d

1. Fibras ópticas e
Multiplexação por
Divisão em Comprimento
de Onda (WDM)
Trabalho de Redes de computadores I
Rafael José Gonçalves Pereira
Professor: Otto Duarte

2. Estrutura
 Alguns Fundamentos de Óptica
- Refração e Reflexão total
 Fibras
- Composição e conceitos, tipos de fibras, atenuação,
vantagens e desvantagens, algumas aplicações. (no
trabalho ainda há uma seções sobre história e emissores
e receptores, que não incluí aqui)
 WDM
- Definição, funcionamento e problemas, Tipos de
WDM e Vantagens.

3. Princípios de óptica

4. Refração e reflexão total
 Mudança na direção e velocidade quando uma
onda de luz passa de um meio para o outro.
 Lei de Snell-Descartes:
n1*sen(fi1) = n2*sen(fi2)
 Na transição de um meio mais refringente (n2)
para menos refringente (n1), se o ângulo for
superior a um ângulo crítico, ocorre reflexão total.
 Ângulo crítico = arc.sen(n1/n2)

5. Reflexão total
Lembrando que n2>n1

6. Sistemas de transmissão
por
Fibras ópticas

7. Definição de fibra óptica
 Fibra óptica é basicamente um fio que conduz a
potência luminosa de um emissor até um
receptor óptico. São estruturas transparentes,
flexíveis, compostas por dois materiais
dielétricos, tendo dimensões próximas a um fio
de cabelo humano.

8. Composição
 3 camadas básicas:
• Núcleo (>= 10 micrômetro), o mais refringente;
• Casca, menos refringente que o núcleo;
• Capa, proteção.

9. Composição
Reflexão total entre o núcleo e a casca!

10. Modos de propagação
 Soluções espaço-temporais das equações de Maxwell
(campos elétricos e magnéticos).
 Representa as diferentes formas de propagação
(trajetórias) da luz na fibra.

11. Tipos de Fibras
 Monomodo
 Multimodo
• Índice degrau
• Índice gradual

12. Atenuação e dispersão
 Atenuação baixa  principal motivo pelo qual
as fibras conquistaram seu terreno.
 Atenuação:
• Absorção
• Espalhamento
• Curvaturas
• Características do guia de onda

13. Absorção
 Absorção natural do material (intrínseca)
 Por defeitos estruturais (densidade varia, etc)
 Impurezas (extrínseca)
 Íons metálicos
 Por íons hidroxila  devido a água no vidro  define
as janelas ópticas
 Janelas ópticas  Regiões onde a absorção por OH- é
menor (já superada)

14. Janelas ópticas

15. Novos tipos de fibras
(segundo tutorial da Teleco)
 “Monomodo comum (SM - G.652 ITU-T): Tem problemas com
a dispersão cromática. Núcleo com área maior  grande
capacidade de comprimentos de onda.
 Dispersion Shifted (DS - G.653 ITU-T): Fibra onde a dispersão
é zero. Pensava-se  alta capacidade. Porém, mistura das 4
ondas.
 Non Zero Dispersion (NZD - G.655 ITU-T): criada para
corrigir a limitação da fibra tipo DS. Dispersão baixa, mas não
zero. Núcleo da fibra foi diminuído impede sua utilização em
sistemas de grande quantidade de comprimentos de onda.
 Low Water Peak (LWP - G.652D ITU-T): Fibra onde processos
de fabricação eliminam o efeito da absorção pelos íons OH-”

16. Janelas ópticas

17. Dispersão Modal
 Variações de trajetórias (= modos distintos) 
tempo de chegadas distintos  “Espalhamento”
de um sinal no tempo

18. Vantagens da fibra óptica
 Banda passante teoricamente enorme
 Atenuação muito baixa
 Imunidade à interferência eletromagnética e ruído
 Isolamento elétrico
 Compacidade
 Segurança
 Baixo custo potencial
 Possibilidade de mudar a banda sem mudar a infra-
estrutura (WDM)

19. Comparação

20. Desvantagens
 Fragilidade das fibras não encapsuladas
 Dificuldade para conexões
 Dificuldade para ramificações
• Fibras  ponto-a-ponto
 Impossibilidade de alimentação remota

21. Algumas Aplicações
 Fiber Channel
 Gigabit Ethernet
 Rede telefônica
 Rede Digital de Serviços Integrados
 Cabos submarinos
 Televisão por cabo
 Sensores

22. WDM
 Combina comprimentos de onda diferentes, e, na outra ponta,
separa e lê.

23. Sistema de WDM
 Comparação com TDM e porque do nome
 Para multiplexação e demultiplexação
atualmente:
Filtros ajustáveis baseados em difração e
interferência
• Ex: Array Waveguide Grating

24. Problemas enfrentados pelo WDM
 Todos os problemas das fibras ópticas
 Encaixar o Sinal no seu canal
 Diafonia (Crosstalk)  Parte da potência que
deveria chegar num canal vai para um canal
adjacente
 Mistura de quatro ondas (Four wave mixing,
FWM)
 Falta de padronização

25. Tipos de WDM
 Classificação feita de acordo com o espaçamento entre
comprimentos de onda adjacentes
 Coarse WDM (CWDM)
20nm, 4 a 16 canais, 34Mbit/s a 2,5Gbit/s
 Dense WDM (DWDM) 
1nm, 16 a 128 canais, 155Mbit/s a 10Gbit/s
 Ultra Dense WDM (UDWDM)
Mais de 128 canais, menos espaçamento que o DWDM

26. Vantagens do WDM
 Flexibiliza sistemas
 Possibilita o aumento da quantidade de banda
que uma fibra pode transmitir, sem necessidade
de obras estruturais.
 Além de todas as vantagens de utilizar as fibras
ópticas em si.

27. Dúvidas?

28. Perguntas e Respostas

29. Pergunta 1
 1 – Explique como a luz se mantém no interior
de uma fibra óptica, citando as regiões da fibra
envolvidas e explicando brevemente o
fenômeno que permite tal feito.

30. Pergunta 1
 1 – Explique como a luz se propaga no interior de uma
fibra óptica, citando as regiões da fibra envolvidas e
explicando brevemente o fenômeno que permite tal
feito.
 R: A luz se propaga no interior da fibra através do
fenômeno da reflexão total que ocorre nas fibras ao
tentar atravessar do núcleo (mais refringente) para a
casca (menos refringente). Quando um raio de luz tenta
atravessar de um meio mais refringente para um menos
refringente, se o ângulo que ele forma com a normal for
maior que o ângulo crítico, ele sofre a reflexão total, o
que é exatamente o que ocorre na fibra.

31. Pergunta 2
 2 – O que são os modos de propagação e
dispersão modal? Como estes conceitos estão
relacionados entre si?

32. Pergunta 2
 2 – O que são os modos de propagação e dispersão
modal? Como estes conceitos estão relacionados entre
si?
 R: Os modos de propagação são as soluções espaço-
temporais das equações de Maxwell, representando as
diferentes maneiras (trajetórias) como a luz pode
propagar-se numa fibra. A dispersão modal, por sua
vez, é o fenômeno do “espalhamento” da luz no tempo
que acontece por conta das diferentes trajetórias e dos
diferentes tempos de cada modo. Estes conceitos estão
relacionados, pois os modos são as diferentes trajetórias
que geram o espalhamento temporal.

33. Pergunta 3
 3 – O que são as janelas ópticas e diga se elas
ainda tem funcionalidade atualmente?

34. Pergunta 3
 3 – O que são as janelas ópticas e diga se elas ainda tem
funcionalidade atualmente?
 R : As janelas ópticas são as regiões onde a atenuação
por absorção devido ao íon Hidroxila (OH-) era menor.
A utilização das janelas ópticas, apesar de já ter perdido
seu sentido atualmente por já ser possível fabricar fibras
sem atenuações devido a tal íon, ainda são mantidas por
motivos históricos e por melhorarem a eficiência da
utilização de determinados comprimentos de onda.

35. Pergunta 4
 4 – No que se baseiam os métodos atuais para
multiplexação e demultiplexação?

36. Pergunta 4
 4 – No que se baseiam os métodos atuais para
multiplexação e demultiplexação?
 R: Os métodos atuais baseiam-se nos
fenômenos de difração e de interferência. O
fenômeno da difração faz com que a luz seja
tratada como onda, permitindo então a
exploração do fenômeno da interferência.

37. Pergunta 5
 5 – Cite ao menos 3 vantagens da fibra óptica e
1 desvantagem:

38. Pergunta 5
 5 – Cite ao menos 3 vantagens da fibra óptica e 1 desvantagem:
 R: Vantagens (citar 3 destas):
banda passante potencialmente enorme;
atenuação muito baixa;
imunidade a interferências eletromagnéticas e ruídos;
isolamento elétrico;
compacidade;
segurança;
baixo custo potencial;
possibilidade de ampliação da banda sem modificação da infraestrutura.
 Desvantagens, citar 1:
fragilidade das fibras ópticas ainda não encapsuladas;
dificuldade para conexão;
dificuldade para ramificações
impossibilidade de alimentação remota

39. Obrigado!