แสงสามารถเดินทางผ่านเส้นใยแก้วนำแสงได้อย่างไร

โครงสร้างของเส้นใยแก้วนำแสงมีส่วนอย่างมากในการส่งผ่านแสง โดยแสงในเส้นใยแก้วนำแสงจะถูกทำให้สะท้อนกลับไปกลับมาระหว่างรอยต่อของแกนกลาง (core) และฉนวนที่หุ้ม (cladding) จากปลายข้างหนึ่งไปยังอีกปลายข้างหนึ่งของเส้นใยแก้วนำแสง

สาเหตุที่ต้องมี cladding หุ้มส่วนของ core ไว้ ก็เนื่องจากว่า ถ้าหาก core สัมผัสกับอากาศโดยตรง อาจมีสิ่งปนเปื้อนในอากาศหรือ คราบน้ำมันมาเกาะจับที่ core ซึ่งจะทำให้การสะท้อนกลับของแสงภายใน core ไม่ดี เป็นเหตุให้มีการสูญเสียสัญญาณแสงขึ้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมี cladding มาหุ้มไว้เพื่อป้องกันเหตุการณ์ดังกล่าว นอกจากนี้แล้ว ถัดจากชั้น cladding ออกมาก็จะมีฉนวนหุ้มอีกชั้นหนึ่ง เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้เส้นใยนำแสงโค้งงอได้ด้วยรัศมีค่าหนึ่งโดยไม่แตกหัก

โดยทั่วไปเมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง จะเกิดปรากฎการณ์ของการสะท้อน (reflection) และการหักเห (refraction) ของแสงขึ้นที่ผิวรอยต่อระหว่างตัวกลางทั้งสอง ซึ่งสำหรับในกรณีพิเศษที่ตัวกลางที่แสงตกกระทบมีค่าดัชนีหักเหมากกว่าในอีกตัวกลางหนึ่ง ( n₂>n₁ ; โดย n₁ คือค่าดรรชนีหักเหของแสงในตัวกลางที่แสงหักเห และ n₂ คือค่าดรรชนีหักเหของตัวกลางที่แสงตกกระทบ) และมีมุมตกกระทบที่พอเหมาะก็จะทำให้เกิดปรากฎการณ์ที่เรียกว่า การสะท้อนกลับหมดของแสง (Total Internal Reflection) ขึ้น ซึ่งปรากฎการณ์ดังกล่าวสามารถนำมาอธิบายถึงรูปแบบการเดินทางของแสงอย่างง่ายในเส้นใยแก้วนำแสงได้

ค่าดรรชนีหักเหของตัวกลางหนึ่ง ๆ ก็คือ อัตราส่วนระหว่างความเร็วของแสงในอากาศกับความเร็วของแสงในตัวกลางนั้น ๆ เช่น ค่าดรรชนีหักเหของน้ำมีค่าประมาณ 1.3 นั่นคือแสงเคลื่อนที่ในอากาศได้เร็วกว่าในน้ำ

---

เขียนโดย : ดร.รัชภาคย์ จิตต์อารี และ ผศ.ดร.ปรีชา ยุพาพิน
ที่มา : นิตยสาร เทคโนโลยีสื่อสาร ปีที่ 2 ฉบับที่ 13 ปี 2540
Last update : 28/07/1999