Sợi quangthông tin liên lạc, thông tin vệ tinh và thông tin vô tuyến là ba trụ cột của mạng thông tin liên lạc hiện đại, với cáp quang
truyền thông là trụ cột do có nhiều lợi thế đáng kể
Lịch sử của truyền thông sợi quang
Sử dụng ánh sáng để liên lạc không phải là một khái niệm hoàn toàn mới. Việc nước tôi thời xưa sử dụng tháp đèn hiệu để báo động là một ví dụ điển hình về giao tiếp quang học bằng hình ảnh và việc người châu Âu sử dụng tín hiệu cờ để truyền thông tin có thể được coi là hình thức giao tiếp quang học nguyên thủy.
Hình thức liên lạc quang học hiện đại có thể bắt nguồn từ chiếc điện thoại quang học do Alexander Graham Bell phát minh vào năm 1880. Ông sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn sáng, tập trung chùm tia vào một chiếc gương rung phía trước máy phát, khiến cường độ ánh sáng thay đổi theo giọng nói, từ đó điều chỉnh cường độ ánh sáng. Ở đầu nhận, một gương parabol phản chiếu chùm ánh sáng từ khí quyển lên pin và tinh thể selen đóng vai trò là bộ thu quang, chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành dòng điện, do đó truyền thành công tín hiệu giọng nói qua khí quyển. Do thiếu nguồn sáng và phương tiện truyền dẫn lý tưởng vào thời điểm đó, điện thoại quang này có khoảng cách truyền rất ngắn và không có ứng dụng thực tế nên sự phát triển của nó rất chậm. Tuy nhiên, điện thoại quang vẫn là một phát minh vĩ đại, chứng tỏ tính khả thi của việc sử dụng sóng ánh sáng làm sóng mang để truyền thông tin. Vì vậy, có thể nói điện thoại quang Bell là nguyên mẫu của truyền thông quang học hiện đại.
Việc phát minh ra đèn đã giúp xây dựng các hệ thống liên lạc quang học đơn giản và sử dụng chúng làm nguồn sáng, chẳng hạn như liên lạc giữa các tàu và giữa tàu và đất liền, đèn báo rẽ ô tô và đèn giao thông. Trên thực tế, bất kỳ loại đèn báo nào cũng là một hệ thống thông tin quang học cơ bản. Trong nhiều trường hợp, điốt phát quang-đèn huỳnh quang băng thông rộng (LED) có thể được sử dụng làm nguồn sáng. Năm 1960, Robert Maiman người Mỹ đã phát minh ra tia laser hồng ngọc đầu tiên, theo một nghĩa nào đó, tia laser này đã giải quyết được vấn đề về nguồn sáng và mang lại hy vọng mới cho truyền thông quang học. So với ánh sáng thông thường, laser có độ rộng phổ hẹp, tính định hướng tuyệt vời, độ sáng cực cao và các đặc tính tốt về tần số và pha tương đối nhất quán. Laser là ánh sáng có độ kết hợp cao và đặc điểm của chúng tương tự như sóng vô tuyến, khiến chúng trở thành sóng mang quang học lý tưởng. Sau laser ruby, laser nitơ-hydro (He-Ne) và laser carbon dioxide (CO2) xuất hiện và được đưa vào ứng dụng thực tế. Việc phát minh và ứng dụng tia laser đã mở ra một kỷ nguyên mới cho truyền thông quang học vốn đã không hoạt động trong 80 năm.
Kể từ khi Kao Kuen đề xuất khái niệm sợi quang làm phương tiện truyền dẫn vào năm 1966, truyền thông cáp quang đã phát triển nhanh chóng từ nghiên cứu đến ứng dụng, với những nâng cấp công nghệ liên tục, không ngừng cải thiện khả năng liên lạc (tốc độ truyền và khoảng cách chuyển tiếp) và mở rộng phạm vi ứng dụng.
Năm giai đoạn của truyền thông cáp quang
Giai đoạn đầu tiên là giai đoạn phát triển từ nghiên cứu cơ bản đến ứng dụng thương mại. Bắt đầu từ năm 1976, theo tốc độ nghiên cứu và phát triển cũng như sau nhiều thử nghiệm thực địa, hệ thống-sóng quang thế hệ đầu tiên hoạt động ở bước sóng 0,8μm đã chính thức được đưa vào ứng dụng thương mại vào năm 1978.
Giai đoạn thứ hai là giai đoạn ứng dụng thực tế, với mục tiêu nghiên cứu là cải thiện tốc độ truyền và tăng khoảng cách truyền, đồng thời thúc đẩy mạnh mẽ ứng dụng của nó.
Giai đoạn thứ ba tập trung vào-công suất cực cao và khoảng cách{1} cực dài, với nghiên cứu toàn diện và chuyên sâu-về các công nghệ mới. Trong khoảng thời gian này, đã đạt được giao tiếp cáp quang chế độ đơn{5}}chuyển đổi đơn{6}}độ phân tán 1,55μm. Hệ thống truyền thông cáp quang này sử dụng công nghệ điều chế bên ngoài, đạt tốc độ truyền 2,5–10 Gbit/s và khoảng cách truyền không lặp lại là 100–150 km. Thậm chí mức độ cao hơn có thể đạt được trong phòng thí nghiệm.
Giai đoạn thứ tư của hệ thống truyền thông cáp quang được đặc trưng bằng cách sử dụng bộ khuếch đại quang để tăng khoảng cách bộ lặp và sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) để tăng tốc độ bit và khoảng cách bộ lặp. Bởi vì các hệ thống này đôi khi sử dụng sơ đồ sai phân vô hiệu hoặc sơ đồ không đồng nhất nên chúng còn được gọi là hệ thống truyền thông quang học mạch lạc.
Giai đoạn thứ năm của hệ thống truyền thông cáp quang dựa trên nén phi tuyến tính để loại bỏ sự mở rộng phân tán sợi, đạt được việc truyền tín hiệu xung quang phù hợp, còn được gọi là truyền thông soliton quang. Giai đoạn này đã kéo dài hơn 20 năm và đã đạt được những tiến bộ mang tính đột phá.
Ứng dụng của truyền thông cáp quang hiện đại
Sợi quang có thể truyền cả tín hiệu số và tín hiệu analog. Hiện nay, 90% dịch vụ truyền thông toàn cầu dựa vào đường truyền cáp quang. Với sự phát triển của công nghệ truyền thông cáp quang, nhiều quốc gia trên thế giới đã kết hợp hệ thống truyền thông cáp quang vào mạng viễn thông công cộng, mạng chuyển tiếp và mạng truy cập.
Mạng truyền dẫn đường trục băng rộng cáp quang và mạng truy cập đang phát triển nhanh chóng và hiện là trọng tâm chính của nghiên cứu, phát triển và ứng dụng. Các ứng dụng khác nhau của truyền thông cáp quang có thể được tóm tắt như sau:
(1) Mạng truyền thông: Truyền thông cáp quang được sử dụng rộng rãi trong các mạng truyền thông và đã trở thành phương thức truyền thông hiện đại chủ đạo.
(2) Mạng máy tính cục bộ (LAN) và mạng diện rộng (WAN) tạo thành Internet.
(3) Mạng trung kế và phân phối của mạng truyền hình cáp, trạm vệ tinh mặt đất của hệ thống truyền hình công nghiệp, đường dây vi ba, máy thu ăng-ten, v.v.
(4) Mạng truy cập cáp quang cho các dịch vụ tích hợp.
(5) Cảm biến sợi quang. Nói đúng ra, cảm biến sợi quang không thuộc lĩnh vực truyền thông. Tuy nhiên, cảm biến sợi quang là một lĩnh vực ứng dụng cực kỳ quan trọng của sợi quang.
