Sự khác nhau giữa cáp quang (Single Mode – SM) và đa mode (Multimode -

Sự khác nhau giữa cáp quang (Single Mode – SM) và đa mode (Multimode -MM)

1. Sợi cáp quang là những dây nhỏ và dẻo truyền các ánh sáng nhìn thấy được và các tia hồng ngoại. Chúng có 3 lớp: lõi (core), áo (cladding) và vỏ bọc (coating). Để ánh sáng có thể phản xạ một cách hoàn toàn trong lõi thì chiết suất của lõi lớn hơn chiết suất của áo một chút. Vỏ bọc ở phía ngoài áo bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm và ăn mòn, đồng thời chống xuyên âm với các sợi đi bên cạnh. Lõi và áo được làm bằng thuỷ tinh hay chất dẻo (Silica), chất dẻo, kim loại, fluor, sợi quang kết tinh).

Thành phần lõi và vỏ có chiếc suất khác nhau. Chiết suất của những lớp này như thế này sẽ quyết định tính chất của sợi quang. Chúng được phân loại thành các loại sợi quang đơn mode (Single Mode – SM) và đa mode (Multimode -MM) tương ứng với số lượng mode của ánh sáng truyền qua sợi quang. Mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của sóng ánh sáng (cũng có thể hiểu một mode là một tia).

Sợi quang đơn mode hay sợi quang đa mode đều chỉ truyền một tín hiệu (là dữ liệu mà ta cần truyền). Muốn truyền nhiều dữ liệu từ các kênh khác nhau, ta phải dùng đến công nghệ WDM (truyền nhiều bước sóng trên cùng một sợi quang). Sợi đa mode có thể truyền cùng lúc nhiếu ánh sáng với góc anpha khác nhau, còn sợi đơn mode chỉ có thể truyền 1 ánh sáng với 1 bước sóng nhất định. Do sợi quang là vật liệu truyền thông tin dựa trên định luật phản xạ ánh sáng. Tia sáng khi đi từ môi trường có chiết suất cao qua môi trường chiết suất thấp thì không đi thằng (hay còn gọi là tán xạ) mà sẽ phản xạ lại. Do đó, khi ánh sáng mang thông tin, sẽ được truyền đi mà không bị suy hao gì cả (vì nó cứ chạy lòng vòng trong đó, phản xạ bên này, rồi phản xạ bên kia. Sợi quang đơn mode thì lõi có chiết suất là một hằng số và chiết suất của vỏ cũng là 1 hằng số. Khi đó ánh sáng sẽ truyền đi theo đường ziczac trong sợi quang (độ lệnh pha của tín hiệu khi đó sẽ đáng kể). Sợi đa mode là công nghệ tiên tiến hơn, chiết suất từ lõi ra đến vỏ sẽ giảm từ từ (nhưng vẫn đảm bảo một tỉ số chiết suất để ánh sáng chỉ phản xạ chứ không tán xạ), khi đó thì ánh sáng sẽ đi theo đường cong, độ lệnh pha sẽ ít hơn nhiều so với hình ziczac của loại đơn mode. Đa mode còn chia làm 2 loại, đó là step mode và grade mode. Step mode thì chiết suất từ lõi đến vỏ giàm dần, nhưng theo từng nấc, còn grade mode thì giàm liên tục và dĩ nhiên là grade mode sẽ tốt hơn step mode. Dĩ nhiên là việc dùng đa mode thì còn phụ thuộc nhiều yếu tố nữa như là giá thành, các thiết bị đầu cuối (ghép kênh quang). Sợi SM chỉ truyền được một mode sóng do đường kính lõi rất nhỏ (khoảng 10 micromet). Do chỉ truyền một mode sóng nên SM không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng tán sắc và thực tế SM thường được sử dụng hơn so với MM. Sợi MM có đường kính lõi lớn hơn SM (khoảng 6-8 lần), có thể truyền được nhiều mode sóng trong lõi.

Thông số vật lý của hai loại cáp quang SM Và MM

Đường kính lõi sợi (phần truyền tin):
Core.
SM: 9/125;
MM: 50/125 và 62.5/125.
Đường kính vỏ phản xạ: Cladding thì cả SM và MM đều như nhau là 125um.
Hiện nay, cáp quang single mode chỉ dùng cho đường trục, ngoài việc giá thành ra, công nghệ của cáp single mode rất khắc khe, và rất khó trong việc thi công cũng như sử dụng. Lý do chính là do lớp lõi của cáp single mode rát nhỏ (khoang 27 Micromet) còn của multi mode thi lớn hơn rất nhiều (khoảng 130 Micromet). Ngoài ra, do kết cấu lõi single mode cho ánh sáng đi theo đường thẳng, mà giá thành chế tạo, cũng như độ chính xác trong thi công, thiết bị công nghệ cao… làm cho cáp SM khó thực hiện trong các công trình dân sự.

Về Coating thì tùy thuộc vào dặc tính cần bảo vệ mà người ta làm lớp này, tuy nhiên thông thường đối với cáp out door thì nó là 250, với cáp indoor thì nó là 900, điều này không phụ thuộc vào cáp SM hay MM. Về sử dụng thì tùy thuộc vào công suất phát, độ nhạy thu, khoảng cách truyền dẫn, tốc độ yêu cầu và giá thành mà người ta quyết định dùng SM hoặc MM.

Minh họa hình đường đi của ánh sáng truyền trong lõi (mà nguyên nhân là do kết cấu của lõi Single Mode Multi Mode)

===================
– – – – – – >- – – – – – – – >- – – đường ánh sáng
===================
Single Mode

===================
/ \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \
– – – – – – – – – – – – – – – – – – đường ánh sáng
\ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ /
===================
Multi mode

Tiếp cận theo quang học tia (ray optic), mode của sợi quang được hiểu là một tia sóng ánh sáng đơn sắc. Sợi quang đa mode là sợi quang truyền nhiều tia sáng cùng một lúc, trong khi sợi quang đơn mode chỉ truyền duy nhất một mode dọc trục. Tiếp cận theo quang học lượng tử, ánh sáng là một loại sóng điện từ (hai thành phần E, H) và truyền dẫn của nó trong sợi quang phải tuân thủ các phương trình của định luật Maxoen. Người ta nhận thấy rằng thành phần điện (véc tơ E) và thành phần từ (véc tơ H) tại lõi và vỏ của sợi quang không độc lập với nhau mà có mối liên hệ thông qua điều kiện biên lõi-vỏ. Bất cứ cặp nghiệm nào của hệ phương trình Maxoen ở lõi và vỏ thoả mãn điều kiện biên được gọi là một mode truyền sóng.

Ngoài cách phân loại như trên, còn vài cách phân loại cáp quang khác. SM và MM (MM có 2 loại: 62.5 và 50). Theo môi trường lắp đặt thì có Outdoor và In door. Outdoor lại chia ra thành các loại: F8 và Underground.