1. Cấu Trúc Cáp Quang
Cáp quang được cấu tạo từ một ống thủy tinh bao gồm nhiều lớp thủy tinh xếp chồng lên nhau, khi nhìn cắt ngang sẽ thấy các vòng tròn đồng tâm. Mỗi lớp thủy tinh này có một chỉ số khúc xạ khác nhau.
- Lõi (Core): Có chỉ số khúc xạ cao hơn lớp vỏ (Cladding). Điều này đảm bảo hiện tượng phản xạ toàn phần tại ranh giới lõi và vỏ, giúp ánh sáng được dẫn qua lõi cáp.
- Cáp quang đa mode (Multimode):
- Lõi có chỉ số khúc xạ giảm dần từ trung tâm ra ngoài.
- Đường kính lõi: 50 hoặc 62,5 μm.
- Sử dụng cho hệ thống truyền tín hiệu ngắn.
- Cáp quang đơn mode (Single Mode):
- Lõi có đường kính khoảng 8,5 μm.
- Chuyên dùng cho hệ thống băng thông cao, truyền dẫn xa.
Cả hai loại cáp đều được bọc thêm một lớp nhựa bảo vệ để tránh hư hại bề mặt thủy tinh.
Hình 1: Các mặt cắt ngang của sợi cáp quang
Chúng ta liên hệ một xíu về bài viết module 1756-RM2 có đề cập đến thông số sau: “Loại cáp: 8.5/125 µm single-mode fiber-optic cable”. Như vậy qua cấu trúc quang ở trên chúng ta có thể hiểu:
Thông số 8.5/125 µm trong cable type 8.5/125 µm single-mode fiber-optic cable đề cập đến đường kính của sợi quang trong cáp quang đơn mode.
- 8.5 µm: Đây là đường kính của lõi (core) sợi quang, là phần truyền tải tín hiệu ánh sáng. Lõi có đường kính 8.5 micromet (µm) là một kích thước đặc trưng cho sợi quang đơn mode, cho phép truyền tải ánh sáng với một sóng đơn (single mode) trên một khoảng cách xa hơn và với ít suy giảm tín hiệu hơn so với cáp đa mode.
- 125 µm: Đây là đường kính của lớp vỏ bọc (cladding) xung quanh lõi sợi quang. Lớp vỏ này có tác dụng giữ cho ánh sáng truyền trong lõi không thoát ra ngoài, bảo vệ tín hiệu khỏi bị mất và giảm suy hao.
Tóm lại, cáp quang 8.5/125 µm có lõi có đường kính 8.5 µm và vỏ bọc 125 µm, phù hợp cho các ứng dụng truyền tải dữ liệu qua khoảng cách dài với hiệu suất cao trong các hệ thống mạng sử dụng quang đơn mode.
2. Wavelength (bước sóng)
Wavelength (bước sóng) trong cáp quang là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng ánh sáng liên tiếp, được sử dụng để truyền tín hiệu qua sợi quang. Đây là một đại lượng quan trọng trong công nghệ truyền thông quang, thường được đo bằng nanomet (nm).
Các dải bước sóng phổ biến trong cáp quang:
- 850 nm (Vùng sóng ngắn, Short Wavelength):
- Thường được sử dụng trong sợi quang đa mode (Multimode Fiber).
- Ứng dụng phổ biến trong mạng LAN và hệ thống dữ liệu ngắn hạn.
- 1310 nm (Vùng sóng trung bình, Medium Wavelength):
- Sử dụng cả trên sợi đơn mode (Single Mode Fiber) và đa mode.
- Tín hiệu ít bị suy hao, phù hợp cho truyền dẫn khoảng cách trung bình.
- 1550 nm (Vùng sóng dài, Long Wavelength):
- Chủ yếu được sử dụng trên sợi đơn mode.
- Có mức suy hao thấp nhất, thường dùng cho các ứng dụng truyền dẫn đường dài và hệ thống mạng quang hiện đại như WDM (Wavelength Division Multiplexing).
Lý do bước sóng quan trọng:
- Tối ưu hóa hiệu suất truyền dẫn: Các bước sóng khác nhau có mức suy hao và tán sắc quang học khác nhau, ảnh hưởng đến khoảng cách và tốc độ truyền.
- Phân chia tín hiệu: Công nghệ WDM cho phép truyền nhiều tín hiệu trên cùng một sợi quang bằng cách sử dụng các bước sóng khác nhau.
Liên hệ về bài viết module 1756-RM2 có đề cập về Wavelength là 1310 nm và cáp single-mode. Và bây giờ chúng ta sẽ đi tìm hiểu sự khác biệt giữa bước sóng sử dụng trong cáp quang Single Mode và Multimode để hiểu về thông số trên:
Có sự khác biệt giữa bước sóng sử dụng trong cáp quang Single Mode và Multimode do đặc điểm thiết kế và ứng dụng của từng loại cáp. Dưới đây là sự khác biệt chính:
Đặc điểm bước sóng trong Single Mode và Multimode:
| Đặc điểm | Single Mode | Multimode |
|---|---|---|
| Bước sóng phổ biến | 1310 nm và 1550 nm | 850 nm và 1300 nm |
| Loại ánh sáng truyền dẫn | Ánh sáng laser (laser diode) | Ánh sáng LED (light-emitting diode) |
| Lý do lựa chọn bước sóng | Tối ưu cho khoảng cách xa, suy hao thấp | Tối ưu cho khoảng cách ngắn và chi phí thấp |
| Kích thước lõi sợi quang | 8-10 µm | 50 µm hoặc 62.5 µm |
Lý do bước sóng khác nhau giữa hai loại cáp:
- Single Mode Fiber:
- Được thiết kế với lõi sợi quang rất nhỏ (8-10 µm) để ánh sáng chỉ truyền theo một chế độ (mode) duy nhất.
- Do đó, bước sóng dài hơn (1310 nm, 1550 nm) được sử dụng để giảm hiện tượng tán sắc và suy hao, phù hợp với truyền dẫn khoảng cách xa (hàng chục đến hàng trăm km).
- Multimode Fiber:
- Lõi sợi lớn hơn (50 µm hoặc 62.5 µm), cho phép ánh sáng truyền qua nhiều chế độ (mode).
- Sử dụng bước sóng ngắn hơn (850 nm, 1300 nm), phù hợp với truyền dẫn khoảng cách ngắn (dưới 2 km), chẳng hạn trong mạng LAN hoặc trung tâm dữ liệu.
Ảnh hưởng của bước sóng đến hiệu suất:
- Đối với Multimode:
- Ở bước sóng 850 nm, ánh sáng có tán sắc cao hơn, nhưng điều này không ảnh hưởng lớn trong khoảng cách ngắn.
- Thường sử dụng với các bộ thu phát chi phí thấp, vì công nghệ LED ít tốn kém hơn laser.
- Đối với Single Mode:
- Ở bước sóng 1310 nm hoặc 1550 nm, ánh sáng ít bị tán sắc và suy hao, rất lý tưởng cho khoảng cách xa hoặc mạng diện rộng (WAN).
- Tuy nhiên, các thiết bị laser diode cho bước sóng dài đắt hơn.
Tóm tắt:
- Multimode Fiber: Dùng bước sóng ngắn hơn (850 nm, 1300 nm) để tối ưu chi phí, truyền trong phạm vi ngắn.
- Single Mode Fiber: Dùng bước sóng dài hơn (1310 nm, 1550 nm) để giảm suy hao, truyền xa với hiệu suất cao hơn.
3. Attenuation (suy hao)
Suy hao trong cáp quang là sự mất mát tín hiệu quang khi ánh sáng truyền qua lõi cáp. Suy hao này được đo bằng đơn vị dB/km và xảy ra do nhiều yếu tố như:
- Hấp thụ (Absorption): Do các tạp chất trong lõi thủy tinh hấp thụ ánh sáng.
- Tán xạ (Scattering): Do sự không đồng nhất trong vật liệu gây ra hiện tượng ánh sáng bị tán xạ.
- Uốn cong (Bending Loss): Khi cáp bị uốn cong quá mức, ánh sáng có thể bị thoát ra ngoài lõi.
- Kết nối và nối mối (Connector/Splice Loss): Tổn thất tại các điểm kết nối hoặc mối nối giữa các sợi cáp.
Bảng so sánh cáp quang Single Mode và Multi Mode
| Tiêu chí | Single Mode | Multi Mode |
|---|---|---|
| Đường kính lõi (Core) | Nhỏ (8-10 µm) | Lớn (50 hoặc 62.5 µm) |
| Loại ánh sáng | Ánh sáng đơn sắc (Single wavelength) | Ánh sáng đa sắc (Multiple wavelengths) |
| Khoảng cách truyền | Lớn (lên đến hàng chục hoặc hàng trăm km) | Ngắn (thường dưới 2 km) |
| Băng thông | Cao, hỗ trợ tốc độ cao | Thấp hơn do hiện tượng tán sắc |
| Ứng dụng | Dùng trong mạng viễn thông, truyền tải xa | Dùng trong mạng nội bộ (LAN) hoặc trung tâm dữ liệu |
| Giá thành | Cao hơn | Thấp hơn |
| Nguồn sáng | Laser (do lõi nhỏ, cần nguồn sáng tập trung) | LED hoặc Laser |
| Suy hao | Thấp (~0.4 dB/km tại 1310 nm) | Cao hơn (~2-3 dB/km tại 850 nm) |
| Chi phí thiết bị kết nối | Cao (do cần thiết bị laser đắt tiền) | Thấp hơn (dùng LED hoặc laser công suất thấp) |
Tóm lại:
Multi Mode thích hợp cho các khoảng cách ngắn với chi phí thấp hơn, như mạng LAN hoặc trong các tòa nhà.
Single Mode phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu truyền xa và tốc độ cao như mạng viễn thông và cáp quang biển.
4. Tốc độ truyền dữ liệu (Transmission)
Ở bài viết module 1756-RM2 có đề cập về Transmission: 1000 Mbps. Transmission 1000 Mbps trong cáp quang đề cập đến tốc độ truyền dữ liệu đạt 1 Gbps (Gigabit per second) qua mạng cáp quang. Đây là tốc độ phổ biến trong các ứng dụng mạng hiện đại, đặc biệt trong các hệ thống mạng doanh nghiệp, trung tâm dữ liệu, và mạng gia đình cao cấp.
Các khái niệm liên quan:
- Tốc độ truyền dữ liệu (Bandwidth): Là tốc độ tối đa mà dữ liệu có thể được truyền qua một đường truyền trong một giây, đo bằng Mbps hoặc Gbps.
- 1000 Mbps = 1 Gbps.
- Cáp quang (Fiber Optic Cable): Loại cáp sử dụng sợi thủy tinh hoặc nhựa để truyền tín hiệu ánh sáng thay vì tín hiệu điện như trong cáp đồng. Điều này mang lại tốc độ cao hơn và ít suy hao tín hiệu hơn so với cáp đồng truyền thống.
- Ứng dụng thực tiễn:
- Truyền video độ phân giải cao (HD, 4K, 8K).
- Hệ thống máy chủ (Server) và lưu trữ đám mây.
- Các hệ thống mạng LAN/WAN tốc độ cao.
- Ứng dụng IoT với yêu cầu băng thông lớn.
- Ưu điểm của tốc độ 1000 Mbps trong cáp quang:
- Độ trễ thấp: Phù hợp cho các ứng dụng thời gian thực như gọi video, chơi game trực tuyến.
- Tốc độ ổn định: Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ.
- Khả năng mở rộng: Hỗ trợ nâng cấp lên tốc độ cao hơn trong tương lai.
Nếu bạn cần triển khai hệ thống mạng tốc độ cao hoặc đang tìm hiểu về các chuẩn giao tiếp, hãy đảm bảo các thiết bị mạng (switch, router) hỗ trợ chuẩn Gigabit Ethernet để tối ưu hóa hiệu năng.