{"id":5211,"date":"2021-02-11T12:59:13","date_gmt":"2021-02-11T12:59:13","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ispblog.com.br\/?p=5211"},"modified":"2021-02-11T12:59:13","modified_gmt":"2021-02-11T12:59:13","slug":"transmissores-e-receptores-opticos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/?p=5211","title":{"rendered":"Transmissores e Receptores \u00d3pticos"},"content":{"rendered":"\n<p>Praticamente todo hardware ativo utilizado em sistemas de transmiss\u00e3o \u00f3pticos cont\u00e9m algum tipo de transmissor e\/ou um receptor \u00f3ptico. Os transmissores e receptores \u00f3pticos s\u00e3o respons\u00e1veis por converter sinais el\u00e9tricos em \u00f3pticos (no caso do transmissor) ou os sinais \u00f3pticos novamente para sinais el\u00e9tricos (no caso do receptor). Os transmissores e receptores \u00f3pticos tamb\u00e9m s\u00e3o chamados de \u201ctransdutores\u201d porque convertem um tipo de energia em outro.<\/p>\n\n\n\n<p>\u00c9 muito comum utilizarmos no projeto de redes \u00f3pticas equipamentos conhecidos como \u201ctransceivers\u201d, que combinam as fun\u00e7\u00f5es de transmissor e receptor \u00f3ptico em um \u00fanico dispositivo. Na Figura 1, \u00e9 apresentado o exemplo de um sistema \u00f3ptico t\u00edpico, utilizando transmissor e receptor.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"783\" height=\"307\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/transmissores-receptores-opticos-1.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-5212\" srcset=\"https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/transmissores-receptores-opticos-1.jpg 783w, https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/transmissores-receptores-opticos-1-300x118.jpg 300w, https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/transmissores-receptores-opticos-1-768x301.jpg 768w, https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/transmissores-receptores-opticos-1-150x59.jpg 150w, https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/transmissores-receptores-opticos-1-696x273.jpg 696w\" sizes=\"auto, (max-width: 783px) 100vw, 783px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>Figura 1 &#8211; Sistema \u00f3ptico t\u00edpico<\/strong><\/p>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\"><li><strong>Transmissores \u00d3pticos<\/strong><\/li><\/ol>\n\n\n\n<p>Como mencionado, os transmissores \u00f3pticos s\u00e3o os componentes das redes \u00f3pticas respons\u00e1veis pela transforma\u00e7\u00e3o do sinal el\u00e9trico em \u00f3ptico. Um equipamento ativo da rede envia uma mensagem codificada atrav\u00e9s de um pulso el\u00e9trico at\u00e9 um circuito dotado de um transmissor \u00f3ptico que converte esse sinal el\u00e9trico em pulso luminoso. Este pulso percorre a fibra at\u00e9 atingir seu destino onde encontra um outro equipamento dotado de um receptor, que recebe o sinal luminoso e o converte novamente em pulso el\u00e9trico para que o outro equipamento de rede possa interpretar corretamente a informa\u00e7\u00e3o enviada. Portanto, os transmissores \u00f3pticos s\u00e3o os respons\u00e1veis por converter adequadamente os sinais el\u00e9tricos em sinais de luz que ir\u00e3o trafegar na rede \u00f3ptica.<\/p>\n\n\n\n<p>Transmissores \u00f3pticos convencionais modulam a fonte \u00f3ptica pela sua intensidade, atrav\u00e9s da varia\u00e7\u00e3o da corrente el\u00e9trica injetada no gerador \u00f3ptico. No in\u00edcio do desenvolvimento das redes \u00f3pticas, foram usados como fonte de luz dispositivos emissores de luz conhecidos como LED (<em>Light Emitting Diode<\/em>, ou Diodo Emissor de Luz), operando com comprimentos de onda na faixa de 850nm. Posteriormente, com o advento dos dispositivos de LASER (<em>Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation<\/em>), foram utilizados os comprimentos de onda de 1310nm e 1550nm. Na Figura 2, temos exemplos de LED e LASER.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/transmissores-receptores-opticos-2.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-5213\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>Figura 2 &#8211; Exemplos de LED e LASER<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Comumente, um transmissor \u00f3ptico pode conter uma das seguintes fontes de luz:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Diodo Emissor de Luz (LED);<\/li><li>LASER de curto comprimento de onda (CD);<\/li><li>LASER de Superf\u00edcie de Cavidade Vertical (VCSEL);<\/li><li>Diodo LASER (LD).<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Cada uma dessas fontes oferece vantagens e desvantagens, diferenciando-se entre si sob diversos aspectos. Em decorr\u00eancia das diferen\u00e7as estruturais entre um LED e LASER, estes tamb\u00e9m possuem diferen\u00e7as funcionais que devem ser analisadas ao se optar pela aplica\u00e7\u00e3o de um dos componentes como transmissor em um sistema \u00f3ptico.<\/p>\n\n\n\n<p>As diferen\u00e7as podem ser resumidas na Tabela 1, pela compara\u00e7\u00e3o do desempenho de ambos em rela\u00e7\u00e3o a algumas caracter\u00edsticas:<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Tabela 1 &#8211; Comparativo entre LASER e LED<\/strong><\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table><tbody><tr><td><strong>Caracter\u00edsticas<\/strong><\/td><td><strong>LASER<\/strong><\/td><td><strong>LED<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Pot\u00eancia \u00d3ptica<\/strong><\/td><td><strong>Alta<\/strong><\/td><td><strong>Baixa<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Custo<\/strong><\/td><td><strong>Alto<\/strong><\/td><td><strong>Baixo<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Utiliza\u00e7\u00e3o<\/strong><\/td><td><strong>Complexa<\/strong><\/td><td><strong>Simples<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Largura de Espectro<\/strong><\/td><td><strong>Estreita<\/strong><\/td><td><strong>Larga<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Tempo de Vida \u00fatil<\/strong><\/td><td><strong>Menor<\/strong><\/td><td><strong>Maior<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Velocidade de Resposta<\/strong><\/td><td><strong>R\u00e1pido<\/strong><\/td><td><strong>Lento<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Diverg\u00eancia na Emiss\u00e3o<\/strong><\/td><td><strong>Menor<\/strong><\/td><td><strong>Maior<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Acoplamento<\/strong><\/td><td><strong>Melhor<\/strong><\/td><td><strong>Pior<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Sensibilidade t\u00e9rmica<\/strong><\/td><td><strong>Maior<\/strong><\/td><td><strong>Menor<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n<p>Atrav\u00e9s das caracter\u00edsticas de ambos os elementos, vemos que o LASER \u00e9 o dispositivo que nos fornece uma maior pot\u00eancia luminosa e uma menor largura espectral, raz\u00e3o pela qual \u00e9 amplamente empregado nos circuitos \u00f3pticos que necessitam de maior precis\u00e3o e alcance.<\/p>\n\n\n\n<p>Em rela\u00e7\u00e3o \u00e0s caracter\u00edsticas mais comuns dos pulsos de luz emitidos pelo transmissor, que ir\u00e3o influenciar na sele\u00e7\u00e3o do tipo de fibra usado na rede \u00f3ptica, est\u00e3o o comprimento de onda central, a pot\u00eancia m\u00e9dia, a largura espectral e a frequ\u00eancia de modula\u00e7\u00e3o:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Comprimento de onda central: <\/strong>Qualquer fonte de luz emite seu pr\u00f3prio conjunto de cores e campo de varia\u00e7\u00e3o de comprimentos de onda. Os transmissores para fibras \u00f3pticas de s\u00edlica normalmente emitem luz entre valores nominais de 850nm, 1300nm e 1550nm. Cada um desses valores \u00e9 chamado de comprimento de onda central;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Pot\u00eancia m\u00e9dia<\/strong>: \u00c9 o n\u00edvel m\u00e9dio da sa\u00edda de uma fonte de luz durante o processo de modula\u00e7\u00e3o, medida em decib\u00e9is relativos (dBm) ou em miliwatts (mW). Normalmente \u00e9 especificada para um tamanho particular de fibra ou de abertura num\u00e9rica (NA). Quanto mais pot\u00eancia um transmissor lan\u00e7a atrav\u00e9s do meio \u00f3ptico, mais pot\u00eancia m\u00e9dia estar\u00e1 dispon\u00edvel para possibilitar um maior alcance e vencer os obst\u00e1culos ao sinal \u00f3ptico (emendas, conectores etc.). Por exemplo, um LASER padr\u00e3o oferece maior pot\u00eancia \u00f3ptica se comparado com o LED (LED: -7 dBm a -14 dBm e LASER: 1 dBm). Conv\u00e9m observar que, quando um transmissor \u00e9 acoplado a uma fibra com um di\u00e2metro de n\u00facleo ou abertura num\u00e9rica diferente do que a pot\u00eancia m\u00e9dia especificada, um n\u00edvel de pot\u00eancia diferente \u00e9 lan\u00e7ado nessa fibra e, portanto, podemos ter perdas na transmiss\u00e3o;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Largura espectral <\/strong>(ou largura de pulso): A pot\u00eancia total emitida por um transmissor \u00e9 distribu\u00edda ao longo do campo de varia\u00e7\u00e3o de comprimentos de onda em torno do comprimento de onda central. Esse campo \u00e9 a largura espectral, medida em nm (nan\u00f4metros). O LASER tem largura espectral estreita, menor que o LED (considerada larga), o que proporciona menor dispers\u00e3o material. A figura 3, mostra o perfil espectral entre o LASER e o LED;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/transmissores-receptores-opticos-3.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-5214\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>Figura 3 \u2013 Compara\u00e7\u00e3o do perfil espectral entre laser e LED<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>A largura espectral \u00e9 normalmente dada como a faixa de varia\u00e7\u00e3o dos comprimentos de onda emitidos com um n\u00edvel de intensidade maior ou igual \u00e0 metade do n\u00edvel de intensidade m\u00e1xima ou largura espectral m\u00e1xima \u00e0 meia largura (<em>Full Width Half Maximum<\/em> \u2013 FWHM), como exemplifica a Figura 4.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/transmissores-receptores-opticos-4.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-5215\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>Figura 4 &#8211; Largura de mostrando a m\u00e1xima largura plena (FWHM)<\/strong><\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Frequ\u00eancia de Modula\u00e7\u00e3o:<\/strong> A frequ\u00eancia de modula\u00e7\u00e3o de um transmissor \u00e9 a taxa de mudan\u00e7a de intensidade da transmiss\u00e3o no formato digital (\u201c0\u201d e \u201c1\u201d l\u00f3gicos). Essa mudan\u00e7a \u00e9 semelhante ao estado da fonte de luz passar do estado aceso para o apagado e vice-versa. Os LEDs t\u00eam uma frequ\u00eancia de modula\u00e7\u00e3o relativamente baixa, possibilitando taxas de transmiss\u00e3o seguras at\u00e9 622 Mbps. J\u00e1 os LASERS apresentam frequ\u00eancia de modula\u00e7\u00e3o mais alta, suportando taxas de transmiss\u00e3o acima de 10 Gbps;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Outros fatores que devem ser considerados na escolha mais adequada da fonte de luz s\u00e3o:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Acoplamento com a fibra \u00f3ptica<\/strong>: O feixe de luz emitido pelo LASER \u00e9 mais concentrado que o emitido pelo LED, permitindo uma efici\u00eancia de acoplamento maior;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Varia\u00e7\u00f5es com temperatura<\/strong>: Os LASERS s\u00e3o mais sens\u00edveis que os LEDs quanto \u00e0 temperatura;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Vida \u00fatil e degrada\u00e7\u00e3o<\/strong>: o LED tem uma vida \u00fatil m\u00e9dia maior que o LASER (aproximadamente 10 vezes mais), al\u00e9m de ter degrada\u00e7\u00e3o bem definida;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Custos<\/strong>: Os LASERS s\u00e3o mais caros que os LEDs, pois os custos de produ\u00e7\u00e3o e a dificuldade de fabrica\u00e7\u00e3o, al\u00e9m da eletr\u00f4nica envolvida, s\u00e3o maiores;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Ru\u00eddos<\/strong>: Os LASERS apresentam menor ru\u00eddo que os LEDs, embora ambos sejam fabricados a partir do mesmo material, tudo de acordo com o comprimento de onda desejado.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\" start=\"2\"><li><strong>Receptores \u00d3pticos<\/strong><\/li><\/ol>\n\n\n\n<p>Os receptores \u00f3pticos (ou fotodetectores) s\u00e3o respons\u00e1veis pela convers\u00e3o dos sinais \u00f3pticos recebidos da fibra novamente em sinais el\u00e9tricos. Os fotodetectores devem operar com sucesso nos menores n\u00edveis de pot\u00eancia \u00f3pticas poss\u00edveis, convertendo o sinal com um m\u00ednimo de distor\u00e7\u00e3o e ru\u00eddo, a fim de garantir o maior alcance poss\u00edvel.<\/p>\n\n\n\n<p>Devido a essas caracter\u00edsticas, os receptores possuem um projeto mais complexo do que o dos transmissores, uma vez que devem tomar decis\u00f5es sobre quais tipos de dados foram enviados, baseados em uma vers\u00e3o amplificada de um sinal distorcido.<\/p>\n\n\n\n<p>Os par\u00e2metros caracter\u00edsticos dos receptores \u00f3pticos s\u00e3o os seguintes:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Sensibilidade <\/strong>\u2013 A sensibilidade \u00e9 uma indica\u00e7\u00e3o do n\u00edvel m\u00ednimo de pot\u00eancia que um sinal precisa apresentar para poder ser decodificado com um n\u00famero limitado de erros. Se a pot\u00eancia do sinal fica abaixo da sensibilidade do receptor, a taxa de erros de bit (BER) aumenta para valores acima do especificado para aquele receptor, inviabilizando a comunica\u00e7\u00e3o.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Taxa de erros de bit (Bit Error Rate \u2013 BER)<\/strong> &#8211; O BER \u00e9 o n\u00famero m\u00e1ximo de erros permitido que pode ocorrer entre o transmissor e o receptor, em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 taxa de bits transmitidos;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Campo de Varia\u00e7\u00e3o Din\u00e2mico <\/strong>\u2013 Define a m\u00e1xima pot\u00eancia m\u00e9dia recebida dentro do BER do detector. Se uma pot\u00eancia excessiva \u00e9 recebida pelo detector, ocorre distor\u00e7\u00e3o do sinal e aumento de erros de bit.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Os dois principais tipos de fotodiodos utilizados como fotodetectores s\u00e3o os fotodiodos PIN (<em>PIN Diode<\/em>) e o fotodiodo APD (<em>Avalanche Photo Diode<\/em>), que possuem caracter\u00edsticas funcionais distintas:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>PIN: <\/strong>O receptor fotossint\u00e9tico PIN tem a vantagem de se adaptar melhor \u00e0s condi\u00e7\u00f5es clim\u00e1ticas e ter uma vida \u00fatil maior, al\u00e9m de possuir um menor custo;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>APD: <\/strong>O receptor fotossint\u00e9tico APD fornece um material com melhor adapta\u00e7\u00e3o quanto ao ru\u00eddo, por\u00e9m com custo mais elevado.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>A Figura 5, apresenta exemplos de fotodiodos PIN e APD.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ispblog.com.br\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/transmissores-receptores-opticos-5.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-5216\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p><strong>Figura 5 &#8211; Fotodiodos PIN e APD<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>As diferen\u00e7as funcionais entre fotodiodos PIN e APD devem ser observadas quando da escolha de um entre ambos para aplica\u00e7\u00e3o como fotorreceptor em um sistema \u00f3ptico. Estas diferen\u00e7as podem ser resumidas quando compararmos o desempenho de ambos sob alguns aspectos, como mostra a Tabela 2:<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Tabela 2 &#8211; Compara\u00e7\u00e3o entre PIN e APD<\/strong><\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table><tbody><tr><td><strong>Caracter\u00edsticas<\/strong><\/td><td><strong>PIN<\/strong><\/td><td><strong>APD<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Sensibilidade<\/strong><\/td><td><strong>Menor<\/strong><\/td><td><strong>Maior<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Linearidade<\/strong><\/td><td><strong>Maior<\/strong><\/td><td><strong>Menor<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Rela\u00e7\u00e3o Sinal\/Ru\u00eddo<\/strong><\/td><td><strong>Pior<\/strong><\/td><td><strong>Melhor<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Custo<\/strong><\/td><td><strong>Baixo<\/strong><\/td><td><strong>Alto<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Vida \u00datil<\/strong><\/td><td><strong>Maior<\/strong><\/td><td><strong>Menor<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Tempo de Resposta<\/strong><\/td><td><strong>Maior<\/strong><\/td><td><strong>Menor<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Sensibilidade T\u00e9rmica<\/strong><\/td><td><strong>Menor<\/strong><\/td><td><strong>Maior<\/strong><\/td><\/tr><tr><td><strong>Utiliza\u00e7\u00e3o<\/strong><\/td><td><strong>Simples<\/strong><\/td><td><strong>Complexa<\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n<p>At\u00e9 o pr\u00f3ximo artigo!<\/p>\n\n\n\n<p><em><strong>Jos\u00e9 Maur\u00edcio&nbsp;<\/strong>\u2013 S\u00f3cio Diretor da Ratio Consultoria e Professor Universit\u00e1rio&nbsp;<a href=\"http:\/\/www.projetoderedes.com.br\/\">www.projetoderedes.com.br<\/a><\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Praticamente todo hardware ativo utilizado em sistemas de transmiss\u00e3o \u00f3pticos cont\u00e9m algum tipo de transmissor e\/ou um receptor \u00f3ptico. 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