Dosiê Fibra Óptica – Parte Final

Este post é a continuação do artigo Dosiê Fibra Óptica – Parte I

Dosiê Fibra Óptica – Parte Final

6. Sistemas de comunicação
O sistema de fibras ópticas é constituído por três blocos básicos:

  • Bloco Transmissor
  • Bloco Receptor
  • Bloco do Meio Físico

O Bloco Transmissor possui a função de transformar o sinal elétrico em óptico, sendo constituído por dois componentes básicos: o circuito driver e circuito emissor de luz. O circuito driver possui a função controle de polarização elétrica e emissão de potência óptica.

O circuito emissor de luz é responsável pela conversão e a emissão do sinal óptico. O bloco receptor possui a função inversa do bloco transmissor, ou seja, detecta o sinal óptico e o converte para elétrico. É constituído por um fotodetector que realiza a conversão optoelétrica e por um circuito amplificador-filtro, onde o sinal recebe um tratamento adequado para a leitura. O meio físico, composto pelas fibras ópticas é um guia, em cujo interior a luz trafega, desde a extremidade emissora até a extremidade receptora.

7. Tipos de fibras ópticas
Existem dois tipos de fibras ópticas: as fibras multimodo e as monomodo. A escolha de um destes tipos dependerá da aplicação à qual se destinará o uso da fibra. As fibras multimodo são mais utilizadas em aplicações de rede locais (LAN), enquanto as fibras monomodo são mais utilizadas para aplicações de redes de longa distância (WAN).

7.1 Fibras Multimodo (MMF MultiMode Fiber)
São fibras que possuem vários modos de propagação, o que faz com que os raios de luz percorram por diversos caminhos o interior da fibra. Devido a esta característica, elas se classificam de duas formas: fibras multimodo de índice degrau ou de índice gradual.

7.1.1 Multimodo de Índice Degrau
Possuem um núcleo composto por um material homogêneo de índice de refração constante e sempre superior ao da casca. As fibras de índice degrau possuem mais simplicidade em sua fabricação e, por isto, possuem características inferiores aos outros tipos de fibras, sendo que uma das deficiências que podemos enumerar é a banda passante que é muito estreita, o que restringe a capacidade de transmissão da fibra. A atenuação é bastante alta quando comparada com as fibras monomodo, o que restringe as aplicações com fibras multimodo com relação à distância e à capacidade de transmissão.

7.1.2 Multimodo de Índice Gradual
Possuem um núcleo composto de um índice de refração variável. Esta variação permite a redução do alargamento do impulso luminoso. São fibras mais utilizadas que as de índice degrau. Sua fabricação é mais complexa porque somente conseguimos o índice de refração gradual dopando com doses diferentes o núcleo da fibra, o que faz com que o índice de refração diminua gradualmente do centro do núcleo até a casca. Mas, na prática, esse índice faz com que os raios de luz percorram caminhos diferentes, com velocidades diferentes, e cheguem à outra extremidade da fibra ao mesmo tempo praticamente, aumentando a banda passante e, conseqüentemente, a capacidade de transmissão da fibra óptica.

Dosiê Fibra Óptica – Parte Final7.2 Fibras Monomodo (SMF – Single Mode Fiber)
As fibras monomodo possuem um único mode de propagação, ou seja, os raios de luz percorrem o interior da fibra por um só caminho. Também se diferenciam pela variação do índice de refração do núcleo em relação à casca, e se classificam em índice degrau standard, dispersão deslocada (dispersion shifted) ou non-zero dispersion.

Por possuírem suas dimensões mais reduzidas que as fibras multimodos, as fibras monomodais têm a fabricação mais complexa. Contudo, as características destas fibras são muito superiores às multimodos, principalmente no que diz respeito àbanda passante, mais larga, o que aumenta a capacidade de transmissão. Apresentam atenuação mais baixa, aumentando, com isto, a distância entre as transmissões sem o uso de repetidores. Os enlaces com fibras monomodo, geralmente, ultrapassam 50 km entre os repetidores, dependendo da qualidade da fibra óptica.

As fibras monomodo do tipo dispersão deslocada (dispersion shifted) têm concepção mais moderna que as anteriores e apresentam características com muitas vantagens, como baixíssima atenuação e largura de banda bastante larga. Contudo, apresentam desvantagem quanto à fabricação, que exige técnicas avançadas e de difícil manuseio (instalação, emendas), com custo muito superior quando comparadas com as fibras do tipo multimodo.

8. Fontes de luz
Para sistemas de comunicação por fibra óptica existem no mercado vários dispositivos de conversão eletroóptico. Mas somente dois dispositivos, dentre os mais comuns até o presente momento, são realmente aplicados para transmissão por fibra óptica: o LED (Light Emition Diode) e o ILD (Injection Laser Diode), ambos semicondutores modulados diretamente pela variação da corrente de entrada, constituídos por arsenieto de gálio e alumínio (GaAIAs), fosfato de arsenieto de gálio e aluminio (GaAIAsP) ou fosfato de arsenieto de gálio e índio (GaInAsP).

8.1 LEDs – Light Emition Diode
As fontes de luz mais comuns para os sistemas de comunicação por fibra óptica são os LEDs, porque emitem luz invisível próxima do infravermelho. Sua operação é como a operação básica de um diodo comum. Uma pequena tensão é aplicada entre seus terminais, fazendo uma pequena corrente fluir atráves da junção. Este diodo é formado por duas regiões de aterial semiciondutor, dopado com impurezas do tipo P e do tipo N. A região P é a que possui menos elétrons do que átomos, o que implica em lacunas onde há espaços para os elétrons na estrutura crstalina. Já a região N é caracterizada por apresentar mais életrons livres do que lacunas.

O comprimento de onda emitido pelo LED depende dos níveis internos de energia do semicondutor. Os comprimentos de onda mais usados em aplicações de fibra óptica são de 820 e 850 nm. Em temperatura ambiente, a largura de banda típica de 3dB de um LED de 820 nm é de 40 nm, aproximadamente.

A potência de luz de um LED é, aproximadamente, proporcional à injeção de corrente, devido a algumas recombinações entre eletróns e lacunas que não produzam fótons. O LED não é 100% eficiente.

Existem dois tipos de LED mais utilizados em sistemas de comunicação por fibras ópticas: emissores de borda e emissores de superfície, sendo que os emissores de superfície são mais comumente utilizados, porque oferecem melhor emissão le luz. Mas as perdas de acoplamento são maiores nestes emissores e eles apresentam larguras de banda de modulação menores que os emissores de borda.

Dosiê Fibra Óptica – Parte Final8.2 ILD – Injection LASER Diode
Enumeramos no mercado três tipos básicos de laser: a gás, sólido ou semicondutor. Apenas o laser semicondutor encontra aplicação prática em sistemas de comunicação por fibras ópticas devido a custo, dimensões e tensão de alimentação.

É mais indicado para sistemas de longas distâncias por acoplar maiores potências em fibras ópticas.

Com operação bastante similar ao LED, possuem os mesmos materiais em sua constituição, embora arranjados de maneira diferente. Abaixo de um limite bem definido (thresold) de corrente, o ILD se comporta como um LED: apresenta emissão espontânea e uma irradiação de luz mais ampla (menos direcionada). Acima do thresold, porém, o laser começa a oscilar.

9. Terminações ópticas
Basicamente constituídas de conectores, as terminações ópticas realizam a conexão entre as fibras ópticas e os equipamentos, que podem ser uma fonte de luz, detectores de luz ou mesmo equipamentos de medição.

9.1 Características
O conectores ópticos são acessórios compostos de um ferrolho, onde se encontra a terminação óptica, e de uma parte responsável pela fixação dessas fibras na extremidade do ferrolho. É realizado um polimento para atenuar os problemas de reflexão da luz. Podemos detectar com o aumento da atenuação, basicamente, dois tipos de perdas: a perda de inserção e perda de retorno.

A perda de inserção, ou atenuação, é a perda de potência luminosa que ocorre na passagem da luz nas conexões, geralmente causada por irregularidades no alinhamento dos conectores e irregularidades intrínsecas às fibras ópticas.

A perda de retorno, ou reflectância, é a quantidade de potência óptica refletida na conexão, e a luz refletida retorna até a fonte luminosa, cuja causa principal está na face dos ferrolhos dos conectores, que refletem parte da luz que não entra no interior da fibra óptica do conector do lado oposto. Esta perda não influi diretamente na atenuação total. Contudo, pode degradar o funcionamento da fonte luminosa e, assim, afetar a comunicação.

9.2 Aplicação
São utilizados na conexão das fibras ópticas das seguintes formas:

  • Extensões ópticas ou pig-tail
  • Cordão óptico
  • Cabo multicordão

9.3 Tipos de Conectores

Existem no mercado vários tipos de conectores, cada um voltado para uma aplicação. São constituídos de um ferrolho com uma face polida, onde é feito o alinhamento da fibra, e de uma carcaça provida de uma capa plástica. São todos "machos", ou seja, os ferrolhos são estruturas cilíndricas ou cônicas, dependendo do tipo de conector.

Dosiê Fibra Óptica – Parte Final

 

10. Recomendações da Norma TIA/EIA 568-A (TSB-72)
A norma EIA/TIA 568-A recomenda a utilização de determinados cabos ópticos, além de especificar os valores dos principais parâmetros que envolvem os cabos e acessórios ópticos.

Cabos Ópticos
Podem ser do tipo multimodo (índice gradual) e monomodo, obedecendo-se às especificações:

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Emendas Ópticas
A norma indica qua a atenuação máxima de emendas ópticas por fusão ou mecânicas não pode execeder o valor de 0,3 dB.

Conectores Ópticos
A norma recomenda o uso de conectrores ST e SMA, e a atenuação por inserção deve ser inferior à 0,75 Db por conector. A perda de retorno deve ser acima de 20 dB para fibras multimodo e 26 dB para fibras monomodo. Os conectores devem ter vida útil de 1000 operações.

11. Conclusão
Com a migração de tecnologias de rede para protocolos de maiores velocidade (Gigabit e 10 Gigabit Ethernet), passou-se a difundir mais o uso de fibras ópticas para aplicações de rede local. Com este artigo, mostramos os principais conceitos para se iniciar o estudo sobre fibras ópticas, podendo, assim, acertar na escolha do tipo certo de fibra para sua aplicação.

A escolha do tipo certo de fibra óptica é muito importante. Primeiro, é preciso entender a sua aplicação, conhecendo suas reais necessidades para, aí então, decidir o tipo de fibra mais adequado.

Fonte: RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa

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