Experimento 1: Fibras Ópticas.
Disciplina: EN2708 – Fotônica.
Discentes: Fernando Henrique Gomes Zucatelli Guilherme dos Santos Marques Pedro Caetano de Oliveira
Turma: A/Diurno
Prof º. Dr. Agnaldo Freschi
Santo André, 29 de Março 2011.
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1. OBJETIVOS
Compreender o fenômeno de atenuação de sinal de fibras ópticas e calcular o
coeficiente de atenuação α.
2. PARTE EXPERIMENTAL
Parte 1: Atenuação em 660 nm
Para a realização do experimento foi preparado o módulo MCM40/EV,
primeiramente desconectando-se todos os Jumpers do módulo.
Em seguida, foram conectados os jumpers nas posições J7c-J9b-J10b-J11-
J12b formatando o experimento para incluir um LED (Light Emitting Diode) de 660
nm (LED2) e um Fotodiodo correspondente (PD2) a fim de observar um sinal
alternado (0/1).
O LED foi então ligado devido à presença de corrente no sistema, por meio de
uma Unidade de Alimentação do Módulo. Ele foi então conectado ao Fotodiodo PD2
utilizando o Cabo #1, o adaptador ST-ST e o Cabo #6.
Montada a estrutura da fibra ótica, foram ajustados o potenciômetro P4 para
sua posição intermediária.
Conectou–se um jumper na posição J15b e observou-se com o auxílio do
osciloscópio a forma de onda em TP24 onde era possível captar o sinal do LED,
correspondente à tensão de saída do fotodetector (Fotodiodo + Circuito de
Operação) como sendo uma onda quadrada.
A partir da análise da tensão de saída foi possível determinar o ponto de
saturação do sistema, em que o sinal se tornava constante diante das variações no
potenciômetro e não agregava informação aos dados de medida.
Assim, o potenciômetro foi variado abaixo do ponto de saturação e a amplitude
das tensões de saída medidas, repetindo-se o mesmo para o cabo#2.
Parte 2 : Atenuação em 820 nm
Para a segunda parte foi utilizado um LED de 820 nm que está relacionado
com conexões diferentes das utilizadas no LED de 660 nm. Portanto a conexão J12b
foi trocado pela J13b e a conexão J15b foi trocada pela J15a que representam
respectivamente o LED e o fotodiodo correspondente.
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Foram realizadas as mesmas medições da parte 1, excetuando-se o uso do
cabo #6 que conectava o fotodiodo às fibras, devido aos diferentes conectores no
módulo.
O procedimento de medição consistiu de anotar a tensão de saída de uma
fibra, usando os cursores do osciloscópio, e em seguida, sem alterar o
potenciômetro, trocar pela outra fibra e medir novamente com os cursores, assim
ficava evidente a alteração de tensão de saída em função do comprimento da fibra.
Em seguida o potenciômetro era alterado produzindo variação na tensão de saída, e
após anotar o valor a fibra era trocada, assim se formava o ciclo de medições.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para o cálculo de atenuação α foi usada a seguinte dedução a partir da
equação da atenuação dada em [1]:
1
1 2
1
1 2
2
0,1 0,11 2 1 101 2
1 2
0,10,1 ( )2
0,1
1
10log ;
10 10log ; log ; 10 10 10
1010 0,1 (
10
out out out
in in in
L
L Lout out out
in out out
in in in
L
L Lout
L
out
P P VP V
L P P V
V V VV V V
L V L V V
V
V
αα α
αα
α
α
α α
α
− −
−− +
−
= ∝ ⇒ =
= = = ⇒ = =
∴ = = ⇒ − 21 2
1
) log out
out
VL L
V
+ =
2
2 1 1
10log
( )
out
out
V
L L Vα
=
− (1)
A Tabela 1 mostra os valores medidos de Vout1 e Vout2 e de α calculado com
uso da Eq. (1) a cada combinação para o LED de 660nm. A Tabela 2 exibe os
valores para o LED de 860nm. A saturação do sinal do sinal do LED de 660nm
usando o cabo #1 (menor comprimento) ocorreu em 3,2V enquanto que o LED de
820nm não foi detectada saturação (a variação máxima do potenciômetro foi
alcançada antes da saturação ser detectada).
Tabela 1 –Vout para os cabos #1 e #2 e α calculado conforme eq. (1). λ=660nm
Vout1 (V) Vout2 (V) α (dB/m) α (dB/Km) 1,260 0,960 -0,337 -337,427 1,240 0,940 -0,344 -343,697 1,280 0,952 -0,367 -367,351
média -0,349 -349,492
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Tabela 2 –Vout para os cabos #1 e #2 e α calculado.
λ = 820nm Vout1 (mV) Vout2 (mV) α (dB/m) α (dB/Km)
328 62,4 -2,059 -2059,112 312 59,2 -2,062 -2062,380 296 55,2 -2,084 -2083,865
média -2,068 -2068,452
Percebe-se que o coeficiente de atenuação para o LED 820nm é maior em
módulo que o do LED de 660nm (~6 vezes).
A média dos dados de atenuação conferem com a atenuação prevista no
gráfico fornecido pelo fabricante da fibra (roteiro em anexo).
A Figura 1 mostra 3 curvas de atenuação em função do comprimento de onda
(λ). A linha tracejada indica o limite teórico imposto pelo espahamento Raylegh [2] .A
curva contínua superior é de uma fibra com perda alta e a contínua inferior de uma
fibra de telecomunicações a longa distância.
Nota-se que há um aumento da atenuação na curva superior para o intervalo
entre 0,5 µm e 0,8 µm. A curva superior possui mínimos locais, mas o crescimento
da atenuação ocorre para valores de λ menores que os da curva inferior.
Figura 1 – Atenuação de diferentes fibras em função do comprimento de onda [2].
A atenuação dessa fibra é relativamente alta comparada a uma de sílica, por
exemplo, como pode ser visto no gráfico a seguir:
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Figura 2 – Comparação entre atenuação típica de fibra óptica de plástico (POF) e sílica (HCS) [3].
Dessa forma, pode-se ilustrar como a atenuação de uma fibra óptica de
plástico é alta, corroborando os altos valores obtidos no experimento. Apesar disso,
a fibra de plástico apresenta um intervalo em que sua atenuação diminui com o
aumento do comprimento de onda, o que é também mostrado no roteiro do
experimento, enquanto a fibra de sílica mantém sua atenuação constante e
tendendo a diminuir com o aumento do comprimento de onda, como pode-se
perceber pelo intervalo apresentado no gráfico.
A Figura 3 compara qualitativamente a diferença de Vout entre as fibras ópticas
#1 e #2 quando submetidas a mesma Vin e quando a fonte é o LED de 660nm, a
imagem à direita conserva a mesma posição dos cursores da imagem à esquerda. A
Figura 4 faz a mesma comparação para o LED de 820nm.
Figura 3 – Vout1 (esq)e Vout2 (dir) para LED de λ=660nm.
Figura 4 – Vout1 (esq)e Vout2 (dir) para LED de λ=820nm.
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4. CONCLUSÃO
Pela análise dos resultados, pode-se perceber que a fibra de plástico não é
indicada para aplicações que exigem que um sinal seja transmitido por longas
distâncias, dada sua alta atenuação.
Nessa situação, seria necessário utilizar uma fibra de sílica, mais estável e com
menor atenuação, garantindo que o sinal percorre-se grandes distâncias com perdas
pequenas. Essas fibras, no entanto, são mais caras, sendo o seu processo de
produção mais complexo.
Contudo, para fins didáticos, como é o caso desse experimento, fibras com alta
atenuação são as ideais, já que a variação da tensão de saída é maior e torna-se
mais simples a obtenção do coeficiente de atenuação.
Para uma fibra de sílica, por exemplo, o cálculo desse coeficiente só seria
possível utilizando-se uma fibra de grande extensão, inviabilizando o processo de
medição aplicado no experimento.
Por fim, os coeficientes de atenuação obtidos experimentalmente conferem
com os valores fornecidos pelo fabricante (roteiro) e estão também bastante
próximos dos valores típicos (Figura 2).
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] BALBINOT, Alexandre; BRUSAMARELLO, Valner J. Instrumentação e
fundamentos de medidas. Rio de janeiro: LTC, 2006. V.1. p. 286-290
[2] YOUNG, Matt Óptica e Lasers. São Paulo: Editora da USP, 1998. p. 367-369
[3] AGILENT Technologies. Plastic Optical Fiber and HCS® Fiber Cable and
Connectors for Versatile Link. Disponível em <http://www.proces-
data.dk/4P/00K0I7H3BP/MJ5UO-01/POF_Agilent.pdf> Acesso em 25 de mar.
2010
6. ANEXO
Roteiro do experimento
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