Suy hao cáp quang là gì? Nguyên nhân, mức cho phép & cách đo

Suy hao cáp quang là hiện tượng công suất của tín hiệu ánh sáng giảm dần trong quá trình truyền qua sợi quang. Khi đường truyền cáp quang càng dài, tín hiệu phải di chuyển qua một khoảng cách lớn hơn, và kéo theo đó là mức suy giảm cũng có xu hướng tăng theo. Thông số này thường được biểu thị bằng decibel trên mỗi kilomet (dB/km), còn gọi là hệ số suy hao hoặc tỷ lệ suy hao của cáp sợi quang.

Có khá nhiều nguyên nhân dẫn đến sự suy hao cáp quang, trong đó có 3 nguyên nhân phổ biến nhất:

3.1. Suy hao do hấp thụ

Hấp thụ xảy ra khi các thành phần không mong muốn trong vật liệu sợi quang hấp thụ năng lượng ánh sáng. Một số tạp chất như hạt kim loại hoặc độ ẩm có thể làm tăng mức hấp thụ tại những bước sóng nhất định. Năng lượng quang sau đó được chuyển hóa thành nhiệt, khiến công suất tín hiệu giảm trong quá trình truyền.

Một số yếu tố đáng chú ý gồm:

Các công nghệ sản xuất hiện đại giúp giảm ảnh hưởng của độ ẩm, cho phép sợi quang hoạt động hiệu quả hơn ở vùng bước sóng trước đây chịu ảnh hưởng của water peak. Nhờ giảm suy hao do độ ẩm, phạm vi bước sóng có thể khai thác được mở rộng, tạo thêm khả năng truyền tải cho các hệ thống CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing).

3.2. Suy hao do tán xạ

Khi ánh sáng truyền dọc theo sợi quang, một phần năng lượng không tiếp tục đi theo hướng truyền chính mà bị phân tán ra nhiều hướng khác nhau. Hiện tượng này thường được gọi là tán xạ Rayleigh. Một phần ánh sáng tán xạ có thể thoát khỏi vùng lõi, trong khi phần khác bị phản xạ ngược về phía nguồn phát.

Ở cấp độ vật liệu, tán xạ bắt nguồn từ những biến đổi rất nhỏ về thành phần và mật độ của thủy tinh quang học:

3.3. Suy hao do uốn cong

Không giống tán xạ và hấp thụ, suy hao do uốn cong có thể phát sinh trong quá trình thi công, bố trí hoặc vận hành cáp quang. Khi sợi bị biến dạng hoặc uốn với bán kính quá nhỏ, đường truyền của ánh sáng bị ảnh hưởng và một phần năng lượng có thể thoát khỏi vùng lõi.

Suy hao do uốn cong thường được chia thành hai dạng:

Các nguyên nhân khác:

Ngoài tán xạ, hấp thụ và uốn cong là ba cơ chế suy hao chính, cáp quang còn có thể chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác trong quá trình sản xuất, lắp đặt và vận hành. Chất lượng sợi quang, mối nối, đầu kết nối, tác động cơ học hoặc điều kiện môi trường đều có thể làm tăng suy hao và ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn.

Dưới đây là các mức suy hao điển hình của sợi quang và một số điểm kết nối thường gặp trong thực tế.

4.1. Mức suy hao cáp quang Single Mode và Multimode

Mức suy hao của cáp quang không cố định mà thay đổi tùy theo loại sợi quang và bước sóng được sử dụng. Bảng sau minh họa các giá trị suy giảm điển hình cho các bước sóng sợi quang thường dùng:

Các mức suy hao điển hình cho thấy 1310 nm và 1550 nm thường được ưu tiên trong các hệ thống truyền dẫn đường dài nhờ mức suy hao thấp hơn so với các hệ thống Multimode hoạt động ở bước sóng ngắn hơn.

4.2. Mức suy hao tại các điểm kết nối

Ngoài suy hao nội tại của sợi quang, tổng suy hao của một tuyến còn bao gồm tổn hao phát sinh tại mối nối, đầu nối và các điểm ghép nối. Các giá trị dưới đây là mức tham khảo thường được sử dụng trong thiết kế và đánh giá liên kết quang:

Khi tính tổng suy hao của tuyến cáp quang, bạn cần cộng cả suy hao của sợi, mối nối, đầu nối và các thành phần thụ động khác trên đường truyền. Vậy, để tính toán tổn thất gần đúng cho một hệ thống cáp, chúng ta có thể sử dụng công thức sau:

*Lưu ý: Các mức suy hao và cách tính suy hao cáp quang trên chỉ mang tính chất tham khảo, không phải giới hạn áp dụng chung cho mọi hệ thống. Khi nghiệm thu hoặc thiết kế một tuyến cụ thể, nên ưu tiên thông số suy hao do nhà sản xuất linh kiện và tiêu chuẩn kỹ thuật của hệ thống quy định.

Để đảm bảo kết quả đánh giá có tính chính xác và nhất quán, việc đo suy hao sợi quang được thực hiện theo các phương pháp đã được tiêu chuẩn hóa. IEC 60793-1-40 – Optical fibres – Part 1-40: Attenuation measurement methods là tiêu chuẩn quốc tế quy định các yêu cầu và phương pháp đo suy hao đối với sợi quang Single Mode và Multimode. Phiên bản hiện hành được IEC công bố vào năm 2024, thay thế phiên bản năm 2019.

Với việc xác định suy hao, IEC 60793-1-40 hiện quy định bốn phương pháp chính, gồm:

Tại Việt Nam, các tiêu chuẩn quốc gia liên quan đến cáp quang và hệ thống thông tin quang có thể được xây dựng dựa trên hoặc tham chiếu các tiêu chuẩn IEC tương ứng. Khi lựa chọn tiêu chuẩn áp dụng cho một sản phẩm hoặc hệ thống cụ thể, cần đối chiếu đúng TCVN hiện hành, loại sợi quang và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống.

Việc đo suy hao có thể được thực hiện bằng các thiết bị chuyên dụng tùy theo mục đích kiểm tra, hiện tại phổ biến nhất là máy đo công suất quang OPM và máy đo phản xạ miền thời gian quang học OTDR.

6.1. Máy đo công suất quang OPM

OPM (Optical Power Meter) xác định suy hao dựa trên sự chênh lệch công suất quang trong quá trình đo. Trong tiêu chuẩn IEC 60793-1-40, thiết bị này có thể được sử dụng trong các phép đo Method A – Cut-back và Method B – Insertion Loss, tùy theo cấu hình và mục đích kiểm tra. Với nguồn sáng và thiết bị đo được hiệu chuẩn phù hợp, Optical Power Meter có thể được sử dụng để đánh giá mức suy hao của sợi hoặc toàn bộ liên kết.

Kết quả đo cần được đối chiếu với mức suy hao dự kiến trong thiết kế. Để tránh sai lệch, bạn lưu ý cần đảm bảo thiết bị được hiệu chuẩn, đầu nối sạch và các điểm kết nối được căn chỉnh chính xác.

6.2. Máy đo phản xạ miền thời gian quang học OTDR

OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) hoạt động bằng cách phát các xung ánh sáng vào sợi quang và phân tích tín hiệu tán xạ ngược, phản xạ trở lại. Cách đo này thường tương ứng với Method C – Backscattering, cho phép đánh giá mức suy hao theo chiều dài tuyến và xác định vị trí của các điểm tổn hao, mối nối, đầu nối hoặc các bất thường trên sợi quang.

OTDR đặc biệt hữu ích khi troubleshooting hoặc kiểm tra các tuyến cáp quang đã lắp đặt, giúp kỹ thuật viên khoanh vùng các nguyên nhân như mối hàn kém, connector có vấn đề hoặc cáp bị uốn cong.

Giải pháp kiểm soát suy hao cần được lựa chọn dựa trên nguyên nhân gây suy hao, loại tín hiệu và đặc điểm của hệ thống truyền dẫn. Một số hướng xử lý phổ biến gồm:

• Tăng công suất tín hiệu: Có thể sử dụng bộ phát có công suất cao hơn, bộ khuếch đại hoặc repeater để bù phần công suất bị suy giảm trên đường truyền.
• Lựa chọn bước sóng phù hợp: Đặc tính suy hao thay đổi theo bước sóng, vì vậy việc lựa chọn vùng bước sóng phù hợp có thể giúp giảm ảnh hưởng của hấp thụ và tán xạ.
• Sử dụng cáp quang chất lượng và phù hợp: Vật liệu có độ tinh khiết và tính đồng nhất cao giúp hạn chế suy hao do đặc tính của môi trường truyền dẫn. Việc lựa chọn cáp quang phù hợp cũng đặc biệt quan trọng với các tuyến truyền dẫn khoảng cách xa.
• Hạn chế các yếu tố gây ảnh hưởng đến tín hiệu: Kiểm soát các tác động từ môi trường và áp dụng các biện pháp bảo vệ, lọc hoặc xử lý tín hiệu phù hợp với từng hệ thống.
• Tối ưu tuyến truyền dẫn: Thiết kế đường truyền hợp lý, kiểm soát chiều dài tuyến và cách bố trí cáp giúp hạn chế các tổn thất không cần thiết, từ đó duy trì chất lượng tín hiệu đến thiết bị nhận.

Kiểm soát suy hao hiệu quả bắt đầu từ việc lựa chọn cáp quang phù hợp với đặc tính tuyến truyền dẫn và điều kiện lắp đặt. Bên cạnh thông số suy hao của sợi quang, cấu trúc cáp, khả năng bảo vệ sợi và độ bền trong môi trường sử dụng cũng là những yếu tố cần được xem xét để duy trì chất lượng tín hiệu trong thời gian dài.

Với danh mục dây cáp quang HELUCOM® , HELU cung cấp nhiều giải pháp cho các ứng dụng truyền dẫn và mạng công nghiệp, từ cáp quang Single Mode, Multimode đến các dòng GOF, HCS, POF, cáp quang trong nhà, ngoài trời và cáp quang chuyên dụng cho môi trường công nghiệp.

Một số dòng sản phẩm được thiết kế cho những điều kiện sử dụng đặc thù. Chẳng hạn, HELUCOM® AT-W(ZN)Y(ZN)11Y sử dụng sợi Multimode OM2, lớp gia cường GRP và sợi Aramide, vỏ PUR có khả năng chịu dầu và chống tia UV, phù hợp với các ứng dụng công nghiệp và hệ thống xích dẫn cáp. Trong khi đó, HELUCOM® FS120 hỗ trợ duy trì tính toàn vẹn chức năng trong điều kiện cháy theo IEC 60331-25 và có cấu trúc chống thấm nước, chống tia UV, không chứa halogen.

Nếu bạn đang tìm kiếm dây cáp quang phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của hệ thống, đừng ngần ngại liên hệ ngay với đội ngũ của HELU Vietnam để được tư vấn về loại cáp, cấu trúc và giải pháp phù hợp với từng ứng dụng.