หลักการแปลงและส่งข้อมูลบนใยแก้วนำแสง

สายสื่อสารสมัยใหม่ที่มีไว้สำหรับการส่งข้อมูลในระยะทางไกลมักเป็นเพียงสายออปติกเนื่องจากเทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพค่อนข้างสูงซึ่งประสบความสำเร็จในการแสดงให้เห็นเป็นเวลาหลายปีเช่นเป็นวิธีการให้การเข้าถึงบรอดแบนด์ไปยังอินเทอร์เน็ต .

ตัวไฟเบอร์นั้นประกอบด้วยแกนแก้วที่ล้อมรอบด้วยปลอกที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่าแกนกลาง ลำแสงที่รับผิดชอบในการส่งข้อมูลไปตามสายจะกระจายไปตามแกนกลางของไฟเบอร์ สะท้อนแสงออกจากส่วนหุ้ม ดังนั้นจึงไม่ออกนอกสายส่ง

โดยปกติแหล่งกำเนิดแสงแบบบีมฟอร์ม เลเซอร์ไดโอดหรือเซมิคอนดักเตอร์ในขณะที่ตัวไฟเบอร์นั้นขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนและการกระจายของดัชนีการหักเหของแสง อาจเป็นโหมดเดียวหรือหลายโหมดก็ได้

ใยแก้วนำแสงในสายสื่อสารนั้นเหนือกว่าวิธีการสื่อสารทางอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้สามารถส่งข้อมูลดิจิทัลความเร็วสูงและไม่สูญเสียข้อมูลในระยะทางไกล

โดยหลักการแล้ว สายใยแก้วนำแสงสามารถสร้างเครือข่ายอิสระหรือให้บริการเพื่อรวมเครือข่ายที่มีอยู่แล้ว — ส่วนของทางหลวงใยแก้วนำแสงรวมกันทางกายภาพที่ระดับของใยแก้วนำแสงหรือเชิงตรรกะ — ที่ระดับของโปรโตคอลการส่งข้อมูล

ความเร็วในการรับส่งข้อมูลผ่านสายแสงสามารถวัดได้เป็นหลายร้อยกิกะบิตต่อวินาที ตัวอย่างเช่น มาตรฐาน 10 Gbit Ethernet ซึ่งใช้มานานหลายปีในโครงสร้างโทรคมนาคมสมัยใหม่

ปีแห่งการประดิษฐ์ไฟเบอร์ออปติกถือเป็นปี 1970 เมื่อ Peter Schultz, Donald Keck และ Robert Maurer นักวิทยาศาสตร์จาก Corning ได้คิดค้นไฟเบอร์ออปติกที่มีการสูญเสียต่ำซึ่งเปิดโอกาสให้สร้างระบบเคเบิลซ้ำเพื่อส่งสัญญาณโทรศัพท์ โดยไม่ใช้ตัวทำซ้ำ นักพัฒนาได้สร้างสายไฟที่ช่วยให้คุณประหยัดพลังงานสัญญาณแสงได้ 1% ที่ระยะทาง 1 กิโลเมตรจากแหล่งที่มา

นี่เป็นจุดเปลี่ยนของเทคโนโลยี เดิมทีเส้นได้รับการออกแบบให้ส่งผ่านแสงหลายร้อยเฟสพร้อมกัน ต่อมาไฟเบอร์แบบเฟสเดียวได้รับการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นซึ่งสามารถรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณในระยะทางที่ไกลขึ้น ไฟเบอร์ออฟเซ็ตเฟสเดียวเป็นประเภทไฟเบอร์ที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดตั้งแต่ปี 1983 จนถึงปัจจุบัน

ในการส่งข้อมูลผ่านใยแก้วนำแสง สัญญาณจะต้องถูกแปลงจากไฟฟ้าเป็นแสงก่อน จากนั้นจึงส่งไปตามสาย แล้วจึงแปลงกลับเป็นไฟฟ้าที่เครื่องรับอุปกรณ์ทั้งหมดเรียกว่าตัวรับส่งสัญญาณและรวมถึงส่วนประกอบทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ด้วย

ดังนั้น องค์ประกอบแรกของเส้นออปติคัลคือตัวส่งสัญญาณออปติคัล โดยจะแปลงชุดข้อมูลทางไฟฟ้าให้เป็นกระแสแสง เครื่องส่งสัญญาณประกอบด้วย: ตัวแปลงแบบขนานเป็นอนุกรมพร้อมซิงก์พัลส์ซินธิไซเซอร์ ไดรเวอร์ และแหล่งสัญญาณออปติคอล

แหล่งที่มาของสัญญาณแสงสามารถเป็นเลเซอร์ไดโอดหรือ LED LED ทั่วไปไม่ได้ใช้ในระบบโทรคมนาคม กระแสไบอัสและกระแสมอดูเลตสำหรับการมอดูเลตโดยตรงของเลเซอร์ไดโอดจะจ่ายโดยไดรเวอร์เลเซอร์ จากนั้น แสงจะถูกส่งผ่านขั้วต่อออปติคอล—เข้าสู่ไฟเบอร์ สายเคเบิลใยแก้วนำแสง.

ในอีกด้านหนึ่งของเส้น สัญญาณและสัญญาณเวลาจะถูกตรวจจับโดยตัวรับออปติคัล (ส่วนใหญ่เป็นเซ็นเซอร์โฟโตไดโอด) ซึ่งจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ขยายแล้วสัญญาณที่ส่งจะถูกสร้างขึ้นใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสามารถแปลงกระแสข้อมูลอนุกรมเป็นแบบขนานได้

พรีแอมพลิฟายเออร์มีหน้าที่แปลงกระแสอสมมาตรจากโฟโตไดโอดเซนเซอร์เป็นแรงดันไฟฟ้า เพื่อขยายและแปลงเป็นสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลในภายหลัง ชิปซิงโครไนซ์และกู้คืนข้อมูลจะกู้คืนสัญญาณนาฬิกาและเวลาจากสตรีมข้อมูลที่ได้รับ

มัลติเพล็กเซอร์แบ่งเวลามีอัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงถึง 10 Gb/s ดังนั้นในปัจจุบันจึงมีมาตรฐานต่อไปนี้สำหรับความเร็วในการรับส่งข้อมูลผ่านระบบออปติก:

การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นและมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นช่วยให้คุณเพิ่มความหนาแน่นของการส่งข้อมูลได้มากขึ้น เมื่อสตรีมข้อมูลแบบมัลติเพล็กซ์จำนวนมากถูกส่งบนแชนเนลเดียวกัน แต่แต่ละสตรีมมีความยาวคลื่นของตัวเอง

ไฟเบอร์แบบโหมดเดียวมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของแกนค่อนข้างเล็กประมาณ 8 ไมครอน เส้นใยดังกล่าวช่วยให้ลำแสงที่มีความถี่เฉพาะสามารถแพร่กระจายผ่านได้ซึ่งสอดคล้องกับลักษณะของเส้นใยที่กำหนด เมื่อลำแสงเคลื่อนที่เพียงลำพัง ปัญหาการกระจายระหว่างโหมดจะหายไป ส่งผลให้ประสิทธิภาพของสายงานเพิ่มขึ้น

การกระจายความหนาแน่นของวัสดุอาจเป็นแบบไล่ระดับหรือแบบขั้นบันได การกระจายแบบไล่ระดับสีช่วยให้ปริมาณงานสูงขึ้น เทคโนโลยีโหมดเดียวบางกว่าและมีราคาแพงกว่ามัลติโหมด แต่เป็นเทคโนโลยีโหมดเดียวที่ใช้ในการสื่อสารโทรคมนาคมในปัจจุบัน

มัลติไฟเบอร์ช่วยให้สามารถส่งลำแสงหลายลำที่มุมต่างๆ ได้พร้อมกัน เส้นผ่านศูนย์กลางของแกนมักจะอยู่ที่ 50 หรือ 62.5 µm ดังนั้นจึงอำนวยความสะดวกในการนำรังสีออปติกมาใช้ ราคาของตัวรับส่งสัญญาณต่ำกว่าสำหรับโหมดเดียว

เป็นไฟเบอร์แบบมัลติที่เหมาะสำหรับบ้านขนาดเล็กและเครือข่ายท้องถิ่น ปรากฏการณ์ของการกระจายตัวระหว่างโหมดถือเป็นข้อเสียเปรียบหลักของมัลติโหมดไฟเบอร์ ดังนั้นเพื่อลดปรากฏการณ์ที่เป็นอันตรายนี้ ไฟเบอร์ที่มีดัชนีการหักเหของแสงแบบไล่ระดับสีจึงได้รับการพัฒนาเป็นพิเศษ เพื่อให้รังสีกระจายไปตามเส้นทางพาราโบลาและความแตกต่างของเส้นทางแสงมีขนาดเล็กลง .ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ประสิทธิภาพของเทคโนโลยีโหมดเดียวยังคงสูงกว่า