Andr� Luiz Gon�alves Campos <andrel@saneago.com.br> Show
Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP) 1. Introdu��o 1. Introdu��oDesde que foram desenvolvidas, as fibras �pticas representaram uma revolu��o na forma de transmitir informa��es. A fibra �ptica vem sendo utilizada para transmitir voz, televis�o e sinais de dados por ondas de luz, por meios de fios finos e flex�veis, constitu�dos de vidro ou pl�stico que, comparados com fios met�licos, apresentam in�meras vantagens. N�o � mais mera curiosidade de laborat�rios de pesquisas. S�o, agora, uma importante tecnologia, provada e aprovada, um realidade reconhecida. Na �rea dos Sistemas de Telecomunica��es, a fibra �ptica possui um campo bem vasto de estudo. Por isto o estudo de conceitos b�sicos de �tica � usado tanto em fibras como em feixes �pticos. O sistema �ptico � parte �ptica e parte eletr�nica. O entendimento de segmentos �ptico, eletr�nico e de comunica��es vem a ser, ent�o, importante para o estudo de estruturas �pticas. O objetivo deste artigo � apresentar v�rios conceitos relacionados com fibra �ptica, ferramentas, t�cnicas empregadas, novas tend�ncias e expectativa de mercado. Como o tema pode ser tornar extenso, vamos dividir este artigo em duas partes. ^ 2. SurgimentoSuas ra�zes s�o do s�culo XIX, como um dispositivo denominado FOTOFEN que convertia, utilizando a luz do sol e lentes montadas em transdutor que ao contato com o som vibrava, sinais de voz em sinais �pticos. Narinder Singh Kanpany, f�sico indiano, foi quem inventou a fibra �ptica, que passou a ter aplica��es pr�ticas na d�cada de 60 com o advento da cria��o de fontes de Luz de estado s�lido, como o raio laser e led. ^ 3. Hist�rico e conceitos3.1 Hist�ricoH� cinco milh�es de anos, homens primitivos iniciaram as comunica��es �pticas com sinais e gestos visuais:
^ 3.2 Natureza da LuzA luz pode, em alguns casos, apresentar caracter�sticas de part�culas (corpos dotados de massa) e, em outros, de ondas (energia) ou ainda, em alguns casos, aparecer como f�tons, que parece um raio ou part�culas eletromagn�ticas que se movem em alta velocidade. Esta velocidade � t�o extraordinariamente alta que apresentam sua massa nula, nos fazendo classific�-los como n�o existentes. Por isso, � melhor trat�-los como pacotes de energia, para poderem ser observados e medidos. Pela teoria da luz como part�cula, podemos descrever o que ocorre com a part�cula quando ela � transmitida - o efeito fotoel�trico: que descreve que quando a luz atinge a superf�cie de determinados s�lidos causa a emiss�o de el�trons. Mas n�o conseguir�amos, apenas com esta teoria, explicar o comportamento da luz durante a emiss�o e a absor��o, nem descrever v�rios outros fen�menos relacionados � luz. A teoria das ondas explica melhor a propaga��o ou transmiss�o da luz. Explica muito bem, por exemplo, por que os feixes de luz passam uns entre os outros sem causar dist�rbios entre si. � importante, ent�o, notar que � um erro generalizar a luz como part�culas ou como ondas. De acordo com a situa��o, uma ou outra teoria descreve melhor um determinado fen�meno. ^ 3.3 Velocidade da LuzEm 1675, o astr�nomo Roemer, atrav�s de suas observa��es astron�micas sobre o per�odo de revolu��o de uma das luas de J�piter, obteve a primeira verdadeira indica��o de grandeza para a velocidade da luz. Em 1849, o f�sico franc�s Fizeau fez a primeira medi��o n�o astron�mica da velocidade da luz, depois aperfei�oada pelo tamb�m f�sico Foucault em 1850 e, entre 1880 e 1930, pelo f�sico Michelson. Mas muito antes destes outros f�sicos, Galileu fez a primeira tentativa de medir a velocidade de propaga��o da luz. O experimento funcionou da seguinte maneira: Galileu e seu assistente foram at� o topo de duas colinas, com uma dist�ncia de aproximadamente uma milha, cada um munido com uma lanterna e um anteparo para cobr�-la. A inten��o de Galileu era medir o tempo necess�rio para a luz percorrer o dobro da dist�ncia entre os observadores. Ele ent�o pensou: o observador A descobriria sua lanterna e o observador B, quando visse a luz da lanterna do observador A, descobriria a sua. O tempo inicial de A e sua vis�o da luz de B seria o tempo necess�rio para a luz ir e vir entre os dois observadores. Mas Galileu n�o conseguiu, com isto, obter nenhum valor para a velocidade da luz, porque a velocidade dela � t�o grande que o intervalo de tempo para ser medido � muito menor que as flutua��es do tempo de resposta dos observadores. A teoria eletromagn�tica de Maxwell, em que ele trata a luz como uma onda eletromagn�tica, n�o envolve diretamente a luz. Ele descreve que a velocidade de uma onda eletromagn�tica no v�cuo est� relacionada a uma constante el�trica, que pode ser determinada por uma medida da capacit�ncia de um capacitor de placas planas e paralelas, e uma constante magn�tica, que est� relacionada com a unidade Si de corrente el�trica. Precisamente, esta velocidade � de 299 792 500 m/s. Para a maioria das aplica��es pr�ticas, esse n�mero � aproximado para 300 000 000 m/s. ^ 3.4 Ondas eletromagn�ticasAs ondas eletromagn�ticas, que s�o geradas pela acelera��o de cargas el�tricas, incluem a luz vis�vel, as ondas de r�dio e as de radar, os raios gama, microondas e outras, que envolvem a propaga��o de ondas de campos el�tricos e magn�ticos atrav�s do espa�o, com velocidade de 300 000 000 m/s no v�cuo. A diferen�a entre as radia��es em diferentes partes do espectro deste tipo citadas � uma quantidade que pode ser medida em v�rios caminhos, como o comprimento de onda, a energia de um f�ton ou a oscila��o da freq��ncia em um campo eletromagn�tico. Cada medida possui sua pr�pria unidade de medida, seja ela comprimento de onda, energia ou freq��ncia. Internacionalmente, a mais usada � o comprimento de onda, sendo medido em unidades m�tricas, microm�tricas (10 elevado menos 6 m) e em manom�tricas (10 elevado menos 9 m). A freq��ncia � medida em ciclos por segundo (cps) ou hertz (hz). Todas as medidas nos informam a mesma coisa, e existem equa��es que convertem estas medidas em diferentes valores. Uma delas < C=lambida x f = 3 x 10elevado8 m/segundos > mede, por exemplo, a velocidade da luz (c) em fun��o de comprimento de onda (Lambida) e da freq��ncia (f). Se preferir utilizar o f�ton energia (E) para fibras, utilize a Lei de Plank < E = h x v > em que (H) � a constante de Plank e (v) a freq��ncia. A mesma equa��o, agora em fun��o do comprimento de onda, ficaria < E = 1,2406 / Lambida >. Queremos observar do espectro de freq��ncia apenas uma pequena regi�o denominada de regi�o �ptica, em que as fibras �pticas trabalham. Esta regi�o inclui uma luz vis�vel para os olhos humanos com o comprimento de onda que varia entre 400 e 700 nm, perto da regi�o do infravermelho e do ultravioleta, que possuem propriedades similares. Toma-se o �ndice Refrativo (n) com a mais importante medida �ptica para os materiais transparentes, que � descrito como sendo uma raz�o entre a velocidade da luz no v�cuo e a velocidade da luz no meio. O �ndice refrativo ser� sempre menor que 1, quando medimos a velocidade da luz no material que � sempre menor que a velocidade da luz no v�cuo. A transmiss�o de um raio de luz diretamente em linhas de materiais �pticos surgem determinadas situa��es em seu interior. Existe uma distor��o da luz quando esta passa do ar para o vidro. Esta distor��o depende fundamentalmente do �ndice de refra��o, em que surge um �ngulo no qual a luz alcan�a a outra superf�cie. Os �ngulos de incid�ncia e refra��o s�o medidos n�o do plano da superf�cie, mas da linha norma, isto �, perpendicular � face. A rela��o � conhecida como Lei de Snell < ni sin I = nr sin R > onde ni e nr s�o os �ndices de refra��o do meio incidente e do meio refrativo, I e R s�o os �ngulos de incid�ncia e de refra��o. Lei de Snell A Lei de Snell indica que a refra��o n�o pode tomar lugar quando o �ngulo de incid�ncia � muito grande. Se ele exceder um valor cr�tico, que denominamos de �ngulo cr�tico, em que o seno do �ngulo de refra��o se igualaria a ele, a luz n�o pode caminhar no vidro. O fen�meno de reflex�o interna total, que sustenta e mant�m a luz confinada na fibra �ptica, � explicada da seguinte forma: a reflex�o interna deve ser proporcionada com toda a energia, fazendo com que os raios de luz saltem para o interior da fibra, obedecendo � Lei de Snell. Ao se analisar a condu��o da luz, devemos abalizar o n�cleo que est� na parte interior da fibra, onde a luz � guiada, e a cobertura que est� em torno da fibra. Devemos levar em considera��o estes fatores porque o �ndice refrativo do n�cleo � mais alto que o da cobertura, fazendo que a luz v� at� a borda com a cobertura, criando um �ngulo e mantendo a luz confinada no n�cleo pela reflex�o interna total. Na pr�tica, esta diferen�a n�o � muito grande, cerca de 1%. O c�lculo � simples: se nr / ni = 0,99 o valor do �ngulo � de cerca de 82 graus. Isto faz com que a luz seja confinada no n�cleo se o �ngulo do raio com a cobertura for de 8 graus ou menos. Continuando os fatores primordiais num sistema de fibra �ptica, aparecem tamb�m a Abertura Num�rica e o �ngulo de aceita��o. Os �ngulos sobre uma fibra �ptica possuem limites de aceita��o, mas a �ptica pode produzir limitado raio de luz. ^ 3.5 Atenua��o, Largura de Banda e Dispers�o em fibra �ptica� medida que a luz se propaga pela fibra �ptica, perde parte da pot�ncia pela absor��o de luz na casca, bem como imperfei��es do material empregado na fabrica��o (s�lica) dentro da fibra (guia de onda), por um processo que chamamos de atenua��o do sinal que � medido em dB/km. A absor��o da luz por materiais dentro da fibra, a difus�o da luz dentro da fibra e o vazamento de luz do n�cleo, tamb�m est�o envolvidos nesta perda. O grau de Atenua��o depende do comprimento de Onda da Luz transmitida. Isto faz com que a transmiss�o por fibra �ptica n�o seja um meio 100% eficiente. A dispers�o � a principal respons�vel pela limita��o da largura de banda do sinal transmitido. Esta dispers�o tem causa em sinais digitais (mais comuns em fibras �pticas), um alargamento temporal do sinal �ptico, o que resulta na superposi��o de diversos pulsos do sinal. A dispers�o � um efeito em que os modos geradores de uma frente de onda de luz s�o separados quando trafegam pela fibra �ptica, o que ocasiona a chegada delas � outra extremidade espalhadas em rela��o ao tempo. Ent�o, conclu�mos que a Interfer�ncia Intersimb�lica ou dispers�o do pulso � a diferen�a entre a largura de banda do pulso de entrada para o pulso correspondente do sinal de sa�da. Como estamos falando da dist�ncia percorrida pela luz, este fen�meno � especificado por unidade de comprimento em ns/km. O que em uma transmiss�o digital vem a dificultar a recep��o do sinal no circuito receptor e sua posterior decodifica��o. Podemos classificar a dispers�o do pulso de duas maneiras: Dispers�o Intermodal e Dispers�o Intramodal. O resultado da geometria da guia de onda e das diferen�as dos �ndices de refra��o que permitem � fibra propagar v�rios modos ou raios de luz, define a dispers�o multimodo ou intermodal.. As fibras multimodos s�o mais suscept�veis � dispers�o intermodal, observando-se a os v�rios modos com que os raios de luz percorrem caminhos diferentes a um determinado ponto em tempos distintos. Em todas as fibras est� presente a dispers�o material, intramodal ou crom�tica, porque � decorrente da depend�ncia do �ndice de refra��o do material da fibra com rela��o ao comprimento de onda. Com somente uma fonte de luz (monocrom�tica - uma cor somente) n�o existe dispers�o crom�tica - o que torna essa fonte, que gera uma luz mais pura e com menor largura espectral, efetivamente melhor do que um LED convencional. Para efeito de medi��o, numa fibra �ptica de s�lica-padr�o o coeficiente de dispers�o medido � nulo para um comprimento de onda pr�ximo a 1.300 nm. Neste �nico caso n�o ocorre o alargamento do pulso. Assim, os atuais sistemas de comunica��o �ptico foram desenvolvidos para aproveitar tais caracter�sticas. Fibras �pticas de dispers�o deslocada (Dispersion Shifted "DS") re�nem atenua��o e dispers�o m�nimas. Estes tipos de fibras �pticas, que at� ent�o eram fabricadas levando-se em conta caracter�sticas de aplica��o e necessidades de transmiss�o, foram substitu�das por fibras monomodo NZD que possuem dispers�o de banda de comprimento de onda, em que os amplificadores �pticos podem trabalhar com valores m�nimos e n�o zero (0), diferentemente das fibras monomodo DS. Isto permite maiores taxas de transmiss�o e menor espa�amento entre canais de comunica��o. O que acontece � que o ponto de dispers�o zero � deslocado da banda cr�tica de aplica��o, tanto para a regi�o de dispers�o negativa (NZD-) como para uma regi�o de dispers�o positiva (NZD+). ^ 4. Modula��o e Multiplexa��oPara cada aplica��o a ser desenvolvida em redes de fibra �ptica, temos que primeiro determinar as t�cnicas de modula��o e multiplexa��o do sinal que trafegar� na rede. ^ 4.1 Modula��oModula��o � o processo pelo qual, atrav�s de uma portadora, um sinal em vez de ser transmitido em sua forma original � transmitido com mudan�a de amplitude, freq��ncia ou de fase. Definimos modula��o da portadora o processo pelo qual o sinal original varia a portadora em amplitude, freq��ncia ou fase. A modula��o de uma portadora senoidal � mais utilizada hoje em sistemas de r�dio, onde � utilizada para converter um sinal transmitido em uma banda de freq��ncia em que os receptores possam detect�-la melhor e separar as diferentes ondas. O sinal pode ser recuperado pela detec��o da portadora e absor��o das mudan�as de amplitude, freq��ncia ou fase, dependendo do tipo da modula��o. Este tipo de transmiss�o � denominado transmiss�o anal�gica. As t�cnicas de modula��o de portadora s�o raramente utilizadas com fibras �pticas, geralmente ocorrem quando a transmiss�o anal�gica oferece alguma vantagem em custo ou formato de sinal para uma aplica��o espec�fica. O PCM (Pulse Code Modulation) � outra t�cnica de modula��o muito empregada em sistemas de comunica��o por fibras �pticas. Tanto para modula��o de portadora anal�gica quanto para modula��o c�digo de pulso, o transmissor �ptico (LED ou LASER (ILD)) transmite o sinal pela varia��o da pot�ncia da sa�da. Esta portadora e a forma de onda do sinal podem ser representadas por uma varia��o proporcional na pot�ncia de sa�da �ptica. Um pulso � formado pelo chaveamento da fonte, apresentando dois estados bem definidos: on e off, em aplica��es digitais. Ent�o, em sistemas digitais, um pulso pode ser representado por um burst de luz na fibra (n�vel l�gico 1 - on) e pela aus�ncia de um burst de luz (n�vel l�gico 0 - off). ^ 4.2 Multiplexa��oA id�ia b�sica de multiplexa��o � que diferentes tipos de sinais podem ser transportados por um sistema de transmiss�o �ptico, ou seja, � um meio em que � poss�vel transmitir dois ou mais canais de informa��o simultaneamente. S�o definidos tr�s tipo de multiplexa��o, que ser�o tratados a seguir:
^ 4.2.1 TDM - Time Division Multiplexing� o m�todo de multiplexa��o de v�rios canais em um �nico canal, dado pela associa��o de cada canal a um intervalo de tempo diferente para transmiss�o de um grupo de bits. �butilizado apenas com sinais bin�rios provenientes de modula��o por c�digo de pulso (PCM), sem se importar se a origem do sinal � anal�gica ou digital. Esta associa��o de intervalos � obtida quando cada canal digital que origina a informa��o entra no multiplexador e � armazenado em um buffer de mem�ria denominado bloco de sincronismo. As fun��es do multiplexador, como a amostragem de cada canal de entrada a taxas com velocidades compat�veis �s requeridas pelo sistema, devem se feitas. Nesta taxa a amostragem, o circuito multiplexador pode amostrar o primeiro bit de informa��o dos canais 1 a N (�ltimo canal) e adicionar um overhead de informa��o de volta ao primeiro canal, antes que o pr�ximo bit de informa��o do canal 1 entre. Este multiplexador pode aceitar um ou mais bits bin�rios ao mesmo tempo de cada canal e gerar, depois, v�rios pulsos que compensam a transmiss�o do sinal. O bit de overhead � utilizado para que o demultiplexador, no lado do receptor, possa identificar os canais, que s�o separados e reconstru�dos. Pela n�o utiliza��o de banda de guarda o TDM se torna muito mais eficiente que o FDM. A �nica inefici�ncia � que um pequeno n�mero de bits � adicionado ao conjunto de pulsos (dados) transmitido, para prover ao multiplexador e demultiplexador sincronismo e detec��o de erro, bem como alguns poucos bits extras para gerenciamento em sistemas de comunica��o em redes. Outro aspecto desvantajoso para o TDM � o custo da codifica��o digital PCM. ^ 4.2.2 FDM - Frequency Division Multiplexing� o m�todo pelo qual v�rios canais de informa��o s�o multiplexados em um �nico canal, dado pela associa��o de cada um destes canais a um portadora diferente. Para tornar isto poss�vel , cada canal de origem ou banda base modula uma portadora de uma freq��ncia diferente em amplitude, freq��ncia ou fase. Cada nova portadora modulada ser� referida como canal intermedi�rio. Cada um desses canais intermedi�rios �, ent�o, combinado em um canal de transmiss�o simples, geralmente aplicando-o a um circuito combinador composto por um arranjo resistivo (talvez com alguma amplifica��o), n�o muito diferente de um divisor de pot�ncias. Isto resulta em um sinal composto, onde cada canal � identificado como uma banda separada de freq��ncias, e que pode ser identificado por uma freq��ncia portadora discreta. Este tipo de multiplexa��o � caracterizado pelo seu baixo custo e pela multiplexa��o de v�rios canais em um �nico canal, com uma largura de banda junta. Por isto esta t�cnica � utilizada na propaga��o de sinais de r�dio e TV. Sua desvantagem, quando aplicada a fibras �pticas, � que a linearidade das fontes �pticas, embora algumas estejam entre 0,001% e 0,1%, n�o � suficiente para evitar a gera��o de distor��o harm�nica. N�o segue nenhum padr�o espec�fico. Ele � desenvolvido e fabricado para aplica��es espec�ficas, como TV a cabo. ^ 4.2.3 WDM - Wavelength Division MultiplexingOs outros tipo de multiplexa��o eram usados para multiplexar canais, mas em sistemas �pticos eles s�o empregados em etapas onde os sinais a serem transmitidos ainda s�o el�tricos. No caso do WDM, ele multiplexa "cores" (comprimento de ondas de luz) em uma �nica fibra �ptica, utilizando v�rias fontes de v�rios comprimentos de onda. Funciona como o FDM dentro de uma por��o de infravermelho do espectro eletromagn�tico. Cada portadora �ptica, em um comprimento de onda diferente, pode carregar v�rios canais el�tricos que foram multiplexados com t�cnicas FDM e TDM. O WDM, portanto, oferece um outro n�vel de multiplexa��o para sistemas de fibra �ptica que os sistemas puramente el�tricos n�o possuem. Mas esta t�cnica n�o � aplicada em redes locais porque as taxas de transmiss�o e as dist�ncias fazem com que as aplica��es em LAN sejam "simples" para cada fibra �ptica, n�o demandando sistemas �pticos complexos, como � o caso de telefonia e CATV. ^ 5. Princ�pio de funcionamentoA luz se propaga no interior de uma fibra �ptica fundamentada na reflex�o total da luz. Quando um raio de luz se propaga em um meio cujo �ndice de refra��o � n1 (n�cleo) e atinge a superf�cie de um outro meio com �ndice de refra��o n2 (casca), onde n1>n2, e desde que o �ngulo de incid�ncia (em rela��o � normal) seja maior ou igual ao �ngulo cr�tico, ocorrer� o que � denominado de reflex�o total, do que resulta o retorno de raio de luz ao meio com �ndice de refra��o n1. A luz � injetada na fibra por uma de suas extremidades sob um cone de aceita��o, em que este determina o �ngulo por que o feixe de luz dever� ser injetado, para que ele possa de propagar ao longo da fibra �ptica. A composi��o b�sica de fibras �pticas � de materiais diel�tricos com uma estrutura cil�ndrica, composta de uma regi�o central, que denominamos n�cleo, que � por onde a luz trafega, e uma regi�o perif�rica, denominada casca, que envolve completamente o n�cleo. As dimens�es v�o variar conforme o tipo da fibra, podendo ser de 8 micrometros at� 200 micrometros, e a casca de 125 micrometros at� 240 micrometros. Ent�o, temos que a composi��o b�sica de uma fibra �ptica � :
^ 6. Sistemas de comunica��oO sistema de fibras �pticas � constitu�do por tr�s blocos b�sicos:
O Bloco Transmissor possui a fun��o de transformar o sinal el�trico em �ptico, sendo constitu�do por dois componentes b�sicos: o circuito driver e circuito emissor de luz. O circuito driver possui a fun��o controle de polariza��o el�trica e emiss�o de pot�ncia �ptica. O circuito emissor de luz � respons�vel pela convers�o e a emiss�o do sinal �ptico. O bloco receptor possui a fun��o inversa do bloco transmissor, ou seja, detecta o sinal �ptico e o converte para el�trico. � constitu�do por um fotodetector que realiza a convers�o optoel�trica e por um circuito amplificador-filtro, onde o sinal recebe um tratamento adequado para a leitura. O meio f�sico, composto pelas fibras �pticas � um guia, em cujo interior a luz trafega, desde a extremidade emissora at� a extremidade receptora. ^ 7. Tipos de fibras �pticasExistem dois tipos de fibras �pticas: as fibras multimodo e as monomodo. A escolha de um destes tipos depender� da aplica��o � qual se destinar� o uso da fibra. As fibras multimodo s�o mais utilizadas em aplica��es de rede locais (LAN), enquanto as fibras monomodo s�o mais utilizadas para aplica��es de redes de longa dist�ncia (WAN). ^ 7.1 Fibras Multimodo (MMF MultiMode Fiber)S�o fibras que possuem v�rios modos de propaga��o, o que faz com que os raios de luz percorram por diversos caminhos o interior da fibra. Devido a esta caracter�stica, elas se classificam de duas formas: fibras multimodo de �ndice degrau ou de �ndice gradual. ^ 7.1.1 Multimodo de �ndice DegrauPossuem um n�cleo composto por um material homog�neo de �ndice de refra��o constante e sempre superior ao da casca. As fibras de �ndice degrau possuem mais simplicidade em sua fabrica��o e, por isto, possuem caracter�sticas inferiores aos outros tipos de fibras, sendo que uma das defici�ncias que podemos enumerar � a banda passante que � muito estreita, o que restringe a capacidade de transmiss�o da fibra. A atenua��o � bastante alta quando comparada com as fibras monomodo, o que restringe as aplica��es com fibras multimodo com rela��o � dist�ncia e � capacidade de transmiss�o. ^ 7.1.2 Multimodo de �ndice GradualPossuem um n�cleo composto de um �ndice de refra��o vari�vel. Esta varia��o permite a redu��o do alargamento do impulso luminoso. S�o fibras mais utilizadas que as de �ndice degrau. Sua fabrica��o � mais complexa porque somente conseguimos o �ndice de refra��o gradual dopando com doses diferentes o n�cleo da fibra, o que faz com que o �ndice de refra��o diminua gradualmente do centro do n�cleo at� a casca. Mas, na pr�tica, esse �ndice faz com que os raios de luz percorram caminhos diferentes, com velocidades diferentes, e cheguem � outra extremidade da fibra ao mesmo tempo praticamente, aumentando a banda passante e, conseq�entemente, a capacidade de transmiss�o da fibra �ptica. ^ 7.2 Fibras Monomodo (SMF - Single Mode Fiber)As fibras monomodo possuem um �nico mode de propaga��o, ou seja, os raios de luz percorrem o interior da fibra por um s� caminho. Tamb�m se diferenciam pela varia��o do �ndice de refra��o do n�cleo em rela��o � casca, e se classificam em �ndice degrau standard, dispers�o deslocada (dispersion shifted) ou non-zero dispersion. Por possu�rem suas dimens�es mais reduzidas que as fibras multimodos, as fibras monomodais t�m a fabrica��o mais complexa. Contudo, as caracter�sticas destas fibras s�o muito superiores �s multimodos, principalmente no que diz respeito �banda passante, mais larga, o que aumenta a capacidade de transmiss�o. Apresentam atenua��o mais baixa, aumentando, com isto, a dist�ncia entre as transmiss�es sem o uso de repetidores. Os enlaces com fibras monomodo, geralmente, ultrapassam 50 km entre os repetidores, dependendo da qualidade da fibra �ptica. As fibras monomodo do tipo dispers�o deslocada (dispersion shifted) t�m concep��o mais moderna que as anteriores e apresentam caracter�sticas com muitas vantagens, como baix�ssima atenua��o e largura de banda bastante larga. Contudo, apresentam desvantagem quanto � fabrica��o, que exige t�cnicas avan�adas e de dif�cil manuseio (instala��o, emendas), com custo muito superior quando comparadas com as fibras do tipo multimodo. ^ 8. Fontes de luzPara sistemas de comunica��o por fibra �ptica existem no mercado v�rios dispositivos de convers�o eletro�ptico. Mas somente dois dispositivos, dentre os mais comuns at� o presente momento, s�o realmente aplicados para transmiss�o por fibra �ptica: o LED (Light Emition Diode) e o ILD (Injection Laser Diode), ambos semicondutores modulados diretamente pela varia��o da corrente de entrada, constitu�dos por arsenieto de g�lio e alum�nio (GaAIAs), fosfato de arsenieto de g�lio e aluminio (GaAIAsP) ou fosfato de arsenieto de g�lio e �ndio (GaInAsP). ^ 8.1 LEDs - Light Emition DiodeAs fontes de luz mais comuns para os sistemas de comunica��o por fibra �ptica s�o os LEDs, porque emitem luz invis�vel pr�xima do infravermelho. Sua opera��o � como a opera��o b�sica de um diodo comum. Uma pequena tens�o � aplicada entre seus terminais, fazendo uma pequena corrente fluir atr�ves da jun��o. Este diodo � formado por duas regi�es de aterial semiciondutor, dopado com impurezas do tipo P e do tipo N. A regi�o P � a que possui menos el�trons do que �tomos, o que implica em lacunas onde h� espa�os para os el�trons na estrutura crstalina. J� a regi�o N � caracterizada por apresentar mais �letrons livres do que lacunas. O comprimento de onda emitido pelo LED depende dos n�veis internos de energia do semicondutor. Os comprimentos de onda mais usados em aplica��es de fibra �ptica s�o de 820 e 850 nm. Em temperatura ambiente, a largura de banda t�pica de 3dB de um LED de 820 nm � de 40 nm, aproximadamente. A pot�ncia de luz de um LED �, aproximadamente, proporcional � inje��o de corrente, devido a algumas recombina��es entre eletr�ns e lacunas que n�o produzam f�tons. O LED n�o � 100% eficiente. Existem dois tipos de LED mais utilizados em sistemas de comunica��o por fibras �pticas: emissores de borda e emissores de superf�cie, sendo que os emissores de superf�cie s�o mais comumente utilizados, porque oferecem melhor emiss�o le luz. Mas as perdas de acoplamento s�o maiores nestes emissores e eles apresentam larguras de banda de modula��o menores que os emissores de borda. ^ 8.2 ILD - Injection LASER DiodeEnumeramos no mercado tr�s tipos b�sicos de laser: a g�s, s�lido ou semicondutor. Apenas o laser semicondutor encontra aplica��o pr�tica em sistemas de comunica��o por fibras �pticas devido a custo, dimens�es e tens�o de alimenta��o. � mais indicado para sistemas de longas dist�ncias por acoplar maiores pot�ncias em fibras �pticas. Com opera��o bastante similar ao LED, possuem os mesmos materiais em sua constitui��o, embora arranjados de maneira diferente. Abaixo de um limite bem definido (thresold) de corrente, o ILD se comporta como um LED: apresenta emiss�o espont�nea e uma irradia��o de luz mais ampla (menos direcionada). Acima do thresold, por�m, o laser come�a a oscilar. ^ 9. Termina��es �pticasBasicamente constitu�das de conectores, as termina��es �pticas realizam a conex�o entre as fibras �pticas e os equipamentos, que podem ser uma fonte de luz, detectores de luz ou mesmo equipamentos de medi��o. ^ 9.1 Caracter�sticasO conectores �pticos s�o acess�rios compostos de um ferrolho, onde se encontra a termina��o �ptica, e de uma parte respons�vel pela fixa��o dessas fibras na extremidade do ferrolho. � realizado um polimento para atenuar os problemas de reflex�o da luz. Podemos detectar com o aumento da atenua��o, basicamente, dois tipos de perdas: a perda de inser��o e perda de retorno. A perda de inser��o, ou atenua��o, � a perda de pot�ncia luminosa que ocorre na passagem da luz nas conex�es, geralmente causada por irregularidades no alinhamento dos conectores e irregularidades intr�nsecas �s fibras �pticas. A perda de retorno, ou reflect�ncia, � a quantidade de pot�ncia �ptica refletida na conex�o, e a luz refletida retorna at� a fonte luminosa, cuja causa principal est� na face dos ferrolhos dos conectores, que refletem parte da luz que n�o entra no interior da fibra �ptica do conector do lado oposto. Esta perda n�o influi diretamente na atenua��o total. Contudo, pode degradar o funcionamento da fonte luminosa e, assim, afetar a comunica��o. ^ 9.2 Aplica��oS�o utilizados na conex�o das fibras �pticas das seguintes formas:
^ 9.3 Tipos de ConectoresExistem no mercado v�rios tipos de conectores, cada um voltado para uma aplica��o. S�o constitu�dos de um ferrolho com uma face polida, onde � feito o alinhamento da fibra, e de uma carca�a provida de uma capa pl�stica. S�o todos "machos", ou seja, os ferrolhos s�o estruturas cil�ndricas ou c�nicas, dependendo do tipo de conector.  ^ 10. Recomenda��es da Norma TIA/EIA 568-A (TSB-72)A norma EIA/TIA 568-A recomenda a utiliza��o de determinados cabos �pticos, al�m de especificar os valores dos principais par�metros que envolvem os cabos e acess�rios �pticos.
Cabos �pticos Valores do Par�metros do Cabo Multimodo 62,5/125 �m
Valores do Par�metros do Cabo Monomodo
Emendas �pticas Conectores �pticos ^ 11. Conclus�oCom a migra��o de tecnologias de rede para protocolos de maiores velocidade (Gigabit e 10 Gigabit Ethernet), passou-se a difundir mais o uso de fibras �pticas para aplica��es de rede local. Com este artigo, mostramos os principais conceitos para se iniciar o estudo sobre fibras �pticas, podendo, assim, acertar na escolha do tipo certo de fibra para sua aplica��o. A escolha do tipo certo de fibra �ptica � muito importante. Primeiro, � preciso entender a sua aplica��o, conhecendo suas reais necessidades para, a� ent�o, decidir o tipo de fibra mais adequado. ^ Refer�ncias bibliogr�ficas[1] BICSI Building Industry Consulting Service international - LAN Design Manual [2] MURATA, Hiroshi - Handbook of Optical Fibers and Cables. [3] IEEE Institute of Eletrical and Eletronics Engineers - Optical Fiber Technology ^ NewsGeneration, um servi�o oferecido pela RNP���Rede�Nacional�de�Ensino�e�Pesquisa Qual o princípio serve como base para a propagação da luz dentro da fibra óptica?Em uma fibra óptica, o princípio físico usado na transmissão de dados é a reflexão total da luz. Sabemos que quando a luz muda de meio de propagação, parte dela é refletida e outra parte é transmitida.
Como a luz se propaga na fibra ótica?O mecanismo de transmissão de luz dentro da fibra óptica é chamado guia de onda. Um guia de onda é uma estrutura que permite a propagação das ondas eletromagnéticas de forma eficiente e sem atenua- ção do sinal: de certa forma, as ondas são aprisiona- das dentro do guia de onda.
Qual o princípio de transmissão de uma fibra óptica?Como funciona a fibra óptica? Seu funcionamento ocorre pela luz transmitida que segue pelo sistema fibroso em um princípio único. Isso acontece independentemente do material utilizado ou a da sua aplicação. O processo ocorre por um feixe luminoso lançado em uma das extremidade do filamento.
Quais os principais fenômenos responsáveis pela transmissão da luz na fibra óptica?A viagem destes sinais luminosos é feita através da reflexão total que acontece dentro da fibra. O índice de refração dentro da fibra é maior do que o índice de refração da sua casca e quando isso acontece podem ocorrer dois fenômenos físicos: refração de uma parte dos raios e reflexão.
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Qual o princípio serve como base para a propagação da luz dentro da fibra ótica?
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