CÁP QUANG CHO INTERNET

Thảo luận trong 'Khoa học và Công nghệ' bắt đầu bởi Dinh Trong Phuc, 13/7/16.

  1. Dinh Trong Phuc Moderator

    Ngày tham gia:
    12/8/10
    Số bài viết:
    151
    Địa điểm:
    san jose CA
    CÁM ƠN SỢI CÁP QUANG VÀ INTERNET

    phải chăng chúng ta đã ghiền Internet?
    Thử thiếu Internet 1, 2 ngày cho đến 1 tuần lễ là biết ngay thôi.
    Nào, giờ chúng ta tìm hiểu khái quát tại sao làm sợi cáp quang để truyền Internet, ứng dụng quang học cho tính dẫn truyền ra sao?
    Tại sao ánh sáng truyền được trong môi trường khác chân không ?

    trong chân không ánh sáng truyền theo đường thẳng .
    Nhưng qua thí nghiệm phản xạ và khúc xạ với hai môi trường không khí và thủy tinh -chất khác thủy tinh thuờng , một nguồn tia laser nó sẽ đi một đoạn rất xa trong sợi cáp quang

    [IMG]
    với góc tới nhỏ hơn 42 độ nó sẽ có góc phản xạ y hệt và trở thành góc tới cho phía đối diện cũng nhỏ hơn 42 độ và hiện tượng này tái tục liên hồi cho đến đầu bên kia sợi quang [xem hình ]. Hiện tượng này chúng ta gọi là NỘI PHẢN XẠ
    CÁP QUANG LÀ GÌ ? HOẠT ĐỘNG RA SAO ?
    [IMG]
    Thời gian gần đây chúng ta hay nghe danh từ SỢI CÁP QUANG (fiber optic calbes--FIOS) ứng dụng vào mạng điện thoại, hệ thống TV Cable, và Internet . Đây là ứng dụng đắc dụng nhất trong thời đạng kỹ thuật số hiện nay . Nghĩ về sự kéo dài những sợi thủy tinh trong suốt đến một độ nhỏ như sợi tóc lại mang vô số tín hiệu thông tin vượt bao ngàn trùng thì thật là sự thuyết phục quá thú vị cho chúng ta . Làm sao những sợi này truyền ánh sáng đi qua bao khoảng xa , và sao cáp quang lại truyền thông tin đi được , nó có lợi hơn những dây kim loại ra sao ? Rõ ràng trong nhà , những dây truyền tín hiệu của chúng ta nối kết các computer và ổ cắm hay các dụng cụ khác chúng ta còn dùng dây kim loại .


    DÂY CÁP QUANG CHO INTERNET HOẠT ĐỘNG RA SAO ?


    fiber optics CABLE
    [IMG]
    VỚI TỐC ĐỘ chuyển tải bằng tốc độ ánh sáng các đường cáp quang xuyên đại tây dương từng nối Mỹ và Âu châu , hay xuyên bao đại dương khác giúp nối mạng Internet đến tận bao nhiêu gia đình ...nhưng cách thức chuyển ra sao ?

    Hiểu một cách đơn giản , hệ thông tin cáp quang sẽ chuyển vô vàn tín hiệu ánh sáng dưới hình thức nhị phân (binary tức là 0 và số 1) từ đầu này tới đầu kia . Đằng kia sẽ có các cơ cấu hạ tầng dùng giải quyết thành thông tin rồi đưa vào hệ thống .

    Cable và DSL xưa sẽ chuyển tải trong nội địa ,dần hồi cũng ứng dụng cáp quang để thông tin đi nhanh và trọn vẹn hơn . Ngang đây chúng ta thử so sánh giữa sợi đồng và cáp quang



    Distance Bandwidth Voice Channels

    Copper 2.5 km 1.5 Mb/s 24

    Fiber 200 KM 2.5+ Gb/s 32,000 +

    chúng ta năng lực chuyển tải của đồng là 1.5 triệu bytes /giây trong lúc sợi cáp quang là trên 2.5 tỷ bite /giây

    ngang đây chúng ta tìm hiểu byte là gì ?

    Trong máy tính , byte là một đơn vị tín hiệu biểu diễn bằng một dãi 8 con số nhị phân (8 binary digits long).Một byte mang ý nghĩa là một đơn vị tín hiệu biểu diễn cho một số, một chữ , một biểu hiệu nào đó , chúng ta lấy ví dụ : g, 5, ? là một biểu hiệu . Một byte có thể hiểu rằng nó là một chuỗi tín hiệu dài hơn để thể hiện các phức hợp lớn hơn các biểu hiệu đơn thuần như trên ví dụảnh người , phong cảnh chẳng hạn ...
    [căn bản chúng ta phân biệt một bit là một tín hiệu đơn một là số O hay là số 1 . trong máy tính chỉ dùng hai bit này là 0 hay 1 thôi
    byte: là một nhóm của 8 bits
    như thế 1 byte có 8 dấu hiệu của 0 và 1
    ví dụ : 0 1 0 1 1 0 1 0 ]
    Ngoài ra sợi quang còn có thêm những lợi ích như giảm thiểu tác hại của nhiễu sóng điện từ (electromagnetic induction) hay gặp khi truyền thông tin bằng giây kim loại , giảm sức nặng , nhất là mức độ truyền thông xa hơn .





    CHẾ TẠO SỢI QUANG NHƯ THẾ NÀO

    Sẽ có lắm người hỏi sợi quang được chế tạo ra sao ? dỉ nhiên chúng chúng ta không thể lấy nguyên liệu thủy tinh thông thuờng như kiếng cửa sổ để chế tạo ra sợi quang được . Vấn đề chất liệu thủy tinh bình thuờng có những tạp chất làm méo mó, đổi màu, cản trở sức truyền của ánh sáng đi trong nó rất nhiều . Người ta phải liệu cách để làm ra sợi quang có sức truyèn đi rất xa như hiện tại đang dùng .

    SỢI CÁP QUANG -LÝ TƯỞNG CHO ÁNH SÁNG DẨN TRUYỀN

    Nhưđã nói trên, chúng ta cần độ tinh khiết cao nhất để chế tạo ra sợi cáp quang có sự dẩn tải ánh sáng tuyệt vời nhất . Các giai trình chế tạo đòi hỏi kỷ luật nghiêm nhặt , chi ly và tinh tế nhất với 3 quy trình như sau để làm ra sợi quang:


    GIAI ĐOẠN TIỀN CHẾ SỢI QUANG

    Các nguồn thủy tinh sẽ được liên tục kéo dài thành những sợi cực nhỏ và mảnh hơn sợi tóc con người ; bao gồm các bước cơ học và hóa học làm cho sợi quang đạt đến tình trạng rất tinh khiết nhất là đạt đúng chỉ số khúc xạ !


    [IMG]

    Làm sao ánh sáng đi trong sợi quang ?

    Multi Mode fiber

    Chúng ta thử tưởng tượng luồng sáng du hành trong sợi quang, với góc tới nhỏ hơn 42 độ nó sẽ có góc phản xạ y hệt và trở thành góc tới cho phía đối diện cũng nhỏ hơn 42 độ và hiện tượng này tái tục liên hồi cho đến đầu bên kia sợi quang [xem hình ]. Hiện tượng này chúng ta gọi là NỘI PHẢN XẠ (internal reflection) . Vấn đề làm sao chúng ta giữ nguồn sáng nguyên vẹn bên trong không bị hắt ra thành ngoài sợi quang ?

    [IMG]
    Ý niệm này khiến người chế tạo nghĩ ra lớp cladding phía ngoài lõi (core) sợi CÁP QUANG [multi mode fiber]



    Singgle mode : luồng sáng không đi bằng cách phản xạ (reflection) như multi - mode . Single mode không chuyển tải xa chỉ được vài chục km thôi . Trong khi Multi mode chuyển tải tín hiệu xa gấp 10 lần single mode.



    Như thế sự dẫn truyền này có thể đạt tới vài trăm km . Sự phát triển mạng điện thoại và TV cable cũng ứng dụng đạt hiệu năng cao nhất so với dây kim loại truyền thống . Nhưng sự ra đời của dây cáp quang xuyên đại dương với khoảng cách vài ngàn , hay chục ngàn km thì sao đây ?

    CÁP QUANG XUYÊN ĐẠI DƯƠNG [submarine fiber optic cables)
    [IMG]
    [IMG]
    được tàu chuyên dụng thả nằm dưới sàn đại dương (seabed) mang tín hiệu cho Internet , điện thoại hay những chuyên dụng khác . Dây cáp quang này mang nội dung cũng giống cáp quang trên đất liền nhưng phải có những lớp bảo vệ đặc biệt khác , chuyện này cũng dễ hiểu vì nằm trong lòng nước mặn ,áp suất kinh sợ cùng quá xa và những yếu tố ngoại tại khác cần bảo vệ .

    Cáp quang hiện nay xuyên đại dương đường kính 17 mm có trọng lượng khoảng 1 tấn/ 3.5km .
    [IMG]

    trong hình : là hệ cáp quang TAT-14 khởi sự hoạt động vào năm 2001, dài 15,428 km nối Hoa kỳ với Anh , Pháp, Thụy Điển , Đức là ví dụ Ngoài ra còn nhiều mạng nối Internet xuyên đại dương khác . Ví dụ TPE hay Trans-Pacific Experess nối Trung hoa -Nam hàn- Nhật- và Hoa Kỳ hỗn hợp trí giá 500 triệu Mỹ kim , của nhiều công ty truyền thông khác nhau

    Ngoài ra có nhiều đường nối kết xuyên Thái Bình Dương khác như Asia America Gateway (AAG) nối Đông Nam Á trực tiếp với Hoa Kỳ , dài tới 20,000km .

    [IMG]
    Asia America Gateway (AAG)

    TRẠM TIẾP CHUYỄN (repeater)
    [IMG]

    [IMG]
    Vì giới hạn dẫn truyền nên mỗi đoạn cách nhau khoảng 60km tới 100km có một TRẠM TIẾP CHUYỀN (REPEATER) nó có mục đích SAO Y CHÁNH BẢN hay khuếch đại tín hiệu và tiếp tục mang đi tới một repeater khác

    Thế hệ repeater hay (regenerator) được đặt từng chặng có nội dung chuyễn ngược tín hiệu quang học thành tín hiệu điện tử rồi một transmitter (laser)lại chuyển tín hiệu điện tử này thành lại tín hiệu quang học cho đoạn cáp kế tiếp và tiếp tục như vậy đường chuyển tín hiệu sẽ được nối dài qua hàng chục ngàn km dưới thềm đại dươ
    Chúng ta cũng nên nhớ khi dây cáp quang bắt đầu xuống biển hay lên bờ đều có hai CƠ SỞ HẠ TẦNG CHUYỂN ĐỔI tín hiệu trước khi rời và sau khi đến MỚI ĐƯỢC
    HÌNH ẢNH HOẠT ĐỘNG TÀU CHUYÊN DỤNG VÀ THẢ CÁP QUANG

    [IMG]




    KÉO CÁP NỐI VÔ BỜ
    [IMG]


    [IMG]
    HÌNH ẢNH 1 REPEATER NỐI HAI ĐẦU CÁP QUANG
    [IMG]
    MÁY THẢ CÁP DƯỚI SÀN ĐẠI DƯƠNG
    [IMG]
    1 ĐẦU TRỤC THẢ CÁP
    isuzuvinhphuc thích nội dung này.

Chia sẻ trang này