fibra óptica - Wikilingue - Encydia
A fibra óptica é um médio de transmissão empregado habitualmente em redes de dados; um fio muito fino de material transparente, vidro ou materiais plásticos, pelo que se enviam pulsos de luz que representam os dados a transmitir. O faz de luz fica completamente confinado e propaga-se pelo núcleo da fibra com um ângulo de reflexão acima do ângulo limite de reflexão total, em função da lei de Snell. A fonte de luz pode ser laser ou um LED.
As fibras utilizam-se amplamente em telecomunicações, já que permitem enviar grande quantidade de dados a uma grande distância, com velocidades similares às de rádio ou cabo. São o médio de transmissão por excelencia ao ser inmune às interferências electromagneticas, também se utilizam para redes locais, em onde se precise aproveitar as vantagens da fibra óptica sobre outros meios de transmissão.
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História
O uso da luz para a codificação de sinais não é novo, os antigos gregos usavam espelhos para transmitir informação, de modo rudimentario, usando luz solar. Em 1792 , Claude Chappe desenhou um sistema de telegrafía óptica, que mediante o uso de um código e torres e espelhos distribuídos ao longo dos 200 km que separam Lille e Paris, conseguia transmitir uma mensagem em tão só 16 minutos.
A grande novidade contribuída em nossa época é o ter conseguido “domar” a luz, de modo que seja possível que se propague dentro de um cabo tendido pelo homem. O uso da luz guiada, de maneira que não expanda em todas direcções, senão em uma muito concreta e predefinida se conseguiu mediante a fibra óptica, que podemos pensar como um conduto de vidro -fibra de vidro ultra delgada- protegida por um material aislante que, serve para transportar o sinal lumínica de um ponto a outro.
Ademais tem muitas outras vantagens, como baixas perdas de sinal, tamanho e peso reduzido, inmunidad em frente a emissões electromagnéticas e de radiofrequência e segurança. Todos estes apartados descrever-se-ão a seguir, nos abrindo as portas à descoberta de um novo mundo: o mundo da informação sem limite de largo de banda
Como resultado de estudos em física enfocados da óptica, se descobriu um novo modo de emprego para a luz chamado raio laser. Este último é usado com maior vigor na área das telecomunicações, devido ao factible que é enviar mensagens com altas velocidades e com uma ampla cobertura. No entanto, não existia um conduto para fazer viajar os fotones originados pelo laser.
A possibilidade de controlar um raio de luz, dirigindo em uma trajectória recta, conhece-se desde faz muito tempo. Em 1820, Augustin-Jean Fresnel já conhecia as equações pelas que rege a captura da luz dentro de uma placa de cristal lisa. Sua ampliação ao que então se conhecia como cabos de vidro foi obra de D. Hondros e Peter Debye em 1910. O físico irlandês John Tyndall descobriu que a luz podia viajar dentro de um material (água), se curvando por reflexão interna, e em 1870 apresentou seus estudos ante os membros da Real Sociedade. A partir deste princípio levaram-se a cabo uma série de estudos, nos que demonstraram o potencial do cristal como médio eficaz de transmissão a longa distância. Ademais, desenvolveram-se uma série de aplicações baseadas em dito princípio para alumiar correntes da água em fontes públicas. Mais tarde, J. L. Baird registou patentes que descreviam a utilização de bengalas sólidos de vidro na transmissão de luz, para seu emprego em um primitivo sistema de televisão de cores. O grande problema, no entanto, é que as técnicas e os materiais usados não permitiam a transmissão de luz com bom rendimento. As perdas eram tão grandes e não tinha dispositivos de acoplamento óptico.
Somente em 1950 as fibras ópticas começaram a interessar aos pesquisadores, com muitas aplicações práticas que estavam a ser desenvolvidas. Em 1952, o físico Narinder Singh Kapany, apoiando nos estudos de John Tyndall, realizou experimentos que conduziram à invenção da fibra óptica.
Um dos primeiros usos da fibra óptica foi empregar um faz de fibras para a transmissão de imagens, que se usou no endoscopio médico. Usando a fibra óptica, conseguiu-se um endoscopio semiflexible, o qual foi patenteado pela Universidade de Míchigan em 1956. Neste invento se usaram umas novas fibras forradas com um material de baixo índice de refração, já que dantes se impregnavam com azeites ou ceras. Nesta mesma época, começaram-se a utilizar filamentos delgados como o cabelo que transportavam luz a distâncias curtas, tanto na indústria como na medicina, de forma que a luz podia chegar a lugares que de outra forma seriam inaccesibles. O único problema era que esta luz perdia até o 99% de sua intensidade ao atravessar distâncias de até de 9 metros de fibra.
Charles K. Kao, em sua tese doctoral de 1956, estimou que as máximas perdas que deveria ter a fibra óptica, para que resultasse prática em enlaces de comunicações, eram de 20 dB/km.
Em 1966, em um comunicado dirigido à Associação Britânica para o Avanço da Ciência, os pesquisadores Charles K. Kao e G. A. Hockham, dos laboratórios de Standard Telecommunications, na Inglaterra, afirmaram que se podia dispor de fibras de uma transparência maior e propuseram o uso de fibras de vidro e luz, em lugar de electricidade e condutores metálicos, na transmissão de mensagens telefónicos. A obtenção de tais fibras exigiu grandes esforços dos pesquisadores, já que as fibras até então apresentavam perdas de ordem de 100 dB por quilómetro, além de uma banda pasante estreita e uma enorme fragilidad mecânica. Este estudo constituiu a base para melhorar as perdas dos sinais ópticos que até o momento eram muito significativas e não permitiam o aprovechamiento desta tecnologia. Em um artigo teórico, demonstraram que as grandes perdas características das fibras existentes se deviam a impurezas diminutas intrínsecas do cristal. Enquanto, como resultado dos esforços, se fizeram novas fibras com enfraquecimento de 20 dB por quilómetro e uma banda pasante de 1 GHz para um longo de 1 km, com a perspectiva de substituir os cabos coaxiales. A utilização de fibras de 100 µm de diâmetro, envolvidas em nylon resistente, permitiriam a construção de fios tão fortes que não podiam romper com as mãos. Hoje já existem fibras ópticas com enfraquecimentos tão pequenos de até 1 dB por quilómetro, o que é muitíssimo menor às perdas de um cabo coaxial.
O artigo de Kao-Hockman estimulou a alguns pesquisadores a produzir ditas fibras com baixas perdas. O grande avanço produziu-se em 1970, quando os pesquisadores Maurer, Keck, Schultz e Zimar que trabalhavam pára Corning Glass, fabricaram a primeira fibra óptica aplicando impurezas de titanio em sílice, com centos de metros de longo com a clareza cristalina que Kao e Hockman tinham proposto. As perdas eram de 17 dB/km. Durante esta década as técnicas de fabricação melhoraram-se, conseguindo perdas de tão só 0,5 dB/km.
Pouco depois, Panish e Hayashi, dos laboratórios Bell, mostraram um laser de semiconductores que podia funcionar continuamente a temperatura ambiente. Em 1978 já se transmitia a 10 Gb km/segundos. Ademais, John MacChesney e seus colaboradores, também dos laboratórios Bell, desenvolveram independentemente métodos de preparação de fibras. Todas estas actividades marcaram um ponto decisivo já que agora, existiam os meios para levar as comunicações de fibra óptica fosse dos laboratórios, ao campo da engenharia habitual. Durante a seguintes década, à medida que continuavam as investigações, as fibras ópticas melhoraram constantemente sua transparência.
O 22 de abril de 1977 , General Telephone and Electronics enviou a primeira transmissão telefónica através de fibra óptica, em 6 Mbit/s, em Long Beach, Califórnia.
O amplificador que marcou um dantes e um depois no uso da fibra óptica em conexões interurbanas, reduzindo o custo delas, foi o amplificador óptico inventado por David Payne, da Universidade de Southampton, e por Emmanuel Desurvire nos Laboratórios Bell. A ambos se lhes concedeu a medalha Benjamin Franklin em 1988.
Em 1980, melhore-las fibras eram tão transparente que um sinal podia atravessar 240 quilómetros de fibra dantes de se debilitar até ser indetectable. Mas as fibras ópticas com este grau de transparência não se podiam fabricar usando métodos tradicionais. O grande avanço produziu-se quando se deram conta de que o cristal de sílice puro, sem nenhuma impureza de metal que absorvesse luz, somente se podia fabricar directamente a partir de componentes de vapor, evitando desta forma a contaminação que inevitablemnte resultava do uso convencional dos crisoles de fundição. O progresso centrava-se agora em seleccionar o equilíbrio correcto de componentes do vapor e optimizar suas reacções. A tecnologia em desenvolvimento baseava-se principalmente no conhecimento da termodinámica química, uma ciência perfeccionaba por três gerações de químicos desde sua adopção original por parte de Willard Gibbs, no século XIX.
Também em 1980, AT&T apresentou à Comissão Federal de Comunicações dos Estados Unidos um projecto de um sistema de 978 quilómetros que ligaria as principais cidades do corredor que ia de Boston a Washington . Quatro anos depois, quando o sistema começou a funcionar, seu cabo, de menos de 25 centímetros de diâmetro, proporcionava 80.000 canais de voz para conversas telefónicas simultâneas. Para então, a longitude total dos cabos de fibra unicamente nos Estados Unidos atingia 400.000 quilómetros (o suficiente para chegar à lua).
Cedo, cabos similares atravessaram os oceanos do mundo. O primeiro enlace transoceánico com fibra óptica foi o TAT-8 que começou a operar em 1988, usando um cristal tão transparente que os amplificadores para regenerar os sinais débis se podiam colocar a distâncias a mais de 64 quilómetros. Três anos depois, outro cabo transatlántico duplicou a capacidade do primeiro. Os cabos que cruzam o Pacífico também têm entrado em funcionamento. Desde então, empregou-se fibra óptica em multidão de enlaces transoceánicos ou entre cidades, e paulatinamente vai-se estendendo seu uso desde as redes principais das operadoras para os utentes finais.
Hoje em dia, devido a suas mínimas perdas de sinal e a suas óptimas propriedades de largo de banda, a fibra óptica pode ser usada a distâncias mais longas que o cabo de cobre. Ademais, as fibras por seu peso e tamanho reduzido, faz que seja muito útil em meios onde o cabo de cobre seria impracticable .
Processo de fabricação
Uma vez obtida mediante processos químicos a matéria da fibra óptica, passa a sua fabricação.Processo contínuo no tempo que basicamente se pode descrever através de três etapas; a fabricação da preforma, o esticado desta e por último as provas e medidas. Para a criação da preforma existem quatro processos que são principalmente utilizados.
A etapa de fabricação da preforma pode ser através de algum dos seguintes métodos:
- M.C.V.D Modified Chemical Vapor Deposition
Foi desenvolvido originalmente por Corning Glass e modificado pelos Laboratórios Bell Telephone para seu uso industrial. Utiliza um cano de cuarzo puro de onde se parte e é depositado em seu interior a mistura de dióxido de silício e aditivos de dopado em forma de capas concêntricas. A seguir no processo industrial instala-se o cano em um torno giratório. O cano é aquecido até atingir uma temperatura compreendida entre 1.400 °C e 1.600 °C mediante um quemador de hidrógeno e oxigénio.Ao girar o torno o quemador começa a deslocar-se ao longo do cano. Por um extremo do cano introduzem-se os aditivos de dopado, parte fundamental do processo, já que da proporção destes aditivos dependerá o perfil final do índice de refração do núcleo.A deposición das sucessivas capas obtêm-se das sucessivas passadas do quemador, enquanto o torno gira; ficando desta forma sintezado o núcleo da fibra óptica. A operação que resta é o colapso, se consegue igualmente com a contínua deslocação do quemador, só que agora a uma temperatura compreendida entre 1.700 °C e 1.800 °C. Precisamente é esta temperatura a que garante o ablandamiento do cuarzo, se convertendo assim o cano no cilindro maciço que constitui a preforma. As dimensões da preforma costumam ser de um metro de longitude útil e de um centímetro de diâmetro exterior.
- V.A.D Vapor Axial Deposition
Seu funcionamento baseia-se na técnica desenvolvida pela Nippon Telephone and Telegraph (N.T.T), muito utilizado no Japão por companhias dedicadas à fabricação de fibras ópticas.A matéria prima que utiliza é a mesma que o metodo M.C.V.D, sua diferença com este radica, que neste último somente se depositava o núcleo, enquanto neste além do núcleo da FO se deposita o revestimento. Por esta razão deve cuidar-se que na zona de deposición axial ou núcleo, se deposite mais dióxido de germanio que na periferia, o que se conseguem através da introdução dos parámetros de desenho no software que serve de apoio no processo de fabricação. A partir de um cilindro de vidro auxiliar que serve de suporte para a preforma, se inicia o processo de criação desta, se depositando ordenadamente os materiais, a partir do extremo do cilindro ficando assim conformada o telefonema "preforma porosa".Conforme sua taxa de crescimento vai-se desprendendo do cilindro auxiliar de vidro.O seguinte passo consiste no colapsado, onde se submete a preforma porosa a uma temperatura compreendida entre os 1.500 °C e 1.700 °C, se conseguindo assim o reblandamiento do cuarzo.Ficando convertida a preforma porosa oca em seu interior no cilindro maciço e transparente, mediante o qual se costuma descrever a preforma.
Entre suas vantagens, comparado com o método anterior (M.C.V.D) permite obter preformas com maior diâmetro e maior longitude ao mesmo tempo que precisa um menor contribua energético.Como inconveniente se destaca como um o de maior cognotación, a sofisticación que requer em equipa necessários para sua realização.
- Ou.V.D Outside Vapor Deposition
Desenvolvido por Corning Glass Work.Parte de uma vareta de substrato cerâmica e um quemador.No lume do quemador são introduzidos os cloruros vaporosos e esta caldea a vareta.A seguir realiza-se o processo denominado síntese da preforma, que consiste no secado da mesma mediante cloro gasoso e o correspondente colapsado de forma análoga aos realizados com o método V.A.D, ficando assim sintetizados o núcleo e revestimento da preforma.
Entre as Vantagens, é de citar que as taxas de deposición que se atingem são da ordem de , 
o que representa uma taxa de fabricação de FO de , 
tendo sido eliminadas as perdas iniciais no passo de esticado da preforma.
Também é possível a fabricação de fibras de muito baixo enfraquecimento e de grande qualidade mediante a optimização no processo de secado, porque os perfis assim obtidos são lisos e sem estrutura anular reconocible.
- P.C.V.D Plasma Chemical Vapor Deposition
É desenvolvido por Philips, caracteriza-se pela obtenção de perfis lisos sem estrutura anular reconocible.Seu princípio baseia-se na oxidación dos cloruros de silício e germanio, criando nestes um estado de plasma, seguido do processo de deposición interior.
A etapa de esticado da preforma
Seja qualquer que se utilize das técnicas que permitem a construção da preforma é de comum a todas o processo de esticado desta.Consiste basicamente na existência de um forno tubular aberto, em cujo interior se submete a preforma a uma temperatura de 2.000 °C, conseguindo assim o reblandamiento do cuarzo e ficando fixado o diâmetro exterior da FO.
Este diâmetro tem-se de manter constante enquanto aplica-se uma tensão sobre a preforma, para conseguir isto precisamente a constancia e uniformidad na tensão de tracção e a ausência de correntes de convección no interior do forno, são os factores que o permitem.
Neste processo tem-se de cuidar que na atmosfera interior do forno esteja isolada de partículas provenientes do exterior para evitar que a superfície reblandecida da FO possa ser contaminada, ou se possam criar microfisuras, com a consequente e inevitável rompimento da fibra.Também é aqui onde se aplica à fibra um material sintético, que geralmente é um polimerizado viscoso, o qual possibilita as elevadas velocidades de esticado, compreendidas entre 
e 
, se conformando assim uma capa uniforme sobre a fibra totalmente livre de borbulhas e impurezas.Posterioremente passa ao endureciemiento da protecção dantes descrita ficando assim a capa definitiva de polímero elástico.Isto se realiza habitualmente mediante processos térmicos ou a trávés de processos de reacções químicas mediante o emprego de radiaciones ultravioletas.
Aplicações
Seu uso é muito variado: desde comunicações digitais, passando por sensores e chegando a usos decorativos, como árvores de Navidad, veladores e outros elementos similares. Aplicações da fibra monomodo: Cabos submarinos, cabos interurbanos, etc.
Comunicações com fibra óptica
A fibra óptica emprega-se como médio de transmissão para as redes de telecomunicações, já que por sua flexibilidade os condutores ópticos podem se agrupar formando cabos. As fibras usadas neste campo são de plástico ou de vidro, e algumas vezes dos dois tipos. Para usos interurbanos são de vidro, pelo baixo enfraquecimento que têm.
Para as comunicações empregam-se fibras multimodo e monomodo, usando as multimodo para distâncias curtas (até 5000 m) e as monomodo para acoplamentos de longa distância. Como as fibras monomodo são mais sensíveis a junte-los, soldas e conectores, as fibras e os componentes destas são de maior custo que os das fibras multimodo.
Sensores de fibra óptica
As fibras ópticas podem-se utilizar como sensores para medir a tensão, a temperatura, a pressão e outros parámetros. O tamanho pequeno e o facto de que por elas não circula corrente eléctrica lhe dá certas vantagens com respeito ao sensor eléctrico.
As fibras ópticas utilizam-se como hidrófonos para os sismos ou aplicações de sónar . Desenvolveu-se sistemas hidrofónicos com mais de 100 sensores usando a fibra óptica. Os hidrófonos são usados pela indústria de petróleo bem como as marinhas de guerra de alguns países. A companhia alemã Sennheiser desenvolveu um microfone que trabalhava com um laser e as fibras ópticas.
Os sensores de fibra óptica para a temperatura e a pressão desenvolveram-se para poços petrolíferos. Estes sensores podem trabalhar a maiores temperaturas que os sensores de semiconductores.
Outro uso da fibra óptica como um sensor é o giroscopio óptico que usa o Boeing 767 e o uso em microsensores do hidrógeno.
Iluminação
Outro uso que lhe podemos dar à fibra óptica é o de alumiar qualquer espaço. Devido às vantagens que este tipo de iluminação representa nos últimos anos tem começado a ser muito utilizado.
Entre as vantagens da iluminação por fibra podemos mencionar:
- Ausência de electricidade e calor: Isto se deve a que a fibra só tem a capacidade de transmitir os fazes de luz além de que o lustre que alumia a fibra não está em contacto directo com a mesma.
- Pode-se mudar de cor a iluminação sem necessidade de mudar o lustre: Isto se deve a que a fibra pode transportar o faz de luz de qualquer cor sem importar a cor da fibra.
- Com um lustre pode-se fazer uma iluminação mais ampla por médio de fibra: Isto é como com um lustre se pode alumiar várias fibras e as colocar em diferentes lugares.
Mais usos da fibra óptica
- Pode-se usar como uma guia de onda em aplicações médicas ou industriais nas que é necessário guiar um faz de luz até um alvo que não se encontra na linha de visão.
- A fibra óptica pode-se empregar como sensor para medir tensões, temperatura, pressão bem como outros parámetros.
- É possível usar latiguillos de fibra junto com lentes para fabricar instrumentos de visualização longos e delgados chamados endoscopios. Os endoscopios usam-se em medicina para visualizar objectos através de um buraco pequeno. Os endoscopios industriais usam-se para propósitos similares, como por exemplo, para inspeccionar o interior de turbinas.
- As fibras ópticas empregaram-se também para usos decorativos incluindo iluminação, árvores de Navidad.
- Linhas de abonado
- As fibras ópticas são muito usadas no campo da iluminação. Para edifícios onde a luz pode ser recolhida na azotea e ser levada mediante fibra óptica a qualquer parte do edifício.
- Também é utilizada para trucar o sistema sensorial dos táxis provocando que o taxímetro (alguns lhe chamam cuentafichas) não marque o custo real da viagem.
- Emprega-se como componente na confección do hormigón translúcido, invenção criada pelo arquitecto húngaro Rum Losonczi, que consiste em uma mistura de hormigón e fibra óptica formando um novo material que oferece a resistência do hormigón mas adicionalmente, apresenta a particularidad de deixar traspassar a luz de par em par.
Características
A fibra óptica é uma guia de ondas dieléctrica que opera a frequências ópticas.
A cada filamento consta de um núcleo central de plástico ou cristal (óxido de silício e germanio) com um alto índice de refração, rodeado de uma capa de um material similar com um índice de refração ligeiramente menor. Quando a luz chega a uma superfície que limita com um índice de refração menor, se reflete em grande parte, quanto maior seja a diferença de índices e maior o ângulo de incidencia, se fala então de reflexão interna total.
No interior de uma fibra óptica, a luz vai-se refletindo contra as paredes em ângulos muito abertos, de tal forma que praticamente avança por seu centro. Deste modo, podem-se guiar os sinais luminosos sem perdas por longas distâncias.
Ao longo de toda a criação e desenvolvimento da fibra óptica, algumas de suas características têm ido mudando para a melhorar. As características mais destacables da fibra óptica na actualidade são:
- Cobertura mais resistente: A coberta contém um mais 25% material que as cobertas convencionais.
- Uso dual(interior e exterior): A resistência à água e emissões ultravioleta, a coberta resistente e o funcionamento ambiental estendido da fibra óptica contribuem a uma maior confiabilidad durante o tempo de vida da fibra.
- Maior protecção em lugares húmidos: Combate-se a intrusión da humidade no interior da fibra com múltiplas capas de protecção ao redor desta, o que proporciona à fibra, uma maior vida útil e confiabilidad em lugares húmidos.
- Empacotado de alta densidade: Com o máximo número de fibras no menor diâmetro possível consegue-se uma mais rápida e mais fácil instalação, onde o cabo deve enfrentar dobleces agudos e espaços estreitos. Chegou-se a conseguir um cabo com 72 fibras de construção súper densa cujo diâmetro é um 50% menor ao dos cabos convencionais.
Funcionamento
Os princípios básicos de seu funcionamento justificam-se aplicando as leis da óptica geométrica, principalmente, a lei da refração (princípio de reflexão interna total) e a lei de Snell.
Seu funcionamento baseia-se em transmitir pelo núcleo da fibra um faz de luz, tal que este não atravesse o revestimento, senão que se reflita e se siga propagando. Isto se consegue se o índice de refração do núcleo é maior ao índice de refração do revestimento, e também se o ângulo de incidencia é superior ao ângulo limite.
Vantagens
1.- Uma banda de passagem muito larga, o que permite fluxos muito elevados (da ordem do Ghz).
2.- Pequeno tamanho, por tanto ocupa pouco espaço.
3.- Grande flexibilidade, a rádio de curvatura pode ser inferior a 1 cm, o que facilita a instalação enormemente.
4.- Grande ligereza, o peso é da ordem de algumas gramas por quilómetro, o que resulta umas nove vezes menos que o de um cabo convencional.
5.- Inmunidad total às perturbaciones de origem electromagnético, o que implica uma qualidade de transmissão muito boa, já que o sinal é inmune às tormentas, chisporroteo...
6.- Grande segurança: a intrusión em uma fibra óptica é facilmente detectable pelo debilitamiento da energia luminosa em recepção, ademais, não radia nada, o que é particularmente interessante para aplicações que requerem alto nível de confidencialidad.
7.- Não produz interferências.
8.- Insensibilidad aos parasitas, o que é uma propriedade principalmente utilizada nos meios industriais fortemente perturbados (por exemplo, nos túneis do metro). Esta propriedade também permite a coexistencia pelos mesmos condutos de cabos ópticos não metálicos com os cabos de energia eléctrica.
9.- Enfraquecimento muito pequeno independente da frequência, o que permite salvar distâncias importantes sem elementos activos intermediários.
10.- Grande resistência mecânica (resistência à tracção, o que facilita a instalação).
11.- Resistência ao calor, frio, corrosão.
12.- Facilidade para localizar os cortes graças a um processo baseado na telemetria, o que permite detectar rapidamente o lugar e posterior reparo da avaria, simplificando o labor de manutenção.
Desventajas
Apesar das vantagens dantes listadas, a fibra óptica apresenta uma série de desventajas em frente a outros meios de transmissão, sendo as mais relevantes as seguintes:
- A alta fragilidad das fibras.
- Necessidade de usar transmissores e receptores mais caros.
- Junte-los entre fibras são difíceis de realizar, especialmente no campo, o que dificulta os reparos em caso de ruptura do cabo.
- Não pode transmitir electricidade para alimentar repetidores intermediários.
- A necessidade de efectuar, em muitos casos, processos de conversão eléctrica-óptica.
- A fibra óptica convencional não pode transmitir potências elevadas.[1]
- Não existem memórias ópticas.
Assim mesmo, o custo da fibra só se justifica quando sua grande capacidade de largo de banda e baixo enfraquecimento são requeridos. Para baixo largo de banda pode ser uma solução bem mais cara que o condutor de cobre.
A fibra óptica não transmite energia eléctrica, isto limita sua aplicação onde o terminal de recepção deve ser energizado desde uma linha eléctrica. A energia deve proveerse por condutores separados.
As moléculas de hidrógeno podem difundir nas fibras de silício e produzir mudanças no enfraquecimento. A água corroe a superfície do vidro e resulta ser o mecanismo mais importante para o envejecimiento da fibra óptica.
Incipiente normativa internacional sobre alguns aspectos referentes aos parámetros dos componentes, qualidade da transmissão e provas.
Tipos
As diferentes trajectórias que pode seguir um faz de luz no interior de uma fibra se denominam modos de propagación. E segundo o modo de propagación teremos dois tipos de fibra óptica: multimodo e monomodo.
Fibra multimodo
Uma fibra multimodo é aquela na que os fazes de luz podem circular por mais de um modo ou caminho. Isto supõe que não chegam todos ao mesmo tempo. Uma fibra multimodo pode ter mais de mil modos de propagación de luz. As fibras multimodo usam-se comummente em aplicações de curta distância, menores a 1 km; é simples de desenhar e económico.
O núcleo de uma fibra multimodo tem um índice de refração superior, mas da mesma ordem de magnitude, que o revestimento. Devido ao grande tamanho do núcleo de uma fibra multimodo, é mais fácil de ligar e tem uma maior tolerância a componentes de menor precisão.
Dependendo o tipo de índice de refração do núcleo, temos dois tipos de fibra multimodo:
- Índice escalonado: neste tipo de fibra, o núcleo tem um índice de refração constante em toda a secção cilíndrica, tem alta dispersión modal.
- Índice gradual: enquanto neste tipo, o índice de refração não é constante, tem menor dispersión modal e o núcleo se constitui de diferentes materiais.
Ademais, segundo o sistema ISO 11801 para classificação de fibras multimodo segundo seu largo de banda inclui-se o formato OM3 (monomodo sobre laser) aos já existentes OM1 e OM2 (monomodos sobre LED).
- OM1: Fibra 62.5/125 µm, suporta até Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usam LED como emissores
- OM2: Fibra 50/125 µm, suporta até Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usam LED como emissores
- OM3: Fibra 50/125 µm, suporta até 10 Gigabit Ethernet(300 m), usam laser (VCSEL) como emissores.
Baixo OM3 conseguiram-se até 2000 MHz·Km (10 Gbps), isto é, umas velocidades 10 vezes maiores que com OM1.
Fibra monomodo
Uma fibra monomodo é uma fibra óptica na que só se propaga um modo de luz. Consegue-se reduzindo o diâmetro do núcleo da fibra até um tamanho (8,3 a 10 mícrons) que só permite um modo de propagación. Sua transmissão é paralela ao eixo da fibra. A diferença das fibras multimodo, as fibras monomodo permitem atingir grandes distâncias (até 400 km máximo, mediante um laser de alta intensidade) e transmitir elevadas taxas de informação (dezenas de Gb/s).
Tipos segundo seu desenho
De acordo a seu desenho, existem dois tipos de cabo de fibra óptica
Cabo de estrutura holgada
É um cabo empregado tanto para exteriores como para interiores que consta de vários canos de fibra rodeando um membro central de reforço e provisto de uma coberta protectora. A cada cano de fibra, de dois a três milímetros de diâmetro, leva várias fibras ópticas que descansam holgadamente nele. Os canos podem ser ocos ou estar cheios de um gel hidrófugo que actua como protector antihumedad impedindo que a água entre na fibra. O cano holgado isola a fibra das forças mecânicas exteriores que se exerçam sobre o cabo.
Seu núcleo complementa-se com um elemento que lhe brinda resistência à tracção que bem pode ser de vareta flexível metálica ou dieléctrica como elemento central ou de hilaturas de Aramida ou fibra de vidro situadas perifericamente.
Cabo de estrutura ajustada
É um cabo desenhado para instalações no interior dos edifícios, é mais flexível e com uma rádio de curvatura mais pequeno que o que têm os cabos de estrutura holgada.
Contém várias fibras com protecção secundária que rodeiam um membro central de tracção, todo isso coberto de uma protecção exterior. A cada fibra tem uma protecção plástica extrusionada directamente sobre ela, até atingir um diâmetro de 900 µm rodeando ao recubrimiento de 250 µm da fibra óptica. Esta protecção plástica além de servir como protecção adicional em frente ao meio, também provee um suporte físico que serviria para reduzir seu custo de instalação ao permitir reduzir as bandejas de juntes.
Componentes da fibra óptica
Dentro dos componentes que se usam na fibra óptica cabem destacar os seguintes: os conectores, o tipo de emissor do faz de luz, os conversores de luz, etc.
Transmissor de energia óptica. Leva um modulador para transformar o sinal electrónico entrante à frequência aceitada pela fonte luminosa, a qual converte o sinal electrónico (elétrons) em um sinal óptico (fotones) que se emite através da fibra óptica.
Detector de energia óptica. Normalmente é um fotodiodo que converte o sinal óptico recebida em elétrons (é necessário também um amplificador para gerar o sinal)
Fibra Óptica. Seu componente é o silício e liga-se à fonte luminosa e ao detector de energia óptica. Ditas conexões requerem uma tecnologia complexa.
Tipos de conectores
Estes elementos encarregam-se de ligar as linhas de fibra a um elemento, já pode ser um transmissor ou um receptor. Os tipos de conectores disponíveis são muito variados, entre os que podemos encontrar se acham os seguintes:
- FC, que se usa na transmissão de dados e nas telecomunicações.
- FDDI, usa-se para redes de fibra óptica.
- LC e MT-Array que se utilizam em transmissões de alta densidade de dados.
- SC e SC-Dúplex utilizam-se para a transmissão de dados.
- ST ou BFOC usa-se em redes de edifícios e em sistemas de segurança.
Emissores do faz de luz
Estes dispositivos encarregam-se de emitir o faz de luz que permite a transmissão de dados, estes emissores podem ser de dois tipos:
- LEDs. Utilizam uma corrente de 50 a 100 mA, sua velocidade é lenta, só se pode usar em fibras multimodo, mas seu uso é fácil e seu tempo de vida é muito grande, além de ser económicos.
- Lasers. Este tipo de emissor usa uma corrente de 5 a 40 mA, são muito rápidos, pode-se usar com os dois tipos de fibra, monomodo e multimodo, mas pelo contrário seu uso é difícil, seu tempo de vida é longo mas menor que o dos LEDs e também são bem mais caros.
Conversores luz-corrente eléctrica
Este tipo de conversores convertem os sinais ópticos que procedem da fibra em sinais eléctricas. Limitam-se a obter uma corrente a partir da luz modulada incidente, esta corrente é proporcional à potência recebida, e por tanto, à forma de onda do sinal moduladora.
Fundamenta-se no fenómeno oposto à recombinación, isto é, na geração de pares elétron-oco a partir dos fotones. O tipo mais singelo de detector corresponde a uma união semiconductora P-N.
As condições que deve cumprir um fotodetector para sua utilização no campo das comunicações, são as seguintes:
- A corrente inversa (em ausência de luz) deve ser muito pequena, para assim poder detectar sinais ópticas muito débis (alta sensibilidade).
- Rapidez de resposta (grande largo de banda).
- O nível de ruído gerado pelo próprio dispositivo tem de ser mínimo.
Há dois tipos de detectores: os fotodiodos PIN e os de avalanche APD.
- Detectores PIN: Seu nome vem de que se compõem de uma união P-N e entre essa união se intercala uma nova zona de material intrínseco (I), a qual melhora a eficácia do detector.
Utiliza-se principalmente em sistemas que permitem uma fácil discriminação entre possíveis níveis de luz e em distâncias curtas.
- Detectores APD: O mecanismo destes detectores consiste em lançar um elétron a grande velocidade (com a energia suficiente), contra um átomo para que seja capaz de lhe arrancar outro elétron.
Estes detectores podem-se classificar em três tipos:
- de silício: apresentam um baixo nível de ruído e um rendimento de até o 90% trabalhando em primeira janela. Requerem alta tensão de alimentação (200-300V).
- de germanio : aptos para trabalhar com longitudes de onda compreendidas entre 1000 e 1300 nm e com um rendimento de 70%.
- de compostos dos grupos III e V.
Cabos de fibra óptica
Um cabo de fibra óptica este composto por um grupo de fibras ópticas pelo qual se transmitem sinais luminosos. As fibras ópticas compartilham seu espaço com hiladuras de aramida que lhe conferem a necessária resistência à tracção.
Os cabos de fibra óptica proporcionam uma alternativa sobre os coaxiales na indústria da electrónica e as telecomunicações. Assim, um cabo com 8 fibras ópticas tem um tamanho bastante mais pequeno que os utilizados habitualmente, pode suportar as mesmas comunicações que 60 cabos de 1623 pares de cobre ou 4 cabos coaxiales de 8 canos, todo isso com uma distância entre repetidores muito maior.
Por outro lado, o peso do cabo de fibra óptica é muitíssimo menor que o dos coaxiales, já que uma bobina do cabo de 8 fibras dantes citado pode pesar da ordem de 30 kg/km, o que permite efectuar tendidos de 2 a 4 km de uma sozinha vez, enquanto no caso dos cabos de cobre não são práticas distâncias superiores a 250 - 300 m.
A “fibra óptica” não se costuma empregar tal e como se obtém depois de seu processo de criação (tão só com o revestimento primário), senão que há que a dotar da mais elementos de reforço que permitam sua instalação sem pôr em risco ao vidro que a conforma. É um processo difícil de levar a cabo, já que o vidro é quebradizo e pouco dúctil. Ademais, a secção da fibra é muito pequena, pelo que a resistência que oferece a se romper é praticamente nula. É por tanto necessário proteger mediante a estrutura que denominamos cabo.
As funções do cabo
As funções do cabo de fibra óptica são várias. Actua como elemento de protecção da fibra/s óptico/s que há em seu interior em frente a danos e fracturas que possam se produzir tanto no momento de sua instalação como ao longo da vida útil desta. Ademais,proporciona suficiente consistência mecânica para que possa se manejar nas mesmas condições de tracção, compressão, torque e medioambientales que os cabos de condutores. Para isso incorporam elementos de reforço e isolamento em frente ao exterior.
Instalação e exploração
Referente à instalação e exploração do cabo, encontramos-nos em frente à questão essencial de que tensão é a máxima que deve se admitir durante o tendido para que o cabo não se rompa e se garanta uma vida média de uns 20 anos.
Técnicas de junte: Os tipos de juntes podem ser:
- Junte mecânico com o qual se podem provocar perdas da ordem de 0.5 dB.
- Junte com colas com o qual se podem provocar perdas da ordem de 0.2 dB.
- Junte por fusão de arco eléctrico com o qual se conseguem perdas da ordem de 0.2 dB.
Elementos e desenho do cabo de fibra óptica
A estrutura de um cabo de fibra óptica dependerá em grande parte da função que deva desempenhar essa fibra. Apesar disto, todos os cabos têm uns elementos comuns que devem ser considerados e que compreendem: o revestimento secundário da fibra ou fibras que contém; os elementos estruturais e de reforço; funda-a exterior do cabo, e as protecções contra a água. Existem três tipos de revestimento secundário”:
- “Revestimento cingido”: Consiste em um material (geralmente plástico duro como o nylon ou o poliéster) que forma uma coroa anular maciça situada em contacto directo com o revestimento primário. Isto gera um diâmetro externo final que oscila entre 0’5 e 1 mm. Isto proporciona à fibra uma protecção contra microcurvaturas, com exceção do momento de sua montagem, que há que vigiar que não as produza ela mesma.
- “Revestimento holgado oco”: Proporciona uma cavidade sobredimensionada. Emprega-se um cano oco extruido (construído passando um metal candente pelo plástico) de material duro, mas flexível, com um diâmetro variável de 1 a 2 mm. O cano isola à fibra de vibrações e variações mecânicas e de temperatura externas.
- “Revestimento holgado com recheado”: O revestimento holgado anterior pode-se rechear de um composto resistente à humidade, com o objectivo de impedir o passo da água à fibra. Ademais tem de ser suave, dermatológicamente inocuo, fácil de extrair, autorregenerativo e estável para uma faixa de temperaturas que oscila entre os ¬ 55 e os 85 °C É frequente o emprego de derivados do petróleo e compostos de silicona para este cometido.
Elementos estruturais
Os elementos estruturais do cabo têm como missão proporcionar o núcleo ao redor do qual se sustentam as fibras, já sejam trenzadas ao redor dele ou se dispersando de forma paralela a ele em ranhuras praticadas sobre o elemento a tal efeito.
Elementos de reforço
Têm por missão suportar a tracção à que este se vê submetido para que nenhuma de suas fibras sofra uma elongación superior à permitida. Também deve evitar possíveis torques. Têm de ser materiais flexíveis e, já que empregar-se-ão quilómetros deles têm de ter um custo asequible. Costumam-se utilizar materiais como o aço, Kevlar e a fibra de vidro.
Funda
Por último, todo o cabo possui uma funda, geralmente de plástico cujo objectivo é proteger o núcleo que contém o médio de transmissão em frente a fenómenos externos a este como são a temperatura, a humidade, o fogo, os golpes externos, etc. Dependendo de pára que seja destinada a fibra, a composição da funda variará. Por exemplo, se vai ser instalada em canalizaciones de planta exterior, devido ao peso e à tracção bastará com um revestimento de polietileno extruido. Se o cabo vai ser aéreo, onde só importa a tracção no momento da instalação preocupar-nos-á mais que a funda ofereça resistência às geladas e ao vento. Se vai ser enterrado, quereremos uma funda que, ainda que seja mais pesada, suporte golpes e aplastamientos externos. No caso das fibras submarinas funda-a será uma complexa sobreposição de várias capas com diversas funções aislantes.
Perda nos cabos de Fibra Óptica
À perda de potência através do médio conhece-se como Enfraquecimento, é expressar em decibelios, com um valor positivo em dB, é causada por diferentes motivos, como a diminuição no largo de banda do sistema, velocidade, eficiência. A fibra de tipo multimodal, tem maior perda como a onda luminosa dispersa-se originada pelas impurezas. As principais causas de perda no médio são:
-Perdas por absorción -Perda de Rayleigh -Dispersión cromática -Perdas por radiación -Dispersión modal -Perdas por acoplamento
Perdas por absorción Ocorre quando as impurezas na fibra absorvem a luz, e esta se converte em energia calorífica; as perdas normais vão de 1 a 1000 dB/Km.
Perda de Rayleigh No momento da manufactura da fibra, existe um momento onde não é líquida nem sólida a tensão aplicada durante o enfriamiento provoca microscópicas irregularidades que ficam permanentemente; quando os raios de luz passam pela fibra, estes se difractan fazendo que a luz vá em diferentes direcções.
Dispersión cromática Esta dispersión só se observa nas fibras tipo unimodal, ocorre quando os raios de luz emitidos pela fonte e se propagam sobre o médio, não chegam ao extremo oposto no mesmo tempo; isto se pode solucionar mudando o emissor fonte.
Perdas por radiación Estas perdas apresentam-se quando a fibra sofre de dobleces, isto pode ocorrer na instalação e variação na trajectória, quando se apresenta descontinuidade no médio.
Dispersión modal É a diferença nos tempos de propagación dos raios de luz.
Perdas por acoplamento As perdas por acoplamento dão-se quando existem uniões de fibra, se devem a problemas de alineamiento.
Conectores
Os conectores mais comuns usados na fibra óptica para redes de área local são os conectores ST e SC.
O conector SC (Set and Connect) é um conector de inserção directa que costuma se utilizar em interruptores Ethernet de tipo Gigabit. O conector ST (Set and Twist) é um conector similar ao SC, mas requer um giro do conector para sua inserção, de modo similar aos conectores coaxiales. tambien pode-se ver como um ponto de fazes de luzes que emitem uma quantidade de informacion muito grande em demasiado tempo
Regular e protocolo de canal de fibra
O regular de Canal de Fibra
O regular Fibre Channel FCS por suas siglas em inglês, define um mecanismo de transferência de dados de alta velocidade, que pode ser usado para ligar estações de trabalho, mainframes, supercomputadoras, dispositivos de armazenamento, por exemplo. FCS está dirigido à necessidade de transferir a muito alta velocidade um grande volume de informação e pode reduzir aos sistemas de manufactura, do ónus de suportar uma grande variedade de canais e redes, assim mesmo provee de um sozinho regular para as redes, armazenamento e a transferência de dados.
Protocolo Canal de Fibra
É a interface entre o protocolo SCSI e o canal de fibra.
As principais características são as seguintes:
- Leva a cabo de 266 megabits/seg. a 4 gigabits/seg.
- Suporta tanto meios ópticos como eléctricos, trabalhando de 133 Megabits/seg a 1062 Megabits com distâncias de acima de 10 km.
- Suporte para múltiplos níveis de custo e performance.
- Habilidade para transmitir múltiplos jogos de comandos, incluídos IP, SCSI, IPI, HIPPI-FP, audio e video.
O canal de fibra consiste nas seguintes capas:
- FC-0 – A interface para a capa física
- FC-1- A codificação e decodificación dos dados capa de enlace.
- FC-2- A transferência de tramas, sequências e intercâmbio, compreende o protocolo de unidade de informação (PDU´s).
- FC-3- Serviços comuns requeridos para as características avançadas como o desarmado de tramas e multicast.
- FC-4- Interface de aplicação que pode executar sobre o canal de fibra como o protocolo de canal de fibra para SCSI (FCP)
Tipos de Dispersión
A dispersión é a propriedade física inherente das fibras ópticas, que define o largo de banda e a interferência ínter simbólica (ISI).
- Dispersión intermodal: também conhecida como dispersión modal, é causada pela diferença nos tempos de propagación dos raios de luz que tomam diferentes trajectórias por uma fibra. Este tipo de dispersión só afecta às fibras multimodo.
- Dispersión intramodal do material: isto é o resultado das diferentes longitudes de onda da luz que se propagam a diferentes velocidades através de um médio dado.
- Dispersión intramodal da guia de onda: É função do largo de banda do sinal de informação e a configuração da guia geralmente é mais pequena que a dispersión anterior e pelo qual se pode desprezar.
Veja-se também
Referências
Enlaces externos
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- Fibra óptica até o lar (UOC)
- Capas do protocolo Fibre Channelckb:کێبڵی تیشکی
