Trong bài đăng trên blog này, chúng ta sẽ cùng khám phá sự phát triển của công nghệ internet từ ADSL đến internet cáp quang và các nguyên lý đằng sau tốc độ truyền tải cao của internet cáp quang.
Khoảng năm 1995, người ta thường kết nối modem với đường dây điện thoại để truy cập internet với tốc độ cực kỳ chậm so với tiêu chuẩn hiện nay. Điều này có nghĩa là bạn không thể thực hiện hoặc nhận cuộc gọi điện thoại trong khi sử dụng internet – một tình huống khó có thể tưởng tượng được bây giờ. Năm 1999, ca sĩ Yoo Seung-jun thậm chí còn giới thiệu ADSL trong một quảng cáo truyền hình với khẩu hiệu, “ISDN hoạt động, nhưng tôi là ADSL”. Cả ISDN và ADSL đều là các phương pháp truyền thông có dây sử dụng dây đồng. Sau đó, khi truyền thông cáp quang trở nên phổ biến, tốc độ truyền dữ liệu đã được cải thiện đáng kể – đến mức không thể so sánh với trước đây.
Ai cũng biết ánh sáng truyền đi rất nhanh. So với phương thức truyền thông dựa trên dây đồng trước đây, truyền thông dựa trên cáp quang ngày nay cung cấp tốc độ truyền tải cao hơn nhiều. Ví dụ, 1 Gbps có nghĩa là 1 Gbit dữ liệu có thể được truyền tải mỗi giây — tốc độ đủ nhanh để tải xuống một bộ phim khoảng 2 GB trong khoảng 16 giây. Ngày nay, ngay cả các dịch vụ internet dân dụng cũng cung cấp tốc độ trong phạm vi gigabit, trong khi các trung tâm dữ liệu và mạng trục chính sử dụng các công nghệ truyền dẫn từ hàng trăm Gbps đến terabit mỗi giây. Nhờ tốc độ truyền tải cao của truyền thông cáp quang, chúng ta có thể tận hưởng trải nghiệm internet mượt mà hơn nhiều. Điều thường được gọi là “băng thông rộng cáp quang” chính xác là đề cập đến phương pháp truyền thông quang học này.
Tuy nhiên, việc nó được gọi là truyền thông quang học không có nghĩa là chỉ có ánh sáng được sử dụng trong toàn bộ quá trình. Điện cũng đóng một vai trò quan trọng. Hãy tưởng tượng hai người đang trò chuyện trực tuyến. Khi một tin nhắn được gõ trên Máy tính A, tin nhắn đó trước tiên được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu ánh sáng thông qua bộ chuyển đổi điện-quang ở đầu gửi và được truyền dưới dạng ánh sáng dọc theo cáp quang. Sau đó, nó được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện bởi bộ chuyển đổi quang-điện ở đầu nhận và được hiển thị dưới dạng tin nhắn văn bản trên Máy tính B. Ngay cả khi A và B ở các quốc gia khác nhau, tin nhắn vẫn được gửi đi gần như ngay lập tức vì tín hiệu truyền đi với tốc độ rất cao—gần bằng tốc độ ánh sáng—dọc theo cáp quang.
Tín hiệu ánh sáng được truyền đi bên trong cáp quang như thế nào? Nguyên lý nằm ở hiện tượng phản xạ toàn phần, xảy ra do sự khác biệt về chiết suất. Chiết suất là giá trị cho biết ánh sáng truyền chậm hơn bao nhiêu trong một môi trường cụ thể so với tốc độ của nó trong chân không. Bên trong cáp quang, có một lõi với chiết suất cao, được bao quanh bởi một lớp vỏ bọc có chiết suất thấp hơn. Phản xạ toàn phần là hiện tượng ánh sáng bị phản xạ hoàn toàn tại mặt phân cách khi nó truyền từ môi trường có chiết suất cao hơn sang môi trường có chiết suất thấp hơn, và góc tới vượt quá góc tới hạn. Vì ánh sáng truyền chậm hơn trong lõi và nhanh hơn trong lớp vỏ bọc, nên hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra; cáp quang sử dụng nguyên lý này để truyền tín hiệu ánh sáng mà không cho phép chúng thoát ra ngoài.
Điều này có thể đặt ra câu hỏi: ngay cả khi tất cả ánh sáng được phản xạ toàn phần, liệu có phải một phần ánh sáng vẫn bị hấp thụ, làm suy yếu tín hiệu? Cũng giống như ánh sáng yếu đi khi độ sâu tăng lên trong đại dương, cường độ ánh sáng trong sợi quang giảm dần khi khoảng cách tăng lên. Do đó, hiệu suất của sợi quang được đánh giá bằng mức độ suy giảm tín hiệu trên một khoảng cách nhất định. Trong những ngày đầu của công nghệ sợi quang, tín hiệu sẽ suy yếu đáng kể chỉ sau vài trăm mét; tuy nhiên, ngày nay, các loại sợi quang có tổn hao cực thấp đã được thương mại hóa, cho phép truyền dẫn hiệu quả trên khoảng cách hàng chục km hoặc hơn. Hơn nữa, trong liên lạc đường dài, các bộ khuếch đại quang được lắp đặt để khuếch đại các tín hiệu bị suy yếu, đảm bảo liên lạc quốc tế ổn định xuyên lục địa và dưới đáy biển.
Vào cuối những năm 1990, các phương pháp truyền thông có dây sử dụng dây đồng – như modem, ISDN và ADSL – được sử dụng chủ yếu. Ngày nay, truyền thông quang học sử dụng cáp quang đã trở thành công nghệ cốt lõi của Internet, và cả tốc độ truyền tải lẫn độ ổn định đều được cải thiện đáng kể so với trước đây. Lý do truyền thông quang học mang lại hiệu suất cao như vậy là vì tín hiệu được truyền dưới dạng ánh sáng qua cáp quang, và nguyên lý phản xạ toàn phần được sử dụng để giảm thiểu tổn thất tín hiệu ngay cả trên khoảng cách xa. Công nghệ truyền thông quang học tiếp tục phát triển và được kỳ vọng sẽ cung cấp một môi trường Internet nhanh hơn và ổn định hơn nữa trong tương lai.
