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Histórico

Introdução

Tipos de Fibras

Sistema Básico de Transmissão Óptica

Fontes Ópticas

Fotodetectores

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Cerca de 2500 a.c.: primeiras amostras conhecidas de vidro;

1790: Chappe inventa o telégrafo óptico (França);

1841: Colladon demonstra o guiamento da luz por um jato

d’água (Suiça);

1873: Maxwell demonstra que a luz pode ser estudada como

uma onda eletromagnética;

1880: Graham Bell inventa o fotofone.

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1949: Hansen (Dinamarca) e Van Hoel (Holanda) começam a investigar a transmissão de imagem através de feixes de fibras de vidro colocadas em paralelo.

1951: O’Brien (Estados Unidos) sugere a Van Heel que a aplicação de uma casca transparente melhoraria a transmissão das fibras de seu feixe de fibras para transporte de imagem;

1960: Mainmann demonstra o primeiro laser no Hughes Research Laboratories.

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1967: Kawakami (Japão) propõe as fibras ópticas de índice gradual.

1986: entra em operação o primeiro cabo óptico através do Canal da Mancha;

Da década de 90 até os dias atuais: o desenvolvimento das comunicações ópticas continuou em ritmo intenso, onde atualmente encontram-se instaladas redes de comunicação totalmente ópticas de altíssima capacidade e alcance.

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A fibra óptica é um filamento de vidro ou de materiais poliméricos, transparente e com alto grau de pureza com capacidade de transmitir luz.

É tão fino quanto um fio de cabelo, podendo carregar milhares de informações digitais a longas distâncias sem perdas significativas.

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A fibra óptica é o meio responsável pela transmissão da

informação com mínima atenuação ou perda de sinal.

Composição básica: Núcleo (≥ 10 micrômetro): o mais refringente; Casca: menos refringente que o núcleo; Capa: proteção.

Fibras de Kevlarc

Núcleo

Capa Casca

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Transmissão de sinal luminoso

através de reflexões sucessivas ao

longo da fibra;

A diferença do índice de refração

entre o núcleo (n = 1,48) e a casca

(n = 1,44) permite que a luz se

propague ao longo da fibra.

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Um par de fibras ópticas transmite a mesma quantidade de informação do que 2200 pares telefônicos.

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Vantagens: Total imunidade à interferências eletromagnéticas; Dimensões reduzidas; Segurança no tráfego de informações; Maiores distâncias alcançadas para transmissão da informação; Maior capacidade de transmissão (largura de banda); Larga aplicação em sistemas de telefonia, redes de comunicação de

dados e em sistemas de altas taxas de transmissão; Perdas de transmissão muito baixas; Custos potencialmente baixo; Alta resistência a agentes químicos e a temperatura.

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Desvantagens:  Fragilidade das fibras ópticas (encapsulamento);

Dificuldade de conexão (devido ao tamanho e a precisão);

Acopladores com altas perdas;

Impossibilidade de alimentação remota;

Custos elevados de conectores.

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Aplicações de voz: Troncos telefônicos locais, interurbanos, transoceânicos.

Aplicações de vídeo: Difusão de TV, CATV.

Aplicações de dados: Redes locais, cabeamento de aeronaves, navios e estações

terrestres de satélite.

Sensores: Sensores de temperatura, sensores de pressão.

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Multimodo Índice Degrau:

Simplicidade quanto a fabricação

Facilidades operacionais

Capacidade de transmissão limitada Multimodo Índice Gradual:

Complexidade média na fabricação

Conectividade relativamente simples

Alta capacidade de transmissão Monomodo:

Dimensões muito pequenas

Dificuldade de conexão

Maior capacidade de transmissão

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1717

1818

Maior capacidade de transmissão que as multimodais;

Dimensões menores, próximas às dos comprimentos de onda da luz;

Como possui um núcleo menor do que as fibras multimodais, requerendo uma maior precisão no acoplamento, existindo uma dificuldade na conectividade.

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Aplicações: Sistemas de telecomunicações de curta distância.

Vantagens: Grande capacidade de captação da energia luminosa; Grande abertura numérica (AN); Melhor acoplamento com os LED’s. Requer pouca precisão nos conectores.

2020

Variação gradual do índice de refração: Estreitamento do pulso luminoso.

Maior capacidade de transmissão;

Número de modos de propagação inferior em relação à fibra ID;

Núcleo com diâmetro em torno de 50-85 m e AN menores;

Banda passante adequada às aplicações (Ex. Redes locais).

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Sistema básico de transmissão por fibra óptica:

Codificador

Circuito driver

Fonte luminosa

Transmissor ÓpticoSinal elétrico

analógico

Sinal

Sinal digital

Decodificador

Foto-detector

Amplificador filtro

Receptor Óptico

Sinal elétrico analógico

Sinal elétrico digital

Fibra óptica

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A fonte de luz é o componente mais importante (e mais caro) do transmissor;

Duas opções básicas: LED (Light-Emitting Diode);

LD (Laser Diode).

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(b) Potência versus corrente para um diodo.Figura (a): Secção transversal de um diodo;

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Tabela : LEDs x LD.

Fonte: Farias (2000)

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O fotodetector é responsável por converter luz em eletricidade através do efeito fotoelétrico. Efeito fotoelétrico: É a emissão de elétrons pela superfície

do metal quando nele incide luz, acima de uma freqüência adequada.

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Maior alcance do enlace óptico;

Menor potência óptica detectável;

Sensibilidade;

Custo; Mínimo de distorção e ruído;

Pouca sensibilidade às variações de temperatura;

Facilidade de acoplamento.

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Os fotodetectores mais utilizados são: Fotodiodos PIN (Positive – Intrinsic – Negative); APD’s (Avalanche Photo-Diodes).

Fotodiodo PIN Fotodiodo Avalanche

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Os mais comuns em sistemas ópticos; São baseados numa junção pn com material intrínseco i

colocado entre os dois tipos de semicondutor. A junção é polarizada inversamente.

A qualidade de um fotodiodo é avaliada pela responsividade:

Campo elétricointenso

W

A

P

IR g

PIN0

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O Campo elétrico na região de avalanche é suficientemente intenso de modo que os elétrons gerados adquirem energia para libertarem mais elétrons da banda de valência para a banda de condução.

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AMAZONAS, J. R. A. Projeto de Sistemas de Comunicações Ópticas. São Paulo: Manole, 2005.

FARIAS, J. E. P. Comunicações Ópticas (apostila). Campina Grande: UFCG, 2000.

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