สายใยแก้วนำแสง หรือ ไฟเบอร์ออฟติกคืออะไร?

Fiber Optic หรือ สายใยแก้วนำแสง คือ สายรับ-ส่งสัญญาณที่สามารถส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงมากในระยะทางที่ไกล และมีค่าการสูญเสียของสัญญาณ (Loss) ที่ต่ำมากเมื่อเทียบกับสายทองแดงอย่างสาย UTP

สายไฟเบอร์ออฟติกใช้ “แสง” เป็นตัวนำพาสัญญาณข้อมูล โดยมีโครงสร้างภายในเป็นเส้นใยแก้วหรือพลาสติกบริสุทธิ์ที่มีขนาดเล็กมาก บางเฉียบพอๆ กับเส้นผมของมนุษย์ ทำให้สามารถส่งข้อมูลปริมาณมหาศาลได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง

ไฟเบอร์ออฟติก ประกอบไปด้วยอะไรบ้าง?

แม้จะมีขนาดเล็กกะทัดรัด แต่ภายในของสาย Fiber Optic นั้นถูกออกแบบมาอย่างซับซ้อนและประกอบด้วยชั้นต่างๆ เพื่อปกป้องเส้นใยแก้วนำแสง ดังนี้

แกนกลาง (Core) เป็นส่วนที่อยู่ชั้นในสุด ทำหน้าที่เป็นทางเดินของแสง ผลิตจากแก้วหรือพลาสติกที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก
แคลดดิง (Cladding) เป็นชั้นที่ห่อหุ้ม Core เอาไว้ มีค่าดัชนีหักเหของแสงต่ำกว่า Core เล็กน้อย ทำหน้าที่ทำให้เกิด “การสะท้อนกลับหมด” ทำให้แสงเดินทางไปตามสายได้โดยไม่ทะลุออกด้านข้าง
ชั้นเคลือบ (Coating / Buffer) เป็นชั้นพลาสติกหรือเรซินที่เคลือบทับ Cladding เพื่อป้องกันความชื้น รอยขีดข่วน และซับแรงกระแทกไม่ให้เส้นใยแก้วแตกหัก
เส้นใยเสริมแรง (Strength Member) มักทำจากเส้นใยอารามิด (Aramid yarn หรือ Kevlar) เพื่อเพิ่มความทนทานต่อแรงดึงเวลาช่างทำการติดตั้ง
เปลือกหุ้มภายนอก (Outer Jacket) เป็นพลาสติกชั้นนอกสุดที่ปกป้องสายไฟเบอร์ออฟติกทั้งหมดจากสภาพแวดล้อมภายนอก เช่น แสงแดด น้ำ หรือแมลง

การทำงานของสาย Fiber optic

หลักการทำงานของไฟเบอร์ออฟติกอาศัยหลักการทางฟิสิกส์ที่เรียกว่า “การสะท้อนกลับหมด (Total Internal Reflection)”

เมื่ออุปกรณ์ต้นทาง เช่น เลเซอร์ หรือ LED แปลงข้อมูลไฟฟ้าให้กลายเป็นสัญญาณแสง และยิงแสงเข้าไปในแกนกลาง (Core) แสงจะเดินทางตกกระทบกับรอยต่อระหว่าง Core และ Cladding ด้วยมุมที่เหมาะสม เนื่องจาก Cladding มีค่าดัชนีหักเหของแสงที่ต่างจาก Core แสงจึงไม่ทะลุออกไป แต่จะสะท้อนไปมาอยู่ภายในแกนกลางและเดินทางไปจนถึงปลายทาง จากนั้นอุปกรณ์ปลายทางจะทำการแปลงสัญญาณแสงกลับมาเป็นข้อมูลไฟฟ้าเพื่อให้คอมพิวเตอร์เข้าใจได้

ประโยชน์ของ Fiber optic หรือสายใยแก้วนำแสง

ประโยชน์ของ ไฟเบอร์ออฟติก หรือใยแก้วนำแสง มีดังนี้

แบนด์วิดท์สูง (High Bandwidth) รองรับการส่งข้อมูลปริมาณมากๆ ในเวลาเดียวกันได้ดีเยี่ยม เช่น การสตรีมวิดีโอ 4K/8K หรือโครงข่ายอินเทอร์เน็ตความเร็วสูง

ส่งข้อมูลได้ไกล (Long Distance) สัญญาณแสงมีอัตราการลดทอน (Attenuation) ต่ำมาก ทำให้ส่งข้อมูลได้ไกลหลายสิบหรือหลายร้อยกิโลเมตรโดยไม่ต้องใช้ตัวทวนสัญญาณ (Repeater) ถี่

ไม่มีการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (No EMI) เนื่องจากใช้แสงในการส่งสัญญาณ จึงไม่ได้รับผลกระทบจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นวิทยุ หรือฟ้าผ่า สัญญาณจึงมีความเสถียรสูงมาก

ความปลอดภัยของข้อมูลสูง (High Security) การดักจับสัญญาณแสงทำได้ยากมาก หากมีการตัดต่อสายเพื่อขโมยข้อมูล สัญญาณจะขาดหายไปทันที ทำให้ระบบตรวจจับความผิดปกติได้ง่าย

ปลอดภัยจากอันตรายทางไฟฟ้า (Electrical Safety) เส้นใยแก้วและพลาสติกเป็นฉนวนไฟฟ้า ไม่เหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้า จึงหมดปัญหาเรื่องไฟฟ้ารั่ว ไฟฟ้าลัดวงจร หรือการเกิดประกายไฟ

ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา ประหยัดพื้นที่ในการติดตั้งและเดินสายภายในอาคารหรือใต้ดิน

Fiber Optic ใช้ทำอะไรบ้าง?

การนำ Fiber Optic ไปใช้งานสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มหลักๆ ได้ดังนี้

1. ด้านการสื่อสารและโทรคมนาคม (Telecommunications)

โครงข่ายอินเทอร์เน็ต (Broadband & FTTx) ใช้ส่งสัญญาณอินเทอร์เน็ตความเร็วสูงจากผู้ให้บริการไปยังบ้านเรือน (Fiber to the Home – FTTH) หรือองค์กรต่างๆ
เคเบิลใต้น้ำ (Submarine Communications Cable) โครงข่าย Fiber Optic ขนาดใหญ่ที่วางลอดใต้พื้นมหาสมุทร เพื่อเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตและระบบสื่อสารระหว่างทวีปทั่วโลก
ระบบโทรทัศน์และวิทยุ (Cable TV) ใช้ส่งสัญญาณภาพและเสียงความละเอียดสูง (HD/4K) ในระบบเคเบิลทีวี

2. ด้านการแพทย์ (Medical Applications)

กล้องส่องอวัยวะภายใน (Endoscopy) นำเส้นใยแก้วนำแสงขนาดเล็กสอดเข้าไปในร่างกายผู้ป่วย เพื่อให้แพทย์สามารถมองเห็นอวัยวะภายในผ่านแสงและภาพที่สะท้อนกลับมา ช่วยในการผ่าตัดแบบแผลเล็ก
เครื่องมือทางทันตกรรมและเลเซอร์ ใช้เป็นตัวนำแสงเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงในการผ่าตัดรักษาเนื้อเยื่อ หรือเทคโนโลยีเลเซอร์ด้านความงาม

3. ด้านอุตสาหกรรมและระบบเซ็นเซอร์ (Industrial & Sensors)

ไฟเบอร์ออฟติกเซ็นเซอร์ (Fiber Optic Sensors) ใช้เส้นใยแก้วเป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับความเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น วัดอุณหภูมิ วัดแรงกดทับ วัดแรงสั่นสะเทือน หรือความตึงเครียดของโครงสร้าง (เช่น สะพาน เขื่อน หรือปีกเครื่องบิน)
ใช้งานในพื้นที่อันตราย เนื่องจากไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน จึงปลอดภัยและนิยมใช้ในโรงงานผลิตสารเคมี คลังน้ำมัน หรือเหมืองแร่ ซึ่งมีความเสี่ยงต่อการเกิดประกายไฟ

4. ด้านการทหารและอวกาศ (Military & Aerospace)

ระบบสื่อสารความมั่นคงสูง ใช้ในระบบเรดาร์ เรือดำน้ำ เครื่องบินรบ และการสื่อสารทางการทหาร เพราะ Fiber Optic ทนทานต่อการถูกรบกวนด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Anti-Jamming) และป้องกันการถูกดักฟังข้อมูลได้ดีเยี่ยม
ลดน้ำหนักอากาศยาน การเปลี่ยนจากสายทองแดงมาใช้เส้นใยแก้วนำแสงช่วยลดน้ำหนักของสายไฟในเครื่องบินหรือกระสวยอวกาศได้มหาศาล