ĐỀ tài tìm HIỂU về cáp QUANG

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN VẬẬ̣T LIỆU ĐIỆN - ĐIỆN TƯ ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CÁP QUANG GVHD: THS PHẠẬ̣M XUÂN HỔ SINH VIÊN THỰC HIỆẬ̣N: Nguyễn Thúy Phượng (Nhóm trưởng) Mai Thành Gióó Phan Tiến Thành TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 04 năm 2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU NỘI DUNG Giới thiệu chung cáp quang 1.1 Lịch sử phát triển: .2 1.2 Khái niệm cáp quang: 1.3 Khái niệm sợi cáp quang: 1.4 Nguyên lý chung truyền sáng: 1.5 Cấu tạo sợi quang dẫn: .5 1.6 Nguyên lý truyền liệu sợi cáp quang: .9 1.7 Cơ chế hoạt động cáp quang: .9 1.8 Phân loại cáp quang: 1.9 Ưu điểm nhược điểm sợi cáp quang: 12 Ứng dụng sợi cáp quang: 16 2.1 Trong công nghiệp 16 2.2 Trong Internet 16 2.3 Trong truyền hình cáp 17 2.4 Trong điện thoại .17 2.5 Trong mạng máy tính .17 2.6 Trong phẫu thuật nha khoa .17 2.7 Trong chiếu sáng trang trí 18 2.8 Trong kiểm tra khí .18 2.9 Trong quân hàng không vũ trụ 19 2.10 Trong công nghệ ô tô 19 Quy trình sản xuất sợi quang: 19 Thi công cáp quang: 21 TỔNG KẾT 22 TÀÀ̀I LIỆẬ̣U THAM KHẢO 23 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, Internet trởở̉ thành nhu cầu thiết yếu, giúp người ởở̉ khắp nơi giới cóó thể giao tiếp, trao đổi, học tập, mua sắm, giải trí dễễ̃ dàng, nhanh chóóng Các ứng dụng, dịch vụ Internet ngày phát triển theo, điều địi hỏi tốc độ, băng thơng kết nối Internet cao cáp quang trởở̉ thành lựa chọn số So với trước đây, sử dụng cáp kim loại để truyền tải tín hiệu nóó lại cóó vài nhược điểm như: truyền tín hiệu chậm dễễ̃ bị nhiễễ̃u bởở̉i xạ điện, Để đáp ứng nhu cầu sử dụng Internet ngày tăng người vào năm 1966 tìm loại cáp tốt so với cáp kim loại trước đây, đóó cáp quang Từ đây, hệ thống thông tin quang chiếm hầu hết tuyến truyền dẫn quan trọng mạng lưới viễễ̃n thông quốc tế xem phương thức truyền dẫn cóó hiệu tuyến vượt biển xuyên lục địa Cùng với bùng nổ thông tin xã hội đại, đòi hỏi mạng truyền dẫn phải cóó phát triển mạnh quy mơ trình độ cơng nghệ nhằm tạo cấu trúc mạng đại Các hệ thống thông tin quang thời gian tới phải đảm bảo cóó tốc độ cao, cự ly xa độ tin cậy cao Vì thế, nhóóm chúng em chon đề tài “ CÁP QUANG” để phân tích tìm hiểu cấu tạo ngun lí truyền tải cáp nhằm phổ biến tính thiết thực cáp quang sống đại ngày NỘI DUNG Giới thiệu chung cáp quang 1.1 Lịch sử phát triển: Công nghệ sợi thủy tinh cáp quang xuất lần từ thời La Mã cổ họ bắt đầu biết biến thủy tinh thành sợi ̶̶e Năm 1840, nhà vật lí Daniel Collodon Jaques Babinet cố gắng chứng minh ánh sáng cóó thể truyền theo tia nước Họ thành công cách dẫn ánh sáng chạy theo tia nước đài phun nước Đây coi ý tưởở̉ng cáp quang, nước thủy tinh cóó đặc tính giống ̶̶e Năm 1854, nhà vật lý tên John Tyndall, đưa ý tưởở̉ng nhà khoa học bên lên bước chứng minh tín hiệu ánh sáng cóó thể theo dòng nước cong ̶̶e Năm 1880, Alexander Graham Bell tạo hệ thống điện thoại quang gọi Photophone ̶̶e Năm 1888, bác sĩ người Vienna sử dụng thủy tinh cong để chiếu sáng số phận thể bệnh nhân Đây tiền thân máy nội soi đại ̶̶e Vào năm 1920, John Logie Baird cấp sáng chế cho ý tưởở̉ng sử dụng đường ống suốt để truyền hình ảnh cho truyền hình Tuy nhiên, vào năm 1930, Heinrich Lamm người truyền hình ảnh thơng qua loạt sợi quang ̶̶e Năm 1951, Hogler Moeller xin cấp sáng chế Đan Mạch hình ảnh sợi quang, đóó ông đề xuất bọc sợi thủy tinh chất liệu suốt loại nhựa bị từ chối trùng sáng chế Braid ̶̶e Năm 1966, Charles Kuen Kao George Hockman, hai kỹ sư trẻ Phịng thí nghiệm chuẩn viễễ̃n thơng (Anh), cơng bố khám phá đầy hứa hẹn khả sợi quang - sợi thủy tinh nhựa suốt, linh hoạt mỏng sợi tóóc ̶̶e Những năm tiếp theo, sợi quang tiếp tục nghiên cứu phát triển gặp vấn đề khóó khăn tín hiệu ánh sáng bị nhiễễ̃u suy giảm nhiều trình truyền tải Nhưng đến năm 1970, Corning Glass Works tạo sợi thủy tinh với độ suy giảm 20dB / km ̶̶e Năm 1973, Phịng thí nghiệm Bell phát triển quy trình lắng đọng sửa đổi, cóó thể sản xuất hàng loạt thành sợi quang tổn hao thấp Q trình cịn, ngày nay, tiêu chuẩn cho sản xuất cáp quang ̶̶e Vào năm 1977, điện thoại trực tiếp thông qua cáp quang xảy ởở̉ Long Beach, California ̶̶e Đầu năm 1980, công ty điện thoại bắt đầu sử dụng sợi quang để xây dựng lại sởở̉ hạ tầng truyền thông 1.2 Khái niệm cáp quang: Cáp quang bóó sợi quang dẫn đặt lớp vỏ bọc đặc biệt, nhiệm vụ cáp quang truyền tín hiệu thơng tin mã hóóa thành tín hiệu điện chuyển đổi thành tín hiệu ánh sáng cóó bước sóóng λ khác 1.3 Khái niệm sợi cáp quang: Sợi quang dẫn ống hình trụ suốt, đóó ánh sáng truyền dọc theo ống nhờ phản xạ toàn phần Sợi quang dẫn lúc đầu cấu tạo từ sợi thủy tinh kéo nhỏ sau làm plastic gọi lõi truyền sóóng, mặt ngồi ống trụ tráng lớp phản quang (cladding) tất đặt lớp vỏ bọc dọc theo ống trụ 1.4 Nguyên lý chung truyền sáng: Sợi quang hoạt động theo nguyên tắc phản xạ toàn phần (total internal reflection - TIR) Các tia sáng cóó thể sử dụng để truyền lượng liệu khổng lồ Các dây cáp quang thiết kế cho chúng uốn cong tất tia sáng vào bên (sử dụng TIR) Các tia sáng truyền liên tục, bật khỏi tường sợi quang truyền liệu từ điểm đầu đến điểm cuối Cho dù tín hiệu ánh sáng cóó khả bị suy giảm bởở̉i khoảng cách (tùy thuộc vào độ tinh khiết vật liệu sử dụng), nóó truyền tín hiệu tốt so với cáp kim loại 1.5 Cấu tạo sợi quang dẫn: Cấu trúc sợi quang dẫn gồm cóó nhân ởở̉ tâm vỏ bọc bên ngồi Vật liệu làm nhân cóó hệ số chiết xuất n1 lớn hệ số chiết xuất n2 vật liệu làm lớp bọc Bên lớp bọc vỏ để che chởở̉, tránh tia sáng lạ làm nhiễễ̃u Hệ số chiết xuất nhân n1> n2hệ số chiết xuất lớp bọc Nếu θB < θA ánh sáng phản xạ tồn phần truyền dẫn sợi quang dẫn Nếu θB > θ A ánh sáng bị đi, khơng truyền dẫn sợi quang dẫn Cáp quang thường cấu tạo từ thành phần sau: sợi quang (filber), lớp bảo vệ (coating), lớp chịu lực (strength members), lớp ống đệm bảo vệ (buffer) lớp vỏ bảo vệ (jacket)  Sợi quang (filber): Cấu tạo sợi cáp quang gồm: - Phần lõi (core): Phần lõi cáp quang hay gọi core thường làm sợi thủy tinh plastic dùng truyền dẫn ánh sáng Lõi phần quang trọng cấu tạo sợi cáp quang Phần lõi phần làm thủy tinh nhựa suốt Nóó mỏng, linh hoạt cóó hình dạng hình trụ Lớp phủ đơn giản lớp bảo vệ bảo vệ lõi lớp phủ khỏi đứt sợi quang Kích thước lõi khác 63 micron Các mảnh sợi nhỏ bé cóó thể dễễ̃ dàng thâm nhập vào da số trường hợp qua thể người với mạch máu Đây nhiều lý cài đặt nên thực bởở̉i chuyên gia sử dụng thiết bị đặc biệt dự định Mục đích nóó giữ cho tất ánh sáng nóó hướng ánh sáng theo hướng song song với trục nóó Vì nóó sóóng mang hướng dẫn sóóng ánh sáng, nóó cóó thể gọi ống dẫn sóóng quang học Bởở̉i mã thông báo, cấu trúc nóó cóó ảnh hưởở̉ng đến việc truyền ánh sáng Do đóó, tất liệu chuyển giao cóó thơng số truyền dẫn thuộc tính nóó dựa cấu trúc phân đoạn sợi quang - Lớp phản xạ ánh sáng (cladding): Bao bọc lõi cáp quang lớp phản xạ ánh sáng lớp thủy tinh hay plastic – nhằm bảo vệ phản xạ ánh sáng trởở̉ lại lõi  Lớp bảo vệ (primary coating): Để tránh cọ xước lớp bọc, sợi quang thường bao bọc thêm lớp chất dẻo Lớp vỏ bảo vệ ngăn chặn tác động học vào sợi, gia cường thêm cho sợi, bảo vệ sợi không bị răn lượn sóóng, kéo dãn cọ sát bề mặt, chống xâm nhập nước, mặt khác tạo điều kiện để bọc sợi thành cáp sau Lớp vỏ gọi lớp vỏ bọc sơ cấp Lớp vỏ sơ cấp bọc quanh lớp bọc trình kéo sợi Chiết suất lớp vỏ bọc sơ cấp lớn chiết suất lớp bọc lớn chiết suất lõi  Lớp ống đệm bảo vệ (buffer): Thường chia làm loại gồm: ống đệm chặt (tight buffer) ống đệm không chặt (loose buffer) - Loại ống đệm chặt: làm nhựa dẻo, bị tác động nhiệt, cóó độ uốn cong tốt nên thường sử dụng để chế tạo loại dây đấu nối (patch cord) - Loại ống đệm khơng chặt: loại ống nhựa cóó đường kính lớn đường kính sợi quang, cho phép chứa nhiều sợi quang bên giúp cho sợi quang co giãn tự nhiên nhiệt độ môi trường thay đổi Ngồi ra, bên ống đệm cịn cóó thêm lớp chất nhờn để ngăn ẩm, chống cháy giúp làm sợi quang dễễ̃ dàng cần hàn bấm đầu nối cáp Với nhiều ưu điểm nên nóó thường dùng đường truyền dẫn cao điều kiện môi trường thay đổi nhiều trời  Lớp chịu lực (strength members): Được làm sợi gia cường “aramid yarn” (Kevlar) Trong q trình lắp đặt thi cơng, lớp chịu lực bảo vệ cáp quang không bị đứt trước lực kéo cáp lớn  Lớp vỏ bảo vệ (jacket): Là lớp bảo vệ cùng, cóó khả chịu va đập, nhiệt chịu mài mòn cao, bảo vệ phần bên tránh ẩm ướt ảnh hưởở̉ng từ môi trường tia hồng ngoại Lớp vỏ bảo vệ phân loại theo mơi trường sử dụng tiêu chí chống cháy 1.6 Nguyên lý truyền liệu sợi cáp quang: Thông tin truyền dẫn qua sợi quang bắt đầu ởở̉ dạng dòng điện mang theo lượng liệu số hoá Một nguồn sáng, thường nguồn laser, chuyển hố dịng điện thành xung ánh sáng đưa chúng vào sợi quang Ở điểm nhận tín hiệu, điốt ảnh (thiết bị dò ánh sáng) nhận xung ánh sáng chuyển hố chúng thành dịng điện tái tạo lại thông tin gốc Xung ánh sáng qua lõi sợi quang nhiều hướng gọi đường dẫn (mode) cách phản xạ qua lớp sơn bọc 1.7 Cơ chế hoạt động cáp quang: Sợi quang hoạt động theo nguyên tắc phản xạ toàn phần (total internal reflection – TIR) Các tia sáng cóó thể sử dụng để truyền lượng liệu khổng lồ Các dây cáp quang thiết kế cho chúng uốn cong tất tia sáng vào bên (sử dụng TIR) Các tia sáng truyền liên tục, bật khỏi tường sợi quang truyền liệu từ điểm đầu đến điểm cuối Cho dù tín hiệu ánh sáng cóó khả bị suy giảm bởở̉i khoảng cách (tùy thuộc vào độ tinh khiết vật liệu sử dụng), nóó truyền tín hiệu tốt so với cáp kim loại 1.8 Phân loại cáp quang: 1.8.1 - Phân loại sợi quang Việc phân loại sợi quang phụ thuộc vào thay đổi thành phần chiết suất lõi sợi Loại sợi cóó số chiết suất đồng ởở̉ lõi sợi gọi sợi cóó số chiết suất phân bậc SI (Step Index), loại sợi cóó số chiết suất ởở̉ lõi giảm dần từ tâm lõi sợi tới tiếp giáp lõi lớp bọc gọi sợi cóó số chiết suất giảm dần GI (Graded Index) Nếu phân chia theo mode truyền dẫn cóó sợi đa mode MM (Multimode) sợi đơn mode SM (Single mode) Sợi đa mode cho phép nhiều mode truyền dẫn nóó, sợi đơn mode cho phép mode truyền nóó Phân loại theo số chiết suất: - Sợi cóó số chiết suất phân bậc - Sợi cóó số chiết suất giảm dần Phân loại theo mode truyền dẫn: - Sợi đơn mode - Sợi đa mode: + Sợi cóó số chiết suất phân bậc (sợi SI : step – index) : Đây loại sợi cóó cấu tạo đơn giản với chiết suất lõi lớp bọc khác cách rõ rệt hình bậc thang Các tia sáng từ nguồn quang phóóng vào đầu sợi với góóc tới khác truyền theo động khác Các tia lõi truyền với vận tốc (Vì v=c/nh ởở̉ không đổi ) mà chiều dài đờng truyền khác nên thời gian khác chiều dài sợi Điều dẫn tới tượng : Khi đa xung ánh sáng hẹp vào đầu sợi lại nhận xung ánh sáng rộng ởở̉ cuối sợi Đây tượng tán sắc ( Dispersion) Do đóó độ tán sắc ánh sáng lớn nên sợi SI khơng thể truyền tín hiệu cóó tốc độ cao qua cự ly dài Nhược điểm cóó thể khắc phục ởở̉ loại sợi quang cóó chiết suất giảm dần 10 + Sợi cóó số chiết suất giảm dần (sợi GI : graded – index) : Sơi Gi cóó dạng phân bố chiết lõi dạng parabol Vì chiết thay đổi cách liên tục nên tia sáng ởở̉ lõi bị uốn cong dần Đường truyền tia sáng sợi GI không nên vận tốc truyền thay đổi theo Các tia truyền xa trục cóó đường truyền dài cóó vận tốc truyền lớn ( V=c/n ) ngược lại tia ởở̉ gần trục cóó đường truyện ngắn nên vận tốc truyền lại nhỏ Tia truyền dọc theo trục cóó đường truyền ngắn với vận tốc nhỏ chiết suất ởở̉ trục lớn Nếu chế tạo xác phân bố chiết suất theo đồng parabol ( g=2) đường tia sáng cóó dạng hình sin thời gian truyền tia Độ tán sắc sợi GI nhỏ nhiều so với sợi SI Phân loại theo cấu trúc vật liệu: - Sợi thuỷ tinh - Sợi lõi thuỷ tinh lớp bọc chất dẻo - Sợi thuỷ tinh nhiều thành phần - Sợi chất dẻo 1.8.2 - Phân loại cáp quang Phân loại theo cấu trúc cáp: - Cáp cấu trúc cổ điển - Cáp cấu trúc viên trụ cóó rãnh - Cáp cấu trúc Ru ba Phân loại theo phạm vi sử dụng: Cáp nội hạt: cáp sử dụng phạm vi thành phố, thị xã, thị trấn - Cáp trung kế: cáp nối tổng đài với - Cáp đường dài: cáp nối tỉnh, quốc gia với Phân loại theo cách lắp đặt: 11 Cáp treo: Là cáp treo đường cột Riêng cáp tự treo cóó thêm dây treo nên cóó tiết diện hình số cáp đồng Loại cáp tự treo thường sợi, để khơng tăng tải trọng cáp xung quanh sợi cáp khơng cần gia cường Đặc biệt người ta tránh sử dụng kim loại cho cáp vừa giảm nhẹ trọng lượng cáp vừa tránh ảnh hưởở̉ng sét, điện lực Cáp ngầm (cáp treo cống): Cáp kéo cống phải chịu lực kéo xoắn, cóó trọng lực nhẹ để dễễ̃ lắp đặt phải mềm dẻo để vượt qua chướng ngại kéo cáp Loại phải chịu ẩm nước cống cáp bể cáp thường hay đọng nước Chính cấu trúc cáp thường cóó chất độn Jelly thành phần chống ẩm kim loại Trong trường hợp cáp không bơm chất độn Jelly cần phải thực bơm cho cáp Cáp chơn trực tiếp: Cáp chơn trực tiếp thường phải cóó lớp vỏ bọc kim loại tốt để tránh phá huỷ đào bới đất tác động khác đất Vỏ bọc thép bên gồm sợi thép băng thép Vỏ bọc lớp thép vỏ chất dẻo Cáp đặt nhà cáp nhảy: Loại cáp thường cóó số sợi quang ít, đặc tính chủ yếu là: kích thước bên nhỏ, mềm dẻo, cho phép uốn cong, dễễ̃ dàng thao tác hàn nối, cáp cần cóó đặc tính chống gặm nhấm tốt Vì cáp loại thường bám sát tường nhà thiết bị phải đảm bảo khơng bắt lửa, khơng phát khí độc phòng Cấu trúc loại cáp thường ởở̉ dạng bọc chặt để đảm bảo kích thước nhỏ Cáp quang sợi dùng làm cáp nhảy để đấu nối trạm đầu cuối Trên số tài liệu, ta thường gặp hai thuật ngữ viết tắt IFC, OSP IFC (Intrafacility fiber cable) loại cáp dùng nhà, cóó lớp bảo vệ vật lý việc thi công lắp đặt linh hoạt OSP (Outside plant cable) loại cáp dùng trời, chịu điều kiện khắc nghiệt nhiệt độ, độ ẩm, bụi loại cáp cóó nhiều lớp bảo vệ Cáp ngậm nước cáp quang biển: Cáp ngậm nước sử dụng để thả qua sơng qua đồng lầy Vì loại cáp cần đáp ứng số yêu cầu sau: + Tính chống ẩm chống thấm nước vùng cóó áp suất đặc biệt lớn + Cóó khả chống dẫn nước dọc theo cáp 12 + + Cóó khả chịu lực kéo q trình lắp đặt sửa chữa + Cóó khả hàn nối sửa chữa dễễ̃ dàng + Cóó cấu trúc tương thích với cáp đặt đất liền Ruột cáp thường bao bọc ống nhôm ống đồng ngăn ẩm cần ý đến ảnh hưởở̉ng hydro 1.9 Ưu điểm nhược điểm sợi cáp quang: Ưu điểm: Dung lượng lớn: Các sợi quang cóó khả truyền lượng lớn thơng tin Với cơng nghệ hai sợi quang cóó thể truyền đồng thời 60.000 đàm thoại Một cáp sợi quang (cóó đường kính ngồi cm) cóó thể chứa khoảng 200 sợi quang, tăng dung lượng đường truyền lên 6.000.000 đàm thoại So với phương tiện truyền dẫn dây thông thường, cáp lớn gồm nhiều đơi dây cóó thể truyền 500 đàm thoại cáp đồng trục cóó khả với 10.000 đàm thoại tuyến viba hay vệ tinh cóó thể mang 2000 gọi đồng thời Kích thước trọng lượng nhỏ: So với cáp đồng cóó dung lượng, cáp sợi quang cóó đường kính nhỏ khối lượng nhẹ nhiều Do đóó dễễ̃ lắp đặt chúng hơn, đặc biệt ởở̉ vị trí cóó sẵn dành cho cáp (như đường ống đứng tòa nhà), ởở̉ đóó khoảng khơng Khơng bị nhiễu điện: Truyền dẫn sợi quang không bị ảnh hưởở̉ng bởở̉i nhiễễ̃u điện từ (EMI) hay nhiễễ̃u tần số vô tuyến (RFI) nóó khơng tạo nhiễễ̃u nội Sợi quang cóó thể cung cấp đường truyền “sạch" ởở̉ môi trường khắc nghiệt Các công ty điện lực sử dụng cáp quang, dọc theo đường dây điện cao để cung cấp đường thông tin rõ ràng trạm biến áp Cáp sợi quang không bị xuyên âm Thậm chí dù ánh sáng bị xạ từ sợi quang nóó khơng thể thâm nhập vào sợi quang khác Tính cách điện: Sợi quang vật cách điện Sợi thủy tinh loại bỏ nhu cầu dịng điện cho đường thơng tin Cáp sợi quang làm chất điện mơi 13 thích hợp khơng chứa vật dẫn điện cóó thể cho phép cách điện hồn tồn cho nhiều ứng dụng Nóó cóó thể loại bỏ nhiễễ̃u gây bởở̉i dòng điện chạy vòng đất hay trường hợp nguy hiểm gây bởở̉i phóóng điện đường dây thơng tin sét hay trục trặc điện Đây thực phương tiện an toàn thường dùng ởở̉ nơi cần cách điện Tính bảo mật: Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao Một sợi quang khơng thể bị trích để lấy trộm thơng tin phương tiện điện thông thường dẫn điện bề mặt hay cảm ứng điện từ, khóó trích để lấy thơng tin ởở̉ dạng tín hiệu quang Các tia sáng truyền lan ởở̉ tâm sợi quang khơng cóó tia khỏi sợi quang đóó Thậm chí trích vào sợi quang nóó cóó thể bị phát nhờ kiểm tra công suất ánh sáng thu đầu cuối Độ tin cậy cao dễ bảo dưỡng: Sợi quang phương tiện truyền dẫn đồng không gây tượng pha-đinh Những tuyến cáp quang thiết kế thích hợp cóó thể chịu đựng điều kiện nhiệt độ độ ẩm khắc nghiệt chí cóó thể hoạt động ởở̉ nước Sợi quang cóó thời gian hoạt động lâu, ước tính 30 năm số cáp Yêu cầu bảo dưỡng hệ thống cáp quang so với yêu cầu hệ thống thơng thường cần lặp điện tuyến thông tin; cáp khơng cóó dây đồng, yếu tố cóó thể bị mịn dần gây lúc cóó lúc khơng cóó tín hiệu; cáp quang khơng bị ảnh hưởở̉ng bởở̉i ngắn mạch, tăng vọt điện áp nguồn hay tĩnh điện Tính linh hoạt: Các hệ thống thông tin quang khả dụng cho hầu hết dạng thông tin số liệu, thoại video Các hệ thống cóó thể tương thích với chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, Arcnet, FDDI, T1, T2, T3, Sonet, thoại 2/4 dây, tín hiệu E/M, video tổng hợp cịn nhiều Tính mở rộng: Các hệ thống sợi quang thiết kế thích hợp cóó thể dễễ̃ dàng mởở̉ rộng cần thiết Một hệ thống dùng cho tốc độ số liệu thấp, ví dụ T1 (1544 Mb/s) cóó thể nâng cấp trởở̉ thành hệ thống tốc độ số liệu cao hơn, OC- 14 12 (622 Mb/s), cách thay đổi thiết bị điện tử Hệ thống cáp sợi quang cóó giữ nguyên cũ Sự tái tạo tín hiệu: Công nghệ ngày cho phép thực đường truyền thông cáp quang dài 70 km trước cần tái tạo tín hiệu, khoảng cách cịn cóó thể tăng lên tới 150 km nhờ sử dụng khuếch đại laze Trong tương lai, công nghệ cóó thể mởở̉ rộng khoảng cách lên tới 200 km cóó thể 1000 km Chi phí tiết kiệm sử dụng lắp trung gian việc bảo dưỡng chúng cóó thể lớn Ngược lại, hệ thống cáp điện thông thường vài km cóó thể cần cóó lặp Nhược điểm: Vấn đề biến đổi điện - quang Trước đưa tín hiệu thơng tin điện vào sợi quang, tín hiệu điện đóó phải biến đổi thành sóóng ánh sáng (cóó bước sóóng 850, 1310 1550 nm) Công việc thiết bị điện tử thực đầu phát, thiết bị tạo khn dạng thích hợp cho tín hiệu thơng tin biến đổi nóó thành tín hiệu quang sử dụng đèn LED phát laze bán dẫn Sau đóó tín hiệu quang truyền lan nhờ sợi quang Tại đầu thu, tín hiệu quang phải biến đổi trởở̉ tín hiệu điện khả dụng Chi phí thiết bị điện tử biến đổi tín hiệu cần xem xét tất ứng dụng Đường truyền thẳng Cáp quang cần cóó đường thẳng Cáp chôn trực tiếp, đặt ống treo không theo đường thẳng Điều cóó thể địi hỏi phải mua th tài sản, nơi cóó đường cáp quang qua Đơi khơng thể cóó đường thẳng cho tuyến cáp Đối với nơi vùng rừng núi hay số khu vực đô thị phương pháp thơng tin vơ tuyến cóó thể thích hợp u cầu lắp đặt đặc biệt Do sợi quang chủ yếu làm thủy tinh silic, nên cần phải cóó kỹ thuật đặc biệt xây dựng lắp đặt tuyến thông tin cáp quang Các phương pháp lắp đặt cáp đồng thơng thường, ví dụ uốn cong, bọc dây, hay hàn khơng cịn áp dụng Đồng thời cịn phải cóó thiết bị sợi quang thích hợp 15 để kiểm tra đo thử sợi quang Các kỹ thuật viên phải đào tạo lắp đặt triển khai cáp quang Vấn đề sửa chữa Không dễễ̃ dàng sửa chữa đường cáp quang bị hư hỏng Các quy trình sửa chữa địi hỏi phải cóó nhóóm kỹ thuật viên cóó kỹ tốt thiết bị thích hợp Trong số trường hợp cóó thể cần thay tồn đoạn cáp bị hỏng Vấn đề trởở̉ nên phức tạp nhiều cóó nhiều ngưởở̉i sử dụng phục vụ đoạn cáp bị hỏng đóó Vì cần cóó thiết kế hệ thống thích hợp với việc định tuyến liên lạc phịng bị cho tình hỏng hốc bất ngờ đường cáp quang Ứng dụng sợi cáp quang: 2.1 Trong công nghiệp - Kết nối hai hay nhiều điều khiển PLC, PAC, Micro controllers - Vi điều khiển thông qua chuẩn truyền thông nối tiếp: RS232, RS422, RS485 - Kết nối hệ thống profield bus SiemensĐương bus theo: ARCNET, DeviceNet, - Các camera giám sát công nghiệp - Hệ thống LAN công nghiệp thông qua Switches công nghiệp - Hệ thống đường trục Ethernet mạng DCS, SCANDA hệ thống giám sát tham số ứng dụng 16 2.2 Trong Internet Dịch vụ truy cập internet phổ biến thị trường ADSL với tốc độ tối đa vào khoảng 5.000 Kbps So với ADSL, tốc độ truy cập internet sử dụng đường truyền cáp quang lớn nhiều lần vượt qua ngưỡng chuẩn ADSL2+ (download/upload = 24Mbps/1Mbps) Tốc độ tối đa truyền liệu cáp quang cóó thể lên tới Gbps, nhanh gấp 200 lần so với ADSL2+ Bên cạnh đóó, truyền cáp quang cóó ưu đặc biệt độ ổn định cao, không bị ảnh hưởở̉ng bởở̉i nhiễễ̃u điện trường, từ trường, độ bảo mật cao khả nâng cấp băng thông không giới hạn 2.3 Trong truyền hình cáp Việc sử dụng cáp quang việc truyền tín hiệu cáp phát triển bùng nổ qua nhiều năm Các cáp lý tưởở̉ng cho việc truyền tín hiệu cho TV độ phân giải cao Vì chúng cóó băng thơng tốc độ cao Ngoài ra, cáp quang rẻ so với số lượng dây đồng Các công ty truyền hình cáp sử dụng cáp quang để nối dây CATV; HDTV; internet; video ứng dụng khác Việc sử dụng cáp quang ngành công nghiệp truyền hình cáp bắt đầu vào năm 1976 nhanh chóóng lan truyền tính ưu việt cáp quang qua cáp đồng trục truyền thống Hệ thống cáp quang trởở̉ nên tốn cóó khả truyền tín hiệu rõ ràng từ tín hiệu nguồn Nóó giảm tổn thất tín hiệu giảm số lượng khuếch đại cần thiết cho khách hàng Cáp quang cho phép nhà cung cấp cáp cung cấp dịch vụ tốt Bởở̉i cóó dịng quang cần thiết cho ± 500 hộ gia đình 2.4 Trong điện thoại Gọi điện thoại nước chưa dễễ̃ dàng Với việc sử dụng truyền thơng cáp quang, bạn cóó thể kết nối nhanh cóó hội thoại rõ ràng mà không bị tụt hậu ởở̉ hai bên 17 2.5 Trong mạng máy tính Kết nối mạng máy tính tịa nhà đơn lẻ cấu trúc lân cận thực dễễ̃ dàng nhanh với việc sử dụng cáp quang Người dùng cóó thể thấy giảm thời gian cần thiết để chuyển tệp thông tin qua mạng Sử dụng công nghệ cáp quang để kết nối máy chủ người dùng loạt thiết lập mạng Nóó làm tăng tốc độ, chất lượng độ xác truyền liệu Cơng nghệ máy tính Internet cải thiện nhờ truyền tín hiệu số tăng cường thông qua sợi quang học 2.6 Trong phẫu thuật nha khoa Cáp quang sử dụng rộng rãi lĩnh vực y học nghiên cứu Giao tiếp quang học phần quan trọng phương pháp phẫu thuật không xâm nhập; thường gọi nội soi Trong ứng dụng vậy, phút, ánh sáng chóói sử dụng để làm sáng vùng phẫu thuật bên thể Giúp giảm số lượng kích thước vết rạch Sợi quang sử dụng kính hiển vi nghiên cứu y sinh học Sợi quang sử dụng làm hướng dẫn ánh sáng, cơng cụ hình ảnh laser để phẫu thuật Một sử dụng phổ biến cáp quang nội soi Đóó cơng cụ chẩn đốn cho phép người dùng nhìn thấy thơng qua lỗ nhỏ thể Ống nội soi y tế sử dụng cho thủ thuật khám phá phẫu thuật xâm lấn tối thiểu Quang học sợi sử dụng soi phế quản nội soi ống soi Tất phiên nội soi trông giống ống dài mỏng, với ống kính máy ảnh ởở̉ đầu mà qua đóó ánh sáng phát từ bóó sợi quang quấn lại với bên vỏ bọc 2.7 Trong chiếu sáng trang trí 18 Cáp quang sử dụng rộng rãi việc kiểm tra nơi khóó tiếp cận Một số ứng dụng kiểm tra chỗ cho kỹ sư kiểm tra đường ống cho thợ ống nước Các ống nội soi công nghiệp gọi kính soi kính sợi; cho phép người dùng quan sát khu vực khóó tiếp cận nhìn thấy hồn cảnh bình thường Chẳng hạn nội thất động phản lực Kiểm tra mối hàn khí đường ống động Kiểm tra tàu thoi tên lửa Kiểm tra đường ống đường ống thoát nước 2.8 Trong kiểm tra khí Cáp quang sử dụng rộng rãi việc kiểm tra nơi khóó tiếp cận Một số ứng dụng kiểm tra chỗ cho kỹ sư kiểm tra đường ống cho thợ ống nước Các ống nội soi công nghiệp gọi kính soi kính sợi; cho phép người dùng quan sát khu vực khóó tiếp cận nhìn thấy hồn cảnh bình thường Chẳng hạn nội thất động phản lực Kiểm tra mối hàn khí đường ống động Kiểm tra tàu thoi tên lửa Kiểm tra đường ống đường ống thoát nước 2.9 Trong quân hàng không vũ trụ Với mức độ bảo mật liệu cao cần thiết ứng dụng quân hàng không vũ trụ, cáp quang cung cấp giải pháp lý tưởở̉ng cho việc truyền liệu ởở̉ khu vực Hệ thống quang học cung cấp bảo mật cao hệ thống dựa kim loại truyền thống Sự can thiệp từ tính cho phép rị rỉ thơng tin cáp đồng trục Sợi quang không nhạy cảm với nhiễễ̃u điện; đóó sợi quang học phù hợp cho ứng dụng quân truyền thơng, nơi chất lượng tín hiệu bảo mật truyền liệu quan trọng 19 Sự gia tăng quan tâm quân đội công nghệ gây phát triển sợi mạnh hơn, cáp chiến thuật thành phần chất lượng cao Nóó áp dụng nhiều lĩnh vực khác hydro cho địa chấn SONAR; máy bay; tàu ngầm ứng dụng nước khác 2.10 Trong cơng nghệ tơ Cáp quang đóóng vai trị quan trọng tính chiếu sáng an tồn xe tơ ngày Chúng sử dụng rỗng rãi chiếu sáng; bên bên xe Do khả bảo tồn không gian cung cấp ánh sáng cao, quang học sợi quang sử dụng nhiều phương tiện ngày Ngồi ra, cáp quang cóó thể truyền tín hiệu phần khác xe với tốc độ cực nhanh Điều làm cho chúng vô giá việc sử dụng ứng dụng an toàn kiểm sốt lực kéo túi khí Quy trình sản xuất sợi quang: Công nghệ chế tạo sợi quang dẫn cơng nghệ ngưng tụ hóóa học (Chemical Vapor deposition – CVD) Một hỗn hợp thổi qua bề mặt nung nóóng đến nhiệt độ đủ chất khí tác dụng ngưng tụ bề mặt để tạo thành lớp bám chắt bề mặt Công nghệ việc chế tạo sợi quang dẫn mơ tả hình 20 Các thành phần chất khí thổi vào buồng ngưng tụ cóó đặt ống thủy tinh thạch anh siêu nung vùng cóó nhiệt độ khác nhau, chất khí chảy qua ống thủy tinh chúng cóó tác dụng hóóa học với ống ngưng tụ thành lớp thủy tinh Phôi: Được chế tạo theo phương pháp CVD cóó chứa nhiều ion OH Chúng cóó vai trị việc gây nên suy giảm sợi quang dẫn, cần phải khử Phơi đưa vào mơi trường khí SiCl2 ởở̉ nhiệt độ ≈1700 K( ≈1420 C) thời gian Mật độ ion OH giảm từ 30 phần triệu xuống 0,5 phần triệu Phơi cóó chiều dài ≈1m đường kính ≈2cm Sau phơi chế tạo, kéo thành sợi Thi cơng cáp quang: 21 TỔNG KẾT Tóóm lại, đời cáp quang mang lại nhiều lợi ích to lớn cho nhân loại, góóp phần làm thay đổi lớn cho giới Intermet ngày Nhờ cáp quang dùng ánh sáng truyền dẫn tín hiệu, đóó suy hao thường dùng cho kết nối khoảng cách xa Trong cáp đồng sử dụng dòng điện để truyền tín hiệu, dễễ̃ bị suy hao q trình truyền cóó khoảng cách kết nối ngắn Với giá thành ngày rẻ cáp quang phổ biến với người dân Việt Nam nóói riêng Thế giới nóói chung Cáp quang khơng ảnh hưởở̉ng tới sức khỏe người môi trường, không cháy khơng cóó điện, an tồn cho người Tuy nhiên nhiều hạn chế phụ kiện kèm thay đổi đường dây cáp quang đắt tiền Sẽ lâu cóó vật liệu điện – điện tử cóó thể thay cáp quang cáp quang vật liệu cóó tốc độ truyền dẫn nhanh giúp cho nhà mạng hoạt động chất lượng hiệu 22 TÀÀ̀I LIỆẬ̣U THAM KHẢO Wikipedia Tiếng Việt: https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1p_quang Thietbikythuat: https://thietbikythuat.com.vn/cap-quang-la-gi-cau-tao- va-uu-diem-cua-cap-quang/ TaiLieu.vn: https://tailieu.vn/doc/tim-hieu-ve-cap-quang-259902.html 23 ... sợi quang dẫn: .5 1.6 Nguyên lý truyền liệu sợi cáp quang: .9 1.7 Cơ chế hoạt động cáp quang: .9 1.8 Phân loại cáp quang: 1.9 Ưu điểm nhược điểm sợi cáp. .. thông tin quang thời gian tới phải đảm bảo cóó tốc độ cao, cự ly xa độ tin cậy cao Vì thế, nhóóm chúng em chon đề tài “ CÁP QUANG? ?? để phân tích tìm hiểu cấu tạo ngun lí truyền tải cáp nhằm phổ... thoại bắt đầu sử dụng sợi quang để xây dựng lại sởở̉ hạ tầng truyền thông 1.2 Khái niệm cáp quang: Cáp quang bóó sợi quang dẫn đặt lớp vỏ bọc đặc biệt, nhiệm vụ cáp quang truyền tín hiệu thơng