Cáp quang là một thành phần quan trọng của thế giới Internet hiện đại. Cáp quang kết nối các trung tâm dữ liệu, trạm vệ tinh mặt đất, tháp điện thoại di động và kết nối truyền thông giữa các châu lục.

Mỗi sợi quang không dày hơn một sợi tóc người (125 micron) nhưng đủ mạnh để xử lý lưu lượng truy cập internet của thế giới. Các công ty công nghệ như Facebook, để tạo ra kết nối toàn cầu đã triển khai cơ sở hạ tầng cáp quang biển của riêng doanh nghiệp.

Trang Kỹ thuật Thú vị (Engineering Interesting) dẫn nguồn tin từ trang web trường Đại học Macquarie, Úc cho biết, nhóm các nhà nghiên cứu Úc, Nhật Bản, Hà Lan và Ý đã lập kỷ lục tốc độ mới cho một sợi quang tiêu chuẩn công nghiệp, đạt 1,7 Petabit - tương đương với tốc độ kết hợp 17 triệu kết nối internet băng thông rộng NBN trên chiều dài sợi quang 67 km.

Sơ lược về lịch sử của cáp quang

Chỉ đến năm 1988, cáp quang đầu tiên mới được đặt xuyên Đại Tây Dương khi  nhà phát minh Facebook Zuckerberg mới 4 tuổi. Được gọi là TAT8, cáp quang có dung lượng 20 megabit và là công cụ thiết lập web trên toàn thế giới. Nhưng cáp quang cũng rất nhanh chóng đạt đến khả năng cực hạn.

Hơn ba thập kỷ sau, tuyến cáp quang Grace Hopper, cáp quang thế hệ mới nhất được đưa vào sử dụng, có dung lượng 22 terabit trong 16 sợi quang, gấp hơn 1 triệu lần dung lượng TAT8 có thể vận chuyển.

Trong bối cảnh nhu cầu ngày càng tăng đối với các dịch vụ như phát trực tuyến nội dung, hội nghị truyền hình, v.v., ngay cả những loại cáp quang mới hơn nữa cũng có thể nhanh chóng đạt đến công suất cực hạn và sẽ gia tăng độ trễ, đòi hỏi phải có những giải pháp tiên tiến hơn. Các nhà khoa học đã thử nghiệm nhiều giải pháp như sử dụng ánh sáng có các màu sắc và phân cực khác nhau để tối đa hóa dung lượng của cáp quang.

Sợi quang thế hệ tiếp theo

Đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của truyền tải thông tin, một nhóm các nhà khoa học đa quốc gia bắt đầu phối hợp thiết kế và chế tạo sợi quang thế hệ tiếp theo nhằm đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu cao hơn nữa. Những loại sợi quang hiện nay chỉ có một lõi duy nhất mà qua đó nhiều tín hiệu ánh sáng được truyền đi.

Do công nghệ này có những hạn chế, dung lượng truyền tải cao sẽ khiến trục cáp quang có nhiều sợi quang hơn nên các nhà khoa học Úc, Nhật Bản, Hà Lan và Ý đã xem xét nhiều phương án thiết kế khác nhau. Những sợi quang có thể làm dày hơn, nhưng kỹ thuật đó sẽ khiến sợi quang kém linh hoạt và bền dẻo trong thời gian dài vì dễ gãy hơn dưới tác động môi trường.

Phương án thêm nhiều sợi hơn cũng được xem xét nhưng cấu trúc này này làm tăng chi phí thiết bị cần thiết để hệ thống hoạt động, đồng thời khiến cáp có nhiều nhiều sợi hơn, đường kính cáp truyền thông sẽ to và nặng hơn.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã giải quyết bằng một thiết kế, sử dụng sợi quang 19 lõi, mỗi lõi đều có thể truyền tín hiệu. Vì sợi quang sản xuất theo công nghệ này vẫn có thể đáp ứng những tiêu chuẩn sợi quang toàn cầu hiện nay nên có thể được đưa vào sử dụng mà không có bất kỳ thay đổi nào đối với cơ sở hạ tầng hiện có. Hơn nữa, thiết lập kết nối sử dụng xử lý tín hiệu kỹ thuật số ít hơn, giảm công suất cần thiết để truyền những bit thông tin.

 

TS Simon Gross thuộc Trường Kỹ thuật của Đại học Macquarie, Úc với thiết bị nghiên cứu quang học. Ảnh Đại học Macquarie.

Các nhà khoa học tại Đại học Macquarie ở Sydney, Úc, tham gia công trình nghiên cứu quốc tế đã phát triển một con chip thủy tinh quan trọng để chế tạo sợi quang 19 lõi. TS Simon Gross từ Trường Kỹ thuật của Đại học Macquarie cho biết, sử dụng công nghệ in 3D, các nhà nghiên cứu đã khắc một mô hình ống dẫn sóng quang học trên chip thủy tinh. Con chip cho phép truyền tín hiệu đồng thời vào 19 lõi riêng lẻ của sợi quang với mức suy hao thấp đồng nhất.

GS Michael Withford từ Trường Khoa học Vật lý và Toán học của Đại học Macquarie, tham gia công trình nghiên cứu cho biết: “Chip quang được phát triển trên hàng thập kỷ nghiên cứu về quang học tại Đại học Macquarie.”

Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông Quốc gia (NICT) và công ty Sumitomo Electric Industries tại Nhật Bản đã phát triển sợi quang trên công nghệ này. Các nhà nghiên cứu quốc tế hy vọng, công nghệ mới sẽ cung cấp sợi quang cho các đường cáp quang dưới biển trong 5-10 năm tới, đồng thời công nghệ cũng có thể được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ không gian đến xử lý nước thải.