É a manifestação de um fenômeno físico no qual uma fonte pertubadora fornece energia a um sistema e essa energia desloca-se através dos pontos deste sistema. Observemos a propagação de um impulso em uma corda:
A onda não se movimenta mas sim a energia fornecida pela fonte pertubadora, neste caso pela mão.
Ondas podem ser unidimensionais, bidimensionais ou tridimensionais dependo da direção de propagação.
O comprimento da onda corresponde ao período temporal T, ou seja, o período em que ela se repete.
Conhecendo-se a velocidade de propagação, caracterizamos uma onda pela sua freqüência ou através de seu comprimento por: v=l.f
A LUZ COMO FENÔMENO
Duas teorias explicam atualmente a natureza da luz: teoria corpuscular e a teoria ondulatória. A teoria ondulatória, define a luz como campos eletromagnéticos propagando-se no espaço. Explica fenômenos como reflexão, refração, difração etc.
A teoria corpuscular, define a luz como pacotes de energia denominados fótons. Explica fenômenos como efeito Compton e o desvio de raios luminosos que passem perto de corpos celestes.
É a grandeza que expressa a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio em que ela se propaga. É definida por n=c/v, onde
Nas fibras ópticas o indíce de refração poderá provocar disperção do impulso luminoso, limitando a capacidade de transmissão. Este fenômeno explica a decomposição da luz branca no prisma e a formação do arco-irís.
Ex: vácuo n=1,0; água n=1,3; vidro n=1,5; diamantes n=2,0.
Ao incidir em uma superfície de separação de dois meios de índice de refração diferentes, uma parcela da energia será refletida enquanto outra parcela se propagará através do meio de transmissão. Ao passar para o meio de transmissão, a onda sofre um desvio na sua direção caracterizado então pela Lei de Snell: ni.senqi=nt.senqt
Quando um raio de luz muda de um meio que tem índice de refração maior para um meio que tem índice de refração menor, a direção da onda transmitida afasta-se da normal. A medida que aumentamos o ângulo de incidência i, o ângulo do raio refratado tende a 90o. Quando isso acontece, o ângulo de incidência recebe o nome de ângulo crítico. Uma incidência com ângulo maior do que este sofre o fenômeno da reflexão interna total.
A casca, cuja a função básica de garantir a condição de aguiamento da luz pode ser feita de vidro, plástico e até mesmo o próprio ar pode atuar como casca (essas fibras são chamadas de bundle).
A variação do índice de refração em função do raio do núcleo obedece à seguinte equação n(r)=n1.(1-(r/a)a.D), onde
· n(r) é o índice de refração do ponto r
· n1 é o índice de refração do núcleo
· r é a posição sobre o raio do núcleo
· a é o coeficiente de optimização
· D é a diferença entre o índice de refração da casca e do núcleo
Esta fibra, ao contrário das anteriores, é construída de tal forma que apenas o modo fundamental de distribuição eletromagnética (raio axial) é guiado, evitando assim os vários caminhos de propagação da luz dentro do núcleo, consequentemente diminuindo a dispersão do impulso luminoso.
É um parâmetro básico para fibras multimodos (degrau e gradual) que representa o ângulo máximo de incidência que um raio deve ter, em relação ao eixo da fibra, para que ele sofra a reflexão interna total no interior do núcleo e propague-se ao longo da fibra através de reflexões sucessivas.
Modo de propagação é, portanto, uma onda com determinada distribuição de campo eletromagnético que satisfaz as equações de Maxwell e que transporta uma parcela individual (mas não igual) da energia luminosa total transmitida. Esses modos podem ser entendidos e representados como sendo os possíveis caminhos que a luz pode ter no interior do núcleo.
· imunidade a ruídos externos em geral e interferências eletromagnéticas em particular, como as causadas por descargas atmosféricas e instalações elétricas de altas tensões;
· imunidade a interferências de freqüências de rádio de estações de rádio e radar, e impulsos eletromagnéticos causados por explosões nucleares;
· imune a influência do meio ambiente, como por exemplo umidade;
· ausência de diafonia;
· grande confiabilidade no que diz respeito ao sigilo das informações transmitidas;
· capacidade de transmissão muito superior a dos meios que utilizam condutores metálicos;
· baixa atenuação, grandes distâncias entre pontos de regeneração;
· cabos de pequenas dimensões (pequeno diâmetro e pequeno peso) o que implica em economia no transporte e instalação.
· entroncamentos locais
· entroncamentos interurbanos
· conexões de assinantes
· Ps é a potência de saída
· Pe é a potência de entrada
· 850 nm com atenuação típica de 3 dB/km
· 1300 nm com atenuação típica de 0,8 dB/km
· 1550 nm com atenuação típica de 0,2 dB/km
É uma característica de transmissão que exprime o alargamento dos pulsos transmitidos. Este alargamento determina a largura de banda da fibra óptica, dada em MHz.km, e está relacionada com a capacidade de transmissão de informação das fibras. Os mecanismos básicos de dispersão são modal, existente em fibras multimodo, provocada pelos caminhos possíveis de propagação (modos) que a luz pode ter no núcleo e cromática, depende do comprimento de onda e divide-se em dois tipos: Material e de Guia de Onda. Os tipos de dispersão que predominam nas fibras são:
· Degrau: Modal (dezenas de MHz.Km).
· Gradual: Modal Material (menor que 1 GHz.Km).
· Monomodo: Material Guia de Onda (10 a 100 GHz.Km).
· número de fibras
· minimização de atenuação por curvaturas
· características de transmissão estável dentro da maior gama de temperatura possível
· resistência à tração, curvatura, vibração, compressão adequadas
· degradação com o tempo (envelhecimento)
· atenuação espectral
· atenuação de inserção
· abertura numérica
· perfil de índice de refração
O teste consiste em se medir a potência de luz após percorrer toda a fibra nos vários comprimentos de onda que se deseja medir a atenuação, esta é a primeira medida, ou ainda, a potência de saída. Após isso, corta-se a fibra a 2 ou 3 metros do início, sem alterar as condições de lançamento, e mede-se a potência de luz nesse ponto, que pode ser considerado como a potência de entrada, uma vez que 2 ou 3 metros tem atenuação desprezível; esta é a segunda medida. De posse das duas medidas, calcula-se a atenuação por [dB].
Este teste determina a máxima velocidade de transmissão de sinais que uma fibra óptica pode ter, ou seja, mede a capacidade de resposta da fibra óptica. O teste é realizado com o objetivo de sabermos se a fibra óptica tem condições de operar com a taxa de transmissão especificada para o sistema.
A abertura numérica é um número que define a capacidade de captação luminosa da fibra óptica e é definida por: , onde:
ou ainda: , onde:
Como a abertura numérica é equivalente à distribuição de luz do campo distante, o teste mede a intensidade de luz desse campo.
As medidas são obtidas através de um detector que percorre um deslocamento angular ou pela projeção do feixe de luz num anteparo graduado. Desta maneira se obtem o ângulo de abertura do feixe luminoso.
Não existem limites para o perfil de índice ,uma vez que qualquer imperfeição no mesmo implica numa diminuição da banda passante da fibra óptica , esta sim com limites específicos. O valor do índice de refração num determinado ponto é proporcional à distribuição de luz do campo próximo.
Nesta emenda, a fibra é introduzida numa máquina, chamada máquina de fusão, limpa e clivada, para após o alinhamento apropriado, ser submetida à um arco voltaico que eleva a temperatura nas faces da fibra, o que provoca o derretimento das fibras e a sua soldagem. Após a fusão, a fibra é revestida por resinas que tem a função de oferecer resistência mecânica à emenda, protegendo-a contra fraturas e quebras. Após a proteção, a fibra emendada é acomodada em recipientes chamados caixas de emendas. Por último, a Clivagem, é o processo de corte de ponta da fibra Óptica. Fazemos um pequeno ferimento na casca da fibra (risco) depois tracionamos a fibra e curvamos a mesma sobre o risco, assim o ferimento se propaga pela estrutura cristalina da fibra.
É baseado no alinhamento das fibras através de estruturas mecânicas. São dispositivos dotados de travas para que a fibra não se mova no interior da emenda e contém líquidos entre as fibras, chamados líquidos casadores de índice de refração, que diminuem as perdas de Fresnel (reflexão). É uma emenda de baixo custo em que as fibras também deve ser limpas e clivadas.
· luz coerente
· altas potências
· monocromaticidade
· diagrama de irradiação concentrado
· vida útil baixa (10000 horas)
· sensível a variações de temperatura
· próprio para sinais digitais
· altas velocidades, ou seja, grande banda de passagem (1 Ghz ou mais)
A FIBRA ÓPTICA E SEUS USOS ATUAIS
As redes públicas de telecomunicações provêm uma variedade de aplicações para os sistemas de transmissão por fibras ópticas. As aplicações vão desde a pura substituição de cabos metálicos em sistemas de longa distância interligando centrais telefônicas (urbanas e interurbanas) até a implantação de novos serviços de comunicações, por exemplo, para as Redes Digitais de Serviços Integrados (RDSI).
Uma das aplicações pioneiras das fibras ópticas em sistemas de comunicação corresponde aos sistemas tronco de telefonia, interligando centrais de tráfego interurbano. Os sistemas tronco exigem sistemas de transmissão (em geral, digitais) de grande capacidade, envolvendo distâncias que vão, tipicamente, desde algumas dezenas até centenas de quilômetros e, eventualmente, em países com dimensões continentais, até milhares de quilômetros. As fibras ópticas, com suas qualidades de grande banda passante e baixa atenuação, atendem perfeitamente a esses requisitos.
A rede local de assinantes, isto é, a rede física interligando assinantes à central telefônica local, constitui uma importante aplicação potencial de fibras ópticas na rede telefônica. Embora as fibras ópticas não sejam ainda totalmente competitivas com os pares metálicos, a partir da introdução de novos serviços de comunicações (videofone, televisão, dados etc.), através das Redes Digitais de Serviços Integrados (RDSI), o uso de fibras ópticas na rede de assinantes tende a ser imperativo.
Os sistemas de transmissão por cabos submarinos, parte integrante da rede internacional de telecomunicações, é uma outra classe de sistemas onde as fibras ópticas cumprem atualmente um papel de fundamental importância. As fibras ópticas, por outro lado, considerando-se apenas os sistemas de 3ª geração (1,3µm), permitem atualmente espaçamentos entre repetidores em torno de 60 km.
A transmissão de sinais de vídeo através de fibras ópticas é uma outra classe de aplicações bastante difundida. As fibras ópticas oferecem aos sistemas de CATV, além de uma maior capacidade de transmissão, possibilidades de alcance sem repetidores (amplificadores) superior aos cabos coaxiais banda-larga.
A difusão das fibras ópticas nas redes públicas de telecomunicações tem estimulado a aplicação desse meio de transmissão em sistemas de utilidade pública que provêm suas próprias facilidades de comunicações, tais como os sistemas de geração e distribuição de energia elétrica e os sistemas de transporte ferroviário. As facilidades de comunicações incluem, além de serviços de comunicação telefônica, serviços de telemetria, supervisão e controle ao longo do sistema. As distâncias envolvidas podem ser de alguns quilômetros ao longo de linhas de transmissão ou linhas férreas.
As comunicações entre computadores são suportadas por sistemas de comunicação de dados que costumam ser classificados, segundo as distâncias envolvidas, em redes de computadores de longa distância ou redes locais de computadores.
As redes de computadores a longa distância utilizam-se dos meios de transmissão comuns à rede telefônica. Embora geralmente usem técnicas distintas (comutação de pacotes, modem etc.) essas redes a longa distância são implantadas ou integradas nos mesmos suportes físicos de transmissão da rede telefônica. Assim sendo, o uso de fibras ópticas em sistemas de comunicação de dados a longa distância acompanha a evolução da aplicação de fibras ópticas na rede telefônica (cabos troncos, cabos submarinos, RDSI etc.).
As redes locais de computadores, utilizadas para interconectar recursos computacionais diversos (computadores, periféricos, banco de dados etc.) numa área geograficamente limitada (prédio, usina, fábrica, campus etc.), caracterizam-se pela especificidade e variedade de alternativas tecnológicas quanto ao sistema de transmissão voltadas principalmente para aplicações em automação em escritórios e em automação industrial, como requisitos exigentes em termos de confiabilidade, capacidade de uma excelente alternativa de meio de transmissão.