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Fibra optica

Tipo	fibra de vidro guia de ondas optico

Caracteristicas

Composto de	guia de ondas optico

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Fibra optica (ou fibra otica ) e um filamento flexivel e transparente fabricado a partir de vidro ou plastico extrudido e que e utilizado como condutor de elevado rendimento de luz , imagens ou impulsos codificados. Tem diametro de alguns micrometros , ligeiramente superior ao de um fio de cabelo humano. ^{[ 1 ]} Por ser um material que nao sofre interferencias eletromagneticas, a fibra optica possui uma grande importancia em sistemas de comunicacao de dados.

Inicialmente as fibras opticas eram utilizadas como guias de transmissao de sinais opticos e operavam entre distancias limitadas, pois apresentavam grande perda de luz na transmissao, alto calor que os lasers produziam e tinham problemas com as emendas. Contudo, em meados dos anos 70, ocorreu um aprimoramento significativo das tecnicas opticas utilizadas e, devido a isso, tornou-se possivel a monitoracao de grandezas e a troca de informacoes a longas distancias. No Brasil a fibra optica foi introduzida apenas em 1977, apos grandes pesquisas, realizadas na sua maioria pela UNICAMP . ^{[ 2 ]}

Tipos [ editar | editar codigo-fonte ]

Monomodo [ editar | editar codigo-fonte ]

Ha dois tipos de denominacao recorrentes as fibras opticas, os quais possuem caracteristicas e finalidades proprias. Um deles e a fibra optica monomodo . Esta apresenta um unico caminho possivel de propagacao e e a mais utilizada em transmissao a longas distancias (devido a baixas perdas de informacao).

As fibras monomodo sao compostas por um fio de nucleo de diametro muito pequeno (8,3 μm ) que suporta um unico modo de transmissao de luz. As fibras monomodo sao usadas para links de comunicacao maiores que 1000 metros. ^{[ 3 ]}

Na fibra monomodo, o feixe de luz se propaga em linha reta, nao havendo dispersao modal.

Multimodo [ editar | editar codigo-fonte ]

A fibra multimodo permite a propagacao da luz em diversos modos e e a mais utilizada em redes locais ( LAN ), devido ao seu custo moderado. ^{[ 4 ]}

A fibra multimodo requer eletronicos e conectores mais baratos, embora o custo da fibra seja geralmente mais alto do que a fibra monomodo. As fibras multimodo geralmente tem um diametro de nucleo maiores sao usados para links de comunicacao de curta distancia e para aplicacoes onde a transmissao de alta potencia e necessaria. ^{[ 5 ]}

Na fibra multimodo, a luz e refletida varias vezes na parede do cabo, ocorrendo o fenomeno de dispersao modal, o que faz o sinal perder forca.

Em redes de fibra optica, as fibras multimodo facilitam a realizacao de emendas, quando comparadas as fibras monomodo, visto que elas tem maior diametro que a monomodo, por isso fica mais facil de fazer emendas.

Geometria [ editar | editar codigo-fonte ]

As fibras opticas consistem, geralmente, de um nucleo central cilindrico e transparente de vidro puro, o qual e envolvido por uma camada de material com menor indice de refracao (fator que viabiliza a reflexao total). Ou seja, a fibra optica e composta por um material com maior indice de refracao (nucleo) envolto por um material com menor indice de refracao (casca). Ao redor da casca ainda ha uma capa feita de material plastico necessaria para proteger o interior contra danos mecanicos. ^{[ 6 ]}

Funcionamento [ editar | editar codigo-fonte ]

A transmissao da luz pela fibra segue um principio unico, independentemente do material usado ou da aplicacao: e lancado um feixe de luz numa extremidade da fibra e, pelas caracteristicas opticas do meio (fibra), esse feixe percorre a fibra por meio de reflexoes sucessivas. A fibra possui no minimo duas camadas: o nucleo (filamento de vidro) e o revestimento (material eletricamente isolante). No nucleo, ocorre a transmissao da luz propriamente dita. A transmissao da luz dentro da fibra e possivel gracas a uma diferenca de indice de refracao entre o revestimento e o nucleo, sendo que o nucleo possui sempre um indice de refracao mais elevado, caracteristica que aliada ao angulo de incidencia do feixe de luz, possibilita o fenomeno da reflexao total . Ou seja, a luz e mantida no nucleo atraves de reflexao interna total. Isto faz com que a fibra funcione como guia de onda, transmitindo luz entre as duas extremidades. ^{[ carece de fontes ? ]}

Reflexao total [ editar | editar codigo-fonte ]

A reflexao total e um fenomeno optico que se apresenta quando a luz incidente sobre uma superficie que separa dois meios, no sentido do maior para o menor indice de refracao, tem reflexao total. Esse fenomeno so possivel se o angulo de incidencia for maior que o angulo limite.

${\displaystyle n_{n}\cdot \sin \theta _{i}=n_{c}\cdot \sin \theta _{r}}$

De modo que ${\displaystyle n_{c}<n_{n}}$.

Para termos a reflexao total, o ${\displaystyle \theta _{i}}$ tem de ser maior do que o ${\displaystyle \theta _{crit}}$, o qual ocorre quando o angulo de refracao for de 90º.

${\displaystyle n_{n}\cdot \sin \theta _{i}=n_{c}\cdot \sin 90^{\circ }}$, como seno de 90º e 1,

${\displaystyle \sin \theta _{i}={\frac {n_{c}}{n_{n}}}}$

${\displaystyle \theta _{\text{crit}}=\arcsin \left({\frac {n_{c}}{n_{n}}}\right)}$

${\displaystyle n_{c}=}$ Indice de refracao da casca

${\displaystyle n_{n}=}$ Indice de refracao do nucleo

${\displaystyle \theta _{i}=}$ Angulo de incidencia (em relacao a normal)

${\displaystyle \theta _{r}=}$ Angulo de refracao (em relacao a normal)

${\displaystyle \theta _{crit}=}$ Angulo maximo em que ainda ocorre refracao

Desse modo, a partir do ${\displaystyle \theta _{crit}}$ , ocorrera o fenomeno da reflexao total dentro da fibra optica, de modo que apenas os raios com ${\displaystyle \theta >\theta _{crit},}$ permanecerao no nucleo. ^{[ 7 ]}

Transmissao [ editar | editar codigo-fonte ]

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Mesmo confinada a um meio fisico, a luz transmitida pela fibra optica proporciona o alcance de taxas de transmissao (velocidades) elevadissimas, da ordem de 10 ⁹ a 10 ¹⁰ bits por segundo (cerca de 40 Gbps), com baixa taxa de atenuacao por quilometro . Mas a velocidade de transmissao total possivel ainda nao foi alcancada pelas tecnologias existentes. Como a luz se propaga no interior de um meio fisico, sofrendo ainda o fenomeno de reflexao , ela nao consegue alcancar a velocidade de propagacao no vacuo , que e de cerca de 300.000 km/s.

Para transmitir dados pela fibra otica, sao necessarios equipamentos especiais, que contem um componente fotoemissor, que pode ser um diodo emissor de luz ou um diodo laser . O fotoemissor converte sinais eletricos em pulsos de luz que representam os valores digitais binarios (0 e 1). Tecnologias como WDM fazem a multiplexacao de varios comprimentos de onda em um unico pulso de luz, chegando a taxas de transmissao de 1,6 terabits por segundo em um unico par de fibras.

Atenuacao e limitacoes [ editar | editar codigo-fonte ]

A atenuacao e o motivo pelo qual a fibra optica tornou-se tao importante nas telecomunicacoes. Ela define a distancia maxima (alcance) que um sistema de transmissao optico pode ter entre emissor e receptor. ^{[ 8 ]}

A formula que define e:

${\displaystyle a=10\cdot log({\frac {Pi}{Po}})\cdot {\frac {1}{L}}}$

Na qual:

• ${\displaystyle Pi}$ e a potencia na entrada;
• ${\displaystyle Po}$ e a potencia na saida; e
• ${\displaystyle L}$ e o comprimento da fibra.

As atenuacoes em fibras opticas sao causadas, basicamente, por 4 razoes: Absorcao, espalhamento, curvaturas e caracteristicas do guia de onda.

Aplicacoes [ editar | editar codigo-fonte ]

Cabos submarinos [ editar | editar codigo-fonte ]

Os cabos de fibra otica atravessam oceanos ligando os continentes atraves dos cabos submarinos . Existem milhares de quilometros de extensao de cabos sob o mar, atravessando fossas e montanhas submarinas. Nos anos 80, tornou-se disponivel, o primeiro cabo fibra optica intercontinental desse tipo. Instalado em 1988, o cabo associado ao sistema TAT-8, tinha capacidade para 40.000 conversas telefonicas simultaneas, usando tecnologia digital . Desde entao, a capacidade dos cabos aumentou. Alguns cabos que atravessam o oceano Atlantico tem capacidade para 200 milhoes de circuitos telefonicos.

Os milhares de quilometros de fibra otica presentes nos cabos submarinos representam aproximadamente 99% das conexoes existentes em nosso planeta. Desse modo, a internet coberta pelos satelites tem uma atuacao secundaria em comparacao a tais cabos. Existem cabos de tamanhos exorbitantes. Um grande exemplo disso e o SeaMeWe 3 que sai da Alemanha e chega ate a Coreia do Sul, o qual conecta 32 paises e possui em torno de 39 mil quilometros de extensao. Os cabos possuem uma estrutura composta de 8 camadas com um diametro total de cerca de 7 centimetros. ^{[ 9 ]}

Redes telefonicas [ editar | editar codigo-fonte ]

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As fibras oticas sao amplamente utilizadas em redes telefonicas. Em comparacao com os cabos convencionais de metal, permitem a transmissao de dados a distancias muito superiores e com maior largura de banda , de modo que economizam custos em relacao aos demais cabos utilizados para os mesmos fins.

Medicina [ editar | editar codigo-fonte ]

As fibras oticas podem ainda ser utilizadas para diversas aplicacoes, como iluminacao, sensores , lasers ou em instrumentos medicos para examinar as cavidades interiores do corpo. ^{[ 1 ]}

Vantagens [ editar | editar codigo-fonte ]

• Perda de transmissao muito baixa;
• Imunidade a interferencia de outros sinais e ruidos;
• Isolamento eletrico;
• Velocidade de transmissao;
• Maior vida util;
• Baixo custo. ^{[ 10 ]}

Desvantagens [ editar | editar codigo-fonte ]

Apesar das vantagens listadas acima, a fibra optica tem uma serie de desvantagens em comparacao com outros meios de transmissao, as mais relevantes das quais sao as seguintes: ^{[ 11 ] [ 12 ]}

• Custo inicial elevado;
• A alta fragilidade das fibras;
• Necessidade de usar transmissores e receptores mais caros;
• A emenda entre fibras e dificil de ser realizada, principalmente em campo, dificultando os reparos em caso de quebra do cabo;
• Ele nao pode transmitir eletricidade para alimentar repetidores intermediarios;
• A fibra optica convencional nao pode transmitir altas potencias;
• Nao ha memorias opticas;

Ver tambem [ editar | editar codigo-fonte ]

• Cabo submarino
• Cabo de par trancado
• Cabo coaxial
• Rede sem fio

Referencias

Ligacoes externas [ editar | editar codigo-fonte ]

O Commons possui uma categoria com imagens e outros ficheiros sobre Fibra optica

• ≪Mapa de cabos submarinos≫ (em ingles)