Qual o fenômeno físico que explica a transmissão da luz pelo interior da fibra óptica?

CONCEITO DE ONDAS

���� � a manifesta��o de um fen�meno f�sico no qual uma fonte pertubadora fornece energia a um sistema e essa energia desloca-se atrav�s dos pontos deste sistema. Observemos a propaga��o de um impulso em uma corda:

���� A onda n�o se movimenta mas sim a energia fornecida pela fonte pertubadora, neste caso pela m�o.

Ondas podem ser unidimensionais, bidimensionais ou tridimensionais dependo da dire��o de propaga��o.

��� O comprimento da onda corresponde ao per�odo temporal T, ou seja, o per�odo em que ela se repete.

��� Conhecendo-se a velocidade de propaga��o, caracterizamos uma onda pela sua freq��ncia ou atrav�s de seu comprimento por: v=l.f

A LUZ COMO FEN�MENO

���� Duas teorias explicam atualmente a natureza da luz: teoria corpuscular e a teoria ondulat�ria. A teoria ondulat�ria, define a luz como campos eletromagn�ticos propagando-se no espa�o. Explica fen�menos como reflex�o, refra��o, difra��o etc.

A teoria corpuscular, define a luz como pacotes de energia denominados f�tons. Explica fen�menos como efeito Compton e o desvio de raios luminosos que passem perto de corpos celestes.

�NDICE DE REFRA��O

���� � a grandeza que expressa a raz�o entre a velocidade da luz no v�cuo e a velocidade da luz no meio em que ela se propaga.� � definida por n=c/v, onde

�      c � a velocidade da luz no v�cuo

�      v � a velocidade da luz no meio em quest�o

Nas fibras �pticas o ind�ce de refra��o poder� provocar disper��o do impulso luminoso, limitando a capacidade de transmiss�o. Este fen�meno explica a decomposi��o da luz branca no prisma e a forma��o do arco-ir�s.

Ex: v�cuo n=1,0; �gua n=1,3; vidro n=1,5; diamantes n=2,0.

REFLEX�O E REFRA��O

���� Ao incidir em uma superf�cie de separa��o de dois meios de �ndice de refra��o diferentes, uma parcela da energia ser� refletida enquanto outra parcela se propagar� atrav�s do meio de transmiss�o. Ao passar para o meio de transmiss�o, a onda sofre um desvio na sua dire��o caracterizado ent�o pela Lei de Snell: ni.senqi=nt.senqt

�NGULO CR�TICO E REFLEX�O INTERNA TOTAL

���� Quando um raio de luz muda de um meio que tem �ndice de refra��o maior para um meio que tem �ndice de refra��o menor, a dire��o da onda transmitida afasta-se da normal. A medida que aumentamos o �ngulo de incid�ncia i, o �ngulo do raio refratado tende a 90o. Quando isso acontece, o �ngulo de incid�ncia recebe o nome de �ngulo cr�tico. Uma incid�ncia com �ngulo maior do que este sofre o fen�meno da reflex�o interna total.

FIBRAS �PTICAS

���� Uma fibra �ptica � um capilar formado por materiais cristalinos e homog�neos, transparentes� o bastante para guiar um feixe de luz (vis�vel ou infravermelho) atrav�s de um trajeto qualquer. A estrutura b�sica desses capilares s�o cilindros conc�ntricos com determinadas espessuras e com �ndices de refra��o tais que permitam o fen�meno da reflex�o interna total. O centro (miolo) da fibra � chamado de n�cleo e a regi�o externa � chamada de casca. Para que ocorra o fen�meno da reflex�o interna total � necess�rio que o �ndice de refra��o do n�cleo seja maior que o �ndice de refra��o da casca. Os tipos b�sicos de fibras �pticas s�o:

�      fibra de �ndice degrau

�      fibra de �ndice gradual

�      fibra monomodo

FIBRA DE �NDICE DEGRAU (STEP INDEX)

���� Este tipo de fibra foi o primeiro a surgir e � o tipo mais simples. Constitui-se basicamente de um �nico tipo de vidro para compor o n�cleo, ou seja, com �ndice de refra��o constante. O n�cleo pode ser feito de v�rios materiais como pl�stico, vidro, etc. e com dimens�es que variam de 50 a 400 mm, conforme o tipo de aplica��o.

���� A casca, cuja a fun��o b�sica de garantir a condi��o de aguiamento da luz pode ser feita de vidro, pl�stico e at� mesmo o pr�prio ar pode atuar como casca (essas fibras s�o chamadas de bundle).

���� Essas fibras s�o limitadas quanto � capacidade de transmiss�o. Possuem atenua��o elevada (maior que 5 dB/km) e pequena largura de banda (menor que 30 MHz.km) e s�o utilizadas em transmiss�o de dados em curtas dist�ncias e ilumina��o.

FIBRA DE �NDICE GRADUAL (GRADED INDEX)

���� Este tipo de fibra tem seu n�cleo composto por vidros especiais com diferentes valores de �ndice de refra��o, os quais tem o objetivo de diminuir as diferen�as de tempos de propaga��o da luz no n�cleo, devido aos v�rios caminhos poss�veis que a luz pode tomar no interior da fibra, diminuindo a dispers�o do impulso e aumentando a largura de banda passante da fibra �ptica.

���� A varia��o do �ndice de refra��o em fun��o do raio do n�cleo obedece � seguinte equa��o n(r)=n1.(1-(r/a)a.D), onde

�      n(r) � o �ndice de refra��o do ponto r

�      n1 � o �ndice de refra��o do n�cleo

�      r � a posi��o sobre o raio do n�cleo

�      a � o coeficiente de optimiza��o

�      D � a diferen�a entre o �ndice de refra��o da casca e do n�cleo

���� Os materiais tipicamente empregados na fabrica��o dessas fibras s�o s�lica pura para a casca e s�lica dopada para o n�cleo com dimens�es t�picas de 125 e 50 mm respectivamente. Essas fibras apresentam baixas atenua��es (3 db/km em 850 nm) e capacidade de transmiss�o elevadas. S�o, por esse motivo, empregadas em telecomunica��es.

FIBRA MONOMODO

���� Esta fibra, ao contr�rio das anteriores, � constru�da de tal forma que apenas o modo fundamental de distribui��o eletromagn�tica (raio axial) � guiado, evitando assim os v�rios caminhos de propaga��o da luz dentro do n�cleo, consequentemente diminuindo a dispers�o do impulso luminoso.

���� Para que isso ocorra, � necess�rio que o di�metro do n�cleo seja poucas vezes maior que o comprimento de onda da luz utilizado para a transmiss�o. As dimens�es t�picas s�o 2 a 10 mm para o n�cleo e 80 a 125 mm para a casca. Os materiais utilizados para a sua fabrica��o s�o s�lica e s�lica dopada.

���� S�o empregadas basicamente em telecomunica��es pois possuem baixa atenua��o (0,7 dB/km em 1300 nm e 0,2 dB/km em 1550 nm) e grande largura de banda (10 a 100 GHz.km).

ABERTURA NUM�RICA

���� � um par�metro b�sico para fibras multimodos (degrau e gradual) que representa o �ngulo m�ximo de incid�ncia que um raio deve ter, em rela��o ao eixo da fibra, para que ele sofra a reflex�o interna total no interior do n�cleo e propague-se ao longo da fibra atrav�s de reflex�es sucessivas.

MODOS DE PROPAGA��O

���� Quando tratamos a luz pela teoria ondulat�ria, a luz � regida pelas equa��es de Maxwell. Assim, se resolvermos as equa��es de Maxwell para as condi��es (chamadas condi��es de contorno) da fibra, que � um guia de onda, tais como di�metro do n�cleo, comprimento de onda, abertura num�rica, etc. encontramos um certo n�mero de solu��es finitas. Dessa maneira, a luz que percorre a fibra �ptica n�o se propaga aleatoriamente, mas � canalizada em certos modos.

���� Modo de propaga��o �, portanto, uma onda com determinada distribui��o de campo eletromagn�tico que satisfaz as equa��es de Maxwell e que transporta uma parcela individual (mas n�o igual) da energia luminosa total transmitida. Esses modos podem ser entendidos e representados como sendo os poss�veis caminhos que a luz pode ter no interior do n�cleo.

PROPRIEDADES DAS FIBRAS �PTICAS

���� A fibra �ptica apresenta certas caracter�sticas particulares, que podemos tratar como vantagens, quando comparadas com os meios de transmiss�o formados por condutores met�licos, tais como

�      imunidade a ru�dos externos em geral e interfer�ncias eletromagn�ticas em particular, como as causadas por descargas atmosf�ricas e instala��es el�tricas de altas tens�es;

�      imunidade a interfer�ncias de freq��ncias de r�dio de esta��es de r�dio e radar, e impulsos eletromagn�ticos causados por explos�es nucleares;

�      imune a influ�ncia do meio ambiente, como por exemplo umidade;

�      aus�ncia de diafonia;

�      grande confiabilidade no que diz respeito ao sigilo das informa��es transmitidas;

�      capacidade de transmiss�o muito superior a dos meios que utilizam condutores met�licos;

�      baixa atenua��o, grandes dist�ncias entre pontos de regenera��o;

�      cabos de pequenas dimens�es (pequeno di�metro e pequeno peso) o que implica em economia no transporte e instala��o.

APLICA��ES DAS FIBRAS �PTICAS

���� Redes de telecomunica��es

�      entroncamentos locais

�      entroncamentos interurbanos

�      conex�es de assinantes

Redes de comunica��o em ferrovias

Redes de distribui��o de energia el�trica (monitora��o, controle e prote��o)

Redes de transmiss�o de dados e fac-s�mile

Redes de distribui��o de radiodifus�o e televis�o

Redes de est�dios, cabos de c�meras de TV

Redes internas industriais

Equipamentos de sistemas militares

Aplica��es de controle em geral

Ve�culos motorizados, aeronaves, navios, instrumentos, etc.

CARACTER�STICAS DE TRANSMISS�O DA FIBRA �PTICA

ATENUA��O

A atenua��o ou perda de transmiss�o pode ser definida como a diminui��o da intensidade de energia de um sinal ao propagar-se atrav�s de um meio de transmiss�o. A f�rmula mais usual para o c�lculo da atenua��o � a seguinte

�      Ps � a pot�ncia de sa�da

�      Pe � a pot�ncia de entrada

Nas fibras �pticas, a atenua��o varia de acordo com o comprimento de onda da luz utilizada. Essa atenua��o � a soma de v�rias perdas ligadas ao material que � empregado na fabrica��o das fibras e � estrutura do guia de onda. Os mecanismos que provocam atenua��o s�o

�      absor��o

�      espalhamento

�      deforma��es mec�nicas.

ABSOR��O

���� Os tipos b�sicos de absor��o s�o

�      absor��o material

�      absor��o do ion OH-

A absor��o material � o mecanismo de atenua��o que exprime a dissipa��o de parte da energia transmitida numa fibra �ptica em forma de calor. Neste tipo de absor��o temos fatores extr�nsecos e intr�nsecos � pr�pria fibra.

Como fatores intr�nsecos, temos a absor��o do ultravioleta, a qual cresce exponencialmente no sentido do ultravioleta, e a absor��o do infravermelho, provocada pela sua vibra��o e rota��o dos �tomos em torno da sua posi��o de equil�brio, a qual cresce exponencialmente no sentido do infravermelho.

Como fatores extr�nsecos, temos a absor��o devido aos ions met�licos porventura presentes na fibra (Mn, Ni, Cr, U, Co, Fe e Cu) os quais, devido ao seu tamanho, provocam picos de absor��o em determinados comprimentos de onda exigindo grande purifica��o dos materiais que comp�em a estrutura da fibra �ptica.

ESPALHAMENTO

���� � o mecanismo de atenua��o que exprime o desvio de parte da energia luminosa guiada pelos v�rios modos de propaga��o em v�rias dire��es. Existem v�rios tipos de espalhamento (Rayleigh, Mie, Raman estimulado, Brillouin estimulado) sendo o mais importante e significativo o espalhamento de Rayleigh. Esse espalhamento � devido � n�o homogeneidade microsc�pica (de flutua��es t�rmicas, flutua��es de composi��o, varia��o de press�o, pequenas bolhas, varia��o no perfil de �ndice de refra��o, etc.

Esse espalhamento est� sempre presente na fibra �ptica e determina o limite m�nimo de atenua��o nas fibras de s�lica na regi�o de baixa atenua��o. A atenua��o neste tipo de espalhamento � proporcional a

DEFORMA��ES MEC�NICAS

���� As deforma��es s�o chamadas de microcurvatura e macrocurvatura, as quais ocorrem ao longo da fibra devido � aplica��o de esfor�os sobre a mesma durante a confec��o e instala��o do cabo.

���� As macrocurvaturas s�o perdas pontuais (localizadas) de luz por irradia��o, ou seja, os modos de alta ordem (�ngulo de incid�ncia pr�ximo ao �ngulo cr�tico) n�o apresentam condi��es de reflex�o interna total devido a curvaturas de raio finito da fibra �ptica.

���� As microcurvaturas aparecem quando a fibra � submetida a press�o transversal de maneira a comprimi-la contra uma superf�cie levemente rugosa. Essas microcurvaturas extraem parte da energia luminosa do n�cleo devido aos modos de alta ordem tornarem-se n�o guiados.

���� A atenua��o t�pica de uma fibra de s�lica sobrepondo-se todos os efeitos est� mostrada na figura abaixo:

���� Existem tr�s comprimentos de onda tipicamente utilizados para transmiss�o em fibras �pticas:

�      850 nm com atenua��o t�pica de 3 dB/km

�      1300 nm com atenua��o t�pica de 0,8 dB/km

�      1550 nm com atenua��o t�pica de 0,2 dB/km

DISPERS�O

���� � uma caracter�stica de transmiss�o que exprime o alargamento dos pulsos transmitidos. Este alargamento determina a largura de banda da fibra �ptica, dada em MHz.km, e est� relacionada com a capacidade de transmiss�o de informa��o das fibras. Os mecanismos b�sicos de dispers�o s�o modal, existente em fibras multimodo, provocada pelos caminhos poss�veis de propaga��o (modos) que a luz pode ter no n�cleo e� crom�tica, depende do comprimento de onda e divide-se em dois tipos: Material e de Guia de Onda. Os tipos de dispers�o que predominam nas fibras s�o:

�     Degrau: Modal (dezenas de MHz.Km).

�     Gradual: Modal Material (menor que 1 GHz.Km).

�     Monomodo: Material Guia de Onda (10 a 100 GHz.Km).

M�TODOS DE FABRICA��O DAS FIBRAS �PTICAS

���� Os materiais b�sicos usados na fabrica��o de fibras �pticas s�o s�lica pura ou dopada, vidro composto e pl�stico. As fibras �pticas fabricadas de s�lica pura ou dopada s�o as que apresentam as melhores caracter�sticas de transmiss�o e s�o as usadas em sistemas de telecomunica��es. Todos os processos de fabrica��o s�o complexos e caros. As fibras �pticas fabricadas de vidro composto e pl�stico n�o tem boas caracter�sticas de transmiss�o (possuem alta atenua��o e baixa largura de banda passante) e s�o empregadas em sistemas de telecomunica��es de baixa capacidade e pequenas dist�ncias e sistemas de ilumina��o. Os processos de fabrica��o dessas fibras s�o simples e baratos se comparados com as fibras de s�lica pura ou dopada.

CABOS� �PTICOS

���� O uso de fibras �pticas gerou uma s�rie de modifica��es nos conceitos de projeto e fabrica��o de cabos �pticos para telecomunica��es. Nos cabos de condutores met�licos as propriedades de transmiss�o eram definidas pelo condutor, constru��o do cabo e materiais isolantes. Estes cabos eram pouco afetados nas suas caracter�sticas pelas tra��es e tor��es exercidas sobre os cabos durante a fabrica��o e instala��o. J� nos cabos �pticos, a situa��o � diferente porque as caracter�sticas de transmiss�o dependem apenas da fibra �ptica e sua fragilidade � not�ria. No projeto de cabos �pticos s�o observados os seguintes itens:

�      n�mero de fibras

�      aplica��o

�      minimiza��o de atenua��o por curvaturas

�      caracter�sticas de transmiss�o est�vel dentro da maior gama de temperatura poss�vel

�      resist�ncia � tra��o, curvatura, vibra��o, compress�o adequadas

�      degrada��o com o tempo (envelhecimento)

�      facilidade de manuseio, instala��o, confec��o de emendas, etc.

CONSTRU��O DE CABOS �PTICOS

���� � efetuada atrav�s de v�rias etapas de reuni�o de v�rios elementos, aplica��o de capas, enchimentos, encordoamentos em equipamentos especiais, tais como extrusoras e planet�rias. Neste processo efetua-se a cordagem das fibras em torno de elementos de apoio e tra��o. Para se garantir uma probabilidade de longa vida para o cabo, � necess�rio n�o submeter a fibra � tens�es elevadas. Para isso, s�o utilizados, durante a constru��o, elementos tensores e tubos os quais absorvem as solicita��es mec�nicas aplicadas no cabo. Esses elementos s�o muito importantes na constru��o do cabo, assegurando estabilidade dimensional do mesmo.

����

ESTRUTURA TIGHT (ADERENTE)

���� Neste tipo de estrutura, as fibras �pticas est�o em contato com a estrutura do cabo �ptico. Possuem, por esta raz�o, elementos de tra��o bem resistentes.

ESTRUTURA LOOSE (N�O ADERENTE)

���� Neste tipo de estrutura, a fibra �ptica fica afastada da estrutura do cabo acondicionada em tubos (pl�sticos ou met�licos).

MEDIDAS EM FIBRAS �PTICAS

���� Para a caracteriza��o das fibras �pticas s�o efetuadas medi��es que verificam as caracter�sticas de transmiss�o das fibras, a saber:

�      atenua��o espectral

�      atenua��o de inser��o

�      largura de banda

�      abertura num�rica

�      perfil de �ndice de refra��o

TESTE DE ATENUA��O ESPECTRAL

���� Este tipo de teste mede a atenua��o da fibra �ptica numa faixa de comprimentos de onda, normalmente contendo o comprimento de onda em que a fibra operar�. � efetuado em laborat�rio devido � complexidade e precis�o� e fornece dados sobre a contamina��o que pode ter ocorrido na fabrica��o da preforma e puxamento, principalmente o OH-.

���� O teste consiste em se medir a pot�ncia de luz ap�s percorrer toda a fibra nos v�rios comprimentos de onda que se deseja medir a atenua��o, esta � a primeira medida, ou ainda, a pot�ncia de sa�da. Ap�s isso, corta-se a fibra a 2 ou 3 metros do in�cio, sem alterar as condi��es de lan�amento, e mede-se a pot�ncia de luz nesse ponto, que pode ser considerado como a pot�ncia de entrada, uma vez que 2 ou 3 metros tem atenua��o desprez�vel; esta � a segunda medida. De posse das duas medidas, calcula-se a atenua��o por

TESTE DE ATENUA��O DE INSER��O

���� Este teste � mais apropriado para situa��es de campo e ele mede a atenua��o da fibra �ptica apenas num comprimento de onda, normalmente mede-se no comprimento de onda que o sistema opera. O teste utiliza dois instrumentos port�teis: o medidor de pot�ncia e a fonte de luz.

O teste divide-se em duas etapas, na primeira � efetuada uma calibra��o dos dois instrumentos, para conhecermos a pot�ncia de luz que ser� lan�ada, na fibra �ptica, e na segunda� � efetuada a medida de pot�ncia ap�s a luz percorre toda a fibra �ptica. A diferen�a entre as duas ser� o valor de atenua��o.

TESTE DE LARGURA DE BANDA

���� Este teste determina a m�xima velocidade de transmiss�o de sinais que uma fibra� �ptica pode ter, ou seja, mede a capacidade de resposta da fibra �ptica. O teste � realizado com o objetivo de sabermos se a fibra �ptica tem condi��es de operar com a taxa de transmiss�o especificada para o sistema.

TESTE DE ABERTURA NUM�RICA

���� A abertura num�rica � um n�mero que define a capacidade de capta��o luminosa da fibra �ptica e � definida por:

n1 � o �ndice de refra��o do n�cleo

n2 � o �ndice de refra��o da casca

ou ainda:

���� Esta grandeza � intr�nseca � pr�pria fibra e � definida na fabrica��o, onde tem maior import�ncia.

���� Como a abertura num�rica � equivalente � distribui��o de luz do campo distante, o teste mede a intensidade de luz desse campo.

Medida da distribui��o de luz� no campo distante

���� As medidas s�o obtidas atrav�s de um detector que percorre um deslocamento angular ou pela proje��o do feixe de luz num anteparo graduado. Desta� maneira se obtem o �ngulo de abertura do feixe luminoso.

TESTE DO PERFIL DE �NDICE DE REFRA��O

���� Este teste tem maior import�ncia na fase de fabrica��o de fibras �pticas.

N�o� existem limites para o perfil de �ndice ,uma vez que qualquer imperfei��o no mesmo implica numa diminui��o da banda passante da fibra �ptica , esta sim com limites espec�ficos. O valor do �ndice de refra��o num determinado ponto � proporcional � distribui��o de luz do campo pr�ximo.

Medida da distribui��o de luz� no campo pr�ximo

INSTALA��O DE CABOS

���� Cabos �pticos requerem cuidados especiais para instala��o pois as fibras s�o materiais fr�geis e quebradi�os. Deve-se observar que:

- o cabo n�o deve sofrer curvaturas acentuadas, o que pode provocar quebra das fibras em seu interior .

- o cabo n�o deve ser tracionado pelas fibras� ou� elementos de enchimento adjacentes a elas, mas sim pelos elementos de tra��o ou a�o existentes no cabo.

- a velocidade de puxamento n�o deve ser muito elevada para permitir uma paraliza��o imediata se necess�rio.

- n�o se deve exceder a m�xima tens�o de puxamento especificada para o cabo. Esta deve ser monitorada, atrav�s de uma c�lula de carga ,durante todo o puxamento.

- o cabo deve ser limpo e lubrificado a fim de diminuir o atrito de tracionamento.

- deve-se puxar o cabo com um destorcedor para permitir uma acomoda��o natural do cabo no interior do duto ou canaliza��o.

CONFEC��O DE EMENDAS

���� Existem dois tipos b�sicos de emendas que podem ser efetuadas:

- emenda por fus�o

- emenda mec�nica

EMENDA POR FUS�O

Nesta emenda, a fibra � introduzida numa m�quina, chamada m�quina de fus�o, limpa e clivada, para ap�s o alinhamento apropriado, ser submetida � um arco voltaico que eleva a temperatura nas faces da fibra, o que provoca o derretimento das fibras e a sua soldagem. Ap�s a fus�o, a fibra � revestida por resinas que tem a fun��o de oferecer resist�ncia mec�nica � emenda, protegendo-a contra fraturas e quebras. Ap�s a prote��o, a fibra emendada � acomodada em recipientes chamados caixas de emendas. Por �ltimo, a Clivagem, � o processo de corte de ponta da fibra �ptica. Fazemos um pequeno ferimento na casca da fibra (risco) depois tracionamos a fibra e curvamos a mesma sobre o risco, assim o ferimento se propaga pela estrutura cristalina da fibra.

���� A qualidade de uma clivagem deve ser observada com microsc�pio.

EMENDA MEC�NICA

� baseado no alinhamento das fibras atrav�s de estruturas mec�nicas. S�o dispositivos dotados de travas para que a fibra n�o se mova no interior da emenda e cont�m l�quidos entre as fibras, chamados l�quidos casadores de �ndice de refra��o, que diminuem as perdas de Fresnel (reflex�o). � uma emenda de baixo custo em que as fibras tamb�m deve ser limpas e clivadas.

CONECTORES

���� Os conectores utilizam acoplamentos frontais ou lenticulares, sendo que existem tr�s tipos de acoplamentos frontais:

- quando a superf�cie de sa�da � maior que a de entrada

- quando a superf�cie de sa�da � igual � de entrada

- quando a superf�cie de sa�da � menor que a de entrada

���� E tamb�m existem dois tipos de acoplamentos lenticulares:

- sim�trico

- assim�trico

���� Os requisitos dos conectores s�o:

- montagem simples;

- forma construtiva est�vel;

- pequenas atenua��es;

- prote��o das faces das fibras.

���� Os fatores que influenciam na qualidade de um conector s�o:

- alinhamento

- montagem

- caracter�sticas de transmiss�o das fibras

���� Existem conectores:

- para fibra �nica

- para v�rias fibras (m�ltiplo)

Conector� para fibra �nica

Conector m�ltiplo

Fontes �pticas

Tipos de Fontes �pticas

���� Para sistemas �pticos, encontramos dois tipos de fontes �pticas que s�o freq�entemente utilizadas: LED e LASER.

����

- Pot�ncia luminosa:�� os lasers oferecem maior pot�ncia �ptica se comparados com��������������

��os leds.�

�������������������������������� LED :� (-7 a -14dBm)

�������������������������������� LASER : (1dBm)

- Largura espectral:�� os lasers tem largura espectral menor que os leds, o que

�� proporciona menor dispers�o material.

�

�

- Tipos e velocidades de modula��o:�� os lasers tem velocidade maior que os leds, mas necessitam de circuitos complexos para manter uma boa linearidade.

- Acoplamento com a fibra �ptica: o feixe de luz emitido pelo laser � mais concentrado que o emitido pelo led, permitindo uma efici�ncia de acoplamento maior.

- Varia��es com temperatura: os lasers s�o mais sens�veis que os leds � temperatura.

- Vida �til e degrada��o: os leds tem vida �til maior que os lasers (aproximadamente 10 vezes mais), al�m de ter degrada��o bem definida.

- Custos: os lasers s�o mais caros que os leds, pois a dificuldade de fabrica��o � maior.

- Ru�dos: os lasers apresentam menos ru�dos que os leds. Ambos podem ser fabricados do mesmo material, de acordo com o comprimento onda desejado:

�* AlGaAs (arseneto de alum�nio e g�lio) para 850 nm.

* InGaAsP (arseneto fosfeto de �ndio e g�lio) para 1300 e 1550 nm.

���������������������� ������

LASER

���� Para entendermos o funcionamento de um laser, vamos tomar um laser a g�s (HeNe) de maneira did�tica onde os n�meros usados s�o ilus�rios para maior visualiza��o dos fen�menos.

Um �tomo � composto de um n�cleo e de el�trons que permanecem girando em torno do mesmo em �rbitas bem definidas.

���� Quanto mais afastado do n�cleo gira o el�tron, menor a sua energia.

��� Quando um el�tron ganha energia ele muda de sua �rbita para uma �rbita mais interna, sendo este um estado n�o natural para o �tomo mas sim for�ado.

���� Como esse estado n�o � natural, o �tomo por qualquer dist�rbio tende a voltar a seu estado natural, liberando a energia recebida em forma de ondas eletromagn�ticas de comprimento de onda definido em fun��o das �rbitas do �tomo.

As caracter�sticas t�picas de um laser s�o:

�      luz coerente

�      altas pot�ncias

�      monocromaticidade

�      diagrama de irradia��o concentrado

�      vida �til baixa (10000 horas)

�      sens�vel a varia��es de temperatura

�      alto custo

�      pr�prio para sinais digitais

�      altas velocidades, ou seja, grande banda de passagem (1 Ghz ou mais)

���� Existem dois tipos de lasers quanto ao tipo de fabrica��o:

- Lasers cujo guia de onda (cavidade ressonante) � induzida por corrente, chamados lasers GLD (gainguide laser diode).

- Lasers cujo guia de onda � incorporado pela varia��o de �ndice de refra��o, chamados lasers ILD (index guide laser diode).

A FIBRA �PTICA E SEUS USOS ATUAIS

SISTEMAS DE COMUNICA��O

As redes p�blicas de telecomunica��es prov�m uma variedade de aplica��es para os sistemas de transmiss�o por fibras �pticas. As aplica��es v�o desde a pura substitui��o de cabos met�licos em sistemas de longa dist�ncia interligando centrais telef�nicas (urbanas e interurbanas) at� a implanta��o de novos servi�os de comunica��es, por exemplo, para as Redes Digitais de Servi�os Integrados (RDSI).

REDE Telef�nica

Uma das aplica��es pioneiras das fibras �pticas em sistemas de comunica��o corresponde aos sistemas tronco de telefonia, interligando centrais de tr�fego interurbano. Os sistemas tronco exigem sistemas de transmiss�o (em geral, digitais) de grande capacidade, envolvendo dist�ncias que v�o, tipicamente, desde algumas dezenas at� centenas de quil�metros e, eventualmente, em pa�ses com dimens�es continentais, at� milhares de quil�metros. As fibras �pticas, com suas qualidades de grande banda passante e baixa atenua��o, atendem perfeitamente a esses requisitos.

REDE DIGITAL DE SERVI�OS INTEGRADOS (RDSI)

A rede local de assinantes, isto �, a rede f�sica interligando assinantes � central telef�nica local, constitui uma importante aplica��o potencial de fibras �pticas na rede telef�nica. Embora as fibras �pticas n�o sejam ainda totalmente competitivas com os pares met�licos, a partir da introdu��o de novos servi�os de comunica��es (videofone, televis�o, dados etc.), atrav�s das Redes Digitais de Servi�os Integrados (RDSI), o uso de fibras �pticas na rede de assinantes tende a ser imperativo.

CABOS SUBMARINOS

Os sistemas de transmiss�o por cabos submarinos, parte integrante da rede internacional de telecomunica��es, � uma outra classe de sistemas onde as fibras �pticas cumprem atualmente um papel de fundamental import�ncia.� As fibras �pticas, por outro lado, considerando-se apenas os sistemas de 3� gera��o (1,3�m), permitem atualmente espa�amentos entre repetidores em torno de 60 km.

TELEVIS�O POR CABO (CATV)

A transmiss�o de sinais de v�deo atrav�s de fibras �pticas � uma outra classe de aplica��es bastante difundida. As fibras �pticas oferecem aos sistemas de CATV, al�m de uma maior capacidade de transmiss�o, possibilidades de alcance sem repetidores (amplificadores) superior aos cabos coaxiais banda-larga.

SISTEMAS DE ENERGIA E TRANSPORTE

A difus�o das fibras �pticas nas redes p�blicas de telecomunica��es tem estimulado a aplica��o desse meio de transmiss�o em sistemas de utilidade p�blica que prov�m suas pr�prias facilidades de comunica��es, tais como os sistemas de gera��o e distribui��o de energia el�trica e os sistemas de transporte ferrovi�rio. As facilidades de comunica��es incluem, al�m de servi�os de comunica��o telef�nica, servi�os de telemetria, supervis�o e controle ao longo do sistema. As dist�ncias envolvidas podem ser de alguns quil�metros ao longo de linhas de transmiss�o ou linhas f�rreas.

REDES LOCAIS DE COMPUTADORES

As comunica��es entre computadores s�o suportadas por sistemas de comunica��o de dados que costumam ser classificados, segundo as dist�ncias envolvidas, em redes de computadores de longa dist�ncia ou redes locais de computadores.

As redes de computadores a longa dist�ncia utilizam-se dos meios de transmiss�o comuns � rede telef�nica. Embora geralmente usem t�cnicas distintas (comuta��o de pacotes, modem etc.) essas redes a longa dist�ncia s�o implantadas ou integradas nos mesmos suportes f�sicos de transmiss�o da rede telef�nica. Assim sendo, o uso de fibras �pticas em sistemas de comunica��o de dados a longa dist�ncia acompanha a evolu��o da aplica��o de fibras �pticas na rede telef�nica (cabos troncos, cabos submarinos, RDSI etc.).

As redes locais de computadores, utilizadas para interconectar recursos computacionais diversos (computadores, perif�ricos, banco de dados etc.) numa �rea geograficamente limitada (pr�dio, usina, f�brica, campus etc.), caracterizam-se pela especificidade e variedade de alternativas tecnol�gicas quanto ao sistema de transmiss�o voltadas principalmente para aplica��es em automa��o em escrit�rios e em automa��o industrial, como requisitos exigentes em termos de confiabilidade, capacidade de uma excelente alternativa de meio de transmiss�o.

Qual o fenômeno físico que ocorre na fibra óptica?

Qual é o fenômeno que possibilita a transmissão da luz na fibra óptica?

Como a luz se propaga na fibra ótica?

Qual o princípio serve como base para a propagação da luz dentro da fibra ótica?