เส้นใยแก้วนำแสง (Fiber-optic)
เส้นใยแก้วนำแสง (Fiber Optic) คือ การใช้แสงเป็นสื่อในการนำสัญญาณแล้วส่งไปในตัวกลางต่างๆ ได้เริ่มขึ้นจากนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ จอห์น ทินดัล ( John Tyndall ) ได้พบว่าแสงสามารถส่งผ่านไปตามลำได้ตั้งแต่ปี พ. ศ. 2413 จาก จุดเริ่มต้นนี้ก็ได้มีความพยายามกันเป็นเวลานานที่จะทำให้ ปรากฏการณ์นี้เป็นประโยชน์ในทางปฏิบัติได้ จนกระทั้งในปี พ.ศ. 2503 ก้าวสำคัญของการเปลี่ยนแปลงได้มาถึงเมื่อมีการทดลองใช้เลเซอร์เป็นครั้ง แรก ต่อมาในปี พ.ศ. 2509 ก็มีนักวิทยาศาสตร์สองคนของสหราชอาณาจักร ชื่อ ฮอคแคม ( G.A Hockham ) และเกา( C.C. Kao ) ได้ทำการศึกษาวิจัยว่าตัวกลางที่ทำด้วยใยแก้วนำแสงสามารถส่งผ่านได้ 1% ของแสงอินพุตด้วยระยะทาง 1 กิโลเมตร และตัวกลางนี้จะเป็นคู่แข่งสำคัญกับสายทองแดงและสายหุ้มฉนวน ( Coaxial Cable ) จากนั้นความก้าวหน้าทางวัสดุศาสตร์เรื่อยมา จนปัจจุบันทำให้สามารถมีใยแก้วนำแสงที่มีการส่งผ่านแสงได้อย่างมี ประสิทธิภาพ หรือการสูญเสียต่ำได้ ใยแก้วนำแสงบางชนิดซึ่งอาจมีการสูญเสียต่ำ มากคือการสูญเสียเพียง 0.1 เดซิเบลต่อกิโลเมตร ( db\km ) เท่านั้น
รูปที่ 1.1 โครงสร้างพื้นฐานของเส้นใยนำแสง
นิยามของเส้นใยนำแสงและการเดินทางของแสง
เส้นใยนำแสง (optical fiber) หมายถึง สายนำสัญญาณที่มีโครงสร้างเป็นทรงกระบอกกลม ลักษณะโปร่งแสง ผลิตมาจากสารประกอบซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) หรืออื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 125 ไมโครเมตร (1 ไมโครเมตรมีค่าเท่ากับ 0.0000001 เมตร) โดยมีส่วนประกอบสำคัญสองส่วนคือ ส่วนของคอร์ (core) และส่วนของแคลดดิ้ง (cladding) โดยส่วนของคอร์และส่วนของแคลดดิ้งจะเป็นเนื้อใสที่มีลักษณะซ้อนกันอยู่ ส่วนของคอร์จะมีค่าดรรชนีหักเหเท่ากับ ( n c ) และส่วนของแคลดดิ้งจะมีค่าดรรชนีหักเหเท่ากับ ( n cl ) ดังรูปที่ 1.1
รูปที่ 1.2 ปรากฏการณ์ TIR และลักษณะการเดินทางของแสงในเส้นใยนำแสง
แสงเดินทางในเส้นใยแก้วนำแสงอย่างไร ?
แสงสามารถเดินทางเข้าไปในเส้นใยนำแสง ได้โดยอาศัยคุณสมบัติของแสง ที่เรียกว่า การสะท้อนกลับหมดของแสง (Total Internal Reflection :TIR) บางครั้งเรียกว่าปรากฏการณ์ TIR ในเส้นใยนำแสง ซึ่งลักษณะการเดินทางของแสงในเส้นใยนำแสงแสดงได้ดังรูปที่ 1.2
จากรูปที่ 1.2 ปรากฏการณ์การสะท้อนกลับหมดจะเกิดขึ้นได้ จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไข ที่ว่า ค่าดรรชนีหักเหของคอร์ จะต้องมีค่ามากกว่าค่า ดรรชนีหักเหของ แคลดดิ้งเสมอ (n c > n a)
และการสะท้อนกลับนี้จะเกิดขึ้นบริเวณรอยต่อระหว่างคอร์กับแคลดดิ้ง ส่วนรูปที่ 1.2 นั้นเป็นลักษณะการเดินทางของแสงในเส้นใยนำแสง โดยแสงแต่ละตัวสะเดินทางสะท้อนไปสะท้อนมาจากต้นทางไปยังปลายทางได้ แสงที่ใช้ในการส่งข้อมูลในเส้นใยนำแสงตาของมนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้เนื่องจากแสงที่ใช้ในการสื่อสารมีความยาวคลื่นแสงโดยทั่วไปเท่ากับ 1,310 นาโนเมตร (nm) หรือ 1,550 นาโนเมตร (nm) และการส่งข้อมูลเข้าไปในเส้นใยนำแสงนั้น จะต้องทำการเปลี่ยนข้อมูลต่างๆ เหล่านั้น (สัญญาณเสียง หรือ สัญญาณภาพ) ให้เป็นสัญญาณแสงที่สอดคล้องก่อนโดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสง (E/O Converter)
