Phân lo i Cáp quang: G m hai lo i chính:
Multimode (đa mode)
Multimode stepped index (chi t xu t b c): Lõi l n (100 micron), các tia t o xung ánh sáng có th đi
theo nhi u đ ng khác nhau trong lõi: th ng, zig- zag… t i đi m đ n s nh n các chùm tia riêng l , vì v y xung d b méo d ng.
Multimode graded index (chi t xu t liên t c): Lõi có ch s khúc x gi m d n t trong ra ngoài cladding (V t ch t quang bên ngoài bao b c lõi mà ph n x ánh sáng tr l i vào lõi). Các tia g n tr c truy n ch m h n các tia g n cladding. Các tia theo đ ng cong thay vì zig-zag. Các chùm tia t i đi m h i t , vì v y xung ít b méo d ng.
Single mode (đ n mode)
Lõi nh (8 mocron hay nh h n), h s thay đ i khúc x thay đ i t lõi ra cladding ít h n multimode. Các tia truy n theo ph ng song song tr c. Xung nh n đ c h i t t t, ít méo d ng.
III.3.2 ng d ng:
Hình 3.11
GI I MÃ NH NG BÍ M T V ÁNH SÁNG
-Trong y h c, ng i ta dùng bó s i quang đ quan sát các b ph n bên trong c th . Lo i cáp quang này g m các s i quang r t nh . M t cáp quang th ng dùng có th g m hàng tr m s i quang. ó là ph ng pháp n i soi (H.III.3.3).
- Trong công ngh thông tin, cáp quang
đ c dùng đ truy n t i các d li u. M t h truy n thông dùng cáp quang g m ba b ph n chính: m t máy phát bi n đ i các tín
hi u đi n thành tín hi u quang, m t cáp
quang có nhi m v truy n các tín hi u này
đi và m t máy thu nh n các tín hi u ra đ u th hai c a cáp quang và bi n chúng tr l i thành các tín hi u đi n.
- Cáp quang có nhi u u đi m h n so v i cáp kim lo i. Trong đó, có hai u đi m r t đáng đ ý. Cáp quang truy n đ c m t s l ng d li u l n g p nhi u l n (có th hàng nghìn l n ) so v i cáp kim lo i cùng đ ng kính. Ngồi ra, cáp quang r t ít b nhi u b i đi n t ngồi, vì các s i quang đ c làm b ng ch t đi n mơi. Ngồi ra, cáp quang cịn có đ c đi m nh và nh , d v n chuy n, d u n. Khơng có r i ro cháy( vì khơng có dịng đi n).
III.4 Th k 21 - Th k c a phôtôn
Gi c m chinh ph c t nhiên t ngàn x a đ n nay c a con ng i đã đóng góp r t
nhi u đ n s t n t i phát tri n c a nhân lo i. M t trong nh ng gi c m đó là làm ch
đ c ánh sáng. Cách đây nhi u thiên niên k , ng i c đ i đã bi t cách t o ra l a và s d ng nó đ ph c v cho cu c s ng. K t đó, r t nhi u nh ng thành t u l n, nh ng công c , thi t b đ c ch t o d a trên s hi u bi t v ánh sáng đã ra đ i nh m c i thi n cu c s ng.
Trong giai đ an cu i c a th k 20, có m t l nh v c nghiên c u m i đ c hình thành,
đó là “quang t h c” (photonics). Quang t h c đ c xây d ng d a trên các tính ch t và quy lu t đi u khi n phôtôn. L nh v c này có liên quan đ n r t nhi u ngành khác đã
Hình 3.12 Cáp quang dùng trong phép n i soi
GI I MÃ NH NG BÍ M T V ÁNH SÁNG
có t lâu nh quang h c, khoa h c v t li u, k thu t đi n t , công ngh nano, v t lý và hóa h c. Tr c đây, s k t h p gi a ánh sáng và đi n t đã t o ra nh ng đi u k di u khơng ai có th m t i cho đ n khi Pierre Aigrain (m t nhà khoa h c ng i Pháp) đ t ra thu t ng “photonics” vào n m 1967.
-Photonics là m t ngành khoa h c v ánh sáng.
-Photonics vây quanh các v n đ : t o ra ánh sáng, thu nh n, đi u khi n, khu ch đ i và
s d ng ánh sáng nh m t công c ph c v cho l i ích lịai ng i.
Cho đ n đ u th k 21, các nhà khoa h c và k s đang chu n b làm ch ánh sáng
trên m t ph ng di n m i, mang l i s đ t phá trong vi c phát tri n và t ng c ng c nh tranh v kinh t .
L ch s đã cho chúng ta th y r ng m t nguyên lý k thu t có tính đ t phá có th kích thích cu c cách m ng cơng nghi p trong nh ng th p k sau khi nó đ c khám phá ra. Transistor đã t ng ngay l p t c đóng vai trị quan tr ng trong vi c khu ch đ i tín hi u
đi n khi nó đ c khám phá ra vào n m 1948 và khơng ai có th t ng t ng nh ng s thay đ i cách m ng do linh ki n này mang l i. Cơng ngh transistor đã “lót đ ng” cho ngành công nghi p vi đi n t và máy tính – hai ngành có nh h ng l n đ n n n kinh t tồn c u. Vài n m sau, chính xác vào n m 1958, Laser đã đ c phát minh và t i th i đi m đó khơng ai có th ng t i laser đã t o ra cu c cách m ng trong truy n
thông, khoa h c s s ng, s n xu t và gi i trí nh ngày nay…
Th k 20 th ng đ c g i là th k c a đi n t b i nh ng thành t u k thu t có đ c là nh kh n ng làm ch electron mang l i. T ng t nh v y, th k 21 s đ c bi t
đ n nh là th k c a photon!
III.4.1 Nh ng đ c tính c a phơtơn:
Ánh sáng đ c t o b i nhi u Phôtôn. C ng gi ng nh electron, phôtôn là m t h t c b n c a v tr . Phơtơn có nh ng tính ch t n i b t và phi th ng:
- Khơng v t th gì có th chuy n đ ng nhanh h n v n t c ánh sáng, hay v n t c c a phôtôn.
GI I MÃ NH NG BÍ M T V ÁNH SÁNG
- Khơng gi ng nh electrons, phơtơn khơng có tr ng l ng và không t o ra ma sát.
- Nh ng tia sáng đ c h i t t o ra b i tia lasers có đ t p trung n ng l ng cao nh t t ng đ c bi t đ n cho đ n th i đi m này.
- M t xung phơtơn có th ng n ch kho ng m t ph n tri u hay m t ph n t giây – đây là c p th i gian x y ra nh ng ph n ng nguyên t và phân t .
- Nh ng tia sáng thích h p khơng ch giúp chúng ta nhìn th y mà cịn cho phép chúng ta gi và đi u khi n các nguyên t .
III.4.2 Nh ng kh n ng không gi i h n:
Chúng ta d dàng nh n th y nhi u thành t u k thu t ngày nay đ u có s đóng góp đáng k c a quang t h c. Không nh ng th , quang t h c có m t ti m n ng phi
th ng th hi n qua các ví d th c t t tr c đ n nay: Công ngh quang t cho phép x lý, l u tr , truy n d n m t kh i l ng l n thông tin. đáp ng đ c s bùng phát thông tin th i đ i ngày nay, nh ng h th ng truy n d n quang h c t ng lai s có b ng thơng r ng g p 1000 l n ngày nay và t t c m i ng i đ u có th ti p c n v i thông tin qua môi tr ng b ng thông r ng m t cách d dàng.
- Trong l nh v c s n xu t, laser là m t công c đ c dùng cho r t nhi u m c đích, t vi c góp ph n t o ra nh ng b n ch a kh ng l đi xuyên đ i d ng cho đ n nh ng c u trúc nh ch c p đ nano.
- Nh ng h th ng chi u sáng m i có th ti t ki m n ng l ng r t nhi u. V i h th ng chi u sáng b ng diode phát quang, chúng ta s ti t ki m đ c ít nh t 2 t thùng d u m i n m.
- Nh ng thi t b quang h c nói chung và laser nói riêng dùng trong ch n đốn, đi u tr và ph u thu t đã làm nên m t cu c cách m ng th t s trong l nh v c ch m sóc s c
kho .
- Trong l nh v c công ngh sinh h c, d c ph m và gen, nh ng công c ng d ng
quang t h c v a có kh n ng đi u khi n nguyên t v a có th đi u khi n nh ng t
GI I MÃ NH NG BÍ M T V ÁNH SÁNG
Tuy nhiên nh ng ví d nên trên ch là b c kh i đ u. Trong th k 21 này:
- Quang t h c s m ra nh ng gi i pháp m i trong khi nh ng công ngh truy n th ng
đã đ t đ n t i h n v v n t c, công su t và đ chính xác.
- Các ngành khoa h c s s ng, y t , công ngh thông tin, truy n thông, n ng l ng và s n xu t s ph i ph thu c nhi u vào công ngh quang t .
III.4.3 Th i đ i photons
Quang t h c là m t trong s nh ng công ngh then ch t c a th k 21. Nó nh h ng
đ n t t c m i ph ng di n c a cu c s ng và đóng vai trị c t y u đ i v i cu c c nh tranh trong công nghi p t i châu Âu. K ngh quang t chi ph i 5 th tr ng l n sau: - Công ngh thơng tin, truy n thơng & màn hình.
- Chi u sáng và hi n th . - S n xu t và đo l ng.
- Khoa h c s s ng và ch m sóc s c kho . - Cơng ngh b o m t và an tồn.
R t nhi u phát minh d a trên cu c cánh m ng phôtôn nh : s i quang h c, thi t b khu ch đ i quang, thi t b phát tín hi u truy n thơng, thi t b thu nh n tín hi u, thi t b hi n th , h th ng đo l ng, lasers…
III.4.3.1 Công ngh thông tin, truy n thơng và màn hình.
Vào th i c đ i, ng i ta truy n thông tin đi xa b ng cách s d ng tín hi u khói. Ph ng pháp truy n thơng này đã t n t i trong vài th k và sau đó con ng i đã c i ti n thành h th ng m ng truy n thông ph c t p h n v i nh ng tr m l p xemapho (h th ng truy n tín hi u b ng cách đ t tay ho c 2 lá c theo m t v trí xác đnh đ bi u th các con ch và v n c a ch cái).Trong th i đ i ngày nay, con ng i đã chuy n sang vi c truy n d li u b ng nh ng h th ng đi n t , giúp k t n i m i ng i trên toàn th gi i. K thu t đi n t đã t ng t o nên cu c cách m ng trong đ i s ng chúng ta. Tuy nhiên cách đây 20 n m, k thu t này đã đ t đ n ng ng gi i h n trong khi chúng ta
GI I MÃ NH NG BÍ M T V ÁNH SÁNG
v n mong mu n truy n d li u nhi u h n và nhanh h n n a. Công ngh truy n thông tin b ng quang h c xu t hi n nh m t v c u tinh m ra cánh c a cho h u h t nh ng h th ng truy n thông s , v n đã đ t đ n ng ng gi i h n v i công ngh đi n t . Quang t đã chi ph i công ngh thông tin và truy n thông v m i m t. Ngày nay,
ng i ta có th s n xu t đ c nh ng con chip máy tính siêu nh v i kích c nano b ng ph ng pháp optical lithography. T c đ truy n d li u trên internet t l v i s phát tri n c a công ngh lasers, s i quang và k thu t mã hoá quang.Cách đây g n 5 n m, k thu t k t n i s i quang đã đ t đ c trình đ r t cao giúp cho nh ng h th ng s i quang có th ch u đ ng đ c trong nh ng môi tr ng kh c nghi t nh trong xe h i, d i lịng bi n và có th d dàng s d ng trong b t k máy móc nào. T nh ng thành t u này, h u h t nh ng nhà s n xu t đang c i ti n h th ng đ ng truy n d li u b ng
s i quang trong xe h i c a h . K nguyên t ng tác thông minh gi a các b ph n
trong xe h i đã b t đ u!
Cùng v i s phát tri n không ng ng c a l nh v c truy n thông, vi c l u tr thông tin c ng là m t v n đ n c n đ c quan tâm. Thay vì l u tr trên nh ng cu n b ng t ,
ng i ta đã chuy n sang l u tr b ng CD, DVD. Nh ng đ u CD v i laser diode h ng
ngo i có giá khá r đã thay th vi c l u tr d li u b ng s sách. Trong k ngh phim nh, DVD v i laser diode ánh sáng đ đã thay th các đ u máy video casette. Và hi n nay, nh ng đ a blue-ray m i v i cơng ngh laser diode xanh có kh n ng l u tr g p nhi u l n. Laser diode ngày càng có b c sóng ng n h n. Trong th i gian s p t i, t
đa quang “non-spining” và đ a quang “near-field” đ n k thu t ghi gi li u b ng giao thoa lasers (holography) s đ c ng d ng r ng rãi. Khi đó, đ a quang v i dung l ng lên đ n hàng terabytes s khơng cịn xa v i!
Trong l nh v c màn hình hi n th , LCD đã d n thay th đèn hình CRT. Khơng nh ng th , nh ng công ngh m i d a trên diode phát quang ch t o t các ch t vô c ho c h u c đã d n thành hình.
III.4.3.2 Chi u sáng và hi n th .
Con ng i đã bi t s d ng l a đ chi u sáng và làm m t th i c đ i. S phát minh ra bóng đèn dây đ t vào th k 19 đã giúp cung c p gi i pháp chi u sáng m i cho môi
GI I MÃ NH NG BÍ M T V ÁNH SÁNG
tr ng làm vi c, sinh ho t và gi i trí c a con ng i… Tuy nhiên, nh ng bóng đèn này
có hi u su t khơng cao nên r t t n n ng l ng do to nhi t r t l n.
Gi a th k 20, bóng đèn hu nh quang đ c phát minh đã giúp ti t ki m đi n n ng. Tuy nhiên, công ngh chi u sáng b ng bán d n (SSL – solid-state lighting) nh diode phát x ánh sáng m i th t s t o nên m t cu c cách m ng trong n n công nghi p chi u sáng và có ti m n ng r t l n đ thay th các ngu n sáng truy n th ng; gi ng nh cách nh ng vi m ch đi n t đã thay th ng đi n t cách đây 50 n m. Công ngh chi u sáng b ng bán d n v i hi u su t tiêu th đi n hi u qu đã có th t o cho ngu n sáng có hình dáng và màu s c đa d ng. Nh ng ngu n sáng có đ sáng và màu s c thích h p s giúp cho môi tr ng làm vi c tr nên an tồn, tho i mái và tính th m m cao.
Nh ng ngu n sáng dùng v t li u bán d n có th ti t ki m đ c ngu n n ng l ng r t
l n. Theo c tính n u h u h t các ngu n sáng t i châu Âu đ u dùng v t li u bán d n
thì cho đ n n m 2015, chúng ta s ti t ki m đ c 40000 MW đi n n ng hay t ng
đ ng v i 2 tri u thùng d u và 50 tri u t n CO2 th i vào môi tr ng m i n m. C ng
theo c tính cho đ n n m 2025, SSL có th gi m đi l ng tiêu th đi n trên toàn c u
đ n 50%. ây có th coi là m t thành t u c a loài ng i trong vi c ti t ki m tài
nguyên đang ngày càng c n ki t!
Công ngh bán d n không ch dùng đ chi u sáng mà còn dùng đ hi n th . Trong cu c s ng hi n đ i, nhu c u v x lý và ti p nh n thông tin là r t l n. H th ng hi n th là l i gi i cho nhu c u này. Não con ng i dành r t nhi u ho t đ ng trong viêc nhìn và biên d ch hình nh th y đ c. Nh ng màn hình hi n th b ng SSL s giúp c i thi n đ phân gi i, màu s c, đ t ng ph n và ngày càng nh g n. Theo th ng kê, th tr ng v các thi t b hi n th đã t ng 17% t n m 2004 đ n 2007.