอร

ภาคสงสญญาณ

สญญาณอนพตทถกมอดเลตแลว

ภาครบสญญาณ

ฟลเตอร 1ฟลเตอร 2

ดเทกเตอรและวงจรขยาย


อนพต

ชอง 1

ชอง 1

ชอง 2

คลนพาหยอยชอง N

บทท 6


196

5 10 15 20 25

ชวงกวางของแบนดวดทBW ของคลนพาหชอง 1

การดแบนด

ความถ (MHz) รปท 6.15 ชวงคลนพาหยอยของแตละชองสญญาณทรวมกนในระบบ SCM

3. ระบบแบงความยาวคลนแสง หรอ WDM (Wavelength Division

Multiplexing) เปนระบบมลตเพลกซทใชคลนแสงทมความยาวคลนตางกนเปนคลนพาหสาหรบนาขอมล (เชน แสงสแดง เขยว มวง จะใชสงขอมลแตละชอง) โดยแสงทงหมดจะถกรวมกนกอนสงออกไปในเสนใยแกวเสนเดยวกนดวยออปตคอลคบเปลอร ดงแสดงในรปท 6.16 คลนแสงทมความยาวคลนคาหนงจะสามารถบรรจขอมลไดหนงชด และขอมลแตละชดน อาจเปนขอมลเดยวของหนงชองสญญาณหรออาจเปนขอมลจานวนมากทมาจากหลายชองสญญาณทไดจากการจดระบบขอมลดวยเทคนคของ TDM หรอ SCM มาแลวกได และเนองจากสญญาณคลนแสงทมคาความยาวคลนตางกนยอมใหสทตางกน บางครงระบบ WDM จะถกเรยกวาระบบการผสมสของแสง และเนองจากคาความยาวคลนมความสมพนธกบคาความถ การใชความยาวคลนแสงทแตกตางกนในการสงขอมล ยอมหมายถงการใชคาความถแสงทมคาตางกนดวย คลายกบระบบแบงความถทางไฟฟาหรอ FDM (frequency Division Multiplexing) ดงนน หากกลาวถงคาวา FDM ในระบบของเสนใยแกวโดยมไดอธบายใหชดเจน อาจกอใหเกดความสบสนระหวางระบบ WDM กบระบบ SCM ได

ทภาครบ ขอมลแสงจะถกแยกออกในแตละชวงของความยาวคลน (แตละชอง) ดวยระบบกรองแสง สญญาณแสงทถกแยกแลว จะถกดมอดเลตและถอดรหสดวยวธทเหมาะสมกบขบวนการทางอนพต (ในลกษณะของ TDM หรอ SCM)

ระบบ WDM นเปนเทคนคทใชเฉพาะระบบการสอสารขอมลทางแสง



197

เทานน ทสาคญ ระบบ WDM นสามารถสงขอมลไดเปนจานวนมากมหาศาล อยางไรกตาม การสงแสงทมความยาวคลนแตกตางกนหลายคาเขาไปในเสนใยแกวเสนใยแกว จะมผลเสยในทางปฏบตอยสองประการใหญๆ คอ

• ระยะหางของสถานทวนสญญาณของขอมลแตละชอง หรอแตละคาความยาวคลนแสง จะมคาไมเทากน เนองจากคาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกว มคาขนอยกบความยาวคลนแสง ซงจะทาใหเกดปญหาในการกาหนดตาแหนงของสถานทวนสญญาณ และ

• การออกแบบระบบขยายสญญาณทางอเลกทรอนกสอาจมความซบซอนเพราะจานวนชองสญญาณมจานวนมาก เชนเดยวกบกรณของสถานทวนสญญาณทางแสง ทตองทาการขยายสญญาณทกคาความยาวคลนไปพรอมกน

เพอเปนการหลกเลยงปญหาดงกลาว ในระบบจรงจงใชแสงทมคาความยาวคลนใกลเคยงกนมากๆ เชน ในยานของคาความยาวคลน 1.55 ไมครอน โดยแตละชองสญญาณอาจใชแสงทมความคลน 1.51 1.53 1.55 และ 1.57 ไมครอน สาหรบสงขอมล 4 ชองสญญาณไปพรอมกน จงทาใหระบบ WDM มกถกเรยกวาระบบ DWDM หรอ Dense Wavelength Division Multiplexing เนองจากสเปกตรมของแสงมคาใกลกนมากหรอดหนาแนนมากนนเอง นอกจากน การเลอกใชคาความยาวคลนแสงในชวงของ 1.55 ไมครอน จะทาใหการลดทอนสญญาณแสงในเสนใยแกวของแตละชองสญญาณมคาเกอบเทากน สงผลใหสามารถออกแบบระยะหางระหวางสถานทวนสญญาณ ของแตละชองสญญาณใกลเคยงกนมาก จนถอวามสถานทวนสญญาณอย ณ ตาแหนงเดยวกนได อกทงยงสามารถใชสถานทวนสญญาณแสงทเปนอปกรณ EDFA (Erbium-Doped

Fiber Amplifier) เพยงตวเดยว เพอขยายสญญาณทกชองสญญาณไปพรอมกนไดเลย

นอกจาก DWDM จะเปนระบบทใชสงขอมลในเครอขายแลว ยงไดนามาใชสาหรบสอสารขอมลคอมพวเตอรในการใหบรการแบบอนเตอรเนต (Internet) อกดวย ระบบ DWDM ทเรมนาออกใชงานสตลาดระยะแรกเมอป พ.ศ. 2538 ถกพฒนาโดยหองวจยของเบล (Bell Labs) เพอตดตงใชงานในเครอขายสอสารทางไกลของบรษทเอทแอนดท (AT&T) โดยสงแสงทมคาความยาวคลนแตกตางกน 8 ความยาวคลนในเสนใยแกวเพยงเสนเดยว และตอมาไดม

บทท 6


198

บรษทตาง ๆ เสนอระบบ DWDM ออกมา เชน ระบบ ERION (Ericson

Optical Network) ของอรคสน ทเปดตวไปเมอตอนตนป พ.ศ. 2542 และระบบ WaveStar OLS400G ของ บรษทลเซนตเทคโนโลย (Lucent Technologies) ทสามารถสงแสงทมคาความยาวคลนไดตางกนถง 80 ความยาวคลน โดยระบบมอตราการสงขอมลสงสดถง 400 Gb/s ซงในอตราการสงขอมลขนาดน สามารถใชสงขอความทงหมดในหนงสอสารานกรมชนด Encyclopaedia ไดมากกวา 10000 เลม ภายในเวลาเพยงแควนาทเดยวเทานน ซงการปรากฏโฉมของ DWDM น ถอวาเปนการพลกโฉมหนาของระบบสอสารโทรคมนาคมเลยทเดยว

ภาคสงแบบSCM และ TDM


วงจรสงสญญาณแสง



ออปต

คลคป

เปลอ

ร

ออปต

คลคป

เปลอ

ร


ดเทกเตอรและภาครบ


รปท 6.16 การทางานของเทคนค WDM 6.6 ภาครบสญญาณแสง

อปกรณรบสญญาณแสงหรอโฟโตดเทกเตอร (photodetector: PD) เปนอปกรณทางออปโตอเลกทรอนกสททาหนาทเปลยนสญญาณแสงใหเปนสญญาณขอมลทางไฟฟา (O/E Converter) โฟโตดเทกเตอรทสาคญคอ โฟโตไดโอด (photodiode) และ โฟโตทรานซสเตอร (phototransistor) คณสมบตทสาคญของโฟโตดเทกเตอรในระบบสอสารดวยเสนใยแกว ไดแก

สญญาณอนพตหลายชอง ในแตละภาคสง






199

1. ตองมความไวในการรบแสงไดด (high sensitivity) เฉพาะในชวงความยาวคลนทตองการ เนองจากการสงสญญาณแสงจะใชความยาวคลนแสงในชวงเฉพาะ ดงนน หากแสงอนทมความยาวคลนไมเกยวของกนมาตกกระทบพรอมกน ยอมทาใหเกดสญญาณรบกวนและอาจทาใหขอมลเกดการผดพลาดได

2. เวลาในการตอบสนองสญญาณ (response time) ตองสนมาก กลาวคอเมอมแสงตกกระทบ โฟโตดเทกเตอรตองเปลยนเปนสญญาณไฟฟาดวยชวงเวลาทสนทสด (พจารณาจากชวงเวลาขาขนหรอ rise time) เพอทวาขอมลจานวนมากสามารถใชรบสงดวยความเรวสงได

3. ในระบบสอสารแบบแอนะลอกตองใชโฟโตดเทกเตอรชนดลเนยร (linear) หรอตอบสนองตอสญญาณทรบไดในลกษณะเชงเสน เพอลดการผดเพยนของสญญาณลงใหนอยทสด

4. สญญาณรบกวนภายในอนเนองมาจากสภาพแวดลอมตองมคานอยทสด

p nP NI

โฟตรอนจากแสงตกกระทบ โฮลอเลกตรอน

โฮล

อเลกตรอน

ทศทางของ Ip

(ก) โครงสรางและสญลกษณของ PN โฟโตไดโอด(ข) โฟโตไดโอด

C

E(ค) สญลกษณของโฟโตทรานซสเตอร

C

E(ง) โฟโตทรานซสเตอรแบบดารลงตน

รปท 6.17 โฟโตดเทกเตอร

บทท 6


200

โฟโตดเทกเตอรทใชงานในทองตลาดมหลายชนด พจารณาโฟโตไดโอดธรรมดา ทแสดงในรปท 6.17(ก) ซงมหลกการทางานตรงขามกบไดโอดเปลงแสงหรอแอลอด กลาวคอ เมอไดโอดไดรบความเขมแสงจากภายนอก จะทาใหเกดโฟตอนขนในบรเวณปลอดพาหะหรอรอยตอ P-N เกดเปนกระแสรวไหลหรอกระแสมด (dark current) ไหล ในชวงนหากมการไบอสกลบ (reverse bias) ใหแกไดโอด บรเวณปลอดพาหะจะขยายกวางขน เปนผลใหมกระแสไหลมากขน ทศทางการไหลของกระแสทเกดจากแสงตกระทบ จะมทศทางเดยวกบการไบอสกลบ คอจะไหลจากขวบวกของแหลงจายไฟเขาสขวคาโถดของไดโอด การเพมบรเวณปลอดพาหะใหกวางขน นอกจากทาไดโดยการเพมคาแรงดนไบอสกลบของโฟโตไดโอดแลว อาจทาไดโดยตรงกบโครงสรางภายในของมน โดยแทรกสารแบบอนทรนซก (Intrinsic: I) ไวระหวางรอยตอ P-N ลกษณะเชนนเรยกวาเปนโฟโตไดโอดชนดพนหรอ PIN ดงแสดงในรปท 6.17(ข) ซงชวยใหไดกระแสไหลมากขนกวาโฟโตไดโอดแบบธรรมดาเมอมแสงตกกระทบ โฟโตไดโอดอกชนดหนงเปนแบบอะวาลานช (Avalanche Photodiode: APD) ซงมหลกการทางานเชนเดยวกบอะวาลานชไดโอด (Avalanche Diode) โดย APD ถกออกแบบใหมกระแสไหลมากขนกวาโฟโตไดโอดธรรมดาหลายเทา แตกมขอเสยตรงทมความไวตออณหภมสง และเกดสญญาณรบกวนมาก การใชงานโฟโตไดโอดแบบอะวาลานซ จาเปนตองใชแรงดนไบอสกลบคอนขางสง ประมาณ 40-400 โวลต แตกเปนผลด เพราะทาใหเวลาตอบสนองสญญาณสนมาก โฟโตทรานซสเตอรกเปนโฟโตดเทกเตอรอกชนดหนง หลกการทางานของมน จะขนกบขนาดความเขมแสงทตกกระทบ เปรยบเสมอนกบการตอโฟโตโตไดโอดเขากบขาเบสของทรานซสเตอร เมอแสงทมความเขมสงตกกระทบ กระแสไหลผานโฟโตไดโอดทขาเบสจะมคามาก ทาใหกระแสทขาคอลเลคเตอร Ic มคาเพมมากขนดวย ในรปท 6.17(ค) เปนโฟโตทรานซสเตอรแบบธรรมดา สวนรปท 6.17(ง) เปนโฟโตทรานซสเตอรแบบดารลงตน ทสามารถจายกระแส Ic ไดมากกวาแบบธรรมดาเมอมแสงตกกระทบเทากน ขอดของโฟโตทรานซสเตอรคอสามารถดเทคสญญาณทมขนาดความเขมแสงนอยๆ ไดด แตมชวงเวลาตอบสนองสญญาณคอนขางชา คอมชวงเวลาขาขน (rise time: tr) ประมาณ 10 ไมโครวนาท ซงไมเหมาะกบระบบขอมลขนาดใหญ ในการใชงานกบระบบทมขอมลจานวนมากหรอแบนดวดทสง ๆ (100 เมกกะเฮรตซ ขนไป) จะใชโฟโตทรานซสเตอรชนด PIN-FET ทมโครงสรางเปนวงจรรวมเสมอนม โฟโตไดโอดชนด PIN เปนตวดเทกสญญาณ และมวงจรทรานซสเตอร



201

แบบ FET เปนตวขยายสญญาณอยในตวเดยวกน จากหลกการเชนน ทาใหโฟโตดเทกเตอรชนดนมความไวในการรบสญญาณสง (high sensitivity) และมคาสญญาณรบกวนตา

(ก) (ข)

(ค) (ง)

รปท 6.18 วงจรทางานของโฟโตไดโอด

การตอวงจรเพอใชงานโฟโตไดโอดกระทาไดสองรปแบบ ในลกษณะของโหมดการทางานทแตกตางกน คอ 1. โหมดโฟโตวอลตาอก (Photovoltaic Mode) เปนการตอวงจรโดยไมตองปอนไฟ

หรอมการไบอสใหกบตวไดโอดเลย โดยไดโอดจะผลตกระแสเมอแสงตกกระทบ 2. โหมดโฟโตคอนดคทฟ (Photoconductive Mode) เปนการตอวงจรใหโฟโต

ไดโอดทางานโดยการไบอสกลบ (reverse bias) ใหกบตวมน ลกษณะวงจรทางานในแบบของโหมดโฟโตวอลตาอก แสดงดงรปท 6 . 1 8 (ก)

โดยการตอโฟโตไดโอดอนกรมกบตวตานทานโหลด R L เมอมแสงตกกระทบจะเกด

Ip

PD RL Vo=IpRL

+

-

-Vcc

PD

Ip Vo= -IpRL

PD PD

Rf Rf Ip Ip

+ Vo= -IpRL Vo= -IpRL

+V

บทท 6


202

(ก)

(ข)

(ค)

รปท 6.19 วงจรโฟโตดเทกเตอรทใชทรานซสเตอรและออปแอมป

20 V

SD4324

RL 1 MΩ

0.5 µF

Ip RG 1 MΩ

RS 160 Ω

CS 10 µF

2N4416 RD 2.2 kΩ

Vo

SD4324

RG 2.2 MΩ

RE 220 Ω

RC 1 kΩ

+5 V

-5 V

Vo

2N4416

G D S

2N3905

-Vcc

RL 100 kΩ

PD

1 kΩ

Rf 10 kΩ

357 Vo



203

กระแสไหล ทาใหเกดแรงดนตกครอมโหลด RL มคาเทากบ IpRL เมอ Ip คอกระแสทไหลในวงจรอนกรมซงมกมคาไมมากนก หากตองการใหกระแส Ip มคามากขนสงสดตามทกาหนดไวในสเปกของโฟโตไดโอด ตองตอวงจรใหทางานในโหมดโฟโตคอนดคทฟดวยการปอนแรงดนไฟในลกษณะการไบอสกลบ (reverse bias) ใหกบโฟโตไดโอด ดงแสดงในรปท 6.18(ข) ในทางปฏบตมกจะใชวงจรททาใหคาแรงดนตกครอมโฟโตไดโอดมคาคงทตลอดเวลา เพอชวยใหสามารถสรางกระแสไดอยางมเสถยรภาพ ดงเชนวงจรในรปท 6.18(ค) และ (ง) ททางานในโหมดตางกน แตคาของแรงดนเอาตพต Vo ทตองการมคาเปนไปตามสมการเดยวกนคอ

Lpo RIV ×−= (6.6)

ขอสงเกตคอ วงจรในรปท 6.18(ง) ซงมการทางานแบบโหมดโฟโตคอนดกทฟ จะทางานไดเรวกวาวงจรในรปท 6.18(ค) ซงเปนชนดโหมดโฟโตวอลตาอก

คาของกระแส Ip เปนผลอนเนองมาจากผลของแสงตกกระทบ คานวณไดจาก

op PI ×ℜ= (6.7)

เมอ ℜ เปนคา เรสปอนซฟวต (Responsivity) ซงเปนพารามเตอรเฉพาะของโฟโตไดโอดในการกาหนดคาของกระแสทโฟโตไดโอดผลตได มหนวยเปนอตราสวนของกระแสตอความเขมแสง (แอมแปร/วตต) และ Po เปนกาลงงานแสง (optical power) หรอคาความเขมแสง (optical intensity) ทตกกระทบโฟโตไดโอด ในการออกแบบวงจรรบแสง จะตองคานงถงคาของกระแสมดทเกดจากตวโฟโตไดโอดขณะไมมการไบอสกลบ รวมเขาไปกบ Ip ดวย จงจะไดคาสทธออกมา รปท 6.19 แสดงวงจรโฟโตไดโอดทใชทรานซสเตอรเปนวงจรขยายสญญาณขนตน (preamplifier) โดยทวงจรในรป (ก) เหมาะสาหรบการใชงานในระบบแอนะลอกและวงจรในรป (ข) นนใชกบระบบดจตอล ในการตอวงจรขยายสญญาณขนตน อาจใชวงจรออปแอมปดงวงจรรปท (ค) กได 6.7 สถานทวนสญญาณแสง

บทท 6


204

ในระบบสอสารดวยแสงทใชเสนใยแกวเปนสายสงสญญาณ ขอมลทถกสงออกไปจากสถานตนทาง ไปยงผรบหรอสถานปลายทาง จะมความแตกตางจากขอมลเรมตนอย 2 ประการหลก คอ 1. ขนาดของขอมลจะเลกลง นนคอ คาความเขมแสง (optical intensity) หรอ

กาลงความสวางของแสงทไดรบจะมคานอยกวาคาเรมตน เชน สมมตใหขอมลทสงออกมาจากสถานทกรงเทพมคาความเขมแสง 100 มลลวตต เมอแสงเดนทางผานเสนใยแกวไปยงสถานทฉะเชงเทรา คาความเขมแสงทรบไดอาจมคาลดลงเหลอเพยง 10 มลลวตต เปนตน ทงนเนองมาจากคณสมบตในการสญเสย (loss) หรอการลดทอนสญญาณ (attenuation) ของเสนใยแกวเอง เสนใยแกวทมคาการลดทอนสง (เชน 1 dB/km) ยอมทาใหคาความเขมแสงลดลงไดมากกวาเสนใยแกวทมคาการลดทอนตา (เชน 0.3 dB/km) เมอเสนใยแกวมขนาดความยาวเทากน

2. ความกวางของขอมลพลสในระบบดจตอลจะมขนาดกวางขนมากกวาเดม อนเปนผลมาจากการเกดดสเพอรชน (dispersion) ในเสนใยแกว เชน ขอมลสงทมความกวางพลสเพยง 10 นาโนวนาท อาจมความกวางพลสเพมขนเปน 15 นาโนวนาท เมอตองเดนทางไปในเสนใยแกวเปนระยะทางหนง เปนตน โดยคาความกวางพลสทเพมขน จะมคาแปรผนตรงกบความยาวของเสนใยแกว กลาวคอ ยงเสนใยแกวมความยาวมากขนเทาไร กยงทาใหพลสมขนาดกวางเพมขนเทานน การทสญญาณพลสของแสงทปลายทางทขนาดความกวางมาก ๆ จะสงผลใหอตราการสงขอมลหรอบตเรต (bit rate) มขนาดลดลงไปดวย และเมออตราการสงขอมลมคานอยกจะสงขอมลไดนอย ทาใหผลกาไรในเชงพาณชยมคาลดลง

หากเราตองการออกแบบและตดตงระบบสอสารดวยแสงทใชเสนใยแกวนาแสงเปนสายสงเชอมโยงระหวางสถาน ระยะหางระหวางสถานสงและสถานรบ (ถาจะใหถกตอง ควรหมายถงขนาดความยาวของเสนใยแกว) ตองอยในระยะทมคาเหมาะสม เพอทวาสถานรบยงคงสามารถรบรขอมล และมความเขาใจไดอยางถกตอง แมวาขอมลทไดรบจะมรปรางผดเพยนไปจากขอมลเดม ทงขนาดความกวางพลสและคาความเขมแสง ถาระยะทางไกลเกนไป สญญาณจะมความผดเพยนมากขนจนกระทงไมสามารถเขาใจขอมลเดมเพราะไมสามารถตความใหถกตองได ในทางปฏบตระยะหางระหวางสถานตนทางและปลายทางมกมคาแนนอน (เชน ระยะหางระหวางเมองสอง



205

เมอง) และอาจมคามากกวาระยะทางทเหมาะสมในการใชงานเสนใยแกว จงตองทาการแกปญหาโดยการเพม สถานทวนสญญาณ หรอ รพตเตอร (Repeater) เขาไประหวางสถาน เพอทาหนาทจดรปแบบสญญาณทผดเพยนไป (แตยงคงเขาใจได) ใหกลบคนสรปแบบเดมทงขนาดความกวางพลสและคาความเขมแสง แลวทาการสงออกไปใหม เสมอนกบการยนระยะของสถานสงใหอยใกลเขามานนเอง ทาใหสถานรบสามารถรบขอมลไดถกตอง ยงถาระยะทางระหวางสถานรบและสถานสงมคาหางกนมากๆ แลว อาจจาเปนตองมสถานทวนสญญาณหลายสถาน โดยทระยะหางระหวางสถาน ไมวาจะเปนระหวางสถานสงกบสถานทวนสญญาณ ระหวางสถานทวนสญญาณกบสถานรบ หรอแมกระทงระหวางสถานทวนสญญาณดวยกนเอง จะเรยกวา repeater spacing ทงสน โดยทวไปในระบบสอสารดวยเสนใยแกวนาแสง ระยะหางระหวางสถานทวนสญญาณมคาประมาณ 30-80 กโลเมตร (ในระบบโทรศพทดวยสายสงทองแดง ระยะนมคาประมาณ 2-8 กโลเมตร เทานน) 6.7.1 สถานอเลกทรอนกส

สถานทวนสญญาณมความจาเปนในระหวางชวงของระยะสถาน เพอเสรมสรางประสทธภาพของระบบและลดการผดพลาดทอาจเกดขน ในระบบสอสารดวยเสนใยแกวแบบอนาลอกทมระยะทางใกลๆ สถานทวนสญญาณอาจไมมความจาเปน ผดกบระบบดจตอลทสถานทวนสญญาณมความสาคญและจาเปนมาก โดยเฉพาะในการสอสารทมระยะทางไกล เมอขอมลแสงทเปนดจตอลถกสงออกจากสถานตนทางไปเปนระยะทางหนง ซงจะใกลหรอไกลนนขนอยกบคณภาพของระบบ สญญาณจะถกลดทอนและสญเสยไปบางอนเนองมากจากคณสมบตของเสนใยแกวเอง ประกอบกบการเกดการบานออกของสญญาณจากปรากฏการณดสเพอรชนในเสนใยแกว ทาใหลกษณะของสญญาณเดมผดเพยนไป ดงแสดงในรปท 6.20(ก) ในตาแหนงทสญญาณผดเพยนไปมากทสด แตอปกรณทางอเลกทรอนกสยงพอจะตความหมายของรปสญญาณเดมออก จะเปนทตงของสถานทวนสญญาณ ซงหลกการทางานของสถานทวนสญญาณจะเรมดวยการทาหนาทรบสญญาณทผดรปน เขามาแปลงใหเปนสญญาณทางไฟฟา แลวผานวงจรขยาย กอนทาการจดรปสญญาณเสยใหม (reform signal) ใหมรปแบบเหมอนเดมเชนเดยวกบทถกสงออกมาจากสถานตนทาง จากนนกทาการเปลยนสญญาณทางไฟฟากลบไปเปนสญญาณแสง แลวสงออกไปสเสนใยแกวไปยงสถาน

บทท 6


206

ปลายทางหรอสถานตอไป ดงนน หากระยะทางระหวางสถานรบและสถานสงไกลกนมาก จาเปนตองใชสถานทวนสญญาณหลายสถาน สถานทวนสญญาณทดตองมการออกแบบใหสามารถทางานแบบอตโนมตไดอยางมประสทธภาพ และมอายการทางานนานๆ เพอหลกเลยงการซอมแซมบอยๆ มฉะนนจะทาใหเสยคาใชจายมาก ดงเชน สถานทวนสญญาณทอยใตมหาสมทร เปนตน

สถานสง รบสญญาณขยายสญญาณ

จดรปสญญาณ สงออก

ไปสถานปลายทาง

(ก) โครงสรางของสถานทวนสญญาณ

(ก) โครงสรางของสถานทวนสญญาณในสวนจดสญญาณทางไฟฟา

ไฟเบอรออฟตก

สถานทวนสญญาณสวนจดรปสญญาณ

ทางไฟฟา

(ข) สถานทวนสญญาณกบสวตชตอผาน (bypass) รปท 6.20 บลอกไดอะแกรมของสถานทวนสญญาณ

ในกรณทสถานทวนสญญาณชารดหรอเกดปญหาในการสงขอมลขน จะทาใหขอมลถกปดกนและไมสามารถเดนทางตอไปยงสถานปลายทางได จงตองมสวตชอตโนมตเชอมตอสญญาณแสงเขาสเสนใยแกวเสรมในลกษณะบายพาส (bypass) ขนภายในสถาน เพอเชอมตอขอมลขาเขาและขาออกเขาระหวางจดทรบสญญาณและสงสญญาณออกจากสถานโดยอตโนมต ดงแสดงในรปท 6.20(ข) โดยสวตซนจะมลกษณะการทางานเชงแสง (optical switch) ทาใหสญญาณแสงไมถกปดกน เมอ

สวตซแสง อตโนมต

เสนใยแกว ดานขาเขา

เสนใยแกว ดานขาออก

(แสง)



207

สถานทวนสญญาณไมสามารถทาหนาทตามปกตของมนได วธนแมวาสญญาณขอมลทเดนทางตอไปจะมคณภาพทแยลงเรอย ๆ แตกยงดกวาการทไมมขอมลสงออกไปเสยเลย เพราะการทสถานตอไปสามารถรบแสงได แมวาจะไมเขาใจความหมาย แตกชวยใหสามารถตความไดทนทวา สถานทวนสญญาณกอนหนามปญหาเกดขน หากไมมระบบสงตอขอมลแสงแบบบายพาสน สญญาณแสงจะถกปดกนทาใหสถานรบไมสามารถรบสญญาณใด ๆ ไดเลย ซงในกรณเชนน การตความถงขอผดพลาดจะมไดหลายประเดนจนอาจเกดความสบสนและเกดความลาชาในการซอมแซมระบบ เชน ไมมการสงขอมลมาจากตนทาง เสนใยแกวขาดระหวางทาง สถานทวนสญญาณบกพรอง หรอแมกระทงสถานรบสญญาณเกดชารดเสยหาย เปนตน สถานทวนสญญาณแบบอเลกทรอนกสน มใชตงแตยคแรก ๆ ของระบบสอสารดวยเสนใยแกว ปจจบนการสอสารขอมลไดพฒนาไปมาก จนกระทงสามารถสงขอมลทมความเรวสงมาก ๆ ไดอยางมประสทธภาพ แตการทแสงตองเดนทางผานสถานทางอเลกทรอนกส ทาใหความเรวของอตราการสงขอมลถกจากด เพราะตองผานกระบวนแปลงรปสญญาณกลบไปกลบมาระหวางแสงกบไฟฟาซงไมสามารถหลกเลยงได เสมอนกบการขบรถดวยความเรวสงบนถนนทางดวน แตตองผานเขาไปในตวเมอง ทาใหตองลดความเรวลง ประกอบกบการตอบสนองของอปกรณอเลกทรอนกสเอง ทมการเคลอนทของอเลกตรอนชากวาความเรวแสงอยแลว ทาใหสถานทวนสญญาณแบบอเลกทรอนกสเปนตวบนทอนประสทธภาพการทางานของระบบโดยรวมลง การทจะทาใหบตเรตหรอความเรวในการสงขอมลมมากขน ตองทาใหขอมลแสงเดนทางจากตนทางไปยงปลายทางไดอยางตอเนองโดยไมมการขดจงหวะ กลาวคอ ขอมลแสงตองไมมการถกเปลยนกลบไปเปนสญญาณไฟฟาในระหวางการเดนทาง ในขณะเดยวกนขนาดและรปแบบของสญญาณขอมลจะตองถกปรบปรงใหมลกษณะใกลเคยงกบขอมลเดมอยเสมอดวย ดวยเทคโนโลยปจจบน สามารถกระทาไดโดยใชอปกรณขยายสญญาณแสงดวยแสงในเสนใยแกว หรอ เปนสถานทวนสญญาณ ดงนน จงไดมการพฒนาระบบทวนสญญาณขนมาใหม โดยมกระบวนการจดการสญญาณแสงในเสนใยแกวโดยตรงไดเลย เรยกวา Optical Fiber Amplifier หรอ OFA 6.7.2 สถานเชงแสง เมอเอยถงคาวา แอมปลฟลายเออร (Amplifier) เชอวาสวนใหญจะนกถง

บทท 6


208

เครองขยายเสยงทใชกนอยทวไปเปนอนดบแรก เพราะตางกคนเคยกนด ความจรงแลวคาวาแอมปรฟลายเออรมไดมความหมายถงเครองขยายเสยงเทานน ในทางเทคนคหมายถงอปกรณททาหนาทขยายสญญาณใด ๆ ไมวาจะเปนสญญาณไฟฟาทวไป สญญาณไฟฟาทใชขบลาโพงเปนสญญาณเสยง หรอแมกระทง สญญาณแสง ดงนน คาวา ออปตคอลไฟเบอรแอมปลฟลายเออร (Optical fiber amplifier: OFA) จงหมายถง อปกรณททาหนาทขยายสญญาณแสงทอยในเสนใยแกวได ซงอปกรณนถกออกแบบขนมาสาหรบใชเปนสถานทวนสญญาณเชงแสงโดยเฉพาะ

รปท 6.21 การเกดแสงจากสสารทถกกระตนดวยพลงงานหรอแสงจากภายนอก หลกการทางานของออปตคอลไฟเบอรแอมปลฟลายเออร หรอ OFA อาศยหลกการพนฐานทางฟสกส ทใชการกระตนพลงงานจากภายนอกเขาไปในเนอสารทมคณสมบตเหมาะสม แลวทาใหการเคลอนทของอเลกตรอนในอะตอมของมนเกดการเปลยนแปลง แตเนองจากธรรมชาตของอเลกตรอน มนจะไมสามารถดารงอยในสภาวะอนทไมใชสภาวะเดมของมนได มนจงตองหาทางกลบบานของมน และจากการทอเลกตรอนไดรบพลงงานกระตนจากภายนอกทปอนใหกอนหนานน มนจงตองคายพลงงานสวนเกนนนออกมา ในรปของพลงงานแสงทมความยาวคลนขนอยกบชนดและคณสมบตของสสาร เพอทาใหอเลกตรอนกลบสสภาวะเดมได หากเราเลอกใชวสดทเหมาะสม พลงงานสวนเกนทอเลกตรอนคายออกกจะกลายเปนพลงงานของแสงตามทเราตองการได ดงแสดงในรปท 6.21 วสดทสามารถเปลงแสงสเดยวกบแสงทใชในระบบสอสารดวยเสนใยแกวในกระบวนการของ OFA มหลายชนด โดยมกจะเปนธาตอยในกลมหมธาตหายาก (rare-earth) เชน เออรเบยม (Erbium) จะใหแสงออกมาในชวงความยาวคลน 1.55 ไมครอน และนโอดเมยม (Neodymium) จะใหแสงออกมาในชวงความยาวคลน 1.33 ไมครอน เปนตน

เนอสาร

กระตนดวยแสงหรอพลงงานอนจากภายนอก

มแสงเปลงออก



209

สวนประกอบสาคญของ OFA เปนเสนใยแกวชนดพเศษทถกสรางขน โดยเนอแกวของคอรจะถกเจอ (doped) ดวยธาตพเศษทจดอยในหมวดหมของธาตหายากหรอกลมธาตชนด rare-earth ในระบบสอสารทใชแสงทมคาความยาวคลน 1.55 ไมครอน มกเลอกใชสารเออรเบยมผสมกบเนอแกวของคอรของเสนใยแกว และจะเรยกเสนใยแกวนวา Erbium-Doped Fiber หรอ EDF ซงโครงสรางทางกายภาพของมน จะมลกษณะเชนเดยวกบเสนใยแกวธรรมดาทวไปจนไมสามารถจาแนกความแตกตางได และเมอนามา EDF มาใชในการขยายสญญาณแสงจะเรยกระบบนวา Erbium-Doped Fiber Amplifier หรอ EDFA

แสงทเดนทางผานเสนใยแกวชนด EDF จะมพฤตกรรมเหมอนเดนทางในเสนใยแกวทวไป คอเกดการลดทอนสญญาณและเกดดสเพอรชนตามปรกต โดยจะไมมการเปลยนแปลงใดๆ กบสญญาณขอมลแสงเดม แตถาทาการกระตนเสนใยแกวพเศษนดวยการปอนพลงงานแสงทเหมาะสมใหกบ EDF ขอมลแสงทเดนทางผานเขาไปเสนใยแกวน จะถกทาใหมพลงงานเพมมากขน อนเนองมาจากการรวมกนทางความเขมแสงของสญญาณเดมทนาขอมล กบสญญาณแสงทเปลงออกมาใหมจากการกระตนพลงงานเขาไป ซงแสงทงสองตองมขนาดความยาวคลนทตรงกน จงเสมอนกบการขยายสญญาณขอมลแสงทเดนทางในระบบสายสงใหมความเขมแขงแสงเพมขน พรอมทจะเดนทางไปในระยะทางทไกลออกไปได รปท 6.22 แสดงโครงสรางและการทางานของสถานทวนสญญาณแสง ทใช EDF ตอแทรกเขาไปในระบบสายสง ขอมลแสงในระบบสอสารทมความยาวคลน 1.55 ไมครอน จะเดนทางผานคบเปลอรเสนใยแกว* (fiber coupler) ออกไปยงปลายทาง ในขณะทสญญาณอนพตอกทางหนงของคบเปลอรเสนใยแกว จะถกปอนดวยแสงเลเซอรทมความยาวคลนประมาณ 980 นาโนเมตร (หรอ 1.48 ไมครอน) ซงเปนชวงทเหมาะสมในการกระตน EDF แสงทงสองทเดนทางรวมกนออกจากคบเปลอรในชวงของเสนใยแกวธรรมดาจะไมมอะไรเกดขน ขอมลแสงเดมกยงคงมความเขมแสงไมเปลยนแปลง เมอแสงเดนทางผานเขาไปในสวนของ EDF แสงทมความยาวคลน 980 นาโนเมตร จะกระตนอเลกตรอนใหมพลงงานทสงขน เรยกวาเปนการปม (pump) และเมออเลกตรอนคายพลงงานออกมาเพอรกษาสภาวะของตวมน จะไดแสงทมความยาวคลน 1.55 ไมครอน ออกมา และเมอรวมกบขอมลแสงทมความยาวคลนเทากน กจะทาใหสญญาณพลสแสงมคาความเขมแสงเพมขนตามความยาวของ EDF และสามารถเดนทางเขาไปในเสนใยแกวธรรมดาทเปนสายสงไดตอไป ในขณะเดยวกน

บทท 6


210

พลงงานของแสงทนามาปม (ทความยาวคลน 980 นาโนเมตร) กจะมคาลดลงและจางหายไปในทสด อยางไรกตาม ขนาดความยาวของ EDF ทมคามากๆ มไดหมายความวาจะทาใหความสามารถในการขยายสญญาณแสงมคาเพมขนเสมอดวย แตจะขนอยกบขนาดความยาวทเหมาะสมคาหนงเทานน อปกรณ Optical Isolator ทเหนในรปทาหนาทควบคมทศทางของแสงใหเดนทางไปในทศทางทตองการ จะมหรอไมมกไดแลวแตสภาพโดยรวมของระบบและการใชงาน สาหรบตวกรองสญญาณแสงหรอ optical filter มไวเพอกรองแสงทใชปมออกไปจากระบบสายสง ซงตวกรองสญญาณแสงน อาจมผลทาใหความเขมแสงทนาขอมลมคาลดลงบางเลกนอย (หมายเหต *คบเปลอรเสนใยแกว (fiber coupler) เปนอปกรณททาหนาทแยกสญญาณแสงจากเสนใยแกวเสนหนงออกไปเปนหลายทางในเสนใยแกวเสนอน หรอทาหนาทรวมสญญาณแสงจากเสนใยแกวหลายเสน ใหเดนทางรวมกนไปในเสนใยแกวทกาหนดทางดานขาออก)

รปท 6.22 การทางานของสถานทวนสญญาณแสงทใช EDFA

การใชงานของอปกรณขยายสญญาณแสงดวยแสงหรอ EDFA ชวยใหระบบมความเรวในการสงขอมลทางแสงเปนไปไดอยางมประสทธภาพ โดยเฉพาะจะชวยลด

Optical filter

x x

เลเซอรไดโอด ใชปม พลงงานแสง

Wavelength Division multiplexer

Fusionsplice

Fusionsplice

Erbium-Doped fiber

Optical Isolator

ขอมลแสง 1550 nm

Pump

Signal

Pump light

Signal จดทสญญาณเรมถกขยาย



211

ปญหาความเขมแสงของสญญาณทถกลดทอนจากเสนใยแกวไดเปนอยางด แตอปกรณนยงไมสามารถแกไขปญหาการเกดดสเพอรชน ททาใหเกดการบานออกของสญญาณพลสได ซงในกรณหลงน การแกไขปญหาทาไดโดยการเลอกสของแสงเฉพาะทมความยาวคลนแสงคา 1.3 และ 1.55 ไมครอน เปนตวนาขอมล โดยปรกตแสงทมความยาวคลน 1.3 ไมครอน เปนชวงททาใหเสนใยแกวมคาการลดทอนสญญาณและคาดสเพอรชนตา ทาใหการบานออกของสญญาณพลสนอยมาก แมวาจะสงขอมลไปในระยะทางไกลกตาม และในกรณทมการสอสารดวยแสงทมความยาวคลน 1.3 ไมครอน น เสนใยแกวพเศษจะตองถกเจอปนดวยธาตนโอดเมยมแทน เพอทจะทาใหเสนใยแกวมคณสมบตในการขยายแสงทความยาวคลน 1.3 ไมครอน สาหรบระบบทใชแสงทมความยาวคลน 1.55 ไมครอน จะทาใหเสนใยแกวมคาการลดทอนสญญาณนอยลงไปอก (เมอเทยบกบเสนใยแกวเสนเดยวกน) แตคาดสเพอรชนจะสงในเสนใยแกวธรรมดา จงตองใชเสนใยแกวชนด DSF (Dispersion-Shifted Fiber) ซงถกออกแบบใหคามคาดสเพอรชนตามากทความยาวคลน 1.55 ไมครอน ในระบบสอสารปจจบน จะเลอกใชขนาดความยาวคลน 1.55 ไมครอน แทน 1.3 ไมครอน อยางไรกตาม ในระบบสอสารสวนใหญ การเปลยนแปลงระบบไปจากเดมทนท จะทาใหตองสญเสยคาใชจายเปนจานวนมาก เพราะจะทาใหระบบรบสงแสงเดมทใชความยาวคลนแสง 1.33 ไมครอน จะหมดความสาคญและกลายเปนขยะไปในทนท จงมการออกแบบเสนใยแกวทเรยกวา Dispersion-Flattened Fiber ซงเปนเสนใยแกวทมคาดสเพอรชนตาทงในชวงของความยาวคลนแสงท 1.33 และ 1.55 ไมครอน ทาใหระบบเดมยงคงสามารถใชงานได แมจะเปลยนมาใชระบบของแสงท 1.55 ไมครอน กตาม

รปท 6.23 ระบบสอสารดจตอลดวยเสนใยแกวทใช EDFA ระยะทาง 9000 กโลเมตร

5 Gb/s Transmitter

Regenerator

S1 S2 S3

S137 S274 Pre-Amp

Attenuator AT&T/KDD

บทท 6


212

รปท 6.23 แสดงระบบสอสารแบบดจตอลดวยเสนใยแกว ททดลองโดยบรษท AT&T รวมกบบรษท KDD ในชวงแรกของการทาวจยดานน โดยไดทาการทดลองสงขอมลดจตอลขนาด 5 Gb/s (ระบบทดทสดในบานเราในชวงป พ.ศ. 2540 มความเรวในการสงขอมลประมาณ 565 Mb/s เทานน) ดวยการเขารหสแบบ NRZ (Nonreturn to Zero) เปนระยะทาง 9000 กโลเมตร โดยใชสถานทวนสญญาณแสงทเปน EDFA ถง 274 ตาแหนง (ระยะหางระหวางสถานทวนสญญาณหรอ repeater spacing ประมาณ 32 กโลเมตร) เมอทาการวดสญญาณขอมลทปลายทางเทยบกบขอมลเดมทสงจากตนทาง ดงแสดงในรปท 6.24 จะเหนวา ขอมลทรบไดยงถอวามลกษณะทด ไมวาจะเปนรปสญญาณ หรอการแสดงดวยไดอะแกรมตา (eye diagram)

รปท 6.24 รปสญญาณดจตอลขนาด 5 Gb/s และ Eye Diagrams ปจจบน Optical Fiber Amplifier โดยเฉพาะทเปน EDFA เรมถกนามาใชในระบบปจจบนมากขน ขอดของ EDFA นอกเหนอจากการทาใหระบบมประสทธภาพ และมความเรวในการทางานสง เพราะเปนกระบวนการทอยในรปของสญญาณแสงโดยตลอด ยงลดความซบซอนทางดานเทคนค เพราะโครงสรางของ EDFA ไมมความยงยาก สามารถออกแบบใหเปนแพกเกจเดยวทมขนาดเลกลงไดมาก เมอเทยบกบระบบอเลกทรอนกสเดมทประกอบดวยแผงวงจรขนาดทใหญกวา ซงในอนาคตสถานทวนสญญาณของระบบสอสารดวยเสนใยแกวจะเปนการทางานเชงแสง

สญญาณทสงออกไป

สญญาณทรบ ไดปลายทาง

Eye Diagrams ขอมลดจตอล



213

ทงหมด 6.8 ระบบสอสารขอมล

ทผานมานนไดกลาวถงความรพนฐานเกยวกบระบบสอสารดวยเสนใยแกว โดยจาแนกออกเปนสวนประกอบยอยพรอมรายละเอยดการทางานมาแลว ในตอนน จะกลาวถงหลกการพนฐาน ในออกแบบโครงสรางของระบบสอสารดวยเสนใยแกว ในลกษณะของบลอกไดอะแกรม เพอชวยใหเกดความเขาใจ และสรางทกษะในการรวบรวมแนวความคดเกยวกบระบบของเสนใยแกวเขาดวยกน อนง ในการออกแบบระบบจรงอยางละเอยด คงตองใชความรความเขาใจทมากกวานเขามาประกอบ ซงคงจะไมกลาวถงในทน

ลกษณะการตดตอสอสารถงกนจากสถานหนงไปยงอกสถานหนงทเรยกวา point-to-point ตองสามารถตอบโตขาวสารถงกนไดทนทวงท กลาวคอ ความสามารถในการสงและรบควรจะเปนไปในชวงเวลาเดยวกน จากหลกการสอสารดวยเสนใยแกวทกลาวแนะนาไวในบทแรก เปนการทางานเมอสถานสงทาหนาทสงขอมลเพยงอยางเดยว ในขณะทสถานรบกจะรบขอมลเพยงอยางเดยว ไมสามารถสงขอมลกลบได ระบบเชนนเปนระบบสอสารทางเดยวเรยกวา ระบบซมเพลกซ (simplex) ซงในทางปฏบตมใชกนอยนอยมาก ระบบสอสารทแตละสถานสามารถทาหนาทสงและรบขอมลไดพรอมกน เรยกวาระบบสอสารสองทางหรอ ระบบดเพลกซ (duplex) ในการสอสารขอมลสองทางอยางงายๆ อาจใชสวตซเปนตวตดตอสญญาณรบ-สง และสญญาณสง-รบ ใหมความสมพนธกนในระหวางสองสถาน ดงเชนรปท 6.25(ก) ระบบนสถานทงสองยงไมสามารถโตตอบขอมลไดทนททนใด แตกยงสอสารไปมาได โดยรอจงหวะชวงเวลาทสวตชตอสญญาณเชอมกอน ลกษณะเชนนเรยกวาระบบกงสองทาง หรอ ระบบฮาลฟดเพลกซ (half-duplex)

การแกไขใหสถานทงสองสามารถรบสงขอมลไดในชวงเวลาเดยวกนอยางงายๆ ทาไดโดยนาระบบซมเพลกซ 2 ชด เขามาใช เรยกวา ระบบสเปซมลตเพลกซ (space mutiplex) ดงแสดงดวยรปท 6.25(ข) ซงวธนตองเสยคาใชจายเพมขนเกยวกบอปกรณนาสญญาณหรอตองใชเสนใยแกวอกเสนหนง อยางไรกตาม การเพมเสนใยแกวอกเสนหนงรวมเปน 1 ค เพอใชสาหรบสงขอมลแบบฟลดเพลกซ ในปจจบน

บทท 6


214

(ก) ระบบฮาลฟดเพลกซ

(ข) ระบบสเปซมลตเพลกซ

(ค) ระบบมลตเพลกซแบบ SCM

รปท 6.25 ระบบการสอสารแบบสองทางหรอดเพลกซ

ขอมลเขา

สถาน ก

ขอมลออก

วงจรภาคสง

วงจรภาครบ


ดเทคเตอร


แหลง กาเนดแสง

วงจร ภาครบ

วงจร ภาคสง

ขอมลออก

สถาน ข

ขอมลเขา เสนใยแกว

วงจรภาคสง

วงจรสง วงจรภาครบ


แหลงกาเนดแสง ดเทคเตอร

ดเทคเตอร วงจรรบ

ขอมลสง

ขอมลรบ สถาน ข.

สายเคเบล เสนใยแกว ขอมลสง

ขอมลรบ สถาน ก.

ออปตคอล คปเปลอร

ดมอดเลต

วงจรกรอง f2


สรางคลน พาหยอย f1

มอดเลต วงจร ไดรเวอร


วงจร กรอง f1


มอดเลต

สรางคลนพาหยอย f2

ขอมลสง ขอมลสง

ขอมลรบ วงจร ภาคสง

วงจร ภาคสง วงจรภาครบ

วงจรรบ

f1

f2

ขอมลรบ

ออปตคอล คปเปลอร

วงจร ไดรเวอร



215

ไมถอวาเปนการเพมตนทน เพราะสายเคเบลเสนใยแกวเสนหนง มกประกอบดวยเสนใยแกวหลายเสนรวมกนอยซงคาใชจายในการดาเนนการตดตงจะขนอยกบจานวนสายเคเบลเปนหลก การสอสารขอมลอกวธหนงทนยมกน คอการนาระบบมลตเพลกซแบบ SCM หรอ TDM เขามาใช ดงแสดงในรปท 6.25(ค) การเลอกใชระบบ SCM หรอ TDM นน ขนกบวตถประสงคและอปกรณใชงานในระบบเปนหลก ซงระบบนอาจทาใหเราสามารถใชเสนใยแกวเพยงเสนเดยว อยางไรกตาม ดวยเหตผลทไดกลาวไปแลววา การเพมเสนใยแกวเขาไปในระบบ ไมถอเปนการเพมคาใชจายแตประการใด จงทาให ระบบสเปซมลตเพลกซ เปนระบบทไดรบความนยมมากกวา ในขณะทระบบอาจถกเสรมดวยการมลตเพลกซแบบ SCM และ TDM เพอเพมชองสญญาณในการสอสารใหมากขน ตวอยางของระบบ SCM ทใชในบานเราไดแก ระบบเคเบลทว สวนระบบ TDM มกใชกบระบบโทรศพททางไกล เชน โทรศพทระหวางประเทศ เปนตน 6.8.1 ทางเลอกของโครงสรางระบบ

ในการออกแบบระบบสอสารดวยเสนใยแกว จาเปนตองทราบขอกาหนดหรอสเปก (specification) และภาวะการใชงานของระบบเสยกอน รปท 6.26 เปนทางเลอกทเปนไปได (อยางคราว ๆ) ทใชสาหรบพจารณา ในการออกแบบระบบสอสารแบบทางเดยว เรมจากวงจรในภาคสง สญญาณเขาทเปนขอมลตาง ๆ อาจอยในรปของสญญาณแอนะลอกหรอดจตอล หากสญญาณเขาเปนชนดแอนะลอกทมหลายชองสญญาณ สามารถนามารวมกนไดในภาคของวงจรผสมสญญาณดวยวธการมลตเพลกซ เพอสงสญญาณออกในลกษณะแอนะลอกไดเลย ลกษณะเชนน ขอมลแสงจะถกกาหนดดวยความเขมของแสงทสงออกไป แตถาหากตองการใหขอมลแสงเปนแบบดจตอล คอมลกษณะการเปด-ปดแสง เปนตวกาหนดชนดขอมล จะตองทาการเขารหสสญญาณแอนะลอกเสยกอน โดยเรมดวยการเปลยนใหเปนสญญาณดจตอล แลวจงทาการเขารหส โดยอาจเลอกใชเทคนคของ พลสโคดมอดดเลชน (PCM) พลสวดทมอดดเลชน (PWM) หรออน ๆ กได จากนนจงนาสญญาณทได ไปผสมสญญาณหรอทาการมลตเพลกซดวยวธใดวธหนง จากระบบการแบงความถยอย (SCM) ระบบการแบงเวลา (TDM) หรอการมอดดเลตดวยสญญาณ AM หรอ FM กอนทจะสงออกเปนขอมลแสงตอไป ในสวนของวงจรขบสญญาณแสงหรอไดรเวอร ตองออกแบบใหเหมาะสมกบ

บทท 6


216

รปท 6.26 ทางเลอกในการออกแบบระบบสอสารดวยเสนใยแกว

แหลงกาเนดแสงทใชวาเปนชนดใด เชน แอลอด หรอ เลเซอรไดโอด เปนตน บรเวณชวงรอยตอระหวางแหลงกาเนดแสงกบเสนใยแกวตองมอปกรณทเรยกวา คบเปลอร (coupler) ทาหนาทรวบรวมแสงจากแหลงกาเนด ใหผานเขาไปในเสนใยแกวใหหมดหรอมากทสด เพอลดกาลงการสญเสยสญญาณ ตวอยางของคบเปลอรแบบงาย ๆ

เขารหสสญญาณ

แบบมอดเลต • PCM • PAM • PWM • PPM

วงจรผสมสญญาณ • มตตเพลกซ

• อนาลอก • ดจตอล

• SCM (FM & AM) • TDM (PCM)

วงจรขบสญญาณ

เขารหสสญญาณ • RZ • NRZ • แมนเชสเตอ

สญญาณเขา แบบดจตอล ( หลายชอง )

สญญาณเขา แบบดจตอล ( หลายชอง )

สตปอนเดกซ โหมดเดยว เกรดเดดอนเดกซ เสนใยแกว W - โพรไพล โหมดรวม สเตปอนเดกซ เกรดเดดอนเดกซ

ดมอดเลต FM AM

ถอดรหส • RZ • NRZ • แมนเชสเตอร • ฯลฯ

ถอดรหส • PCM • PAM • PWM • PPM

สญญาณออก แบบ แอนะลอก

สญญาณออก แบบ แอนะลอก

สญญาณออก แบบ ดจตอล

วงจรขยายสญญาณ

สญญาณเขาแบบ แอนะลอก (หลายชอง)

แหลงกาเนดแสง • LED • เลเซอรไดโอด • เลเซอร

วงจรดมลตเพลกซ • SCM (วงจรกรองสญญาณ) • TDM (วงจรแยกสญญาณ )

โฟโตดเทกเตอร โฟโตไอโอด PIN APD โฟโตทรานซสเตอร

สถานทวนสญญาณ



217

ไดแก การใชเลนสนนรวมแสง เปนตน ในปจจบนระบบของคบเปลอรมใชนอยมาก แตจะใชอปกรณทเรยกวา คอนเนกเตอร (connector) แทน

การเลอกใชเสนใยแกว ขนอยกบลกษณะของขอมลแสงทถกสงออกมา รวมทงงบประมาณในการสรางระบบ ซงนนกหมายถงการเลอกเสนใยแกวใหมคณสมบตทเหมาะสมกบการใชงานนนเอง ตวอยางเชน ในระบบทเสนใยแกวชนดโหมดรวม ถาสามารถทางานไดดอยแลวกไมจาเปนตองใชเสนใยแกวชนดโหมดเดยว แมวาจะดกวากตาม เพราะมราคาแพงกวา อยาลมวาระยะทางระหวางสถานมไดหางกนเพยงแคไมกสบเมตร แตหางกนเปนสบ ๆ กโลเมตร และทงระบบอาจตองใชเสนใยแกวหลายรอยกโลเมตร ตนทนของสายเคเบลเสนใยแกวจงนบเปนตวแปรทสาคญในการออกแบบ ในทางปฏบต การตดตงระบบสอสารขนาดใหญทใชเสนใยแกว คาใชจายสวนใหญมากกวา 50 เปอรเซนต จะหมดไปกบการตดตงระบบสายสงเปนหลก สถานทวนสญญาณมความสาคญตอระบบสอสารทมระยะหางระหวางสถานมากๆ ตาแหนงของสถานทวนสญญาณขนอยกบประสทธภาพของระบบ เทคโนโลยในปจจบน สามารถสรางระบบทมระยะหางระหวางสถานทวนสญญาณไดไกลถงประมาณ 100 กโลเมตร เลยทเดยว แตทงนตองขนอยกบปรมาณขอมลทใชสอสารถงกนดวย เชน ถาปรมาณขอมลมมาก ระยะหางระหวางสถานทวนสญญาณกจะสนลง

ทสถานรบ ขอมลแสงจากเสนใยแกวจะถกถายทอดสตวรบแสงหรอโฟโตดเทคเตอรดวยอปกรณคบเปลอรหรอคอนเนคเตอร เชนเดยวกบการสงสญญาณแสง โฟโตดเทคเตอรทาหนาทเปลยนสญญาณแสงใหเปนสญญาณทางไฟฟา การเลอกใชชนดของโฟโตดเทคเตอรขนอยกบความยาวของคลนแสง แบนดวดท อตราการสงขอมล และคาความเขมแสงทปลายเสนใยแกว สญญาณไฟฟาทถกแปลงแลวจะมกาลงออนมาก เพราะแสงตองเดนทางเปนระยะทางไกล จงตองทาการขยายสญญาณเสยกอน แลวจงสงเขาไปสวงจรแยกสญญาณ ซงอาจเปนวงจรดมลตเพลกซ หรอเปนวงจรกรองสญญาณหรอฟลเตอร (filter) ในระบบ SCM ทงนอยทความเหมาะสมของระบบ สญญาณขอมลทถกแยกออกแลว จะถกถอดรหส หรอดมอดเลตใหไดสญญาณทมลกษณะเดมกอนสงออกไปใชงานตอไป 6.8.2 ตวอยางการออกแบบระบบ

ในตอนน จะแสดงตวอยางการออกแบบสรางบลอกไดอะแกรมของระบบสอสาร

บทท 6


218

เสนใยแกวตามสเปกจรงดบาง ซงจะชวยใหเกดทกษะและความเขาใจในระบบขนได ในการออกแบบ สงแรกจะตองทราบหรอกาหนดสเปกของระบบเสยกอน ซงจะมคาขนอยกบการใชงานเปนสาคญ ในทนสมมตใหระบบมขอกาหนดในการทางานคราว ๆ ดงน

รปท 6.27 ตวอยางของระบบ SCM ทถกออกแบบ • มสญญาณอนพตแบบดจตอลอย 8 ชอง แตละชองสงขอมลแบบอนกรม ขนาด

1250 คาตอวนาท และขอมล 1 คา ประกอบดวยขอมลดจตอล 8 บต • มสญญาณอนพตทเปนแอนะลอกเชนสญญาณเสยงอย 2 ชอง แตละชองมแบนด

วดท 5 กโลเฮรตซ ถาหากมการเขารหสใหใชแบบ PCM ทมขอมลดจตอล 8 บตตอหนงแซมเปล และควรมอตราการสงอยางนอย 10,000 แซมเปลตอวนาทตอชองสญญาณ

ชอง 1 สญญาณดจตอล



ชอง 9 สญญาณอะนาลอก

ชอง 10 สญญาณอะนาลอก

เขารหส

เขารหส

เขารหส

ปรแอมป

ปรแอมป

f1

f2

f8

f9

f10

ผสม สญญาณ

ไดรเวอร LED

โฟโตดเทกเตอร ขยาย

สญญาณ

f1

f2

f8

f9

f10

ดมอดเลต (PLL)





แบนดพาส ฟลเตอร

ขยายสญญาณ

จดรปสญญาณ

จดรปสญญาณ

จดรปสญญาณ ถอดรหส

ถอดรหส

ถอดรหส

ชอง 1

ชอง 2

ชอง 8

ชอง 9

ชอง 10



219

• ระยะหางระหวางสถานสงและสถานรบมคาเทากบ 5 กโลเมตร • ใหทาการพจารณาเลอกใชแอลอดหรอเลเซอรไดโอด เปนตวสงสญญาณ

จากขอกาหนดของระบบ สญญาณอนพตมจานวนทงสน 10 ชอง ทเปนทงชนดแอนะลอกและดจตอล เมอยอนกลบไปพจารณาทางเลอกของการออกแบบในรปท 6.26 ทางเลอกแรกทเปนไปไดคอใชระบบมลตเพลกซแบบ SCM ดงเชนรปท 6.27 โดยแบงคลนพาหยอยออกเปน 10 ชวงความถ คอ f1, f2, ... , f10 เพอใชสาหรบนาพาขอมลทงทเปนแอนะลอกและดจตอลทง 10 ชอง ไปพรอมๆ กนเลย โดยสญญาณดจตอลทง 8 ชอง อาจตองถกเขารหสดวยวธใดวธหนงกอนถกมอดเลตกบคลนพาหยอย สวนสญญาณแอนะลอกอาจตองมการขยายสญญาณดวยภาคปรแอมปเพอใหไดขนาดสญญาณทเหมาะสมกอนทาการมอดเลต ซงอาจเลอกใชระหวางชนด AM และ FM จากนนทาการผสมสญญาณทงหมดเพอสงออกพรอมกน การเลอกใชแอลอดเปนแหลงกาเนดแสง เพราะวาในระบบใชงานนตองการความเปนเชงเสนมากกวา (อนเนองมาจากสญญาณอนพตทเปนแอนะลอก) อกทงราคาแอลอดไมแพง และระยะทางไมไกลนก ซงระยะหางระหวางสถานเพยงแค 5 กโลเมตร นอาจไมจาเปนตองใชสถานทวนสญญาณแตประการใด ทสถานรบ กใชการสรางวงจรกรองชวงความถ ของแตละความถของคลนพาหยอย เพอแยกสญญาณแตละชองออกมา แลวทาการดมอดเลต และถอดรหสสาหรบสญญาณดจตอล สาหรบสญญาณแอนะลอกอาจนาสญญาณทถกดมอดเลตแลวมาใชไดเลย ในกรณทสญญาณดจตอลมการมอดเลตแบบ FM วงจรดมอดเลตอาจทาไดไมยากนก โดยใชไอซประเภทเฟสลอกลป (PLL) เพยงตวเดยวเทานน ทางเลอกทสองของการออกแบบ แสดงดงรปท 6 .28 ซงใชระบบมลตเพลกซแบบ T D M สญญาณแอนะลอกสองชองจะตองถกแปลงใหเปนสญญาณดจตอลแบบ PCM เสยกอน ตามเงอนไขของสเปกทกาหนด เนองจากสญญาณดจตอล 8 ชอง มจานวนขอมล 8 บต ตอหนงคา แตสเปกของสญญาณแอนะลอกทถกแปลงใหเปนดจตอล ตองการเพยง 6 บตตอแซมเปล หรอตอคา ดงนนเราจะเพม 2 บต ทไมมคาใดๆ (เหมอนกนหมดทกคาในตาแหนงเดยวกน) รวมเขาไปเพอใหดเสมอนขอมลม 8 บตตอหนงคา อตราการสงทกาหนดตองการอยางนอย 1 0 , 0 0 0 คาตอวนาทตอชองสญญาณ (1 คาม 8 บต) หรอนนกคอสง 1 คา ในทก ๆ 100 ไมโครวนาท ชองสญญาณทงหมดม 10 ชอง จงตองทาการแบงเวลา 100 ไมโครวนาท ออกเปน 10

บทท 6


220

รปท 6.28 ตวอยางของระบบ TDM ทถกออกแบบ

ชอง เพอใหสามารถสงขอมลทกชองไดพรอมกนไปในทเดยว จะไดวาเวลาในการสงขอมลหนงคาของแตละชองคอ 10 ไมโครวนาท เมอนามาจดเปนเฟรมสาหรบระบบ TDM จะไดดงรปท 6.28 ทนยอนกลบมาคานวณความเรวของระบบหรอบตเรตจะไดเทากบ 8 บตตอ 10 ไมโครวนาท หรอ 800 กโลบตตอวนาท (ไมรวมเวลาทใชในการซงโครไนส) แตถาจะคดบตเรตเฉพาะชองสญญาณทเปนดจตอลแลว ตามสเปกกาหนดไววาแตละชองจะสงขอมล 10,000 บตตอวนาท (มาจาก 1250 x 8) หรอ 10 กโลบตตอวนาท ซงชากวาระบบทออกแบบมาก ทาใหเวลาในการสงขอมลสญเสยไป การ

PCM

PCM

มลตเพลกซแบบ TDM

เขารหส ไดรเวอร LED หรอ LD

ชอง1 – ชอง8 สญญาณดจตอล

ชอง 9 แอนะลอก ชอง 10 แอนะลอก

บตคลอก ควบคม เฟรม

ดจตอลสตอเรจ

โฟโต

ตรวจสอบคลอกของสญญาณ

ถอดรหส

ดมลต- เพลกซแบบ TDM

PCM

PCM

จด คลอก

ควบคม เฟรม

ดจตอลสตอเรจ

ชอง 1 ดจตอล

…. ชอง 8 ดจตอล

ชอง 9 อะนาลอก ชอง 10 อะนาลอก

จดรปและ ขยายสญญาณ



221

แกไขทาไดโดยการใชงานเปนแบบอะซงโครนส เพอใหเวลาในการรบขอมลในแตละชองไมตองถกจากดดวยเวลาทเทากน การคดบตเรตจรงของระบบตองคานวณจากคาของบตเรตในแตละชองรวมกน ในทนระบบทใชงานมบตเรตเทากบ 240 กโลบตตอวนาท การจดเฟรมในระบบ TDM จะถกควบคมดวยสญญาณบตคลอกและสวนควบคมเฟรม เพอใชเปนสญญาณซงโครไนสทสถานรบ ขอมลดจตอลทถกจดในแตละเฟรม อาจมการเขารหสในลกษณะของ RZ, NRZ หรอแมนเชสเตอร เพอใหสามารถสงออกไดอยางมประสทธภาพมากขน ตวกาเนดแสงอาจเลอกใชแอลอด หรอ เลเซอรไดโอด ตามความเหมาะสม ทภาครบ ขอมลทรบไดจะถกจดรปและตรวจสอบสญญาณ เพอซงโครไนสสญญาณใหไดขอมลทถกตอง และหากมการเขารหส (เชน RZ, NRZ) มากอน จะตองถกถอดรหสเสยกอน แลวจงทาการดมลตเพลกซสญญาณออกมา ขณะทาการดมลตเพลกซ สญญาณคลอกในสถานสงจะเปนตวกาหนดการชงโครไนสใหถกตองยงขนสญญาณคลอกทมาจากสถานสงอาจใชเสนใยแกวอกเสนหนงสงมาพรอมกนกบขอมล แตวธการเชนน ทาใหงบประมาณการใชจายมคาเพมขน การแกไขสามารถทาได โดยใชวธเขารหสขอมลทจะสงเปนแบบแมนเชสเตอร ซงจะทาใหสถานรบทราบตาแหนงเรมตนและตาแหนงสดทายของขอมลไดโดยการตรวจสอบดวยตนเอง จงไมจาเปนตองใชเสนใยแกวเสนอนเพอสงสญญาณคลอก หรอสญญาณซงโครไนสอกตอไป

สญญาณทถกแยกออกมาแลวในแตละชอง จะผานขบวนการทเหมาะสมของมนกอนนาไปใชงานตอไป ดงเชน สญญาณแอนะลอกทสงมาแบบดจตอล จะตองถกแปลงกบดวยวงจรดทเอคอนเวทเตอร (D/A) เพอใหไดสญญาณกลบเปนแอนะลอกเสยกอน 6.8.3 ประสทธภาพของระบบ

ในระบบเสนใยแกวทถกออกแบบ ตองมการทดสอบประสทธภาพของมนวาอยในระดบใดและมความสามารถในการใชงานไดแคไหน โดยทวไปประสทธภาพของระบบมกพดกนในเทอมของสงตาง ๆ ดงเชน คากาลงงานการสญเสย (เดซเบลตอกโลเมตร) ปรมาณขอมลในการรบสงหรอบตเรต (กโลบตตอวนาท) ระยะทางทงหมดของระบบระหวางสถานตนทางกบปลายทางหรอตลอดสายเสนใยแกว (กโลเมตร) จานวนสถานทวนสญญาณ เปนตน แตกมบางครงทคณภาพของระบบอาจถกแสดง

บทท 6


222

ดวยศพทเทคนคบางอยาง เชน • BER เปนคายอมาจากคาวา Bit Error Rate หมายถง จานวนขอมลทผดพลาดใน

การรบตอปรมาณขอมลทงหมดทสงออกมา คาของ BER มากทสดทยอมรบไดตามขอกาหนดมาตรฐานจะคดจาก การสงขอมลจานวน 109 บต (หนงพนลานบต) ควรมขอมลผดพลาดไดเพยง 1 บต นนคอคาของ BER มคาเทากบ 10-9 หากคาของ BER ในระบบมคานอยกวาน (เชน 10-14) แสดงวาระบบมประสทธภาพมากขน โดยปรกตคาของ BER จะใชบอกประสทธภาพของระบบสอสารแบบดจตอล ในขณะทในระบบสอสารแบบแอนะลอก จะใชคาของ signal to noise ratio (S/N) แทน ซงระบบทดจะตองมคา S/N สงๆ

• ความไวในการรบสญญาณ (Sensitivity) ของระบบเสนใยแกว หมายถง ความสามารถในการรบสญญาณทมคาความเขมแสงตาสด (P) ททาใหระบบมคา BER ตามทกาหนด (เชน 10-9) ซงlสามารถคานวณออกมาในเทอมของ dBm ไดจากสมการ

ความไวในการรบสญญาณ = 10 log (P/1 mW) dBm

เมอ P มหนวยเปน มลลวตต ตวอยางเชน ระบบทมการสงขอมลขนาด 100 เมกกะบตตอวนาท มคาความไวในการรบสญญาณ -40 dBm จะสามารถรบขอมลแสงทมคาความเขมแสงตาสด (P) ไดเทากบ 100 นาโนวตต เปนตน ถาแสงทออกมาจากปลายเสนใยแกวมคานอยกวา 100 นาโนวตต หรอ -40 dBm ระบบจะไมสามารถรบขอมลได (หรอรบสญญาณได แตจะไมมความถกตอง)



223


1. อธบายความแตกตางระหวางแอลอดกบเลเซอรไดโอด พรอมทงอธบายขอควรคานงในการเลอกใชแหลงกาเนดแสงทงสองในระบบเสนใยแกว

2. จงแสดงรปลกษณะของรหสขอมลดจตอลทเปนไปได ของขอมลทเปนรหสไบนารทมคาดงน 11001110

3. วงจรรบแสงมกโหมด มขอแตกตางกนอยางไรบาง 4. ระหวางระบบการมลตเพลกซแบบ SCM FDM และ WDM ลวนใชสญญาณ

คลนพาหทมคาความถไมเทากน แตทาไมในระบบสอสารดวยเสนใยแกวถอวามความแตกตางกน จงอธบายความหมายทแตกตางนน

5. จงเปรยบเทยบขอดขอดอย ของการเขารหสแบบ NRZ RZ และ Manchester 6. โดยทวไป ระบบสอสารดวยเสนใยแกว มกใชสายสงสญญาณแบบสเปซมลตเพลกซ

สาหรบแยกขอมลทสงและรบ จงวเคราะหหาเหตผลและอธบายวาทาไมจงเปนเชนนน

7. ออปตคอลแอมปรฟรายเออรคออะไร มความสาคญกบระบบสอสารอยางไร และทาไม EDF (Erbium-Doped Fiber) จงมบทบาทสาคญในระบบสอสารปจจบน

8. จงอธบายหลกการทางานของสถานทวนสญญาณอเลกทรอนกส และสถานเชงแสง 9. เสนใยแกวทใชบายพาสสญญาณ ภายในสถานทวนสญญาณ มความสาคญและม

ความจาเปนมากนอยเพยงไร 10. อธบายวาออปตคอลคบเปลอรเสนใยแกวคออะไร พรอมทงอธบายวธการผลต 11. จงคานวณหาคาอตราการสงขอมลหรอบตเรต ของระบบสอสารขอมลดจตอลขนาด

แปดบต เมอขอมลอนพตเปนสญญาณเสยงโทรศพททมแบนดวดท 4 KHz และมอตราการสมตวอยาง 2 เทา และ 3 เทา ตามลาดบ

12. ระบบสอสารดวยเสนใยแกวมอตราการสงขอมล 565 เมกกะบตตอวนาท ทสถานรบ ใชอปกรณอเลกทรอนกส ทสามารถรบขอมลแสงทมคาความเขมแสงตงแต 96 นาโนวตต ขนไป จงคานวณหามคาความไวในการรบสญญาณในหนวยของ dBm

13. วงจรรบแสง อานสเปกไดเปน sensitivity = -52 dBm แสดงวาสามารถนบวงจรรบนไปใชงาน โดยรบสญญาณแสงไดตาสดเทาไร

14. จงอธบายความหมายของ Bit Error Rate และ sensitivity ของระบบสอสาร

บทท 6


224

เอกสารอางอง [1] G. Keiser, Optical Fiber Communications, 2nd edn., McGraw-Hill, ch. 2, 1991 [2] J. M. Senior, Optical Fiber Communications Principles and Practice, 2nd edn.,

Prentice Hall, ch. 2, 1992. [3] P. E. Green, Fiber Optic Networks, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey,

1993. [4] J. Gowar, Optical Communication Systems, Prentice/Hall International, London,

1984. [5] R. J. Hoss, Fiber Optic Communications Design Handbook, Prentice-Hall,

Englewood Cliffs, New Jersey, 1990. [6] H. B. Killen, Fiber Optic Communications, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New

Jersey, 1991. [7] J. P. Laude, Wavelength Division Multiplexing, Prentice-Hall, Paris, 1997. [8] J. Franz and V. K. Jain, Optical Communication Systems: System Analysis, Design

and Optimization, John Wiley & Sons (Asia), New Delhi, 1996.

การเชอมตอเสนใยแกว


225

บทท 7


บทท 7


226

เคเบลเสนใยแกวทใชในระบบสายสงจะมความยาวอยางมากไมเกน 12 กโลเมตร แตระยะทางระหวางสถานในระบบสอสารจรงมกไกลกวานมาก ทาใหตองใชเคเบลเสนใยแกวหลายเสนมาเชอมตอกน ในการเชอมตอเสนใยแกวตองใชเทคนคและวธการเฉพาะ เพอใหเกดการสงผานแสงในสวนของคอรระหวางเสนใยแกวทนามาตอเชอมกน ทงนวตถประสงคหลกของการเชอมตอกเพอความตองการในการสงผานกาลงงานแสงจากเสนใยแกวเสนหนงไปสเสนใยแกวอกเสนหนง โดยทจะตองมคาสญเสยสญญาณนอยทสดหรอไมสญเสยเลย หลกการเบองตนในการจดวางเสนใยแกวใหเกดการสงผานกาลงงานอาจทาไดโดยการนาปลายเสนใยแกวมาตอชนกน (butt-joint) แสดงดงรปท 7.1(ก) หรออาจใชเลนสรวมแสงเขามาชวยดงแสดงในรปท 7.1(ข) ซงวธทสองคอนขางยงยากเมอเทยบกบวธแรก ในขณะทวธแรกกมไดทาใหเกดการสญเสยสญญาณ ณ จดเชอมตอมากนก จงเปนวธทนยมใชกนมากในเชงปฏบต อยางไรกตาม เสนใยแกวทนามาเชอมตอกนนน จดเชอมตอตองมความแขงแรง ทนทานตอสภาพแวดลอมและการใชงาน จงตองมการกระทาบางอยางทเหมาะสม (ก) การตอชนปลาย (ข) การใชเลนสรวมแสง

รปท 7.1 วธการสงผานกาลงงานแสงระหวางเสนใยแกวทเชอมตอกน

7.1 ขอควรคานงในการเชอมตอเสนใยแกว รปท 7.2 การเดนทางของสญญาณแสผานจดเชอมตอเสนใยแกว (พจารณาสวนของคอร)

ในการเชอมตอเสนใยแกวเขาดวยกน จดเชอมตอทดควรมคณสมบตตาง ๆ

เสนใยแกวททาหนาทสงแสง เสนใยแกวททาหนาทรบแสง

แสงทตกกระทบจดตอ แสงทสงผานออกจากจดตอ

แสงทสะทอนกลบจากจดตอ



227

ดงตอไปน • มคาการสญเสยสญญาณตา (Low Join Loss) การสญเสยสญญาณ ณ จดตอ

เสนใยแกว (joint loss) มชอเฉพาะเรยกวา อนเซอรชนลอส (insertion loss) พจารณาการเดนทางของสญญาณแสง ณ จดเชอมตอเสนใยแกว เมอ

พจารณาในสวนของคอร ดงแสดงในรปท 7.2 จะเหนวา แสงทตกกระทบจดเชอมตอ (incident power – Pi) จะทาใหเกดแสงสงผานออกจากจดตอ (transmitted power – Pt) ซงเปนแสงทตองการ และแสงทสะทอนกลบจากจดตอ (reflected power – Pr) เขามาในเสนใยแกวเสนเดม

คาการสญเสยสญญาณทจดตอในเทอมของ Insertion loss (LI) หาไดจาก

=

i

tI P

PL log10 dB (7.1)

เมอพจารณาจากโครงสรางการเชอมตอ จะพบวาจดเชอมตอทไมมคา

สญเสยสญญาณเลย จะตองมคากาลงงานแสงทสงผานเทากบกาลงงานแสงทตกกระทบจดเชอมตอ โดยจะตองไมมแสงสะทอนกลบออกมาเลย ซงเมอเปรยบเทยบกบสมการท (7.1) จะหมายถง LI = 0 dB อยางไรกตาม ในทางปฏบตหลายกรณอาจทาไดยาก ดงนนหากคา LI ยงมคานอยเทาไร ยอมแสดงวาไดจดเชอมตอทดยงขน ขอสงเกตในการใชสมการ (7.1) กคอ คาทคานวณไดจะมคาเปนลบ นนแสดงวาเกดการสญเสยสญญาณขนนนเอง ดงนน บางตาราอาจใสเครองหมายลบไวขางหนาเพอขจดเครองหมายลบออกไป หรอกลบเศษสวน เพอใหไดคาเปนบวก ซงในทางเทคนคถอวาถกทงหมด เพราะเรามกสนใจปรมาณของคาทคานวณไดเปนหลกเทานน เมอตองคานงถงคาการสญเสยสญญาณ

• มสญญาณสะทอนกลบตา (Low Reflectivity) หรอ มคาการสญเสยสญญาณ

ยอนกลบสง (High Return Loss) เมอทาการพจารณารปท 7.2 โดยละเอยดจะพบวา กาลงงานแสงทสะทอนกลบ (Pr) ตรงจดเชอมตอ ถอเปนคาเอาตพตของกาลงงานแสงตกกระทบ (Pi) ซงเปนอนพตของจดเชอมตอ ดงนน เราจะนยามคา

บทท 7


228

การสญเสยสญญาณยอนกลบ (Return Loss – LR) ไดตามสมการ

=

i

rR P

PL log10 dB (7.2)

จดเชอมตอทดมาก ๆ ไมควรมคากาลงงานแสงสะทอนกลบหรอ Pr = 0 นนแสดงวาเมอพจารณาจดเชอมตอ จะถอวามคาการสญเสยสญญาณสะทอนกลบสงมาก จนทาใหไมมเอาตพตของแสงสงออกมาเลย ซงเปนคณสมบตทดของจดเชอมตอ หากคากาลงงานแสงทงหมดทตกกระทบสะทอนกลบออกมาทงหมด แสดงวา Pr = Pi จะทาใหคาของ LR ตามสมการท (7.2) มคาเทากบ 0 dB นนคอไมเกดการสญเสยสญญาณสะทอนกลบเลย ซงในกรณเชนนของจดเชอมตอถอเปนสงทไมตองการใหเกดขน อยางไรกตาม ในทางปฏบต อาจมแสงสะทอนกลบทมคากาลงงานเลกนอยเลดรอดออกมาไดบาง แตจดเชอมตอทด ตองทาใหแสงทสะทอนกลบออกมานมคานอยมาก ๆ ซงหมายถงปรมาณของคาการสญเสยสญญาณยอนกลบ LR (ไมตองคานงถงเครองหมายทเปนลบ) มคามาก ๆ นนเอง

• มความเชอถอไดสง (Reliable) เสนใยแกวทผานกระบวนการเชอมตอใด ๆ

จะตองมความทนทานตอการใชการ มอายการทางานสงตลอดการใชงานของระบบสายสง และมคณสมบตทกชนดคงทโดยเฉพาะคาการสญเสยสญญาณทกชนดตลอดอายการใชงาน ทงนเพอใหผใชมความมนใจในการใชงาน

• มขนตอนไมยงยาก สะดวกและงาย เทคนคการเชอมตอเสนใยแกวทด ตองม

ขนตอนทงาย ไมยงยาก และมความสะดวกในการใชงาน ผทไมมประสบการณการเชอมตอมากอนตองสามารถเรยนรเทคนคทใชเชอมตอไดโดยงาย ทงนเนองจากในระบบสอสารโทรคมนาคม มกจะตองมการเชอมตอเสนใยแกวเปนจานวนมาก ในพนททแตกตางกนในภาคสนาม

• มความทนทานตอการเปลยนแปลงของสภาพแวดลอม เชน อณหภม ฝนละออง

และความชน เปนตน จดเชอมตอเสนใยแกวเปนสงทตองอยควบคกบสายสงเสนใยแกวตลอดสภาพการทางานอยตลอดเวลา ซงจะตองเผชญกบสภาพแวดลอมท



229

เปลยนแปลงอยเสมอ ตามชวงเวลาของวนและฤดกาล ดงนน หากจดเชอมตอไมมความทนทานตอการเปลยนแปลงของสภาพแวดลอม กจะสงผลใหระบบสายสงประสบปญหาในการทางานไปดวย

7.2 การสญเสยสญญาณในการเชอมตอเสนใยแกว เมอพจารณากฎการสมดลพลงงานของแสง ณ จดเชอมตอในรปท 7.2 จะพบวา คาความเขมแสงขาเขาตองมคาเทากบหรอมากกวาผลรวมของความเขมแสงขาออก หรอ Pi ≥ Pt + Pr ในทางปฏบตผลรวมของความเขมแสงขาออกมกมคานอยกวาคาความเขมแสงขาเขา เนองจากเกดการสญเสยสญญาณไปตรงบรเวณรอยตอ อนจะทาใหคาของ insertion loss มคาเพมขนดวย โดยสาเหตของการสญเสยสญญาณอาจพจารณาได 2 ลกษณะคอ • การสญเสยทเกดจากโครงสรางทางกายภาพ (Fiber-Related Loss) และ • การสญเสยทเกดจากทกษะการเชอมตอ (Technical-Related Loss)

7.2.1 การสญเสยทเกดจากโครงสรางทางกายภาพ (Fiber-

Related Loss) การสญเสยสญญาณของจดเชอมตอทเกดจากโครงสรางทางกายภาพ เกดขนในกรณทเสนใยแกวสองเสนทนามาเชอมตอกนมคณสมบตทางกายภาพแตกตางกน ซงแบงออกไดเปน 1) การสญเสยสญญาณทเกดจากเสนผานศนยกลางของคอรของเสนใยแกวไม

เทากน (Diameter Mismatch) ในทางปฏบตการเชอมตอเสนใยแกวทมคณลกษณะหรอคณสมบตตางกน อาจมความเปนไปไดสงในหองปฏบตการหรอในระบบสายสงพเศษ สวนในระบบสอสารโทรคมนาคม เสนใยแกวทใชตอเชอมโยงระหวางสถานหรอทอยในระบบเดยวกน มกเปนเสนใยแกวชนดเดยวกน ซงควรมคณสมบตทางกายภาพเหมอนกนดวย จงไมควรเกดปญหาการสญเสยสญญาณอนเนองมาจากความไมสมพงศ (mismatch) กนทางกายภาพ แตใน

บทท 7


230

ความเปนจรง คณสมบตทางกายภาพของเสนใยแกวเสนเดยวกน มไดมคาคงทตลอดความยาว แตอาจมคาคลาดเคลอนแตกตางกนไดบาง เชน เสนผานศนยกลางของเสนใยแกวเสนเดยวกนทจดหนง อาจมคาแตกตางจากจดอนไปบางแมเพยงเลกนอยกตาม แตกอาจเปนสาเหตของการสญเสยสญญาณได ดงแสดงในรปท 7.3

(ก) เกดการสญเสยสญญาณ (ข) ไมเกดการสญเสยสญญาณ

รปท 7.3 การเชอมตอเสนใยแกวทมขนาดเสนผานศนยกลางของคอรไมเทากน

รปท 7.3 แสดงภาพการเชอมตอเสนใยแกวทมขนาดของคอรไมเทากน โดยสมมตใหแสงเดนทางจากซายไปขวา นนคอ เสนใยแกวเสนซายทาหนาทสงแสง และเสนใยแกวเสนขวาทาหนาทรบแสง หากคอรของเสนใยแกวททาหนาทสงแสงมขนาดเสนผานศนยกลางใหญกวาขนาดคอรของเสนใยแกวทรบแสงดงรปท 7.3(ก) แสงบางสวนจะเดนทางเขาสแคลดดงของเสนใยแกวทรบแสง ทาใหสญเสยสญญาณไป แตถาขนาดคอรของเสนใยแกวเสนสงมขนาดเลกกวา(หรอเทากบ)คอรของเสนใยแกวทรบแสงดงรปท 7.3(ข) กาลงงานแสงกสามารถสงผานกนระหวางคอรไดหมดทาใหไมเกดการสญเสยสญญาณ ทงน เราสามารถคานวณหาคาการสญเสยสญญาณทเกดการความไมสมพงศของคอร (diameter mismatch) นไดตามสมการ

2

10log R

E

alossa

=

dB เมอ E Ra a> (7.1ก)

0loss = dB เมอ E Ra a≤ (7.1ข)

โดยท aE เปนคารศมของคอรของเสนใยแกวททาหนาทสงแสง (Emitting Fiber) aR เปนคารศมของคอรของเสนใยแกวททาหนาทรบแสง (Receiving

Fiber)



231

2) การสญเสยสญญาณทเกดจากคา NA ไมเทากน (Numerical Aperture Mismatch) หากเสนใยแกวททาหนาทสงแสงมคา NA นอยกวาเสนใยแกวททาหนาทรบแสง จะไมเกดการสญเสยสญญาณตรงจดเชอมตอ แตถาคา NA ของเสนใยแกวทสงแสงมคามากกวาเสนทรบแสง จะเกดการสญเสยสญญาณขน เนองจากชองรบสงแสง (กรวยเสมอน) ทสมพนธกบคา NA มขนาดไมเทากน เสมอนวาทอสงแสงมขนาดใหญกวาทอรบแสง จงทาใหเกดการสญเสยสญญาณขน ในการคานวณหาคาการสญเสยสญญาณทเกดการความไมสมพงศของคา NA (NA mismatch) หาไดจากสมการ

2

10log R

E

NAlossNA

=

dB เมอ E RNA NA> (7.2ก)

0loss = dB เมอ E RNA NA≤ (7.2ข)

โดยท NAE เปนคา NA ของเสนใยแกวททาหนาทสงแสง (Emitting Fiber) และ NAR เปนคา NA ของเสนใยแกวททาหนาทรบแสง (Receiving Fiber)

3) การสญเสยสญญาณทเกดจากพารามเตอรทกาหนดรปรางของกราฟทแสดง

คาดรรชนหกเหไมเทากน (Index Profile Mismatch) โดยคาพารามเตอรทกลาวถงกคอคาของตวเลขยกกาลง (power-law) หรอคาของ α ตามสมการท (2.13) นนเอง การคานวณหาคาการสญเสยสญญาณทเกดการความไมสมพงศกนของคา α ของเสนใยแกวทนามาเชอมตอกน หาไดจากสมการ

( )( )

210log

2R E

E R

lossα αα α + = +

dB เมอ E Rα α> (7.3ก)

0loss = dB เมอ E RNA NA≤ (7.3ข)

โดยท αE เปนคาพารามเตอรทแสดงกราฟดรรชนหกเหของเสนใยแกวททาหนาท

บทท 7


232

สงแสง และ αR เปนคาพารามเตอรทแสดงกราฟดรรชนหกเหของเสนใยแกวททาหนาท

รบแสง ในปจจบน เทคโนโลยการผลตเสนใยแกวไดรบการพฒนาไปเปนอยางมาก ทาใหโครงสรางทางกายภาพของเสนใยแกวทผลตขนมาทงเสน มคาความผดพลาดในตาแหนงตาง ๆ นอยมาก ทาใหคาการสญเสยสญญาณทเกดจากโครงสรางทางกายภาพมคานอยมากหรอแทบไมมเลย หากทาการเชอมตอเสนใยแกวทเปนชนดเดยวกน ตวอยางท 7.1 เสนใยแกวในระบบสายสงเกดชารดแตกหก ตองทาการเชอมตอดวยวธการสไปลซแบบหลอม (fusion splice) ถาขนาดเสนผานศนยกลางของคอรเทากบ 50 + 1 um และมคา NA เทากบ 0.21 + 0.005 จงคานวณหาคาการสญเสยสญญาณทเปนไปได ณ จดเชอมตอน ในกรณทดทสดและแยทสด เมอคะนงถงการสญเสยสญญาณแบบ Fiber-related loss เทานน วธทา พจารณาขนาดเสนผานศนยกลางของคอรของเสนใยแกวทเปนไป ณ ตาแหนงตาง ๆ จะม

คาอยในชวง 50-1 um ≤ 2a ≤ 50+1 um 1) พจารณากรณของ diameter mismatch โอกาสททาใหไดจดเชอมตอทดทสด จะเกดขนเมอ เสนใยแกวเสนสง มขนาดเสนผาน

ศนยกลางนอยกวาหรอเทากบขนาดของเสนรบ อนจะทาให loss = 0 dB สาหรบโอกาสททาใหไดจดเชอมตอทเลวทสด จะเกดขนเมอเสนใยแกวเสนสงมขนาดเสน

ผานศนยกลาง 51 um และเสนรบมขนาดเสนผานศนยกลาง 49 um ดงนน จะได

347.02/512/49log10

2

−=

=loss dB

2) พจารณากรณของ NA mismatch เสนใยแกวจะมคา NA ณ ตาแหนงตาง ๆ อยในชวง 0.21-0.005 ≤ NA ≤ 0.21+0.005 โอกาสททาใหไดจดเชอมตอทดทสด จะเกดขนเมอ เสนใยแกวเสนสงมคา NA นอยกวา

หรอเทากบขนาดของเสนรบ อนจะทาให loss = 0 dB สาหรบโอกาสททาใหไดจดเชอมตอทเลวทสด จะเกดขนเมอเสนใยแกวเสนสงมคา NA

เทากบ 0.215 และเสนรบมคา NA เทากบ 0.205 ดงนน จะไดคาการสญเสย



233

414.0215.0205.0log10

2

−=

=loss dB

ดงนน คาการสญเสยสญญาณทจดเชอมตอน ในกรณทดทสด จะมคาการสญเสยสญญาณเทากบ 0 dB และในกรณทแยทสด จะมคาการสญเสยสญญาณ –(0.347+0.414) = -0.764 dB ตอบ 7.2.2 การสญเสยสญญาณทเกดจากลกษณะการเชอมตอ

(Technical-Related Loss) สาเหตสาคญททาใหเกดการสญเสยสญญาณเมอมการเชอมตอเสนใยแกว มกเกดจากทกษะความชานาญของผปฏบตเอง ทงนเนองจากเสนใยแกวมขนาดเสนผานศนยกลางเลกมาก แมวาในการเชอมตอจะใชเครองมอทมคณภาพดเหมอนกน ผเชอมทมทกษะประสบการณและความชานาญสงกวา จะทาการเชอมตอเสนใยแกว (โดยเฉพาะวธการสไปลซ) ไดดกวา (เกดการสญเสยสญญาณตากวา) ผทมทกษะตา เนองจากผทมทกษะสง จะสามารถจดลกษณะการเรยงกนของเสนใยแกวไดดกวา อยางไรกตาม ลกษณะของการสญเสยสญญาณทเกดจากลกษณะการเชอมตอน พอจาแนกออกไดเปน 1) การเหลอมกนของแนวแกนกลาง (Lateral Displacement) หรอทนยมเรยกกน

สน ๆ วา ออฟเซต (offest) ดงแสดงในรปท 7.7 การเหลอมกนของแนวแกนกลางเสนใยแกวน ทาใหพนทหนาตดบางสวนของคอรของเสนใยแกวทสงแสงอยในแนวเดยวกบแคลดดงของเสนใยแกวทรบแสง ทาใหแสงบางสวนเกดการสญเสยไปในแคลดดงได

รปท 7.7 การจดวางเสนใยแกวในลกษณะททาใหแนวแกนกลางเหลอมกน

d

d

บทท 7


234

คาการสญเสยสญญาณทเกดขนในกรณของออฟเซตน สามารถคานวณไดจากสมการ

10log 12dlossa

= −

dB (7.7)

เมอ d เรยกวาระยะออฟเซตซงเปนระยะหางระหวางแนวแกนกลางของเสนใยแกวทนามาเชอมตอกน และ a เปนคารศมของคอรของเสนใยแกว

2) การแยกกนของปลายสมผส (Longitudinal Separation) เปนลกษณะการจด

วางปลายเสนใยแกวทนามาเชอมตอกน ใหมชองวางเกดขนระหวางปลายหนาตดของเสนใยแกวทงสอง ดงแสดงในรปท 7.5 ซงชองวางนอาจเกดจากความตงใจหรอไมตงใจกได ทาใหกาลงงานแสงบางสวนกระเจงออกนอกเสนใยแกวได อนจะกอใหเกดการสญเสยสญญาณในทสด

รปท 7.5 การเชอมตอเสนใยแกวทมชองวางเกดขนตรงจดเชอมตอ คาการสญเสยสญญาณทเกดขนในกรณของการแยกกนของปลายสมผสน

สามารถคานวณไดจากสมการ

2

10logtan c

alossa S θ

= +

dB (7.5)

โดยท S เปนระยะหางระหวางหนาสมผสทงสองของเสนใยแกวทแยกหางกนตรง

จดเชอมตอ

S



235

a เปนคารศมของคอรของเสนใยแกว และ

= −

1

21cosnn

cθ เมอ n1 และ n2 เปนคาดรรชนหกเหของคอรและแคลดดง

ตามลาดบ 3) การเกดมมเอยงในแนวแกนกลางเสนใยแกว (Angular isalignment หรอ

Tilt) เปนลกษณะการตอเชอมเสนใยแกวสองเสน ทมไดถกจดใหอยในแนวเสนตรง แตเกดเปนมมเอยงกบแนวแกนกลางของเสนใยแกว ดงแสดงในรปท 7.6

รปท 7.6 การเกดมมเอยงในการเชอมตอเสนใยแกวสองเสน

คาการสญเสยสญญาณทเกดขนในกรณของการเกดมมเอยงในแนวแกนกลางของเสนใยแกว สามารถคานวณไดจากสมการ

−=

c

lossθθ

21log10 dB (7.6)

โดยท θ เปนมมเอยงทเกดขนจากการเชอมตอเสนใยแกว และ

= −

1

21cosnn

cθ เมอ n1 และ n2 เปนคาดรรชนหกเหของคอรและของแคลด

ดงตามลาดบ 7.3 เทคนคการเชอมตอเสนใยแกว

θ

θ

บทท 7


236

ในทางปฏบต เทคนคทใชในการเชอมตอเสนใยแกวอาจกระทาไดสองวธ ไดแก การสไปลซ (Splice) และ การตอชนและยดปลายเสนใยแกวดวย คอนเนกเตอร (Connector)

7.3.1 การเชอมตอดวยวธสไปลซ (Splice) สไปลซ (Splice) เปนเทคนคการเชอมตอเสนใยแกวแบบถาวร แบงออกไดเปน 2 วธ ไดแก การสไปลซแบบหลอมหรอฟวชนสไปลซ (Fusion Splice) และ การสไปลซเชงกลหรอแมคคานคอลสไปลซ (Mechanical Splice) 1) การสไปลซแบบหลอมหรอฟวชนสไปลซ (Fusion Splice) การสไปลซแบบหลอมหรอฟวชนสไปลซ (Fusion Splice) เปนการเชอมตอปลายเสนใยแกวสองเสนดวยการหลอหลอมดวยความรอน ใหวสดทใชทาเสนใยแกวกลายเปนเนอเดยวกน เนองจากเสนใยแกวมาตรฐานทใชในระบบสอสารโทรคมนาคมมขนาดเสนผานศนยกลางเลกมากเทากบ 125 ไมครอน การหลอหลอมเสนใยแกวเพอใหสวนของคอรและแคลดดงกลายเปนเนอเดยวกน โดยยงคงสภาพสวนของคอรและแคลดดงแยกออกจากกนเหมอนเดม ตองกระทาดวยความรอนทเหมาะสม นนหมายถงขนาดของอณหภม และเวลาทปอนความรอน ตองมความแนนอน มฉะนนสวนของคอรและแคลดดงอาจหลอมละลายกลายเปนเนอแกวเดยวได เครองมอทใชในกระบวนการเชนนเรยกวาเครองสไปลซหรอสไปลเซอร (Splicer) ในการเชอมตอเสนใยแกวดวยวธฟวชนสไปลซ (ซงตอไปนจะเรยกสน ๆ วาวธ สไปลซ) สงสาคญเปนอนดบแรกทตองคานงถงคอ การเตรยมปลายเสนใยแกวทจะนามาเชอมตอดวยกน ซงสามารถจดแบงออกเปนขนตอนหลกตามลาดบดงน

• Stripping (สตรปปง) เปนการปอกเสนใยแกวใหเหลอเฉพาะสวนของเสนใยแกวเปลอย (bare fiber) คอใหเหลอเฉพาะสวนของแกวทเปนแคลดดงและคอรเทานน สวนของโคดตงและเปลอกหมอนตองกาจดออกใหหมด ในการกาจดเปลอกหมสวนนอกออกมกกระทาไดโดยงาย แตการปอกหรอขดสวนของโคดตงออกตองกระทาดวยความระมดระวง มฉะนนผวโดยรอบเสนใยแกวอาจมรอยขดขวนไปจนถงทาให



237

เสนใยแกวแตกหกได เนองจากผนงชนในของโคดตงจะยดตดกบเนอผวดานนอกของเสนใยแกว เครองมอเฉพาะทใชในการปอกโคดตงเรยกวา สตรปเปอร (Stripper) ซงมลกษณะคลายคมปอกสายไฟ แตถกออกแบบมาสาหรบใชกบเสนใยแกวเทานน

• Cleaning (คลนนง) เปนการทาความสะอาดปลายเสนใยแกวเปลอย ดวยการใชกระดาษทชชชนดไมมขยชบแอลกอฮอล แลวเชดปลายเสนใยแกวในลกษณะเชดถทางเดยวไปทางตอนปลายประมาณ 3-5 ครง ทงนปลายเสนใยแกวทถกทาความสะอาดแลว จะตองปราศจากการจบตองดวยมอ เพราะปลายนวมอมคราบนามนทอาจทาใหปลายเสนใยแกวสกปรกได

• Cleaving (คลฟวง) เปนการตดปลายเสนใยแกว เพอใหระนาบหนาตดเสนใยแกวมความเรยบและทสาคญตองตงฉากหรอทามมกบแนวแกนกลางของเสนใยแกวตามตองการ เนองจากเสนใยแกวททามาจากแกว จะมเนอวสดทมความแขงมาก ใบมดทใชตดแกวจงตองเปนใบมดพเศษ สาหรบหลกการตดปลายเสนใยแกว จะทาการสรางรอยบากเลก ๆ ขนทผวดานนอกของเสนใยแกว จากนนจะใชแรงกดปลายเสนใยแกวใหโคงงอ ในขณะทอกดานหนงของรอยบากจะถกยดไวอยางมนคง เมอเสนใยแกวโคงงอมาก ๆ รอยบากทสรางขนจะแตกแยกออกโดยงาย ทาใหเสนใยแกวแยกขาดออกจากกน ในขณะเดยวกนรอยตดทแยกจากกนกจะมผวเรยบดวย (ใหลองนกภาพตอนตดกระจกธรรมดา ทตองสรางรอยขดเลก ๆ แลวออกแรงกดกระจกใหแยกออกจากกน) เนองจากการตดปลายเสนใยแกวมความสาคญมาก จงมกมความจาเปนทจะตองใชเครองมอเฉพาะทเรยกวา คลฟเวอร (Cleaver)

ในการหลอมเสนใยแกวทเชอมตอกนดวยวธสไปลซ จะนาปลายเสนใยแกวทเตรยมปลายแลวมาจบยดวางไวใกลกนใหหางกนประมาณ 2-5 มลลเมตร โดยจะตองจดวางใหอยในแนวเสนตรงเดยวกน (เพอแกปญหาเอยง) หากไมอยในแนวทมแกนกลางตรงกน กตองทาการปรบตาแหนงใหตรงกนเพอปองกนการเกดออฟเซต ซงเครองสไปลเซอรในปจจบนสามารถจดตาแหนงเพอแกปญหาออฟเซตไดโดยอตโนมตจนปลายเสนใยแกวทงสองสมผสตดกนพอด (เพอแกปญหาการแยกกน) จากนนกจะทาการใหความรอน โดยทวไปเครองสไปลเซอรมกใชเขมโลหะขนาดเลกสองอนจดวาง

บทท 7


238

ในลกษณะตงฉากกบแนวเสนใยแกวในชวงรอยตอของเสนใยแกวพอด โดยจดวางใหหางกนประมาณ 3-5 มลลเมตร เขมโลหะนจะทาหนาทเปนอเลกโตรด เมอปอนสญญาณไฟฟาใหกบอเลกโตรด จะเกดความตางศกยระหวางขวอเลกโตรดทงสองทาใหเกดประจไฟฟากระโดดจากขวหนงไปสอกขวหนงในลกษณะของการเกดสปารก (spark) ทาใหเกดความรอนสงในบรเวณนซงเปนตาแหนงทตองการเชอมตอเสนใยแกวพอด ในครงแรกททาการใหความรอน(จากขวอเลกโตรดไฟฟา)จะกระทาเพยงชวงเวลาสน ๆ เพอตองการทาความสะอาดปลายเสนใยแกวทนามาเชอมตอกนเสยกอน ขนตอนนเรยกวาการพรฟวชน (prefusion) จากนนจะทาการตรวจสอบและจดปลายเสนใยแกวทงสองอกครงหนง เพอใหแนใจวาเสนใยแกวทนามาเชอมตออยในแนวแกนกลางเดยวกนพอด เมอแนใจดแลว กจะทาการใหความรอนจากขวอเลกโตรด ในครงนขนาดของอณหภม (กาหนดจากคาความตางศกยทางไฟฟาระหวางอเลกโตรด) และระยะเวลาทใหความรอน ตองมคาทเหมาะสมเพอทาใหสวนของคอรและแคลดดงของเสนใยแกวทงสองหลอหลอมเปนเนอเดยวกนไดพอด เมอเสนใยแกวถกเชอมตอโดยการหลอหลอมเปนเนอเดยวกนแลว จะทาการหอหมเสนใยแกวในบรเวณเชอมตอซงเปนเสนใยแกวเปลอยดวยอปกรณทเรยกวา สลฟ (Sleeve) ซงมลกษณะคลายทอโลหะหรอวสดแขง เพอทาใหจดเชอมตอเสนใยแกวมความแขงแรง สามารถทนแรงจบและแรงกระแทกเบา ๆ ได

รปท 7.7 ขนตอนการหลอมปลายเสนใยแกวเชอมตอดวยวธสไปลซ

เรมตนจดวางเสนใยแกวบนรองยดรปตวว

เลอนระยะหางใหเขาใกลกน และอยแนว

ใหความรอนเพอทาความสะอาดปลาย

เลอนระยะหางและจดหนาสมผสใหพอด

ใหความรอนเพอหลอมละลายเสนใยแกว

เสนใยแกวทถกเชอมตอดวยวธสไปลซแลว



239

1.1) เทคนคการจดเรยงแนวแกนกลางเสนใยแกว (Optical Fiber Alignment Techniques)

เทคนคการจดเรยงแกนกลางของเสนใยแกวทใชในเครองสะไปลเชอร สวนใหญม 2 วธ ไดแก วธ LID (Local injection and Detection) และวธ PAS (Profile Alignment System)

• LID (Local Injection and Detection) เปนเทคนคการสงแสงเขาไปในเสนใยแกวผานทางผนงรอบเสนใยแกว โดยการทาใหเสนใยแกวมลกษณะโคงงอ ดวยคารศมความโคงทเพยงพอ ทจะทาใหแสงทตกกระทบผวหรอผนงรอบเสนใยแกวจากดานนอก สามารถทะลผานเขาไปในแคลดดง แลวผานสคอรของเสนใยแกวได ดงแสดงในรปท 7.8 (ก) แสงทเขาสเสนใยแกวในลกษณะเชนนจะมคากาลงงานไมมากนก แตกเพยงพอในกระบวนการจดแนว แสงทเขาสเสนใยแกวเสนหนง จะเดนทางไปเขาสเสนใยแกวอกเสนหนงตรงจดชอมตอ โดยเสนใยแกวทนาเชอมตอกจะถกทาใหโคงงอเชนกน เพอทาใหแสงทเดนทางในเสนใยแกวรวไหลผานออกมาดานนอกของเสนใยแกวไดเนองจากปรากฏการณสะทอนกลบหมด (TIR) ไมทางาน แสงทออกมาจากเสนใยแกวเสนทนามาเชอมตอนจะถกวดหาคากาลงงาน เพอแสดงสถานภาพการจดเรยงแนวของเสนใยแกวทงสองเสนทจะเชอมตอกน ซงจะเหนวา หากการจดเรยงแนวทาใหสวนของคอรประกบกนพอด และแกนกลางเสนใยแกว (fiber axis) ทงสองอยในแนวเสนตรงเดยวกน คากาลงงานแสงทวดไดจะตองมคามากทสด เมอเปรยบเทยบกบกาลงงานแสงทวดไดในกรณทการจดเรยงแนวแกนกลางของเสนใยแกวผดเพยนไป เทคนค LID ยงมประโยชนในการประมาณหาคาการสญเสยสญญาณ ทเกดขนจากจดเชอมตอเสนใยแกวนไดอกดวย

• PAS (Profile Alignment System) เปนเทคนคการใชภาพขยายของจดตอทมองเหนในมม 2 มมทตงฉากกน เพอบอกสภาพการจดเรยงแนวแกนกลางเสนใยแกว ดงแสดงในรปท 7.8 (ข) หลกการทางานของเทคนค PAS จะใชกลองวดโอจานวน 2 กลองจบสญญาณภาพของจดเชอมตอในมมทตงฉากกน โดยภาพทไดจะแสดงออกมาบนจอมอนเตอร ทมกตดตงรวมอยเปนสวนหนงของเครองสไปลซซงถาการจดเรยงแนวแกนกลางไมสมบรณ เชน การเหลอมกน การแยกกน และการจดแนวไมเปนเสนตรง เปนตน กจะเหนภาพความบกพรองในการเชอมตอของเสน

บทท 7


240

ใยแกวทงสองไดอยางชดเจน

(ก) (ข)

รปท 7.8 เทคนคการจดเรยงแนวแกนกลางเสนใยแกวสองเสนทนามาเชอมตอกน 2) การสไปลซเชงกลหรอแมคคานคอลสไปลซ (Mechanical Splice)

Fibers to be

apliced

Fiber endsfixed here

V-Groove

Fiber

Coating

Elastic material

(ก) (ข)

รปท 7.9 ตวอยางการเชอมตอเสนใยแกวดวยเทคนคการสไปลซเชงกล การสไปลซเชงกลเปนการนาปลายเสนใยแกวสองเสนมาตอชนกนใหปลายสมผสกนพอด โดยจดเรยงใหเสนใยแกวทงสองมแนวแกนกลางตรงกน ซงอาจทาไดโดยจดวางปลายเสนใยแกวทงสองในรองรปตวว (V-Groove) ดงแสดงในรปท 7.9(ก) หรอใชวธสอดปลายเสนใยแกวเขาไปในทอตรงทมผนงทาดวยวสดทมความยดหยน



241

สามารถรดปลายเสนใยแกวใหอยกบทหลงจากจดปลายแลวกได ดงแสดงในรปท 7.9(ข) จากนน ทาการยดปลายเสนใยแกวทงสองทตอชนกนไหมความแขงแรง โดยทตอนปลายของเสนใยแกวทงสองตองอยในแนวเสนตรงเดยวกนเสมอไมสามารถเคลอนทออกไปจากตาแหนงเดมได เพอทาใหจดตอมความทนทานตอการเปลยนแปลงสภาพแวดลอม และแรงกระทานอย ๆ ทอาจเกดขน แมวาจะเกดการเคลอนไหวทงสวนในการใชงานกตาม 7.3.2 คอนเนกเตอรเสนใยแกว (Fiber Connector)

(ก) เฟอรลมลกษณะทรงกระบอก (ข) ปลายเฟอรลเรยวเลกลงคลายกรวย

รปท 7.10 โครงสรางพนฐานของคอนเนกเตอรในสวนทเปนอะแดปเตอร

เทคนคการเชอมตอปลายเสนใยแกวสองเสนเขาดวยกนแบบไมถาวร สามารถถอดเขาออกไดโดยสะดวก จะใชอปกรณเฉพาะเรยกวา คอนเนกเตอร (Connector) ซงเปนอปกรณทถกออกแบบใหยดตดอยกบปลายเสนใยแกวไปเลย ทาใหปลายเสนใยแกวมความแขงแรงไมโคงงอและมแนวเปนเสนตรง เทคนคในการทาใหเสนใยแกวมความคณสมบตขางตน มกใชการสอดปลายเสนใยแกวเปลอยเขาไปในทอขนาดเลกทเรยกวาเฟอรล (Ferrule) ททาจากวสดทมความแขงแรงสง และคงสภาพเดมอยตลอดเวลาในชวงสภาวะแวดลอมทเปลยนแปลงไปมาในชวตประจาวน (เชน การเปลยนแปลงอณหภมและสภาพความชน เปนตน) ซงวสดดงกลาวอาจไดแก เซรามก เปนตน เฟอรลทมปลายเสนใยแกวสอดอยจะถกยดกบวสดอน เพอประกอบกนเปนโครงสรางของคอนเนกเตอร เมอตองการนาคอนเนกเตอรเสนใยแกวมาตอเชอมกนตองมอปกรณทเรยกวา อะแดปเตอร (Adapter) ทาหนาทจบยดปลายเฟอรลของเสนใยแกวทงสองใหแขงแรง อกทงยงเปนตวททาหนาทจดเรยงแนวแกนกลางของเสนใย

บทท 7


242

แกวทนามาเชอมตอใหตรงกน อกทงควบคมระยะหางหรอหนาสมผสของปลายเสนใยแกว (เฟอรล) ใหเปนไปตามทกาหนดอกดวย โครงสรางพนฐานของอะแดปเตอรแสดงดงรปท 7.10 ซงจะเหนวาในกรณทเฟอรลมลกษณะทรงกระบอก อะแดปเตอรกจะมลกษณะคลายทอกลวงตรงดงแสดงในรปท 7.10(ก) ซงขอเสยของโครงสรางแบบนกคอ แรงดนในแนวแกนกลางของปลายเสนใยแกว (เฟอรล) ดานหนงทมคามากกวาอกดานหนง อาจทาใหตาแหนงสมผสของปลายเสนใยแกวเปลยนแปลงไปจากเดมได อกทงยงอาจสรางความเสยหายใหกบปลายเสนใยแกวทงสองได ถาหากเกดการกระทบกนดวยแรงทมากไป การแกไขปญหาดงกลาวทาไดโดยการออกแบบปลายเฟอรลใหมลกษณะเรยวเลกลงคลายกรวยดงแสดงในรปท 7.7(ข) โครงสรางแบบหลงน ชวยแกไขปญหาการเกดแรงดนทไมเทากน ในแนวแกนกลางของปลายเสนใยแกวทงสองทตดกบเฟอรลได เพราะอะแดปเตอรจะมโครงสรางเรยงคลายกรวยสองใบชนกน ทาใหผนงของอะแดปเตอรรบแรงกระทานแทน นอกจากน โครงสรางแบบนยงชวยใหสามารถควบคมตาแหนงทปลายเสนใยแกวชนตอกนไดอยางแนนอน รวมทงควบคมหนาสมผสของเสนใยแกวได ในเชงเปรยบเทยบอาจกลาวไดวาคอนเนกเตอรเสนใยแกวทาหนาทเสมอนปลกไฟตวผโดยมอะแดปเตอรเสมอนเปนปลกไฟตวเมย โดยปกตการเชอมตอเสนใยแกวชนดโหมดเดยวดวยคอนเนกเตอร ควรมคาการสญเสยสญญาณไมเกน 0.25 dB จงถอวายอมรบไดในทางปฏบต (เวนแตงานบางงาน จะมขอกาหนดเปนอยางอน) 7.3.2.1 การตอชนปลายเสนใยแกวของคอนเนกเตอร

ในการนาปลายเสนใยแกวทสอดไวในเฟอรลของคอนเนกเตอรมาตอชนกน เพอสงผานกาลงงานแสงระหวาง สามารถกระทาได 3 ลกษณะดงน 1) เวนชองวาง (air gap) เปนการจดตอปลายเสนใยแกวแบบงาย ๆ โดยจดวางให

ตรงกนแตไมจาเปนตองสมผสกนพอด ทาใหเกดชองวางอากาศระหวางปลายเสนใยแกว ลกษณะเชนนอาจใชกบคอนเนกเตอรทใชเชอมตอเสนใยแกวชนดโหมดรวม เพราะถงแมวาจะเกดระยะหางขน แตเนองจากเสนใยแกวชนดโหมดรวม มคา NA มาก ทาใหการสญเสยสญญาณเกดขนไมมากนก เมอเทยบกบเสนใยแกวชนดโหมดเดยว โดยปรกตการตอเสนใยแกวลกษณะน จะทาใหเกดคาการสญเสยสญญาณ (insertion loss) ประมาณ 0.5 dB ขอเสยของการตอปลายแบบนกคอ



243

มคาการสญเสยสญญาณยอนกลบ (return loss) ตา นอยกวา 17 dB

2) สมผสกน (Physical Contact) เปนการจดใหปลายเสนใยแกวทนามาตอชนกนสมผสกนพอด โดยคาการสญเสยสญญาณจะมากหรอนอย ขนอยกบความเรยบของพนผวหนาตดทปลายเสนใยแกว จงตองมการขดผวหนาตดใหเรยบ ทาใหบางคนเรยกชอการจดตอปลายเสนใยแกวแบบนวา Polished Contact หรอมกเรยกสน ๆ วาแบบ PC ซงมความหมายไดทง Physical Contact และ Polished Contact หากมการทาใหปลายเสนใยแกวของคอนเนกเตอรมหนาสมผสทเรยบยงขนไปอก จะเรยกเปนแบบ SPC (Super Polished Contact) ซงจะทาใหคาการสญเสยสญญาณ (insertion loss) มคาลดลงไปดวย และถาหากใหปลายเสนใยแกวเรยบมากยงขนไปอกจะเรยกวา UPC (Ultra Polished Contact) การจดปลายเสนใยแกวแบบ PC นยมใชกบเสนใยแกวชนดโหมดเดยว เพราะมขอดคอ มคาการสญเสยสญญาณของคอนเนกเตอร (insertion loss) ตาไมเกน 0.25 dB และมคาการสญเสยสญญาณยอนกลบ (return loss) สงมากกวา 30 dB

3) หนาตดเอยง (Slanted-end face) เปนการจดเตรยมปลายเสนใยแกวในลกษณะทไมตงฉากกบแนวแกนกลางของเสนใยแกว แตจะทามมเอยงไปจากแนวเดมเลกนอย (เชน 8 องศา) ดงรปท 7.11 (ค) โดยคาของมมเอยงขนอยกบความตองการของผใชและวตถประสงคของการใชงาน วตถประสงคททาใหหนาตดปลายเสนใยแกวเปนมมเอยง กเพอทาใหแสงสะทอนกลบตรงปลายเสนใยแกวมคาลดลง ทาใหคาการสญเสยสญญาณยอนกลบ (return loss) มคาสงขน โดยคาการสญเสยสญญาณยอนกลบอาจมคาสงมากกวา 50 dB แตขอเสยกคอ คาการสญเสยสญญาณของคอนเนกเตอร (insertion loss) สง โดยอาจมคามากกวา 0.8 dB อยางไรกตาม แมวาปลายเสนใยแกวจะเปนมมเอยงไมตงฉากกบแกนกลางของเสนใยแกวกตาม เมอนาเสนใยแกวมาตอเชอมกน ตองจดใหแนวแกนกลางอยในแนวเสนตรงเดยวกนเสมอ

(ก) air gap (ข) PC (ค) slanted

รปท 7.11 การจดปลายเสนใยแกวทตอชนกนของคอนเนกเตอร

บทท 7


244

7.3.2.2 คอนเนกเตอรเสนใยแกวชนดตาง ๆ จากหลกการพนฐานทางโครงสรางของคอนเนกเตอรทกลาวมาแลวขางตน ทาใหเกดการพฒนาเปนคอนเนกเตอรชนดตาง ๆ มากมาย โดยคอนเนกเตอรแตละชนดจะมโครงสรางแตกตางกน ขนอยกบวตถประสงคในการใชงาน และแนวความคดของผผลตทออกแบบ ซงตวอยางของคอนเนกเตอรชนดตาง ๆ ทนยมใชกนทวไป มดงน 1) คอนเนกเตอร FC (Fiber Connector หรอ Face Contact) ดงแสดงในรปท

7.12 เปนคอนเนกเตอรทถกออกแบบใหมคาการสญเสยสญญาณตา (Low insertion loss) การยดตดเขากนอะแดปเตอรใชการหมนเกลยว การจดชนปลายเสนใยแกวเปนแบบ PC (Physical Contact หรอ polished contact) ซงหมายถงเสนใยแกวทตอชนกนมหนาตดตงฉากและสมผสกนโดยตรงพอด ดงนน บางครงอาจเรยกชอคอนเนกเตอรชนดนรวมเปนแบบ FC-PC หากมการทาใหปลายเสนใยแกวของคอนเนกเตอรเปนแบบ SPC (Super Polished Contact) คอนเนกเตอรกจะมชอเรยกเปนชนด FC-SPC และถาหากปลายเสนใยแกวเปนแบบ UPC (Ultra Polished Contact) กจะไดคอนเนกเตอรชนด FC-UPC ทงนคอนเนกเตอรทไดกจะมราคาสงขนดวยตามลาดบ แตกจะไดคอนเนกเตอรทมคาการสญเสยสญญาณลดลง นอกจากน ยงมการจดปลายเสนใยแกวใหหนาตดเปนมมเอยง (slanted-end face) เมอนามาตอชนใหสมผสกนพอดจะเรยกเปนแบบ APC (Angular Physical Contact) และถาใชกบคอนเนกเตอรชนด FC กจะเรยกชอรวมเปน FC-APC

รปท 7.12 คอนเนกเตอรชนด FC และอะแดปเตอร



245

2) คอนเนกเตอรชนด ST (Straight Tip) ดงแสดงในรปท 7.13 เปนคอนเนกเตอร

ทถกออกแบบส าหรบการใชงานกบเสนใยแกวชนดโหมดเดยว แกนเฟอรลของคอน

เนกเตอรชนดนจะมขนาดยาว การลอกยดคอนเนกเตอรกบสวนของอะแดปเตอร

จะใชแรงของสปรงดนรองสลกของคอนเนกเตอร ซงมลกษณะคลายกบการยดของ

สายโพรบทใชกบออสซลโลสโคปทวไป ท าใหถอดเขาออกงาย คอนเนกเตอรชนด

ST เหมาะกบการใชงานในระบบสอสารโทรคมนาคม ระบบสอสารขอมล ระบบ

เคเบลทว ระบบแลน (LAN) ระบบเครองมอวดและเครองมอแพทย ระบบควบคม

ในโรงงานอตสาหกรรม และการตอเสนใยแกวเขากบอปกรณทางออปโต

อเลกทรอนกส เชน ตวสงและรบแสง เปนตน

รปท 7.13 คอนเนกเตอรชนด ST และอะแดปเตอร

รปท 7.14 คอนเนกเตอรชนด SC และอะแดปเตอร 3) คอนเนกเตอรชนด SC (Square Connector หรอ Subscriber Connector) ดง

แสดงในรปท 7.14 ถกออกแบบใหมโครงสรางเปนรปสเหลยม มปมเปนสนยาวท า

หนาทปลดลอกเมอเกดการเลอนต าแหนง ท าใหถอดเขาออกงาย เหมาะกบกบการ

ใชงานในระบบสอสารโทรคมนาคม ระบบเคเบลทว ระบบโครงขายแบบ FTTH

บทท 7


246

(Fiber to the home) โครงขายประมวลสญญาณ ระบบแลน (LAN) และการตอเชอมเสนใยแกวกบอปกรณทางออปโตอเลกทรอนกส เชน ตวสงและรบแสง

เปนตน 4) คอนเนกเตอรชนด FDDI (Fiber Distributed Digital Interface) ดงแสดงใน

รปท 7.15 เปนคอนเนกเตอรส าหรบใชกบเสนใยแกวชนดคทใชกนอยในระบบ

แลน (LAN) โดยเฉพาะ โดยขอมลแสงจะเดนทางตรงขามกนในเสนใยแกวทงสอง

ระบบ LAN แบบ FDDI สามารถสงขอมลดวยอตราเรวสงสด 100 Mbaud

รปท 7.15 คอนเนกเตอรชนด FDDI

5) คอนเนกเตอรชนด MT-RJ ดงแสดงในรปท 7.16 เปนคอนเนกเตอรขนาดเลกถกคดคนและออกแบบโดยบรษท NTT ของญปน ส าหรบการใชงานในระบบ

LAN ทมเสนหลายเสน โดยพฒนามาจากคอนเนกเตอรของระบบสายโทรศพทท

เปนสายทองแดง ชนด RJ (Regular Jack) ทนยมใชกนทวไป สวนค าวา MT ยอมาจาก Multi-Fiber Ferrule Technology

รปท 7.16 คอนเนกเตอรชนด MT-RJ และอะแดปเตอร



247

6) คอนเนกเตอรชนด SMA เปนคอนเนกเตอรเสนใยแกวชนดแรกทไดรบการ

พฒนาขนมาใหใชงานไดอยางจรงจงโดยหนวยงานของทหาร โดยไดรบการพฒนา

มาจากคอนเนกเตอรทางไฟฟาทใชกบสายสงความถสง แกนเฟอรลท าดวยเซรา

มกหรอสแตนเลสสตล (stainless steel) เหมาะกบการใชงานสอสารขอมลท

มอตราเรวขอมลต า การลอกยดคอนเนกเตอร ใชวธการหมนเกลยว

7) คอนเนกเตอรชนด Biconic เปนคอนเนกเตอรขนาดเลก เฟอรลทมลกษณะเรยวเลกลงตอนปลายชวยใหมคา insertion loss ต า แตกมคา return loss ต าดวย

8) คอนเนกเตอรชนด D4 เปนคอนเนกเตอรทใชการยดแบบหมนเกลยว โดยมพนท

ครอบคลมสวนของเฟอรลเกอบทงหมด อกทงยงมเดอยสอดเพอจดหนาสมผสเสน

ใยแกวใหคงท โครงสรางโดยรวมถกออกแบบใหมความแขงแรงในการจบยด ท าให

มเสถยรภาพในการใชงานสง มคา insertion loss ต า แตกมคา return loss ต า

ดวย เหมาะกบการใชงานเสนใยแกวทงชนดโหมดเดยวและโหมดรวม

9) คอนเนกเตอรชนดอน นอกจากคอนเนกเตอรทไดกลาวมาแลวขางตน ยงมคอน

เนกเตอรชนดอน ๆ อกมากตามทแตละบรษทผผลตตางคดคนขนมา เชน คอน

เนกเตอรชนด D7 และ คอนเนกเตอรชนด VF-75th ซงเปนทรพยสนทางปญญา

ของ บรษท 3M ใชกบระบบเสนใยแกวแบบค เชนในระบบ LAN ทขอมลมทศทางสวนกน

ในบางครงเสนใยแกวทน ามาตอเชอมโยงกน อาจมปลายทใชคอนเนกเตอรตาง

ชนดกน จงจ าเปนตองใชอะแดปเตอรพเศษทแตละดานถกออกแบบใหใชกบคอนเนก

เตอรตางชนดกน ดงแสดงในรปท 7.17

(ก) FC to ST adapter (ข) SC to ST adapter รปท 7.17 อะแดปเตอรส าหรบคอนเนกเตอรเสนใยแกวทตางชนดกน

บทท 7


248

7.4 การจดเกบจดตอแบบฟวชนสไปลซของสายเคเบล

ใยแกว ในระบบสายสงของโครงขายสอสารโทรคมนาคม ทมเคเบลใยแกวเปนสาย

เชอมโยงระหวางสถาน เมอสายเคเบลขาด มกใชวธการสไปลซแบบหลอม (Fusion

Splice) เพอเชอมตอเสนใยแกวทอยในสายเคเบลเขาดวยกน ในทางปฏบตสายเคเบลหนงเสน มกประกอบดวยเสนใยแกวเปนจ านวนมากมายหลายเสนอยภายใน (บางท

มากถง 177 เสน) ท าใหต าแหนงสายเคเบลขาดแตละต าแหนง จะมจดเชอมตอเสนใย

แกวหลายจดตามจ านวนเสนใยแกวดวย จงตองมการออกแบบวธการจดเกบจด

ตอเชอมของเสนใยแกวทงหลายใหเปนระเบยบและมความแขงแรงทนทานตอการใช

งาน อปกรณทใชในการจดเกบเสนใยแกวทถกท าการสไปลซแลว มชอเรยกวา โคลส

เชอร (Closure) ซงโดยทวไปเอนโคลสเชอรมลกษณะเปนกลองเพอหอหมจดสไปลซ โดยภายในเอนโคลสเชอรมชองส าหรบสอดยดสลฟ (sleeve) ทเปนจดตอของเสนใยแกวอยางเปนระเบยบ อกทงยงมพนทภายในเพยงพอทจะมวนเกบสวนของเสนใยแกวท

ปอกเปลอกหมของสายเคเบลออกแลว ตวอยางของเอนโคลสเชอรแบบตาง ๆ แสดงดง

รปท 7.18

รปท 7.18 ตวอยางของโคลสเชอรทใชจดเกบเสนใยแกวทตอเชอมกนแลว



249

7.5 การจดเกบปลายสายเคเบลเสนใยแกว ในระบบสายสงทใชสายเคเบลเสนใยแกว มกจะมเสนใยแกวหลายเสนบรรจอย

ภายในสายเคเบลเสนเดยว ทตนทางและปลายทางของระบบสายสง จะตองมการ

จดแยกการตอเชอมเสนใยแกวแตละเสนไปตามสภาพการใชงานทตางกน เสนใยแกว

บางเสนอาจเขากบเสนใยแกวอนภายในอาคาร บางเสนอาจตอเขากบอปกรณทางออป

โตอเลกทรอนกส ดงนนจงตองมการจดเตรยมปลายเสนใยแกวทงหลายไวกบอปกรณท

เรยกวา MDF (Main Distribution Frame) โดยในระบบเสนใยแกว อาจมชอเรยกเฉพาะวา Termination Box ซงมลกษณะเปนตภายในอาคาร ดานในบรรจเสนใยแกวทออกจากสายเคเบลอยางเปนอยางเปนระเบยบ โดยทวไป ปลายเสนใยแกวมกมการ

เขาหวดวยคอนเนกเตอรชนดตาง ๆ โดยในสายเคเบล 1 เสน อาจมการเขาหวเสนใย

แกวดวยคอนเนกเตอรตางชนดกนกได คอนเนกเตอรเหลานจะถกตดยดเขากบผนง

ดานหนาของ Termination Box เพอใชเปนจดตอเขากบอปกรณอนตอไป ตวอยางของ Termination Box แสดงดงรปท 7.19

รปท 7.19 ตวอยางของ Termination Box ทใชเปน MDF (Main Distribution Frame)

บทท 7


250


1. ในทางปฏบต จดเชอมตอเสนใยแกวดวยวธฟวชนสไปลซ ควรมคาการสญเสย

สญญาณ (loss) ไมเกนเทาไร (0.05 dB)

2. ขอควรค านงในการเชอมตอเสนใยแกวมอะไรบาง

3. จงเปรยบเทยบขอดขอดอย ระหวางการเชอมตอเสนใยแกวดวยวธสไปลซ กบการใช

คอนเนกเตอร

4. อธบายความแตกตางระหวาง fusion splice กบ mechanical splice

5. จดเชอมตอเสนใยแกวมแสงเขา 150 mw วดคา insertion loss ไดเทากบ 0.15

dB โดยมคา return loss เทากบ -35 dB จงค านวณหาคาความเขมแสงทออกจาก

จดเชอมตอ และคาความเขมแสงทสะทอนกลบทมความเขมแสง 10 dBm เดน

ทางเขาสเสนใยแกวยาว 10 กโลเมตร โดยกงกลางเสนใยแกว มจดเชอมตอทท าให

มแสงออกจากจดเชอมตอเทากบ 98.5% ของความเขมแสงขาเขาจดเชอมตอ ถา

เสนใยแกวมคาการลดทอนสญญาณเปน 0.2 dB/km จงค านวณหาคาความเขม

แสงทสงออกจากเสนใยแกวทปลายทางในหนวยของวตตและ dBm

6. การสญเสยสญญาณ ณ จดเชอมตอเสนใยแกว เกดขนไดอยางไร

7. อธบายความหมายของ PC, SPC, UPC, และ APC

8. การสญเสยสญญาณของจดเชอมตอ มผลกระทบตอคาบตเรตทสอสารอยในระบบ

สายสงหรอไม เพราะเหตใด

9. เสนใยแกวชนด SI-MM 50/125 แตกหก ตองท าการเชอมตอดวยวธ fusion

splice โดยมขอบกพรองในการเชอมตอเปนดงน offset = 6 um, angular

misalignment = 4o, separation = 10 um จงค านวณหาคาการสญเสยสญญาณ

ทเกดขน ณ จดเชอมตอน ก าหนดใหเสนใยแกวมคา NA=0.25 และคาดรรชนหก

เหของคอรเทากบ 1.479 (ตอบ 2.13 dB)

10. ระบบสายสงดวยเสนใยแกวใชเชอมโยงระหวางสถานทมระยะหาง 15 กโลเมตร

โดยมจดเชอมตอเสนใยแกวในทก ๆ ระยะ 1 กโลเมตร แตละจดเชอมตอมคาการ

ลดทอนสญญาณเทากนคอ 0.23 dB หากเสนใยแกวมคาการลดทอนสญญาณ 0.5

dB/km จงค านวณหาคาความเขมแสงทเปลงออกจากแหลงก าเนดแสง ทท าใหคา

ความเขมแสงขาออกทสถานรบมคาเทากบ 0.2 uW ก าหนดใหคาประสทธภาพ

การสงผานก าลงงานทขาเขาเทากบ 90%



251

เอกสารอางอง

[1] A. W. Snyder and J. D. Love, Optical Waveguide Theory, Chapman & Hall, 1991.

[2] M. Koshiba, Optical Waveguide Analysis in Advanced Science and Technology

Series, McGraw-Hill, Inc., ch. 3, 1992.

[3] P. Yeh, Optical Waves in Layered Media, John Wiley & Sons, 1991.

[7] J. M. Senior, Optical Fiber Communications Principles and Practice, 2nd

edn.,

Prentice Hall, ch. 2, 1992.

[5] G. Keiser, Optical Fiber Communications, 2nd

edn., McGraw-Hill, ch. 2, 1991.

[6] D. L. Lee, Electromagnetic Principles of Integrated Optics, John Wiley & Sons,

1986.

บทท 7


252

การวดพารามเตอรเสนใยแกว


253

บทท 8

การวดพารามเตอร เสนใยแกว

บทท 8


254

ในการวดพารามเตอรทสาคญของเสนใยแกว มกมการกาหนดรปแบบและวธการมาตรฐานโดยองคกรสากลตาง ๆ เชน สหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศ หรอ ITU (International Telecommunication Union) หรอทหลายคนรจกกนดในชอของ CCITT เปนตน แตมาตรฐานและรปแบบการวดทนยมใชกนอยางแพรหลาย ถกกาหนดโดย สมาคมอตสาหกรรมอเลกทรอนกสของอเมรกา หรอทเรยกยอ ๆ วา EIA (Electronics Industries Association) ซงไดตพมพวธการทดสอบเสนใยแกวในลกษณะตาง ๆ มากกวา 200 วธ โดยใชชอวา Fiber Optic Test Procedures หรอเรยกโดยยอวา FOTP เชน FOTP-78 แสดงรายละเอยดการวดหาคาการลดทอนสญญาณแสงในเสนใยแกวชนดโหมดเดยวดวยวธคทแบค (cutback) และ FOTP-58 แสดงการทดลองวดขนาดเสนผานศนยกลางของคอรของเสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซ เปนตน เพอเปนการปพนฐานใหเกดความเขาใจในการวดหาพารามเตอรทสาคญของเสนใยแกว ในบทนจะกลาวถงเทคนคและวธการบางประการทนาสนใจ ซงสามารถนาไปทดลองปฏบตไดจรง 8.1 อปกรณและเครองมอทจาเปน โดยสวนใหญ การวดพารามเตอรของเสนใยแกวมกกระทาในหองปฏบตการ แตกมไดหมายความวา เสนใยแกวทผานการตดตงเรยบรอยแลวในขายสายตอนนอก จะไมสามารถตรวจสอบไดเลย สาหรบเครองมอและอปกรณทมกจาเปนตองใช ในการทดสอบภายในหองปฏบตการ อาจประกอบดวยสงสาคญดงตอไปน 1. แหลงกาเนดแสง : แหลงกาเนดแสงทใชอาจเปนแอลอด เลเซอรไดโอด หรอ

เครองเลเซอร เปนตน แหลงกาเนดแสงทใชควรเปลงแสงออกมาเฉพาะชวงความยาวคลนทตองการ เชน แสงทมคาความยาวคลนประมาณ 632 นาโนเมตร จะเปนแสงสแดงทตาคนสามารถมองเหนได จงมกใชกบการทดลองหรอทดสอบทตองการสงเกตพฤตกรรมและลกษณะของแสงดวยตาเปลา สาหรบแสงทใชในการทดสอบเงอนไขทเกยวของกบระบบสอสาร จะใชในชวงของความยาวคลน 1.33 และ 1.55 ไมโครเมตร นอกจากน ควรมแหลงกาเนดแสงสขาว ทรวมสเปกตรมของแสงไวทกคาความยาวคลน (เชน ระหวาง 600 ถง 1600 นาโนเมตร) ซงถาหากไมตองการ



255

สงซอจากบรษททมราคาแพง อาจดดแปลงใชหลอดฮาโลเจนทใชทาโคมไฟราคาเพยงหลอดละไมกรอยบาท กสามารถนามาใชไดเปนอยางด ขนาดความเขมแสงของแหลงกาเนดแสงกควรใหความสนใจ ถาเปนแอลอดหรอเลเซอรไดโอด อาจมความเขมแสงในหนวยของมลลวตต กถอวาเพยงพอสาหรบงานวดพนฐานทวไป

2. โฟโตดเทกเตอร (Photodetector) : โฟโตดเทคเตอรแตละรนแตละเบอร อาจมผลตอบสนองตอแสงทตางกน เชนบางเบอรอาจใหคาของกระแสไหลเมอแสงตกระทบมากกวา แมวาจะใชกบแสงแบบเดยวกนกตาม รวมทงผลการตอบสนองตอแสงอาจมคาไมเทากน เมอใชวดแสงทมความยาวคลนแตกตางกน การเลอกใชโฟโตดเทคเตอรทเหมาะสมจงขนกบความยาวคลนแสงทเกยวของในงาน เพอความสะดวกอาจเลอกใชโฟโตดเทคเตอรทมชวงทางานกวางๆ เชน โฟโตไดโอดชนดซลกอน จะมผลตอบสนองอยระหวาง 600 – 1100 นาโนเมตร และชนดเยอมนเนยม จะมผลตอบสนองอยระหวาง 1000 – 1600 นาโนเมตร ซงทงสองชนดถอวาครอบคลมทกยานของความยาวคลนแสงทใชกบเสนใยแกวในทางปฏบตแลว

3. มเตอรวดความเขมแสง (OPM: Optical Power Meter) : มเตอรวดความเขมแสงถอเปนเครองมอทสาคญอยางหนง ปจจบนเครองมอชนดนมขนาดเลกคลายมเตอรทางไฟฟา สามารถพกพาไดสะดวก เหมาะสาหรบการใชงานทงในหองปฏบตการและงานภาคสนาม มเตอรวดความเขมแสงบางรนตองคอยเปลยนโฟโตดเทคเตอรใหเหมาะสมกบคาความยาวคลนแสงทจะวด แตบางรนทาไดโดยการปรบสวตซเลอกชวงความยาวคลนทตองการวดเทานน ซงถอวาสะดวกมาก การแสดงคาของความเขมแสง อาจแสดงไดทงในเทอมของวตต (เชน มลลวตต นาโนวตต) และในเทอมของ dBm ซงมประโยชนในการคดคานวณคาการสญเสยสญญาณในระบบททาการตรวจสอบอย

4. ออสซลโลสโคป (Oscilloscope) : การใชออสซลโลสโคปมกใชกบอปกรณประเภทออปโตอเลกทรอนกสเพอแสดงสญญาณไฟฟาทตองการวด โดยมากมกใชรวมกบวงจรรบแสงหรอโฟโตดเทกเตอร เพอตรวจดคาความเขมแสง หรอ รปแบบของสญญาณแสงท วดไดในรปของสญญาณไฟฟา ทปรากฏอยบนหนาจอออสซลโลสโคป

5. เครองมอและอปกรณทดลองดานแสง (Optical Accessories) : เครองมอและอปกรณทดลองดานแสงถอเปนสงจาเปนในหองปฏบตการ เพราะชวยใหเรา

บทท 8


256

สามารถจดรปแบบของการทดลองในลกษณะทตองการได ตวอยางของอปกรณประเภทนไดแก

• Optical Bench มกทาดวยโลหะมลกษณะเปนพนระนาบเรยบมหลายขนาด โดยจะเจาะรเกลยวเปนตารางบนแผน เพอใชสาหรบขนสกรยดอปกรณตางๆ ใหมความแขงแรง Optical Bench อาจจดวางบนโตะทถกออกแบบใหปราศจากแรงกระทาใด ๆ จากสภาพแวดลอม หรออาจมลกษณะเปนแผนระนาบธรรมดา โดยบางบรษทผคาอาจเรยกชออปกรณตวนวา Optical Breadboard ซงมกมราคาถกกวา

รปท 8.1 ตวอยางภาพของอปกรณทดลองทางแสงบน optical bench

• Micropositioner (ไมโครโพซชนเนอร) หรอ อปกรณปรบตาแหนงแบบละเอยด อาจมทงลกษณะทปรบตาแหนงในแนวทางแกนเดยว สองแกน หรอสามแนวแกนเลยกได ซงราคากจะแพงขนไปตามลาดบ Micropositioner นมกใชในการจดตาแหนงระหวางเสนใยแกวสองเสน ใหมคอรตรงกนหรอใชปรบตาแหนงคอรของเสนใยแกว ใหตรงกบอปกรณอน เชน ตวรบแสง ตวสงแสง จดรวมแสงจากเลนส เปนตน

• Connector (คอนเนกเตอร) ใชเปนตวเชอมตอปลายเสนใยแกวเขาอปกรณอน



257

คอนเนกเตอรทใชในหองปฏบตการมกเปนแบบทสามารถใสและถอดเสนใยแกวออกไดงาย (ไมใชแบบถาวร) ดงเชนคอนเนกเตอรชนด FC-PC แบบ loose tube ทแสดงในรปท 8.3(ก) ใชกบเสนใยแกวทมเสนผานศนยกลาง 125 ไมครอน โดยสอดเขาไปในตวคอนเนกเตอรทมปมคอยลอกเสนใยแกวใหคงท รปท 8.3(ข) เปนอะแดปเตอร (Adapter) ทใชตอคอนเนกเตอร 2 ตว เขาดวยกน

รปท 8.2 ภาพตวอยางของอปกรณไมโครโพซชนเนอรแบบปรบ 3 แกน

(ก) (ข) รปท 8.3 อปกรณคอนเนกเตอรทสามารถถอดเปลยนเสนใยแกวได และอะแดปเตอร

6. โอทดอาร (OTDR) : OTDR เปนคายอมาจาก Optical Time Domain

บทท 8


258

Reflectometer เปนเครองมอทมความสาคญทงในหองปฏบตการและในภาคสนาม OTDR เปนเครองมอทวศวกรทกคนททางานเกยวกบเสนใยแกวควรรจก ซงรายละเอยดตาง ๆ จะไดกลาวถงตอไป

1. กอนโฟมใชทาความสะอาด 2. กอนสาลใชทาความสะอาด 3. ทตด buffer tube 4. เครองเปาลมรอน 5. ไขควง สลอต 6. ไขควงครอส-สลอต ขนาดกลาง 7. ไขควงครอส-สลอต ขนาดเลก 8. ทปอกสาย 0.6-1.1 มม. 9. ทปอกสาย 0.18-0.30 มม. 10. ทปอกสายสาหรบ buffer tube 11. ทเปาลม ไลสงสกปรก 12. ทตด buffer tube

13. แอลกอฮอล 14. ทปอกโคดตง 15. ทปอกโคดตง 16. มวนเทปวด 17. มด 18. ปากคบ 19. กรรไกรโลหะใหญ 20. กรรไกรเลก 21. Marking Ring 22. Marking Ring 23. เทปโลหะออน 24. ปากกามารคเกอร

25. ทปอกเคเบล 26. ประแจบลอกเบอร 8 27. ประแจบลอกเบอร 10 28. มดตดดาย 29. ประแจบลอกเบอร 13 30. ประแจบลอกเบอร 11 31. คมตด 140 มม. 32. คมตดใหญ 33. ทตดสายเคเบล 34. Bolt Cropper 35. ทตดทอ 36. วงแหวนยางสารอง

รปท 8.4 ตวอยางภาพและรายละเอยดของเครองมอทใชในงานทเกยวกบเสนใยแกว



259

8.2 การวดคานวเมอรคอลอะเพอรเจอร (NA)

(ก)

(ข) รปท 8.5 การวดหาคาของ NA ของเสนใยแกว

รปท 8.5 แสดงแนวความคดในการทดลองวดหาคานวเมอรคอลอะเพอรเจอร หรอ NA ของเสนใยแกวชนดโหมดรวม เรมจากแหลงกาเนดแสงทมกใชแสงทมองเหนได เพอความสะดวกในการทดลอง (เชน แสงเลเซอรสแดง) จะถกรวมแสงดวยเลนสนนใหโฟกสลงไปในคอรของเสนใยแกวพอด เสนใยแกวทใชในการวดควรมความยาวพอประมาณ เชน 1 – 2 เมตร เพอความสะดวกในการทดลอง ปลายทงสองของเสนใยแกวตองตดใหเรยบและมแนวตงฉากกบแกนเสนใยแกว ปลายของเสนใยแกวทปลอยแสงออกจะถกยดตดกบฐานทมนคง แสงทสงออกจากเสนใยแกวนจะบานออกและตกกระทบกบฉากทอยหางออกไปประมาณ 10 – 20 ซม. (ระยะ d) แสงทตกกระทบลงบนฉากจะมลกษณะเปนวงกลมทมขนาดใหญกวาเสนผานศนยกลางของเสนใยแกวมาก เนองมาจากคา NA ของเสนใยแกวเอง ทระยะฉากจะมโฟโตดเทกเตอรเลอนขนลงเพอ

แสงจากแหลง กาเนดแสง

เลนส เสนใยแกวทตองการทดสอบ

Optical bench

ฉาก d

2D 2θ

ชองเลกๆ เปดใหแสงผาน

ฐานปรบหมนได

ตวยดเสนใยแกว


โฟโตดเทกเตอร

Lock-in amplifier

สญญาณไฟฟาทวดได

บทท 8


260

วดคาความเขมแสง โดยจะวดคาความเขมแสงสงสดไดทตาแหนงแนวแกนของเสนใยแกว และคาความเขมแสงจะคอย ๆ ลดลง เมอเลอนโฟโตดเทกเตอรหางออกไปจากแนวแกนกลาง คาของมม θ เปนพารามเตอรทใชคานวณคาของ NA จากสมการ NA = sinθ โดยมม θ อยระหวางแนวแกนกลางของเสนใยแกว (θ = 0o) กบแนวตาแหนงทโฟโตดเทกเตอรวดคาความเขมแสงได 5% ของคาสงสด [1] จากรปท 8.5(ก) คาของมม θ เปนตวกาหนดระยะ D บนฉาก ซงนามาใชคานวณหาคาของ NA ไดจากสมการ

2sin

DdDNA

2 +== θ (8.1)

ในทางปฏบต การวดหาคามม θ อาจทาไดโดยยดปลายเสนใยแกวไวบนแทน

ฐานทสามารถหมนไดดงรปท 8.5(ข) ซงในกรณน จะคานวณหาคาของ NA ไดเลยจาก NA = sinθ เทคนคการวดหาคา NA ดงกลาวน เหมาะสาหรบการเลอกใชเสนใยแกวทมความยาวไมมากนกประมาณ 1-2 เมตร หากเลอกใชเสนใยแกวทมความยาวมาก ๆ แสงทเดนทางภายในเสนใยแกว จะเกดการคบปลงระหวางโหมด และโหมดทสงขนไปอาจถกลดทอนสญญาณลง ทาใหคาของ NA ทวดไดมคาตากวาทเปนจรง นอกจากน การวดหาคา NA ของเสนใยแกวชนดโหมดเดยวดวยเทคนคน อาจทาใหไดคาทผดพลาดไปบาง เพราะแสงทตกกระทบลงบนฉาก จะเกดจากปรากฏการณหกเหของแสงรวมอยดวย แตกอาจถอเปนคาประมาณทใกลเคยงกบคาทเปนจรงได สาหรบผทสนใจทราบรายละเอยดในการวดหาคา NA มากขน สามารถหาอานเพมเตมไดจากเอกสารอางองท [2] และ [3] 8.3 การวดขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใยแกว

ในการวดหาขนาดเสนผานศนยกลางของคอรและของแคลดดง (เสนใยแกวทงเสน) อาจทาไดดวยวธงาย ๆ โดยใชกลองจลทรรศนทมสเกลสองในแนวแกนของเสนใยแกว โดยใหปลายดานลางของเสนใยแกวรบแสงเขามาเพอปรากฏจะเหนอาณาบรเวณของคอรและแคลดดงอยางชดเจนโดยขนาดทตองการวด อานไดจากสเกลท



261

ปรากฏใหเหนดวยกลองจลทรรศนเทคนคน สามารถใชไดดกบเสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซ (SI) แตในกรณของเสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซ (GRIN) จะหาขนาดของคอรลาบาก เนองจากคาดรรชนหกเหของคอรจะคอยๆ ลดลงทละนอยจนมขนาดเทากบคาดรรชนหกเหของแคลดดงทบรเวณรอยตอระหวางคอรกบแคลดดง ผปฏบตการอาจตองอาศยประสบการณเขามาชวยในการตดสนใจ เพอหาขนาดของคอรโดยประมาณ อยางไรกตาม ผสนใจสามารถหาขอมลเพมเตมไดจาก FOTP-58 [4] ซงกลาวถงการวดขนาดคอรของเสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซโดยตรง

รปท 8.6 การวดขนาดเสนใยแกวดวยวธเงา [5] การวดหาขนาดเสนผานศนยกลางของแคลดดงหรอของเสนใยแกวทงเสน ทนยมทากนมากจะใชวธเงา (shadow method) ดงแสดงในรปท 8.6 ซงสามารถใชวดขนาดของเสนใยแกวในขณะททาการดงเสนใยแกวไดดวย หลกการทางานในรปท 8.6 จะใชการตความจากขนาดของเงาทเกดจากการบงแสงของเสนใยแกว กลาวคอ แสงเลเซอรซงมกเปนแสงสแดงทมองเหนได และถกสงออกมาจากแหลงกาเนดแสง จะถกจดใหเปนลาแสงขนานดวยอปกรณทเรยกวา คอลลเมเตอร (Collimator) ซงประกอบดวยเลนส 2 อน วางหางกนเทากบผลบวกของระยะโฟกสของเลนสทงสอง แสง

คอลลเมเตอร He-Ne เลเซอร

ดเทกเตอร

แ ห ล งก า เ น ดพลส

หนวงเวลา

คลอก

วงจรกวาดสญญาณ

วงจร จบเวลา

เครองพมพ

G1 G2

M1

M2

G3


Galvanometer

วงจรรวมสญญาณ

บทท 8


262

ทออกมาจากคอลลเมเตอรจะมลกษณะเปนลาแสงขนาน ทใหญกวาลาแสงขนานเดมทถกสงออกมาจากแหลงกาเนดแสงเลเซอร ลาแสงขนานนจะถกทาใหเคลอนทหรอเคลอนไปในแนวราบ (อาจเปนวงกลม) ดวยการสะทอนจากกระจกเงา M2 ทหมนเคลอนทเปนวงกลมในทศทางหนง ลาแสงทเคลอนไปนจะถกเลนส G3 รวมแสงใหมจดโฟกสอยในระยะทวางเสนใยแกวทตองการวดพอด ทาใหแสงทสงผานมาดานหลงของเสนใยแกว เกดเปนเงา (ไมมแสง) เนองจากการบงแสงของเสนใยแกวเมอลาแสงเคลอนผานไป ในชวงทเกดแสงจนแสงถกบงเปนเงาแลวมแสงกลบมาอกครงหนง จะถกวดดวยโฟโตดเทกเตอร เพอแสดงสญญาณไฟฟาของแสงตรวจวดได หรออกนยหนงกคอ การแสดงขนาดความกวางของเงาทเกดขนนนเอง สมมตให We เปนคาความกวางของเงาทได จะสามารถคานวณหาขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใยแกวไดจากสมการ

dtdsWb e=2 (8.2)

เมอ

dtds เปนความเรวในการเคลอนทของเงา หรอความเรวของลาแสงทเคลอนท เปน

ระยะทาง s ในชวงเวลา t อนเนองมาจากกระจกเงา M2 ซงคาของความเรวนสามารถหาไดจาก

dtdl

dtds φ

=

เมอ l เปนระยะหางระหวางกระจกเงา M2 ตวอยางท 8.1 ในการวดหาขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใยแกวดวยเทคนคการวดเงาในรปท 8.5 กระจกเงาถกหมนดวยความเรวเชงมม 4 rad/s โฟโตดเทกเตอรอยหางจากกระจกเงาเปนระยะทาง 10 ซม. ชวงกวางของเงาทวดไดเปนขนาดของพลสมความกวาง 300 µs จงคานวณหาขนาดเสนผานศนยกลางเสนใยแกวในเทอมของไมครอน วธทา โจทยกาหนด l = 0.1 m, dφ/dt = 4 rad/s, We = 300 µs



263

m/s 4.0)4)(1.0( ===∴dtdl

dtds φ

หรอทาเปนหนวยวนาท จะได 0.4 µm/µs แทนคานลงไปในสมการท (8.2) จะได

120)/4.0)(300(2 === smsdtdsWb e µµµ µm ตอบ

8.4 การวดขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนาม การวดขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนาม หรอ MFD (Mode Field Diameter) สามารถกระทาได 2 แบบ คอการวดคาสนามระยะใกล (near field) และการวดคาสนามระยะไกล (far field) สาหรบการทดลองวดหาขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนามระยะใกล (near field MFD) แสดงดงรปท 8.6 [6]

รปท 8.7 การทดลองวดหาขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนามระยะใกล ในรปท 8.7 แหลงกาเนดแสงทอาจเปนแอลอดหรอเลเซอรไดโอด จะสงแสงเขาไปในเสนใยแกวชนดโหมดเด ยวทตองการทดสอบ โดยโหมดของแสงท อยนอกเหนอจากโหมดพนฐาน ทอาจเกดขนในชวงตนของการเดนทางของแสงในเสนใย

คอมพวเตอร Amplifier

เสนใยแกว เลอนปลายได

ฟลเตอร การแทรกสอด ของแสง


สญญาณไฟฟาอางอง

LED

Mode stripper

Pigtail fiber

เสนใยแกว ททดสอบ

x 40 เลนส

สญญาณไฟฟาทได Lock-in amplifier

บทท 8


264

แกว จะถกกาจดดวย mode stripper ซงอาจมลกษณะเปนรปฟนเลอยขนาดเลกประกบเสนใยแกวทงดานบนและดานลาง เพอทาใหเสนใยแกวเกดความโคงขนาดเลก (microbending) แสงทออกจากปลายเสนใยแกวจะถกรวมแสงดวยเลนสนน ทาใหทตาแหนงโฟกสของเลนสเกดเปนภาพเสมอนของปลายเสนใยแกวทเปลงแสงออกมา บนระนาบน จะทาการวดคาความเขมแสงในแตละจดเลกๆ โดยใชเสนใยแกวอกเสนหนงเปนตวนาแสงสโฟโตดเทกเตอร โดยเสนใยแกวเสนหลงจะถกควบคมใหเลอนขนลงทละชวงสนๆ คาความเขมแสงทวดไดจากโฟโตดเทกเตอรจะอยในรปของสนามไฟฟา E(r) ตามระยะ r ทหางออกจากจดศนยกลางในระนาบตดขวาง เมอเสนใยแกวตววดแสงเคลอนทไป จากนนนาคาทไดมาคานวณหาขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดแสงระยะใกล (dn) ดวยสมการ

=∫∫∞

∞

02

32

0

)(

)(22

rdrrE

drrrEdn (8.3)

จากการทดลองในรปท 8.7 คาทวดไดอาจมคาคาดเคลอนไดงาย เนองจากภาพเสมอนของปลายเสนใยแกวทระยะโฟกสของเลนสมกมขนาดเลกมาก อปกรณทใชจงตองมความแมนยาสง อกทงคาความเขมแสงทวดได โดยการนาแสงมาจากเสนใยแกว จะมคานอยมาก จงตองใชโฟโตดเทกเตอรทมคณภาพด และมความไวในการรบสญญาณสง (high sensitivity) การทดลองแบบนจงมกไมคอยเปนทนยม แตจะใชเทคนคของการวดในระยะไกลมากกวา

รปท 8.8 การทดลองวดหาขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนามระยะไกล

แหลงกาเนดเลเซอร แบบ pigtail

เสนใยแกวททดสอบ ตวกรองแคลดดงโหมด


θ



265

การทดลองวดหาขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนามระยะไกล (far field MFD) ในรปท 8.8 จะคลายกบการวดสนามระยะใกล แตจะมสวนประกอบทงายกวา โดยจะใชโฟโตดเทกเตอรวดหาคาความเขมแสงหรอสนามไฟฟาในระยะทหางออกมาจากปลายเสนใยแกวเลกนอย โฟโตดเทกเตอรนจะถกยดอยบนแทนทหมนเลอนได โดยมจดหมนอยทปลายของเสนใยแกวทตองการทดสอบ เพอวดหาคาความเขมแสงทมม θ ตาง ๆ กนประมาณ ±25o ในชวงทมการปลอยแสง จากนนนาคาทไดมาคานวณหาขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนาม (df) จากสมการ [7]

θθθθθθθθ

π dFdFd f

cossin)(cossin)(21

3= (8.4)

สาหรบผสนใจทตองการทราบรายละเอยดเพมเตมเกยวกบการวดหาขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนาม รวมทงเทคนคแบบอน ๆ สามารถหาอานเพมเตมไดจากเอกสารอางอง [8]-[13] 8.5 การวดคาการลดทอนสญญาณดวยวธคทแบก

(cutback method) ในการนาเสนใยแกวมาออกแบบเพอประยกตใชงาน โดยเฉพาะในระบบสอสาร มความจาเปนอยางยง ทจะตองทราบถงคณสมบตในการลดทอนสญญาณแสงของเสนใยแกวทคาความยาวคลนตางๆ ในหวขอน จะอธบายถงการวดคาการลดทอนสญญาณของแสงในเสนใยแกวดวยเทคนคการตดสนหรอคทแบก (cutback technique) [14] ซงสามารถกระทาไดงายในหองปฏบตการ และใหผลลพธทถกตองแนนอน การทดลองวดคาการลดทอนสญญาณของแสง ในเสนใยแกวดวยวธการตดสน แสดงดงรปท 8.9 เรมจากการสงแสงจากหลอดไฟฮาโลเจนทเปนแสงสขาว ซงประกอบดวยความยาวคลนทมคาตาง ๆ รวมกน ผานชองรเขมเลก ๆ หรอพนโฮล (pin hole) เพอเลอกเฉพาะสวนของแสงทตองการทดสอบ แสงนจะถกปดกนเปนชวงๆ ดวยอปกรณตดแสงทางกลหรอชอบเปอร (mechanical chopper) ดวยความถทปลอยใหมแสงออกมาประมาณ 1000 เฮรตซ แลวสงผานเขาไปในเครองมอทเรยกวาโมโนโครมเมเตอร (monochromator) เพอทาหนาทคดเลอกแสงในแตละความยาวคลน

บทท 8


266

สงออกไปตามลาดบเวลา แสงทออกมาจากโมโนโครมเมเตอรจะถกรวมแสงดวยเลนส เพอสงเขาไปในสวนของคอรของเสนใยแกวทตองการทดสอบ ทตาแหนงบรเวณใกลชวงปลาย (แตไมใชสวนปลายเปด) ของเสนใยแกวเปลอยโดยรอบทงดานแสงเขาและแสงออก จะทาการชะโลมดวยนามนพาราฟน ทมคาดชนหกเหใกลเคยงกบคาดชนหกเหของแคลดดงหรอแกว (นามนพาราฟนทาหนาทเปน matching oil) เพอทาหนาทกาจดแสงบางสวน ทเดนทางเขาไปในเสนใยแกวเฉพาะในสวนของแคลดดง หรอทเรยกวาแคลดดงโหมด (cladding mode) ซงเปนแสงทไมตองการออกไป แสงทออกจากเสนใยแกวจะถกรวมแสงดวยเลนสอกครง แลวสงไปยงโฟโตดเทคเตอร PD เพอแปลงใหเปนสญญาณไฟฟา ปอนใหกบวงจรขยายสญญาณชนดลอกอน (lock-in amplifier) เพอทาหนาทขยายสญญาณและประมวลผลขนาดของสญญาณแสงทวดได ตามคาความยาวคลนตางๆ แลวสงใหกบคอมพวเตอรทาการบนทกผล รปท 8.9 การทดลองวดคาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกวดวยวธการตดสนหรอคทแบก

เนองจากวงจรขยายสญญาณชนดลอกอน สามารถตรวจวดสญญาณทมขนาด

เลกมากไดด เมอสญญาณเขามาเปนชวงๆ ในการทดลองนจงจาเปนตองมอปกรณตดแสงหรอชอบเปอร ทถกควบคมความถหรอความเรวในการตดแสง จากอปกรณทเปน

โมโนโครม เมเตอร

เสนใยแกวท ตองการทดสอบ

นามนพาราฟน

นามนพาราฟน

เลนส

เลนส

lock-in

amplifier

PD คอมพวเตอร

หลอดไฟฮาโลเจน ชอบเปอร

1-2 เมตร

จดตดสน

ชองรเขม (pin hole)

จอแสดงผล



267

วงจรขยายสญญาณชนดลอกอน ในทานองเดยวกน การตรวจวดสญญาณทได จะขนอยกบคาความเขมแสงในแตละคาความยาวคลน จงตองมการสงสญญาณควบคมไปยงโมโนโครมเมเตอรดวยเชนกน ในการทดลอง เพอคานวณหาคาของการลดทอนสญญาณของเสนใยแกวดวยวธตดสนน จะตองกระทาอยางนอยสองครง โดยในครงแรกจะใชเสนใยแกวทมความยาวมากๆ หลายรอยเมตร หรอหลายกโลเมตร (เชน เสนใยแกวทงมวน) เพอวดหาคาของแสงทถกสงออกมาจากเสนใยแกว แสงทวดไดจากเสนใยแกวเสนยาวนจะเรยกวา Po จากนน ทาการตดสวนปลายดานทแสงออกใหสนลงมากๆ โดยเหลอความยาวเสนใยแกวหางจากดานปลายทสงแสงเขาเพยงประมาณ 1-2 เมตร เทานน แลวทาการทดลองเชนเดม เพอวดหาคาของแสงทสงออกจากเสนใยแกวเสนสนอกครงหนง ซงคราวนจะเรยกเปน Pi ขอสาคญในการทดลองในชวงนกคอ หลงจากททาการวดคาของ Po แลว ขนตอนทเหลอถดไปจะตองไมมการสมผสหรอเปลยนแปลงสภาพในการปอนแสงใหกบเสนใยแกวทปลายดานขาเขาเลย ไมวาจะเปนการปรบความเขมแสง หรอการเคลอนยายเสนใยแกวไปจากเดม ทงนเพอทจะทาให Pi เสมอนเปนกาลงงานของแสงทงหมดทสงเขาไปในเสนใยแกวทถกตดออกไป หรอเสนใยแกวทมขนาดความยาว (L-x) กโลเมตร เมอ L เปนความยาวของเสนใยแกวททาการทดลองในชวงแรก และ x

เปนความยาวของเสนใยแกวททาการทดลองในชวงหลง โดย x มหนวยเปนกโลเมตร (เชน 0.001-0.002 กโลเมตร ในทน)

(ก) ลกษณะของคาความเขมแสงทวดไดจากการทดลอง

(ข) คาความเขมแสงทเสมอนเกดขนกบเสนใยแกวทถกตดออกไป รปท 8.10 ภาพแสดงหลกการคานวณหาคาการลดทอนสญญาณในเสนใยแกว

x =1-2 เมตร

แสงเขา

Po

Pi

L

Po Pi L-x

บทท 8


268

ในวธคทแบกน เมอพจารณาใหดจะพบวา คาของกาลงงานหรอความเขมแสง Po ทวดไดตอนแรก จะกลายเปนกาลงงานของแสงขาออกของเสนใยแกวทถกตดออกไปดวยเชนกน จากนนนาคาผลลพธทงสองมาคานวณ เพอหาคาการลดทอนสญญาณของแสงในเสนใยแกว (α) ในแตละความยาวคลน ตามสมการ

−

−=i

oPP

xLlog10α dB/km (8.5)

สมการนจะใชไดในกรณทใชเครองมอทสามารถวดหาคาความเขมแสงออกมาไดเลย อยางไรกตาม หากสญญาณแสงทวดดวยโฟโตดเทคเตอรในการทดลองและแสดงออกดวยเครองขยายสญญาณแบบลอกอน มไดแสดงคาออกมาในเทอมของกาลงงานความเขมแสง แตเปนคาของสนามไฟฟา ในการคานวณหาคาการลดทอนสญญาณ จะตองใชสมการ

−

−=i

o

EE

xLlog20α dB/km (8.6)

เมอ Eo เปนแอมปรจดหรอขนาดของสญญาณแสงขาออก ทวดไดในการทดลองชวงแรกของเสนใยแกวเสนยาว และ Ei เปนขนาดของสญญาณแสงขาออกทวดไดจากเสนใยแกวเสนสน ขอสงเกตในสมการจะพบเครองหมายลบดานหนาสมการ ซงในทนใสไวเพอทาใหคาของการลดทอนสญญาณเปนคาบวก อยางไรกตาม ควรระลกอยเสมอวาในการคานวณเกยวกบระบบทมการสญเสยใดๆ ในทางคณตศาสตร คาทไดจะตองมคาลบเสมอ อยางเชนกรณของคาการลดทอนสญญาณแสงในทน เปนตน ในการทดลองวดหาคาของสนามไฟฟาทออกจากเสนใยแกวในแตละครง มกกระทาในชวงของแสงทมความยาวคลนระหวาง 600-1600 นาโนเมตร ซงเปนชวงทเสนใยแกวมคณสมบตในการนาแสงไดด ผดพลาด! ไมพบแหลงการอางอง] ซงในทางปฏบต ไมสามารถหาโฟโตดเทคเตอรทสามารถตอบสนองความเขมแสงไดดตลอดชวงความยาวคลนดงกลาวได จงอาจสลบใชโฟโตดเทคเตอรสองชนด ไดแก ชนดซลกอน (Si) และชนดเยอมาเนยม (Ge) สาหรบวดความเขมแสงในชวงของ 600-1000 และ 1000-



269

1600 นาโนเมตร ตามลาดบ อยาลมวาในการทดลองตามรปท 8.10 น คาของ Pi และ Po (หรอ Ei และ Eo) ทใชในการคานวณตามสมการท (8.5) (หรอสมการท (8.6)) จะตองเปนคาทวดไดเฉพาะเมอแสงมคาความยาวคลนเดยวกน เมอมการคานวณทคาความยาวคลนแสงอนหรอมลกษณะเปนชวง เครองคอมพวเตอรจะคานวณใหตามโปรแกรมทกาหนด แลวทาการพลอตกราฟออกมา ดงเชนรปท 8.11 ซงแสดงคาการลดทอนสญญาณแสงของเสนใยแกวททาจากเนอแกวบรสทธทวไป

รปท 8.11 คาการลดทอนสญญาณของแสงในเสนใยแกวธรรมดาทวไป

ในบางครง เราอาจตองการวดหาคาการลดทอนสญญาณเฉพาะทคาความยาวคลนเพยงคาเดยว (เชนทคา 1.33 ไมครอน) กสามารถทาไดโดยงาย โดยการใชแหลงกาเนดแสงทเปลงแสงเฉพาะคานนออกมาแทนหลอดฮาโลเจน แลวใชมเตอรวดแสงธรรมดา (OPM: Optical Power Meter) วดหาคาของ Po และ Pi ออกมาไดเลยตามวธการทดลองในทานองเดยวกน โดยไมตองใชชอปเปอร โมโนโครมเมเตอร เครองขยายสญญาณแบบลอกอนและคอมพวเตอร ดงรปท 8.12 จากนนกใชเครองคดเลขคานวณหาคาการลดทอนสญญาณออกมาตามสมการท (8.5) ไดเลย

0.1 0.05

0.01 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

ความยาวคลน ( nm)

คาการลดทอน

(dB/k

m)

50

0.5

10

1

5

บทท 8


270

รปท 8.12 การวดคาการลดทอนสญญาณทความยาวคลน 1.33 ไมครอน ในการทดลองวดคาการลดทอนสญญาณดวยเทคนคการตดสนน คาความถกตองแมนยา จะขนอยกบการสงแสงผานเขาไปในคอรของเสนใยแกว การควบคมใหแสงขาเขามคาคงทตลอดเวลาในขณะทาการทดลอง และคณภาพในการเตรยมเสนใยแกวทปลายของมน ซงหนาตดของเสนใยแกว จะตองตงฉากกบแนวตามยาว และจะตองมผวหนาเรยบ ประโยชนในการใชนามนพาราฟนชะโลมทปลายของเสนใยแกว นอกเหนอจากทไดอธบายไวในตอนตนแลว ยงชวยกาจดแสงในแคลดดงทถกคบปลงมาจากคอร ในขณะทแสงเดนทางภายในเสนใยแกวแลวผานสวนทมการโคงงอ (bending) ซงไมสามารถหลกเลยงได เมอทาการทดสอบเสนใยแกวทมความยาวมากๆ อยางไรกตาม ผลของโหมดของแสงทเดนทางในแคลดดง (cladding mode) อาจทาใหเกดความผดลาดในการวดได หากการสงแสงผานเขาไปในเสนใยแกวไมถกตอง ในการวดความเขมแสงดวยวงจรอเลกทรอนกส อตราสวนของสญญาณตอสญญาณรบกวน หรอ S/N (signal to noise ratio) ของระบบ จะแปรผนตรงตามคาของความเขมแสงขาเขา ทสงเขาไปในเสนใยแกว ซงถอวามผลตอการทดลองนอยมาก ยงไปกวานน ในการทดลองกบเสนใยแกวทงเสนยาวและเสนสน หากมไดทาการเปลยนแปลงคาความเขมแสงและเงอนไขในการสงแสงขาเขาเลย เมอทาการคานวณอตราสวนของสญญาณทงสอง คาของ S/N จะหกลางกนไปเอง การวดหาคาการลดทอนสญญาณของแสงในเสนใยแกว โดยอาศยเทคนคการตดสนหรอคทแบก (cutback technique) ถอวาเปนวธทงาย ใหผลลพธทถกตอง และสามารถนามาใชงานในหองปฏบตการพนฐานได ในกรณทมเครองมอสาหรบวเคราะหหาสเปกตรมของแสง (optical spectrum analyser) จะชวยใหการทดลองทาไดงายยงขนอก เพราะจะลดจานวนอปกรณตาง ๆ ลงไปไดมาก โดยอาจดดแปลงใชการทดลองในรปท 8.12 แทนรปท 8.9 แตกอาจตองเสยคาใชจายเพมมากขน เพราะ

แหลงกาเนดแสงทม mµλ 33.1=

OPMวด Po

จดตดสน

OPM วด Pi

เลนส



271

อปกรณดงกลาวมราคาแพงมาก 8.5.1 ตวอยางการวดหาคาการลดทอนสญญาณ

0.00E+00

5.00E-05

1.00E-04

1.50E-04

2.00E-04

2.50E-04

3.00E-04

3.50E-04

600 700 800 900 1000

wavelength (nm)

elec

tric

fiel

d (a

.u.)

0.00E+00

5.00E-05

1.00E-04

1.50E-04

2.00E-04

2.50E-04

3.00E-04

3.50E-04

4.00E-04

1000 1200 1400 1600wavelength (nm)

elec

tric

fiel

d (a

.u.)

(ก) ในชวงความยาวคลน 600-1000 nm (ข) ในชวงความยาวคลน 1000-1600 nm รปท 8.13 กราฟแสดงสนามไฟฟาของแสงทวดไดจากเสนใยแกวชนดโหมดเดยวในชวงความยาวคลนแสงระหวาง 600-1600 นาโนเมตร คาของ Ei (เสนบาง) และคาของ Eo (เสนหนา) ในตอนน จะแสดงตวอยางการทดลองวดหาคาการลดทอนสญญาณของแสง ในเสนใยแกวชนดโหมดเดยวเสนหนงทใชในเชงพาณชยทไมทราบรายละเอยด นอกจากขนาดเสนผานศนยกลาง 8/120 ไมครอน และความยาวประมาณ 400 เมตร โดยการประกอบการทดลองดงรปท 8.9 แลววดหาคาของสญญาณแสงในเทอมของสนามไฟฟา ซงแสดงดวยกราฟในรปท 8.13 โดยคาของ Eo เปนสนามไฟฟาทออกจากเสนใยแกวเสนยาว (400 เมตร) ทวดในชวงแรก และ Ei เปนคาของสนามไฟฟาของเสนใยแกวเสนสนทถกตดออกเหลอเพยง 1 เมตร ในการทดลองในชวงหลง ซงจะสงเกตพบวา Ei จะตองมคามากกวา Eo เสมอ สาหรบหนวยของสนามไฟฟา E ทวดไดถอเปนหนวยใดๆ (a.u. = arbitrary unit) กไดแตตองเปนหนวยเดยวกน โดยเราไมจาเปนตองใหความสนใจ เพราะเมอแทนคาลงไปในสมการท (8.5) หนวยของเศษและสวนจะตดกนออกไปเอง สวนการทคาความเขมแสงทวดไดในเทอมของสนามไฟฟาทงสองกรณ มคา

บทท 8


272

ไมคงทสมาเสมอในแตละคาความยาวคลน เปนเพราะแหลงกาเนดแสงสขาวจากหลอดไฟฮาโลเจน เปลงแสงออกมาในแตละคาความยาวคลนดวยคาความเขมแสงทไมเทากนนนเอง เมอนาคาความเขมแสง Eo และ Ei ทวดได มาคานวณหาคาของการลดทอนสญญาณ ตามสมการท (8.6) จะไดผลลพธแสดงดงกราฟในรปท 8.14 ซงจากผลลพธทไดจะพบวา เสนใยแกวเสนนมคาการลดทอนสญญาณตาเพยงประมาณ 0.25 dB/km ในชวงความยาวคลนระหวาง 1.3-1.6 ไมครอน ซงเปนชวงทเหมาะสมกบการใชงานดานระบบสอสาร

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

600 800 1000 1200 1400 1600

wavelength (nm)

atte

nuat

ion

(dB

/km

)

รปท 8.14 คาการลดทอนสญญาณของแสงทคานวณไดจากรปท 8.13

8.6 โอทดอาร (OTDR) โอทดอาร เปนเครองมอวดเกยวกบเสนใยแกว มชอเปนคายอทบศพท OTDR ซงมาจากคาวา Optical Time Domain Reflectometer โอทดอารถอเปนเครองมอสาคญและมประโยชนอยางมากโดยเฉพาะในระบบสอสารดวยเสนใยแกว เพราะสามารถใชวดหาสงตาง ๆ ไดมากมาย เชน • วดความยาวของเสนใยแกวทงหมดทใช • วดหาความยาวเสนใยแกวแตละเสนทนามาตอรวมกนในระบบ • วดคาการลดทอนสญญาณของแสงในเสนใยแกว (แตละเสนในระบบพรอมกน)



273

• วดคาการสะทอนแสงทตอนปลายของเสนใยแกว • วดคาการสญเสยสญญาณของจดเชอมตอเสนใยแกวในลกษณะตาง ๆ • แสดงจานวนเสนใยแกวทใชในการเชอมโยงระหวางสถาน • แสดงตาแหนงหรอจดบกพรองของระบบสายสงเสนใยแกว • ฯลฯ

นอกจากน หากผใชเครองโอทดอารมประสบการณเพยงพอ จะสามารถวเคราะหรปแบบสญญาณของจดเชอมตอเสนใยแกวเพอคาดคะเนไดวา จดทตอเชอมนนเกดจากการสไปลซ (Splice) หรอใชคอนเนกเตอร รวมทงอาจระบไดวาตาแหนงทเกดความบกพรองของระบบสายสงเสนใยแกวเกดจากอะไร เชน เสนใยแกวแตกหก หรอเกดรอยราวรอยแยก เปนตน

รปท 8.15 หลกการทางานของโอทดอาร

โอทดอารทางานไดดวยหลกการวดสญญาณกระเจงยอนกลบ (Back Scattering) ทเกดขนในเสนใยแกวขณะปอนสญญาณแสงเขาไป รปท 8.15 แสดงหลกการทางานพนฐานของโอทดอาร ภายในตวเครองจะมแหลงกาเนดแสงเลเซอรทเปลงแสงออกมาดวยคาความยาวคลนเพยงคาเดยว (เชน 1.33 ไมครอน หรอ 1.5 ไมครอน) ในลกษณะพลสทหางกนดวยคาบเวลาทแนนอน สญญาณพลสแสงนจะถกสงเขาไปในเสนใยแกว ผานคบเปลอรเสนใยแกวแลวเขาสเสนใยแกวทตองการทดสอบ ทตอเขากบโอทดอารดวยคอนเนคเตอร ในขณะทสญญาณพลสแสงเรมถกสงเขาไปในระบบเสนใยแกว จะมสญญาณไฟฟาสวนหนงมาทรก (Trig) สวนของวงจรวเคราะห

OTDR

พลสเลเซอร

วเคราะหและ แสดงผล คอนเนกเตอร

เสนใยแกวทตองการทดสอบ

ทรก ปลายเสนใยแกว

สญญาณกระเจงสะทอนกลบ

บทท 8


274

และแสดงผล สญญาณแสงทเดนทางเขาสระบบเสนใยแกว จะเดนทางเขาไปตามแนวของเสน

ใยแกวดวยความเรว 1n

cv = เมอ c = 3x108 m/s เปนความเรวแสงในอากาศหรอ

สญญากาศ และ n1 เปนคาดชนหกเหของคอร โดยปกตในขณะทแสงเดนทางอยภายในคอรของเสนใยแกวจะเกดการกระเจง (Scattering) ทกครงทแสงกระทบกบโมเลกลของเนอสาร การกระเจงนจะเกดขนทกทศทกทางโดยรอบโมเลกล หากการกระเจงนนทาใหพลงงานของแสงยอนสวนทางกบทศทางทแสงเคลอนไปขางหนา จะเรยกวาเกดการกระเจงแบบยอนกลบ แสงทเกดกระเจงยอนกลบนจะเดนทางกลบมายงโอทดอาร เมอผานคบเปลอรเสนใยแกว จะถกกาหนดใหเดนทางเขาสวงจรวเคราะหและแสดงผลเพอวดหาคาความเขมแสงทเดนทางกลบมาน อยางไรกตามแสงทเกดจากการกระเจงยอนกลบนจะมคาความเขมแสงนอยมาก ทาใหโฟโตดเทกเตอรของวงจรวเคราะหและแสดงผล ตองมคาความไวในการรบสญญาณแสง (optical sensitivity) สง ๆ (สามารถรบสญญาณความเขมแสงนอย ๆ ไดด)

เมอสญญาณพลสแสงเดนทางเขาไปในระบบเสนใยแกว ในแตละจดทแสงเดนทางจะเกดมสญญาณแสงสวนนอยเดนทางสวนกลบ เนองมาจากการกระเจงยอนกลบ ในขณะทแสงสวนใหญยงคงเดนทางไปขางหนาตอไป สญญาณแสงยอนกลบทรบไดจะเสมอนเปนสญญาณตอเนอง แมจะเกดจากแสงทเปนพลสกตาม โดยแสงทสะทอนกลบมากอนจะมความเขมแสงมากกวาแสงทสะทอนกลบมาจากจดทอยหางออกไป เพราะแสงใชระยะทางในการเดนทางสนกวา

ลองพจารณารปท 8.16 สญญาณแสงทกระเจงยอนกลบมาจากตาแหนง a จะเดนทางเปนระยะทาง 2La (ไปและกลบ) เพอกลบเขามาสโอทดอาร (ในทางปฏบตจะถอวาระยะทางทแสงเดนทางในโอทดอารมคานอยมาก) ในขณะทแสงทกระเจงยอนกลบจากตาแหนง b จะเดนทางเปนระยะทางทมากกวา และใชเวลานานกวาทาใหคาความเขมแสงมคานอยกวาการกระเจงในตาแหนง a อนเนองมาจากคาการลดทอนสญญาณแสงในเสนใยแกวนนเอง และเนองจากแสงเกดกระเจงทกตาแหนงในเสนใยแกว สญญาณแสงทโอทดอารวดได จงมคาความเขมลดลงอยางตอเนอง ตามเวลาและระยะทางของการเดนทาง ดงแสดงในรปท 8.16 ทกาหนดใหแกนตงแสดงคาความเขมแสงทวดได และแกนนอนแสดงระยะทางตาแหนงของเสนใยแกวซงสามารถคานวณหาคาทแนนอน (L) ไดจากสมการ



275

1

2nct

tvL == (8.7)

เมอ t เปนชวงเวลาทพลสของแสงเดนทางไปและกลบมายงโอทดอาร และ n1 เปนคาดชนหกเหของคอร

รปท 8.16 การกระเจงยอนกลบของแสงในเสนใยแกวเมอถกตความหมายโดย OTDR

แนวแกนนอนของกราฟในรปท 8.16 ซงโดยปรกตวดออกมาไดเปนคาของเวลา เครองโอทดอารจะนามาคานวณเพอหาคาระยะทางทสอดคลองกบตาแหนงของเวลาไดจากสมการท (8.7) แลวแสดงออกมาบนจอ ตวอยางเชน ในการคานวณหาความยาวของเสนใยแกวทงเสน จะทาไดดวยสมการ L = ct/2n1 เมอ t = (t2-t1)

คอร

แคลดดง พลสแสงถกสงเขาไป

สญญาณกระเจง ยอนกลบ

La Lb

a b


แสง (

W, dB

m, ฯล

ฯ)

(ระยะทาง, เวลา)

P1

Pa

Pb P2

t1 ta tb

L

t2

บทท 8


276

รปท 8.17 กราฟสญญาณทจดเชอมตอแบบตาง ๆ รปท 8.17 เปนอกตวอยางในการแสดงใหเหนลกษณะของกราฟทแสดงโดยโอทดอาร ในลกษณะเปรยบเทยบตามความสมพนธ กบระยะทางของเสนใยแกว และตาแหนงททาใหเกดคาการสญเสยสญญาณ ซงลกษณะพนฐานของกราฟทปรากฏ สามารถอธบายไดจากรปท 8.16 ดงตอไปน จากกราฟในรปท 8.16 สญญาณเรมตนจะมลกษณะเปนยอดขนไป เนองจากการสะทอนเสนของแสงทปลายขาเขาเสนใยแกวนอกเหนอจากการกระเจง ทาใหมปรมาณความเขมแสงมากกวาทควร จากจดนถอเปนจดเรมตนของเสนใยแกวซงแสดงดวยเวลา t1 ในรป สญญาณแสงทวดไดจากโอทดอาร เมอแสงเดนทางในเสนใยแกวจะมคาลดลงเรอยๆ ตามคาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกว จนกระทงแสงเดนทางออกจากเสนใยแกวทเวลา t2 ซงทตอนปลายของเสนใยแกวมกจะเปนอากาศ ทาใหเกดการสะทอนแสงกลบมามากเชนเดยวกบตอนสงแสงเขาเสนใยแกว ลกษณะของกราฟจงเปนยอดแหลมเชนเดยวกน หากคาความเขมแสงทวดไดทเวลา t1 มคาเปน P1 วตต และความเขมแสงทเวลา t2 มคาเปน P2 วตต จะสามารถคานวณหาคาการลดทอนสญญาณแสงของเสนใยแกวไดเปน

1

2log10PP

L=α dB/km (8.8)

ระยะหางจากจดแสงเขา

ปลายเสนใยแกว

ตาแหนงบกพรอง ของคาการลดทอน จดตอ

พลสแสงสงเขาเสนใยแกว

แกนแสดงคาความเขมแสงสะทอนกลบ

สญญาณกระเจงยอนกลบ

แสงสะทอนทจดตอ การลดทอนจากจดบกพรอง

แสงสะทอนทตอนป

Fiber under

test

แกนเวลา



277

เมอ L เปนความยาวของเสนใยแกวทงเสนหรอในชวงเวลา t1 ถง t2

ในกรณททราบคาความเขมแสงทวดไดทขาเขา P1 และทขาออก P2 ของเสนใยแกว ในหนวยของ dBm กสามารถคานวณหาคาการลดทอนสญญาณแสง ไดงายขนดวยสมการ

LPP 21 −=α dB/km (8.9)

จากหลกการทางานของโอทดอาร จะสงเกตพบวา ความชนของเสนกราฟทวด

ได จะมคาแปรผนตรงกบคาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกวเอง กลาวคอ หากเสนกราฟมความชนมากแสดงวาเสนใยแกวมคาการลดทอนสญญาณมาก หรอเสนใยแกวทมคาการลดทอนสญญาณตา กจะไดกราฟทมความชนนอย เปนตน

รปท 8.18 โอทดอารขณะใชงานจรงเมอตอเขากบเสนใยแกวทตองการวด 8.6.1 การวดจดเชอมตอเสนใยแกว รปท 8.19 แสดงตวอยางสญญาณความเขมแสงทวดไดจากโอทดอาร เมอเสนใยแกวสองเสนตอเชอมกน ตรงตาแหนงทมการเชอมตอยอมตองเกดการสญเสย

เสนใยแกวทตองการวด คอนเนกเตอร

บทท 8


278

สญญาณ ซงสามารถเหนไดชดจากกราฟสญญาณ ซงคาการสญเสยสญญาณของจดเชอมตอนเรยกวา insertion loss สามารถคานวณไดในทานองเดยวกนกบสมการ (8.8) และ (8.9) ดงกลาวมาแลว ดงนน หากคาความชนของกราฟสญญาณทแสดงเสนใยแกวแตละเสนมคาไมเทากน จะบอกใหเราทราบไดทนทวา เสนใยแกวทตอเชอมกนนเปนเสนใยแกวคนละชนดหรอคนละเบอรกน

รปท 8.19 ตวอยางสญญาณทเกดจากเสนใยแกว 2 เสนเชอมตอกน

ขอสงเกตสาคญในการตความหมายจากรปกราฟสญญาณโดยทวไปตรงรอยตอนม 2 ลกษณะคอ (1) หากจดเชอมตอใชวธการสไปลซ (splice) ซงทาใหเสนใยแกวสองเสนมเนอ

เดยวกน จะไดกราฟทเหนคาการสญเสยสญญาณไดอยางชดเจนดงรปท 8.19 (2) หากจดเชอมตอเกดจากการใชคอนเนกเตอร (connector) ทาใหเกดชองวาง

อากาศเลกๆ ระหวางปลายเสนใยแกวทงสองทตอเชอมกน สงผลทาใหเกดแสงสะทอนทปลายเสนใยแกวกลบมาและรวมกบสญญาณกระเจงยอนกลบเดม ทาใหมคาความเขมแสงทจดนเพมขน กราฟสญญาณทไดจงมลกษณะเปนยอดแหลมขนไปดงรปทแสดงในกรอบวงกลม การคานวณหาคาการสญเสยสญญาณของจดตอน ยงคงใชสมการเดมโดยไมตองสนใจยอดแหลมนกได อยางไรกตามขนาดของยอดสญญาณทเกดขน สามารถบงบอกคาการสญเสยยอนกลบ(return loss) ของรอยตอ ซงถอเปนคาพารามเตอรทสาคญทควรควบคมใหมคามากทสด เพราะหากคาการสญเสยยอนกลบมคานอย จะทาให

OTDR

P1 P2 splice

จดเชอมตอ

connector



279

ยอดสญญาณมคาสง นนคอพลงงานแสงสะทอนกลบจะมคามาก และอาจทาความเสยหายใหกบแหลงกาเนดแสงได

(ก) กราฟสญญาณทจดเชอมตอแบบไมสะทอน

(ข) กราฟสญญาณทจดเชอมตอแบบสะทอน

(ค) การเชอมตอไมสมบรณหรอเสนใยแกวตางชนดกนทาใหเกดเกน รปท 8.20 กราฟสญญาณทจดเชอมตอแบบตางๆ

รปสญญาณทเกดจากจดเชอมตอเสนใยแกวแบบตางๆ ทอาจเกดขนได แสดง

loss

สไปลซ (splice)

loss ชองวางอากาศ เกดรอยราว

loss

บทท 8


280

ดงรปท 8.20 ในรป (ก) และรป (ข) เปนลกษณะทพบเหนไดทวไป ซงลกษณะของกราฟในรป (ข) นอกจากจะบอกถงการใชคอนเนกเตอรในการเชอมตอแลว ยงอาจเกดการแตกราวของเสนใยแกวไดอกดวย ซงในการตความหมายในทางปฏบตตองอาศยประสบการณและความชานาญพอสมควร สาหรบกราฟในรป (ค) เปนลกษณะทไมคอยพบเหนไดบอยนก คอมลกษณะเหมอนมการขยายสญญาณแสงขนไป จงมกเรยกกราฟแบบนวา เกน (gain) ซงในความเปนจรงแลว มไดเกดการขยายสญญาณแสง ณ ตาแหนงนเลย โดยสญญาณยงคงเกดการสญเสยเชนเดม สาเหตททาใหไดรปกราฟแบบนมกเกดจากการเชอมตอเสนใยแกวทไมสมบรณ หรออาจเกดจากการใชเสนใยแกวตางชนดกน เชนเสนใยแกวดานทสงแสง(ดานซายจากรป)มขนาดของคอรใหญกวาเสนใยแกวดานรบ (ดานขวา) ทาใหสญญาณแสงบางสวนเกดการสะทอนในชวงทสวนของคอรดานสงตอเขากบแคลดดงของเสนใยแกวดานรบ เนองจากความแตกตางของคาดชนหกเหนนเอง ในทางปฏบต การใชโอทดอารวดกราฟสญญาณแสงกระเจงยอนกลบเพอนามาวเคราะห ควรทาการวดจากจดปลายของเสนใยแกวทงสองดานสลบกน แลวนามาคานวณหาคาเฉลย ซงวธการเชนนไมเพยงแตจะทาใหไดคาทถกตองแลว รปสญญาณทเรยกวาเกนในรปท 8.20(ค) จะกลบมลกษณะตามปกตเหมอนรปท 8.20(ก) เมอทาการตอโอทดอารเขาทปลายอกดานหนงสลบจากเดม เพอใหแสงเดนทางสวนกลบจากเสนทางเดม 8.6.2 สญญาณตอนปลายเสนใยแกว

สญญาณทแสดงตาแหนงปลายทางของเสนใยแกวจาก OTDR อาจมลกษณะทแตกตางกน 2 แบบดงรปท 8.21 หากปลายเสนใยแกวเปนระนาบเรยบจะทาใหเกดการสะทอนกลบของแสงไดงาย สญญาณทวดไดจะมลกษณะเปนยอดแหลมดงรป (ก) โดยขนาดของยอดสญญาณจะขนอยกบความเรยบของปลายเสนใยแกว กบมมของระนาบตอนปลายวาตงฉากกบแนวแกนของเสนใยแกวเพยงไร ในทางตรงกนขาม หากปลายของเสนใยแกวไมราบเรยบ เชนอาจเกดจากการแตกหก จะทาใหแสงทสงออกไปกระจายออกทกทศทกทาง และจะมแสงสะทอนกลบมาไดนอยหรอไมมเลย สญญาณทไดจงมลกษณะดงรป (ข) กราฟสญญาณทระยะตอจากปลายเสนใยแกว ไมวาจะเปนกรณใด จะมสญญาณเปนลกษณะของสญญาณรบกวน ซงมกมคาขนอยกบระดบพน



281

สญญาณรบกวน (noise floor) ทางไฟฟาของเครอง OTDR เอง

(ก) กราฟสญญาณทจดปลายเสนใยแกวแบบสะทอนเพราะผวเรยบตงฉาก

(ข) กราฟสญญาณทจดปลายเสนใยแกวแบบกระเจงเพราะผวตอนปลายไมเรยบ รปท 8.21 ลกษณะกราฟสญญาณทตอนปลายเสนใยแกว

8.6.3 ไดนามกเรนจ (Dynamic Range)

พารามเตอรหนงทสาคญ ในการบอกประสทธภาพการทางานของโอทดอารคอ

คา ไดนามกเรนจ (Dynamic Range) ซงหมายถงชวงระหวางคาความเขมแสงสงสดและตาสดทเครองสามารถวดได ตวอยางเชน หากคาของไดนามกเรนจ (หรอคาของ |P1-P2| ในรปท 8.16 เมอสมมตวาโอทดอารรบแสงไดมากสดเปน P1 และนอยสดเปน P2) มคามาก แสดงวาเครองโอทดอารสามารถวดเสนใยแกวหรอระบบสายสงทมความยาวมากหรอมระยะทางไกล ๆ ได เปนตน โอทดอารทมไดนามกเรนจกวาง มกจะมราคาแพงกวาเครองทมไดนามกเรนจตา คาของไดนามกเรนจนจะขนอยกบการออกแบบวงจรทางอเลกทรอนกสของเครอง โดยเฉพาะคาความถของสญญาณพลสทผลตขน และคาความกวางพลสทใช เชน หากพลสมลกษณะแคบลง จะทาใหไดนามกสเรนจมคาลดลงดวย เปนตน

บทท 8


282

(ก) พลสแคบ

(ก) พลสกวาง รปท 8.22 อทธพลของความกวางพลสทมตอไดนามกเรนจและ Dead Zone

7.6.4 เดดโซน (Dead Zone)

เดดโซน (Dead Zone) เปนพารามเตอรอกตวหนงทมความสาคญในการบอก

ประสทธภาพการทางานของโอทดอาร คาของ Dead Zone อาจกลาวใหเขาใจไดงายวาหมายถง ระยะทางสน ๆ ทเครองโอทดอารไมสามารถแสดงรายละเอยดในการวดไดอยางถกตองแนนอน คาของ Dead Zone ขนอยกบการออกแบบวงจรทางอเลกทรอนกสเชนเดยวกบคาไดนามกเรนจ โดยเฉพาะคาของความกวางพลส ซงเปนตวกาหนดชวงเวลาในการสะทอนกลบของแสง หากคาความกวางพลสมคานอย ๆ

OTDR

คอนเนกเตอร 2 ตวใกลกน

OTDR

คอนเนกเตอร 2 ตวใกลกน



283

(พลสแคบ) จะทาให Dead Zone มคานอยดวย การทเดดโซนมคาตามขอดตรงททาใหสามารถวดระบบเสนใยแกวแตละชวงไดละเอยดขน แตขอเสยคอทาใหไดนามกสเรนจลดลงคอวดระยะทางไดสนลง

รปท 8.20 แสดงตวอยางของอทธพลของความกวางพลสทใชในโอทดอาร ทมตอไดนามกเรนจและ Dead Zone สมมตเมอนาโอทดอารมาใชวดระบบเสนใยแกวทตรงกลางมคอนเนกเตอรเชอมตอกนอยสองตาแหนงทใกลกนมาก (เชน ไมกสบเมตร) หากตงสญญาณพลสทใชในโอทดอารใหมความกวางพลสแคบ ๆ จะไดกราฟทแสดงผลการวดทแสดงตาแหนงของคอนเนกเตอรทงสองไดอยางชดเจนดงรปท 8.20(ก) แตในขณะเดยวกนกอาจสงผลใหไดนามกเรนจลดลงจนไมสามารถวดคาของระบบเสนใยแกวไดตลอดความยาวของมน แตหากทาการปรบความกวางพลสใหกวางมากขน ดงรปท 8.20(ข) จะทาใหโอทดอารมไดนามกเรนจเพมขนจนสามารถแสดงผลการวดสญญาณไดตลอดความยาวของระบบเสนใยแกว แตอาจไมสามารถแสดงรายละเอยดในระยะใกล ๆ เชนตาแหนงของคอนเนกเตอรสองตวทอยใกลกนได ซงชวงระยะนเรยกวา Dead Zone นนเอง อกตวอยางหนงไดแก หากโอทดอารมคาเดดโซน 40 เมตร แสดงวา กราฟสญญาณโอทดอารสามารถแสดงรายละเอยดของจดเชอมตอหลายจดทอาจเกดขนในชวงระยะทางทมากกวา 40 เมตร แตถาจดตออยใกลกนมากกวา 40 เมตร โอทดอารจะมองไมเหน ตองปรบโอทดอารใหมคาเดดโซนสนลง เปนตน

บทท 8


284

แบบฝกหด 1. ชองรเขมหรอพนโฮล และชอบเปอรมประโยชนอยางไรในการทดลองทเกยวกบแสง 2. จงบอกถงขอดและขอดอย ในการทดลองวดหาคาการลดทอนสญญาณของเสนใย

แกว ดวยวธคทแบก 3. โหมดสนามคออะไร แตกตางจากขนาดเสนผานศนยกลางของเสนใยแกวอยางไร 4. ในการวดเสนใยแกวดวยโอทดอาร ไดผลเปนกราฟแสดงออกมาดงรป (n1 = 1.5)

• จงคานวณหาระยะทางทงหมดทวดไดในหนวยของกโลเมตร (ตอบ 0.7) • ระบบนใชเสนใยแกวกเสน (ตอบ 2 เสนทมคณสมบตตางกน) • ความยาวของเสนใยแกวเสนแรกมคาเทาไร (ตอบ 300 เมตร) • คาการลดทอนสญญาณทจดเชอมตอมคาเทาไร (ตอบ 0.67dB) • หากกราฟนแสดงความสามารถของระบบเสนใยแกว คาของ Power

budget ของระบบควรมคาเปนเทาไร (ตอบ 5.23 dB) • จงคานวณหาคา Sensitivity ทสถานรบจากปลายเสนใยแกวในกราฟทไดน

(ตอบ -55.22 dBm) 5. อธบายการเกดเกน ในกราฟทไดจากโอทดอาร ทาไมจงเปนเชนนน มวธการแกไข

อยางไร เพอใหไดคาทถกตองมากทสด

2 5 5.05 9

6 7

3

optic

al p

ower

(nW

) 10

เวลา (ไมโครวนาท)



285

เอกสารอางอง [1] D. L. Franzen, M. Young, A. H. Cherin, E. D. Head, M. J. Hackert, K. W. Raine,

and J. G. N. Baines, “Numerical aperture of multimode fibers by several methods: resolving differences”, J. of Lightwave Technol., vol. 7, no. 6, pp. 896-901, 1989.

[2] FOTP-177. Numerical aperture of graded-index optical fiber. [3] F. T. Stone, “Rapid optical fiber delta measurement by refractive index tuning”,

Appl. Opt., vol. 16, no. 10, pp. 2738-2742, 1977. [4] FOTP-58. Core diameter measurement of graded-index optical fibers. [5] L. G. Cohen and P. Glynn, “Dynamic measurement of optical fiber diameter”,

Rev. Sci. Instrum., vol. 44, no. 2, pp. 1745-1752, 1973. [6] M. Artiglia, G. Coppa, P. DiVita, M. Potenza, and A. Sharma, “Mode field

diameter measurements in single-mode optical fibers’, J. of Lightwave Technol., vol. 7, no. 8, pp. 1139-1152, 1989.

[7] F. P. Kapron, “Fiber-optic test methods”, in Fiber Optics Handbook for Engineers and Scientists, F. C. Allard (Ed.), McGraw-Hill, pp. 4.1-4.54, 1990.

[8] FOTP-165. Single-mode fiber, measurement of mode field diameter by near field scanning.

[9] FOTP-164. Single-mode fiber, measurement of mode field diameter by far field scanning.

[10] FOTP-167. Mode field diameter measurement-variable aperture in the far field. [11] FOTP-174. Mode field diameter of single-mode optical fiber by knife-edge

scanning in the far field. [12] J. Streckert, “New method for measuring the spot size of single-mode fibers”,

Opt. Lett., vol. 5, pp. 505-506, 1980. [13] M. L. Dakss, “Optical-fiber measurements”, in E. E. Basch (Ed.), Optical-Fiber

Transmission, H. W. Sams & Co., pp. 133-178, 1987. [14] อธคม ฤกษบตร, “การวดคาการลดทอนสญญาณของเสนใยแกวดวยเทคนคการตดสน”,

MUT Engineering Transactions, vol. 1, No. 2, pp. 191-194, 1998. [15] D. C. Agarwal, Fibre Optic Communication, 2nd Edn., Wheeler Publishing, 1993. [16] J. M. Senior, Optical Fiber Communication: Principle and Application, Prentice

Hall, 1991.

ดรรชนคา


286

ดรรชนคา กฎของเกาส 105

กฎของฟาราเดย (Faraday's law) 104 กฎของมาลส (Malus’ law) 39 กฎของสเนลส (Snell’s law) 43 กฎของแอมแปร (Ampere's law) 104 กระแสเทรสโฮล (Threshold Current) 183,184

กระแสมด (dark current) 200 การกระเจง (scattering) 149 การกระเจงยอนกลบ (back scattering) 273 การแจกแจงแบบเกาส (Gaussian distribution) 139,140

การตเกลยวแบบ SZ 84 การมอดเลต (modulation) 187-191 การมลตเพลกซ 191-195 การลดทอนสญญาณ (attenuation) 7,49,147,149-154

การสญเสยสญญาณ 147,149-154 การเหนยวนาคลนแมเหลกไฟฟา 10,80 แกนรบแรงดง (tension member) 84,88

ขนาดจด (spot size) 139-140

ขนาดเสนผานศนยกลางของโหมดสนาม (MFD - Mode Field Diameter) 139-140

ครอสทอลค (crosstalk) 10

คลนตามขวาง (transverse waves) 34

คลนระนาบ (plane wave) 34 ควอนตม (quantum) 32 ความโคงขนาดใหญ (Macrobending) 151 ความถเชงมม (angular frequency) 106 ความถนอรมอลไลซ (Normalised frequency)

115,136-138 ความยาวคลนคทออฟ (cut-off wavelength)

87,137 ความไวในการรบสญญาณ (Sensitivity) 222 คอร (core) 2, 45 คอลลเมเตอร (Collimator) 261 คาคงตวการเคลอนทของคลน (propagation

constant) 108,115 คาความแตกตางระหวางคาดรรชนหกเหของ

คอรกบแคลดดง (refractive index difference) 48,122

คณสมบตการสะทอน (reflection) 41 คณสมบตการหกเห (refraction) 41 แคลดดง (cladding) 2,45 โคดตง (coating) 2,80,82

แจกเกต (jacket) 2

ชอบเปอร (chopper) 265,266

เซนเซอร (sensor) 16,17



287

ดรรชนหกเหของแสง (refractive index of

light) 41,46 ดาวเทยมไทพฒ 25 ดาวเทยมไทยคม 25 ดสเพอรชน (dispersion) 163-168 เดดโซน (Dead Zone) 282, 283 ไดนามกเรนจ (Dynamic Range) 281

ตวเลขว (V-number) 136-138

ตววเคราะห (analyser) 38

แถบความกวางสเปกตรม (spectral width)

166

ทอแนน Tight buffer 93

ทอหลวม (loose tube) 83,91 แทงเสรม (filler rod) 84,88 โทรศพทแสง 6

นวเมอรคลอะเพอเจอร (Numerical Aperture)

46, 259-260 แนวรงสการเดนทางของแสง (ray of light) 34 แนวรงสคงท (ray invariant) 158 หนาคลน (wave front) 34

บอบบน (bobbin) 72

แบนดวดท (Bandwidth) 9,158 ไบเฟส (Biphase) 186 ไบรฟรนเจนต (birefringent) 55,56

ปรากฏการณสะทอนกลบหมด (TIR: Total

Internal Reflection) 43,44

ผลคณระหวางแบนดวดทกบระยะทาง 49

ผวหนงอจฉรยะ (smart skin) 20

พรฟอรม 60-62

พลสโคดมอดเลชน (PCM) 187-189 พลสโพสชนมอดเลชน (PPM) 190 พลสวดทมอดเลชน (PWM) 190-191 พลสแอมปรจดมอดเลชน (PAM) 188 พนโฮล (pin hole) 265 โพลารอยด (Polaroid) 38 โพลาไรซเชงเสน (linearly polarized) 37 โพลาไรซบางสวน (partially polarized light) 40

โพลาไรเซชน (Polarisation) 35

ฟงกชนเบสเซล (Bessel Function) 111

ฟกเกอรเอท (Figure-8 cable) 98 โฟตอน (photon) 32 โฟโตดเทกเตอร (photo detector) 198 โฟโตไดโอด 200

มมตกกระทบ (incident angle) 42

มมวกฤต (critical angle) 44 มมสะทอน (reflected angle) 42 มมสงสดในการรบแสง (acceptance angle) 47

มมหกเห (refracted angle) 42 เมตรกของโจนส (Jones’ Matrix) 38



288

แมนเชสเตอร (Manchester) 186 โมโนโครมเมเตอร (monochromator) 265 ไมโครเบนดง (microbending) 79,153,263 โหมด TE (Transverse Electric Mode)

116,117,127 โหมด TM (Transverse Magnetic Mode)

116,117,127 โหมดการเดนทาง (propagation mode) 116,117

โหมดทมอนดบสงขน (higher order mode) 117,130

โหมดพนฐาน (Fundamental mode) 117,130 โหมดโฟโตคอนดคทฟ (Photoconductive

Mode) 201 โหมดโฟโตวอลตาอก (Photovoltaic Mode)

201 โหมดไฮบรด (Hybrid modes) 117,130

ระบบซมเพลกซ (simplex) 213

ระบบดเพลกซ (duplex) 213 ระบบสเปซมลตเพลกซ (space mutiplex) 213 ระบบฮาลฟดเพลกซ (half-duplex) 213 รงสซกแซก (meridional rays) 125 รงสเบยงเบน (skew rays) 125 รงสหกเห (refracted ray) 42 เรสปอนซฟวต (Responsivity) 203

เลเซอรไดโอด 183

วงจรขบสญญาณแสง 181

วธคทแบก (cutback technique) 265 วธไอระเหยสารเคม 64

สถานทวนสญญาณ (Repeater) 203

สมการของ แมกซเวลส (Maxwell's equation) 104-107

สมการคาไอเกน (Eigenvalue equation) 114,116,130

เสนตงฉาก (normal line) 42 เสนผานศนยกลางของโหมดสนาม (mode field

diameter) 139,263 เสนใยแกว 2 เสนใยแกวชนดเกรดเดดอนเดกซ (Graded-

Index Fiber) 52 เสนใยแกวชนดสเตปอนเดกซ (Stepped-Index

Fiber) 51 เสนใยแกวชนดโหมดเดยว 119 เสนใยแกวชนดโหมดรวม (multimode fiber)

54,120 เสนใยแกวเปลอย (bare fiber) 2 แสงโพลาไรซ (polarized light) 37 แสงโพลาไรซแบบวงกลม (circularly polarized

light) 38 แสงโพลาไรซแบบวงร (elliptically polarized

light) 38 แสงไมโพลาไรซ (unpolarized light) 37

ออปตคอลแอมปรฟลายเออร (Optical

Amplifier) 60,208,212 อะรามดยาน (aramid yarn) 85 อตราการสงขอมล (bit rate) 169,221 อสระทางไฟฟา (Electrical Isolation) 10 เอนโดสโคป (Endoscope) 13 แอลอด (LED) 179 โอทดอาร (OTDR) 272



289

Angular Misalignment 235

Back Scattering 273

Bandwidth-Distance Product 49 Bending 151,153 BER (Bit Error Rate) 222 Biphase 186

Chromatic Dispersion 166

cladding mode 154,266,270 CVD (Chemical Vapour Deposition) 64

Diameter Mismatch 229

DSF (Dispersion Sifted Fiber) 8,54,211 DWDM 23,197

E/O-converter 177

Erbium-Doped Fiber (EDF) 289 EMI: Electromagnetic Interference 10,80

Far field MFD 140,263

Fiber Connector 241 Fiber-Related Loss 229 FOTP 254 FTTH (Fiber To The Home) 26,27 Fusion splice 236 FWHM (Full Width at Half Maximum) 160,166

IM/AM 146

insertion loss 227,278 Intermodal Dispersion 163 Intramodal Dispersion 165 ISDN (Integrated Services Digital Network)

23,176

Lateral Displacement 233

LID 239 Linewidth 178 Longitudinal Separation 233 LP (Linearly Polarised) 130

Material Dispersion 167

Mechanical Splice 240 MFPT (multifiber per tube) 97 Micropositioner 256 mode stripper 264 multimode dispersion 164

NA mismatch 231

Near field MFD 140,263 NRZ (nonreturn to zero) 186

O/E converter 198

Offset 233 OFWG (Optical Fiber with Ground Wire) 98 OPM (Optical Power Meter) 255 Optical Fiber Amplifier 208,212 optical fiber coupler 195,209,210



290

PAS 239

prefusion 238 PMF (Polarisation Maintaining Fiber) 8,55 pulse broadening 157

Refractive index profile 51,53

return loss 227,278 rms pulsewidth 160 RZ (Return to Zero) 186

S/N (signal to noise ratio) 222,270

SCM (Sub-Carrier Multiplexing) 193 Splice 236 SDH (Synchronous Digital Hierarchy) 23,176 SONET (Synchronous Optical Network) 23

Technical-Related Loss 229

Tilt 235 TDM (Time Division Multiplexing) 193

Waveguide Dispersion 168

WDM (Wavelength Division Multiplexing) 196

ประวตผเขยน รองศาสตราจารย ดร. อธคม ฤกษบตร

ปจจบนด ารงต าแหนงผบรหารระดบสงของมหาวทยาลยเทคโนโลยมหานคร มบทความตพมพทม peer-review ทงระดบชาตและนานาชาตกวา 120 บทความ มความเชยวชาญในสาขาเทคโนโลยเสนใยแกว การประมวลสญญาณเชงแสง ระบบสอสารโทรคมนาคมทงในสวนของคลนไมโครเวฟและเชงแสง ฯลฯ ไดรบเชญเปนวทยากรบรรยายพเศษใหกบหนวยงานของรฐและเอกชนอยเสมอ รวมเปนผกอตงเครอขายนกวชาการทเกยวของกบเทคโนโลยเชงแสงของประเทศไทย หรอ Thailand Optics and Photonics Society (TOPS) เปนประธาน IEEE Photonics Society (IPS) Thailand Chapter เปนผรวมกอตงและนายกสมาคมวชาการวศวกรรมไฟฟา (ประเทศไทย) หรอ EEAAT (Electrical Engineering Academic Association (Thailand)) เปนประธานคณะกรรมการวชาการท 892 มาตรฐานเคเบลใยแกวน าแสง ของส านกงานมาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรม (สมอ.) กระทรวงอตสาหกรรม นอกจากนยงเปนอนกรรมการใหกบหนวยงานตาง ๆ หลายแหง เชน กระทรวงดจทลเพอเศรษฐกจและสงคม ส านกงานคณะกรรมการกจการกระจายเสยง กจการโทรทศน และกจการโทรคมนาคมแหงชาต (กสทช.) สภาวศวกร ส านกงานคณะกรรมการการอดมศกษา (สกอ.) ฯลฯ อกทงเปนกรรมการผทรงคณวฒในการประชมวชาการทงระดบชาตและนานาชาตเปนจ านวนมาก

อธคม ฤกษบตร ส าเรจการศกษาระดบปรญญาตรสาขาวศวกรรมไฟฟา สาขายอยอเลกทรอนกส จากสถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง ปรญญาโท วศวกรรมไฟฟา สาขา Optoelectronics จาก Florida Institute of Technology สหรฐอเมรกา ปรญญาเอกสาขาโทรคมนาคมเชงแสงจาก University of New South Wales ออสเตรเลย ปจจบนเปนรองศาสตราจารยสาขาวชาวศวกรรมโทรคมนาคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยมหานคร ซงในอดตเคยด ารงต าแหนงหวหนาภาควชาวศวกรรมโทรคมนาคมตงแตเรมกอตงภาควชา

เส้นใยแก้วและ การประยุกต์ใช้ ...บทท 3...

Documents