UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

AUTOMATIZAÇÃO INDUSTRIAL PROFESSOR VALNER BRUSAMARELO

Fibras Ópticas

Charles Smiderle Daniel Boff

Caxias do Sul, 26 de Novembro de 2003.

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 2 COMPOSIÇÃO DAS FIBRAS 3 MODOS DE PROPAGAÇÃO E TIPOS DE FIBRAS 4 CABOS ÓPTICOS 5 EMENDAS 6 CONECTORES 7 VANTAGENS 8 DESVANTAGENS 9 UTILIZAÇÃO DAS FIBRAS ÓPTICAS 10 METODOS DE FABRICAÇÃO DAS FIBRAS ÓPTICAS 11 CONCLUSÃO 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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1 Introdução Com a explosiva evolução das comunicações ópticas, motivadas pela necessidade de aumento da capacidade de tráfego de voz, vídeo e dados em alta velocidade, constantemente nos deparamos com novos conceitos em tecnologia de fotônica e telecomunicações. Cada vez mais, as fibras ópticas passam a fazer parte do cotidiano das pessoas, desde de aparelhos utilizados na medicina e odontologia, até sistemas militares. Com este trabalho, pretende-se transmitir conhecimentos a respeito das fibras e cabos ópticos , tentando dar um enfoque mais prático e menos teórico do assunto visando um melhor compreendimento de um tópico tão importante e atual. Serão observados, ao longo do trabalho, os diversos tipos de fibras e cabos ópticos, as vantagens e desvantagens de suas utilizações, equipamentos utilizados no auxílio da transmissão, bem como as emendas e conexões feitas nas fibras que, por se tratarem de pontos de concentração de perdas, devem ser feitos com extrema precisão responsabilidade.

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2 Composição das fibras Uma fibra óptica é um capilar formado por materiais dielétricos cristalinos e homogêneos material (em geral, sílica ou plástico), transparentes o bastante para guiar um feixe de luz (visível ou infravermelho) através de um trajeto qualquer. A estrutura básica desses capilares são cilindros concêntricos com determinadas espessuras e com índices de refração tais que permitam o fenômeno da reflexão interna total que ocorre quando um feixe de luz emerge de um meio mais denso para um meio menos denso. O centro (miolo) da fibra é chamado de núcleo e a região externa é chamada de casca. Assim para que ocorra o fenômeno da reflexão interna total é necessário que o índice de refração do núcleo seja maior que o índice de refração da casca.

figura 1 - estrutura das fibras ópticas A diferença do índice de refração do núcleo com relação à casca é representada pelo perfil de índices da fibra óptica. Essa diferença pode ser conseguida usando-se materiais dielétricos distintos (por exemplo, sílica-plástico, diferentes plásticos, etc.) ou através de dopagens convenientes de materiais semicondutores (por exemplo, GeO2, P2O5, B2O3, etc..) na sílica (SiO2). A variação de índices de refração pode ser feita de modo gradual ou descontínuo, originando diferentes formatos de perfil de índices. As alternativas quanto ao tipo de material e ao perfil de índices de refração implicam existência de diferentes tipos de fibras ópticas com características de transmissão, e, portanto, aplicações distintas. Por exemplo, a capacidade de transmissão, expressa em termos de banda passante, depende essencialmente (além de seu comprimento) da geometria e do perfil de índices da fibra óptica. O tipo de material utilizado, por sua vez, é determinante quanto às freqüências ópticas suportadas e aos níveis de atenuação correspondentes. As características mecânicas das fibras ópticas expressas, por exemplo, em termos dos processos de fabricação. Embora comparavelmente mais resistentes que fios de aço de mesmas dimensões, as fibras ópticas costumam ter a sua estrutura básica protegida das perturbações mecânicas ou ambientais por encapsulamentos ou revestimentos diversos. Essa proteção inclui desde uma segunda camada coaxial de casca, servindo como estrutura física de suporte, até sucessivos encapsulamentos plásticos e empacotamentos, dando origem aos cabos ópticos que podem conter uma ou mais fibras ópticas. 3 Modos de propagação e tipos de fibras 3.1 Modos de propagação Quando tratamos a luz pela teoria ondulatória, a luz é regida pelas equações de Maxwell. Assim, se resolvermos as equações de Maxwell para as condições (chamadas condições de contorno) da fibra, que é um guia de onda, tais como diâmetro do núcleo, comprimento de onda, abertura numérica, etc. encontramos um certo número de soluções finitas. Dessa

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maneira, a luz que percorre a fibra óptica não se propaga aleatoriamente, mas é canalizada em certos modos. Modo de propagação é, portanto, uma onda com determinada distribuição de campo eletromagnético que satisfaz as equações de Maxwell e que transporta uma parcela individual (mas não igual) da energia luminosa total transmitida. Esses modos podem ser entendidos e representados como sendo os possíveis caminhos que a luz pode ter no interior do núcleo. Numa fibra óptica, o número de modos está relacionado com a freqüência normalizada V. 3.2 Tipos de fibras As fibras ópticas costumam ser classificadas a partir de suas características básicas de transmissão, ditadas essencialmente pelo perfil de índices de refração da fibra e pela sua habilidade em propagar um ou vários modos de propagação. Com implicações principalmente na capacidade de transmissão (banda passante) e nas facilidades operacionais em termos de conexões e acoplamento com fontes e detectores luminosos, resultam dessa classificação básica os seguintes tipos de fibras ópticas: - Fibra multimodo de índice degrau - Fibra multimodo de índice gradual - Fibra monomodo A classificação típica das fibras ópticas feita acima reflete, de maneira geral, a evolução tecnológica básica em termos de capacidade de transmissão na aplicação mais importante das fibras óptica: a dos sistemas de telecomunicações. Todavia, considerando-se o grau de sofisticação das aplicações, é possível adotar classificações (ou subclassificações) específicas, envolvendo outros critérios, tais como: - Arquitetura do suporte de transmissão: o suporte de transmissão pode ser composto de uma única fibra ou de um feixe de fibras com implicações diversas quanto à capacidade de captação de potência luminosa, à flexibilidade, às facilidades de conexão e acoplamento, às perdas de propagação e, naturalmente, às aplicações. - Composição material: fibras com o par núcleo-casca do tipo sílica-sílica, sílicaplástico ou plástico-plástico têm propriedades distintas quanto às facilidades operacionais e de fabricação, às perdas de transmissão, à tolerância a temperatura etc., permitindo atender a uma variedade de aplicações. - Freqüências ópticas de atenuação: esta classificação, que inclui, por exemplo, as fibras no infravermelho e as fibras no ultravioleta, reflete o desenvolvimento de fibras ópticas para operar na faixa típica (0,7 a 1,6�m) atual das aplicações em comunicações; esses tipos de fibras podem envolver características operacionais próprias em função das aplicações, bem como novos materiais na busca de um melhor desempenho em termos das perdas de transmissão. - Outros tipos de perfil de índices: fibras monomodo com perfil de índices diferentes dodegrau têm implicações importantes quanto às características de transmissão; é o caso, por exemplo, das fibras com dispersão deslocada e as fibras com dispersão plana. - Geometria ou sensibilidade à polarização: além da seção circular típica, as fibras monomodo podem ter um núcleo de seção elíptica com implicações importantes quanto à filtragem e manutenção de polarização; é o caso, por exemplo, das fibras com polarização mantida. 3.2.1 Fibra multimodo de índice degrau (STEP INDEX) As fibras ópticas do tipo multimodo índice degrau (ID), foram as primeiras a surgir e são conceitualmente as mais simples, foram as pioneiras em termos de aplicações práticas. O

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tipo de perfil de índices e as suas dimensões relativamente grandes implicam uma relativa simplicidade quanto à fabricação e facilidades operacionais: apresenta, porém, uma capacidade de transmissão bastante limitada. Constitui-se basicamente de um único tipo de vidro para compor o núcleo, ou seja, com índice de refração constante. O núcleo pode ser feito de vários materiais como plástico, vidro, etc. e com dimensões que variam de 50 a 400 �m, conforme o tipo de aplicação. A casca, cuja a função básica de garantir a condição de guiamento da luz pode ser feita de vidro, plástico e até mesmo o próprio ar pode atuar como casca (essas fibras são chamadas de bundle). Essas fibras são limitadas quanto à capacidade de transmissão. Possuem atenuação elevada (maior que 5 dB/km) e pequena largura de banda (menor que 30 MHz.km) e são utilizadas em transmissão de dados em curtas distâncias e iluminação.

figura 2 - fibra multimodo índice degrau 3.2.2 Fibra multimodo de índice gradual (GRADED INDEX) As fibras multimodo índice gradual (IG), de conceituação e fabricação um pouco mais complexas, caracterizam-se principalmente pela sua maior capacidade de transmissão com relação às fibras multimodo índice degrau. Desenvolvidas especialmente para as aplicações em sistemas de telecomunicações, as fibras multímodo IG apresentam dimensões menores que as de índice degrau (mas suficientemente moderadas de maneira a facilitar as conexões e acoplamentos) e aberturas numéricas não muito grandes, a fim de garantir uma banda passante adequada às aplicações. Este tipo de fibra tem seu núcleo composto por vidros especiais com diferentes valores de índice de refração, os quais tem o objetivo de diminuir as diferenças de tempos de propagação da luz no núcleo, devido aos vários caminhos possíveis que a luz pode tomar no interior da fibra, diminuindo a dispersão do impulso e aumentando a largura de banda passante da fibra óptica. A variação do índice de refração em função do raio do núcleo obedece à seguinte equação: n(r)=n1.[1-∆.(r/a)α] onde: - n(r) é o índice de refração do ponto r - n1 é o índice de refração do núcleo - r é a posição sobre o raio do núcleo - α é o coeficiente de otimização - ∆ é a diferença entre o índice de refração da casca e do núcleo Os materiais tipicamente empregados na fabricação dessas fibras são sílica pura para a casca e sílica dopada para o núcleo com dimensões típicas de 125 e 50 µm respectivamente. Essas fibras apresentam baixas atenuações (3 dB/Km em comprimento de onda igual a 850

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nm) e capacidade de transmissão elevada. São, por esse motivo, empregadas em telecomunicações. A fibra Multimodo Índice Gradual possui freqüência de trabalho igual a 500 MHz.Km. São, por esse motivo, empregadas em telecomunicações.

figura 3 - fibra multimodo índice gradual 3.2.3 Fibra monomodo Esta fibra, ao contrário das anteriores, e construída de tal forma que apenas o modo fundamental de distribuição eletromagnética (raio axial) é guiado, evitando assim os vários caminhos de propagação da luz dentro do núcleo, conseqüentemente diminuindo a dispersão do impulso luminoso. Para que isso ocorra, é necessário que o diâmetro do núcleo seja poucas vezes maior que o comprimento de onda da luz utilizado para a transmissão. As dimensões típicas são 2 a 10 µm para o núcleo e 80 a 125 µm para a casca, dimensões muito pequenas, que dificultam, portanto, a conectividade: caracteriza-se, entretanto, por uma capacidade de transmissão bastante superior às fibras do tipo multimodo. Os materiais utilizados para a sua fabricação são sílica e sílica dopada. As dimensões muito reduzidas das fibras exigem o uso de dispositivos e técnicas de alta precisão para a realização de conexões entre segmentos de fibras e do acoplamento da fibra com as fontes e detectores luminosos. Essas dificuldades operacionais das fibras monomodo , associadas à pressão da demanda de sistemas de telecomunicações de grande capacidade, favoreceram, numa primeira fase, o desenvolvimento das fibras multimodo índice gradua. Todavia, a contínua tecnológica vem superando gradativamente os inconvenientes de conectividade, permitindo que as fibras monomodo, hoje em dia, não apenas resgatem a vocação para aplicações em sistemas de grande capacidade mas também se apresentem como a alternativa quase obrigatória dos futuros sistemas de comunicações. São empregadas basicamente em telecomunicações pois possuem baixa atenuação (0,7 dB/Km em comprimento de onda igual a 1300 nm e 0,2 dB/Km emcomprimento de onda

igual a 1550 nm) e grande largura de banda (10 a 100 GHz.Km). figura 4 - fibra monomodo

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3.3 Outros tipos de fibras 3.3.1 Fibras de plástico As fibras multimodo ID podem ser feitas totalmente de plástico, desde que mantenham sua propriedade essencial, isto é, um índice de refração da casca inferior ao do núcleo. Com certos tipos de plásticos transparentes (por exemplo, silicone, polimetil metacrilato- PMMA, poliestireno etc.) obtém-se facilmente NA superiores a 0,5, permitindo aplicações que exigem uma maior captação de energia luminosa, tipicamente, na "janela" visível, em torno de 630nm. Além disso, as fibras de plástico caracterizam-se por uma grande flexibilidade mecânica e pela alta tolerância nas conexões e acoplamentos, em razões de suas dimensões relativamente grandes (diâmetros do núcleo variando tipicamente de 100 a 6.000mm e a dimensão da casca não excedendo em 10% a do núcleo). Por outro lado, as fibras de plástico apresentam, negatividade, altas perdas de transmissão. Essas altas perdas, tipicamente superiores a centenas de decibéis por quilômetro na faixa do espectro visível, limitam consideravelmente as distâncias possíveis na transmissão de sinais. Uma outra desvantagem das fibras de plástico, com relação as fibras de plástico, com relação às fibras de sílica, é a casca menor tolerância a temperatura altas. As aplicações das fibras de plástico incluem sistemas de instrumentações e comunicações em automóveis (onde as distâncias são muito curtas e os requisitos de banda passante modestos), mas principalmente em sistemas de iluminação e transmissão e transmissão de imagem, por exemplo, em aplicações médicas. Uma fibra de plástico (PMMA) típica no mercado para operações nos comprimentos de onda de 525, 575 e 650nm tem as seguintes características: relação de diâmetros 200/240mm, relação de índices 1,492/1,417, NA = 0,47, temperatura máxima de 75°C e atenuação de 50dB/km (525nm). 3.3.2 Feixes de fibras As fibras ópticas tipo multimodo índice degrau, tanto de sílica como de plástico, podem ser agrupadas em feixes de fibras com a finalidade principal de aumentar a área de captação de luz. O feixe pode ser rígido, formado pela fusão de fibras individuais, ou pode ser flexível, agrupando-se fibras fisicamente separadas. A atenuação típica desses feixes é da ordem de um decibel por metro e a faixa de atenuação inclui o espectro visível (400-700nm), para os feixes de plástico, e uma mais larga (400-2200nm), para os feixes com fibras de sílica. Os feixes com fibras de sílica podem ser aplicados em transmissão de sinais, por exemplo, em automóveis. Todavia, as principais aplicações dos feixes de fibras são constituídas por sistemas de iluminação e transmissão de imagem em distâncias muito curtas. No caso de transmissão de imagem, o feixe deve ser formado de modo que o arranjo das fibras seja idêntico nas suas extremidades, a fim de permitir a reconstrução aproximada da imagem transmitida. Nesse caso, quanto menor for o núcleo das fibras do feixe, maior será a resolução da imagem transmitida. Os feixes de fibras para aplicações em transmissão de imagem podem ser rígido ou flexível, como por exemplo, no caso de instrumentação médica. Por outro lado, no caso aplicações em iluminação, as fibras do feixe podem ser misturadas aleatoriamente de uma extremidade a outra de modo a garantir uma melhor distribuição da luz. 3.3.3 Fibras com dispersão deslocada A banda passante de uma fibra óptica é função da sua dispersão, que, por sua vez, depende, entre outros fatores, das características de perfil de índices do guia de onda. As fibras monomodo típicas (sílica, perfil tipo degrau) caracterizam-se por uma região de dispersão nula em torno de 1,3mm. Variando-se as dimensões e diferenças de índices ou usando-se um perfil de índices diferente do degrau, é possível deslocar as condições de dispersão nula

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de uma fibra monomodo para comprimentos de onda onde as perdas de transmissão são menores, por exemplo, 1,55mm. Esse tipo de fibra monomodo, que desloca as características de dispersão, é conhecido como fibra monomodo com dispersão deslocada. 3.3.5 Fibras com dispersão plana As fibras com dispersão plana são fibras monomodo que procuram manter a dispersão em níveis bastante baixos ao logo de uma região espectral entre dois pontos com características de dispersão zero (por exemplo, 1,3mm e 1,55mm). Além de deslocar a característica de dispersão nula para 1,55mm. As fibras monomodo com dispersão plana oferecem, com relação as fibras com dispersão deslocada, a vantagem de poderem operar com vários comprimentos de onda, permitindo, por exemplo, uma ampliação da capacidade de transmissão do suporte através da técnica de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM). 3.3.6 Fibras com polarização mantida Uma fibra monomodo com simetrias circular é, em geral, insensível a polarização (horizontal e vertical) da luz transmitida pelo modo único propagado. Todavia, imperfeições de fabricação ou a indução de deformações mecânicas na fibra podem alterar as suas condições de simetria, implicando em diferentes condições de propagação para as duas polarizações do modo propagado. Na maioria das aplicações, essas possíveis modificações na polarização da luz transmitida não são importantes, entretanto, em aplicações específicas com sistemas de transmissão do tipo coerente ela são fundamentais. Um tipo de fibra monomodo de bastante interesse para os sistemas coerentes é a fibra monomodo com polarização mantida, que, como o nome indica, caracteriza-se por manter ao longo da transmissão, a polarização da luz que originalmente entrou na fibra. Este tipo de fibra monomodo apresenta propriedades diferentes (birefringência) para a propagação das duas polarizações, isolando uma da outra, que podem ser construídas, alterando-se deliberadamente o núcleo circular convencional das fibras ópticas por um de seção elíptica ou introduzindo-se a característica da birefringência através de materiais, no núcleo e na casca, com diferente coeficientes de expansão térmica. 3..3.7 Fibras no infravermelho médio A tecnologia atual de fibras ópticas baseia-se essencialmente no uso da sílica como componente básico, sendo que, em aplicações especiais, pode-se também, utilizar algum tipo de plástico na composição da fibra. Entretanto, em comprimentos de onda superiores a 1,6mm, onde potencialmente as perdas de transmissão são mínimas, o uso de sílica em fibras ópticas deixa de ser atraente por causa das altas perdas por absorção intrínseca. Isso tem originado o desenvolvimento de fibras ópticas com novos materiais. Esses novos materiais que incluem, principalmente, calcogenitas e fluoretos de zircônio e de outros metais pesados, oferecem possibilidade de perdas intrínsecas extremamente baixas na região de 1,6 a 10mm, dando origem a classe das fibras infravermelho médio. A tecnologia das fibras operando no infravermelho médio é ainda bastante experimental, com as perdas efetivas muito acima do mínimo teórico. Além disso, essas fibras apresentam-se, no caso de operação em comprimentos de onda curtos, mais frágeis e caras (o processo de purificação dos novos materiais é mais complexo) do que as de sílica. Assim sendo, embora uma das principais motivações no desenvolvimento desse tipo de fibra seja a possibilidade de sistemas de comunicações de longa distância sem repetidores (por exemplo, cabos submarinos) com fibras monomodo, as fibras do infravermelho médio atuis são do tipo multimodo índice degrau, utilizadas principalmente na transmissão de potência luminosa de laser para corte em aplicações cirúrgicas e industriais.

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4 Cabos ópticos 4.1 O que são os Cabos Ópticos O cabo óptico é uma estrutura destinada a proteger e facilitar o manuseio das fibras ópticas. Existem 3 tipos de aplicações para os cabos ópticos: - Internas: aplicados em Backbones, Campus Backbone ou em Redes Horizontais; - Externas: em dutos, diretamente enterrados ou em instalações aéreas. Existem também os cabos ópticos destinados apenas a execução de manobras ou ligações temporárias entre fibras ópticas e painéis de distribuição, chamados de Cordões Ópticos. As características de transmissão dos guias de onda luminosos são sensíveis a influências mecânicas e ambientais. O cabeamento, portanto, procura proteger a fibra ou as fibras contra adversidades mecânicas ou ambientais durante a instalação ou operação do suporte de transmissão. Por exemplo, os cabos ópticos devem ser suficientemente resistentes de modo a evitar que as fibras se quebrem com as tensões de puxamento do cabo durante a sua instalação. Deve também, prover a rigidez necessária a fim de prevenir curvaturas excessivas nas fibras. No caso dos submarinos transoceânicos, pode ser necessário que os cabos ópticos suportem por exemplo, pressões equivalentes a vários quilômetros de profundidade em água salgada. No caso dos cabos aéreos, estes devem permitir às fibras operarem adequadamente sob condições de temperaturas extremas (inverno/verão). Enfim, o empacotamento de múltiplas fibras em um único cabo tem implicações evidentes em termos de facilidade de manuseio. 4.2Características de Transmissão As características de transmissão de uma fibra óptica nua podem ser afetadas pelo processo de cabeamento. No caso das fibras multimodo, as características associadas às perdas por microcurvaturas, dispersão modal, diâmetro efetivo do núcleo e abertura numérica costumam ser as mais afetadas. Por outro lado, o cabeamento de fibras monomodo pode afetar, principalmente, as perdas por microcurvaturas e o comprimento de onde de corte. Em particular, é muito difícil, na prática, obter-se uma relação entre o comprimento de onda de corte de fibra cabeada e o de fibra não cabeada. O desempenho de um cabo óptico pode diminuir ao longo do tempo, por três razões principais:

• atenuação crescente em função da presença de hidrogênio, que pode ser gerado pela corrosão metálica da estrutura de suporte físico do cabo em presença de água ou pela decomposição de material plástico de revestimento;

• fadiga estática, podendo fazer com que uma fibra quebre anos após anos a instalação do cabo;

• envelhecimento térmico da estrutura do cabo, fazendo com que a atenuação induzida por microcurvaturas aumente.

4.3 Características Operacionais A estrutura de um cabo óptico deve facilitar o manuseio e as emendas com as fibras, uma vez que uma significativa parcela dos custos atribuídos aos cabo, num sistema de transmissão (a longa distância) por fibras ópticas, está associada a dificuldades com os procedimentos de instalação. É importante, portanto, que os cabos, assim como as fibras, tenham revestimentos facilmente removíveis no campo, de modo a facilitar a instalação e eventuais reparos. Normalmente, as fibras são codificadas com cores para rápida identificação e organizadas em subunidades contendo tipicamente de 1 a 12 fibras. As

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estruturas e os procedimentos de instalação dos cabos ópticos variam conforme a aplicação (cabos internos, cabos aéreos, cabos subterrâneos, cabos submarinos etc). 4.4Estrutura do Cabo Óptico A fibra óptica, durante o processo de fabricação, é revestida por uma camada de plástico de proteção, conforme foi visto anteriormente. Em alguns casos, esse revestimento de proteção básica é suficiente para permitir que a fibra seja utilizada diretamente numa estrutura de cabeamento. Entretanto, na maioria das aplicações, é necessário prover a fibra de proteção adicional através de um procedimento comumente conhecido por buffering. As estruturas atualmente em uso são: - Estrutura tipo Solta: LOOSE; - Estrutura tipo Compacto: TIGHT; - Estrutura tipo "V": GROOVE; - Estrutura tipo Fita: RIBBON. 4.5 Estrutura Tipo LOOSE 4m uma estrutura do tipo LOOSE as fibras são alojadas dentro de um tubo cujo diâmetro é muito maior que os das fibras, isto por si só isolla as fibras das tensões externas presentes no cabo tais como tração, flexão ou variações de temperatura. Ainda dentro deste tubo é aplicada um gel derivado de petróleo para isola-lo da umidade externa. 4.6 Estrutura Tipo TIGHT Neste tipo de estrutura, as fibras recebem um revestimento secundário de nylon ou poliéster que é extrusada diretamente sobre a fibra. As fibras após receberem este revestimento, são agrupadas juntas com um elemento de tração que irá dar-lhe resistência mecânica, sobre este conjunto é aplicado um revestimento externo que irá proteger o cabo contra danos físicos. 4.7 Estrutura Tipo GROOVE Em uma estrutura tipo GROOVE as fibras ópticas são acomodadas soltas em uma estrutura interna do tipo ESTRELA. Este estrutura apresenta ainda um elemento de tração ou elemento tensor incorporada em seu interior, a função básica deste elemento é de dar resistência mecânica ao conjunto. Uma estrutura deste tipo permite um número muito maior de fibras por cabo. 4.8 Estrutura Tipo RIBBON Este tipo de estrutura é derivada da estrutura tipo GROOVE, aqui as fibras são agrupadas horizontalmente e envolvidas por uma camada de plástico, tornando-se um conjunto compacto. este conjunto é então empilhado sobre si, formando uma estrutura compacta que é inserida na estrutura GROOVE, tornando um cabo com uma grande capacidade de grande capacidade de grande, podendo chegar à mais de 3000 fibras por cabo.

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Figura 5 - Cabo óptico dielétrico aéreo auto-sustentado cfoa-as 80 .

Figura 6 – Estrutura cabo óptico dielétrico aéreo auto-sustentado cfoa-as 80

Figura 7 - Cabo óptico dielétrico cfoa-der

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Figura 8 – Estrutura cabo óptico dielétrico cfoa-der

Figura 9- Estrutura Cabo OPGW(optical fiber ground wire) 5 Emendas 5.1 Emendas Ópticas Uma emenda óptica consiste na junção de 2 ou mais seguimentos de fibras, podendo ser permanente ou temporária. Servem para prolongar um cabo óptico, uma mudança de tipo de cabo, para conexão de um equipamento ativo ou efetuarmos manobras em um sistema de cabeamento estruturado. Como características básicas, as emendas apresentam as seguintes características: - Baixa Atenuação: típica de 0,2 à 0,02dB por emenda; - Alta Estabilidade Mecânica: cerca de 4 kgf de tração; - Aplicações em Campo: requer poucos equipamentos para sua feitura. Existem três tipos de emendas ópticas: - Emenda por Fusão: as fibras são fundidas entre si; - Emenda Mecânica: as fibras são unidas por meios mecânicos; - Emenda por Conectorização: são aplicados conectores ópticos, nas fibras envolvidas na emenda. As emendas ópticas, sejam por fusão ou mecânicas, apresentam uma atenuação muito menor que um conector óptico. 5.2 Processo de Emenda Quando efetuamos um dos 3 tipos de emendas mencionados, devemos obedecer etapas distintas do processo de emenda, estas etapas são necessárias para que possamos ter o desempenho desejado. O processo de emenda consiste nas seguintes operações:

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5.2.1 Limpeza Os passos envolvidos nesta etapa são:

1. Remoção da capa do cabo; 2. Remoção do tubo LOOSE; 3. Remoção do gel com o uso de álcool isopropílico, utilizando-se algodão, lenços de

papel ou gaze. 5.2.2 Decapagem Esta operação consiste em:

1. Remoção do revestimento externo de acrilato da fibra; 2. Limpeza da fibra com álcool isopropílico; 3. Repetir o processo até que todo o revestimento externo da fibra seja removido.

5.2.3 Clivagem A clivagem de uma fibra óptica consiste no corte das extremidades das fibras em um ângulo de 90º, ou seja, cada ponta da fibra deve ter sua face paralela. Esta necessidade do ângulo ser de 90º deve-se ao fato de quando fizermos sua emenda, ambas as faces deverão estar paralelas para uma perfeita emenda. É nesta etapa que devemos o máximo de cuidado com o manuseio da fibra, é desta etapa que saíra a fibra pronta para a emenda. A clivagem de uma fibra óptica é feito usando um equipamento que faz um risco na fibra, analogamente ao corte de um vidro pelo vidraceiro. As operações envolvidas são:

1. Clivagem da fibra; 2. Limpeza das extremidades com álcool isopropílico.

5.3 Atenuações em Emendas Ópticas Como já mencionado em conectores ópticos, existem 2 tipos de fatores que influenciam o processo de emenda, que são: - Fatores Intrínsecos; - Fatores Extrínsecos; - Fatores Reflexivos. 5.3.1 Fatores Intrínsecos São os fatores que envolvem a fabricação da fibra óptica, são os seguintes: - Variação do diâmetro do núcleo; - Diferença de perfil; - Elipticidade ou Excentricidade do núcleo ou casca. É especialmente crítico a variação do diâmetro do núcleo para as fibras Monomodo. 5.3.2 Fatores Extrínsecos São os fatores que decorrem do processo de emenda, são os seguintes: - Precisão no alinhamento da fibra; - Qualidade das terminações da fibra; - Espaçamento entre as extremidades; - Contaminação ambiental. 5.3.3 Fatores Refletores São os fatores que advém das próprias emendas, estas podem gerar em seu interior, reflexos de luz que irão atenuar os sinais transmitidos, ocasionando perda de potência. Com os equipamentos empregados no processo de emenda, e a constante melhoria na qualidade da fabricação da fibra, este tipo de atenuação é inferior a 50dB. 5.4 Emenda por Fusão

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É o processo pelo qual, 2 seguimentos de fibra são fundidos entre si, através de uma descarga elétrica produzida pelo equipamento. As etapas envolvidas são:

1. limpeza; 2. Decapagem; 3. Clivagem; 4. Inserção do protetor de emenda, "Tubete Termo Contrátil"; 5. Colocação das fibras no dispositivo V Groove da máquina de fusão; 6. Aproximação das fibras até cerca de 1µm; 7. Fusão através de arco voltaíco; 8. Colocação do protetor e aquecimento.

5.5 Emenda Óptica Mecânica É o processo pelo qual, 2 seguimentos de fibra são unidos usando-se um Conector Óptico Mecânico. Neste tipo de emenda os processos de limpeza, decapagem e clivagem são iguais aos processo por fusão. As etapas envolvidas são:

1. limpeza; 2. Decapagem; 3. Clivagem; 4. Inserção de cada extremidade da fibra em uma extremidade do conector; 5. Verificação da correta posição das fibras; 6. Fechamento do conector.

5.6 Emenda Óptica por Conectorização Neste tipo de emenda, as fibras ópticas não são unidas e sim posicionadas muito perto, isto é conseguido através do uso de um outro tipo de conector chamado de Adaptador, mencionado na parte de conectores. Este tipo de emenda é executada de forma rápida, desde que os conectores já estejam instalados nos cordões ópticos. Ele é também muito usado em acessórios ópticos chamados de Distribuidores Ópticos, onde fazem a interface entre um cabo vindo de uma sala de equipamentos e os equipamentos ativos instalados noo andar, no Armário de Telecomunicações. 6 Conectores Os conectores utilizam acoplamentos frontais ou lenticulares, sendo que existem três tipos de acoplamentos frontais: - quando a superfície de saída é maior que a de entrada; - quando a superfície de saída é igual à de entrada; - quando a superfície de saída é menor que a de entrada. Os requisitos dos conectores são: - montagem simples; - forma construtiva estável; - pequenas atenuações; - proteção das faces das fibras.

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figura 10 - tipos de conectores Os conectores ópticos são dispositivos passivos que servem de interface e providenciam a conexão da fibra óptica, seja de um cabo ou de um cordão, aos dispositivos ativos aos cabos backbones instalados em uma rede LAN. Os conectores ópticos servem de interface para vários tipos de equipamentos, por exemplo: - Interfaces em redes: LAN's, WAN's, ou MAN's; - Conexão entre cabos do tipo ponto-à-ponto; - Painéis de conexão para roteamento de cabos; - Conexão entre equipamentos ativos e rede. Os conectores ópticos, quando ligados a um equipamento ativo, são conectados em receptáculos que estão ligados diretamente aos dispositivos ópticos transmissores ou detetores instalados nos equipamentos ativos. Apesar de o conector ST ser o mais usado, existem outros conectores também muito usados. O conector MIC (Medium Interface Connector), basicamente usado por redes FDDI, traz as duas fibras presas em um mesmo conector. Assim não há como instalar um conector no lugar de outro. Já o conector VF-45, mostrado a seguir, parece ter futuro. Trata-se de um conector para fibras ópticas do tamanho de um conector RJ-45 padrão. Esse conector só é encaixado numa única posição, impedindo a instalação de uma fibra no lugar de outra. As principais características dos conectores ópticos são: - Baixas perdas por inserção e reflexão; - Estabilidade elétrica da conexão; - Montagem bastante simples; - Alta estabilidade mecânica; - Tipo de conectores padronizados pela indústria; - Permite várias conexões e desconexões; - Baixo custo de operação, aplicação e manutenção. 6.1 Construção Básica de um conector óptico Um conector óptico é composto basicamente por: - Corpo: providência estabilidade mecânica ao conector; - Ferrolho: faz o acoplamento entre cabos ou dispositivos. 6.3 Características Construtivas Todos os conectores mostrados apresentam características distintas de construção, polimento e uso, na tabela abaixo encontramos os tipos mais comuns de conectores e adaptadores usados em uma rede local. Entretanto, independente do fabricante, os Conectores e Adaptadores Ópticos entre si.

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Tipo Corpo Ferrolho Encaixe Tipo de Polimento

SC Plástico Cerâmico Push Pull SPC - Super Physical Contact - Polimento em forma de Domo, com pequeno ângulo em relação à fibra aplicada ao ferrolho.

ST Metálico e Plástico

Cerâmico e Plástico Baioneta

SPC - Super Physical Contact - Polimento em forma de Domo, com pequeno ângulo em relação à fibra aplicada ao ferrolho.

FDDI Plástico Duplo Cerâmico

Tipo Engate Rápido

Plano - polimento em ângulo reto com relação à fibra aplicada ao ferrolho.

FC Cerâmico Cerâmico Rosca APC - Angled Physical Contact - Polimento com um ângulo acentuado em relação à fibra na ferrolho.

7 Vantagens Ausência de diafonia: (linha cruzada- crosstalk) - As fibras ópticas não causam

interferência entre si, eliminando assim um problema comum enfrentado nos sistemas com

cabos convencionais, principalmente nas transmissões em alta freqüência, eliminando

necessidade de blindagens que representam parte importante do custo de cabos metálicos.

Banda passante potencialmente enorme - A transmissão em fibras ópticas Tem uma

capacidade de transmissão potencial, no mínimo 10.000 vezes superior à capacidade dos

atuais sistemas de microondas. Além de suportar um aumento significativo do número de

canais de voz e/ou de vídeo num mesmo circuito telefônico, essa enorme banda permite

novas aplicações impossíveis de serem concebidos anteriormente.

Perdas de transmissão muito baixas - As fibras ópticas apresentam atualmente perdas de

transmissão extremamente baixas. Desse modo, com fibras ópticas e com a tecnologia de

amplificadores ópticos, é possível uma transmissão interurbana com até centenas de

quilômetros, aumentando a confiabilidade do sistema, diminuindo o numero de

repetidores, o que reduz a complexidade e custos do sistema.

Imunidade a interferência e ao ruído - por serem feitas de material dielétrico, as fibras

ópticas são totalmente imunes a ruídos em geral e interferências eletromagnéticas, como as

causadas por descargas elétricas, instalações de alta tensão, ignição de motores,

chaveamento de relés entre outras fontes de ruído elétrico. Por outro lado existe um

excelente confinamento, do sinal luminoso propagado pelas fibras ópticas. A imunidade a

pulsos eletromagnéticos (PEM) é outra característica importante das fibras ópticas.

Isolação elétrica - O material dielétrico (vidro ou plástico) que compõe a fibra óptica

oferece uma excelente isolação elétrica entre os transceptores ou estações interligadas, não

tem problemas com o aterramento e interfaces dos transceptores. Além disso, quando um

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cabo de fibra óptica é danificado não existem faíscas de curto-circuito., não há

possibilidade de choques elétricos em cabos com fibras ópticas o que permite a sua

reparação no campo, mesmo com os equipamentos de extremidades ligados.

Pequenas dimensões e baixo peso - O volume e o peso dos cabos ópticos é muito inferior

ao dos cabos convencionais em cobre, para transportar a mesma quantidade de

informações, facilitando o manuseio e a instalação dos cabos. Um cabo óptico de 6,3mm

de diâmetro, com uma única fibra de diâmetro 125mm e encapsulamentos plástico,

substitui, em termos de capacidade, um cabo de 7,6cm de diâmetro com 900 pares

metálicos. Quanto ao peso, um cabo metálico de cobre de 94 quilos pode ser substituído por

apenas 3,6 quilos de fibra óptica.

Segurança da informação e do sistema - Qualquer tentativa captação de mensagens ao

longo de uma fibra óptica é facilmente detectada, pois exige o desvio de uma porção

considerável de potência luminosa transmitida, as fibras não são localizáveis através de

equipamentos medidores de fluxo eletromagnéticos ou detectores de metal.

Flexibilidade na expansão da capacidade dos sistemas - Os sistemas de transmissão por

fibras ópticas podem ter sua capacidade de transmissão aumentada gradualmente, em

função, por exemplo, do tráfego, sem que seja necessária a instalação de um novo cabo

óptico. Basta para isso melhorar o desempenho dos transceptores, seja, por exemplo,

substituindo-se led’s por diodos laser ou utilizando-se técnicas de modulação superiores.

Custos potencialmente baixos - As fibras ópticas já são atualmente competitivas,

especialmente em sistemas de transmissão a longa distância, onde a maior capacidade de

transmissão e o maior espaçamento entre repetidores permitidos repercutem

significativamente nos custos do sistema. Em distâncias curtas e/ou sistemas multipontos

pode elevar o custo dos sistemas.

Alta resistência a agentes químicos e variações de temperaturas - As fibras ópticas tem

uma boa tolerância a temperaturas, favorecendo sua utilização em diversas aplicações, são

menos vulneráveis à ação de líquidos e gases corrosivos, aumentando a confiabilidade e

vida útil dos sistemas.

8 Desvantagens

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Fragilidade das fibras ópticas sem encapsulamentos - O manuseio de uma fibra óptica

"nua" é bem mais delicado que no caso dos suportes metálicos.

Dificuldade de conexão das fibras ópticas - As pequenas dimensões das fibras ópticas

exigem procedimentos e dispositivos de alta precisão na realização das conexões e junções.

Acopladores tipo T com perdas muito altas - É muito difícil se obter acopladores de

derivação tipo T para fibras ópticas com baixo nível de perdas. Isso repercute

desfavoravelmente, por exemplo, na utilização de fibras ópticas em sistemas multiponto.

Impossibilidade de alimentação remota de repetidores - Os sistemas com fibras ópticas

requerem alimentação elétrica independente para cada repetidor, não sendo possível a

alimentação remota através do próprio meio de transmissão.

Falta de padronização dos componentes ópticos - A relativa imaturidade e o

contínuo avanço tecnológico não tem facilitado o estabelecimento de padrões para os

componentes de sistemas de transmissão por fibras ópticas.

9 Utilização das Fibras Ópticas Atualmente já são inúmeras as utilidades das fibras ópticas, podendo citar entre muitas: - Aplicação na Medicina e na Odontologia; - Sensores Ópticos; - Aplicações Militares; - Sistema de Comunicações. 9.1 Aplicações na Medicina e na Odontologia Geralmente as fibras ópticas são utilizadas em feixes que contêm várias centenas de unidades. Sua aplicação mais simples ocorre em feixes curtos e espessos, que parecem uma "árvore" de pontos luminosos espalhados, muito decorativos. As aplicações técnicas empregam dois tipos de feixes, ambos largamente utilizados: os feixes incoerentes, cujas fibras são dispostas desordenadamente, e os coerentes, onde a posição relativa das fibras é idêntica em cada extremidade do feixe. O feixe coerente apresenta uma propriedade que o torna muito útil, especialmente na medicina: pode captar e transmitir, sem distorções, uma imagem de uma extremidade para outra. Há vários tipos de endoscópio que empregam essa propriedade das fibras ópticas para exames visuais do interior do corpo humano. Neles, um tubo fino e flexível contém um feixe coerente e um incoerente. Este tubo é introduzido, por exemplo, em uma veia do paciente e conduzido através dos meandros arteriais até chegar no órgão que se deseja examinar. Colocando-se uma fonte de luz na extremidade do feixe incoerente, pode-se, então, iluminar essa parte interna do organismo. Com sua propriedade de captar e transmitir fielmente as imagens, o feixe coerente transfere para um visor ou câmera fotográfica tudo o que ocorre no local examinado. Assim, pode-se, por exemplo, acompanhar o funcionamento do coração de um paciente. Outra utilidade na Medicina é uso de Fibras como ponta de bisturi óptico para cirurgias a laser, dentre esses podemos citar: cirurgias de descolamento de retina, desobstrução de vias

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aéreas (cirurgias na faringe ou traquéia) e desobstrução de vias venosas ("limpeza" de canais arteriais, evitando pontes de safena). No campo da odontologia as fibras ópticas são utilizadas na aplicação de selantes. As vantagens na utilização de fibras ópticas na medicina e na odontologia são: evitarem conexões elétricas no paciente, serem livres de interferências eletromagnéticas e podem ser esterilizadas. 9.2 Sensores Ópticos Um sensor é um dispositivo que atua como um transdutor: "traduz" o sinal causado pela propriedade física do meio em estudo (como pressão ou temperatura) em um tipo de sinal cujas características têm informações sobre o fenômeno ocorrido. A sensibilidade dos sensores a fibra, ou seja, o distúrbio menos intenso que pode ser medido, pode depender de: - Variações infinitesimais em algum parâmetro de caracterização da fibra usada, quando a fibra é o próprio elemento sensor; - Mudanças nas propriedades da luz usada, quando a Fibra é o canal através do qual a luz vai e volta do local sob teste. Os sensores a Fibras Ópticas são compactos e apresentam sensibilidades comparáveis ou superiores aos similares convencionais. São usadas tanto Fibras monomodo como multimodo. Existem muitos sensores comerciais feitos com Fibras Ópticas, para medição de temperatura, pressão, rotação, sinais acústicos, corrente, fluxo, etc. Dentre alguns exemplos de sensores construídos com fibra óptica podemos citar: - Micro pontas de prova para medição de temperatura: as pontas de prova são equipadas com transdutores nas pontas, os quais possuem um cristal cuja luminescência varia com a temperatura (-50 a +200oC); - Sensores de pressão construídos com o emprego de uma membrana móvel numa das extremidade da Fibra. A Fibra é encapsulada em um cateter e a membrana se movimenta de acordo com a pressão (0 a 300mm de Hg); - Sensores químicos construído com o emprego de uma membrana permeável numa das extremidades da Fibra. A membrana contém um indicador reversível que responde a um estímulo químico mudando sua absorção ou luminescência. 9.3 Aplicações Militares As aplicações militares de fibras ópticas incluem, desde sistemas de comunicação de voz e dados a baixa velocidade, onde as fibras ópticas simplesmente substituem suportes metálicos convencionais, até aplicações envolvendo sistemas de navegação e controle de mísseis ou torpedos guiados por cabo. 9.4 Sistema de Comunicações 9.4.1. Rede Telefônica Uma das aplicações pioneiras das fibras ópticas em sistema de comunicações corresponde aos sistemas de tronco de telefonia, interligando centrais de tráfego interurbano. Os sistemas tronco exigem sistemas de transmissão (em geral digitais) de grande capacidade, envolvendo distâncias que vão, tipicamente, desde algumas dezenas até centenas de quilômetros e, eventualmente, em países com dimensões continentais, até milhares de quilômetros. As fibras ópticas, com suas qualidades de grande banda passante e baixa atenuação, atendem perfeitamente a esses requisitos. A interligação de centrais telefônicas urbanas é uma outra aplicação das fibras ópticas em sistemas de comunicações. Embora não envolvam distâncias muito grandes (tipicamente da ordem de 5-20 Km), estes sistemas usufruem da grande banda passante das fibras ópticas

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para atender a uma demanda crescente de circuitos telefônicos em uma rede física subterrânea geralmente congestionada. 9.4.2. Cabos Submarinos Os sistemas de transmissão por cabos submarinos, parte integrante da rede internacional de telecomunicações, é uma outra classe de sistema onde as fibras ópticas cumprem, atualmente um papel de fundamental importância. Os cabos submarinos convencionais, embora façam uso de cabos coaxiais de alta qualidade e grande diâmetro para minimizar a atenuação, estão limitados a um espaçamento máximo entre repetidores da ordem de 5 a 10 Km. As fibras ópticas, por outro lado, considerando-se apenas os sistemas de 3a geração (1,3µm), permitem atualmente espaçamento entre repetidores em trono de 60 Km. Com a implantação dos sistemas de transmissão por fibras ópticas de 4a geração (1,55�m), alcances sem repetidores superiores a 100 Km serão perfeitamente realizáveis. 9.4.3. Televisão por Cabo (CATV) A transmissão de sinais de vídeo através de fibras ópticas é uma outra classe de aplicações bastante difundida. As fibras ópticas têm sido utilizadas, por exemplo, para interligar, em distâncias curtas, câmeras de TV e estúdios ou estações monitoras externas instaladas em veículos. Também nos circuitos fechados de TV, associados a sistemas educacionais ou a sistemas de supervisão e controle de tráfego e segurança em usinas ou fábricas, tem-se utilizado fibras ópticas como suporte de transmissão. Entretanto, a aplicação maior consumidora de fibras ópticas para a transmissão de sinais de vídeo é constituída pelos sistemas de televisão por cabo (CATV). 9.4.4. Sistemas de Energia e Transporte A difusão de fibras ópticas nas redes públicas de telecomunicações tem estimulado a aplicação desse meio de transmissão em sistemas de utilidade pública que provêm suas próprias facilidades de comunicações, tais como os sistemas de geração e distribuição de energia elétrica e os sistemas de transporte ferroviário. As facilidades de comunicações incluem, além dos serviços de comunicação telefônica, serviços de telemetria, supervisão e controle ao longo do sistema. Em algumas usinas, como por exemplo a Usina de Tucuruí, as fibras ópticas são utilizadas para comunicação em cabos para-raio. Foi projetado um núcleo de cabo onde além da fibra todos os outros materiais fossem dielétricos, assegurando-o assim contra descargas atmosféricas e garantindo a segurança do pessoal que opera com sistema de comunicações. 9.4.5. Redes Locais de Computadores As redes locais de computadores, utilizadas para interconectar recursos computacionais diversos (computadores, periféricos, bancos de dados, etc.. ) numa área privada e geograficamente limitada (prédio, usina, fábrica, etc..), caracterizam-se pela especificidade e variedade de alternativas tecnológicas quanto ao sistema de transmissão. Existem vários exemplos do uso de fibras ópticas em redes locais de computadores. De um modo geral, as iniciativas buscam usufruir de uma ou mais qualidades das fibras ópticas a fim de atenderem a situações diversas, tais como, por exemplo: - Necessidade de maior alcance da rede ou de segmento dentro da rede; - Demanda de novos serviços de comunicação local exigindo grandes bandas passantes; - Necessidade de maior confiabilidade do sistema em ambientes hostis. 10 Métodos de Fabricação das Fibras Ópticas

Os materiais básicos usados na fabricação de fibras óticas são sílica pura ou dopada, vidro

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composto e plástico. As fibras fabricadas de sílica pura ou dopada são melhores, como já

citado antes, porém, todos seus processos de fabricação são complexos e caros. Por isso,

foge ao alcance deste resumo explanar estes processos de fabricação, pois se tornaria

inviável. Nas fibras de vidro e plástico os processos são mais simples e baratos,

comparados aos de sílica. Nas fibras de vidro composto, são utilizados os métodos: Rod-

In-Tube e Double Crucible (Duplo Cadinho). Nas fibras de plástico, a fabricação é feita

por extrusão, o que lhe confere resistência mecânica bem maior que as fibras de sílica.

10.1 Técnicas de fabricação O material dielétrico usado na fabricação de fibras ópticas deve atender os seguintes

requisito básicos:

· excelente transparência nas freqüências ópticas de interesse;

· materiais na casca e no núcleo com propriedades térmicas e mecânicas compatíveis e

índices de refração ligeiramente diferentes;

· possibilidade de realização de fibras longas, finas e flexíveis.

Enquadram-se nos duas classes de materiais: vidros e plásticos. O plástico pode ser

utilizado na realização da casca e do núcleo, ou apenas da casca, com vantagens em termos

de custos e em aplicações em ambientes hostis, onde sua resistência mecânica é maior.

Todavia, é a classe dos vidros a mais interessante para construção de fibras ópticas

aplicadas ao sistemas de telecomunicações, em razão das características de atenuação mais

favoráveis.

Na classe dos vidros, considerando-se a janela espectral típica das fibras atualmente (0,7 a

1,6mm), destacam-se os dois tipos fundamentais:

· vidros de sílica pura ou dopada;

· vidros multicompostos.

A distinção entre estes dois tipos de vidros para fibras ópticas reside, principalmente, nos

processos de fabricação. Em ambos os casos, os materiais em questão tem uma estrutura

vítrea isotrópica e são transformados em fibra na forma de um fluído.

Os materiais básicos usados na fabricação de fibras ópticas são sílica pura ou dopada, vidro

composto e plástico.

Processo MCVD: Modified Chemical Vapour Deposition

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Este processo consiste na deposição de camadas de materiais (vidros especiais) no interior

de um tubo de sílica pura (SiO2). O tubo de sílica é o que fará o papel de casca da fibra

óptica, enquanto que os materiais que são depositados farão o papel do núcleo da fibra. O

tubo de sílica é colocado a posição horizontal numa máquina chamada torno óptico que

mantém girando em torno de seu eixo. No interior do tubo são injetados gases tetracloreto

de silício, germânio e hidrogênio (cloretos do tipo SiCI4, GeCI4, etc.) com concentrações

controladas.

Com esse processo, pode-se fabricar fibras do tipo multimodo degrau e gradual e

monomodo.

Processo PCVD:Plasma Activated Chemical Vapour Deposition

A diferença básica deste método, em relação ao MCVD é que ao invés de usar um

maçarico de oxigênio, usa-se um plasma não isotérmico formado por uma cavidade

ressonante de microondas para a estimulação dos gases no interior do tubo de sílica. Neste

processo, não é necessária a rotação do torno de seu eixo, pois a deposição uniforme é

obtida devido à simetria circular da cavidade ressoante. A temperatura para deposição é em

torno de 1.100 ºC. As propriedades das fibras fabricadas por este método são idênticas ao

MCVD.

Processo OVD:Outside Vapour Deposition

Este processo baseia-se no crescimento da preforma a partir de uma semente, que é feita de

cerâmica ou grafite, também chamada de mandril. Este mandril é colocado num torno e

permanece girando durante o processo de deposição que ocorre sobre o mandril. Os

regentes são lançados pelo próprio maçarico e os cristais de vidro são depositados no

mandril através de camadas sucessivas. Nesse processo ocorre a deposição do núcleo e

também da casa, e obtêm-se preformas de diâmetro relativamente grande, o que

proporcionam fibras de grande comprimento (40 Km ou mais). Após essas etapas teremos

uma preforma porosa (opaca) e com o mandril em seu centro. Para a retirada do mandril

coloca-se a preforma num forno aquecido a 1.500 ºc que provoca a dilatação dos materiais.

Através da diferença de coeficiente de dilatação térmica consegue-se soltar o mandril da

preforma e sua retirada. O próprio forno faz também o colapsamento da preforma para

torná-la cristalina e maciça.

Processo VAD: Vapour-phase Axial Deposition

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Neste processo, a casca e o núcleo são depositados mais no sentido do eixo da fibra

(sentido axial). Neste processo utilizam-se dois queimadores que criam a distribuição de

temperatura desejada e também injetam os gases (reagentes). Obtém-se assim uma

preforma porosa que é cristalizada num forno elétrico à temperatura de 1.500 ºc. Este

processo obtém preformas com grande diâmetro e grande comprimento, tornando-o

extremamente produtivo.

Puxamento

Uma vez obtida a preforma, por qualquer um dos métodos descritos acima, esta é levada a

uma estrutura vertical chamada torre de puxamento e é fixada num alimentador que a

introduz num forno (normalmente de grafite, que utiliza maçaricos especiais ou lasers de

alta potência) com temperatura de aproximadamente 2.000 ºc que efetuarão o escoamento

do material formando um capilar de vidro, a Fibra Óptica. O diâmetro da fibra depende da

velocidade de alimentação da preforma no forno e da velocidade de bobinamento da fibra,

ambas controladas por computador. O controle desse processo é feito através de um

medidor óptico de diâmetro (que funciona a laser). Os vidros mais utilizados são o SiO2-

B2O3-Na2O sendo o índice de refração controlado pela concentração de Na2O.

Método Rod-In-Tube

Este método consiste na inserção de vidros na forma de bastão e tubo simultaneamente no

forno de puxamento, o qual efetuam o escoamento dos materiais ao mesmo tempo. Assim,

obtêm-se fibras degrau do tipo sílica-sílica (casca e núcleo de vidro) e variações como

fibras de sílica-silicone (esticando-se apenas o bastão, que forma o núcleo, com casca

formada pelo próprio ar), as quais são utilizadas em iluminações.

Double Crucible (Duplo Cadinho)

Este processo é semelhante ao anterior, mas os vidros vêm na forma de bastão, os quais

são introduzidos no forno do puxamento, que contém dois cadinhos. Neste processo, a

geometria dos vidros alimentadores não é tão importante como no processo anterior. Neste

processo consegue-se a variação do índice de refração através da migração de íons

alcalinos que mesclam a concentração dos vidros internos e externos.

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11 Conclusão As fibras ópticas são atualmente as maiores responsáveis pelas revoluções ocorridas nas telecomunicações. Elas têm tomados os lugares dos cabos metálicos na transmissão de dados e têm capacidade de transmitir uma quantidade enorme de informações com confiabilidade e velocidade incríveis. As fibras ópticas têm capacidade muito grande de transmissão de sinais, pois a taxa de transmissão de sinais é proporcional a freqüência do sinal. A capacidade de uma fibra óptica corresponde a cerca de 400 fios metálicos duplos. Desta forma, um cabo com 400 fios de cobre permite a realização de 3000 conversas telefônicas, enquanto um cabo com 12 fibras ópticas, permite 9600 conversas. Outra qualidade importante da fibra óptica que deve ser citada, é a de diferentemente dos cabos metálicos, não sofrer interferência de campos magnéticos, aumentando assim a fidelidade das informações. O desenvolvimento das fibras ópticas tem se dado também devido à abundância do material utilizado como matéria prima, que é a sílica, o que a torna as fibras ópticas bem mais econômicas do que cabos metálicos. Além disto, cabos ópticos usados em transmissões telefônicas são impossíveis de serem grampeados por curiosos ou por profissionais. A moderna tecnologia encontrou na fibra ótica um meio de transmissão de informações que apresenta notáveis vantagens sobre os tradicionais, com vasta aplicações nas telecomunicações, na medicina e na engenharia. Enquanto os fios de cobre transportam elétrons, os cabos de fibra óptica (cabos de fibra de vidro) transportam luz. Dentre as vantagens dos cabos de fibra óptica estão a imunidade total contra a diafonia e contra interferências eletromagnéticas e de radiofrequência. A falta de ruídos internos e externos significa que os sinais tem um alcance maior e se movem mais rápido, o que proporciona uma velocidade e uma distância maiores do que as obtidas com cabos de cobre. Como não transporta eletricidade, a fibra é o meio mais adequado para conectar prédios com diferentes aterramentos elétricos, além disso, os cabos de fibra não atraem raios como cabos de cobre. Vale lembrar, no entanto, que a fibra é uma tecnologia nova, que requer conhecimentos de que a maioria dos engenheiros não dispõe. Como a transmissão é basicamente unidericional, a comunicação bidirecional exige duas fibras e duas bandas de freqüência em uma fibra. Finalmente, as interfaces de fibra são mais caras do que as interfaces elétricas. No entanto, todos sabemos que o futuro das comunicações de dados em distâncias significativas pertence à fibra.

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12 Referências Bibliográficas CINTERATO, Luiz Sérgio. Fibras Ópticas e Sistemas de Comunicação GIOZZA, William Ferreira, CONFORTI, Evandro, WALDMAN, Hélio. Fibras Ópticas: tecnologia e projeto de sistemas. São Paulo: Makron, McGraw-Hill, 1991. SHAEFER NETO, Eng. Oto. Introdução as Comunicações Ópticas. Telecomunicações de Santa Catarina S.A. – TELESC. 45p. SILVA, Marcello Praça da. Fibras Ópticas: Uma visão geral para a área de redes. Engenharia de Televisão – Jan-Fev/98. 28-36p. M.Sánches – J.A.Corbelle. Transmição Digital e Fibras Ópticas, 1994. www.mec.puc-rio.br/~gspo/spo.htm www.ctec.ufal.br/petcivil/pesquisa.htm www.angelfire.com/rock/websouza/fibra.htm www.sort-rio.com.br/sense.htm

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