Uma introdução as Fibras ópticas.

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Uma introdução as Fibras ópticas.

  1. 1. uma fibra óptica é constituído por um núcleo cilíndrico cercado por um revestimento, cujo índice de refração é inferior ao do núcleo. A mesma propaga luz por reflexões sucessivas.
  2. 2. representam as diferentes possibilidades de propagação da luz pela fibra. Os modos dependem do material, da geometria e do ângulo de incidência da luz na fibra. Existem condições a partir das quais uma propagação não pode existir. O número de modos aceitáveis numa fibra são dados a partir de um parâmetro calculado com as características da fibra, o chamado número V ou frequência normalizada, dado por: Tal que a é o raio da fibra óptica, NA é a Abertura numérica e λ0 é o comprimento de onda que está sendo introduzido na fibra. Existem valores de V para os quais um único modo pode existir numa fibra óptica(V<2,405). Essa condição caracteriza as fibras ópticas monomodo Se o diâmetro requerido pela fibra for grande, a fibra pode admitir a entrada de vários raios luminosos.
  3. 3. Fibras Multimodo: As fibras multimodo possuem o diâmetro do núcleo maior do que as fibras monomodo ,de modo que a luz percorre o interior da fibra óptica por diversos caminhos. Esse tipo de fibra é utilizado normalmente em curtas distâncias e oferece uma largura de banda inferior a fibra monomodo Fibras Monomodo: As fibras monomodo são adequadas para aplicações que envolvam grandes distâncias. Nas fibras monomodo a luz percorre interior do núcleo por apenas um caminho. Esse tipo de fibra é utilizado para atingir maiores distâncias e oferece uma largura de banda superior a fibra multimodo por ter menor dispersão do sinal.
  4. 4. FIBRA DE ÍNDICE DEGRAU (STEP INDEX) • primeiro tipo a surgir • mais simples. • Constitui-se basicamente de um único tipo de material puro para compor o núcleo • índice de refração constante. • O núcleo com dimensões que variam de 50 a 400 μm, conforme o tipo de aplicação. • limitadas quanto à capacidade de transmissão. • atenuação elevada (maior que 5 dB/km) • pequena largura de banda (menor que 30 MHz.km) • utilizadas em transmissão de dados em curtas distâncias e iluminação.
  5. 5. FIBRA DE ÍNDICE GRADUAL (GRADED INDEX) • O índice de refração do núcleo não é constante , diminui gradualmente a partir do seu valor máximo no centro do núcleo para o seu valor mínimo na extremidade com o revestimento • núcleo composto por vidros especiais com diferentes valores de índice de refração • tem o objetivo de diminuir as diferenças de tempos de propagação da luz no núcleo, devido aos vários caminhos possíveis que a luz pode tomar no interior da fibra, diminuindo a dispersão do impulso e aumentando a largura de banda da fibra óptica. • os materiais tipicamente empregados na fabricação dessas fibras são sílica pura para a casca e sílica dopada para o núcleo com dimensões típicas de 125 e 50 μm respectivamente. • apresentam baixas atenuações (3 db/km em 850 nm) • capacidade de transmissão elevadas. • empregadas em telecomunicações.
  6. 6. • dimensões típicas são 2 a 10 μ m para o núcleo e 80 a 125 μ m para a casca. • o diâmetro do núcleo é poucas vezes maior que o comprimento de onda da luz utilizado para a transmissão. • há apenas um único caminho para a luz, ou seja, apenas um modo. • dificuldade mecânica de fabricação de fios e acopladores para fibras tão finas • anula-se a dispersão modal (dispersão multipercurso) • baixa atenuação (0,7 dB/km em 1300 nm e 0,2 dB/km em 1550 nm) • grande largura de banda (10 a 100 GHz.km). • suas pequenas dimensões dificultam sua conectividade, que requer alta qualidade, elevando muito o custo do sistema. • é utilizado em comunicações de média e longa distâncias, inclusive em comunicações intercontinentais, onde há elevada transmissão de dados. • Os materiais utilizados para a sua fabricação são sílica e sílica dopada.
  7. 7. A dispersão é causada pela diferença de velocidade dos diversos modos de propagação, com isso as informações transmitidas chegam ao receptor com diferentes intervalos de tempo, tendo como consequência um alargamento dos pulsos transmitidos. Este alargamento determina a largura de banda do meio, e consequentemente a capacidade de transmissão. 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 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. DISPERSÃO CROMÁTICA Esse tipo de dispersão depende do comprimento de onda e divide-se em dois tipos · dispersão material · dispersão de guia de onda
  8. 8. DISPERSÃO MATERIAL Como o índice de refração depende do comprimento de onda e como as fontes luminosas existentes não são ideais, ou seja, possuem uma certa largura espectral finita , temos que cada comprimento de onda enxerga um valor diferente de índice de refração num determinado 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. DISPERSÃO DE GUIA DE ONDA Esse tipo de dispersão é provocado por variações nas dimensões do 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.
  9. 9. A atenuação ou perda na transmissão pode ser definida como a diminuição da intensidade de energia de um sinal ao se propagar através de um meio de transmissão. • Absorção Como nenhum material é perfeitamente transparente, sempre ocorre uma absorção parcial de luz quando esta é forçada a atravessar um meio (absorção intrínseca). Numa fibra, além da absorção do material que compõe seu núcleo, pode haver variações de densidade, imperfeições na fabricação (absorção por defeitos estruturais),impurezas (absorção extrínseca) e outros fatores que aumentam ainda mais as perdas por absorção. • Espalhamento Espalhamento é o fenômeno de transferência de potência de um dos modos guiados pela guia para si mesmo ou para outros modos. O principal é o espalhamento de Rayleigh, Causado por variações aleatórias na densidade do material da fibra, advindas do processo de fabricação. Outros espalhamentos são causados por imperfeições na estrutura cilíndrica da fibra, vibrações moleculares térmicas e outros fatores, sempre causando perda na potência de luz transmitida.
  10. 10. • Curvaturas Quando a luz na fibra óptica encontra curvas, sejam elas macroscópicas (curva de uma fibra numa quina, por exemplo) ou microscópicas (pequenas ondulações na interface entre a casca e o núcleo), alguns raios de luz podem formar um ângulo inferior ao ângulo crítico e saírem da fibra, causando perda de potência. • Características do guia de onda Na prática, a potência numa fibra óptica não está totalmente presa ao núcleo. Parte da potência pode viajar pela casca da fibra óptica, de forma que passa a sofrer com as atenuações do material do qual a casca é composta (maiores que as do núcleo), o que pode diminuir a capacidade de transmissão da fibra.
  11. 11. Cabo Monofibra O chamado Cabo Monofibra é constituído por uma única Fibra Óptica e tem os seguintes componentes: Núcleo, Casca, Revestimento, Elementos de Tração ou de Resistência e Capa Externa. A figura abaixo ilustra a constituição de um Cabo Monofibra com Fibra do tipo Monomodo.

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