หลักการ คุณลักษณะ และขอบเขตการใช้งานของเส้นใยแก้วนำแสง

การส่องสว่างด้วยไฟเบอร์หมายถึงการส่งผ่านตัวนำใยแก้วนำแสง ซึ่งสามารถนำแหล่งกำเนิดแสงไปยังพื้นที่ใดก็ได้ นับเป็นความก้าวหน้าของเทคโนโลยีแสงสว่างขั้นสูงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

ใยแก้วนำแสงเป็นคำย่อของใยแก้วนำแสง ซึ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาการสื่อสารความเร็วสูงในการประยุกต์ใช้ใยแก้วนำแสงในระยะเริ่มแรก และการประยุกต์ใช้ใยแก้วนำแสงในช่วงแรกๆ ได้รับความนิยมมากที่สุด โดยทำเป็นเครื่องประดับด้วยสายใยแก้วนำแสง

บทนำสั้น ๆ

ตัวนำของใยแก้วนำแสงนั้นทำจากวัสดุแก้ว (SiO2) เป็นหลัก การส่งผ่านของมันคือการใช้แสงผ่านตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหแสงสูง เข้าไปในตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหแสงต่ำเหนือมุมวิกฤต ซึ่งจะผลิตหลักการสะท้อนทั้งหมด ดังนั้นแสงในตัวกลางนี้สามารถรักษาลักษณะของรูปคลื่นแสงที่จะส่งได้ ส่วนแกนของดัชนีการหักเหแสงสูงเป็นช่องทางหลักในการส่งผ่านแสง เปลือกที่มีดัชนีการหักเหแสงต่ำครอบคลุมแกนทั้งหมด เนื่องจากดัชนีการหักเหแสงของแกนสูงกว่าเปลือกมาก จึงผลิตการสะท้อนได้เต็มที่ และสามารถส่งผ่านแสงในแกนได้ วัตถุประสงค์ของชั้นป้องกันคือเพื่อปกป้องเปลือกและแกนไม่เสียหายได้ง่าย แต่ยังเพิ่มความแข็งแกร่งของใยแก้วนำแสงด้วย

โหมดการเรืองแสง

การประยุกต์ใช้ใยแก้วนำแสงในการให้แสงสว่างแบ่งออกเป็น 2 วิธี หนึ่งคือแสงปลายทาง อีกวิธีหนึ่งคือแสงตัว ส่วนประกอบของแสงประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 2 ส่วน ได้แก่ โฮสต์ฉายแสงและใยแก้วนำแสง โฮสต์ฉายแสงประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสง ฮูดสะท้อนแสง และตัวกรองสี วัตถุประสงค์หลักของฮูดสะท้อนแสงคือเพื่อเพิ่มความเข้มของแสง ในขณะที่ตัวกรองสีสามารถพัฒนาสีและแปลงเอฟเฟกต์ต่างๆ ได้ แสงตัวคือใยแก้วนำแสงเองเป็นตัวแสง ซึ่งจะสร้างแถบแสงที่ยืดหยุ่นได้

ใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่ที่ใช้ในสาขาแสงสว่างเป็นใยแก้วนำแสงพลาสติก ในวัสดุใยแก้วนำแสงประเภทต่างๆ ต้นทุนการผลิตใยแก้วนำแสงพลาสติกมีราคาถูกที่สุด เมื่อเปรียบเทียบกับใยแก้วนำแสงควอทซ์ ซึ่งมักมีราคาเพียงหนึ่งในสิบของต้นทุนการผลิต เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุพลาสติกเอง ไม่ว่าจะเป็นในขั้นตอนหลังการประมวลผลหรือความแปรผันของผลิตภัณฑ์เอง จึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดในบรรดาวัสดุใยแก้วนำแสงทั้งหมด ดังนั้น สำหรับใยแก้วนำแสงที่ใช้ในการส่องสว่าง ใยแก้วนำแสงพลาสติกจึงถูกเลือกเป็นตัวกลางการนำไฟฟ้า

คุณสมบัติหลัก

1. แหล่งกำเนิดแสงเดียวสามารถมีจุดส่องสว่างที่มีลักษณะการส่องสว่างเดียวกันได้หลายจุดในเวลาเดียวกัน ซึ่งเอื้อต่อการใช้งานในการกำหนดค่าพื้นที่กว้าง

2. แหล่งกำเนิดแสงนั้นเปลี่ยนได้ง่ายและซ่อมแซมได้ง่ายเช่นกัน ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ไฟใยแก้วนำแสงใช้ส่วนประกอบสองส่วน ได้แก่ โฮสต์โปรเจ็กเตอร์และไฟเบอร์ ไฟเบอร์ออปติกมีอายุการใช้งานนานถึง 20 ปี และสามารถแยกโฮสต์โปรเจ็กเตอร์ได้ จึงเปลี่ยนและซ่อมแซมได้ง่าย

3. โฮสต์ฉายภาพและจุดแสงจริงจะถูกส่งผ่านใยแก้วนำแสง จึงสามารถวางโฮสต์ฉายภาพไว้ในตำแหน่งที่ปลอดภัย พร้อมฟังก์ชันป้องกันความเสียหาย

4. แสงที่จุดส่องสว่างจะส่งผ่านใยแก้วนำแสง และความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงจะถูกกรอง แสงที่ปล่อยออกมาจะปราศจากแสงอัลตราไวโอเลตและแสงอินฟราเรด ซึ่งสามารถลดความเสียหายที่เกิดกับสิ่งของบางชิ้นได้

5. จุดไฟเล็ก น้ำหนักเบา เปลี่ยนและติดตั้งง่าย สามารถทำเป็นขนาดเล็กมากได้

6. ไม่ถูกรบกวนจากสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถนำไปใช้ในห้องเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ ห้องควบคุมเรดาร์ และสถานที่พิเศษอื่นๆ ที่มีข้อกำหนดในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งอุปกรณ์ส่องสว่างอื่นๆ ไม่สามารถบรรลุคุณสมบัติดังกล่าวได้

7. แสงและไฟฟ้าถูกแยกออกจากกัน ปัญหาที่สำคัญที่สุดของอุปกรณ์แสงสว่างทั่วไปคือต้องมีแหล่งจ่ายไฟและการส่งผ่าน นอกจากนี้ เนื่องจากการแปลงพลังงานไฟฟ้า ตัวแสงสัมพันธ์ยังผลิตความร้อนด้วย อย่างไรก็ตาม ในพื้นที่หลายแห่ง เพื่อความปลอดภัย ส่วนใหญ่หวังว่าจะสามารถแยกแสงและไฟฟ้าออกจากกันได้ เช่น น้ำมัน สารเคมี ก๊าซธรรมชาติ สระว่ายน้ำ และพื้นที่อื่นๆ ทั้งหมดหวังว่าจะหลีกเลี่ยงส่วนที่เป็นไฟฟ้า ดังนั้นแสงใยแก้วนำแสงจึงเหมาะมากสำหรับการใช้งานในสาขาเหล่านี้ ในเวลาเดียวกัน แหล่งความร้อนสามารถแยกออกจากกันได้ จึงช่วยลดภาระของระบบปรับอากาศ

8. แสงสามารถกระจายได้อย่างยืดหยุ่น อุปกรณ์ให้แสงสว่างทั่วไปมีลักษณะเชิงเส้นของแสง ดังนั้นหากต้องการเปลี่ยนทิศทางของแสง คุณจะต้องใช้การออกแบบการป้องกันที่แตกต่างกัน และแสงใยแก้วนำแสงคือการใช้ใยแก้วนำแสงในการนำแสง ดังนั้นจึงมีลักษณะของการเปลี่ยนทิศทางการฉายรังสีได้ง่าย แต่ยังเอื้อต่อความต้องการการออกแบบพิเศษของนักออกแบบอีกด้วย

9. สามารถเปลี่ยนสีแสงได้โดยอัตโนมัติ โดยผ่านการออกแบบตัวกรองสี โฮสต์โปรเจ็กเตอร์สามารถเปลี่ยนแหล่งกำเนิดแสงสีต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย ทำให้สีของแสงมีความหลากหลาย ซึ่งถือเป็นคุณสมบัติอย่างหนึ่งของแสงใยแก้วนำแสง

10. วัสดุใยแก้วนำแสงแบบพลาสติกมีความนุ่มและพับได้ง่ายแต่ไม่แตกหักง่าย จึงสามารถแปรรูปเป็นรูปแบบต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย

เนื่องจากเส้นใยแก้วนำแสงมีคุณลักษณะดังกล่าว เราจึงคิดว่าเส้นใยแก้วนำแสงมีความแปรผันมากที่สุดในการออกแบบ และถือเป็นวิธีที่ดีที่สุดที่จะช่วยให้ผู้ออกแบบนำไปปฏิบัติจริงตามแนวคิดการออกแบบของเขา

ขอบเขตการใช้งาน

สภาพแวดล้อมการใช้งานของเส้นใยแก้วนำแสงได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ และเราแบ่งมันออกเป็น 5 ประเภท

1. ระบบไฟส่องสว่างภายใน

การใช้งานใยแก้วนำแสงในการให้แสงสว่างภายในอาคารเป็นที่นิยมมากที่สุด การใช้งานทั่วไปมีเอฟเฟกต์ดาวบนเพดาน เช่น Swarovski ที่รู้จักกันดีใช้คริสตัลและใยแก้วนำแสงผสมผสานกัน พัฒนาชุดผลิตภัณฑ์ไฟส่องสว่างดาวเฉพาะตัว นอกจากไฟเพดานที่มีแสงดาวบนท้องฟ้าแล้ว ยังมีนักออกแบบที่ใช้แสงจากใยแก้วนำแสงเพื่อออกแบบพื้นที่ภายในอาคาร โดยใช้เอฟเฟกต์แสงที่ยืดหยุ่นของใยแก้วนำแสง คุณสามารถสร้างม่านแสงหรือฉากพิเศษอื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย

2.ระบบไฟส่องภูมิทัศน์

เนื่องจากคุณสมบัติชอบน้ำของใยแก้วนำแสง ประกอบกับการแยกแสงด้วยไฟฟ้า จึงทำให้การใช้แสงสำหรับภูมิทัศน์ใต้น้ำสามารถสร้างสิ่งที่นักออกแบบต้องการได้อย่างง่ายดาย และในทางกลับกัน ก็ไม่มีปัญหาเรื่องไฟฟ้าช็อต อีกทั้งยังคำนึงถึงความปลอดภัยได้อีกด้วย นอกจากนี้ การนำโครงสร้างของใยแก้วนำแสงมาใช้ยังสามารถจับคู่กับสระว่ายน้ำได้อีกด้วย ทำให้ตัวใยแก้วนำแสงกลายเป็นส่วนหนึ่งของภูมิทัศน์ใต้น้ำด้วย ซึ่งการออกแบบแสงอื่นๆ นั้นไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะบรรลุผลดังกล่าว

3.ระบบไฟสระว่ายน้ำ

ไฟสระว่ายน้ำหรือไฟสปาที่กำลังเป็นที่นิยมในปัจจุบัน การใช้ใยแก้วนำแสงถือเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด เนื่องจากเป็นสถานที่ที่มีกิจกรรมของมนุษย์ จึงให้ความสำคัญกับความปลอดภัยมากกว่าสระว่ายน้ำหรือสถานที่ในร่มอื่นๆ มาก ดังนั้นใยแก้วนำแสงเอง รวมถึงสีสันต่างๆ จึงสามารถตอบสนองความต้องการของสถานที่ประเภทนี้ได้

4.การจัดแสงสถาปัตยกรรม

ในอาคาร แสงใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่ใช้เพื่อเน้นโครงร่างของอาคาร นอกจากนี้ เนื่องจากลักษณะเฉพาะของการแยกแสงด้วยไฟฟ้า จึงสามารถลดต้นทุนการบำรุงรักษาแสงโดยรวมได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากอายุการใช้งานของตัวใยแก้วนำแสงยาวนานถึง 20 ปี จึงสามารถออกแบบเครื่องฉายภาพแสงในกล่องจ่ายไฟภายในได้ และเจ้าหน้าที่บำรุงรักษาสามารถเปลี่ยนแหล่งกำเนิดแสงได้อย่างง่ายดาย และอุปกรณ์ส่องสว่างแบบดั้งเดิม หากการออกแบบสถานที่มีความพิเศษมากขึ้น มักจะต้องใช้เครื่องจักรและสิ่งอำนวยความสะดวกจำนวนมากในการบำรุงรักษา ต้นทุนการบริโภคจะสูงกว่าแสงใยแก้วนำแสงมาก

5.การจัดแสงสถาปัตยกรรมและโบราณสถาน

โดยทั่วไปแล้ว โบราณวัตถุทางวัฒนธรรมหรืออาคารโบราณนั้นเร่งการเสื่อมสภาพได้ง่ายเนื่องจากแสงอัลตราไวโอเลตและความร้อน เนื่องจากแสงใยแก้วนำแสงไม่มีปัญหาเรื่องแสงอัลตราไวโอเลตและความร้อน จึงเหมาะมากสำหรับการให้แสงสว่างในสถานที่ประเภทนี้ นอกจากนี้ การใช้งานที่พบมากที่สุดในปัจจุบันคือการใช้แสงเชิงพาณิชย์สำหรับเครื่องประดับเพชรหรือเครื่องประดับคริสตัล ในการออกแบบแสงเชิงพาณิชย์ประเภทนี้ วิธีการให้แสงสว่างหลักส่วนใหญ่ถูกนำมาใช้เพื่อเน้นคุณลักษณะของสินค้าโภคภัณฑ์เองผ่านแสงหลัก การใช้แสงใยแก้วนำแสงไม่เพียงแต่ไม่มีปัญหาเรื่องความร้อน แต่ยังสามารถตอบสนองความต้องการของแสงหลักได้อีกด้วย ดังนั้น พื้นที่เชิงพาณิชย์ประเภทนี้จึงเป็นส่วนหนึ่งของแสงใยแก้วนำแสงที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย