Kiến thức cơ bản về cáp quang và các đầu nối

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

Kiến thức cáp quang đầu nối Ngày nay, Internet trở thành nhu cầu thiết yếu, giúp người khắp nơi giới giao tiếp, trao đổi, học tập, mua sắm, giải trí dễ dàng, nhanh chóng Các ứng dụng, dịch vụ Internet ngày phát triển theo, điều đòi hỏi tốc độ, băng thông kết nối Internet cao cáp quang trở thành lựa chọn số - FTTH (Fiber To Home) điển hình FTTH đáp ứng dịch vụ đòi hỏi mạng kết nối tốc độ cao IPTV, hội nghị truyền hình, video trực tuyến, giám sát từ xa IP Camera Trước đây, cáp quang dùng để kết nối đường trục quốc gia, nhà cung cấp dịch vụ, doanh nghiệp lớn chi phí cao Nhưng nay, cáp quang sử dụng rộng rãi doanh nghiệp vừa, nhỏ, trường đại học người sử dụng thông thường Bài viết giới thiệu cáp quang đầu nối, giúp bạn đọc hiểu thông số kỹ thuật tài liệu, thông tin sản phẩm quang Cáp quang dùng ánh sáng truyền dẫn tín hiệu, suy hao thường dùng cho kết nối khoảng cách xa Trong cáp đồng sử dụng dòng điện để truyền tín hiệu, dễ bị suy hao trình truyền có khoảng cách kết nối ngắn Sợi cáp quang cấu tạo từ ba thành phần chính: lõi (core), lớp phản xạ ánh sáng (cladding), lớp vỏ bảo vệ (primary coating hay gọi coating, primary buffer) Core làm sợi thủy tinh plastic dùng truyền dẫn ánh sáng Bao bọc core cladding lớp thủy tinh hay plastic - nhằm bảo vệ phản xạ ánh sáng trở lại core Primary coating lớp vỏ nhựa PVC giúp bảo vệ core cladding không bị bụi, ẩm, trầy xước Hai loại cáp quang phổ biến GOF (Glass Optical Fiber) - cáp quang làm thuỷ tinh POF (Plastic Optical Fiber) - cáp quang làm plastic POF có đường kính core lớn khoảng 1mm, sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu khoảng cách ngắn, mạng tốc độ thấp Trên tài liệu kỹ thuật, bạn thường thấy cáp quang GOF ghi thông số 9/125µm, 50/125µm hay 62,5/125µm, đường kính core/cladding; primary coating có đường kính mặc định 250µm Bảo vệ sợi cáp quang lớp vỏ gồm nhiều lớp khác tùy theo cấu tạo, tính chất loại cáp Nhưng có ba lớp bảo vệ lớp chịu lực kéo (strength member), lớp vỏ bảo vệ (buffer) lớp áo giáp (jacket) - tùy theo tài liệu có tên gọi khác Strength member lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng, thường làm từ sợi Kevlar Buffer thường làm nhựa PVC, bảo vệ tránh va đập, ẩm ướt Lớp bảo vệ Jacket Mỗi loại cáp, tùy theo yêu cầu sử dụng có thêm lớp jacket khác Jacket có khả chịu va đập, nhiệt chịu mài mòn, bảo vệ phần bên tránh ẩm ướt ảnh hưởng từ môi trường Có hai cách thiết kế khác để bảo vệ sợi cáp quang ống đệm không chặt (loose-tube) ống đệm chặt (tight buffer) Loose-tube thường dùng trời (outdoor), cho phép chứa nhiều sợi quang bên Loose-tube giúp sợi cáp quang “giãn nở” trước thay đổi nhiệt độ, co giãn tự nhiên, không bị căng, bẻ gập chỗ cong Tight-buffer thường dùng nhà (indoor), bao bọc khít sợi cáp quang (như cáp điện), giúp dễ lắp đặt thi công Trên số tài liệu, bạn gặp hai thuật ngữ viết tắt IFC, OSP IFC (Intrafacility fiber cable) loại cáp dùng nhà, có 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 có nhiều lớp bảo vệ Các tia sáng bên cáp quang có hai kiểu truyền dẫn đơn mốt (Singlemode) đa mốt (Multimode) Cáp quang Singlemode (SM) có đường kính core nhỏ (khoảng 9µm), sử dụng nguồn phát laser truyền tia sáng xuyên suốt tín hiệu bị suy hao có tốc độ lớn SM thường hoạt động bước sóng (wavelength) 1310nm, 1550nm Cáp quang Multimode (MM) có đường kính core lớn SM (khoảng 50µm, 62.5µm) MM sử dụng nguồn sáng LED (Light Emitting Diode) laser để truyền tia sáng thường hoạt động bước sóng 850nm, 1300nm; MM có khoảng cách kết nối tốc độ truyền dẫn nhỏ SM MM có hai kiểu truyền: chiết xuất bước (Step index) chiết xuất liên tục (Graded index) Các tia sáng kiểu Step index truyền theo nhiều hướng khác có mức suy hao cao tốc độ chậm Step index phổ biến, thường dùng cho cáp quang POF Các tia sáng kiểu Graded index truyền dẫn theo đường cong hội tụ điểm Do Graded index suy hao có tốc độ truyền dẫn cao Step index Graded index sử dụng phổ biến Truyền dẫn tín hiệu cáp quang có hai dạng đơn công (simplex) song công (duplex) Simplex truyền tín hiệu chiều Duplex truyền nhận tín hiệu chiều bán song công (half-Duplex) chiều song công toàn phần (full-Duplex) Duplex thời điểm tùy theo cách cấu hình Để đấu nối cáp quang vào bảng đấu dây (patch panel) vào cổng vào/ra (input/output) thiết bị truyền nhận quang, người ta thường sử dụng dây nối quang đầu có sẵn đầu nối (pigtail) hai đầu có sẵn đầu nối (pathcord) Một số loại cáp quang: Ribbon: cáp quang dạng ruy-băng, chứa nhiều sợi quang bên Zipcord: hai sợi quang có vỏ liền (như dây điện) Bất kỳ giao tiếp quang bao gồm thành phần: nguồn phát, vật truyền dẫn trung gian (cáp quang) nguồn thu Nguồn phát chuyển đổi tín hiệu điện tử thành ánh sáng truyền dẫn qua cáp quang Nguồn thu chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện tử Có hai loại nguồn phát laser LED Laser tán sắc, cho phép truyền dẫn liệu tốc độ nhanh, khoảng cách xa (trên 20km), dùng cho Singlemode Multimode chi phí cao, khó sử dụng LED tán sắc nhiều, truyền dẫn tốc độ chậm hơn, bù lại chi phí thấp, dễ sử dụng, thường dùng cho cáp quang Multimode LED dùng cho hệ thống có khoảng cách ngắn hơn, sử dụng cho sợi quang thủy tinh, sợi quang plastic Các thông số quang cần quan tâm Suy hao quang (Optical loss): lượng công suất quang (optical power) suốt trình truyền dẫn qua cáp quang, điểm ghép nối Ký hiệu dB Suy hao phản xạ (Optical Return loss): ánh sáng bị phản xạ điểm ghép nối, đầu nối quang Suy hao tiếp xúc (Insertion loss): giảm công suất quang hai đầu ghép nối Giá trị thông thường từ 0,2dB - 0,5dB Suy hao (Attenuation): mức suy giảm công suất quang suốt trình truyền dẫn khoảng cách xác định Ký hiệu dB/km Ví dụ, với cáp quang Multimode bước sóng 850nm suy giảm 3dB/km, bước sóng 1300nm suy giảm 1dB/km Cáp quang Singlemode: suy giảm 0,4dB/km 1310nm, 0,3dB/km 1550nm Đầu nối (connector) suy giảm 0,5dB/cặp đấu nối Điểm ghép nối (splice) suy giảm 0,2 dB/điểm Bước sóng (Wavelength): chu kỳ di chuyển sóng điện từ Ký hiệu nm (nanometer) Ánh sáng nhìn thấy có wavelength từ 400nm đến 700nm (màu tím đến màu đỏ) Cáp quang sử dụng ánh sáng nằm vùng hồng ngoại có wavelength lớn wavelength mà ta nhìn thấy – khoảng 850nm, 1300nm 1550nm Các bước sóng truyền dẫn quang xác định dựa hai yếu tố nhằm khắc phục tình trạng suy hao lượng vật liệu truyền dẫn: bước sóng nằm vùng hồng ngoại bước sóng không nằm vùng hấp thu, cản trở lượng ánh sáng truyền dẫn (absorption) tạp chất lẫn cáp quang từ trình sản xuất Vậy không sử dụng bước sóng dài hơn? Bước sóng hồng ngoại chuyển tiếp ánh sáng nhiệt Bước sóng dài hơn, nhiệt xung quang nóng hơn, tín hiệu nhiễu loạn nhiều Do đó, thường POF có bước sóng 650nm, 850nm GOF với Multimode hoạt động 850nm 1300nm, Singlemode 1310nm, 1550nm Giữa hai bước sóng 1300nm 1310nm không khác biệt nhau, cách qui ước để phân biệt sử dụng cáp quang Singlemode hay Multimode Đầu nối quang: gồm nhiều thành phần kết hợp lại với nhau, chúng có nhiều kiểu SC/PC, ST/UPC, FC/APC Nhưng có hai thành phần bạn cần quan tâm, kiểu đầu nối SC, ST, FC điểm tiếp xúc PC, UPC, APC SC (subscriber connector), ST (straight tip), FC (fiber connector) kiểu đầu nối quang có dạng hình vuông, hình tròn Bên đầu nối ferrule, giúp bảo vệ giữ thẳng sợi cáp quang Ferrule làm thủy tinh, kim loại, plastic gốm (ceramic) - chất liệu gốm tốt Đỉnh ferrule làm nhẵn (polish) với ba dạng điểm tiếp xúc PC (Physical Contact), UPC (Ultra Physical Contact) APC (Angled Physical Contact), giúp đảm bảo chỗ ghép nối có ánh sáng bị bị phản xạ Dạng PC vạt cong, sử dụng với kiểu đầu nối FC, SC, ST PC, có giá trị suy hao phản xạ (optical return loss) 40dB Vì giá trị cao, nên thúc đẩy nhà sản xuất tiếp tục tìm kiếm giải pháp tốt UPC giải pháp tiếp theo, vạt cong PC giảm return loss UPC có giá trị return loss 50dB UPC dùng với đầu nối FC, SC, ST, DIN, E2000 APC vạt chéo độ**, loại bỏ hầu hết phản xạ điểm ghép nối có giá trị return loss 60dB Bạn nên lưu ý đọc thông số kỹ thuật quang đề cập mức suy hao làm bạn dễ hiểu sai dấu “+” “-“ Chẳng hạn, với kết tính toán, đo đạc mức độ suy hao -40dB Trên thông số kỹ thuật viết giá trị suy hao (loss values) 40dB số đo mức phản xạ -40dB hay độ lợi (gain) -40dB Tất nhau, bạn cần ý cách viết để tránh hiểu sai Hiện nay, giá thành cáp quang phụ kiện quang thấp so với cách vài năm Cùng với việc ứng dụng nhiều giải pháp IP Camera, VoIP, Hội nghị truyền hình qua mạng, kết nối mạng gigabit tòa nhà, văn phòng, xưởng sản xuất; cáp quang dần trở thành lựa chọn số cho việc triển khai hạ tầng mạng đòi hỏi nhiều băng thông tốc độ cao Theo infoworldschool.com (Tham khảo Introduction to Fiber Optics - John Crisp & Barry Elliott http://www.thefoa.org) ... tùy theo cách cấu hình Để đấu nối cáp quang vào bảng đấu dây (patch panel) vào cổng vào/ra (input/output) thiết bị truyền nhận quang, người ta thường sử dụng dây nối quang đầu có sẵn đầu nối (pigtail)... (pigtail) hai đầu có sẵn đầu nối (pathcord) Một số loại cáp quang: Ribbon: cáp quang dạng ruy-băng, chứa nhiều sợi quang bên Zipcord: hai sợi quang có vỏ liền (như dây điện) Bất kỳ giao tiếp quang bao... qua cáp quang, điểm ghép nối Ký hiệu dB Suy hao phản xạ (Optical Return loss): ánh sáng bị phản xạ điểm ghép nối, đầu nối quang Suy hao tiếp xúc (Insertion loss): giảm công suất quang hai đầu