Cáp quang nhanh ngang ngửa... tốc độ ánh sáng

Các nhà nghiên cứu tại đại học Southampton, vương quốc Anh đã vừa tạo ra một loại cáp quang mới có thể truyển dẫn dữ liệu với tốc độ bằng 99,7% tốc độ ánh sáng.

Qua thử nghiệm, loại cáp quang này đạt tốc độ truyền tải 73,7Tb/s (terabit/s) - tương đương mỗi giây gởi được 10TB (1 TB = 1024 GB = 1.048.576 MB), nhanh hơn gấp 1000 lần so với hệ thống cáp quang 40Gb tiên tiến hiện có và độ trễ (latency) cũng thấp hơn nhiều.

Tốc độ của ánh sáng trong môi trường chân không là 299.792.458m/s nhưng sẽ chậm hơn nhiều tại các môi trường khác. Trong các cáp quang thông thường (cáp quang thủy tinh silica), tốc độ ánh sáng chậm hơn 31%. Trên thực tế, ánh sáng di chuyển nhanh hơn thông qua không khí thay vì thủy tinh. Vì vậy, Francesco Poletti cùng các thành viên nhóm nghiên cứu tại đại học Southampton phát minh một loại cáp quang rỗng với phần "ruột" chứa toàn không khí.

Đây không phải là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu nghĩ đến việc chế tạo một loại cáp quang rỗng nhưng trở ngại lớn nhất là nếu đường cáp bị uốn cong, ánh sáng sẽ không thể truyền qua được. Đối với loại cáp quang phổ biến hiện nay, vật liệu thủy tinh hay nhựa có một chỉ số khúc xạ khiến ánh sáng phản xạ xung quanh bên trong sợi cáp, qua đó cho phép nó đi được xa hơn. Tuy nhiên, nếu loại bỏ một phần thủy tinh/nhựa và ánh sáng bị lọt ra ngoài lớp vỏ bảo vệ thì tín hiệu sẽ suy giảm gần như ngay lập tức. Ngoài ra, bề mặt thủy tinh-khí bên trong mỗi sợi cáp cũng gây nên nhiều rắc rối, chẳng hạn như gây nhiễu tín hiệu và hạn chế tổng băng thông quang học của đường truyền.

Các nhà nghiên cứu tại Southampton đã khắc phục các vấn đề trên bằng cách cải tiến thiết kế lõi rỗng, sử dụng một loại vành bọc photonic-bandgap siêu mỏng. Thiết kế mới này cho phép tỷ lệ thất thoát ánh sáng giảm xuống còn 3,5dB/km, băng thông rộng 160nm và độ trễ thấp. Do đó, dữ liệu được truyền đi với tốc độ nhanh hơn 31%. Để đạt được tỷ lệ truyền dẫn 73,7Tb/s, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương thức ghép kênh quang theo bước sóng (Wavelength Division Multiplexing) để truyền cùng lúc 37 tín hiệu 40Gb bằng cáp rỗng. Tính đến hiện tại thì đây là một trong những tỷ lệ truyền dẫn nhanh nhất đạt được trong phòng thí nghiệm.

Đối với các ứng dụng thực tế, tỷ lệ thất thoát ánh sáng 3,5dB/km là một con số rất đáng kể nhưng loại cáp quang rỗng "ruột" nói trên sẽ chưa thể thay thế hệ thống cáp quang sợi thủy tinh hiện nay. Đối với những đoạn đường ngắn, chẳng hạn như giữa các trung tâm dữ liệu và mạng lưới kết nối siêu may tính thì loại cáp quang này sẽ mang lại sự cải thiện rõ rệt về tốc độ cũng như giảm thiểu độ trễ tối đa.