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Fibras Ópticas
Estruturas da fibra óptica
Características
Básicas de uma Fibra Óptica
Princípios
físicos do condutor de fibra óptica (espectro eletromagnético)
Princípios
de Funcionamento e Tipos de Fibras ópticas
Perfis
e índice de refração
Propriedades
do material
ü O núcleo e a casca constituem o guia óptico;
ü O índice de refração do núcleo é maior que a da casca;
ü Dimensões reduzidas;
ü Baixas perdas;
ü Capacidade elevada de transmissão de sinais;
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Uma fibra óptica compõem-se basicamente de 2 estruturas de silício (SiO2) denominadas de:
Núcleo: Por onde trafega a informação;
Casca: Envolve o núcleo, confinando raio de luz fique dentro do núcleo.
Para que possamos fazer com que a luz fique confinada dentro do núcleo, devemos ter densidades diferentes, também chamadas de índices de refração, entre os materiais que compõem o núcleo e a casca, esta diferença entre índices de refração é que permitem o confinamento da luz dentro do núcleo.
Estas diferenças de índices de refração são conseguidas usando-se materiais diferentes na composição de núcleo e da casca, estes materiais podem ser:
Plásticos;
Materiais Semi-Condutores: Germânio, Flúor, Fósforo, etc.
Imunidade as Interferências Eletromagnéticas e Características Dielétricas. - Por serem feitas de materiais dielétricos como vidro e plástico, uma fibra óptica é totalmente imune as Interferências Eletromagnéticas, além de serem isolantes à passagem da corrente elétrica.
Dimensões Reduzidas. - As fibras ópticas apresentam dimensões muito pequenas, da ordem de Microns (Micro = 1.10-6 ms), milésima parte do milímetro, quando comparadas com os sistemas de cabos de cobre.
Segurança no tráfego de informações. - As fibras ópticas trabalham com sinais de luz, o que dificulta muito o uso de "grampos". Para que possamos executar um grampo em uma fibra óptica, necessitamos de aparelhos complexos e caros, capazes de decifrar os sinais de luz.
Baixas Atenuações de Transmissão. - Por apresentarem baixas perdas de transmissão (Atenuação), as fibras ópticas são muito usadas em sistemas de longa distância. Comparativamente, um enlace de Micro Ondas está limitado à linha do horizonte, cerca de 90 km, nos melhores casos, necessitando de repetidores para distâncias maiores. Um enlace de fibra óptica necessita de repetidores à partir de 250 km.
Maior Banda de Transmissão. - A capacidade de transmissão de um sistema de telemática está limitada à freqüência da portadora, como a fibra óptica trabalha com sinais de luz, encontramos valores Banda de Transmissão entre 150MHz até 500MHz, dependendo do tipo de fibra.
Nos sistemas de transmissão mais modernos, chegamos à Banda de Transmissão da ordem de THZ.
A mais de 100 anos se utilizam as ondas eletromagnéticas para a transmissão de informações. Sua utilidade se deve por propagar-se sem necessitar de condutores metálico e ter uma velocidade muito elevada, tanto no vácuo como num meio dielétrico, ou seja, um material condutor.
A fig. 2.1 mostra um resumo do espectro eletromagnético e sua utilização. A luz visível somente ocupa uma reduzida zona que vai de 380nm (violeta) até 780nm (vermelho). A mesma encontra-se entre a zona de ultravioleta, com longitudes de ondas menores e a zona de infravermelha, com longitudes de ondas maiores.
Nas telecomunicações por fibra óptica se utilizam as longitudes de onda do infravermelho por volta de 800nm a 1600nm, sendo os valores preferidos os de 850, 1300 e 1550nm.
No vácuo as ondas eletromagnéticos se propagam com uma velocidade da luz:
co = 299792,456km/s
Para a propagação no ar se pode tomar com suficiente aproximação no valor de:
co = 300000km/s = 3 . 108m/s = 3 . 105km/s
A onda eletromagnética é uma onda transversal. Seu campo elétrico e magnético oscila perpendicularmente a direção de propagação.
fig. 2.1: Espectro eletromagnético
Se o campo elétrico e o campo magnético oscilam em um plano, o extremo do vetor de intensidade de campo elétrico ou magnético descreve uma linha reta. Uma onda deste tipo se diz que está ‘polarizada linearmente’. Se o extremo do vetor descreve uma circunferência ou, em geral, uma elipse se fala de luz com ‘polarização circular ou elíptica’.
fig 2.2: classes de polarização
Na fig 2.2 se ilustra as diferentes classes de polarização para uma onda luminosa que se propaga ao longo do eixo z.
1. Princípios de Funcionamento
O funcionamento de uma fibra óptica baseia-se na reflexão total de um raio de luz, Ø1, confinando em um tudo de vidro (núcleo), com um índice de refração N1, revestido por um segundo tubo de vidro, com índice de refração diferente (casca), N2. Quando o raio Ø1, incide dentro do núcleo com um ângulo que seja menor que o ângulo crítico, Normal, este é refletido de volta para o núcleo, propiciando a reflexão total do raio de luz R1.
Ø1 - ângulo de incidência maior que o ângulo crítico;
Ø2 - ângulo de incidência menor que o ângulo crítico;
N1 - Meio menos denso;
N2 - Meio mais denso.
2. Tipos de Fibras Ópticas
As fibras ópticas são classificadas de acordo com o seu tipo de fabricação e forma de propagação dos raios de luz, além de sua capacidade de transmissão (Largura de Banda) e sua facilidade de acoplamento aos equipamentos ativos e conexões.
São construídas em 2 tipos básicos:
- Fibra Óptica Multi Modo;
- Fibra Óptica Mono Modo.
2.1. Fibra Óptica Multimodo
São tipos de fibras ópticas com dimensões de núcleo relativamente grandes, permitem a incidência de raios de luz em vários ângulos. São relativamente fáceis de fabricar. As dimensões de uma fibra óptica Multi Modo são:
- Núcleo: de 50 até 200 µm, comercialmente adota-se o núcleo de 62,5µm.
- Casca: de 125 até 240 µm, comercialmente adota-se à casca de 125µm.
Com a relação ao Núcleo, existem 2 tipos básicos de perfis de núcleo:
- Índice Degrau - apresentam apenas um nível de reflexão entre o núcleo e a casca, este tipo perfil, por suas dimensões relativamente grandes, permitem uma maior simplicidade de fabricação e operação, além de permitirem uma grande capacidade de captação da luz. Sua capacidade de transmissão é relativamente baixa.
- Índice Gradual - apresentam vários níveis de reflexão entre o núcleo e a casca, este tipo de perfil mantém ainda uma simplicidade de fabricação e operação, porém exibe uma maior capacidade de transmissão. Suas dimensões são maiores que as do tipo Degrau.
Com relação à Casca, existem os seguintes tipos básicos:
- Casca Simples - apresentam apenas um envoltório sobre o núcleo.
- Casca Dupla - apresentam mais de um envoltório sobre o núcleo.
2.2. Fibra Óptica Mono Modo
São tipos de fibras ópticas com dimensões de núcleo muito pequenas, permitem a incidência de raios de luz em um único ângulo. Sua fabricação requer equipamentos muito complexos. As dimensões de uma fibra óptica Mono Modo são:
- Núcleo: típico de 08 ± 1 comercialmente adota-se o núcleo de 08µm.
- Casca: de 125 até 240µm, comercialmente adota-se à casca de 125µm.
Com a relação ao Núcleo, existem 2 tipos básicos de perfis de núcleo:
- Índice Degrau - apresentam apenas um nível de reflexão entre o núcleo e a casca.
- Índice Gradual - apresentam vários níveis de reflexão entre o núcleo e a casca.
Com relação à Casca, existem os seguintes tipos básicos:
- Casca Simples - apresentam apenas um envoltório sobre o núcleo.
- Casca Dupla - apresentam mais de um envoltório sobre o núcleo.
3. Composição de uma Fibra Óptica
Independente do tipo de fibra óptica, ela é composta basicamente de uma mistura de vidro (SiO2), plástico e gases, variando-se a composição destes elementos, conseguimos índices de reflexão diferentes entre núcleo e casca.
Nota: o ajuntamento de várias fibras ópticas, encapsuladas em um invólucro e protegidas por uma capa, forma desde um cordão óptico até um cabo óptico.
Texto extraído do livro Fibras Ópticas e sus Aplicaciones – Siemens
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