Sợi quang: Nó hoạt động như thế nào? Nó được sử dụng để làm gì? Và hơn thế nữa

Viễn thông, hay liên lạc đường dài, có thể thực hiện được nhờ vào nhiều đường truyền dẫn khác nhau. Trong số đó, cáp quang là một trong những loại đáng tin cậy nhất. Bài viết này sẽ giúp bạn tìm hiểu cách thức hoạt động của cáp quang , cho phép bạn sử dụng internet và tận hưởng nhiều lợi ích khác tại nhà và văn phòng.

Cáp quang

Sợi quang là một loại sợi dẻo thường được làm bằng silicon, mặc dù cũng có những sợi quang được làm bằng nhựa. Nó là một vật liệu rất mỏng manh, có đường kính gần như sợi tóc. Nó trong suốt, có thể truyền ánh sáng mà không có tần số của một màu làm biến dạng các màu khác.

Cáp quang nổi lên như một chất thay thế tiềm năng cho cáp đồng trục. Giống như cáp đồng, sợi quang được sử dụng để truyền dữ liệu giữa hai đầu của nó, sử dụng ánh sáng làm phương tiện vận chuyển.

Ngày nay, sợi quang là một trong những cơ chế truyền thông được sử dụng rộng rãi nhất. Điều này là do thông tin có thể truyền đi một khoảng cách xa mà không cần nhiều, hoặc có thể không cần bộ khuếch đại để tín hiệu không bị mất. Nó cũng có băng thông hoặc tốc độ dữ liệu cao hơn cáp đồng.

Trong số các lý do khác tại sao cáp quang được sử dụng để thay thế cáp đồng là tín hiệu trên mỗi km di chuyển ít bị suy giảm hơn. Và một lợi ích khác của nó là sợi quang miễn nhiễm với nhiễu điện từ, vì vậy thực tế là không thể vi phạm an ninh.

Tương tự như vậy, người ta thường tìm thấy sợi quang để chiếu sáng. Điều này là do hiện tại thông qua sợi quang đã có thể cung cấp ánh sáng cường độ cao nhất trong tất cả các hình thức cung cấp ánh sáng nhân tạo.

Cấu trúc của một sợi quang được tạo thành từ một lõi, chính là sợi mà thông tin truyền đi. Lõi được bao phủ bởi một lớp phủ, có đặc điểm là có chỉ số phản xạ thấp hơn lõi. Điều này được thực hiện với mục đích ngăn chặn chùm ánh sáng truyền trong hạt nhân rời khỏi hạt nhân và làm mất thông tin, tức là nó là một cách giới hạn thông tin trong hạt nhân bằng cách sử dụng hiện tượng phản xạ.

Sau đó, lớp lót được bao quanh bởi một lớp áo, và lớp phủ này là Kevlar. Và cuối cùng, một mui xe, thường là màu vàng hoặc cam, xác định loại sợi. Cả hai đều giúp bảo vệ sợi quang và độ cứng cơ học, vì nếu không sợi quang sẽ cực kỳ giòn, thậm chí còn nhiều hơn hiện tại.

Trong sợi quang, nhiều hơn một chùm ánh sáng có thể được gửi đi, bởi vì có những tuyến đường khác nhau hoặc những cách khả thi để thực hiện. Loại sợi quang này được gọi là đa chế độ, và tên của nó xuất phát từ việc nó có nhiều chế độ để gửi các chùm ánh sáng đồng thời. Thay vào đó, sợi quang đơn mode sử dụng một đường thẳng duy nhất để truyền chùm ánh sáng. Về mặt vật lý, chúng thường được phân biệt bằng màu sắc của mui xe, nói chung là màu cam đối với đa chế độ và màu vàng đối với chế độ đơn.

Khi nối sợi quang, điều quan trọng là phải tính đến sự liên kết của nó giữa các lõi phải cực kỳ chính xác, vì nếu không sẽ có tổn thất do ghép sai. Điều này ngụ ý rằng các mối nối giữa các sợi quang phức tạp hơn so với các mối nối được sử dụng trong cáp đồng thông thường.

Lịch sử sợi quang

Trong sợi quang, có hai yếu tố cơ bản thể hiện những tiến bộ để đạt được công nghệ mà chúng ta biết ngày nay về truyền dữ liệu qua ánh sáng. Các yếu tố đó là sợi quang học và ánh sáng truyền đi trong nó. Trong phần này, chúng ta sẽ đi qua lịch sử của sợi quang học và cách nó phát triển theo thời gian.

Ở Hy Lạp cổ đại, ánh sáng mặt trời phản chiếu qua gương được sử dụng để gửi thông điệp hoặc cản trở tầm nhìn của kẻ thù. Hệ thống tương tự này đã được Claude Chappe áp dụng vào năm 1792 để áp dụng điện báo quang học bằng cách sử dụng các tháp và gương được phân bố trên 200 km. Anh ấy đã truyền được một tin nhắn trong thời gian kỷ lục là 16 phút.

Năm 1910 Demetrius Hondros và Peter Debye là những người đầu tiên thực hiện việc bắt sáng bên trong dây cáp làm bằng thủy tinh. Thật là tò mò rằng thí nghiệm này mất nhiều thời gian như vậy, bởi vì vào năm 1820, các phương trình thiết lập hiện tượng này đã tồn tại.

Nguyên tắc này được gọi là sự giới hạn của ánh sáng bởi sự khúc xạ. Hãy nhớ rằng khúc xạ là hiện tượng làm cho chùm ánh sáng đổi hướng khi nó chuyển từ đường truyền này sang đường truyền khác có chiết suất khác nhau vì chúng có mật độ khác nhau.

Vào những năm 1840, Jean-Daniel Collado và Jacques Babinet đã có thể chứng minh nguyên tắc này. Tương tự, vào năm 1870, John Tyndall đã quan sát thấy rằng ánh sáng có thể truyền trong nước và ánh sáng bị khúc xạ trong môi trường này. Những bước đầu tiên này cho phép các nghiên cứu được thực hiện nhằm khẳng định tiềm năng của tinh thể như một vật liệu xuất sắc để truyền ánh sáng trong khoảng cách xa. Lúc đầu, ứng dụng của nó là để chiếu sáng cho các đài phun nước.

Sau đó, John Logie, một kỹ sư người Scotland, đã được cấp bằng sáng chế cho một hệ thống cơ điện cho truyền hình màu, hệ thống này sử dụng các thanh làm bằng thủy tinh để truyền ánh sáng. Hệ thống này không thành công lắm do sự suy giảm của nó do vật liệu và kỹ thuật áp dụng, vì vậy ánh sáng không thể truyền đi những khoảng cách xa. Ngoài ra, hệ thống của họ không có bộ ghép quang học.

Năm 1952, nhờ những nghiên cứu trước đó do John Tyndall thực hiện, nhà vật lý Narinder Singh Kapany đã có thể phát minh ra sợi quang học. Cần lưu ý rằng đó là vào những năm 1950 khi nghiên cứu về sợi quang được đào sâu. Trên thực tế, vào năm 1957, Basil Hirschovitz đã sản xuất một ống nội soi bán mềm sử dụng sợi quang học. Anh ấy đã quản lý để gửi hình ảnh và ống nội soi này là một công cụ thoải mái hơn cho các ca phẫu thuật.

Đại học Michigan đề xuất, trong phiên bản của một ống nội soi bán mềm, việc sử dụng vật liệu có chiết suất thấp hơn lõi, thay vì sử dụng dầu hoặc sáp như đã được sử dụng trước đây. Ngoài ra, các sợi cáp quang mỏng hơn nhiều cũng được sản xuất, ngang với độ dày của một sợi tóc. Tuy nhiên, ánh sáng bị suy giảm hoặc mất đi sau 9 mét di chuyển với sợi quang học này. Chính Charles K.Kao, người đã trình bày rằng suy hao lý thuyết tối đa mà sợi quang học phải có là 20 decibel để ứng dụng của nó khả thi, trong luận án tiến sĩ của mình.

Một lần nữa, Charles K.Kao cùng với George Hockham tuyên bố rằng có thể sản xuất sợi có độ trong suốt cao hơn. Tương tự như vậy, họ là những người đề xuất sử dụng sợi quang để truyền tin nhắn điện thoại thay vì sử dụng những thứ được thuyết phục là cáp đồng và điện.

Cần phải cải tiến sợi quang, lúc này có độ suy giảm 100 dB / km, băng thông nhỏ và độ mỏng cơ học lớn. Để đạt được điều này, các nghiên cứu và điều tra liên tục và chuyên sâu đã phải được thực hiện để có thể xác định rằng nguyên nhân gây ra mức độ mất ánh sáng này là do các tạp chất bên trong tồn tại trong silicon hoặc thủy tinh.

Nhờ khám phá này mà các sợi quang bắt đầu được sản xuất với khả năng giảm suy hao lên đến 20 dB / km và băng thông lớn hơn. Ngoài ra, các lõi có độ dày 100 µm, được bọc bằng dây Naylon để tôn trọng nền tảng chiết suất, nhưng cũng có thể cung cấp độ cứng cơ học cao hơn, giúp không thể dùng tay làm đứt sợi.

Công việc của Kao và Hockman là nền tảng cho nghiên cứu được thực hiện bởi Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz và Frank Zimar, những người đã đề xuất và sản xuất sợi quang học đầu tiên có tạp chất Titanium. Những tạp chất này đã được cố ý kết hợp vào silicon để tăng khúc xạ trong sợi. Sợi quang này cho phép ánh sáng truyền đi trong sợi quang với độ suy giảm chỉ 17 dB / km. Trong cùng thập kỷ 1970, người ta có thể sản xuất sợi quang với mức suy hao chỉ 0.5 dB / km.

Một tiến bộ quan trọng khác trong công nghệ truyền dữ liệu bằng ánh sáng được thực hiện bởi các nhà vật lý Morton B. Panish và Izuo Hayashi, những người đã phát triển một loại laser bán dẫn có thể hoạt động liên tục mà không làm tăng nhiệt độ của nó. Cùng với John MacChesney và những người cộng tác khác đã tạo ra các phương pháp chuẩn bị sợi.

Việc truyền điện thoại đầu tiên bằng đường truyền được thực hiện vào ngày 22 tháng 1977 năm 6 bởi công ty General Telephone and Electronics ở Bắc Mỹ và đạt tốc độ XNUMX Mbit / s.

Đến năm 1980, các sợi này có độ trong suốt đến mức chúng có thể gửi tín hiệu qua một sợi quang trong một quãng đường lên đến hai trăm bốn mươi km trước khi chúng bị mất hoàn toàn. Những sợi này nảy sinh khi các nhà nghiên cứu nhận ra rằng silicon tinh khiết không có bất kỳ kim loại nào chỉ có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các công cụ và thành phần sử dụng hơi nước. Điều này ngăn chặn các chất gây ô nhiễm cố hữu phát sinh trong quá trình sản xuất.

AT&T đã đệ trình dự án về một hệ thống cáp quang cách nhau khoảng 1980 dặm cho Ủy ban Truyền thông Liên bang vào năm XNUMX. Hệ thống này sẽ chạy qua và kết nối các thành phố Boston và Washington DC. Sau bốn năm trình bày dự án này, hệ thống bắt đầu đi vào hoạt động. Cáp này có đường kính XNUMX inch và có khả năng cung cấp tới XNUMX nghìn kênh thoại cho các cuộc trò chuyện điện thoại đồng thời.

Sợi quang học đầu tiên được lắp đặt xuyên đại dương đã đi vào hoạt động vào năm 1988, độ trong suốt của lõi của nó là hoàn hảo đến mức chỉ cần đặt bộ khuếch đại quang học sau mỗi bốn mươi dặm. Sau đó, nhiều kết nối kiểu này đã được thực hiện và nhiều chuyến tham quan rộng rãi hơn đã được thực hiện giữa các thành phố và lục địa.

Tất cả những tiến bộ này cho phép sợi quang tiếp tục cải thiện độ trong suốt của nó và có thể được áp dụng cho truyền thông trên thị trường và không chỉ ở mức độ thử nghiệm. Trên thực tế, General Telephone and Electronics vào ngày 22 tháng 1977 năm 6 đã quản lý để thực hiện thành công đường truyền điện thoại đầu tiên với tốc độ XNUMX Mbits / s, sử dụng sợi quang làm đường truyền.

Quy trình chế tạo

Tại Phòng thí nghiệm Bell, các phương pháp độc lập để sản xuất sợi quang đã được phát triển. Từ đó, có bốn quy trình sản xuất sợi quang

MCVD (Sự lắng đọng hơi hóa chất đã được điều chỉnh)

Phương pháp này ban đầu được phát triển bởi Corning Glass và được Phòng thí nghiệm Bell điều chỉnh để ứng dụng trong công nghiệp. Chúng bao gồm một ống thạch anh tinh khiết, trong đó silicon dioxide được trộn với các nguyên tố khác để pha tạp chất. Sau đó ống này được đặt trên một máy tiện quay.

Sau đó, nó được đưa đến nhiệt độ lên tới 1600 độ C bằng một lò đốt hydro và oxy. Điều này được thực hiện bằng cách quay máy tiện trong khi ống thạch anh được nung nóng trên toàn bộ chiều dài của nó. Tại thời điểm này, các chất phụ gia được thêm vào, đó là những chất sẽ góp phần tạo ra chỉ số khúc xạ tốt hơn trong lõi, ở một đầu của ống.

Các lớp tiếp theo cũng được kết hợp với nhau, do sự phụ thuộc liên tục của đầu đốt. Kỹ thuật này cho phép tổng hợp hạt nhân. Sau đó, đầu đốt được đưa đến nhiệt độ 1800 độ C, đây là nhiệt độ cho phép thạch anh mềm ra và do đó thu được phôi.

Preform đề cập đến thanh thủy tinh hoặc ống được sử dụng để tạo ra sợi quang. Đó là, nó là ống rắn thu được sau phương pháp này. Thông thường kích thước của nó dài hơn 1 mét và đường kính 1 cm.

VAD (Lắng đọng theo trục hơi)

Kỹ thuật này dựa trên kỹ thuật được phát triển bởi Nippon Telephone and Telegraph. Nó được sử dụng rộng rãi ở Nhật Bản trong các công ty sản xuất sợi quang học. Nó sử dụng các vật liệu cơ bản giống như trong phương pháp MCVD, tuy nhiên, chúng khác nhau ở chỗ là phương pháp thứ hai, chỉ có lõi được đặt. Bây giờ, lớp lót cũng được đặt thêm

Đó là lý do tại sao phương pháp này tinh vi hơn một chút tại thời điểm pha tạp, vì Germanium dioxide phải được kết hợp với tỷ lệ lớn hơn trong lõi so với trong lớp phủ. Đối với sản xuất này, một phần mềm được sử dụng như một trợ lý cần thiết trong đó các thông số được thiết lập.

Lấy ống hoặc đũa thủy tinh phụ trợ, quá trình tạo phôi bắt đầu. Ống phụ này đóng vai trò hỗ trợ cho nó. Nó bắt đầu bằng cách kết hợp các vật liệu khác nhau một cách có trật tự từ phần cuối của hình trụ, thu được phôi xốp, khi lớn dần, sẽ tách ra khỏi ống thủy tinh phụ.

Sau đó, quá trình thu gọn được thực hiện, bao gồm việc tăng nhiệt độ lên đến 1700 độ C để đạt được độ mềm của thạch anh. Điều này được thực hiện để chuyển từ một phôi xốp rỗng bên trong sang một hình trụ đặc, trong suốt.

Nếu chúng ta so sánh phương pháp này với phương pháp trước, phương pháp VAD có ưu điểm là thu được các phôi có chiều dài lớn hơn và đường kính lớn hơn, đồng thời giảm năng lượng đầu vào. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là đòi hỏi thiết bị chế tạo phức tạp hơn nhiều.

OVD (Lắng đọng hơi bên ngoài)

Phương pháp này được phát triển bởi Corning Glass Work. Trong trường hợp này, nguyên liệu thô của bạn bắt đầu với một hình trụ bằng sứ và đầu đốt. Các clorua bay hơi được đặt trên ngọn lửa đốt, và ngọn lửa làm nóng thanh. Tại thời điểm này, quá trình tổng hợp phôi được thực hiện. Quy trình này bao gồm làm khô thanh bằng khí clo, để sau đó thực hiện quá trình thu gọn theo cách tương tự như quy trình sẽ được thực hiện với phương pháp trước đó. Đây là cách lõi và lớp phủ của nó được tổng hợp, thu được phôi.

Một số ưu điểm của phương pháp này là có thể chế tạo sợi quang có độ suy giảm rất thấp và chất lượng tốt, nhờ vào việc tối ưu hóa quá trình sấy. Sự tối ưu hóa này cho phép có được các cấu hình trơn tru mà không có cấu trúc hình khuyên quan trọng.

PCVD (Sự lắng đọng hơi hóa chất trong huyết tương)

Phương pháp này được phát triển bởi công ty Philips ở Hà Lan. Tương tự như vậy, nó được đặc trưng bởi các cấu hình mịn và không có cấu trúc hình khuyên dễ nhận biết. Nguyên lý của loại kem nền này dựa trên quá trình oxy hóa của Silicon clorua và Germanium clorua. Bằng cách đánh gỉ các clorua này, trạng thái plasma sẽ đạt được, sau đó là quá trình pha tạp chất bên trong.

Giai đoạn kéo dài phôi

Bất kể loại phương pháp nào được sử dụng, trong số tất cả các phương pháp này, quy trình kéo căng phôi được thực hiện phổ biến. Để đạt được sự kéo dài của phôi, cần phải có một lò ống hở. Preform được đặt bên trong lò này và chịu nhiệt độ lên đến 2000 độ C, điều này để làm mềm phôi và có thể thao tác với nó.

Trong quá trình này, đường kính của sợi quang đạt được, và điều cực kỳ quan trọng là duy trì một lực căng không đổi để đường kính trong suốt chiều dài của sợi quang không thay đổi. Cách để đảm bảo rằng lõi không có những thay đổi như vậy về đường kính của nó là duy trì một lực căng đồng đều không đổi. Ngoài ra, phải đảm bảo không có dòng đối lưu trong lò.

Tương tự như vậy, điều cực kỳ quan trọng là khi phôi mềm trở lại, sẽ tránh được sự xâm nhập của các tác nhân có thể gây ô nhiễm hoặc tạo ra các vết nứt nhỏ, điều này có thể làm mất độ suy hao của nó và thậm chí là đứt trong sợi quang.

Trong quá trình này, vật liệu tổng hợp cũng được thêm vào hình, nói chung nó là một polyme nhớt. Tầm quan trọng của polyme này là nó cho phép kéo dài sợi quang ở tốc độ cao hơn. Điều này tạo ra một lớp đồng nhất, không có tạp chất xung quanh sợi. Cuối cùng, lớp bảo vệ này được làm khô và cứng lại, bằng các quy trình nhiệt hoặc phản ứng hóa học sử dụng bức xạ tia cực tím.

Ứng dụng sợi quang

Sợi có tính linh hoạt ấn tượng, vì vậy nó có thể được ứng dụng trong truyền thông kỹ thuật số, đồ trang sức, cảm biến, ánh sáng, đồ trang trí, v.v. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến nhất của sợi quang và những ứng dụng bổ sung.

Thông tin liên lạc sợi quang

Quy mô hoặc cường độ sử dụng lớn nhất của sợi quang là dành cho viễn thông. Do tính linh hoạt của nó, có thể nhóm một số dây để tạo thành cáp quang. Thông thường, các sợi được sử dụng cho việc này được làm bằng nhựa hoặc thủy tinh, và đôi khi thậm chí bằng cả hai vật liệu.

Cảm biến sợi quang

Cảm biến sợi quang có thể phân biệt giữa cảm biến bên trong và cảm biến bên ngoài. Cảm biến bên trong gọi bản thân hình là cảm biến. Mặt khác, trong các cảm biến bên ngoài, sợi quang là phương tiện để truyền các tín hiệu mà một cảm biến phát ra đến một hệ thống xử lý các tín hiệu nói trên.

Bởi vì không có sự lưu thông của dòng điện trong sợi quang, chúng có lợi thế hơn so với cảm biến điện. Ngay cả bản thân sợi xơ cũng là một cảm biến tuyệt vời để đo các biến dạng, nhiệt độ, áp suất khí quyển, độ ẩm, điện trường, từ trường, khí, rung động, v.v.

Một trong những ứng dụng khác của sợi quang trong việc ứng dụng micro thủy sinh để phát hiện động đất hoặc các ứng dụng sóng do sóng siêu âm tạo ra. Để làm được điều này, hơn một nghìn cảm biến làm bằng sợi quang đã được sử dụng để tạo ra các hệ thống hút nước. Loại hệ thống này được sử dụng chủ yếu bởi ngành công nghiệp dầu mỏ và các tổ chức quốc phòng và một số quốc gia. Tương tự như vậy, công ty Sennheiser đến từ Đức đã tạo ra một chiếc micrô hoạt động bằng ánh sáng laser và sợi quang học.

Cũng theo nghĩa này, các cảm biến sợi quang đo nhiệt độ và áp suất khí quyển được sử dụng trong các giếng dầu. Các loại cảm biến này có khả năng chịu được các điều kiện khắc nghiệt hơn so với các cảm biến được làm bằng chất bán dẫn.

Trong ngành hàng không có một con quay hồi chuyển làm bằng sợi quang học, cũng như cảm biến vi mô bằng hydro.

Các cảm biến quang tử làm bằng sợi quang này thường chứa bốn phần cơ bản, đó là:

Cảm biến: là bộ chuyển đổi
Người hỏi: người phát và nhận tín hiệu đến từ sợi quang.
Cáp quang: nó là sợi quang
Bộ ghép nối, bộ ghép kênh, bộ khuếch đại hoặc bộ chuyển mạch quang học: các phần tử giúp hệ thống quang và điện ghép nối mà không làm mất tín hiệu và có khả năng xử lý các tín hiệu khác nhau từ các nguồn khác nhau.

Hoạt động hoặc chức năng của hệ thống này bắt đầu bằng việc tạo ra tín hiệu quang do bộ dò tín hiệu tạo ra, điều này để yêu cầu thông tin từ bộ thu. Thông tin này truyền qua sợi quang của cảm biến. Khi nó tiến hành đo các điều kiện môi trường như khí, áp suất khí quyển, nhiệt độ và các yếu tố khác, có sự thay đổi về cường độ của ánh sáng, hoặc bước sóng của nó bị ảnh hưởng và do đó, có sự thay đổi trong đó.

Sự thay đổi thay đổi này, theo bước sóng hoặc cường độ ánh sáng được đưa trở lại qua sợi quang đến bộ dò tín hiệu. Sau đó, phần trăm biến thiên của những thay đổi này được ước tính. Bằng cách áp dụng các thuật toán và công cụ khác nhau như bộ ghép quang điện tử, có thể chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện tử, để hệ thống điện ở đầu cuối có thể giải thích thông tin, chẳng hạn như hệ thống điều khiển hoặc hiển thị dữ liệu thời gian thực.

Tương tự như vậy, tùy thuộc vào lưu lượng dữ liệu, chẳng hạn như lưu lượng truyền qua mạng Internet, có thể có bộ ghép kênh quang, bộ chuyển mạch quang, bộ khuếch đại quang hoặc bộ ghép quang khác nhau theo cùng một cách.

Tương tự, hệ thống cảm biến sợi quang có thể được phân loại là điểm hoặc phân tán.

Hệ thống cảm biến điểm quang học

Loại hệ thống này sử dụng các cảm biến phân tán các vị trí được xác định trong mạng cảm biến cho phép các tham số được giám sát riêng lẻ. Do đó, các hệ thống điểm cho phép đo đồng thời nhiều tham số hơn. Không giống như các hệ thống phân tán, giám sát hệ thống điểm có thể kéo dài đến 250 km.

Hệ thống cảm biến quang học phân tán

Trong trường hợp này, các phép đo và phát hiện sự thay đổi của tham số quang mà bộ dò tín hiệu nhận được đến từ dữ liệu thu được dọc theo toàn bộ sợi quang. Điều này cho thấy một lợi thế vì nó là một vùng sợi quang được sử dụng như bộ biên dịch của hệ thống. Hệ thống quang học phân tán có thể trải dài tới 120 km chiều dài.

Iluminación

Các ứng dụng đầu tiên mà sợi quang có chính xác là chiếu sáng không gian. Ngay cả ngày nay, ứng dụng này vẫn tồn tại cho sợi quang. Điều này là do sợi quang cho phép chiếu sáng các khu vực mà không tạo ra nhiệt và không có nguy cơ đoản mạch, vì sợi quang được thiết kế để truyền các chùm ánh sáng.

Thậm chí có thể thay đổi tần số bằng cách thay đổi màu sắc của ánh sáng. Điều này rất hữu ích, chẳng hạn như nếu sử dụng ánh sáng trong đèn, vì có thể thay đổi màu sắc mà không cần phải thay đèn.

Tương tự như vậy, có thể mở rộng vùng chiếu sáng vì có thể định vị các sợi quang khác nhau ở nhiều nơi, sử dụng một nguồn sáng duy nhất.

Nhiều công dụng hơn của sợi quang học

Nó được sử dụng như một chất dẫn sóng cho chùm ánh sáng phát ra từ các thiết bị y tế hoặc công nghiệp yêu cầu chiếu sáng các khu vực mà đường nhìn không thể tiếp cận trực tiếp hoặc dễ dàng.

Chúng ta có thể lấy làm ví dụ về ống nội soi bán mềm được sử dụng trong y học, sử dụng sợi quang kết hợp với thấu kính để có thể hình dung bên trong các cơ quan mà không cần phẫu thuật xâm lấn cao. Trong trường hợp của các ngành công nghiệp, để kiểm tra các thiết bị như tua-bin.

Trên thực tế, sợi quang hiện đang được sử dụng như các yếu tố trang trí, như trường hợp của cây thông Noel có sợi quang trong các nhánh của chúng chiếu sáng cây và cũng có thể thay đổi màu sắc của chúng.

Một ví dụ khác về ứng dụng trong sợi quang là ứng dụng được áp dụng trong các tòa nhà nhất định, lấy ánh sáng tự nhiên từ các mái nhà của chúng và nhờ sợi quang mà ánh sáng này có thể truyền đến các không gian bên trong của tòa nhà.

Và cuối cùng, ngày nay có một hỗn hợp giữa bê tông và sợi quang học tạo ra một loại bê tông trong suốt. Vật liệu này được tạo ra bởi kiến trúc sư Ron Losonczi, và điều đáng kinh ngạc về loại bê tông này là nó vẫn có thể có độ bền của bê tông và thêm vào đó là chất lượng của sợi quang học để truyền ánh sáng.

Đặc điểm sợi quang

Sợi quang là một đường truyền điện môi hoạt động trong phổ điện từ trong dải quang. Trong dải quang học này là nơi chúng ta có thể tìm thấy màu sắc, ngoài ra còn có dải hồng ngoại gần và dải hồng ngoại. Trong cáp quang, một phần của các tần số này thường được sử dụng.

Mỗi sợi cáp quang có một lõi ở trung tâm được làm bằng nhựa hoặc thủy tinh, đó là Silicon và ôxít Germanium. Lõi này có chiết suất cao và được bao phủ bởi một lớp phủ có chiết suất thấp hơn. Điều này cho phép ánh sáng chỉ truyền qua lõi và không thoát ra bên ngoài. Thông thường lớp phủ này được làm bằng polyme hoặc nhựa.

Sự khác biệt này giữa các chiết suất phải tồn tại giữa lõi và lớp phủ của nó là do các nguyên tắc khúc xạ ánh sáng. Nguyên tắc này nói rằng khi một bề mặt có chiết suất nhất định giáp với bề mặt khác có chiết suất thấp hơn, thì ánh sáng bị phản xạ và sự chênh lệch giữa các chỉ số này càng lớn thì góc tới càng lớn, do đó sẽ có phản xạ toàn phần. .

Trong sợi quang, ánh sáng đang phản xạ hoặc phản xạ bên trong hạt nhân, và những góc phản xạ này rất rộng, vì vậy thực tế có thể giả định rằng ánh sáng truyền theo đường thẳng qua tâm của nó, cho phép nó truyền đi những khoảng cách xa mà không mờ dần.

Hiệu suất sợi quang

Các định luật hình học quang học là những định luật thiết lập hoạt động và các nguyên tắc cơ bản của hoạt động của sợi quang. Sợi quang được điều chỉnh chủ yếu bởi quy luật khúc xạ là đi theo nguyên tắc phản xạ toàn phần bên trong.

Chùm sáng được truyền qua lõi của sợi quang, tôi đã đưa ra sự khác biệt về chiết suất, chùm sáng này không thể đi qua lớp phủ mà thực sự bị phản xạ trên nó và tiếp tục truyền qua lõi.

Tiếp theo, chúng tôi sẽ trình bày những ưu nhược điểm của công nghệ cáp quang.

Advantage

Nó có băng thông rất lớn, cho phép tốc độ truyền tải rất nhanh
Đó là một công nghệ tối giản, tức là nó chiếm rất ít không gian.
Nó nhẹ, vì nó chỉ nặng vài gam trên một km. Không giống như cáp điện thậm chí có thể nặng gấp 9 lần so với sợi quang.
Nó hoàn toàn miễn nhiễm với nhiễm điện từ. Vì vậy, nó có chất lượng truyền dẫn vượt trội so với các đường dây thông thường, vì nó không bị nhiễu bởi các mạch ngắn bên ngoài hoặc bão điện.
Chính vì nó không bị nhiễu, sợi quang đảm bảo mức độ bảo mật thông tin cao. Điều này là do cách duy nhất để vào bên trong hệ thống truyền dẫn cáp quang là làm suy yếu nó và thậm chí làm gián đoạn nó, khiến nó có thể dễ dàng bị phát hiện.
Nó không tạo ra nhiễu cho các hệ thống khác.
Nó không bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu ký sinh, vì vậy trong các hệ thống như tàu điện ngầm, nơi có các hệ thống có thể dễ dàng làm nhiễu thông tin liên lạc, sợi quang trở thành lựa chọn xuất sắc thay thế.
Sự suy giảm của nó nhỏ đáng kể so với các loại cáp thông thường, do đó có thể truyền đi những khoảng cách xa mà không cần phải đưa vào các phần tử tích cực như bộ khuếch đại để duy trì tín hiệu.
Tùy thuộc vào vật liệu mà lớp phủ và tấm che được sản xuất, sợi quang có thể có khả năng chống cơ học tốt.
Nó có khả năng chống ăn mòn.
Nó có một hệ thống được gọi là đo phản xạ quang học cho phép bạn dễ dàng phát hiện các điểm yếu hoặc sợi quang bị cắt dọc theo tuyến đường.

Nhược điểm

Vì đã trình bày hết các ưu điểm của cáp quang nên chúng ta sẽ tiến hành trình bày các nhược điểm của công nghệ này so với các đường truyền khác.

Chất xơ dễ vỡ cao.
Nó đòi hỏi thiết bị truyền và nhận đắt tiền hơn.
Các mối nối làm bằng sợi quang phức tạp hơn để làm, đặc biệt là tại hiện trường, vì vậy việc sửa chữa khó khăn hơn.
Vì nó không thể truyền điện, nó không tương thích trực tiếp với các hệ thống đầu cuối, nói chung là điện tử.
Nó không thể truyền công suất rất cao.
Nó không thể lưu trữ thông tin về mặt quang học.
Nó bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao hoặc thấp, vì vậy áo khoác và lớp phủ phải là vật liệu chịu nhiệt độ.
Rung có thể ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu một cách chính xác.

Các loại sợi quang

Trong lõi của sợi quang có những con đường khác nhau mà chùm ánh sáng có thể đi theo. Mỗi con đường này được gọi là một phương thức lan truyền. Sợi quang có thể được phân loại là sợi đa mode hoặc singlemode.

Sợi quang đa mode

Sợi đa chế độ dùng để chỉ một sợi quang trong đó ánh sáng có thể truyền qua nhiều đường hoặc chế độ. Một sợi đơn của sợi quang đa mode có thể có tới 1000 phương thức truyền của chùm sáng. Điều này ngụ ý rằng các chùm ánh sáng không đến đồng thời. Loại sợi này thường được sử dụng trong khoảng cách ngắn, khoảng cách dưới 2 km.

Chiết suất của lõi sợi quang đa mode cao hơn một chút so với chiết suất của lớp phủ. Ngoài ra, độ dày lõi của sợi quang đa mode lớn hơn độ dày của sợi quang singlemode, điều này cho phép kết nối dễ dàng hơn vì nó không yêu cầu độ chính xác chính xác như vậy.

Sợi đa mode lần lượt có thể được phân loại thành hai dạng tùy thuộc vào loại chiết suất của lõi của nó, đó là:

Chỉ số bậc thang : Trong trường hợp này, chỉ số khúc xạ không đổi dọc theo toàn bộ chiều dài của lõi, dẫn đến sự tán sắc mode cao.

Chỉ số khúc xạ thay đổi : Trong trường hợp này, lõi được cấu tạo từ các vật liệu khác nhau, do đó chỉ số khúc xạ không cố định dọc theo toàn bộ chiều dài của sợi quang và vì vậy, nó có độ tán sắc mode thấp hơn.

Tương tự như vậy, tiêu chuẩn được thiết lập trong ISO 11801, chỉ ra sự phân loại của sợi quang đa chế độ theo băng thông và nguồn sáng được sử dụng, chẳng hạn như nó là đa chế độ trên laser hay đa chế độ trên đèn led.

OM1: Sợi quang 62.5 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM2: Sợi quang 50 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM3: Sợi 50/125 µm, 10 Gigabit (300 m), Laser.

Sợi đơn

Như chúng tôi đã giải thích trước đây, thuật ngữ mode được áp dụng để chỉ số quỹ đạo mà chùm sáng có thể có. Trong sợi quang đơn mode, chỉ có một mode mà ánh sáng có thể truyền qua. Điều này có nghĩa là đường kính của lõi nhỏ hơn. Tương tự như vậy, về mặt lý thuyết, ánh sáng truyền qua trung tâm của sợi quang, không giống như đa mode phát ra từ các bức tường của lõi. Loại sợi này được sử dụng chủ yếu cho các tuyến đường dài.

Cáp cấu trúc lỏng lẻo

Cũng có thể phân loại sợi quang theo thiết kế của nó, và cũng có hai loại sợi quang theo cách phân loại này.

Loại sợi này có thể được ứng dụng ngoài trời và trong nhà và bao gồm một số sợi sợi được chia thành các nhóm được đưa vào các ống bao quanh phần gia cố trung tâm, và các sợi này lần lượt được bao phủ bởi một lớp áo bảo vệ.

Thuật ngữ cấu trúc lỏng lẻo xuất phát từ thực tế là các sợi cáp quang nằm lỏng lẻo trong các ống mà chúng được dẫn hướng qua đó. Ống này có thể rỗng hoặc có vật liệu kỵ nước bên trong, để bảo vệ sợi quang khỏi độ ẩm.

Ngoài ra, nó phải lỏng lẻo, nó cho phép sợi quang được cách ly khỏi các lực cơ học bên ngoài tác động lên cáp.

Nẹp trung tâm nói chung là linh hoạt và cung cấp sức mạnh cho cáp. Nó có thể được làm bằng kim loại hoặc vật liệu điện môi.

Cáp cấu trúc chặt chẽ

Loại cáp này có ứng dụng chủ yếu cho nội thất của các tòa nhà vì nó linh hoạt hơn và cho phép bán kính uốn cong nhỏ hơn so với cáp kết cấu lỏng lẻo.

Cáp này bao gồm sự kết hợp của một số sợi cáp quang có lớp phủ và áo khoác riêng lẻ. Các sợi này bao quanh một phần trung tâm và toàn bộ bộ này đến lượt nó được bảo vệ bởi một lớp bên ngoài. Tên của nó xuất phát từ thực tế là tất cả các sợi sợi rất chặt chẽ, giúp hỗ trợ vật lý tốt.

Thành phần sợi quang

Trong một hệ thống thông tin liên lạc cáp quang có một số thành phần cần thiết cho việc truyền dẫn thành công. Các thành phần này bao gồm máy phát quang, máy dò quang, đầu nối hoặc thiết bị đầu cuối sợi quang, trong số những thành phần khác.

Máy phát quang

Đây là những phần tử chịu trách nhiệm biến đổi thông tin hoặc dữ liệu từ nguồn điện tử sang dữ liệu quang học hoặc chùm ánh sáng. Để đạt được điều này, máy phát sử dụng các electron ở một tần số nhất định để được kích thích trong các vật liệu như silicon, thường tạo ra chùm ánh sáng, được gọi là photon, dưới dạng năng lượng. Các photon là hạt lượng tử cơ bản của ánh sáng. Bên trong máy phát có một bộ điều chế thực hiện chức năng biến đổi năng lượng điện tử thành quang năng.

Bộ phát tia

Trong máy phát quang có hai loại máy phát phát ra tín hiệu quang, đó là:

đèn LED.

Nó là một diode phát ra ánh sáng, hay Light Emitting Diode. Loại bộ phát sáng này được sử dụng chủ yếu trong sợi quang đa mode do tính chất dễ sử dụng và tuổi thọ cao. Mặc dù điều quan trọng cần lưu ý là loại đèn này không có khả năng đi xa, vì vậy nó được sử dụng cho khoảng cách ngắn vì chúng phát huy hết chức năng và giảm giá thành.

Laser

Đó là bức xạ ánh sáng tự phát được kích thích được khuếch đại. Nó phát ra ánh sáng có tính kết hợp cao và sử dụng chất bán dẫn để phát ra ánh sáng. ánh sáng laser có thể được sử dụng trong sợi đa mode và sợi đơn mode, mặc dù chúng thường chỉ được sử dụng trong sợi đơn mode vì mạch của chúng phức tạp hơn và do đó đắt hơn. Tuổi thọ của tia laser, mặc dù dài, nhưng thường dưới mức trung bình của đèn LED.

Bộ chuyển đổi dòng điện ánh sáng

Trong truyền dẫn cáp quang cần thiết phải có một phần tử phát hiện sự có mặt của các photon. Thông thường, nó là một photodiode có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện tử. Điều này đạt được bằng cách chuyển sự hiện diện hoặc không có ánh sáng thành các tín hiệu có mức cao và mức thấp hoặc các tín hiệu một và các số không.

Và chúng cũng được áp dụng cho quá trình ngược lại, tức là chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang. Mặc dù có thể biến đổi ánh sáng thành tín hiệu điện và những tín hiệu này phát ra một công suất nhất định, nhưng nó không đủ để cung cấp năng lượng cho thiết bị đầu cuối. Các thiết bị đầu cuối này thường là thiết bị điện, vì vậy hầu như luôn luôn cần một nguồn điện thay thế.

Như chúng tôi đã đề cập trước đây, thông thường các bộ chuyển đổi quang điện này bao gồm một điốt quang hoặc chất bán dẫn. Để đảm bảo hoạt động chính xác của các chất bán dẫn này, các điều kiện nhất định phải tồn tại, đó là:

Khi không có ánh sáng, dòng điện ngược phải không quá cao để có thể phát hiện ra các tín hiệu quang rất yếu.
Nó phải có băng thông lớn để có thể cung cấp tốc độ phản hồi.
Mức độ nhiễu do các chất bán dẫn này tạo ra phải ở mức tối thiểu.

Lần lượt, có hai loại máy dò, điốt quang PIN và điốt quang tuyết lở APD.

Máy dò mã PIN

Loại máy dò này bao gồm một chất bán dẫn được cấu tạo bởi ba lớp, hai lớp bên ngoài là một thuộc loại P và một thuộc loại N và lớp ở giữa là bán dẫn nội tại. Đó là nơi bắt nguồn tên mã PIN của nó. Vật liệu nội tại này trong thực tế thường được đặt dưới dạng phần mở rộng của vật liệu P hoặc vật liệu N.

Máy dò APD

Đây là những chất bán dẫn tuyết lở. Các điốt quang này, khi đặt một điện áp ngược vào nó, sẽ tạo ra độ lợi dòng điện. Hoạt động của các máy dò tuyết lở bán dẫn này bao gồm việc thực hiện một chuyến di chuyển của điện tử và nó gặp một nguyên tử để nó có thể giải phóng một điện tử khác. Lý do chất bán dẫn tuyết lở được sử dụng là vì điện tử này được gửi đi cần phải xử lý một lượng năng lượng đủ lớn.

Máy dò APD có thể được phân loại thành ba loại, tùy theo vật liệu mà nó được làm:

Máy dò silicon

Những loại máy dò này có hiệu suất cao và tạo ra mức độ tiếng ồn thấp. Nguồn điện của loại máy dò này nằm trong khoảng 200 V đến 300 V

Máy dò gecmani

Nói chung, nó hoạt động với các bước sóng trong phạm vi 1000 và 1300 nm, mặc dù hiệu suất thấp hơn một chút.

Dò tìm các vật liệu khác

Những máy dò này bao gồm các vật liệu hoặc hóa chất nằm trong nhóm III và V của bảng tuần hoàn.

Các loại đánh bóng sợi quang

Các loại đánh bóng sẽ phụ thuộc vào các đầu nối nằm ở các đầu của sợi quang, chúng có thể được phân loại theo kiểu đánh bóng của chúng. Kiểu đánh bóng này sẽ thay đổi tùy theo cách kết nối.

Làm phẳng : quá trình đánh bóng này giúp các đầu sợi trở nên nhẵn mịn và vuông góc với trục của nó, tức là hoàn toàn phẳng.

PC (Tiếp xúc vật lý) : Các sợi được kết thúc bằng hình dạng lồi, đưa nhân của cả hai sợi tiếp xúc với nhau.

SPC (Super PC) : Loại này tương tự như PSP, các cạnh được mài nhẹ để tạo thành hình tam giác không có đỉnh ở giữa, mà vẫn giữ nguyên dạng phẳng.

UPC (Ultra PC): Loại này tương tự như SPC nhưng các cạnh được gọi là "cạnh" để chỉ phần trung tâm của sợi là phần phẳng.

Mã UPC nâng cao: Đây là phiên bản tinh vi hơn so với phiên bản trước, do đó việc tiếp xúc phải cực kỳ chính xác.

APC (Angled PC): Loại đánh bóng này bao gồm việc tạo ra một biên dạng với một góc nhất định. Góc này cho phép tiếp xúc vật lý chính xác hơn giữa lõi của cả hai chi tiết.

Đầu nối sợi quang

Đầu nối là các bộ phận cho phép kết nối cáp quang với thiết bị đầu cuối. Thiết bị đầu cuối này có các cổng giao tiếp máy tính để kết nối cáp quang. Tùy thuộc vào loại cổng, một loại đầu nối cụ thể sẽ được sử dụng để kết nối sợi quang. Điều này tương tự như cách hoạt động của các loại cáp thông thường; ví dụ, cáp đồng trục có nhiều loại đầu nối khác nhau, mỗi loại có một chức năng cụ thể.

Tóm lại, các loại đầu nối cho sợi quang là:

FC
FDDI
LC và MT-Array
SC và SC-Duplex
ST hoặc BFOC

Các đầu nối thường được sử dụng trong sợi quang, đặc biệt cho mạng cục bộ là đầu nối ST, LC, FC và SC.

Dây cáp quang

Cáp quang bao gồm một nhóm nhiều sợi quang mà qua đó các tín hiệu khác nhau được nhìn thấy. Mỗi sợi quang có thể gửi một lượng lớn dữ liệu từ các nguồn khác nhau, vì vậy một sợi cáp quang có thể gửi thông tin từ các dịch vụ khác nhau cùng một lúc.

Cáp quang là giải pháp thay thế khả thi nhất cho việc thay thế cáp đồng trục trong ngành viễn thông và ngành điện tử. Ngay cả cáp có 8 sợi quang vẫn nhỏ hơn đáng kể so với cáp thông thường. Một sợi cáp quang có khả năng gửi thông tin tương đương với khả năng gửi bởi 60 sợi cáp đồng 1623 đôi, hoặc 4 sợi cáp đồng trục 8 ống. Ngoài ra, sợi quang có thể gửi thông tin qua khoảng cách xa hơn mà không cần đặt nhiều bộ lặp hoặc bộ khuếch đại như trong trường hợp sử dụng cáp đồng.

Ngoài ra, điều quan trọng là làm nổi bật sự khác biệt về trọng lượng tồn tại giữa cáp quang và cáp đồng. Ví dụ, một sợi cáp quang 8 sợi có thể nặng ít nhất là 30 kg mỗi km, trong khi cáp đồng trục có thể nặng tới 45 kg mỗi km. Và tương tự như vậy, sợi quang cho phép chạy một lần cách nhau từ 2 đến 4 km. Trong trường hợp cáp đồng trục, nó chỉ cho phép chạy từ 250 đến 300 mét.

Tuy nhiên, cũng đúng là cáp quang cần có một lớp phủ bổ sung và các yếu tố khác để tăng cường trong quá trình lắp đặt của nó. Điều này được thực hiện để không gây rủi ro cho việc đẻ trứng và trong tương lai, sự cố có thể xảy ra do sự mỏng manh của chúng.

Các tính năng của cáp

Các loại cáp quang này có các chức năng khác nhau. Đầu tiên, chúng ta có thể đề cập rằng nó hoạt động như một phần tử bảo vệ các sợi quang bên trong để chúng không bị hư hỏng hoặc đứt gãy có thể xảy ra tại thời điểm lắp đặt cáp hoặc trong thời gian sử dụng của nó, thường là 20 năm. .

Thứ hai, cáp quang cung cấp độ cứng cơ học cho sợi quang bên trong để nó có thể chịu được các điều kiện xoắn nén khi kéo và các yếu tố môi trường mà nó có thể tiếp xúc. Đó là lý do tại sao ngoài cáp, các phần tử khác cũng được kết hợp để củng cố và cách ly sợi quang khỏi các tác nhân và lực bên ngoài mà nó phải chịu.

Các loại cáp này có thể được lắp đặt dưới lòng đất, dưới biển hoặc xuyên đại dương hoặc trên không. Một trong những điểm quan trọng nhất của hệ thống có cáp quang là tại thời điểm lắp đặt, và đó là lý do tại sao một số yếu tố nhất định được sử dụng để bảo vệ sợi quang khỏi bị hư hỏng.

Thiết kế và các yếu tố cáp quang

Vai trò của một sợi cáp quang sẽ quyết định cấu trúc của nó. Tuy nhiên, ngay cả khi chúng có thể được ứng dụng cho các chức năng khác nhau, tất cả các loại cáp quang đều có nhiều điểm chung, đó là lớp phủ thứ cấp, các sợi bên trong, các phần tử góp phần vào việc gia cố và cấu trúc của cáp, áo khoác nhóm tất cả sợi xơ và vật liệu cách ẩm. Lớp phủ thứ cấp có thể được chia thành ba loại:

Lót ly

Lớp lót này nói chung là một vương miện hình khuyên rắn được làm bằng nylon hoặc polyester bao phủ lớp lót chính. Do đó lớp phủ thứ cấp này làm tăng đường kính cuối cùng của sợi quang. Chức năng của lớp phủ này là bảo vệ chống lại các vi sinh vật có thể tồn tại trong sợi quang. Tuy nhiên, mặc dù lớp phủ này bảo vệ chống lại những chỗ uốn cong này, điều quan trọng là phải thận trọng khi lắp đặt cáp quang, vì chúng vẫn có thể xảy ra tại thời điểm lắp đặt.

Lót rời rỗng

Lớp lót này có một không gian quá khổ, bao gồm một ống rỗng được làm bằng kim loại và kết hợp với nhựa. Điều này làm cho ống này trở thành một vật liệu cứng, nhưng đồng thời linh hoạt. Mục đích của việc chế tạo một tấm ốp ngoại cỡ là nó bảo vệ sợi quang khỏi rung động, nhiệt độ và lực cơ học.

Lớp lót rời có đệm

Đó là cùng một lớp phủ đã đề cập ở trên, nhưng bên trong một vật liệu có khả năng cách nhiệt chống ẩm được đưa vào. Bằng cách đưa một vật liệu kỵ nước vào bên trong, nó ngăn không cho nước tiếp cận với sợi quang. Ngoài khả năng bảo vệ khỏi rung động và các tác nhân môi trường khác, nó còn có khả năng chịu được nhiệt độ nhất định. Người ta thường sử dụng các vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ hoặc silicone.

Các nguyên tố cấu trúc

Các phần tử này là cấu trúc đóng vai trò là hướng dẫn trung tâm cho đường dẫn mà sợi quang phải đi theo. Sợi quang được phân bố dọc theo cấu trúc này hoặc được bện xung quanh nó. Nói chung, các cấu trúc này có các kênh hoặc rãnh đóng vai trò dẫn hướng bổ sung cho sợi quang.

Gia cố các yếu tố

Như tên gọi của chúng đã chỉ ra, nhiệm vụ của chúng là cung cấp gia cố bổ sung cho cáp quang để cô lập, càng xa càng tốt, các lực kéo mà sợi có thể phải chịu và ngoài ra, không có độ giãn dài đáng kể nào có thể gây đứt lõi. Ngoài tác dụng bảo vệ độ giãn dài, nó còn bảo vệ cáp quang chống lại sự gấp khúc và rung động. Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng cho kết cấu gia cố là sợi thủy tinh Kevlar và thép vì chúng là vật liệu dẻo nhưng cũng có độ rắn.

cây thạch thảo

Tất cả các cáp quang đều có một áo khoác thường được làm bằng nhựa. Vỏ bọc này là lớp bọc bên ngoài của cáp quang và chức năng của nó là bảo vệ lõi khỏi các tác nhân, lực và hiện tượng bên ngoài, chẳng hạn như độ ẩm, nhiệt độ, rung động, v.v.

Các vật liệu tạo nên vỏ bọc của chúng tôi sẽ khác nhau tùy theo cách lắp đặt và ứng dụng của chúng, ví dụ như cáp quang liên đại dương phải bảo vệ chống lại độ ẩm, áp suất khí quyển và thậm chí chống lại vết cắn của cá mập. Nếu đó là cáp quang sẽ được lắp đặt theo phương thức chính thống, thì vỏ bọc phải bảo vệ lõi chống lại các rung động và gấp khúc do gió tạo ra, cũng như chống lại nhiệt độ và độ ẩm. Hoặc nếu cuối cùng, việc lắp đặt nó sẽ nằm dưới lòng đất, thì lớp vỏ bọc phải nặng hơn một chút để chịu được những cú sốc và áp lực đưa ra, chẳng hạn như giao thông xe cộ.

Kỹ thuật nối

Thông thường, trong các cuộc chạy rất lớn, lên đến hơn 120 km, cần phải tạo các mối nối giữa các sợi, vì hầu như không có một sợi liên tục nào có chiều dài như vậy. Và ngay cả trong trường hợp bị vỡ, nó là cần thiết để tiến hành sửa chữa.

Các loại mối nối khác nhau tồn tại như sau:

Mối nối cơ học

Loại mối nối này bao gồm một loại ống bọc mà hai sợi được đưa vào và một vòng xoắn cơ học được thực hiện để nối hai lõi. Những mối nối này thường được sử dụng trên cơ sở tạm thời hoặc khi ghép nối nhiệt hạch được coi là không cần thiết. Suy hao liên quan đến thời gian nối này theo thứ tự 0,5 dB.

Nối bằng keo

Trong trường hợp này, người ta bôi một loại keo trong suốt đặc biệt cho phép nối hai đầu của sợi và Liên kết này được bảo vệ bằng một số loại gia cố bên ngoài. Nó có tổn thất 0.2 dB, nhưng nó thường không đáng tin cậy lắm vì lớp keo có thể bị bong ra một lần nữa.

Ghép nối

Một công cụ được gọi là máy ghép nhiệt hạch được sử dụng để thực hiện các công việc tinh vi và chính xác hơn. Trong công việc này, người vận hành trước đó phải chuẩn bị sợi trước khi đưa các đầu vào ống nối này. Công cụ này có khả năng hình dung xem các đầu sợi có bất kỳ chất gây ô nhiễm nào không hoặc liệu có cần đánh bóng mịn hơn hay không, hoặc nếu có sự liên kết tốt hơn giữa các sợi. Nếu tất cả các yêu cầu này được đáp ứng, thì nó chỉ tiến hành đốt nóng khu vực đó, làm tan chảy sợi và do đó nối các lõi của nó. Suy hao của mối nối này là 0.02 dB.

Suy hao trong cáp quang

Thuật ngữ suy hao có nghĩa là tổn thất điện năng xảy ra trong đường dây tải điện. Đơn vị đo của nó là decibel (dB). Trong sợi quang có những lý do khác nhau tại sao xảy ra hiện tượng suy hao trong cáp. Có hai loại tổn thất, đó là tổn thất hoặc tổn thất nội tại và tổn thất ngoại lai.

Suy giảm nội tại là những suy giảm được tạo ra bởi thành phần hóa học và các yếu tố khác trong quá trình sản xuất nó. Đó là, những nguyên nhân đó là một phần của chính thành phần của Silicon và Germanium và của quá trình sản xuất chỉ. Cho dù các quy trình có thể tiếp tục cải tiến đến đâu, sẽ không thể đạt được sợi xơ mà không bị suy giảm.

Mặt khác, suy hao bên ngoài là những suy giảm được tạo ra bởi các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như tạp chất, kết nối không tốt, đánh bóng không chính xác của cấu hình, khớp nối, v.v. Sự suy giảm hay mất mát này có thể được phân loại lần lượt như sau:

Tổn thất hấp thụ

Loại suy giảm này xảy ra khi có sự hiện diện của các tạp chất bên trong sợi. Những tạp chất này hấp thụ hoặc làm gián đoạn sự truyền của ánh sáng. Sự hấp thụ này thường biến ánh sáng thành nhiệt năng, tạo ra tổn thất từ 1 đến 1000 dB / km.

Mất Rayleigh

Khi sợi quang đang được sản xuất, có một thời điểm làm mát sợi quang không ở trạng thái lỏng và rắn, và có thể có một ứng dụng sai của lực căng khi nó bị kéo căng, điều này có thể tạo ra các bất thường vi mô. Những bất thường này gây ra sự nhiễu xạ của chùm ánh sáng khi chúng truyền qua chúng.

Sự phân tán

Sự phân tán xảy ra khi có sự thay đổi trong chiết suất và do đó ánh sáng bị khúc xạ theo một cách khác với dự kiến, điều này xảy ra do các vết nứt vi mô bên trong sợi, các chất ô nhiễm hoặc các lý do nội tại của sợi.

Sự phân tán giữa các phương thức

Loại tán xạ này xảy ra khi có sự khác biệt về thời gian truyền của ánh sáng khi chúng đi theo các lộ trình khác nhau trong lõi của sợi quang. Nó cũng có thể được biết đến với cái tên phân tán theo phương thức. Loại phân tán này chỉ xảy ra trong sợi đa mode.

Tán sắc của vật liệu: đây là kết quả của các bước sóng ánh sáng khác nhau truyền với tốc độ khác nhau qua một môi trường nhất định.

Tán sắc của ống dẫn sóng: Đây là một chức năng của băng thông của tín hiệu thông tin và cấu hình của ống dẫn nói chung nhỏ hơn độ phân tán trước đó và do đó có thể bị bỏ qua.

Tổn thất bức xạ

Những tổn thất này được tạo ra bởi sự gấp khúc hoặc uốn cong trong cáp quang. Điều này thường xảy ra tại thời điểm lắp đặt hoặc khi các khúc cua xảy ra trong đường dẫn của cáp quang.

Khớp nối lỗ

Khi nối hoặc tại các điểm đầu cuối, nơi cần có đầu nối, sự suy giảm sẽ luôn tồn tại. Những suy giảm này thường thấp, nhưng không phải là không đáng kể. Như khi có sự liên kết không chính xác giữa các hạt nhân, tuy nhiên điều này phải được sửa chữa để tránh sóng quay trở lại.

Windows làm việc sợi quang

Các cửa sổ làm việc này cho phép chúng ta tận dụng một phần dải ánh sáng hồng ngoại của quang phổ điện từ. Trong trường hợp này, chúng là các cửa sổ trong đó các bước sóng theo thứ tự nanomet. Nó đã được chứng minh trong những trường hợp khác nhau rằng khi hoạt động trong các cửa sổ làm việc này thì ít bị suy hao hơn. Cụ thể, có ba cửa sổ:

Cửa sổ làm việc thứ nhất: bước sóng theo thứ tự chín trăm tám mươi nanomet.
Cửa sổ làm việc thứ 2: trong trường hợp này là bước sóng XNUMX nanomet.
Cửa sổ làm việc thứ 3: bước sóng theo thứ tự một nghìn năm trăm năm mươi nanomet. Cửa sổ cuối cùng này được chia thành băng tần S, băng tần C và băng tần L.

Kết nối sợi quang

Có hai hình thức kết nối cáp quang trong một hệ thống mạng. Các cấu trúc liên kết này là mạng điểm-điểm và mạng điểm-đa điểm.

Mạng điểm-điểm là những mạng mà một nút được tạo ra từ nguồn thông tin trực tiếp đến các công ty, gia đình hoặc người dùng yêu cầu dịch vụ. Nói cách khác, không có trung gian hoặc nút nào khác trên mạng giữa người dùng và dịch vụ.

Mạng điểm-đa điểm là mạng yêu cầu bộ chia hoặc bộ tách quang, tương tự như mạng dùng cho truyền hình cho phép chúng ta kết nối các TV khác nhau ngay cả khi công ty truyền hình cáp chỉ cung cấp cáp đồng trục. Sau đó, từ bộ phát, một sợi quang sẽ phân chia tín hiệu qua các bộ chia quang cho hai, bốn, sáu và tối đa tám người dùng. Trong các mạng rất rộng, một trong tám bộ phận này được sử dụng để kết hợp một bộ chia quang khác trong mạng có thể cung cấp cho 8 người dùng khác. Tuy nhiên, những phân chia này có một giới hạn và yêu cầu bộ khuếch đại trong đường dẫn của chúng.

Bộ khuếch đại quang học

Chúng vẫn bao gồm các sợi quang học nhưng trong quá trình sản xuất chúng được pha tạp các thành phần hóa học khác nhau, đặc biệt là đất hiếm. Một trong những bộ khuếch đại sợi quang được sử dụng rộng rãi nhất là pha tạp erbium.

Bộ khuếch đại này thường được gọi là EDFA cho tên viết tắt của nó bằng tiếng Anh. Bộ khuếch đại này hoạt động ở cửa sổ làm việc thứ ba, cụ thể là ở dải C và dải L. Tuy nhiên, nó cũng có thể hoạt động ở dải S, nhưng cần các tác nhân khác hoặc các thành phần hóa học bổ sung.

Độ lợi mà nó cung cấp cho tín hiệu quang học có thể từ mười lăm đến bốn mươi decibel. Nó thường bao gồm một sợi quang được lưu trữ trong một vỏ hình chữ nhật và có thể có chiều dài sợi pha tạp từ mười đến sáu mươi mét.

tóm lại

Sợi quang là một phương tiện truyền dẫn gửi dữ liệu thông qua các chùm ánh sáng. Các nguyên tắc dựa trên sợi quang học là trong các định luật hình học quang học, đặc biệt là trong định luật khúc xạ.

Ban đầu, các nghiên cứu khác nhau đã được thực hiện để bổ sung cho nhau cho đến khi sợi quang học ngày nay được phát triển. Trong các nghiên cứu này, người ta quan sát thấy rằng độ trong suốt của sợi quang hoặc sợi lõi là yếu tố cần thiết để giảm suy hao và đạt được mức tổn thất tối thiểu mà ngày nay là 0.02dB / Km.

Các thành phần thường được chế tạo của sợi quang là ôxít silic và gecmani. Các thành phần ốp che phủ lõi nói chung là một số loại nhựa. Sau đó là một lớp áo cung cấp độ cứng cơ học có thể được làm bằng Nylon hoặc Kevlar, và cuối cùng là một lớp áo nhựa bảo vệ toàn bộ sợi cáp và cách ly sợi quang khỏi các tác nhân bên ngoài.

Có các phương pháp sản xuất khác nhau:

MCVD (Sự lắng đọng hơi hóa chất đã được điều chỉnh)
VAD (Lắng đọng theo trục hơi)
OVD (Lắng đọng hơi bên ngoài)
PCVD (Sự lắng đọng hơi hóa chất trong huyết tương)

Bất kể loại phương pháp nào được sử dụng, trong số tất cả các phương pháp này, quy trình kéo căng phôi được thực hiện phổ biến.

Các ứng dụng của sợi quang rất đa dạng. Trong thông tin liên lạc, chúng trở thành một trong những phương tiện hoặc đường truyền xuất sắc nhất, do băng thông lớn và tốc độ truyền mà nó có thể đạt được, cũng như độ tin cậy hoặc bảo mật của thông tin mà hệ thống này cung cấp. Trong các cảm biến cho phép phát hiện các điều kiện hoặc thông số như: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển và thậm chí đối với hệ thống sonar.

Ngoài ra, nó còn được sử dụng để chiếu sáng, chẳng hạn như ống nội soi mềm sử dụng sợi quang làm phương tiện dẫn ánh sáng để chiếu sáng các cơ quan và có thể thực hiện các phẫu thuật ít xâm lấn hoặc chính xác hơn một cách thoải mái hơn. Tương tự như vậy, đối với các hiệu ứng trang trí như cây thông Noel.

Có thể thay đổi màu sắc mà một sợi quang hiển thị hoặc phản xạ bằng cách thay đổi bước sóng hoặc tần số truyền qua nó.

Một số ưu điểm quan trọng nhất của cáp quang và công dụng của nó là băng thông, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt được, khả năng miễn nhiễm điện từ, giảm không gian và trọng lượng bị chiếm dụng, và bảo mật thông tin cao.

Mặt khác, nó là một công nghệ tiên tiến hơn, và do đó đắt hơn, việc lắp đặt và bảo trì phức tạp hơn các hệ thống thông thường, chúng cực kỳ mỏng manh và không chịu được nhiệt độ, độ ẩm, rung động và độ giãn dài.

Có hai loại quang học tùy theo lượng nhiễu hoặc chế độ mà chúng có thể truyền.

Sợi đa mode là những sợi có thể gửi đồng thời các bước sóng khác nhau qua các chế độ khác nhau, do đó có tên gọi như vậy. So với sợi đơn mode, sợi đa mode có lõi lớn hơn và chiết suất giữa lõi và lớp phủ có sự khác biệt, nhưng chỉ một chút. Vì vậy, các sóng truyền trong hạt nhân bật ra khỏi các bức tường của hạt nhân. Chúng được sử dụng cho các tuyến đường hoặc mạng khoảng cách ngắn. Nó thường được nhận biết vì áo khoác bên ngoài thường có màu cam.

Sợi đơn mode là sợi chỉ có một đường truyền và lõi của chúng nhỏ hơn so với sợi đa mode. Phương thức truyền sóng thường là trục trung tâm của lõi, vì nó nảy ở góc rất lớn. Chúng thường khác với multimode vì chúng sử dụng áo khoác bên ngoài màu vàng.

Bây giờ, theo thiết kế của nó, cũng có hai loại. Sợi quang có cấu trúc lỏng lẻo là loại sợi quang nằm lỏng lẻo trong các ống mà chúng được dẫn hướng qua đó. Ống này có thể rỗng hoặc có vật liệu kỵ nước bên trong, để bảo vệ sợi quang khỏi độ ẩm.

Ngược lại, cáp có cấu trúc chặt chẽ bao gồm sự kết hợp của một số sợi quang được bao phủ riêng biệt bằng một lớp áo và áo khoác. Các sợi này bao quanh một phần trung tâm và toàn bộ bộ này đến lượt nó được bảo vệ bởi một lớp bên ngoài.

Trong một hệ thống thông tin liên lạc cáp quang có một số thành phần cần thiết cho việc truyền dẫn thành công. Trong số các thành phần này có các bộ phát quang như đèn LED hoặc Laser, bộ chuyển đổi quang điện có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện thành quang để đưa qua sợi quang và sau đó sẽ chuyển đổi lại tín hiệu quang đã nhận thành điện.

Ngoài ra, có các máy dò quang học:

PIN
APD
Silicon
Gecmani
Vật liệu khác

Các loại đánh bóng sẽ phụ thuộc vào các đầu nối nằm ở các đầu của sợi quang, chúng có thể được phân loại theo kiểu đánh bóng của chúng.

Plano
PC (Tiếp xúc vật lý)
SPC (Siêu PC)
CPU (UltraPC)
UPC nâng cao
APC (PC góc)

Các đầu nối là các phần tử cho phép cáp quang được kết nối với thiết bị đầu cuối. Các đầu nối thường được sử dụng trong sợi quang, đặc biệt cho mạng cục bộ là đầu nối ST, LC, FC và SC.

Mối nối cơ học: loại mối nối này bao gồm một loại ống bọc mà hai sợi được đưa vào và một đường xoắn cơ học được thực hiện để nối hai lõi. Suy hao liên quan đến thời gian nối này theo thứ tự 0,5 dB.

Nối bằng keo: trong trường hợp này người ta bôi một loại keo trong suốt đặc biệt cho phép nối hai đầu của sợi và mối nối này được bảo vệ bằng một số loại gia cố bên ngoài. Nó có tổn thất 0.2 dB, nhưng nó thường không đáng tin cậy lắm vì lớp keo có thể bị bong ra một lần nữa.

Nối kết hợp: Máy nối có khả năng hình dung xem các đầu có bất kỳ chất gây ô nhiễm nào không hoặc nếu cần đánh bóng mịn hơn, hoặc nếu cần có sự liên kết tốt hơn giữa các sợi. Sau đó, nó tiến hành đốt nóng chỉ khu vực đó, làm tan chảy sợi và do đó nối các lõi của nó. Suy hao của mối nối này là 0.02 dB.

Có các yếu tố cung cấp hỗ trợ trong cấu trúc và gia cố của cáp quang. Các phần tử cấu trúc đóng vai trò là hướng dẫn trung tâm cho đường dẫn mà sợi quang phải đi theo. Sợi quang được phân bố dọc theo cấu trúc này hoặc được bện xung quanh nó. Nói chung, các cấu trúc này có các kênh hoặc rãnh đóng vai trò dẫn hướng bổ sung cho sợi quang.

Các phần tử gia cường cung cấp sự gia cố bổ sung cho cáp quang để cách ly nó khỏi các lực kéo mà nó có thể phải chịu và ngoài ra, không có độ giãn dài đáng kể nào có thể tạo ra đứt trong các lõi.

Trong sự suy giảm bên ngoài, có một số nguyên nhân, đó là:

Tổn thất hấp thụ
Mất Rayleigh
Sự phân tán
Tổn thất bức xạ
Khớp nối lỗ

Kết luận

Cáp quang là một đường truyền đã cho phép tốc độ và hiệu quả cao hơn trong việc truyền dữ liệu ngày nay. Mặc dù nó là một công nghệ phải trải qua một chặng đường dài mới có thể thay thế các hệ thống thông thường, nhưng đôi khi nó vẫn là lựa chọn tốt nhất cho truyền thông.

Tuy nhiên, cáp quang là một loại công nghệ đắt tiền so với các hệ thống thông thường vì nó đòi hỏi thiết bị và dụng cụ quang học có xu hướng đắt hơn. Nó cũng yêu cầu đào tạo thích hợp để có thể làm việc với sợi quang. Ngoài ra, việc lắp đặt nó thường là một quá trình rất phức tạp và sự hiện diện của các vết đứt trong sợi quang có thể gây ra tổn thất đáng kể nếu nó không được xử lý kịp thời. Ngoài ra, một số thiết bị vẫn cần được phát triển để công nghệ và hệ thống hoàn toàn là quang học, ví dụ như vẫn chưa có bộ nhớ quang học.

Thông thường các mạng cáp quang có các hệ thống dự phòng như vòng hoặc vòng kép, cho phép trong trường hợp xảy ra các sự cố này, thông tin có thể đi theo hướng khác, nhằm tránh việc gián đoạn dịch vụ trong một thời gian dài. tình hình được giải quyết.

Hệ thống cáp quang rất đáng tin cậy vì thực tế không thể xâm phạm mạng mà không bị phát hiện hoặc không làm gián đoạn quá trình truyền dữ liệu. Đó là lý do tại sao người ta thường thấy các sợi quang được lắp đặt dưới nước giữa các nước đồng minh, nơi họ truyền thông tin nhạy cảm và bí mật.

Điều gì phân biệt sợi quang với các phương tiện khác ở tốc độ dữ liệu và khả năng truyền tải. Ngoài ra, nó đảm bảo sự mất mát thông tin tối thiểu do thực tế là nó có rất ít suy hao trong phần tử chính của nó, khiến cho việc lắp đặt quá nhiều thiết bị khôi phục và khuếch đại trong hệ thống là không cần thiết. Kể từ khi thông tin truyền đi với tốc độ ánh sáng, có thể thấy sự chuyển dịch đáng kể của các công ty lớn sang loại công nghệ này.