Cáp quang ngày nay được sử dụng rộng rãi để truyền dữ liệu. Trong một số lĩnh vực CNTT, họ đã thay thế hoàn toàn các đường truyền thông tin truyền thống dựa trên dây dẫn kim loại. Đường quang đặc biệt hiệu quả khi phải truyền một lượng lớn dữ liệu trên một khoảng cách xa.
Nội dung
Cơ sở vật lý của sợi quang
Nguyên tắc vật lý của hoạt động của sợi quang dựa trên nguyên tắc phản xạ toàn phần. Nếu ta lấy hai môi trường có chiết suất khác nhau thì n1 và N2, và N2<n1 (ví dụ, không khí và thủy tinh hoặc thủy tinh và nhựa trong suốt) và để một chùm ánh sáng nghiêng một góc α so với mặt phân cách, khi đó hai sự kiện sẽ xảy ra.
Một chùm tia (được biểu thị bằng màu đỏ trong hình vẽ), phóng từ phía trên bên trái (dọc theo mũi tên), sẽ bị khúc xạ một phần và sẽ đi qua một môi trường có chiết suất n2 góc α1<α - phần này của chùm tia được biểu thị bằng nét đứt.Phần còn lại của chùm tia sẽ bị phản xạ từ mặt phân cách theo cùng một góc. Nếu chùm tia được bắn ra ở góc nông hơn β (chùm màu xanh lục trong hình), thì điều tương tự sẽ xảy ra - phản xạ một phần và khúc xạ một phần ở một góc β1.
Nếu giảm thêm góc tới α (chùm tia màu lam trong hình vẽ), thì phần khúc xạ của chùm tia có thể "trượt" gần như song song với mặt phân cách phương tiện (đường đứt nét màu xanh lam). Việc giảm thêm góc tới (chùm tia xanh tới góc β) sẽ gây ra bước nhảy định tính - phần khúc xạ sẽ không có. Chùm tia sẽ bị phản xạ hoàn toàn khỏi mặt phân cách giữa hai phương tiện truyền thông. Góc này được gọi là góc phản xạ toàn phần, và bản thân hiện tượng được gọi là phản xạ toàn phần. Điều tương tự cũng sẽ được quan sát với việc giảm thêm góc tới.
Thiết bị sợi quang
Sợi quang được xây dựng trên nguyên tắc này. Nó bao gồm hai lớp đồng trục với mật độ quang học khác nhau.
Nếu một chùm ánh sáng đi vào đầu hở của sợi quang ở một góc lớn hơn góc phản xạ ánh sáng, nó sẽ bị phản xạ hoàn toàn khỏi ranh giới tiếp xúc của hai môi trường có chiết suất khác nhau, với độ suy giảm thấp ở mỗi "bước nhảy".
Phần bên ngoài của sợi quang được làm bằng nhựa. Phần bên trong cũng có thể được làm bằng nhựa trong suốt, sau đó nó có thể được uốn cong ở các góc đủ lớn (thậm chí cuộn thành một vòng và ánh sáng đi vào bên trong vẫn sẽ truyền từ đầu này sang đầu kia với sự suy giảm tùy thuộc vào tính chất quang học của nhựa và chiều dài của thanh dẫn ánh sáng). Đối với cáp xương sống, nơi không quan trọng tính linh hoạt, lõi bên trong thường được làm bằng thủy tinh.Điều này làm giảm sự suy giảm, giảm giá thành của sợi quang, nhưng nó trở nên nhạy cảm với các khúc cua.
Để tăng thông lượng của đường truyền quang, sợi quang được sản xuất ở phiên bản hai chế độ hoặc nhiều chế độ. Để làm được điều này, tiết diện lõi được tăng lên 50 micron hoặc 62,5 micron (so với 10 micron đối với chế độ đơn). Hai hoặc nhiều tín hiệu có thể được truyền đồng thời qua một sợi quang như vậy.
Việc xây dựng đường truyền quang này có những nhược điểm nhất định. Một trong số đó là sự phân tán ánh sáng gây ra bởi đường đi khác nhau của mỗi tín hiệu. Họ đã học cách đối phó với nó bằng cách tạo ra một lõi có chiết suất gradient (thay đổi từ giữa ra rìa). Do đó, các tuyến đường của các chùm tia khác nhau được điều chỉnh.
Cáp có sợi đa mode chủ yếu được sử dụng cho các mạng cục bộ (trong cùng một tòa nhà, một xí nghiệp, v.v.) và với các sợi đơn mode - cho các đường trục.
Thiết bị đường sợi quang
FOCL truyền tín hiệu ánh sáng do đèn LED hoặc tia laser tạo ra. Một tín hiệu điện được tạo ra trong máy phát. Thiết bị cuối cũng cần một tín hiệu dưới dạng xung điện. Do đó, sẽ cần phải biến đổi dữ liệu gốc hai lần. Sơ đồ đơn giản của một đường cáp quang được thể hiện trong hình.
Tín hiệu từ bộ phát được chuyển thành các xung ánh sáng và truyền qua một đường quang. Công suất của các bộ phát ở phía phát bị hạn chế, do đó, trên các đường dài ở những khoảng thời gian nhất định, các thiết bị được lắp đặt để bù cho sự suy giảm - bộ khuếch đại quang, bộ tái sinh hoặc bộ lặp.Ở phía nhận có một bộ chuyển đổi khác biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện.
Thiết kế cáp quang
Để tổ chức một đường cáp quang, các sợi riêng lẻ được sử dụng như một phần của cáp quang. Thiết kế của nó phụ thuộc vào mục đích của đường truyền và phương pháp đặt, nhưng nói chung nó chứa một số sợi với lớp phủ bảo vệ riêng (khỏi trầy xước và hư hỏng cơ học). Việc bảo vệ như vậy thường được thực hiện trong hai lớp - đầu tiên, một lớp vỏ hợp chất, và trên cùng - một lớp phủ bổ sung bằng nhựa hoặc véc ni. Các sợi được bao bọc trong một vỏ bọc chung (giống như cáp điện thông thường), xác định phạm vi của cáp và được lựa chọn có tính đến các tác động bên ngoài mà đường dây sẽ phải chịu trong quá trình vận hành.
Khi đặt trong máng cáp, có vấn đề về bảo vệ đường dây khỏi các loài gặm nhấm. Trong trường hợp này, cần phải chọn cáp có vỏ bọc bên ngoài được gia cố bằng băng thép hoặc áo giáp dây. Sợi thủy tinh cũng được sử dụng để bảo vệ khỏi bị hư hại.
Nếu cáp được đặt trong đường ống thì không cần có vỏ bọc gia cố. Ống kim loại bảo vệ đáng tin cậy khỏi răng của chuột và chuột cống. Vỏ bên ngoài có thể được làm nhẹ. Điều này giúp bạn thắt chặt cáp bên trong đường ống dễ dàng hơn.
Nếu đường dây được đặt trong đất, thì việc bảo vệ được thực hiện dưới dạng áo giáp dây chống ăn mòn hoặc thanh sợi thủy tinh. Nó cung cấp khả năng chống chịu cao không chỉ để nén mà còn kéo dài.
Nếu cáp được đặt ở các vùng biển, qua sông và các chướng ngại nước khác, trên đất đầm lầy, v.v., thì phải áp dụng biện pháp bảo vệ bổ sung bằng băng polyme nhôm. Đây là cách ngăn nước tràn vào.
Ngoài ra, nhiều dây cáp bên trong một vỏ bọc chung chứa:
- các thanh gia cố dùng để cung cấp cho kết cấu độ bền cao hơn dưới các tác động cơ học bên ngoài và trong quá trình giãn dài nhiệt của đường dây;
- chất độn - các sợi nhựa lấp đầy các khu vực trống giữa các sợi và các phần tử khác;
- thanh điện (mục đích của chúng là tăng tải trọng kéo).
Ở những nhịp lớn, đường dây được treo trên một sợi cáp, nhưng có những sợi cáp tự đỡ. Cáp kim loại hỗ trợ được lắp trực tiếp vào vỏ.
Là một loại đường dây cáp quang riêng biệt, nên đề cập đến dây vá quang. Cáp này chứa một hoặc hai sợi (chế độ đơn hoặc chế độ kép) được bao bọc trong một vỏ bọc chung. Hai bên dây được trang bị các giắc cắm để kết nối. Những loại cáp này có chiều dài ngắn và được thiết kế để kết nối thiết bị ở một khoảng cách ngắn hoặc để đặt thông tin liên lạc nội bộ.
Ưu nhược điểm của cáp quang
Không nghi ngờ gì nữa, những ưu điểm của cáp quang quyết định sự phân bố rộng rãi của các đường truyền thông như vậy, bao gồm:
- khả năng chống nhiễu cao - tín hiệu ánh sáng không bị ảnh hưởng bởi bức xạ điện từ gia dụng và công nghiệp, và bản thân đường truyền không phát ra (điều này gây khó khăn cho việc truy cập trái phép thông tin được truyền và không tạo ra các vấn đề về tương thích điện từ);
- sự cách ly hoàn toàn về điện giữa phía nhận và phía phát;
- mức độ suy giảm thấp - ít hơn nhiều so với đường dây có dây;
- tuổi thọ lâu dài;
- thông lượng lớn.
Trong thực tế hiện đại, điều quan trọng là cáp không thu hút những kẻ trộm kim loại.
Quang học không phải là không có sai sót. Trước hết, đây là sự phức tạp của việc lắp đặt và kết nối, đòi hỏi thiết bị, công cụ và vật liệu đặc biệt, đồng thời đặt ra các yêu cầu ngày càng cao về trình độ của nhân viên tham gia lắp đặt và bảo trì đường dây. Hầu hết các lỗi trong FOCL đều liên quan đến lỗi cài đặt, các lỗi này có thể không tự biểu hiện ngay lập tức. Ban đầu, bản thân giá thành của dây chuyền cũng cao, nhưng sự phát triển của công nghệ đã giúp chúng ta có thể san lấp nhược điểm này xuống mức cạnh tranh.
Đường truyền quang đã chiếm lĩnh một lĩnh vực quan trọng trong thị trường vật liệu truyền thông. Trong tương lai gần, họ không nhìn thấy một giải pháp thay thế nghiêm túc trừ khi có một bước đột phá về công nghệ.
Các bài tương tự:
