Phân biệt cáp quang Single-mode và Multi-mode

Như các bạn đã biết, Công nghệ cáp quang đã dần phát triển trong nhiều năm qua và càng phát triển trong kỷ nguyên IoT 4.0. Với sự tiện lợi và hữu ích của mình, cáp quang đã len lỏi đến khắp các khu vực trong cả nước. Đi kèm các bộ chuyển đổi tín hiệu sang quang thì cáp quang cũng là thành phần kết nối chính trong hệ thống truyền dẫn quang. Mặc dù sự phổ biến của cáp quang là như vậy nhưng không phải ai cũng biết một điều đó là: không phải tất cả các sợi đều được tạo ra bằng nhau và như nhau. Trên thực tế chúng được chia thành 2 loại: cáp quang đơn mode SMF (single-mode fiber) và cáp quang đa mode MMF (multi-mode fiber). Mỗi loại này lại có những đặc điểm kĩ thuật và tính năng khác nhau.

Cấu tạo của cáp quang

Sợi cáp quang là những dây nhỏ và dẻo để truyền các tia hồng ngoại và ánh sáng nhìn thấy được. Chúng bao gồm 3 lớp: lõi, áo và vỏ bọc. Để ánh sáng có thể phản xạ được trong lõi thì chiết suất của lõi phải lớn hơn chiết suất của vỏ. Vỏ bọc ở phía ngoài giúp bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm và ăn mòn, đồng thời chống xuyên âm với các sợi bên cạnh.

Lõi và áo bên trong được làm bằng thuỷ tinh hay chất dẻo (Silica), chất dẻo, kim loại, fluor và sợi quang. Thành phần lõi và vỏ có chiết suất không giống nhau. Chiết suất của những lớp này như vậy sẽ quyết định tính chất của sợi cáp quang. Chúng được phân loại thành các loại sợi cáp quang đơn mode và đa mode. Sợi đơn mode hay đa mode đều chỉ truyền một tín hiệu. Muốn truyền dữ liệu từ các kênh khác nhau ta cần dùng đến công nghệ truyền nhiều bước sóng trên một sợi quang WDM.

Minh họa đường truyền:

Cáp quang Single-mode

Lõi được chiết suất là một hằng số và chiết suất của vỏ cũng là một hằng số. Ánh sáng được truyền đi theo đường ziczac.

• Đường kính lõi sợi core: 9/125
• Đường kính vỏ phản xạ: 125um

Cáp quang đơn mode thường xuyên được dùng cho đường trục, công nghệ của loại này cũng khắt khe và rất khó trong việc thi công cũng như sử dụng. Bởi lớp lõi của cáp quang đơn mode rất nhỏ chỉ khoảng 27 Micromet. Sợi đơn mode chỉ có thể truyền một ánh sáng với một bước sóng nhất định. bởi đường kính lõi rất nhỏ. Do chỉ truyền một bước sóng nên đơn mode không bị ảnh hưởng bởi hiện trượng tán sắc. Kết cấu lõi đơn mode cho ánh sáng theo đường thẳng cũng như độ chính xác trong thi công, thiết bị công nghệ cao,… làm cho cáp quang đơn mode khó áp dụng trong các công trình dân sự.

Cáp quang Multi-mode

Loại này có thể truyền cùng lúc nhiều ánh sáng với góc alpha khác nhau. Tia sáng đi từ môi trường có chiết suất cao qua môi trường chiết suất thấp không đi thẳng mà sẽ phản xạ lại. Khi đó ánh sáng mang thông tin được truyền đi mà không bị suy hao. Sợi đa mode có công nghệ tiên tiến hơn nên chiết suất từ lõi ra đến vỏ sẽ giảm từ từ khi đó ánh sáng sẽ đi theo đường cong, độ lệch pha sẽ ít hơn nhiều so với hình ziczac của loại đơn mode. Sợi đa mode cũng có đường kính lõi lớn hơn đơn mode (khoảng 130 micromode) có thể truyền được nhiều mode sóng trong lõi.

Cáp đa mode chia làm hai loại:

• Step mode: chiết suất từ lõi đến vỏ giảm dần theo từng nấc
• Grade mode: chiết suất từ lõi đến vỏ giảm dần một cách liên tục, grade mode theo đánh giá là tốt hơn step mode.

Đường kính lõi sợi: 50/125 và 62.5/125

Đường kính vỏ phản xạ: 125um

Tóm lại: sợi đa mode là sợi truyền nhiều tia sáng cùng lúc còn sợi đơn mode chỉ truyền duy nhất một mode trục dọc.

Sợi quang đơn mode có khả năng truyền tốt hơn sợi đa mode?

Sợi đơn mode truyền xa tốt hơn. Trong sợi đơn mode ánh sáng đi theo gần như một đường thẳng trùng với trục cáp còn sợi đa mode ánh sáng đi theo một chùm tia sáng có dạng hình sin. Sợi quang đa mode sẽ gặp hiện tượng tán sắc trong sợi quang giữa các mode truyền dẫn. Do đó tín hiệu trong sợi đa mode dễ bị tán xạ hơn, tốc độ truyền kém hơn và khoảng cách truyền gần hơn.

Sợi quang đơn mode hay đa mode phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng truyền trong đó. Cùng một sợi quang nhưng nó có thể là sợi đơn mode với bước sóng này và là sợi đa mode với bước sóng khác. Tuy nhiên trong sợi quang người ta chỉ truyền một số bước sóng nhất định: 850nm, 1310nm, 1550nm,… Sợi đa mode có các bước sóng chuẩn là: 780, 850, 1300. Hiện nay các thiết bị ít dùng bước sóng 780.

Cáp Singlemode hoạt đông ở bước sóng 1310 nm – 1550nm có khoảng cách truyền tối đa lên tới 120Km, với tốc độ truyền min nhất là 1Gb. Sợi cáp Multimode hoạt động ở bước sóng 780nm, 850nm truyền tín hiệu theo đường chéo và khoảng cách truyền tương đối thấp thường chỉ trong khoảng cách 2Km. Tuy nhiên, tốc độ đường truyền của cáp lại có thể lên đến 10G nên sẽ thích hợp với các hệ thống đòi hỏi tốc độ đường truyền cực lớn. Ở sợi đơn mode không có hiện tượng tán sắc giữa các mode sẽ không dẫn đến việc gây nhiễu sợi quang. Sợi đơn mode được dùng để làm mạng backbone còn sợi đa mode chỉ dùng truyền các mạng trong vùng. Thêm nữa cả đơn mode và đa mode đều dùng ánh sáng laser hoặc led được tùy thuộc vào yêu cầu nhà mạng.

Cáp sợi đơn mode và đa mode có những ưu thế riêng phù hợp từng mục đích người sử dụng và những yêu cầu của hệ thống.