{"id":6183,"date":"2022-07-07T08:00:00","date_gmt":"2022-07-07T11:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ispblog.com.br\/?p=6183"},"modified":"2022-07-07T08:00:00","modified_gmt":"2022-07-07T11:00:00","slug":"luz-atraves-da-fibra","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ispmais.com.br\/blog\/?p=6183","title":{"rendered":"Luz Atrav\u00e9s da Fibra"},"content":{"rendered":"\n
\"Luz<\/figure>\n\n\n\n

1. Introdu\u00e7\u00e3o <\/h2>\n\n\n\n

A ideia b\u00e1sica da fibra \u00f3ptica \u00e9 que a luz irradiada em uma de suas extremidades alcance a extremidade oposta, mesmo que essa fibra seja dobrada ou arqueada. Isto se deve aos fen\u00f4menos que ocorrem quando a luz, que ao viajar de um meio opticamente mais denso para um menos denso, \u00e9 refratada al\u00e9m da normal e da reflex\u00e3o no \u00e2ngulo cr\u00edtico. Esses fen\u00f4menos \u00f3pticos parecem ter pouca rela\u00e7\u00e3o entre si, mas est\u00e3o intrinsecamente relacionados e s\u00e3o explorados no desenho da fibra \u00f3ptica.<\/p>\n\n\n\n

Como mostrado na Figura 1, a luz viaja de uma extremidade \u00e0 outra da fibra \u00f3ptica por reflex\u00e3o interna total, mesmo quando a fibra \u00e9 dobrada.<\/p>\n\n\n\n

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Figura 01 – Transmiss\u00e3o da luz atrav\u00e9s da fibra<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Portanto, o mecanismo b\u00e1sico de transmiss\u00e3o da luz ao longo de uma fibra \u00f3ptica consiste, em termos da \u00f3ptica geom\u00e9trica, num processo de reflex\u00e3o interna total que ocorre quando um feixe de luz emerge de um meio mais denso para um meio menos denso. A fibra corresponde ao meio onde um sinal luminoso \u00e9 inserido em uma das extremidades e guiado atrav\u00e9s do n\u00facleo, propagando-se por reflex\u00f5es sucessivas at\u00e9 o extremo oposto. Seu desenho corresponde a uma estrutura cil\u00edndrica, com um n\u00facleo altamente refrativo no interior de uma haste de vidro com \u00edndice refrativo mais baixo, que corresponde \u00e0 casca e o conjunto protegido por um revestimento que propicia a resist\u00eancia mec\u00e2nica.<\/p>\n\n\n\n

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Figura 02 – Estrutura da fibra \u00f3ptica<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

2. Modos de Propaga\u00e7\u00e3o<\/h2>\n\n\n\n

Nas fibras \u00f3pticas, a propaga\u00e7\u00e3o da luz ocorre devido \u00e0 reflex\u00e3o interna total e a transmiss\u00e3o de sinais de luz se d\u00e1 com as diversas distribui\u00e7\u00f5es poss\u00edveis dos campos eletromagn\u00e9ticos. Cada configura\u00e7\u00e3o resultante dessas combina\u00e7\u00f5es indica um \u201cmodo de propaga\u00e7\u00e3o\u201d com caracter\u00edsticas pr\u00f3prias que incluem, entre outros fatores, a velocidade de propaga\u00e7\u00e3o, comprimento de onda etc. Cada modo de propaga\u00e7\u00e3o corresponde ent\u00e3o a uma trajet\u00f3ria diferente dos raios luminosos, com um valor espec\u00edfico que \u00e9 determinado pelo \u00e2ngulo de incid\u00eancia da luz na fibra.<\/p>\n\n\n\n

2.1. Modos Vazados<\/h3>\n\n\n\n

Os modos vazados s\u00e3o modos de propaga\u00e7\u00e3o que est\u00e3o apenas parcialmente confinados no n\u00facleo da fibra \u00f3ptica. Esses modos caracterizam-se por irradiarem (vazarem) continuamente pot\u00eancia fora do n\u00facleo e por serem atenuados \u00e0 medida que se propagam. A irradia\u00e7\u00e3o dos modos vazados resulta do equivalente \u00f3ptico do fen\u00f4meno de mec\u00e2nica qu\u00e2ntica conhecido como efeito t\u00fanel.<\/p>\n\n\n\n

Vazamentos de sinal de luz podem ocorrer quando o \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o entre o n\u00facleo e a casca da fibra \u00f3ptica \u00e9 pequeno, conforme mostra a Figura 3.<\/p>\n\n\n\n

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Figura 03 – Vazamento de luz na fibra \u00f3ptica<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Os modos vazados podem carregar quantidades significativas de pot\u00eancia luminosa em fibras \u00f3pticas de comprimento relativamente curto. A maioria desses modos desaparece ap\u00f3s percorrerem alguns cent\u00edmetros de fibra. Contudo, alguns com perdas baixas podem alcan\u00e7ar dist\u00e2ncias da ordem de at\u00e9 quil\u00f4metros. Assim, a exist\u00eancia de modos vazados tem implica\u00e7\u00f5es pr\u00e1ticas nas medi\u00e7\u00f5es de fibras \u00f3pticas, particularmente na determina\u00e7\u00e3o da abertura num\u00e9rica e das perdas de propaga\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

2.2. Modos Irradiados<\/h4>\n\n\n\n

A solu\u00e7\u00e3o das Equa\u00e7\u00f5es de Maxwell para as condi\u00e7\u00f5es de contorno imposta por uma fibra \u00f3ptica inclui, al\u00e9m do n\u00famero finito de modos guiados, um n\u00famero infinito de modos que n\u00e3o s\u00e3o guiados pelo n\u00facleo da fibra e que irradiam pot\u00eancia para fora. Esses modos s\u00e3o conhecidos como irradiados e correspondem aos raios que est\u00e3o fora do cone de aceita\u00e7\u00e3o da fibra \u00f3ptica e s\u00e3o refratados para a casca, mostrado na Figura 4.<\/p>\n\n\n\n

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Figura 04 – Cone de aceita\u00e7\u00e3o na fibra \u00f3ptica<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Como a casca de uma fibra \u00f3ptica pr\u00e1tica tem espessura finita e \u00e9 envolta por um material de prote\u00e7\u00e3o ou suporte f\u00edsico, alguns dos modos irradiados podem ser guiados pela casca e a exist\u00eancia desses modos irradiados pela casca da fibra pode afetar as medidas de sinal em raz\u00e3o do fen\u00f4meno de acoplamento de modos. Por exemplo, os modos guiados pela casca podem ser acoplados a modos guiados pelo n\u00facleo a partir de descontinuidades (emendas) na fibra \u00f3ptica, implicando uma redu\u00e7\u00e3o da banda passante efetiva.<\/p>\n\n\n\n

2.3. Acoplamento de Modos<\/h5>\n\n\n\n

As caracter\u00edsticas de propaga\u00e7\u00e3o de uma fibra \u00f3ptica podem se afastar daquelas previstas teoricamente para o caso de um guia de onda diel\u00e9trico perfeito (cil\u00edndrico, n\u00facleo homog\u00eaneo, curvatura, entre outras). Na realidade, as imperfei\u00e7\u00f5es existem no guia de onda pr\u00e1tico, traduzidas em termos de desvios de geometria b\u00e1sica (eixo curvo, varia\u00e7\u00f5es no di\u00e2metro e outros) e de irregularidades na composi\u00e7\u00e3o do n\u00facleo e da casca (n\u00e3o homogeneidade, por exemplo), que podem mudar as caracter\u00edsticas de propaga\u00e7\u00e3o da fibra \u00f3ptica.<\/p>\n\n\n\n

O efeito das imperfei\u00e7\u00f5es em fibras \u00f3pticas pr\u00e1ticas, que podem ser causadas na fabrica\u00e7\u00e3o ou no simples manuseio operacional da fibra, \u00e9 o de acoplar energia de um modo de propaga\u00e7\u00e3o em outro, dependendo do tipo de perturba\u00e7\u00e3o. Por exemplo, em uma fibra multimodo h\u00e1 sempre o fen\u00f4meno de acoplamento de modos que resulta na transfer\u00eancia de energia de um modo para os modos adjacentes, \u00e0 medida que a luz se propaga ao longo da fibra.<\/p>\n\n\n\n

O acoplamento de modos tem implica\u00e7\u00f5es importantes na determina\u00e7\u00e3o das caracter\u00edsticas de transmiss\u00e3o das fibras \u00f3pticas. Os modos irradiados guiados pela casca, podem se acoplar aos modos de ordem superior, guiados pelo n\u00facleo, inclusive os modos vazados. Isso \u00e9 poss\u00edvel porque o campo el\u00e9trico evanescente de um modo guiado pelo n\u00facleo interage com os modos guiados pela casca.<\/p>\n\n\n\n

3. Dispers\u00e3o<\/h2>\n\n\n\n

Dispers\u00e3o \u00e9 uma caracter\u00edstica de transmiss\u00e3o que exprime o alargamento dos pulsos transmitidos atrav\u00e9s de uma fibra \u00f3ptica. Este alargamento determina a largura de banda da fibra \u00f3ptica, dada em MHz.km, e est\u00e1 relacionada com a capacidade de transmiss\u00e3o de informa\u00e7\u00e3o das fibras.<\/p>\n\n\n\n

Os mecanismos b\u00e1sicos de dispers\u00e3o s\u00e3o:<\/p>\n\n\n\n

  • Dispers\u00e3o modal;<\/li>
  • Dispers\u00e3o crom\u00e1tica.<\/li><\/ul>\n\n\n\n

    3.1. Dispers\u00e3o Modal<\/h3>\n\n\n\n

    Este tipo de dispers\u00e3o s\u00f3 existe nas fibras multimodo, sendo provocada basicamente pelos v\u00e1rios caminhos poss\u00edveis de propaga\u00e7\u00e3o (modos) que a luz pode ter no n\u00facleo. N\u00e3o ocorre dispers\u00e3o modal em fibras monomodo, pois apenas um modo de luz ser\u00e1 guiado atrav\u00e9s da fibra.<\/p>\n\n\n\n

    Numa fibra \u00f3ptica multimodo de \u00edndice degrau, nem todos os modos viajam com a mesma velocidade, pois o \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o n\u00e3o \u00e9 constante em todo o n\u00facleo. Logo, os modos de alta ordem (que percorrem caminho mais longo) demorar\u00e3o mais tempo para percorrer a fibra do que os modos de baixa ordem (Figura 5).<\/p>\n\n\n\n

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    Figura 05 – Fibra \u00f3ptica de \u00edndica degrau<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Nas fibras \u00f3pticas de \u00edndice gradual, o n\u00facleo tem um \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o que diminui com o aumento da dist\u00e2ncia radial do eixo \u00f3ptico, conforme mostra a Figura 6.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"
    Figura 06 – Fibra \u00f3ptica de \u00edndice degrau<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    A vantagem das fibras mult\u00edmodo de \u00edndice gradual em compara\u00e7\u00e3o com as fibras mult\u00edmodo de \u00edndice degrau \u00e9, portanto, a diminui\u00e7\u00e3o consider\u00e1vel na dispers\u00e3o modal.<\/p>\n\n\n\n

    3.2. Dispers\u00e3o Crom\u00e1tica<\/h4>\n\n\n\n

    A dispers\u00e3o crom\u00e1tica \u00e9 um fen\u00f4meno de propaga\u00e7\u00e3o do sinal ao longo do tempo resultante das diferentes velocidades dos raios de luz no interior da fibra \u00f3ptica (Figura 7).<\/p>\n\n\n\n

    \"\"
    Figura 07 – Exemplo de dispers\u00e3o crom\u00e1tica<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    A dispers\u00e3o crom\u00e1tica \u00e9 a combina\u00e7\u00e3o dos efeitos de dispers\u00e3o do material e dispers\u00e3o do guia de onda:<\/p>\n\n\n\n

    • Dispers\u00e3o do material<\/strong> – Como o \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o depende do comprimento de onda e como as fontes luminosas existentes n\u00e3o s\u00e3o perfeitas, temos que cada comprimento de onda enxerga um valor diferente de \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o num determinado ponto, logo cada comprimento de onda viaja no n\u00facleo com velocidade diferente, provocando uma diferen\u00e7a de tempo de percurso, causando a dispers\u00e3o do impulso luminoso;<\/li>
    • Dispers\u00e3o do guia de onda – <\/strong>Esse tipo de dispers\u00e3o \u00e9 provocado por varia\u00e7\u00f5es nas dimens\u00f5es do n\u00facleo e varia\u00e7\u00f5es no perfil de \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o ao longo da fibra \u00f3ptica, dependendo tamb\u00e9m do comprimento de onda da luz. S\u00f3 \u00e9 percebida em fibras monomodo que tem dispers\u00e3o material reduzida.<\/li><\/ul>\n\n\n\n

      Conclus\u00e3o<\/h2>\n\n\n\n

      A comunica\u00e7\u00e3o por fibras \u00f3pticas \u00e9 um campo interdisciplinar que combina ci\u00eancia, tecnologia e sistemas de comunica\u00e7\u00e3o. As redes \u00f3pticas fornecem a base para as redes de comunica\u00e7\u00e3o atuais e futuras e, por esse motivo, torna-se t\u00e3o importante compreender os princ\u00edpios b\u00e1sicos de como a luz percorre a fibra, como funcionam os enlaces de dados e os par\u00e2metros de desempenho dos sistemas de transmiss\u00e3o por fibras \u00f3pticas.<\/p>\n\n\n\n

      At\u00e9 o pr\u00f3ximo artigo!<\/p>\n\n\n\n

      Autor: Jos\u00e9 Maur\u00edcio s\u00f3cio diretor da Ratio Consultoria e Professor Universit\u00e1rio<\/p>\n\n\n\n

      <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

      1. Introdu\u00e7\u00e3o A ideia b\u00e1sica da fibra \u00f3ptica \u00e9 que a luz irradiada em uma de suas extremidades alcance a extremidade oposta, mesmo que essa fibra seja dobrada ou arqueada. 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