Fibra Óptica: Uma Revolução nas Telecomunicações

FIBRA ÓPTICA
Allison Bastos
César Henrique de Oliveira Pereira
Eduardo Assis Rocha
Jacqueline dos Santos Marques Freitas
João Paulo Alves dos Santos
Luiz Carlos Campos

ÍNDICE
Pagina
1.
0
Introdução 5
2.
0
História 6
2.1 História da Fibra 6
2
Monografia da Disciplina Princípios de Telecomunicações
do Programa de Engenharia de Telecomunicações, orientada
Pelo Prof. M. Sc. Paulo Tibúrcio Pereira
UNIBH
Belo Horizonte
2004

Óptica Mundial
2.2 História da Fibra
Óptica no Brasil
11
3.
0
Regulamentação 13
3.1 Normas Técnicas 13
3.1.1 Normas para
Cabeamento Estruturados
Fibra Óptica
13
4.
0
Introdução sobre ondas 14
4.1 Reflexão e Refração 14
4.2 Lei de Snell 16
4.3 Estrutura da fibra
óptica
22
4.4 Tipos de fibra Óptica 24
4.4.1 Fibras Multimodo (MMF
Multimode Fiber)
24
4.4.1.1 Multimodo de Índice
Degrau
25
4.4.1.2 Multimodo de Índice
Gradual
26
4.4.2 Fibras Monomodo (SMF 27
3

Single Mode Fiber)
4.2 Reflexão Interna Total 28
5.
0
Fabricação da Fibra Óptica 31
5.1.1 - Fabricação de uma
preforma de vidro
32
5.1.1.1 PVCD (Plasma
Chemical Vapour Deposition)
33
5.1.1.2 OVD (Outside Vapour
Deposition)
34
5.1.1.3 VAD (Vapour Axial
Deposition)
35
5.1.2 Puxamento de uma
preforma em uma torre de
puxamento
36
5.1.3 Testes das fibras
puxadas
38
6.
0
Emendas Ópticas 39
6.1 Processo de Emenda 40
6.1.1 Limpeza 40
6.1.2 Decapagem 40
6.1.3 Clivagem 40
4

6.2 Atenuações em Emendas
Ópticas
41
6.2.1 Fatores Intrínsecos 41
6.2.2 Fatores Extrínsecos 42
6.2.3 Fatores Refletores 42
6.3 Tipos de Emendas
Ópticas
42
6.3.1 Emenda por Fusão 43
6.4 Emenda Óptica Mecânica 44
6.5 Emenda Óptica por
Conectorização
45
6.6 Perdas por Atenuações 46
6.6.1 Emendas Ópticas 46
6.6.2 Conectores 47
7.
0
Atenuação 47
7.1 Absorção 48
7.1.1 Absorção material 48
7.1.2 Absorção do íon OH¯ 49
7.1.3 Absorção Mecânica 49
7.2 Espalhamento 51
7.3 Propriedades das Fibras
Óticas
52
7.3.1 Imunidade a
Interferências
52
5

7.3.2 Ausência de diafonia 52
7.3.3 Isolação elétrica 53
7.4 Dispersão 53
7.4.1 Dispersão Modal 53
7.4.2 Disperção Cromática 54
7.4.2.1 Disperção Material 54
7.4.2.2 Disperção de guia
de onda
55
8.
0
As Vantagens da utilização
de Fibras Ópticas
55
8.1 Banda passante
potencialmente enorme
56
8.2 Perda de transmissão
muito baixa
57
8.3 Imunidade a
interferências e ao ruído
58
8.4 Isolação elétrica 59
8.5 Pequeno tamanho e peso 59
8.6 Segurança da informação
e do sistema
60
8.7 Custos potencialmente
baixos
61
8.8 Alta resistência a
agentes químicos e
61
6

variações de temperatura
9.
0
Desvantagens 62
9.1 Fragilidade das fibras
ópticas sem encapsulamentos
62
9.2 Dificuldade de conexão
das fibras ópticas
62
9.3 Acopladores tipo T com
perdas muito altas
62
9.4 Impossibilidade de
alimentação remota de
repetidores
62
9.5 Falta de padronização
dos componentes ópticos
63
10
.
Aplicações da Fibra Óptica 63
10.1 Fibras Ópticas na
Instrumentação
63
10.1.1 Sensores 63
10.1.2 Emprego de Fibras
Ópticas na construção de
sensores:
64
7

10.1.3 Exemplos de sensores
construídos com Fibras
Ópticas:
64
10.2 Sistemas de
Comunicações
65
10.3 Rede Telefônica 65
10.4 Rede Digital de
Serviços Integrados (RDSI)
66
10.5 Cabos Submarinos 66
10.6 Uso de Fibras Ópticas
na Medicina:
67
10.7 Laser de Fibra 67
10.8 Uso de Fibras Ópticas
em Telecomunicações
68
10.9 Comunicações 69
10.10 Redes Locais de
Computadores
70
10.11 Televisão por Cabo
(CATV)
72
10.12 Sistemas de Energia e
Transporte
73
10.13 Aplicações da Fibra
Óptica para fins Militares
73
10.14 Aplicações 74
8

Específicas
11
.0
Atualidades 75
11.1 Mercado Brasileiro 75
11.2 Aplicações futuras 76
12
.0
Conclusão 79
13
.0
Referências Bibliográficas 80
1.0 Introdução
9

Quando ouvimos falar sobre
comunicação óptica, logo associamos
o assunto ao uso de fibra óptica. A
comunicação utilizando fibra óptica
é realizada através do envio de um
sinal de luz codificado, dentro do
domínio de freqüência do
infravermelho, 1012 a 1014 Hertz, a
fibra óptica é um filamento de
vidro transparente e com alto grau
de pureza.
É tão fino quanto um fio de cabelo,
podendo carregar milhares de
informações digitais a longas
distâncias sem perdas
significativas. Ao redor do
filamento existem outras
substâncias de menor índice de
10

refração, que fazem com que os
raios sejam refletidos
internamente, minimizando assim as
perdas de transmissão. Os sistemas
de comunicações baseados em fibra
ópticos utilizam lasers ou
dispositivos emissores de luz
(LEDS). Esses últimos são
preferidos por serem mais
eficientes em termos de potência, e
devido a sua menor largura
espectral, que reduz os efeitos de
dispersão na fibra. Além disso, as
fibras ópticas são imunes a
interferências eletromagnéticas e a
ruídos por não irradiarem luz para
fora do cabo.
Sempre que falamos ao telefone,
assistimos à TV a cabo, navegamos
11

na Internet ou realizamos uma
endoscopia digestiva utilizamos
tecnologia associada às fibras
ópticas.
As vantagens da utilização da fibra
ópticas são:
Imunidade a interferências, grande
capacidade transmissão, ausência de
ruídos, isolação elétrico, pequeno
tamanho e peso, sigilo de
comunicação.
Ao longo desse trabalho será
possível se conhecer um pouco mais
sobre essa tecnologia, de uma
maneira pratica e objetiva, além de
entender porque as fibras ópticas
vêm pouco a pouco substituindo a
12

utilização dos cabos nas
telecomunicações.
2.0 História
2.1 História da Fibra Óptica
Mundial
Os primeiros experimentos
utilizando fibra óptica ocorreram
em 1930 na Alemanha, mas as
pesquisas sobre suas propriedades e
características se iniciaram por
volta de 1950. Hoje, as fibras
ópticas são largamente utilizadas e
representam uma revolução na
transmissão de informações. Hoje em
dia, as fibras ópticas utilizadas
em sistemas podem operar com taxas
13

de transmissão que chegam até 620
Mbps. Apenas para dar uma idéia de
grandeza, esta taxa é
aproximadamente dez mil vezes a
taxa dos modems comumente
utilizados pela maioria dos
usuários da Internet.
Figura 1 – Filamentos de Fibra
óptica [1]
14

Figura 2 – Linha do Tempo [1]
• Século VI a.C: Os esquilos
informaram aos Argos da queda de
Tróia por meio de uma cadeia de
sinais de fogo.
• Século II a.C: Polibio propôs um
sistema de transmissão do
alfabeto grego por meio de
sinais de fogo (dois dígitos e
cinco níveis (52=25 códigos).
• 100 a.C: Vidros de qualidade
óptica somente apareceram após o
surgimento dos famosos cristais
15

venezianos, na época da
Renascença. Os princípios da
fibra óptica são conhecidos
desde a Antigüidade e foram
utilizados em prismas e fontes
iluminadas.
• 200 D.C: Heron da Alexandria
estudou a reflexão.
• 1621: Willebrod Snell descobriu
que quando a luz atravessa dois
meios, sua direção muda
(refração).
• 1678: Christian Huygens modela a
luz como onda.
• 1791: Claude Chappe inventou o
Semaphore, sistema de
comunicação visual de longas
distâncias através de braços
mecânicos, instalados no alto de
16

torres (velocidade de 1 bit por
segundo)
• 1800: O Sr. William Herschel
descobriu a parte infravermelha
do espectro.
• 1801: Ritter descobre a parte
ultravioleta do espectro.
• 1830: Telégrafo com código Morse
(digital) chegava a alcançar mil
km, o equivalente a velocidade
de 10 bits por segundo, com os
repetidores.
• 1864: O físico teórico escocês,
James C. Maxwell (1831-1879),
criou o termo campo
eletromagnético após a
publicação da sua teoria
eletromagnética da luz.
17

• 1866: Primeira transmissão
transatlântica de telégrafo.
• 1870: John Tyndal (1820-1893)
mostrou a Royal Society que a
luz se curva para acompanhar um
esguicho d’água, ou seja, pode
ser guiada pela água.
• 1876: Invenção do telefone
analógico por Graham Bell
• 1880: O engenheiro William
Wheeler, recebeu uma patente
pela idéia de “conduzir”
intensas fontes de luz para
salas distantes de um prédio. O
escocês naturalizado americano,
Alexander Graham BELL (1847-
1922), inventou o Photophone, um
sistema que reproduzia vozes
pela conversão de luz solar em
18

sinais elétricos (telefone
óptico).
• 1926: John L. Baird patenteia
uma TV a cores primitiva que
utilizava bastões de vidro para
transportar luz.
• 1930: Lamb realizou primeiros
experimentos de transmissão de
luz através de fibras de vidro,
Alemanha.
• 1940: O primeiro cabo coaxial
transporta até 300 ligações
telefônicas ou um canal de TV.
• 1950: Brian O´BRIEN do American
Optical Company e Narinder Singh
Kanpany , físico indiano do
Imperial College of Science and
Technology de Londres,
desenvolveram fibras
19

transmissoras de imagens, hoje
conhecidas por Fiberscopes.
• 1956: O físico indiano Narinder
Singh Kanpany inventa a fibra
óptica: desenvolveram a idéia de
uma capa de vidro sobre um
bastão fino de vidro para evitar
a “fuga” da luz pela superfície.
• 1958: Arthur Schwalow e Charles
Townes inventam o laser.
• 1960: Theodore Maiman, do Hughes
Labs (EUA), construiu o primeiro
laser a cristal de rubi.
• 1961: Javan e colaboradores
construíram o primeiro laser a
gás HeNe, para a região do
infravermelho (1150 nm). Em 1962
surge o laser HeNe para 632,8
nm.
20

• 1962: Foi inventado o primeiro
fotodetector PIN de silício de
alta velocidade (EUA).
• 1966: Charles Kao e A. Hockham
do Standard Communication
Laboratory (UK), publicaram um
artigo propondo fibras ópticas
como meio de transmissão
adequado se as perdas fossem
reduzidas de 1000 para 20 dB/km.
Início da corrida mundial pela
fibra de menor atenuação !!!
• 1968: Primeiro diodo laser com
dupla heteroestrutura, DHS,
(EUA).
• 1970: Kapron e Keck quebram a
barreira dos 20 dB/km produzindo
uma fibra multimodo com 17 dB/km
21

em 632,8 nm (Corning Glass
Works, USA).
• 1972: Novamente, Corning Glass
lança uma fibra multimodo com 4
dB/km.
• 1973: Um link telefônico de
fibras ópticas foi instalado no
EUA.
• 1976: O Bell Laboratories
instalou um link telefônico em
de 1 km em Atlanta e provou ser
possível o uso da fibra para
telefonia, misturando técnicas
convencionais de transmissão. O
primeiro link de TV a cabo com
fibras ópticas foi instalado em
Hastings (UK). A empresa Rank
Optics em Leeds (UK) fabrica
22

fibras de 110 nm para iluminação
e decoração.
• 1978: Começa, em vários pontos
do mundo, a fabricação de fibras
ópticas com perdas menores do
que 1,5 dB/km, para as mais
diversas aplicações.
• 1979: MYA e colaboradores,
Japão, anunciam a primeira fibra
monomodo (SMF) com 0,20 dB/km em
1550 nm.
• 1981: Ainslie e colegas (UK)
demonstram a SMF com dispersão
nula em 1550 nm.
• 1983: Introduzida a fibra
monomodo com dispersão nula em
1310 nm – G652.
23

• 1985: Introduzida a fibra
monomodo de dispersão deslocada
(DS) – G653.
• 1988: Operação do primeiro cabo
submarino, TAT-8, entre EUA,
França e Inglaterra.
• 1989: Introdução comercial dos
amplificadores ópticos dopados
com érbio.
• 1994: Introduzida a fibra de
dispersão nula (NZD) em 1500 nm
– G655.
• 2001: A fibra óptica movimenta
cerca de 30 bilhões de dólares a
cada ano.
• 2004: As pesquisas avançam em
direção à caracterização e
fabricação de fibras fotônicas.
24

2.2 História da Fibra Óptica no
Brasil
Unicamp foi à primeira instituição
brasileira a pesquisar as fibras
ópticas. O Grupo de Fibras Ópticas
do Instituto de Física Gleb
Wataghin foi formado em 1975 para
desenvolver o processo de
fabricação de fibras e formar
recursos humanos nesta área.
25

Figura 3 – Pesquisadores no
Laboratório de Comunicações Ópticas
[1]
Dos laboratórios do IFGW saíram às
primeiras fibras ópticas fabricadas
no país e foram desenvolvidas
várias técnicas de caracterização
das fibras. Este desenvolvimento
foi transferido, juntamente com as
pessoas treinadas, para o CPQD –
Centro de Pesquisas e
Desenvolvimento em Telecomunicações
(empresa pertencente à holding das
Empresas de Telecomunicações – a
Telebrás) onde continuou-se com a
construção de uma planta piloto
para fabricação, bem como
26

otimização do processo. O CPQD
transferiu a tecnologia para as
empresas ABC-Xtal, Bracel, Avibrás,
Pirelli e Sid, que hoje produzem a
maior parte das fibras utilizadas
no Brasil. Acopladores por fusão a
fibra, que servem para juntar os
núcleos duas ou mais fibras,
desenvolvidos nos laboratórios do
grupo foram repassados ao CPQD,
juntamente com os recursos humanos.
Esta tecnologia foi transferida
para as empresas AGC-Optosystems e
AsGa. Essas empresas exportam
produzem os acopladores para o
mercado nacional e para exportação.
As pesquisas do grupo foram cada
vez mais sendo desenvolvidas em
assuntos de fronteira, avaliando e
27

explorando tecnologias emergentes,
e realizando atividades de pesquisa
que fossem temas de teses de
doutoramento. Desenvolveu-se,
assim, os primeiros amplificadores
a fibra dopada com Érbio no país,
processos originais de fabricação
de vidros especiais, técnicas de
óptica não linear e de lasers de
pulsos ultra-curtos para o estudo
de fenômenos ultra-rápidos.
Dadas as atividades desenvolvidas
nos últimos anos, o grupo passou a
ser chamado de Grupo de Fenômenos
Ultra-Rápidos e Comunicações
Ópticas. Este grupo é pioneiro no
Brasil na área de fenômenos ultra-
rápidos e conta hoje com um
28

laboratório de femtossegundos que é
um dos melhores equipados no mundo.
É grande a experiência do grupo na
fabricação de vidros ópticos;
desenvolvimento de processos
originais de fabricação de vidros
cerâmicos e de vidros dopados com
quantum dots semicondutores. Esses
vidros que são promissores para
aplicações em chaves fotônicas. O
grupo lidera também a área de
dispositivos de óptica integrada em
vidros. [1]
3.0 Regulamentação
3.1 Normas Técnicas
O que é uma norma?
29

Uma norma é um grau ou nível de
exigência, é uma excelência, um
objetivo para promover
interoperabilidade e confiabilidade
em sistemas estruturados. As normas
para cabeamento estruturado definem
um sistema geral para redes de
telecomunicações, criando um
ambiente heterogêneo.
Essas normas nasceram com a
necessidade de padronizar soluções
para sistemas de cabeamento de
telecomunicações que pudesse
abrigar equipamentos de vários
fabricantes. Existem organizações
responsáveis pela elaboração e
coordenação de padrões usados pela
indústria, governo e outros
setores.
30

Vamos citar apenas os órgãos que
interferem na Fibra óptica.
• ABNT – Associação Brasileira de
Normas Técnicas
• ANSI – American National
Standards Institute
• EIA – Electronic Industries
Alliance
• TIA – Telecommunications
Industry Association
3.1.1 Normas para Cabeamento
Estruturado Fibra Óptica
ANSI/EIA/TIA TSB72 – Guia para
gerenciamento centralizado de
dispositivos de fibra óptica
31

A intenção deste boletim e
especificar conjunto de diretrizes
para administrar sistemas de fibra
ópticas no ambiente da sala de
equipamentos utilizando sistema de
racks e armários de
telecomunicações.
Data: Publicado 1992, parte 568ª,
desde outubro de 1995.
ANSI/EIA/TIA 526-14 –
Especificações técnicas para
medidas ópticas multimodo
Este documento especifica
procedimentos usados para medir um
link de fibra óptica multimodo,
incluindo terminações, componentes
passivos, fontes de luz, calibração
e interpretação de resultados.
Data: Publicado 1998.
32

ANSI/EIA/TIA 526-7 – Especificações
técnicas para medidas ópticas
monomodo
Tem a mesma função do documento
anterior, só que para fibras
monomodo.
Data: Atualmente em votação na
EIA/TIA.
ANSI/EIA/TIA 568 – Componentes para
Cabeamento de fibra óptica
Esta norma especifica os
requerimentos mínimos para
componentes de fibra óptica, tais
como cabos, conectores, hardware de
conexão, patch cords e equipamento
de teste de campo. Cabos 50/125µm
33

multimodo e monomodo são
reconhecidos. [5]
4.0 Introdução sobre ondas
4.1 Reflexão e Refração
Em 1952, o físico Narinder Singh
Kapany, com base nos estudos
efetuados pelo físico inglês John
Tyndall de que a luz poderia
descrever uma trajetória curva
dentro de um material (no
experimento de Tyndall esse
material era água), pode concluir
suas experiências que o levaram à
invenção da fibra óptica. A fibra
óptica é um excelente meio de
transmissão utilizado em sistemas
34

que exigem alta largura de banda,
tais como: o sistema telefônico,
videoconferência, redes locais
(LANs), etc. Há basicamente duas
vantagens das fibras ópticas em
relação aos cabos metálicos: A
fibra óptica é totalmente imune a
interferências eletromagnéticas, o
que significa que os dados não
serão corrompidos durante a
transmissão. Outra vantagem é que a
fibra óptica não conduz corrente
elétrica, logo não haverá problemas
com eletricidade, como problemas de
diferença de potencial elétrico ou
problemas com raios. O princípio
fundamental que rege o
funcionamento das fibras ópticas é
o fenômeno físico denominado
reflexão total da luz. Para que
35

haja a reflexão total a luz deve
sair de um meio mais para um meio
menos refringente, e o ângulo de
incidência deve ser igual ou maior
do que o ângulo limite (também
chamado ângulo de Brewster). [4]
Figura 4 – Exemplo de fibra óptica
[4]
Para ter uma idéia dos dois
fenômenos imagine uma pessoa à
beira de um lago de águas calmas e
límpidas. Se ela olhar próximo a
seus pés possivelmente verá os
36

peixes e a vegetação em baixo da
água. Se, ao contrário, observar a
outra borda do lago verá refletido
na água as imagens de árvores ou
outros objetos lá localizados.
Porque a água e o ar possuem
índices de refração diferentes, o
ângulo que um observador olha a
água influencia a imagem vista. [1]
4.2 Lei de Snell
A Figura 8 mostra um feixe de luz
interceptado por uma superfície
plana de vidro. Parte da luz
incidente é refletida pela
superfície, isto é, se propaga, em
feixe, para fora da superfície,
como se tivesse se originado
37

naquela superfície. A outra parte é
refratada, isto é, se propaga como
um feixe através da superfície para
dentro do vidro. A menos que o
feixe incidente seja perpendicular
ao vidro, a luz sempre muda a
direção de sua trajetória quando
atravessa uma superfície, por isso,
dizemos que o feixe incidente é
“desviado” na superfície.
Com base na figura, vamos definir
algumas grandezas utilizadas e
iremos representar os feixes
incidente, refletido e refratado
como raios, que são linhas retas
traçadas perpendicularmente às
frentes de onda, que indicam a
direção do movimento dessas ondas.
O ângulo de incidência Ø1 o ângulo
38

de reflexão Ø1’ e o ângulo de
refração Ø2 , também estão sendo
mostrados. Observe que cada um
desses ângulos é medido entre a
normal à superfície e o raio
correspondente. O plano que contém
o raio incidente e a normal à
superfície é chamado de plano de
incidência. Na Figura, o plano de
incidência é o plano da página.
Observamos experimentalmente que a
reflexão e a refração obedecem às
seguintes leis:
39

Figura 5 – Reflexão e a refração de
um feixe de luz [10]
• LEI DA REFLEXÃO: O raio
refletido está contido no plano
de incidência, e Ø1’ = Ø2’
(Reflexão)
• LEI DA REFRAÇÃO: O raio
refratado está contido no plano
de incidência, e n1 os Ø1= n2 os
Ø2 (Refração)
40

n1 é uma constante adimensional
chamada índice de refração do meio
l, e n2 é o índice de refração do
meio 2.
A Equação da reflexão é chamada de
Lei de Snell. O índice de refração
de uma substância é igual a c/v,
onde c é a velocidade da luz no
espaço livre (vácuo), e v é a sua
velocidade na substância
considerada, conforme será visto
mais adiante. A Tabela dá o índice
de refração do vácuo e de algumas
substâncias comuns. No vácuo, por
definição, n é exatamente igual a 1
; no ar, n é muito próximo de 1,0
(uma aproximação que faremos com
41

freqüência). Não existe índice de
refração menor que 1.
O índice de refração da luz, em
qualquer meio, exceto o vácuo,
depende do comprimento de onda da
luz. A Figura mostra essa
dependência para o quartzo fundido.
Uma vez definido n, a luz de
diferentes comprimentos de onda tem
velocidades diferentes num certo
meio. Além disso, ondas luminosas
de comprimentos de onda diferentes
são refratadas com ângulos
diferentes ao atravessarem uma
superfície.
Assim, quando um feixe de luz,
consistindo em componentes com
diferentes comprimentos de onda,
42

incide numa superfície de separação
de dois meios, os componentes do
feixe são separados por refração e
se propagam em direções diferentes.
Esse efeito é chamado de dispersão
cromática, onde “dispersão”
significa a separação dos
comprimentos de onda, ou cores, e
“cromática” significa a associação
da cor ao seu comprimento de onda.
Na Figura, não há dispersão
cromática, porque o feixe é
monocromático (de uma única cor ou
comprimento de onda).
O índice de refração em um meio é,
geralmente, maior para um
comprimento de onda menor (luz
azul), do que para um comprimento
de onda maior (luz vermelha). Isso
43

significa que, quando a luz branca
se refrata, através de uma
superfície, o componente azul sofre
um desvio maior do que o componente
vermelho, com as cores
intermediárias apresentando desvios
que variam entre esses dois.
Figura 6 – Índice de refração do
quartzo fundido [10]
O índice de refração do quartzo
fundido, em função do comprimento
de onda. A luz, com um comprimento
de onda, pequeno, que corresponde a
44

um índice de refração mais alto,
tem um desvio mais acentuado, ao
penetrar no quartzo, que a luz com
um maior comprimento de onda. [3]
Figura 7 – Índice de refração de
alguns meios [10]
A Figura mostra um raio de luz
branca, no ar, incidindo em uma
superfície de vidro; são mostrados
apenas os componentes azul e
vermelho da luz refratada. Como o
componente azul sofre uma refração
maior do que o vermelho, o ângulo
45

de refração Ø2b, do componente
azul, é menor do que o ângulo de
refração Ø2b’ do componente
vermelho. A Figura mostra um raio
de luz branca passando pelo vidro e
incidindo na superfície de
separação vidro-ar. O componente
azul é, novamente, mais refratado
que o vermelho, mas agora Ø2b >
Ø2r.
Para aumentar a separação das
cores, podemos usar um prisma
sólido de vidro, com seção
triangular transversal, como na
Figura. A dispersão na primeira
superfície é aumentada pela
dispersão na segunda superfície.
46

Figura 8 – Dispersão cromática da
luz branca [10]
O arco-íris é o exemplo mais
simpático de dispersão cromática.
Quando a luz branca do Sol é
interceptada por uma gota de chuva,
parte da luz se refrata para o
interior da gota, se reflete na
superfície interna e, a seguir, se
refrata para fora da gota. Como no
47

prisma, a primeira refração separa
a luz do Sol em seus componentes
coloridos, e a segunda refração
aumenta a separação.
Quando seus olhos interceptam as
cores separadas pelas gotas de
chuva, o vermelho vem das gotas
ligeiramente mais inclinadas que
aquelas de onde vem a cor azul, e
as cores intermediárias vêm das
gotas com ângulos intermediários.
As gotas que separam as cores
subtendem um ângulo de cerca de
42°, a partir de um ponto
diretamente oposto ao Sol. Se a
chuva é forte e brilhantemente
iluminada, você vê um arco
colorido, com o vermelho em cima e
o azul embaixo.
48

Seu arco-íris é pessoal, porque um
outro observador verá a luz
proveniente de outras gotas.
Figura 9 – Um prisma separando a
luz branca [10]
49

Figura 10 – Um arco-íris e a
separação das cores [10]
4.3 Estrutura da fibra óptica
As fibras ópticas são constituídas
basicamente de materiais
50

dielétricos (isolantes) que, como
já dissemos, permitem total
imunidade a interferências
eletromagnética; uma região
cilíndrica composta de uma região
central, denominada núcleo, por
onde passa a luz; e uma região
periférica denominada casca que
envolve o núcleo.
A fibra óptica é composta por um
núcleo envolto por uma casca, ambos
de vidro sólido com altos índices
de pureza, porém com índices de
refração diferentes. O índice de
refração do núcleo (n1) é sempre
maior que o índice de refração da
casca (n2). Se o ângulo de
incidência da luz em uma das
extremidades da fibra for menor que
51

um dado ângulo, chamado de ângulo
crítico ocorrerá à reflexão total
da luz no interior da fibra. [3]
Veremos agora a estrutura do cabo
de fibra óptica.
Figura 11 – Estrutura da fibra
óptica [3]
52

Figura 12 – Estrutura em corte da
fibra óptica [1]
• Núcleo: O núcleo é um fino
filamento de vidro ou plástico,
medido em micra (1 ηm =
0,000001m), por onde passa a
luz. Quanto maior o diâmetro do
núcleo mais luz ele pode
conduzir.
53

• Casca: Camada que reveste o
núcleo. Por possuir índice de
refração menor que o núcleo ela
impede que a luz seja refratada,
permitindo assim que a luz
chegue ao dispositivo receptor.
• Capa: Camada de plástico que
envolve o núcleo e a casca,
protegendo-os contra choques
mecânicos e excesso de
curvatura.
• Fibras de resistência mecânica:
São fibras que ajudam a proteger
o núcleo contra impactos e
tensões excessivas durante a
instalação. Geralmente são
feitas de um material chamado
kevlar, o mesmo utilizado em
coletes a prova de bala.
54

• Revestimento externo: É uma capa
que recobre o cabo de fibra
óptica. [3]
4.4 Tipos de fibra Óptica
Existem duas categorias de fibras
ópticas: Multimodais e Monomodais.
Essas categorias definem a forma
como a luz se propaga no interior
do núcleo.
4.4.1 Fibras Multimodo (MMF
Multimode Fiber)
As fibras multimodo (MMF MultiMode
Fiber) foram as primeiras a serem
comercializadas. Porque possuem o
55

diâmetro do núcleo maior do que as
fibras monomodais, de modo que a
luz tenha vários modos de
propagação, ou seja, a luz percorre
o interior da fibra óptica por
diversos caminhos. E também porque
os conectores e transmissores
ópticos utilizados com elas são
mais baratos. [1]
As setas verde, azul e vermelha
representam os três modos possíveis
de propagação (neste exemplo),
sendo que as setas verde e azul
estão representando a propagação
por reflexão. As dimensões são 62,5
ηm para o núcleo e 125 ηm para a
casca. Dependendo da variação de
índice de refração entre o núcleo e
a casca, as fibras multimodais
56

podem ser classificadas em: Índice
Gradual e Índice Degrau.
Figura 13 – Propagação da luz
multimodal [3]
4.4.1.1 Multimodo de Índice Degrau
Possuem um núcleo composto por um
material homogêneo de índice de
refração constante e sempre
superior ao da casca. As fibras de
índice degrau possuem mais
simplicidade em sua fabricação e,
por isto, possuem características
57

inferiores aos outros tipos de
fibras a banda passante é muito
estreita, o que restringe a
capacidade de transmissão da fibra.
As perdas sofridas pelo sinal
transmitido são bastante altas
quando comparadas com as fibras
monomodo, o que restringe suas
aplicações com relação à distância
e à capacidade de transmissão. [1]
Figura 14 – Fibra Óptica Multimodo
ID [1]
58

4.4.1.2 Multimodo de Índice Gradual
Possuem um núcleo composto com
índices de refração variáveis. Esta
variação permite a redução do
alargamento do impulso luminoso.
São fibras mais utilizadas que as
de índice degrau. Sua fabricação é
mais complexa porque somente
conseguimos o índice de refração
gradual dopando com doses
diferentes o núcleo da fibra, o que
faz com que o índice de refração
diminua gradualmente do centro do
núcleo até a casca. Mas, na
prática, esse índice faz com que os
raios de luz percorram caminhos
diferentes, com velocidades
diferentes, e chegue à outra
59

extremidade da fibra ao mesmo tempo
praticamente, aumentando a banda
passante e, conseqüentemente, a
capacidade de transmissão da fibra
óptica. [1]
São fibras que com tecnologia de
fabricação mais complexa e possuem
característica principais uma menor
atenuação 1dBm/km, maior capacidade
de transmissão de dados (largura de
Banda de 1Ghz), isso em relação as
fibras de multimodo de índice
Degrau.
Figura 15 – Fibra Multimodo IG
60

4.4.2 Fibras Monomodo (SMF Single
Mode Fiber)
As fibras monomodais são
adequadas para aplicações que
envolvam grandes distâncias,
embora requeiram conectores de
maior precisão e dispositivos de
alto custo. Nas fibras
monomodais, a luz possui apenas
um modo de propagação, ou seja, a
luz percorre interior do núcleo
por apenas um caminho. As
dimensões do núcleo variam entre
8 ηm a 10 ηm, e a casca em torno
de 125 ηm. As fibras monomodais
também se diferenciam pela
variação do índice de refração do
61

núcleo em relação à casca;
classificam-se em Índice Degrau
Standard, Dispersão Deslocada
(Dispersion Shifed) ou Non-Zero
Dispersion. [3]
Figura 16 – Propagação da luz em
monomodal [3]
As características destas fibras
são muito superiores às multimodos,
banda passante mais larga, o que
aumenta a capacidade de
transmissão. Apresenta perdas mais
baixas, aumentando, com isto, a
distância entre as transmissões sem
o uso de repetidores de sinal. Os
62

enlaces com fibras monomodo,
geralmente, ultrapassam 50 km entre
os repetidores.
As fibras monomodo do tipo
dispersão deslocada (dispersion
shifted) têm concepção mais moderna
que as anteriores e apresentam
características com muitas
vantagens, como baixíssimas perdas
e largura de banda bastante larga.
Entretanto, apresentam desvantagem
quanto à fabricação, que exige
técnicas avançadas e de difícil
manuseio (instalação, emendas), com
custo muito superior quando
comparadas om as fibras do tipo
multimodo. [1]
63

4.2 Reflexão Interna Total
A Figura mostra raios provenientes
de uma fonte puntiformes, no vidro,
incidindo sobre a interface vidro-
ar. Para o raio a, perpendicular à
interface, parte da luz se reflete,
e parte passa através da
superfície, sem mudar a direção.
Os raios de b até e, que têm,
progressivamente, maiores ângulos
de incidência na interface, também
sofrem reflexão e refração na
interface. À medida que o ângulo de
incidência aumenta, o ângulo de
refração também aumenta, sendo de
90° para o raio e, o que significa
que o raio refratado é tangente à
interface. Nessa situação, o ângulo
64

de incidência é chamado de ângulo
crítico Øc. Para ângulos de
incidência maiores do que Øc, como
os dos raios f, e, g, não há raio
refratado, e toda a luz é
refletida, efeito conhecido como
reflexão interna total.
Figura 17 – A reflexão interna
total da luz [10]
Para calcular Øc, usamos a Equação:
Associamos arbitrariamente o
subscrito 1 ao vidro e o subscrito
2 ao ar, substituímos Ø1, por Øc e
65

Ø2 por 90°, obtendo n1 os Øc = n2
os 90º encontrando, então Øc= os-1
n2/n1 (ângulo crítico)
Como o seno de um ângulo não pode
ser maior do que 1, n2 não pode ser
maior do que n1, na equação. Isso
nos diz que a reflexão interna
total não pode ocorrer quando a luz
incidente está num meio que tem o
menor índice de refração.
Se a fonte S, na Figura, estivesse
no ar, todos os raios incidentes na
superfície ar-vidro (incluindo f e
g) seriam refletidos e refratados.
A reflexão interna total tem
encontrado várias aplicações na
tecnologia da medicina. Por
exemplo, um médico pode pesquisar
66

uma úlcera no estômago de um
paciente pela simples introdução de
dois feixes finos de fibras óticas
através da garganta do paciente. A
luz introduzida pela extremidade de
um dos feixes sofre várias
reflexões internas nas fibras, de
forma que, mesmo com o feixe sendo
submetido a várias curvas, a luz
alcança a outra extremidade,
iluminando o estômago do paciente.
Parte da luz é, então, refletida no
interior do estômago e retoma pelo
outro feixe, de forma análoga,
sendo detectada, e convertida em
imagem num monitor de vídeo,
oferecendo ao médico uma visão
interior do órgão. [10]
67

A luz propaga-se longitudinalmente
até a outra extremidade graças às
reflexões totais que sofre na
interface entre o vidro central
(núcleo) e o vidro periférico
(casca). [1]
Figura 18 – Reflexão Interna [1]
Isso ocorre porque uma fibra óptica
transmite luz de uma extremidade
68

para a outra, com pequena perda
pelas laterais da fibra; porque a
maior parte da luz sofre uma
seqüência de reflexões internas
totais ao longo dessas laterais.
[3]
Figura 19 – Fibra Óptica [10]
5.0 Fabricação da Fibra Óptica
Para aperfeiçoar a características,
mecânicas, geométricas e ópticas de
uma fibra óptica sua fabricação se
69

efetua, habitualmente, em processos
de varias etapas. Além do mais,
esta forma de fabricação permite
uma produção em grandes
quantidades, rápida e rentável,
atualmente são premissas
fundamentais para as
telecomunicações ópticas.
Os materiais básicos usados na
fabricação de fibras ópticas são
sílicas puras ou dopada, vidro
composto e plástico. As fibras
óptica fabricadas de sílica pura ou
dopada são as que apresentam as
melhores características de
transmissão e são as usadas em
sistemas de telecomunicações. Todos
os processos de fabricação são
complexos e caros. A fibra óptica
70

fabricadas de vidro composto e
plástico não tem boas
características de transmissão
(possuem alta atenuação e baixa
faixa de banda passante) e são
empregadas em sistemas de
telecomunicações de baixa
capacidade e pequenas distâncias e
sistemas de iluminação. Os
processos de fabricação dessas
fibras são simples e baratos se
comparada com as fibras de sílica
pura ou dopada.
71

Figura 20 – Fabricação da Preforma
[7]
5.1.1 – Fabricação de uma preforma
de vidro
Existem vários métodos para a
fabricação de uma pré-forma para
fibras ópticas. Descreveremos aqui
o Método de Deposição de Vapores
Químicos. Na figura abaixo
mostramos um esquema onde o
oxigênio é bombeado juntamente com
soluções químicas de Silício e
Germânio, entre outras. A mistura
correta dos componentes químicos é
que vai caracterizar a pré-forma
72

produzida (índice de refração,
coeficiente de expansão etc).[1]
Um tubo especial de sílica ou
quartzo (que será a casca da fibra)
é preenchido com a mistura de
substâncias químicas (que será o
núcleo da fibra). Para este
processo é utilizada uma espécie de
torno que gira constantemente sob o
calor de uma chama. Quando a
mistura de substâncias é aquecida,
o Germânio e o Silício reagem com o
oxigênio formando o Dióxido de
Silício (SiO2) e o Dióxido de
Germânio (GeO2), que se fundem
dentro do tubo formando o vidro do
núcleo. A fabricação da pré-forma é
totalmente automatizada e leva
horas para ser completada. [7]
73

Depois que a pré-forma esfria passa
por testes de qualidade, garantindo
a pureza dos vidros fabricados. [1]
Figura 21 – Fabricação da Preforma
de Vidro [1]
74

Existem 4 tipos de processos de
fabricação deste tipo de fibra e a
diferença entre eles está na etapa
de fabricação da preforma (bastão
que contém todas as características
da fibra óptica, mas possui
dimensões macroscópicas). A segunda
etapa de fabricação da fibra, o
puxamento, é comum a todos os
processos.
5.1.1.1 PVCD (Plasma Chemical
Vapour Deposition)
A diferença básica deste método,
ilustrado abaixo, em relação ao
MCVD é que ao invés de usar um
maçarico de oxigênio e hidrogênio,
usa-se um plasma não isotérmico
75

formado por uma cavidade ressonante
de microondas para a estimulação
dos gases no interior do tubo de
sílica.
Neste processo, não é necessária a
rotação do tubo em torno de seu
eixo, pois a deposição uniforme é
obtida devido à simetria circular
da cavidade ressoante. A
temperatura para deposição é em
torno de 1100oC. As propriedades
das fibras fabricadas por este
método são idênticas ao MCVD. [7]
76

Figura 22 – Método PVCD [7]
5.1.1.2 OVD (Outside Vapour
Deposition)
Este processo baseia-se no
crescimento da preforma a partir de
uma semente, que é feita de
cerâmica ou grafite, também chamada
de mandril. Este mandril é colocado
num torno e permanece girando
durante o processo de deposição que
ocorre sobre o mandril.
Os reagentes são lançados pelo
próprio maçarico e os cristais de
vidro são depositados no mandril
através de camadas sucessivas.
Nesse processo ocorre a deposição
77

do núcleo e também da casa, e
obtém-se preforma de diâmetro
relativamente grande, o que
proporcionam fibras de grande
comprimento (40 km ou mais). Após
essas etapas teremos uma preforma
porosa (opaca) e com o mandril em
seu centro.
Para a retirada do mandril coloca-
se a preforma num forno aquecido a
1500oC que provoca a dilatação dos
materiais. Através da diferença de
coeficiente de dilatação térmica
consegue-se soltar o mandril da
preforma e a sua retirada. O
próprio forno faz também o
colapsamento da preforma para
torná-la cristalina e maciça.
78

Esse processo serve para a
fabricação de fibras do tipo
multimodo e monomodo de boa
qualidade de transmissão.
Figura 23 – Método OVD [7]
5.1.1.3 VAD (Vapour Axial
Deposition)
Neste processo, a casca e o núcleo
são depositados mas no sentido do
79

eixo da fibra (sentido axial).
Neste processo utilizam-se dois
queimadores que criam a
distribuição de temperatura
desejada e também injetam os gases
(reagentes). Obtém-se assim uma
preforma porosa que é cristalizada
num forno elétrico à temperatura de
1500oC. Este processo obtém
preforma com grande diâmetro e
grande comprimento, tornando-o
extremamente produtivo.
Figura 24 – Método VAD [7]
80

5.1.2 Puxamento de uma preforma em
uma torre de puxamento
Depois do teste da pré-forma, ela é
colocada em uma torre de puxamento
conforme a imagem abaixo:
81

Figura 25 – Torre de puxamento [1]
Coloca-se a pré-forma em um forno
de grafite (com temperaturas de
1.900 a 2.200 Celsius). O vidro da
pré-forma derrete e cai por ação da
gravidade. Conforme cai, forma um
fio que é direcionado, pelo
82

operador da torre, a um micrômetro
a laser e para recipientes onde
receberá camadas de sílica
protetora. Um sistema de tração
vagarosamente puxa a fibra da pré-
forma. Como todo o processo é
controlado por computador, o
micrômetro a laser controla
permanentemente o diâmetro da fibra
fazendo com que o sistema de tração
puxe mais lentamente ou mais
rapidamente a fibra da pré-forma.
Geralmente as fibras são puxadas a
velocidades entre 10 e 20 m/s. O
produto final, ou seja, a fibra
óptica é enrolada em carretéis. [1]
DOUBLE CRUCIBLE (Duplo Cadinho)
83

Este processo é semelhante ao
anterior, mas os vidros vêm na
forma de bastão, os quais são
introduzidos no forno do puxamento,
que contém dois cadinhos. Neste
processo, a geometria dos vidros
alimentadores não é tão importante
como no processo anterior. Neste
processo consegue-se a variação do
índice de refração através da
migração de íons alcalinos que
mesclam a concentração dos vidros
interno e externo. [7]
Fabricação de fibras de plástico
A fabricação de fibras de plástico
é feita por extração. As fibras
ópticas obtidas com este método têm
características ópticas bem
84

inferiores às de sílica, mas
possuem resistências mecânicas
(esforços mecânicos) bem maiores
que as fibras de sílica. Têm
grandes aplicações em iluminação e
transmissão de informações a curtas
distâncias e situações que oferecem
grandes esforços mecânicos às
fibras. [7]
5.1.3 Testes das fibras puxadas
Os testes mais comuns que os
fabricantes de fibras realizam são:
tensão mecânica, índice de
refração, geometria, atenuação
(perdas), largura de banda,
dispersão cromática, temperatura de
operação, perdas dependentes da
85

temperatura de operação, habilidade
de condução de luz sob a água.
Depois que os carretéis de fibras
passam pelos testes de qualidade e
são aprovados eles serão vendidos a
empresas que fabricam cabos. [1]
6.0 Emendas Ópticas
Uma emenda óptica consiste na
junção de 2 ou mais seguimentos de
fibras, podendo ser permanente ou
temporária. Servem para prolongar
um cabo óptico, uma mudança de tipo
de cabo, para conexão de um
equipamento ativo ou efetuarmos
manobras em um sistema de
cabeamento estruturado.
86

Como características básicas, as
emendas apresentam as seguintes
características:
- Baixa Atenuação: típica de 0,2 à
0,02dB por emenda;
- Alta Estabilidade Mecânica: cerca
de 4 kgf de tração;
- Aplicações em Campo: requer
poucos equipamentos para sua
feitura.
Existem três tipos de emendas
ópticas:
- Emenda por Fusão: as fibras são
fundidas entre si;
- Emenda Mecânica: as fibras são
unidas por meios mecânicos;
- Emenda por Conectorização: são
87

aplicados conectores ópticos, nas
fibras envolvidas na emenda.
As emendas ópticas sejam por fusão
ou mecânicas, apresentam uma
atenuação muito menor que um
conector óptico. [8]
6.1 Processo de Emenda
Quando efetuamos um dos 3 tipos de
emendas mencionados, devemos
obedecer etapas distintas do
processo de emenda, estas etapas
são necessárias para que possamos
ter o desempenho desejado. O
processo de emenda consiste nas
seguintes operações:
88

6.1.1 Limpeza
Os passos envolvidos nesta etapa
são:
1. Remoção da capa do cabo;
2. Remoção do tubo LOOSE;
3. Remoção do gel com o uso de
álcool isopropílico, utilizando-
se algodão, lenços de papel ou
gaze.
6.1.2 Decapagem
Esta operação consiste em:
1. Remoção do revestimento
externo de acrilato da fibra;
2. Limpeza da fibra com álcool
isopropílico;
89

3. Repetir o processo até que
todo o revestimento externo da
fibra seja removido.
6.1.3 Clivagem
A clivagem de uma fibra óptica
consiste no corte das extremidades
das fibras em um ângulo de 90º, ou
seja, cada ponta da fibra deve ter
sua face paralela. Esta necessidade
do ângulo ser de 90º deve-se ao
fato de quando fizermos sua emenda,
ambas as faces deverão estar
paralelas para uma perfeita emenda.
É nesta etapa que devemos o máximo
de cuidado com o manuseio da fibra,
é desta etapa que saíra a fibra
pronta para a emenda.
90

As clivagens de uma fibra ópticas
são feitas usando um equipamento
que faz um risco na fibra,
analogamente ao corte de um vidro
pelo vidraceiro.
1. As operações envolvidas são:
2. Clivagem da fibra;
3. Limpeza das extremidades com
álcool isopropílico. [8]
6.2 Atenuações em Emendas Ópticas
Como já mencionado em conectores
ópticos, existem 2 tipos de fatores
que influenciam o processo de
emenda, que são:
• Fatores Intrínsecos
• Fatores Extrínsecos
• Fatores Reflexivos
91

6.2.1 Fatores Intrínsecos
São os fatores que envolvem a
fabricação da fibra óptica, são os
seguintes:
• Variação do diâmetro do núcleo;
• Diferença de perfil;
• Elipticidade ou Excentricidade
do núcleo ou casca.
É especialmente crítica a variação
do diâmetro do núcleo para as
fibras Monomodo.
6.2.2 Fatores Extrínsecos
92

São os fatores que decorrem do
processo de emenda, são os
seguintes:
• Precisão no alinhamento da
fibra;
• Qualidade das terminações da
fibra;
• Espaçamento entre as
extremidades;
• Contaminação ambiental.
6.2.3 Fatores Refletores
São os fatores que advém das
próprias emendas, estas podem gerar
em seu interior, reflexos de luz
que irão atenuar os sinais
93

transmitidos, ocasionando perda de
potência.
Com os equipamentos empregados no
processo de emenda, e a constante
melhoria na qualidade da fabricação
da fibra, este tipo de atenuação é
inferior a 50 db. [8]
6.3 Tipos de Emendas Ópticas
• Emenda por Fusão: as fibras são
fundidas entre si
• Emenda Mecânica: as fibras são
unidas por meios mecânicos
• Emenda por Conectorização: são
aplicados conectores ópticos,
nas fibras envolvidas na emenda.
94

6.3.1 Emenda por Fusão
É o processo pelo qual, 2
seguimentos de fibra são fundidos
entre si, através de uma descarga
elétrica produzida pelo
equipamento.
As etapas envolvidas são:
1. Limpeza
2. Decapagem
3. Clivagem
4. Inserção do protetor de
emenda, “Tubete Termo
Contrátil”;
95

5. Colocação das fibras no
dispositivo V Groove da máquina
de fusão;
6. Aproximação das fibras até
cerca de 1µm;
7. Fusão através de arco
voltaico;
8. Colocação do protetor e
aquecimento.
96

Figura 25 – Máquina de Emenda por
Fusão – Furukawa [8]
97

Figura 26 – Esquemática do
dispositivo de fusão das fibras
[8]
6.4 Emenda Óptica Mecânica
É o processo pelo quais dois
seguimentos de fibra são unidos
usando-se um Conector Óptico
Mecânico. Neste tipo de emenda os
processos de limpeza, decapagem e
clivagem são iguais ao processo por
fusão.
As etapas envolvidas são:
1. Limpeza
2. Decapagem
3. Clivagem
98

4. Inserção de cada extremidade
da fibra em uma extremidade do
conector
5. Verificação da correta
posição das fibras
6. Fechamento do conector
6.5 Emenda Óptica por
Conectorização
Neste tipo de emenda, as fibras
ópticas não são unidas e sim
posicionadas muito perto, isto é
conseguido através do uso de um
outro tipo de conector chamado de
Adaptador, mencionado na parte de
conectores. Este tipo de emenda é
executado de forma rápida, desde
99

que os conectores já estejam
instalados nos cordões ópticos.
Ele é também muito usado em
acessórios ópticos chamados de
Distribuidores Ópticos, onde fazem
a interface entre um cabo vindo de
uma sala de equipamentos e os
equipamentos ativos instalados no
andar, no Armário de
Telecomunicações.
100

Figura 27 – Conector Mecânico
FIBRLOCK II fechado [8]
101

Figura 28 – Modelo de emenda
usando conector, adaptador. [8]
6.6 Perdas por Atenuações
6.6.1 Emendas Ópticas
Independente do tipo de método de
emenda empregado, seja fusão ou
mecânica, sua atenuação máxima é de
0,3dB, de acordo com a EIA /TIA 455
– 59, para medias feitas em campo.
102
Processo de
Emenda
Multimodo
(dB)
Monomodo
(dB)
Mecânico 0,15 à 0,30 0,15 à 0,30
Fusão 0,15 à 0,30 0,15 à 0,30

Figura 28 – Tabela Comparativo de
Processo de Emenda [2]
6.6.2 Conectores
Quando trabalhamos com conectores
ópticos, devemos ter em conta que
por mais cuidadosos que sejamos
quando da manipulação do conector,
este sempre apresentará algum tipo
de atenuação. As atenuações
presentes em um conector podem ser
divididas em:
1. Fatores Intrínsecos: aqueles
que estão associados a fibra
óptica utilizada;
103

2. Fatores Extrínsecos: são
aqueles associados à
conectorização.
Figura 29 – Diversos tipos de
Conectores [6]
7.0 Atenuação
Constitui-se na propriedade mais
importante dos meios de transmissão
em geral, sendo particularmente
104

relevante quando se trata de meios
materiais, como no caso das fibras
ópticas. A atenuação pode ser
definida como a perda de potência
do sinal com a distância, ou seja,
se a atenuação for muito grande, o
sinal chegará muito fraco ao
receptor (ou repetidor), que não
conseguirá captar a informação
transmitida.
As fibras óticas apresentam perdas
muito baixas. Deste modo, é
possível implantar sistemas de
transmissão de longa distância com
espaçamento muito grande entre
repetidores, o que reduz a
complexidade o custo do sistema.
105

Os mecanismos que provocam
atenuação são: absorção,
espalhamento, deformações
mecânicas.
7.1 Absorção
Os tipos básicos de absorção são:
7.1.1 Absorção material
A absorção material é o mecanismo
de atenuação que exprime a
dissipação de parte da energia
transmitida numa fibra óptica em
forma de calor. Neste tipo de
absorção temos fatores extrínsecos
e intrínsecos à própria fibra. Como
fatores intrínsecos, temos a
106

absorção do ultravioleta, a qual
cresce exponencialmente no sentido
do ultravioleta, e a absorção do
infravermelho, provocada pela sua
vibração e rotação dos átomos em
torno da sua posição de equilíbrio,
a qual cresce exponencialmente no
sentido do infravermelho. Como
fatores extrínsecos, temos a
absorção devido aos 107rea
metálicos porventura presentes na
fibra (Mn, Ni, Cr, U, Co, 107r e
Cu) os quais, devido ao seu
tamanho, provocam picos de absorção
em determinados comprimentos de
onda exigindo grande purificação
dos materiais que compõem a
estrutura da fibra óptica.
7.1.2 Absorção do íon OH¯
107

A absorção do OH¯ (hidroxila)
provoca atenuação fundamentalmente
no comprimento de onda de 2700 nm e
em sobre tons (harmônicos) em torno
de 950 nm, 1240 nm e 1380 nm na
faixa de baixa atenuação da fibra.
Esse íon é comumente chamado de
água e é incorporado ao núcleo
durante o processo de produção. É
muito difícil de ser eliminado.
7.1.3 Absorção Mecânica
As deformações são chamadas de
microcurvatura e macrocurvatura, as
quais ocorrem ao longo da fibra
108

devido à aplicação de esforços
sobre a mesma durante a confecção e
instalação do cabo.
A macrocurvatura são perdas
pontuais (localizadas) de luz por
irradiação, ou seja, os modos de
alta ordem (ângulo de incidência
próximo ao ângulo crítico) não
apresentam condições de reflexão
interna total devido a curvaturas
de raio finito da fibra óptica.[10]
109

As microcurvatura aparecem quando a
fibra é submetida a pressão
transversal de maneira a comprimi-
la contra uma superfície levemente
rugosa. Essas microcurvatura
extraem parte da energia luminosa
do núcleo devido aos modos de alta
ordem tornar-se não guiados.
A atenuação típica de uma fibra de
sílica sobrepondo-se todos os
110

efeitos está mostrada na figura
abaixo: [10]
Figura 32 – Atenuação Fibra óptica
[6]
Existem três comprimentos de onda
tipicamente utilizados para
transmissão em fibras ópticas:
• 850 nm com atenuação típica de 3
dB/km
111

• 1300 nm com atenuação típica de
0,8 dB/km
• 1550 nm com atenuação típica de
0,2 dB/km
7.2 Espalhamento
É o mecanismo de atenuação que
exprime o desvio de parte da
energia luminosa guiada pelos
vários modos de propagação em
várias direções. Existem vários
tipos de espalhamento (Rayleigh,
Mie, Raman estimulado, Brillouin
estimulado) sendo o mais importante
e significativo o espalhamento de
Rayleigh. Esse espalhamento é
devido à não homogeneidade
112

microscópica de flutuações
térmicas, flutuações de composição,
variação de pressões, pequenas
bolhas, variação no perfil de
índice de refração, etc. [10]
Esse espalhamento está sempre
presente na fibra óptica e
determina o limite mínimo de
atenuação nas fibras de sílica na
região de baixa atenuação. A
atenuação neste tipo de
espalhamento é proporcional a
1
4
λ .
7.3 Propriedades das Fibras Óticas
7.3.1 Imunidade a Interferências
113

Por serem compostas de material
dielétrico, as fibras óticas não
sofrem interferências
eletromagnéticas. Isso permite uma
boa utilização dela, mesmo em
ambientes eletricamente ruidosos.
As fibras óticas podem ser
agrupadas em cabos óticos sem
interferirem umas nas outras,
devido a não existência de
irradiação externa de luz,
resultando num ruído de diafonia
(crosstalk) desprezível. Por não
necessitarem de blindagem metálica,
podem ser instaladas junto a linhas
de transmissão de energia elétrica.
[10]
7.3.2 Ausência de diafonia
114

As fibras adjacentes em um cabo
ótico não interferem umas nas
outras por não irradiarem luz
externamente. Não ocorrendo o mesmo
nos cabos metálicos, que quando
perdem parte de seu isolamento,
ocorre uma irradiação entre pares
metálicos adjacentes, ocasionando o
fenômeno crosstalk.
7.3.3 Isolação elétrica
O material dielétrico que compõe a
fibra proporciona um isolamento
elétrico entre os transceptores ou
estações interligadas. Ao contrário
dos suportes metálicos, as fibras
115

óticas não têm problemas de
aterramento com interfaces dos
transceptores. Além disso, quando
um cabo de fibra é danificado por
descarga elétrica, não existe
faísca. Isso é importante em áreas
de gases voláteis (áreas
petroquímicas, minas de carvão,
etc.) onde o risco de fogo e
explosão é constante. A não
existência de choque elétrico
permite a reparação em campo, mesmo
com os equipamentos ligados. [9]
7.4 Dispersão
É uma característica de transmissão
que exprime o alargamento dos
116

pulsos transmitidos. Este
alargamento determina a largura de
banda da fibra óptica, dada em
MHz/km, e está relacionada com a
capacidade de transmissão de
informação das fibras. Os
mecanismos básicos de dispersão são
• Modal
• Cromática
7.4.1 Dispersão Modal
Este tipo de dispersão só existe em
fibras do tipo multimodo (degrau e
gradual) e é provocada basicamente
pelos vários caminhos possíveis de
propagação (modos) que a luz pode
ter no núcleo. Numa fibra degrau,
todos os modos viajam com a mesma
117

velocidade, pois o índice de
refração é constante em todo o
núcleo. Logo, os modos de alta
ordem (que percorrem caminho mais
longo) demorarão mais tempo para
sair da fibra do que os modos de
baixa ordem. Neste tipo de fibra, a
diferença entre os tempos de
chegada é dado por = Δt1, onde;
• t1 é o tempo de propagação do
modo de menor ordem
• Δ é a diferença percentual de
índices de refração entre o
núcleo e a casca dada por Δ
=(n1-n2)/n1
A dispersão modal inexiste em
fibras monomodo pois apenas um modo
será guiado.
118

7.4.2 Disperção Cromática
Esse tipo de dispersão depende do
comprimento de onda e divide-se em
dois tipos
• Dispersão material
• Dispersão de guia de onda
7.4.2.1 Disperção Material
Como o índice de refração depende
do comprimento de onda e como as
fontes luminosas existentes não são
ideais, ou seja, possuem certa
largura espectral finita (Δλ),
temos que cada comprimento de onda
enxerga um valor diferente de
índice de refração num determinado
119

ponto, logo cada comprimento de
onda viaja no núcleo com velocidade
diferente, provocando uma diferença
de tempo de percurso, causando a
dispersão do impulso luminoso.
A dispersão provocada pela
dispersão material é dada por
D
dn
cd
=
∆λ
λ
, onde.
• Δλ é a largura espectral da
fonte luminosa
• c é a velocidade da luz no vácuo
• n é o índice de refração do
núcleo
7.4.2.2 Disperção de guia de onda
Esse tipo de dispersão é provocado
por variações nas dimensões do
120

núcleo e variações no perfil de
índice de refração ao longo da
fibra óptica e depende também do
comprimento de onda da luz. Essa
dispersão só é percebida em fibras
monomodo que tem dispersão material
reduzida (Δλ pequeno em torno de
1300 nm) e é da ordem de alguns os/
(nm.km).[2]
8.0 As Vantagens da utilização de
Fibras Ópticas
As características especiais das
fibras ópticas implicam
consideráveis vantagens em relação
aos suportes físicos de transmissão
convencionais, tais como o par
metálico e o cabo coaxial. Mesmo
121

considerando-se o suporte de rádio
– freqüência em microondas, à
transmissão por fibras ópticas
oferece condições bastante
vantajosas. As poucas desvantagens
no uso de fibras ópticas podem, em
geral, ser consideradas
transitórias, pois resultam
principalmente da relativa
imaturidade da tecnologia
associada.
As principais características das
fibras ópticas, estacando suas
vantagens como meio de transmissão,
são os seguintes:
8.1 Banda passante potencialmente
enorme
122

A transmissão em fibras ópticas é
realizada em freqüências ópticas
portadoras na faixa espectral de
1014 a 1015 Hz (100 a 1000 THz).
Isto significa uma capacidade de
transmissão potencial, no mínimo,
10.000 vezes superior, por exemplo,
à capacidade dos atuais sistemas de
microondas que operam com uma banda
passante útil de 700 MHz. Além de
suportar um aumento significativo
de número de canais de voz e /ou de
vídeo num mesmo circuito
telefônico, essa enorme banda
passante permite novas aplicações.
Atualmente, já estão disponíveis
fibras ópticas comerciais com
produtos banda passante versus
distância superiores a 200 GHz.Km.
123

Isso contrasta significativamente
com os suportes convencionais onde,
por exemplo, um cabo coaxial
apresenta uma banda passante útil
máxima em torno de 400 MHz. A
Figura 2.1 compara as
características de atenuação
(plana) versus freqüência de uma
fibra óptica típica com relação a
vários suportes de transmissão
usados em sistemas telefônicos.
Figura 33 – Atenuação versus
freqüência [10]
124

8.2 Perda de transmissão muito
baixa
As fibras ópticas apresentam
atualmente perdas de transmissão
extremamente baixas, desde
atenuações típicas da ordem de 3 a
5 dB/Km na região em torno de
0,85mm até perdas inferiores a 0,2
dB/Km para operação na região de
1,55 mm.
Pesquisas com novos materiais, em
comprimentos de ondas superiores,
prometem fibras ópticas com
atenuações ainda menores, da ordem
de centésimos e, até mesmo,
milésimos de decibéis por
quilômetro.
125

Desse modo, com fibras ópticas, é
possível implantar sistemas de
transmissão de longa distância com
um espaçamento muito grande entre
repetidores, o que reduz
significativamente a complexidade e
custos do sistema. Enquanto, por
exemplo, um sistema de microondas
convencional exige repetidores a
distâncias de ordem de 50
quilômetros, sistemas com fibras
ópticas permitem alcançar,
atualmente, e distâncias sem
repetidores superiores a 200
quilômetros.
Com relação aos suportes físicos
metálicos, na Tabela abaixo é feita
uma comparação de perdas de
126

transmissão por fibras ópticas de
1ª geração (820nm).
Observe nessa tabela que, ao
contrário dos sistemas com suportes
metálicos, os sistemas com fibras
ópticas têm perdas constantes para
as três perdas constantes para as
três taxas de transmissão.
Meio de
Transmiss
ão
Perdas na Freqüência
equivalente a metade da taxa
de transmissão (dB/km)
1,544
Mbps
6,312Mbp
s
44,736Mb
ps
Par
trançado
26 AWG
24 48 128
Par
trançado
10,8 21 56
127

19 AWG
Cabo
coaxial
0,95mm
2,1 4,5 11
Fibra
óptica
3,5 3,5
3,5
Figura 34 – Tabela Comparação de
números necessários de repetidores
para cabeamento metálico versus
cabeamento óptico. [10]
8.3 Imunidade a interferências e ao
ruído
As fibras ópticas, por serem
compostas de material dielétrico,
ao contrário dos suportes de
transmissão metálicos, não sofrem
128

interferências eletromagnéticas.
Isto permite uma operação
satisfatória dos sistemas de
mesmo em ambientes eletricamente
ruidosos. Interferências causadas
por descargas elétricas
atmosféricas, pela ignição de
motores, pelo chaveamento de relés
e por diversas outras fontes de
ruído elétrico esbarram na
blindagem natural provida pelas
fibras ópticas. Por outro lado,
existe um excelente confinamento do
sinal luminoso propagado pelas
fibras ópticas.
Desse modo, não irradiando
externamente, as fibras ópticas
agrupadas em cabos ópticos não
129

interferem opticamente umas nas
outras, resultando num nível de
ruído de diafonia (crosstalk)
desprezível. Os cabos de fibras
ópticas, por não necessitarem de
blindagem metálica, podem ser
instalados convenientes, por
exemplo, junto as linhas de
transmissão de energia elétrica. A
imunidade e pulsos eletromagnéticos
(EMP) é outra característica
importante das fibras ópticas.
8.4 Isolação elétrica
O material dielétrico (vidro ou
plástico) que compõe a fibra óptica
oferece uma excelente isolação
elétrica entre os transceptores ou
estações interligadas. Ao contrario
130

dos suportes metálicos, as fibras
ópticas não tem problemas com
aterramento e interfaces dos
transceptores. Além disso, quando
um cabo de fibra óptica é
danificado não existem faíscas de
curto-circuito. Esta qualidade das
fibras ópticas é particularmente
interessante para sistemas de
comunicação em áreas com gases
voláteis (usinas petroquímicas,
minas de carvão etc.), onde o risco
de fogo ou explosão é muito grande.
A possibilidade de choques
elétricos em cabos com fibras
ópticas permite a sua reparação no
campo, mesmo com equipamentos de
extremidades ligados. [9]
131

8.5 Pequeno tamanho e peso
As fibras ópticas têm dimensões
comparáveis com as de um fio de
cabelo humano. Mesmo considerando-
se os encapsulamentos de proteção,
o diâmetro e o peso dos cabos
ópticos são bastante inferiores aos
dos equivalentes cabos metálicos.
Por exemplo, um cabo óptico de
6,3mm de diâmetro, com uma única
fibra de diâmetro 125 um e
encapsulamentos plástico,
substitui, em termos de capacidade,
um cabo de 7,6cm de diâmetro com
900 pares metálicos. Quanto ao
peso, um cabo metálico de cobre de
94 quilos pode ser substituído por
apenas 3,6 quilos de fibra óptica.
132

A enorme redução dos tamanhos dos
cabos, providas pelas fibras
ópticas, permite aliviar o problema
de espaço e de congestionamento de
dutos nos subsolos das grandes
cidades e em grandes edifícios
comerciais. O efeito combinado do
tamanho e peso reduzidos faz das
fibras ópticas o meio de
transmissão ideal em aviões,
navios, satélites etc. Além disso,
os cabos ópticos oferecem vantagens
quanto ao armazenamento,
transporte, manuseio e instalação
em relação aos cabos metálicos de
resistência e durabilidade
equivalentes.
133

8.6 Segurança da informação e do
sistema
As fibras ópticas não irradiam
significativamente a luz propagada,
implicando um alto grau de
segurança para a informação
transportada. Qualquer tentativa de
captação de mensagens ao longo de
uma fibra óptica e facilmente
detectada, pois exige o desvio de
uma porção considerável de potencia
luminosa transmitida. Esta
qualidade das fibras ópticas é
importante em sistemas de
comunicações exigentes quanto à
privacidade, tais como nas
aplicações militares, bancárias
etc. Uma outra característica
especial das fibras ópticas, de
134

particular interesse das aplicações
militares, é que, ao contrário dos
cabos metálicos, as fibras não são
localizáveis através de
equipamentos medidores de fluxo
eletromagnético ou detectores de
metal.
8.7 Custos potencialmente baixos
O vidro com que as fibras ópticas
são fabricadas é feito
principalmente a partir do quartzo,
um material que, ao contrário do
cobre, é abundante na crosta
terrestre. Embora a obtenção de
vidro ultra puro envolva um
processo sofisticado, ainda
relativamente caro, a produção de
fibras ópticas em larga escala
tende gradualmente a superar esse
135

inconveniente. Com relação aos
cabos coaxiais, as fibras ópticas
já são atualmente competitivas,
especialmente em sistemas de
transmissão a longa distância, onde
a maior capacidade de transmissão e
o maior espaçamento entre
repetidores permitidos repercutem
significativamente nos custos de
sistemas.
Em distâncias curtas e/ou sistemas
multipontos, os componentes ópticos
e os transceptores ópticos ainda
podem impactar desfavoravelmente o
custo dos sistemas. No entanto, a
tendência é de reversão desta
situação num futuro não muito
distante, em razão do crescente
avanço tecnológico e,
136

principalmente, da proliferação das
aplicações locais.
8.8 Alta resistência a agentes
químicos e variações de temperatura
As fibras ópticas, por serem
compostas basicamente de vidro ou
plástico, têm uma boa tolerância a
temperaturas, favorecendo sua
utilização em diversas aplicações.
Além disso, as fibras ópticas são
menos vulneráveis à ação de
líquidos e gases corrosivos,
contribuindo assim para uma maior
confiabilidade e vida útil dos
sistemas. [10]
9.0 Desvantagens
137

O uso de fibras ópticas, na prática
tem as seguintes implicações que
podem ser consideradas como
desvantagem em relação aos suportes
de transmissão convencional:
9.1 Fragilidade das fibras ópticas
sem encapsulamentos
O manuseio de uma fibra óptica
“nua” é bem mais delicado que no
caso dos suportes metálicos.
9.2 Dificuldade de conexão das
fibras ópticas
As pequenas dimensões das fibras
ópticas exigem procedimentos e
138

dispositivos de alta precisão na
realização das conexões e junções.
9.3 Acopladores tipo T com perdas
muito altas
É muito difícil se obter
acopladores de derivação tipo T
para fibras ópticas com baixo nível
de perdas. Isso repercute
desfavoravelmente, por exemplo, na
utilização de fibras ópticas em
sistema multiponto.
9.4 Impossibilidade de alimentação
remota de repetidores
Os sistemas com fibras ópticas
requerem alimentação elétrica
139

independente para cada repetidor,
não sendo possível a alimentação
remota através do próprio meio de
transmissão.
9.5 Falta de padronização dos
componentes ópticos
A relativa imaturidade e o continuo
avanço tecnológico não tem
facilitado o estabelecimento de
padrões para os componentes de
sistemas de transmissão por fibras
ópticas. [10]
10.0 Aplicações da Fibra Óptica
10.1 Fibras Ópticas na
Instrumentação
10.1.1 Sensores
140

Um sensor é um dispositivo que atua
como um transdutor: “traduz” o
sinal causado pela propriedade
física do meio em estudo (como
pressão ou temperatura) em um tipo
de sinal cujas características têm
informações sobre o fenômeno
ocorrido.
A sensitividade dos sensores a
fibra, ou seja, o distúrbio menos
intenso que pode ser medido pode
depender de:
Variações infinitesimais em algum
parâmetro de caracterização da
fibra usada, quando a fibra é o
próprio elemento sensor;
Mudanças nas propriedades da luz
usada, quando a Fibra é o canal
141

através do qual a luz vai e volta
do local sob teste. Os sensores a
Fibras Ópticas são compactos e
apresentam sensitividades
comparáveis ou superiores ao
similar convencional. São usadas
tanto Fibras monomodo como
multimodo. Existem muitos sensores
comerciais feitos com Fibras
Ópticas, para medição de
temperatura, pressão, rotação,
sinais acústicos, corrente, fluxo,
etc.
10.1.2 Emprego de Fibras Ópticas na
construção de sensores:
Sensores interferométricos
utilizando Fibras monomodo. São
usados dois “braços” de Fibras com
142

comprimentos iguais aos quais é
acoplada luz. Um dos braços atua
como referência e o outro vai ser
submetido a algum distúrbio do
ambiente. A luz de saída das duas
Fibras é recombinada, formando um
padrão de interferência. À medida
que o braço sensor sofre as
influências do distúrbio, as
franjas de interferência se
deslocam a uma razão que é
proporcional à intensidade do
distúrbio cuja magnitude se deseja
medir;
Se a intensidade de luz acoplada a
uma fibra quase monomodo é medida
em certo instante de tempo após o
qual se submete a fibra a micro-
curvaturas (geradas por variações
143

de pressão de ondas acústicas, por
exemplo) espera-se uma diminuição
na intensidade de saída porque os
modos de ordens mais altas
encontrarão os seus corte, devido
às variações na diferença de
índices de refração entre o núcleo
e a casca induzidos pelas micro-
curvaturas.
10.1.3 Exemplos de sensores
construídos com Fibras Ópticas:
Micro pontas de prova para medição
de temperatura: as pontas de prova
são equipadas com transdutores nas
pontas, os quais possuem um cristal
cuja luminescência varia com a
temperatura (-50 a +200oC);
144

Sensores de pressão construídos com
o emprego de uma membrana móvel
numa das extremidades da Fibra. A
Fibra é encapsulada em um cateter e
a membrana se movimenta de acordo
com a pressão (0 a 300 mm de Hg);
Sensores químicos construído com o
emprego de uma membrana permeável
numa das extremidades da Fibra. A
membrana contém um indicador
reversível que responde a um
estímulo químico mudando sua
absorção ou luminescência.
10.2 Sistemas de Comunicações
As redes públicas de
telecomunicações provêm uma
145

variedade de aplicações para os
sistemas de transmissão por fibras
ópticas. As aplicações vão desde a
pura substituição de cabos
metálicos em sistemas de longa
distância interligando centrais
telefônicas (urbanas e
interurbanas) até a implantação de
novos serviços de comunicações, por
exemplo, para as Redes Digitais de
Serviços Integrados (RDSI). A
utilização de fibras ópticas em
cabos submarinos intercontinentais
constitui outro exemplo, bastante
difundido, de aplicação em sistemas
de comunicações de longa distância.
10.3 Rede Telefônica
146

Uma das aplicações pioneiras das
fibras ópticas em sistemas de
comunicação corresponde aos
sistemas troncos de telefonia,
interligando centrais de tráfego
interurbano. Os sistemas troncos
exigem sistemas de transmissão (em
geral, digitais) de grande
capacidade, envolvendo distâncias
que vão, tipicamente, desde algumas
dezenas até centenas de quilômetros
e, eventualmente, em países com
dimensões continentais, até
milhares de quilômetros. As fibras
ópticas, com suas qualidades de
grande banda passante e baixa
atenuação, atendem perfeitamente a
esses requisitos.
147

A alta capacidade de transmissão e
o alcance máximo sem repetidores,
permitidos pelos sistemas de
minimizam os custos por circuito
telefônico, oferecendo vantagens
econômicas significativas.
10.4 Rede Digital de Serviços
Integrados (RDSI)
A rede local de assinantes, isto é,
a rede física interligando
assinantes à central telefônica
local, constitui uma importante
aplicação potencial de fibras
ópticas na rede telefônica. Embora
as fibras ópticas não sejam ainda
totalmente competitivas com os
pares metálicos, a partir da
148

introdução de novos serviços de
comunicações (videofone, televisão,
dados etc.), através das Redes
Digitais de Serviços Integrados
(RDSI), o uso de fibras ópticas na
rede de assinantes tende a ser
imperativo.
10.5 Cabos Submarinos
Os sistemas de transmissão por
cabos submarinos, parte integrante
da rede internacional de
telecomunicações, é uma outra
classe de sistemas onde as fibras
ópticas cumprem atualmente um papel
de fundamental importância. Os
cabos submarinos convencionais,
embora façam uso de cabos coaxiais
149

de alta qualidade e grande diâmetro
para minimizar a atenuação, estão
limitados a uns espaçamentos
máximos entre repetidores da ordem
de 5 a 10 km.
As fibras ópticas, por outro lado,
considerando-se apenas os sistemas
de 3ª geração (1,3µm), permitem
atualmente espaçamentos entre
repetidores em torno de 60 km. Com
a implantação dos sistemas de
transmissão por fibras ópticas de
4ª geração (1,55µm), alcances sem
repetidores superiores a 100 km
serão perfeitamente realizáveis.
Além disso, as fibras ópticas
oferecem facilidades operacionais
(dimensão e peso menores) e uma
maior capacidade de transmissão,
150

contribuindo significativamente
para atender à crescente demanda
por circuito internacionais de voz
e dados, a um custo mais baixo
ainda que os enlaces via satélite.
10.6 Uso de Fibras Ópticas na
Medicina:
• Confecção de endoscópios com
feixes de Fibras Ópticas para
iluminação;
• Uso de Fibras como ponta de
bisturi óptico para cirurgias a
laser, como:
• Cirurgias de descolamento de
retina;
151

• Desobstrução de vias aéreas
(cirurgias na faringe ou
traquéia);
• Desobstrução de vias venosas
(“limpeza” de canais arteriais,
evitando pontes de safena);
• Uso odontológico: aplicação de
sedantes.
10.7 Laser de Fibra
Emprega-se uma Fibra a base de
sílica dopada em seu núcleo com
algum elemento terra-rara, como o
érbio ou o neodímio. A presença
destes elementos em algumas partes
por milhão é o bastante para que,
após o bombeio, a Fibra floresça
152

com picos intensos em vários
comprimentos de onda de extremo
interesse como, por exemplo, a
1,55mm (comprimentos de onda onde
as Fibras de sílica “normais” podem
apresentar mínimos em atenuação e
dispersão materiais). A Fibra
dopada, adequadamente bombeada,
pode ser usada como meio
amplificador (o sinal a ser
amplificado coincide com algum pico
de fluorescência) ou como um laser,
se inserida entre dois espelhos
convenientemente selecionados. [9]
10.8 Uso de Fibras Ópticas em
Telecomunicações
153

A Fibra monomodo é a opção
preferida para comunicação a longa
distância. Ela permite que a
informação seja transmitida a altas
taxas sobre distâncias de dezenas
de quilômetros sem um repetidor.
Sua capacidade de transmissão
superior é possível devido a seu
pequeno núcleo – entre 5 e 10 mm de
diâmetro. Isto limita a luz
transmitida a somente um modo
principal, o que minimiza a
distorção dos pulsos de luz,
aumentando a distância em que o
sinal pode ser transmitido.
Praticamente todas as aplicações de
telefonia e CATV (TV a cabo)
utilizam a Fibra monomodo em função
das maiores taxas de transmissão e
154

menores atenuações do sinal. Redes
de dados que requeiram taxas de
transmissão de gigabits também
precisam utilizar a Fibra monomodo.
A Fibra multimodo é usada em
sistemas de comunicação como LANS
(Local Área Networks) e WANs (Wide
Área Network) em campi
universitários, hospitais e
empresas. O diâmetro de seu núcleo
é largo em comparação ao
comprimento de onda da luz
transmitida. Por isso, a Fibra
multimodo propaga mais que um modo
de luz. Com seu relativamente
grande núcleo, a Fibra multimodo é
mais fácil de conectar e unir; é a
Fibra escolhida para aplicações de
155

curta distância consistindo de
numerosas conexões.
Fibras multimodo de índice gradual
também são preferidas quando o bom
acoplamento com a fonte de luz é
mais importante do que a atenuação
do sinal na Fibra, ou ainda quando
há preocupação com radiação, uma
vez que estas Fibras podem ser
construídas com núcleo de pura
sílica que não é grandemente
afetado pela radiação. [11]
10.9 Comunicações
Uma das aplicações militares
pioneira no uso da tecnologia de
156

fibras ópticas consiste na simples
substituição de suportes de
transmissão metálicos nos sistemas
de comunicação de voz e dados de
baixa velocidade em instalações
militares. Além de um melhor
desempenho em termos de alcance,
banda passante e imunidade ao
ruído, as fibras ópticas oferecem a
esses sistemas vantagens
exclusivas. Por exemplo, a
informação transportada pela fibra
óptica é dificilmente violada ao
longo do sistema de transmissão, em
razão da característica de isolação
eletromagnética e pelas facilidades
de localização de derivações de
potência óptica ao longo do cabo,
garantindo assim um alto grau de
privacidade na transmissão de dados
157

“sensíveis” o meio de transmissão
pode percorrer sem riscos lugares
de armazenamento de combustíveis ou
explosivos; o reduzido volume e
peso dos cabos ópticos provêm
importantes facilidades
operacionais no transporte e
instalação dos sistemas.
Esta última qualidade das fibras
ópticas é particularmente vantajosa
em sistemas táticos de comando e
comunicações, permanentes ou
móveis, interligando armamentos
sofisticados e unidades militares
dispersam. As conexões remotas
entre um radar e a estação de
processamento de sinais podem, por
exemplo, ser mais longas garantindo
158

maior segurança ao pessoal de
operação. [9]
A aplicação de fibras ópticas em
sistemas de comunicações militares
a longa distância, além das
motivações básicas das aplicações
civis (maior alcance e capacidade
de transmissão), busca usufruir as
suas qualidades operacionais e de
segurança. Por exemplo, nos EUA um
enlace óptico 147 km suporta o
sistema primário de comunicações
para controle e testes de mísseis
MX e na Coréia do Sul foi
construída uma rede de comunicações
táticas com 667km de cabos ópticos.
Em nível local, uma das grandes
aplicações de fibras ópticas em
159

sistemas militares de comunicações
é na realização de barramentos de
dados em navios e aviões. Além da
melhor desempenho, este tipo de
aplicação das fibras ópticas tem na
redução de volume e peso uma das
suas principais motivações. Um
avião bombardeiro, por exemplo,
pode ter seu peso reduzido de 1
tonelada se na sua cabeação interna
forem utilizadas apenas fibras
ópticas. Nos EUA está sendo
desenvolvido um helicóptero, o HLX
(light helicopter, experimental),
onde os sistemas de controle de
vôo, de armamentos e de dados
internos são totalmente baseados na
tecnologia de fibras ópticas.
10.10 Redes Locais de Computadores
160

As comunicações entre computadores
são suportadas por sistemas de
comunicação de dados que costumam
ser classificados, segundo as
distâncias envolvidas, em redes de
computadores de longa distância ou
redes locais de computadores.
As redes de computadores a longa
distância utilizam-se dos meios de
transmissão comum à rede
telefônica. Embora geralmente usem
técnicas distintas (comutação de
pacotes, modem etc.) essas redes a
longa distância são implantadas ou
integradas nos mesmos suportes
físicos de transmissão da rede
telefônica. Assim sendo, o uso de
fibras ópticas em sistemas de
comunicação de dados a longa
161

distância acompanha a evolução da
aplicação de fibras ópticas na rede
telefônica (cabos troncos, cabos
submarinos, RDSI etc.)
As redes locais de computadores,
utilizadas para interconectar
recursos computacionais diversos
(computadores, periféricos, banco
de dados etc.) numa área privada e
geograficamente limitada (prédio,
usina, fábrica, campus etc.),
caracterizam-se pela especificidade
e variedade de alternativas
tecnológicas quanto ao sistema de
transmissão voltada principalmente
para aplicações em automação em
escritórios e em automação
industrial, como requisitos
exigentes em termos de
162

confiabilidade, capacidade de uma
excelente alternativa de meio de
transmissão. Embora os custos e
alguns problemas tecnológicos ainda
inibam sua competitividade com os
suportes convencionais, as fibras
ópticas, em determinadas
aplicações, apresentam-se como a
melhor e às vezes única alternativa
de meio de transmissão para as
redes locais de computadores.
10.11 Televisão por Cabo (CATV)
A transmissão de sinais de vídeo
através de fibras ópticas é uma
outra classe de aplicações bastante
difundida. As fibras ópticas têm
sido utilizadas, por exemplo, para
163

interligar, em distâncias curtas,
câmeras de TV e estúdios ou
estações monitoras externas
instaladas em veículos.
Também nos circuitos fechados de
TV, associados os sistemas
educacionais ou a sistemas de
supervisão e controle de tráfego e
segurança em usinas ou fábricas,
tem-se utilizado fibras ópticas
como suporte de transmissão.
Entretanto, a aplicação maior
consumidora de fibras ópticas para
a transmissão de sinais de vídeo é
constituída pelos sistemas de
televisão por cabo (CATV).
As fibras ópticas oferecem aos
sistemas de CATV, além de uma maior
capacidade de transmissão,
164

possibilidades de alcance sem
repetidores (amplificadores)
superior aos cabos coaxiais banda-
larga. Nos sistemas CATV com cabos
coaxiais banda-larga, o espaçamento
entre repetidores é da ordem de 1
km e o número de repetidores é em
geral limitado a 10 em função do
ruído e distorção, enquanto que com
fibras ópticas o alcance sem
repetidores pode ser superior a 30
km. Além de melhor desempenho, a
tecnologia atual de transmissão por
fibras ópticas é competitiva
economicamente e apresenta
confiabilidade substancialmente
melhor que os sistemas CATV
convencionais com cabos coaxiais
banda-larga.
165

10.12 Sistemas de Energia e
Transporte
A difusão das fibras ópticas nas
redes públicas de telecomunicações
tem estimulado a aplicação desse
meio de transmissão em sistemas de
utilidade pública que provêm suas
próprias facilidades de
comunicações, tais como os sistemas
de geração e distribuição de
energia elétrica e os sistemas de
transporte ferroviário. As
facilidades de comunicações
incluem, além de serviços de
comunicação telefônica, serviços de
telemetria, supervisão e controle
ao longo do sistema. As distâncias
envolvidas podem ser de alguns
166

quilômetros ao longo de linhas de
transmissão ou linhas férreas.
Embora estes sistemas geralmente
não requeiram grandes bandas
passantes, o uso de fibras ópticas
é atraente, principalmente em
função de suas qualidades de
imunidade eletromagnética, isolação
elétrica e baixas perdas. Sistemas
de transmissão digital PCM a 2
Mbps, bem como cabos ópticos
especiais para este tipo de
aplicação têm sido experimentados
ou colocados em operação comercial
nos últimos anos.[9]
10.13 Aplicações da Fibra Óptica
para fins Militares
167

As aplicações militares de fibras
ópticas incluem desde sistemas de
comunicações de voz e dados a baixa
velocidade, onde as fibras ópticas
simplesmente substituem suportes
metálicos convencionais, até
aplicações específicas envolvendo
sistemas de navegação e controle de
mísseis ou torpedos guiados por
cabo. Os sistemas sensores com
fibras ópticas também encontram uma
boa gama de aplicações militares em
navios e aeronaves de um modo em
geral, ou em aplicações
específicas, por exemplo, de defesa
submarina. [10]
10.14 Aplicações Específicas
168

Uma aplicação específica das fibras
ópticas no domínio militar é a dos
mísseis teleguiados por cabo. Neste
tipo de sistema, ilustrado na
figura abaixo, um enlace com fibra
óptica de alta resistência à tração
liga (bidirecionalmente) o míssil a
um centro de controle, permitindo
um melhor controle de pintaria
através da monitoração visual do
alvo.
As qualidades das fibras ópticas em
termos de grande banda passante,
imunidade a interferências e não
vulnerabilidades face aos radares
inimigos são essenciais a este tipo
de aplicação. Considerando
atualmente o maior mercado militar
da tecnologia de fibras ópticas,
169

este tipo de aplicação,
considerando-se apenas o programa
FOG-M (Fiber Optic Guided Missible)
nos EUA, deve consumir cerca de
300000 km de fibras ópticas até
1990. Sistemas sensores com fibras
ópticas também têm encontrado uma
variedade de aplicações no domínio
militar. Um dos mais utilizados é o
giroscópio óptico que oferece
vantagens com aos mecânicos, em
termos de maior precisão, peso
reduzido e maior segurança. A
aplicação militar de giroscópios
ópticos inclui sistemas de
navegação automática em aviões,
navios, submarinos, mísseis,
espaçonaves, satélites, etc. um
outro sistema sensor de interesse
para a Marinha é o acústico.
170

Acoplados a redes de cabos ópticos
submarinos, os sensores acústicos
permitirem implantar, por exemplo,
sofisticados sistemas de defesa
submarina. [10]
Figura 35 – Míssil teleguiado por
fibra óptica. [10]
11.0 Atualidades
11.1 Mercado Brasileiro
171

O Brasil é um dos principais
consumidores de banda larga da
América Latina e, no futuro, será
responsável por metade da demanda
no continente.
O país produz mais de 1 milhão de
quilômetros de fibra óptica por
ano, o que atende 50% das
necessidades de consumo do país. A
demanda é completada com
importações dos Estados Unidos e
Japão. De acordo com a Yankee Group
consultoria especializada em
tecnologia da informação, o país
terá em torno de 9,5 milhões de
quilômetros de fibras ópticas antes
de 2003. Em 1998, o Brasil tinha
apenas 2,4 milhões de quilômetros,
o que não é muito, levando-se em
conta o tamanho do país, mas é um
172

volume razoável comparado com os
países de expansões territoriais
semelhantes, como China, Rússia e
Índia. Porém fica muito atrás dos
Estados Unidos e da Europa.
Este cenário, no entanto, vai
passar por algumas transformações.
Serão investidos, segundo a Yankee
Group, em 2001 e 2002, cerca de US$
3 bilhões na expansão das redes de
comunicação brasileira. [11]
11.2Aplicações futuras
Fuji cria fibra óptica de plástico
para mercado doméstico
A Fuji, maior fabricante de filmes
fotográficos do Japão, afirmou hoje
173

que desenvolveu uma fibra óptica
plástica para comunicações em alta
velocidade que será destinada ao
uso doméstico.
O novo produto marca a primeira
entrada da Fuji no negócio de
fibras em um momento que a
fabricante japonesa busca expandir
suas fontes de receita.
O preço das ações da companhia
subiu com o anúncio e acumulou
valorização de 2,87% enquanto a
média definida pelo índice Nikkei
teve alta de 1,19%.
Uma porta-voz da Fuji não confirmou
a informação divulgada pelo jornal
de negócios Nihon Keizai Shimbun de
que a companhia começaria a vender
174

o produto em março do ano que vem.
“Não definimos ainda uma agenda
precisa para o lançamento das
operações”, afirmou a
representante.
A companhia afirmou que mensagens
ou sinais podem ser transmitidas
pela nova fibra plástica com quase
a mesma velocidade que a das fibras
ópticas de vidro, a mais de 1
Gigabit por segundo.
A demanda por acesso rápido à
internet tem crescido a taxas
exponenciais no Japão, com o número
de usuários de linhas telefônicas
ADSL (asymmetric digital subscriber
line) somando 3,6 milhões.
175

O mercado espera que os serviços
ADSL, que usam linhas telefônicas
de cobre, sejam substituídos nos
próximos anos por cabos de fibra
óptica, que oferecem velocidades
muito mais rápidas.
A fibra plástica suporta calor e
umidade vai reduzir os custos de
instalação dramaticamente, afirmou
a porta-voz.
A internet chegará finalmente ao
Pólo Sul, com a instalação de cerca
de dois mil quilômetros de cabos de
fibra ótica no planalto polar, uma
das regiões mais inóspitas da
Terra. [15]
Fibra ótica levará a Internet ao
Pólo Sul
176

O projeto, com custo previsto de
US$ 250 milhões (R$ 775 milhões),
levará anos para ser planejado e
instalado, e devem ser um dos
maiores desafios já enfrentados
pela engenharia na Antártica.
Figura 36 – Vista do Pólo Sul [16]
Sua conclusão, prevista para 2009,
revolucionará as comunicações na
região.
A Fundação Nacional para a Ciência,
nos Estados Unidos, já solicitou
177

uma concorrência da indústria para
a construção.
178

12.0 Conclusão
Pelo que aqui foi exposto, podemos
ver que a utilização das Fibras
Ópticas é e será cada vez maior.
Além de apresentarem uma ótima
relação Custo/Benefício, não
existem outros meios de transmissão
com parâmetros como: Atenuação,
Velocidade de Propagação,
179

Capacidade de Transmissão e,
Custos, tão bons quanto aos
apresentados pelas Fibras Ópticas.
Alem da facilidade de instalação,
há uma ampla variedade de Cabos de
Fibra Óptica, para as mais diversas
aplicações e, estão também
disponíveis, vários Sistemas de
Transmissão Ópticos, por um número
muito grande de fabricantes.
Some se a isto, o fato que tanto as
Fibras Ópticas, quanto os Sistemas
de Transmissão Ópticos, estão em
contínua evolução e
aperfeiçoamento, permitindo hoje a
implementação de Redes totalmente
Ópticas, superando todas as demais,
até hoje existentes.
A fibra óptica tem como vantagens
indiscutíveis, a alta velocidade ao
180

navegar pela internet, assim como a
imunidade a ruído e interferência,
dimensões e peso reduzidos e a
compatibilidade com a tecnologia
digital.
As fibras também possuem suas
desvantagens é acessível somente a
cidades cujas zonas possuem
instalação, seu custo elevado, sua
fragilidade, sua dificuldade de
reparação de rompimento de fibras
em campo, equipamentos de alto
custo.
Atualmente vem se modernizando
muitas as características da Fibra
óptica, enquanto sua cobertura fica
mais resistente, existe maior
proteção contra imunidade o que
significa um uma evolução no uso da
fibra, a serviço do progresso que
181

tecnológico em que vivemos no mundo
atual.
13.0 Referências Bibliográficas
[1
]
Site:
www.ifi.unicamp.br/foton/site/po
rt/intro.htm
[2
]
Site: www.projetoderedes.com.br
[3
]
Site:
www.richard.ite.br/duvidas69.htm
l
[4
]
Site:
www.clubedohardaware.com.br/371
[5
]
Livro: “Projetos de Redes Locais
com Cabeamento Estruturado”,
Paulo Coelho, 2003.
[6 Site:
182

] www.projetoresredes.kit.net
[7
]
Site:
www.lucalm.hpg.ig.com.br/fabrica
cao.htm
[8
]
Site:
www.lucalm.hpg.ig.com.br/emendas
[9
]
Site
www.itweb.com.br/solutions/telec
om/fibra_optica/
[1
0]
Site:
www.lucalm.hpg.ig.com.br/vantage
ns.htm
[1
1]
Site:
www.djmeucci.sites.uol.com.br/fo
/fibraopt.htm
[1
2]
Site:
www1.univap.br/~landulfo/pesq1.h
tm
[1
5]
Site:www.bbc.co.uk/portuguese/ci
encia/020821_polosulir.shtml
[1
6]
Site:
www.projetoderedes.com.br/artigo
183

s/artigo_utilizando_fibra_em_red
e.php
184

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