Cáp quang là gì?

Cáp quang, còn gọi là cáp sợi quang, là một loại cáp tương tự như cáp điện nhưng chứa một hoặc nhiều sợi quang dùng để dẫn ánh sáng. Các sợi quang này thường được phủ riêng bằng các lớp nhựa bảo vệ và đặt trong một ống bảo vệ phù hợp với môi trường sử dụng của cáp.

Các loại cáp khác nhau được sử dụng cho truyền thông bằng sợi quang tùy theo ứng dụng, ví dụ như viễn thông đường dài hoặc cung cấp kết nối dữ liệu tốc độ cao giữa các phần khác nhau của một tòa nhà.

Thiết kế cáp quang

Sợi cáp quang bao gồm một lõi và một lớp vỏ bọc, được chọn để đạt hiện tượng tổng phản xạ toàn phần nhờ sự khác biệt về chiết suất giữa hai lớp này.

Trong các sợi quang thực tế, lớp vỏ bọc thường được phủ một lớp polymer acrylate hoặc polyimide. Lớp phủ này bảo vệ sợi khỏi hư hỏng nhưng không góp phần vào các đặc tính dẫn sóng ánh sáng của sợi.

Các sợi quang đã phủ sau đó được bao quanh bởi một lớp đệm nhựa cứng hoặc ống lõi để tạo thành lõi cáp.

Tùy theo ứng dụng, nhiều lớp vỏ bảo vệ được thêm vào để hình thành cáp hoàn chỉnh. Trong một số bộ sưu tập sợi cứng, có thể đặt các tấm kính hấp thụ ánh sáng (“dark glass”) giữa các sợi để ngăn ánh sáng rò ra từ một sợi này sang sợi khác.

Điều này giúp giảm hiện tượng nhiễu chéo giữa các sợi hoặc giảm lóa sáng trong các ứng dụng hình ảnh sử dụng bó sợi quang.

Vật liệu áo cáp

Vật liệu áo cáp được lựa chọn tùy theo ứng dụng. Vật liệu này quyết định độ bền cơ học, khả năng chống hóa chất, chống tia UV, và các đặc tính khác. Một số vật liệu áo cáp phổ biến bao gồm LSZH, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polyurethane (PU), polybutylene terephthalate (PBT), và polyamide (PA).

Vật liệu sợi quang

Có hai loại vật liệu chính được sử dụng cho sợi quang: thủy tinh và nhựa. Chúng có các đặc tính khác nhau rõ rệt và được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Thông thường, sợi nhựa được dùng cho các ứng dụng ngắn hạn và tiêu dùng, trong khi sợi thủy tinh được dùng cho truyền thông khoảng cách ngắn/trung bình (đa mode) và khoảng cách dài (đơn mode).

Sợi quang lõi rỗng

Trong sợi quang lõi rỗng, ánh sáng truyền qua không khí thay vì thủy tinh đặc. Vào năm 2025, một loại sợi double-nested antiresonant nodeless fiber (DNANF) đạt mất mát truyền dẫn kỷ lục 0,091 dB/km ở bước sóng 1.550 nm, thấp hơn so với sợi silica lõi đặc tốt nhất (~0,14 dB/km). Các thử nghiệm thực địa tại Trung Quốc cho thấy một liên kết lõi rỗng 800 Gbit/s trên 20 km với mất mát mối hàn chỉ 0,05 dB và mất mát cáp trung bình 0,6 dB/km.

Sợi lõi rỗng giảm độ trễ  vì ánh sáng truyền nhanh hơn trong không khí so với thủy tinh, đồng thời giảm thiểu các hiệu ứng phi tuyến và hiện tượng phân tán.

Hiệu suất

Dung lượng

Mặc dù có các loại cáp lớn hơn, nhưng cáp sợi đơn mode có số lượng sợi cao nhất thường được sản xuất là 864 sợi, bao gồm 36 dải (ribbon) mỗi dải chứa 24 sợi quang. Những cáp có số lượng sợi lớn này được sử dụng trong trung tâm dữ liệu và làm cáp phân phối trong các mạng HFC và PON.

Độ tin cậy và chất lượng

Sợi quang rất mạnh, nhưng độ bền giảm đáng kể do các khuyết tật vi mô trên bề mặt không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất. Độ bền ban đầu của sợi, cũng như sự thay đổi theo thời gian, phải được cân nhắc liên quan đến lực căng tác động lên sợi trong quá trình xử lý, đóng cáp và lắp đặt dưới các điều kiện môi trường cụ thể.

Có ba kịch bản cơ bản có thể dẫn đến suy giảm độ bền và hỏng hóc do gây ra sự phát triển các khuyết tật:

• Động mỏi 
• Tĩnh mỏi 
• Lão hóa không tải

Tốc độ truyền và độ trễ

Cáp quang truyền dữ liệu với tốc độ ánh sáng trong thủy tinh. Tốc độ này bằng tốc độ ánh sáng trong chân không chia cho chỉ số khúc xạ của thủy tinh sử dụng, thường khoảng 180.000 đến 200.000 km/s, dẫn đến độ trễ khoảng 5,0–5,5 micro giây mỗi km. Do đó, thời gian trễ khứ hồi cho 1000 km khoảng 11 mili giây.

Tổn hao tín hiệu

Tổn hao tín hiệu trong sợi quang được đo bằng decibel (dB). Một tổn hao 3 dB trên một liên kết nghĩa là cường độ ánh sáng tại đầu xa chỉ còn một nửa so với ánh sáng ban đầu được truyền vào sợi. Một tổn hao 6 dB nghĩa là chỉ còn một phần tư ánh sáng đi qua sợi. Khi ánh sáng bị mất quá nhiều, tín hiệu trở nên quá yếu để khôi phục, khiến liên kết trở nên không ổn định và cuối cùng ngừng hoạt động hoàn toàn. Điểm chính xác xảy ra điều này phụ thuộc vào công suất của bộ phát và độ nhạy của bộ thu.

An toàn

Ánh sáng hồng ngoại sử dụng trong viễn thông không thể nhìn thấy bằng mắt thường, do đó có nguy cơ an toàn laser đối với kỹ thuật viên. Phản xạ tự nhiên của mắt khi tiếp xúc với ánh sáng mạnh là nháy mắt, nhưng phản xạ này không được kích hoạt bởi ánh sáng hồng ngoại. Trong một số trường hợp, công suất của nguồn đủ cao để gây hại cho mắt, đặc biệt khi sử dụng thấu kính hoặc kính hiển vi để kiểm tra sợi quang đang phát ra ánh sáng hồng ngoại vô hình.

Các loại cáp

Danh sách này bao gồm cả các loại cáp theo tiêu chuẩn và các loại cáp kỹ thuật thực tế được sử dụng trong hạ tầng sợi quang, viễn thông, doanh nghiệp và ứng dụng ngoài trời:

• OFC:Sợi quang dẫn điện
• OFN: Sợi quang không dẫn điện
• OFCG:Sợi quang dẫn điện, sử dụng chung
• OFNG: Sợi quang không dẫn điện, sử dụng chung
• OFCP:Sợi quang dẫn điện, sử dụng cho plenum
• OFNP: Sợi quang không dẫn điện, plenum
• OFCR: Sợi quang dẫn điện, dùng cho thang đứng, riser
• OFNR:Riser – Sợi quang không dẫn điện, riser
• OPAC:Cáp quang gắn kèm
• OPGW:Dây dẫn quang và kim loại trên không
• ADSS:Cáp tự đỡ hoàn toàn bằng vật liệu dieletric
• OSP:Cáp sợi quang dùng ngoài trời
• MDU:Cáp sợi quang cho nhiều căn hộ
• OM1:Sợi đa mode, lõi 62.5 µm, thường dùng truyền dẫn khoảng cách ngắn
• OM2: Multimode fiber, 50 µm core – Sợi đa mode, lõi 50 µm, dùng cho khoảng cách trung bình
• OM3:– Sợi đa mode tối ưu cho laser, lõi 50 µm, băng thông cao
• OM4:Sợi đa mode tối ưu laser nâng cao
• OM5:Sợi đa mode băng rộng, lõi 50 µm, tối ưu cho multiplex bước sóng và băng thông cao
• OS1:Sợi đơn mode, truyền dẫn đến 10 km
• OS2: Sợi đơn mode, tối ưu cho đường truyền dài hoặc tốc độ cao, đến 200 km
• Armored fiber cable: Cáp sợi quang có lớp bảo vệ kim loại bên ngoài
• Hybrid optical/electrical cable: Cáp kết hợp sợi quang và dây dẫn điện trong cùng một áo cáp
• Ribbon fiber cable: Cáp chứa các sợi xếp thành dải phẳng (ribbon)
• Breakout cable: Cáp với từng sợi riêng biệt trong áo cáp riêng, dễ dàng kết nối trực tiếp hoặc fan-out

Cáp Hybrid

Có các loại cáp lai quang-điện được sử dụng trong các ứng dụng ngoài trời Fiber To The Antenna (FTTA). Trong các cáp này:

• Sợi quang chịu trách nhiệm truyền tải thông tin.
• Dây dẫn điện dùng để cung cấp nguồn điện cho thiết bị.

Các cáp này có thể được bố trí trong nhiều môi trường khác nhau để phục vụ các ăng-ten gắn trên cột, tháp hoặc các cấu trúc khác.

Ống dẫn bên trong

Innerducts được lắp đặt trong các hệ thống ống ngầm hiện có nhằm tạo ra các đường dẫn sạch, liên tục và ma sát thấp để đặt các cáp quang, vốn có giới hạn lực kéo thấp.

Chúng còn cung cấp giải pháp phân chia ống dẫn thông thường, vốn ban đầu được thiết kế cho cáp kim loại đường kính lớn, thành nhiều kênh riêng cho các cáp quang nhỏ hơn.

Các loại Innerduct

Innerduct thường là các ống dẫn phụ có đường kính nhỏ, bán linh hoạt. Theo tiêu chuẩn Telcordia GR-356, có ba loại cơ bản:

• Ống trơn
• Ống gân sóng
• Ống có gân dọc

Sự khác biệt giữa các loại này dựa trên hình dạng đường kính bên trong và bên ngoài của ống.

Việc lựa chọn loại innerduct cụ thể phụ thuộc vào yêu cầu tính năng, chẳng hạn như độ bền kéo, độ linh hoạt hoặc hệ số ma sát thấp nhất.

Vị trí lắp đặt Innerduct

Innerduct chủ yếu được lắp đặt trong hệ thống ống dẫn ngầm, nối giữa các hố ga. Ngoài việc đặt trong ống dẫn, innerduct còn có thể:

• Chôn trực tiếp dưới đất
• Lắp treo trên không bằng cách buộc vào dây cáp thép treo.

Theo tiêu chuẩn GR-356, cáp thường được đưa vào innerduct theo một trong ba cách:

• Lắp sẵn từ nhà sản xuất trong quá trình đùn ống,
• Kéo vào ống bằng dây kéo cơ học hỗ trợ,
• Thổi vào ống bằng thiết bị thổi cáp với lưu lượng khí cao.