ตัวรับส่งแสง แกนหลักสำหรับการแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสง

ตัวรับส่งสัญญาณแสงและโซลูชันการจับคู่สายไฟเบอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการรับประกันประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของเครือข่ายไฟเบอร์ออปติก เนื่องจากองค์ประกอบที่ไม่ตรงกันอาจนำไปสู่การสูญเสียสัญญาณ อัตราบิตข้อผิดพลาด (BER) เพิ่มขึ้น และระยะการส่งสัญญาณลดลง โซลูชันเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการเลือกตัวรับส่งสัญญาณและสายไฟเบอร์ที่มีความเข้ากันได้กันในแง่ของขนาดแกนนำ (core size) โหมด (single mode เทียบกับ multimode) ความยาวคลื่น และประเภทตัวเชื่อมต่อ (connector type) โดยปรับแต่งให้เหมาะสมกับความต้องการของแอปพลิเคชันเฉพาะ ไฟเบอร์ single mode (SMF) มีแกนนำขนาดเล็ก (9 ไมครอน) และถูกออกแบบมาเพื่อการส่งสัญญาณระยะไกล (สูงสุดถึง 100 กิโลเมตรหรือมากกว่า) โดยใช้ตัวรับส่งสัญญาณที่ทำงานที่ความยาวคลื่น 1310 นาโนเมตร 1550 นาโนเมตร หรือ 1610 นาโนเมตร SMF ถูกจับคู่กับตัวรับส่งสัญญาณที่ใช้ไดโอดเลเซอร์ (เช่น เลเซอร์ DFB หรือ EML) ซึ่งปล่อยลำแสงแคบและมีความเข้มข้นสูง เพื่อลดการกระจายตัวของสัญญาณ ตัวอย่างเช่น ตัวรับส่งสัญญาณ 10G SFP+ ที่ทำงานที่ความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร จะเหมาะกับการใช้งานร่วมกับ SMF แบบ G.652D ในเครือข่ายระดับเมืองหรือระยะทางไกล เนื่องจากมีการสูญเสียพลังงานต่ำที่ความยาวคลื่นนี้ ไฟเบอร์ multimode (MMF) มีแกนนำขนาดใหญ่กว่า (50 ไมครอน หรือ 62.5 ไมครอน) ถูกใช้สำหรับการส่งสัญญาณระยะใกล้ (สูงสุดถึง 550 เมตร) ร่วมกับตัวรับส่งสัญญาณที่ใช้แหล่งกำเนิดแสงแบบ VCSEL หรือ LED ที่ความยาวคลื่น 850 นาโนเมตร หรือ 1300 นาโนเมตร MMF ชนิด OM3 และ OM4 ซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานที่ความยาวคลื่น 850 นาโนเมตร จะถูกจับคู่กับตัวรับส่งสัญญาณ 10G, 40G หรือ 100G (เช่น QSFP28) สำหรับการเชื่อมต่อภายในศูนย์ข้อมูล เนื่องจากค่าผลคูณของแบนด์วิดธ์กับระยะทางของไฟเบอร์ชนิดนี้รองรับการส่งสัญญาณความเร็วสูงบนลิงค์ระยะสั้น ความเข้ากันได้ของตัวเชื่อมต่อก็เป็นอีกประเด็นสำคัญเช่นกัน ตัวรับส่งสัญญาณที่มีตัวเชื่อมต่อแบบ LC มักถูกจับคู่กับสายไฟเบอร์ที่ปลายทางเป็นตัวเชื่อมต่อ LC เพื่อให้การสูญเสียการแทรก (insertion loss) ต่ำ ในขณะที่ตัวเชื่อมต่อ SC หรือ ST อาจถูกใช้ในระบบอุตสาหกรรมหรือระบบเก่าที่เฉพาะเจาะจง ตัวเชื่อมต่อแบบขัดเงาเอียง (APC) มักถูกเลือกใช้ในลิงค์แบบ SMF ที่ใช้ความยาวคลื่นที่ไวต่อการสะท้อนกลับ (เช่น 1550 นาโนเมตร) เนื่องจากช่วยลดการสูญเสียจากการสะท้อนกลับ (return loss) เมื่อเทียบกับตัวเชื่อมต่อแบบ ultra physical contact (UPC) การจับคู่ความยาวคลื่นเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียพลังงานมากเกินไป ตัวอย่างเช่น ตัวรับส่งสัญญาณที่ 850 นาโนเมตร ไม่ควรนำมาใช้กับ SMF เนื่องจาก MMF ถูกออกแบบมาให้เหมาะสมกับความยาวคลื่นนี้ และในทางกลับกันก็เช่นกัน ตัวรับส่งสัญญาณแบบ WDM (Wavelength Division Multiplexing) ต้องการการจับคู่กับไฟเบอร์ที่รองรับตารางความยาวคลื่นเฉพาะ (เช่น ITU T G.694.1 สำหรับแถบ C) เพื่อให้มั่นใจว่าช่องสัญญาณต่าง ๆ จะไม่รบกวนกัน การวิเคราะห์งบประมาณพลังงาน (power budget) เป็นส่วนหนึ่งของโซลูชันการจับคู่ ซึ่งคำนวณการสูญเสียรวมที่ยอมรับได้ (กำลังส่งของตัวรับส่งสัญญาณลบด้วยความไวของตัวรับ) และตรวจสอบให้มั่นใจว่าการสูญเสียจากสายไฟเบอร์ การสูญเสียจากตัวเชื่อมต่อ และการสูญเสียจากการต่อกันของเส้นใย (splice loss) ไม่เกินงบประมาณที่กำหนด ตัวอย่างเช่น ตัวรับส่งสัญญาณ 40G QSFP+ ที่มีงบประมาณพลังงาน 10 เดซิเบล ควรจับคู่กับลิงค์ไฟเบอร์ที่มีการสูญเสียรวม ≤10 เดซิเบล โดยพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ เช่น ความยาวของสายเคเบิล และจำนวนตัวเชื่อมต่อ ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมก็มีผลต่อการจับคู่เช่นกัน ตัวรับส่งสัญญาณอุตสาหกรรมที่ออกแบบให้ใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิ 40°C ถึง 85°C จะถูกจับคู่กับสายไฟเบอร์ที่ทนทานเป็นพิเศษ (เช่น สายไฟเบอร์แบบมีเกราะป้องกัน) สำหรับการใช้งานภายนอกอาคารหรือสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ในขณะที่ตัวรับส่งสัญญาณสำหรับศูนย์ข้อมูล (0°C ถึง 70°C) จะใช้ MMF หรือ SMF มาตรฐาน การจัดทำเอกสารและการทดสอบอย่างเหมาะสม (เช่น การใช้ OTDR หรือเครื่องวัดกำลังไฟฟ้า) จะช่วยยืนยันว่าการจับคู่ระหว่างตัวรับส่งสัญญาณกับไฟเบอร์ตรงตามข้อกำหนด ช่วยให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพของเครือข่าย และลดเวลาที่ใช้ในการแก้ไขปัญหา