Đo suy hao quang là phép đo nền tảng của mọi nhà máy sản xuất linh kiện quang và mọi phòng thí nghiệm quang tử. Nó trả lời một câu hỏi rất đơn giản: ánh sáng đi vào linh kiện là bao nhiêu, đi ra còn bao nhiêu, và phần chênh lệch đó thay đổi thế nào theo bước sóng. Đơn giản về nguyên lý, nhưng khi một sản phẩm có tám, mười sáu hay ba mươi hai đường ra thì cách bạn tổ chức phép đo sẽ quyết định năng suất của cả dây chuyền.
Bài viết này đi qua quy trình đo suy hao chèn (insertion loss – IL) theo bước sóng, giải thích vì sao máy đo công suất quang đa cổng rút ngắn thời gian đo xuống nhiều lần, và giúp bạn chọn giữa hai cấu hình phổ biến nhất của Keysight là N7744C bốn cổng và N7745C tám cổng.
Đo suy hao quang là gì và vì sao nó quan trọng với nhà máy Việt Nam?
Suy hao chèn là tỉ số giữa công suất quang ra và công suất quang vào của một linh kiện, tính bằng decibel. Một bộ chia PON 1×8 lý tưởng đã mất khoảng 9 dB chỉ vì chia công suất cho tám đường; phần vượt quá con số lý thuyết đó mới là suy hao thực do vật liệu, mối hàn và sai lệch chế tạo gây ra. Ngưỡng chấp nhận của khách hàng thường chỉ rộng vài phần mười dB, nên phép đo phải đủ chính xác và đủ lặp lại để phân định đạt hay không đạt.
Bối cảnh thị trường khiến việc này ngày càng đáng tiền. Theo Cục Thống kê, xuất khẩu điện tử, máy tính và linh kiện của Việt Nam năm 2025 đạt 107,7 tỷ USD, là nhóm hàng xuất khẩu đầu tiên vượt mốc 100 tỷ USD và chiếm 22,7% tổng kim ngạch xuất khẩu. Khi chuỗi cung ứng quang – từ sợi, bộ chia, bộ ghép kênh cho tới module quang – dịch chuyển về Việt Nam, năng lực đo kiểm tại chỗ trở thành điều kiện để nhận đơn hàng, không còn là khoản đầu tư có cũng được.
Đo suy hao quang diễn ra thế nào?
Một phép đo suy hao quang theo bước sóng đầy đủ gồm bốn bước: lấy mức tham chiếu khi chưa có linh kiện, quét bước sóng bằng nguồn laser điều chỉnh, đo đồng thời mọi cổng ra, rồi dựng đường suy hao theo bước sóng.
Điểm hay bị bỏ qua nằm ở bước đầu tiên. Vì suy hao là một phép so sánh, sai số của mức tham chiếu sẽ đi thẳng vào kết quả cuối. Cảm biến cần được zero để trừ dòng tối trước khi đo; Keysight có sẵn adapter zero một chạm N7740ZI để zero cả bốn cổng cùng lúc thay vì thao tác từng cổng. Với N7744C và N7745C, sai số là ±2,5% ở điều kiện tham chiếu (sợi đơn mode 9 µm, mức công suất −20 đến 0 dBm, đúng ngày hiệu chuẩn) và ±4,5% tổng cộng ở điều kiện vận hành — trong vòng một năm kể từ ngày hiệu chuẩn, dải công suất −60 đến +10 dBm, chưa tính nhiễu và trôi offset. Sang năm thứ hai cộng thêm ±0,3%.
Bước thứ hai giải thích vì sao không thể đo tại một bước sóng duy nhất. Linh kiện WDM có đặc tuyến suy hao gợn theo bước sóng: đo đúng tại đỉnh thì linh kiện “đạt”, đo lệch vài nanomet thì trượt. Vì vậy hồ sơ chất lượng của một bộ ghép kênh luôn là một đường cong, không phải một con số. Cảm biến InGaAs của hai máy này phủ 1250 – 1650 nm, trong đó dải được công bố đặc tính là 1250 – 1625 nm, tức trùm cả băng O, E, S, C và L.
Cần nói rõ một giới hạn để tránh hiểu nhầm: bản thân máy đo công suất không tự quét bước sóng. Nó bám theo nguồn laser điều chỉnh. Và để đo thêm PDL (suy hao phụ thuộc phân cực) hay PMD, hệ thống còn cần bộ tổng hợp phân cực cùng bộ phần mềm ứng dụng quang tử của Keysight — công cụ tính IL/PDL trong bộ phần mềm này ghép được tối đa ba dải laser điều chỉnh. Máy đo công suất đứng một mình không làm được những phép đo đó.
Vì sao đo suy hao quang đa cổng nhanh hơn hẳn đo tuần tự?
Với một máy đo công suất một kênh, phép đo suy hao quang phải làm tuần tự: mỗi đường ra của linh kiện được đấu vào rồi tháo ra lần lượt. Một bộ chia 1×8 vì thế cần tám lượt đo và tám lần tháo lắp connector. Vấn đề không chỉ là thời gian: mỗi lần cắm rút lại đưa vào một sai số đấu nối mới, các sai số này cộng dồn, và bề mặt ferrule thì mòn dần sau vài nghìn lần thao tác.
Máy đa cổng đảo ngược bài toán: linh kiện được đấu một lần vào tám cảm biến rồi đo hết trong một lần quét. Kết nối dùng quad-adapter N7740 gắn nhanh theo cơ chế snap-on, hỗ trợ các chuẩn đầu nối FC, SC, LC, MU và cả sợi trần. Vì bốn sợi được gá vào quad-adapter ở tư thế thoải mái rồi mới gắn lên máy, thao tác này có thể làm ngay cả khi máy đang đo một linh kiện khác.
Đây là lý do một trạm đo suy hao quang hiện đại gần như luôn được dựng quanh máy đa cổng. Về mặt số liệu, mỗi cổng lấy trung bình từ 1 µs đến 10 s, ghi tới 1 triệu điểm trên mỗi cổng và thu dữ liệu tới 1 triệu mẫu mỗi giây trên mỗi cổng — đủ nhanh để bám kịp một lần quét bước sóng liên tục. Độ lệch giữa các cổng điển hình là ±0,05 dB, với điều kiện các cổng nằm trên cùng một khối bốn cảm biến và đo ở cùng bước sóng. Đây chính là con số quyết định khi bạn cần so sánh tám đường ra của cùng một bộ chia với nhau.
Nên chọn N7744C bốn cổng hay N7745C tám cổng?
Hai máy giống hệt nhau về đặc tính đo và chỉ khác số cổng cảm biến, nên lựa chọn hoàn toàn dựa vào số cổng của linh kiện bạn sản xuất.
Vài thông số nên đọc kèm điều kiện đo, vì đây là chỗ dễ trích dẫn sai nhất. Dải công suất mỗi cổng là −80 đến +10 dBm, mức vào an toàn tối đa +16 dBm. Dải động khi ghi log — Keysight công bố đây là giá trị điển hình, không phải trị số bảo đảm — đạt trên 64 dB nếu lấy trung bình 1 ms ở thang −10 dBm; nếu ép tốc độ xuống 1 µs thì cùng thang đó chỉ còn trên 46 dB. Tương tự, băng thông đáp ứng 250 kHz là tần số cắt 3 dB đo ở thời gian lấy trung bình 1 µs và cũng là giá trị điển hình; con số đó chỉ có ở các thang từ −10 đến +10 dBm, thang −20 dBm còn 130 kHz và thang −30 dBm chỉ còn 10 kHz. Nói cách khác, bạn đánh đổi giữa tốc độ và dải động, và con số đẹp nhất không tồn tại đồng thời với con số nhanh nhất.
Cả hai máy đều cao 1U, rộng nửa rack (420 × 212 × 43 mm, 3 kg), điều khiển qua LAN và USB với giao diện web mở thẳng trên trình duyệt. Nếu chưa có mạng LAN tại trạm đo, cắm USB thì máy hiện ra như một ổ đĩa mới và mở giao diện qua kết nối RNDIS. Ngoài ra còn có bản N7742C có ngõ ra analog cho các bài toán cần tín hiệu ra tương tự phục vụ căn chỉnh.
Nguồn laser điều chỉnh đóng vai trò gì trong phép đo?
Nếu máy đo công suất là “mắt” thì nguồn laser điều chỉnh là “đèn”. Muốn có đường suy hao theo bước sóng, bạn cần một nguồn quét được liên tục qua dải cần khảo sát với công suất ổn định và độ rộng phổ hẹp.
Keysight N7711A một cổng là nguồn dạng máy độc lập cao 1U, rộng nửa rack. Bản bốn cổng cùng họ (N7714A) đã được Keysight đánh dấu ngừng sản xuất, nên với một dây chuyền mới, hãy hỏi Techmaster về cấu hình nguồn quét đang bán thay vì đặt lại đời cũ. Dòng này có phiên bản phủ băng C hoặc băng L — thiết bị trong ảnh trên là bản băng L, nhận biết qua đèn báo “L-Band” trên mặt máy. Đây là chi tiết cần xác nhận khi đặt hàng, vì băng C và băng L là hai cấu hình riêng chứ không phải một máy chuyển qua lại được.
Ghép nguồn quét với máy đo đa cổng chính là cấu hình chuẩn cho đo IL và PDL theo phổ mà Keysight mô tả trong tài liệu kỹ thuật: nguồn quét bước sóng, các cổng cảm biến ghi đồng thời, phần mềm ghép hai luồng dữ liệu lại thành đường đặc tuyến.
Còn đo bước sóng và xem dạng sóng quang thì dùng gì?
Đo suy hao quang chỉ là một mảnh của bức tranh đo kiểm quang, và một xưởng hoàn chỉnh thường cần thêm vài phép đo nữa bên cạnh phép đo suy hao quang thường quy. Hai phép đo hay đi kèm:
- Đo bước sóng và OSNR: khi cần biết chính xác laser đang phát ở bước sóng nào và các kênh WDM có nằm đúng lưới hay không, dùng máy đo bước sóng đa kênh Keysight 86122C.
- Xem dạng sóng quang trên máy hiện sóng: bộ chuyển đổi quang–điện N7004A cắm thẳng vào giao diện đầu dò của máy hiện sóng Infiniium, cho phép quan sát dòng bit quang trên miền thời gian.
Khi bài toán chuyển sang đo tuân thủ máy phát quang — biểu đồ mắt, TDEC và TDECQ — thì công cụ đúng lại là máy hiện sóng lấy mẫu, chủ đề đã được trình bày riêng trong bài đo kiểm module quang tốc độ cao bằng máy hiện sóng lấy mẫu. Với các liên kết điện tốc độ cao, phép đo tương ứng là đo tỉ lệ lỗi bit và kiểm tra bộ thu. Còn khi cần đặc tính hóa linh kiện theo tham số S, xem thêm bài về máy phân tích mạng vector.
Thiết bị đo quang đời trước có nên tiếp tục đầu tư?
Đây là câu hỏi thực tế với nhiều phòng lab Việt Nam, vì các khung đo quang Lightwave đã phục vụ hàng chục năm và vẫn đang chạy tốt. Cần phân biệt rõ hai chuyện: máy còn dùng được và máy còn nên mua mới.
Trên trang sản phẩm chính thức, Keysight đã đánh dấu ngừng sản xuất với khung 8164B và khung 8163B; bộ suy hao quang biến đổi 81577A cũng bị đánh dấu ngừng sản xuất, còn máy phân tích phổ quang 86142B thì nặng hơn một mức — Keysight đánh dấu lỗi thời (Obsolete). Máy đang vận hành vẫn tiếp tục dùng được, nhưng không nên chọn chúng làm nền tảng cho một dây chuyền mới hoặc một dự án dài hạn.
Điểm dễ chịu khi chuyển đổi: mã lập trình của N7744C và N7745C vẫn tương thích với nền tảng Lightwave, nên phần mềm đo và kịch bản tự động hóa đã viết trước đây không phải làm lại từ đầu.
Hiệu chuẩn và hỗ trợ tại Việt Nam
Một hệ đo suy hao quang mất chuẩn sẽ âm thầm cho ra số liệu sai — không báo lỗi, không dừng máy, chỉ đơn giản là các lô hàng bị đánh giá nhầm. Keysight khuyến nghị chu kỳ hiệu chuẩn lại 2 năm cho N7744C và N7745C — nhưng lưu ý sai số công bố cộng thêm ±0,3% ở năm thứ hai, nên nếu ngưỡng đạt/không đạt của bạn chỉ rộng vài phần mười dB thì rút chu kỳ về 1 năm là lựa chọn an toàn hơn. Techmaster là nhà phân phối ủy quyền của Keysight tại Việt Nam và cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025, nên thiết bị không phải gửi ra nước ngoài và thời gian dừng máy được rút ngắn đáng kể.
Bạn có thể xem toàn bộ danh mục thiết bị Keysight do Techmaster phân phối, hoặc liên hệ Techmaster để được tư vấn cấu hình đo suy hao quang phù hợp với sản phẩm và sản lượng của nhà máy. Thông số kỹ thuật đầy đủ có trong trang sản phẩm N7745C của Keysight và tài liệu kỹ thuật N7744C/N7745C.
Bài này tập trung vào chính phép đo suy hao trên máy đa cổng. Nếu bạn còn đang cân nhắc kiến trúc — mua máy đa cổng N7744C/N7745C hay mua khung Lightwave 8163B/8164B rồi cắm mô-đun cảm biến — thì xem bài chọn máy đo công suất quang: máy đa cổng hay khung cắm mô-đun, trong đó có bảng so sánh dải bước sóng, dải công suất, tốc độ và số kênh của cả hai nhánh.
Câu hỏi thường gặp về đo suy hao quang
Đo suy hao quang cần những thiết bị gì?
Tối thiểu cần một nguồn sáng và một máy đo công suất quang. Để dựng đường suy hao theo bước sóng cho linh kiện WDM, cấu hình chuẩn gồm nguồn laser điều chỉnh quét bước sóng (ví dụ Keysight N7711A) và máy đo công suất quang đa cổng (N7744C bốn cổng hoặc N7745C tám cổng) để ghi đồng thời mọi đường ra. Nếu cần đo thêm PDL hoặc PMD, hệ thống phải có bộ tổng hợp phân cực và bộ phần mềm ứng dụng quang tử của Keysight — máy đo công suất đứng một mình không thực hiện được các phép đo này.
Vì sao phải quét bước sóng thay vì đo tại một bước sóng cố định?
Vì suy hao của bộ ghép kênh, bộ chia hay bộ lọc mỏng đều gợn theo bước sóng. Đo đúng tại đỉnh đặc tuyến thì linh kiện được đánh giá là đạt, đo lệch vài nanomet thì cùng linh kiện đó có thể trượt. Hồ sơ chất lượng của linh kiện WDM vì vậy luôn là một đường cong theo bước sóng chứ không phải một con số đơn lẻ. Cảm biến InGaAs của N7744C và N7745C phủ 1250 – 1650 nm, trong đó dải được công bố đặc tính là 1250 – 1625 nm.
Máy đo công suất quang Keysight N7745C đo được dải bao nhiêu?
Dải công suất mỗi cổng là −80 dBm đến +10 dBm, mức vào an toàn tối đa +16 dBm. Dải động khi ghi log là giá trị điển hình: trên 64 dB nếu lấy trung bình 1 ms ở thang −10 dBm; nếu rút thời gian lấy trung bình xuống 1 µs thì cùng thang đó còn trên 46 dB. Thời gian lấy trung bình đặt được từ 1 µs đến 10 s, và độ lệch giữa các cổng điển hình là ±0,05 dB khi các cổng thuộc cùng một khối bốn cảm biến và đo ở cùng bước sóng.
Bao lâu phải hiệu chuẩn lại máy đo công suất quang?
Keysight khuyến nghị chu kỳ hiệu chuẩn lại 2 năm cho N7744C và N7745C. Ngoài ra, cảm biến cần được zero để trừ dòng tối trước mỗi phiên đo, và nên lấy lại mức tham chiếu mỗi khi thay đổi cấu hình dây đo. Techmaster cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 tại Việt Nam nên thiết bị không phải gửi ra nước ngoài.
Ở đầu phát của cùng hệ đo này, việc chọn nguồn sáng cũng quan trọng không kém: xem thêm bài nguồn laser điều chỉnh bước sóng cho đo kiểm linh kiện quang để biết cách so dải bước sóng, tốc độ quét, độ lặp lại và mức phát xạ tự phát giữa các model.
