Tùy thuộc vào ứng dụng, sợi quang có thể được sử dụng bởi vì kích thước nhỏ của nó, hoặc là không có điện ở những nơi xa xôi, hay vì nhiều cảm biến có thể được ghép dọc theo chiều dài củ[r]
(1)(2)TÊN HỌC SINH: NGUYỄN VỸ HUY LỚP 11D THPT NINH GIANG THỰC HÀNH:TÌM HIỂU VỀ SỢI QUANG, CÁP QUANG VÀ ỨNG DỤNG CỦA CÁP
QUANG
Năm 1966, Charles Kuen Kao George Hockman, hai kỹ sư trẻ Phòng thí nghiệm chuẩn viễn thơng (Anh), cơng bố khám phá đầy hứa hẹn khả sợi quang - sợi thủy tinh nhựa suốt, linh hoạt mỏng sợi tóc
Đến năm 1970, Corning Glass Works, hãng sản xuất gốm sứ thủy tinh Mỹ, lần sản xuất thành cơng sợi cáp quang thành phẩm sử dụng để truyền liệu tốc độ cao cơng ty viễn thơng triển khai sử dụng
Tuy nhiên phải đến năm 90 với bùng nổ Internet khiến công nghệ cáp quang ứng dụng rộng rãi trở nên thiếu việc truyền tải liện Cáp quang sở Internet Wi-Fi Hiện nay, doanh nghiệp với mạng LAN sử dụng Mọi người nhờ đến cáp quang gửi e-mail, tin nhắn SMS, ảnh, video file liệu khác
I.Khái niệm
-Cáp quang loại cáp viễn thông làm thủy tinh nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu
-Cáp quang dài, mỏng thành phần thủy tinh suốt đường kính sợi tóc Chúng xếp bó gọi cáp quang sử dụng để truyền tín hiệu khoảng cách xa
II.Cấu tạo
Core (lõi) : Được làm sợi thủy tinh nhựa Plastic để truyền tín
hiệu ánh sáng
Cladding : lớp bao bọc core có chức bảo vệ phản xạ đẩy tia
sáng hướng trở core
Primary Coating : lớp vỏ nhựa bên bảo vệc ladding core khỏi
bụi bẩn, ẩm trầy xước
Strength Member: lớp chịu nhiệt, chịu lực kéo làm từ sợi
Kevlar
Bufer : Là lớp nhựa PVC bảo vệ khỏi va đập, ẩm ướt
Jacket: lớp bảo vệ ngồi có khả chịu va đập, chịu mài mòn,
nhiệt ẩm ướt tác động từ môi trường
Cấu trúc chi tiết của cáp quang ADSS (ADSS optical fiber cable)
(3)III.Phân loại cáp quang
-Có cách phân loại cáp quang:
Phân loại dây cáp theo chất liệu Core:
- POF (Plastic Optical Fiber): Core làm sợi plastic, sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu khoảng cách ngắn, mạng tốc độ thấp, loại sử dụng
- GOF (Glass Optical Fiber): Core làm sợi thủy tinh tốc độ truyền tải nhanh độ suy hao thấp
Phân loại dây cáp quang theo phương thức truyền liệu :
♦ Singlemode: sử dụng loại cáp có lõi nhỏ (9 µm) sử dụng nguồn phát laser phát tia sáng xuyên suốt nên tín hiệu bị suy hao tốc độ cao khoảng cách
truyền tải liệu xa
Phương thức truyền Singlemode
♦ Multimode : sử dụng loại cáp có lõi có đường kính lớn SingleMode ( từ 50 µm đến 62.5µm) Sử dụng nguồn phát LED laser để truyền tia sáng, tốc độ truyền dẫn liệu khoảng cách truyền tải thấp SingleMode, khoảng cách giới hạn ≤ 5km thường dùng cho doanh nghiệp, quan, nhà xưởng, khách sạn lớn Multimode có kiểu truyền :
(4)-Multimode Step Index: Các tia sáng truyền theo nhiều hướng khác có mức suy hao cao tốc độ chậm Step index phổ biến, thường dùng cho
cáp quang POF(Plastic Optical Fiber)
Phương thức truyền Multimode Step Index(SI-)
♦ Multimode Graded Index:Các tia sáng truyền dẫn theo đường cong hội tụ điểm Do Graded index suy hao có tốc độ truyền dẫn cao
sử dụng phổ biến
Phương thức truyền Multimode, Graded Index(GI-).
So sánh kiểu truyền SI- GI- Trong kiểu truyền GI- giữ ngun chất lượng tín hiệu cịn truyền kiều SI- dễ gây tín hiệu sai lệch
-Truyền dẫn tín hiệu cáp quang có hai dạng đơn cơng (simplex) song cơng (duplex) Simplex truyền tín hiệu chiều Duplex truyền nhận tín hiệu chiều bán song công (half-Duplex) chiều song cơng tồn phần (full-Duplex) Duplex thời điểm tùy theo cách cấu hình
(5)♦ Ống đệm khơng chặt(Loose Tube) :dùng ngồi trời (outdoor), cho phép chứa nhiều sợi quang bên Giúp sợi cáp quang “giãn nở” trước thay đổi nhiệt độ, co giãn tự nhiên, không bị căng, bẻ gập chỗ cong
♦ Ống đệm chặt (Tight Buffer) :thường dùng nhà (indoor), bao bọc khít sợi cáp quang (như cáp điện), giúp dễ lắp đặt thi công
Loại dây Tight Buffer
IV.SỬ DỤNG 1.Truyền thông
Sợi quang sử dụng phương tiện cho viễn thơng mạng máy tính linh hoạt vận chuyển dễ dàng cách bó lại loại cáp khác Sợi quang hữu ích cho thơng tin liên lạc đường dài, ánh sáng truyền qua sợi suy giảm so với loại cáp điện Việc kênh tín hiệu ánh sáng lan truyền
trong sợi điều khiển mức cao 111 GB /s NTT Trong tháng năm 2013, nhà nghiên cứu chứng minh truyền 400 GB /s kênh sử dụng chế độ quỹ đạo góc đà ghép
Mỗi sợi mang theo nhiều kênh độc lập, việc sử dụng bước sóng khác ánh sáng ( ghép kênh phân chia
bước sóng (WDM)).Năm 2011 kỷ lục băng thơng lõi 101 TB / s (370 kênh 273 GB /s) Kỷ lục cho sợi đa lõi 1,05 petabits giây
Đối với ứng dụng khoảng cách ngắn, chẳng hạn mạng lưới tòa nhà văn phòng, hệ thống cáp sợi quang tiết kiệm khơng gian ống dẫn cáp Vì sợi mang liệu nhiều so với dây cáp
Loại dây Loose Tube
(6)điện cáp Ethernet tiêu chuẩn loại 5, mà thường chạy tốc độ 100 MB / s GB/ s Loại sợi không bị ảnh hưởng nhiễu điện; khơng có lẫn lộn tín hiệu cáp khác Sợi cáp không bọc thép không dẫn điện, làm cho sợi dễ dàng bảo vệ thiết bị thông tin liên lạc môi trường điện áp cao
Sợi thường sử dụng cho kết nối ngắn khoảng cách thiết bị Ví dụ, hầu hết TV độ nét cao cung cấp kết nối
quang âm kỹ thuật số Điều cho phép truyền tải âm ánh sáng, sử dụng giao thức TOSLINK
2.Lợi dây đồng
Những lợi truyền thông sợi quang học hệ thống dây đồng có là: Băng thơng rộng
-Một sợi quang thực 3.000.000 gọi thoại song cơng tồn phần(full-duplex) 90.000 kênh TV
Không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ
-Truyền ánh sáng qua sợi quang không bị ảnh hưởng xạ điện gần Các sợi quang học khơng dẫn điện, khơng hoạt động ăng ten để nhận tín hiệu điện từ Thơng tin vận chuyển bên sợi quang không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ kể xung điện từ tạo thiết bị hạt nhân
Mất suy giảm chất lượng khoảng cách dài
-Sự suy giảm tổn thất thấp : 0,2 dB / km sợi cáp quang, cho phép truyền tải khoảng cách dài mà không cần lặp
Chất cách điện
-Sợi quang không dẫn điện, sợi quang xâu thành chuỗi cột bên cạnh dây cáp điện cao áp
Chi phí vật liệu phịng chống trộm cắp
-Hệ thống cáp thông thường sử dụng lượng lớn đồng Ở số nơi, đồng bị trộm có giá trị thị trường phế liệu
(7)3.Cảm biến
Sợi có nhiều cơng dụng viễn thám Trong số ứng dụng, cảm biến là sợi quang Trong trường hợp khác, sợi sử dụng để kết nối với cảm biến sợi quang Tùy thuộc vào ứng dụng, sợi quang sử dụng kích thước nhỏ nó, khơng có điện nơi xa xơi, hay nhiều cảm biến ghép dọc theo chiều dài sợi cách sử dụng bước sóng ánh sáng khác cho cảm biến, cách cảm nhận thời gian trễ ánh sáng dọc theo sợi qua cảm ứng
Một lợi ích lớn cảm biến bên khả chúng “đến” nơi tiếp
cận thông thường Một ví dụ phép đo nhiệt độ bên máy bay động phản lực cách sử dụng cáp để truyền xạ vào xạ hỏa kế bên động Cảm biến bên ngồi sử dụng cách để đo nhiệt độ bên máy biến áp điện , nơi cực trường điện làm cho kỹ thuật đo lường khác thực Cảm biến bên đo độ rung, xoay, di dời, vận tốc, gia tốc, mô-men xoắn
Sử dụng phổ biến cho cảm biến sợi quang bao gồm hệ thống bảo vệ phát xâm nhập tiên tiến Ánh sáng truyền dọc theo cáp cảm biến sợi quang đặt hàng rào, đường ống, hệ thống cáp thông tin liên lạc, tín hiệu trở lại theo dõi phân tích cho rối loạn Tín hiệu trở lại xử lý kỹ thuật số để phát rối loạn phát cảnh báo xâm phạm xảy
4.Truyền tải điện
Sợi quang sử dụng để truyền tải điện cách sử dụng “tế bào quang điện” để chuyển đổi ánh sáng thành điện
năng Dù phương pháp truyền tải điện không hiệu dây dẫn thơng thường, đặc biệt hữu ích tình mà khơng thể sử dụng dây dẫn kim loại trường hợp sử dụng gần máy MRI(máy sản xuất từ trường mạnh) Một ví dụ khác cung cấp lượng cho thiết bị điện tử ăng-ten công suất lớn thiết bị đo sử dụng thiết bị truyền tải điện cao áp
Singapore lắp đặt “hàng rào thông minh” xung quanh khu vực sân bay Changi, nhiều sở dân quân khác.
Hệ thống bảo vệ có tên AgilFence PIDS loại hàng rào ứng dụng công dụng cảm biến sợi quang Theo hãng phát triển ST Electronics, hàng rào sử dụng để bảo vệ sở quân sự và biên giới quốc gia.
AgilFence PIDS
(8)5.Các ứng dụng khác
Trong quang phổ , bó sợi quang truyền ánh sáng từ phổ kế với chất mà đặt bên máy quang phổ nó, để phân tích thành phần Một máy quang phổ phân tích chất cách chuyển ánh sáng thông qua chúng Bằng cách sử dụng loại sợi, máy quang phổ sử dụng để nghiên cứu đối tượng từ xa
Một sợi quang pha tạp với số nguyên tố đất erbium sử dụng phương tiện tăng cường tia laser khuếch đại quang Sợi quang pha đất sử dụng để cung cấp tín hiệu khuếch đại nối phần ngắn sợi pha tạp vào đường cáp quang thường Các nguồn cung cáp cho sợi pha tạp bước sóng laser thứ hai ghép vào dịng ngồi sóng tín hiệu Cả hai bước sóng ánh sáng truyền qua sợi pha tạp, mà truyền lượng từ nguồn bước sóng thứ hai để sóng tín hiệu Các trình gây khuếch đại phát xạ cưỡng
Cáp quang dùng để nội soi Y học Loại cáp gồm sợi quang nhỏ , cáp quang thường dùng gồm hàng trăm sợi quang
V.Một số thông tin khác
1.Hệ thống cáp quang xuyên biển AAG (Asia-America Gateway)
Sử dụng sợi quang một bóng đèn trang trí hoặc đèn ngủ.
(9)Tuyến Cáp quang biển Châu Á Thái Bình Dương(AAG)
Tại Việt Nam nước khác giới, kết nối Internet hướng quốc tế chủ yếu phụ thuộc vào tuyến cáp quang biển (một phần sử dụng đường truyền vệ tinh) Các tuyến cáp bao gồm tuyến AAG (Asia - America Gateway), tuyến TVH (Thái Lan – Việt Nam – Hongkong) tuyến SMW3 (hay
gọi SEA - ME - WE3)
Công tác bảo trì cáp quang biển
Trong tuyến cáp quang biển trên, trừ tuyến cáp quang SMW3 theo chiều kết nối từ Châu Á sang Ấn Độ, vào Châu Âu, tuyến lại theo hướng sang Châu Mỹ qua đảo Guam Hawaii
Được khánh thành đưa vào sử dụng từ tháng 11/2009, tuyến cáp quang biển Châu Á Thái Bình Dương (AAG) có chiều dài 20.000 km, dung lượng thiết kế đạt Terabit/giây tuyến cáp quang quan trọng, kết nối trực tiếp khu vực Đông Nam Á với Mỹ Tổng vốn đầu tư toàn tuyến vào khoảng 560 triệu USD
Tuyến AAG có điểm cập bờ yếu Mersing (Malaysia), Changi (Singapore), Sri Racha (Thái Lan), Tungku (Bruney), Vũng Tàu (Việt Nam), Currimao (Philippinnes), South Lantau (Hong Kong), Guam (Mỹ), Hawaii (Mỹ)
Tuyến AAG cập bờ Việt Nam Vũng Tàu, nằm đoạn S1 có chiều dài 314 km Hiện AAG tuyến cáp quang kết nối trực tiếp lưu lượng từ khu vực Đông Nam Á đến Mỹ cố liên quan đến tuyến cáp ảnh hưởng lớn đến lưu lượng kết nối, trao đổi thông tin quốc gia khu vực giới Bên cạnh đó, tuyến cáp quang AAG cịn kết nối đến
(10)chục ngàn km, để tiết kiệm chi phí, tuyến cáp quang biển có chung nguyên tắc thiết kế: gia cường gần bờ mỏng manh khơi xa
Khi vào gần bờ tuyến cáp quang ngầm phải gia cường thép bện lớp tăng cường khác vào gần bờ, mực nước nông hoạt động hàng hải dày đặc khả tuyến cáp bị mỏ neo tàu hay loại lưới rà đáy biển móc phải gây hư hại lại lớn Và mỏ neo tàu bè hoạt động đánh bắt cá người nguyên nhân gây tới 70% vụ đứt cáp quang biển, 30% lại đánh cắp có chủ
đích người thiên tai động đất, núi lửa ngầm trượt bùn, giông bão (ở khu vực nước nông)
Cáp quang biển nằm cát đáy biển khiến mỏ neo tàu thuyền thả xuống rê cát dễ vướng phải, gây hư hại.
(11)2 “Hàng rào thông minh”-Ứng dụng công dụng cảm biến sợi quang
Bên cạnh ứng dụng to lớn mặt truyền thông mà cáp quang đem lại cho Cảm biến ứng dụng sợi quang, mở tiềm phát triển mạnh mẽ thiết bị cảm biến sợi quang tương lai, ví dụ điển hình cho ứng dụng “Hàng rao thông minh”-AgiFance PIDS- phát triển ST Electronics
Singapore lắp đặt “hàng rào thông minh” xung quanh khu vực sân bay Changi, nhiều sở dân quân khác
Hệ thống bảo vệ có tên AgilFence PIDS loại hàng rào mà tường gồm nhiều cáp sợi quang với sensor màu tích hợp đặt cách nhau, camera quan sát bật tự động Theo hãng phát triển ST
Electronics, hàng rào sử dụng để bảo vệ sở quân biên giới quốc gia
Các hệ thống kiểm soát vành đai đại sử dụng cáp sợi quang, chúng khơng phổ biến thị trường đắt đỏ.Theo ST Electonics, hệ thống
AgilFence PIDS rẻ nhiều
Khác với hệ thống an ninh có sử dụng sensor quang thông thường để xác định đứt cáp, AgilFence trang bị sensor màu có khả cho qua cáp phần lớn ánh sáng trắng phản xạ theo hướng ngược lại (đến sensor trước đó) ánh sáng có độ dài bước sóng định
Nguyên lý làm việc hệ thống có tác động lên cáp sợi quang, sensor cáp bị đụng chạm thay đổi độ dài bước sóng ánh sáng phản xạ làm khơng trùng hợp với độ dài bước sóng ánh sáng sensor thu Sự thay đổi hệ thống điều khiển ghi nhận camera video quan sát gần đường cáp bị báo động bật lên Điều xảy có mưu toan cắt cáp sợi quang
(12)Thậm chí, gần tất sợi cáp bị cắt tất khu vực cịn lại vành đai bảo vệ AgilFence trì khả hoạt động đầy đủ
Hệ thống AgilFence có sử dụng camera với ống kính có độ zoom lớn, nên cần đặt camera suốt vành đai bảo vệ Việc điều khiển camera thực tự động có tín hiệu báo động Số lượng camera có nghĩa cần nguồn lực máy tính số lượng nhân viên vận hành Ngồi ra, “hàng rào thơng minh” khơng địi hỏi cấp điện cho phân khu mà cần đấu vào lưới điện trung tâm điều khiển
Mọi tác động lên hàng rào gây thay đổi độ dài bước sóng ánh sáng các sensor thu, từ gửi cảnh báo đến hệ thống điều khiển lập tức