Sợi 7m tỷ lệ bóng đá tàu ngầm xuyên Đại Tây Dương và xuyên Thái Bình Dương

Ý tưởng mang tính cách mạng về giao tiếp qua cáp 7m tỷ lệ bóng đá đã xuất hiện khoảng 60 năm trước. Vào những năm 1960, nghiên cứu quy mô đầy đủ về sợi 7m tỷ lệ bóng đá đã được triển khai và vào những năm 1970, có động lực ngày càng tăng đối với việc triển khai thương mại. Trong hoàn cảnh đó, NTT (sau đó là Tập đoàn Điện báo và Điện thoại Công cộng Nippon) và ba nhà sản xuất cáp bao gồm Sumitomo Electric đã thành lập một hệ thống nghiên cứu chung về sợi 7m tỷ lệ bóng đá. Trong quá trình này, một phương pháp sản xuất sợi 7m tỷ lệ bóng đá được gọi là Phương pháp lắng đọng trục pha hơi (VAD) đã được phát minh. Đây là một kỹ thuật tuyệt vời để sản xuất hàng loạt. Vào những năm 1980, phương pháp này đã được cải tiến và nâng cao đến mức có thể sản xuất hàng loạt sợi 7m tỷ lệ bóng đá có chất lượng cao hơn và tổn thất thấp hơn, dẫn đến giai đoạn thương mại hóa chính thức.

Sợi 7m tỷ lệ bóng đá được chế tạo bằng cách nung nóng thanh thủy tinh silic xốp và kéo nó lên theo hướng trục. Điểm mấu chốt là tạo ra một phôi có đường kính lớn cho phép tạo ra sợi 7m tỷ lệ bóng đá dài và mỏng để giúp tăng hiệu quả sản xuất.

Ngoài ra, sợi 7m tỷ lệ bóng đá chất lượng cao (tức là độ suy hao thấp) đã đạt được do phôi được tạo ra bằng Phương pháp VAD chứa tạp chất tối thiểu. Sự hình thành và phát triển của Phương pháp VAD là những cột mốc quan trọng trong kỷ nguyên truyền thông 7m tỷ lệ bóng đá học.

Đạt được mức suy hao thấp hoặc cải thiện độ suy giảm 7m tỷ lệ bóng đá học là vấn đề kỹ thuật chính trong việc thiết lập Phương pháp VAD. Khi ánh sáng truyền qua sợi 7m tỷ lệ bóng đá, một phần ánh sáng sẽ bị tán xạ ra ngoài sợi 7m tỷ lệ bóng đá sau một khoảng cách nhất định hoặc bị hấp thụ bởi các tạp chất có trong thủy tinh, dẫn đến suy giảm 7m tỷ lệ bóng đá học. Độ suy giảm 7m tỷ lệ bóng đá học cao khiến tín hiệu 7m tỷ lệ bóng đá khó truyền đi ở khoảng cách xa, dẫn đến đường truyền kém với chất lượng và độ tin cậy liên lạc thấp. (Bộ khuếch đại 7m tỷ lệ bóng đá được sử dụng để khôi phục các tín hiệu 7m tỷ lệ bóng đá bị suy giảm.) Vì vậy, việc đạt được sợi 7m tỷ lệ bóng đá có tổn thất thấp là thách thức kỹ thuật lớn nhất đối với nhóm kỹ thuật sợi 7m tỷ lệ bóng đá của Tập đoàn Điện Sumitomo. Masashi Onishi, hiện là Giám đốc Phòng Kế hoạch, Bộ phận Cáp 7m tỷ lệ bóng đá & Cáp, là một trong những kỹ sư.

"Để đạt được tổn thất thấp là cải thiện độ trong suốt của thủy tinh. Trong phương pháp VAD, chúng tôi đã cố gắng loại bỏ tạp chất càng nhiều càng tốt, nhưng germanium là một chất phụ gia thiết yếu đồng thời cũng là tạp chất. Một sợi 7m tỷ lệ bóng đá bao gồm lõi và lớp bọc. Phải có chênh lệch chiết suất giữa lõi và lớp bọc để truyền tín hiệu 7m tỷ lệ bóng đá qua sợi 7m tỷ lệ bóng đá. Để tăng chỉ số khúc xạ của lõi, việc thêm gecmani là điều không thể tránh khỏi. Tuy nhiên, Sumitomo Electric đang tìm cách đạt được độ tinh khiết cao của thủy tinh để giảm tổn thất tối đa. Vì vậy, những người đi trước của chúng ta đã nỗ lực phát triển sợi 7m tỷ lệ bóng đá không sử dụng germanium trong lõi. Để duy trì sự chênh lệch chiết suất, flo đã được thêm vào lớp bọc để giảm chiết suất và sợi 7m tỷ lệ bóng đá lõi silica tinh khiết không chứa germanium đã được phát triển. Sợi 7m tỷ lệ bóng đá mới này được đặt tên là sợi Z và được đưa vào thị trường vào năm 1986.”

Mức suy hao truyền dẫn điển hình của sợi 7m tỷ lệ bóng đá thông thường là 0,20 dB/km, trong khi của sợi Z là 0,154 dB/km ở cấp độ nghiên cứu và 0,17 dB/km ở cấp độ sản phẩm.* Sợi 7m tỷ lệ bóng đá có mức suy hao cực thấp này đã gây ngạc nhiên cho ngành truyền thông 7m tỷ lệ bóng đá học.

Cuối cùng, nhóm kỹ thuật đã tìm thấy trường mục tiêu lý tưởng cho sợi 7m tỷ lệ bóng đá có tổn hao thấp của họ. Đặc tính suy hao thấp đặc biệt có lợi cho các hệ thống thông tin liên lạc đường dài và trong số các hệ thống cáp ngầm dưới biển đó có quy mô lớn nhất. Năm 1988, cáp 7m tỷ lệ bóng đá được giới thiệu trên tuyến cáp xuyên Đại Tây Dương thứ 8 (TAT-8) và vào năm 1989, trên tuyến cáp xuyên Thái Bình Dương thứ 3 (TPC-3). Những phát triển này đã cải thiện đáng kể môi trường liên lạc, đưa liên lạc qua điện thoại quốc tế vào sử dụng rộng rãi. Nghiên cứu kỹ thuật tiếp tục được tiếp tục nâng cao hơn nữa công suất truyền tải, và vào năm 1992, tuyến cáp xuyên Thái Bình Dương thứ 4 dựa trên sợi Z (TPC-4) đã được xây dựng và tăng gấp đôi công suất truyền tải so với TPC-3. Cần nhấn mạnh rằng tầm quan trọng của cáp 7m tỷ lệ bóng đá có tổn thất thấp đã được công nhận rộng rãi mặc dù việc cải thiện công suất truyền dẫn không chỉ đạt được nhờ cáp 7m tỷ lệ bóng đá có tổn hao thấp mà còn nhờ sự tiến bộ trong các thiết bị 7m tỷ lệ bóng đá truyền/thu.

* dB (decibel) là đơn vị của tổn thất truyền tải. “0,17 dB/km” nghĩa là tổn thất 0,17 dB/km. Có thể ước tính tổn thất truyền tải của toàn bộ đường truyền bằng cách nhân nó với chiều dài của đường truyền.

Trong khi cáp 7m tỷ lệ bóng đá có tổn thất thấp được sử dụng cho cáp ngầm, một vấn đề mới bắt đầu xuất hiện: tán sắc màu. Bước sóng truyền 7m tỷ lệ bóng đá trở nên dài hơn từ 0,8 μm (micromet), 1,3 μm đến 1,55 μm với sự tiến bộ của laser bán dẫn. Đặc biệt, sự ra đời của băng tần 1,55 μm đã mang lại tác động không nhỏ. Băng tần 1,55 μm được coi là băng tần thích hợp nhất để truyền dẫn đường dài vì suy hao truyền dẫn của sợi 7m tỷ lệ bóng đá là thấp nhất trong băng tần. Sợi Z của Tập đoàn Sumitomo Electric có mức suy hao thấp nhất trong sợi 7m tỷ lệ bóng đá 1,55 μm, nhưng độ phân tán màu sắc của nó không đủ nhỏ trong dải 1,55 μm. Tán sắc màu là hiện tượng trong đó tốc độ truyền ánh sáng thay đổi theo bước sóng. Điều này gây ra sự mở rộng các xung ánh sáng ở một số bước sóng, từ đó hạn chế tổng số xung có thể được gửi trong một đơn vị thời gian và do đó gây khó khăn cho việc truyền công suất lớn. Nhóm nghiên cứu của Sumitomo Electric đã nỗ lực loại bỏ hiện tượng phân tán màu trong dải 1,55 μm mà không ảnh hưởng đến đặc tính tổn thất thấp.

"Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để kiểm soát và giảm thiểu sự phân tán màu sắc. Cần phải thay đổi cấu hình chiết suất của lõi và lớp bọc bằng cách sử dụng các chất phụ gia và từ đó thay đổi các đặc tính phân tán màu sắc. Chúng tôi đã làm việc rất nỗ lực nhưng tổn thất truyền tải vẫn tăng lên bất kể chúng tôi đã cố gắng thế nào. Thật không may, chúng tôi không còn lựa chọn nào khác ngoài việc từ bỏ quá trình phát triển."

Việc sử dụng sợi 7m tỷ lệ bóng đá trong cáp ngầm tiếp tục mở rộng, nhưng chúng khác với sợi 7m tỷ lệ bóng đá có tổn hao thấp mà sợi Z đạt được. Chúng được thiết kế để giảm thiểu sự phân tán màu sắc trong dải 1,55 μm bằng cách sử dụng germanium.

Hoạt động kinh doanh cáp 7m tỷ lệ bóng đá tàu ngầm của Tập đoàn Điện lực Sumitomo vẫn trì trệ trong khoảng 10 năm kể từ năm 2002 một phần do sự gián đoạn kinh tế trong ngành CNTT. Tuy nhiên, Tập đoàn đã nỗ lực không ngừng để phát triển sợi 7m tỷ lệ bóng đá có tổn thất cực thấp dựa trên niềm tin được truyền lại từ những người tiền nhiệm rằng sợi 7m tỷ lệ bóng đá có tổn thất thấp sẽ mang lại lợi ích đáng kể cho xã hội. Tình hình đã thay đổi hoàn toàn vào khoảng năm 2010 do sự ra đời của công nghệ kết hợp kỹ thuật số, được thiết kế để nhận tín hiệu 7m tỷ lệ bóng đá bị méo do tán sắc màu và bù lại độ méo bằng cách tính toán mạch xử lý tín hiệu. Khi công nghệ này được thiết lập để có thể triển khai về mặt thương mại, các yêu cầu về tán sắc màu đối với sợi 7m tỷ lệ bóng đá đã được giảm bớt đáng kể và việc giảm tổn thất truyền dẫn là rất cần thiết. Vào thời điểm này, Tập đoàn Điện lực Sumitomo đã bổ sung nguồn lực vào quá trình phát triển và nỗ lực đã mang lại kết quả vào năm 2013. Masaaki Hirano, người hiện đang làm việc tại Phòng Thị trường & Kỹ thuật, Bộ phận Cáp 7m tỷ lệ bóng đá & Cáp, là một trong những thành viên chủ chốt của dự án phát triển.

"Để giảm thiểu tổn thất truyền dẫn, chúng tôi tập trung vào việc cải thiện độ trong suốt của kính. Nhìn chung, chiết suất của sợi thủy tinh 7m tỷ lệ bóng đá được coi là đồng nhất, nhưng trong thực tế có sự dao động và không đồng nhất. Chúng tôi đã nỗ lực giảm thiểu sự dao động theo thứ tự nanomet. Chúng tôi tin rằng việc cải thiện độ trong suốt của kính bằng cách giảm thiểu sự dao động là cách duy nhất để đi."

Năm 2013, Hirano và các thành viên khác đã phát triển cáp 7m tỷ lệ bóng đá 0,154 dB/km ở cấp độ sản phẩm. Sợi 7m tỷ lệ bóng đá của Sumitomo Electric lại thu hút sự chú ý toàn cầu và hoạt động kinh doanh bắt đầu phục hồi đáng kể. Sự phát triển còn tăng tốc hơn nữa và vào năm 2017, họ đã đạt mức suy hao truyền tải 0,142 dB/km ở cấp độ nghiên cứu và 0,150 dB/km ở cấp độ sản phẩm, phá kỷ lục thế giới về tổn thất truyền dẫn của sợi 7m tỷ lệ bóng đá. Sự phát triển thành công của họ đã giúp thúc đẩy việc vận chuyển các sản phẩm cáp 7m tỷ lệ bóng đá có tổn thất thấp cho các dự án cáp ngầm. Cuối cùng, Sumitomo Electric đã giành được thị phần cao nhất trên thị trường cáp 7m tỷ lệ bóng đá tàu ngầm toàn cầu.

Những nỗ lực phát triển sợi 7m tỷ lệ bóng đá thế hệ tiếp theo cũng đang được tăng tốc. Takemi Hasegawa, người đang làm việc tại Phòng Truyền thông 7m tỷ lệ bóng đá học, Phòng thí nghiệm Truyền thông 7m tỷ lệ bóng đá học, là một trong những thành viên.

"Tại phòng thí nghiệm của chúng tôi, việc phát triển sợi 7m tỷ lệ bóng đá có tổn hao cực thấp là một chủ đề không bao giờ kết thúc. Chúng tôi sẽ phá kỷ lục thế giới hết lần này đến lần khác trong quá trình đáp ứng nhu cầu của khách hàng với chi phí và năng suất được cải thiện. Trong khi đó, khả năng truyền dẫn của cáp 7m tỷ lệ bóng đá đang đạt đến giới hạn lý thuyết. Để đối phó với vấn đề này, chúng tôi sẽ chấp nhận thử thách để phát triển các sản phẩm mới như đa lõi sợi 7m tỷ lệ bóng đá có số lượng lõi lớn hơn.”

Yasushi Koyano, người làm việc cho cả Bộ phận Cáp 7m tỷ lệ bóng đá và Cáp. và Phòng thí nghiệm Truyền thông 7m tỷ lệ bóng đá học, giám sát chặt chẽ các hoạt động R&D và xu hướng thị trường. Ông chịu trách nhiệm tăng cường sự hiện diện của Tập đoàn Sumitomo Electric trên thị trường cáp 7m tỷ lệ bóng đá toàn cầu.

"Điều quan trọng là phải đến thăm khách hàng và tổ chức các cuộc phỏng vấn để suy nghĩ về tầm nhìn tương lai. Rõ ràng, tổn thất thấp là công nghệ then chốt của sợi 7m tỷ lệ bóng đá của Sumitomo Electric, nhưng khách hàng yêu cầu cả chất lượng lẫn mức giảm tổng chi phí. Chúng tôi hy vọng sẽ dẫn đầu về công nghệ và cung cấp sợi 7m tỷ lệ bóng đá tốt nhất cho khách hàng. Chúng tôi sẽ tích cực mở ra các thị trường mới trên thế giới."

Sợi 7m tỷ lệ bóng đá của Tập đoàn Sumitomo Electric có lịch sử khoảng 40 năm. Onishi nói: “Nhiều người đi trước chưa bao giờ từ bỏ việc phát triển”. Sự cam kết và niềm tin của họ đã được truyền lại thành công cho chúng tôi. Những nỗ lực không ngừng để tạo ra những sản phẩm độc đáo dựa trên công nghệ gốc sẽ mở ra tương lai.