CONCEITOS DE TRANSMISSÃO DE SINAIS POR FIBRA ÓTICA

O QUE É FIBRA ÓTICA?

Fibra Ótica é o meio pelo qual a potência luminosa, injetada pelo Emissor de Luz, é transmitida até o Fotodetector. Formada por um Núcleo de material dielétrico- geralmente Óxido de Silício (SiO2), dopado com germânio, fósforo e alumínio para aumentar seu índice de refração, e por uma Casca de material dielétrico- podendo ser de Sílica pura, com índice de refração ligeiramente inferior ao do núcleo, O cabo ótico é protegido mecânicamente e ambientalmente por encapsulamentos (geralmente plásticos), conforme sua aplicação, podendo conter uma ou mais fibras.

As Fibras Óticas caracterizam-se pela existência de regiões espectrais onde a acentuação é mínima. Essas regiões, conhecidas como janelas de transmissão, situam-se em torno dos comprimentos de onda: 850nm, 1300nm e 1550nm.

A luz, nos sistemas de fibra ótica, é transmitida por variação de amplitude, existindo processos analógicos e digitais.

Com capacidade de transmissão 1 milhão de vezes maior do que o cabo metálico, a fibra ótica é o principal meio de comunicação mundial.

Mantendo somente cabos metálicos como condutores de informações, em certos casos seria mais rápido enviar uma pessoa para entregar a correspondência, do que transmitir tais dados.

Para transmitir um pacote de informações com 72Gb- que corresponde ao conteúdo de um disco rígido de 9Gb- a uma distância de 10Km, utilizando cabo metálico, seriam necessárias dez horas. Por fibra ótica seriam gastos apenas 7,2 segundos.

Analogamente, se num estádio de futebol lotado houvesse apenas uma pequena porta de saída, o tempo para esvaziá-lo seria muito maior do que utilizando diversos portões.

Atenuação de Sinal em Fibras Óticas- perdas por absorção devido a imperfeições, frente a qualidade dos materiais que compõe o Núcleo e a Casca, .

Conversão de Sinais Elétricos em Luz, Permitindo a Transmissão por Fibra Ótica

Transmissor Ótico: composto por dispositivo emissor de luz e circuito driver. O dispositivo emissor de luz é responsável pela conversão eletro-ótica dos sinais. Dois tipos de dispositivos são utilizados como fontes luminosas: LD(s)- Diodos Laser; LED(s)- Diodos Eletrominescentes. O circuito driver tem funções de polarização elétrica e de comando da emissão de potência luminosa pelo emissor de luz. A potencia emitida, e portanto a capacidade de transmissão, é função direta do tipo de emissor de luz utilizado, sendo os Diodos Laser superiores aos LED(s), entretanto exigindo maior complexidade na construção do transmissor.

Receptor Óptico: dispositivo fotodetector com circuito eletrônico de amplificação e filtragem, sendo responsável pela detecção e conversão do sinal luminoso em elétrico. Os fotodetectores são os fotodiodos PIN e os APD(s) ou de avalanche. O circuito eletrônico associado ao fotodetector tem a função de filtrar e amplificar o sinal elétrico convertido.

A qualidade de um receptor ótico é medida pela sua sensitividade, ou potência luminosa mínima necessária para determinado desempenho em termos de relação sinal-ruído (S/N) ou taxa de erros de transmissão. Além das fontes de ruído associadas aos circuitos eletrônicos (Ripples), afetam o desempenho fontes de ruído características do processo de conversão opto-eletrônica. De um modo geral, os receptores óticos com fotodiodos de avalanche, mais complexos, apresentam desempenho superior aos fotodiodos PIN.

Modulação: em sistemas de transmissão por fibras óticas, a informação é transmitida modulando-se a emissão da portadora luminosa. A modulação da fonte luminosa pode ser feita com sinais elétricos analógicos ou digitais. No caso analógico, a intensidade do feixe luminoso emitido varia continuamente. Já na modulação digital, a intensidade de luz tem variação discreta na forma de pulsos luminosos, tipo on-off.

Os sistemas de transmissão digital- utilizam um codificador, onde os sinais oriundos da fonte de dados é codificada para transmissão ótica, e de um decodificador, que se encarrega de transformar a informação digital em sinais elétricos. Esta relativa maior complexidade do sistema digital é largamente compensada pelo desempenho superior em termos de capacidade de transmissão (banda passante) e alcance. Ainda, permitem utilizar repetidores e regeneradores de sinal.

Os sistemas analógicos apresentam desempenho relativamente inferior frente aos digitais, limitando sua utilização a distâncias menores e com menor capacidade de transmissão, devido a exigência de maior potencia do sinal-ruído, não usufruindo das vantagens em poder utilizar repetidores e regeneradores de sinal eficazes, encontrando maior dificuldade em obter fontes luminosas que operem linearmente em altas freqüências.

Espectro de Transmissão: As freqüências óticas associadas aos sistemas de comunicações por fibra ótica são referenciadas por comprimentos de onda. Dentro de uma faixa espectral, começando na região do infravermelho distante (~100mm), passando pelo espectro visível (390 a 770nm) e terminando no ultravioleta (50nm), as freqüências óticas oferecem possibilidades fantásticas quanto a capacidade de transmissão. Considerando-se apenas a faixa de 10 –10 Hz (100 a 1000 Terahertz), pode-se teoricamente alcançar capacidades de transmissão da ordem 10 vezes superior as dos atuais sistemas de microondas.

Os sistemas de transmissão por fibras óticas operam geralmente na região espectral de 0,6- 1,6mm, com preferência para janelas de transmissão de 0,85mm, 1,3mm e 1,55mm. Nessa região já existem materiais semicondutores (Si, Ge, AlGaAs, InGaAsP, etc.) adequados à fontes luminosas fotodetectoras de melhor desempenho, bem como fibras óticas com atenuação muito baixa. É importante observar que estas fronteiras não são estáticas, mas um resultado de contínuos avanços tecnológicos.

Tipos de Sistemas de Fibra Ótica:

Aplicações Típicas

Emendas Óticas

Acoplamentos e Conexões: consistem na junção de dois ou mais segmentos de fibras óticas para prolongar um cabo, mudança de tipo de cabo no transporte da informação, conexão a um equipamento, ou apoiando manobras mecânicas num sistema de cabeamento estruturado. O acoplamento da fibra ótica com dispositivos emissores de luz e fotodetectores, em razão da precisão e pequenas dimensões envolvidas, exige o uso de técnicas apuradas, a fim de limitar perdas de acoplamentos ao mínimo. A junção ponto-a-ponto de dois ou mais segmentos de fibra ótica pode ser realizada de modo permanente, através de emendas, ou temporariamente por meio de conectores mecânicos. As junções multiponto utilizam acopladores de diversos tipos.

Características básicas das emendas:

  Baixa Atenuação: típica de 0,2 à 0,02dB por emenda;
  Alta Estabilidade Mecânica: cerca de 4 kgf de tração.

Tipos de Emendas:

Emenda Ótica por Fusão: processo pelo qual dois segmentos de fibra são fundidos entre si, através de uma descarga elétrica produzida pelo equipamento de fusão, apresentando a menor atenuação do sinal. As etapas são:

  Limpeza;

  Decapagem;

  Clivagem;

Inserção do protetor de emenda, "Tubete Termo Contrátil";

Colocação das fibras no dispositivo V Groove da máquina de fusão;

Aproximação das fibras até cerca de 1µm;

Fusão através de arco voltaíco;

Colocação do protetor e aquecimento.

Emenda Ótica Mecânica: é o processo pelo qual duas fibras são unidas por um Conector Ótico Mecânico. As etapas envolvidas são:

  Limpeza;

  Decapagem;

  Clivagem;

  Inserção de cada extremidade da fibra em uma extremidade do conector;

  Verificação da correta posição das fibras;

  Fechamento do conector.

Emenda Ótica por Conectorização: as fibras óticas são encostadas (posicionadas muito perto uma da outra), através do uso de um conector adaptador. Este tipo de emenda é executada de forma rápida, desde que os conectores já estejam instalados nos cordões óticos. Também é muito utilizada em acessórios óticos denominados distribuidores óticos. É a emenda com a maior atenuação do sinal; 

Processos de Emendas:

Limpeza:

  Remoção da capa do cabo;

  Remoção do tubo Loose;

  Remoção do gel com uso de álcool isopropílico, utilizando-se algodão, lenços de papel ou gaze.

Decapagem

  Remoção do revestimento externo de acrilato da fibra;

  Limpeza da fibra com álcool isopropílico;

  Repetição do processo até que todo o revestimento externo da fibra seja removido.

Clivagem: Corte perpendicular das extremidades das fibras, em ângulo de corte de 90º, produzindo faces paralelas para uma perfeita emenda, etapa que exige o máximo de cuidado no manuseio e corte. A clivagem utiliza equipamento que risca a fibra, analogamente ao corte de vidro pelos vidraceiros. As operações envolvidas são:

  Clivagem da fibra;

  Limpeza das extremidades com álcool isopropílico.

Atenuações em Emendas Ópticas: três tipos de fatores influenciam a qualidade da emenda: Fabricação da Fibra; Processo de Emenda; Fatores Reflexivos.

Qualidade de Fabricação da Fibra Ótica:

  Variação do diâmetro do núcleo (especialmente crítica para fibras monomodo);
  Diferença de perfil;
  Elipticidade ou Excentricidade do núcleo ou casca.

Processo de Emenda:

  Precisão no alinhamento das fibras a serem emendadas;
  Qualidade no preparo do corte e das terminações da fibra;
  Espaçamento entre as extremidades das fibras;
  Contaminação ambiental.

Fatores Reflexivos: advém das próprias emendas, podendo produzir reflexos de luz internos que irão atenuar sinais transmitidos. Com adequados equipamentos empregados no processo de emendas e a constante melhoria na qualidade da fabricação da fibra ótica, este tipo de atenuação é inferior a 50dB

http://www.terra.com.br/reporterterra/fibra/

Galeria de Fotos: Rogério Lorenzoni - Repórter Terra

Livro Fundamentos de Física 4- Óptica e Moderna- Halliday- Renisck-Walker- 4a Edição- LTC

Texto extraído da apostila Cabling I
Autor: Marco Aurelio Martignoni
Instrutor da Impacta Tecnologia - www.impacta.com.br
Certificado em Furukawa Master e 3M Volition VIP

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