Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu. Công nghệ cáp quang giúp chúng ta truyền tải một lượng lớn thông tin một cách nhanh chóng và tiết kiệm. Tính đến ngày hôm nay, có hơn 420 đường cáp ngầm đang hoạt động, trải dài 1,1 triệu km dưới đáy các đại dương trên toàn thế giới.

Cấu tạo cáp quang

Sợi quang (sợi cáp quang) dài, mỏng làm từ thủy tinh hoặc nhựa trong suốt bằng đường kính của một sợi tóc. Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao (đây là tốc độ truyền dữ liệu, phân biệt với tốc độ tín hiệu) và truyền xa hơn.

Sợi quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằm cho phép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng. Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm phản chiếu tốt các tín hiệu ánh sáng và hạn chế sự gẫy gập của sợi cáp quang.

Cáp quang gồm các phần sau:

• Core: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi
• Cladding: Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi.
• Buffer coating: Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt
• Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là Cáp quang. Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket.

Hai loại cáp quang phổ biến là GOF (Glass Optical Fiber) – cáp quang làm bằng thuỷ tinh và POF (Plastic Optical Fiber) – cáp quang làm bằng plastic. POF có đường kính core khá lớn khoảng 1mm, sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu khoảng cách ngắn, mạng tốc độ thấp. Trên các tài liệu kỹ thuật, bạn thường thấy cáp quang GOF ghi các thông số 9/125µm, 50/125µm hay 62,5/125µm, đây là đường kính của core/cladding; còn primary coating có đường kính mặc định là 250µm.

Bảo vệ sợi cáp quang là lớp vỏ ngoài gồm nhiều lớp khác nhau tùy theo cấu tạo, tính chất của mỗi loại cáp. Nhưng có ba lớp bảo vệ chính là lớp chịu lực kéo (strength member), lớp vỏ bảo vệ ngoài (buffer) và lớp áo giáp (jacket) – tùy theo tài liệu sẽ có tên gọi khác nhau. Strength member là lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng, thường làm từ các sợi Kevlar. Buffer thường làm bằng nhựa PVC, bảo vệ tránh va đập, ẩm ướt. Lớp bảo vệ ngoài cùng là Jacket. Mỗi loại cáp, tùy theo yêu cầu sử dụng sẽ có thêm các lớp jacket khác nhau. Jacket có khả năng chịu va đập, nhiệt và chịu mài mòn, bảo vệ phần bên trong tránh ẩm ướt và các ảnh hưởng từ môi trường.

Có hai cách thiết kế khác nhau để bảo vệ sợi cáp quang là ống đệm không chặt (loose-tube) và ống đệm chặt (tight buffer).

• Loose-tube thường dùng ngoài trời (outdoor), cho phép chứa nhiều sợi quang bên trong. Loose-tube giúp sợi cáp quang “giãn nở” trước sự thay đổi nhiệt độ, co giãn tự nhiên, không bị căng, bẻ gập ở những chỗ cong.
• Tight-buffer thường dùng trong nhà (indoor), bao bọc khít sợi cáp quang (như cáp điện), giúp dễ lắp đặt khi thi công

Cấu trúc cáp quang biến

Cáp quang xuyên đại dương

Những đường cáp điện thoại xuyên Đại Tây Dương đầu tiên được đưa vào phục vụ năm 1956 và 32 năm sau xuất hiện đường cáp quang đầu tiên kết nối châu Âu và châu Mỹ.

Đường cáp đầu tiên

Công nghệ cáp quang giúp chúng ta truyền tải một lượng lớn thông tin một cách nhanh chóng và tiết kiệm. Tốc độ truyền tải liên tục tăng theo giời gian, hiện tại cáp quang có thể truyền 160 terabit mỗi giây.

Tính đến ngày hôm nay, có hơn 420 đường cáp ngầm đang hoạt động, trải dài 1,1 triệu km dưới đáy các đại dương trên toàn thế giới. Các đường cáp tập trung nhiều tại các điểm nóng về kinh tế thông tin như New York và Singapore. Tuy nhiên, chúng còn kết nối mọi nơi trên thế giới, kể cả các hòn đảo xa xôi ở Thái Bình Dương và Vòng Bắc Cực.

Xem thêm Bản đồ cáp quang biển (Submarine Cable Map) trực tuyến tại địa chỉ: https://www.submarinecablemap.com/

Đường dây cáp quang đầu tiên xuyên Đại Tây Dương sử dụng loại sợi quang TAT-8, được xây dựng và đi vào hoạt động năm 1988. Do có đường đi rất dài, nên đường dây cáp quang dưới biển được trang bị các bộ lặp tín hiệu đặc biệt, giúp tín hiệu được xuyên suốt. Mỗi một bộ lặp này được trang bị trên các sợi quang học, có một bộ khuếch đại quang học thể rắn, đo lường tín hiệu và điều chỉnh lỗi.

Tính đến năm 2012, các nhà khai thác đã lặp đặt thành công những tuyến cáp quang dưới biển dài tới 6.000km với vận tốc truyền dữ liệu lên tới 100Gb/s.

Cho đến nay, các tuyến cáp biển đóng vai trò vô cùng quan trọng, liên kết vệ tinh ở nước ngoài chỉ chiếm 1% của lưu lượng truy cập Quốc tế, trong khi phần còn lại được thực hiện bởi cáp ngầm dưới biển. Trong khi liên kết vệ tinh chỉ cung cấp tốc độ vài megabit mỗi giây cùng độ trễ cao, thì tổng hiệu năng của các tuyến cáp biển có thể lên đến vài terabit mỗi giây cùng với độ tin cậy cao, độ trễ thấp.

Những tuyến cáp biển trị giá hàng trăm triệu USD không chỉ được các công ty xây dựng và vận hành chúng quan tâm vì lợi nhuận, mà còn được Chính phủ các Quốc gia xem như một trong những tài sản quốc gia cần được bảo vệ. Ví dụ như Chính phủ Úc xem hệ thống cáp biển của nước mình có tầm quan trọng và ảnh hưởng rất lớn với nền kinh tế quốc gia, do đó Chính phủ đã tạo ra những vùng bảo vệ đặc biệt để hạn chế cac sự cố có thể gây đứt cáp.

Ai là người sở hữu cáp biển dưới đáy đại dương?

Thông thường, các công ty tư nhân hoặc các liên doanh được thành lập bởi những nhà mạng sẽ sở hữu những đường cáp. Nhưng mô hình này đang thay đổi.

Hiện tại, các nhà cung cấp nội dung như Google và Microsoft đang ngày càng đầu tư nhiều hơn vào những đường cáp mới. Nhu cầu lớn của điện toán đám mây chính là nguyên nhân gây ra sự phát triển bùng nổ của những đường cáp mới. Thậm chí, Google, Facebook... còn đang đầu tư vào những phương thức cung cấp kết nối internet khác như dùng vệ tinh gắn trên khinh khí cầu hoặc máy bay không người lái. Khi có thêm hàng triệu người dùng sử dụng điện toán đám mây chắc chắn chúng ta sẽ thấy thêm nhiều đường cáp băng qua các đại dương trên thế giới trong tương lai gần.

Các sự cố, rủi ro và sửa chữa cáp biển

Cáp biển có thể gặp sự cố, bị đứt bởi tàu đánh cá, neo của tàu vướng phải, có thể do động đất hoặc thậm chí bị cá mập cắn đứt. Dựa trên khảo sát tại vùng biển Đại Tây Dương và Caribe, người ta thấy rằng ít hơn 9% nguyên nhân là do tự nhiên. Nguyên nhân chủ yếu là do lưới hoặc neo của các tàu đánh cá bị vướng vào đường dây cáp, để gỡ ra các ngư dân có thể đã lặn xuống và cắt đường dây cáp.

Trong thời kỳ chiến tranh, cắt cáp biển cũng được xem như một cách phá hoại quốc gia đối địch, hoặc dùng với mục đích để đẩy lượng thông tin dồn về tuyến cáp đang được giám sát để thu thập được thông tin của kẻ địch.

Việc giám sát các tuyền cáp dưới đáy biển là công việc hết sức khó khăn. Trung tâm ở đất liền có thể xác định tương đối vị trí cáp bị đứt bằng cách đo điện. Một tín hiệu quang phổ Spread được phát đi, sau đó họ quan sát tín hiệu phản hồi của nó. Bằng các thuật toán và đo thời gian, họ có thể tính toán khoảng cách và xác định được vị trí gặp sự cố.

Sau khi đã xác định được vị trí, một tàu sửa chữa cáp sẽ được gửi đi. Khi đến được vị trí đường dây cáp gặp sự cố, các thợ lặn sẽ có nhiệm vụ xác định chính xác đoạn cáp bị đứt. Sau đó một cánh tay cần cẩu sẽ được thả xuống đáy biển để đưa dây cáp lên boong tàu và tiến hành nối lại. Ở những vùng nước nông, người ta có thể sử dụng một tàu ngầm mini để tiến hành việc sửa chữa.

(tổng hợp từ internet)