Sợi quang so với cáp đồng trục | Sự khác biệt về loại tín hiệu cấu trúc và ứng dụng

Cả sợi quang và cáp đồng trục đều là các loại phương tiện truyền dẫn có hướng. Tuy nhiên, một số yếu tố chính phân biệt hai loại này. Sự khác biệt cơ bản nhất nằm ở loại tín hiệu mà chúng truyền: sợi quang được thiết kế để truyền tín hiệu quang (ánh sáng), trong khi cáp đồng trục được sử dụng để truyền tín hiệu điện.

Định nghĩa Sợi Quang

Sợi quang là các đường dẫn sóng linh hoạt, trong suốt, được sử dụng để truyền tín hiệu ánh sáng từ một đầu đến đầu kia với tổn thất tối thiểu. Chúng chủ yếu được làm từ thủy tinh có độ tinh khiết cao (thường là silic) hoặc đôi khi là nhựa, và bao gồm cấu trúc lõi và vỏ bọc.

Lõi là khu vực trung tâm, bên trong nhất, được làm từ thủy tinh silic siêu tinh khiết, qua đó ánh sáng truyền đi. Nó được bao quanh bởi một lớp gọi là vỏ bọc, cũng được làm từ thủy tinh nhưng có chỉ số khúc xạ thấp hơn lõi. Sự khác biệt về chỉ số khúc xạ này cho phép phản xạ toàn phần, giúp ánh sáng di chuyển được quãng đường dài với tổn thất thấp.

Để bảo vệ cấu trúc thủy tinh dễ vỡ khỏi hư hỏng vật lý, độ ẩm và áp lực môi trường, toàn bộ hệ thống sợi được bao bọc trong một lớp bảo vệ bên ngoài được gọi là lớp đệm hoặc vỏ nhựa.

Hình dưới đây minh họa cấu trúc sơ đồ của sợi quang:

Tín hiệu quang được truyền qua sợi quang thông qua nguyên tắc phản xạ toàn phần (TIR). Khi ánh sáng được đưa vào sợi, nó truyền qua lõi bằng cách trải qua các lần phản xạ liên tiếp tại giao diện giữa lõi và vỏ bọc.

Để phản xạ toàn phần xảy ra, chỉ số khúc xạ của lõi phải cao hơn so với vỏ bọc. Sự khác biệt về chỉ số này là cần thiết để hướng dẫn ánh sáng dọc theo sợi một cách hiệu quả với tổn thất tối thiểu.

Theo nguyên tắc TIR, khi một tia sáng di chuyển trong môi trường dày đặc hơn (lõi) chạm vào ranh giới với môi trường mỏng hơn (vỏ bọc) với góc lớn hơn góc tới hạn, tia sáng sẽ hoàn toàn phản xạ trở lại môi trường dày đặc thay vì bị khúc xạ ra ngoài. Hiện tượng này cho phép ánh sáng bị giới hạn trong lõi.

Khi một tia sáng đi vào lõi, nó di chuyển cho đến khi đạt đến ranh giới lõi-vỏ bọc. Do sự khác biệt về chỉ số khúc xạ, và nếu góc tới vượt quá góc tới hạn, tia sáng sẽ được phản xạ trở lại lõi thay vì đi vào vỏ bọc. Quá trình này lặp đi lặp lại liên tục dọc theo chiều dài sợi, cho phép tín hiệu ánh sáng di chuyển từ một đầu sợi đến đầu kia với hiệu suất cao và tổn thất thấp.

Do đó, phản xạ toàn phần là cơ chế cơ bản cho phép truyền thông quang học xa và băng thông cao thông qua sợi quang.

Định nghĩa Cáp Đồng Trục

Cáp đồng trục, thường được gọi tắt là "coax," là một loại phương tiện truyền dẫn có hướng được sử dụng để truyền tín hiệu điện qua một khoảng cách. Chúng được xây dựng như các dây dẫn điện cho phép dòng điện tử chảy, thường được làm bằng đồng do tính dẫn điện tốt.

Cáp đồng trục bao gồm nhiều lớp: một lõi đồng trung tâm (rắn hoặc xoắn), được bao quanh bởi một lớp cách điện, sau đó được bọc bởi một lớp chắn hình trụ—thường làm bằng đồng xoắn hoặc nhôm. Cấu trúc này được bảo vệ thêm bởi một lớp vỏ cách điện bên ngoài cung cấp sức mạnh cơ học và bảo vệ môi trường.

Thuật ngữ "đồng trục" xuất phát từ thực tế rằng lõi dẫn bên trong và lớp chắn bên ngoài chia sẻ cùng một trục hình học. Thiết kế này giúp giảm nhiễu điện từ (EMI) và tổn thất tín hiệu, khiến cáp đồng trục phù hợp để truyền tín hiệu tần số cao với chất lượng tốt.

Hình dưới đây minh họa một cáp đồng trục được sử dụng để truyền tín hiệu điện:

Sợi Quang:

Sợi quang được sử dụng để truyền tín hiệu ở tần số quang (ánh sáng). Nhờ băng thông cao, miễn nhiễm với nhiễu điện từ, và tổn thất tín hiệu thấp, chúng được sử dụng rộng rãi trong truyền hình độ nét cao (HDTV), mạng viễn thông, trung tâm dữ liệu, chụp ảnh y tế và hệ thống phẫu thuật (như nội soi), và ứng dụng hàng không vũ trụ.

Cáp Đồng Trục:

Cáp đồng trục chủ yếu được sử dụng để truyền tín hiệu tần số radio (RF). Chúng thường được tìm thấy trong hệ thống phân phối truyền hình cáp (CATV), kết nối internet băng rộng (ví dụ: modem cáp), mạng điện thoại, và các hệ thống truyền thông vô tuyến khác, bao gồm nguồn cấp cho ăng ten và thiết bị mạng.

Kết luận

Cả sợi quang và cáp đồng trục đều là các phương tiện truyền dẫn có hướng quan trọng, nhưng chúng khác biệt cơ bản về loại tín hiệu mà chúng truyền—sợi quang truyền tín hiệu ánh sáng, trong khi cáp đồng trục truyền tín hiệu điện. Những khác biệt này dẫn đến các đặc điểm hiệu suất riêng, khiến mỗi loại phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Do đó, chúng được sử dụng trong các vai trò bổ sung, thay vì thay thế lẫn nhau, trong các hệ thống truyền thông và điện tử hiện đại.