Tiểu luận Cáp quang

TIỂU LUẬN Cáp quang Mục Lục Lời Mở Đầu…………………………………….….2 I. Định nghĩa…………………………………….…3 II. Cấu tạo cáp quang………………………………4 III. Phân loại cáp quang…….……………………...8 1. Multimode (đa mode)…………………………………..8 2. Single mode (đơn mode)…………………………….…8 3. Đặc điểm :……………………………………………...9 IV. Ứng dụng cáp quang ………………………....10 V. Ưu,nhược điểm của cap quang…………..…….11 1. Ưu điểm…………………………………………..…...11 2. Nhược điểm……………………………………...……12 Lời Mở Đầu Ngày nay, Internet đã trở thành một nhu cầu thiết yếu, giúp mọi người ở khắp nơi trên thế giới có thể giao tiếp, trao đổi, học tập, mua sắm, giải trí dễ dàng, nhanh chóng.Các ứng dụng, dịch vụ trên Internet cũng ngày càng phát triển theo, điều này đòi hỏi tốc độ, băng thông kết nối Internet cao và cáp quang trở thành lựa chọn số một - FTTH (Fiber To Home) là một điển hình. FTTH đáp ứng các dịch vụ luôn đòi hỏi mạng kết nối tốc độ cao như IPTV, hội nghị truyền hình, video trực tuyến, giám sát từ xa IP Camera...Trước đây, cáp quang chỉ dùng để kết nối các đường trục chính của quốc gia, nhà cung cấp dịch vụ, doanh nghiệp lớn vì chi phí khá cao. Nhưng hiện nay, cáp quang được sử dụng khá rộng rãi ở các doanh nghiệp vừa, nhỏ, các trường đại học và người sử dụng thông thường. Bài viết giới thiệu cơ bản về cáp quang và các đầu nối, giúp bạn đọc hiểu được thông số kỹ thuật trên các tài liệu, thông tin sản phẩm quang.Cáp quang dùng ánh sáng truyền dẫn tín hiệu, do đó ít suy hao và thường được dùng cho kết nối khoảng cách xa. Trong khi cáp đồng sử dụng dòng điện để truyền tín hiệu, dễ bị suy hao trong quá trình truyền và có khoảng cách kết nối ngắn hơn.Sợi cáp quang được cấu tạo từ ba thành phần chính: lõi (core), lớp phản xạ ánh sáng (cladding), lớp vỏ bảo vệ chính (primary coating hay còn gọi coating, primary buffer). Core được làm bằng sợi thủy tinh hoặc plastic dùng truyền dẫn ánh sáng. Bao bọc core là cladding - lớp thủy tinh hay plastic - nhằm bảo vệ và phản xạ ánh sáng trở lại core. Primary coating là lớp vỏ nhựa PVC giúp bảo vệ core và cladding không bị bụi, ẩm, trầy xước. Hai loại cáp quang phổ biến là GOF (Glass Optical Fiber) - cáp quang làm bằng thuỷ tinh và POF (Plastic Optical Fiber) - cáp quang làm bằng plastic. POF có đường kính core khá lớn khoảng 1mm, sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu khoảng cách ngắn, mạng tốc độ thấp. Trên các tài liệu kỹ thuật, bạn thường thấy cáp quang GOF ghi các thông số 9/125µm, 50/125µm hay 62,5/125µm, đây là đường kính của core/cladding; còn primary coating có đường kính mặc định là 250µm. Em xin chân thành cảm ơn thầy LÊ VĂN THÂN đã giúp đỡ em làm bài tập này I. Định nghĩa Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu.Cáp quang dài, mỏng thành phần của thủy tinh trong suốt bằng đường kính của một sợi tóc. Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao và truyền xa hơn.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.Sợi quang là những dây nhỏ và dẻo truyền các ánh sáng nhìn thấy được và các tia hồng ngoại. Chúng có 3 lớp: lõi (core), áo (cladding) và vỏ bọc (coating). Để ánh sáng có thể phản xạ một cách hoàn toàn trong lõi thì chiết suất của lõi lớn hơn chiết suất của áo một chút. Vỏ bọc ở phía ngoài áo bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm và ăn mòn, đồng thời chống xuyên âm với các sợi đi bên cạnh. Lõi và áo được làm bằng thuỷ tinh hay chất dẻo (Silica), chất dẻo, kim loại, fluor, sợi quang kết tinh. Thành phần lõi và vỏ có chiếc suất khác nhau. Chiết suất của những lớp này như thế này sẽ quyết định tính chất của sợi quang. Chúng được phân loại thành các loại sợi quang đơn mode (Single Mode - SM) và đa mode (Multi Mode -MM) tương ứng với số lượng mode của ánh sáng truyền qua sợi quang. Mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của sóng ánh sáng (cũng có thể hiểu một mode là một tia). Core : Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng điCladding : 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 ướtjacket: 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. II. Cấu tạo cáp quang: Cáp quang gồm các phần sau: Core (lõi) : Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng điCladding (áo): Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi.Buffer coating (vỏ bọc): 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. Để ánh sáng có thể phản xạ một cách hoàn toàn trong lõi thì chiết suất của lõi lớn hơn chiết suất của áo một chút.Vỏ bọc ở phía ngoài áo bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm và ăn mòn, đồng thời chống xuyên âm với các sợi đi bên cạnh. Lõi và áo được làm bằng thuỷ tinh hay, chất dẻo (Silica), kim loại, fluor, sợi quang kết tinh). Chúng được phân loại thành các loại sợi quang đơn mode Single Mode (SM) và đa mode Multimode (MM) tương ứng với số lượng mode của ánh sáng truyền qua sợi quang. Mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của sóng ánh sáng (cũng có thể hiểu một mode là một tia).  Cấu tạo bên trongTheo Mode thì có: SM và MM (MM có 2 loại: 62.5 và 50).Theo môi trường lắp đặt thì có Outdoor và Indoor.Outdoor lại chia ra thành các loại: F8 và UndergroundSingle Mode và Multi ModeSợi SM chỉ truyền được một mode sóng do đường kính lõi rất nhỏ (khoảng 10 micromet). Do chỉ truyền một mode sóng nên SM không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng tán sắc và thực tế SM thường ít được sử dụng hơn so với MM.Sợi MM có đường kính lõi lớn hơn SM (khoảng 6-8 lần), có thể truyền được nhiều mode sóng trong lõi. Ngoài ra chúng còn được phân loại thành sợi quang có chỉ số bước và chỉ số lớp tuỳ theo hình dạng và chiết suất của các phần của lõi sợi quang.Khoảng cách giữa 2 thiết bị đấu nối bằng cáp quang không quy định cụ thể là bao nhiêu KM. Khoảng cách giữa 2 thiết bị căn cứ vào tính toán suy hao toàn tuyến, công suất phát, độ nhạy thu và công suất dự phòng của thiết bị.Thông thường mỗi thiết bị đều có khuyến cáo chạy ở cự ly nhất định, tuy nhiên đó chỉ là tính tương đối thôi.Chuẩn bước sóng cho thiết bị chạy SM và MM có khác nhau:MM có các bước sóng chuẩn là: 780, 850 và 1300. Hiện nay các thiết bị ít dùng bước sóng 780.SM có các bước sóng: 1310, 1550, 1627. Hiện nay các thiết bị SM dùng công nghệ DWM thì còn có thể sử dụng nhiều bước sóng khác nữa.Đa phần cáp quang single mode chỉ dùng cho đường trục, ngoài việc giá thành, công nghệ của cáp single mode rất khắc khe, và rất khó trong việc thi công cũng như sử dụng. Lý do: lớp lõi của cáp single mode rất nhỏ (khoảng 27 Micromet), còn của multi mode thi lớn hơn rất nhiều (khoảng 130 Micromet). Ngoài ra, do kết cấu lõi single mode cho ánh sáng đi theo đường thẳng, mà giá thành chế tạo, cũng như độ chính xác trong thi công, thiết bị công nghệ cao... làm cho cáp Single Mode khó thực hiện trong các công trình dân sự. Còn việc phân biệt: chủ yếu là do đường đi của ánh sáng truyền trong lõiTrong Single mode, ánh sáng đi theo gần như một đường thẳng trùng với trục cáp, còn trong Multi Mode, ánh sáng đi theo một chùm tia sáng có dạng đồ hình Sin đồng trục (vì thế mà ta có thể ghép thêm nhiều ánh sáng có các bước sóng khác nhau).Về thông số vật lý:Đường kính lõi sợi ( phần truyền tin): Core.SM: 9/125; MM: 50/125 và 62.5/125.Đường kính vỏ phản xạ: Cladding thì cả SM và MM đều như nhau là 125um.Về Coating thì tùy thuộc vào dặc tính cần bảo vệ mà người ta làm lớp này, tuy nhiên thông thường đối với cáp Outdoor thì nó là 250, với cáp Indoor thì nó là 900, điều này không phụ thuộc vào nó la cáp SM hay MM.Về sử dụng thì tùy thuộc vào công suất phát, độ nhạy thu, khoảng cách truyền dẫn, tốc đọ yêu cầu và giá thành mà người ta quyết định dùng SM hoặc MM. Các loại Connector của cáp quang: III. Phân loại cáp quang : Gồm hai loại chính: 1. Multimode (đa mode)• Multimode stepped index (chiết xuất bước): 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. Sợi đa mode (multi mode) có thể truyền cùng lúc nhiếu ánh sáng với góc anpha khác nhau. Đa mode (multi mode) còn chia làm 2 loại, đó là step mode và grade mode. Step mode thì chiết suất từ lõi đến vỏ giàm dần, nhưng theo từng nấc, còn grade mode thì giàm liên tục và dĩ nhiên là grade mode sẽ tốt hơn step mode. Dĩ nhiên là việc dùng đa mode (multi mode) thì còn phụ thuộc nhiều yếu tố nữa như là giá thành, các thiết bị đầu cuối (thiết bị ghép kênh quang)Sợi đa mode (multi mode) có đường kính lõi lớn hơn đơn mode (single mode) (khoảng 6-8 lần), có thể truyền được nhiều mode sóng trong lõi.• Multimode graded index (chiết xuất liên tục): 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.2. Single mode (đơn mode)Lõi nhỏ (8 mocron 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. Sợi quang đơn mode (single mode) hay sợi quang đa mode (multi mode) đều chỉ truyền một tín hiệu (là dữ liệu mà ta cần truyền). Muốn truyền nhiều dữ liệu từ các kênh khác nhau, ta phải dùng đến công nghệ WDM (truyền nhiều bước sóng trên cùng một sợi quang). sợi đơn mode (single mode) chỉ có thể truyền 1 ánh sáng với 1 bước sóng nhất định. Do sợi quang là vật liệu truyền thông tin dựa trên định luật phản xạ ánh sáng. Tia sáng khi đi từ môi trường có chiết suất cao qua môi trường chiết suất thấp thì không đi thằng (hay còn gọi là tán xạ) mà sẽ phản xạ lại. Do đó, khi ánh sáng mang thông tin, sẽ được truyền đi mà không bị suy hao gì cả (vì nó cứ chạy lòng vòng trong đó, phản xạ bên này, rồi phản xạ bên kia. Sợi quang đơn mode (single mode) thì lõi có chiết suất là một hằng số và chiết suất của vỏ cũng là 1 hằng số. Khi đó ánh sáng sẽ truyền đi theo đường ziczac trong sợi quang (độ lệch pha của tín hiệu khi đó sẽ đáng kể). Sợi đa mode (multi mode) là công nghệ tiên tiến hơn, chiết suất từ lõi ra đến vỏ sẽ giảm từ từ (nhưng vẫn đảm bảo một tỉ số chiết suất để ánh sáng chỉ phản xạ chứ không tán xạ), khi đó thì ánh sáng sẽ đi theo đường cong, độ lệch pha sẽ ít hơn nhiều so với hình ziczac của loại đơn mode (single mode)3. Đặc điểm :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. IV. Ứng dụng cáp quang : Khoảng cách ngắnMultimode Step index: dùng cho khoảng cách ngắn, phổ biến trong các đèn soi trong Graded index: thường dùng trong các mạng LAN Khoảng cách xaSingle mode: Khoảng cách xa hàng nghìn km, phổ biến trong các mạng điện thoại, mạng truyền hình cáp… Hiện nay, ở trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, cáp quang được ứng dụng và triển khai rất rộng rãi. Ở Việt Nam hiện nay, cáp quang đã được ứng dụng như sau: Sử dụng trong các tuyến truyền dẫn quốc tế, kết nối Việt Nam với các nước khác trên thế giới. Cụ thể có các tuyến chính như sau như sau: TVH (kết nối Thái Lan, Việt Nam và Hồng Kông); SEA-ME-WE 3 (nối các nước Đông Nam Á, Trung Đông và Tây Âu); tuyến cáp quang liên Á… Sử dụng trong các tuyến truyền dẫn liên tỉnh, và nội tỉnh để kết nối thông tin giữa các tổng đài với nhau. Cụ thể như các tuyến cáp quang quốc lộ 1A, tuyến cáp quang trên đường 500 KV (điện lực), tuyến cáp quang đường Hồ Chí Minh, đường 5… Sử dụng trong mạng truy nhập để cung cấp đường truyền tốc độ các tới các cơ quan, doanh nghiệp và các cá nhân có nhu cầu. Ví dụ, cung cấp đường truyền số liệu tốc độ cao, hoặc kết hợp với cáp đồng trong các mạng truyền hình cáp. Trong tương hệ thống truyền dẫn Việt Nam sẽ phát triển theo xu hướng chung của thể giới là cáp quang hoá. Cáp quang sẽ được triển khai tối đa để thay thế các hệ thống vi ba (vô tuyến) hiện còn lại (chủ yếu ở những nơi chưa triển khai được cáp quang do điều kiện địa hình). Trong tương lai gần, VNPT sẽ triển khai thêm tuyến cáp quang biển phục vụ cho mạng đường trục. Cáp quang cũng sẽ được triển khai rộng rãi hơn trong mạng truy nhập để cung cấp các dịch vụ yêu cầu tốc độ cao như truyền số liệu và hình ảnh bên cạnh dịch vụ thoại truyền thống. V. Ưu,nhược điểm của cap quang1. Ưu điểm Chi phí - Chi phí thấp hơn so với cáp đồngCáp quang chỉ truyền sóng ánh sáng (không truyền tín hiệu điện) nên nhanh, không bị nhiễu và bị nghe trộm. Tốc độ kết nối thiết bị với PC đạt 3,2 Gb/giây 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 đồngMỏng hơn - Cáp quang được thiết kế có đường kính nhỏ hơn cáp đồng. Dung lượng tải cao hơn - Bởi vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có thể được bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng. Điều này cho phép nhiều kênh đi qua cáp của bạn.Suy giảm tín hiệu ít - Tín hiệu bị mất trong cáp quang ít hơn trong cáp đồng. Tín hiệu ánh sáng - Không giống tín hiệu điện trong cáp đồng, tín hiệu ánh sáng từ sợi quang không bị nhiễu với những sợi khác trong cùng cáp. Điều này làm cho chất lượng tín hiệu tốt hơn. Sử dụng điện nguồn ít hơn - Bởi vì tín hiệu trong cáp quang giảm ít, máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế cao được dùng trong cáp đồng.  Tín hiệu số - Cáp quang lý tưởng thích hợp để tải thông tin dạng số mà đặc biệt hữu dụng trong mạng máy tính. Không cháy - Vì không có điện xuyên qua cáp quang, vì vậy không có nguy cơ hỏa hạn xảy ra. Không bị nhiễu điện. Truyền dẫn bằng sợi quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (EMI) hay nhiễu tần số vô tuyến (RFI) và nó không tạo ra bất kỳ sự nhiễu nội tại nào. Tính cách điện. Sợi quang là một vật cách điện. Sợi thủy tinh này loại bỏ nhu cầu về các dòng điện cho đường thông tin. Cáp sợi quang làm bằng chất điện môi thích hợp không chứa vật dẫn điện và có thể cho phép cách điện hoàn toàn cho nhiều ứng dụng.. Tính bảo mật. Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao. Một sợi quang không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường như sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích để lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang. Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng. Sợi quang là một phương tiện truyền dẫn đồng nhất và không gây ra hiện tượng pha-đinh. Những tuyến cáp quang được thiết kế thích hợp có thể chịu đựng được những điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt và thậm chí có thể hoạt động ở dưới nước. Tính linh hoạt. Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại và video. Các hệ thống này đều có thể tương thích với các chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, Arcnet, FDDI, T1, T2, T3, Sonet, thoại 2/4 dây, tín hiệu E/M, video tổng hợp và còn nhiều nữa. Tính mở rộng. Các hệ thống sợi quang được thiết kế thích hợp có thể dễ dàng được mở rộng khi cần thiết. Một hệ thống dùng cho tốc độ số liệu thấp, ví dụ T1 (I 544 Mb/s) có thể được nâng cấp trở thành một hệ thống tốc độ số liệu cao hơn, OC-12 (622 Mb/s), bằng cách thay đổi các thiết bị điện tử. Hệ thống cáp sợi quang có thế vẫn được giữ nguyên như cũ. Sự tái tạo tín hiệu. Công nghệ ngày nay cho phép thực hiện những đường truyền thông bằng cáp quang dài trên 70 km trước khi cần tái tạo tín hiệu, khoảng cách này còn có thể tăng lên tới 150 km nhờ sử dụng các bộ khuếch đại laze. Trong tương lai, công nghệ có thể mở rộng khoảng cách này lên tới 200 km và có thể 1000 km. 2. Nhược điểm Nối cáp khó khăn, dây cáp dẫn càng thẳng càng tốt. Chi phí hàn nối và thiết bị đầu cuối cao hơn so với cáp đồng