Sistemas de Telecomunicações - Aula 13 - Wi-fi, Li-fi e Laser

# Sistemas de Telecomunicações #
Aula 13 – Wi-Fi, Li-Fi e Laser
Prof. Leinylson Fontinele Pereira

Na aula anterior...
 História da Fibra Óptica
14:31 Sistemas de Telecomunicações: Aula 13 – Wi-Fi, Li-Fi e Laser

O que vamos aprender?
 Wi-Fi
 Li-Fi
 Laser

Vamos começar?
14:31 4 Sistemas de Telecomunicações: Aula 13 – Wi-Fi, Li-Fi e Laser

Li-Fi (Light Fidelity)

Li-Fi: How it Works

Princípio de Funcionamento do Li-Fi

Li-Fi: LEDs for communication

Que lampada usar?

Wi-FM?

Benefits of LiFi:

Benefits of LiFi:
 · Higher speeds thanWi-Fi.
 · 10000 times the frequency spectrum of radio.
 · More secure becausedata cannot be interceptedwithout a clearlineof sight.
 · Prevents piggybacking.
 · Eliminatesneighboringnetworkinterference.
 · Unimpeded by radio interference.
 · Doesnot createinterferencein sensitiveelectronics,making it better foruse in
environmentslikehospitalsand aircraft.
 · LEDs and different technology, researchers have enabled 10 gigabits-per-second
(Gbps), which is faster than 802.11ad.

Um Novo Laser para uma Internet mais Rápida

Li-Fi: Vantagens
 vantagens Li-Fi
 Além da vantagem líquida de obter uma ligação à Internet a velocidades mais elevadas, o oficial principal da ciência
refere-se a três outros benefícios que se poderia obter por usar a rede: eficiência, segurança e disponibilidade.
 Li-Fi é mais eficiente do que o seu homólogo Wi-Fi. Uma vez que utiliza lâmpadas, ele vem com praticamente sem
custos adicionais. Um roteador precisa ser conectado em todos os momentos e exige um monte de eletricidade para
permanecer alimentados. É do conhecimento comum que lâmpadas LED são altamente econômico nesse sentido, de
modo que o usuário final recebe luz e internet ao mesmo tempo.
 Como mencionado anteriormente, a segurança dos dados é muito maior com Li-Fi, já que a luz é praticamente incapaz
de penetrar paredes.
 Além disso, é quase impossível de perder o sinal de rede. Uma ampola simples dá origem a inúmeras possibilidades,
considerando que um usuário será capaz de usar a rede, independentemente da sua localização.

Li-Fi: Vantagens

Li-Fi: Desvantagens
 existem várias desvantagens, particularmente desde que Li-Fi ainda está em
desenvolvimento. Por um lado, ele não consegue fazer o seu trabalho fora. Em
segundo lugar, talvez uma importante causa de poluição luminosa. Teste ainda está
em obras, mas pelo menos é uma invenção vale a pena olhar para a frente.
 Mesmo que ainda soa como um sonho, muito em breve poderíamos estar entrando
em nosso e-mail graças a uma lâmpada.

Sistemas de Telecomunicações: Aula 13 – Wi-Fi, Li-Fi e Laser

O que é Luz?

Luz e um electrão em
estado excitado…

Espectro Eletromagnético

Janelas de Transmissão

www.light2015.org

Laboratório onde se opera o laser mais
potente de Portugal: 15 terawatts
Laboratóriode Lasers Intensos

LASERé umtipo de luz com umconjunto
único de propriedades
L IGTH
A MPLIFICATION
S TIMULATED
E MISSION
R ADIATION

Propriedades da Luz Laser
 Direcional
 Monocromática
 Coerente
 Polarizada

Direcional
A luz de um laser (quase) não se “expande”, comparada com uma fonte de luz normal

Monocromática
A radiação que ocorre a um único comprimento de onda ou cor.

Monocromática
Significa que é constituída por uma única cor

Monocromática
Tem uma única cor bem definida, comparada com uma fonte de luz tradicional

Monocromática
Luz Branca
Luz Laser
Encarnado
Amarelo
Verde
Azul
Violeta

Coerente
Existe uma “sincronização” de oscilação no espaço e no tempo

Luz Coerente
Luz Colimada

Coerente
 Isso significa que todas as ondas vibram em fase, construtivamente reforçando cada onda
adjacente.
Interferência ConstrutivaLuz Coerente
Interferência DestrutivaLuz Incoerente
=
=

Processo de Amplificação da Luz
 Absorção:
….de 1 fotão com energia ΔE = hν
= E2 – E1  átomo transita para um
estado excitado.
Antes Depois
 Emissão espontânea:
Um átomo num estado excitado, tem uma
probabilidade constante de transitar para um
estado inferior, emitindo 1 fotão de ΔE.
 Emissão estimulada:
Um átomo excitado + fotão incidente:
aumento da probabilidade da emissão de
Fotão emitido é idêntico ao incidente!
Amplificação da luz!

O Legado de Einstien

Espelho
Espelho
E E
 O electrão é Bombeado para um
nível de energia superior.
 O nível Bombeado é instável, pelo
que o electrão, logo salta para um
nível ligeiramente inferior.
 O electrão relaxa para um nível
inferior de energia, libertando um
fotão.
 Luz e um electrão em estado
excitado…
 …Produz dois fotões do mesmo
comprimento de onda e com a mesma
fase.
 Os espelhos reflectem parcialmente
os fotões … emissão estimulada…

Mecanismo de Excitação
Meio Activo
Espelhode
TransmissãoParcial
EspelhodeAlta
Reflexão
Mecanismo de Realimentação
1. Meio activo (ganho), que pode amplificar a luz que passa através dele.
2. Fonte de energia da bomba para criar uma inversão de população em meio de ganho.
3. Dois espelhos que formam uma cavidade ressonante.
O laser só pode funcionar se a energia do feixe
aumentar a cada passagem pelo meio activo,
O Legado de Einstien (Amplificaçao da Luz)

Polarizada
 Colimada: É a fonte luminosa mais colimada
que existe; o desvio de um feixe de Laser ronda
mediamente o milésimo de radiano.
 Significa que, depois de ter percorrido mil
metros, o feixe fica com cerca de um metro de
diâmetro somente.

Luz Colimada
Fonte
Área alvo
A
Fonte
Lente de colimação
B

Polarizada
O campo elétrico de um feixe laser oscila numa direção bem definida.

Emissão de Fotões

Amplificação Estimulada
Absorção
Espontânea
Emissão
Espontânea
Emissão
Estimulada
(Albert Einstein, 1917)

 Condição necessária ao equilíbrio térmico da radiação com a
matéria. Einstein descobriu, através de considerações teóricas, que
não apenas um átomo absorve um fotão incidente e o reemite ao
acaso após certo tempo, mas que também este mesmo átomo pode
reemitir um outro fotão devido á interação (excitação) do fotão
incidente absorvido.
 O fotão reemitido tem a mesma frequência do fotão que o estimulou
e, igualmente importante, tem a mesma fase.

Theodore Maiman
Hughes Research Labs (USA)
Não há espelhos - o próprio cristal de rubi
está talhado de forma a criar uma cavidade
óptica ressonante, com as faces revestidas
de um filme de prata.

Interruptor
Fonte de Alimentação
Cristal de Rubi
Cilindro Reflector de Alumínio polido

Configurações Laser mais comuns
Laser de CO2
Laser Iões de Árgon (Ar+)
Laser semicondutor
Laser Hélio-Néon (He-Ne)
Diodos Laser
Laser de Rubi
Laser Ti:Safira

Lasers no Século XXI

Aplicaçoes do LASER
http://survincity.com/2012/11/laser-us-navy/

Aplicaçoes do LASER
 Pelas suas propriedades especiais, o laser é hoje utilizado nas mais diversas
aplicações: médicas (cirurgias), na Fisioterapia como anti-inflamatório, regenerador
e analgésico, industriais (cortar metais, medir distâncias), pesquisa científica
(pinças ópticas, hidráulica, física atómica, óptica quântica, resfriamento de nuvens
atómicas, informação quântica), comerciais (comunicação por fibras ópticas,
leitores de códigos de barras), no campo bélico (miras lasers) e mesmo todos os dias
em nossas casas (aparelhos leitores de CD, DVD e Blu-Ray , apontadores laser,
usados em apresentações com projectores)…

O Que é Que Faz os Lasers Tão Especiais?
 ABRANGÊNCIA
# Cobrem o espectro electromagnético na zona do visível
 VERSATILIDADE
# Possuem uma grande gama de energias, durações e potências
 CARACTERÍSTICAS
# São diferentes de qualquer outro tipo de luz

Prêmios Nobel
1964
1971
1981
1989
1997
1999
2001
2005
2006
2009
Trabalhos fundamentais em electrónica quântica e teoria laser
Holografia
Espectroscopia laser e efeitos ópticos não-lineares
Métodos de ressonância e maser de hidrogénio
Desenvolvimento do arrefecimento laser
Espectroscopia de femtosegundos para observar átomos durante reacções
Arrefecimento laser para criação de condensados de Bose-Einstein
Espectroscopia de precisão usando lasers, técnica do pente de frequências ópticas
Medição da radiação cósmica de fundio usando masers no satélite COBE
Desenvolvimento de fibras ópticas para telecomunicações

IrDA

Concluindo...
14:31 68 Sistemas de Telecomunicações: Aula 13 – Wi-Fi, Li-Fi e Laser

Material: https://sites.google.com/site/leinylsonnassau
14:31
Aula baseada no material de:
 Lasers ultra-intensos, Gonçalo Figueira
 Lasers, Luís Timóteo

Nesta aula aprendemos...
 Wi-Fi
 Li-Fi
 Laser

Na próxima aula veremos...
 Redes de Pacotes
 Redes Frame-relay

Alguma Dúvida?
14:31
Até a próxima aula...
leinylson@gmail.com

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