Tên gọi của hai loại sợi quang được đặt theo cách truyền dẫn ánh sáng của chúng. Sợi quang singlemode với lõi nhỏ cho phép chỉ có một tia sáng lan truyền, trong khi sợi quang multimode có lõi lớn hơn nên có thể truyền nhiều loại tia sáng cùng lúc.
Sợi quang đang được sử dụng trong hệ thống mạng hiện nay được chia làm hai loại: singlemode và multimode. Bài viết này sẽ giúp chúng ta hiểu và phân biệt được các loại sợi quang dựa vào việc truyền dẫn ánh sáng. Tuy nhiên, trước hết ta cần hiểu rõ hai khái niệm cơ bản sau: Mode và Dispersion (hiện tượng tán sắc).
1. Mode
Thuật ngữ Mode dùng trong sợi quang có nguồn gốc từ tiếng La-tinh "path"– tạm hiểu là tia sáng. Khi lan truyền trong sợi quang, ánh sáng sẽ đi theo rất nhiều đường, mỗi đường có thể được xem như một tia sáng. Có ba loại tia sáng lan truyền trong sợi quang:
• Axial Mode: tia sáng lan truyền dọc theo trục trung tâm của sợi quang. Thời gian tia sáng lan truyền từ A đến B là nhanh nhất.
• High Order Mode: những tia sáng lan truyền trong sợi quang có số lần phản xạ nhiều. Thời gian tia sáng lan truyền trong sợi quang từ A đến B lâu hơn so với các tia sáng Low Order Mode.
• Low Order Mode: những tia sáng lan truyền trong sợi quang có số lần phản xạ ít. Thời gian tia sáng lan truyền trong sợi quang từ A đến B nhanh hơn tia sáng High Order Mode (hình 1).
2. Dispersion (hiện tượng tán sắc)
Các tia sáng Axial, High Order và Lower Order lan truyền trong sợi quang theo các góc tới khác nhau nên quãng đường đi sẽ khác nhau. Do đó, các tia sáng được truyền tại cùng một thời điểm–với cùng vận tốc–sẽ lan truyền đến cuối sợi quang ở những thời điểm khác nhau. Sự chênh lệch về thời gian giữa các tia sáng này được gọi là t. Hiện tượng này gọi là hiện tượng tán sắc. Hiện tượng tán sắc làm hạn chế băng thông sợi quang, ảnh hưởng việc truyền dữ liệu ( t càng lớn thì mức độ ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu càng nhiều). • Đối với tín hiệu analog: gây méo dạng tín hiệu. • Đối với tín hiệu digital: gây ra sự chồng lấp giữa các bit.
3. Phân biệt sợi quang singlemode và multimode
• Sợi quang multimode: đặc điểm của sợi quang multimode là lan truyền đồng thời cả ba loại tia sáng (Axial Mode, High Order Mode và Low Order Mode). Có hai loại sợi quang multimode gồm:
- Sợi quang multimode chiết suất bậc (Step Index Multimode): là sợi quang với lõi (core) đồng nhất, có chiết suất n1 và lớp phản xạ ánh sáng (cladding) xung quanh lõi với chiết suất n2 (n2 < n1) (hình 2). Sợi quang multimode chiết suất bậc dễ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng tán sắc, do đó băng thông không cao và ít được sử dụng trong các hệ thống mạng. Để hạn chế sự ảnh hưởng của hiện tượng tán sắc, các nhà sản xuất đã cho ra đời loại cáp sợi quang multimode chiết suất biến đổi
- Sợi quang multimode chiết suất biến đổi (Graded Index Multimode): lõi sợi quang được kết hợp từ nhiều lớp thủy tinh có chiết suất n1, n2, n3… khác nhau thay vì chỉ có một chiết suất như trong lõi của sợi quang Step Index Multimode. Lớp thủy tinh bên trong có chiết suất cao hơn và lớp bên ngoài có chiết suất thấp hơn, làm các tia sáng bị "bẻ cong", giúp rút ngắn một cách tương ứng quãng đường của các tia High Order và Low Order trong lõi sợi quang. Chính vì vậy, sợi quang multimode chiết suất biến đổi làm giảm độ chênh lệch thời gian t, hạn chế hiện tượng tán sắc, giúp tăng băng thông sử dụng và trở nên phổ biến trong hệ thống mạng hiện nay (hình 3).
• Sợi quang singlemode: là sợi quang mà trong đó chỉ có một tia sáng Axial được lan truyền. Do đó, trên lý thuyết sợi quang singlemode hoàn toàn không có hiện tượng tán sắc. Điều này giúp sợi quang singlemode có băng thông lớn hơn và truyền dữ liệu xa hơn so với sợi quang multimode (hình 4).
4. Kết luận
Những điểm khác biệt trên sẽ giúp người dùng hiểu và phân biệt được hai loại sợi quang đang được sử dụng trong hệ thống mạng hiện nay. Tuy nhiên, việc lựa chọn loại sợi quang nào còn phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể của người sử dụng như ứng dụng cần truyền, thiết bị đầu cuối, khoảng cách cần truyền, giá thành sản phẩm…
Nguyễn Văn Đông Minh
