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FIBRA ÓPTICA Allison Bastos César Henrique de Oliveira Pereira Eduardo Assis Rocha Jacqueline dos Santos Marques Freitas João Paulo Alves dos Santos Luiz Carlos Campos Monografia da Disciplina Princípios de Telecomunicações do Programa de Engenharia de Telecomunicações, orientada Pelo Prof. M. Sc. Paulo Tibúrcio Pereira UNIBH Belo Horizonte 2004 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES

Fibras ópticas

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Apostila de Fibras Ópticas - Base para ITED

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Page 1: Fibras ópticas

FIBRA ÓPTICA

Allison Bastos César Henrique de Oliveira Pereira Eduardo Assis Rocha Jacqueline dos Santos Marques Freitas João Paulo Alves dos Santos Luiz Carlos Campos

Monografia da Disciplina Princípios de Telecomunica ções do Programa de Engenharia de Telecomunicações, orie ntada

Pelo Prof. M. Sc. Paulo Tibúrcio Pereira

UNIBH Belo Horizonte

2004

CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES

Page 2: Fibras ópticas

1

ÍNDICE

Pagina

1.0 Introdução 5

2.0 História 6

2.1 História da Fibra Óptica Mundial 6

2.2 História da Fibra Óptica no Brasil 11

3.0 Regulamentação 13

3.1 Normas Técnicas 13

3.1.1 Normas para Cabeamento Estruturados

Fibra Óptica

13

4.0 Introdução sobre ondas 14

4.1 Reflexão e Refração 14

4.2 Lei de Snell 16

4.3 Estrutura da fibra óptica 22

4.4 Tipos de fibra Óptica 24

4.4.1 Fibras Multimodo (MMF Multimode Fiber) 24

4.4.1.1 Multimodo de Índice Degrau 25

4.4.1.2 Multimodo de Índice Gradual 26

4.4.2 Fibras Monomodo (SMF Single Mode Fiber) 27

4.2 Reflexão Interna Total 28

5.0 Fabricação da Fibra Óptica 31

5.1.1 - Fabricação de uma preforma de vidro 32

5.1.1.1 PVCD (Plasma Chemical Vapour

Deposition)

33

5.1.1.2 OVD (Outside Vapour Deposition) 34

5.1.1.3 VAD (Vapour Axial Deposition) 35

5.1.2 Puxamento de uma preforma em uma torre

de puxamento

36

Page 3: Fibras ópticas

2

5.1.3 Testes das fibras puxadas 38

6.0 Emendas Ópticas 39

6.1 Processo de Emenda 40

6.1.1 Limpeza 40

6.1.2 Decapagem 40

6.1.3 Clivagem 40

6.2 Atenuações em Emendas Ópticas 41

6.2.1 Fatores Intrínsecos 41

6.2.2 Fatores Extrínsecos 42

6.2.3 Fatores Refletores 42

6.3 Tipos de Emendas Ópticas 42

6.3.1 Emenda por Fusão 43

6.4 Emenda Óptica Mecânica 44

6.5 Emenda Óptica por Conectorização 45

6.6 Perdas por Atenuações 46

6.6.1 Emendas Ópticas 46

6.6.2 Conectores 47

7.0 Atenuação 47

7.1 Absorção 48

7.1.1 Absorção material 48

7.1.2 Absorção do íon OH¯ 49

7.1.3 Absorção Mecânica 49

7.2 Espalhamento 51

7.3 Propriedades das Fibras Óticas 52

7.3.1 Imunidade a Interferências 52

7.3.2 Ausência de diafonia 52

7.3.3 Isolação elétrica 53

7.4 Dispersão 53

7.4.1 Dispersão Modal 53

7.4.2 Disperção Cromática 54

Page 4: Fibras ópticas

3

7.4.2.1 Disperção Material 54

7.4.2.2 Disperção de guia de onda 55

8.0 As Vantagens da utilização de Fibras Ópticas 55

8.1 Banda passante potencialmente enorme 56

8.2 Perda de transmissão muito baixa 57

8.3 Imunidade a interferências e ao ruído 58

8.4 Isolação elétrica 59

8.5 Pequeno tamanho e peso 59

8.6 Segurança da informação e do sistema 60

8.7 Custos potencialmente baixos 61

8.8 Alta resistência a agentes químicos e

variações de temperatura

61

9.0 Desvantagens 62

9.1 Fragilidade das fibras ópticas sem

encapsulamentos

62

9.2 Dificuldade de conexão das fibras ópticas 62

9.3 Acopladores tipo T com perdas muito altas 62

9.4 Impossibilidade de alimentação remota de

repetidores

62

9.5 Falta de padronização dos componentes

ópticos

63

10. Aplicações da Fibra Óptica 63

10.1 Fibras Ópticas na Instrumentação 63

10.1.1 Sensores 63

10.1.2 Emprego de Fibras Ópticas na construção

de sensores:

64

10.1.3 Exemplos de sensores construídos com

Fibras Ópticas:

64

10.2 Sistemas de Comunicações 65

Page 5: Fibras ópticas

4

10.3 Rede Telefônica 65

10.4 Rede Digital de Serviços Integrados

(RDSI)

66

10.5 Cabos Submarinos 66

10.6 Uso de Fibras Ópticas na Medicina: 67

10.7 Laser de Fibra 67

10.8 Uso de Fibras Ópticas em Telecomunicações 68

10.9 Comunicações 69

10.10 Redes Locais de Computadores 70

10.11 Televisão por Cabo (CATV) 72

10.12 Sistemas de Energia e Transporte 73

10.13 Aplicações da Fibra Óptica para fins

Militares

73

10.14 Aplicações Específicas 74

11.0 Atualidades 75

11.1 Mercado Brasileiro 75

11.2 Aplicações futuras 76

12.0 Conclusão 79

13.0 Referências Bibliográficas 80

Page 6: Fibras ópticas

5

1.0 Introdução

Quando ouvimos falar sobre comunicação óptica, logo

associamos o assunto ao uso de fibra óptica. A comu nicação

utilizando fibra óptica é realizada através do envi o de um

sinal de luz codificado, dentro do domínio de freqü ência do

infravermelho, 1012 a 1014 Hertz, a fibra óptica é um

filamento de vidro transparente e com alto grau de pureza.

É tão fino quanto um fio de cabelo, podendo carrega r

milhares de informações digitais a longas distância s sem

perdas significativas. Ao redor do filamento existe m outras

substâncias de menor índice de refração, que fazem com que

os raios sejam refletidos internamente, minimizando assim

as perdas de transmissão. Os sistemas de comunicaçõ es

baseados em fibra ópticos utilizam lasers ou dispos itivos

emissores de luz (LEDS). Esses últimos são preferid os por

serem mais eficientes em termos de potência, e devi do a sua

menor largura espectral, que reduz os efeitos de di spersão

na fibra. Além disso, as fibras ópticas são imunes a

interferências eletromagnéticas e a ruídos por não

irradiarem luz para fora do cabo.

Sempre que falamos ao telefone, assistimos à TV a c abo,

navegamos na Internet ou realizamos uma endoscopia

digestiva utilizamos tecnologia associada às fibras

ópticas.

As vantagens da utilização da fibra ópticas são:

Imunidade a interferências, grande capacidade trans missão,

ausência de ruídos, isolação elétrico, pequeno tama nho e

peso, sigilo de comunicação.

Page 7: Fibras ópticas

6

Ao longo desse trabalho será possível se conhecer u m pouco

mais sobre essa tecnologia, de uma maneira pratica e

objetiva, além de entender porque as fibras ópticas vêm

pouco a pouco substituindo a utilização dos cabos n as

telecomunicações.

2.0 História

2.1 História da Fibra Óptica Mundial

Os primeiros experimentos utilizando fibra óptica o correram

em 1930 na Alemanha, mas as pesquisas sobre suas

propriedades e características se iniciaram por vol ta de

1950. Hoje, as fibras ópticas são largamente utiliz adas e

representam uma revolução na transmissão de informa ções.

Hoje em dia, as fibras ópticas utilizadas em sistem as podem

operar com taxas de transmissão que chegam até 620 Mbps.

Apenas para dar uma idéia de grandeza, esta taxa é

aproximadamente dez mil vezes a taxa dos modems com umente

utilizados pela maioria dos usuários da Internet.

Figura 1 – Filamentos de Fibra óptica [1]

Page 8: Fibras ópticas

7

Figura 2 – Linha do Tempo [1]

• Século VI a.C: Os esquilos informaram aos Argos da

queda de Tróia por meio de uma cadeia de sinais de

fogo.

• Século II a.C: Polibio propôs um sistema de

transmissão do alfabeto grego por meio de sinais de

fogo (dois dígitos e cinco níveis (52=25 códigos).

• 100 a.C: Vidros de qualidade óptica somente aparece ram

após o surgimento dos famosos cristais venezianos, na

época da Renascença. Os princípios da fibra óptica são

conhecidos desde a Antigüidade e foram utilizados e m

prismas e fontes iluminadas.

• 200 D.C: Heron da Alexandria estudou a reflexão.

• 1621: Willebrod Snell descobriu que quando a luz

atravessa dois meios, sua direção muda (refração).

• 1678: Christian Huygens modela a luz como onda.

• 1791: Claude Chappe inventou o Semaphore , sistema de

comunicação visual de longas distâncias através de

Page 9: Fibras ópticas

8

braços mecânicos, instalados no alto de torres

(velocidade de 1 bit por segundo)

• 1800: O Sr. William Herschel descobriu a parte

infravermelha do espectro.

• 1801: Ritter descobre a parte ultravioleta do

espectro.

• 1830: Telégrafo com código Morse (digital) chegava a

alcançar mil km, o equivalente a velocidade de 10 b its

por segundo, com os repetidores.

• 1864: O físico teórico escocês, James C. Maxwell

(1831-1879), criou o termo campo eletromagnético ap ós

a publicação da sua teoria eletromagnética da luz.

• 1866: Primeira transmissão transatlântica de

telégrafo.

• 1870: John Tyndal (1820-1893) mostrou a Royal Socie ty

que a luz se curva para acompanhar um esguicho d’ág ua,

ou seja, pode ser guiada pela água.

• 1876: Invenção do telefone analógico por Graham Bel l

• 1880: O engenheiro William Wheeler, recebeu uma

patente pela idéia de “conduzir” intensas fontes de

luz para salas distantes de um prédio. O escocês

naturalizado americano, Alexander Graham BELL (1847 -

1922), inventou o Photophone , um sistema que

reproduzia vozes pela conversão de luz solar em sin ais

elétricos (telefone óptico).

• 1926: John L. Baird patenteia uma TV a cores primit iva

que utilizava bastões de vidro para transportar luz .

• 1930: Lamb realizou primeiros experimentos de

transmissão de luz através de fibras de vidro,

Alemanha.

• 1940: O primeiro cabo coaxial transporta até 300

ligações telefônicas ou um canal de TV.

Page 10: Fibras ópticas

9

• 1950: Brian O´BRIEN do American Optical Company e

Narinder Singh Kanpany , físico indiano do Imperial

College of Science and Technology de Londres,

desenvolveram fibras transmissoras de imagens, hoje

conhecidas por Fiberscopes .

• 1956: O físico indiano Narinder Singh Kanpany inven ta

a fibra óptica: desenvolveram a idéia de uma capa d e

vidro sobre um bastão fino de vidro para evitar a

“fuga” da luz pela superfície.

• 1958: Arthur Schwalow e Charles Townes inventam o

laser.

• 1960: Theodore Maiman, do Hughes Labs (EUA), constr uiu

o primeiro laser a cristal de rubi.

• 1961: Javan e colaboradores construíram o primeiro

laser a gás HeNe, para a região do infravermelho (1 150

nm). Em 1962 surge o laser HeNe para 632,8 nm.

• 1962: Foi inventado o primeiro fotodetector PIN de

silício de alta velocidade (EUA).

• 1966: Charles Kao e A. Hockham do Standard

Communication Laboratory (UK), publicaram um artigo

propondo fibras ópticas como meio de transmissão

adequado se as perdas fossem reduzidas de 1000 para 20

dB/km.

Início da corrida mundial pela fibra de menor

atenuação !!!

• 1968: Primeiro diodo laser com dupla heteroestrutur a,

DHS, (EUA).

• 1970: Kapron e Keck quebram a barreira dos 20 dB/km

produzindo uma fibra multimodo com 17 dB/km em 632, 8

nm (Corning Glass Works, USA).

• 1972: Novamente, Corning Glass lança uma fibra

multimodo com 4 dB/km.

Page 11: Fibras ópticas

10

• 1973: Um link telefônico de fibras ópticas foi

instalado no EUA.

• 1976: O Bell Laboratories instalou um link telefônico

em de 1 km em Atlanta e provou ser possível o uso d a

fibra para telefonia, misturando técnicas

convencionais de transmissão. O primeiro link de TV a

cabo com fibras ópticas foi instalado em Hastings

(UK). A empresa Rank Optics em Leeds (UK) fabrica

fibras de 110 nm para iluminação e decoração.

• 1978: Começa, em vários pontos do mundo, a fabricaç ão

de fibras ópticas com perdas menores do que 1,5 dB/ km,

para as mais diversas aplicações.

• 1979: MYA e colaboradores, Japão, anunciam a primei ra

fibra monomodo (SMF) com 0,20 dB/km em 1550 nm.

• 1981: Ainslie e colegas (UK) demonstram a SMF com

dispersão nula em 1550 nm.

• 1983: Introduzida a fibra monomodo com dispersão nu la

em 1310 nm – G652.

• 1985: Introduzida a fibra monomodo de dispersão

deslocada (DS) – G653.

• 1988: Operação do primeiro cabo submarino, TAT-8,

entre EUA, França e Inglaterra.

• 1989: Introdução comercial dos amplificadores óptic os

dopados com érbio.

• 1994: Introduzida a fibra de dispersão nula (NZD) e m

1500 nm – G655.

• 2001: A fibra óptica movimenta cerca de 30 bilhões de

dólares a cada ano.

• 2004: As pesquisas avançam em direção à caracteriza ção

e fabricação de fibras fotônicas.

Page 12: Fibras ópticas

11

2.2 História da Fibra Óptica no Brasil

Unicamp foi à primeira instituição brasileira a pes quisar

as fibras ópticas. O Grupo de Fibras Ópticas do Ins tituto

de Física Gleb Wataghin foi formado em 1975 para

desenvolver o processo de fabricação de fibras e fo rmar

recursos humanos nesta área.

Figura 3 – Pesquisadores no Laboratório de Comunicações Ópticas [1]

Dos laboratórios do IFGW saíram às primeiras fibras ópticas

fabricadas no país e foram desenvolvidas várias téc nicas de

caracterização das fibras. Este desenvolvimento foi

transferido, juntamente com as pessoas treinadas, p ara o

CPQD – Centro de Pesquisas e Desenvolvimento em

Telecomunicações (empresa pertencente à holding das

Empresas de Telecomunicações – a Telebrás) onde con tinuou-

se com a construção de uma planta piloto para fabri cação,

bem como otimização do processo. O CPQD transferiu a

tecnologia para as empresas ABC-Xtal, Bracel, Avibr ás,

Pirelli e Sid, que hoje produzem a maior parte das fibras

Page 13: Fibras ópticas

12

utilizadas no Brasil. Acopladores por fusão a fibra , que

servem para juntar os núcleos duas ou mais fibras,

desenvolvidos nos laboratórios do grupo foram repas sados ao

CPQD, juntamente com os recursos humanos. Esta tecn ologia

foi transferida para as empresas AGC-Optosystems e AsGa.

Essas empresas exportam produzem os acopladores par a o

mercado nacional e para exportação.

As pesquisas do grupo foram cada vez mais sendo

desenvolvidas em assuntos de fronteira, avaliando e

explorando tecnologias emergentes, e realizando ati vidades

de pesquisa que fossem temas de teses de doutoramen to.

Desenvolveu-se, assim, os primeiros amplificadores a fibra

dopada com Érbio no país, processos originais de fa bricação

de vidros especiais, técnicas de óptica não linear e de

lasers de pulsos ultra-curtos para o estudo de fenô menos

ultra-rápidos.

Dadas as atividades desenvolvidas nos últimos anos, o grupo

passou a ser chamado de Grupo de Fenômenos Ultra-Rá pidos e

Comunicações Ópticas. Este grupo é pioneiro no Bras il na

área de fenômenos ultra-rápidos e conta hoje com um

laboratório de femtossegundos que é um dos melhores

equipados no mundo.

É grande a experiência do grupo na fabricação de vi dros

ópticos; desenvolvimento de processos originais de

fabricação de vidros cerâmicos e de vidros dopados com

quantum dots semicondutores. Esses vidros que são

promissores para aplicações em chaves fotônicas. O grupo

lidera também a área de dispositivos de óptica inte grada em

vidros. [1]

Page 14: Fibras ópticas

13

3.0 Regulamentação

3.1 Normas Técnicas

O que é uma norma?

Uma norma é um grau ou nível de exigência, é uma

excelência, um objetivo para promover interoperabil idade e

confiabilidade em sistemas estruturados. As normas para

cabeamento estruturado definem um sistema geral par a redes

de telecomunicações, criando um ambiente heterogêne o.

Essas normas nasceram com a necessidade de padroniz ar

soluções para sistemas de cabeamento de telecomunic ações

que pudesse abrigar equipamentos de vários fabrican tes.

Existem organizações responsáveis pela elaboração e

coordenação de padrões usados pela indústria, gover no e

outros setores.

Vamos citar apenas os órgãos que interferem na Fibr a

óptica.

• ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

• ANSI – American National Standards Institute

• EIA – Electronic Industries Alliance

• TIA – Telecommunications Industry Association

3.1.1 Normas para Cabeamento Estruturado Fibra Ópti ca

ANSI/EIA/TIA TSB72 – Guia para gerenciamento centra lizado

de dispositivos de fibra óptica

A intenção deste boletim e especificar conjunto de

diretrizes para administrar sistemas de fibra óptic as no

ambiente da sala de equipamentos utilizando sistema de

racks e armários de telecomunicações.

Page 15: Fibras ópticas

14

Data: Publicado 1992, parte 568ª, desde outubro de 1995.

ANSI/EIA/TIA 526-14 – Especificações técnicas para medidas

ópticas multimodo

Este documento especifica procedimentos usados para medir

um link de fibra óptica multimodo, incluindo termin ações,

componentes passivos, fontes de luz, calibração e

interpretação de resultados.

Data: Publicado 1998.

ANSI/EIA/TIA 526-7 – Especificações técnicas para m edidas

ópticas monomodo

Tem a mesma função do documento anterior, só que pa ra

fibras monomodo.

Data: Atualmente em votação na EIA/TIA.

ANSI/EIA/TIA 568 – Componentes para Cabeamento de f ibra

óptica

Esta norma especifica os requerimentos mínimos para

componentes de fibra óptica, tais como cabos, conec tores,

hardware de conexão, patch cords e equipamento de t este de

campo. Cabos 50/125µm multimodo e monomodo são

reconhecidos. [5]

4.0 Introdução sobre ondas

4.1 Reflexão e Refração

Em 1952, o físico Narinder Singh Kapany, com base n os

estudos efetuados pelo físico inglês John Tyndall d e que a

luz poderia descrever uma trajetória curva dentro d e um

Page 16: Fibras ópticas

15

material (no experimento de Tyndall esse material e ra

água), pode concluir suas experiências que o levara m à

invenção da fibra óptica. A fibra óptica é um excel ente

meio de transmissão utilizado em sistemas que exige m alta

largura de banda, tais como: o sistema telefônico,

videoconferência, redes locais (LANs), etc. Há basi camente

duas vantagens das fibras ópticas em relação aos ca bos

metálicos: A fibra óptica é totalmente imune a

interferências eletromagnéticas, o que significa qu e os

dados não serão corrompidos durante a transmissão. Outra

vantagem é que a fibra óptica não conduz corrente e létrica,

logo não haverá problemas com eletricidade, como pr oblemas

de diferença de potencial elétrico ou problemas com raios.

O princípio fundamental que rege o funcionamento da s fibras

ópticas é o fenômeno físico denominado reflexão tot al da

luz. Para que haja a reflexão total a luz deve sair de um

meio mais para um meio menos refringente, e o ângul o de

incidência deve ser igual ou maior do que o ângulo limite

(também chamado ângulo de Brewster). [4]

Figura 4 – Exemplo de fibra óptica [4]

Para ter uma idéia dos dois fenômenos imagine uma p essoa à

beira de um lago de águas calmas e límpidas. Se ela olhar

próximo a seus pés possivelmente verá os peixes e a

Page 17: Fibras ópticas

16

vegetação em baixo da água. Se, ao contrário, obser var a

outra borda do lago verá refletido na água as image ns de

árvores ou outros objetos lá localizados. Porque a água e o

ar possuem índices de refração diferentes, o ângulo que um

observador olha a água influencia a imagem vista. [ 1]

4.2 Lei de Snell

A Figura 8 mostra um feixe de luz interceptado por uma

superfície plana de vidro. Parte da luz incidente é

refletida pela superfície, isto é, se propaga, em f eixe,

para fora da superfície, como se tivesse se origina do

naquela superfície. A outra parte é refratada, isto é, se

propaga como um feixe através da superfície para de ntro do

vidro. A menos que o feixe incidente seja perpendic ular ao

vidro, a luz sempre muda a direção de sua trajetóri a quando

atravessa uma superfície, por isso, dizemos que o f eixe

incidente é “desviado” na superfície.

Com base na figura, vamos definir algumas grandezas

utilizadas e iremos representar os feixes incidente ,

refletido e refratado como raios, que são linhas re tas

traçadas perpendicularmente às frentes de onda, que indicam

a direção do movimento dessas ondas. O ângulo de in cidência

Ø1 o ângulo de reflexão Ø1’ e o ângulo de refração Ø2 ,

também estão sendo mostrados. Observe que cada um d esses

ângulos é medido entre a normal à superfície e o ra io

correspondente. O plano que contém o raio incidente e a

normal à superfície é chamado de plano de incidênci a. Na

Figura, o plano de incidência é o plano da página.

Page 18: Fibras ópticas

17

Observamos experimentalmente que a reflexão e a ref ração

obedecem às seguintes leis:

Figura 5 – Reflexão e a refração de um feixe de luz [10]

• LEI DA REFLEXÃO : O raio refletido está contido no

plano de incidência, e Ø1’ = Ø2’ (Reflexão)

• LEI DA REFRAÇÃO: O raio refratado está contido no

plano de incidência, e n1 os Ø1= n2 os Ø2 (Refração )

n1 é uma constante adimensional chamada índice de r efração

do meio l, e n2 é o índice de refração do meio 2.

A Equação da reflexão é chamada de Lei de Snell. O índice

de refração de uma substância é igual a c/v, onde c é a

velocidade da luz no espaço livre (vácuo), e v é a sua

velocidade na substância considerada, conforme será visto

mais adiante. A Tabela dá o índice de refração do v ácuo e

de algumas substâncias comuns. No vácuo, por defini ção, n é

Page 19: Fibras ópticas

18

exatamente igual a 1 ; no ar, n é muito próximo de 1,0 (uma

aproximação que faremos com freqüência). Não existe índice

de refração menor que 1.

O índice de refração da luz, em qualquer meio, exce to o

vácuo, depende do comprimento de onda da luz. A Fig ura

mostra essa dependência para o quartzo fundido. Uma vez

definido n, a luz de diferentes comprimentos de ond a tem

velocidades diferentes num certo meio. Além disso, ondas

luminosas de comprimentos de onda diferentes são re fratadas

com ângulos diferentes ao atravessarem uma superfíc ie.

Assim, quando um feixe de luz, consistindo em compo nentes

com diferentes comprimentos de onda, incide numa su perfície

de separação de dois meios, os componentes do feixe são

separados por refração e se propagam em direções

diferentes. Esse efeito é chamado de dispersão crom ática,

onde “dispersão” significa a separação dos comprime ntos de

onda, ou cores, e “cromática” significa a associaçã o da cor

ao seu comprimento de onda. Na Figura, não há dispe rsão

cromática, porque o feixe é monocromático (de uma ú nica cor

ou comprimento de onda).

O índice de refração em um meio é, geralmente, maio r para

um comprimento de onda menor (luz azul), do que par a um

comprimento de onda maior (luz vermelha). Isso sign ifica

que, quando a luz branca se refrata, através de uma

superfície, o componente azul sofre um desvio maior do que

o componente vermelho, com as cores intermediárias

apresentando desvios que variam entre esses dois.

Page 20: Fibras ópticas

19

Figura 6 – Índice de refração do quartzo fundido [10]

O índice de refração do quartzo fundido, em função do

comprimento de onda. A luz, com um comprimento de o nda,

pequeno, que corresponde a um índice de refração ma is alto,

tem um desvio mais acentuado, ao penetrar no quartz o, que a

luz com um maior comprimento de onda. [3]

Figura 7 – Índice de refração de alguns meios [10]

A Figura mostra um raio de luz branca, no ar, incid indo em

uma superfície de vidro; são mostrados apenas os

componentes azul e vermelho da luz refratada. Como o

componente azul sofre uma refração maior do que o v ermelho,

o ângulo de refração Ø2b, do componente azul, é men or do

que o ângulo de refração Ø2b’ do componente vermelh o. A

Figura mostra um raio de luz branca passando pelo v idro e

Page 21: Fibras ópticas

20

incidindo na superfície de separação vidro-ar. O co mponente

azul é, novamente, mais refratado que o vermelho, m as agora

Ø2b > Ø2r.

Para aumentar a separação das cores, podemos usar u m prisma

sólido de vidro, com seção triangular transversal, como na

Figura. A dispersão na primeira superfície é aument ada pela

dispersão na segunda superfície.

Figura 8 – Dispersão cromática da luz branca [10]

O arco-íris é o exemplo mais simpático de dispersão

cromática. Quando a luz branca do Sol é interceptad a por

uma gota de chuva, parte da luz se refrata para o i nterior

da gota, se reflete na superfície interna e, a segu ir, se

refrata para fora da gota. Como no prisma, a primei ra

refração separa a luz do Sol em seus componentes co loridos,

e a segunda refração aumenta a separação.

Page 22: Fibras ópticas

21

Quando seus olhos interceptam as cores separadas pe las

gotas de chuva, o vermelho vem das gotas ligeiramen te mais

inclinadas que aquelas de onde vem a cor azul, e as cores

intermediárias vêm das gotas com ângulos intermediá rios. As

gotas que separam as cores subtendem um ângulo de c erca de

42°, a partir de um ponto diretamente oposto ao Sol . Se a

chuva é forte e brilhantemente iluminada, você vê u m arco

colorido, com o vermelho em cima e o azul embaixo.

Seu arco-íris é pessoal, porque um outro observador verá a

luz proveniente de outras gotas.

Figura 9 – Um prisma separando a luz branca [10]

Page 23: Fibras ópticas

22

Figura 10 – Um arco-íris e a separação das cores [1 0]

4.3 Estrutura da fibra óptica

As fibras ópticas são constituídas basicamente de m ateriais

dielétricos (isolantes) que, como já dissemos, perm item

total imunidade a interferências eletromagnética; u ma

região cilíndrica composta de uma região central,

denominada núcleo, por onde passa a luz; e uma regi ão

periférica denominada casca que envolve o núcleo.

A fibra óptica é composta por um núcleo envolto por uma

casca, ambos de vidro sólido com altos índices de p ureza,

Page 24: Fibras ópticas

23

porém com índices de refração diferentes. O índice de

refração do núcleo (n1) é sempre maior que o índice de

refração da casca (n2). Se o ângulo de incidência d a luz em

uma das extremidades da fibra for menor que um dado ângulo,

chamado de ângulo crítico ocorrerá à reflexão total da luz

no interior da fibra. [3]

Veremos agora a estrutura do cabo de fibra óptica.

Figura 11 – Estrutura da fibra óptica [3]

Figura 12 – Estrutura em corte da fibra óptica [1]

Page 25: Fibras ópticas

24

• Núcleo: O núcleo é um fino filamento de vidro ou

plástico, medido em micra (1 ηm = 0,000001m), por onde

passa a luz. Quanto maior o diâmetro do núcleo mais

luz ele pode conduzir.

• Casca: Camada que reveste o núcleo. Por possuir índice

de refração menor que o núcleo ela impede que a luz

seja refratada, permitindo assim que a luz chegue a o

dispositivo receptor.

• Capa: Camada de plástico que envolve o núcleo e a

casca, protegendo-os contra choques mecânicos e

excesso de curvatura.

• Fibras de resistência mecânica: São fibras que ajudam

a proteger o núcleo contra impactos e tensões

excessivas durante a instalação. Geralmente são fei tas

de um material chamado kevlar, o mesmo utilizado em

coletes a prova de bala.

• Revestimento externo: É uma capa que recobre o cabo de

fibra óptica. [3]

4.4 Tipos de fibra Óptica

Existem duas categorias de fibras ópticas: Multimod ais e

Monomodais. Essas categorias definem a forma como a luz se

propaga no interior do núcleo.

4.4.1 Fibras Multimodo (MMF Multimode Fiber)

As fibras multimodo (MMF MultiMode Fiber) foram as

primeiras a serem comercializadas. Porque possuem o

diâmetro do núcleo maior do que as fibras monomodai s, de

Page 26: Fibras ópticas

25

modo que a luz tenha vários modos de propagação, ou seja, a

luz percorre o interior da fibra óptica por diverso s

caminhos. E também porque os conectores e transmiss ores

ópticos utilizados com elas são mais baratos. [1]

As setas verde, azul e vermelha representam os três modos

possíveis de propagação (neste exemplo), sendo que as setas

verde e azul estão representando a propagação por r eflexão.

As dimensões são 62,5 ηm para o núcleo e 125 ηm para a

casca. Dependendo da variação de índice de refração entre o

núcleo e a casca, as fibras multimodais podem ser

classificadas em: Índice Gradual e Índice Degrau.

Figura 13 – Propagação da luz multimodal [3]

4.4.1.1 Multimodo de Índice Degrau

Possuem um núcleo composto por um material homogêne o de

índice de refração constante e sempre superior ao d a casca.

As fibras de índice degrau possuem mais simplicidad e em sua

fabricação e, por isto, possuem características inf eriores

aos outros tipos de fibras a banda passante é muito

estreita, o que restringe a capacidade de transmiss ão da

fibra. As perdas sofridas pelo sinal transmitido sã o

bastante altas quando comparadas com as fibras mono modo, o

que restringe suas aplicações com relação à distânc ia e à

capacidade de transmissão. [1]

Page 27: Fibras ópticas

26

Figura 14 – Fibra Óptica Multimodo ID [1]

4.4.1.2 Multimodo de Índice Gradual

Possuem um núcleo composto com índices de refração

variáveis. Esta variação permite a redução do alarg amento

do impulso luminoso. São fibras mais utilizadas que as de

índice degrau. Sua fabricação é mais complexa porqu e

somente conseguimos o índice de refração gradual do pando

com doses diferentes o núcleo da fibra, o que faz c om que o

índice de refração diminua gradualmente do centro d o núcleo

até a casca. Mas, na prática, esse índice faz com q ue os

raios de luz percorram caminhos diferentes, com vel ocidades

diferentes, e chegue à outra extremidade da fibra a o mesmo

tempo praticamente, aumentando a banda passante e,

conseqüentemente, a capacidade de transmissão da fi bra

óptica. [1]

São fibras que com tecnologia de fabricação mais co mplexa e

possuem característica principais uma menor atenuaç ão

1dBm/km, maior capacidade de transmissão de dados ( largura

Page 28: Fibras ópticas

27

de Banda de 1Ghz), isso em relação as fibras de mul timodo

de índice Degrau.

Figura 15 – Fibra Multimodo IG

4.4.2 Fibras Monomodo (SMF Single Mode Fiber)

As fibras monomodais são adequadas para aplicações que

envolvam grandes distâncias, embora requeiram conec tores

de maior precisão e dispositivos de alto custo. Nas

fibras monomodais, a luz possui apenas um modo de

propagação, ou seja, a luz percorre interior do núc leo

por apenas um caminho. As dimensões do núcleo varia m

entre 8 ηm a 10 ηm, e a casca em torno de 125 ηm. As

fibras monomodais também se diferenciam pela variaç ão do

índice de refração do núcleo em relação à casca;

classificam-se em Índice Degrau Standard, Dispersão

Deslocada (Dispersion Shifed) ou Non-Zero Dispersio n.

[3]

Figura 16 – Propagação da luz em monomodal [3]

Page 29: Fibras ópticas

28

As características destas fibras são muito superior es às

multimodos, banda passante mais larga, o que aument a a

capacidade de transmissão. Apresenta perdas mais ba ixas,

aumentando, com isto, a distância entre as transmis sões sem

o uso de repetidores de sinal. Os enlaces com fibra s

monomodo, geralmente, ultrapassam 50 km entre os

repetidores.

As fibras monomodo do tipo dispersão deslocada (dis persion

shifted) têm concepção mais moderna que as anterior es e

apresentam características com muitas vantagens, co mo

baixíssimas perdas e largura de banda bastante larg a.

Entretanto, apresentam desvantagem quanto à fabrica ção, que

exige técnicas avançadas e de difícil manuseio (ins talação,

emendas), com custo muito superior quando comparada s om as

fibras do tipo multimodo. [1]

4.2 Reflexão Interna Total

A Figura mostra raios provenientes de uma fonte

puntiformes, no vidro, incidindo sobre a interface vidro-

ar. Para o raio a, perpendicular à interface, parte da luz

se reflete, e parte passa através da superfície, se m mudar

a direção.

Os raios de b até e, que têm, progressivamente, mai ores

ângulos de incidência na interface, também sofrem r eflexão

e refração na interface. À medida que o ângulo de

incidência aumenta, o ângulo de refração também aum enta,

sendo de 90° para o raio e, o que significa que o r aio

refratado é tangente à interface. Nessa situação, o ângulo

de incidência é chamado de ângulo crítico Øc. Para ângulos

Page 30: Fibras ópticas

29

de incidência maiores do que Øc, como os dos raios f, e, g,

não há raio refratado, e toda a luz é refletida, ef eito

conhecido como reflexão interna total.

Figura 17 – A reflexão interna total da luz [10]

Para calcular Øc, usamos a Equação:

Associamos arbitrariamente o subscrito 1 ao vidro e o

subscrito 2 ao ar, substituímos Ø1, por Øc e Ø2 por 90°,

obtendo n1 os Øc = n2 os 90º encontrando, então Øc= os-1

n2/n1 (ângulo crítico)

Como o seno de um ângulo não pode ser maior do que 1, n2

não pode ser maior do que n1, na equação. Isso nos diz que

a reflexão interna total não pode ocorrer quando a luz

incidente está num meio que tem o menor índice de r efração.

Se a fonte S, na Figura, estivesse no ar, todos os raios

incidentes na superfície ar-vidro (incluindo f e g) seriam

refletidos e refratados. A reflexão interna total t em

encontrado várias aplicações na tecnologia da medic ina. Por

exemplo, um médico pode pesquisar uma úlcera no est ômago de

um paciente pela simples introdução de dois feixes finos de

fibras óticas através da garganta do paciente. A lu z

introduzida pela extremidade de um dos feixes sofre várias

reflexões internas nas fibras, de forma que, mesmo com o

Page 31: Fibras ópticas

30

feixe sendo submetido a várias curvas, a luz alcanç a a

outra extremidade, iluminando o estômago do pacient e. Parte

da luz é, então, refletida no interior do estômago e retoma

pelo outro feixe, de forma análoga, sendo detectada , e

convertida em imagem num monitor de vídeo, oferecen do ao

médico uma visão interior do órgão. [10]

A luz propaga-se longitudinalmente até a outra extr emidade

graças às reflexões totais que sofre na interface e ntre o

vidro central (núcleo) e o vidro periférico (casca) . [1]

Figura 18 – Reflexão Interna [1]

Isso ocorre porque uma fibra óptica transmite luz d e uma

extremidade para a outra, com pequena perda pelas l aterais

da fibra; porque a maior parte da luz sofre uma seq üência

de reflexões internas totais ao longo dessas latera is. [3]

Page 32: Fibras ópticas

31

Figura 19 – Fibra Óptica [10]

5.0 Fabricação da Fibra Óptica

Para aperfeiçoar a características, mecânicas, geom étricas

e ópticas de uma fibra óptica sua fabricação se efe tua,

habitualmente, em processos de varias etapas. Além do mais,

esta forma de fabricação permite uma produção em gr andes

quantidades, rápida e rentável, atualmente são prem issas

fundamentais para as telecomunicações ópticas.

Os materiais básicos usados na fabricação de fibras ópticas

são sílicas puras ou dopada, vidro composto e plást ico. As

fibras óptica fabricadas de sílica pura ou dopada s ão as

que apresentam as melhores características de trans missão e

são as usadas em sistemas de telecomunicações. Todo s os

processos de fabricação são complexos e caros. A fi bra

óptica fabricadas de vidro composto e plástico não tem boas

características de transmissão (possuem alta atenua ção e

baixa faixa de banda passante) e são empregadas em sistemas

de telecomunicações de baixa capacidade e pequenas

distâncias e sistemas de iluminação. Os processos d e

fabricação dessas fibras são simples e baratos se c omparada

com as fibras de sílica pura ou dopada.

Page 33: Fibras ópticas

32

Figura 20 – Fabricação da Preforma [7]

5.1.1 – Fabricação de uma preforma de vidro

Existem vários métodos para a fabricação de uma pré -forma

para fibras ópticas. Descreveremos aqui o Método de

Deposição de Vapores Químicos. Na figura abaixo mos tramos

um esquema onde o oxigênio é bombeado juntamente co m

soluções químicas de Silício e Germânio, entre outr as. A

mistura correta dos componentes químicos é que vai

caracterizar a pré-forma produzida (índice de refra ção,

coeficiente de expansão etc).[1]

Um tubo especial de sílica ou quartzo (que será a c asca da

fibra) é preenchido com a mistura de substâncias qu ímicas

(que será o núcleo da fibra). Para este processo é

utilizada uma espécie de torno que gira constanteme nte sob

o calor de uma chama. Quando a mistura de substânci as é

aquecida, o Germânio e o Silício reagem com o oxigê nio

formando o Dióxido de Silício (SiO2) e o Dióxido de

Germânio (GeO2), que se fundem dentro do tubo forma ndo o

Page 34: Fibras ópticas

33

vidro do núcleo. A fabricação da pré-forma é totalm ente

automatizada e leva horas para ser completada. [7]

Depois que a pré-forma esfria passa por testes de

qualidade, garantindo a pureza dos vidros fabricado s. [1]

Figura 21 – Fabricação da Preforma de Vidro [1]

Existem 4 tipos de processos de fabricação deste ti po de

fibra e a diferença entre eles está na etapa de fab ricação

da preforma (bastão que contém todas as característ icas da

fibra óptica, mas possui dimensões macroscópicas). A

segunda etapa de fabricação da fibra, o puxamento, é comum

a todos os processos.

5.1.1.1 PVCD (Plasma Chemical Vapour Deposition)

A diferença básica deste método, ilustrado abaixo, em

relação ao MCVD é que ao invés de usar um maçarico de

Page 35: Fibras ópticas

34

oxigênio e hidrogênio, usa-se um plasma não isotérm ico

formado por uma cavidade ressonante de microondas p ara a

estimulação dos gases no interior do tubo de sílica .

Neste processo, não é necessária a rotação do tubo em torno

de seu eixo, pois a deposição uniforme é obtida dev ido à

simetria circular da cavidade ressoante. A temperat ura para

deposição é em torno de 1100oC. As propriedades das fibras

fabricadas por este método são idênticas ao MCVD. [ 7]

Figura 22 – Método PVCD [7]

5.1.1.2 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 tor no e

permanece girando durante o processo de deposição q ue

ocorre sobre o mandril.

Os reagentes são lançados pelo próprio maçarico e o s

cristais de vidro são depositados no mandril atravé s de

camadas sucessivas. Nesse processo ocorre a deposiç ão do

núcleo e também da casa, e obtém-se preforma de diâ metro

Page 36: Fibras ópticas

35

relativamente grande, o que proporcionam fibras de grande

comprimento (40 km ou mais). Após essas etapas tere mos uma

preforma porosa (opaca) e com o mandril em seu cent ro.

Para a retirada do mandril coloca-se a preforma num forno

aquecido a 1500oC que provoca a dilatação dos mater iais.

Através da diferença de coeficiente de dilatação té rmica

consegue-se soltar o mandril da preforma e a sua re tirada.

O próprio forno faz também o colapsamento da prefor ma para

torná-la cristalina e maciça.

Esse processo serve para a fabricação de fibras do tipo

multimodo e monomodo de boa qualidade de transmissã o.

Figura 23 – Método OVD [7]

5.1.1.3 VAD (Vapour Axial Deposition)

Neste processo, a casca e o núcleo são depositados mas no

sentido do eixo da fibra (sentido axial). Neste pro cesso

utilizam-se dois queimadores que criam a distribuiç ão de

temperatura desejada e também injetam os gases (rea gentes).

Page 37: Fibras ópticas

36

Obtém-se assim uma preforma porosa que é cristaliza da num

forno elétrico à temperatura de 1500oC. Este proces so obtém

preforma com grande diâmetro e grande comprimento,

tornando-o extremamente produtivo.

Figura 24 – Método VAD [7]

5.1.2 Puxamento de uma preforma em uma torre de puxamento

Depois do teste da pré-forma, ela é colocada em uma torre

de puxamento conforme a imagem abaixo:

Page 38: Fibras ópticas

37

Figura 25 – Torre de puxamento [1]

Coloca-se a pré-forma em um forno de grafite (com

temperaturas de 1.900 a 2.200 Celsius). O vidro da pré-

forma derrete e cai por ação da gravidade. Conforme cai,

forma um fio que é direcionado, pelo operador da to rre, a

um micrômetro a laser e para recipientes onde receb erá

camadas de sílica protetora. Um sistema de tração

vagarosamente puxa a fibra da pré-forma. Como todo o

processo é controlado por computador, o micrômetro a laser

controla permanentemente o diâmetro da fibra fazend o com

que o sistema de tração puxe mais lentamente ou mai s

rapidamente a fibra da pré-forma. Geralmente as fib ras são

Page 39: Fibras ópticas

38

puxadas a velocidades entre 10 e 20 m/s. O produto final,

ou seja, a fibra óptica é enrolada em carretéis. [1 ]

DOUBLE CRUCIBLE (Duplo Cadinho)

Este processo é semelhante ao anterior, mas os vidr os vêm

na forma de bastão, os quais são introduzidos no fo rno do

puxamento, que contém dois cadinhos. Neste processo , a

geometria dos vidros alimentadores não é tão import ante

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 int erno e

externo. [7]

Fabricação de fibras de plástico

A fabricação de fibras de plástico é feita por extr ação. As

fibras ópticas obtidas com este método têm caracter ísticas

ópticas bem inferiores às de sílica, mas possuem

resistências mecânicas (esforços mecânicos) bem mai ores que

as fibras de sílica. Têm grandes aplicações em ilum inação e

transmissão de informações a curtas distâncias e si tuações

que oferecem grandes esforços mecânicos às fibras. [7]

5.1.3 Testes das fibras puxadas

Os testes mais comuns que os fabricantes de fibras

realizam são: tensão mecânica, índice de refração,

geometria, atenuação (perdas), largura de banda, di spersão

cromática, temperatura de operação, perdas dependen tes da

Page 40: Fibras ópticas

39

temperatura de operação, habilidade de condução de luz sob

a água.

Depois que os carretéis de fibras passam pelos test es de

qualidade e são aprovados eles serão vendidos a emp resas

que fabricam cabos. [1]

6.0 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, u ma

mudança de tipo de cabo, para conexão de um equipam ento

ativo ou efetuarmos manobras em um sistema de cabea mento

estruturado.

Como características básicas, as emendas apresentam as

seguintes características:

- Baixa Atenuação: típica de 0,2 à 0,02dB por emend a;

- Alta Estabilidade Mecânica: cerca de 4 kgf de tra ção;

- Aplicações em Campo: requer poucos equipamentos p ara 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 conector es

ópticos, nas fibras envolvidas na emenda.

As emendas ópticas sejam por fusão ou mecânicas, ap resentam

uma atenuação muito menor que um conector óptico. [ 8]

Page 41: Fibras ópticas

40

6.1 Processo de Emenda

Quando efetuamos um dos 3 tipos de emendas menciona dos,

devemos obedecer etapas distintas do processo de em enda,

estas etapas são necessárias para que possamos ter o

desempenho desejado. O processo de emenda consiste nas

seguintes operações:

6.1.1 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.

6.1.2 Decapagem

Esta operação consiste em:

1. Remoção do revestimento externo de acrilato da fibr a;

2. Limpeza da fibra com álcool isopropílico;

3. Repetir o processo até que todo o revestimento exte rno

da fibra seja removido.

6.1.3 Clivagem

A clivagem de uma fibra óptica consiste no corte da s

extremidades das fibras em um ângulo de 90º, ou sej a, cada

ponta da fibra deve ter sua face paralela. Esta nec essidade

do ângulo ser de 90º deve-se ao fato de quando fize rmos sua

emenda, ambas as faces deverão estar paralelas para uma

Page 42: Fibras ópticas

41

perfeita emenda. É nesta etapa que devemos ter o má ximo de

cuidado com o manuseio da fibra, é desta etapa que sairá a

fibra pronta para a emenda.

As clivagens de uma fibra ópticas são feitas usando um

equipamento que faz um risco na fibra, analogamente ao

corte de um vidro pelo vidraceiro.

1. As operações envolvidas são:

2. Clivagem da fibra;

3. Limpeza das extremidades com álcool isopropílico. [ 8]

6.2 Atenuações em Emendas Ópticas

Como já mencionado em conectores ópticos, existem 2 tipos

de fatores que influenciam o processo de emenda, qu e são:

• Fatores Intrínsecos

• Fatores Extrínsecos

• Fatores Reflexivos

6.2.1 Fatores Intrínsecos

São os fatores que envolvem a fabricação da fibra ó ptica,

são os seguintes:

• Variação do diâmetro do núcleo;

• Diferença de perfil;

• Elipticidade ou Excentricidade do núcleo ou casca.

É especialmente crítica a variação do diâmetro do n úcleo

para as fibras Monomodo.

Page 43: Fibras ópticas

42

6.2.2 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.

6.2.3 Fatores Refletores

São os fatores que advém das próprias emendas, esta s podem

gerar em seu interior, reflexos de luz que irão ate nuar os

sinais transmitidos, ocasionando perda de potência.

Com os equipamentos empregados no processo de emend a, e a

constante melhoria na qualidade da fabricação da fi bra,

este tipo de atenuação é inferior a 50 db. [8]

6.3 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.

Page 44: Fibras ópticas

43

6.3.1 Emenda por Fusão

É o processo pelo qual, 2 seguimentos de fibra são fundidos

entre si, através de uma descarga elétrica produzid a 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 voltaico;

8. Colocação do protetor e aquecimento.

Figura 25 – Máquina de Emenda por Fusão – Furukawa [8]

Page 45: Fibras ópticas

44

Figura 26 – Esquemática do dispositivo de fusão das

fibras [8]

6.4 Emenda Óptica Mecânica

É o processo pelo quais dois seguimentos de fibra s ão

unidos usando-se um Conector Óptico Mecânico. Neste tipo de

emenda os processos de limpeza, decapagem e clivage m são

iguais ao 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

Page 46: Fibras ópticas

45

6.5 Emenda Óptica por Conectorização

Neste tipo de emenda, as fibras ópticas não são uni das e

sim posicionadas muito perto, isto é conseguido atr avés do

uso de um outro tipo de conector chamado de Adaptad or,

mencionado na parte de conectores. Este tipo de eme nda é

executado de forma rápida, desde que os conectores já

estejam instalados nos cordões ópticos.

Ele é também muito usado em acessórios ópticos cham ados de

Distribuidores Ópticos, onde fazem a interface entr e um

cabo vindo de uma sala de equipamentos e os equipam entos

ativos instalados no andar, no Armário de Telecomun icações.

Figura 27 – Conector Mecânico FIBRLOCK II fechado [ 8]

Page 47: Fibras ópticas

46

Figura 28 – Modelo de emenda usando conector, adapt ador.

[8]

6.6 Perdas por Atenuações 6.6.1 Emendas Ópticas Independente do tipo de método de emenda empregado, seja

fusão ou mecânica, sua atenuação máxima é de 0,3dB, de

acordo com a EIA /TIA 455 – 59, para medias feitas em

campo.

Figura 28 – Tabela Comparativo de Processo de Emend a [2]

Processo de Multimodo Monomodo

Mecânico 0,15 à 0,30 0,15 à 0,30

Fusão 0,15 à 0,30 0,15 à 0,30

Page 48: Fibras ópticas

47

6.6.2 Conectores

Quando trabalhamos com conectores ópticos, devemos ter em

conta que por mais cuidadosos que sejamos quando da

manipulação do conector, este sempre apresentará al gum tipo

de atenuação. As atenuações presentes em um conecto r podem

ser divididas em:

1. Fatores Intrínsecos: aqueles que estão associados a

fibra óptica utilizada;

2. Fatores Extrínsecos: são aqueles associados à

conectorização.

Figura 29 – Diversos tipos de Conectores [6]

7.0 Atenuação

Constitui-se na propriedade mais importante dos mei os de

transmissão em geral, sendo particularmente relevan te

quando se trata de meios materiais, como no caso da s fibras

ópticas. A atenuação pode ser definida como a perda de

potência do sinal com a distância, ou seja, se a at enuação

for muito grande, o sinal chegará muito fraco ao re ceptor

Page 49: Fibras ópticas

48

(ou repetidor), que não conseguirá captar a informa ção

transmitida.

As fibras óticas apresentam perdas muito baixas. De ste

modo, é possível implantar sistemas de transmissão de longa

distância com espaçamento muito grande entre repeti dores, o

que reduz a complexidade o custo do sistema.

Os mecanismos que provocam atenuação são: absorção,

espalhamento, deformações mecânicas.

7.1 Absorção

Os tipos básicos de absorção são:

7.1.1 Absorção material

A absorção material é o mecanismo de atenuação que exprime

a dissipação de parte da energia transmitida numa f ibra

óptica em forma de calor. Neste tipo de absorção te mos

fatores extrínsecos e intrínsecos à própria fibra. Como

fatores intrínsecos, temos a absorção do ultraviole ta, a

qual cresce exponencialmente no sentido do ultravio leta, e

a absorção do infravermelho, provocada pela sua vib ração e

rotação dos átomos em torno da sua posição de equil íbrio, a

qual cresce exponencialmente no sentido do infraver melho.

Como fatores extrínsecos, temos a absorção devido a os �rea

metálicos porventura presentes na fibra (Mn, Ni, Cr , U, Co,

�r e Cu) os quais, devido ao seu tamanho, provocam p icos de

absorção em determinados comprimentos de onda exigi ndo

grande purificação dos materiais que compõem a estr utura da

fibra óptica.

Page 50: Fibras ópticas

49

7.1.2 Absorção do íon OH¯

A absorção do OH¯ (hidroxila) provoca atenuação

fundamentalmente no comprimento de onda de 2700 nm e em

sobre tons (harmônicos) em torno de 950 nm, 1240 nm e 1380

nm na faixa de baixa atenuação da fibra.

Esse íon é comumente chamado de água e é incorporad o ao

núcleo durante o processo de produção. É muito difí cil de

ser eliminado.

7.1.3 Absorção Mecânica

As deformações são chamadas de microcurvatura e

macrocurvatura, as quais ocorrem ao longo da fibra devido à

aplicação de esforços sobre a mesma durante a confe cção e

instalação do cabo.

A macrocurvatura são perdas pontuais (localizadas) de luz

por irradiação, ou seja, os modos de alta ordem (ân gulo de

incidência próximo ao ângulo crítico) não apresenta m

condições de reflexão interna total devido a curvat uras de

raio finito da fibra óptica.[10]

Page 51: Fibras ópticas

50

Figura 30 – Reflexão Interna [6]

As microcurvatura aparecem quando a fibra é submeti da a

pressão transversal de maneira a comprimi-la contra uma

superfície levemente rugosa. Essas microcurvatura e xtraem

parte da energia luminosa do núcleo devido aos modo s de

alta ordem tornar-se não guiados.

Figura 31 – Reflexão Interna [6]

A atenuação típica de uma fibra de sílica sobrepond o-se

todos os efeitos está mostrada na figura abaixo: [1 0]

Page 52: Fibras ópticas

51

Figura 32 – Atenuação Fibra óptica [6] Existem três comprimentos de onda tipicamente utili zados

para transmissão em fibras ópticas:

• 850 nm com atenuação típica de 3 dB/km

• 1300 nm com atenuação típica de 0,8 dB/km

• 1550 nm com atenuação típica de 0,2 dB/km

7.2 Espalhamento

É o mecanismo de atenuação que exprime o desvio de parte da

energia luminosa guiada pelos vários modos de propa gação em

várias direções. Existem vários tipos de espalhamen to

(Rayleigh, Mie, Raman estimulado, Brillouin estimul ado)

sendo o mais importante e significativo o espalhame nto de

Rayleigh. Esse espalhamento é devido à não homogene idade

microscópica de flutuações térmicas, flutuações de

composição, variação de pressões, pequenas bolhas, variação

no perfil de índice de refração, etc. [10]

Page 53: Fibras ópticas

52

Esse espalhamento está sempre presente na fibra ópt ica e

determina o limite mínimo de atenuação nas fibras d e sílica

na região de baixa atenuação. A atenuação neste tip o de

espalhamento é proporcional a

14λ .

7.3 Propriedades das Fibras Óticas

7.3.1 Imunidade a Interferências

Por serem compostas de material dielétrico, as fibr as

óticas não sofrem interferências eletromagnéticas. Isso

permite uma boa utilização dela, mesmo em ambientes

eletricamente ruidosos.

As fibras óticas podem ser agrupadas em cabos ótico s sem

interferirem umas nas outras, devido a não existênc ia de

irradiação externa de luz, resultando num ruído de diafonia

(crosstalk) desprezível. Por não necessitarem de bl indagem

metálica, podem ser instaladas junto a linhas de

transmissão de energia elétrica. [10]

7.3.2 Ausência de diafonia

As fibras adjacentes em um cabo ótico não interfere m umas

nas outras por não irradiarem luz externamente. Não

ocorrendo o mesmo nos cabos metálicos, que quando p erdem

parte de seu isolamento, ocorre uma irradiação entr e pares

metálicos adjacentes, ocasionando o fenômeno crosst alk.

Page 54: Fibras ópticas

53

7.3.3 Isolação elétrica

O material dielétrico que compõe a fibra proporcion a um

isolamento elétrico entre os transceptores ou estaç ões

interligadas. Ao contrário dos suportes metálicos, as

fibras óticas não têm problemas de aterramento com

interfaces dos transceptores. Além disso, quando um cabo de

fibra é danificado por descarga elétrica, não exist e

faísca. Isso é importante em áreas de gases volátei s (áreas

petroquímicas, minas de carvão, etc.) onde o risco de fogo

e explosão é constante. A não existência de choque elétrico

permite a reparação em campo, mesmo com os equipame ntos

ligados. [9]

7.4 Dispersão

É uma característica de transmissão que exprime o

alargamento dos pulsos transmitidos. Este alargamen to

determina a largura de banda da fibra óptica, dada em

MHz/km, e está relacionada com a capacidade de tran smissão

de informação das fibras. Os mecanismos básicos de

dispersão são

• Modal

• Cromática

7.4.1 Dispersão Modal

Este tipo de dispersão só existe em fibras do tipo

multimodo (degrau e gradual) e é provocada basicame nte

pelos vários caminhos possíveis de propagação (modo s) que a

luz pode ter no núcleo. Numa fibra degrau, todos os modos

Page 55: Fibras ópticas

54

viajam com a mesma velocidade, pois o índice de ref ração é

constante em todo o núcleo. Logo, os modos de alta ordem

(que percorrem caminho mais longo) demorarão mais t empo

para sair da fibra do que os modos de baixa ordem. Neste

tipo de fibra, a diferença entre os tempos de chega da é

dado por �= ∆t1, onde;

• t1 é o tempo de propagação do modo de menor ordem

• ∆ é a diferença percentual de índices de refração

entre o núcleo e a casca dada por ∆ =(n1-n2)/n1

A dispersão modal inexiste em fibras monomodo pois apenas

um modo será guiado.

7.4.2 Disperção Cromática

Esse tipo de dispersão depende do comprimento de on da e

divide-se em dois tipos

• Dispersão material

• Dispersão de guia de onda

7.4.2.1 Disperção Material

Como o índice de refração depende do comprimento de onda e

como as fontes luminosas existentes não são ideais, ou

seja, possuem certa largura espectral finita ( ∆λ), temos

que cada comprimento de onda enxerga um valor difer ente de

índice de refração num determinado ponto, logo cada

comprimento de onda viaja no núcleo com velocidade

diferente, provocando uma diferença de tempo de per curso,

causando a dispersão do impulso luminoso.

Page 56: Fibras ópticas

55

A dispersão provocada pela dispersão material é dad a por

Ddn

cd= ∆λ

λ , onde.

• ∆λ é a largura espectral da fonte luminosa

• c é a velocidade da luz no vácuo

• n é o índice de refração do núcleo

7.4.2.2 Disperção de guia de onda

Esse tipo de dispersão é provocado por variações na s

dimensões do núcleo e variações no perfil de índice de

refração ao longo da fibra óptica e depende também do

comprimento de onda da luz. Essa dispersão só é per cebida

em fibras monomodo que tem dispersão material reduz ida ( ∆λ

pequeno em torno de 1300 nm) e é da ordem de alguns

os/(nm.km).[2]

As Vantagens da utilização de Fibras Ópticas

As características especiais das fibras ópticas imp licam

consideráveis vantagens em relação aos suportes fís icos de

transmissão convencionais, tais como o par metálico e o

cabo coaxial. Mesmo considerando-se o suporte de rá dio –

freqüência em microondas, à transmissão por fibras ópticas

oferece condições bastante vantajosas. As poucas

desvantagens no uso de fibras ópticas podem, em ger al, ser

consideradas transitórias, pois resultam principalm ente da

relativa imaturidade da tecnologia associada.

As principais características das fibras ópticas, e stacando

suas vantagens como meio de transmissão, são os seg uintes:

Page 57: Fibras ópticas

56

8.1 Banda passante potencialmente enorme

A transmissão em fibras ópticas é realizada em freq üências

ópticas portadoras na faixa espectral de 1014 a 101 5 Hz

(100 a 1000 THz). Isto significa uma capacidade de

transmissão potencial, no mínimo, 10.000 vezes supe rior,

por exemplo, à capacidade dos atuais sistemas de mi croondas

que operam com uma banda passante útil de 700 MHz. Além de

suportar um aumento significativo de número de cana is de

voz e /ou de vídeo num mesmo circuito telefônico, e ssa

enorme banda passante permite novas aplicações. Atu almente,

já estão disponíveis fibras ópticas comerciais com produtos

banda passante versus distância superiores a 200 GH z.Km.

Isso contrasta significativamente com os suportes

convencionais onde, por exemplo, um cabo coaxial ap resenta

uma banda passante útil máxima em torno de 400 MHz. A

Figura 2.1 compara as características de atenuação (plana)

versus freqüência de uma fibra óptica típica com re lação a

vários suportes de transmissão usados em sistemas

telefônicos.

Figura 33 – Atenuação versus freqüência [10]

8.2 Perda de transmissão muito baixa

Page 58: Fibras ópticas

57

As fibras ópticas apresentam atualmente perdas de

transmissão extremamente baixas, desde atenuações t ípicas

da ordem de 3 a 5 dB/Km na região em torno de 0,85m m até

perdas inferiores a 0,2 dB/Km para operação na regi ão de

1,55 mm.

Pesquisas com novos materiais, em comprimentos de o ndas

superiores, prometem fibras ópticas com atenuações ainda

menores, da ordem de centésimos e, até mesmo, milés imos de

decibéis por quilômetro.

Desse modo, com fibras ópticas, é possível implanta r

sistemas de transmissão de longa distância com um

espaçamento muito grande entre repetidores, o que r eduz

significativamente a complexidade e custos do siste ma.

Enquanto, por exemplo, um sistema de microondas

convencional exige repetidores a distâncias de orde m de 50

quilômetros, sistemas com fibras ópticas permitem a lcançar,

atualmente, e distâncias sem repetidores superiores a 200

quilômetros.

Com relação aos suportes físicos metálicos, na Tabe la

abaixo é feita uma comparação de perdas de transmis são por

fibras ópticas de 1ª geração (820nm).

Observe nessa tabela que, ao contrário dos sistemas com

suportes metálicos, os sistemas com fibras ópticas têm

perdas constantes para as três perdas constantes pa ra as

três taxas de transmissão.

Page 59: Fibras ópticas

58

Meio de Transmissão Perdas na Freqüência equivalente a metade da taxa de transmissão (dB/km)

1,544 Mbps 6,312Mbps 44,736Mbps Par trançado 26 AWG 24 48 128 Par trançado 19 AWG 10,8 21 56 Cabo coaxial 0,95mm 2,1 4,5 11 Fibra óptica 3,5 3,5 3,5

Figura 34 – Tabela Comparação de números necessário s de

repetidores para cabeamento metálico versus cabeame nto

óptico. [10]

8.3 Imunidade a interferências e ao ruído

As fibras ópticas, por serem compostas de material

dielétrico, ao contrário dos suportes de transmissã o

metálicos, não sofrem interferências eletromagnétic as. Isto

permite uma operação satisfatória dos sistemas de

transmissão por fibras ópticas mesmo em ambientes

eletricamente ruidosos. Interferências causadas por

descargas elétricas atmosféricas, pela ignição de m otores,

pelo chaveamento de relés e por diversas outras fon tes de

ruído elétrico esbarram na blindagem natural provid a pelas

fibras ópticas. Por outro lado, existe um excelente

confinamento do sinal luminoso propagado pelas fibr as

ópticas.

Desse modo, não irradiando externamente, as fibras ópticas

agrupadas em cabos ópticos não interferem opticamen te umas

nas outras, resultando num nível de ruído de diafon ia

(crosstalk) desprezível. Os cabos de fibras ópticas , por

Page 60: Fibras ópticas

59

não necessitarem de blindagem metálica, podem ser

instalados convenientes, por exemplo, junto as linh as de

transmissão de energia elétrica. A imunidade e puls os

eletromagnéticos (EMP) é outra característica impor tante

das fibras ópticas.

8.4 Isolação elétrica

O material dielétrico (vidro ou plástico) que compõ e a

fibra óptica oferece uma excelente isolação elétric a entre

os transceptores ou estações interligadas. Ao contr ario dos

suportes metálicos, as fibras ópticas não tem probl emas com

aterramento e interfaces dos transceptores. Além di sso,

quando um cabo de fibra óptica é danificado não exi stem

faíscas de curto-circuito. Esta qualidade das fibra s

ópticas é particularmente interessante para sistema s de

comunicação em áreas com gases voláteis (usinas

petroquímicas, minas de carvão etc.), onde o risco de fogo

ou explosão é muito grande. A possibilidade de choq ues

elétricos em cabos com fibras ópticas permite a sua

reparação no campo, mesmo com equipamentos de extre midades

ligados. [9]

8.5 Pequeno tamanho e peso

As fibras ópticas têm dimensões comparáveis com as de um

fio de cabelo humano. Mesmo considerando-se os

encapsulamentos de proteção, o diâmetro e o peso do s cabos

ópticos são bastante inferiores aos dos equivalente s cabos

metálicos. Por exemplo, um cabo óptico de 6,3mm de

diâmetro, com uma única fibra de diâmetro 125 um e

encapsulamentos plástico, substitui, em termos de

Page 61: Fibras ópticas

60

capacidade, um cabo de 7,6cm de diâmetro com 900 pa res

metálicos. Quanto ao peso, um cabo metálico de cobr e de 94

quilos pode ser substituído por apenas 3,6 quilos d e fibra

óptica.

A enorme redução dos tamanhos dos cabos, providas p elas

fibras ópticas, permite aliviar o problema de espaç o e de

congestionamento de dutos nos subsolos das grandes cidades

e em grandes edifícios comerciais. O efeito combina do do

tamanho e peso reduzidos faz das fibras ópticas o m eio de

transmissão ideal em aviões, navios, satélites etc. Além

disso, os cabos ópticos oferecem vantagens quanto a o

armazenamento, transporte, manuseio e instalação em relação

aos cabos metálicos de resistência e durabilidade

equivalentes.

8.6 Segurança da informação e do sistema

As fibras ópticas não irradiam significativamente a luz

propagada, implicando um alto grau de segurança par a a

informação transportada. Qualquer tentativa de capt ação de

mensagens ao longo de uma fibra óptica e facilmente

detectada, pois exige o desvio de uma porção consid erável

de potencia luminosa transmitida. Esta qualidade da s fibras

ópticas é importante em sistemas de comunicações ex igentes

quanto à privacidade, tais como nas aplicações mili tares,

bancárias etc. Uma outra característica especial da s fibras

ópticas, de particular interesse das aplicações mil itares,

é que, ao contrário dos cabos metálicos, as fibras não são

localizáveis através de equipamentos medidores de f luxo

eletromagnético ou detectores de metal.

8.7 Custos potencialmente baixos

Page 62: Fibras ópticas

61

O vidro com que as fibras ópticas são fabricadas é feito

principalmente a partir do quartzo, um material que , ao

contrário do cobre, é abundante na crosta terrestre . Embora

a obtenção de vidro ultra puro envolva um processo

sofisticado, ainda relativamente caro, a produção d e fibras

ópticas em larga escala tende gradualmente a supera r esse

inconveniente. Com relação aos cabos coaxiais, as f ibras

ópticas já são atualmente competitivas, especialmen te em

sistemas de transmissão a longa distância, onde a m aior

capacidade de transmissão e o maior espaçamento ent re

repetidores permitidos repercutem significativament e nos

custos de sistemas.

Em distâncias curtas e/ou sistemas multipontos, os

componentes ópticos e os transceptores ópticos aind a podem

impactar desfavoravelmente o custo dos sistemas. No

entanto, a tendência é de reversão desta situação n um

futuro não muito distante, em razão do crescente av anço

tecnológico e, principalmente, da proliferação das

aplicações locais.

8.8 Alta resistência a agentes químicos e variações de

temperatura

As fibras ópticas, por serem compostas basicamente de vidro

ou plástico, têm uma boa tolerância a temperaturas,

favorecendo sua utilização em diversas aplicações. Além

disso, as fibras ópticas são menos vulneráveis à aç ão de

líquidos e gases corrosivos, contribuindo assim par a uma

maior confiabilidade e vida útil dos sistemas. [10]

9.0 Desvantagens

Page 63: Fibras ópticas

62

O uso de fibras ópticas, na prática tem as seguinte s

implicações que podem ser consideradas como desvant agem em

relação aos suportes de transmissão convencional:

9.1 Fragilidade das fibras ópticas sem encapsulamen tos O manuseio de uma fibra óptica “nua” é bem mais del icado

que no caso dos suportes metálicos.

9.2 Dificuldade de conexão das fibras ópticas

As pequenas dimensões das fibras ópticas exigem

procedimentos e dispositivos de alta precisão na re alização

das conexões e junções.

9.3 Acopladores tipo T com perdas muito altas É muito difícil se obter acopladores de derivação t ipo T

para fibras ópticas com baixo nível de perdas. Isso

repercute desfavoravelmente, por exemplo, na utiliz ação de

fibras ópticas em sistema multiponto.

9.4 Impossibilidade de alimentação remota de repeti dores Os sistemas com fibras ópticas requerem alimentação

elétrica independente para cada repetidor, não send o

possível a alimentação remota através do próprio me io de

transmissão.

9.5 Falta de padronização dos componentes ópticos

Page 64: Fibras ópticas

63

A relativa imaturidade e o continuo avanço tecnológ ico não

tem facilitado o estabelecimento de padrões para os

componentes de sistemas de transmissão por fibras ó pticas.

[10]

10.0 Aplicações da Fibra Óptica 10.1 Fibras Ópticas na Instrumentação 10.1.1 Sensores

Um sensor é um dispositivo que atua como um transdu tor:

“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 fenôm eno

ocorrido.

A sensitividade dos sensores a fibra, ou seja, o di stúrbio

menos intenso que pode ser medido pode depender de:

Variações infinitesimais em algum parâmetro de

caracterização da fibra usada, quando a fibra é o p róprio

elemento sensor;

Mudanças nas propriedades da luz usada, quando a Fi bra é o

canal através do qual a luz vai e volta do local so b teste.

Os sensores a Fibras Ópticas são compactos e aprese ntam

sensitividades comparáveis ou superiores ao similar

convencional. São usadas tanto Fibras monomodo como

multimodo. Existem muitos sensores comerciais feito s com

Fibras Ópticas, para medição de temperatura, pressã o,

rotação, sinais acústicos, corrente, fluxo, etc.

10.1.2 Emprego de Fibras Ópticas na construção de s ensores:

Page 65: Fibras ópticas

64

Sensores interferométricos utilizando Fibras monomo do. São

usados dois “braços” de Fibras com comprimentos igu ais aos

quais é acoplada luz. Um dos braços atua como refer ência e

o outro vai ser submetido a algum distúrbio do ambi ente. A

luz de saída das duas Fibras é recombinada, formand o um

padrão de interferência. À medida que o braço senso r sofre

as influências do distúrbio, as franjas de interfer ência se

deslocam a uma razão que é proporcional à intensida de do

distúrbio cuja magnitude se deseja medir;

Se a intensidade de luz acoplada a uma fibra quase monomodo

é medida em certo instante de tempo após o qual se submete

a fibra a micro-curvaturas (geradas por variações d e

pressão de ondas acústicas, por exemplo) espera-se uma

diminuição na intensidade de saída porque os modos de

ordens mais altas encontrarão os seus corte, devido às

variações na diferença de índices de refração entre o

núcleo e a casca induzidos pelas micro-curvaturas.

10.1.3 Exemplos de sensores construídos com Fibras Ópticas:

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 vari a com a

temperatura (-50 a +200oC);

Sensores de pressão construídos com o emprego de um a

membrana móvel numa das extremidades da Fibra. A Fi bra é

encapsulada em um cateter e a membrana se movimenta de

acordo com a pressão (0 a 300 mm de Hg);

Page 66: Fibras ópticas

65

Sensores químicos construído com o emprego de uma m embrana

permeável numa das extremidades da Fibra. A membran a contém

um indicador reversível que responde a um estímulo químico

mudando sua absorção ou luminescência.

10.2 Sistemas de Comunicações

As redes públicas de telecomunicações provêm uma va riedade

de aplicações para os sistemas de transmissão por f ibras

ópticas. As aplicações vão desde a pura substituiçã o de

cabos metálicos em sistemas de longa distância inte rligando

centrais telefônicas (urbanas e interurbanas) até a

implantação de novos serviços de comunicações, por exemplo,

para as Redes Digitais de Serviços Integrados (RDSI ). A

utilização de fibras ópticas em cabos submarinos

intercontinentais constitui outro exemplo, bastante

difundido, de aplicação em sistemas de comunicações de

longa distância.

10.3 Rede Telefônica

Uma das aplicações pioneiras das fibras ópticas em sistemas

de comunicação corresponde aos sistemas troncos de

telefonia, interligando centrais de tráfego interur bano. Os

sistemas troncos exigem sistemas de transmissão (em geral,

digitais) de grande capacidade, envolvendo distânci as que

vão, tipicamente, desde algumas dezenas até centena s de

quilômetros e, eventualmente, em países com dimensõ es

continentais, até milhares de quilômetros. As fibra s

ópticas, com suas qualidades de grande banda passan te e

baixa atenuação, atendem perfeitamente a esses requ isitos.

Page 67: Fibras ópticas

66

A alta capacidade de transmissão e o alcance máximo sem

repetidores, permitidos pelos sistemas de transmiss ão por

fibras ópticas minimizam os custos por circuito tel efônico,

oferecendo vantagens econômicas significativas.

10.4 Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI)

A rede local de assinantes, isto é, a rede física

interligando assinantes à central telefônica local,

constitui uma importante aplicação potencial de fib ras

ópticas na rede telefônica. Embora as fibras óptica s não

sejam ainda totalmente competitivas com os pares me tálicos,

a partir da introdução de novos serviços de comunic ações

(videofone, televisão, dados etc.), através das Red es

Digitais de Serviços Integrados (RDSI), o uso de fi bras

ópticas na rede de assinantes tende a ser imperativ o.

10.5 Cabos Submarinos

Os sistemas de transmissão por cabos submarinos, pa rte

integrante da rede internacional de telecomunicaçõe s, é uma

outra classe de sistemas onde as fibras ópticas cum prem

atualmente um papel de fundamental importância. Os cabos

submarinos convencionais, embora façam uso de cabos

coaxiais de alta qualidade e grande diâmetro para m inimizar

a atenuação, estão limitados a uns espaçamentos máx imos

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 atualme nte

espaçamentos entre repetidores em torno de 60 km. C om a

implantação dos sistemas de transmissão por fibras ópticas

de 4ª geração (1,55µm), alcances sem repetidores su periores

Page 68: Fibras ópticas

67

a 100 km serão perfeitamente realizáveis. Além diss o, as

fibras ópticas oferecem facilidades operacionais (d imensão

e peso menores) e uma maior capacidade de transmiss ão,

contribuindo significativamente para atender à cres cente

demanda por circuito internacionais de voz e dados, a um

custo mais baixo ainda que os enlaces via satélite.

10.6 Uso de Fibras Ópticas na Medicina:

• Confecção de endoscópios com feixes de Fibras Óptic as

para iluminação;

• Uso de Fibras como ponta de bisturi óptico para

cirurgias a laser, como:

• Cirurgias de descolamento de retina;

• Desobstrução de vias aéreas (cirurgias na faringe o u

traquéia);

• Desobstrução de vias venosas (“limpeza” de canais

arteriais, evitando pontes de safena);

• Uso odontológico: aplicação de sedantes.

10.7 Laser de Fibra

Emprega-se uma Fibra a base de sílica dopada em seu núcleo

com algum elemento terra-rara, como o érbio ou o ne odímio.

A presença destes elementos em algumas partes por m ilhão é

o bastante para que, após o bombeio, a Fibra flores ça com

picos intensos em vários comprimentos de onda de ex tremo

interesse como, por exemplo, a 1,55mm (comprimentos de onda

onde as Fibras de sílica “normais” podem apresentar mínimos

em atenuação e dispersão materiais). A Fibra dopada ,

adequadamente bombeada, pode ser usada como meio

Page 69: Fibras ópticas

68

amplificador (o sinal a ser amplificado coincide co m algum

pico de fluorescência) ou como um laser, se inserid a entre

dois espelhos convenientemente selecionados. [9]

10.8 Uso de Fibras Ópticas em Telecomunicações

A Fibra monomodo é a opção preferida para comunicaç ão a

longa distância. Ela permite que a informação seja

transmitida a altas taxas sobre distâncias de dezen as de

quilômetros sem um repetidor. Sua capacidade de tra nsmissão

superior é possível devido a seu pequeno núcleo – e ntre 5 e

10 mm de diâmetro. Isto limita a luz transmitida a somente

um modo principal, o que minimiza a distorção dos p ulsos de

luz, aumentando a distância em que o sinal pode ser

transmitido.

Praticamente todas as aplicações de telefonia e CAT V (TV a

cabo) utilizam a Fibra monomodo em função das maior es taxas

de transmissão e menores atenuações do sinal. Redes de

dados que requeiram taxas de transmissão de gigabit s também

precisam utilizar a Fibra monomodo.

A Fibra multimodo é usada em sistemas de comunicaçã o como

LANS (Local Área Networks) e WANs (Wide Área Networ k) em

campi universitários, hospitais e empresas. O diâme tro de

seu núcleo é largo em comparação ao comprimento de onda da

luz transmitida. Por isso, a Fibra multimodo propag a mais

que um modo de luz. Com seu relativamente grande nú cleo, a

Fibra multimodo é mais fácil de conectar e unir; é a Fibra

escolhida para aplicações de curta distância consis tindo de

numerosas conexões.

Page 70: Fibras ópticas

69

Fibras multimodo de índice gradual também são prefe ridas

quando o bom acoplamento com a fonte de luz é mais

importante do que a atenuação do sinal na Fibra, ou ainda

quando há preocupação com radiação, uma vez que est as

Fibras podem ser construídas com núcleo de pura síl ica que

não é grandemente afetado pela radiação. [11]

10.9 Comunicações

Uma das aplicações militares pioneira no uso da tec nologia

de fibras ópticas consiste na simples substituição de

suportes de transmissão metálicos nos sistemas de

comunicação de voz e dados de baixa velocidade em

instalações militares. Além de um melhor desempenho em

termos de alcance, banda passante e imunidade ao ru ído, as

fibras ópticas oferecem a esses sistemas vantagens

exclusivas. Por exemplo, a informação transportada pela

fibra óptica é dificilmente violada ao longo do sis tema de

transmissão, em razão da característica de isolação

eletromagnética e pelas facilidades de localização de

derivações de potência óptica ao longo do cabo, gar antindo

assim um alto grau de privacidade na transmissão de dados

“sensíveis” o meio de transmissão pode percorrer se m riscos

lugares de armazenamento de combustíveis ou explosi vos; o

reduzido volume e peso dos cabos ópticos provêm imp ortantes

facilidades operacionais no transporte e instalação dos

sistemas.

Esta última qualidade das fibras ópticas é particul armente

vantajosa em sistemas táticos de comando e comunica ções,

permanentes ou móveis, interligando armamentos sofi sticados

e unidades militares dispersam. As conexões remotas entre

Page 71: Fibras ópticas

70

um radar e a estação de processamento de sinais pod em, por

exemplo, ser mais longas garantindo maior segurança ao

pessoal de operação. [9]

A aplicação de fibras ópticas em sistemas de comuni cações

militares a longa distância, além das motivações bá sicas

das aplicações civis (maior alcance e capacidade de

transmissão), busca usufruir as suas qualidades

operacionais e de segurança. Por exemplo, nos EUA u m enlace

óptico 147 km suporta o sistema primário de comunic ações

para controle e testes de mísseis MX e na Coréia do Sul foi

construída uma rede de comunicações táticas com 667 km de

cabos ópticos.

Em nível local, uma das grandes aplicações de fibra s

ópticas em sistemas militares de comunicações é na

realização de barramentos de dados em navios e aviõ es. Além

da melhor desempenho, este tipo de aplicação das fi bras

ópticas tem na redução de volume e peso uma das sua s

principais motivações. Um avião bombardeiro, por ex emplo,

pode ter seu peso reduzido de 1 tonelada se na sua cabeação

interna forem utilizadas apenas fibras ópticas. Nos EUA

está sendo desenvolvido um helicóptero, o HLX (ligh t

helicopter, experimental), onde os sistemas de cont role de

vôo, de armamentos e de dados internos são totalmen te

baseados na tecnologia de fibras ópticas.

10.10 Redes Locais de Computadores

As comunicações entre computadores são suportadas p or

sistemas de comunicação de dados que costumam ser

classificados, segundo as distâncias envolvidas, em redes

de computadores de longa distância ou redes locais de

computadores.

Page 72: Fibras ópticas

71

As redes de computadores a longa distância utilizam -se dos

meios de transmissão comum à rede telefônica. Embor a

geralmente usem técnicas distintas (comutação de pa cotes,

modem etc.) essas redes a longa distância são impla ntadas

ou integradas nos mesmos suportes físicos de transm issão da

rede telefônica. Assim sendo, o uso de fibras óptic as em

sistemas de comunicação de dados a longa distância

acompanha a evolução da aplicação de fibras ópticas na rede

telefônica (cabos troncos, cabos submarinos, RDSI e tc.)

As redes locais de computadores, utilizadas para

interconectar recursos computacionais diversos

(computadores, periféricos, banco de dados etc.) nu ma área

privada e geograficamente limitada (prédio, usina, fábrica,

campus etc.), caracterizam-se pela especificidade e

variedade de alternativas tecnológicas quanto ao si stema de

transmissão voltada principalmente para aplicações em

automação em escritórios e em automação industrial, como

requisitos exigentes em termos de confiabilidade,

capacidade de uma excelente alternativa de meio de

transmissão. Embora os custos e alguns problemas

tecnológicos ainda inibam sua competitividade com o s

suportes convencionais, as fibras ópticas, em deter minadas

aplicações, apresentam-se como a melhor e às vezes única

alternativa de meio de transmissão para as redes lo cais de

computadores.

10.11 Televisão por Cabo (CATV)

A transmissão de sinais de vídeo através de fibras ópticas

é uma outra classe de aplicações bastante difundida . As

Page 73: Fibras ópticas

72

fibras ópticas têm sido utilizadas, por exemplo, pa ra

interligar, em distâncias curtas, câmeras de TV e e stúdios

ou estações monitoras externas instaladas em veícul os.

Também nos circuitos fechados de TV, associados os sistemas

educacionais ou a sistemas de supervisão e controle de

tráfego e segurança em usinas ou fábricas, tem-se u tilizado

fibras ópticas como suporte de transmissão. Entreta nto, a

aplicação maior consumidora de fibras ópticas para a

transmissão de sinais de vídeo é constituída pelos sistemas

de televisão por cabo (CATV).

As fibras ópticas oferecem aos sistemas de CATV, al ém de

uma maior capacidade de transmissão, possibilidades de

alcance sem repetidores (amplificadores) superior a os cabos

coaxiais banda-larga. Nos sistemas CATV com cabos c oaxiais

banda-larga, o espaçamento entre repetidores é da o rdem de

1 km e o número de repetidores é em geral limitado a 10 em

função do ruído e distorção, enquanto que com fibra s

ópticas o alcance sem repetidores pode ser superior a 30

km. Além de melhor desempenho, a tecnologia atual d e

transmissão por fibras ópticas é competitiva econom icamente

e apresenta confiabilidade substancialmente melhor que os

sistemas CATV convencionais com cabos coaxiais band a-larga.

10.12 Sistemas de Energia e Transporte

A difusão das fibras ópticas nas redes públicas de

telecomunicações tem estimulado a aplicação desse m eio de

transmissão em sistemas de utilidade pública que pr ovêm

suas próprias facilidades de comunicações, tais com o os

sistemas de geração e distribuição de energia elétr ica e os

sistemas de transporte ferroviário. As facilidades de

Page 74: Fibras ópticas

73

comunicações incluem, além de serviços de comunicaç ão

telefônica, serviços de telemetria, supervisão e co ntrole

ao longo do sistema. As distâncias envolvidas podem ser de

alguns quilômetros ao longo de linhas de transmissã o ou

linhas férreas. Embora estes sistemas geralmente nã o

requeiram grandes bandas passantes, o uso de fibras ópticas

é atraente, principalmente em função de suas qualid ades de

imunidade eletromagnética, isolação elétrica e baix as

perdas. Sistemas de transmissão digital PCM a 2 Mbp s, bem

como cabos ópticos especiais para este tipo de apli cação

têm sido experimentados ou colocados em operação co mercial

nos últimos anos.[9]

10.13 Aplicações da Fibra Óptica para fins Militare s

As aplicações militares de fibras ópticas incluem d esde

sistemas de comunicações de voz e dados a baixa vel ocidade,

onde as fibras ópticas simplesmente substituem supo rtes

metálicos convencionais, até aplicações específicas

envolvendo sistemas de navegação e controle de míss eis ou

torpedos guiados por cabo. Os sistemas sensores com fibras

ópticas também encontram uma boa gama de aplicações

militares em navios e aeronaves de um modo em geral , ou em

aplicações específicas, por exemplo, de defesa subm arina.

[10]

10.14 Aplicações Específicas

Uma aplicação específica das fibras ópticas no domí nio

militar é a dos mísseis teleguiados por cabo. Neste tipo de

sistema, ilustrado na figura abaixo, um enlace com fibra

Page 75: Fibras ópticas

74

óptica de alta resistência à tração liga

(bidirecionalmente) o míssil a um centro de control e,

permitindo um melhor controle de pintaria através d a

monitoração visual do alvo.

As qualidades das fibras ópticas em termos de grand e banda

passante, imunidade a interferências e não vulnerab ilidades

face aos radares inimigos são essenciais a este tip o de

aplicação. Considerando atualmente o maior mercado militar

da tecnologia de fibras ópticas, este tipo de aplic ação,

considerando-se apenas o programa FOG-M (Fiber Opti c Guided

Missible) nos EUA, deve consumir cerca de 300000 km de

fibras ópticas até 1990. Sistemas sensores com fibr as

ópticas também têm encontrado uma variedade de apli cações

no domínio militar. Um dos mais utilizados é o giro scópio

óptico que oferece vantagens com aos mecânicos, em termos

de maior precisão, peso reduzido e maior segurança. A

aplicação militar de giroscópios ópticos inclui sis temas de

navegação automática em aviões, navios, submarinos,

mísseis, espaçonaves, satélites, etc. um outro sist ema

sensor de interesse para a Marinha é o acústico. Ac oplados

a redes de cabos ópticos submarinos, os sensores ac ústicos

permitirem implantar, por exemplo, sofisticados sis temas de

defesa submarina. [10]

Page 76: Fibras ópticas

75

Figura 35 – Míssil teleguiado por fibra óptica. [10 ]

11.0 Atualidades

11.1 Mercado Brasileiro

O Brasil é um dos principais consumidores de banda larga da

América Latina e, no futuro, será responsável por m etade da

demanda no continente.

O país produz mais de 1 milhão de quilômetros de fi bra

óptica por ano, o que atende 50% das necessidades d e

consumo do país. A demanda é completada com importa ções dos

Estados Unidos e Japão. De acordo com a Yankee Grou p

consultoria especializada em tecnologia da informaç ão, o

país terá em torno de 9,5 milhões de quilômetros de fibras

ópticas antes de 2003. Em 1998, o Brasil tinha apen as 2,4

milhões de quilômetros, o que não é muito, levando- se em

conta o tamanho do país, mas é um volume razoável c omparado

com os países de expansões territoriais semelhantes , como

China, Rússia e Índia. Porém fica muito atrás dos E stados

Unidos e da Europa.

Page 77: Fibras ópticas

76

Este cenário, no entanto, vai passar por algumas

transformações. Serão investidos, segundo a Yankee Group,

em 2001 e 2002, cerca de US$ 3 bilhões na expansão das

redes de comunicação brasileira. [11]

11.2 Aplicações futuras Fuji cria fibra óptica de plástico para mercado dom éstico A Fuji, maior fabricante de filmes fotográficos do Japão,

afirmou hoje que desenvolveu uma fibra óptica plást ica para

comunicações em alta velocidade que será destinada ao uso

doméstico.

O novo produto marca a primeira entrada da Fuji no negócio

de fibras em um momento que a fabricante japonesa b usca

expandir suas fontes de receita.

O preço das ações da companhia subiu com o anúncio e

acumulou valorização de 2,87% enquanto a média defi nida

pelo índice Nikkei teve alta de 1,19%.

Uma porta-voz da Fuji não confirmou a informação di vulgada

pelo jornal de negócios Nihon Keizai Shimbun de que a

companhia começaria a vender o produto em março do ano que

vem. “Não definimos ainda uma agenda precisa para o

lançamento das operações”, afirmou a representante.

A companhia afirmou que mensagens ou sinais podem s er

transmitidas pela nova fibra plástica com quase a m esma

velocidade que a das fibras ópticas de vidro, a mai s de 1

Gigabit por segundo.

Page 78: Fibras ópticas

77

A demanda por acesso rápido à internet tem crescido a taxas

exponenciais no Japão, com o número de usuários de linhas

telefônicas ADSL (asymmetric digital subscriber lin e)

somando 3,6 milhões.

O mercado espera que os serviços ADSL, que usam lin has

telefônicas de cobre, sejam substituídos nos próxim os anos

por cabos de fibra óptica, que oferecem velocidades muito

mais rápidas.

A fibra plástica suporta calor e umidade vai reduzi r os

custos de instalação dramaticamente, afirmou a port a-voz.

A internet chegará finalmente ao Pólo Sul, com a in stalação

de cerca de dois mil quilômetros de cabos de fibra ótica no

planalto polar, uma das regiões mais inóspitas da T erra.

[15]

Fibra ótica levará a Internet ao Pólo Sul

O projeto, com custo previsto de US$ 250 milhões (R $ 775

milhões), levará anos para ser planejado e instalad o, e

devem ser um dos maiores desafios já enfrentados pe la

engenharia na Antártica.

Figura 36 – Vista do Pólo Sul [16]

Page 79: Fibras ópticas

78

Sua conclusão, prevista para 2009, revolucionará as

comunicações na região.

A Fundação Nacional para a Ciência, nos Estados Uni dos, já

solicitou uma concorrência da indústria para a cons trução.

Page 80: Fibras ópticas

79

12.0 Conclusão

Pelo que aqui foi exposto, podemos ver que a utiliz ação das

Fibras Ópticas é e será cada vez maior. Além de

apresentarem uma ótima relação Custo/Benefício, não existem

outros meios de transmissão com parâmetros como: At enuação,

Velocidade de Propagação, Capacidade de Transmissão e,

Custos, tão bons quanto aos apresentados pelas Fibr as

Ópticas.

Alem da facilidade de instalação, há uma ampla vari edade de

Cabos de Fibra Óptica, para as mais diversas aplica ções e,

estão também disponíveis, vários Sistemas de Transm issão

Ópticos, por um número muito grande de fabricantes.

Some se a isto, o fato que tanto as Fibras Ópticas, quanto

os Sistemas de Transmissão Ópticos, estão em contín ua

evolução e aperfeiçoamento, permitindo hoje a imple mentação

de Redes totalmente Ópticas, superando todas as dem ais, até

hoje existentes.

A fibra óptica tem como vantagens indiscutíveis, a alta

velocidade ao navegar pela internet, assim como a i munidade

a ruído e interferência, dimensões e peso reduzidos e a

compatibilidade com a tecnologia digital.

As fibras também possuem suas desvantagens é acessí vel

somente a cidades cujas zonas possuem instalação, s eu custo

elevado, sua fragilidade, sua dificuldade de repara ção de

rompimento de fibras em campo, equipamentos de alto custo.

Atualmente vem se modernizando muitas as caracterís ticas da

Fibra óptica, enquanto sua cobertura fica mais resi stente,

existe maior proteção contra imunidade o que signif ica um

uma evolução no uso da fibra, a serviço do progress o que

tecnológico em que vivemos no mundo atual.

Page 81: Fibras ópticas

80

13.0 Referências Bibliográficas

[1] Site: www.ifi.unicamp.br/foton/site/port/intro. htm

[2] Site: www.projetoderedes.com.br

[3] Site: www.richard.ite.br/duvidas69.html

[4] Site: www.clubedohardaware.com.br/371

[5] Livro: “Projetos de Redes Locais com Cabeamento

Estruturado”, Paulo Coelho, 2003.

[6] Site: www.projetoresredes.kit.net

[7] Site: www.lucalm.hpg.ig.com.br/fabricacao.htm

[8] Site: www.lucalm.hpg.ig.com.br/emendas

[9] Site www.itweb.com.br/solutions/telecom/fibra_o ptica/

[10] Site: www.lucalm.hpg.ig.com.br/vantagens.htm

[11] Site: www.djmeucci.sites.uol.com.br/fo/fibraop t.htm

[12] Site: www1.univap.br/~landulfo/pesq1.htm

[15] Site:www.bbc.co.uk/portuguese/ciencia/020821_p olosuli

r.shtml

[16] Site:

www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_utilizando _f

ibra_em_rede.php