การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง
การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงเป็นรูปแบบหนึ่งของการสื่อสารด้วยแสงสำหรับการส่งข้อมูลจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยการส่งพัลส์ของแสงอินฟราเรดหรือแสงที่มองเห็นได้ผ่านใยแก้วนำแสง [ 1 ] [ 2 ] แสงเป็นรูปแบบของคลื่นพาหะที่ถูกปรับเปลี่ยนเพื่อส่งข้อมูล[ 3 ] ใยแก้วนำ แสงเป็นที่นิยมมากกว่าสายไฟฟ้า เมื่อ ต้องการแบนด์วิดท์สูงระยะทางไกล หรือความต้านทานต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า[ 4 ]การสื่อสารประเภทนี้สามารถส่งเสียง วิดีโอ และข้อมูลทางไกลผ่านเครือข่ายท้องถิ่นหรือในระยะทางไกลได้[ 5 ]
ใยแก้วนำแสงถูกใช้โดยบริษัทโทรคมนาคมหลายแห่งเพื่อส่งสัญญาณโทรศัพท์ การสื่อสารทางอินเทอร์เน็ต และสัญญาณเคเบิลทีวี นักวิจัยที่Bell Labsประสบความ สำเร็จในการสร้าง ผลิตภัณฑ์แบนด์วิดท์-ระยะทาง เป็นสถิติสูงสุด ที่มากกว่า100 เพตาบิต ×กิโลเมตรต่อวินาทีโดยใช้การสื่อสารผ่านใยแก้ว นำแสง [ 6 ]
พื้นหลัง
ใยแก้วนำแสงซึ่งพัฒนาขึ้นครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1970 ได้ปฏิวัติ วงการ โทรคมนาคมและมีบทบาทสำคัญในการมาถึงของยุคข้อมูลข่าวสาร [ 7 ] เนื่องจากมีข้อดีเหนือกว่าการส่งสัญญาณด้วยไฟฟ้าใยแก้วนำแสงจึงเข้ามาแทนที่การสื่อสารด้วยสายทองแดงในเครือข่ายหลักในประเทศที่พัฒนาแล้ว เป็น ส่วน ใหญ่ [ 8 ]
กระบวนการสื่อสารโดยใช้ใยแก้วนำแสงประกอบด้วยขั้นตอนพื้นฐานดังต่อไปนี้:
- การสร้างสัญญาณแสงโดยใช้ตัวส่งสัญญาณ[ 9 ]โดยปกติมาจากสัญญาณไฟฟ้า
- ส่งต่อสัญญาณไปตามเส้นใยแก้วนำแสง เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณจะไม่บิดเบี้ยวหรืออ่อนลงมากเกินไป
- การรับสัญญาณแสง
- แปลงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า
แอปพลิเคชัน
ใยแก้วนำแสงถูกใช้โดยบริษัทโทรคมนาคมเพื่อส่งสัญญาณโทรศัพท์ การสื่อสารทางอินเทอร์เน็ต และสัญญาณเคเบิลทีวี นอกจากนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมอื่นๆ เช่น การแพทย์ การป้องกันประเทศ รัฐบาล อุตสาหกรรม และการพาณิชย์ นอกเหนือจากการใช้งานด้านโทรคมนาคมแล้ว ยังใช้เป็นตัวนำแสง สำหรับเครื่องมือสร้างภาพ เลเซอร์ ไฮโดรโฟนสำหรับคลื่นแผ่นดินไหว โซนาร์ และเป็นเซ็นเซอร์เพื่อวัดความดันและอุณหภูมิ
เนื่องจากมีการลดทอนและการรบกวน ที่ต่ำกว่า ใยแก้วนำแสงจึงมีข้อดีเหนือกว่าสายทองแดงในการใช้งานระยะไกลที่มีแบนด์วิดท์สูง อย่างไรก็ตาม การพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานภายในเมืองค่อนข้างยากและใช้เวลานาน และระบบใยแก้วนำแสงอาจมีความซับซ้อนและมีราคาแพงในการติดตั้งและใช้งาน เนื่องจากความยากลำบากเหล่านี้ ระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงในยุคแรกจึงถูกติดตั้งเป็นหลักในการใช้งานระยะไกล ซึ่งสามารถใช้ความสามารถในการส่งได้เต็มประสิทธิภาพ ชดเชยต้นทุนที่เพิ่มขึ้น ราคาของการสื่อสารใยแก้วนำแสงลดลงอย่างมากตั้งแต่ปี 2000 [ 10 ]
ปัจจุบัน ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งโครงข่ายไฟเบอร์เข้าบ้านเรือนนั้นคุ้มค่ากว่าการติดตั้งโครงข่ายทองแดงแล้ว ราคาลดลงเหลือ 850 ดอลลาร์สหรัฐต่อผู้ใช้บริการในสหรัฐอเมริกา และต่ำกว่านั้นในประเทศอย่างเนเธอร์แลนด์ ซึ่งมีค่าใช้จ่ายในการขุดดินต่ำและมีความหนาแน่นของที่อยู่อาศัยสูง
นับตั้งแต่ปี 1990 เมื่อระบบขยายสัญญาณแสงเริ่มวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ อุตสาหกรรมโทรคมนาคมได้วางเครือข่ายสายสื่อสารใยแก้วนำแสงระหว่างเมืองและข้ามมหาสมุทรอย่างกว้างขวาง ภายในปี 2002 เครือข่ายสายเคเบิลสื่อสารใต้น้ำ ข้ามทวีปความยาว 250,000 กิโลเมตรที่มีความจุ 2.56 Tb /s ก็เสร็จสมบูรณ์ และถึงแม้ว่าความจุของเครือข่ายที่เฉพาะเจาะจงจะเป็นข้อมูลที่เป็นความลับ แต่รายงานการลงทุนด้านโทรคมนาคมระบุว่าความจุของเครือข่ายเพิ่มขึ้นอย่างมากตั้งแต่ปี 2004 [ 11 ]ณ ปี 2020 มีการติดตั้งสายเคเบิลใยแก้วนำแสงทั่วโลกไปแล้วกว่า 5 พันล้านกิโลเมตร[ 12 ]
ประวัติศาสตร์
ในปี ค.ศ. 1880 อเล็กซานเดอร์ เกรแฮม เบลล์และชาร์ลส์ ซัมเนอร์ เทนเตอร์ ผู้ช่วยของเขา ได้ สร้างโฟโตโฟน ซึ่งเป็นต้นแบบของการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงในยุคแรก ๆ ที่ ห้องปฏิบัติการโวลตาแห่งใหม่ของเบลล์ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี.เบลล์ถือว่ามันเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุดของเขา อุปกรณ์นี้ช่วยให้สามารถส่งเสียงผ่านลำแสงได้ ในวันที่ 3 มิถุนายน ค.ศ. 1880 เบลล์ได้ทำการ ส่งสัญญาณ โทรศัพท์ ไร้สายครั้งแรกของโลก ระหว่างอาคารสองหลังที่อยู่ห่างกันประมาณ 213 เมตร[ 13 ] [ 14 ]เนื่องจากการใช้ตัวกลางในการส่งสัญญาณผ่านชั้นบรรยากาศ โฟโตโฟนจึงไม่สามารถใช้งานได้จริงจนกว่าความก้าวหน้าในเทคโนโลยีเลเซอร์และใยแก้วนำแสงจะทำให้สามารถส่งแสงได้อย่างปลอดภัย การใช้งานจริงครั้งแรกของโฟโตโฟนเกิดขึ้นในระบบการสื่อสารทางทหารหลายทศวรรษต่อมา[ 15 ]
ในปี พ.ศ. 2497 Harold HopkinsและNarinder Singh Kapanyได้แสดงให้เห็นว่าใยแก้วแบบม้วนช่วยให้แสงสามารถส่งผ่านได้[ 16 ] Jun-ichi Nishizawaนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นจากมหาวิทยาลัยโทโฮคุได้เสนอให้ใช้ใยแก้วนำแสงสำหรับการสื่อสารในปี พ.ศ. 2506 [ 17 ] Nishizawa ได้คิดค้นไดโอด PINและทรานซิสเตอร์เหนี่ยวนำสถิตซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีส่วนช่วยในการพัฒนาการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง[ 18 ] [ 19 ]
ในปี 1966 ชาร์ลส์ เค. เกาและจอร์จ ฮอกแฮมจากห้องปฏิบัติการโทรคมนาคมมาตรฐานได้แสดงให้เห็นว่าการสูญเสียสัญญาณ1,000 เดซิเบล/กิโลเมตรในสายแก้วที่มีอยู่ (เมื่อเทียบกับ5-10 เดซิเบล/กิโลเมตรในสายเคเบิลโคแอกเซียล) เกิดจากสิ่งปนเปื้อนซึ่งสามารถกำจัดออกได้
ใยแก้วนำแสงที่มีการลดทอนต่ำพอสำหรับการสื่อสาร (ประมาณ20 dB /กม .) ได้รับการพัฒนาขึ้นในปี 1970 โดยบริษัทCorning Glass Worksในเวลาเดียวกันเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์GaAs ก็ได้รับการพัฒนาขึ้น ซึ่งมีขนาดกะทัดรัดและเหมาะสมสำหรับการส่งผ่านแสงผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงในระยะทางไกล
ในปี พ.ศ. 2516 Optelecom , Inc. ซึ่งร่วมก่อตั้งโดย Gordon Gouldผู้คิดค้นเลเซอร์ได้รับสัญญาจาก ARPA สำหรับระบบสื่อสารด้วยแสงระบบแรกๆ ระบบนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นสำหรับกองบัญชาการขีปนาวุธของกองทัพบกในเมืองฮันต์สวิลล์ รัฐอลาบามา โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้ขีปนาวุธระยะสั้นที่มีการประมวลผลวิดีโอสามารถสื่อสารด้วยเลเซอร์ไปยังภาคพื้นดินโดยใช้ใยแก้วนำแสงยาว 5 กิโลเมตรที่คลายตัวออกจากขีปนาวุธขณะบิน[ 20 ]จากนั้น Optelecom ก็ได้ส่งมอบระบบสื่อสารด้วยแสงเชิงพาณิชย์ระบบแรกให้กับ Chevron [ 21 ]
หลังจากการวิจัยเป็นระยะเวลาหนึ่งตั้งแต่ปี 1975 ระบบโทรคมนาคมใยแก้วนำแสงเชิงพาณิชย์ระบบแรกได้รับการพัฒนาขึ้น โดยทำงานที่ความยาวคลื่นประมาณ 0.8 μm และใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ GaAs ระบบรุ่นแรกนี้ทำงานที่อัตราการส่งข้อมูล45 Mbit/sโดยมีระยะห่างระหว่างตัวทวนสัญญาณสูงสุด 10 กม. ต่อมาในวันที่ 22 เมษายน 1977 บริษัท General Telephone and Electronicsได้ส่งข้อมูลโทรศัพท์จริงครั้งแรกผ่านใยแก้วนำแสงด้วย อัตราการส่งข้อมูล 6 Mbit/sในลองบีช รัฐแคลิฟอร์เนีย[ 22 ]
ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2516 Corning Glass ได้ลงนามในสัญญาพัฒนาร่วมกับCSELTและPirelliโดยมีเป้าหมายเพื่อทดสอบใยแก้วนำแสงในสภาพแวดล้อมในเมือง ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2520 สายเคเบิลที่สองในชุดทดสอบนี้ ซึ่งมีชื่อว่า COS-2 ได้ถูกนำไปทดลองใช้ในสองสาย (9 กม.) ในเมืองตูรินซึ่งเป็นครั้งแรกในเมืองใหญ่ ด้วยความเร็ว140 เมกะบิต/วินาที[ 23 ]
การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงรุ่นที่สองได้รับการพัฒนาเพื่อการใช้งานเชิงพาณิชย์ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 โดยทำงานที่ความยาวคลื่น 1.3 ไมโครเมตร และใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ InGaAsP ระบบรุ่นแรกๆ เหล่านี้มีข้อจำกัดเนื่องจาก การกระจายตัว ของใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดและในปี 1981 ใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดได้รับการเปิดเผยว่าช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม การพัฒนาตัวเชื่อมต่อที่ใช้งานได้จริงกับใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดนั้นทำได้ยาก ผู้ให้บริการชาวแคนาดา SaskTel ได้สร้างเครือข่ายใยแก้วนำแสงเชิงพาณิชย์ที่ยาวที่สุดในโลกในขณะนั้น ซึ่งครอบคลุม ระยะทาง 3,268 กิโลเมตร (2,031 ไมล์)และเชื่อมโยงชุมชน 52 แห่ง[ 24 ]ภายในปี 1987 ระบบเหล่านี้ทำงานที่อัตราการส่งข้อมูลสูงถึง ความเร็ว 1.7 กิกะบิตต่อวินาทีโดยมีระยะห่างระหว่างตัวทวนสัญญาณสูงสุด50 กิโลเมตร (31 ไมล์ )
สายเคเบิลโทรศัพท์ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกสายแรกที่ใช้ใยแก้วนำแสงคือTAT-8ซึ่งใช้ เทคโนโลยีการขยายสัญญาณด้วยเลเซอร์ที่ปรับปรุงประสิทธิภาพ ของ Desurvireโดยเริ่มใช้งานในปี 1988
ระบบใยแก้วนำแสงรุ่นที่สามทำงานที่ความยาวคลื่น 1.55 ไมโครเมตร และมีการสูญเสียประมาณ0.2 เดซิเบลต่อกิโลเมตรการพัฒนาครั้งนี้ได้รับแรงผลักดันจากการค้นพบอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์และการพัฒนาโฟโตไดโอดอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์โดยเพียร์ซอลล์ วิศวกรได้เอาชนะปัญหาเดิมเกี่ยวกับการกระจายตัวของพัลส์โดยใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ InGaAsP แบบดั้งเดิมที่ความยาวคลื่นนั้น โดยใช้ใยแก้วนำแสงแบบปรับการกระจายตัวที่ออกแบบมาให้มีการกระจายตัวน้อยที่สุดที่ 1.55 ไมโครเมตร หรือโดยการจำกัดสเปกตรัมของเลเซอร์ให้เหลือเพียงโหมดตามยาว เดียว การพัฒนาเหล่านี้ในที่สุดก็ทำให้ระบบรุ่นที่สามสามารถใช้งานในเชิงพาณิชย์ได้ที่ ความยาวคลื่นดังกล่าวความเร็ว 2.5 กิกะบิตต่อวินาทีโดยมีระยะห่างระหว่างสถานีทวนสัญญาณมากกว่า100 กิโลเมตร (62 ไมล์ )
ระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงรุ่นที่สี่ใช้การขยายสัญญาณแสงเพื่อลดความจำเป็นในการใช้ตัวทวนสัญญาณ และการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) เพื่อเพิ่มความจุข้อมูลการนำ WDM มาใช้ถือเป็นจุดเริ่มต้นของเครือข่ายใยแก้วนำแสงเนื่องจาก WDM กลายเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับเลือกสำหรับการขยายแบนด์วิดท์ของใยแก้วนำแสง[ 25 ]บริษัทแรกที่นำระบบ WDM ที่มีความหนาแน่นสูงออกสู่ตลาดคือ Ciena Corp. ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2539 [ 26 ]การนำเครื่องขยายสัญญาณแสงและ WDM มาใช้ทำให้ความจุของระบบเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ หกเดือนตั้งแต่ปี พ.ศ. 2535 จนกระทั่งอัตราการส่งข้อมูลเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าอัตราการส่งข้อมูล 10 เทราไบต์ต่อวินาที (Tb/s) ถูกแตะระดับได้ในปี 2001 และในปี 2006 อัตราการส่งข้อมูลสูงถึง...สามารถทำความเร็วได้ ถึง 14 Tb/sผ่านสายส่งเดียวที่มีความยาว 160 กม. (99 ไมล์)โดยใช้เครื่องขยายสัญญาณแสง[ 27 ]ณ ปี 2021 นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นส่งข้อมูล 319 เทราบิตต่อวินาทีเป็นระยะทางกว่า 3,000 กิโลเมตรโดยใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงสี่แกนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมาตรฐาน[ 28 ]
เป้าหมายหลักของการพัฒนาการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงยุคที่ห้าคือการขยายช่วงความยาวคลื่นที่ ระบบ WDMสามารถทำงานได้ ช่วงความยาวคลื่นแบบดั้งเดิม หรือที่เรียกว่าย่านความถี่ C ครอบคลุมช่วงความยาวคลื่น 1525–1565 นาโนเมตร และใยแก้วนำแสงแบบแห้งมีช่วงความยาวคลื่นที่มีการสูญเสียต่ำ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะขยายช่วงนั้นไปถึง 1300–1650 นาโนเมตรการพัฒนาอื่นๆ รวมถึงแนวคิดของโซลิตอนเชิงแสงซึ่งเป็นพัลส์ที่รักษารูปทรงของมันไว้โดยการชดเชยผลกระทบของการกระจายตัวด้วยผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นของใยแก้วนำแสงโดยใช้พัลส์ที่มีรูปร่างเฉพาะ
ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 ถึงปี 2000 ผู้ส่งเสริมอุตสาหกรรมและบริษัทวิจัย เช่น KMI และ RHK คาดการณ์ว่าความต้องการแบนด์วิดท์สำหรับการสื่อสารจะเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล เนื่องจากการใช้งานอินเทอร์เน็ต ที่เพิ่มขึ้น และการนำบริการต่างๆ ที่ใช้แบนด์วิดท์สูงมาใช้ในเชิงพาณิชย์ เช่นวิดีโอออนดีมานด์ปริมาณ การรับส่งข้อมูล โปรโตคอลอินเทอร์เน็ตเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในอัตราที่เร็วกว่าความซับซ้อนของวงจรรวมภายใต้กฎของมัวร์ อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ฟองสบู่ดอทคอมแตกจนถึงปี 2006 แนวโน้มหลักในอุตสาหกรรมคือการควบรวมกิจการและการย้ายฐานการผลิตไปต่างประเทศเพื่อลดต้นทุน บริษัทต่างๆ เช่นVerizonและAT&Tได้ใช้ประโยชน์จากการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงเพื่อส่งมอบข้อมูลปริมาณมากและบริการบรอดแบนด์ที่หลากหลายไปยังบ้านของผู้บริโภค
การรุกรานยูเครนของรัสเซียในปี 2022ได้เห็นการใช้ใยแก้วนำแสงสำหรับการสื่อสารในโดรน ความทนทานต่อการรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์ทำให้ทั้งสองฝ่ายนำไปใช้[ 29 ]
เทคโนโลยี
ระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงสมัยใหม่โดยทั่วไปประกอบด้วยตัวส่งสัญญาณแสงที่แปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสงสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสำหรับส่งสัญญาณ ตัวขยายสัญญาณแสง และตัวรับสัญญาณแสงเพื่อแปลงสัญญาณกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า ข้อมูลที่ส่งโดยทั่วไปเป็นข้อมูลดิจิทัลที่สร้างขึ้นโดยคอมพิวเตอร์หรือระบบโทรศัพท์
เครื่องส่งสัญญาณ
ตัวส่งสัญญาณแสงที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เช่นไดโอดเปล่งแสง (LED) และไดโอดเลเซอร์ความแตกต่างระหว่าง LED และไดโอดเลเซอร์คือ LED ผลิตแสงที่ไม่สอดคล้องกันในขณะที่ไดโอดเลเซอร์ผลิตแสงที่สอดคล้องกัน สำหรับการใช้งานในการสื่อสารด้วยแสง ตัวส่งสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ต้องได้รับการออกแบบให้มีขนาดกะทัดรัด มีประสิทธิภาพ และเชื่อถือได้ ในขณะที่ทำงานในช่วงความยาวคลื่นที่เหมาะสมที่สุดและปรับเปลี่ยนความถี่โดยตรงที่ความถี่สูง
ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด LED จะเปล่งแสงผ่านการเปล่งแสงแบบเกิดขึ้นเองซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าอิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์ แสงที่เปล่งออกมานั้นไม่สอดคล้องกัน โดยมีช่วงสเปกตรัมค่อนข้างกว้างที่ 30–60 นาโนเมตร[ a ]ช่วงสเปกตรัมที่กว้างของ LED ทำให้เกิดการกระจายตัวของเส้นใยที่สูงขึ้น ซึ่งจำกัดผลคูณของอัตราบิตและระยะทาง (ซึ่งเป็นมาตรวัดประโยชน์ใช้สอยทั่วไป) อย่างมาก LED เหมาะสำหรับ แอปพลิเค ชันเครือข่ายท้องถิ่น เป็นหลัก โดยมีอัตราบิต 10–100 เมกะบิตต่อวินาทีและระยะการส่งสัญญาณไม่กี่กิโลเมตร
การส่งผ่านแสง LED มีประสิทธิภาพต่ำ โดยมีพลังงานขาเข้าเพียงประมาณ 1% หรือประมาณ 100 ไมโครวัตต์เท่านั้นที่ถูกแปลงเป็นพลังงานที่ส่งออกไปในใยแก้วนำแสง[ 30 ]
มีการพัฒนา LED ที่ใช้ควอนตัมเวลล์ หลายชั้น เพื่อเปล่งแสงที่ความยาวคลื่นต่างกันในช่วงสเปกตรัมกว้าง และปัจจุบันกำลังถูกนำไปใช้ใน แอปพลิเคชัน การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) ในพื้นที่เฉพาะ
ปัจจุบัน LED ถูกแทนที่ด้วยเลเซอร์เปล่งแสงจากพื้นผิวแบบโพรงแนวตั้ง (VCSEL) เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งให้ความเร็ว กำลัง และคุณสมบัติทางสเปกตรัมที่ดีขึ้น ในราคาที่ใกล้เคียงกัน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีโครงสร้างที่ค่อนข้างเรียบง่าย LED จึงมีประโยชน์มากสำหรับการใช้งานที่มีต้นทุนต่ำมาก เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ชนิดส่งสัญญาณที่ใช้กันทั่วไปในใยแก้วนำแสง ได้แก่ VCSEL, Fabry–Pérotและเลเซอร์แบบกระจายฟีดแบ็ก
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ปล่อยแสงผ่านการปล่อยแสงแบบกระตุ้น (stimulated emission ) แทนที่จะเป็นการปล่อยแสงแบบธรรมชาติ (spontaneous emission) ซึ่งส่งผลให้มีกำลังเอาต์พุตสูง (~100 มิลลิวัตต์) รวมถึงข้อดีอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติของแสงที่สอดคล้องกัน เอาต์พุตของเลเซอร์ค่อนข้างมีทิศทาง ทำให้มีประสิทธิภาพการเชื่อมต่อสูง (~50%) เข้ากับใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดียว อุปกรณ์ VCSEL ทั่วไปยังเชื่อมต่อกับใยแก้วนำแสงแบบหลายโหมดได้ดี ความกว้างของสเปกตรัมที่แคบยังช่วยให้มีอัตราการส่งข้อมูลสูง เนื่องจากช่วยลดผลกระทบของการกระจายตัวของสี (chromatic dispersion ) นอกจากนี้ เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ยังสามารถปรับความถี่ได้โดยตรงที่ความถี่สูง เนื่องจากเวลาการรวมตัวใหม่ (recombination time)สั้น
ไดโอดเลเซอร์มักถูกมอดูเลต โดยตรง นั่นคือเอาต์พุตแสงถูกควบคุมโดยกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอุปกรณ์โดยตรง สำหรับอัตราข้อมูลที่สูงมากหรือลิงก์ระยะทางไกลมาก แหล่งกำเนิดเลเซอร์อาจทำงานในโหมดคลื่นต่อเนื่องและแสงจะถูกมอดูเลตโดยอุปกรณ์ภายนอก เช่น ตัวมอดูเลตแบบออปติคอลเช่นตัวมอดูเลตแบบดูดซับด้วยไฟฟ้าหรืออินเตอร์เฟอโรเมตร Mach–Zehnderการมอดูเลตภายนอกจะเพิ่มระยะทางลิงก์ที่ทำได้โดยการขจัดchirp ของเลเซอร์ ซึ่งทำให้ความกว้างของเส้นสเปกตรัมในเลเซอร์ที่มอดูเลตโดยตรงกว้างขึ้น และเพิ่มการกระจายตัวของสีในเส้นใย สำหรับประสิทธิภาพแบนด์วิดท์ที่สูงมาก สามารถใช้การมอดูเลตแบบโคherent เพื่อเปลี่ยนเฟสของแสงนอกเหนือจากแอมพลิจูด ทำให้สามารถใช้QPSK , QAMและOFDM ได้ “การเข้ารหัสเฟสแบบควอดราเจอร์แบบโพลาไรเซชันคู่เป็นรูปแบบการมอดูเลตที่ส่งข้อมูลได้มากกว่าการส่งสัญญาณแสงแบบดั้งเดิมที่มีความเร็วเท่ากันถึงสี่เท่า” [ 31 ]
เครื่องรับสัญญาณ
ส่วนประกอบหลักของตัวรับสัญญาณแสงคือโฟโตดีเทคเตอร์ซึ่งแปลงแสงเป็นไฟฟ้าโดยใช้ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก โฟโตดี เทคเตอร์หลักที่ใช้ในด้านโทรคมนาคมทำจากอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ โดยทั่วไปแล้วโฟโตดีเทคเตอร์จะเป็น โฟโตไดโอดแบบเซมิคอนดักเตอร์โฟโตไดโอดมีหลายประเภท ได้แก่ โฟโตไดโอด p–n, โฟโตไดโอด p–i–n และโฟโตไดโอดแบบอะวาแลนซ์ นอกจากนี้ยังมีการใช้โฟโตดีเทคเตอร์ แบบโลหะ-เซมิคอนดักเตอร์-โลหะ (MSM) เนื่องจากเหมาะสมสำหรับการรวมเข้ากับวงจรในรีเจนเนอเรเตอร์และมัลติเพล็กเซอร์แบบแบ่งความยาวคลื่น
เนื่องจากแสงอาจลดทอนและบิดเบี้ยวขณะผ่านใยแก้วนำแสง ตัวตรวจจับแสงจึงมักถูกเชื่อมต่อกับตัวขยายสัญญาณแบบทรานส์อิมพีแดนซ์และตัวขยายสัญญาณ แบบจำกัด เพื่อสร้างสัญญาณดิจิทัลในโดเมนไฟฟ้าที่กู้คืนจากสัญญาณแสงที่เข้ามา นอกจากนี้ยังอาจมีการประมวลผลสัญญาณเพิ่มเติม เช่นการกู้คืนสัญญาณนาฬิกาจากข้อมูลที่ดำเนินการโดยวงจรล็อกเฟสก่อนที่จะส่งข้อมูลต่อไป
เครื่องรับสัญญาณแบบโคherent ใช้เลเซอร์ออสซิลเลเตอร์ภายในร่วมกับตัวเชื่อมต่อแบบไฮบริดสองตัวและโฟโตดีเทคเตอร์สี่ตัวต่อโพลาไรเซชัน ตามด้วย ADC ความเร็วสูงและการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลเพื่อกู้คืนข้อมูลที่ถูกมอดูเลตด้วย QPSK, QAM หรือ OFDM
การบิดเบือนสัญญาณดิจิทัลล่วงหน้า
ตัวส่งสัญญาณของระบบสื่อสารด้วยแสงประกอบด้วยตัวแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นอนาล็อก (DAC) ตัวขยายสัญญาณและตัวปรับสัญญาณแบบ Mach–Zehnder การใช้งาน รูปแบบการปรับสัญญาณที่สูงขึ้น(> 4-QAM ) หรืออัตราการส่งข้อมูลที่ สูงขึ้น (>อัตราการส่งข้อมูล (32 GBd ) ทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลงเนื่องจากผลกระทบเชิงเส้นและไม่เชิงเส้นของตัวส่งสัญญาณ ผลกระทบเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นความผิดเพี้ยนเชิงเส้นเนื่องจากข้อจำกัดของแบนด์วิดท์ DAC และความเบี่ยงเบน I/Q ของตัวส่งสัญญาณ รวมถึงผลกระทบที่ไม่เชิงเส้นที่เกิดจากการอิ่มตัวของอัตราขยายในแอมพลิฟายเออร์ไดรเวอร์และตัวปรับสัญญาณ Mach–Zehnder การปรับแต่งสัญญาณ ดิจิทัล ล่วงหน้าจะช่วยลดผลกระทบที่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงและช่วยให้สามารถใช้ Baud rate ได้สูงถึงรองรับความละเอียด 56 GBdและรูปแบบการมอดูเลชั่น เช่น64-QAMและ128-QAMโดยใช้ส่วนประกอบที่มีจำหน่ายทั่วไปตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล ของตัวส่งสัญญาณ จะทำการปรับแต่งสัญญาณอินพุตล่วงหน้าแบบดิจิทัลโดยใช้แบบจำลองตัวส่งสัญญาณผกผันก่อนที่จะส่งตัวอย่างไปยัง DAC
วิธีการปรับแก้สัญญาณดิจิทัลแบบเก่าจะพิจารณาเฉพาะผลกระทบเชิงเส้นเท่านั้น สิ่งพิมพ์ล่าสุดยังพิจารณาถึงการบิดเบือนที่ไม่เป็นเชิงเส้นด้วย Berenguer และคณะสร้างแบบจำลองตัวปรับสัญญาณ Mach–Zehnder เป็นระบบ Wiener อิสระ และ DAC และตัวขยายสัญญาณขับเคลื่อนถูกจำลองโดยอนุกรม Volterra ที่ถูกตัดทอนและไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา[ 32 ] Khanna และคณะใช้พหุนามหน่วยความจำเพื่อจำลองส่วนประกอบตัวส่งสัญญาณร่วมกัน[ 33 ]ในทั้งสองแนวทาง อนุกรม Volterra หรือสัมประสิทธิ์พหุนามหน่วยความจำจะถูกค้นพบโดยใช้สถาปัตยกรรมการเรียนรู้ทางอ้อม Duthel และคณะบันทึกสัญญาณหลายสัญญาณที่มีขั้วและเฟสต่างกันสำหรับแต่ละสาขาของตัวปรับสัญญาณ Mach-Zehnder สัญญาณเหล่านี้ใช้ในการคำนวณสนามแสงการหาความสัมพันธ์ร่วมกันของสนามเฟสตรงกันและสนามควอดราเจอร์จะระบุความเบี่ยงเบนของเวลาการตอบสนองความถี่และผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นจะถูกกำหนดโดยสถาปัตยกรรมการเรียนรู้ทางอ้อม[ 34 ]
ประเภทของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
สายเคเบิลใยแก้วนำแสงประกอบด้วยแกนกลางปลอกหุ้มและบัฟเฟอร์ (ชั้นเคลือบป้องกันด้านนอก) โดยที่ปลอกหุ้มจะนำแสงไปตามแกนกลางโดยใช้วิธีการสะท้อนภายในทั้งหมดแกนกลางและปลอกหุ้ม (ซึ่งมีดัชนี หักเหต่ำกว่า ) มักทำจาก แก้ว ซิลิกา คุณภาพสูง แม้ว่าทั้งสองอย่างจะสามารถทำจากพลาสติกได้เช่นกัน การเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงสองเส้นทำได้โดยการเชื่อมต่อแบบหลอมรวมหรือการเชื่อมต่อเชิงกลและต้องใช้ทักษะและเทคโนโลยีการเชื่อมต่อพิเศษเนื่องจากความแม่นยำระดับจุลภาคที่จำเป็นในการจัดเรียงแกนใยแก้ว[ 35 ]
ใยแก้วนำแสงที่ใช้ในการสื่อสารด้วยแสงมีสองประเภทหลัก ได้แก่ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดและใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดมีแกนกลางขนาดใหญ่กว่า (≥ 50 ไมโครเมตร ) ทำให้สามารถเชื่อมต่อตัวส่งและตัวรับที่มีความแม่นยำน้อยกว่าและราคาถูกกว่าได้ รวมถึงใช้ตัวเชื่อมต่อที่ราคาถูกกว่าด้วย อย่างไรก็ตาม ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดจะทำให้เกิดการบิดเบือนแบบมัลติโหมดซึ่งมักจะจำกัดแบนด์วิดท์และความยาวของลิงก์ นอกจากนี้ เนื่องจากมี ปริมาณสาร เจือปนสูงกว่า ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดจึงมักมีราคาแพงและมีการลดทอนสูงกว่า ส่วนใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดมีแกนกลางขนาดเล็กกว่า (< 10 ไมโครเมตร) และต้องการส่วนประกอบและวิธีการเชื่อมต่อที่มีราคาแพงกว่า แต่ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อได้ยาวกว่าและมีประสิทธิภาพสูงกว่า ทั้งใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดและมัลติโหมดมีจำหน่ายในเกรดต่างๆ กัน
| ประเภทเส้นใย | แนะนำ | ประสิทธิภาพ |
|---|---|---|
| MMF FDDI 62.5/125 µm | พ.ศ. 2530 | 160 MHz·km @ 850 nm |
| MMF OM1 62.5/125 µm | 1989 | 200 MHz·km @ 850 nm |
| MMF OM2 50/125 µm | 1998 | 500 MHz·km @ 850 nm |
| MMF OM3 50/125 µm | 2003 | 1500 MHz·km ที่ 850 nm |
| MMF OM4 50/125 µm | 2008 | 3500 เมกะเฮิร์ตซ์·กิโลเมตร ที่ 850 นาโนเมตร |
| MMF OM5 50/125 µm | 2016 | 3500 MHz·km ที่ 850 nm และ 1850 MHz·km ที่ 950 nm |
| SMF OS1 9/125 µm | 1998 | 1.0 dB/km ที่ 1300/1550 nm |
| SMF OS2 9/125 µm | 2000 | 0.4 dB/km ที่ 1300/1550 nm |
เพื่อบรรจุเส้นใยลงในผลิตภัณฑ์ที่สามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ โดยทั่วไปแล้วจะมีการเคลือบป้องกันโดยใช้พอลิเมอร์อะคริเลตที่ ผ่านการบ่มด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต และประกอบเป็นสายเคเบิล หลังจากนั้นสามารถวางลงบนพื้นแล้วเดินผ่านผนังอาคารและติดตั้งในอากาศในลักษณะเดียวกับสายเคเบิลทองแดง เส้นใยเหล่านี้ต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่าสายคู่บิดเกลียวทั่วไปเมื่อติดตั้งแล้ว[ 37 ]
สายเคเบิลเฉพาะทางใช้สำหรับการส่งข้อมูลใต้น้ำระยะไกล เช่นสายเคเบิลสื่อสารข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกสายเคเบิลใหม่ (ปี 2011–2013) ที่ดำเนินการโดยบริษัทเอกชน ( Emerald Atlantis , Hibernia Atlantic ) โดยทั่วไปจะมีเส้นใยสี่เส้น และสัญญาณจะข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก (นิวยอร์ก-ลอนดอน) ในเวลา 60–70 มิลลิวินาที ต้นทุนของสายเคเบิลแต่ละเส้นอยู่ที่ประมาณ 300 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2011 [ 38 ]
อีกวิธีหนึ่งที่นิยมใช้คือการรวมเส้นใยนำแสงจำนวนมากไว้ในสายส่ง ไฟฟ้าทางไกลโดยใช้สายดินแบบออปติคอล เป็นต้น วิธีนี้ใช้ประโยชน์จากสิทธิ์ในการใช้พื้นที่ส่งไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้บริษัทไฟฟ้าสามารถเป็นเจ้าของและควบคุมเส้นใยที่จำเป็นในการตรวจสอบอุปกรณ์และสายส่งของตนเองได้ ป้องกันการดัดแปลงแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยลดความซับซ้อนในการติดตั้งเทคโนโลยีสมาร์ทกริด
การขยายสัญญาณ
ระยะการส่งสัญญาณของระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงนั้นโดยทั่วไปถูกจำกัดด้วยการลดทอนและการบิดเบือนของสัญญาณในใยแก้วนำแสง แต่การใช้ ตัวทวนสัญญาณ แบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์ช่วยแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ ตัวทวนสัญญาณเหล่านี้จะแปลงสัญญาณเป็นสัญญาณไฟฟ้า แล้วใช้ตัวส่งสัญญาณส่งสัญญาณอีกครั้งด้วยความเข้มสูงกว่าที่ได้รับ จึงช่วยชดเชยการสูญเสียที่เกิดขึ้นในส่วนก่อนหน้า เนื่องจากความซับซ้อนสูงของสัญญาณมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นในปัจจุบัน รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าต้องติดตั้งตัวทวนสัญญาณทุกๆ ประมาณ20 กิโลเมตร (12 ไมล์)ทำให้ต้นทุนของตัวทวนสัญญาณเหล่านี้สูงมาก
อีกแนวทางหนึ่งคือการใช้เครื่องขยายสัญญาณแสงซึ่งจะขยายสัญญาณแสงโดยตรงโดยไม่ต้องแปลงสัญญาณเป็นสัญญาณไฟฟ้า เครื่องขยายสัญญาณแสงชนิดหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปคือเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วเจือเออร์เบียม (EDFA) โดยทำขึ้นโดยการเจือเส้นใยแก้วด้วยแร่เออร์เบียมซึ่งเป็นธาตุหายากและใช้เลเซอร์กระตุ้นด้วยแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าสัญญาณสื่อสาร (โดยทั่วไปคือ 980 นาโนเมตร ) EDFA ให้กำลังขยายในย่านความถี่ ITU C ที่ 1550 นาโนเมตร
เครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคอลมีข้อดีหลายประการเหนือกว่าเครื่องทวนสัญญาณแบบไฟฟ้า ประการแรก เครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคอลสามารถขยายสัญญาณในช่วงความถี่กว้างมากได้ในคราวเดียว ซึ่งอาจรวมถึง ช่องสัญญาณ แบบมัลติเพล็กซ์ หลายร้อย ช่อง ทำให้ไม่จำเป็นต้องแยกสัญญาณที่เครื่องขยายสัญญาณแต่ละตัว ประการที่สอง เครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคอลทำงานโดยไม่ขึ้นอยู่กับอัตราข้อมูลและรูปแบบการมอดูเลชั่น ทำให้สามารถใช้งานอัตราข้อมูลและรูปแบบการมอดูเลชั่นหลายแบบพร้อมกันได้ และช่วยให้สามารถอัปเกรดอัตราข้อมูลของระบบได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องทวนสัญญาณทั้งหมด ประการที่สาม เครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคอลนั้นง่ายกว่าเครื่องทวนสัญญาณที่มีความสามารถเดียวกันมาก ดังนั้นจึงมีความน่าเชื่อถือมากกว่าอย่างเห็นได้ชัด เครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคอลได้เข้ามาแทนที่เครื่องทวนสัญญาณในระบบติดตั้งใหม่ๆ เป็นส่วนใหญ่แล้ว แม้ว่าเครื่องทวนสัญญาณแบบอิเล็กทรอนิกส์ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายเมื่อต้องการปรับสภาพสัญญาณนอกเหนือจากการขยายสัญญาณ
การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น
การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) เป็นเทคนิคการส่งข้อมูลหลายช่องสัญญาณผ่านใยแก้วนำแสงเส้นเดียว โดยการส่งลำแสงหลายลำที่มีความยาวคลื่นต่างกันผ่านใยแก้วนำแสง โดยแต่ละลำจะถูกมอดูเลตด้วยช่องสัญญาณข้อมูลแยกต่างหาก วิธีนี้ช่วยเพิ่มความจุของใยแก้วนำแสงได้หลายเท่า ต้องใช้ตัวมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นในอุปกรณ์ส่งสัญญาณ และตัวดีมัลติเพล็กซ์ (โดยพื้นฐานแล้วคือสเปกโทรเมตร ) ในอุปกรณ์รับสัญญาณ โดยทั่วไปจะใช้ ตะแกรงนำคลื่นแบบเรียงตัวสำหรับการมัลติเพล็กซ์และดีมัลติเพล็กซ์ใน WDM [ 39 ]ด้วยเทคโนโลยี WDM ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในปัจจุบัน แบนด์วิดท์ของใยแก้วนำแสงสามารถแบ่งออกเป็นช่องสัญญาณได้มากถึง 160 ช่อง[ 40 ]เพื่อรองรับอัตราบิตรวมในช่วง1.6 เทราบิต/ วินาที
พารามิเตอร์
ผลคูณของแบนด์วิดท์และระยะทาง
เนื่องจากผลของการกระจายตัวจะเพิ่มขึ้นตามความยาวของเส้นใยนำแสง ระบบส่งสัญญาณผ่านเส้นใยนำแสงจึงมักถูกกำหนดลักษณะด้วยผลคูณของแบนด์วิดท์และระยะทางซึ่งโดยทั่วไปแสดงในหน่วยMHz ·km ค่านี้เป็นผลคูณของแบนด์วิดท์และระยะทาง เนื่องจากมีความสมดุลระหว่างแบนด์วิดท์ของสัญญาณและระยะทางที่สามารถส่งสัญญาณได้ ตัวอย่างเช่น เส้นใยนำแสงแบบมัลติโหมดทั่วไปที่มีผลคูณของแบนด์วิดท์และระยะทาง 500 MHz·km สามารถส่งสัญญาณ 500 MHz ได้ในระยะ 1 กม. หรือ ส่งสัญญาณ 1000 MHz ได้ในระยะ 0.5 กม.
ทำลายสถิติความเร็ว
การใช้ เทคนิค การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (Wavelength-Division Multiplexing : WDM) ทำให้ใยแก้วนำแสงแต่ละเส้นสามารถส่งสัญญาณได้หลายช่องสัญญาณอิสระ โดยแต่ละช่องใช้ความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกัน อัตราการส่งข้อมูลสุทธิ (อัตราการส่งข้อมูลโดยไม่รวมไบต์ส่วนเกิน) ต่อใยแก้วนำแสง คือ อัตราการส่งข้อมูลต่อช่องสัญญาณ ลบด้วย ค่าใช้จ่าย ในการแก้ไขข้อผิดพลาดล่วงหน้า (Forward Error Correction: FEC) คูณด้วยจำนวนช่องสัญญาณ (โดยปกติสูงสุดถึงแปดสิบช่องในระบบWDM หนาแน่นเชิง พาณิชย์ ณ ปี 2008))
สายเคเบิลใยแก้วนำแสงมาตรฐาน
ต่อไปนี้เป็นการสรุปผลการวิจัยโดยใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดี่ยว แกนเดี่ยว และมาตรฐานสำหรับงานโทรคมนาคม
| ปี | องค์กร | ความเร็วรวม | แบนด์วิดท์ | ประสิทธิภาพเชิงสเปกตรัม ( บิต/วินาที)/เฮิร์ตซ์ | ช่องสัญญาณ WDM | ความเร็วต่อช่องสัญญาณ | ระยะทาง |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2009 | อัลคาเทล-ลูเซนต์[ 41 ] | 15.5 เทราบิต/วินาที | 155 | 100 กิกะบิต/วินาที | 7000 กม. | ||
| 2010 | NTT [ 42 ] | 69.1 เทราบิต/วินาที | 432 | 171 กิกะบิต/วินาที | 240 กม. | ||
| 2011 | NEC [ 43 ] | 101.7 เทราบิต/วินาที | 370 | 273 กิกะบิต/วินาที | 165 กม. | ||
| 2011 | ชุด[ 44 ] [ 45 ] | 26 เทราบิต/วินาที | 336 [ก] | 77 กิกะบิต/วินาที | 50 กม. | ||
| 2016 | BTและHuawei [ 46 ] | 5.6 เทราบิต/วินาที | 28 | 200 กิกะบิต/วินาที | ประมาณ 140 กม.? | ||
| 2016 | Nokia Bell Labs , Deutsche Telekomและมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งมิวนิก[ 47 ] [ 48 ] | 1 เทราบิต/วินาที | 5–6.75 | 4 | 250 กิกะบิต/วินาที | 419–951 กม. | |
| 2016 | Nokia-Alcatel-Lucent [ 49 ] | 65 เทราบิต/วินาที | 6600 กม. | ||||
| 2017 | BTและHuawei [ 50 ] | 11.2 เทราบิต/วินาที | 6.25 | 28 | 400 กิกะบิต/วินาที | 250 กม. | |
| 2020 | มหาวิทยาลัย RMIT, Monash และ Swinburne [ 51 ] [ 52 ] | 39.0–40.1 เทราบิต/วินาที | ~4 เฮิรตซ์ | 10.4 (10.1–10.4) | 160 [ A ] | 244 กิกะบิต/วินาที | 76.6 กม. |
| 2020 | ยูซีแอล[ 53 ] | 178.08 เทราบิต/วินาที | 16.83 เทราเฮิรตซ์ | 10.8 | 660 (แถบ S, C, L) | 270 กิกะบิต/วินาที | 40 กม. |
| 2023 | NICT [ 54 ] | 301 เทราบิต/วินาที | 27.8 เฮิรตซ์ | 10.8 | 1097 (แถบ E, S, C, L) | 250–300 กิกะบิต/วินาที | 50–150 กม. |
| 2024 | NICT [ 55 ] | 402 เทราบิต/วินาที | 37.6 เทราเฮิรตซ์ | 10.7 | 1505 (แถบ O, E, S, C, L, U) | 170–320 กิกะบิต/วินาที | 50 กม. |
สายเคเบิลเฉพาะทาง
ตารางต่อไปนี้สรุปผลลัพธ์ที่ได้จากการใช้ใยแก้วนำแสงแบบมัลติคอร์หรือมัลติโหมดชนิดพิเศษ
| ปี | องค์กร | ความเร็วรวม | ความเร็วต่อ แกน | แบนด์วิดท์ | ประสิทธิภาพเชิงสเปกตรัม (บิต/วินาที)/เฮิร์ตซ์ | จำนวนโหมดการแพร่กระจาย | จำนวนแกน | ช่องสัญญาณ WDM (ต่อคอร์) | ความเร็วต่อช่องสัญญาณ | ระยะทาง |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2011 | NICT [ 43 ] | 109.2 เทราบิต/วินาที | 15.6 เทราบิต/วินาที | 7 | ||||||
| 2012 | NEC , คอร์นิง[ 56 ] | 1.05 เพตาบิต/วินาที | 87.5 เทราบิต/วินาที | 12 | 52.4 กม. | |||||
| 2013 | มหาวิทยาลัยเซาแธมป์ตัน[ 57 ] | 73.7 เทราบิต/วินาที | 73.7 เทราบิต/วินาที | 1 (กลวง) | 3 × 96 (โหมด DM) [ 58 ] | 256 กิกะบิต/วินาที | 310 เมตร | |||
| 2014 | มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดนมาร์ก[ 59 ] | 43 เทราบิต/วินาที | 6.14 เทราบิต/วินาที | 7 | 1045 กม. | |||||
| 2014 | มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีไอนด์โฮเฟน (TU/e) และมหาวิทยาลัยเซ็นทรัลฟลอริดา (CREOL) [ 60 ] | 255 เทราบิต/วินาที | 36.4 เทราบิต/วินาที | 7 | 50 | ~728 กิกะบิต/วินาที | 1 กม. | |||
| 2015 | NICT , Sumitomo ElectricและRAM Photonics [ 61 ] | 2.15 เพตาบิต/วินาที | 97.7 เทราบิต/วินาที | 22 | 402 (แถบ C, L) | 243 กิกะบิต/วินาที | 31 กม. | |||
| 2017 | NTT [ 62 ] | 1 พีบิต/วินาที | 31.25 เทราบิต/วินาที | โหมดเดี่ยว | 32 | 46 | 680 กิกะบิต/วินาที | 205.6 กม. | ||
| 2017 | KDDI ResearchและSumitomo Electric [ 63 ] | 10.16 พีบิต/วินาที | 535 เทราบิต/วินาที | 6 โหมด | 19 | 739 (แถบ C, L) | 120 กิกะบิต/วินาที | 11.3 กม. | ||
| 2018 | NICT [ 64 ] | 159 เทราบิต/วินาที | 159 เทราบิต/วินาที | โหมดสามทาง | 1 | 348 | 414 กิกะบิต/วินาที | 1045 กม. | ||
| 2020 | NICT [ 65 ] | 10.66 พีบิต/วินาที | 280.5 เทราบิต/วินาที | 9.2 เทราเฮิรตซ์ | 30.5 | โหมดสามทาง | 38 | 368 (แถบ C, L) | 762 กิกะบิต/วินาที | 13 กม. |
| 2021 | NICT [ 66 ] | 319 เทราบิต/วินาที | 79.8 เทราบิต/วินาที | โหมดเดี่ยว | 4 | 552 (แถบ S, C, L) | 144.5 กิกะบิต/วินาที | 3001 กม. (69.8 กม.) | ||
| 2022 | NICT [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] | 1.02 เพตาบิต/วินาที | 255 เทราบิต/วินาที | 4 | 801 (แถบ S, C, L) | 51.7 กม. | ||||
| 2022 [ A ] | มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดนมาร์ก[ 70 ] [ 71 ] | 1.84 เพตาบิต/วินาที | 49.7 เทราบิต/วินาที | 37 | 223 | 223 กิกะบิต/วินาที | 7.9 กม. | |||
| 2022 | NICT [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] | 1.53 เพตาบิต/วินาที | 1.53 เพตาบิต/วินาที | 4.6 เทราเฮิรตซ์ | 332 | 55 (มัลติเพล็กเซอร์ 110-MIMO) | 1 | 184 (ย่านความถี่ซี) | 1.03 เทราบิต/วินาที | 25.9 กม. |
| 2023 | NICT [ 75 ] | 22.9 พีบิต/วินาที | 603 เทราบิต/วินาที | 18.8 เฮิรตซ์ | 32 | โหมดสามทาง | 38 | 750 (แถบ S, C, L) | 803.5 กิกะบิต/วินาที | 13 กม. |
- ↑สร้างสถิติใหม่ด้านปริมาณงานโดยใช้ชิปโฟโตนิกส์
เทคนิคใหม่
งานวิจัยจากDTU , FujikuraและNTTโดดเด่นตรงที่ทีมงานสามารถลดการใช้พลังงานของอุปกรณ์ทางแสงลงได้ประมาณ 5% เมื่อเทียบกับเทคนิคทั่วไป ซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนาอุปกรณ์ทางแสงรุ่นใหม่ที่มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงมาก
| ปี | องค์กร | ความเร็วที่มีประสิทธิภาพ | จำนวนโหมดการแพร่กระจาย | จำนวนแกน | ช่องสัญญาณ WDM (ต่อคอร์) | ความเร็วต่อช่องสัญญาณ | ระยะทาง |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2018 | เฮาหู และคณะ (DTU, ฟูจิคุระ และ NTT) [ 76 ] | 768 เทราบิต/วินาที (661 เทราบิต/วินาที) | โหมดเดี่ยว | 30 | 80 | 320 กิกะบิต/วินาที |
งานวิจัยที่ดำเนินการโดยมหาวิทยาลัย RMIT เมืองเมลเบิร์น ประเทศออสเตรเลีย ได้พัฒนาอุปกรณ์นาโนโฟโตนิกส์ที่ส่งข้อมูลบนคลื่นแสงที่บิดเป็นรูปทรงเกลียว และทำให้ความเร็วของใยแก้วนำแสงในปัจจุบันเพิ่มขึ้นถึง 100 เท่า[ 77 ] เทคนิคนี้เรียกว่า โมเมนตัมเชิงมุมวงโคจร (OAM) อุปกรณ์นาโนโฟโตนิกส์ใช้แผ่นบางพิเศษในการวัดแสงที่บิดเป็นเกลียวเพียงเศษหนึ่งมิลลิเมตร อุปกรณ์นาโนอิเล็กทรอนิกส์ถูกฝังอยู่ภายในตัวเชื่อมต่อที่มีขนาดเล็กกว่าตัวเชื่อมต่อ USB และสามารถติดตั้งที่ปลายสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้[ 78 ]
การกระจายตัว
สำหรับใยแก้วนำแสงสมัยใหม่ ระยะการส่งสัญญาณสูงสุดไม่ได้ถูกจำกัดโดยการดูดซับของวัสดุโดยตรง แต่ถูกจำกัดโดยการกระจายตัวซึ่งก็คือการแผ่กระจายของพัลส์แสงขณะเดินทางไปตามเส้นใย การกระจายตัวจำกัดแบนด์วิดท์ของเส้นใย เนื่องจากพัลส์แสงที่แผ่กระจายออกไปนั้นจำกัดอัตราที่พัลส์สามารถตามกันไปได้บนเส้นใยและยังคงแยกแยะได้ที่ตัวรับ การกระจายตัวในใยแก้วนำแสงเกิดจากปัจจัยหลายประการ
การกระจายตัวระหว่างโหมด (Intermodal dispersion ) ซึ่งเกิดจากความเร็วตามแนวแกนที่แตกต่างกันของโหมดตามขวาง ต่างๆ นั้น เป็นข้อจำกัดของประสิทธิภาพของใยแก้วนำแสงแบบหลายโหมดเนื่องจากใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดียว (Single-mode fiber) รองรับได้เพียงโหมดตามขวางเดียวเท่านั้น จึงช่วยขจัดปัญหาการกระจายตัวระหว่างโหมดได้
ในใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดี่ยว ประสิทธิภาพส่วนใหญ่ถูกจำกัดด้วยการกระจายตัวของสี (chromatic dispersion ) ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากดัชนีหักเหของแก้วเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตามความยาวคลื่นของแสง และเนื่องจากการมอดูเลชั่น แสงจากตัวส่งสัญญาณแสงจึงครอบคลุมช่วงความยาวคลื่น (ที่แคบ) การกระจายตัวของโหมดโพลาไรเซชัน (polarization mode dispersion)ซึ่งเป็นข้อจำกัดอีกประการหนึ่ง เกิดขึ้นเนื่องจากแม้ว่าใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดี่ยวจะสามารถรองรับโหมดตามขวางได้เพียงโหมดเดียว แต่ก็สามารถนำพาโหมดนี้ด้วยโพลาไรเซชันที่แตกต่างกันสองแบบ และความไม่สมบูรณ์หรือความบิดเบี้ยวเล็กน้อยในใยแก้วนำแสงสามารถเปลี่ยนแปลงความเร็วในการแพร่กระจายสำหรับโพลาไรเซชันทั้งสองได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการ หักเหสองทิศทาง (birefringence)และสามารถแก้ไขได้โดยใช้ใยแก้วนำแสงแบบรักษาโพลาไรเซชัน (polarization-maintaining optical fiber )
การกระจายตัวบางส่วน โดยเฉพาะการกระจายตัวของสี สามารถกำจัดได้ด้วยตัวชดเชยการกระจายตัวหลักการทำงานคือการใช้เส้นใยที่มีความยาวที่เตรียมไว้เป็นพิเศษ ซึ่งมีการกระจายตัวในทิศทางตรงกันข้ามกับการกระจายตัวที่เกิดจากเส้นใยส่งสัญญาณ และจะทำให้สัญญาณพัลส์คมชัดขึ้นเพื่อให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์สามารถถอดรหัสได้อย่างถูกต้อง
การลดทอน
การลดทอนของเส้นใยเกิดจากการรวมกันของการดูดซับของวัสดุการกระเจิงของเรย์ลี การกระเจิงของมีและการสูญเสียในตัวเชื่อมต่อการดูดซับของวัสดุสำหรับซิลิกาบริสุทธิ์อยู่ที่ประมาณ0.03 dB/km เท่านั้น สิ่งเจือปนในเส้นใยนำแสงรุ่นแรกๆ ทำให้เกิดการลดทอนประมาณ1000 dB/kmเส้นใยสมัยใหม่มีการลดทอนประมาณ0.3 dB/kmการลดทอนในรูปแบบอื่นๆ เกิดจากความเครียดทางกายภาพต่อเส้นใย ความผันผวนของความหนาแน่นในระดับจุลภาค และเทคนิคการต่อ ที่ไม่สมบูรณ์ [ 79 ]
หน้าต่างการส่งข้อมูล
ผลกระทบแต่ละอย่างที่ทำให้เกิดการลดทอนและการกระจายตัวนั้นขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นแสง มีช่วงความยาวคลื่น (หรือหน้าต่าง) ที่ผลกระทบเหล่านี้อ่อนที่สุด และช่วงความยาวคลื่นเหล่านี้เหมาะสมที่สุดสำหรับการส่งผ่าน หน้าต่างเหล่านี้ได้รับการกำหนดมาตรฐานแล้ว[ 80 ]
| วงดนตรี | คำอธิบาย | ช่วงความยาวคลื่น |
|---|---|---|
| แถบโอ | ต้นฉบับ | 1260–1360 นาโนเมตร |
| แถบอี | ขยาย | 1360–1460 นาโนเมตร |
| แถบเอส | คลื่นความยาวสั้น | 1460–1530 นาโนเมตร |
| แถบซี | แบบทั่วไป ( หน้าต่างเออร์เบียม ) | 1530–1565 นาโนเมตร |
| แอลแบนด์ | คลื่นความยาวคลื่นยาว | 1565–1625 นาโนเมตร |
| แถบ U | คลื่นความยาวอัลตร้ายาว | 1625–1675 นาโนเมตร |
โปรดสังเกตว่าตารางนี้แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีในปัจจุบันสามารถเชื่อมต่อหน้าต่าง E และ S ซึ่งเดิมแยกออกจากกันได้แล้ว
ในอดีต มีช่วงความยาวคลื่นที่สั้นกว่าแถบ O เรียกว่าช่วงแรก อยู่ที่ 800–900 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม การสูญเสียในบริเวณนี้สูง ดังนั้นช่วงความยาวคลื่นนี้จึงใช้สำหรับการสื่อสารระยะสั้นเป็นหลัก ช่วงความยาวคลื่นที่ต่ำกว่าในปัจจุบัน (O และ E) ประมาณ 1300 นาโนเมตร มีการสูญเสียต่ำกว่ามาก บริเวณนี้ไม่มีการกระจายตัว ช่วงความยาวคลื่นกลาง (S และ C) ประมาณ 1500 นาโนเมตร เป็นช่วงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด บริเวณนี้มีการสูญเสียจากการลดทอนต่ำที่สุดและมีระยะการส่งสัญญาณไกลที่สุด แต่มีการกระจายตัวอยู่บ้าง ดังนั้นจึงมีการใช้อุปกรณ์ชดเชยการกระจายตัวเพื่อแก้ไขปัญหานี้
การฟื้นฟู
เมื่อการเชื่อมต่อสื่อสารต้องครอบคลุมระยะทางที่ไกลกว่าที่เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงที่มีอยู่สามารถรองรับได้ สัญญาณจะต้องถูกสร้างขึ้นใหม่ที่จุดกลางทางโดยใช้ตัวทวนสัญญาณสื่อสาร ด้วย แสง ตัวทวนสัญญาณทำให้ระบบสื่อสารมีต้นทุนสูงขึ้นมาก ดังนั้นผู้ออกแบบระบบจึงพยายามลดการใช้งานให้น้อยที่สุด
ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีใยแก้วนำแสงและการสื่อสารด้วยแสงได้ลดการเสื่อมคุณภาพของสัญญาณลงจนถึงจุดที่การสร้างสัญญาณแสงใหม่มีความจำเป็นเฉพาะในระยะทางหลายร้อยกิโลเมตรเท่านั้น ซึ่งช่วยลดต้นทุนของเครือข่ายใยแก้วนำแสงได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเส้นทางใต้น้ำที่ต้นทุนและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ทวนสัญญาณเป็นปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่กำหนดประสิทธิภาพของระบบเคเบิลทั้งหมด ความก้าวหน้าหลักที่ช่วยให้ประสิทธิภาพดีขึ้นเหล่านี้ ได้แก่ การจัดการการกระจายตัว (dispersion management) ซึ่งพยายามปรับสมดุลผลกระทบของการกระจายตัวกับความไม่เป็นเชิงเส้น และโซลิตอน (solitons ) ซึ่งใช้ผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นในใยแก้วนำแสงเพื่อช่วยให้การส่งสัญญาณปราศจากการกระจายตัวในระยะทางไกล
ไมล์สุดท้าย
แม้ว่าระบบใยแก้วนำแสงจะมีประสิทธิภาพสูงในการใช้งานที่ต้องการแบนด์วิดท์สูง แต่ปัญหา " ไมล์สุดท้าย" ยังคงไม่ได้รับการแก้ไข เนื่องจากอัตราการใช้งาน ใยแก้วนำแสงถึงบ้าน (FTTH) ยังค่อนข้างช้า อย่างไรก็ตาม การติดตั้ง ใยแก้วนำแสงถึงบ้าน (FTTH) กลับเร่งตัวขึ้น ตัวอย่างเช่น ในญี่ปุ่นEPONได้เข้ามาแทนที่ DSL ในฐานะแหล่งอินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์เป็นส่วนใหญ่ การติดตั้ง FTTH ที่ใหญ่ที่สุดอยู่ในญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และจีน สิงคโปร์เริ่มดำเนินการติดตั้งเครือข่ายบรอดแบนด์แห่งชาติยุคใหม่ (Next Gen NBN) ที่ใช้ใยแก้วนำแสงทั้งหมด ซึ่งมีกำหนดแล้วเสร็จในปี 2012 และติดตั้งโดย OpenNet นับตั้งแต่เริ่มให้บริการในเดือนกันยายน 2010 ความครอบคลุมของเครือข่ายในสิงคโปร์ได้ถึง 85% ทั่วประเทศ
ในสหรัฐอเมริกาบริษัท Verizon Communicationsให้บริการ FTTH ที่เรียกว่าFiOSในตลาดที่มีรายได้เฉลี่ยต่อผู้ใช้สูงในเขตพื้นที่ให้บริการเดิมของตน ส่วน ผู้ ให้บริการโทรศัพท์พื้นฐาน รายใหญ่ที่ยังคงดำเนินธุรกิจอยู่ อย่างAT&Tใช้บริการไฟเบอร์ถึงโหนด (FTTN) ที่เรียกว่า U-verseโดยใช้สายคู่บิดเกลียวเชื่อมต่อถึงบ้าน ขณะที่คู่แข่งที่เป็นผู้ให้บริการเคเบิลทีวีรายใหญ่ (MSO) ใช้ FTTN ร่วมกับสายโคแอกซ์ โดยใช้เครือข่ายแบบไฮบริดไฟเบอร์-โคแอกซ์เครือข่ายการเข้าถึงหลักทั้งหมดใช้ไฟเบอร์เป็นส่วนใหญ่ในระยะทางจากเครือข่ายของผู้ให้บริการไปยังลูกค้า
เทคโนโลยีเครือข่ายการเข้าถึงที่แพร่หลายทั่วโลกคือเครือข่ายออปติคอลแบบพาสซีฟอีเทอร์เน็ต (EPON) ในยุโรป และในกลุ่มบริษัทโทรคมนาคมในสหรัฐอเมริกาเครือข่ายบรอดแบนด์ PON (BPON) และ เครือ ข่ายกิกะบิต PON (GPON) ที่ใช้ ATM เป็นพื้นฐาน มีรากฐานมาจาก องค์กรมาตรฐาน Full Service Access Network (FSAN) และ ITU-T ที่อยู่ภายใต้การควบคุมของพวกเขา
การเปรียบเทียบกับการส่งกำลังไฟฟ้า
การเลือกใช้ระหว่างใยแก้วนำแสงและสายไฟฟ้า (หรือสายทองแดง ) สำหรับระบบใดระบบหนึ่งนั้น ขึ้นอยู่กับข้อดีข้อเสียหลายประการ โดยทั่วไปแล้ว ใยแก้วนำแสงจะถูกเลือกใช้สำหรับระบบที่ต้องการแบนด์วิดท์ สูง ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง หรือครอบคลุมระยะทางที่ไกลกว่าที่สายไฟฟ้ารองรับได้
ข้อดีหลักของใยแก้วนำแสงคือ การสูญเสียต่ำมาก (ทำให้สามารถส่งสัญญาณได้ในระยะทางไกลระหว่างตัวทวนสัญญาณ) ไม่มีกระแสไฟฟ้าลงดินและ ปัญหา เรื่องสัญญาณรบกวนหรือพลังงานอื่นๆ ที่มักเกิดขึ้นกับสายตัวนำไฟฟ้าแบบขนานที่ยาว (เนื่องจากใช้แสงแทนไฟฟ้าในการส่งสัญญาณ และคุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกของใยแก้วนำแสง) และมีความสามารถในการส่งข้อมูลสูงโดยธรรมชาติ ต้องใช้สายไฟฟ้าหลายพันเส้นเพื่อทดแทนสายใยแก้วนำแสงที่มีแบนด์วิดท์สูงเพียงเส้นเดียว ข้อดีอีกประการหนึ่งของใยแก้วนำแสงคือ แม้จะวางขนานกันเป็นระยะทางไกล สายใยแก้วนำแสงก็แทบไม่มีการรบกวนข้ามสาย (crosstalk ) ซึ่งแตกต่างจากสายส่ง ไฟฟ้าบางประเภท สามารถติดตั้งใยแก้วนำแสงในพื้นที่ที่มีการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) สูง เช่น บริเวณสายส่งไฟฟ้าและรางรถไฟ สายเคเบิลแบบไดอิเล็กทริกทั้งหมดที่ไม่มีโลหะยังเหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีฟ้าผ่าบ่อยอีกด้วย
เพื่อเป็นการเปรียบเทียบ ในขณะที่ระบบสายทองแดงแบบเส้นเดียวสำหรับเสียงที่มีความยาวมากกว่าสองสามกิโลเมตรจำเป็นต้องใช้ตัวทวนสัญญาณแบบอินไลน์เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่น่าพอใจ แต่ระบบใยแก้วนำแสงนั้นสามารถส่งสัญญาณได้ไกลกว่า100 กิโลเมตร (62 ไมล์)โดยไม่ต้องใช้การประมวลผลแบบแอคทีฟหรือพาสซีฟใดๆ
เส้นใยแก้วนำแสงนั้นยากและมีราคาแพงกว่าในการต่อเชื่อมเมื่อเทียบกับตัวนำไฟฟ้า และที่กำลังไฟฟ้าสูง เส้นใยแก้วนำแสงมีแนวโน้มที่จะหลอมละลายส่งผลให้แกนใยแก้วถูกทำลายอย่างรุนแรงและทำให้ส่วนประกอบการส่งสัญญาณเสียหาย[ 81 ]
ในการใช้งานระยะสั้นและแบนด์วิดท์ค่อนข้างต่ำ การส่งสัญญาณด้วยไฟฟ้ามักเป็นที่นิยมมากกว่าเนื่องจากต้นทุนต่ำกว่า การสื่อสารด้วยแสงไม่เป็นที่นิยมในการใช้งานระยะสั้นระหว่างกล่องต่อกล่องแผงวงจรหรือชิปต่อชิป
ในบางสถานการณ์ อาจใช้ใยแก้วนำแสงได้แม้ในระยะทางสั้นหรือแอปพลิเคชันที่มีแบนด์วิดท์ต่ำ เนื่องจากมีคุณสมบัติสำคัญอื่นๆ ดังนี้:
- ภูมิคุ้มกันต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า รวมถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
- มีความต้านทานไฟฟ้าสูงทำให้ปลอดภัยในการใช้งานใกล้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง หรือระหว่างพื้นที่ที่มีศักย์ไฟฟ้าลงดิน แตกต่าง กัน
- น้ำหนักเบา—ซึ่งมีความสำคัญ เช่น ในอุตสาหกรรมการบิน
- ไม่มีศักยภาพในการเกิดประกายไฟ —สำคัญในสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซไวไฟหรือระเบิดได้[ 82 ]
- ไม่แผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า และยากต่อการดักฟังโดยไม่รบกวนสัญญาณ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในสภาพแวดล้อมที่มีความปลอดภัยสูง
- ขนาดสายเคเบิลที่เล็กกว่ามาก—ซึ่งสำคัญมากในกรณีที่พื้นที่จำกัด เช่น การวางระบบเครือข่ายในอาคารที่มีอยู่แล้ว ซึ่งสามารถเจาะรูขนาดเล็กกว่าและประหยัดพื้นที่ในท่อและรางสายเคเบิลที่มีอยู่ได้
- ความต้านทานต่อการกัดกร่อนเนื่องจากตัวกลางส่งผ่านที่ไม่ใช่โลหะ
สามารถติดตั้งสายเคเบิลใยแก้วนำแสงในอาคารได้โดยใช้อุปกรณ์เดียวกันกับที่ใช้ติดตั้งสายเคเบิลทองแดงและสายเคเบิลโคแอกเซียล โดยอาจต้องมีการปรับเปลี่ยนเล็กน้อยเนื่องจากขนาดที่เล็กและข้อจำกัดด้านแรงดึงและรัศมีโค้งงอของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
มาตรฐานการกำกับดูแล
เพื่อให้ผู้ผลิตต่างๆ สามารถพัฒนาชิ้นส่วนที่ใช้งานร่วมกันได้ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง จึงมีการพัฒนามาตรฐานต่างๆ ขึ้นมามากมายสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศได้เผยแพร่มาตรฐานหลายฉบับที่เกี่ยวข้องกับคุณลักษณะและประสิทธิภาพของใยแก้วนำแสงเอง ซึ่งรวมถึง...
- มาตรฐาน ITU-T G.651 “คุณลักษณะของ สายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดที่มีดัชนีหักเหไล่ระดับขนาด 50/125 ไมโครเมตร”
- มาตรฐาน ITU-T G.652 "คุณลักษณะของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดี่ยว"
มาตรฐานอื่นๆ กำหนดเกณฑ์ประสิทธิภาพสำหรับใยแก้วนำแสง ตัวส่งสัญญาณ และตัวรับสัญญาณที่จะใช้ร่วมกันในระบบที่เป็นไปตามมาตรฐาน มาตรฐานเหล่านี้บางส่วนได้แก่:
- อีเธอร์เน็ต 100 กิกะบิต
- อีเธอร์เน็ต 10 กิกะบิต
- ไฟเบอร์แชนแนล
- กิกะบิตอีเธอร์เน็ต
- ฮิปปี้
- ลำดับชั้นดิจิทัลแบบซิงโครนัส
- เครือข่ายออปติคอลแบบซิงโครนัส
- เครือข่ายการขนส่งทางแสง (OTN)
TOSLINKเป็นรูปแบบ สายเคเบิล เสียงดิจิทัล ที่พบได้บ่อยที่สุด โดยใช้ใยแก้วนำแสงพลาสติกในการเชื่อมต่อแหล่งสัญญาณดิจิทัลกับเครื่องรับสัญญาณดิจิทัล
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ↑โดยทั่วไปแล้ว LED สำหรับงานสื่อสารมักทำจากอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ฟอสไฟด์ (InGaAsP) หรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) เนื่องจาก LED ที่ทำจาก InGaAsP ทำงานที่ความยาวคลื่นยาวกว่า LED ที่ทำจาก GaAs (1.3 ไมโครเมตร เทียบกับ 0.81–0.87 ไมโครเมตร) ดังนั้นสเปกตรัมเอาต์พุตของ LED ที่ทำจาก InGaAsP จึงกว้างกว่าในแง่ของความยาวคลื่น แม้ว่าจะมีพลังงานเท่ากันก็ตาม โดยมีความยาวคลื่นมากกว่าประมาณ 1.7 เท่า
- สารานุกรมฟิสิกส์และเทคโนโลยีเลเซอร์
- เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงโดย วิเวก อัลเวย์น
- อากราวาล, โกวินด์ พี. (2002). ระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง . นิวยอร์ก: จอห์น ไวลีย์ แอนด์ ซันส์ . ISBN 978-0-471-21571-4.
อ่านเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- "ทำความเข้าใจการสื่อสารด้วยแสง"หนังสือปกแดงของ IBM
- จูเลีย ฮอลล์. "ใยแก้วนำแสง – การสื่อสารทางอินเทอร์เน็ต เคเบิล และโทรศัพท์" . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 22 ตุลาคม 2016