Fibra ptica
Fibra ptica
Fibra tica um filamento, de vidro ou de materiais polimricos,
com capacidade de transmitir luz. Estes filamentos tm dimetros
variveis, dependendo da aplicao, indo desde dimetros nfimos, da
ordem de micrometros (mais finos que um fio de cabelo) at vrios
milmetros. A transmisso da luz pela fibra segue um mesmo princpio,
independentemente do material usado ou da aplicao: lanado um feixe
de luz em uma extremidade da fibra, e pelas caractersticas pticas
do meio (fibra), esse feixe percorre a fibra atravs de consecutivas
reflexes. A fibra possui no mnimo duas camadas: O ncleo e o
revestimento. No ncleo ocorre a transmisso da luz propriamente
dita, embora o revestimento no seja menos importante. A transmisso
da luz dentro da fibra possvel graas a uma diferena de ndice de
refrao entre o revestimento e o ncleo, sendo que o ncleo possui
sempre um ndice de refrao mais elevado, caracterstica que aliada ao
ngulo de incidncia do feixe de luz, possibilita o fenmeno da
reflexo total.
A fibra ptica foi inventada pelo fsico indiano Narinder Singh
Kanpany. H vrios mtodos de fabricao de fibra ptica, sendo os mtodos
MCVD, VAD e OVD os mais conhecidos.
As fibras ticas so utilizadas como meio de transmisso de ondas
electromagnticas (como a luz) uma vez que so transparentes e podem
ser agrupadas em cabos. Estas fibras so feitas de plstico ou de
vidro. O vidro mais utilizado porque absorve menos as ondas
electromagnticas. As ondas electromagnticas mais utilizadas so as
correspondentes gama da luz infravermelha.
O meio de transmisso por fibra ptica chamado de "guiado", porque
as ondas eletromagnticas so "guiadas" na fibra, embora o meio
transmita ondas onidirecionais, contrariamente transmisso
"sem-fio", cujo meio chamado de "no-guiado". Mesmo confinada a um
meio fsico, a luz transmitida pela fibra ptica proporciona o
alcance de taxas de transmisso (velocidades) elevadssimas, da ordem
de dez elevado nona potncia a dez elevado dcima potncia, de bits
por segundo, com baixa taxa de atenuao por quilmetro. Mas a
velocidade de transmisso total possvel ainda no foi alcanada pelas
tecnologias existentes. Como a luz se propaga no interior de um
meio fsico, sofrendo ainda o fenmeno de reflexo, ela no consegue
alcanar a velocidade de propagao no vcuo, que de 300.000
km/segundo, sendo esta velocidade diminuda consideravelmente (Na
realidade a luz no abranda, mas percorre uma distancia maior visto
que no vai em linha recta, mas sim aos zig zags).
Cabos fibra ptica atravessam oceanos. Usar cabos para conectar
dois continentes separados pelo oceano um projecto monumental.
preciso instalar um cabo com milhares de quilmetros de extenso sob
o mar, atravessando fossas e montanhas submarinas. Nos anos 80,
tornou-se disponvel, o primeiro cabo fibra ptica intercontinental
desse tipo, instalado em 1988, e tinha capacidade para 40.000
conversas telefnicas simultneas usando tecnologia digital. Desde
ento, a capacidade dos cabos aumentou. Alguns cabos que atravessam
o oceano Atlntico tm capacidade para 200 milhes de circuitos
telefnicos!
Para transmitir dados pela fibra ptica, necessrio um equipamento
especial chamado "infoduto", que contm um componente fotoemissor,
que pode ser um diodo emissor de luz (LED) ou um diodo laser. O
fotoemissor converte sinais eltricos em pulsos de luz que
representam os valores digitais binrios (0 e 1).
Uma caracterstica importante que torna a fibra ptica
indispensvel em muitas aplicaes o fato de no ser suscetvel
interferncia electromagntica, pela razo de que no transmite pulsos
eltricos, como ocorre com outros tipos de meio de transmisso que
empregam o fios metlicos, como o cobre. Tipos de fibrasAs fibras
pticas podem ser de basicamente de dois modos:
Monomodo (Transmite um feixe em linha reta, so mais finas, mais
rpidas, transmitem em maiores distncias porm so mais caras.)
Multimodo (apresentando diversas camadas de substncias e ndices
de refrao diferentes que ajudam na propagao da luz e combatem a
perda de sinal (atenuao)). Cabo de Fibra ptica* As Fibras pticas so
finos fios feitos de slica, silicone, vidro, nylon ou plstico, que
so materiais dieltricos (isolantes eltricos) e transparentes para a
faixa do espectro da luz visvel e infravermelho prximo.* So guias
de onda, e podem ser informalmente entendidas como "encanamentos de
luz": a luz aplicada a uma das extremidades percorre a fibra at
sair pela outra extremidade, podendo este percurso atingir centenas
de quilmetros sem a necessidade de que o sinal seja regenerado.
* Cada metade do cabo de fibra ptica composta de camadas de
material. Na parte externa, uma cobertura plstica deve obedecer s
normas de construo no prdio e aos cdigos de proteo contra incndio
para que o cabo inteiro fique protegido. Sob a cobertura, uma
camada de fibras Kevlar (tambm usada em coletes prova de bala)
amortece impactos e proporciona maior robustez. Sob as fibras de
Kevlar, outra camada de plstico, denominada capa, d proteo e
amortece impactos. Alguns cabos de fibra ptica projetados para
entrarem em contato com o solo devem conter fios de ao inoxidvel ou
de outro material que proporcionam maior robustez. Todo esse
materiais protegem o fio de vidro, que to fino quanto um fio de
cabelo.
* Os dados percorrem o centro de cada fio de fibra de vidro,
denominado ncleo. A luz de um diodo ou lazer entra no ncleo atravs
de uma das extremidades do cabo e absorvida por suas parede (um
fenmeno denominado reflexo total interna).
* As fibras pticas so atualmente as maiores responsveis pelas
revolues ocorridas nas telecomunicaes. Elas tm tomados os lugares
dos cabos metlicos na transmisso de dados e tm capacidade de
transmitir uma quantidade enorme de informaes com confiabilidade e
velocidade incrveis.
* As fibras pticas podem ser consideradas basicamente como guias
de luz, luz a qual transmite a informao no sistema binrio, ou seja,
pulso de luz ou no. Para entendermos como funciona o sistema
digital de comunicao, vamos entender inicialmente a diferena entre
ele e o sistema analgico: Um toca-discos funciona atravs do mtodo
de transmisso de sinal analgico, pois h uma agulha que colocada
sobre os sulcos do disco e transmite ao amplificador as vibraes que
nela esto gravadas. Se voc quiser experimentar, pode colocar nos
sulcos de um disco, bem velho de preferncia, uma lmina afiada e voc
vai perceber que a msica do disco comear a ser reproduzida num
volume bem reduzido atravs das vibraes da lmina. Se analisarmos
agora um toca-CD, veremos que a informao dele digital, ou seja,
dada apenas pela informao 0 ou 1 do cdigo binrio, e portanto tem de
ser traduzida antes de ser amplificada.* Nas fibras pticas isto o
que acontece, pois transformamos sinais contnuos, como por exemplo
nossa voz, que varre freqncias desde poucos Hz at um mximo de
4000Hz, em sinais discretos na forma binria. Temos ento que cada
zero corresponde a uma ausncia de pulso luminoso e o um corresponde
a um pulso luminoso, pulso luminoso o qual pode ser devido a um
laser ou a um diodo emissor de luz (LED). * A moderna tecnologia
encontrou na fibra tica um meio de transmisso de informaes que
apresenta notveis vantagens sobre os tradicionais, com vasta
aplicaes nas telecomunicaes, na medicina e na engenharia.
* Os dados percorrem o centro de cada fio de fibra de vidro,
denominado ncleo. A luz de um diodo ou lazer entra no ncleo atravs
de uma das extremidades do cabo e absorvida por suas parede (um
fenmeno denominado reflexo total interna).
Como Surgiu
A comunicao com fibra ptica tem suas razes nas invenes do sculo
XIX. Um dispositivo denominado Fotofen convertia sinais de voz em
sinais ticos utilizando a luz do sol e lentes montadas em um
transdutor que vibrava ao entrar em contato com o som. A fibra
ptica em si foi inventada pelo fsico indiano Narinder Singh
Kanpany, ela se tornou mais prtica durante os anos 60 com o
surgimento das fontes de luz de estado slido, raio lazer e os LEDs
(do ingls light-emitting diodes), e das fibras de vidro de alta
qualidade livres de impurezas. As companhias telefnicas foram as
primeiras a se beneficiar do uso de tcnicas de fibra tica em
conexes de longa distncia, em meados da dcada de 1980, foram
estendidos, nos Estados Unidos e no Japo, milhares de quilmetros de
cabos de fibra ptica para estabelecer comunicaes telefnicas. As
fibras pticas so usadas em vrios equipamentos mdicos projetados
para examinar o interior do corpo, uma vez que as imagens
transmitidas podem ser ampliadas e manipuladas para permitir uma
observao mais detalhada de cavidades do organismo. Recorre-se tambm
fibra ptica nos estudos de fsica e engenharia nuclear para a
visualizao das operaes que se realizam na inspeo do ncleo dos
reatores.
Histrico
- 1876: Inveno do telefone analgico por Graham Bell que existe
at hoje
-Sculo XX: O mundo se enreda de redes telefnicas analgicas:
- 1926: John Logie Baird patenteia uma TV a cores primitiva que
utilizava bastes de vidro para transportar luz.- 1930-40: Alguns
guias de luz foram desenvolvidos de Perplex para iluminar
cirurgias.- 1940: 1 cabo coaxial transporta at 300 ligaes
telefnicas ou um canal de TV com uma portadora de 3 MHz.- 1948: Os
cabos coaxiais apresentam perdas grandes paraf>10 MHz. Assim
surgiu a 1a transmisso por microonda com portadora de 4 GHz.- 1950:
Pesquisadores comeam a sugerir o uso de uma casca em volta da fibra
para guiar a luz. Os primeiros "fibrescopes" foram desenvolvidos
mas o custo ainda proibitivo.- 1952: O fsico indiano Narinder Singh
Kanpany inventa a fibra ptica.- 1964: Kao especulou que se a perda
da fibra for somente 20 dB/km, seria possvel, pelo menos
teoricamente, transmitir sinais a longa distncia com repetidores.
20 dB/km: sobra apenas 1% da luz aps 1 km de viagem. Objetivos:
menor custo e melhores para o transporte da luz.- 1968: As fibras
da poca tinham uma perda de 1000 dB/km. The Post Office patrocina
projetos para obter vidros de menor perda.- 1970: Corning Glass
produziu alguns metros de fibra ptica com perdas de 20 db/km.-
1973: Um link telefnico de fibras pticas foi instalado no EEUU.-
1976: Bell Laboratories instalou um link telefnico em Atlanta de 1
km e provou ser praticamente possvel a fibra ptica para telefonia,
misturando com tcnicas convencionais de transmisso. O primeiro link
de TV a cabo com fibras pticas foi instalada em Hastings (UK). Rank
Optics em Leeds (UK) fabrica fibras de 110 mm para iluminao e
decorao.- 1978: Comea em vrios pontos do mundo a fabricao de fibras
pticas com perdas menores do que 1,5 dB/km. para as mais diversas
aplicaes- 1988: Primeiro cabo submarino de fibras pticas mergulhou
no oceano e deu incio superestrada de informao.- 2001: A fibra
ptica movimenta cerca de 30 bilhes de dlares anuais.
