Curso Online de Fibras Ópticas

Fibras Ópticas

MÓDULO 1 - INTRODUÇÃO ÀS COMUNICAÇÕES ÓPTICAS

Na antiga Grécia, quando Clytaimestra solicitou a Agamemnon para enviar-lhe uma mensagem utilizando uma rede de tochas em cadeia, estando este em Tróia e ela em Mycaene, com o intuito de informá-la do momento da saída da cidade de Tróia (permitido-a planejar a morte de Agamemnon); ela possivelmente não considerou que este fato consistiria no primeiro relato documentado de transmissão de mensagem utilizando recursos ópticos.
 
Ainda na Grécia antiga, Políbio (200 a 120 a.C.) podia transmitir qualquer mensagem através de dois conjuntos de tochas dispostos um na esquerda e outro na direita, tendo como referência um quadro contendo o alfabeto grego disposto em linhas e colunas.

Figura 1-1 Quadro representativo do alfabeto grego

A figura 1-1 apresenta a tabela, com o alfabeto grego, utilizada para decodificar a mensagem das tochas. Os números em itálico (superior) eram representados pela quantidade de tochas posicionadas à direita, enquanto os números em normal (lateral) pela quantidade à esquerda.

Figura 1-2: O exemplo acima representa 3x2 e corresponde ao "Ɵ".

Experimentos com Comunicações Ópticas :

1790, na França, Claude Chappe constituiu um telégrafo óptico e transmitiu mensagens a uma distância de 230 km;
1870, o físico John Tyndall demonstrou o princípio de guiamento da luz, através de um experimento que consistia em injetar luz em um jato d’água, demonstrando o fenômeno da reflexão total.

Figura 1-3: Guiamento de Luz em um jato d’água.
 
1880 – Alexander Graham Bell patenteou o fotofone, que possibilitou a primeira transmissão de voz, através de luz não guiada. Usando lentes e espelhos, Bell fez a luz incidir em um diafragma, que vibrava com a voz do locutor e modulava a luz. O receptor, a uma distância de 200 metros possuía um foto resistor de selênio que variava a resistência de acordo com a luz modulada incidente, variando a corrente que circulava por um fone, que reproduzia a voz.

Figura 1-4: Fotofone de Graham Bell.
 
 
1893 – No Brasil, o Padre Landell de Moura inventou o telefone sem fio. O transmissor era baseado na emissão de luz branca, originada em um arco voltaico, que era modulada pela voz. No receptor, a demodulação era possível devida a uma célula selênica de invenção própria. Assim as mensagens de Landell puderam ser transmitidas a uma distância de 8 km na capital Paulista.
1950 – Primeiras investigações e experimentos em busca de um guia de luz conveniente, surgindo bastões de vidro que foram utilizados para transmitir imagem.
1956. Primeiro esboço de um sistema à luz de laser;

1960: Desenvolvido o primeiro sistema laser, pelo físico Theodore Maiman;

1966: Proposto o uso de fibras de vidro como meio de transmissão eficiente à luz de laser, pelos pesquisadores Charles Kao e Charles Hockham na Inglaterra. A atenuação da fibra era em tomo de 1000 dB/km;

1970: Primeira experiência concreta utilizando sistemas a emissão e detecção da luz de laser, usando como meio de transmissão a fibra de vidro, hoje fibra óptica. Conseguiu-se resultados espantosos com atenuações em 20dB/km;

1972 – Fibras com 4 dB/Km já eram obtidas em laboratório;

1975 – Início da produção industrial de fibras ópticas;

1988 – Descoberta a onda sólitons, uma onda de luz que é capaz de se propagar por longas distâncias e não perder a sua forma inicial.

1990 – Atenuação das fibras chega a 0,2 db/km

Atualmente com sistemas que operam em 10 Gbps e 100Gbps, sendo possível atingir até 1 Tbps, a tecnologia óptica é a única capaz de suprir as necessidades de uma sociedade baseada na informação.

SISTEMAS ÓPTICOS

A figura abaixo representa as principais partes de um enlace óptico.

Figura 1-5: Enlace Óptico.

Fibra óptica – é o meio de propagação do sinal óptico.

Conector – Responsável pela conexão do emissor óptico a fibra óptica, e da fibra óptica ao detector óptico.

Transmissor - Formado por um dispositivo emissor de luz e um circuito eletrônico. O dispositivo emissor de luz realiza a conversão eletro-óptica dos sinais, sendo em geral um diodo laser (DL) ou diodo eletroluminescente (LED). O Driver é um circuito eletrônico responsável pelo controle da polarização elétrica e da potência luminosa transmitida pelo dispositivo emissor.

Receptor - Formado por um dispositivo fotodetector e um estágio de interface com a saída. O dispositivo fotodetector tem a função de detecção e conversão do sinal luminoso em sinal elétrico, pode ser um diodo PIN ou um fotodiodo de avalanche (APD). O estágio de interface com a saída é um circuito eletrônico que tem a função básica de filtrar e amplificar o sinal convertido.

VANTAGENS DAS FIBRAS ÓPTICAS
 
Baixa Atenuação

Largura de Banda

Imunidade à interferência eletromagnética

Baixo peso

Pequena dimensão

Sigilo

Isolação elétrica

BAIXA ATENUAÇÃO
 
As fibras ópticas possuem perdas (atenuação de sinal) menores que as apresentadas pelos cabos em pares metálicos, cabos coaxiais e guias de onda milimétricas. Atenuação na faixa de 0,35 a 5 dB/Km, para λ=0,85 μm. Com valores baixos de atenuação é possível realizar conexões entre sistemas afastados até 200 Km sem regeneração, o que aumenta aproximadamente em 4 vezes as distâncias máximas entre estações repetidoras se compararmos com os sistemas de microondas eletromagnéticas. Perdas da ordem de 1 dB/Km são obtidas na região espectral de 1,0 a 1,7 μ m, com exceção do comprimento de onda de 1,4 μ m. A claridade de um dia com atmosfera limpa é equivalente a 1 dB/km de perda. A menor perda já obtida em fibras ópticas é de 0,2 dB/km. Isto equivale ao reconhecimento pelo olho humano de um objeto a uma distância de cerca de 100 km. Esta característica inerente à fibra óptica possibilita enlaces de maiores distâncias, que assim exigem poucos repetidores ou regeneradores de sinal, representando uma diminuição dos investimentos do sistema, e de gastos com a manutenção dos repetidores.