Ngày nay, Internet đã trở thành một nhu cầu thiết yếu, giúp mọi người ở khắp nơi trên thế giới có thể giao tiếp, trao đổi, học tập, mua sắm, giải trí dễ dàng, nhanh chóng. Các ứng dụng, dịch vụ trên Internet cũng ngày càng phát triển theo, điều này đòi hỏi tốc độ, băng thông kết nối Internet cao.

Cáp quang trở thành lựa chọn số một – đáp ứng các dịch vụ luôn đòi hỏi mạng kết nối tốc độ cao như IPTV, hội nghị truyền hình, video trực tuyến, giám sát từ xa IP Camera… Nhưng tại sao cáp quang lại có khả năng truyền tải thông tin với tốc độ cao và ổn định như vậy?

Hãy cùng Viễn thông 3 Miền tìm hiểu về cáp quang cũng như nguyên lý truyền tín hiệu trong sợi quang trong bài viết này.

Đầu tiên,hãy cùng nhắc lại 1 số khái niệm cơ bản :

I, Sợi quang

1,Sợi quang là gì?

Sợi quang học là những sợi mỏng như sợi tóc được làm bằng thuỷ tinh hoặc có lúc là bằng nhựa, có tác dụng truyền phát dữ liệu số với tốc độ ánh sáng. Kích thước của sợi quang rất nhỏ,cỡ micromet (µm). Sợi quang truyền tải dữ liệu bằng những xung ánh sáng,do đó ít bị ảnh hưởng bởi vấn đề nhiễu điện từ, ít suy hao và thường được dùng cho kết nối khoảng cách xa.

soi-quang-trong-cap-quang
Sợi quang học trong cáp quang

2, Nguyên lí truyền tín hiệu trong sợi quang

Thông tin được truyền dẫn qua sợi quang bắt đầu ở dạng một dòng điện mang theo một lượng dữ liệu số hoá. Một nguồn sáng, thường là nguồn laser, chuyển hoá dòng điện này thành những xung ánh sáng và đưa chúng vào những sợi quang. Ở điểm nhận tín hiệu, một điốt ảnh (thiết bị dò ánh sáng) nhận xung ánh sáng và chuyển hoá chúng thành dòng điện và tái tạo lại thông tin gốc.

nguyen-li-truyen-tin-hieu-trong-soi-quang

Xung ánh sáng đi qua lõi của sợi quang bằng rất nhiều hướng được gọi là những đường dẫn (mode) bằng cách phản xạ qua lớp sơn bọc ngoài.

Nguyên lý truyền tín hiệu trong sợi quang :

2.1. Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần (Multimode Step Index: chiết suất bước)

Khi ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt 1 (có chiết suất n1) sang môi trường trong suốt 2 (có chiết suất n2) nếu n1 > n2 và góc truyền thích hợp thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Nhờ quá trình phản xạ toàn phần tại các bề mặt giữa lớp core (chiết suất n1) và lớp Cladding mà tín hiệu ánh sáng sẽ được truyền đi dọc theo sợi cáp quang không nhất thiết phải truyền theo đường thẳng.

Tín hiệu ánh sáng trong sợi cáp quang được truyền đi theo đường zic zắc nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần
Tín hiệu ánh sáng có thể truyền đi theo đường cong của sợi cáp nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần

Nhược điểm của kiểu Multimode Step Index: tín hiệu ánh sáng bị phân tán thiều nhiều hướng khác nhau dẫn tới sự tiêu hao nhiều về năng lượng (giảm cường độ tín hiệu) nên ít được sử dụng chỉ sử dụng đối với sợi cáp có lõi bằng plastic.

2.2. Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần (Multimode Graded Index : chiết suất biến đổi)

Các tia sáng có dạng phân bố parabol, các chùm tia hội tụ tại một điểm do đó tốc độ truyền nhanh hơn và ít bị suy hao

3, Tốc độ truyền xung ánh sáng trong sợi quang phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Ánh sáng trong cáp sợi quang truyền qua lõi và va đập liên tục vào lớp sơn phủ. Bởi vì lớp sơn phủ không hấp thu bất kì ánh sáng trong lõi nên sóng ánh sáng có thể truyền đi với cự li rất xa. Tuy nhiên ánh sáng cũng có thể bị giảm sút bởi sự không tinh khiến của thủy tinh. Sự suy giảm tín hiệu phụ thuộc vào độ tinh khiết của thủy tinh hoặc plastic- vật liệu làm nên sợi cáp quang.

II, Cáp quang

1, Cấu tạo của sợi cáp quang

Sợi cáp quang được cấu tạo từ ba thành phần chính: lõi (core), lớp phản xạ ánh sáng (cladding), lớp vỏ bảo vệ chính (primary coating hay còn gọi coating, primary buffer).

  • Core được làm bằng sợi thủy tinh hoặc plastic dùng truyền dẫn ánh sáng.
  • Bao bọc core là cladding – lớp thủy tinh hay plastic – nhằm bảo vệ và phản xạ ánh sáng trở lại core.
  • Primary coating là lớp vỏ nhựa PVC giúp bảo vệ core và cladding không bị bụi, ẩm, trầy xước. Hai loại cáp quang phổ biến là :
    • GOF (Glass Optical Fiber) – cáp quang làm bằng thuỷ tinh.
    • POF (Plastic Optical Fiber) – cáp quang làm bằng plastic. POF có đường kính core khá lớn khoảng 1mm, sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu khoảng cách ngắn, mạng tốc độ thấp.

Trên các tài liệu kỹ thuật, bạn thường thấy cáp quang GOF ghi các thông số 9/125µm, 50/125µm hay 62,5/125µm, đây là đường kính của core/cladding; còn primary coating có đường kính mặc định là 250µm.

Bảo vệ sợi cáp quang là lớp vỏ ngoài gồm nhiều lớp khác nhau tùy theo cấu tạo, tính chất của mỗi loại cáp. Nhưng có ba lớp bảo vệ chính là :

  • lớp chịu lực kéo (strength member).
  • lớp vỏ bảo vệ ngoài (buffer)
  • lớp áo giáp (jacket) – tùy theo tài liệu sẽ có tên gọi khác nhau.

Strength member là lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng, thường làm từ các sợi Kevlar.Buffer thường làm bằng nhựa PVC, bảo vệ tránh va đập, ẩm ướt. Lớp bảo vệ ngoài cùng là Jacket. Mỗi loại cáp, tùy theo yêu cầu sử dụng sẽ có thêm các lớp jacket khác nhau.Jacket có khả năng chịu va đập, nhiệt và chịu mài mòn, bảo vệ phần bên trong tránh ẩm ướt và các ảnh hưởng từ môi trường.

Có hai cách thiết kế khác nhau để bảo vệ sợi cáp quang là ống đệm không chặt (loose-tube) và ống đệm chặt (tight buffer).

  • Loose-tube thường dùng ngoài trời (outdoor), cho phép chứa nhiều sợi quang bên trong. Loose-tube giúp sợi cáp quang “giãn nở” trước sự thay đổi nhiệt độ, co giãn tự nhiên, không bị căng, bẻ gập ở những chỗ cong.
  • Tight-buffer thường dùng trong nhà (indoor), bao bọc khít sợi cáp quang (như cáp điện), giúp dễ lắp đặt khi thi công. 

2, Các loại cáp quang phổ biến hiện nay

Các loại cáp quang khác nhau phụ thuộc vào chỉ số khúc xạ, vật liệu được sử dụng và phương thức truyền ánh sáng.

Phân loại dựa trên chỉ số khúc xạ:

  • Step Index: Loại này bao gồm một lõi được bao quanh bởi lớp bọc có chỉ số khúc xạ nhất định.
  • Graded Index: Chỉ số khúc xạ của sợi quang giảm khi khoảng cách xuyên tâm từ trục sợi tăng.

Phân loại dựa trên các vật liệu được sử dụng:

  • Sợi quang nhựa: polymethyl methacrylate là chất liệu cốt lõi để truyền ánh sáng.
  • Sợi thủy tinh: loại này bao gồm các sợi thủy tinh cực kỳ mịn.

Phân loại dựa trên chế độ truyền ánh sáng:

  • Single Mode: Những sợi này được sử dụng để truyền tín hiệu đường dài.
  • Multimode: Các sợi này được sử dụng để truyền tín hiệu khoảng cách ngắn.

Phân loại dựa trên sự kết hợp của các loại trên:

  • Step index-single mode
  • Graded index-Single mode 
  • Step index-Multimode
  • Graded index-Multimode

3, Các thông số cáp quang

  • Suy hao quang (Optical loss): lượng công suất quang (optical power) mất trong suốt quá trình truyền dẫn qua cáp quang, điểm ghép nối. Ký hiệu dB.
  • Suy hao phản xạ (Optical Return loss): ánh sáng bị phản xạ tại các điểm ghép nối, đầu nối quang.
  • Suy hao tiếp xúc (Insertion loss): giảm công suất quang ở hai đầu ghép nối. Giá trị thông thường từ 0,2dB – 0,5dB.
  • Suy hao (Attenuation): mức suy giảm công suất quang trong suốt quá trình truyền dẫn trên một khoảng cách xác định. Ký hiệu dB/km. Ví dụ, với cáp quang Multimode ở bước sóng 850nm suy giảm 3dB/km, trong khi ở bước sóng 1300nm chỉ suy giảm 1dB/km. Cáp quang Singlemode: suy giảm 0,4dB/km ở 1310nm, 0,3dB/km ở 1550nm. Đầu nối (connector) suy giảm 0,5dB/cặp đấu nối. Điểm ghép nối (splice) suy giảm 0,2 dB/điểm.
  • Bước sóng (Wavelength): là chu kỳ di chuyển của sóng điện từ. Ký hiệu nm (nanometer).

Ánh sáng chúng ta nhìn thấy được có wavelength từ 400nm đến 700nm (màu tím đến màu đỏ). Cáp quang sử dụng ánh sáng nằm trong vùng hồng ngoại có wavelength lớn hơn wavelength mà ta nhìn thấy – trong khoảng 850nm, 1300nm và 1550nm. Các bước sóng truyền dẫn quang được xác định dựa trên hai yếu tố nhằm khắc phục tình trạng suy hao do năng lượng và vật liệu truyền dẫn: các bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại và các bước sóng không nằm trong vùng hấp thu, cản trở năng lượng ánh sáng truyền dẫn (absorption) do tạp chất lẫn trong cáp quang từ quá trình sản xuất.

Vậy vì sao chúng ta không sử dụng các bước sóng dài hơn? Bước sóng hồng ngoại là sự chuyển tiếp giữa ánh sáng và nhiệt. Bước sóng dài hơn, nhiệt xung quang càng nóng hơn, tín hiệu nhiễu loạn nhiều hơn. Do đó, thường POF có bước sóng 650nm, 850nm. GOF với Multimode hoạt động ở 850nm và 1300nm, Singlemode ở 1310nm, 1550nm. Giữa hai bước sóng 1300nm và 1310nm không khác biệt nhau, chỉ là cách qui ước để phân biệt sử dụng cáp quang Singlemode hay Multimode.

III, Kết luận

Trước đây, cáp quang chỉ dùng để kết nối các đường trục chính của quốc gia, nhà cung cấp dịch vụ, doanh nghiệp lớn vì chi phí khá cao.

Hiện nay, giá thành cáp quang và các phụ kiện quang đã thấp hơn so với cách nay vài năm. Cùng với việc ứng dụng nhiều giải pháp như IP Camera, VoIP, Hội nghị truyền hình qua mạng, kết nối mạng gigabit giữa các tòa nhà, văn phòng, xưởng sản xuất; cáp quang dần trở thành lựa chọn số một cho việc triển khai hạ tầng mạng đòi hỏi nhiều băng thông và tốc độ cao.

Qua bài viết trên, quý đối tác đã có thể nắm rõ những thông tin về cấu tạo, nguyên lý truyền tín hiệu trong sợi quang. Cũng như cấu tạo,ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của cáp quang . Quý đối tác có nhu cầu về cáp quang,phụ kiện cáp quang nói chung,cáp quang OPGW và phụ kiện xin mời liên hệ sdt : 097.606.0110 để được tư vấn và báo giá nhanh nhất !

Content Protection by DMCA.com

One thought on “Sợi quang : Cấu tạo, nguyên lý truyền tín hiệu và ứng dụng

  1. Pingback: CÔNG TRÌNH THI CÔNG HÀN NỐI CÁP QUANG

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *