ลองนึกภาพว่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสามารถส่งข้อมูลผ่านสีต่างๆ ได้เหมือนรุ้งกินน้ำ โดยแต่ละสีแสดงถึงช่องข้อมูลที่แตกต่างกัน ในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง ความยาวคลื่นทำหน้าที่เป็น "สี" เหล่านี้ ซึ่งเป็นตัวกำหนดลักษณะและประสิทธิภาพการส่งสัญญาณของสัญญาณแสง แม้ว่า "ความยาวคลื่น" อาจฟังดูเป็นคำศัพท์เฉพาะสำหรับหลายๆ คน แต่จริงๆ แล้วเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจเทคโนโลยีใยแก้วนำแสง บทความนี้จะเปิดเผยแนวคิดเกี่ยวกับความยาวคลื่นของใยแก้วนำแสง หลักการพื้นฐาน และบทบาทสำคัญในการใช้งานจริง
แสงขยายออกไปไกลกว่าสิ่งที่ตาของเรามองเห็นว่าเป็นแสงที่มองเห็นได้ มันเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่กว้างขึ้น ซึ่งรวมถึงรังสีประเภทต่างๆ ตั้งแต่รังสีเอกซ์และคลื่นอัลตราไวโอเลตพลังงานสูง ไปจนถึงคลื่นวิทยุและไมโครเวฟที่คุ้นเคย และสุดท้ายคือแสงอินฟราเรดที่ใช้ในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง ทั้งหมดนี้เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าขั้นพื้นฐาน ซึ่งแตกต่างกันส่วนใหญ่ตามความยาวคลื่น สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถมองเห็นได้เป็นจานสีที่กว้างขวาง โดยมีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสอดคล้องกับ "สี" ที่แตกต่างกัน การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงเลือก "สี" เฉพาะจากจานสีนี้อย่างมีกลยุทธ์สำหรับการส่งข้อมูล
รังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามักจะอธิบายโดยใช้ความยาวคลื่นหรือความถี่ ความยาวคลื่นหมายถึงระยะห่างระหว่างจุดสูงสุดหรือจุดต่ำสุดติดต่อกันของคลื่นเมื่อมันแพร่กระจายผ่านอวกาศ โดยปกติจะวัดเป็นนาโนเมตร (nm, หนึ่งในพันล้านของเมตร) หรือไมโครเมตร (µm, หนึ่งในล้านของเมตร) ความถี่หมายถึงจำนวนครั้งที่คลื่นสั่นต่อวินาที วัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz) ความยาวคลื่นและความถี่มีความสัมพันธ์แบบผกผัน: ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าสอดคล้องกับความถี่ที่สูงกว่า ในขณะที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าบ่งบอกถึงความถี่ที่ต่ำกว่า สำหรับความยาวคลื่นที่สั้นกว่า เช่น แสง อัลตราไวโอเลต และรังสีเอกซ์ ความยาวคลื่นเป็นตัวอธิบายที่ต้องการ สำหรับความยาวคลื่นที่ยาวกว่า เช่น คลื่นวิทยุ สัญญาณโทรทัศน์ และไมโครเวฟ ความถี่ถูกใช้บ่อยกว่า
แน่นอนว่ารูปแบบแสงที่คุ้นเคยที่สุดคือแสงที่มองเห็นได้ ดวงตามนุษย์สามารถตรวจจับความยาวคลื่นได้ตั้งแต่ประมาณ 400 nm (แสงสีน้ำเงิน/ม่วง) ถึง 700 nm (แสงสีแดง) ช่วงนี้สอดคล้องกับแถบรังสีที่แข็งแกร่งที่สุดจากดวงอาทิตย์ ซึ่งบ่งชี้ว่าระบบการมองเห็นของเราพัฒนาขึ้นเพื่อรับรู้ความยาวคลื่นที่เข้มข้นที่สุดของแสงแดด ซึ่งเป็นตัวอย่างที่สง่างามของการปรับตัวทางชีวภาพ
การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงไม่ได้อาศัยแสงที่มองเห็นได้ แต่ใช้แสงอินฟราเรด ซึ่งมีความยาวคลื่นที่ยาวกว่า โดยทั่วไปประมาณ 850 nm, 1300 nm และ 1550 nm การเลือกแสงอินฟราเรดเกิดจากการลดทอนที่ต่ำกว่าในเส้นใยนำแสง การลดทอนในเส้นใยเกิดจากปัจจัยหลักสองประการ: การดูดกลืนและการกระเจิง
เพื่อลดการสูญเสียสัญญาณ ระบบใยแก้วนำแสงทำงานในสเปกตรัมอินฟราเรด หลีกเลี่ยงจุดดูดซับน้ำ และใช้ความยาวคลื่นมาตรฐานสามแบบ: 850 nm, 1300 nm และ 1550 nm โชคดีที่ไดโอดเลเซอร์ (หรือ LED) และเครื่องตรวจจับแสงสามารถออกแบบให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความยาวคลื่นเฉพาะเหล่านี้
หากความยาวคลื่นที่ยาวกว่ามีการลดทอนน้อยกว่า ทำไมไม่ใช้มันล่ะ? คำตอบอยู่ที่ความใกล้เคียงของความยาวคลื่นอินฟราเรดกับรังสีความร้อน เช่นเดียวกับที่เราสามารถมองเห็นแสงสีแดงสลัวๆ ของเตาไฟฟ้าและรู้สึกถึงความร้อน ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าจะไวต่อสัญญาณรบกวนจากความร้อนโดยรอบ ซึ่งอาจรบกวนการส่งสัญญาณ นอกจากนี้ ยังมีจุดดูดซับน้ำอื่นๆ ในช่วงอินฟราเรด
ต่างจากเส้นใยแก้ว เส้นใยนำแสงพลาสติก (POF) แสดงการดูดซับที่ต่ำกว่าที่ความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ดังนั้น POF จึงใช้แสงสีแดง 650 nm โดยทั่วไป แม้ว่า 850 nm ยังคงใช้งานได้สำหรับการใช้งานระยะสั้นด้วยเครื่องส่งสัญญาณไฟเบอร์แก้ว
ในเครือข่ายใยแก้วนำแสง ความยาวคลื่นไม่เพียงแต่มีความสำคัญต่อการส่งสัญญาณเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการทดสอบด้วย การลดทอนของสายเคเบิลต้องวัดที่ความยาวคลื่นเดียวกับที่ใช้สำหรับการส่งสัญญาณ นอกจากนี้ เครื่องวัดกำลังแสงยังต้องมีการสอบเทียบที่ความยาวคลื่นเฉพาะเหล่านี้เพื่อประเมินประสิทธิภาพของเครือข่ายอย่างถูกต้อง
สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ให้บริการสอบเทียบสำหรับเครื่องวัดกำลังแสงที่ความยาวคลื่นใยแก้วนำแสงหลักสามแบบ: 850 nm, 1300 nm และ 1550 nm เส้นใยแบบมัลติโหมดมักจะออกแบบมาสำหรับ 850 nm และ 1300 nm ในขณะที่เส้นใยแบบโหมดเดี่ยวได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับ 1310 nm และ 1550 nm ความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยระหว่าง 1300 nm และ 1310 nm เกิดจากธรรมเนียมการใช้คำศัพท์ในอดีตที่ AT&T สร้างขึ้น โดยที่เส้นใยแบบโหมดเดี่ยวใช้เลเซอร์ 1310 nm และเส้นใยแบบมัลติโหมดใช้ LED 1300 nm
| ประเภทไฟเบอร์ | ความยาวคลื่น (nm) |
|---|---|
| เส้นใยนำแสงพลาสติก (POF) | 650 |
| เส้นใยดัชนีแบบมัลติโหมด | 850, 1300 |
| เส้นใยแบบโหมดเดี่ยว | 1310, 1490-1625 |
ระบบโทรคมนาคมสมัยใหม่ใช้เทคนิคการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) อย่างแพร่หลาย รวมถึง Dense WDM (DWDM) และ Coarse WDM (CWDM) WDM ช่วยให้เส้นใยเส้นเดียวสามารถส่ง "สี" ของแสงได้หลายสีพร้อมกัน โดยแต่ละสีแสดงถึงช่องข้อมูลอิสระ ในระบบ WDM เลเซอร์จะถูกปรับแต่งอย่างแม่นยำให้มีความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน โดยเว้นระยะห่างกันอย่างใกล้ชิดพอที่จะเพิ่มความจุสูงสุด แต่ห่างกันเพียงพอที่จะป้องกันการรบกวน สิ่งนี้เทียบได้กับการออกอากาศวิทยุ FM ที่สถานีต่างๆ ทำงานบนความถี่ที่แตกต่างกัน WDM ใช้ช่วงความยาวคลื่นทั้งหมดตั้งแต่ 1260 nm ถึง 1670 nm แบ่งออกเป็นแถบเฉพาะ
แง่มุมที่สำคัญแต่ถูกมองข้ามบ่อยครั้งของใยแก้วนำแสงคือความปลอดภัย เนื่องจากระบบใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่ทำงานนอกสเปกตรัมที่มองเห็นได้ แสงที่ส่งมักจะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ห้ามมองเข้าไปในปลายไฟเบอร์โดยตรงเพื่อตรวจสอบสัญญาณ ระบบพลังงานสูงบางระบบ เช่น CATV และ DWDM สามารถปล่อยรังสีที่เป็นอันตรายได้ ตรวจสอบระดับพลังงานแสงด้วยมิเตอร์ที่สอบเทียบแล้วก่อนจัดการกับการเชื่อมต่อไฟเบอร์เสมอ
การทำความเข้าใจความยาวคลื่นของใยแก้วนำแสงเป็นสิ่งสำคัญในการควบคุมเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยแสง ด้วยการเปิดเผย "รหัสสี" ของใยแก้วนำแสง ผู้เชี่ยวชาญสามารถปรับปรุงการออกแบบเครือข่าย แก้ไขปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพ และผลักดันขีดจำกัดของความสามารถในการส่งข้อมูล
ลองนึกภาพว่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสามารถส่งข้อมูลผ่านสีต่างๆ ได้เหมือนรุ้งกินน้ำ โดยแต่ละสีแสดงถึงช่องข้อมูลที่แตกต่างกัน ในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง ความยาวคลื่นทำหน้าที่เป็น "สี" เหล่านี้ ซึ่งเป็นตัวกำหนดลักษณะและประสิทธิภาพการส่งสัญญาณของสัญญาณแสง แม้ว่า "ความยาวคลื่น" อาจฟังดูเป็นคำศัพท์เฉพาะสำหรับหลายๆ คน แต่จริงๆ แล้วเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจเทคโนโลยีใยแก้วนำแสง บทความนี้จะเปิดเผยแนวคิดเกี่ยวกับความยาวคลื่นของใยแก้วนำแสง หลักการพื้นฐาน และบทบาทสำคัญในการใช้งานจริง
แสงขยายออกไปไกลกว่าสิ่งที่ตาของเรามองเห็นว่าเป็นแสงที่มองเห็นได้ มันเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่กว้างขึ้น ซึ่งรวมถึงรังสีประเภทต่างๆ ตั้งแต่รังสีเอกซ์และคลื่นอัลตราไวโอเลตพลังงานสูง ไปจนถึงคลื่นวิทยุและไมโครเวฟที่คุ้นเคย และสุดท้ายคือแสงอินฟราเรดที่ใช้ในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง ทั้งหมดนี้เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าขั้นพื้นฐาน ซึ่งแตกต่างกันส่วนใหญ่ตามความยาวคลื่น สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถมองเห็นได้เป็นจานสีที่กว้างขวาง โดยมีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสอดคล้องกับ "สี" ที่แตกต่างกัน การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงเลือก "สี" เฉพาะจากจานสีนี้อย่างมีกลยุทธ์สำหรับการส่งข้อมูล
รังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามักจะอธิบายโดยใช้ความยาวคลื่นหรือความถี่ ความยาวคลื่นหมายถึงระยะห่างระหว่างจุดสูงสุดหรือจุดต่ำสุดติดต่อกันของคลื่นเมื่อมันแพร่กระจายผ่านอวกาศ โดยปกติจะวัดเป็นนาโนเมตร (nm, หนึ่งในพันล้านของเมตร) หรือไมโครเมตร (µm, หนึ่งในล้านของเมตร) ความถี่หมายถึงจำนวนครั้งที่คลื่นสั่นต่อวินาที วัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz) ความยาวคลื่นและความถี่มีความสัมพันธ์แบบผกผัน: ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าสอดคล้องกับความถี่ที่สูงกว่า ในขณะที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าบ่งบอกถึงความถี่ที่ต่ำกว่า สำหรับความยาวคลื่นที่สั้นกว่า เช่น แสง อัลตราไวโอเลต และรังสีเอกซ์ ความยาวคลื่นเป็นตัวอธิบายที่ต้องการ สำหรับความยาวคลื่นที่ยาวกว่า เช่น คลื่นวิทยุ สัญญาณโทรทัศน์ และไมโครเวฟ ความถี่ถูกใช้บ่อยกว่า
แน่นอนว่ารูปแบบแสงที่คุ้นเคยที่สุดคือแสงที่มองเห็นได้ ดวงตามนุษย์สามารถตรวจจับความยาวคลื่นได้ตั้งแต่ประมาณ 400 nm (แสงสีน้ำเงิน/ม่วง) ถึง 700 nm (แสงสีแดง) ช่วงนี้สอดคล้องกับแถบรังสีที่แข็งแกร่งที่สุดจากดวงอาทิตย์ ซึ่งบ่งชี้ว่าระบบการมองเห็นของเราพัฒนาขึ้นเพื่อรับรู้ความยาวคลื่นที่เข้มข้นที่สุดของแสงแดด ซึ่งเป็นตัวอย่างที่สง่างามของการปรับตัวทางชีวภาพ
การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงไม่ได้อาศัยแสงที่มองเห็นได้ แต่ใช้แสงอินฟราเรด ซึ่งมีความยาวคลื่นที่ยาวกว่า โดยทั่วไปประมาณ 850 nm, 1300 nm และ 1550 nm การเลือกแสงอินฟราเรดเกิดจากการลดทอนที่ต่ำกว่าในเส้นใยนำแสง การลดทอนในเส้นใยเกิดจากปัจจัยหลักสองประการ: การดูดกลืนและการกระเจิง
เพื่อลดการสูญเสียสัญญาณ ระบบใยแก้วนำแสงทำงานในสเปกตรัมอินฟราเรด หลีกเลี่ยงจุดดูดซับน้ำ และใช้ความยาวคลื่นมาตรฐานสามแบบ: 850 nm, 1300 nm และ 1550 nm โชคดีที่ไดโอดเลเซอร์ (หรือ LED) และเครื่องตรวจจับแสงสามารถออกแบบให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความยาวคลื่นเฉพาะเหล่านี้
หากความยาวคลื่นที่ยาวกว่ามีการลดทอนน้อยกว่า ทำไมไม่ใช้มันล่ะ? คำตอบอยู่ที่ความใกล้เคียงของความยาวคลื่นอินฟราเรดกับรังสีความร้อน เช่นเดียวกับที่เราสามารถมองเห็นแสงสีแดงสลัวๆ ของเตาไฟฟ้าและรู้สึกถึงความร้อน ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าจะไวต่อสัญญาณรบกวนจากความร้อนโดยรอบ ซึ่งอาจรบกวนการส่งสัญญาณ นอกจากนี้ ยังมีจุดดูดซับน้ำอื่นๆ ในช่วงอินฟราเรด
ต่างจากเส้นใยแก้ว เส้นใยนำแสงพลาสติก (POF) แสดงการดูดซับที่ต่ำกว่าที่ความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ดังนั้น POF จึงใช้แสงสีแดง 650 nm โดยทั่วไป แม้ว่า 850 nm ยังคงใช้งานได้สำหรับการใช้งานระยะสั้นด้วยเครื่องส่งสัญญาณไฟเบอร์แก้ว
ในเครือข่ายใยแก้วนำแสง ความยาวคลื่นไม่เพียงแต่มีความสำคัญต่อการส่งสัญญาณเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการทดสอบด้วย การลดทอนของสายเคเบิลต้องวัดที่ความยาวคลื่นเดียวกับที่ใช้สำหรับการส่งสัญญาณ นอกจากนี้ เครื่องวัดกำลังแสงยังต้องมีการสอบเทียบที่ความยาวคลื่นเฉพาะเหล่านี้เพื่อประเมินประสิทธิภาพของเครือข่ายอย่างถูกต้อง
สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ให้บริการสอบเทียบสำหรับเครื่องวัดกำลังแสงที่ความยาวคลื่นใยแก้วนำแสงหลักสามแบบ: 850 nm, 1300 nm และ 1550 nm เส้นใยแบบมัลติโหมดมักจะออกแบบมาสำหรับ 850 nm และ 1300 nm ในขณะที่เส้นใยแบบโหมดเดี่ยวได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับ 1310 nm และ 1550 nm ความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยระหว่าง 1300 nm และ 1310 nm เกิดจากธรรมเนียมการใช้คำศัพท์ในอดีตที่ AT&T สร้างขึ้น โดยที่เส้นใยแบบโหมดเดี่ยวใช้เลเซอร์ 1310 nm และเส้นใยแบบมัลติโหมดใช้ LED 1300 nm
| ประเภทไฟเบอร์ | ความยาวคลื่น (nm) |
|---|---|
| เส้นใยนำแสงพลาสติก (POF) | 650 |
| เส้นใยดัชนีแบบมัลติโหมด | 850, 1300 |
| เส้นใยแบบโหมดเดี่ยว | 1310, 1490-1625 |
ระบบโทรคมนาคมสมัยใหม่ใช้เทคนิคการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) อย่างแพร่หลาย รวมถึง Dense WDM (DWDM) และ Coarse WDM (CWDM) WDM ช่วยให้เส้นใยเส้นเดียวสามารถส่ง "สี" ของแสงได้หลายสีพร้อมกัน โดยแต่ละสีแสดงถึงช่องข้อมูลอิสระ ในระบบ WDM เลเซอร์จะถูกปรับแต่งอย่างแม่นยำให้มีความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน โดยเว้นระยะห่างกันอย่างใกล้ชิดพอที่จะเพิ่มความจุสูงสุด แต่ห่างกันเพียงพอที่จะป้องกันการรบกวน สิ่งนี้เทียบได้กับการออกอากาศวิทยุ FM ที่สถานีต่างๆ ทำงานบนความถี่ที่แตกต่างกัน WDM ใช้ช่วงความยาวคลื่นทั้งหมดตั้งแต่ 1260 nm ถึง 1670 nm แบ่งออกเป็นแถบเฉพาะ
แง่มุมที่สำคัญแต่ถูกมองข้ามบ่อยครั้งของใยแก้วนำแสงคือความปลอดภัย เนื่องจากระบบใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่ทำงานนอกสเปกตรัมที่มองเห็นได้ แสงที่ส่งมักจะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ห้ามมองเข้าไปในปลายไฟเบอร์โดยตรงเพื่อตรวจสอบสัญญาณ ระบบพลังงานสูงบางระบบ เช่น CATV และ DWDM สามารถปล่อยรังสีที่เป็นอันตรายได้ ตรวจสอบระดับพลังงานแสงด้วยมิเตอร์ที่สอบเทียบแล้วก่อนจัดการกับการเชื่อมต่อไฟเบอร์เสมอ
การทำความเข้าใจความยาวคลื่นของใยแก้วนำแสงเป็นสิ่งสำคัญในการควบคุมเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยแสง ด้วยการเปิดเผย "รหัสสี" ของใยแก้วนำแสง ผู้เชี่ยวชาญสามารถปรับปรุงการออกแบบเครือข่าย แก้ไขปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพ และผลักดันขีดจำกัดของความสามารถในการส่งข้อมูล
