Sợi quang hoạt động như thế nào? Hướng dẫn đầy đủ

Công nghệ cáp quang là một trong những tiến bộ quan trọng nhất trong viễn thông giúp kết nối và giao tiếp trong thế giới ngày nay dễ dàng hơn, nhanh hơn và đáng tin cậy hơn bao giờ hết. Không giống như cáp thông thường, cáp quang sử dụng ánh sáng làm phương tiện truyền dữ liệu, cho phép kết nối hiệu quả hơn nhiều, ngay cả từ khoảng cách xa. 

Vì vậy, biết cách cáp quang chức năng này rất quan trọng cho dù bạn đang xây dựng mạng gia đình hay cải thiện kiến trúc CNTT của một công ty. Vì vậy, trong blog này, chúng tôi sẽ thảo luận chi tiết về quy trình hoạt động của công nghệ cáp quang và nhiều nội dung khác. Vì vậy, hãy cùng chúng tôi!

Hình số 1 Hướng dẫn làm việc sợi quang

1) Nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang

Để hiểu làm thế nào một sợi quang thực hiện, trước tiên chúng ta cần xem xét nguyên lý phản xạ toàn phần bên trong. Đây là nguyên lý giữ cho tín hiệu ánh sáng lơ lửng trong sợi quang mà không bị suy giảm tín hiệu. Giả sử bạn đang chiếu đèn pin vào một trong các đầu của một ống thủy tinh rất dài và tưởng tượng nếu ánh sáng đó chiếu vào thành ống ở một góc thích hợp; thì chắc chắn nó sẽ nảy và truyền về phía trước. Vì vậy, dữ liệu sẽ được gửi qua sợi quang với tốc độ cực nhanh trên khoảng cách xa.

• Chiết suất và vai trò của nó  

Lý do ánh sáng quang học vẫn được giữ trong sợi là do chiết suất. Đây là đặc tính của vật liệu định lượng khả năng bẻ cong các tia sáng chiếu vào nó. Hơn nữa, sợi quang được tạo thành từ hai lớp đồng tâm cơ bản:

• Lõi, là phần trong suốt ở giữa, giữ tín hiệu ánh sáng.

• Lớp vỏ có chiết suất thấp hơn và bao quanh lõi.  

Vì chiết suất của lõi cao hơn nên ánh sáng sẽ bẻ cong trở lại lõi thay vì thoát ra lớp vỏ. Sự khác biệt về chiết suất là điều cần thiết để phản xạ bên trong diễn ra.

Hình số 2 Quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang

• Định luật Snell và góc tới

Luật của Snell là một trong những định luật vật lý liên quan đến cách ánh sáng khúc xạ khi nó di chuyển từ vật liệu này sang vật liệu khác có chiết suất khác nhau. Góc tới là phép đo cách ánh sáng tiếp cận một bề mặt nhất định, liệu nó sẽ đi qua hay phản xạ. Nếu góc được coi là dốc, thì ánh sáng sẽ thoát ra. Tuy nhiên, nếu nó nằm trong một phạm vi nhất định, nó sẽ bật ra mà không mất tín hiệu.

Tóm lại, những nguyên tắc này chứng minh lý do đằng sau hiệu quả của sợi quang và sự phổ biến của việc sử dụng chúng trong các hệ thống truyền thông hiện đại.

2) Cáp quang hoạt động như thế nào?

MỘT cáp quang truyền tín hiệu ánh sáng qua nhiều sợi nhựa hoặc thủy tinh mỏng. Điều này làm cho nó khác với dây đồng, sử dụng tín hiệu điện. Vì vậy, chúng ta hãy xem cách thức hoạt động cơ bản của loại cáp sợi nhỏ này!

Hình số 3 Sơ đồ quy trình làm việc của sợi quang

i) Tạo tín hiệu ánh sáng

Trước hết, tín hiệu ánh sáng được tạo ra bằng một bộ phát, có thể là đèn LED hoặc tia laser. Thành phần này chuyển đổi dữ liệu điện tử như tín hiệu điện thoại hoặc internet thành xung ánh sáng. Đèn LED hoặc tia laser tạo ra luồng dữ liệu nhị phân bằng cách nhấp nháy liên tục.

ii) Ánh sáng đi vào lõi sợi

Ánh sáng được hướng đến lõi của cáp quang. Lõi có thủy tinh hoặc nhựa cao cấp và được che chắn bằng lớp thủy tinh được gọi là lớp phủ.

iii) Giữ ánh sáng bên trong bằng cách sử dụng phản xạ toàn phần bên trong

Bây giờ, hãy nhớ rằng ánh sáng không chỉ chảy qua; nó phản xạ lại các bức tường bên trong của lõi do phản xạ toàn phần bên trong. Điều này có thể xảy ra vì:

• Lõi có chiết suất cao hơn lớp vỏ, do đó ánh sáng không thể thoát ra ngoài.

• Ánh sáng khi chiếu vào ranh giới lõi-vỏ bọc ở một góc độ nhất định sẽ phản xạ vào bên trong thay vì đi qua. 

Do đó, nhờ sự phản xạ này, ánh sáng có thể truyền đi những khoảng cách lớn với mức tổn thất tối thiểu.

Hình số 4 Quy trình làm việc của sợi quang

iv) Duy trì cường độ tín hiệu

Bất kể hiệu quả truyền tải ánh sáng như thế nào, một số năng lượng bị mất ở khoảng cách xa. Do đó, để duy trì tín hiệu, bộ khuếch đại quang được lắp dọc theo tuyến cáp. Các thiết bị này khuếch đại tín hiệu ánh sáng và không phải chuyển đổi nó trở lại thành điện. 

v) Nhận và chuyển đổi ánh sáng trở lại thành dữ liệu

Cuối cùng, một máy dò ảnh (máy thu) tại điểm cuối thu thập các xung ánh sáng đi vào và biến chúng trở lại thành tín hiệu điện. Sau đó, chúng được xử lý bởi máy tính, điện thoại hoặc bộ định tuyến internet để dữ liệu có thể được cung cấp dưới dạng có thể thực hiện được. 

Như vậy, tất cả các quá trình trên đều được hoàn thành với tốc độ đáng kinh ngạc, cho phép truy cập Internet nhanh, gọi điện thoại rõ ràng và truyền dữ liệu thời gian thực qua khoảng cách xa.

3) Cáp quang có nguy hiểm không?

Chắc chắn là có, cáp quang an toàn, nhưng xử lý sai có thể gây nguy hiểm. Ví dụ, không giống như dây đồng, chúng không dẫn điện, do đó không có nguy cơ bị điện giật, hỏa hoạn hoặc đoản mạch. Tuy nhiên, có một số nguy hiểm cần phải cẩn thận.

! Tiếp xúc với ánh sáng laser: Truyền dữ liệu trên sợi quang được thực hiện bằng cách sử dụng tia laser cường độ cao. Ánh sáng như vậy thường là tia hồng ngoại, khiến người khác không thể nhìn thấy, nhưng nhìn trực tiếp vào cáp quang đang hoạt động có thể làm bỏng võng mạc của bạn. Vì tổn thương mắt không gây đau và vĩnh viễn, hãy luôn đảm bảo cáp được ngắt kết nối trước khi kiểm tra.

! Các hạt thủy tinh siêu nhỏ: Cáp trên sợi quang bao gồm các sợi thủy tinh mỏng. Vì vậy, khi cáp được nối, cắt hoặc vỡ, các mảnh thủy tinh nhỏ có thể bay trong không khí. Những hạt này không nhìn thấy được và có thể gây kích ứng bằng cách đâm thủng da của bạn. Hơn nữa, chúng cũng có thể gây thương tích nghiêm trọng bằng cách xâm nhập vào mắt bạn. Ngoài ra, chúng có thể được hít vào, có khả năng gây thương tích cho phổi của bạn.

Vì vậy, hãy luôn đeo găng tay bảo hộ và kính bảo vệ mắt để loại bỏ rủi ro khi xử lý sợi quang và đảm bảo xử lý rác thải thủy tinh đúng cách.

Hình số 5 Quy định an toàn cáp quang

! Lớp phủ hóa học và lớp bảo vệ: Một số loại cáp quang có lớp phủ hóa học để tăng cường độ bền. Các lớp phủ như vậy rất độc hại trong trường hợp tiếp xúc qua da hoặc hít phải. Đó là lý do tại sao cần rửa tay sau khi xử lý cáp quang để ngăn ngừa khả năng nuốt phải.  

! An toàn chống rò rỉ và can thiệp dữ liệu: So với dây đồng, cáp quang khó bị khai thác hơn nhiều vì chúng không truyền tín hiệu điện, khiến việc chặn dữ liệu trở nên cực kỳ khó khăn. Cáp quang cũng không phát ra nhiễu điện từ, đảm bảo bảo vệ cho các thiết bị điện tử khác trong vùng lân cận.  

Vì vậy, nếu được bảo trì đúng cách, cáp quang mang lại độ an toàn vượt trội so với các công nghệ truyền thông và mạng khác.

4) Cáp quang có dẫn điện không?

Không, cáp quang không dẫn điện. Bản chất không dẫn điện này giúp cáp quang an toàn trước các mối nguy hiểm về điện. 

• Tại sao sợi quang không dẫn điện  

• Thành phần vật liệu: Các vật liệu phi kim loại như thủy tinh và nhựa tạo nên cáp quang không thể dẫn điện được.  

• Phương pháp truyền dữ liệu: Hơn nữa, không có dòng điện nào chảy qua vì sợi quang truyền các xung ánh sáng do tia laser hoặc đèn LED tạo ra.  

Hình số 6 Bản chất không dẫn điện của sợi quang

• Lợi ích thực tế của tính không dẫn điện  

+ Cài đặt an toàn hơn: Đầu tiên, những khu vực có nước, kết cấu kim loại hoặc điện áp cao cũng an toàn để lắp đặt cáp quang vì không có nguy cơ về điện.  

+ Không có nhiễu điện từ (EMI): Ngoài ra, cáp quang có thể được sử dụng ở những nơi có thiết bị điện nặng vì chúng không bị ảnh hưởng bởi trường điện từ như dây kim loại.  

+ Chống sét tốt hơn: Cáp kim loại thông thường dễ bị sét đánh, nhưng mạng cáp quang thì không bị ảnh hưởng vì chúng không dẫn dòng điện.

5) Cáp quang được làm bằng gì?

Hai vật liệu chính tạo nên cáp quang là thủy tinh và nhựa. Những vật liệu này được lựa chọn vì khả năng truyền ánh sáng ở khoảng cách xa mà ít bị mất chất lượng. Dưới đây là bảng phân tích cáp quang được làm như thế nào: 

i) Lõi

Ánh sáng đi qua lõi, là phần giữa của cáp. Lõi thường được làm bằng thủy tinh hoặc nhựa: 

• Thủy tinh: Hầu như tất cả các loại cáp quang đều được chế tạo từ thủy tinh silica có độ tinh khiết cao vì nó cho phép ánh sáng được truyền đi qua khoảng cách xa với rất ít sự suy giảm tín hiệu. Ngoài ra, thủy tinh cực kỳ bền và đàn hồi, lý tưởng để sử dụng trong cơ sở hạ tầng viễn thông và internet. 

• Nhựa: Một số loại cáp tầm ngắn hoặc giá rẻ thay thế lõi thủy tinh bằng lõi nhựa. Mặc dù rẻ hơn, nhưng chúng có nhược điểm đáng kể là suy giảm tín hiệu. Điều này có nghĩa là chúng mất nhiều ánh sáng hơn theo khoảng cách so với sợi thủy tinh. 

ii) Lớp phủ 

Lớp phủ bao bọc lõi. Nó cũng thường được làm bằng thủy tinh hoặc nhựa nhưng có chiết suất thấp hơn lõi. Lớp phủ có mục đích quan trọng không kém là đảm bảo ánh sáng sẽ vẫn ở bên trong lõi bằng cách phản xạ nó để tín hiệu ánh sáng có thể được truyền đi xa thông qua phản xạ toàn phần bên trong.

Hình số 7 Thành phần vật liệu sợi quang

iii) Lớp phủ

Lớp phủ bảo vệ thường được áp dụng cho lõi và lớp phủ để tránh hư hỏng và tác động của môi trường lên sợi. Lớp bảo vệ như vậy thường được làm bằng polyme (một thành phần nhựa).

Lớp phủ này cũng bảo vệ sợi và cung cấp độ bền và độ linh hoạt cần thiết để không bị đứt hoặc hư hỏng dễ dàng.

iv) Các thành viên sức mạnh

Các thành phần chịu lực cũng được kết hợp để cung cấp cho cáp khả năng hỗ trợ về mặt cấu trúc và ngăn cáp bị kéo giãn. Các thành phần này được làm bằng thép hoặc sợi Kevlar. Kevlar, một vật liệu nhẹ, bền thường được sử dụng trong áo chống đạn, giúp tăng thêm độ bền và khả năng phục hồi cho cáp.

v) Áo khoác ngoài

Lớp vỏ ngoài bảo vệ cáp khỏi độ ẩm, hư hỏng vật lý và các điều kiện môi trường trong khi vẫn cung cấp các yếu tố bảo vệ khác. Lớp vỏ ngoài được làm từ nhựa như PVC và Teflon, được biết đến với khả năng chống lại hóa chất, tia UV và sự thay đổi nhiệt độ.

Tóm lại, các thành phần chính của lớp vỏ ngoài và trong của cáp quang là thủy tinh và nhựa trong khi các lớp bảo vệ và thành phần chịu lực được sử dụng để tăng thêm độ tin cậy trong nhiều ứng dụng hơn.

6) Cáp quang có phát ra bức xạ không?

Cáp quang không phát ra bất kỳ bức xạ nào như tia X hoặc vi sóng. Thay vào đó, chúng mang tín hiệu ánh sáng, tạo thành một dạng năng lượng điện từ, đó là ánh sáng hồng ngoại. Ánh sáng hồng ngoại không gây hại và có bước sóng dài hơn bức xạ cực tím hoặc tia X. 

Hơn nữa, laser và đèn LED được sử dụng làm nguồn sáng trong sợi quang và mặc dù chúng có thể rất mạnh, nhưng ánh sáng chỉ được truyền dọc theo sợi quang và không phát ra khỏi hệ thống. Hơn nữa, trái ngược với cáp điện, sợi quang không bị nhiễu điện từ (EMI). Điều này có nghĩa là chúng không gây nhiễu cho các thiết bị điện tử được đặt gần đó. 

Sự vắng mặt của bức xạ này là một lý do khiến sợi quang này được ưa chuộng ở những nơi mà nhiễu tín hiệu điện tử có thể gây ra vấn đề khó khăn, chẳng hạn như bệnh viện và cơ sở quân sự.

7) Lời cuối cùng

Tóm lại, công nghệ sợi quang là phương pháp nhanh nhất, đáng tin cậy nhất và an toàn nhất để truyền dữ liệu trong tín hiệu ánh sáng. Nó vượt trội hơn đáng kể so với cáp đồng truyền thống ở hầu hết mọi chỉ số, đặc biệt là khoảng cách và tốc độ cao. Nếu bạn muốn mua cáp quang chất lượng, Dekam Fiber là một lựa chọn tuyệt vời. Sản phẩm của chúng tôi đáng tin cậy và bền bỉ, đảm bảo giá trị đặc biệt phù hợp với yêu cầu mạng của bạn. Vì vậy, liên hệ với chúng tôi Hôm nay!