Blog 2 - Capítulos 5 e 6

1. Blog 2 referente aos capítulos 5 e 6
Capítulo 5
Esse capítulo é dedicado às fibras ópticas, fisicamente falando ela é composta pelo núcleo envolvido por uma casca, essa casca possibilita a propagação da luz no núcleo devido ao mecanismo de reflexão total. É importante destacar o perfil de índice de refração, que mostra a variação do índice de refração ao longo da fibra, ele pode ser:
 Degrau – índice de refração do núcleo é constante e ligeiramente superior ao da casca, que também é constante (fibra ID);
 Gradual – índice de refração do núcleo varia continuamente do centro para a casca (fibra IG).
As figuras das páginas 138/139 que elucidam bem o comportamento e diferença entre os perfis.
Uma variável importante é o ângulo de aceitação, pois ele distingue as inclinações que serão transmitidas ou que serão atenuadas pela casca. Esse conceito estende-se a um cone de aceitação uma vez que a estrutura é cilíndra e simétrica.
São definidos os modos de propagação, achei importante destacar algumas passagens:
 Para perfis parabólicos, o número de modos de propagação em uma fibra IG é aproximadamente igual a metade no número de modos de propagação de uma fibra ID;
 Nos modos híbridos, os campos elétrico e magnético possuem componentes na direção de propagação da onda;
 É definido o número V, ele determina quais modos se propagam em uma fibra ID através da carta de modos.
 Os modos vazados são modos associados aos raios oblíquos, eles tendem a se propagar próximos à casca e seguindo uma trajetória helicoidal.

2.  Os modos irradiados correspondem aos raios que estão fora do cone de aceitação da fibra óptica, contudo, devido ao material de proteção, alguns modos irradiados podem ser guiados pela casca, o que reduz a banda passante da fibra óptica.
A caracterização de uma fibra óptica é dada por sua atenuação e alargamento dos pulsos. Com isso, a transmissão pode ser limitada em potência no primeiro caso ou limitada em distorção no segundo caso. A atenuação está diretamente relacionada às perdas de transmissão, enquanto a dispersão(alargamento de pulsos) caracteriza a taxa de transmissão de bits e a banda passante. Em seguida, o texto entra em mais detalhes sobre cada um desses efeitos. Acredito que essa discussão seja de suma importância no contexto de transmissão ópticas, pois eles afetam diretamente a qualidade da informação. Muitos conceitos apresentados em outros capítulos são revisitados. Dentre os pontos de importância citados, pode-se destacar a atenuação, espalhamento, absorção, efeitos geométricos, dispersão cromática etc.
Por fim, são mostradas algumas técnicas de fabricação de fibras, este tópico é complexo e demora-se bem menos tempo nele em relação aos anteriores e nota-se que há perdas devido a heterogeneidade desde a fabricação. Depois fala-se sobre os tipos de cabos, estruturas internas, seus prós e contras.
Achei esse capítulo extremamente denso, especialmente tomando como referência os capítulos anteriores. Acredito que uma inserção maior de figuras tornaria o capítulo mais digesto. Porém, reconheço que o tratamento de um tema de tamanha importância realmente exija certo aprofundamento.
Figura do cone de aceitação:

3. Obtida em:
http://i.stack.imgur.com/D748h.png
Há também um “white paper” publicado pela Agilent Technologies, Inc. que destaca a importância dos conectores, pois eles que fazem a interface com as fibras ópticas e os diversos dispositivos! O que pode levar um medidor a uma medida não confiável.
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5991-1271EN.pdf

4. Capítulo 6
Esse capítulo começa revisitando alguns conceitos dos campos eletromagnéticos e matéria a fim de sintetizar um modelo fotônico. Nota-se um maior flerte com a natureza de partícula da luz, onde o fóton é tratado como menor unidade de energia possível. Tal modelo é referenciado como POM(Photon Optics Model).
No POM, os fótons trafegam entre diferentes níveis discretos quânticos de energia dos átomos e osciladores quânticos. O fluxo de fótons é aleatório, ou seja, usamos ferramentas de processos estocásticos para tratar dele. Em frequências de microondas, não se vê o efeito quântico pois a quantidade de fótons se dispersa por modo.
Em seguida, fala-se sobre a interação entre a luz e os átomos, detalhando absorção e emissões espontâneas e estímuladas. Na amplificação óptica, fala-se sobre a inversão de população, bombeamento laser, cavidade laser em frequência óptica, condição limiar de ganho, regime estacionário para o laser monomodo e características da luz emitida por um laser. Onde o feixe de fótons é amplificado ao passar um meio em inversão de população.
Posteriormente, o livro trata das fontes de luz a semicondutor, onde é aplicado o princípio da exclusão de Pauli que conhecemos desde o ensino médio, lasers sintonizáveis e LEDs.
Os lasers a semicondutor têm o nível de energia definido pelos elétrons compartilhados entre os átomos. Os estados de energia de interesse são: banda de valência e banda de condução, e quando o eletrón passe de uma banda para a outra, um fóton é emitido ou absorvido. O fóton é emitido quando o elétron decai da banda de condução, que é mais energética, para a banda de valência que é menos energética, esse processo é chamado de recombinação. Esses lasers possuem melhor eficiência e gasto mais alto. Nesses lasers, há inversão de população de elétrons possibilitando a emissão estimulada e o efeito laser.
Os lasers sintonizáveis possilitam o controle da frequência da luz emitida, o que é essencial no processo de multiplexação em frequência.

5. Os LEDs têm menor custo, são mais consistentes e simples do que os lasers, todavia eles possuem um espectro mais espalhado, o que acarreta em menor eficiência espectral no contexto óptico.
O final do capítulo é dedicado aos amplificadores ópticos, podendo ser do tipo cavidade, de ondas propagantes e a fibra óptica dopada com Érbio. Os amplificadores possibilitam as comunicações ópticas a longas distâncias, pois eles podem ser instalados ao longo linha à medida que o sinal vai atenuando-se para recuperá-lo.
Os amplificadores de cavidade possuem grande flexibilidade quanto à definição da frequência central, porém há certa instabilidade do ganho em função da frequência. O amplificador de ondas propagantes é mais estável quanto ao ganho em função da frequência, contudo o problema persiste para baixas refletâncias. Já o amplificador dopado com Érbio possui flexibilidade quanto à operabilidade nas janelas de transmissão, o que não é possível sem a dopagem.
Foi recorrente o uso da teoria de mecânica quântica, o que dificulta bastante a compreensão do conteúdo, uma vez que o nosso curso não dá muita ênfase nessa parte da física, além de eu considerar o tema já difícil por si só. Considero esse capítulo o mais difícil e longo até o momento, apesar de a matemática usada não ter sido muito pesada. O diferentes tipos de lasers usam conceitos aprendidos nas matérias de eletrônica, como a junção pn e o uso de elementos dopantes. O capítulo possui gráficos e tabelas compatíveis e que complementam o texto.
Um paper do IEEE que sintetiza um módulo 2D de fonte de laser:
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6558750
Uma nota de aplicação da Agilent Technologies, Inc., para medir propriedades importantes dos amplificadores ópticos, como ganho, figura de ruído:
http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5988-5260EN.pdf