Cáp quang biển là gì? Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động

• Cáp quang biển là gì? Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động

• Bạn đã bao giờ cảm thấy khó chịu khi kết nối Internet đột nhiên chậm lại, các trang web tải mãi không xong và những cuộc gọi video trở nên gián đoạn? Chắc hẳn bạn đã từng nghe đến cụm từ "đứt cáp quang biển" hay "cá mập cắn cáp" như một lời giải thích quen thuộc. Nhưng bạn có thực sự biết sợi cáp mỏng manh nằm sâu dưới đáy đại dương kia là gì, được tạo ra như thế nào và làm cách nào nó có thể gánh vác tới 99% lưu lượng Internet toàn cầu không?

​

• Cáp quang biển là gì?

• Hiểu một cách đơn giản, cáp quang biển là một hệ thống cáp viễn thông sử dụng sợi quang học, được lắp đặt và đặt ngầm dưới đáy biển để kết nối các quốc gia và các châu lục. Thay vì truyền tín hiệu bằng điện qua dây đồng, cáp quang sử dụng ánh sáng để truyền một lượng dữ liệu khổng lồ với tốc độ cực nhanh. Đây chính là cầu nối viễn thông và Internet trọng yếu của hầu hết các quốc gia trên thế giới, ngoại trừ châu Nam Cực do điều kiện nhiệt độ quá lạnh.
• Lịch sử của cáp quang bắt đầu từ năm 1966, nhưng phải đến cuối những năm 1970, nó mới được các công ty viễn thông đưa vào ứng dụng. Tuy nhiên, chỉ khi Internet bùng nổ vào thập niên 1990, hệ thống cáp quang biển quốc tế mới thực sự phát triển mạnh mẽ và trở thành hạ tầng không thể thiếu cho nền kinh tế số toàn cầu.
• Ngày nay, dù có cả công nghệ vệ tinh, cáp quang biển vẫn chiếm ưu thế vượt trội và thực hiện phần lớn việc truyền tải thông tin toàn cầu. Lý do là vì cáp quang cung cấp tốc độ truyền nhanh hơn, độ tin cậy cao hơn và dung lượng lớn hơn nhiều so với vệ tinh.

• Cấu tạo chi tiết của cáp quang biển

• Nhiều người có thể hình dung cáp quang biển là một sợi dây mỏng manh. Tuy nhiên, trên thực tế, nó là một tuyệt tác kỹ thuật với cấu trúc nhiều lớp vô cùng phức tạp để bảo vệ lõi sợi quang mỏng manh bên trong khỏi môi trường khắc nghiệt dưới đáy đại dương. Một sợi cáp quang biển điển hình có đường kính khoảng 69mm và nặng tới 10kg mỗi mét.

• Cấu trúc của cáp quang biển được thiết kế để chịu được áp suất nước cực lớn, sự ăn mòn của nước mặn, và các tác động vật lý từ mỏ neo tàu thuyền, lưới đánh cá hay thậm chí cả động đất. Cấu tạo của nó thường bao gồm 8 lớp chính, tính từ ngoài vào trong:
• Lớp vỏ Polyethylene: Đây là lớp ngoài cùng, làm từ nhựa PE, có tác dụng cách điện, chống thấm nước và bảo vệ cáp khỏi các tác động cơ học nhẹ từ môi trường bên ngoài.
• Băng Mylar: Một lớp băng mỏng nhưng rất bền, thường được sử dụng để bao bọc và giữ các thành phần bên trong lại với nhau, đồng thời tăng cường khả năng chống thấm.
• Dây kim loại (thép): Lớp này gồm các sợi dây thép được bện chặt lại, tạo thành một lớp giáp vững chắc. Nó có nhiệm vụ chính là tăng độ bền kéo cho sợi cáp, giúp cáp không bị đứt khi kéo căng trong quá trình lắp đặt và chịu được các lực tác động mạnh dưới biển. Lớp thép này cũng giúp ngăn chặn sự tấn công từ sinh vật biển, như cá mập.
• Lớp chắn nước bằng nhôm: Một lớp rào cản bằng nhôm giúp ngăn chặn sự xâm nhập của phân tử nước, bảo vệ tuyệt đối cho lõi quang khỏi hơi ẩm.
• Lớp Polycarbonate: Lớp nhựa cứng này bao bọc quanh ống kim loại, cung cấp thêm một tầng bảo vệ cơ học, tăng cường độ cứng và khả năng chịu áp suất cho cáp.
• Ống đồng hoặc nhôm: Ống kim loại này không chỉ bảo vệ các sợi quang bên trong mà còn có một vai trò quan trọng khác: dẫn điện. Dòng điện này dùng để cấp nguồn cho các bộ lặp (repeater) được đặt dọc theo tuyến cáp để khuếch đại tín hiệu ánh sáng trên các quãng đường dài.
• Thạch dầu khí (Petroleum Jelly): Toàn bộ không gian bên trong ống đồng được lấp đầy bằng một loại gel chống thấm đặc biệt. Lớp gel này có tác dụng lấp đầy mọi khoảng trống, ngăn không cho nước lọt vào bên trong và tiếp xúc với sợi quang nếu lớp vỏ bên ngoài không may bị hư hại.
• Sợi quang học (Optical Fibers): Đây chính là phần quan trọng của toàn bộ hệ thống cáp. Các sợi quang này được làm từ thủy tinh hoặc nhựa siêu tinh khiết, có đường kính chỉ mỏng như một sợi tóc người. Chúng được đặt trong một bó và là nơi tín hiệu ánh sáng mang dữ liệu được truyền đi.
• Sự kết hợp của các lớp vật liệu này đảm bảo rằng các sợi quang có thể hoạt động ổn định và bền bỉ trong hàng chục năm dưới đáy đại dương sâu thẳm.

• Nguyên lý hoạt động của cáp quang đi dưới biển

• Nguyên lý cốt lõi đằng sau khả năng truyền dữ liệu đáng kinh ngạc của cáp quang biển là một hiện tượng vật lý gọi là phản xạ toàn phần (Total Internal Reflection - TIR).
• Hãy tưởng tượng bạn đang chiếu một đèn pin vào một đường ống có thành bên trong được tráng gương. Ánh sáng sẽ liên tục đập vào thành ống và phản xạ lại, tiếp tục đi về phía trước thay vì thoát ra ngoài. Nguyên lý của cáp quang cũng tương tự như vậy.
• Quá trình hoạt động của hệ thống cáp quang biển có thể được chia thành các bước chính sau:
• Tạo và mã hóa tín hiệu (Tại trạm mặt đất): Dữ liệu ban đầu (ví dụ: một trang web, một video) tồn tại dưới dạng tín hiệu điện. Tại trạm kết nối trên đất liền, một thiết bị gọi là bộ phát quang (Transmitter) sẽ chuyển đổi các tín hiệu điện này thành các xung ánh sáng. Bộ phát sử dụng các đi-ốt phát quang (LED) hoặc đi-ốt laze (LD) để tạo ra các chớp sáng cực nhanh, mỗi chớp sáng đại diện cho một bit dữ liệu (0 hoặc 1).
• Truyền dẫn qua sợi quang: Các xung ánh sáng này sau đó được truyền vào lõi (Core) của sợi quang. Lõi sợi quang được bao bọc bởi một lớp vật chất quang khác gọi là lớp vỏ bọc (Cladding). Lớp vỏ bọc này có chiết suất thấp hơn so với lõi. Sự chênh lệch về chiết suất này chính là chìa khóa của hiện tượng phản xạ toàn phần. Khi ánh sáng truyền trong lõi và đập vào mặt tiếp xúc với lớp vỏ bọc ở một góc đủ lớn, nó sẽ bị phản xạ hoàn toàn trở lại vào lõi thay vì bị khúc xạ ra ngoài. Quá trình này lặp đi lặp lại hàng tỷ lần, giúp cho tia sáng mang dữ liệu được "dẫn đường" đi hàng ngàn cây số dưới đáy biển với sự suy giảm tín hiệu rất thấp.
• Khuếch đại tín hiệu (dưới biển): Mặc dù sợi quang rất hiệu quả, tín hiệu ánh sáng vẫn sẽ yếu đi khi di chuyển trên một khoảng cách rất dài. Để giải quyết vấn đề này, các bộ lặp quang (Optical Repeater) được đặt cách nhau khoảng 70-80 km dọc theo tuyến cáp. Các thiết bị này nhận tín hiệu ánh sáng đã yếu đi, khuếch đại nó lên cường độ ban đầu rồi truyền đi tiếp. Chúng lấy năng lượng để hoạt động từ dòng điện được truyền qua ống đồng trong cấu tạo của cáp.
• Tiếp nhận và giải mã tín hiệu (Tại trạm đích): Khi các xung ánh sáng đến được đầu kia của tuyến cáp, một bộ thu quang (Receiver) sẽ tiếp nhận chúng. Cảm biến quang trong bộ thu sẽ phát hiện các xung ánh sáng và chuyển đổi chúng trở lại thành tín hiệu điện. Các tín hiệu điện này sau đó được máy tính và các thiết bị mạng giải mã thành dữ liệu ban đầu mà chúng ta có thể xem và sử dụng.

• Viễn Thông 3A chuyên cung cấp các loại Cáp quang, Thiết bị quang, Thiết bị mạng Chính hãng

1. HOTLINE: 0983.699.563
2. Email: 3a.vienthong@gmail.com
3. Wedsite: vienthong3a.com - phukiencapquang.com