Fibras óticas

Nos últimos anos, tornou-se evidente que as fibras ópticas estão substituindo constantemente o fio de cobre como meio adequado de transmissão de sinal de comunicação. Eles abrangem longas distâncias entre os sistemas telefônicos locais e fornecem a espinha dorsal para muitos sistemas de rede. Outros usuários do sistema incluem serviços de televisão por cabo, campus universitários, prédios de escritórios, instalações industriais e empresas de serviços elétricos.

Um sistema de fibra óptica é semelhante ao sistema de fio de cobre que a fibra óptica está substituindo. A diferença é que as fibras ópticas usam pulsos de luz para transmitir informação em linhas de fibra ao invés de usar pulsos eletrônicos para transmitir informações em linhas de cobre. Olhar para os componentes em uma cadeia de fibra óptica dará uma melhor compreensão de como o sistema funciona em conjunto com sistemas baseados em fio.

Em uma extremidade do sistema é um transmissor. Este é o local de origem para a informação sobre as linhas de fibra óptica. O transmissor aceita informações de pulso eletrônico codificadas provenientes do fio de cobre. Em seguida, processa e traduz essa informação em pulsos de luz codificados de forma equivalente. Um diodo emissor de luz (LED) ou um diodo a laser de injeção (ILD) podem ser usados ​​para gerar pulsos de luz. Usando uma lente, os pulsos de luz são canalizados para o meio de fibra óptica onde eles viajam pelo cabo. A luz (infravermelho próximo) é mais frequentemente 850nm para distâncias mais curtas e 1300nm para distâncias mais longas em fibra multi-modo e 1300nm para fibra monomodo e 1500nm é usado para distâncias mais longas.

Pense em um cabo de fibra em termos de rolo de papelão muito longo (do rolo interno da toalha de papel) que é revestido com um espelho no interior. Se você brilha uma lanterna em uma extremidade, você pode ver a luz sair na extremidade distante – mesmo que esteja dobrada em torno de uma esquina.

Os pulsos de luz movem-se facilmente pela linha de fibra óptica devido a um princípio conhecido como reflexão interna total. Este princípio da reflexão interna total garante que, quando o ângulo de incidência excede um valor crítico, a luz não pode sair do vidro, em vez disso, a luz volta para trás. Quando este princípio é aplicado à construção da cadeia de fibra óptica, é possível transmitir informação abaixo das linhas de fibra sob a forma de pulsos de luz. O núcleo deve ser um material muito claro e puro para a luz ou, na maioria dos casos, luz infravermelha próxima (850nm, 1300nm e 1500nm). O núcleo pode ser plástico (usado para distâncias muito curtas), mas a maioria é feita de vidro. As fibras ópticas de vidro são quase sempre feitas de sílica pura, mas alguns outros materiais, como fluorozirconato, fluoroaluminato e chalcogenídeo, são usados ​​para aplicações de infravermelho de comprimento de onda mais longo.

Características das Fibras Ópticas

Basicamente temos dois tipos de fibras que são largamente empregadas em redes de telecomunicações que são as do tipo Multimodo e as do tipo Monomodo.

• Fibras Multimodo
  • As fibras do tipo multímodo normalmente possuem o diâmetro do núcleo maior do que as fibras do tipo monomodo. Assim, o núcleo permite que a luz tenha vários modos de propagação, percorrendo o interior da fibra por vários caminhos.
  • Neste tipo de fibra o núcleo possui uma dimensão de 62,5 µm e a casca de 125 µm.
  • As fibras do tipo multimodo ainda podem ser classificadas em fibras de Índice Degrau e Índice gradual, sendo esta classificação decorrente da variação do índice de refração entre o núcleo e a casca.
    • 2.1.1-Índice Degrau
      • As fibras de Índice Degrau, de fabricação mais simples, possuem um núcleo composto por um material homogêneo de índice de refração constante e sempre superior ao da casca.
      • Sendo assim possuem características inferiores aos outros tipos de fibras, pois a banda passante é muito estreita, restringindo a capacidade de transmissão da fibra devido às perdas sofridas pelo sinal transmitido e reduzindo suas aplicações com relação à distância e à capacidade de transmissão.
      • Atualmente são pouco usadas em telecomunicações e aplicações de comunicação de dados.
    • 2.1.2-Índice Gradual
      • São fibras mais utilizadas que as de índice degrau, sendo sua fabricação bem mais complexa.
      • As fibras de Índice Degrau possuem um núcleo composto por vidros especiais com diferentes valores de refração, cujo objetivo e diminuir os tempos de propagação da luz no núcleo da fibra, já que os raios de luz podem percorrer diferentes caminhos, com velocidades diferentes e chegar ao mesmo tempo à outra extremidade da fibra. Os resultados são a redução da dispersão, aumento da banda passante e como consequência um aumento da capacidade de transmissão da fibra.

 

 

• 2.2-Fibras Monomodo
  • As fibras Monomodo possuem um núcleo de diâmetro finíssimo (muito menor que os das fibras Multimodo) e também possuem um único modo de propagação com a luz percorrendo o interior da fibra por um único caminho, isto é um único modo.
  • Como as fibras Monomodo superam as capacidades de transmissão das fibras Multimodo, esse tipo de fibra é largamente utilizado em comunicações de médias e longas distâncias. Os enlaces com fibras monomodo, geralmente, ultrapassam 50 km entre os repetidores. Também se diferenciam pela variação do índice de refração do núcleo em relação à casca, e se classificam em:
    • Single Mode (SM – G.652 ITU-T): Sofre com grande dispersão cromática. No entanto, como essa fibra tem um núcleo maior do que os novos tipos de fibra óptica, seu uso é bom em sistemas que requerem grande capacidade de comprimentos de onda.
    • Dispersion Shifted (DS – G.653 ITU-T): Fibra sem dispersão. Pensava-se que seria boa para ser usada em sistemas WDM e SDH de alta capacidade. Porém, com o crescimento da quantidade de comprimentos de onda, constatou-se que ela sofre efeitos de mistura de quatro ondas, o que restringiu seu uso em sistemas de WDM.
    • Non Zero Dispersion (NZD – G.655 ITU-T): Fibra com dispersão baixa, mas não nula. Foi criada para servir de meio termo entre os dois tipos de fibra anteriores. Para diminuir a dispersão cromática, o núcleo da fibra foi reduzido. Essa redução impede seu uso em sistemas com muitos comprimentos de onda.
    • Low Water Peak (LWP – G.652D ITU-T): é tipo de fibra onde os processos de fabricação eliminaram a contaminação por íons hidroxila, permitindo que a utilização dos comprimentos de onda ao redor de 1400nm.”

 

Estrutura básica de um cabo de Fibras Ópticas

A figura a seguir mostra os elementos básicos que compõe um cabo de Fibras Ópticas.

• Núcleo
  • O núcleo, (ou “Core”) é onde realmente ocorre a transmissão dos pulsos de luz.
• Casca ou Camada de refração
  • A camada de refração (ou “Cadding”) cobre o núcleo e é responsável pela propagação de todos os feixes de luz, evitando que existam perdas no decorrer dos trajetos.
• Revestimento interno
  • O revestimento (ou “Coating”) tem função de proteção primária, isolando os impactos externos e evitando que a luz natural (externa) atinja as fibras de vidro internas, o que poderia resultar em interferências no sinal transmitido.
• Revestimento Externo
  • Têm a função de proteger a fibra de quebras que podem acontecer em situações de torção do cabo, impactos no transporte além de permitir o puxamento do cabo durante o processo de instalação.

Tipos de Cabos de Fibras Ópticas

Quanto à organização interna das Fibras Ópticas os cabos podem ser:

• Tubo Loose
  • Neste tipo de cabo as fibras são acomodadas dentro de um tubo com diâmetro muito maior que os das fibras. Isto isola as fibras quanto a tensões externas nos cabos tais como tração, flexão ou variações de temperatura. Para isolar as fibras da umidade externa, pode ser aplicado aplicado um gel derivado de petróleo ou não ( núcleo geleado ou núcleo seco ).

• Cabo Tight
  • Neste tipo de estrutura, as fibras recebem um revestimento secundário de nylon ou poliéster.
  • As fibras após receberem este revestimento, são agrupadas juntas com um elemento de tração que iproporcionará resistência mecânica. Externamente é aplicado um revestimento plastico que irá proteger o cabo contra danos físicos. Normalmente utilizado em ambientes indoor.

• Cabo Groove
  • Em uma estrutura tipo GROOVE as fibras ópticas são acomodadas soltas em uma estrutura interna do tipo ESTRELA. Esta estrutura apresenta ainda um elemento de tração ou elemento tensor incorporada em seu interior, a função básica deste elemento é de dar resistência mecânica ao conjunto. Uma estrutura deste tipo permite um número muito maior de fibras por cabo.

• Cabo Ribbon ( ou Flat )
  • Nestes cabos as fibras são agrupadas horizontalmente e envolvidas por uma camada de plástico, tornando-se um conjunto compacto e flexivel. Essa configuração é utilizada em aplicações em que é necessária flexibilidade e quantidade de fibras no cabo ( aplicaçoes industriais, aeronauticas ) e datacenters, interligando dispositivos MPO .

 

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