Bài 27. Phản xạ toàn phần

CÁP QUANG
I. Định nghĩa và cấu tạo
1.Định nghĩa
Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu.
Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa.
2. Cấu Tạo
Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằm cho phép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng. Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm phản chiếu tốt các tín hiệu
Cáp quang gồm các phần sau:
_Core: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi
_Cladding: Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi.
_Buffer coating: Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt
_Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là Cáp quang. Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket.

Phân loại: Gồm 2 loại chính
Multimode (đa mode)
Multimode stepped index (chiết suất liên tục): Lõi lớn (100 micron), các tia tạo xung ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau trong lõi: thẳng, zig-zag… tại điểm đến sẽ nhận các chùm tia riêng lẻ, vì vậy xung dễ bị méo dạng.
Multimode graded index (chiết suất bước):Lõi có chỉ số khúc xạ giảm dần từ trong ra ngoài cladding. Các tia gần trục truyền chậm hơn các tia gần cladding. Các tia theo đường cong thay vì zig-zag.Các chùm tia tại điểm hội tụ,vì vậy xung ít bị méo dạng
Single mode (đơn mode)
Lõi nhỏ (8 micron hay nhỏ hơn), hệ số thay đổi khúc xạ thay đổi từ lõi ra cladding ít hơn multimode. Các tia truyền theo phương song song trục. Xung nhận được hội tụ tốt, ít méo dạng.
Minh họa hình đường đi của ánh sáng truyền trong lõi (mà nguyên nhân là do kết cấu của lõi Single Mode, Multi Mode)
Phát: Một điốt phát sáng (LED) hoặc laser truyền dữ liệu xung ánh sáng vào cáp quang.
Nhận: sử dụng cảm ứng quang chuyển xung ánh sáng ngược thành data.
Cáp quang chỉ truyền sóng ánh sáng (không truyền tín hiệu điện) nên nhanh, không bị nhiễu và bị nghe trộm.
Độ suy dần thấp hơn các loại cáp đồng nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn km.
Cài đặt đòi hỏi phải có chuyên môn nhất định
Cáp quang và các thiết bị đi kèm rất đắt tiền so với các loại cáp đồng
Đặc điểm
Nối cáp khó khăn,yêu cầu cáp phải càng thẳng càng tốt, không gập.

Chi phí - Chi phí hàn nối và thiết bị đầu cuối cao hơn so với cáp đồng.
Nhược điểm
II. ỨNG DỤNG
Sử dụng cho truyền tải tín hiệu trong khoảng cách ngắn, bao gồm:
Step index: dùng cho khoảng cách ngắn, phổ biến trong các đèn soi trong
Graded index: thường dùng trong các mạng LAN
Multimode

Dùng cho khoảng cách xa hàng nghìn km, phổ biến trong các mạng điện thoại, mạng truyền hình cáp. Đường kính 8um,truyền xa hàng trăm km mà không cần khuếch đại
Single mode
Cáp quang biển (single mode) thường bị hư hại
Khi phỏng vấn Guillaume Le Saux - thuyền trưởnng tàu lắp đặt và sửa chữa hệ thống cáp biển mang tên Pierre de Fermat của nhà mạng Orange, Pháp. Ông đã có hơn 16 năm kinh nghiệm làm việc trong lĩnh vực này.

- Cá mập có cắn cáp quang không ?
- Có, cá mập có thể đánh hơi thấy các bức xạ điện từ và vì tính hiếu kì nên sẽ cắn dẫn đến hư hỏng. Khi biển ấm, tuỳ vào khu vực chúng tôi sẽ bọc những đường dây bằng các ống nhôm ngăn sóng. Nếu không cảm nhận được năng lượng toả ra chúng sẽ không thấy cáp để phá hoại nữa.
Cáp biển bị hỏng vì những lý do nào khác?
- 80% là do các hoạt động của con người theo thời gian. Trong đó chiếm nhiều nhất là việc thả lưới đánh cá. Với sức kéo ngang ngửa với 2 chiếc xe buýt ở London dưới đáy đại dương, khả năng gây tổn hại cáp là rất cao.
Ngoài ra cáp biển cũng bị hỏng do việc thả neo. Trường hợp này cũng không quá hiếm bởi nhiều lúc thuyền trưởng cũng mắc phải sai lầm. Một vài nước ở Châu Phi có cảng đậu ngay khu vực đặt cáp. Thỉnh thoảng bão hay thuyền bị xô đẩy làm mỏ neo chuyển động đè lên đường dây.
Nguyên nhân còn lại thuộc về thiên nhiên. Ví dụ như sóng thần ở Châu Á năm 2015 đã khiến các tàu sửa chữa phải làm việc nhiều tháng liền để khắc phục hậu quả.