FIBER OPTIC เส้นใยแก้วนำแสง คือ เส้นใยขนาดเล็กที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำแสง โครงสร้างของเส้นใยแสงประกอบด้วยส่วนที่แสงเดินทางผ่านเรียกว่า CORE และส่วนที่หุ้มCORE อยู่เรียกว่า CLAD ทั้ง CORE และ CLAD เป็นDIELECTRIC ใส 2 ชนิด (DIELECTRIC หมายถึงสารที่ไม่เป็นตัวนำไฟฟ้า เช่น แก้ว พลาสติก) โดยการทำให้ค่าดัชนีการหักเหของ CLAD มีค่าน้อยกว่าค่าดัชนีการหักเหของ CORE เล็กน้อยประมาณ 0.2 ~3% และอาศัยปรากฎการณ์สะท้อนกลับหมดของแสง สามารถทำให้แสงที่ป้อนเข้าไปใน CORE เดินทางไปได้นอกจากนั้นเนื่องกล่าวกันว่าเส้นใยแสงมีขนาดเล็กมากขนาดเท่าเส้นผมนั้นหมายถึง ขนาดของเส้นผ่าศูนย์กลางด้านนอกของ CLAD ซึ่งมีขนาดประมาณ 0.1 ม.ม. ส่วน CORE ที่แสงเดินทางผ่าน นั้นมีขนาดเล็กลงไปอีกคือประมาณหลาย um ~ หลายสิบ um (1 um=10-3 mm) ซึ่งมีค่าหลายเท่าของความยาวคลื่นของแสงที่ใช้งาน ค่าต่างๆ เหล่านี้เป็นค่าที่กำหนดขึ้นจากคุณสมบัติการส่งและคุณสมบัติทางเมคานิกส์ที่ต้องการ เส้นใยแสงนอกจากมีคุณสมบัติการส่งดีเยี่ยมแล้วยังมีลักษณะเด่นอย่างอื่นอีกเช่น ขนาดเล็กน้ำหนักเบาอีกด้วย
Optical Fiber ประกอบขึ้นมาจากวัสดุที่เป็น
1. แก้ว (Glass Optical Fiber)
2. พลาสติก (Plastic Optical Fiber)
3. พลาสติกผสมแก้ว (Plastic Clad Silica,P C S)
2. พลาสติก (Plastic Optical Fiber)
3. พลาสติกผสมแก้ว (Plastic Clad Silica,P C S)
ความรู้ด้าน FIBER OPTIC
ความต้องการในการขนส่งข้อมูลที่ความเร็วสูงขึ้นและระยะทาง ที่ไกลขึ้น นำไปสู่การ พัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ การใช้ photons แทน electrons สำหรับการรับส่งสัญญาณ ผ่านเคเบิ้ล ทำให้ได้แบนด์วิดธ์ที่สูงขึ้นแต่ราคาต่ำลงอย่าง ไรก็ตาม แนวคิดในการส่ง ข่าวสาร โดยใช้แสงไม่ใช่ของใหม่ เพียงแต่ในทศวรรษหลังสุดนี้ สามารถที่จะนำวัสดุ และอุปกรณ์ ทางแสงที่ได้สร้างและพัฒนามาให้ใช้ประโยชน์ได้ ต่อไป
ข้อดี ของ fiber optic cables ที่ สร้างจากแก้วซึ่งเป็นฉนวน คือ สนามพลังงานที่ถูก ปล่อยออกมาจะไม่ถูกรบกวนและถูกดูดซับ แก้วเป็นวัสดุที่มีผลต่อการลดทอนน้อยมาก และเป็นอิสระจากการมอดูเลตทางความ ถี่ เมื่อเปรียบเทียบกับเคเบิลชนิดทองแดงแล้ว จะมีความสามารถในการรับส่งเหมือนกัน แต่ไฟเบอร์ออฟติกมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา กว่ามาก และสุดยอดของออฟติกก็คือมีราคาถูกแม้ว่าจะพิจารณารวมถึงต้นทุนในการติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆ แล้วด้วยการพัฒนาต่อไปในอนาคตจะสามารถลดต้นทุนเครือข่ายไฟเบอร์ออฟติกได้มากกว่านี้ ไม่ว่าจะเป็นด้านการผลิต การติดตั้ง การบำรุงรักษา และที่แน่ๆ ก็คือการใช้งานเครือข่าย การส่งข้อมูลไปบนไฟเบอร์ออฟติก คุณจะต้องมีอุปกรณ์กำเนิดแสงที่ถูกมอดูเลต โดยทั่วไปแล้วจะใช้เลเซอร์ไดโอดที่ทำหน้าที่ปล่อยพัลส์แสง (light pulse) เข้าไปยังไฟเบอร์ และที่ด้านตรงปลายทาง คุณก็ต้องมีอุปกรณ์ตรวนจับแสง (photo detector) ซึ่งมักจะเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่ทำงานคล้ายกับโซลาร์เซลด้วยการแปลงแสง ไปเป็นกระแสไฟฟ้าปัจจุบันไฟเบอร์ออฟติกทำงานกับแสงที่มีความยาวคลื่น ประมาณ 1µm ซึ่งตรงกับความถี่ 3·1014 Hz หรือ 300.000 GHz สำหรับเหตุผลทางเทคนิค อุปกรณ์ส่วนใหญ่ทำงานกับการการผสมของสัญญาณที่อาศัยความแรงของสัญญาณ (AM) ซึ่งจะส่งผลให้มีแบนด์วิดธ์เป็น 5 ถึง 10 GHz เมื่อเปรียบเทียบกับความถี่พาหะ (carrier frequency) แล้ว จะเห็นว่าน้อยมาก มันจะถูกจำกัดโดยเทคโนโลยีที่ใช้งานได้ การลดทอนของแสงใน glass fiber ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น มีค่าลดทอนต่ำสุดใน attenuation curve อยู่ในช่วง 1310 n.m และ 1550 n.m ระยะความกว้าง 100 n.m โดย ประมาณบริเวณค่าดังกล่าวนี้ถูกเรียกว่า วินโดวส์ ซึ่งความถี่บริเวณในวินโดวส์นี้จะใช้สำกรับการส่งข้อมูล ไฟเบอร์ในปัจจุบันนี้ครวบคลุมหลายวินโดวส์ (1300/1400/1500/1600 mm)
คุณ สามารถป้อนสัญญาณที่ความยาวคลื่นต่างกันในวินโดวเดียวกันเข้าไปในหนึ่งไฟ เบอร์ และที่ด้านปลายทางสัญญาณแสงจะถูกแยกออกได้ รูปแบบดังกล่าวนี้จะเป็นหลายช่องสัญญาณต่อวินโดว์โดยใช้ไฟเบอร์อันเดียวซึ่ง เรียกกันว่า wavelength-division multiplexing (W D M)
เทคนิค อีกวิธีหนึ่งคือการส่งสัญญาณที่มีความยาวคลื่นต่างกันในลักษณะสองทิศทางโดย ผ่านไฟเบอร์อันเดียว วิธีการแบบนี้เรียกว่า bi-directional transmission ซึ่งสามารถจะลดจำนวนเคเบิลที่ต้องใช้ลง 50 % ชนิดของไฟเบอร์ปัจจุบัน นี้เคเบิลไฟเบอร์ทำจากซิลิกาเป็นส่วนใหญ่ ซิลิกาเป็นวัสดุบริสุทธิ์และยืดหยุ่นได้ และเป็นทรัพยากรที่คงจะไม่มีวันหมดไปง่าย ๆ เมื่อเปรียบเทียบกับทองแดงแล้ว ไฟเบอร์บางแบบทำจากโพลีเมอร์หรือวัสดุสังเคราะห์อื่น ๆ แต่ก็จะใช้งานสำหรับระยะทางสั้นเท่านั้นเพราะมีการลดทอนสูงอันเนื่องมากจากการมีขนาดของเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่จะทำให้ขนาดของแสงที่ปล่อย ออกไปมีจำนวนมาก ส่วนประกอบของไฟเบอร์ประกอบด้วย core , cladding (ทำหน้าที่เป็นส่วนหุ้มห่อ คือเป็น insulation ของแต่ละไฟเบอร์) , และบัพเฟอร์ (เป็นตัวป้องกันทางกล หรือ mechanical protection) เคเบิลจะมีการติดฉลากเป็นค่าเส้าผ่าศูนย์ของ core และ cladding ตัวอย่างเช่นเคเบิลชนิด single-mode จะเป็น 9/125 µm ซึ่ง 9 ก็เป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของ core ส่วน 125 ก็เป็นเส้นผ่าศูนย์กลางของ cladding ในส่วนของบัฟเฟอร์ก็จะหุ้มรอบไฟเบอร์ที่มีขนาด 9/125 µm ซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาดประมาณ 250 µm โดยพื้นฐานแล้ว ชนิดของไฟเบอร์มีดังนี้
เทคนิค อีกวิธีหนึ่งคือการส่งสัญญาณที่มีความยาวคลื่นต่างกันในลักษณะสองทิศทางโดย ผ่านไฟเบอร์อันเดียว วิธีการแบบนี้เรียกว่า bi-directional transmission ซึ่งสามารถจะลดจำนวนเคเบิลที่ต้องใช้ลง 50 % ชนิดของไฟเบอร์ปัจจุบัน นี้เคเบิลไฟเบอร์ทำจากซิลิกาเป็นส่วนใหญ่ ซิลิกาเป็นวัสดุบริสุทธิ์และยืดหยุ่นได้ และเป็นทรัพยากรที่คงจะไม่มีวันหมดไปง่าย ๆ เมื่อเปรียบเทียบกับทองแดงแล้ว ไฟเบอร์บางแบบทำจากโพลีเมอร์หรือวัสดุสังเคราะห์อื่น ๆ แต่ก็จะใช้งานสำหรับระยะทางสั้นเท่านั้นเพราะมีการลดทอนสูงอันเนื่องมากจากการมีขนาดของเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่จะทำให้ขนาดของแสงที่ปล่อย ออกไปมีจำนวนมาก ส่วนประกอบของไฟเบอร์ประกอบด้วย core , cladding (ทำหน้าที่เป็นส่วนหุ้มห่อ คือเป็น insulation ของแต่ละไฟเบอร์) , และบัพเฟอร์ (เป็นตัวป้องกันทางกล หรือ mechanical protection) เคเบิลจะมีการติดฉลากเป็นค่าเส้าผ่าศูนย์ของ core และ cladding ตัวอย่างเช่นเคเบิลชนิด single-mode จะเป็น 9/125 µm ซึ่ง 9 ก็เป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของ core ส่วน 125 ก็เป็นเส้นผ่าศูนย์กลางของ cladding ในส่วนของบัฟเฟอร์ก็จะหุ้มรอบไฟเบอร์ที่มีขนาด 9/125 µm ซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาดประมาณ 250 µm โดยพื้นฐานแล้ว ชนิดของไฟเบอร์มีดังนี้
- Step index fiber (single mode)
Single-Mode Fiber
ชนิด step index fiber ส่วน core และ cladding มีดัชนีการหักเหที่ต่างกัน ไฟเบอร์ชนิด single-mode มีขนาดของ core เล็กมาก ( 10 GHz·km) จึงไม่เกิดการกว้างขึ้นของพัลส์ (pulse broadening) และไม่เกิด transit time differences
ชนิด step index fiber ส่วน core และ cladding มีดัชนีการหักเหที่ต่างกัน ไฟเบอร์ชนิด single-mode มีขนาดของ core เล็กมาก ( 10 GHz·km) จึงไม่เกิดการกว้างขึ้นของพัลส์ (pulse broadening) และไม่เกิด transit time differences
ข้อดีคือใช้เดินทางได้ระยะไกล
- Step index fiber (m u l t i m o d e)
ขนาดที่ใช้งานกันจะเป็น 9/125 µm fibers ที่ความยาวคลื่น 1300 n.m สำหรับ long distance
M u l t i m o d e Fiber
ไฟเบอร์แบบมัลติโหมดมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่ (> 100 µm) ไฟเบอร์แบบนี้จะยอมให้การแพร่ของแสงแบบ multiple mode ผ่านไปได้ ทำให้มีการลดทอนที่สูงและมีแบนด์วิดธ์ที่ต่ำกว่า (< 100 MHz·km) ส่งผลให้เกิดการกว้างขึ้นของพัลส์และเกิด transit time differences
ซึ่งจะเหมาะสมสำหรับการใช้งานกับระบบ LAN (>300 m)
ซึ่งจะเหมาะสมสำหรับการใช้งานกับระบบ LAN (>300 m)
- Graded index fiber (m u l t i m o d e)
Graded Index Fiber
ไฟเบอร์แบบ graded index fiber ดัชนีการหักเหจะเปลี่ยนแปลงแบบค่อย ๆ เป็นจาก core ไปยัง cladding ไฟเบอร์ชนิดนี้จึงมี transit time differences น้อย และการกว้างขึ้นของพัลส์ (pulse broadening) น้อย ทำให้มีค่าลดทอนต่ำ แบนด์วิดธ์ < 1 GHz·km
ขนาดที่ใช้กันก็เป็น 50/125 µm หรือ 62.5/125 µm ใช้สำหรับระยะทางสั้น ๆ (< 500 m).
ขนาดที่ใช้กันก็เป็น 50/125 µm หรือ 62.5/125 µm ใช้สำหรับระยะทางสั้น ๆ (< 500 m).
หลักการ
อธิบาย โดย ใช้ หลักการ ของ แสง (geometrical optic) ได้ ดังนี้
ให้ จุด กำเนิด แสง อยู่ ที่ S จะ มี แสง ออก จาก จุด S นี้ ไป ยัง จุด ต่าง ๆ ของ ผิวแก้ว ดังรูป ที่ จุด A แสง จะ พุ่ง ออกจาก แก้ว ไป ยัง อากาศ โดย ไม่ มี การหักเห ที่ จุด B จะ มี การหักเห เล็ก น้อย และ มี บาง ส่วน สะท้อน กลับ มา ใน แก้ว ที่ จุด C จะ มี การหักเห มาก ขึ้น เล็ก น้อย และ มี บาง ส่วน สะท้อน กลับ มา ใน แก้ว ที่ จุด D จะ ไม่ มี การหักเห แสง จาก จุด S ทั้ง หมด จะ สะท้อน กลับ มา ใน แก้ว ณ. จุดนี้จะ เรียก มุม
ว่า มุมวิกฤต (Critical angle) ทำ ให้ เกิดปรากฏการณ์ การสะท้อนกลับ หมด (Total reflection) หา ค่า มุม
ได้ จาก สมการ
เส้นทางของแสง
เมื่อ แสง ผ่าน เข้า มา ใน สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้ว นำแสง)ที่ ทำ จาก แก้ว จะ เกิด การสะท้อนกลับหมด ที่ ผิวแก้ว (บริเวณ ที่ เป็น รอยต่อ ของ แก้ว กับ อากาศ) แสง ที่ สะท้อน นี้ จะ กลับ เข้า มา ใน สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้ว นำแสง) และ เกิด การสะท้อน ที่ ผิวแก้ว อีก ด้านหนึ่ง การสะท้อน นี้ จะ เกิด ภายใน แก้ว โดย ไม่ มี การทะลุ ผ่าน ผิวแก้ว ออก ไป ยัง อากาศ ทำ ให้ สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้ว นำแสง) สามารถ นำ แสง จาก จุด A ไป ยัง จุด B ได้ โดย เส้นทาง ของ AB เป็น เส้นโค้ง จาก สมบัติ ข้อ นี้ จึง ได้ มี การสร้างเครื่องมือ ตรวจ ดู อวัยวะ ภายใน ร่างกาย มนุษย์ โดย การนำแสง จาก ภายนอก ผ่าน สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้ว นำแสง) ไป ยัง กระเพาะอาหาร และ นำ ภาพ กระเพาะอาหาร กลับ มา ยัง ภายนอก ให้ ผู้ทำการตรวจ ได้ มองเห็น
การ ใช้ งาน สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้ว นำแสง) จะ มี 2 ลักษณะ คือ
1 นำ ภาพ ของ วัตถุ ผ่าน สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้ว นำแสง) เช่น กล้องตรวจอวัยวะ ภายใน ของ มนุษย์
2 นำ สัญญาณ แสง ผ่าน สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้ว นำแสง)
สำหรับ ชุด ทดลอง นี้ จะ ศึกษา เฉพาะ ลักษณะ บางประการ ของ การส่ง สัญญาณแสง ผ่าน สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง)
เมื่อ จบ การทดลอง นี้ แล้ว จะ เข้า ใจ เรื่อง
เมื่อ
1 Multiplex
2 การตอบสนอง ต่อ แสง สี
3 การเปลี่ยน สัญญาณ ไฟฟ้า เป็น สัญญาณ แสง
4 การเปลี่ยน สัญญาณ แสง เป็น สัญญาณ ไฟฟ้า
5 การลดทอน ของ สัญญาณ
การ เตรียม ก่อน การทดลอง
1 ต่อ แผ่นทดลอง กับ กระบะ ถ่านไฟฉาย 6 โวลต์ ต้อง ต่อ ให้ ถูก ขั้ว เมื่อ ต่อ ถูกต้อง จะ เห็น หลอดไฟ ของ Logic Probe สว่าง
2 ทดสอบ การทำงาน โดย ต่อ สายไฟ จาก Input ของ ชุดส่งสัญญาณ มา แตะ ที่ +6 โวลต์หลอด LED ของ ชุดส่ง จะ สว่างจ้า
Multiplex เป็น การส่งสัญญาณ จาก สถานีส่ง หลาย ชุด ไป ยัง สถานีรับ หลาย สถานี โดย ใช้ สายส่ง เพียง ชุด เดียว วิธีหนึ่ง คือ ใช้สวิตช์ S และ S ที่ ทำ งาน พร้อม กัน (synchronise) ทำ ให้ สัญญาณ ไฟฟ้า จาก A ไป ยัง P
B ไป ยัง O
C ไป ยัง R
D ไป ยัง S
ถ้า ความเร็ว ของ การ เลื่อนสวิตช์ S 1 และ S 2 มาก พอ สัญญาณ ทั้ง 4 ชุด ที่ รับ ได้ จะ เกือบ เหมือน สัญญาณ ต้นแบบ
Multiplex
ครั้งแรก ให้ ทดลอง การส่งสัญญาณ ไฟฟ้า ด้วย สายทองแดง โดย เริ่ม ต่อ input ของ multiplex กับแหล่งจ่ายไฟ คงที่ 0 กับ 5 โวลต์ (Logic 0 และ 1) ดู ผล ที่ เกิด ขึ้น ที่ output ของ demultiplex เมื่อ ใช้ clock ที่ มี ความถี่ ต่ำ จาก นั้น จึง ใช้ clock ที่ มี ความถี่ สูง ขึ้น
ต่อ ไป ให้ ทดลอง เช่นเดียวกัน แต่ เปลี่ยน มา ใช้ สาย fiber optic แทน สายทองแดง โดย เริ่ม ต่อ input ของ multiplex กับ แหล่งจ่ายไฟฟ้า คงที่ 0 กับ 5 โวลต์ จากนั้น นำ สัญญาณ ไฟฟ้า ไป เข้า วงจร แปลง สัญญาณ ไฟฟ้า เป็น สัญญาณ แสง แล้ว จึง ใช้ สาย fiber optic นำ สัญญาณ ดังกล่าว ส่ง ไป ที่ ตัวรับ สัญญาณ แสง เมื่อ รับ สัญญาณ แสง ได้ แล้ว นำ output ที่ ได้ ไป เข้า ที่ input ของ demultiplex ดู ผล ที่ เกิด ขึ้น จาก วงจร demultiplex เมื่อ ใช้ clock ที่ มี ความถี่ ต่ำ จากนั้น จึง ใช้ clock ที่ มี ความถี่ สูง ขึ้น
เมื่อ เข้า ใจ การ ส่ง สัญญาณ ที่ มี ความต่างศักย์ไฟฟ้าคงที่ ต่อ ไป ให้ ทดลอง ส่งสัญญาณ ที่ มี การเปลี่ยนแปลง ความต่างศักย์ไฟฟ้า แบบ digital ซึ่ง เป็น สัญญาณ ไฟฟ้า แบบ clock ทดลอง ทั้ง การส่ง ด้วย สายทองแดง และ สาย fiber optic
เนื่องจาก สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง) สร้าง จาก แก้ว หรือ วัสดุใส ชนิด อื่น ดังนั้น การตอบสนอง ต่อ แสง สี ที่ มี ความยาวคลื่น ต่างกัน จึง ไม่ เท่ากัน ขึ้น อยู่กับ ผู้สร้าง สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง) นั้น ๆ ว่า ต้องการ ให้ สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง)ทำ งาน ที่ แสง สี ความยาวคลื่น เท่าไร
การทดลอง
เลือก ส่ง สัญญาณ ด้วย แสงสีส้ม (ความยาวคลื่น ประมาณ 620 นาโนเมตร) และ ด้วย แสงสีเขียว (ความยาวคลื่น ประมาณ 550 นาโนเมตร) เปรียบเทียบ ผล ที่ ได้รับ
light frequency response (Red, Green)
สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง) ที่ ใช้ ใน การทดลอง นี้ ทำ งาน ได้ ดี ที่ ความถี่ ประมาณ 680 นาโนเมตร ดังนั้น ใน การทดลอง ที่ ใช้ LED ที่ ให้ แสง ความถี่ ประมาณ 620 และ 550 นาโนเมตร จึง มี ผล ต่อ การรับ สัญญาณ ดังนั้น ผล การทดลอง จึง ออก มา ว่า การส่ง สัญญาณ แสง ด้วย ความถี่ ที่ ใกล้กับ 680 นาโนเมตร จะ ให้ ผล ดี กว่า ซึ่ง จุด นี้ ก็ เป็น จุด สำคัญ ของ การ ส่ง สัญญาณ ด้วย ไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง) ต้อง เลือก ความถี่ ของ carrier signal ให้ เหมาะกับ ไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง)นั้น เพื่อ ให้ การส่ง สัญญาณ เป็น ไป อย่าง สมบูรณ์ ที่ สุด
ส่วน สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง) ที่ ออกแบบ ให้ ใช้ งาน ส่ง สัญญาณ จริง (Commercial) เป็น สาย ที่ ออกแบบ ให้ ทำ งาน ที่ แสง infrared และ การตอบสนอง ต่อ ความถี่ ของ สัญญาณ นั้น มี ค่า สูง มาก จุด นี้ เป็น จุด สำคัญ ที่ ครู และ นักเรียน ควร เข้าใจ
เพื่อ ให้ การเปลี่ยน สัญญาณ ไฟฟ้า เป็น สัญญาณ แสง เป็น ไป อย่าง มี ประสิทธิภาพ จึง ใช้ ทรานซิสเตอร์ มา ประกอบ ใน วงจร ดังรูป
สัญญาณ ไฟฟ้า ที่ เข้า มา ทาง INPUT จะ ทำ ให้ Transistor นำ กระแส ไฟฟ้า ได้ แตกต่าง กัน ตาม ศักย์ไฟฟ้า ของ สัญญาณ ที่ เข้า มา เป็น ผล ให้ LED หรือ อาจ จะ เป็น LASER Diode ส่ง แสง ที่ มี ความเข้ม ที่ ไม่ คงที่ ออก มา
การทดลอง
ต่อ สายไฟ จาก +6 V 0 V clock 2 เข้ากับ INPUT ของ ชุด ส่ง สัญญาณ แสง สังเกต ดู ความสว่าง ของ หลอด LED
เพื่อ ให้ การเปลี่ยน สัญญาณ ไฟฟ้า เป็น สัญญาณ แสง เป็น ไป อย่าง มี ประสิทธิภาพ จึง ใช้ Photo diode มา เป็น ตัวรับแสง ดังรูป
แสง ที่ ตกกระทบ ลง บน ตัว Photo diode จะ ทำ ให้ ศักย์ไฟฟ้า ที่ คร่อม ตัว Photo diode เปลี่ยนแปลง แต่ การเปลี่ยนแปลง นี้ มี ค่า น้อย มาก ระดับ มิลลิโวลต์ จึง ต้อง ใช้ Op amp เข้า มา ทำ หน้าที่ ขยาย สัญญาณ ให้ มี ค่า มาก ขึ้น แล้ว ส่ง ออก มา ที่ OUTPUT
การทดลอง
ต่อ สายไฟ จาก +6 V 0 V clock 2 เข้ากับ INPUT ของ ชุด ส่ง สัญญาณ แสง สังเกต ดู ความสว่าง ของ หลอด LED จาก นั้น ใช้ สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง) นำ สัญญาณ แสง ไป ที่ Photo diode ของ ชุด รับ สัญญาณ ต่อ สาย ไฟ จาก OUTPUT ของ ชุด รับ สัญญาณ ไป ที่ INPUT ของ Logic Probe สังเกต ความสว่าง ของ หลอด LED
การทดลอง เกี่ยวกับ ความยาว ของ สาย นั้น เป็น ส่วน สำคัญ ของ การ ส่ง สัญญาณ ด้วย สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง) ที่ ดี จะ มี การดูดกลืน ดังกล่าว น้อยมาก โดย ทั่วไป สาย ที่ ยาว 10 กิโลเมตร จะ ลด (attenuation) สัญญาณ แสง ลง ครึ่งหนึ่ง แต่ สาย fiber optic ที่ ใช้ ใน การทดลอง นี้ ไม่ ได้ มี คุณภาพดี ถึง เพียงนั้น
การทดลอง
ใช้ สายไฟเบอร์ออพติก (เส้นใยแก้วนำแสง) ที่ มี ความยาว 25 เซนติเมตร และ 5 เมตร ทำ การทดลอง ส่ง และ รับสัญญาณ แสง สังเกต ผล ที่ เกิด ขึ้น
ส่วน เสริม ที่ จะ ทำ ต่อ ไป คือ การ ส่ง สัญญาณ เสียง ด้วย แสง แทนที่ จะ เป็น การ ส่ง สัญญาณ digital ด้วย สาย fiber optic ก็ จะ กลายเป็น การส่ง สัญญาณ เสียง (คำพูด เสียงร้องเพลง) ทางสาย fiber optic เมื่อ ตัวรับ สัญญาณ ทำ งาน จะ ส่ง สัญญาณ นี้ ไป แปลง กลับ มา เป็น เสียง เช่นเดิม นิยม เรียก การ ส่ง ใน ลักษณะ นี้ ว่า การส่งแบบ analog
Infrared Transmission
สาย fiber optic ที่ ซื้อ มา จาก ร้าน RS นั้น สามารถ ส่ง สัญญาณ แสง ใน ช่วง ของ Infrared ได้ น่า จะ ทำ การทดลอง เพิ่ม ทั้ง การส่ง และ การรับ ใน ช่วงนี้
maximum of multiplex frequency
ใน การทดลอง นี้ สำหรับ สายทองแดง นั้น ไม่ ปัญหา เรื่อง ความถี่ สูง สุด ของ การส่ง สัญญาณ ไฟฟ้า แบบ multiplex ส่วน การส่ง สัญญาณ ด้วย แสง ทาง fiber optic นั้น มี ข้อจำกัด เพราะ เมื่อ ความถี่ สูง มาก ๆ ปริมาณ แสง ที่ เป็น สัญญาณ high จะ มี ช่วงสั้น มาก photo diode และ วงจร เปรียบเทียบ ไม่ อาจ ทำ งาน ได้ ถูกต้อง นัก (การแก้ไข สามารถ ตั้ง Threshold ใหม่) นอกจากนี้ ยัง ขึ้น อยู่กับ การออกแบบ สาย fiber optic ด้วย เพราะ ว่า สาย fiber optic ที่ ใช้ ใน การทดลอง นั้น เป็น สาย ที่ ถูก ออกแบบ มา ให้ ทำงาน กับ แสง ที่ มี ความถี่ ประมาณ 680 นาโนเมตร และ เป็น การ ใช้ งาน ที่ ความถี่ ปานกลาง เท่านั้น
ส่วน สาย fiber optic ที่ ออกแบบ ให้ ใช้ งาน ส่ง สัญญาณ จริง (Commercial utilization) เป็น สาย ที่ ออกแบบ ให้ ทำงาน ที่ แสง infrared และ การตอบสนอง ต่อ ความถี่ ของ สัญญาณ นั้น มี ค่า สูง มาก จุด นี้ เป็น จุด สำคัญ ที่ทุกท่านควร เข้าใจ
การนำไปใช้งานของ Fiber Optic
- ตึกสูงๆ ที่ต้องการเชื่อมต่อระบบเครือข่าย ทำเป็น Backbone (สายรับส่งสัญญาณข้อมูลหลัก)
- ระบบการรับส่งสัญญาณภาพ วีดีโอ ตามพื้นที่ต่างๆ
- การเชื่อมต่อสัญญาณระยะไกล
- การใช้แทนสายสัญญา R G 6 ในระบบกล้องวงจรปิด ในการเดินสายในระยะไกล
ตัวอย่างการนำไปใช้งาน
- เครื่อข่ายเคเบิ้ลใยแก้วในกรุงเทพ ยกตัวอย่างเช่น การสื่อสาร การประปา องค์การโทรศัพท์ การไฟฟ้านครหลวง การไฟฟ้าฝ่ายผลิต การรถไฟ ธนาคาร บริษัทผู้ให้บริการโทรศัพท์
- เครื่อข่ายเคเบี้ลใยแก้วระหว่างประเทศ
- เครื่อข่ายเชื่อมโยงระหว่างจังหวัด
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น