Làm thế nào để cáp truyền thông sợi quang thực sự hoạt động?
Về cơ bản nhất, một cáp quang truyền thông được cấu tạo từ các sợi thủy tinh, như các sợi, khoảng đường kính của tóc người, mỗi sợi có thể truyền các thông điệp được điều chỉnh lên sóng ánh sáng với tốc độ ánh sáng. Họ cung cấp băng thông lớn hơn cáp dây đồng và đã trở thành lựa chọn để đáp ứng các nhu cầu của thời đại của internet nơi một lượng lớn dữ liệu (ví dụ: ứng dụng phát trực tuyến) phải được phân phối cho hàng ngàn người đăng ký, cách xa và ngay lập tức. Cáp sợi quang không chỉ được tìm thấy trong các hệ thống truyền thông, chúng còn được sử dụng trong các ứng dụng mạng công nghiệp, cảm biến và hệ thống điện tử.
Bước đầu tiên để hiểu làm thế nào các tác phẩm sợi quang là hiểu những gì xảy ra khi bạn gửi ánh sáng qua không khí hoặc nước. Ánh sáng đi như một làn sóng. Khi nó đi qua không khí, sóng mất một số năng lượng và trở nên lan rộng hơn. Kết quả là chùm sáng trở nên rộng hơn và ít dữ dội hơn. Mất cường độ này được gọi là suy giảm.
Tuy nhiên, khi ánh sáng đi vào nước, nó không mất bất kỳ năng lượng nào. Thay vào đó, nó uốn cong xung quanh các phân tử nước, giúp ánh sáng dễ dàng đi qua. Nước cũng làm chậm vận tốc của ánh sáng theo hệ số 1/V2 trong đó V là tốc độ ánh sáng trong nước. Điều này có nghĩa là ánh sáng đi qua nước sẽ đi xa hơn nếu nó đi qua không khí. Sợi quang sử dụng các nguyên tắc này để mang dữ liệu từ điểm này sang điểm khác.
Hầu hết các sợi quang được sử dụng ngày nay bao gồm các sợi thủy tinh (lõi) được làm bằng silica tinh khiết được bao quanh bởi vật liệu ốp làm từ silica pha tạp. Lõi nhỏ đến mức chỉ có một tia sáng duy nhất ở một bước sóng cụ thể có thể đi qua cuối. Chúng được gọi là sợi đơn chế độ. Trong thiết kế này, lớp ốp có chỉ số khúc xạ thấp hơn và hoạt động như gương để giữ chế độ bên trong lõi. Hiện tượng này được gọi là phản ánh nội bộ.
Hiệu suất của các sợi quang phụ thuộc vào mức độ chúng có thể truyền ánh sáng. Một cách để đo lường điều này là bằng cách đo mức mất lợi nhuận (còn được gọi là mất chèn) của sợi. Mất lợi nhuận được định nghĩa là tỷ lệ giữa công suất theo hướng chuyển tiếp và công suất theo hướng ngược lại. Nếu tổn thất trở lại cao, nhiều ánh sáng sẽ bị mất khi đi qua sợi so với khi tổn thất trở lại thấp.
Ưu điểm của cáp quang
Sợi quang có nhiều lợi thế so với dây đồng truyền thống:
1.ultra Hiệu suất truyền tốc độ cao
Phương tiện sợi quang truyền các tín hiệu qua các xung photon và tốc độ truyền của nó có thể đạt tới gấp ngàn lần so với cáp đồng (thường là 100+ Gbps), đặc biệt phù hợp với các kịch bản ứng dụng với các yêu cầu thời gian thực nghiêm ngặt như dịch vụ truyền phát truyền phát điện 4k/8K. Sợi quang đơn chế độ đã đạt được tốc độ truyền đột phá là 1 petabit/s trong môi trường phòng thí nghiệm.
2.ultra lớn công suất băng thông
Nhờ ứng dụng trưởng thành của công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng (WDM), một sợi quang duy nhất có thể đồng thời mang tín hiệu quang của các bước sóng khác nhau như băng tần C (1530-1565 nm) và dải L (1565-1625 nm). Thông qua công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng dày đặc (DWDM), hơn 96 kênh truyền song song sợi đơn có thể đạt được, về mặt lý thuyết đạt được hàng trăm công suất băng thông cấp TBPS.
3. Đặc điểm truyền mất mát thấp
Sợi quang Quartz có hệ số suy giảm của 0. 2DB/km trong cửa sổ 1550nm. Với công nghệ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA), nó có thể đạt được khoảng cách truyền không rơle hơn 100km. So sánh, việc mất cáp đồng Cat6a là 21,3dB trên 100 mét ở 100 MHz.
4. Đặc điểm miễn dịch từ tính
Sợi quang sử dụng cấu trúc ống dẫn sóng điện môi SiO₂ để truyền tín hiệu, điều này cơ bản tránh các vấn đề nhiễu điện từ (EMI) và nhiễu tần số vô tuyến (RFI) mà cáp đồng phải đối mặt. Tính năng này làm cho nó không thể thay thế đối với hệ thống dây điện trong môi trường điện từ mạnh như trạm biến áp điện áp cao (lớn hơn hoặc bằng 500kV) và phòng thiết bị MRI y tế.
5. Cơ chế bảo mật
Nguy cơ rò rỉ thông tin của hệ thống sợi quang chủ yếu tồn tại trong thiết bị chấm dứt. Không có bức xạ điện từ trong quá trình truyền. Công nghệ OTDR có thể theo dõi sự bất thường mất quang học ở cấp độ 0. 01DB trong thời gian thực. Theo tiêu chuẩn NIST SP 800-53, bảo mật lớp vật lý của kênh sợi quang đạt đến cấp độ bảo vệ lớp III, vượt xa mức cáp đồng loại I.
Các loại cáp quang truyền thông
Có 2 loại sợi cơ bản, chế độ đơn và đa chế độ. Sợi quang chế độ đơn có đường kính lõi nhỏ hơn (8. 3-10 micron) và giữ các lợi thế về băng thông và tầm với khoảng cách dài hơn, trong khi các sợi quang đa chế độ có đường kính lõi lớn hơn (độ nhỏ hơn 50 micron hoặc lớn hơn) và dễ dàng hỗ trợ khoảng cách.
Công nghệ sợi quang được sử dụng theo nhiều cách ngày nay. Nó được sử dụng để truyền tín hiệu thoại và video, mang dữ liệu máy tính và gửi thông tin qua các khoảng cách dài.
Sợi quang học được sử dụng để sản xuất nội soi cho phép các bác sĩ xem bên trong cơ thể con người và thực hiện phẫu thuật mà không cần các thủ tục dao mổ xâm lấn. Các sợi lõi lớn có thể mang năng lượng laser để tạo điều kiện cho việc loại bỏ hình xăm, làm sạch các di tích lịch sử và cung cấp năng lượng cho các hệ thống phòng thủ theo hướng laser.
Cảm biến sợi quang phân tán (DFO) cho phép toàn bộ chiều dài của sợi quang được sử dụng như một thiết bị cảm biến. Các cấu trúc như đường ống nhiên liệu, cầu và cánh máy bay có thể có các sợi quang được nhúng vào chúng để phát hiện các thông số như biến dạng, nhiệt độ hoặc âm thanh và giúp đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc của chúng.
