O documento apresenta um curso básico sobre fibras óticas, abordando sua estrutura, princípios de propagação, tipos, características de transmissão, atenuação, dispersão, propriedades, fabricação, fontes de luz, detectores e conectores. É dividido em 13 módulos que descrevem detalhadamente os conceitos fundamentais sobre fibras óticas.

1. Curso básico de Fibras Óticas
Por André Carvalho - 2008
Módulo 1 - Teoria

2. 1. Introdução
• Com o surgimento da fibra as novas tecnologias de
comunicação, têm adotado as fibras óticas;
• Transmissão através de propagação de luz.
• O material de fabricação determina os comprimentos de
onda e os níveis de atenuação da fibra.
• Vantagens:
- Imunidade a interferências;
- Mais rápido e seguro;
- Grande capacidade de transmissão;
- Ausência de ruídos;
- Isolação elétrica;
- Pequeno tamanho e peso.

3. 2. Estrutura das fibras óticas
• São compostas basicamente de material dielétrico, vidro
ou plástico;
• Região central denomina-se núcleo e a região que
envolve o núcleo chama-se casca.

4. • A casca e o núcleo têm densidades diferentes;
• Essas densidades são denominadas índice de refração;
• Isso é necessário para satisfazer a condição de
confinamento e propagação da luz;
• As fibras aqui abordadas são constituídas de Sílica.

5. • A fibra pode ter casca simples ou dupla, sendo esta a
melhor, já que tem maior confinamento e menor perda.

6. 3. Princípio de propagação
• Os raios de luz que incidem na fibra sofrem várias
reflexões na interface núcleo/casca.
• O que é refratado para a casca são absorvidos por ela;
• A reflexão ou a refração dependem do ângulo de
incidência do raio.

7. 4. Tipos das fibras óticas
• São classificadas a partir de suas características básicas
de transmissão que dependem do índice de refração;
• Isso implica principalmente na capacidade de
transmissão (largura de banda), que levará a seguinte
classificação:
- Fibra Multimodo Índice Degrau (ID)
- Fibra Multimodo Índice Gradual (IG)
- Fibra Monomodo

8. 4.1. Fibra Multimodo Índice degrau (ID)
Simplicidade quanto à fabricação; simplicidade operacional;
dimensões relativamente grandes; transmite vários feixes de luz;
capacidade de transmissão baixa.
4.2. Fibra Multimodo Índice Gradual (IG)
Complexidade média quanto à fabricação; simplicidade
operacional; dimensões moderadas; transmite vários feixes de luz;
capacidade de transmissão média.
4.3. Fibra Monomodo
Complexidade quanto à fabricação; complexidade operacional
(técnicas de grande precisão para acoplamento a fontes e
detetores); capacidade de transmissão extremamente superior às
fibras multimodo, pois só transmite um feixe de luz.

9. 5. Características de
transmissão
5.1. Janela de transmissão
É o comprimento de onda para o qual a fibra foi
construída para transmitir sinal luminoso.
Existem três comprimentos de onda tipicamente
utilizados:
* 850 mn com atenuação de 3 dB/Km
* 1310 nm com atenuação de 0,4 dB/Km
* 1550 nm com atenuação de 0,2 dB/Km

10. 5.2. Abertura numérica (NA)
* Define a capacidade da fibra de absorver luz;
* Quanto maior a abertura numérica, maior sua
capacidade de absorver energia luminosa;
* Todo raio incidente na fibra dentro do ângulo será
refletido ao longo da fibra, e os raios com ângulo de
incidência maior que o ângulo de aceitação não serão
refletidos totalmente.

11. * A abertura numérica depende diretamente das dimensões
do núcleo e do material da fibra.
* Quanto menor a abertura, maior será a taxa de
transmissão, como na fibra monomodo.

12. 6. Atenuação
• Perda de potência de sinal luminoso ao longo da fibra
ótica. É medida em dB/Km. Os mecanismos pelos quais
ocorrem a atenuação são os seguintes:
6.1. Absorção
Parte da energia luminosa é absorvida pelo material
devido a vários fatores como: contaminação no
processo de fabricação, presença de moléculas de água
dissolvidas no vidro, variação na densidade do material

13. 6.2. Espalhamento
Contribui para as perdas de transmissão, pois dispersa
o fluxo dos raios. O que contribui para isso é a
densidade do material da fibra e a estrutura
6.3. Curvaturas
As fibras estão sujeitas a perdas quando submetidas a
curvaturas. Existem as macrocurvaturas e
microcurvaturas.

15. 7. Dispersão
• Alargamento dos pulsos transmitidos ao longo do
percurso da fibra, influenciando diretamente na
capacidade de transmissão, impondo uma limitação na
sua capacidade de transmissão.
• Os mecanismos pelos quais ocorrem a dispersão são os
seguintes:

16. 7.1. Dispersão modal
Afeta a transmissão nas fibras Multimodo e resulta do
fato de cada modo de propagação, ter uma diferente
velocidade.
7.2. Dispersão material
Corresponde a dispersão cromática, como cada
comprimento de onda “enxerga” um valor diferente de
índice de refração, logo viajam no núcleo com
velocidades diferentes, provocando diferença de tempo.
7.3. Dispersão de guia de onda
Também corresponde a dispersão cromática, mas é
provocado por variações nas dimensões do núcleo e no
perfil de índice de refração.

17. 8. Propriedade das Fibras
8.1. Imunidade a interferências
Por serem compostas de material dielétrico, elas não
sofrem interferências eletromagnéticas. Por não
necessitarem de blindagem metálica, podem ser
instaladas junto a linhas de transmissão;
8.2. Pequena atenuação
As fibras apresentam perdas muito baixas. O que reduz
a complexidade e o custo do sistema.

18. 8.3. Grande capacidade de transmissão
Os sistemas de fibras tem uma capacidade de
transmissão muito superior a dos sistemas de cabos
metálicos
8.4. Ausência de diafonia
As fibras adjacentes em um cabo ótico não interferem
umas nas outras por não irradiarem luz externamente.

19. 8.5. Isolação elétrica
Ao contrário dos condutores metálicos, as fibras não tem
problemas de aterramento com interfaces dos
transceptores.
8.6. Pequeno tamanho e peso
As fibras ópticas tem dimensões comparáveis às de um
fio de cabelo. Mesmo sendo encapsuladas, o diâmetro e
o peso dos cabos óticos são bastante inferiores aos dos
cabos metálicos

20. 9. Fabricação das fibras
As fibras são compostas basicamente de vidros e
plásticos. Destacando dois tipos fundamentais: Vidro de
Sílica pura ou dopada, vidros multicompostos.
9.1. Preforma
As preformas consistem num bastão cilíndrico de vidro,
cuja a composição material reflete a estrutura
núcleo/casca. As técnicas de fabricação de preformas
baseiam-se num processo de deposição de vapor
químico.

21. 9.2. Puxamento e revestimento das fibras
O puxamento e revestimento das fibras, é realizado por
um equipamento chamado torre de puxamento. A
preforma é fundida à 2000°C até obter uma forma de
filamento. Depois disso a fibra é revestida por um
material polimerizado, o acrilato.

23. 10. Fontes de luz
Para sistemas ópticos, encontramos dois tipos de fontes
óticas que são freqüentemente utilizadas: LED e LASER.
Cada uma oferece certas vantagens e desvantagens, e
diferenciam-se entre si sob diversos aspectos:
• Potência luminosa: os lasers oferecem maior potência
ótica se comparados com os leds.
• Vida útil e degradação: os leds tem vida útil maior que os
lasers (aproximadamente 10 vezes mais), além de ter
degradação bem definida.
• Largura espectral: os lasers tem largura espectral menor
que os leds, o que proporciona menor dispersão material.

24. • Tipos e velocidades de modulação: os lasers têm
velocidade maior que os leds, mas necessitam de circuitos
complexos para manter uma boa linearidade.
• Acoplamento com a fibra óptica: o feixe de luz emitido
pelo laser é mais concentrado que o emitido pelo led,
permitindo uma eficiência de acoplamento maior.
• Variações com temperatura: os lasers são mais sensíveis
que os leds à temperatura.

25. • Custos: os lasers são mais caros que os leds, pois a
dificuldade de fabricação é maior.
• Ruídos: os lasers apresentam menos ruídos que os leds.
Ambos podem ser fabricados do mesmo material, de
acordo com o comprimento onda desejado:
* AlGaAs (arseneto de alumínio e gálio) para 850 nm.
* InGaAsP (arseneto fosfeto de índio e gálio) para 1300 e
1550 nm.

26. 11. Detetores de luz
• Os detetores usados em comunicações de fibras óticas são
fotodiodos ou fotodetetores semicondutores, que levam
seus nomes apartir de sua habilidade em detectar luz.
• Os detetores semicondutores mais simples são as células
solares, onde a energia luminosa incidente leva os elétrons
da banda de valência para a banda de condução, gerando
uma tensão.
• Os fotodetetores podem ser feitos de silício, arsenieto de
gálio, germânio, fosfeto de índio, ou outros semicondutores.
Sua resposta de comprimento de onda depende de sua
composição.

27. 12. Conectores óticos
• Os conectores, são dispositivos passivos que permitem
realizar junções temporárias ponto a ponto entre duas
fibras ou nas extremidades dos sistemas, juntando-se
opticamente a fibra ao dispositivo fotoemissor ou
fotodetector.
• Os polimentos mais utilizados são PC e APC.

34. 13. Emendas
• Uma emenda constitui basicamente em uma junção
permanente ou semi-permanente entre dois segmentos de
fibras ópticas. Podem ser emenda por fusão ou emenda
mecânica
• Ao contrário dos conectores as emendas possuem suas
perdas mais baixas, tipicamente inferiores a 0,02dB.
• No caso de cabos ópticos instalados em dutos
subterrâneos ou cordoalhas, as emendas são realizadas e
instaladas em bastidores ou caixas de emenda ao longo da
rede física. As emendas podem ser realizadas de duas
formas: por fusão ou mecânica
• A perda introduzida pelas emendas constitui um importante
fator a ser considerado no projeto, principalmente nos
enlaces mais longos.