Cáp
quang, thành phần chủ yếu của mạng lưới
Internet
Hà Dương Cự |
Cáp quang. Sợi
quang (optical fiber) chỉ là một sợi dây bằng
thủy tinh nhỏ như một sợi tóc nhưng
hiện nay đă đóng góp rất lớn trong đời
sống hằng ngày của chúng ta. Khi
bạn lướt mạng, xem Facebook, coi phim bộ hay
xem điện thư th́ những thông tin hay dữ
liệu trước khi đi tới bạn đều
phải qua một vài sợi quang của mạng thông
tin toàn cầu Internet. Sợi quang hoạt động
ra sao Sợi quang là một sợi dây
làm bằng thủy tinh nhưng có thể làm bằng
chất dẻo. Sợi này rất nhỏ, đường
kính chỉ khoảng chừng 125 micro mét (µm) tức là
0.125 mili mét (mm) hay nhỏ tới 8 µm. So với một
sợi tóc th́ sợi quang c̣n nhỏ hơn. Tuy nhỏ
như vậy nhưng một sợi quang có thể dùng
cho 25,000 cuộc nói chuyện điện thoại cùng
một lúc. Một sợi quang ngoài
phần lơi như trên c̣n có lớp tráng quang (cladding),
phần đệm và vỏ bọc. V́ sợi quang quá nhỏ nên
người ta thường quấn nhiều sợi
với nhau và làm thành một sợi cáp gọi cáp
quang (fiber optic cable). Thành phần của sợi quang. Công
nghệ cáp quang dùng ánh sáng thường là tia laser
để truyền thông tin từ đầu này
tới đầu kia. Ánh sáng trong khi truyền trong
sợi quang th́ sẽ chạm vào thành của sợi
quang và phản chiếu lại vào trong. Có khi ánh sáng
bị thất thoát ra ngoài, do đó nhiệm vụ
của lớp tráng quang là giữ cho ánh sáng không ra
ngoài được. Có
hai phương thức truyền trong cáp quang, một là
đơn thức (single mode) và hai là đa thức
(multimode). Đơn thức là loại chỉ dùng
một tia sáng đi thẳng ở giữa sợi
quang. Loại này có thể truyền xa được.
Cáp truyền h́nh, điện thoại hay Internet thường
là loại đơn thức. Sợi
quang của loại đa thức th́ lớn hơn
loại đơn thức và v́ vậy ánh sáng có
thể đi theo nhiều đường khác nhau ngay
trong sợi quang. Đa thức không truyền đi xa
được và thường được dùng
trong mạng máy tính cục bộ. Ngoài
sợi quang ra hệ thống truyền thông c̣n có thêm
các thành phần như sau: -Bộ
phát: Bộ phận này được đặt
ở đầu sợi quang. Bộ phát nhận tín
hiệu bằng điện từ máy tính hay các
thiết bị khác và chuyển qua thành tín hiệu ánh
sáng và phát vào sợi quang. Tín hiệu ánh sáng dùng
hệ thống nhị phân (binary), tức là chỉ có
hai số 0 và 1. Tia sáng lóe lên là 1 và tắt là 0. -Bộ
tái sinh quang (optical regenerator): V́ ánh sáng truyền trong
sợi quang dần dần sẽ bị yếu đi, v́
vậy phải có những bộ tái sinh quang đặt
dọc theo cáp quang để làm tăng cường tín
hiệu ánh sáng. -Bộ
nhận: Bộ phận này ở cuối sợi quang
nhận tín hiệu bằng ánh sáng từ sợi quang.
Sau đó dùng tế bào quang điện để
chuyển tín hiệu ánh sáng ra tín hiệu điện
và gửi tới máy tính hay các thiết bị khác. Tốc
độ của sợi quang Ánh
sáng truyền trong sợi quang. Tốc độ truyền
của sợi quang được định nghĩa
là số bít truyền trong một giây. Bít là
đơn vị nhỏ nhất trong hệ thống
nhị phân chỉ gồm có 0 hay 1. Thí dụ tốc
độ của một sợi quang là 45 Mbps (Megabit per
second) có nghĩa sợi quang đó có thể truyền
đi 45 triệu bít trong một giây và 10 Gbps (Gigabit per
second) có nghĩa là truyền 10 tỷ bít trong một
giây. Những sợi quang trên
Internet có tốc độ từ 10 Gbps tới 100 Gbps.
Sợi quang nhanh nhất được thực
hiện bởi các khoa học gia Hoa Kỳ và Ḥa Lan có
tốc độ 255 Tbps (Terabit per second) tức là 255
triệu triệu bít trong một giây. Quá tŕnh phát triển sợi
quang Trước thập niên 1950
đă có nhiều nghiên cứu về sợi quang nhưng
v́ thủy tinh làm sợi quang không được
thuần nhất, có nhiều vẩn bụi nên sợi
quang không truyền ánh sáng đi xa được. Năm
1964, Tiến Sĩ Chales Kao đưa ra những đặc
tính kỹ thuật để có thể dùng sợi
quang truyền tín hiệu đi xa được. Ông
Kao cũng đề nghị là chất liệu
thủy tinh phải được làm cho hoàn hảo hơn.
V́ sáng kiến đó ông được trao giải
Nobel Vật Lư vào năm 2009. Năm 1970 các nhà khảo
cứu Robert Maurer, Donald Keck và Peter Schultz của công ty
Corning Glass đă được bằng sáng chế
về sợi quang dẫn sóng (optical waveguide fiber).
Sợi quang này có thể truyền nhanh hơn dây đồng
tới 65,000 lần. Tháng Tư, 1977, công ty General
Telephone and Electronics thử nghiệm và thực hiện
lần đầu tiên trên thế giới một
cuộc nói chuyện bằng điện thoại qua
một sợi quang tại Long Beach, California. Hệ thống TPC-5 được
đặt qua Thái B́nh Dương vào năm 1996.
Hệ thống cáp quang nối liền thế giới
lần đầu tiên, gọi là FLAG (Fiber optic Link
Around the Globe) được hoàn thành vào năm 1997. Hệ thống cáp quang ṿng
quanh thế giới
Các hệ thống cáp quang dưới biển.
V́
cáp quang rất tiện dụng trong việc truyền tín
hiệu trên Internet nên cáp quang được đặt
khắp mọi nơi trên thế giới, không
những trên đất liền mà c̣n dưới ḷng
đại dương. Đặt
cáp quang dưới biển rất tốn tiền và
không phải là chuyện dễ. Ở gần bờ th́
cáp quang phải chôn xuống dưới ḷng biển,
khi ra xa th́ cáp quang có thể để ngay trên mặt
đáy biển. Khi đặt cáp quang th́ cần
phải tránh mỏm đá và tránh làm hại môi trường. Một
điều lạ là cá mập thích cắn cáp quang nên
cần phải bao bọc bằng một lớp
cứng. Tuy khó khăn nhưng các công ty vẫn
tiếp tục đặt cáp quang dưới biển,
kể đến năm 2014 th́ có tới 285 cáp quang dưới
biển. Sau đây là bản đồ các hệ
thống cáp quang dưới biển của thế
giới. Theo
mạng www.submarinenetworks.com
th́ Việt Nam có nối với năm hệ thống
cáp quang dưới biển. Đó là AAG (Asia-America
Gateway), TGN-IA (TGN-Intra Asia), TVH (Thailand-Vietnam-Hong Kong), C2C
and SEA-ME-WE 3. Ba hệ thống đầu đổ
bộ lên Vũng Tàu c̣n hai hệ thống sau th́ đổ
bộ lên Đà Nẵng. Hệ thống AAG là một
hệ thống lớn nối Việt Nam với các nước
khác. Trong năm 2018 hệ thống này đă bị hư
hỏng bốn lần làm cản trở công việc
của nhiều công ty làm việc với nước
ngoài. Hệ thống cáp quang dưới
biển mới nhất được hoàn thành năm
2017 do một tổ hợp các công ty như Microsoft,
Facebook và Telxius. Hệ thống cáp quang này có tên là
Marea nối liền từ Virginia Beach, Hoa Kỳ tới
Bilbao, Tây Ban Nha và có thể truyền tín hiệu
với tốc độ 160 Tbps. Những ứng dụng khác
của sợi quang Ngoài việc dùng trong công
nghệ truyền thông cáp quang c̣n được dùng
trong nhiều lănh vực khác. -Cáp quang trong y khoa: Cáp quang
được dùng trong các thiết bị nội soi
(endoscope), thí dụ thiết bị soi dạ dày
(gastroscope). Bác sĩ đẩy một đầu
thiết bị này từ miệng qua thực quản và
xuống tới dạ dày để soi xét trong dạ
dày bệnh nhân có ǵ lạ không. Thiết bị soi dạ dày là
một cáp quang có nhiều sợi quang. Ở đầu
được đẩy xuống dạ dày là
một đèn chiếu sáng và một thấu kính.
Đèn rọi vào thành dạ dày phản chiếu vào
thấu kính và được truyền qua cáp quang
tới đầu bên ngoài. Ở đầu này là
một thị kính để bác sĩ có thể quan sát
dạ dày và cũng được nối với
một máy ảnh kỹ thuật số để ghi
lại h́nh ảnh. Cáp quang c̣n dùng trong công
nghệ phẫu thuật rô-bô và sinh tiết (biopsy). -Cáp quang trong ngành giao thông và
xây cất: Cũng giống như ứng dụng trong
y khoa, cáp quang dùng để xem xét những chỗ hóc
kẹt hay chỗ ngoài tầm nh́n của các cầu
cống hay các ṭa nhà. Hà Dương Cự Nguồn tài liệu:
https://broadbandnow.com/Fiber,
https://computer.howstuffworks.com
|