การสื่อสารข้อมูลในงานอุตสาหกรรม  ตอนที่ 5 มารู้จักสายใยแก้วนำแสง (ตอนที่ 1)

การสื่อสารข้อมูลโดยสายใยแก้วนำแสง จะใช้สัญญาณแสงยิงเข้าไปในแกนใยแก้ว (Fiber Core) สายใยแก้วนำแสงจะทำตัวเสมือนไกด์นำทางให้แสงเดินทาง แสงจะถูกนำทางให้วิ่งภายในแกนกลางของสายสัญญาณ ในทางทฤษฎีแสงจะถูกนำทางให้วิ่งตามแกนกลางของใยแก้วด้วยการควบคุมขอแคลดดิ้ง (Cladding) ที่มีดัชนีการหักเหของแสงที่ต่ำกว่า (Refractive Index) เคลือบรอบแกนกลางของใยแก้ว 

ในทางทฤษฎีจะไม่มีพลังงานแสงใดที่สามารถหนีจากแกนกลางของใยแก้วเข้าไปในบริเวณ Cladding ได้ และไม่มีพลังงานใดที่มาจากภายนอกเข้ามาที่แกนกลางของใยแก้วได้ ดังนั้นการส่งสัญญาณข้อมูลด้วยสายใยแก้วนำแสงจะไม่ถูกรบกวนจากสัญญาณประเภทอิเล็กโตรแมกเนติก

แกนกลางของใยแก้วและแคลดดิ้งจะดักลำแสงให้อยู่ในแกนกลางของใยแก้วโดยการทำให้ลำแสงเข้าไปในแกนที่มีมุมหักเหของแสงมากกว่ามุมวิกฤติ (Critical Angle) ลำแสงจะวิ่งภายในแกนกลางใยแก้วนำแสงด้วยอัตราการสูญเสียพลังงานที่ต่ำ โดยทั่วไปแล้วพลังงานที่สูญเสียไปจะเกิดจากการสะท้อนของแสงภายในสายสัญญาณ รูปที่ 1 แสดงการเดินทางของแสงในสายใยแก้วนำแสง

รูปที่ 1 แสดงการเดินทางของแสงภายในสายใยแก้วนำแสง

พลังงานแสงจำนวนน้อยจะถูกดูดซับโดยแกนกลางของใยแก้ว ดังนั้นสายใยแก้วนำแสงสามารถถูกใช้สำหรับส่งข้อมูลระยะทางไกลได้เป็นอย่างดีโดยสัญญาณไม่จำเป็นต้องถูกขยายหรือทวนซ้ำบ่อยยกเว้นระยะทางไกลมาก ๆ บางประเภทสายใยแก้วนำแสงสามารถใช้ส่งสัญญาณได้หลาย ๆ กิโลเมตรก่อนที่จะต้องการตัวรีพีตเตอร์ (Repeater) ช่วยในการทวนซ้ำข้อมูล

การใช้ความเร็วในการส่งข้อมูลด้วยสัญญาณแสงจะทำได้เร็วกว่าการใช้สัญญาณไฟฟ้าหลายเท่าตัว และอาจเร็วมากกว่า 10 Gbps สายใยแก้วนำแสงยังให้ความเชื่อถือได้ที่สูงแต่อย่างไรก็ตามราคาของมันก็แพงกว่าเช่นกันถ้าเทียบจำนวนแกนต่อแกนกับสายทองแดง

แต่ถ้าเทียบความคุ้มทุนก็ขึ้นอยู่กับระบบงานที่ใช้เพราะสายใยแก้วนำแสงสามารถส่งข้อมูลได้เป็นจำนวนมากและจำนวนหลายช่องทาง (Channel) สายใยแก้วนำแสงมีลักษณะความแตกต่างกันตรงที่ขนาดทางกายภาพ ส่วนผสมของวัสดุและองค์ประกอบของสายสัญญาณรวมทั้งความยาวของคลื่นแสงที่ใช้ในการส่งข้อมูล

การใช้งานสายใยแก้วนำแสงมีข้อดีกว่าสายสัญญาณชนิดอื่น ๆ ดังต่อไปนี้
* สัญญาณแสงไม่สามารถถูกรบกวนโดย EMI (Electromagnetic Interference) และครอสทอล์ค (Crosstalk)
* สัญญาณแสงไม่ถูกรบกวนด้วยสัญญาณชนิดอื่น ๆ เป็นผลให้การเชื่อมต่ออุปกรณ์ด้วยสายใยแก้วนำแสงสามารถถูกใช้ในสภาพแวดล้อมที่เลวร้าย เช่น ภายในช่องลิฟต์ หรือ โรงงานประกอบชิ้นส่วนที่มีมอเตอร์ขนาดใหญ่ที่สร้างสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าปริมาณมาก

* สายใยแก้วนำแสงมีแบนด์วิดธ์ที่กว้างและแบนราบกว่าสายสัญญาณประเภทอื่น ๆ ดังนั้นการทำให้ระดับสัญญาณเท่ากันโดยการเปรียบเทียบจุดอ้างอิงทางไฟฟ้าจึงไม่มีความจำเป็นเหมือนสัญญาณไฟฟ้า

* สายใยแก้วนำแสงมีการลดทอดสัญญาณที่น้อย ดังนั้นสัญญาณข้อมูลสามารถถูกส่งได้ระยะไกลกว่าสายสัญญาณชนิดอื่น ๆ ก่อนที่จะต้องการการขยายสัญญาณ หรือทวนสัญญาณ

* สายใยแก้วนำแสงไม่นำไฟฟ้าและดังนั้นจึงไม่มีปัญหาเกี่ยวกับการเกิดกราวด์ลูป ความเสียหายจากฟ้าผ่า และการลัดวงจรไฟฟ้าเมื่อลากสายสัญญาณไปยังพื้นที่ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง

* โดยทั่วไปแล้วสายใยแก้วนำแสงจะบางและเบากว่าสายโลหะหรือสายทองแดงจึงติดตั้งได้ง่ายกว่า โดยเฉพาะในตำแหน่งที่มีความสูง เช่น บนฝ้าเพดาน

* สายใยแก้วนำแสงมีความปลอดภัยต่อข้อมูลมากกว่าสายทองแดงเนื่องจากไม่สามารถแทปสัญญาณ หรือการคล้องสายสัญญาณเพื่อลักลอบอ่านสัญญาณ

องค์ประกอบหลักของสายใยแก้วแสงประกอบด้วย แกนใยแก้ว, แคลดดิ้ง, บัฟเฟอร์,ตัวเสริมแรง และตัวแจ็คเก็ตป้องกันสาย ซึ่งแสดงในรูปที่ 2 สายใยแก้วนำแสงบางประเภทอาจจะมีสายทองแดงร่วมอยู่ด้วยเพื่อจุดประสงค์ในการจ่ายไฟเลี้ยงให้กับตัวรีพีตเตอร์

รูปที่ 2 องค์ประกอบของสายใยแก้วนำแสง

แกนหรือคอร์ของสายใยแก้วนำแสงประกอบด้วยใยแก้วที่ให้สัญญาณแสงวิ่ง ขนาดของแกนที่มักถูกใช้คือ 50 และ 62.5 ไมครอน (Microns) หรือไมโครเมตรสำหรับสายมัลติโหมด และขนาด 8.5 ไมครอนที่ถูกใช้สำหรับสายซิงเกิลโหมด

จริง ๆ แล้วคอร์ใยแก้วและแคลดดิ้งถูกสร้างมาด้วยกันเสมือนเป็นชิ้นส่วนใยแก้วเดียวกัน แคลดดิ้งเป็นชั้นป้องกันควบคุมแสงโดยมีดัชนีหักเหของแสงน้อยกว่าตัวแกนใยแก้ว ดัชนีหักเหที่น้อยกว่า หมายความว่าทุกแสงที่กระทบพนังหรือขอบของชั้นแกนใยแก้วจะถูกเปลี่ยนทิศทางสะท้อนกลับแล้วกระทบหักเหไปมาตามแนวเส้นทางเดินสายของแกนใยแก้ว ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแคลดดิ้งโดยทั่วไปอยู่ที่ 125 ไมครอน

บัฟเฟอร์ของสายใยแก้วนำแสงสร้างโดยใช้ชั้นพลาสติกจำนวนหลายชั้นห่อหุ้มแคลดดิ้ง บัฟเฟอร์ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของสายสัญญาณดังนั้นมันสามารถช่วยลดการแตกหรือการร้าวขนาดจิ๋วซึ่งอาจจะเป็นสาเหตุให้แกนใยแก้วขาดได้ บัฟเฟอร์ยังสามารถป้องกันแกนใยแก้วและแคลดดิ้งจากน้ำและสารเคมีอื่น ๆ จากสภาพแวดล้อมภายนอก โดยทั่วไปแล้วบัฟเฟอร์จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเป็น 2 เท่าของใยแก้ว บัฟเฟอร์อาจจะจับตัวหนาแน่นหรือจับตัวกันหลวม ๆ ดังแสดงในรูปที่ 3 บัฟเฟอร์แบบหนาแน่นจะแนบติดกับใยแก้ว

บัฟเฟอร์แบบหนาแน่นสามารถป้องกันใยแก้วจากความเครียดของสายเนื่องจากแรงดัน แรงกดทับ และแรงกระแทกแต่ไม่สามารถป้องกันใยแก้วจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง บัฟเฟอร์แบบหลวมจะเป็นท่อแข็งที่มักทำจากพลาสติกโดยอาจมีใยแก้วภายในใยแก้วเพียงเส้นเดียวหรือจำนวนหลายใยแก้วก็ได้ ตัวใยแก้วจะยาวกว่าตัวท่อบัฟเฟอร์เสมอ ดังนั้นท่อบัฟเฟอร์จะรับแรงเครียดทั้งหมดที่มายังตัวสายหรือพูดง่าย ๆ ว่า คือการแยกความเครียดออกจากตัวใยแก้วนั้นเอง

รูปที่ 3 ชนิดบัฟเฟอร์ของสายใยแก้วนำแสง

สายใยแก้วนำแสงจะมีส่วนเสริมแรงซึ่งเป็นสายสแตรนด์หรือสายสลิงที่ทำจากวัสดุที่มีความเหนียว (เช่น โลหะ, ไฟเบอร์กล๊าส หรือเคฟลาร์) ที่ให้ความทนทานต่อแรงดึงสาย

เคเบิลชีทของสายใยแก้วนำแสงจะอยู่ด้านรอบนอกของตัวสายหรือหุ้มสายเพื่อป้องกันจากความเสียหายทางกลเช่นเดียวกับที่ใช้ในสายไฟฟ้า

ค่าการลดทอนของสายมัลติโหมดจะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นแสงและโครงสร้างของใยแก้ว ค่าการลดทอนจะอยู่ในช่วง 3-8 dB/km ที่ 850 nm และ 1-3 dB/km ที่ 1300 nm ค่าการลดทอนของสายซิงเกิลโหมดจะอยู่ในช่วงประมาณ 0.4-0.6 dB/km ที่ 1300 nm และ 0.25-0.35 dB/km ที่ 1550 nm

ใยแก้วแบบมัลติโหมด (50 หรือ 62.5 ไมคอรน) ลำแสงจะมีพื้นที่เหลือพอที่จะวิ่งได้ในหลาย ๆ เส้นทางภายในแกนใยแก้ว การวิ่งได้หลาย ๆ เส้นทางหรือหลายโหมดจะทำให้เกิดการบิดเบือนของสัญญาณที่ปลายสายด้านฝั่งรับ เนื่องจากมีความแตกต่างของเวลาที่มาถึงปลายทางระหว่างเส้นทางของแสงที่เร็วที่สุดและช้าที่สุด

ใยแก้วแบบซิงเกิลโหมด (8.5 ไมครอน) แกนใยแก้วจะมีพื้นที่หน้าตัดค่อนข้างแคบซึ่งทำให้แสงสามารถวิ่งได้เพียงเส้นทางเดียว ใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดจะมีการลดทอนของสัญญาณน้อยที่สุด โดยปกติอัตราลดทอนจะน้อยกว่า 0.5 dB/km สายสัญญาณชนิดนี้ยังเป็นสายสัญญาณที่ทำการติดตั้งได้ยากที่สุดเพราะว่าต้องการความแม่นยำระหว่างเส้นทางเดินของแสงและแหล่งกำเนิดแสง ตัวตรวจจับหรือเซนเซอร์มีราคาแพงมาก อย่างไรก็ตามความเร็วในการส่งสามารถส่งได้ 50 Gbps หรือมากกว่า

ปัจจุบันระบบสายใยแก้วนำแสงทำงานอยู่ที่ 3 ช่วงความยาวคลื่นแสงนั้น คือ 850 nm, 1300 nm และ 1550 nm ความยาวคลื่นแสงที่สั้นกว่าจะมีการลดทอนของสัญญาณมากกว่าความยาวคลื่นแสงที่ยาวกว่า ระบบช๊อตฮอลล์ (Short Haul) หรือระบบระยะทางสั้นมีแนวโน้มที่จะใช้ความยาวคลื่นแสงที่ 850 nm หรือ 1300 nm โดยใช้สายเแบบมัลติโหมด และใช้ตัว LED เป็นตัวกำเนิดแสง ระบบสายใยแก้วนำแสงที่ใช้ความยาวคลื่นแสง 1550 nm ส่วนมากแล้วจะถูกใช้ระบบที่มีระยะทางไกลโดยการใช้สายซิงเกิลโหมดและใช้ตัวยิงเลเซอร์เป็นตัวกำเนิดแสง

แบนด์วิดธ์ของสายใยแก้วนำแสงถูกกำหนดด้วยช่วงของความถี่ที่เป็นกำลังของเอาต์พุตที่ต้องถูกรักษาค่าให้ได้ 3 dB ของกำลังของเอาต์พุตปกติ มันอาจถูกแสดงในรูปของผลคูณความถี่ของแบนด์วิดธ์กับระยะทาง ยกตัวอย่าง แบนด์วิดธ์ขนาด 500 MHZ–km นั้นหมายความว่า ความถี่ 500 MHZ จะใช้งานได้บนระยะทางหนึ่งกิโลเมตร หรือความถี่ 100 MHZ ของแบนด์วิดธ์จะวิ่งได้บนระยะทางห้ากิโลเมตร

การกระจายแบบโหมด (Modal Dispersion) จะถูกวัดเป็นพัลล์เวลาในหน่วยนาโนวินาทีต่อกิโลเมตร (ns/km) ค่าจะกำหนดอยู่ที่ระดับสูงสุดของแบนด์วิดธ์สัญญาณหรือสัญญาณแสงที่ไปถึงปลายทางช้าสุด สายใยแก้วนำแสงแบบสเต็ปอินเด็กซ์ (Step - index) ประเมินค่าอยู่ที่ 15 และ 30 ns/km จำไว้เสมอว่าการกระจายของแสงแบบโหมดที่ 20 ns/km นั้นทำให้ความเร็วของการส่งข้อมูลทำได้น้อยกว่า 50 mbps สำหรับสายแบบซิงเกิลโหมดจะไม่มีการกระจายของแสงแบบโหมด เพราะว่ามีเพียง 1 โหมดหรือ 1 ลำแสงที่วิ่งในแกนใยแก้ว

กระจายแสงแบบโครเมติก (Chromatic) สามารถเกิดขึ้นในสายซิงเกิลโหมดและถูกวัดได้จากการกระจายของพัลส์ในหน่วยระดับพิโกวินาทีสำหรับแต่ละสเปคตรัมสีของแสงในระดับนาโนเมตรของพัลส์ในแต่ละกิโลเมตรที่แสงวิ่งผ่าน ปรากฏการณ์กระจายแสงแบบนี้จะเกิดขึ้นเฉพาะในสายซิงเกิลโหมด และมีค่าประมาณ 3.5 ps/nm-km ที่ 1300 nm และ 20 ps/nm-km ที่ 1550 nm

หนึ่งในเหตุผลของการใช้สายใยแก้วนำแสงคือสายใยแก้วนำแสงเป็นสื่อสัญญาณที่ดีมาก โดยมันใช้ความแตกต่างของดัชนีหักเหของแสงของแกนใยแก้วและแคลดดิ้งนำแสงไปตามแนวสายสัญญาณ สายใยแก้วนำแสงสามารถถูกสร้างให้เปลี่ยนแปลงเส้นทางของแสงแบบกะทันหันหรือสะท้อนเป็นแนวตรง หรือการเปลี่ยนแปลงเส้นทางเดินของแสงแบบค่อยเป็นค่อยไป โดยใช้การออกแบบโครงสร้างของแคลดดิ้งและแกน 2 ชนิดหลักของสายใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดมีดังต่อไปนี้

สายสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงแนวเส้นทางเดินของแสงแบบทันทีใดโดยใช้ดัชนีหักเหของแสงที่เรียกว่าแบบสเต็ปอินเด็กซ์ ในสายใยแก้วนำแสงแบบสเต็ปอินเด็กซ์ การเปลี่ยนแปลงเส้นทางเดินของแสงภายในหนึ่งสเต็ปจะใช้ในสายสัญญาณมัลติโหมดแบบซิงเกิลสเต็ป และมันเป็นรูปแบบการนำแสงที่ทำได้ง่ายที่สุด ราคาถูกที่สุดรวมทั้งยังติดตั้งได้ง่ายที่สุด  

ขนาดของแกนใยแก้วมักจะอยู่ที่ 50 หรือ 62.5 ไมครอนโดยวัดจากเส้นผ่านศูนย์กลาง ขนาดแคลดดิ้งปกติจะอยู่ที่ 125 ไมครอน ความกว้างของแกนใยแก้วมีพื้นที่ว่างมากพอให้ลำแสงสะท้อนไปมาในตัวสายสัญญาณและส่งผลทำเกิดการลดทอนสัญญาณได้สูงขึ้น (เทียบจากสายใยแก้วนำแสงด้วยกัน) ซึ่งค่าอยู่ระหว่าง 10 และ 50 dB/km แต่ความเร็วในการส่งข้อมูลยังสามารถส่งได้ถึง 10 Mbps บนสายระยะทาง 1 กิโลเมตร

สายสัญญาณที่เปลี่ยนเส้นทางเดินของแสงแบบค่อยเป็นค่อยไปถูกเรียกว่า สายสัญญาณแบบเกรดอินเด็กซ์ หรือ สายมัลติโหมดแบบเกรดอินเด็กซ์ สายแบบเกรดอินเด็กซ์มีขนาดของแกนใยแก้วขนาดใกล้เคียงหรือเท่ากันกับสายมัลติโหมดแบบซิงเกิลสเต็ป การเปลี่ยนแปลงทางเดินของแสงจะเกิดขึ้นแบบค่อยเป็นค่อยไปซึ่งเป็นผลมาจากการมีชั้นของแก้วหลายชั้น

แต่ละชั้นจะมีดัชนีหักเหของแสงค่อย ๆ ลดลงจากการเกรดหรือเกลี่ยดัชนีหักเหของแสงจึงควบคุมสัญญาณแสงได้ดีกว่าแบบสเต็ปอินเด็กซ์ ส่งผลทำให้มีการลดทอนของสัญญาณต่ำกว่าโดยปกติจะน้อยกว่า 15 dB/km การกระจายของแสงแบบโหมดสามารถอยู่ที่ 1ns/km หรือต่ำกว่าดังนั้นมันจึงมีขนาดแบนวิดธ์มากกว่า 10 เท่าของขนาดแบนด์วิดธ์ของสายแบบสเต็ปอินเด็กซ์

รูปที่ 4 โปรไฟล์ดัชนีการสะท้อนของแสง

สายใยแก้วนำแสงอาจถูกกำหนดในเทอมของแกนใยแก้ว, แคลดดิ้ง, และโค้ตติ้งสำหรับตัวอย่างได้แก่ 62.5/125/250 ซึ่งหมายความว่าสายใยแก้วนำแสงมีเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนใยแก้วที่ 62.5 ไมครอน เส้นผ่านศูนย์กลางของแคลดดิ้งที่ 125ไมครอนและเส้นผ่านศูนย์กลางของโค้ตติ้งอยู่ที่ 250 ไมครอน

โดยทั่วไป ลักษณะการใช้งานที่สายใยแก้วนำแสงถูกจัดแบ่งกลุ่มนั้นคือ สายอากาศ, สายใต้ดิน, สายใต้น้ำ และสายเดินภายใน ควรจำไว้ว่ายังมีสายใยแก้วนำแสงชนิดอื่น ๆ ซึ่งมีความพิเศษ โดยรวบรวมคุณสมบัติของหลายลักษณะงานเข้าด้วยกัน แต่ราคาก็จะแพงตามคุณสมบัติเช่นกัน

สายอากาศ เป็นสายที่ต้องเจอสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงมากกว่าสายชนิดอื่น ๆ เช่น แรงกระทำจากภายนอกรวมทั้งสภาพความเสี่ยงที่คาดการณ์ไม่ได้ สายอากาศโดยทั่วไปจะถูกติดตั้งบนเสาแต่ก็มีสายใยแก้วนำแสงบางประเภทที่มีโครงสร้างรับน้ำหนักในตัวสาย จึงสามารถพาดสายได้โดยตรง สายอากาศยังต้องถูกออกแบบรับแรงดึง (Tensile Force) ที่เกิดจากลม, ฝน หรือในประเทศเขตหนาวยังต้องรับน้ำหนักของน้ำแข็งที่เกาะบนตัวสายอีกด้วย ตัวป้องกันความชื้นเป็นสิ่งจำเป็นโดยส่วนใหญ่แล้วจะเติมสารเยลลี่ (Jelly) หรือเจลลงในสายที่ใช้ท่อบัฟเฟอร์แบบหลวม   

การที่มีน้ำหลงติดในสายสัญญาณถ้านำมาติดตั้งในประเทศเขตหนาว น้ำจะแข็งตัวภายในสายและเกิดการขยายตัว ส่งผลทำให้สายใยแก้วนำแสงเกิดการงอได้ ตัววัสดุที่ทำเป็นชีท (Sheath) ของสายอากาศต้องสามารถทนอุณหภูมิที่สูง รวมทั้งทนต่อรังสีอัลตร้าไวโอเล็ตที่แผดเผาจากดวงอาทิตย์ โดยปกติแล้วชีทจะทำจากสารโพลีเอทีลีนชนิดที่สามารถทนแสงแดดได้ (Sunlight UV Stabilized Polyethylene) 

การออกแบบสายอากาศนั้นมีพารามิเตอร์เกี่ยวกับระยะสแปน (Span) และระยะตกท้องช้าง (Sag) ซึ่งมีความสำคัญเนื่องจากมันมีผลต่อระดับแรงดึงสูงสุดที่จะเกิดขึ้นบนตัวสายใยแก้วนำแสงและยังเป็นตัวกำหนดโครงสร้างภายในของสายใยแก้วนำแสง ถ้าระยะสแปนสั้นอาจจะใช้สายใยแก้วนำแสงที่มีชั้นเคฟลาร์ (Kevlar) ก็สามารถรับแรงดึงได้ แต่ถ้าระยะสแปนนั้นยาว บางทีอาจต้องใช้สายสัญญาณที่มีสายสลิงที่เป็นโลหะเหนียวจำนวนหลายเส้นเพื่อช่วยรองรับแรงดึงสูงสุดที่อาจเกิดขึ้นได้

ข้อดีของสายอากาศ
* ใช้งานในพื้นที่ที่ติดตั้งยาก หรือ ราคาติดตั้งแพงเกินกว่าที่จะฝังดินหรือติดตั้งสายในท่อดัคท์ (Duct)
* สามารถใช้ติดตั้งในงานชั่วคราวได้ดี

ข้อด้อยของสายอากาศ
* ความต่อเนื่องในการใช้งาน (Availability) ไม่สูงเมื่อเทียบกับสายใต้ดิน เพราะว่ามีหลายปัจจัยที่ส่งผลกระทบ เช่น พายุสามารถทำความเสียหายกับที่ยึดตัวสายได้ และทำให้สายสัญญาณเสียหายจากการหล่นหรือ เสียหายจากแรงลม มีสิ่งของปลิวมากระทบกับตัวสาย การติดตั้งสายอากาศบนเสาตามสองข้างทางแนวถนนาอาจจะโดนชนโดยรถได้เป็นต้น

สายใต้ดินโดยทั่วไปจะมีโอกาสประสบปัญหาจากสภาพแวดล้อมที่ร้ายแรงน้อยกว่าสายอากาศ สายใต้ดินสามารถถูกร้อยในท่อดัคท์หรือฝังในดินโดยตรงก็ได้ หรือบางสถานที่สายอาจจะเดินตามแนวคูน้ำก็เป็นได้

ชนิดของสายเคเบิล
สายใต้ดินโดยทั่วไปแล้วจะใช้บัฟเฟอร์แบบหลวมหรือมีช่องเป็นช่อง ๆ วัตถุประสงค์เพื่อแยกตัวสายใยแก้วออกจากแรงกระทำหรือสิ่งรบกวนภายนอก เช่น อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงจากร้อนเป็นเย็นและจากเย็นเป็นร้อน

ข้อดีของสายใต้ดิน
* โดยทั่วไปเป็นวิธีการที่ดีที่สุดในการติดตั้งสายภายนอก
* มีการป้องกันที่ดีกว่าสายอากาศในเรื่องผลกระทบจากสิ่งแวดล้อมเนื่องจากมีดินช่วยในการป้องกัน
* โดยทั่วไปสายสัญญาณจะปลอดภัยกว่าสายอากาศ

ข้อด้อยของสายใต้ดิน
* สามารถถูกทำให้เสียหายโดยแผ่นดินไหว, การขุด, การทำเกษตรกรรมและน้ำท่วม เป็นต้น
* สัตว์ประเภทกัดแทะ ปัญหานี้สามารถป้องกันโดยใช้อาร์เมอร์ที่เป็นโลหะ หรือท่อพลาสติกที่มีความหนามากกว่า 38 mm. และยิ่งกว่านั้นการทาสารเทฟลอน (Teflon) เคลือบบนชีททำให้สายสัญญาณลื่นกัดแทะยากลำบากขึ้น

สายใต้น้ำโดยที่จริงก็คือสายเดินภายนอกหรือสายเอาต์ดอร์นั้นเอง แต่ได้ถูกออกแบบให้สามารถอยู่ใต้น้ำอย่างยาวนานต่อเนื่องได้ การวางสายสัญญาณใยแก้วนำแสงระหว่างประเทศต้องการการใช้สายใต้น้ำที่มีคุณสมบัติพิเศษมากเพราะต้องวางสายใต้ท้องทะเลหรือมหาสมุทร แต่สำหรับผู้ใช้ระดับเล็กอาจยังต้องมีการลากสายใต้แม่น้ำ, ทะเลสาบ, คลองและร่องน้ำ ซึ่งบางทีการติดตั้งไม่ค่อยคุ้มค่า      

สายใยแก้วใต้น้ำยังสามารถถูกนำไปฝังดินในพื้นที่ที่มีน้ำท่วม หรือมีระดับปริมาณน้ำสูง และอีกตัวอย่างคือการฝังสายสัญญาณที่ระดับความลึกมากกว่า 1 เมตรในบางพื้นที่ สายสัญญาณอาจจะชุ่มน้ำตลอดเวลาเนื่องจากมีการขังของน้ำใต้ดิน สายใต้น้ำมีโครงสร้างที่ถูกปิดผนึกอย่างดีโดยมีชั้นโลหะที่เชื่อมป้องกันตัวใยแก้วนำแสง

* ราคาถูกกว่าในบางลักษณะหรือชนิดของงาน เช่นลากใต้ทะเล ถ้าใช้สายประเภทอื่นอาจจะต้องเดินในท่อโลหะอีกชั้น
ข้อด้อยของสายใต้น้ำ
* ราคาต่อหน่วยของสายใต้น้ำจะราคาสูง

สายอินดอร์ (Indoor) หรือสายเดินภายในอาคารซึ่งควรต้องมีคุณสมบัติทนไฟตามข้อกำหนดความปลอดภัยมาตรฐาน เพื่อลดการกระจายของไฟให้น้อยที่สุดในกรณีเกิดอัคคีภัย และต้องถูกต้องตามกฎระเบียบข้อบังคับเกี่ยวกับอัคคีภัยในสถานที่นั้น ๆ ตัวอย่าง เช่น ในประเทศสหรัฐอเมริกาจะใช้มาตรฐานของ NEC (National Electrical Codes)

โดยทั่วไปแล้วสายภายนอกจะประกอบด้วยสารป้องกันความชื้นที่มีส่วนประกอบของน้ำมันหรือปิโตรเลียมซึ่งมีลักษณะคล้ายเยลลี่ซึ่งสามารถเป็นสารที่ช่วยในการเผาไหม้หรือเป็นเชื้อเพลิงนั้นเอง ดังนั้นถ้ามันถูกนำมาใช้เดินในตัวอาคารมันต้องถูกควบคุมอย่างเคร่งครัดหรือห้ามใช้ โดยปกติสายภายนอกมักจะถูกสไปลซ์ (Splice) หรือเชื่อมต่อกับสายภายในที่จุดหรือช่องทางเดินสายเข้าตัวอาคารเพื่อประหยัดค่าร้อยท่อโลหะของสายภายนอกที่อยู่ในตัวอาคารนั้นเอง

สายเดินภายในและภายนอกอาคารโดยทั่วไปจะใช้บัฟเฟอร์แบบจับตัวแน่นดังที่ได้กล่าวมาแล้ว บัฟเฟอร์แบบหนาแน่นมีระดับการป้องกันน้ำเพียงพอสำหรับการเดินสายภายในแต่สำหรับเดินภายนอกอาจจะไม่เพียงพอ สายสัญญาณที่มีบัฟเฟอร์ให้ความแข็งแรงเพียงพอในเชื่อมต่อสายโดยตรงเข้ากับอุปกรณ์สื่อสารโดยไม่ต้องใช้สายไฟเบอร์แพทช์คอร์ดและกล่องต่อพักสาย

การต่อสายใยแก้วนำแสงสองเส้นเข้าด้วยกันรวมถึงการต่อเข้ากับตัวอุปกรณ์ ตัวอย่าง เช่น การเชื่อมตัวกำเนิดแสงและตัวเซนเซอร์ตรวจจับแสง สามารถทำได้โดยใช้วิธีการสไปลซิ่งหรือใช้ตัวคอนเน็กเตอร์ การสไปลซ์ คือการต่อสายใยแก้วแบบถาวร ส่วนการใช้คอนเน็กเตอร์มีไว้สำหรับเชื่อมต่อแบบสามารถถอดเข้าถอดออกหลาย ๆ ครั้ง เช่น ที่ตัวแพทช์พาเนล (Patch Panel) เป็นต้น

พารามิเตอร์หรือปัจจัยหลักที่เกี่ยวกับการเชื่อมต่อ 2 อุปกรณ์ที่ใช้สายใยแก้วนำแสงเข้าด้วยกันคือการลดทอนของสัญญาณซึ่งจะแสดงในรูปของอัตราส่วนพลังงานของแสงที่สูญเสียจากกระบวนการเชื่อมต่อ การลดทอนของสัญญาณนี้จะคิดมาจากผลรวมของการสูญเสียหลาย ๆ ปัจจัย ดังต่อไปนี้

* การจัดแกนใยแก้วต่อกันไม่ตรงเป็นแนวเดียวกัน
* ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนใยแก้วไม่เท่ากัน
* การไม่เข้าล็อกของเขี้ยวของตัวคอนเน็กเตอร์
* ความแตกต่างของการกระจายแสงของสายใยแก้วนำแสง
* การสะท้อนของสัญญาณแสงที่ปลายของใยแก้วนำแสง
* ระยะห่างที่ปลายสัญญาณ
*.การเข้าหัวสายสัญญาณและความสะอาดของสายใยแก้วนำแสงเป็นสิ่งที่สำคัญมากที่สุดที่ส่งผลต่อการสูญเสียของระดับสัญญาณรวมทั้งการต่อหัวเข้าหากันไม่ดี

สำหรับตัวคอนเน็กเตอร์ การสูญเสียที่ต่ำสุดระหว่างช่องว่างเป็นอากาศกับใยแก้วโดยส่วนใหญ่จะประมาณ 0.35 dB เว้นแต่จะใช้เจลในการจัดเส้นทางแสงช่วยในการเชื่อมต่อ (Index-matching Gel)

มีสองเทคนิคพื้นฐานที่ถูกใช้สำหรับการทำสไปลซิ่งสายใยแก้วนำแสงนั้นคือ การทำฟิวชันสไปลซิ่ง (Fusion Splicing) หรือ การสไปลซ์แบบหลอมใยแก้วเข้าด้วยกัน การทำแมคานิคอลสไปลซ์ (Mechanical Splicing) หรือการทำสไปลซ์ทางกล ด้วยเทคนิคการทำฟิวชันสไปลซ์ใยแก้วนำแสงจะถูกหลอมและเชื่อมเข้าด้วยกันซึ่งต้องใช้อุปกรณ์สไปลซ์ที่ราคาแพง แต่อย่างไรก็ตามผลงานที่ได้จะมีค่าการสูญเสียของสัญญาณที่ต่ำกว่าและคุ้มค่าเมื่อเทียบกับการเพิ่มตัวรีพีตเตอร์ ถ้าส่งข้อมูลในระยะทางไกลอาจจะคุ้มทุนกว่า  

ส่วนการทำการแมคานิกส์สไปลซ์ ใยแก้วจะถูกเชื่อมชนกันด้วยโครงสร้างทางกลโดยอาจใช้กาวชนิดพิเศษช่วยต่อติดหรือการสร้างแรงกดของโครงสร้างสายสัญญาณเพื่อต่อสายเข้าด้วยกัน การทำการสไปลซ์ทางกลใช้เครื่องมืออุปกรณ์ที่ราคาไม่แพง แต่อาจมีการสูญเสียของสัญญาณปริมาณสูง

ฟิวชั่นสไปลซ์ทำโดยการหลอมหน้าสัมผัสของสายใยแก้วแล้วนำมาชนและหลอมติดกัน การปฏิบัติหน้างานหรือไซต์ (Site) เครื่องมือในการทำสไปลซิ่งจะใช้กระแสไฟฟ้าทำการอาร์คหลอมใยแก้วนำแสง แต่ถ้าเป็นที่โรงงานเครื่องมือหรืออุปกรณ์ในการทำสไปลซิ่งจะใช้เปลวไฟของไฮโดรเจนสำหรับการหลอมใยแก้ว    

การสไปล์ซิ่งต้องการความแม่นยำเป็นอย่างมากโดยเฉพาะการจัดใยแก้วให้ตรงกันในขณะที่มันหลอมละลายและพร้อมที่นำมาเชื่อมติดกัน ฟิวชั่นสไปลซ์จะมีการสูญเสียของสัญญาณที่ต่ำ และเป็นวิธีที่ปรารถนาของผู้วางระบบสายในการเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงโดยเฉพาะในระบบที่ใช้สายซิงเกิลโหมด อย่างไรก็ตามเครื่องมือสไปลซ์สมัยใหม่สำหรับซิงเกิลโหมดจะมีตัวช่วยจัดแกนใยแก้วนำแสงให้ตรงกันก่อนที่จะทำการสไปลซิ่งซึ่งช่วยผู้ปฏิบัติงานได้ค่อนข้างมาก

แมคานิคอลสไปลซ์หรือการทำการสไปลซิ่งทางกลมีหลาย ๆ วิธีการ การนำปลายทั้ง 2 ของใยแก้วนำแสงมาจัดเรียงและแคลมป์ (Clamping) ด้วยโครงสร้างยึดติดหรือหูสาย หรือใช้กาวพิเศษต่อใยแก้วนำแสงเข้าด้วยกัน การทำการสไปลซิ่งทางกลจะดีไม่ดีขึ้นอยู่กับการจัดขอบวงนอกของแคล็ดดิ้งให้ตรงกัน แมคานิคอลสไปลซ์จะใช้ทำการเชื่อมต่อสายแบบซิงเกิลโหมดไม่ได้ เพราะโอกาสที่จะคลาดเคลื่อนไม่ตรงมีสูง ตัวโครงสร้างที่ใช้ในการจัดใยแก้วนำแสงที่นิยมคือ V-groove, Sleeve และ 3–rod รวมทั้งแบบไม่มาตรฐานอีกหลายชนิดตามผู้ผลิต

คอนเน็กเตอร์ถูกใช้เพื่อทำให้การเชื่อมต่อนั้นมีการยืดหยุ่นและง่ายขึ้น คอนเน็กเตอร์จะมีการสูญเสียของสัญญาณมากกว่าการสไปลซ์มาก เพราะว่ามันยากจะจัดเรียงใยแก้วนำแสงให้ตรงกันในระดับที่ต้องการความแม่นยำสูง การจัดเรียงสายขณะต่อใช้งานเพื่อหาค่าสูญเสียที่น้อยที่สุดแทบเป็นไปไม่ได้ การจัดเรียงใยแก้วนำแสงจะเกิดการสูญเสียของสัญญาณทุกทุกจุดเชื่อมต่อ การสูญเสียที่เกิดจากคอนเน็กเตอร์สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.2 ถึง 0.3 dB

คอนเน็กเตอร์ส่วนใหญ่ถูกออกแบบเป็นบัทท์จอยท์ (Butt Joint) เพื่อทำให้ปลายของใยแก้วนำแสงเข้าใกล้กันมากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ใยแก้วนำแสงจะถูกติดตั้งภายในเฟอร์รูล (Ferrule) โดยปกติเฟอร์รูลถูกสร้างจากโลหะหรือเซรามิก จุดประสงค์คือเพื่อการจัดสายใยแก้วให้ตรงกันง่ายขึ้น เนื่องจากมีโครงสร้างแข็งแรงรองรับแรงป้องกันการบิดงอและยังป้องกันทางกลบนปลายสายสัญญาณ   

ใยแก้วนำแสงโดยทั่วไปจะถูกทากาวให้ติดกับเฟอร์รูลแล้วส่วนปลายที่เหลือโผล่จะถูกตัดออกและถูกถูขัดจนราบเรียบตามแนวหน้าเฟอร์รูล คอนเน็กเตอร์ที่ถูกใช้โดยทั่วไปมากที่สุดคือ หัว SC และ ST โดยมีรายละเอียดดังข้างล่าง และในปัจจุบันยังมีหัวคอนเน็กเตอร์อีกมากมายที่ถูกออกแบบมาเป็นพิเศษมาพร้อมอุปกรณ์ที่จะก่อปัญหาในการใช้งานหรือบำรุงรักษาได้เนื่องจัดซื้อได้ยาก

ถูกสร้างด้วยเฟอร์รูลแบบเซรามิกทรงกระบอกเล็ก ๆ พร้อมด้วยช็อกเก็ตคัปปลิ้งสาย (Coupling Receptacle) ตัวคอนเน็กเตอร์มีหน้าตัดสี่เหลี่ยมจัตุรัส และมีกลไกการต่อแบบแลตชิ่งล็อกการดึงเข้าออก (Push Pull latching) องค์กร ISO และ TIA ได้นำ SC คอนเน็กเตอร์แบบโพลาไรซ์ดูเพล็กซ์เข้ามาเป็นมาตรฐานสำหรับคอนเน็กเตอร์แบบราคาต่ำของระบบ FDDI คอนเน็กเตอร์ SC ยังถูกกำหนดระดับค่าการสูญเสียต้องน้อยกว่า 0.6 dB (โดยปกติจะอยู่ที่ 0.3 dB) สำหรับซิงเกิลโหมด และ ที่ 45 dB สำหรับสายมัลติโหมด

คอนเน็กเตอร์แบบ ST ดังแสดงในรูปที่ 5 เป็นมาตรฐานของคอนเน็กเตอร์แบบเก่าสำหรับการสื่อสารข้อมูล เหมือนกับ SC คอนเน็กเตอร์ ST สร้างด้วยเฟอร์รูลเซรามิกทรงกระบอกที่ถูกเชื่อมเข้ากับตัวรับรีเซบเตเคิลได้พอดี คอนเน็กเตอร์มีหน้าตัดเป็นทรงกลม และเชื่อมต่อแบบบิดล็อกด้วยสปริงกับเขี้ยวที่เรียกว่า สปริงโหลดบาโยเน็ต (Spring–loaded Bayonet) การเชื่อมต่อจะดีหรือไม่ดีขึ้นอยู่กับแรงสปริงภายในเพื่อยึดเฟอร์รูลเข้าด้วยกัน หน้าสัมผัสของใยแก้วนำแสงสามารถเกิดการสูญเสียได้ถ้าแรงกดกระทำทางกลมากกว่าหนึ่งกิโลกรัม

รูปที่ 5 คอนเน็กเตอร์แบบ ST

โดยทั่วไปคอนเน็กเตอร์ถูกออกแบบมาใช้ภายในอาคาร คอนเน็กเตอร์ที่ใช้ภายนอกอาคารต้องมีการชีล (Seal) หรือปิดผนึกป้องกันอย่างดี เป็นเรื่องสำคัญที่ต้องป้องกันหน้าใยแก้วนำแสงจากสิ่งแปลกปลอม ประสิทธิภาพของสายใยแก้วสามารถถูกลดทอนได้ด้วยสิ่งสกปรกหรือฝุ่นที่จับเกาะปลายใยแก้วนำแสง ผงฝุ่นเล็ก ๆ เพียงขนาด 10 ไมครอนสามารถทำให้แสงนั้น แตกกระจายหรือดูดซับแสงไว้และสามารถทำให้ระบบสื่อสารล้มเหลวได้    

คอนเน็กเตอร์และแพทช์พาเนลควรถูกจัดวางภายในครอบป้องกัน ตัวครอบป้องกันต้องเข้ากันได้พอดีกับคอนเน็กเตอร์ เพราะว่าไม่เฉพาะการป้องกันจากฝุ่นและสิ่งสกปรก แต่ยังให้การป้องกันสิ่งแปลกปลอมอื่นเพื่อให้สายสัญญาณสามารถใช้งานได้ระยะยาว เช่น ปลายสายใยแก้วสะอาดตลอดเวลา 

อีกอย่างสเปรย์กระป๋องอัดอากาศสามารถใช้ทำความสะอาดคอนเน็กเตอร์และอะแดปเตอร์ โดยไม่ต้องสัมผัสหน้าพื้นผิวสายใยแก้วนำแสง ระมัดระวังไม่สัมผัสตัวเฟอร์รูลของคอนเน็กเตอร์โดยตรง เพียงน้ำมันจากนิ้วของคุณสามารถทำความสกปรกและติดบริเวณปลายใยแก้วนำแสง การทำความสะอาดคอนเน็กเตอร์ควรทำด้วยผ้าที่ไม่มีขุยใยผ้าพร้อมด้วยแอลกอฮอล์ธรรมดาหรือแบบไอโซโพรพิล (Isopropyl Alcohol)

ความคงทนของคอนเน็กเตอร์มีความสำคัญต่ออายุการใช้งานของระบบสายใยแก้วนำแสง โดยทั่วไปคอนเน็กเตอร์สายใยแก้วที่เดินภายในถูกออกแบบให้สามารถถอดเข้าถอดออกมากกว่า 500 ถึง 1000 รอบโดยไม่เกิดการลดทอนของสัญญาณ และการลดทอนของสัญญาณโดยทั่วไปต้องไม่เปลี่ยนแปลงมากกว่า 0.2 dB ต่อช่วงอายุการใช้งานของคอนเน็กเตอร์ แต่อย่างไรก็ตามการถอดเข้าถอดออกคอนเน็กเตอร์หลาย ๆ ครั้งอาจจะทำให้กลไกการเชื่อมต่อชำรุดหรือทำความเสียหายต่อเส้นทางเดินของสัญญาณแสงเร็วยิ่งขึ้น

ตัวออปติคอลคัปเปลอร์หรือสปลิตเตอร์และคอมไบเนอร์ถูกใช้เพื่อเชื่อมต่อสายใยแก้วนำแสงมากกว่าสามอุปกรณ์ขึ้นไป ออปติคอลคัปเปลอร์สามารถแยกสัญญาณอินพุทออกเป็นหลายเอาท์พุท ออปติคอลคัปเปลอร์จะมีตัวแอมพลิฟายเออร์ (Amplifier) ที่จะเพิ่มระดับสัญญาณก่อนและหลังกระบวนการกระจายสัญญาณ คัปเปลอร์ส่วนใหญ่ถูกใช้เพื่องานมอนิเตอร์ระบบเครือข่าย

เอกสารอ้างอิง

1. J.E Goldman and P.T Rawles, Applied Data Communications. Addison-Wesley, New York,2001
2. J. Fulcher, An Introduction to Microcomputer Systems: Architecture and Interfacing. Addison-Wesley, Sydney,1989
3. S. Mackay, E. Wright, D. Reynders and .J Park, Practical Industrial Data Network: Design, Installation and Troubleshooting. IDC Technologies, Perth, 2004
4. J.R. Vacca, High-speed Cisco Networks: Planning, Design, and Implemention. CRC Press LLC, Florida,2001