Switch quang học là gì? Nguyên lý hoạt động của Switch quang

Switch quang học là một công nghệ hiện đại trong lĩnh vực thiết bị nhập liệu và mạng viễn thông, nổi bật với khả năng sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu thay vì các tiếp điểm kim loại truyền thống. Với nguyên lý hoạt động dựa trên cảm biến ánh sáng, switch quang học không chỉ mang lại tốc độ phản hồi cực nhanh mà còn có độ bền vượt trội, giảm thiểu các vấn đề hao mòn và bụi bẩn thường gặp ở switch cơ học truyền thống. Chính nhờ những ưu điểm này, switch quang học đang trở thành lựa chọn hàng đầu trong các ứng dụng từ bàn phím cơ cao cấp đến hệ thống mạng hiện đại. Vậy Switch quang học là gì? Nguyên lý hoạt động của switch quang như thế nào?

Switch quang học là gì?

Switch quang học hay còn gọi là switch quang là thiết bị chuyển mạch trong hệ thống mạng, dùng để kết nối và truyền tải dữ liệu thông qua cáp quang và các module quang (SFP). Thay vì sử dụng tín hiệu điện như switch mạng truyền thống, switch quang truyền dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng, giúp tăng tốc độ truyền tải, mở rộng khoảng cách kết nối và giảm thiểu nhiễu tín hiệu.

Switch quang thường được trang bị các khe cắm module quang (SFP) hoặc tích hợp bộ thu phát quang SC/ST/FC, dùng để kết nối các thiết bị mạng trong môi trường đòi hỏi băng thông cao và khoảng cách truyền dẫn xa, như trong các mạng doanh nghiệp lớn, trung tâm dữ liệu, hoặc mạng viễn thông FTTx.

Cấu tạo của Switch quang học

Cấu tạo của switch quang học bao gồm 5 thành phần chính như sau:

• Top housing (vỏ trên): Đây là phần vỏ bên ngoài của switch, giúp bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi bụi bẩn, nước và các tác động vật lý. Đây cũng là nơi các sợi quang được kết nối và đầu vào của switch.
• Stem (thân trục): Là bộ phận quan trọng dùng để điều khiển tín hiệu quang học khi người dùng nhấn phím. Khi stem bị nhấn xuống, nó tạo ra khoảng hở hoặc thay đổi hướng ánh sáng để truyền tín hiệu.
• Cụm thấu kính (cụm ống kính): Có chức năng tập trung và định hướng tín hiệu ánh sáng đến các đường dẫn quang khác nhau bên trong switch.
• Bot housing (vỏ dưới): Phần đế của switch, nơi các sợi quang được kết nối và tín hiệu quang được truyền ra ngoài.
• Lò xo: Giúp cố định các bộ phận bên trong switch, đặc biệt là các thấu kính và stem, đảm bảo các thành phần không bị lỏng lẻo trong quá trình sử dụng và giúp stem trở về vị trí ban đầu sau khi nhấn.

Ngoài ra, switch quang học còn có hệ thống đèn LED tạo tín hiệu và bộ cảm biến nhận tín hiệu ánh sáng. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc stem khi bị nhấn sẽ tạo ra khoảng hở cho ánh sáng từ đèn LED truyền đến cảm biến, từ đó tạo ra tín hiệu điện tử thay vì dùng tiếp điểm cơ học như switch truyền thống

Tham khảo thêm >> Các sản phẩm switch CISCO

Nguyên lý hoạt động của switch quang học là gì?

Nguyên lý hoạt động của switch quang học dựa trên hai cơ chế chính: nguyên lý chặn ánh sáng và nguyên lý khúc xạ ánh sáng.

Nguyên lý chặn ánh sáng (đại diện là Razer):

Switch quang học sử dụng một đèn LED phát sáng và một bộ cảm biến nhận tín hiệu ánh sáng, hai bộ phận này luôn bị ngăn cách bởi thân trục (stem) của switch. Khi người dùng nhấn phím, stem sẽ di chuyển xuống tạo ra khoảng hở cho ánh sáng từ đèn LED truyền tới cảm biến. Việc ánh sáng đi qua bộ cảm biến sẽ tạo ra tín hiệu điện tử tương ứng, thay vì sử dụng tiếp điểm cơ học như switch truyền thống. Khi không nhấn, stem ngăn cản ánh sáng, tín hiệu không được truyền.

Nguyên lý khúc xạ ánh sáng (đại diện là Flaretech):

Nguyên lý này cũng sử dụng đèn LED và bộ cảm biến ánh sáng, nhưng thay vì chặn hoặc mở đường đi của ánh sáng, nó dùng một khối lăng kính gắn trên stem để thay đổi hướng đi của ánh sáng. Đèn LED luôn phát sáng nhưng ánh sáng không chiếu trực tiếp vào cảm biến. Khi stem bị nhấn xuống, lăng kính sẽ khúc xạ hoặc phản xạ ánh sáng tới bộ cảm biến, tạo ra tín hiệu. Cách này giúp phát hiện trạng thái phím bằng cách thay đổi đường đi của ánh sáng, không phải ngắt hoặc mở như nguyên lý chặn ánh sáng.

Tóm lại, switch quang học hoạt động dựa trên việc phát hiện sự thay đổi của tín hiệu ánh sáng do thao tác nhấn phím gây ra, thay thế hoàn toàn cơ chế tiếp điểm điện cơ học truyền thống. Điều này giúp switch quang học có độ bền cao hơn, giảm thiểu hiện tượng gỉ sét, bụi bẩn ảnh hưởng đến tiếp xúc, đồng thời tăng độ nhạy và tốc độ phản hồi phím

Ưu nhược điểm của Switch quang học

Dưới đây là những ưu điểm và nhược điểm của Switch quang học mà bạn cần biết

Ưu điểm của switch quang học

• Độ bền vượt trội: Switch quang học không có tiếp điểm kim loại cơ học nên loại bỏ hoàn toàn hao mòn, ma sát, gỉ sét và bụi bẩn, giúp tuổi thọ lên tới khoảng 100 triệu lần nhấn, gấp đôi hoặc hơn so với switch cơ học truyền thống.
• Tốc độ phản hồi cực nhanh: Nhờ sử dụng cảm biến ánh sáng, tín hiệu truyền đi chỉ mất khoảng 0.02–0.03 ms, nhanh hơn 150–250 lần so với switch cơ học (khoảng 5 ms), giúp tăng độ nhạy và chính xác, rất phù hợp cho game thủ và người dùng yêu cầu phản hồi nhanh.
• Độ chính xác cao: Cảm biến quang học giúp nhận biết chính xác các thao tác nhấn, kể cả những lần nhấn nhẹ, mang lại trải nghiệm gõ phím mượt mà và ổn định.
• Hoạt động êm ái, ít tiếng ồn: Cơ chế quang học giúp giảm tiếng ồn so với switch cơ học truyền thống, tạo cảm giác gõ thoải mái hơn.
• Khả năng tùy chỉnh điểm nhận phím: Một số switch quang học cho phép điều chỉnh cường độ ánh sáng để thay đổi điểm nhận phím, tạo ra nhiều mức tín hiệu khác nhau thay vì chỉ nhận hoặc không nhận phím.

Nhược điểm của switch quang học:

• Giá thành cao: Do công nghệ sản xuất phức tạp và vật liệu cao cấp, switch quang học có giá bán cao hơn nhiều so với switch cơ học truyền thống.
• Khả năng tùy chỉnh hạn chế: Thị trường switch quang học hiện còn ít mẫu mã và thương hiệu, nên người dùng có ít lựa chọn so với switch cơ học đa dạng.
• Cảm giác gõ mới lạ, cần làm quen: Một số người dùng có thể cảm thấy cảm giác gõ phím của switch quang học khác biệt so với switch cơ học truyền thống, đòi hỏi thời gian để thích nghi.

Bảng so sánh giữa Switch quang và Switch cơ

Dưới đây là bảng so sánh chi tiết giữa switch quang học và switch cơ truyền thống dựa trên các đặc điểm chính:

Tiêu chí	Switch Quang Học	Switch Cơ Truyền Thống
Nguyên lý hoạt động	Sử dụng cảm biến ánh sáng và đèn LED để phát hiện thao tác nhấn, không có tiếp điểm kim loại.	Dùng tiếp điểm kim loại (2 lá đồng) để đóng/mở mạch điện khi nhấn phím.
Độ bền	Rất cao, khoảng 100 triệu lần nhấn, do không có tiếp điểm cơ học nên giảm hao mòn.	Khoảng 50 triệu lần nhấn, có tiếp điểm kim loại dễ bị mòn, gỉ sét.
Tốc độ phản hồi	Rất nhanh, khoảng 0.02 ms, nhanh hơn 250 lần so với switch cơ.	Khoảng 5 ms, chậm hơn switch quang học.
Cảm giác gõ	Vận hành trơn mượt, nhẹ nhàng do giảm ma sát (chỉ còn ma sát giữa stem và housing).	Có cảm giác trì do ma sát giữa stem, housing và tiếp điểm kim loại.
Tiếng ồn	Thường êm hơn, ít tiếng ồn hơn do không có tiếp điểm cơ học.	Tiếng ồn tùy loại switch, có thể khá lớn khi tiếp điểm va chạm.
Giá thành	Cao hơn do công nghệ mới, sản xuất phức tạp và ít đa dạng mẫu mã.	Thấp hơn, đa dạng mẫu mã và thương hiệu, dễ tìm mua.
Khả năng sửa chữa	Hạn chế, ít tài liệu và phụ kiện thay thế, khó sửa chữa.	Dễ sửa chữa, nhiều hướng dẫn và phụ kiện thay thế có sẵn.
Độ phổ biến	Mới, chủ yếu trên bàn phím tầm trung và cao cấp.	Rộng rãi, phổ biến trong nhiều loại bàn phím từ giá rẻ đến cao cấp.

Trên đây là những nội dung về Switch quang học là gì mà Digitech JSC muốn chia sẻ với bạn. Switch quang học là bước tiến công nghệ quan trọng, đem lại hiệu suất tối ưu và độ bền cao cho các thiết bị sử dụng. Nhờ việc thay thế cơ chế tiếp điểm kim loại bằng cảm biến ánh sáng, switch quang học không chỉ nâng cao tốc độ phản hồi và độ chính xác mà còn giảm thiểu các lỗi do hao mòn cơ học. Với sự phát triển không ngừng, switch quang học hứa hẹn sẽ tiếp tục mở rộng ứng dụng và trở thành tiêu chuẩn mới trong các hệ thống bàn phím cơ và mạng quang hiện đại