Trong kỷ nguyên số không ngừng phát triển như ngày nay, sợi quang trong mạng lưới viễn thông toàn cầu đóng một vai trò quan trọng trong mọi hoạt động và dường như chưa có giải pháp thay thế nó hoàn toàn. Bên cạnh đó, mạng lưới cáp quang trong quá trình hoạt động cũng không thể tránh khỏi các sự cố. Do vậy, việc xác định nhanh chóng và chính xác vị trí của những lỗi này là một thách thức khổng lồ đối với các kỹ sư vận hành. Hiện này, công nghệ đo phản xạ quang học theo miền thời gian (Optical Time-Domain Reflectometry - OTDR) được xem là một công cụ chẩn đoán không thể thiếu dành cho các kỹ sư và kỹ thuật viên vận hành mạng.

Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của OTDR

Về bản chất, một máy OTDR được xem là một hệ thống radar dành riêng cho sợi quang. Về nguyên lý hoạt động, một mày OTDR hoạt động bằng cách gửi một xung laser công suất cao và có độ rộng rất ngắn vào một đầu của sợi quang cần kiểm tra. Tiếp đó, khi xung ánh sáng này di chuyển dọc theo chiều dài của sợi quang thì một phần rất nhỏ của ánh sáng sẽ bị tán xạ ngược trở lại do hiện tượng tán xạ Rayleigh. Do đó, khi xung ánh sáng gặp phải bất kỳ vấn đề nào như đầu nối, mối hàn, điểm uốn cong hay điểm đứt gãy thì một phần ánh sáng sẽ bị phản xạ ngược lại. Ngày nay, mỗi máy OTDR đều được trang bị một bộ dò cực nhạy để thu nhận và phân tích tín hiệu ánh sáng quay trở lại này. Cũng chính nhờ vậy, máy OTDR có thể tính toán được khoảng cách đến hiện tượng đó với độ chính xác cao bằng cách đo chính xác khoảng thời gian từ lúc xung được phát đi cho đến khi tín hiệu trở về.

Cách đọc và phân tích đồ thị OTDR

Thông thường, kết quả đo của OTDR sẽ được trình bày dưới dạng một đồ thị trực quan gọi là OTDR trace. Trong đó, trục tung của đồ thị sẽ biểu diễn mức suy hao công suất của tín hiệu ( đơn vị là dB) trong khi trục hoành của đồ thị sẽ biểu diễn khoảng cách (đơn vị là km hoặc m). Do đó, một kỹ sư vận hành có có thể đọc đồ thị này để chẩn đoán sức khỏe của sợi quang. Cũng trong chính đồ thị này, các kỹ sư sẽ nhận thấy một đường thẳng dốc xuống từ từ thể hiện sự suy hao tự nhiên của tín hiệu. Bên cạnh đó, một đỉnh nhọn vọt lên thường là dấu hiệu của một sự kiện phản xạ như đầu nối hoặc điểm cuối của sợi quang. Ngược lại, nếu người quan sát nhận ra một bước sụt giảm đột ngột trên đồ thị mà không có đỉnh phản xạ thì sẽ là một sự kiện như một mối hàn nóng chảy chất lượng tốt hoặc một điểm bị uốn cong quá mức.

Ứng dụng của OTDR trong việc định vị sự cố

Ngày nay, ứng dụng quan trọng và phổ biến nhất của OTDR sẽ là việc định vị sự cố. Do đó, khi một tuyến cáp quang bị gián đoạn dịch vụ, thay vì phải huy động nhân lực đi kiểm tra từng mét trên toàn bộ tuyến cáp thì các kỹ sư vận hành chỉ cần kết nối máy OTDR vào một đầu của tuyến cáp. Trong vài phút sau đó, máy sẽ hiển thị đồ thị cho thấy chính xác khoảng cách đến điểm đứt gãy hoặc điểm gây suy hao lớn. Các thông tin này sẽ cho phép các kỹ sư sửa chữa khoanh vùng và tiếp cận trực tiếp vị trí sự cố và rút ngắn đáng kể thời gian khắc phục và khôi phục dịch vụ.

OTDR được ứng dụng trong việc nghiệm thu và bảo trì mạng

Ngày nay, bên cạnh việc phát hiện vị trí sự cố thì OTDR còn đóng vai trò cốt yếu trong việc đặc tính hóa và nghiệm thu sợi quang mới lắp đặt. Cụ thể, một phép đo OTDR sẽ cung cấp một trạng thái tham chiếu ban đầu cho tuyến cáp bao gồm các thông tin quan trọng như tổng suy hao, suy hao tại từng mối hàn và đầu nối. Sau đó, các thông số này được so sánh với tiêu chuẩn thiết kế để đảm bảo chất lượng thi công. Hơn nữa, các thông số trong trạng thái tham chiếu này sẽ được lưu trữ để so sánh trong các lần bảo trì định kỳ tiếp theo nhằm giúp phát hiện sớm các dấu hiệu suy giảm chất lượng trước khi chúng trở thành sự cố nghiêm trọng.

Các thông số quan trọng của OTDR

Thông thường, để sử dụng OTDR một cách hiệu quả thì người dùng sẽ cần hiểu rõ về các thông số cài đặt như dải động để quyết định khoảng cách đo tối đa, hay độ rộng xung để xem xét ảnh hưởng đến độ phân giải. Tuy nhiên, ngày nay OTDR vẫn tồn tại một hạn chế lớn đó là một khoảng mù ngay sau mỗi sự kiện phản xạ. Khoảng mù này được hiểu đơn giản là nơi các sự kiện khác không thể được phát hiện. Chính vì vậy, các lỗi hoặc đầu nối nằm quá gần nhau trên dây cáp quang có thể bị bỏ sót trong quá trình phản xạ. Do đó, việc sử dụng cáp phóng (launch cable) ở đầu tuyến cáp là một thông lệ bắt buộc để có thể đo và đặc tính hóa được đầu nối đầu tiên của tuyến.

Kết luận

Nhìn chung, Optical Time-Domain Reflectometry hay OTDR không chỉ đơn thuần là một thiết bị đo lường mà là một công cụ chẩn đoán mạnh mẽ hoạt động như một hệ thống radar tinh vi cho hạ tầng cáp quang. Cũng nhờ vậy, nó đóng vai trò trung tâm trong toàn bộ vòng đời của một tuyến cáp, bắt đầu từ việc chứng nhận chất lượng lắp đặt ban đầu, định vị chính xác các sự cố đứt gãy hay suy hao đột ngột cho đến việc thực hiện bảo trì chủ động bằng cách so sánh và phát hiện sự xuống cấp theo thời gian. Trong bối cảnh bùng nổ của các công nghệ đòi hỏi băng thông cao như 5G, Internet vạn vật (IoT) hay điện toán đám mây như ngày nay thì việc đảm bảo sự toàn vẹn và hiệu suất của mạng lưới quang là yếu tố không thể thiếu. Do đó, OTDR được xem là một khoản đầu tư thiết yếu giúp các nhà khai thác tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành, giảm thiểu tối đa thời gian ngừng hoạt động. Cuối cùng, các ứng dụng trong OTDR đã mang lại một mạng lưới ổn định, đáng tin cậy, đảm bảo cho dòng chảy thông tin của xã hội số luôn được thông suốt và không gián đoạn.