GIẢI THÍCH CÁCH CÁP QUANG TRUYỀN TÍN HIỆU ÁNH SÁNG

Có lẽ các bạn đã được nghe nhiều về cáp quang, nhưng chắc có nhiều bạn không biết rằng Cáp quang là công cụ giúp truyền tải dữ liệu bằng ‘’Quang’’ tức ánh sáng. Lần đầu tiên mình nghe về khả năng này, mình cũng hết sức ngạc nhiên: tại sao ánh sáng lại có thể truyền tải được dữ liệu điện tử? Giúp  chúng ta được thưởng thức những bộ phim full HD với dung lượng siêu nặng mà không hề giật lag, mang đến cảm giác thật trọn vẹn. Sử dụng ánh sáng để gửi dữ liệu thật là kỳ diệu, tuy nhiên điều kỳ diệu này cũng không quá khó hiểu. Trong bài viết này này, mình sẽ giúp các bạn khám phá cách mà người ta sử dụng ánh sáng để chuyển dữ liệu và cách hoạt động của cáp quang như thế nào nhé. Hãy cùng bắt đầu nào.

Tốc độ và Khả năng Truyền Tải Ánh Sáng

Như các bạn đã biết, ánh sáng có một tốc độ rất kinh khủng. Chỉ trong một giây, ánh sáng có thể đi quanh Trái Đất được tới 7,5 vòng. Giả sử bạn đến nhà người yêu trên một con tàu ánh sáng, thì có lẽ bạn sẽ không bao giờ dừng lại được đúng lúc đến nhà người yêu, khi mà chỉ lệch một vài mili giây thôi, con tàu đã vượt qua nhà người yêu bạn cả nghìn cây số rồi. Điều thú vị nữa là ánh sáng cũng là một loại sóng, có bước sóng và tần số biên độ. Với những tiềm năng này, các nhà khoa học đã cố gắng nghiên cứu tìm cách sử dụng ánh sáng cho việc truyền dữ liệu. Và thật tuyệt vời, họ đã thành công. Kết quả là chúng ta đang có một thứ gọi là cáp quang như ngày hôm nay.

Chẳng phải lo gì về các bộ phim full HD nữa, nhất là khi một nhà tài trợ nào đó đã miễn phí gói VIP của họ trong một dịp khuyến mãi để mọi người được xem phim với chất lượng siêu cao.

Mô phỏng Việc Truyền Tín Hiệu Ánh Sáng

Quay lại vấn đề tín hiệu ánh sáng đã được truyền đi như thế nào. Giờ hãy quay lại tuổi thơ trộm ngô của mình một chút. Vào những đêm đẹp trời, mình và mấy thằng bạn nối khố thường rủ nhau đi trộm ngô. Do mình không nhanh nhẹn lắm, nên được các bạn cử vào vị trí gọi là canh gác. Do trời tối nên sẽ dùng đèn pin để thông báo cho đồng đội, nghĩa là nếu phát hiện có kẻ địch, thì dùng đèn pin lia đi lia lại ba lần, đồng đội sẽ biết là có kẻ thù và áp dụng phương án B. Phương án B là gì thì bỏ qua nhá vì chúng ta đang tìm hiểu về cáp quang, chứ không phải về việc trộm ngô.

Cách Mã Hóa Tín Hiệu Ánh Sáng

Lớn lên một chút khi đi làm đêm, mình lại phải dùng đèn pin để ra hiệu cho đồng nghiệp. Bây giờ thì trình độ và tín hiệu đã cao hơn rồi, không còn lia đèn nữa mà bật tắt liên tục theo một nhịp nào đó. Ví dụ: bật hai giây, tắt một giây, rồi mở hai đèn. Khi đó là chữ ‘C’. Các bạn thấy đấy đây là cách sơ khai của việc chuyển dữ liệu bằng ánh sáng.

Chuyên nghiệp hơn một chút, bây giờ giả sử hai người đứng không trên một đường thẳng. Sự ánh sáng mà mình chiếu sẽ không đến được chỗ đồng nghiệp. Thì mình phải làm sao? Thì sẽ phải đặt gương ở chỗ gấp khúc. Tiếp nữa, nếu giả sử hai người không đứng gần nhau, mà cách xa nhau cả vài cây số, thì phải làm thế nào? Khi chiếu đèn không tới được, chúng ta sẽ phải dùng dây điện. Đầu này một ông cứ thế cầm cái phích cắm điện ở bên kia đèn sáng, nhổ ra thì bên kia tắt. Như vậy cũng truyền được tín hiệu rồi. Tuy nhiên, đây chỉ là cách truyền tín hiệu bằng dây điện, không phải cáp quang. Vì dữ liệu vô cùng nhiều, chúng ta không thể sử dụng vào số lần sáng tối để truyền dữ liệu được, nếu theo cách đó thì phải vài nghìn năm mới mã hóa được thông tin của vài giây full HD, chứ chưa nói đến cả tập phim.

Cách ánh sáng được truyền trong cáp quang

Trở lại vấn đề tín hiệu ánh sáng được truyền như thế nào. Các nhà khoa học đã khai thác đặc trưng của ánh sáng, đó là tính chất sóng. Nghĩa là ánh sáng cũng là sóng, nó có biên độ. Các chuyên gia đã sử dụng biên độ khác nhau của ánh sáng để truyền tín hiệu. Có thể các bạn cũng biết rằng các máy tính hiểu được thông tin dưới dạng số 0 và 1. Một khi các số 0 và 1 được xếp lại với nhau thành một dãy dài theo thứ tự nào đó, thì máy tính sẽ hiểu được ý nghĩa của nó. Vậy khi sử dụng ánh sáng để chuyển tín hiệu, người ta đã mặc định một bước sóng có biên độ A nào đó là 0 biên độ B là 1.

Vậy cứ liên tục điều chỉnh biên độ sóng A,B liên tục theo thứ tự, thì bên kia sẽ nhận được tín hiệu các số 0 và 1. Máy tính sẽ tự động xếp lại và hiểu được ý nghĩa của nó. Đó chính là cách mà người ta chuyển tín hiệu qua ánh sáng. Vấn đề là không thể truyền ánh sáng vào không trung được, bởi vì ánh sáng sẽ không đi đến đích.

Vậy nên người ta đã tạo ra những sợi dây hình trụ bằng nhựa hoặc thủy tinh, xung quanh dây được tráng một lớp phản quang. Bên ngoài có thêm nhiều lớp cao su để bảo vệ. Rồi họ chuyển ánh sáng vào sợi dây này. Do có lớp phản quang xung quanh, ánh sáng khi va vào thành thì lại bị phản ra lại. Nhờ đó, ánh sáng sẽ không thoát ra ngoài được. Nhờ vậy, sợi dây sẽ đưa ánh sáng tới được đích.

Như vậy là việc truyền thông tin của ánh sáng đã thành công. Bên kia chỉ cần lắp thiết bị mã hóa để hiểu thông tin nữa là xong. Với tốc độ siêu khủng của ánh sáng, nếu như trước đây truyền tín hiệu bằng dây cáp đồng chỉ được 500m là tín hiệu ổn định. Thì nay, dùng cáp quang có thể truyền xa tới 100km mà vẫn đảm bảo chất lượng. Bên cạnh đó, khi dùng cáp quang, chúng ta có thể truyền dữ liệu nhiều hơn tới 500 lần trong cùng một đơn vị thời gian.

Như vậy là các bạn đã hiểu cách mà cáp quang truyền tín hiệu. Đó là nó truyền các tia sáng từ bên trong, mỗi tia sáng này có biên độ liên tục thay đổi là A hoặc B. Vì thế nên đầu dây bên kia sẽ nhận được tín hiệu là 0 và 1, ghép thật nhiều số 0 và 1 lại thì tạo thành nội dung thông tin được truyền đi. Chỉ đơn giản như vậy thôi. Thực ra còn một số cách khác để mã hóa tín hiệu, nhưng hiểu cơ bản như này là được rồi. Cảm ơn các bạn đã đọc bài viết.