Cáp quang single mode và multimode: Đặc điểm, phân loại, ứng dụng

Cáp quang thường được xem là tiêu chuẩn vàng trong lĩnh vực hạ tầng cáp mạng. So với các loại cáp đồng truyền thống, cáp quang mang lại hiệu suất vượt trội, cho phép truyền tín hiệu trên khoảng cách xa hơn rất nhiều mà vẫn hạn chế tối đa hiện tượng suy hao và suy giảm chất lượng tín hiệu.

Cáp quang có nhiều chủng loại, cấu trúc và kiểu dáng khác nhau, đồng thời sử dụng nhiều loại đầu nối khác nhau ở hai đầu cáp. Tùy vào khoảng cách truyền dẫn cần đáp ứng và mức hiệu năng mạng mong muốn, bạn sẽ cần lựa chọn loại cáp quang phù hợp. Hiện nay, có hai loại cáp quang phổ biến dùng để kết nối giữa các thiết bị mạng khác nhau, đó là cáp quang single mode và cáp quang multimode.

Tìm hiểu đặc điểm cấu tạo và lợi ích khi sử dụng cáp sợi quang

1.2 Cấu tạo của cáp sợi quang single mode

Cáp quang single mode có cấu tạo gồm:

• Lõi (Core): Lõi nằm ở vị trí trung tâm của sợi quang và là phần dẫn truyền ánh sáng. Đối với cáp quang single mode, đường kính lõi thường nằm trong khoảng 8,3 µm đến 10 µm.
• Lớp phản xạ (Cladding): Cladding bao quanh lõi sợi. Cả lõi và lớp cladding đều được làm từ thủy tinh silica nóng chảy (fused silica). Chiết suất của cladding luôn thấp hơn chiết suất của lõi, sự chênh lệch này giúp giữ tia sáng truyền bên trong lõi, tránh thất thoát ra ngoài. Đường kính của lớp phản xạ ở cáp single mode khoảng 125 μm.
• Lớp đệm bảo vệ (Buffer / Coating): Lớp buffer (hay lớp phủ) được làm từ vật liệu chuyên dụng nhằm bảo vệ sợi quang và lớp cladding khỏi các tác động cơ học. Ngoài ra, lớp này còn giúp hạn chế hiện tượng uốn cong vi mô (micro-bending) – một nguyên nhân gây tổn hao do tán xạ ánh sáng.
• Vỏ ngoài (Jacket): Vỏ ngoài là lớp bảo vệ cuối cùng của cáp quang, có chức năng chống lại các tác động từ môi trường bên ngoài như độ ẩm, nhiệt độ, va đập. Bên cạnh đó, vỏ cáp còn cung cấp thông tin nhận dạng loại cáp.

1.3 Phân loại cáp quang single mode

Cáp quang single mode được phân thành 2 loại là OS1 và OS2.

2.2 Cấu tạo của cáp quang multimode

Cáp sợi quang multimode cũng có cấu tạo tương tự như cáp quang single mode, gồm những thành phần như lớp lõi, lớp phản xạ, lớp đệm, lớp bọc bảo vệ và lớp vỏ bảo vệ ngoài cùng (jacket). Tuy nhiên, sự khác biệt về cấu trúc giữa cáp quang single mode và multimode là đường kính lớp lõi. Cáp quang multimode có đường kính lõi lớn hơn, trong phạm vi từ 50 µm đến 62.5 µm (tùy thuộc vào loại cáp quang multimode).

2.3 Phân loại cáp sợi quang multimode

Cáp quang multimode chủ yếu được sử dụng cho khoảng cách ngắn, thường dưới 500 mét. Dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật và hiệu năng băng thông, cáp sợi quang multimode thường được phân loại thành OM1, OM2, OM3 và OM4.

• OM1 là loại có hiệu năng thấp nhất nhưng giá thành rẻ nhất trong các dòng cáp quang multimode, với băng thông tối đa 10 Gbps trên khoảng cách khoảng 30 m.

• OM2 mang lại chất lượng kết nối tốt hơn và có thể duy trì cùng mức hiệu năng đó trên khoảng cách khoảng 80 m

• OM3 tiếp tục nâng cao khả năng truyền dẫn lên đến khoảng 300 m với cùng tốc độ 10 Gbps.

• OM4 có khả năng truyền 10 Gbps trên khoảng cách lên tới 1400 m. Ngoài ra, cả OM4 còn có thể hỗ trợ các tốc độ cao hơn như 40 Gbps và 100 Gbps trên khoảng cách lên tới 150 m.

3.2 Đường kính lõi cáp quang single mode và multimode

Điểm khác biệt rõ rệt nhất giữa cáp sợi quang ingle mode và multimode nằm ở đường kính lõi. Sợi quang single mode có lõi nhỏ hơn nhiều so với sợi quang multimode.

Cụ thể, đường kính lõi của sợi quang single mode thường khoảng 9 µm, trong khi sợi quang multimode có đường kính lõi 50 µm hoặc 62,5 µm.

Chính đường kính lõi nhỏ này giúp giảm suy hao tín hiệu, từ đó cho phép cáp singlemode truyền dẫn trên khoảng cách xa hơn so với cáp quang multi mode.

3.4 Khác biệt về băng thông

Sự khác biệt về băng thông giữa cáp quang single mode và cáp quang multimode chủ yếu xuất phát từ cấu trúc lõi sợi và cơ chế lan truyền ánh sáng bên trong sợi quang.

• Cáp quang multimode chiết suất bậc (Step-index multimode): Loại cáp này có băng thông thấp, thường dưới 100 MHz/km. Loại cáp này chỉ phù hợp cho kết nối rất ngắn, dưới 500 m, và không đáp ứng tốt các ứng dụng truyền dữ liệu tốc độ cao.

• Cáp quang multimode chiết suất biến thiên (Graded-index multimode): Loại cáp này có băng thông được cải thiện lên mức dưới 1 GHz/km. Hiện tượng giãn xung nhỏ hơn cho phép cáp hoạt động hiệu quả ở khoảng cách trung bình, thường trên 500 m.

• Cáp quang single mode: cho hiệu năng băng thông vượt trội nhất, với băng thông có thể đạt dưới 10 GHz/km. Do chỉ cho phép một mode ánh sáng duy nhất truyền đi, loại cáp này không xảy ra giãn xung, giúp tín hiệu giữ được chất lượng cao trên khoảng cách rất dài.

3.5 Khoảng cách truyền dẫn

Ở cáp quang multimode, mỗi tia sáng truyền theo một đường đi khác nhau và đến đầu sợi tại những thời điểm không đồng nhất, gây ra hiện tượng tán sắc mode (modal dispersion). Hiện tượng này làm giới hạn băng thông và khoảng cách truyền dẫn. Thông thường, khoảng cách truyền tối đa của cáp quang multimode chỉ vào khoảng 300 - 500 mét.

Đối với sợi quang single mode, lõi sợi rất nhỏ giúp hạn chế tối đa tán sắc, đồng thời cho phép truyền băng thông cao trên khoảng cách xa hơn. Nhờ đặc điểm này, cáp quang single mode có thể được sử dụng để truyền dữ liệu xuyên đại dương, kết nối mạng Internet toàn cầu. Trong thực tế, cáp sợi quang single mode có thể hỗ trợ Ethernet 1Gb lên tới 5000 mét.

3.6 So sánh chi phí sử dụng cáp quang single mode và multimode

Khi thiết kế hệ thống cáp quang, cần cân nhắc đồng thời khoảng cách truyền dẫn và chi phí của module thu phát quang (optical transceiver) cũng như cáp quang. Nhìn chung, giá cáp quang single mode thường thấp hơn cáp quang multimode, tuy nhiên các thành phần khác trong hệ thống cáp quang single mode lại có thể đắt hơn so với hệ thống sử dụng cáp multimode.

Để khai thác tối đa các ưu điểm của cáp quang đơn mode, loại cáp này thường được dùng cho ứng dụng truyền dẫn khoảng cách xa. Do đó, hệ thống cần sử dụng module quang dùng nguồn phát laser, làm tăng chi phí đầu tư ban đầu. Thông thường, module thu phát quang cho sợi single mode có giá cao hơn so với module dành cho sợi multimode.

Trong một số trung tâm dữ liệu quy mô lớn, người ta thường ưu tiên giải pháp cáp quang multi mode nhờ chi phí module thấp hơn và mức tiêu thụ điện năng ít hơn. Ngược lại, trong các hệ thống truyền thông cáp quang biển (submarine communication), cáp quang single mode là lựa chọn phổ biến nhờ khả năng truyền xa và độ ổn định cao.

HELUKABEL cung cấp danh mục cáp quang single mode và multimode đa dạng, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu truyền dẫn dữ liệu trong công nghiệp, trung tâm dữ liệu, viễn thông và hạ tầng mạng hiện đại.

Các dòng cáp quang HELUKABEL được thiết kế theo tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC, ITU-T, TIA/EIA, đảm bảo độ suy hao thấp, độ bền cao và hiệu suất truyền ổn định trong nhiều môi trường lắp đặt khác nhau, từ trong nhà đến ngoài trời, từ ứng dụng tĩnh đến môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

4.1 Tổng quan về danh mục cáp quang của HELUKABEL

Đối với từng ứng dụng, đa số các sản phẩm cáp quang đều đáp ứng ở cả phiên bản single mode và multimode. Các sản phẩm cáp quang HELUKABEL được dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau như:

4.2 Các sản phẩm cáp quang single mode phổ biến

HELUKABEL cung cấp đa dạng dòng cáp quang single mode đáp ứng nhu cầu từ mạng nội bộ đến hạ tầng viễn thông và các hệ thống truyền dẫn khoảng cách xa. Các sản phẩm cáp quang single mode của HELUKABEL được sản xuất theo tiêu chuẩn quốc tế ITU-T G.652/E9/125.

Ngoài ra, HELUKABEL còn cung cấp các dòng cáp quang single mode với phiên bản 1 sợi, 2 sợi,10 sợi, 48 sợi, 60 sợi, 96 sợi, 144 sợi…

4.3 Các sản phẩm cáp quang multimode phổ biến