Fibras Ópticas

Fibras Ópticas

Fibra óptica é um filamento, de vidro ou de materiais poliméricos, com capacidade de transmitir luz. Estes filamentos têm vários diâmetros, indo de diâmetros ínfimos até vários milímetros. O vidro é o material mais utilizado porque absorve menos as ondas eletromagnéticas. O princípio da transmissão da luz segue esse padrão: é lançado um feixe de luz numa extremidade da fibra, esse feixe percorre a fibra através de consecutivas reflexões. A fibra possui no mínimo duas camadas: o núcleo e o revestimento, no núcleo ocorrem a transmissão da luz, esta só é possível graças a diferença do índice de refração entre o revestimento e o núcleo, pois o núcleo possui um índice de refração mais elevado, característica que liga ao ângulo de incidência do feixe de luz, que possibilita o fenômeno da reflexão total.

A diferença do índice de refração entre o núcleo e casca é o que aprisiona a luz no núcleo. Este vídeo demonstra o princípio deste fenômeno:

Tipos de Fibras

Fibra multimodo

Possuem dimensões do núcleo relativamente grandes, permitem a incidência de luz em vários ângulos, são fáceis de fabricar. Podem apresentar apenas um nível de reflexão entre o núcleo e a casca (índice degrau) ou vários níveis de reflexão entre o núcleo e a casca (índice gradual). Com relação a casca podem apresentar apenas um envoltório sobre o núcleo (casca simples) ou mais de um envoltório (casca dupla), usa como fonte de emissão de luz o led. No que tange a capacidade de transmissão, pode transmitir em 10 Gbps até uma distância máxima de 300 m, e 100 Mbps até uma distância máxima de 2 km. A tabela abaixo traça um comparativo entre velocidades e distâncias para a fibra multímodo. O índice de refração na casca é diferente do índice de refração do núcleo (Fig.1).

Figura 1 - Fibra multimodo com índice em degrau.

Já no multimodo com índice gradual o índice de refração é gradualmente diminuído do núcleo para a casca (Fig.2).

Figura 2 - Fibra multimodo com índice gradual.

Fibra monomodo

Dimensões de núcleo menores, incidência de luz em um único ângulo, não há reflexão, usa como fonte de emissão de luz o laser, sua fabricação é complexa. No que tange a capacidade de transmissão, pode transmitir em 10 Gbps até 40 km e 1 Gbps até 5 km (Fig.3).

Figura 3 - Fibra monomodo.

Construção

Figura 4 - Constituição das primeiras fibras ópticas

Atualmente as fibras ópticas são um filamento transparente e delgado, que pode ser feita de plástico ou de vidro, revestida por um material com baixo índice de refração. Além destes dois materiais, esta possui também um revestimento plástico que lhe garante uma proteção mecânica contra o ambiente externo (Fig.5).

Figura 5 - Estrutura de um cabo de fibra óptica

Modo de Propagação

Para que haja transmissão dos sinais é necessário um conversor de sinais elétricos para sinais ópticos, um transmissor e um receptor dos sinais ópticos, e um conversor de sinais ópticos para os sinais elétricos. Quando a luz passa de um meio para outro, esta sofre refração, que provoca um desvio na sua trajetória. Quando um destes meios é um cilindro de vidro, dependendo do ângulo de  incidência da luz sobre uma das suas extremidades, podem ocorrer dois fenômenos: se o raio luminoso atinge a extremidade com uma inclinação muito grande, ao atravessar o meio de vidro sofre um desvio de trajetória e escapa ao primeiro contato com a parede oposta; contudo, se incide de uma posição próxima à do eixo do cilindro, ao atravessar o meio de vidro sofre também uma refração, mas não atravessa as paredes do cilindro - ao contrário, reflete-se nela, atinge a parede oposta e, assim, em rebatidas sucessivas, vai sair pela outra extremidade do cilindro, experimentando apenas uma pequena redução na sua intensidade inicial. Esse fenômeno, denominado reflexão interna total, é utilizado nas fibras ópticas (Fig.6).

Vantagens e Desvantagens da utilização da fibra óptica

Abaixo está listado algumas vantagens de desvantagens dessa tecnologia:

Vantagens	Desvantagens
Dimensões Reduzidas;	Custo elevado;
Capacidade para transportar grandes quantidades de informação (Um par de fibras ópticas, cujo diâmetro pode ser comparado com o de um fio de cabelo, pode transmitir 2.5 milhões ou mais de chamadas telefônicas ao mesmo tempo;	Fragilidade das fibras óticas sem encapsulamento;
Imunidade às interferências eletromagnéticas;	Dificuldade para ramificações (Uma rede ponto a ponto seria mais viável, caso contrário as conexões tipo “T” sofrem com perdas muito elevadas de dados);
Matéria-prima muito abundante;	Impossibilidade de alimentação remota dos repetidores;
Segurança no sinal;	Falta de padronização dos componentes ópticos;
Facilidade na instalação;	Diferença entre fibra óptica e par trançado;
Menos deterioração com o tempo comparando com os fios de cobre.	Alto custo de instalação e manutenção.

A principal diferença na comparação de um cabo de fibra óptica e um de par trançado é a velocidade da transferência das informações e a ausência de interferências eletromagnéticas. Existem pesquisadores e especialistas em transferência de dados que conseguiram enviar 100 Tb por segundo através de fibra óptica. O fator mais preocupante dos cabos de par trançado é a interferência eletromagnética, que em ambientes industriais são de grandes quantidades (Fig.8).

Figura 8 - Propagação da luz

Outra forma de observar o fenômeno que ocorre na fibra óptica

Link explicativo sobre fibra óptica

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