DÂY TRUYỀN TÍN HIỆU – Part 2

Cáp Quang

Cấu tạo

Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu, dùng ánh sáng truyền dẫn tín hiệu, do đó ít suy hao và thường được dùng cho kết nối khoảng cách xa. Trong khi cáp đồng sử dụng dòng điện để truyền tín hiệu, dễ bị suy hao trong quá trình truyền và có khoảng cách kết nối ngắn hơn. Nó có thể truyền dữ liệu lên đến 40 km với tốc độ 100Gbps.

Cấu tạo của cáp quang gồm có 5 thành phần chính:

• Lớp lõi: là phần trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi và nó được làm bằng sợi thủy tinh hoặc plastic để truyền dẫn ánh sáng.
  
• Lớp phản xạ ánh sáng: bao bọc core, là lớp phản xạ ánh sáng nhằm bảo vệ và phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi. Ánh sáng truyền đi từ đầu này đến đầu kia sợi quang bằng cách phản xạ toàn phần tại mặt ngăn cách giữa core lớp bọc và được định hướng trong core.
  
• Lớp phủ: là lớp phủ dẻo bên ngoài (hay còn gọi là lớp vỏ nhựa PVC) giúp bảo vệ core và cladding không bị bụi, ẩm, trầy xước, chống lại sự xâm nhập của hơi nước, giảm sự gập gãy uốn cong của sợi cáp quang. Lớp phủ này được nhuộm các màu khác nhau theo chuẩn màu được quy định trong ngành viễn thông để phân biệt với nhau
  
• Thành phần gia cường: là vật liệu thường được dùng là sợi tơ Aramit, kim loại có dạng sợi, hoặc lớp băng thép mỏng được dập gợn thành sóng hình sin.
  
• Lớp vỏ ngoài: vỏ cáp có tác dụng bảo vệ ruột cáp tránh khỏi những ảnh hưởng của tác động bên ngoài như va đập, loài vật gặm nhấm, ẩm ướt.

Phân loại và ứng dụng

Cáp quang sử dụng ánh sáng để gửi dữ liệu. Nó phản chiếu ánh sáng từ điểm cuối này sang điểm cuối khác. Căn cứ vào phương thức số lượng chùm ánh sáng được truyền tại một thời điểm nhất định (Mode), cáp quang được chia chia 2: cáp quang Single Mode (SM) và cáp quang Multimode (MM).

Vậy Mode là gì?

• Mode là một thuật ngữ trong cáp quang mạng, được dùng trong sợi cáp quang, có nghĩa là tia sáng. Khi tia sáng được truyền đi trong sợi quang, tia sáng sẽ đi theo 3 đường, tương ứng với 3 tia sáng khác nhau.
  
  • Tia High Order Mode: là những tia sáng lan truyền trong sợi cáp quang có số lần phản xạ lớn. Thời gian tia sáng lan truyền trong sợi quang từ A đến B lâu hơn so với các tia sáng Low Order Mode.
    
  • Tia Low Order Mode là: những tia sáng lan truyền trong sợi cáp quang có số lần phản xạ ít. Thời gian tia sáng lan truyền trong sợi quang từ A đến B nhanh hơn các tia sáng High Order Mode.
    
  • Tia Axial Mode là: tia sáng lan truyền dọc theo trục trung tâm của sợi cáp quang. Thời gian tia sáng lan truyền trong sợi quang từ A đến B là nhanh nhất.
    

• Ba loại tia sáng này có chiều dài khác nhau khi truyền trong sợi quang. Dẫn đến tại cùng một thời điểm, được truyền đi với cùng một vận tốc đến cuối sợi quang thì thời điểm là khác nhau. Sự chênh lệch thời điểm giữa các tia sáng trong cáp quang gọi là hiện tượng tán sắc.

Cáp quang Single Mode (SM)

• Có đường kính lõi khá nhỏ (khoảng 9 micro) hệ số thay đổi khúc xạ thay đổi từ lõi ra cladding ít hơn multimode. Các tia truyền theo phương song song trục. Sử dụng nguồn sáng laser truyền tia sáng xuyên suốt vì vậy tín hiệu rất ít khi bị suy hao và có tốc độ khá lớn. SM thường hoạt ở 3 bước sóng là 1310nm, 1550nm và 1627nm.
  
• Các đặc tính cơ bản:
  
  • Chiều dài tối đa là 5000m
    
  • Bán kính cong nhỏ nhất khi lắp đặt: gấp 20 lần bán kính ngoài của cáp
    
  • Bán kính cong nhỏ nhất sau khi lắp đặt: gấp 10 lần đường kính ngoài của cáp
    
  • Lực kéo lớn nhất khi lắp đặt: 2700N
    
  • Lực kéo lớn nhất khi làm việc: 1300N
    
  • Lực nén lớn nhất khi lắp đặt: 2000N/100mm
    
  • Khả năng chịu va đập với E= 10N.m, r= 150mm: 30 lần va đập
    
  • Khoảng nhiệt độ bảo quản dao động từ -30 đến 60 độ
    
  • Khoảng nhiệt độ khi lắp đặt dao động từ -5 đến 50 độ
    
  • Khoảng nhiệt độ làm việc dao động từ -30 đến 60 độ
    
• Ứng dụng trong thực tiễn:
  
  • Với khả năng truyền tải lượng lớn dữ liệu ở tốc độ cao, chống nhiễu, ít suy hao, Không bị nhiễu bởi các tín hiện điện, điện từ hoặc thậm chí cả bức xạ ánh sáng, bảo mật, linh hoạt và tiện dụng, cáp quang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như:
    
    • Internet: truyền tải lượng lớn dữ liệu ở tốc độ rất cao.
      
    • Viễn thông: truyền tải tín hiệu điện thoại bằng cáp quang.
      
    • Mạng máy tính: khả năng liên kết trao đổi dữ liệu.
      
    • Truyền hình cáp: truyền tải tín hiệu truyền hình bằng cáp quang.
      
    • Y khoa: công nghệ nội soi nano.
      
    • Khoa học vũ trụ, công nghệ cơ khí…
      
  • Với sự ra đời của cáp quang đã và đang đáp ứng cho mở rộng hệ thống về phương diện quy mô, hiệu quả, an toàn ngày càng tăng của khách hàng.
    

Cáp quang Multimode (MM)

• là một loại sợi quang được thiết kế để mang nhiều tia sáng hoặc chế độ đồng thời, mỗi sợi ở một góc phản xạ khác nhau bên trong lõi sợi quang, bao gồm các sợi thủy tinh có đường kính phổ biến trong phạm vi từ 50 đến 100 micron đối với phần tử mang ánh sáng. Kích thước phổ biến nhất là 62,5 micron.
  
• có đường kính core lớn hơn SM (khoảng 50µm, 62.5µm), sử dụng nguồn sáng Led hoặc laser để truyền tia sáng và thường hoạt động ở 2 bước sóng 850nm, 1300nm. Multimode có khoảng cách kết nối và tốc độ truyền dẫn nhỏ hơn SingleMode.
  
• Khác với loại cáp quang Single Mode chỉ truyền một loại tia sáng Axial, cáp quang Multimode này truyền cả 3 loại tia sáng (High Order, Low Order và Axial), vì vậy sợi quang Multimode chịu nhiều ảnh hưởng của hiện tượng tán sắc. Thích hợp sử dụng nhiều trong các phương tiện truyền thông.
  
• Đặc tính cơ bản:
  
  • Phát: Một điốt phát sáng (LED) hoặc laser truyền dữ liệu xung ánh sáng vào cáp quang.
    
  • Nhận: sử dụng cảm ứng quang chuyển xung ánh sáng ngược thành data.
    
  • Cáp quang chỉ truyền sóng ánh sáng (không truyền tín hiệu điện) nên nhanh, không bị nhiễu và bị nghe trộm.
    
  • Độ suy dần thấp hơn các loại cáp đồng nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn km.
    
  • Cài đặt đòi hỏi phải có chuyên môn nhất định.
    
  • Cáp quang và các thiết bị đi kèm rất đắt tiền so với các loại cáp đồng
• Phân loại:
  
  • Sợi quang Multimode chiết suất bậc: Đây là sợi quang có lõi đồng nhất, có chiết suất là n1 và lớp phản xạ ánh sáng xung quanh lõi có chiết xuất n2. Sợi quang Multimode chiết suất bậc bị ảnh hưởng nhiều do hiện tượng tán sắc. Do đó, băng thông không cao và không được sử dụng trong các hệ thống mạng.
    
  • Sợi quang Multimode chiết suất biến đổi: Lõi sợi quang được kết hợp từ nhiều lớp thủy tinh có chiết suất n1, n2, n3… khác nhau. Lớp thủy tinh bên trong có chiết xuất cao hơn lớp bên ngoài. Các tia sáng sẽ lan truyền chậm hơn khi gặp chiết xuất cao và sẽ nhanh hơn khi gặp chiết xuất thấp.
• ứng dựng thực tiễn:
  
  • Cáp quang Multimode đảm bảo cho hệ thống mạng nội bộ trên nền cáp quang dùng trong các doanh nghiệp, nhà máy, xí nghiệp… đươc hoạt động hiệu quả, có thể truyền dẫn tín hiệu video, âm thành, hình ảnh tốc độ cao với khoảng cách xa mà không làm giảm chất lượng tín hiệu.

Phân biệt single mode và multi mode

• Cáp quang Single Mode
  
  • Đường kính lõi sợi:9/125
    
  • Chỉ truyền một loại sóng, không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng tán sắc.
    
  • Bước sóng chuẩn: 1310, 1550, 1627.
    
  • Chiều dài tối đa là 5000m.
    
  • Băng thông: về mặt lý thuyết băng thông của cáp quang SM không có giới hạn do nó cho phép chế độ một ánh sáng đi qua tại một thời điểm.
• Cáp quang Multi Mode
  
  • Đường kính lõi sợi:50/125 và 62.5/125
    
  • Truyền đa sóng, bị ảnh hưởng bởi hiện tượng tán sắc.
    
  • Bước sóng chuẩn là: 780, 850 và 1300
    
  • Chiều dài tối đa: hàng ngàn km
    
  • Băng thông: khác nhau tùy theo từng loại
    
    • OM1: đường kính lõi 62.5 μm, băng thông đạt 200/500 MHz-km tại bước sóng 850/1300 nm.
      
    • OM2: đường kính lõi 50 μm, băng thông đạt 500/500 MHz-km tại bước sóng 850/1300 nm.
      
    • OM3: đường kính lõi 50 μm, nguồn phát laser giúp tăng băng thông đạt tới 2000 MHz-km, hỗ trợ ứng dụng 10 GE.
      
    • OM4: đường kính lõi sợi quang 50 μm, băng thông hoạt động hơn 2 lần so với OM3, đạt mức 4700 MHz-km, đặc biệt được thiết kế cho ứng dụng 10, 40 và 100 GE.

Đặc điểm chung

• Ưu điểm:
  
  • Cáp quang có dung lượng lớn
    
  • Kích thước và trọng lượng nhỏ do đó dễ dàng lắp đặt
    
  • Không bị nhiễu bởi các tín hiện điện, điện từ hoặc thậm chí cả bức xạ ánh sáng
    
  • Tính cách điện do được làm từ thủy tinh, không chứa vật chất dẫn điện nên rất an toàn khi sử dụng trong các môi trường đòi hỏi tính an toàn cao
    
  • Chúng co tính bảo mật cao không thể bị lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường khác
    
  • Độ tin cậy cao do cáp quang được thiết kế thích hợp có thể chịu đựng được những điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt và thậm chí có thể hoạt động ở dưới nước
    
  • Tính linh hoạt do các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại và video. Các hệ thống này đều có thể tương thích với các chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, Arcnet, FDDI, T1, T2, T3, Sonet, thoại 2/4 dây, tín hiệu E/M, video tổng hợp và còn nhiều nữa
    
  • Dễ dàng nâng cấp khi chỉ cần thay thế thiết bị thu phát quang còn hệ thống cáp sợi quang vẫn có thể được dữ nguyên.
• Nhược điểm:
  
  • Yêu cầu cao về mặt thiết bị và kỹ thuật trong công tác hàn đấu nối đầu cuối, dễ gây suy hao, biến đổi tín hiệu nếu mối hàn không đạt chuẩn.
    
  • Do đặc tính truyền dẫn ánh sáng trong dạng hình ống nên dây dẫn phải trong trạng thái phải thẳng để đạt được hiệu suất cao nhất, không được gãy dập, gập khúc.
    

**** 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 và cáp quang trở thành lựa chọn số một. Cáp quang 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…

*** Bài viết cùng chủ đề

Dây Truyền Tín Hiệu – Part 1

Dây Truyền Tín Hiệu – Part 3