สารบัญ
 อภิธานศัพท์ (Glossary)
 บทคัดย่อ(ไทย อังกฤษ)
 บทนำ
องค์ประกอบพื้นฐานของการสื่อสารเชิงแสง
 การประยุกต์ใช้งาน
 จดหมายเหตุ
 บรรณานุกรม
บทสารานุกรมอื่น ๆ
โทรคมนาคม: นิยามและความหมาย
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๑ - โทรเลขและโทรศัพท์
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๒ - คลื่นวิทยุและการสื่อสารไร้สาย
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๓ - การ
สื่อสารด้วยแสงและการสื่อสารข้อมูลผ่านดาวเทียม
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๔-การสื่อสารข้อมูลและเครือข่าย
อินเทอร์เน็ต
ประวัติศาสตร์การสื่อสารไทย: ยุคอดีต
ประวัติศาสตร์การสื่อสาร
โทรคมนาคมไทย: วิวัฒนาการโทรเลขและโทรพิมพ์
ประวัติศาสตร์การสื่อสาร
โทรคมนาคมไทย: องค์การโทรศัพท์แห่งประเทศไทยกับกิจการโทรคมนาคม
ประวัติศาสตร์การสื่อสาร
โทรคมนาคมไทย: ยุคเครือข่าย
อินเทอร์เน็ต
พื้นฐานร่วมเทคโนโลยี
โทรคมนาคมกับการสื่อสาร
มวลชน
พื้นฐานกฎหมายเกี่ยวกับการประกอบกิจการโทรคมนาคม
ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้านสื่อสาร
วิทยาการการทดสอบทางโทรคมนาคม

วิทยาการวางแผนและการสร้างแผนที่นำทางเทคโนโลยี
โทรคมนาคม

เศรษฐศาสตร์โทรคมนาคม

โซ่คุณค่าของอุตสาหกรรมการสื่อสารโทรคมนาคม
พื้นฐานดัชนีวรรณกรรมสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าสื่อสารและ
แขนงที่เกี่ยวข้อง
วิวัฒนาการวิทยุโทรศัพท์ โทรศัพท์เคลื่อนที่และมาตรฐานโทรคมนาคมที่เกี่ยวข้อง
สมาคมวิชาการไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ โทรคมนาคมและสารสนเทศกับกิจกรรมวิชาการ
ชมรมไฟฟ้าสื่อสาร สมาคมสถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและความถี่วิทยุเพื่อการสื่อสาร
การบริหารจัดการทรัพยากรการสื่อสารวิทยุเบื้องต้น
รหัสมอร์สเพื่อการสื่อสาร
กล้ำสัญญาณพื้นฐานเพื่อ
การสื่อสาร
พื้นฐานเทคโนโลยีรหัสควบคุมความผิดพลาดสำหรับการ
สื่อสาร
พื้นฐานการแผ่สเปกตรัมสำหรับการสื่อสาร
หลักการของซีดีเอ็มเอ
หลักการเทียบจังหวะสัญญาณโทรคมนาคม
หลักการของปริมาณการใช้งานวงจรสื่อสารและหมายเลขโทรคมนาคม
โครงข่ายการสื่อสารข้อมูลความเร็วสูงเอสดีเอช
พื้นฐานคุณภาพการบริการในเครือข่ายการสื่อสาร
เครือข่ายเฉพาะที่
เทคโนโลยีเอทีเอ็ม 
อินเทอร์เน็ตโพรโทคอล
เวอร์ชัน ๖
โครงข่ายโทรคมนาคมยุคหน้า
 พื้นฐานสายส่งสัญญาณสำหรับการสื่อสาร
 วิทยาการโทรศัพท์พื้นฐานและโครงข่าย
 เทคโนโลยีชุมสายโทรศัพท์พื้นฐาน
หลักการของระบบตรวจสอบคู่สายโทรศัพท์พื้นฐาน
พื้นฐานระบบเทเลกซ์
หลักการทำงานเบื้องต้นของเครื่องโทรสาร
เทคโนโลยีสื่อสารผ่านสายความเร็วสูง: ดีเอสแอล
การสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า
โทรเลขเชิงแสง
พื้นฐานการสื่อสารเชิงแสง
พื้นฐานระบบสื่อสารด้วยเส้นใยนำแสง
พื้นฐานระบบเส้นใยนำแสงสู่บ้าน
ระบบสื่อสัญญาณแสงหลายช่องแบบ DWDM
พื้นฐานสายอากาศวิทยุเพื่อการสื่อสาร
สายอากาศฉลาด
เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายระยะใกล้
ระบบการระบุด้วยคลื่นวิทยุหรืออาร์เอฟไอดี
วิทยาการเครือข่ายไร้สายแบบไวไฟ
วิทยุสมัครเล่น
วิทยาการเครือข่ายตรวจวัดสัญญาณแบบไร้สาย
อัลตราไวด์แบนด์สำหรับการสื่อสารไร้สาย
ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ ๔๗๐ เมกกะเฮิรตซ์
การสื่อสารเหนือพื้นน้ำ
เครือข่ายเคเบิลใต้น้ำและ
การเชื่อมต่อในประเทศไทย
การแพร่ภาพโทรทัศน์พื้นฐาน
การพัฒนาเทคโนโลยี
เครือข่ายโทรทัศน์ไทยทีวีสี ช่อง
เทเลเท็กซ์
การสื่อสารบรอดแบนด์
การสื่อสารบรอดแบนด์ความเร็วสูงผ่านสายไฟฟ้า
เครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย
พื้นฐานโครงข่ายการสื่อสารร่วมระบบดิจิทัล
เทคโนโลยีเครือข่ายส่วนตัวแบบเสมือน
เครือข่ายคอมพิวเตอร์เพื่อโรงเรียนไทย
เทคโนโลยีการสื่อสารสำหรับระบบควบคุมการจำหน่ายไฟฟ้า
พื้นฐานระบบสื่อสารสำหรับการจ่ายไฟฟ้า
วิทยาการการสื่อสารข้อมูลจราจรผ่านคลื่นวิทยุกระจายเสียงเอฟเอ็ม
พื้นฐานระบบการสื่อสารเพื่อการบริหารทรัพยากรน้ำ
ระบบโทรมาตรเพื่อการ
ชลประทาน
ระบบการสื่อสารเพื่อการเตือนภัยสึนามิ
ระบบการสื่อสารเพื่อการแจ้งภัยและความปลอดภัยทางทะเล
ของโลก
พื้นฐานการสื่อสารกับหอเตือนภัย
เครือข่ายโทรคมนาคมเพื่อโครงการการพัฒนาภูเก็ต
ระบบสื่อสารกองทัพไทย
พื้นฐานการสื่อสารผ่าน
ดาวเทียม
ประวัติและพัฒนาการของดาวเทียมสื่อสาร
วิทยาการดาวเทียมธีออส
ดาวเทียมไทพัฒ
ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรประเทศไทย
การรังวัดด้วยดาวเทียมจีพีเอสเพื่อการสำรวจทางการแผนที่
ระบบสำรวจข้อมูลทางสมุทรศาสตร์และสภาพ
แวดล้อมทางทะเลโดยใช้เทคโนโลยีทุ่นลอยสื่อสารผ่านดาวเทียม

   พื้นฐานการสื่อสารเชิงแสง
  
(Principle of Optical Communications)

   พัชรินทร์ ดวงแก้ว , เครือวัลย์ วงค์ปัญญา
   และกองบรรณาธิการ
 

  ๑. อภิธานศัพท์ (Glossary)

 
 

 บิตต่อวินาที (bit per second : bps)

   อุปกรณ์ส่งข้อมูลที่เป็นอุปกรณ์ต้นทาง ที่ทำหน้าที่ในการส่งสัญญาณต่างๆ เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องโทรศัพท์ สถานีวิทยุ หรือสถานีฐานต่างๆ
   ที่ทำหน้าที่ในการส่งสัญญาณเช่น สัญญาณวิทยุ สัญญาณไฟฟ้า สัญญาณแสง เป็นต้น ออกไปยังช่องสัญญาณ เพื่อการสื่อสารสำหรับการสื่อสาร
   เชิงแสง อาจรวมถึงระบบอิเล็กทรอนิกส์ ภาคควบคุม และหน่วยกำเนิดแสง เช่น เลเซอร์ชนิดไดโอด (Laser Diode) หรือแอลอีดี (Light Emitting
   Diode: LED) เป็นต้น


 ภาครับ (Receiver)

   อุปกรณ์ปลายทาง เช่น เครื่องรับโทรศัพท์ เครื่องรับวิทยุ หรืออุปกรณ์ต้นทาง ที่สามารถเป็นเครื่องรับได้ เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์เหล่านี้
   ทำหน้าที่รับสัญญาณจากช่องสัญญาณแล้วเปลี่ยนให้เป็นสัญญาณเดิมที่ภาคส่งส่งมาในการสื่อสารเชิงแสงนั้น ภาครับอาจรวมไปถึง ตัวรับสัญญาณ
   ส่วนหน้าที่ประกอบไปด้วยเลนส์รับแสง และตัวตรวจจับแสง เช่น เอพีดี (APD: Avalanche Photo Diode) ด้วย
 

 การผสมสัญญาณเชิงแสง (Optical Modulation)

   การผสมหรือการกล้ำสัญญาณข้อมูลข่าวสารเข้ากับคลื่นพาห์(Carrier)เพื่อให้สามารถส่งข้อมูลได้ในระยะทางที่ไกลกว่าที่สัญญาณปกติจะสามารถ
   เดินทางไปเองได้ในการสื่อสารเชิงแสงนั้นคลื่นพาห์ จะถูกเลือกมาจากย่านความถี่ของแสงที่มีความถี่สูงกว่าความถี่วิทยุ(Radio  Frequency) หรือ
   ไมโครเวฟ(Microwave) ทำให้การส่งข้อมูลมีความรวดเร็วขึ้น แบนด์วิดท์(Bandwidth) ของช่องสัญญาณที่เพิ่มขึ้นเป็นผล ของการเพิ่มความถี่คลื่น
   พาห์ที่นำมาผสมสัญญาณ
 

 ช่องสัญญาณเชิงแสง (Optical Channel)

   ช่องทางที่ใช้ในการติดต่อสื่อสารทางแสง อาจเป็นช่องสัญญาณอากาศ(Free Space) เส้นใยนำแสง (Optical Fiber) หรือตัวนำคลื่นหรือสัญญาณ
   (Wave Guide)อื่นๆ ที่สัญญาณแสงสามารถเดินทางผ่านไปได้
 

 คลื่นพาห์ (Carrier)

   คลื่นความถี่ที่ใช้ในการผสมสัญญาณเพื่อให้สามารถส่งสัญญาณได้ในระยะทางที่ไกลขึ้น ถูกนำมาจากย่านความถี่ต่างๆ ซึ่งแล้วแต่ประเภทของการ
   ใช้งาน เช่น ความถี่วิทยุ ไมโครเวฟ หรือแสง ซึ่งคลื่นพาห์ในย่านความถี่ของแสงนั้น จะถูกเลือกมาจากหลายย่านความถี่ เช่น ย่านที่ตามองเห็น
   (Visible) อินฟราเรด (Infrared) หรืออัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) เป็นต้น
 

  ๒. บทคัดย่อ up
         การสื่อสารเชิงแสงเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของการสื่อสารโดยนำหลักการของแสงมาประยุกต์ใช้งาน ในการสื่อสารรูปแบบพื้นฐาน ภาคส่งจะรับข้อมูลทางไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดและจะใช้คลื่นพาห์ที่เป็นความถี่เชิงแสงโดยเลือกมาจากย่านที่ตามองเห็น รวมทั้งอินฟราเรดหรืออัลตราไวโอเลต จากนั้นนำมาผสมกับสัญญาณข้อมูลข่าวสารที่เป็นสัญญาณไฟฟ้า จนได้สัญญาณแสงออกมา แล้วนำสัญญาณแสงนั้นส่งออกไปทางช่องการสื่อสารเชิงแสง      ซึ่งอาจเป็นอากาศ ชั้นบรรยากาศ หรือเส้นใยนำแสง เมื่อสัญญาณแสงส่งไปถึงยังภาครับ ภาครับจะทำการรวมแสงและส่งไปยังตัวตรวจจับแสงเพื่อทำการแยกสัญญาณออกจากคลื่นพาห์ แล้วเปลี่ยนสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อส่งให้อุปกรณ์ปลายทางต่อไป การสื่อสารเชิงแสงที่ใช้คลื่นพาห์ย่านแสงนั้น เป็นการใช้แบนด์วิดท์ของช่องสัญญาณที่กว้างมากของแสงทำให้สามารถส่งข้อมูลได้ในปริมาณที่มากขึ้นและรวดเร็วขึ้นด้วย นอกจากนั้นสัญญาณแสงที่ส่งออกไปยังทำการตรวจจับหรือถูกรบกวนจากคลื่นความถี่อื่นๆ ได้ยากกว่าช่วงคลื่นความถี่วิทยุ การสื่อสารเชิงแสงเหมาะสำหรับการสื่อสารความเร็วสูงเพื่อขนถ่ายข้อมูลปริมาณสูงระหว่างเครือข่ายหลักหรือการประยุกต์เฉพาะทางอื่นๆ
  Abstract   up
          Optical communication is one of the most advanced communications by using electromagnetic waves (of light form). It differs from radio and microwave communication in that the wavelengths employed are shorter (or higher frequency). Light as the transmission medium, the system employs its beam of modulated monochromatic light to carry information from the transmitter to the receiver. As a result, the transmission of speech, data, video, and other information by means of the visible and the infrared portion of the electromagnetic spectrum can be deployed. Basically, an optical communication system consists of a transmitter, which encodes a message into an optical signal, a channel of either free space or optical fiber, which carries the signal to its destination, and a receiver, which reproduces the message from the received optical signal. Obviously, the advantage of communication at high frequency of the optical carrier permits much more information to be transmitted over a single channel than it is possible with a conventional radio or microwave system. In addition, the very short wavelength of the optical carrier permits the realization of very small compact components.
  ๓. บทนำ up

           การสื่อสาร คือ การส่งข้อมูลจากที่หนึ่งไปยังที่อื่นๆ ที่อยู่ห่างไกลออกไป ในการสื่อสารให้ได้ระยะทางไกลมากนั้น จะนำสัญญาณข้อมูลข่าวสารที่เป็นสัญญาณไฟฟ้ามาผสมกับคลื่นพาห์เพื่อให้สามารถส่งสัญญาณได้ในระยะทางที่ไกลกว่าที่สัญญาณปกติสามารถเดินทางไปเองได้ในขณะที่คลื่นความถี่วิทยุ (Radio Frequencies) และไมโครเวฟ (Microwave) ซึ่งเป็นคลื่นความถี่หลักที่ถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลาย ช่วงคลื่นความถี่ที่สูงขึ้นจะถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการสื่อสารในรูปแบบที่เหมาะสมอื่น ๆ ระบบการสื่อสารเชิงแสง (Optical Communication System) จึงเป็นการสื่อสารในอีกช่วงความถี่หนึ่งที่มีความสำคัญโดยจะใช้คลื่นพาห์ที่เป็นแสงมาผสมกับสัญญาณข้อมูลข่าวสาร (Optical Modulation) เนื่องจากแบนด์วิดท์ (Bandwidth) ของช่องสัญญาณนั้นสามารถกำหนดได้ด้วยความถี่คลื่นพาห์ที่นำมาผสมสัญญาณ ฉะนั้นเมื่อทำการเพิ่มความถี่ของคลื่นพาห์จะเป็นการเพิ่มแบนด์วิดท์ของช่องสัญญาณด้วย และเนื่องจาก คลื่นแสงอยู่ในย่านความถี่ที่สูงกว่า(หรือความยาวคลื่นน้อยกว่า) คลื่นวิทยุและไมโครเวฟ จึงทำให้ช่องสัญญาณสามารถส่งข้อมูลได้ในปริมาณที่มากกว่าในช่วงเวลาเปรียบเทียบที่เท่ากัน ดังนั้น การสื่อสารเชิงแสงจึงได้ถูกนำมาใช้ในด้านการสื่อสารและประยุกต์ใช้งานในหลายด้านโดยเฉพาะสำหรับการเชื่อมโยงข้อมูลปริมาณสูงแกนหลัก(Backbone) ระหว่างชุมสายหรือการขนถ่ายข้อมูลความเร็วสูงอื่นๆ หรือกับการสื่อสารเฉพาะกิจอื่นๆ

        ๓.๑ หลักการของแสง (Principle of Light)

 ธรรมชาติของแสงนั้นสามารถแสดงพฤติกรรมเป็นได้ทั้งคลื่น และอนุภาคกรณีที่แสงแสดงพฤติกรรมเป็นคลื่น เรียกว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic wave) ซึ่งจะประกอบด้วยสนามแม่เหล็ก และสนามไฟฟ้าตั้งฉากกันดังรูปที่ ๓.๑  ตามปกติแสงจะเดินทางเป็นเส้นตรง แต่เมื่อมีสิ่งกีดขวางแสงจะมีการเปลี่ยนทิศทางไป เรียกว่าการสะท้อน และถ้าแสงเดินทางผ่านตัวกลางสองชนิดที่มีความหนาแน่นต่างกันจะเกิดการหักเหของแสง ซึ่งเป็นหลักการที่ใช้ในการอธิบายว่า จะสามารถส่งสัญญาณแสง (Optical Signal) ออกไปยังช่องสัญญาณที่เป็นเส้นใยนำแสง (Fiber Optic) ได้อย่างไร เมื่อคลื่นแสงเดินทางผ่านสิ่งกีดขวางที่มีรูเปิดเล็กๆ หรือช่องแคบที่ปล่อยให้คลื่นแสงผ่านไปได้ เรียกว่าการเลี้ยวเบน ส่วนการแทรกสอด จะเกิดจากการที่คลื่นแสงสองขบวนเคลื่อนที่มาพบกันเกิดการเสริมกันและหักล้างกัน โดยแหล่งกำเนิดแสงต้องให้กำเนิดแสงความถี่เดียวกัน และความยาวคลื่นเท่ากัน

 



                                                                       
      รูปที่ ๓.๑ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
 

 แสงเดินทางผ่านอากาศ ด้วยความเร็วสามร้อยล้านเมตรต่อวินาที และมีความถี่อยู่ในย่านที่ตามองเห็น(Visible) บางครั้ง อาจรวมถึงอินฟราเรด (Infrared) และอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) ส่วนกรณีที่แสงแสดงพฤติกรรมเป็นอนุภาคนั้นจะเรียกว่าโฟตอน (Photon) ซึ่งสมบัติของแสงที่แสดงพฤติกรรมเป็นอนุภาคนี้ จะใช้ในการอธิบายว่า แหล่งกำเนิดแสงกำเนิดสัญญาณแสงได้อย่างไร และตัวตรวจจับแสงที่ภาครับ สามารถเปลี่ยนสัญญาณแสงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างไร [๑] [๒]

        ๓.๒ หลักการของแสงเพื่อการสื่อสาร (Principle of Light for Communication)

       การสื่อสารผ่านช่องสัญญาณเชิงแสงมีหลักการดังองค์ประกอบพื้นฐานของการสื่อสารเชิงแสงตัวอย่างดังรูปที่ ๓.๒ โดยขั้นตอนที่หนึ่ง แหล่งกำเนิดข้อมูลหรืออุปกรณ์อื่นๆ เช่น โทรศัพท์ เครื่องป้อนข้อมูล โทรสาร เป็นต้น จะสร้างข้อมูลข่าวสารในรูปของสัญญาณไฟฟ้าแบบแอนะล็อก (Analog) หรือสัญญาณดิจิทัล(Digital) จากนั้น ในขั้นตอนที่สอง ภาคผสมสัญญาณ จะทำการเพิ่มผสมสัญญาณรูปแบบเฉพาะเข้าไปเพื่อให้เกิดมีความเหมาะสม แล้วทำการส่งสัญญาณไป ผ่านแหล่งกำเนิดแสง เพื่อทำการแปลงสัญญาณข้อมูลไฟฟ้า เข้ากับคลื่นพาห์ที่ถูกเลือกมาจากความถี่ของแสง (ย่านที่ตามองเห็น อินฟราเรด หรืออัลตราไวโอเลต)

 



                                                                      
      รูปที่ ๓.๒ ตัวอย่างองค์ประกอบพื้นฐานของการสื่อสารเชิงแสง
(“E” หมายถึง Electrical Signal หรือสัญญาณไฟฟ้า
“O” หมายถึง Optical Signal หรือสัญญาณแสง)

 

        หลังจากทำการแปลงสัญญาณแล้ว สัญญาณไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็นสัญญาณแสง (Optical Signal) ที่มีลักษณะเป็นลำแสง ขั้นตอนถัดมาจะทำการส่งสัญญาณออกไปยังช่องสัญญาณเชิงแสง ซึ่งอาจเป็นอากาศ (Free pace) ชั้นบรรยากาศ (Atmosphere) หรือตัวนำสัญญาณ (Waveguide) สัญญาณแสงนั้นจะถูกส่งไปยังภาครับสัญญาณเชิงแสง โดยในขั้นแรก สัญญาณแสงจะถูกรวมแสงจากเลนส์ด้านหน้าหรืออื่นๆ จากนั้นถูกส่งไปยังตัวตรวจจับแสงที่ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณแสงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า(O/E) โดยการแยกสัญญาณข้อมูลข่าวสารออกจากคลื่นพาห์ จากนั้นส่งสัญญาณไฟฟ้า ที่ได้ไปยังอุปกรณ์ปลายทาง เพื่อทำการเปลี่ยนกลับคืนให้เป็นสัญญาณโทรศัพท์ เครื่องป้อนข้อมูล โทรภาพ หรืออื่นๆ ที่สอดคล้องกับภาคส่ง เพื่อให้ได้ข้อมูลแบบเดียวกับที่แหล่งกำเนิดข้อมูลส่งออกมา ดังตัวอย่างการประยุกต์ใช้ ดังนี้
 



                                                                     
      รูปที่ ๓.๓ ตัวอย่างการสื่อสารสัญญาณเสียงเชิงแสง
 

ก) การส่งสัญญาณเสียงเชิงแสง

       การนำแสงมาเป็นคลื่นพาห์ เพื่อใช้ในการส่งสัญญาณการสื่อสารนั้นแสดงดังตัวอย่างรูปที่ ๓.๓ สัญญาณเสียงที่มาจากโทรศัพท์จะถูกส่งไปยังหน่วยผสมสัญญาณเชิงแสง (Optical Modem) ซึ่งจะทำการเปลี่ยนสัญญาณเสียงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นจึงนำสัญญาณไฟฟ้าที่ได้ไปผสมกับคลื่นพาห์ที่เป็นความถี่เชิง โดยจะมีแหล่งกำเนิดแสงที่จะทำหน้าที่ในการให้กำเนิดแสง ที่จะใช้เป็นคลื่นพาห์ในการผสมสัญญาณ เมื่อทำการผสมสัญญาณเรียบร้อยแล้ว ภาคส่งจะทำการส่งสัญญาณในรูปแสง (Optical Signal) ออกไปยังเส้นใยนำแสง (Optical Fiber) ส่งไปยังภาครับ ซึ่งจะทำหน้าที่ในการรับสัญญาณแสง และมีอุปกรณ์ที่จะทำหน้าที่ในการเปลี่ยนสัญญาณแสงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า (Optical Demodulator) เมื่อทำการเปลี่ยนสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเรียบร้อยแล้ว จะส่งไปยังอุปกรณ์ที่อยู่ปลายทาง นั่นคือเครื่องรับโทรศัพท์ที่จะทำการเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นสัญญาณเสียงต่อไป

ข) การส่งข้อมูลด้วยไออาร์ดีเอ (Infrared Data Association: IrDA)

      การสื่อสารด้วยแสงอินฟราเรดประเภทหนึ่งที่ถูกกำหนดเป็นมาตรฐานโดยสมาคมไออาร์ดีเอ(Infrared Data Association:IrDA)โดยในการสื่อสารนั้นจะใช้แสงอินฟราเรดความยาวคลื่น ๘๗๕ นาโนเมตร(nm)สามารถส่งสัญญาณได้ในระยะทางประมาณ ๑-๒ เมตร โดยมีขอบเขตการรับส่งข้อมูลในรัศมี ๓๐ องศา ระหว่างตัวส่งและรับด้วยอัตราการส่งข้อมูล ๒.๔ พันบิตต่อวินาทีถึง ๑๖ ล้านบิตต่อวินาที ซึ่งช้ากว่าการส่งข้อมูลโดยใช้สายเชื่อมต่อ การส่งข้อมูลด้วยไออาร์ดีเอนั้น อุปกรณ์ภาคส่งจะต้องมีแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรด เพื่อส่งข้อมูลในรูปของสัญญาณแสงออกไปยังภาครับ โดยช่องสัญญาณในการส่งข้อมูลด้วยไออาร์ดีเอเป็นอากาศ และที่ภาครับต้องมีตัวตรวจจับแสงในการรับสัญญาณแสงจากภาคส่ง ซึ่งในการส่งข้อมูลนั้นอุปกรณ์ภาครับและภาคส่งต้องวางอยู่ในแนวเดียวกัน หรือต้องไม่มีสิ่งกีดขวางระหว่างอุปกรณ์ที่ทำการส่งข้อมูล นอกจากนั้นแสงอาทิตย์ความเข้มสูงอาจลดประสิทธิภาพของการสื่อสารได้ การส่งข้อมูลด้วยไออาร์ดีเอนั้น ถูกนำมาประยุกต์ใช้ กับการสื่อสารระยะใกล้ เช่น รีโมตคอนโทรล และการส่งข้อมูลระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์หรือระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์กับโทรศัพท์เคลื่อนที่ เป็นต้น [๓]


  ๔. องค์ประกอบพื้นฐานของระบบการสื่อสารเชิงแสง (Basic Elements of Optical Communication System)
  up

       ระบบการสื่อสารเชิงแสงมีองค์ประกอบหลักๆ ดังต่อไปนี้

       ๔.๑ แหล่งกำเนิดข้อมูล (Source)

       แหล่งกำเนิดข้อมูลคืออุปกรณ์หรือแหล่งสร้างสัญญาณต่างๆ ซึ่งอาจเป็นสัญญาณภาพ ข้อมูล หรือเสียง เป็นต้น

       ๔.๒ ภาคส่งสัญญาณเชิงแสง (Optical Transmitter)

      อุปกรณ์ที่ใช้ในการส่งข้อมูลที่เป็นอุปกรณ์ต้นทาง เช่น โมเด็มเชิงแสง เครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องโทรศัพท์ อุปกรณ์ของสถานีวิทยุ สถานีฐานต่างๆ  ซึ่งจะทำหน้าที่ ในการเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นสัญญาณแสง และส่งออกไปยังปลายทางผ่านช่องสัญญาณเชิงแสง ในส่วนของภาคส่งนี้จะมีกระบวนการการผสมสัญญาณเชิงแสง(Optical Modulation) ร่วมอยู่ด้วยโดยสัญญาณต่างๆ ที่ได้รับมาจากแหล่งกำเนิดข้อมูลตัวอย่าง จะนำมาถูกเปลี่ยนเป็นสัญญาณไฟฟ้าด้วยอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ไมโครโฟนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้า จากนั้น จะนำสัญญาณไฟฟ้านั้นไปผสมกับคลื่นพาห์ที่มีความถี่เชิงแสง เพื่อให้ได้สัญญาณแสงออกมา ดังตัวอย่างขั้นตอนการเปลี่ยนสัญญาณให้เป็นสัญญาณแสงดังรูปที่ ๔.๑

ในการผสมสัญญาณเชิงแสง ต้องมีแหล่งกำเนิดแสง ที่ทำหน้าที่ให้กำเนิดแสงที่จะนำมาผสมสัญญาณ ซึ่งได้แก่ ไดโอดเปล่งแสง (Light-Emitting Diodes: LED) เลเซอร์(Laser)หรือเลเซอร์ไดโอด(Laser diode) [๑] อุปกรณ์เหล่านี้เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีความเป็นระเบียบ มี ทิศทางที่แน่นอน และมีความเข้มสูง การผสมสัญญาณมีอยู่หลายรูปแบบ เช่น การผสมสัญญาณเชิงความถี่ (Frequency Modulation: FM) การผสมสัญญาณเชิงเฟส (Phase Modulation: PM) หรือการผสมสัญญาณเชิงขนาด(Amplitude Modulation: AM) ซึ่งรูปแบบของการสื่อสารโดยใช้แสงที่มีใช้งานจริงจะถูกกำหนดโดยรูปแบบของการผสมสัญญาณ(Optical Modulation) และการตรวจจับเชิงแสง(Optical Detection)
 



                                                          
รูปที่ ๔.๑ ตัวอย่างรูปแบบการเปลี่ยนสัญญาณรูปแบบต่างๆ
 ให้เป็นสัญญาณแสงเชิงความเข้มแสง(Intensity Modulation)

 

        ซึ่งแบ่งเป็นสองประเภทหลัก คือ การผสมเชิงขนาดและตรวจจับแบบตรง(Intensity modulation/ Direct Detection: IM/DD)และการผสมสัญญาณแบบโคฮีเรนท์ (Coherent) ข้างต้น ที่มีประสิทธิภาพสูง แต่ซับซ้อนและมีราคาแพงมากอย่างไรก็ตามพัฒนาการการใช้แสงให้เป็นประโยชน์ด้านการสื่อสารยังคงอยู่บนพื้นฐานการผสมสัญญาณเชิงความเข้ม (Intensity Modulation : IM) [๑] เป็นหลัก ซึ่งเมื่อทำการผสมสัญญาณพื้นฐาน ซึ่งการแปลงสัญญาณ จะมีหลักการบนระดับความแรงของสัญญาณไฟฟ้า (บิต “0” หรือบิต “1”) จะถูกเปลี่ยนเป็นระดับความเข้มของแสง คือ มืดและสว่างหรืออื่นๆ    ที่สอดคล้องแทน (ดังตัวอย่างรูปที่ ๓.๒)

      ๔.๓ ช่องสัญญาณเชิงแสง (Optical Channel)

      โดยพื้นฐานช่องสัญญาณเชิงแสงแบ่งเป็นสองประเภทคือ ช่องสัญญาณแบบผ่านอากาศโดยตรง และช่องสัญญาณที่ผ่านเส้นใยนำแสง

ก) ในระบบการสื่อสารผ่านทางอากาศ(Space System)สัญญาณแสงจะถูกรวมและส่งออกไปในรูปแบบของลำแสงซึ่งข้อมูลจะถูกส่งออกไปในแนวเส้นตรงตามหลักการของแสงที่เดินทางเป็นเส้นตรง โดยจะมีจุดหมายปลายทางเพียงจุดเดียว เช่น ระบบดังรูปที่ ๔.๑ เป็นการส่งสัญญาณระหว่างสถานีภาคพื้นดิน(Terrestrial Link) ด้วยกันเอง การส่งสัญญาณจากสถานีภาคพื้นดิน ไปยังสถานีทางอากาศการส่งสัญญาณจากสถานีทางอากาศ มายังสถานีภาคพื้นดิน (Ground-to-Space Link) การส่งระหว่างสถานีทางอากาศด้วยกัน (Space-to-Space Crosslink) หรือแม้กระทั่งการส่งสัญญาณจากสถานีทางอากาศไปยังสถานีที่อยู่ใต้น้ำก็ได้ (Space-to Underwater Link) ระบบนี้เป็นการส่งสัญญาณที่ไม่ใช้สายนำสัญญาณ (Waveguide) สัญญาณแสงจะเดินทางเป็นเส้นตรงโดยชี้ไปที่จุดหมายปลายทางเพียงจุดเดียวซึ่งแตกต่างจากการส่งสัญญาณวิทยุที่เป็นการส่งสัญญาณแบบกระจาย (Broadcasting) การส่งสัญญาณแสงผ่านทางอากาศนั้น อาจได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศ เช่น เมฆ หมอก หรือฝน

ข) ระบบการสื่อสารผ่านเส้นใยนำแสง (Fiber Optic System) ภาคส่งและภาครับจะถูกเชื่อมต่อด้วยเส้นใยนำแสง และสัญญาณแสงจะถูกส่งผ่านเส้นใยนำแสงนี้ โดยใช้หลักการหักเหและสะท้อนของแสง ในการส่งสัญญาณผ่านเส้นใยนำแสงนั้นสามารถส่งสัญญาณแสงหลายๆ ลำแสงออกไปด้วยมุมที่ต่างกันพร้อมกันได้ ทำให้สามารถส่งสัญญาณได้ในปริมาณที่มากกว่าระบบอื่น ระบบการสื่อสารนี้ยังเป็นการเพิ่มความปลอดภัยให้กับการสื่อสาร     เนื่องจาก การสื่อสารในช่องสัญญาณนี้จะถูกดักจับสัญญาณได้ยากกว่าการสื่อสารผ่านทางอากาศ เนื่องจากสัญญาณแสงเดินทางอยู่ภายในเส้นใยนำแสง

 



                                                          
      รูปที่ ๔.๔ ภาพรวมการประยุกต์ระบบการสื่อสารเชิงแสง
ผ่านทางอากาศ
 
 

        ๔.๔ ภาครับสัญญาณเชิงแสง(Optical Receiver) และการแยกสัญญาณเชิงแสง(Optical Demodulation)

      การแยกสัญญาณข้อมูลข่าวสาร ออกจากคลื่นพาห์ที่มีความถี่เชิงแสงและสัญญาณรบกวน ซึ่งอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการแยกสัญญาณคือตัวตรวจจับแสง (Detector) ซึ่งมีหน้าที่ในการรับสัญญาณแสงและเปลี่ยนให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ในส่วนของการแยกสัญญาณเชิงแสงจะประกอบไปด้วยสามส่วนหลัก คือ ตัวรับสัญญาณแสงส่วนหน้า (Optical Receiving Front End) ซึ่งส่วนมากใช้เลนส์รวมแสงหรืออุปกรณ์โฟกัส ตัวตรวจจับแสง (Photodetector) หรือโฟโต้ไดโอด(Photodiode) และตัวประมวลผลการตรวจจับแสง(Postdetection processor) ตัวรับแสงส่วนหน้านั้นทำหน้าที่กรองแสงและโฟกัสแสงไปยังตัวตรวจจับแสง ซึ่งตัวตรวจจับแสงมีหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณแสงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า โดยหากแสงที่มาตกกระทบผิวหน้าของโฟโต้ไดโอดนั้นมีจังหวะ   มืด สว่าง จะทำให้ความต่างศักย์ที่คร่อมตัวโฟโต้ไดโอดเปลี่ยนแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าตามจังหวะของแสงที่มาตกกระทบ จากนั้นจะส่งให้ตัวประมวลผลเพื่อทำการขยายสัญญาณในส่วนที่จำเป็น และกรองสัญญาณเพื่อให้ได้สัญญาณไฟฟ้าที่ภาคส่งทำการส่งมา ตัวรับสัญญาณเชิงแสงแบ่งออกเป็นสองชนิดคือ ตัวรับแบบตรวจจับกำลังสัญญาณ (Power Detecting Receiver) และตัวรับแบบเฮเทอโรดายน์ (Heterodyning Receiver) [๑]

          ๔.๔.๑ ตัวรับแบบตรวจจับกำลังสัญญาณ (Power Detecting Receiver)

                 อาจเรียกได้อีกอย่างว่าตัวตรวจจับโดยตรง(Direct Receiver)มีระบบเลนส์ด้านหน้าทำหน้าที่รับสัญญาณแสง และทำการรวมแสงทั้งหมดและโฟกัสไปยังตัวตรวจจับแสง โดยผ่านตัวกรองสัญญาณรบกวน และตัวกรองความถี่ จากนั้นตัวตรวจจับแสงจะทำหน้าที่ ในการเปลี่ยนสัญญาณแสงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ตัวรับแบบนี้เป็นตัวรับแบบที่มีพื้นฐานไม่ซับซ้อนในการสร้างอุปกรณ์รับแสง

          ๔.๔.๒ ตัวรับแบบเฮเทอโรดายน์ (Heterodyning Receiver)

                ตัวรับแบบเฮเทอโรดายน์จะมีแหล่งกำเนิดแสงในตัวเองเพื่อสร้างสัญญาณแสง จากนั้นจะนำสัญญาณแสงนี้ไปผสมกับสัญญาณแสงที่ได้รับมาจากช่องสัญญาณ และสัญญาณสองสัญญาณที่ผสมกันนี้จะถูกตรวจจับด้วยตัวตรวจจับแสง ตัวตรวจจับแบบนี้จะใช้เมื่อสัญญาณข้อมูลถูกผสมสัญญาณเชิงแอมพลิจูด เชิงความถี่หรือเชิงเฟส ซึ่งซับซ้อนและมีราคาแพง [๑] หลังจากการแยกสัญญาณแล้ว อุปกรณ์ปลายทางที่ใช้รับข้อมูล เช่น เครื่องรับโทรศัพท์ เครื่องรับวิทยุ หรืออุปกรณ์ต้นทางที่สามารถเป็นเครื่องรับข้อมูลได้ เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องโทรศัพท์ ซึ่งจะรับสัญญาณไฟฟ้าจากตัวแยกสัญญาณเชิงแสงแล้วนำมาเปลี่ยนกลับเป็นสัญญาณข้อมูลในรูปแบบใดๆ ตามที่ภาคส่งได้ทำการส่งมา


  ๕. การประยุกต์ใช้งาน
  up

         การสื่อสารเชิงแสงถูกนำมาประยุกต์ใช้งานในหลายด้านตั้งแต่ใกล้ตัวไปจนถึงเครือข่ายการสื่อสารระดับประเทศ/ทวีป เช่น รีโมตโทรทัศน์ที่ใช้ลำแสงอินฟราเรดในการส่งสัญญาณผ่านทางอากาศไปยังเครื่องรับโทรทัศน์การส่งข้อมูลของโทรศัพท์เคลื่อนที่หรือคอมพิวเตอร์ผ่านการเชื่อมต่อแบบอินฟราเรด การสื่อสารด้วยแสงผ่านเส้นใยนำแสงจากชุมสายมายังบ้าน (Fiber to the Home:FTTH) หรือการส่งข้อมูลปริมาณสูงผ่านสายเคเบิล  เส้นใยนำแสงใต้น้ำข้ามประเทศ (Submarine Cable) เป็นต้น

  ๖. จดหมายเหตุ   up

          เหตุการณ์สำคัญของการนำแสงมาใช้เพื่อการสื่อสารแสดงดังตารางที่ ๖.๑ ดังนี้

                  ตารางที่ ๖.๑ ลำดับเหตุการณ์สำคัญ
 

ปี พ.ศ.
(ค.ศ.)

ลำดับเหตุการณ์สำคัญ

๒๓๓๓ (1790)

โคลด แชพพ์ (Claude Chappe)ประดิษฐ์โทรเลขเชิงแสง

๒๔๒๓
(1880)

อเล็กซานเดอร์ เกรแฮม เบลล์ (Alexander Graham Bell) คิดค้นโทรศัพท์ใช้แสง(Photophone)

๒๔๖๓
(1920)

จอห์น แอล แบร์ด (John L. Baird) และ คลาเรนซ์ ดับเบิ้ลยู แฮนเซล (Clarence W. Hansell)
เสนอแนวคิดในการใช้เส้นใยแสงที่ไม่หุ้มฉนวนในการส่งสัญญาณภาพสำหรับโทรทัศน์

๒๔๙๔
(1951)

การพัฒนาเส้นใยแสงสำหรับใช้ในวงการแพทย์

๒๕๐๓
(1960)

ธีโอดอร์ ไมแมน (Theodore Maiman) ประดิษฐ์เลเซอร์ชนิดแรก

๒๕๐๗ (1964)

เกิดการคิดค้นแบบจำลองโทรศัพท์ภาพ (Picturephone)
โดยบริษัทเอีทีแอนด์ที (AT&T)

๒๕๐๙
(1966)

ชาร์เลส เค เกา (Charles K. Kao) แห่งศูนย์วิจัยเอสทีแอล (Standard Telecommunications Laboratories: STL) ของประเทศอังกฤษ นำเสนอบทความเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการสร้าง
เส้นใยนำแสงที่มีความสูญเสียต่ำ

๒๕๑๓
(1970)

ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเส้นใยนำแสงที่มีความสูญเสียต่ำขึ้นมาใช้
ในการสื่อสารเป็นครั้งแรกโดยบริษัทคอร์นิ่งกลาส(Corning Glass Works)ของประเทศสหรัฐอเมริกา


  ๗. บรรณานุกรม
  up

[๑] Robert M. Gagliardi and Sherman Karp. Optical Communications. USA: John Wiley & Sons, 1995.

[๒] Regis J. Bud Bates. Optical Switching and Networking Hangbook. USA: Mcgraw – Hill, 2001.

[๓] USA, “Infrared Data Association,” Infrared Data Standard, 29 May. 2008. <http://www.irda.org/>