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Este trabalho tem por objetivo explicar o funcionamento, a estrutura e os principais conceitos e características da fibra óptica.
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Índice1. Introdução
2. Estrutura da Fibra Óptica
3. Princípio de Funcionamento da Fibra
4. Padrões Ethernet para Fibras Ópticas
5. Classificação das Fibras Ópticas
6. Cabos Ópticos
7. Conectores Ópticos
8. Vantagens e Desvantagens da Fibra Óptica
9. Emendas Ópticas
10. Aplicações
11. Conclusão
12. Bibliografia
Fibras Ópticas
História Em 1870, o físico inglês John Tyndall
demonstrou, com base em seus estudos, que a luz poderia fazer uma trajetória curva;
1. Introdução
Em 1956, o físico indiano Narinder Kapany inventou a fibra óptica, com o advento das fontes de luz.
O Que É Reflexão total da luz;
Produzida com materiais dielétricos;
Composta basicamente por núcleo, casca e capa protetora;
Categorias: monomodo e multimodo.
1. Introdução
Para Que Serve Excelente meio de transmissão de dados;
Apropriada para sistemas que necessitem de alta largura de banda;
Vantagens: imunidade a interferência eletromagnética e não é condutora de corrente elétrica;
Desvantagens: custo elevado e fragilidade.
1. Introdução
Composição Básica do Cabo Óptico
Núcleo
Casca/ Camada de refração
Revestimento
Fibras de Fortalecimento
Capa Protetora
2. Estrutura da Fibra Óptica
Composição Básica do Cabo Óptico
O Núcleo
Sistema de fabricação do núcleo; A formação da pré-forma;
Deposição dos gases (Cloreto de Silício e
Elementos Dopantes); Estiramento.
2. Estrutura da Fibra Óptica
Composição Básica do Cabo Óptico
Casca/ Camada de refração
Revestimento
Fibras de Fortalecimento
Capa Protetora
2. Estrutura da Fibra Óptica
Fabricação da Fibra Óptica
2. Estrutura da Fibra Óptica
http://www.youtube.com/watch?v=haWGyKT4QKk
Vídeo:
Características da Luz
Reflexão: A luz volta a se propagar no meio de origem, após incidir sobre uma superfície de separação entre dois meios.
3. Princípio de Funcionamento da Fibra
Fenômenos Ópticos:
Refração: Mudança de direção de propagação dos feixes de luz quando essa passa de um meio para outro.
Características da Luz Fenômenos Ópticos: Reflexão e Refração
3. Princípio de Funcionamento da Fibra
Como Funciona?
3. Princípio de Funcionamento da Fibra
A transmissão da luz dentro da fibra é possível graças a uma diferença no índice de refração entre o revestimento e o núcleo, sendo que o núcleo possui sempre um índice de refração maior.
<
Como Funciona?
3. Princípio de Funcionamento da Fibra
Os comprimentos de onda mais utilizados pelas comunicações ópticas se encontram nas regiões do infravermelho, da luz visível e do ultravioleta do espectro eletromagnético.
Como Funciona?
3. Princípio de Funcionamento da Fibra
Meio de transmissão que utiliza sinais luminosos para tranportar informação através de uma rede de comunicação.
Sinal Elétrico ou Digital
Fonte de Luz
ReceptorFibra Óptica
Sinal Óptico
Sinal Óptico
Sinal Elétrico ou Digital
Como Funciona?
3. Princípio de Funcionamento da Fibra
http://www.youtube.com/watch?v=B5zppA-EikE
Vídeo:
Largura de Banda
Os fabricantes de fibra óptica especificam a largura de banda máxima de uma fibra em uma unidade
chamada MHz-km, MHz.km ou MHz*km. Essa unidade informa a taxa de transferência máxima da
fibra.
4. Padrões Ethernet para Fibras Ópticas
Os fabricantes também informam a perda (também chamada atenuação) que a fibra sofre no sinal que está sendo transmitido, de acordo
com a distância, em uma unidade chamada db/km (decibéis por quilômetro).
4. Padrões Ethernet para Fibras Ópticas
Perdas ou Atenuações
4. Padrões Ethernet para Fibras Ópticas
Redes de Fibra Óptica FDDI Abreviatura de Fiber Distributed Data Interface, um conjunto de
protocolos ANSI para o envio de dados digitais através de cabos de fibra óptica;
Redes FDDI são redes token-rings de taxas de até 100 Mbps (100 milhões de bits) por segundo de dados de suporte;
Redes FDDI são normalmente usadas como backbones para redes de área ampla;
Uma extensão para FDDI, chamada FDDI-2, suporta a transmissão de informações de voz e vídeo, bem como de dados;
Outra variação do FDDI, chamada FDDI completa Tecnologia Duplex (FFDT) utiliza a mesma infraestrutura de rede, mas pode, potencialmente, suportar taxas de dados de até 200 Mbps.
4. Padrões Ethernet para Fibras Ópticas
FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link)
Esse padrão antigo era usado na conexão entre repetidores de fibra óptica.
Possuía o limite de comprimento de 1km, mas acabou cedendo espaço para o 10BaseFL, especialmente porque os repetidores acabaram caindo em desuso à medida que os hubs passaram a incorporar esses componentes internamente.
4. Padrões Ethernet para Fibras Ópticas
10BaseFL Esse foi o primeiro padrão de redes usando fibras ópticas; Sua taxa de transferência máxima é de 10 Mbps; Esse padrão usa fibras de modo múltiplo; Outro padrão criado, mas pouco usado foi o 10BaseFB (Fiber
Backbone). Seu objetivo era permitir o maior número de repetidores interligados;
Outro padrão, chamado 10BaseFP (Fiber Passive), também criado mas nunca implementado. Esse padrão permitia a interligação de fibras ópticas usando componentes passivos (sem alimentação elétrica), com limite de 500 metros por segmento e podendo interligar até 33 computadores.
4. Padrões Ethernet para Fibras Ópticas
100BaseFX Esse é o padrão de redes Ethernet usando fibras ópticas de
modo múltiplo operando a 100 Mbps;
Possui um limite de comprimento de 412 metros por segmento se operando em half-duplex;
Quando em full-duplex, esse padrão tem limite de 2 km por segmento.
4. Padrões Ethernet para Fibras Ópticas
1000BaseSX Esse é o padrão de redes Gigabit Ethernet usando fibras
ópticas mais usadas;
Sua taxa de transmissão é de 1 Gbps;
A nomenclatura SX vem de short (curto, em inglês), que é usada para indicar o uso de um cumprimento de onda curto na transmissão de dados.
4. Padrões Ethernet para Fibras Ópticas
1000BaseLX Esse é um segundo padrão de redes usando fibras ópticas de
modo múltiplo; O limite de comprimento de cada trecho de fibra óptica é de 550
metros; Esse padrão permite também o uso de fibras de modo único, onde
o limite do segmento é de 5 km; A nomenclatura do LX vem de long (longo, em inlglês) que indica
um comprimento de onda longo na transmissão dos dados; 1000BaseX é o nome genérico do padrão Gigabit Ethernet usando
fibra óptica, que engloba os padrões 1000BaseSX e 1000BaseLX.
Tipos de Fibras Ópticas
As fibras ópticas estão subdivididas em dois tipos:
Monomodo (single mode);
Multimodo (multi mode).
5. Classificação das Fibras Ópticas
Fibras Multimodo Núcleo maior que o monomodo (50, 62.5 até 200 micron);
Maior dispersão – Sinais duplicados, informações chegam mais de uma vez ao seu destino;
Distâncias menores, aproximadamente 300 m;
Fonte de luz LED ou laser.
5. Classificação das Fibras Ópticas
Fibras Monomodo Núcleo pequeno, aproximadamente 10 micron ou menor;
Menor dispersão;
Aplicações de longa distância, aproximadamente 50 km sem repetidores;
Utiliza laser como fonte de luz.
5. Classificação das Fibras Ópticas
Cabos Tipo Tight (Apertado)
6. Cabos Ópticos
Revestimento de nylon ou poliester, agrupamento por tração.
Cabos Tipo Groove (Encaixado)
6. Cabos Ópticos
Agrupamento tipo estrela, elemento tensor, número maior de fibras por cabo.
Cabos Tipo Ribbon (em Fita)
6. Cabos Ópticos
Agrupamento na horizontal, número de fibras maior que o groove.
Conector ST (Straight Tip)
7. Conectores Ópticos
Fibras Multimodo;
Cuidados com a limpeza; Uso do protetor plástico.
Conector SC (Standard Connector)
7. Conectores Ópticos
Fibras Multímodo e monomodo;
Tem tamanho de dois RJ-45.
Conector MT-RJ (Mechanical Transfer Registered Jack)
7. Conectores Ópticos
Um padrão novo, que utiliza um ferrolho quadrado, com dois orifícios (em vez de apenas um) para combinar as duas fibras em um único conector;
Substituto dos conectores ST e SC em fibras multimodo.
Conector LC (Lucent Connector)
7. Conectores Ópticos
Largamente usado em fibras monomodo;
Usados em transceivers 10 Gigabit Ethernet.
Vantagens no Uso da Fibra Óptica
8. Vantagens e Desvantagens da Fibra Óptica
Dimensões Reduzidas;
Capacidade para transportar grandes quantidades de informação;
Imunidade às interferências eletromagnéticas;
Matéria-prima muito abundante;
Segurança no sinal.
Desvantagens no Uso da Fibra Óptica
Custo elevado; Fragilidade; Dificuldade de conexões das fibras óticas; Dificuldade de ramificações.
8. Vantagens e Desvantagens da Fibra Óptica
Tabela de Comparação Entre os Cabos
8. Vantagens e Desvantagens da Fibra Óptica
Características
Cabo Coaxial Fino (Thinnet)
Cabo Coaxial Grosso
(Thincknet)
Cabo de Par Trançado Cabo de Fibra Óptica
Custo Maior que o UTP Maior que o coaxial fino
UTP: BaratoSTP: Maior que o coaxial fino
Maior que o coaxial fino, porém menor que o
coaxial grosso
Comprimento Máximo 185 metros 500 metros 100 metros 2 Km em 100 Mbps
Taxas de Transmissão 4-100 Mbps 4-100 Mbps UTP: 4-100 Mbps
STP: 16-500 Mbps10-100 Mbps
1-10 Gbps
Flexibilidade Relativamente flexível
Menos que o coaxial fino
UTP: Mais flexívelSTP: Menos que o UTP
Menos flexível que o coaxial grosso
Facilidade de Instalação Fácil de instalar Facilidade
moderada
UTP: Muito fácilSTP: Facilidade moderada
Difícil
Suscetibilidadeà Interferência Boa resistência Boa resistência
UTP: Muito susceptívelSTP: Boa resistência
Nenhuma
Utilização
Locais de tamanho médio ou grande, com necessidade
de segurança
Conectando redes thinnet
UTP: Locais com orçamento restritoSTP: Redes token ring de qualquer tamanho
Locais de qualquer tamanho, que exijam alta velocidade , segurança e
integridade dos dados
Tipos de Emendas Ópticas
9. Emendas Ópticas
Emenda Óptica por Fusão
Este processo consiste em "fundir" uma fibra óptica à outra.
Tipos de Emendas Ópticas
9. Emendas Ópticas
Emenda Óptica Mecânica
Este tipo de emenda é baseado no alinhamento das fibras através de estruturas mecânicas.
Tipos de Emendas Ópticas
9. Emendas Ópticas
Emenda Óptica por Conectorização
Este processo é bem semelhante ao processo de Emenda Mecânica .
Em cada fibra é colocado um conector óptico e estes dois conectores são encaixados em um acoplador óptico de modo a tornar possível o alinhamento entre as fibras, sem uni-las definitivamente.
Aplicações
10. Aplicações
A fibra óptica tem sido usada em várias áreas, desde a medicina até em
aplicações militares.Vejamos algumas delas.
Rede Telefônica
10. Aplicações
Utilizada no chamado sistema tronco de telefonia, interligando centrais de tráfego interurbano;
Reduz significantemente os custos em relação aos outros cabos, devido à sua capacidade de percorrer grandes distâncias sem a necessidade de repetidores e à sua grande capacidade de transmissão de banda;
Ainda pode ser utilizada na interligação de centrais telefônicas urbanas relativamente próximas umas das outras.
Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI)
A utilização de fibras ópticas já é visível em RDSI's, graças à sua grande capacidade de transmissão, que permite agregar os vários serviços oferecidos pela rede de telefonia;
Ainda há certa dificuldade nessa área, por conta do alto custo e da dificuldade de realização de interfaces ópticas adequadas aos aparelhos telefônicos.
10. Aplicações
Cabos Submarinos São parte integrante da rede internacional de
telecomunicações;
A utilização de fibra óptica reduz grandemente o uso de repetidores, além de outras vantagens, como alta banda passante e facilidades operacionais devido a suas pequenas dimensões;
O primeiro cabo óptico submarino transatlântico o TAT-8, entrou em operação em 1988, e elevou para 20.000 circuitos de voz a capacidade de tráfego entre EUA e Europa graças à sua grande capacidade de transmissão e a tecnologia DWDM.
10. Aplicações
Hoje há uma forte rede de comunicações que interligam todos os 5 continentes, tendo cada cabo capacidade de transmissão da ordem de 1Tbps;
São utilizados para diferentes tarefas, como transmissão de dados, telefonia, televisão etc.
Cabos Submarinos
10. Aplicações
Sensores
As fibras ópticas são utilizadas em sistemas sensores ou de instrumentação, seja em aplicações industriais, médicas, automóveis e até militares.
10. Aplicações
Sensores Há vários motivos para utilizar fibras ópticas em sensores:
Baixo peso;
Flexibilidade;
Alta velocidade de transmissão à longa distância (sensor remoto);
Baixa reatividade;
Isolamento elétrico;
Imunidade eletromagnética;
Multiplexagem de sinais.
10. Aplicações
Medicina Muito utilizada nesse ramo desde o Fiberscope, onde um
feixe de fibras de vidro servia basicamente para iluminar e observar órgão no interior do corpo humano, as fibras ópticas tem sido de grande valia à medicina;
Existe hoje uma variedade de aplicações de sistemas sensores com fibras ópticas em diagnóstico e cirurgia, que permitem testar e acompanhar processos biológicos em tempo real, de vital importância, por exemplo, em cirurgias.
10. Aplicações
Medicina Dentre os sistemas sensores com fibras ópticas em aplicações
médicas podem ser destacados os seguintes:
Sensores de pressão: utilizados para monitorar a pressão intracraniana, cardiovascular, uretral ou retal;
Sensores magnéticos: permitem obter o mapeamento dos campos magnéticos gerados pelo cérebro;
Sensores de pH: utilizados para monitorar o nível de oxigênio do sangue;
Sensores de vazão: utilizados para monitorar a vazão sanguínea.
10. Aplicações
Utilizações Militares Comunicações por voz;
Dados à baixa velocidade;
Realização de barramentos de dados em navios e aviões;
Sistemas sensores (como giroscópio óptico e giroscópio acústico);
Aplicações específicas (como defesa submarina).
Giroscópio Óptico
10. Aplicações
Redes Locais de Computadores Utilizada em redes de média e longa distancia, podendo
conectar prédios e residências, ou até mesmo países;
Alguns hospitais, universidades e instituições comerciais, tem o backbone principal de sua rede local feito com fibra, devido a sua grande velocidade e inexistência de interferência eletromagnética;
Bases militares também utilizam redes locais (LAN's) para comunicação com outras bases militares.
10. Aplicações
Fatores a Serem Levados em Conta
Distância envolvida;
Evolução da tecnologia;
Largura da banda (largura x espelhamento);
Aplicações de redes atuais;
Protocolos futuros que a rede possuirá.
10. Aplicações
Considerações Finais
11. Conclusão
Esperamos que essa apresentação tenha esclarecido a classe a respeito do uso,
aplicabilidade e peculiaridades da fibra óptica, podendo assim ajudá-los a compreender essa tecnologia com o objetivo de um eventual uso
futuro da mesma.
Bibliografia
12. Bibliografia
Sílvio Atanes. A fibra ótica, inventada há 34 anos, vem sendo um revolucionário instrumento de telecomunicações. Disponível em <http://super.abril.com.br/tecnologia/fibra-otica-439075.shtml>. Data de acesso: 23/11/2013.
Eduardo Popovici. Trabalho sobre Fibra Óptica – Cabeamento Estruturado. Disponível em <http://www.htbraz.com.br/tutoriais/trabalhos/tfopopovici.pdf>. Data de acesso: 24/11/2013.
Arilson Júnior. O que é Fibra Ótica e como funciona? Disponível em <http://www.oficinadanet.com.br/artigo/redes/o-que-e-fibra-otica-e-como-funciona>. Data de acesso: 10/11/2013.
GALLO, Michael A.; HANCOCK, William M. Comunicação entre Computadores Tecnologias de Rede. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003.
ANTÔNIO, João. Informática para concursos: teoria e questões. 3.ed.rev. e ampliada - Rio de Janeiro: Elsevier, 2006.
MALDONADO, Edison Puig e Dinaldo de Castilho Matos, Aspectos Fundamentais da Tecnologia de Fibras Ópticas, C. Universitário São Camilo, 2003, p:4-5.
TANEMBAUN, Andrews S. Redes de Computadores . 4ª Ed., p:84-89.
TORRES, Gabriel. Redes de computadores: curso completo. Rio de Janeiro: Axcel Books, 2001.
Bibliografia
12. Bibliografia
http://www.hardware.com.br/livros/redes/fibra-optica.html. Acesso em: 20 nov. 2013.
http://www.gta.ufrj.br/grad/01_2/gigabit/principal.htm. Acesso em: 20 nov. 2013.
http://www.tecmundo.com.br/infografico/9862-como-funciona-a-fibra-otica-infografico-.htm. Acesso em: 19 nov. 2013.
http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_fibras_opticas.php. Acesso em: 20 nov. 2013.
http://www.rnp.br/newsgen/0203/fibras_opticas.html. Acesso em: 15 nov. 2013.
http://fisica.cdcc.usp.br/Professores/Einstein-SHMCarvalho/node5.html. Acesso em: 15 nov. 2013.
http://www.gta.ufrj.br/grad/08_1/wdm1/Fibraspticas-ConceitoseComposio.html. Acesso em: 25 nov. 2013.
http://www.curso-fibraoptica.com.br-artigos-tipos-de-cabo-de-fibra-optica, acessado em 13 de Novembro de 2013.
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