Cáp quang, thành phần chủ yếu của mạng lưới Internet

Hà Dương Cự/Người Việt

Cáp quang. (Hình: nasa.gov)

Sợi quang (optical fiber) chỉ là một sợi dây bằng thủy tinh nhỏ như một sợi tóc nhưng hiện nay đã đóng góp rất lớn trong đời sống hằng ngày của chúng ta.

Khi bạn lướt mạng, xem Facebook, coi phim bộ hay xem điện thư thì những thông tin hay dữ liệu trước khi đi tới bạn đều phải qua một vài sợi quang của mạng thông tin toàn cầu Internet.

Sợi quang hoạt động ra sao 

Sợi quang là một sợi dây làm bằng thủy tinh nhưng có thể làm bằng chất dẻo. Sợi này rất nhỏ, đường kính chỉ khoảng chừng 125 micro mét (µm) tức là 0.125 mili mét (mm) hay nhỏ tới 8 µm. So với một sợi tóc thì sợi quang còn nhỏ hơn. Tuy nhỏ như vậy nhưng một sợi quang có thể dùng cho 25,000 cuộc nói chuyện điện thoại cùng một lúc.

Một sợi quang ngoài phần lõi như trên còn có lớp tráng quang (cladding), phần đệm và vỏ bọc.

Vì sợi quang quá nhỏ nên người ta thường quấn nhiều sợi với nhau và làm thành một sợi cáp gọi cáp quang (fiber optic cable).

Thành phần của sợi quang. (Hình: adastra.fit.edu)

Công nghệ cáp quang dùng ánh sáng thường là tia laser để truyền thông tin từ đầu này tới đầu kia. Ánh sáng trong khi truyền trong sợi quang thì sẽ chạm vào thành của sợi quang và phản chiếu lại vào trong. Có khi ánh sáng bị thất thoát ra ngoài, do đó nhiệm vụ của lớp tráng quang là giữ cho ánh sáng không ra ngoài được.

Có hai phương thức truyền trong cáp quang, một là đơn thức (single mode) và hai là đa thức (multimode). Đơn thức là loại chỉ dùng một tia sáng đi thẳng ở giữa sợi quang. Loại này có thể truyền xa được. Cáp truyền hình, điện thoại hay Internet thường là loại đơn thức.

Sợi quang của loại đa thức thì lớn hơn loại đơn thức và vì vậy ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau ngay trong sợi quang. Đa thức không truyền đi xa được và thường được dùng trong mạng máy tính cục bộ.

Ngoài sợi quang ra hệ thống truyền thông còn có thêm các thành phần như sau:

-Bộ phát: Bộ phận này được đặt ở đầu sợi quang. Bộ phát nhận tín hiệu bằng điện từ máy tính hay các thiết bị khác và chuyển qua thành tín hiệu ánh sáng và phát vào sợi quang. Tín hiệu ánh sáng dùng hệ thống nhị phân (binary), tức là chỉ có hai số 0 và 1. Tia sáng lóe lên là 1 và tắt là 0.

-Bộ tái sinh quang (optical regenerator): Vì ánh sáng truyền trong sợi quang dần dần sẽ bị yếu đi, vì vậy phải có những bộ tái sinh quang đặt dọc theo cáp quang để làm tăng cường tín hiệu ánh sáng.

-Bộ nhận: Bộ phận này ở cuối sợi quang nhận tín hiệu bằng ánh sáng từ sợi quang. Sau đó dùng tế bào quang điện để chuyển tín hiệu ánh sáng ra tín hiệu điện và gửi tới máy tính hay các thiết bị khác.

Tốc độ của sợi quang 

Ánh sáng truyền trong sợi quang. (Hình: adastra.fit.edu)

Tốc độ truyền của sợi quang được định nghĩa là số bít truyền trong một giây. Bít là đơn vị nhỏ nhất trong hệ thống nhị phân chỉ gồm có 0 hay 1. Thí dụ tốc độ của một sợi quang là 45 Mbps (Megabit per second) có nghĩa sợi quang đó có thể truyền đi 45 triệu bít trong một giây và 10 Gbps (Gigabit per second) có nghĩa là truyền 10 tỷ bít trong một giây.

Những sợi quang trên Internet có tốc độ từ 10 Gbps tới 100 Gbps. Sợi quang nhanh nhất được thực hiện bởi các khoa học gia Hoa Kỳ và Hòa Lan có tốc độ 255 Tbps (Terabit per second) tức là 255 triệu triệu bít trong một giây.

Quá trình phát triển sợi quang 

Trước thập niên 1950 đã có nhiều nghiên cứu về sợi quang nhưng vì thủy tinh làm sợi quang không được thuần nhất, có nhiều vẩn bụi nên sợi quang không truyền ánh sáng đi xa được. Năm 1964, Tiến Sĩ Chales Kao đưa ra những đặc tính kỹ thuật để có thể dùng sợi quang truyền tín hiệu đi xa được. Ông Kao cũng đề nghị là chất liệu thủy tinh phải được làm cho hoàn hảo hơn. Vì sáng kiến đó ông được trao giải Nobel Vật Lý vào năm 2009.

Năm 1970 các nhà khảo cứu Robert Maurer, Donald Keck và Peter Schultz của công ty Corning Glass đã được bằng sáng chế về sợi quang dẫn sóng (optical waveguide fiber). Sợi quang này có thể truyền nhanh hơn dây đồng tới 65,000 lần.

Tháng Tư, 1977, công ty General Telephone and Electronics thử nghiệm và thực hiện lần đầu tiên trên thế giới một cuộc nói chuyện bằng điện thoại qua một sợi quang tại Long Beach, California.

Hệ thống TPC-5 được đặt qua Thái Bình Dương vào năm 1996. Hệ thống cáp quang nối liền thế giới lần đầu tiên, gọi là FLAG (Fiber optic Link Around the Globe) được hoàn thành vào năm 1997.

Hệ thống cáp quang vòng quanh thế giới 

Các hệ thống cáp quang dưới biển. (Hình: iscpc.org)

Vì cáp quang rất tiện dụng trong việc truyền tín hiệu trên Internet nên cáp quang được đặt khắp mọi nơi trên thế giới, không những trên đất liền mà còn dưới lòng đại dương.

Đặt cáp quang dưới biển rất tốn tiền và không phải là chuyện dễ. Ở gần bờ thì cáp quang phải chôn xuống dưới lòng biển, khi ra xa thì cáp quang có thể để ngay trên mặt đáy biển. Khi đặt cáp quang thì cần phải tránh mỏm đá và tránh làm hại môi trường.

Một điều lạ là cá mập thích cắn cáp quang nên cần phải bao bọc bằng một lớp cứng. Tuy khó khăn nhưng các công ty vẫn tiếp tục đặt cáp quang dưới biển, kể đến năm 2014 thì có tới 285 cáp quang dưới biển. Sau đây là bản đồ các hệ thống cáp quang dưới biển của thế giới.

Theo mạng www.submarinenetworks.com thì Việt Nam có nối với năm hệ thống cáp quang dưới biển. Đó là AAG (Asia-America Gateway), TGN-IA (TGN-Intra Asia), TVH (Thailand-Vietnam-Hong Kong), C2C and SEA-ME-WE 3. Ba hệ thống đầu đổ bộ lên Vũng Tàu còn hai hệ thống sau thì đổ bộ lên Đà Nẵng. Hệ thống AAG là một hệ thống lớn nối Việt Nam với các nước khác. Trong năm 2018 hệ thống này đã bị hư hỏng bốn lần làm cản trở công việc của nhiều công ty làm việc với nước ngoài.

Hệ thống cáp quang dưới biển mới nhất được hoàn thành năm 2017 do một tổ hợp các công ty như Microsoft, Facebook và Telxius. Hệ thống cáp quang này có tên là Marea nối liền từ Virginia Beach, Hoa Kỳ tới Bilbao, Tây Ban Nha và có thể truyền tín hiệu với tốc độ 160 Tbps.

Những ứng dụng khác của sợi quang 

Ngoài việc dùng trong công nghệ truyền thông cáp quang còn được dùng trong nhiều lãnh vực khác.

-Cáp quang trong y khoa: Cáp quang được dùng trong các thiết bị nội soi (endoscope), thí dụ thiết bị soi dạ dày (gastroscope). Bác sĩ đẩy một đầu thiết bị này từ miệng qua thực quản và xuống tới dạ dày để soi xét trong dạ dày bệnh nhân có gì lạ không.

Thiết bị soi dạ dày là một cáp quang có nhiều sợi quang. Ở đầu được đẩy xuống dạ dày là một đèn chiếu sáng và một thấu kính. Đèn rọi vào thành dạ dày phản chiếu vào thấu kính và được truyền qua cáp quang tới đầu bên ngoài. Ở đầu này là một thị kính để bác sĩ có thể quan sát dạ dày và cũng được nối với một máy ảnh kỹ thuật số để ghi lại hình ảnh.

Cáp quang còn dùng trong công nghệ phẫu thuật rô-bô và sinh tiết (biopsy).

-Cáp quang trong ngành giao thông và xây cất: Cũng giống như ứng dụng trong y khoa, cáp quang dùng để xem xét những chỗ hóc kẹt hay chỗ ngoài tầm nhìn của các cầu cống hay các tòa nhà. (Hà Dương Cự)

Nguồn tài liệu: https://broadbandnow.com/Fiber, https://computer.howstuffworks.com

Lưu ý: Để mở âm thanh, xin bấm vào nút muted icon imagephía góc phải bên dưới của khung video.

Báo Người Việt hoan nghênh quý vị độc giả đóng góp và trao đổi ý kiến. Chúng tôi xin quý vị theo một số quy tắc sau đây:

Tôn trọng sự thật.
Tôn trọng các quan điểm bất đồng.
Dùng ngôn ngữ lễ độ, tương kính.
Không cổ võ độc tài phản dân chủ.
Không cổ động bạo lực và óc kỳ thị.
Không vi phạm đời tư, không mạ lỵ cá nhân cũng như tập thể.

Tòa soạn sẽ từ chối đăng tải các ý kiến không theo những quy tắc trên.

Xin quý vị dùng chữ Việt có đánh dấu đầy đủ. Những thư viết không dấu có thể bị từ chối vì dễ gây hiểu lầm cho người đọc. Tòa soạn có thể hiệu đính lời văn nhưng không thay đổi ý kiến của độc giả, và sẽ không đăng các bức thư chỉ lập lại ý kiến đã nhiều người viết. Việc đăng tải các bức thư không có nghĩa báo Người Việt đồng ý với tác giả.

Bán nhà dưới mức nợ và xiết nhà khác nhau như thế nào?

Bán dưới mức nợ và xiết nhà là những giải pháp dành cho các chủ nhà chậm trễ trong việc thanh toán tiền thế chấp căn nhà mà họ đã vay tiền để mua...

Lan man: Ngày Tết, Ngày Tình Yêu

“Yêu (mê)” với “con tim (và nguy hiểm hơn nếu cả (và thường là) với khối óc bị (tê mê)) mù lòa,” sẽ là “trái phá” hủy hoại sức khỏe của những người có liên quan. 

Ngày Xuân với thầy thuốc

Hải Thượng Lãn Ông Lê Hữu Trác không chỉ là danh y đã cống hiến cho nền y học dân tộc, mà cụ còn là một nhà văn, nhà thơ, và nhất là đưa y khoa lên ngang hàng với đạo, hay còn gọi là Y Ðạo.

Thủy triều và năng lượng thủy triều

Thủy triều là do sức hút của mặt trăng. Sự lên xuống của thủy triều tạo nên một năng lượng rất lớn, gọi là năng lượng thủy triều...

Fed sẽ ngưng tăng lãi suất, ảnh hưởng gì với người mua nhà?

Vào đầu Tháng Hai, Quỹ Dự Trữ Liên Bang (Fed) đã đảo ngược đường lối và loan báo sẽ ngưng những vụ gia tăng lãi suất căn bản...

Cơm cháy kho quẹt, nhớ khói lam chiều

Kho quẹt là món được hầu hết người miền Nam biết đến, chứ không riêng gì xứ miền Tây. Trước kia, đây là món của người nghèo, nhưng những năm gần đây nhiều nhà hàng, tửu quán sang trọng cũng có món này.

Nạn dịch thuốc có chất á phiện ở Mỹ

Dịch nghiện thuốc có chất á phiện lan tràn trên tất cả các tiểu bang và tất cả các sắc dân. Thống kê của Đại Học Princeton năm 2015 cho thấy tử vong do ngộ độc thuốc tăng mạnh từ đầu thế kỷ thứ 21.

Mùa lạnh, thử món mì udon nóng hổi của Nhật ở Costa Mesa

Udon là một loại mì nổi tiếng của Nhật Bản với nước súp nhẹ nhàng và sợi mì dẻo dai như bánh canh Việt Nam, làm ấm người trong mùa lạnh.

Khi mua nhà, nên tránh những lời khuyên nào?

Ít có chuyện gì căng thẳng hơn là chuyện mua nhà. Có thể đó là lý do tại sao hầu như ai đã trải qua kinh nghiệm mua nhà cũng đều muốn giúp bạn một vài lời khuyên.

Đề phòng điện giật khi sửa chữa trong nhà

Trong số mọi rủi ro đáng sợ có thể hiện hữu trong căn nhà của bạn, điện giật là một rủi ro mà bạn không nên coi thường. Một số đồ dùng mà bạn sử dụng trong nhà hàng ngày luôn luôn có rủi ro gây điện giật.