Cáp quang - thiết bị, loại và đặc điểm

Cáp quang, không giống như cáp có dây dẫn bằng đồng hoặc nhôm, sử dụng sợi quang trong suốt làm phương tiện để truyền tín hiệu. Tín hiệu được truyền ở đây không phải với sự trợ giúp của dòng điện mà với sự trợ giúp của ánh sáng. Điều này có nghĩa là thực tế không có electron nào di chuyển mà thay vào đó là các photon và tổn thất truyền tín hiệu hóa ra là không đáng kể.

Những dây cáp này là phương tiện lý tưởng để truyền thông tin, vì ánh sáng có thể xuyên qua sợi thủy tinh trong suốt thực tế không bị cản trở trong hàng chục km, trong khi cường độ ánh sáng giảm nhẹ.

Có GOF-Cables (Cáp sợi quang thủy tinh) - với sợi thủy tinh, và Cáp POF (cáp quang nhựa) — với sợi nhựa trong suốt. Cả hai đều được gọi theo truyền thống là cáp quang hoặc cáp quang.

Thiết bị cáp quang

Cáp quang có thiết bị khá đơn giản.Ở trung tâm của cáp có một hướng dẫn ánh sáng làm bằng sợi thủy tinh (đường kính của nó không vượt quá 10 micron), được bọc trong lớp vỏ nhựa hoặc thủy tinh bảo vệ, cung cấp sự phản xạ ánh sáng toàn phần bên trong do sự khác biệt về chỉ số khúc xạ ở ranh giới của hai phương tiện truyền thông.

Nó chỉ ra rằng ánh sáng, từ máy phát đến máy thu, không thể rời khỏi tĩnh mạch trung tâm. Ngoài ra, ánh sáng không sợ nhiễu điện từ, vì vậy cáp như vậy không cần che chắn điện từ mà chỉ cần gia cố.

Để đảm bảo độ bền cơ học của cáp quang, các biện pháp đặc biệt đã được thực hiện — chúng làm cho cáp được bọc thép, đặc biệt là khi nói đến cáp quang đa lõi mang nhiều sợi quang riêng biệt cùng một lúc. Cáp treo yêu cầu gia cố đặc biệt bằng kim loại và Kevlar.

Thiết kế đơn giản nhất của cáp quang là sợi thủy tinh trong vỏ nhựa… Một thiết kế phức tạp hơn là cáp nhiều lớp với các phần tử gia cố, ví dụ, để lắp đặt dưới nước, dưới lòng đất hoặc treo lơ lửng.

Trong cáp bọc thép nhiều lớp, cáp gia cố hỗ trợ được làm bằng kim loại bọc trong vỏ bọc polyetylen. Các sợi thủy tinh hoặc nhựa mang ánh sáng được đặt xung quanh nó. Mỗi sợi riêng lẻ được phủ một lớp vecni màu để tạo mã màu và bảo vệ chống hư hỏng cơ học. Các bó sợi được đóng gói trong các ống nhựa chứa đầy gel kỵ nước.

Một ống nhựa có thể chứa từ 4 đến 12 sợi như vậy, trong khi tổng số sợi trong một sợi cáp như vậy có thể lên tới 288 sợi. Các đường ống được quấn bằng một sợi chỉ siết chặt lớp màng được làm ẩm bằng gel kỵ nước — để tạo ra lớp đệm tốt hơn cho các tác động cơ học. Các đường ống và cáp trung tâm được bọc trong polyetylen.Tiếp theo là các sợi Kevlar, thực tế cung cấp áo giáp cho cáp bị mắc kẹt. Sau đó, polyetylen một lần nữa để bảo vệ nó khỏi độ ẩm, và cuối cùng là lớp vỏ bên ngoài.

Hai loại cáp quang chính

Có hai loại cáp quang: đa mode và đơn mode. Loại đa chế độ rẻ hơn, loại đơn chế độ đắt hơn.

cáp chế độ đơn đảm bảo rằng các tia đi qua sợi quang thực tế đi theo cùng một đường mà không có độ lệch đáng kể lẫn nhau, kết quả là tất cả các tia đến máy thu cùng một lúc và không bị biến dạng tín hiệu. Đường kính của sợi quang trong cáp đơn mode là khoảng 1,3 μm và ở bước sóng này, ánh sáng phải được truyền qua nó.

Vì lý do này, một nguồn laser với ánh sáng đơn sắc có bước sóng cực kỳ cần thiết được sử dụng làm máy phát. Chính xác là loại cáp này (chế độ đơn) ngày nay được coi là hứa hẹn nhất cho liên lạc đường dài trong tương lai, nhưng hiện tại chúng là đắt tiền và ngắn hạn.

cáp đa chế độ kém "chính xác" hơn so với chế độ đơn. Các chùm tia từ máy phát truyền vào nó với sự phân tán và ở phía máy thu có một số biến dạng về hình dạng của tín hiệu truyền đi. Đường kính của sợi quang trong cáp đa chế độ là 62,5 µm và đường kính ngoài của vỏ bọc là 125 µm.

Nó sử dụng đèn LED thông thường (không phải laze) ở phía máy phát (bước sóng 0,85 μm) và thiết bị này không đắt bằng nguồn sáng laze và cáp đa chế độ hiện tại có tuổi thọ cao hơn. Chiều dài của loại cáp này không vượt quá 5 km. Độ trễ truyền tín hiệu điển hình vào khoảng 5 ns/m.

Ưu điểm của cáp quang

Bằng cách này hay cách khác, cáp quang hoàn toàn khác với cáp điện thông thường ở khả năng chống nhiễu đặc biệt, đảm bảo an toàn tối đa cho cả tính toàn vẹn và tính bảo mật của thông tin truyền qua nó.

Nhiễu điện từ hướng vào cáp quang không thể làm biến dạng luồng ánh sáng và bản thân các photon không tạo ra bức xạ điện từ bên ngoài. Không phá vỡ tính toàn vẹn của cáp, không thể chặn thông tin truyền qua nó.

Băng thông của cáp quang về mặt lý thuyết là 10^12 Hz, không thể so sánh với các loại cáp phức tạp hiện tại. Bạn có thể dễ dàng truyền thông tin với tốc độ lên tới 10 Gbps mỗi km.

Bản thân cáp quang không đắt như cáp đồng trục mỏng. Nhưng phần chính của việc tăng giá của mạng thành phẩm vẫn thuộc về thiết bị truyền và nhận, có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điện thành ánh sáng và ngược lại.

Độ suy giảm của tín hiệu ánh sáng khi đi qua cáp quang của mạng cục bộ không vượt quá 5 dB trên 1 km, nghĩa là gần giống với độ suy giảm của tín hiệu điện tần số thấp. Ngoài ra, tần số càng cao—lợi thế của môi trường quang học so với dây điện truyền thống càng mạnh—độ suy hao tăng nhẹ. Và ở tần số trên 0,2 GHz, cáp quang rõ ràng không có đối thủ. Thực tế có thể tăng khoảng cách truyền lên tới 800 km.

Cáp quang được áp dụng trong các mạng cấu trúc liên kết vòng hoặc hình sao trong khi loại bỏ hoàn toàn các vấn đề nối đất và cân bằng tải luôn liên quan đến cáp điện.

Hoàn hảo cách ly điện, cùng với những ưu điểm trên, cho phép các nhà phân tích dự đoán rằng trong truyền thông mạng, cáp quang sẽ sớm thay thế hoàn toàn cáp điện, đặc biệt là trong bối cảnh tình trạng thiếu đồng ngày càng gia tăng trên hành tinh.

Nhược điểm của cáp quang

Công bằng mà nói, chúng ta không thể không nhắc đến những nhược điểm của hệ thống truyền dữ liệu quang, trong đó chủ yếu là sự phức tạp của việc lắp đặt hệ thống và yêu cầu cao về độ chính xác của việc lắp đặt các đầu nối. Độ lệch micron trong quá trình lắp ráp đầu nối có thể dẫn đến sự gia tăng độ suy giảm trong đó. Ở đây bạn cần hàn có độ chính xác cao hoặc một loại keo dính đặc biệt, chỉ số khúc xạ tương tự như chỉ số khúc xạ của chính sợi thủy tinh được lắp đặt.

Vì lý do này, trình độ của nhân viên không cho phép khoan dung, cần có các công cụ đặc biệt và kỹ năng cao để sử dụng. Thông thường, họ sử dụng các đoạn cáp làm sẵn, ở các đầu của chúng đã được lắp đặt sẵn các đầu nối làm sẵn thuộc loại yêu cầu. Để phân nhánh tín hiệu từ sợi quang, các bộ tách chuyên dụng được sử dụng cho một số kênh (từ 2 đến 8), nhưng khi phân nhánh, chắc chắn xảy ra hiện tượng suy giảm ánh sáng.

Tất nhiên, sợi là vật liệu kém bền và kém linh hoạt hơn đồng, và rất nguy hiểm khi uốn sợi đến bán kính dưới 10 cm để đảm bảo an toàn.Bức xạ ion hóa làm giảm độ trong suốt của sợi quang, tăng độ suy giảm của tín hiệu ánh sáng truyền đi.

Cáp quang chống bức xạ đắt hơn cáp quang thông thường. Sự thay đổi nhiệt độ đột ngột có thể gây ra vết nứt hình thành trong sợi. Tất nhiên, sợi quang dễ bị tổn thương do ứng suất cơ học, sốc và siêu âm; để bảo vệ chống lại các yếu tố này, các vật liệu hấp thụ âm thanh mềm đặc biệt được sử dụng từ vỏ cáp.