Với sự phát triển của công nghệ thì anh em có thể dễ dàng vào các trang web hoặc chơi game với những anh em khác ở tận bên Mỹ bằng các đường cáp quang xuyên biển. Tuy nhiên, nếu anh em thắc mắc vì sao cáp lại có thể truyền tín hiệu đi xa như vậy thì hãy cùng mình tìm hiểu qua bài viết này nhé.
Vì sao cáp quang trở nên phổ biến?
So với các loại cáp làm bằng kim loại thì cáp quang có nhiều ưu điểm hơn các bạn ạ. Chẳng hạn nếu cùng một độ dài thì cáp quang sẽ có giá rẻ hơn, trọng lượng nhẹ hơn và cũng mềm dẻo, linh hoạt hơn rất nhiều. Bên cạnh đó, bởi vì truyền dữ liệu bằng tín hiệu ánh sáng chứ không bằng tín hiệu điện nên cáp quang cũng không lo bị nhiễu bởi các loại sóng từ hoặc các cáp quang khác và cũng hạn chế khả năng cháy nổ vì không lo chập điện.
Ngoài ra, còn một số ưu điểm khác như cùng một kích thước thì dây cáp quang sẽ truyền nhiều dữ liệu hơn vì đường kính của phần lõi bên trong nhỏ hơn nên sẽ “nhét” được nhiều lõi dây hơn. Cáp quang cũng không bị mất tín hiệu dọc đường truyền nhiều như dây cáp các bạn ạ. Nói chung là cáp quang “ăn đứt” cáp kim loại về mọi mặt.
Vì sao có thể dùng ánh sáng để truyền dữ liệu?
Thực ra, việc dùng ánh sáng để truyền tín hiệu cũng không phải là một cấn đề quá cao siêu đâu. Nếu các bạn từng xem các bộ phim về Chiến tranh Thế giới II thì sẽ thấy tàu chiến thời đó liên lạc với nhau bằng đèn nhấp nháy theo tín hiệu Morse rồi giải mã thành chữ viết bình thường. Cáp quang thì cũng y như vậy anh em ạ, người ta sẽ dùng đặt một bộ chuyển đổi ở đầu của sợi cáp để chuyển dữ liệu thành ánh sáng rồi truyền vào sợi cáp. Ở đầu cáp bên kia thì sẽ có một bộ giải mã tín hiệu ánh sáng vừa nhận được rồi thành dữ liệu bình thường.
Và thường thì người ta sẽ dùng một số loại tia hồng ngoại có bước sóng khác nhau hoặc dùng tia laser để truyền tín hiệu. Tuy nhiên, tia laser thì dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và có chi phí làm đắt đỏ hơn nên ít được sử dụng hơn.
Cấu tạo của cáp quang
Trong một sợi cáp không thì có rất nhiều sợi quang nhỏ được quấn lại thành một bó để truyền dữ liệu. Còn sợi quang thì sẽ có 3 thành phần chính là:
- Phần lõi (core) làm bằng thủy tinh hoặc nhựa trong suốt giúp ánh sáng đi xuyên qua.
- Lớp phủ (cladding) trong suốt bên ngoài phần lõi giúp phản chiếu ánh sáng bên trong.
- Lớp vỏ (buffer coating) bằng nhựa dẻo giúp tăng độ bền cho sợi quang.
Bên cạnh đó, sợi quang còn được chia ra làm hai loại là single-mode và multi-mode. Phẫn lõi của loại single mode có kích thước rất nhỏ, đường kính từ 5 đến 10 micromet và thể truyền các nguồn sáng laser có bước sóng từ 1300 đến 1500 nm. Còn loại multi-mode có đường kính lớn hơn so với sợi single-mode, có thể lên đến 100 micromet và ánh sáng sẽ không đi thẳng qua một đường mà sẽ phản chiếu theo nhiều luồng khác nhau. Loại cáp multi-mode có thể truyền sáng hồng ngoại có bước sóng từ 850nm đến 1300nm từ các bóng LED.
Thông thường các loại cáp TV, Internet và cả cáp điện thoại thường là cáp single-mode để truyền ánh sáng đi xa, còn loại cáp multi-mode có nhiều luồng sáng bên trong nên thể gửi lượng lớn dữ liệu trong một khoảng cách ngắn nên thường được dùng để làm dây LAN kết nối máy tính đặt gần nhau thôi.
Vì sao ánh sáng có thể di chuyển trong sợi cáp quang
Không giống như lúc chiếu đèn pin vào môi trường bên ngoài, ánh sáng di chuyển xuyên qua sợi cáp có thể đi xa vài trăm kilomet là nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần các bạn ạ. Đây là hiện tượng khi chiếu ánh sáng vào bề mặt tiếp xúc của hai môi trường trong suốt nhưng ánh sáng không đi xuyên qua mà bị phản xạ lại toàn bộ. Trong sợi cáp quang thì hai môi trường trong suốt này là phần lõi làm bằng thủy tinh và lớp phủ cladding trong suốt bên ngoài. Nếu anh em chưa biết rõ về hiện tượng này thì có thể xem phần giải thích chi tiết hơn ở cuối bài nhé.
Giải thích về hiện tượng phản xạ toàn phần
Phần giải thích này sẽ thiên về hiện tượng vật lý, anh em nào không nắm rõ các từ “chuyên ngành” thì có thể xem lại kiến thức Vật lý lớp 11 nhé. Về cơ bản, hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi các bạn chiếu một tia ánh sáng từ một môi trường có chiết xuất cao sang môi trường có chiết suất thấp thì tia sáng không đi xuyên qua mà bị phản xạ lại toàn phần. Ngoài ra, một điều kiện khác để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì góc chiếu tia sáng phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn.
Trong sợi cáp quang, phần lõi luôn có chiết suất cao hơn phần cladding phủ bên ngoài và góc giới hạn luôn là một giá trị cố định nhưng luôn luôn nhỏ hơn góc chiếu tia sáng vào nên ánh sáng luôn bị phản xạ hoàn toàn. Dù sợi cáp có bị uốn cong thì hình tròn thì ánh sáng vẫn tiếp tục bị phản xạ nhé.
Về mặt lý thuyết, nếu phần lõi làm bằng thủy tinh có độ trong suốt cực cao và không bị lẫn tạp chất thì ánh sáng có thể đi bao nhiêu xa cũng được anh em ạ. Còn trên thực tế thì phần lõi của sợi quang vẫn có thể bị lẫn tạp chất nên ánh sáng cũng phần nào bị cản lại. Ngoài ra, vì một số tính chất vật lý nên bước sóng của ánh sáng cũng là nguyên nhân gây suy giảm tín hiệu. Để truyền tín hiệu xuyên đại dương thì người ta sẽ gắn thêm các bộ khuếch đại tín hiệu dọc quang học theo đường dây cáp. Nếu tín hiệu bị suy yếu dọc đường, bộ khuếch đại này sẽ tạo ra tín hiệu mới mạnh hơn hơn, “sáng” hơn mà vẫn giữ lại toàn bộ lượng thông tin như ban đầu.
Nguồn: How Stuff Work
