Comunicações ópticas

Princípio de um sistema de
comunicações óptica

• Transmitir uma sinal através de uma
fibra óptica para um receptor remoto. O
sinal elétrico é convertido para o domínio
óptico no transmissor e é convertido de
volta para o sinal original ao receptor
• Comunicação de fibra óptica tem várias
vantagens sobre outros de transmissão,
tais como cobre e comunicação a rádio

Há três principais fatores que podem
afetar a transmissão de luz em um
sistema de comunicações ópticas.
• São eles: atenuação, largura de
banda e dispersão.
• Atenuação: como o sinal de luz
percorre a fibra, perderá óptica
devido a absorção, scatterring e
outros, perdas de radiação. Em
algum momento, o nível de
potência pode tornar-se demasiado
fraco para o receptor distinguir o
sinal óptico anda o ruído de fundo

• Largura de banda: Uma vez que o
sinal de luz é composta por
diferentes frequências, a fibra vai
limitar as frequências mais altas e
menor e limita a capacidade de
transporte de informações.
• Dispersão: como o sinal de luz
percorre a fibra, os pulsos de luz
vão espalhar ou ampliar e vai
limitar a capacidade de carga de
informações no bit muito alto ou
de transmissão muito longas
distâncias

Composição da Fibra Óptica
• Uma fibra óptica é composta de uma
haste de vidro muito fino, que está
rodeada de um revestimento protetor
plástico. A vareta de vidro contém duas
partes, a parte interna da haste (ou
núcleo) e o circundante camada (ou
revestimento). Luz, que é injetado no
núcleo da fibra de vidro, seguirá o
caminho físico do que fibra devido a
reflexão interna total da luz entre o
núcleo e o revestimento.

Princípios de Transmissão
• Raios de luz entram na fibra em ângulos
diferentes e não seguem os mesmos caminhos.
Raios de luz entram no centro do núcleo de fibra
em um ângulo muito baixo terá um caminho
relativamente direto através do centro da fibra.
Raios de luz entram no núcleo da fibra em um
ângulo de incidência elevado ou perto da borda
externa do núcleo da fibra terão um caminho
menos direto, através da fibra e irão percorrer a
fibra mais lentamente.
• Cada caminho, resultantes de um determinado
ângulo de incidência anda em um ponto
determinado, e dará origem a um modo.
• Os modos que viajam ao longo da fibra, cada
uma delas é atenuada em algum grau.

Velocidade
• A velocidade em que a luz viaja através de
um meio de transmissão é determinado pelo
índice de refração do meio de transmissão.
• O índice de refração (n) é um número sem
unidade, que representa o razão entre a
velocidade da luz no vácuo, para a
velocidade da luz no meio de transmissão.
• N = c/v, onde n é o índice de refração do
meio de transmissão, c é a velocidade da luz
no vácuo ( c= 2.99792458x 108)
• Como regra geral, quanto maior o índice
de refração, mais lento será velocidade
do meio de transmissão.

Largura de Banda
• Largura de banda é definida como a largura
da faixa de frequência que pode ser
transmitido através de uma fibra óptica. A
largura de banda determina a capacidade
máxima de informação transmitida de um
canal, o qual pode ser realizada ao longo da
fibra ao longo de uma determinada
distância. Largura de banda é expressa em
MHz

• Larguras de banda típicas para diferentes
tipos de fibra.

Tipos de Fibra
• A fibra é classificada em diferentes tipos
(multímodo ou monomodo) com base na
maneira em que a luz viaja através do
mesmo. A fibra tipo está intimamente
relacionada com o diâmetro do núcleo e
de revestimento

Fibra Multímodo
• A fibra multímodo, devido ao seu grande
núcleo, permite a transmissão de luz
usando caminhos diferentes (vários
modos) Por esta fibra razão, a fibra
multímodo é bastante sensível à
dispersão modal.
• As principais vantagens de fibra
multímodo são a: facilidade de
acoplamento para fontes de luz e a
outra fibra, menor custo de fontes de luz
(transmissores) e simplificando a
conectorização e emenda de processos.
No entanto, sua atenuação
relativamente alta e baixa largura de
banda limitam a transmissão de luz de
curta distância de fibra multímodo...

Composição da Fibra
Multímodo

Fibra Multímodo Índice
Degrau
• Fibra Multímodo de Índice Degrau: guias de raios
de luz por meio de reflexão total na fronteira entre
o núcleo e o revestimento. O índice de refração é
uniforme no núcleo. Fibra multímodo de Índice
Degrau tem um diâmetro de núcleo mínimo de
50um, um diâmetro de revestimento entre 100 e
140um e uma abertura numérica entre 0,2 a 0,5

Fibra Multímodo de Índice
Gradual
• O núcleo das fibras multímodo de índice
gradual possuem um índice de refração não
uniforme, diminuindo gradualmente do eixo
central para o revestimento. Esta variação do
índice de refração dos núcleos obriga os
raios de luz a se propagar através da fibra de
forma senoidal.

Fibra Monomodo
• A vantagem da fibra monomodo é o seu
melhor desempenho em respeitar a largura
de banda e atenuação. O diâmetro reduzido
do núcleo da fibra monomodo limita a luz a
um único modo de propagação, eliminando
completamente dispersão modal.
• Com dispersão adequada através da
compensação de componentes, uma fibra
monomodo pode transportar sinal em longas
distâncias. A capacidade do sistema pode ser
aumentada através da injeção de múltiplos
sinais de comprimentos de onda
ligeiramente diferentes (multiplexação de
divisão de comprimento de onda) em uma
fibra.

Composição da Fibra
Monomodo

Diâmetro de campo de
modo de fibra monomodo
• O diâmetro de campo de modo (MFD) de fibra
monomodo pode ser expresso como a parte da
fibra, onde a maior parte da luz energia passa.
• O MFD é maior do que o diâmetro do núcleo físico.
Ou seja, uma fibra com um núcleo físico de 8um
pode render um 9, 5um MFD. Este fenômeno
ocorre por causa da luz energia também viaja
através do revestimento

Área Efetiva
• Área efetiva é outro termo que é usado para
definir o diâmetro do campo de modo. A
área efetiva é a área da fibra correspondente
ao diâmetro do campo de modo.

Transmissão de luz
• Transmissão de luz em fibra óptica utiliza três
elementos básicos: um transmissor, um receptor
e um meio de transmissão, através da qual o
sinal é transmitido de um para o outro. O uso de
fibra óptica introduz a atenuação e dispersão no
sistema. Atenuação tende a aumentar os
requisitos de potência do transmissor em a fim
de satisfazer os requisitos de energia do receptor.
Dispersão, por outro lado, limita a largura de
banda dos dados que podem ser transmitida
através da fibra.
• Atenuação: o sinal de luz percorre a fibra, que
diminui a potência. A diminuição do nível de
potência é expressa em dB ou uma taxa de perda
por unidade de distância (dB/Km)

Atenuação espectral da
fibra
• Os dois principais mecanismos de perda de
transmissão de luz em fibras ópticas são: a
absorção de luz e dispersão
• Absorção da luz: a luz é absorvida no
material da fibra como sua energia é
convertida em calor devido as impurezas de
comprimento de onda de ressonância
molecular.
• Espalhamento Rayleigh: também contribui
para a atenuação. Provoca a dispersão da luz
em todas as direções, sendo que uma parte
da luz escape pelo núcleo da fibra Uma
pequena parte desta energia é retornada
para o núcleo e é denominada
retroespalhamento.

• Espalhamento de luz frontal (Raman
scattering) espalhamento de luz para trás
(espalhamento Brillouin) são dois
fenômenos de espalhamento adicional que
podem ocorrer em materiais ópticos sob
condições de alta potência

Janelas de
telecomunicações

Os principais comprimentos de onda de
transmissão de telecomunicações
correspondem para os pontos no gráfico,
onde a atenuação é, mínima. Estes
comprimentos de onda são conhecidos como
as janelas de telecomunicações.

Janelas de
telecomunicações
• O símbolo OH- identificado no gráfico indica que a
comprimentos de onda de 950nm, 1244nm, 1383nm
e, na presença de hidrogênio e íons HIDROXILA no
material de cabo de fibra óptica faz um aumento da
atenuação. Estes íons são resultado da presença da água
que entra no material através do cabo ou de um produto
químico através da reação do processo de fabricação ou
como umidade no ambiente.
• A variação da atenuação com comprimento de onda
devido a absorção de água para o padrão de cabo de fibra
monomodo óptico ocorre principalmente em torno de
1383nm. Recentes avanços na fabricação processos de
cabo de fibra óptica que superar a água 1383nm pico e
resultaram em fibra de baixa água de pico.

Transmissão de luz
• Transmissão de luz em fibra óptica utiliza
três elementos básicos: um transmissor,
um receptor e um meio de transmissão,
através da qual o sinal é transmitido de
um para o outro.
• O uso de fibra óptica introduz a
atenuação e dispersão no sistema.
• Atenuação tende a aumentar os
requisitos de potência do transmissor em
a fim de satisfazer os requisitos de
energia do receptor.
• Dispersão, por outro lado, limita a
largura de banda dos dados que podem
ser transmitida através da fibra.

Mecanismos de perda de
ligação
• Para uma extensão de fibra óptica, os efeitos dos
componentes passivos e perdas de conexão
devem ser adicionados à atenuação inerente da
fibra a fim de obter a atenuação de sinal total.
Esta atenuação (ou perda), para um determinado
comprimento de onda, é definida como a razão
entre a potência de entrada e a potência de saída
da fibra que está sendo medida. Geralmente é
expressa em decibéis

Micro curvaturas e Macro
Curvaturas
• Micro curvaturas e macro curvaturas são
problemas comuns em sistemas de
cabos, porque pode induzir a perda de
potência do sinal. Micro curvatura ocorre
quando o núcleo de fibra desvia do eixo e
podem ser causados por defeitos de
fabricação, restrições mecânicas durante
as variações de fibra de poedeiras processo
e ambiental (Temperatura, umidade ou
pressão) durante a vida da fibra.
• Macro curvatura refere-se a uma grande
curva da fibra (com mais de um 2
milímetros de raio).

•O gráfico acima mostra a influência da curvatura
raio (R) sobre a perda de sinal em função do comprimento de
onda. O traço "UC" refere-se a uma fibra ideal sem
curvatura.

Dispersão
• Outro fator que afeta o sinal durante a
transmissão é dispersão. A Dispersão reduz a
largura de banda efetiva disponível para
transmissão. Existem três tipos principais de
dispersão: dispersão modal, a dispersão
cromática, e a dispersão por modo de
polarização.
• Dispersão total da Fibra = dispersão modal +
dispersão cromática + dispersão por modo
de polarização.

Dispersão Modal
• Dispersão modal ocorre
normalmente com fibra
multímodo. Quando um pulso de
luz muito curto é injetado para
dentro da fibra dentro do
numérico abertura, toda a
energia não chega ao fim da fibra
no ao mesmo tempo. Diferentes
modos de oscilação levar a
energia para baixo da fibra
através de caminhos de
comprimentos diferentes.

Dispersão Cromática
• Dispersão cromática (CD) ocorre porque um
pulso de luz é composta de diferentes
comprimentos de onda, cada um viaja com
velocidades diferentes abaixo da fibra. Estas
velocidades de propagação diferentes amplia o
pulso de luz quando chega ao receptor,
reduzindo a relação de sinal-ruído(SR) e
aumentando a erros de bits(BER).

• Dispersão cromática é definida por três parâmetros
principais:
1. Atraso em um determinado comprimento de
onda, expresso em ps.
2. O coeficiente de dispersão (D), expresso em ps /
nm. Este corresponde ao desvio em atraso como uma
função do comprimento de onda (Ou para a inclinação
da curva que representa atraso em função da distância a
um dado comprimento de onda). É expresso em ps /
(nm*km) se é padronizado para um quilômetro.
3. A inclinação (S), expresso em ps / (nm²*km). Isto
corresponde a derivada do coeficiente de dispersão
como uma função de comprimento de onda (ou para a
inclinação da curva que representa a dispersão como
uma função da distância a um dado comprimento de
onda). Tanto o coeficiente de dispersão (padronizado
para um quilômetro) e a inclinação são dependentes do
comprimento da fibra.

• Dispersão cromática depende
principalmente da fabricação
processo. Fabricantes de cabos ter
em conta os efeitos de CD na
concepção de diferentes tipos de
fibra para diferentes aplicações e
com diferentes necessidades, tal
como a fibra standard, dispersão
deslocada fibra, ou não-zero
dispersão deslocada fibra.

Dispersão por Modo de
Polarização.
• Dispersão de polarização modo (PMD) é
uma propriedade básica da fibra
monomodo. Afeta o valor da taxa de
transmissão. PMD resulta da diferença
de velocidades de propagação da
energia de um dado comprimento de
onda, a qual é dividida em duas
polarizações que se encontram em
ângulos retos
• A origem da PMD é a birrefringência das
fibras, isto é, a dependência das
propriedades ópticas da fibra com o
plano de oscilação eletromagnético
Atraso

Perda de Retorno Óptico
• Perdas de retorno - ORL (optical return loss)
- É a quantidade de luz refletida para
trás, atingindo o transmissor.
• ORL é expressa em decibéis (dB) e é definido
como o logaritmo razão entre a energia
incidente para a potência reflectida na
origem da fibra: ORL = 10LOG(PE/Pr), onde
PE é a energia transmitida e Pr é a potência
refletida, expressa em Watt (W).
• A ORL é causado por 2 efeitos fundamentais:
Retrodifusão, (Backscattering), Reflexões de
Fresnel.

Efeitos não-lineares
• Ocorrem na fibra óptica devido àpotência
óptica alta concentrada em uma área
pequena:

Fenômenos de índice de
refração

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