Chương VI: Tìm hiểu về cáp quang, truyền dẫn dữ liệu bằng cáp quang
Cáp quang là sợi truyền dẫn tín hiệu ánh sáng thường được làm bằng sợi thủy tinh hoặc plastic. Kích thước của một sợi cáp quang rất nhỏ tương đương với một sợi tóc.
Chương VI: Tìm hiểu về cáp quang, truyền dẫn dữ liệu bằng cáp quang
I/ Các thành phần chính của một sợi cáp quang:
- Lõi (core): là thành phần quan trọng nhất giúp truyền dẫn tín hiệu ánh sáng thường là sợi thủy tinh hoặc plastic có chiết suất là n1
- Lớp bọc lõi (Cladding): là lớp bao phía ngoài lõi có chiết suất n2 < n1
- Lớp phủ ngoài (Coating): có chức năng loại bỏ những tia khúc xạ ra ngoài lớp bọc, chống lại sự xâm nhập của hơi nước, tránh sự trầy xước, giảm sự gập gãy uốn cong của sợi cáp quang.
- Lớp gia cường (Strength member) là lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng, thường làm từ các sợi Kevlar.
- Lớp vỏ (outer 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.
II/ Phân loại cáp quang theo chất liệu:
Cáp quang Singlemode (SM) có đường kính core khá nhỏ (khoảng 9µm), sử dụng nguồn phát laser truyền tia sáng xuyên suốt vì vậy tín hiệu ít bị suy hao và có tốc độ khá lớn. SM thường hoạt động ở 2 bước sóng (wavelength) 1310nm, 1550nm. Cáp quang Singlemode truyền được dữ liệu với khoảng cách không giới hạn rất xa nên được sử dụng phổ biến trong việc truyền dẫn tín hiệu internet.
Cáp quang Multimode (MM) có đường kính core lớn hơn SM (khoảng 50µm, 62.5µm). MM sử dụng nguồn sáng LED (Light Emitting Diode) hoặc laser để truyền tia sáng và thường hoạt động ở 2 bước sóng 850nm, 1300nm; MM có khoảng cách kết nối và tốc độ truyền dẫn nhỏ hơn SM. Cáp quang Multimode được sử dụng để truyền dẫn dữ liệu với khoảng cách ≤ 5Km, thường được các doanh nghiệp, cơ quan sử dụng trong các hệ thống mạng nội bộ, truyền thông trong công nghiệp.
III/ Cách cách truyền dẫn tín hiệu cáp quang:
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 ric rắc 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/ Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần (Multimode Graded Index : chiết suất biến đổi)
các tia sáng có dạng phân bố parabol, các trùm tia hội tụ tại một điểm do đó tốc độ truyền nhanh hơn và ít bị suy hao.
Những ưu điểm nổi bật của truyền dẫn tín hiệu bằng cáp quang so với cáp đồng:
Cáp đồng truyền dẫn tín hiệu dưới dạng dòng điện, do đặc thù cấu tạo của kim loại sẽ sinh ra điện trở nên sẽ cản trở dòng điện này, dây dẫn càng dài thì điện trở càng lớn => tốc độ dữ liệu truyền đi bị giới hạn. Đồng thời khi so sánh vận tốc truyền giữa vận tốc chuyển động của các electron tự do trong kim loại cũng sẽ chậm hơn so với vận tốc ánh sáng.
Cáp quang truyền dẫn tín hiệu dưới dạng tia sáng, việc sử dụng kiểu truyền Multimode Graded Index đã hạn chế rất nhiều khả năng tiêu hao của tín hiệu từ dó mà cáp quang có thể truyền dẫn được các gói dữ liệu lớn hơn rất nhiều so với cáp đồng.
Trong quá trình xây dựng cơ sở hạ tầng cáp quang nếu có quá trình nâng cấp chỉ cần nâng cấp đầu truyền tín hiệu mà không cần phải thay thế lại toàn bộ cáp tín hiệu => tiết kiệm được chi phí.
FTTH: (Fiber-To-The-Home) dịch vụ viễn thông băng thông rộng bằng cáp quang được nối đến tận nhà
Do nhiều ưu điểm nên hệ thống cáp quang truyền dẫn tín hiệu được kết nối xuyên quốc gia trên toàn thế giới thông qua việc thả cáp xuống dưới biển.
mặt cắt ngang một sợi cáp quang dưới biển. bằng mắt thường chắc bạn sẽ không thể nhìn ra lõi sợ cáp quang mà chỉ thấy phần bảo vệ bên ngoài để đảm bảo an toàn cho phần lõi bên trong.