Cáp Quang Là Gì? Cáp Quang Có Cấu Tạo Và Ứng Dụng Ra Sao?

Cáp quang là gì? Nói đến cáp quang chắc hẳn chúng ta đã quá quen thuộc với nó, nhất là đối với những người thường xuyên sử dụng các thiết bị công nghệ như máy tính, laptop, máy chủ server,… Tuy nhiên, để hiểu chính xác về công dụng của nó không phải là điều đơn giản. Vì vậy, hãy đọc bài viết này để bổ sung thêm các kiến thức liên quan đến cáp quang nào.

Cáp quang là gì?

Cáp quang là một loại cáp viễn thông dài và mỏng làm bằng thủy tinh trong suốt có độ dày bằng một sợi tóc người. Chúng được bó thành cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trên một khoảng cách rất xa.

Cáp quang truyền tải tín hiệu và mạng bằng ánh sáng. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang ít bị nhiễu hơn, có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và truyền xa hơn.

Biết cáp quang là gì thì bạn có biết cáp quang dùng để làm gì không? Cáp quang ban đầu được sử dụng để liên lạc. Sau đó nó cũng được sử dụng trong xây dựng mạng. Với sự nghiên cứu và phát triển không ngừng, cáp quang đã trở nên hữu ích trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả điều trị y tế và một số ứng dụng thương mại.

Có thể nói, cáp quang đã mở ra một kỷ nguyên mới cho hệ thống thông tin thế giới. Nếu không có cáp quang, Internet sẽ không phát triển xa như hiện nay.

 

Quá trình hình thành và phát triển của cáp quang là gì?

Charles Kuen Kao và George Hockman, hai kỹ sư trẻ tại Phòng thí nghiệm chuẩn viễn thông của Anh, đã công bố một khám phá mới đầy hứa hẹn về sợi quang học hay sợi làm bằng thủy tinh hoặc bằng nhựa trong suốt, mỏng như một sợi tóc.

Tuy nhiên, khi sợi quang lần đầu tiên được công bố, việc sử dụng nó bị hạn chế vì thông điệp được chuyển đổi thành các xung ánh sáng nhưng nó chỉ có thể được truyền đi với một khoảng cách ngắn. Kao đã phát hiện ra rằng nguyên nhân của tình trạng này là do một số khiếm khuyết bên trong vật liệu sau khi tiến hành nghiên cứu sâu rộng.

Tìm hiểu về quá trình phát triển của cáp quang là gì, bạn nên biết Corning Glass Works, một nhà sản xuất gốm sứ và thủy tinh của Mỹ, vào năm 1970 đã tuyên bố rằng họ đã tạo ra một sợi cáp quang vượt quá giới hạn 20 dB. Trong khi các công ty khác tập trung vào lọc thủy tinh, Corning lại nghiên cứu về chất liệu silica, đây là một bước đi đúng đắn của họ.

Công nghệ cáp quang đã được triển khai và sử dụng rộng rãi bởi các công ty viễn thông vào cuối những năm 1970, nhưng nó đã không trở thành một cuộc cách mạng cho đến những năm 1990.

Cấu tạo của cáp quang là gì?

Cáp quang được tạo thành từ một dây dẫn trung tâm làm bằng thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế để cho phép truyền tín hiệu ánh sáng tối đa. Để phản xạ tín hiệu hiệu quả, sợi quang sẽ được tráng một lớp lót.

Cáp quang được tạo thành từ các thành phần sau:

• Core: Trung tâm phản chiếu của sợi quang mà ánh sáng truyền qua.
• Cladding: Vật chất quang học bên ngoài bao quanh lõi và phản xạ ánh sáng trở lại lõi.
• Buffer Coating: Lớp phủ bên ngoài linh hoạt giúp bảo vệ sợi khỏi hư hỏng và độ ẩm.
• Strength Member: Lớp này thường được làm bằng lụa Aramid (Kevlar) kim loại dạng sợi hoặc băng thép mỏng được uốn thành hình sin. Lớp này cũng rất chịu nhiệt.
• Jacket: Cáp quang là bó hàng trăm hoặc hàng nghìn sợi quang. Lớp bọc bên ngoài của cáp, được gọi là Jacket, bảo vệ các bó cáp này.

Cách thức hoạt động của cáp quang là gì?

Theo nguyên lý phản xạ nội toàn phần, ánh sáng bên trong sợi quang được truyền qua lõi, liên tục va đập vào lớp phản xạ ánh sáng. Sóng ánh sáng có thể truyền đi một khoảng cách xa vì lớp phản xạ ánh sáng này không hấp thụ ánh sáng bên trong lõi. Nguyên nhân chính làm giảm ánh sáng là thủy tinh không được tinh khiết.

Phân loại cáp quang

Multimode

Multimode stepped index: Lõi lớn (100 micron), các tia sáng dạng xung có thể truyền trong lõi theo nhiều hướng: thẳng, zig-zag… Các chùm tia riêng lẻ sẽ được tiếp nhận tại đích. Vì vậy xung dễ bị méo và biến dạng.

Multimode graded index: Chỉ số khúc xạ của lõi giảm từ bên trong ra Cladding. Các tia gần trục di chuyển chậm hơn các tia gần Cladding. Các tia đi theo một đường cong chứ không phải là một đường zig-zag. Do chùm tia hội tụ tại một điểm nên xung ít bị biến dạng hơn.

Single mode

Khi tìm hiểu về cáp quang là gì, bạn nên biết Single mode.

Lõi nhỏ (8 micron trở xuống) và hệ số khúc xạ thay đổi ít hơn so với multimode từ lõi đến Claddin. Các tia truyền song song với trục. Các xung thu được có độ hội tụ tốt và ít bị méo và biến dạng.

Các loại cáp quang thường gặp

Cáp quang FTTH (Fiber To The Home): Đây là loại cáp được gọi là dây cáp quang thuê bao. Các nhà cung cấp dịch vụ Internet sử dụng cáp quang FTTH để kết nối các hộ gia đình hoặc người dùng mạng LAN nhỏ với Internet.

Cáp quang luồn cống: Đây là loại cáp tròn có vỏ cứng thường được luồn, kéo dưới cống bể. Sợi quang sẽ dễ dàng di chuyển, không bị đứt gãy hay hư hỏng bởi các tác động bên ngoài nhờ công nghệ ống đệm lỏng.

Cáp quang treo: Đây là loại cáp quang bạn nên biết nếu đang tìm hiểu về cáp quang là gì. Đây là một loại cáp tương tự như cáp quang luồn cống. Cấu trúc của sợi cáp này được gia công từ dây thép gia cường để tạo thành hình số 8, giúp tăng tính đàn hồi và thường được nhìn thấy phổ biến ở các cột điện.

Cáp chôn trực tiếp: Loại cáp này còn được gọi là cáp quang cống kim loại. Loại cáp này vượt trội hơn cáp quang luồn cống nhờ cấu tạo có thêm lớp vỏ kim loại, thường được chôn trực tiếp xuống đất hoặc kéo dưới cống và không bị hư hỏng do tác động từ bên ngoài.

Cáp quang dã chiến: Đây là loại cáp chuyên dụng được sử dụng trong quân đội hoặc một số điểm truyền hình trực tiếp. Cáp này được cuộn tròn để vận chuyển linh hoạt cũng như kéo ra kéo vào liên tục. Ngoài ra, cáp này được thiết kế linh hoạt và cơ động, cũng như được bảo vệ khỏi các tác động bên ngoài.

Đặc điểm của cáp quang là gì?

• Phát: Đi-ốt phát sáng (LED) hoặc laser truyền dữ liệu ánh sáng dạng xung vào cáp quang.
• Nhận: cảm biến quang được sử dụng để chuyển đổi xung ánh sáng ngược thành dữ liệu.
• Do cáp quang chỉ truyền sóng ánh sáng (không có tín hiệu điện) nên nó có tốc độ nhanh, không bị nhiễu và không thể bị nghe lén.
• Do có độ suy hao thấp hơn so với cáp đồng nên nó có thể truyền tín hiệu đi xa hàng trăm km.
• Cài đặt đòi hỏi kiến ​​thức chuyên môn nhất định.
• Cáp quang và các thiết bị liên quan đắt hơn đáng kể so với cáp đồng.

Ưu nhược điểm của cáp quang là gì?

Ưu điểm

• Mỏng hơn: cáp quang có đường kính nhỏ hơn nhiều so với cáp đồng.
• Khả năng chịu tải cao hơn: Vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng nên chúng có thể được bó với nhiều sợi quang khác với đường kính đã cho hơn so với cáp đồng. Điều này cho phép nhiều kênh được định tuyến qua cáp của bạn.
• Mất tín hiệu ít hơn: Cáp quang ít bị mất tín hiệu hơn so với cáp đồng.
• Tín hiệu ánh sáng: Không giống như tín hiệu điện trong cáp đồng, tín hiệu ánh sáng trong sợi quang không can thiệp vào các sợi khác trong cùng một sợi cáp. Điều này cải thiện chất lượng tín hiệu.
• Sử dụng ít điện năng hơn: Vì cáp quang ít suy hao tín hiệu hơn so với cáp đồng nên bộ phát có thể sử dụng nguồn điện thấp hơn thay vì bộ phát có điện áp cao sử dụng trong cáp đồng. Biết được ưu điểm của cáp quang là gì, ta thấy nó cực kỳ hữu ích.
• Tín hiệu kỹ thuật số: Cáp quang lý tưởng để truyền tải dữ liệu kỹ thuật số. Nó đặc biệt hữu ích trong mạng máy tính.
• Không có nguy cơ hỏa hoạn vì không có điện đi qua cáp quang.

Nhược điểm

• Việc kết nối cáp khó khăn vì cáp phải càng thẳng càng tốt và không bị gập.
• Chi phí: Chi phí hàn nối và đầu tư thiết bị đầu cuối của cáp quang đắt hơn cáp đồng. Tuy nhiên, hiện nay đã có công nghệ bấm rệp nên cũng tiết kiệm một khoản kinh phí và rút ngắn thời gian bảo trì.

Ứng dụng của cáp quang là gì?

Viên thông và mạng Internet

Cáp quang truyền một lượng lớn dữ liệu với tốc độ cực nhanh. Loại cáp này cũng ít cồng kềnh hơn, nhẹ hơn, linh hoạt hơn và có thể mang nhiều dữ liệu hơn so với dây đồng truyền thống. Do đó, công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các loại cáp Internet.

Truyền hình cáp

Trong truyền hình cáp, ứng dụng của cáp quang là gì?

Việc sử dụng cáp quang trong truyền tín hiệu đã tăng lên đáng kể trong những năm gần đây. Do băng thông và tốc độ tăng lên, loại cáp này rất lý tưởng để truyền tín hiệu đến TV để cho độ phân giải cao. Hơn nữa, cáp quang ít tốn kém hơn so với cùng một lượng dây đồng.

Điện thoại: Gọi trong và ngoài nước chưa bao giờ dễ dàng hơn với cáp quang. Giao tiếp qua cáp quang cho phép bạn kết nối nhanh hơn và trò chuyện rõ ràng hơn.

Mạng máy tính: Việc sử dụng cáp quang giúp kết nối mạng giữa các máy tính trong một tòa nhà hoặc trên các địa điểm lân cận dễ dàng và nhanh hơn. Người dùng sẽ nhận thấy lượng thời gian cần thiết để truyền tệp và thông tin qua mạng giảm đi.

Y học và thương mại

Trong Y học và thương mại, ứng dụng của cáp quang là gì?

Trong lĩnh vực y học và nghiên cứu, giao tiếp quang học rất quan trọng trong các phương pháp phẫu thuật không xâm nhập. Quang học được sử dụng trong để chiếu sáng khu vực phẫu thuật bên trong cơ thể, giúp giảm số lượng và kích thước vết mổ. Kính hiển vi và nghiên cứu y sinh cũng sử dụng nó.

Nghệ thuật ánh sáng và trang trí

Cáp quang là một giải pháp đơn giản, tiết kiệm chi phí và hiệu quả cho các dự án chiếu sáng. Do đó, chúng thường được sử dụng trong trang trí ánh sáng và thắp sáng cây thông Noel.

Cơ khí 

Cáp quang vượt qua những thách thức trong việc kiểm tra các khu vực khó tiếp cận do kích thước nhỏ và tính linh hoạt của nó. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như kiểm tra tại chỗ cho kỹ sư và kiểm tra đường ống cho thợ ống nước.

Quân sự và không gian

Tìm hiểu về ứng dụng của cáp quang là gì, chắc hẳn bạn cũng biết do các ứng dụng quân sự và hàng không vũ trụ yêu cầu mức độ bảo mật dữ liệu cao nên cáp quang trở thành giải pháp tốt nhất để truyền dữ liệu trong các lĩnh vực này do ưu điểm không bị nhiễu từ các tín hiệu khác.

Công nghiệp ô tô

Cáp quang cũng được sử dụng trong việc chiếu sáng cho xe hơi và các tính năng an toàn khác. Do khả năng tiết kiệm không gian đồng thời mang lại hiệu quả hỗ trợ ánh sáng cao nên chúng được sử dụng trong chiếu sáng, cả bên trong và bên ngoài xe.

Hơn nữa, cáp quang có thể truyền tín hiệu ở tốc độ cao giữa các bộ phận khác nhau của xe, khiến chúng trở nên có giá trị trong các ứng dụng an toàn như kiểm soát lực kéo và túi khí an toàn.

Kết luận

Sau khi đọc bài viết của NSTECH, hy vọng bạn sẽ hiểu rõ hơn về cáp quang là gì, cấu tạo và công dụng của cáp quang cũng như những ứng dụng đặc biệt của nó.

Về cơ bản, việc sử dụng cáp quang ngày càng trở nên phổ biến. Dù hiện tại cáp quang chưa thay thế hoàn toàn cho cáp đồng, nhưng trong tương lai, nó có thể làm được điều này.