Sợi quang là gì? Cáp quang là gì? Các loại cáp quang phổ biến

Trong thời đại công nghệ số và thông tin phát triển mạnh mẽ như hiện nay, việc truyền tải dữ liệu với tốc độ cao và chất lượng ổn định đóng vai trò vô cùng quan trọng. Cáp quang chính là công nghệ truyền dẫn ưu việt đáp ứng được yêu cầu này, trở thành xương sống cho các hệ thống mạng viễn thông, internet và truyền thông hiện đại. Với khả năng truyền tín hiệu bằng ánh sáng qua sợi thủy tinh hoặc nhựa siêu mảnh, cáp quang mang đến tốc độ truyền dữ liệu vượt trội cùng khoảng cách truyền xa hơn rất nhiều so với các loại cáp truyền thống. Vậy cáp quang là gì và cấu tạo của nó như thế nào? Cùng Cáp điện VN tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.

Sợi quang là gì?

Sợi quang tiếng anh là fiber optic là một loại sợi rất mỏng được làm từ thủy tinh hoặc nhựa, có khả năng truyền tải tín hiệu bằng ánh sáng. Sợi quang hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ toàn phần, cho phép ánh sáng truyền đi dọc theo lõi của sợi mà không bị mất tín hiệu nhiều trong quá trình truyền tải. Sợi quang được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống truyền thông tín hiệu quang học do khả năng truyền dữ liệu với tốc độ rất cao và khoảng cách xa, ít bị nhiễu so với cáp đồng truyền thống.

Ngoài ra, sợi quang có hai loại chính dựa trên chế độ truyền tín hiệu:

• Singlemode (đơn mode): Có lõi rất nhỏ, cho phép ánh sáng truyền theo một hướng duy nhất, thích hợp cho truyền tải khoảng cách xa.
• Multimode (đa mode): Lõi lớn hơn, cho phép ánh sáng truyền theo nhiều hướng khác nhau, thích hợp cho truyền dẫn trong khoảng cách ngắn hơn.

Sợi quang học là ứng dụng của hiện tượng gì?

Sợi quang học hoạt động dựa trên hiện tượng phản xạ toàn phần của ánh sáng. Cụ thể, tín hiệu dữ liệu được truyền dưới dạng ánh sáng đi qua lõi sợi quang, và khi ánh sáng tới ranh giới giữa lõi (có chiết suất cao hơn) và lớp vỏ bao quanh (cladding, có chiết suất thấp hơn), ánh sáng sẽ bị phản xạ hoàn toàn trở lại bên trong lõi thay vì thoát ra ngoài. Nhờ vậy, ánh sáng có thể truyền đi xa trong sợi quang mà ít bị suy hao hoặc mất mát tín hiệu.

Nguyên lý phản xạ toàn phần này là cơ sở để sợi quang dẫn truyền tín hiệu ánh sáng hiệu quả, cho phép truyền dữ liệu với tốc độ rất cao và trên khoảng cách xa mà không bị nhiễu từ môi trường bên ngoài.

Cáp quang là gì?

Cáp quang tiếng anh là Fiber Optic cable là loại cáp viễn thông được làm từ sợi thủy tinh hoặc nhựa trong suốt, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu. Sợi cáp quang có đường kính rất nhỏ, mỏng như sợi tóc, được cấu tạo gồm lõi (core) là sợi thủy tinh tinh khiết cho phép ánh sáng truyền qua, bao quanh bởi lớp vỏ (cladding) có chiết suất thấp hơn giúp phản xạ toàn phần giữ ánh sáng không thoát ra ngoài, đồng thời có một lớp phủ bảo vệ bên ngoài nhằm bảo vệ sợi quang khỏi hư hại và ẩm ướt.

Khác với cáp đồng truyền tải tín hiệu bằng điện, cáp quang truyền dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng nên có thể truyền đi xa hơn với tốc độ cao hơn, ít bị nhiễu, và đảm bảo gián đoạn tín hiệu ít hơn. Cáp quang được sử dụng rộng rãi trong truyền thông viễn thông và mạng internet băng thông rộng hiện đại.

Sợi quang và cáp quang có phải là một không?

Cáp quang và sợi quang không phải là một, mà sợi quang là thành phần cơ bản cấu tạo nên cáp quang.

Cụ thể:

• Sợi quang là dây rất mỏng, dẻo, làm từ thủy tinh hoặc nhựa, có chức năng truyền tín hiệu ánh sáng. Sợi quang gồm các lớp lõi (core), áo (cladding) và lớp vỏ bọc (coating) bảo vệ.
• Cáp quang là sản phẩm hoàn chỉnh bao gồm nhiều sợi quang được bện hoặc đặt trong cấu trúc bảo vệ nhằm phục vụ truyền dẫn tín hiệu trong các hệ thống thông tin liên lạc. Cáp quang có thể bao gồm các sợi quang đơn mode hoặc đa mode, cùng lớp bảo vệ chống ẩm, va đập và các yếu tố môi trường.

Tóm lại: sợi quang là phần lõi truyền tín hiệu ánh sáng, còn cáp quang là thành phẩm hoàn chỉnh có chứa các sợi quang cùng các lớp bảo vệ khác để sử dụng thực tế trong truyền dẫn dữ liệu. Các loại cáp quang được phân biệt chính dựa trên loại sợi quang bên trong (single mode hoặc multimode), khoảng cách truyền và ứng dụng

Cấu tạo của cáp quang

Cáp quang có cấu tạo gồm các thành phần chính sau đây:

• Lõi (Core): Đây là phần trung tâm của sợi cáp quang, được làm từ sợi thủy tinh hoặc nhựa trong suốt, có chức năng dẫn truyền ánh sáng truyền tín hiệu. Lõi có chiết suất cao hơn để ánh sáng được định hướng truyền theo chiều dài sợi.
• Lớp phản xạ ánh sáng (Cladding): Bao bọc xung quanh lõi là lớp cladding có chiết suất thấp hơn lõi, có nhiệm vụ phản xạ toàn phần ánh sáng trở lại lõi, giúp ánh sáng không bị thoát ra ngoài và truyền đi xa hơn.
• Lớp phủ (Coating hoặc Buffer coating): Là lớp nhựa bảo vệ bên ngoài của sợi quang, giúp chống trầy xước, bụi bẩn, độ ẩm, cũng như hạn chế sự gập gãy, uốn cong gây tổn hại cho lõi và cladding.
• Thành phần gia cường (Strength member): Đây là các vật liệu nhằm tăng độ bền cơ học cho cáp, có thể là sợi tơ Aramid, thép hoặc các sợi chịu lực khác, giúp cáp chịu được lực kéo và va đập khi thi công và sử dụng.
• Lớp vỏ ngoài (Jacket): Lớp bảo vệ cuối cùng chứa toàn bộ các thành phần bên trong, làm từ nhựa hoặc các vật liệu chịu được môi trường bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, va đập. Jacket giúp bảo vệ cáp khi lắp đặt ở ngoài trời hoặc môi trường công nghiệp.

Tóm lại, cáp quang được cấu tạo từ một hoặc nhiều sợi quang (core + cladding + coating), gia cường và bảo vệ hoàn chỉnh bởi các lớp bảo vệ (strength member, jacket) để đảm bảo truyền tín hiệu ánh sáng với chất lượng cao và bền bỉ trong điều kiện khác nhau. Các thành phần này phối hợp giúp cáp quang truyền dữ liệu với tốc độ rất cao, khoảng cách xa, ít bị nhiễu và có độ bền cơ học phù hợp với việc thi công và vận hành mạng.

Các loại cáp quang phổ biến hiện nay

Các loại cáp quang phổ biến hiện nay có thể phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau như số lượng sợi quang, môi trường sử dụng, chế độ truyền tín hiệu, kiểu dáng và ứng dụng. Dưới đây là các loại cáp quang chính cùng đặc điểm nổi bật:

Theo số lượng sợi quang:

• Cáp quang 1FO (1 sợi): Thường gọi là cáp quang thuê bao (FTTH – Fiber To The Home), dùng phổ biến cho kết nối Internet gia đình hoặc mạng LAN nhỏ. Kích thước nhỏ gọn, dễ thi công.
• Cáp quang 2FO, 4FO, 8FO (2, 4, 8 sợi): Dùng cho mạng diện rộng, truyền tải dữ liệu với khoảng cách và băng thông lớn hơn. Có các loại có vỏ bọc thép gia cường, thích hợp cho ngoài trời hoặc đi dưới cống, đường dây điện lực.

Theo môi trường sử dụng:

• Cáp quang trong nhà (Indoor): Vỏ bọc bằng nhựa PVC hoặc LSZH, dùng cho lắp đặt mạng nội bộ, trong nhà.
• Cáp quang ngoài trời (Outdoor): Vỏ bọc HDPE hoặc PE, có khả năng chống nước, chịu thời tiết, dùng cho lắp đặt ngoài trời.
• Cáp quang ngầm (Underground): Vỏ bọc cứng, có lớp thép hoặc vật liệu chịu lực, dùng để chôn dưới đất bảo vệ sợi quang khỏi tác động vật lý mạnh.

Theo chế độ truyền tín hiệu:

• Cáp quang Singlemode: Có lõi nhỏ (khoảng 9 micromet), cho ánh sáng truyền theo một hướng duy nhất, phù hợp truyền tín hiệu xa, tốc độ cao, dùng trong truyền dẫn mạng diện rộng và viễn thông.
• Cáp quang Multimode: Lõi lớn hơn (50 hoặc 62,5 micromet), ánh sáng truyền theo nhiều chế độ, khoảng cách truyền ngắn hơn, thường dùng cho mạng nội bộ, mạng LAN, truyền hình cáp.

Theo kết cấu và ứng dụng phổ biến:

• Cáp quang FTTH: Dùng cho kết nối Internet đến nhà ở, nhỏ gọn, tiện lợi cho mạng thuê bao.
• Cáp quang treo (ADSS, cáp hình số 8 có sợi thép gia cường): Dùng treo trên cột điện, chịu lực kéo tốt.
• Cáp quang luồn cống: Dạng tròn, vỏ cứng, thường được kéo trong các cống bể, có ống đệm lỏng bảo vệ sợi quang khỏi gãy gập.
• Cáp quang chôn trực tiếp: Có lớp bảo vệ chắc chắn, dùng để chôn dưới đất trực tiếp mà không cần ống bảo vệ bổ sung.

Như vậy, tùy vào mục đích sử dụng và môi trường lắp đặt mà lựa chọn các loại cáp quang cho phù hợp, từ sợi quang đơn giản FTTH cho đến các loại cáp quang đa sợi, cáp quang treo, cáp chôn ngầm để đáp ứng nhu cầu truyền dẫn tín hiệu của mạng cục bộ đến mạng diện rộng, mạng viễn thông

Ưu và nhược điểm của cáp quang

Ưu nhược điểm của cáp quang như sau:

Ưu điểm của cáp quang:

• Băng thông lớn, tốc độ truyền cao: Cáp quang có khả năng truyền dữ liệu với băng thông lớn hơn nhiều so với cáp đồng truyền thống, cho phép tốc độ truyền tín hiệu rất nhanh, gần với tốc độ ánh sáng, hỗ trợ truyền dữ liệu khối lượng lớn và các ứng dụng đòi hỏi băng thông cao như video HD, hội nghị trực tuyến, và truyền thông mạng hiện đại.
• Khoảng cách truyền xa: Cáp quang có thể truyền tín hiệu tới hàng chục km mà vẫn giữ được chất lượng tín hiệu tốt, trong khi cáp đồng bị suy hao tín hiệu nhanh và cần phải dùng bộ lặp tín hiệu thường xuyên.
• Chống nhiễu điện từ, an toàn: Do truyền tín hiệu bằng ánh sáng nên cáp quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (EMI), không dẫn điện nên an toàn hơn, không gây cháy nổ và không bị suy giảm tín hiệu do các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm.
• Kích thước nhỏ, nhẹ và bền: Cáp quang có kích thước nhỏ gọn, nhẹ hơn nhiều so với cáp đồng cùng chiều dài, giúp thi công dễ dàng và tiết kiệm không gian.
• Bảo mật cao: Cáp quang rất khó bị nghe lén hoặc can thiệp bởi không phát ra trường điện từ, giúp bảo vệ dữ liệu truyền tải rất tốt.
• Độ bền và tuổi thọ cao: Cáp quang làm từ thủy tinh nên có khả năng chống ăn mòn tốt, ít hư hại trong các môi trường khắc nghiệt nếu được bảo vệ đúng cách.

Nhược điểm của cáp quang:

• Chi phí đầu tư ban đầu cao: Cáp quang đòi hỏi thiết bị chuyển đổi, phụ kiện nối, thi công lắp đặt và bảo trì chuyên dụng, gây chi phí cao hơn so với cáp đồng.
• Dễ gãy, cần cẩn thận khi thi công: Do cấu tạo bằng sợi thủy tinh mỏng manh, cáp quang dễ bị gãy hoặc hư hại khi uốn cong quá mức hoặc xử lý không đúng kỹ thuật.
• Yêu cầu kỹ thuật và thiết bị chuyên dụng: Việc nối và sửa chữa cáp quang phức tạp và yêu cầu thợ có kỹ năng cao cùng thiết bị đắt tiền, khiến chi phí vận hành tăng.
• Hạn chế về uốn cong: Cáp quang có bán kính uốn tối thiểu, nếu uốn cong quá mức sẽ gây mất tín hiệu hoặc hỏng cáp.
• Phải dùng nhiều dây cho truyền hai chiều: Cáp quang thông thường truyền tín hiệu chỉ theo một chiều nên cần dùng đôi dây để truyền nhận dữ liệu hai chiều.
• Cơ sở hạ tầng phủ sóng chưa rộng khắp: Ở nhiều khu vực, cáp quang chưa được triển khai rộng rãi vì chi phí và thời gian thi công, chưa phổ biến bằng các loại cáp truyền thống.

Ứng dụng của cáp quang

Ứng dụng của cáp quang rất đa dạng và quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong mạng viễn thông và công nghệ thông tin hiện đại. Cáp quang được dùng chủ yếu để truyền tải dữ liệu, âm thanh và hình ảnh với tốc độ cao và băng thông lớn, đáp ứng nhu cầu truyền thông đa phương tiện và internet ngày càng gia tăng. Các ứng dụng chính của cáp quang bao gồm:

• Mạng Internet và mạng nội bộ (LAN/WAN): Cáp quang cung cấp kết nối internet tốc độ cao với băng thông lớn, được sử dụng để kết nối các máy tính, thiết bị mạng trong văn phòng, trung tâm dữ liệu và giữa các mạng diện rộng, hỗ trợ truyền tải dữ liệu lớn, video HD, hội nghị trực tuyến, và lưu trữ đám mây hiệu quả.
• Mạng viễn thông: Cáp quang là xương sống của hệ thống viễn thông hiện đại, dùng để truyền tín hiệu thoại (điện thoại cố định và di động), kết nối các trạm phát sóng di động (3G, 4G, 5G) với trung tâm điều khiển, cũng như truyền tín hiệu quốc tế qua các hệ thống cáp quang dưới biển kết nối các lục địa toàn cầu.
• Truyền hình cáp và truyền hình vệ tinh: Cáp quang được dùng để truyền tải tín hiệu truyền hình kỹ thuật số chất lượng cao từ trung tâm phát sóng đến người dùng, cũng như kết nối các trạm vệ tinh với trung tâm truyền hình.
• Mạng máy tính nội bộ và doanh nghiệp: Các doanh nghiệp sử dụng cáp quang để kết nối các phòng ban, máy chủ và trung tâm dữ liệu, đảm bảo kết nối nhanh, ổn định cho các ứng dụng đòi hỏi băng thông cao như hội nghị video và phần mềm quản lý lớn.
• Lĩnh vực y tế: Cáp quang dùng trong các thiết bị y tế như nội soi, truyền tải hình ảnh y khoa chất lượng cao từ các thiết bị chẩn đoán đến máy tính, hỗ trợ việc chẩn đoán và điều trị hiệu quả hơn.
• Công nghiệp và tự động hóa: Cáp quang được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động, thiết bị cảm biến với yêu cầu tín hiệu nhanh, chính xác và ổn định.
• Quân sự và an ninh: Với khả năng chống nghe lén và bền vững trong môi trường khắc nghiệt, cáp quang được dùng trong các hệ thống liên lạc quân sự, an ninh.

Trên đây là toàn bộ thông tin về cáp quang là gì? Cấu tạo, phân loại và ứng dụng của cáp quang. Cáp quang là công nghệ truyền dẫn hiện đại, đóng vai trò trung tâm trong việc xây dựng hạ tầng mạng viễn thông và truyền thông dữ liệu toàn cầu, cải thiện tốc độ, chất lượng và độ ổn định của các dịch vụ mạng và truyền hình, đồng thời mở rộng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực quan trọng khác như y tế, công nghiệp và an ninh.