ทีมวิจัยออกแบบใยแก้วนำแสงโดยให้แสงเดินทางผ่านแกนกลางที่เป็นอากาศแทนแก้วทึบแบบเดิม สามารถทุบสถิติการลดทอนสัญญาณต่ำสุดที่หยุดนิ่งมานานกว่า 40 ปี ปูทางสู่อินเทอร์เน็ตความเร็วสูงที่ประหยัดพลังงานและมีความจุในการส่งสัญญาณมากยิ่งขึ้น

ทีมนักวิจัยเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ (Photonics) จาก Microsoft Azure Fiber และ University of Southampton สหราชอาณาจักร ได้ประกาศความสำเร็จในการพัฒนาใยแก้วนำแสงรูปแบบใหม่ที่มีแกนกลางกลวงเป็นอากาศ ซึ่งเป็นผลงานวิจัยตีพิมพ์ในวารสาร Nature Photonics เมื่อวันที่ 1 ก.ย. 2568 นำเสนอใยแก้วนำแสงที่สามารถส่งสัญญาณไปได้ไกลกว่าเดิม ก่อนที่สัญญาณจะอ่อนลงจนต้องใช้อุปกรณ์ขยายสัญญาณ นับเป็นการทลายข้อจำกัดทางเทคโนโลยีที่คงอยู่มานานหลายทศวรรษ และอาจนำไปสู่การปฏิวัติเครือข่ายการสื่อสารทั่วโลกอีกครั้ง 

ในใยแก้วนำแสงแบบดั้งเดิม สัญญาณข้อมูลจะถูกแปลงให้เป็นสัญญาณแสงด้วยอุปกรณ์ เช่น เลเซอร์ หรือไดโอดเปล่งแสง และส่งผ่านแกนกลางที่ทำจากแท่งแก้วซิลิกา (Silica Glass) ที่มีความบริสุทธิ์สูง แม้แก้วจะโปร่งใสเพียงใด แต่เนื้อวัสดุเองก็ยังคงดูดกลืน (Absorption) และทำให้แสงเกิดการกระเจิง (Scattering) อยู่เสมอ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การลดทอนของสัญญาณ (Attenuation) ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้สัญญาณแสงอ่อนกำลังลงเมื่อเดินทางไกลออกไป ตลอด 40 ปีที่ผ่านมา แม้จะมีการศึกษาวิจัยอย่างต่อเนื่อง ระดับที่ทำได้ดีที่สุด คือ ลดการสูญเสียนี้ไว้ที่ประมาณ 0.14 เดซิเบลต่อกิโลเมตร (dB/km) หมายความว่า ทุก ๆ ระยะทางประมาณ 20 กิโลเมตร กำลังของสัญญาณแสงจะหายไปเกือบครึ่งหนึ่ง และจำเป็นต้องมีการติดตั้งอุปกรณ์ขยายสัญญาณ (Amplifier) เป็นทอด ๆ เพื่อส่งสัญญาณไปให้ถึงปลายทาง

แนวคิดของใยแก้วนำแสงชนิดใหม่นี้คือการแก้ปัญหาที่ต้นตอ โดยการนำแก้วที่เป็นตัวกลางออกไป แล้วให้แสงเดินทางผ่านอากาศที่อยู่แกนกลางแทน เนื่องจากอากาศมีความหนาแน่นน้อยกว่าแก้ว ปัญหาการกระเจิงและการดูดกลืนแสงจึงลดลงอย่างมาก นอกจากนี้ แสงยังเดินทางในอากาศได้เร็วกว่าในแก้ว ซึ่งหมายถึงความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่เพิ่มขึ้นเกือบ 45% และค่าความหน่วง (Latency) ที่ลดลง

ทีมวิจัยสามารถทำให้แสงยังคงวิ่งอยู่แต่ในแกนอากาศแคบ ๆ และไม่เล็ดลอดออกไป ด้วยโครงสร้างแก้วขนาดเล็กที่ผ่านการออกแบบอย่างพิถีพิถัน ซึ่งล้อมรอบแกนอากาศอยู่ โครงสร้างนี้ประกอบด้วยท่อแก้วขนาดเล็กจิ๋วซ้อนกันเป็นชั้น ๆ ซึ่งทำหน้าที่เปรียบเสมือนกรงกระจก หรือ กรงโฟโตนิก (Photonic Cage) ที่คอยสะท้อนแสงกลับเข้ามาที่แกนกลางตลอดเวลา เพื่อไม่ให้พลังงานเล็ดลอดออกไปด้านข้าง ด้วยการออกแบบที่แม่นยำนี้ ทำให้ใยแก้วนำแสงชนิดใหม่สามารถทำสถิติการลดทอนของสัญญาณได้ต่ำเพียง 0.091 dB/km ที่ความยาวคลื่น 1,550 นาโนเมตร ซึ่งเป็นค่าที่ต่ำกว่าสถิติที่ดีที่สุดของใยแก้วแบบเดิมที่เคยมีมา
 

การที่สัญญาณเดินทางได้ไกลขึ้น หมายถึง การใช้อุปกรณ์ขยายสัญญาณน้อยลง ซึ่งช่วยลดต้นทุนและพลังงานที่ต้องใช้ในระบบเครือข่ายทั้งหมด ใยแก้วนำแสงแบบใหม่มีแบนด์วิดท์ (Bandwidth) หรือ ช่องสัญญาณที่กว้างกว่าแบบเดิม 260% เปรียบเสมือนการขยายถนนจาก 2-3 เลน ไปเป็น 5-8 เลน ทำให้รองรับข้อมูลได้มากขึ้นมหาศาลในเวลาเดียวกัน โดยสามารถปรับเปลี่ยนเพื่อใช้งานกับแสงที่ความยาวคลื่นอื่น ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตั้งแต่ 700 ถึง 2,400 นาโนเมตร ซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนาระบบสื่อสารในย่านความถี่ที่ใยแก้วแบบเดิมไม่สามารถทำได้

ทีมนักวิจัยเชื่อมั่นว่านี่เป็นหนึ่งในการพัฒนาเทคโนโลยีการนำแสงที่สำคัญที่สุดในรอบ 40 ปี แม้ยังต้องมีการวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติม เพื่อปรับปรุงกระบวนการผลิตและลดปริมาณแก๊สตกค้างในแกนกลาง แต่ใยแก้วนำแสงแกนกลวงนี้ได้พิสูจน์แล้วว่ามีศักยภาพที่จะกลายเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับการสื่อสารข้อมูลในอนาคต ซึ่งอาจจะขับเคลื่อนให้เกิดก้าวกระโดดทางเทคโนโลยีครั้งต่อไป ไม่ว่าจะเป็นอินเทอร์เน็ตความเร็วสูง ศูนย์ข้อมูล (Data Center) ขนาดใหญ่ ไปจนถึงการแพทย์ทางไกล หรือการประยุกต์ใช้เลเซอร์กำลังสูงในระยะไกล
 

อ้างอิง

https://cosmosmagazine.com/technology/materials/optical-fibre-breakthrough/
https://www.nature.com/articles/s41566-025-01747-5