Módulo iv fibra óticas

5,023 views
4,882 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
5,023
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
5
Actions
Shares
0
Downloads
267
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Módulo iv fibra óticas

  1. 1. Copyright © 2002-2003, ESAB - Escola Superior Aberta do Brasil. 1
  2. 2. Sistemas de Comunicações Ópticas Professor Sérgio Anderi Teixeira CITAÇÃO DE MARCAS NOTÓRIAS Várias marcas registradas são citadas no conteúdo destemódulo. Mais do que simplesmente listar esses nomes e informar quempossui seus direitos de exploração ou ainda imprimir logotipos, o autordeclara estar utilizando tais nomes apenas para fins editoriaisacadêmicos. Declara ainda, que sua utilização têm como objetivo,exclusivamente na aplicação didática, beneficiando e divulgando amarca do detentor, sem a intenção de infringir as regras básicas deautenticidade de sua utilização e direitos autorais. E por fim, declara estar utilizando parte de alguns circuitoseletrônicos, os quais foram analisados em pesquisas de laboratório e deliteraturas já editadas, que se encontram expostas ao comércio livreeditorial. 2
  3. 3. ÍNDICEIntrodução ......................................................................... 04Capítulo 1 - Histórico e conceitos............................................ 061.1 - A natureza da luz ......................................................... 061.2 - Ondas eletromagnéticas. ............................................... 071.3 - A velocidade da luz ....................................................... 081.4 - Vantagens das fibras ópticas .......................................... 091.5 - Uma idéia genial ou várias. ............................................ 11Capítulo 2 - Princípio de funcionamento das Fibras Ópticas......... 132.1 - Sistemas de comunicação por fibras Ópticas..................... 132.2 - Tipos de Fibras Ópticas.................................................. 142.2.1 - Fibras multímodo....................................................... 142.2.2 - Fibras mono modo ..................................................... 15Capítulo 3 - Métodos de fabricação de Fibras e Cabos Ópticos..... 183.1 - Método OVD. ............................................................... 193.2 - Método VAD................................................................. 203.3 - Método MCVD. ............................................................. 213.4 - Método PCVD ............................................................... 223.5 - Processos de Fabricação dos cabos ópticos....................... 223.5.1 - Pintura da fibra óptica. ............................................... 223.5.2 - Extrusão do revestimento secundário. .......................... 233.5.3 - Reunião do cabo ........................................................ 233.5 4 - Encapamento. ........................................................... 243.6 - Tecnologias de construção para cabos ópticos .................. 243.6.1 - Cabos tipo LOOSE.......................................................253.6.2 - Cabos tipo TIGHT. ..................................................... 253.6.3 - Cabos tipo GROODVE. ................................................ 263.6 4 - Cabos tipo RIBBON .................................................... 26Capítulo 4 - Fontes de luz, Modulação e Multiplexação Óptica. .... 284.1 - Fontes ópticas.............................................................. 284.2 - Os LEDs (Light Emition Diode)........................................ 314.3 – Os ILDs (lnjection LASER Diode). ................................... 334.4 - Modulação e MultipIexação ............................................ 344.4.1 – Modulação................................................................ 344.4.2 – Multiplexação ........................................................... 354.4.3 - FDM (Frequency Division Multiplexing).......................... 354.4.4 - TDM (Time Division Multiplexing) ................................. 364.4.5 - WDM (Wavelength Division Multiplexing)....................... 37Capítulo 5 - Atenuação e Dispersão em Fibras 0pticas ............... 39 3
  4. 4. 5.1 – Atenuação da fibra óptica.............................................. 395.2 – Dispersão das fibras ópticas .......................................... 405.3 - Recomendações da Norma TIA/EIA-568-A........................ 425.3.1 - Cabos ópticos............................................................ 435.3.2 - Emendas ópticas ....................................................... 435.3.3 – Conectores ópticos .................................................... 43Capítulo 6 – Terminações Ópticas ........................................... 446.1 – Características............................................................. 456.2 - Aplicação das terminações ............................................. 456.3 - Tipos de conectores ...................................................... 456.4 - Características dos conectores comercializados pela Furukawa 46Capítulo 7 - Instalações de Cabos 0pticos. ............................... 487.1 - Cuidados com os cabos ópticos....................................... 487.2 - Instalação ao subterrâneo ............................................. 507.3 - Instalação aérea........................................................... 537.3.1 - Cabos espinados........................................................ 537.3.2 - Cabos auto-sustentados ............................................. 557.4 – Suspensão .................................................................. 567.5 – Ancoragem ................................................................. 577.6 – Puxamento com talha manual ........................................ 657.7 – Puxamento com moitões cardenais com cordas ................ 587.8 – Puxamento com auxílio de roldanas ................................ 697.9 – Ferragens para redes ópticas ......................................... 60Capítulo 8 – Instalação de Acessórios Ópticos .......................... 638.1 – Cordões e Extensões ópticas.......................................... 638.2 – Distribuidor Interno Óptico (DIO) ................................... 638.2.1 - Instalação do Cabo 0ptico ........................................... 648.2.2 – Acomodação das unidades básicas............................... 658.2.3 – Instalação das fibras nas bandejas .............................. 658.2.4 - Emendas das fibras ópticas ......................................... 658.2.5 - Montagem dos cordões ópticos .................................... 658.2.6 - Exemplificando a instalação e montagem do DIO............ 668.2.7 - Exemplo de solução óptica utilizando Dio em LANs ......... 668.3 - Infra-estrutura para cabeamento óptico........................... 67Capítulo 9 - Emendas Ópticas ................................................ 699.1 - Processo Mecânico ........................................................ 699.1.1 - Processo por conectores ............................................. 709.2 - Processo por Fusão de Fibras Ópticas .............................. 70Capitulo 10 - Certificação e testes em Fibras Ópticas................. 7110.1 - Medições realizadas em laboratório ............................... 7110.2 - Medições realizadas em campo ..................................... 7110.3 - Teste de Atenuação Absoluta........................................ 7210.4 - Testes Analíticos......................................................... 73 4
  5. 5. Capítulo 11 – Aplicação do OTDR nas análises de fibras ópticas .. 7411.1 – Princípios de transmissão em fibras ópticas.................... 7411.2 – Confinamento da luz ................................................... 7411.3 – Reflexão de Fresnel .................................................... 7411.4 – Retroespalhamento .................................................... 7511.5 – Refletômetros ópticos no domínio do tempo ................... 7611.6 – Princípio de funcionamento do OTDR............................. 7711.7 – Alcance dinâmico ....................................................... 7811.8 – Zona morta ............................................................... 7911.9 – Zona morta de evento ................................................ 7911.10 - Zona morta de atenuação .......................................... 8011.11 – Medidas de atenuação em emendas ............................ 8011.12 – Emenda com ganho .................................................. 8011.13 – Análises dos Resultados............................................. 8111.14 – Conclusões .............................................................. 88ANEXO A..............................................................................90Referências bibliográficas......................................................104 5
  6. 6. Introdução Desde seu desenvolvimento as fibras ópticas representaram uma revolução na forma de transmitir informações. Atualmente, estão envolvidas em diversos sistemas de comunicação de grande importância e uso. Em todo o mundo, os cabos de fibras ópticas vêm sendo utilizados para transmitir voz, televisão e sinais de dados por ondas de luz, por meio de fios finos e flexíveis constituídos de vidro ou plástico. As vantagens em sua utilização, quando comparadas com os cabos metálicos, são fantásticas. Comoresultado disso, têm sido investidas grandes somas de dinheiro paraque os sistemas ópticos sejam colocados em operação. As fibrasópticas não são mais mera curiosidade de laboratórios de pesquisas.Elas são, agora, uma importante tecnologia provada e aprovada, umarealidade reconhecida. De fato, alguns autores se referem ás fibrasópticas como uma interessante revolução que pode afetar nossasvidas, como os computadores e os circuitos integrados o fizeram. Nomundo das telecomunicações, as fibras ópticas são comparadas, emimportância, com as microondas e os sistemas de comunicação porsatélites. As fibras ópticas representam nova era na tecnologia decomunicações. São, também, umas mudanças radicais quandocomparadas aos sistemas eletrônicos de comunicação. Agora, nãosão mais elétrons movendo-se por fios metálicos para carregar ossinais de informações e, sim, ondas de luz guiadas por fibras muitofinas de vidro ou plástico, com o mesmo propósito com uma largurade banda ou capacidade de informação milhares de vezes maior quecircuitos metálicos, as fibras ópticas nos oferecerão todos oscaminhos de comunicação que sempre quisermos, a preçosacessíveis. As fibras ópticas têm causado grande impacto na indústriaeletrônica. Centenas de empresas, novas e antigas, grandes oupequenas, estão produzindo sistemas e componentes ópticosjuntamente com agências governamentais e militares. Milhares deengenheiros e cientistas ao longo do mundo estão agora envolvidosem pesquisas e desenvolvimento de componentes e sistemas defibras ópticas. Centenas de publicações técnicas estão sendoapresentadas para apresentar à comunidade científica e o avançotecnológico obtido com essa tecnologia e sua aplicação. Uma área em que fibras ópticas vêm sendo utilizadas háalgum tempo é a telefonia. Mas em outras áreas as fibras ópticas,são, também; de vital importância, como em computadores,televisão, instrumentação eletrônica etc. Contando com as vantagens das fibras ópticas, algunsprojetistas acreditam que qualquer; novo sistema de comunicaçãoque não as utilizar ou, pelo menos, considerar seu uso estaráobsoleto antes mesma de ser implantada. 6
  7. 7. Embora isso possa nem sempre ser o caso de sistemas decomunicações, está tornando-se mais e mais notória a necessidadedos técnicos em especializar-se nessa área. Sendo assim, esta apostila tem como objetivo apresentarvários conceitos relacionados a essa tecnologia, bem comoferramentas e técnicas empregadas em sistemas ópticos. 7
  8. 8. Capítulo I Histórico e conceitos 1.1. A natureza da luz Não há um modelo único e preciso para descrever a natureza da luz. Em alguns casos, a luz apresenta características de partículas (corpos dotados de massa) e, em outros, de ondas (energia). Em determinadas condições, a luz parece um raio ou partículas eletromagnéticas que se movem em alta velocidade, denominadas fótons. Emboraos fótons sejam chamados de partículas, eles se movem emvelocidades fantásticas e, ao final do movimento, apresentam massanula, o que nos induz a classificar os fótons como não-existentes. Noentanto, seus efeitos podem ser observados e medidos em vez detratá-los como partículas, seria melhor entendê-los como pacotes deenergia pela teoria da luz como partícula é possível descrever o queocorre com ela quando é transmitida ou absorvida. Em particular essateoria explica o efeito fotoelétrico: quando a luz atinge a superfície decertos sólidos e causa a emissão de elétrons. Sem essa teoria, ocomportamento da luz durante a emissão e a absorção não poderia ser adequadamente explicado Assim sendo, essa teorianão é capaz de descrever muitos outros fenômenos da luz. Em váriasexperiências, por exemplo, a luz parece se comportar como ondaseletromagnéticas em vez de fótons Essas ondas eletromagnéticasconsistem de campos elétricos e magnéticos que oscilam. Cadacampo está em uma determinada posição em relação ao outro,ambos na mesma direção e mesmo sentido de propagação. Aforça de cada campo varia de forma senoidal. Devido ao arranjo físicodesses campos em relação a direção de propagação de onda, eles sãoditos transversais. Como outras ondas eletromagnéticas, a luz podeviajar através do espaço vazio por distanciais muito grandes. A teoriadas ondas explica muito melhor a propagação ou transmissão da luz.Ela também explica por que os feixes de luz podem passar uns entreos outros sem causar distúrbios entre si. Por exemplo; veja o queacontece quando dois feixes de luz se cruzam: cada um se comportacomo se o outro não estivesse lá. Com partículas; esse fenômeno nãopoderia ocorrer, pois haverá choque físico entre elas. Outro caso e oda interferência. Suponha que uma uma fonte emita luz e esta sejadividida em dois feixes independentes que viajem por caminhosdiferentes para atingir um único ponto, nesse caso, haveráinterferência entre os dois feixes. Dependendo de suas fases, aluz observada no ponto comum poderá apresentar maior ou menorintensidade. Esse fenômeno só pode ser explicado pela teoria departículas. Assim, é importante notar que não se pode generalizar aluz como partículas ou ondas, dependendo da situação, uma ou outrateoria melhor descrevem um dado fenômeno. 8
  9. 9. 1.2 – Ondas eletromagnéticas As ondas eletromagnéticas incluem a luz visível, as ondas derádio e as de radar, os raios; os raios gama, microondas eoutras, que envolvem a propagação de ondas de cam elétricos emagnéticos através do espaço, com velocidade de 300.000.000 m/sno vácuo. Todas as ondas eletromagnéticas são geradas pelaaceleração de cargas elétricas diferenças entre os diversos tiposestão nas freqüências e comprimentos de onda. A fiç abaixomostra o espectro eletromagnético com os nomes associados àsdiversas freqüências faixas de comprimentos de onda, que não sãomuito bem definidas e, às vezes, se sobrepõe. Por exemplo, asondas eletromagnéticas com (comprimento de onda) da ordem de 1(nanômetro) são raios X quando têm origem atômica, e raios gamasse a origem for nuclear olho humano é sensível à radiaçãoeletromagnética de comprimentos de onda entre 40 e 70nm, na faixada luz visível. Também se usa o termo luz para designar a radiaçãoeletromagnética pouco fora da faixa visível. Figura 1 - Espectro magnético (Fonte. RCA) A luz ultravioleta é a radiação eletromagnética aquém dolimite dos pequenos comprimentos ondas visíveis, e a luzinfravermelha é a radiação pouco além dos limites dos maiorescomprimentos de onda visíveis. Não há limites para o comprimento 9
  10. 10. de onda da rádio eletromagnética, pois todas as freqüências sãoteoricamente possíveis. A descrição completa das ondas eletromagnéticas se baseianas leis da eletricidade e magnetismo, conforme a teoria de Maxwell.No entanto, não é nosso objetivo aqui detalhamento aprofundadodesse assunto. 1.3. A velocidade da luz A primeira tentativa para medir a velocidade da propagação daluz foi feita por Galileu. Ele e um assistente colocaram-se no topo deduas colinas afastadas aproximadamente de milha, cada qual comuma lanterna e um anteparo para cobri-la. A intenção de Galileu eramedir o tempo necessário para a luz percorrer o dobro da distânciaentre os observadores. O primeiro, observador 1 , descobriria sualanterna e o segundo, observador 2, quando visse a luz, descobriria asua. O tempo entre o movimento inicial de "1" e sua visão da luz de"2" seria tempo necessário para a luz ir e vir entre os doisobservadores. Apesar de o método ser, em princípio, correto, avelocidade da luz é tão grande que o intervalo de tempo a ser medidoé muito menor que as flutuações do tempo de resposta dosobservadores. Por esse motivo, Galileu não pôde obter nenhum valorpara a velocidade da luz. A primeira indicação sobre a verdadeira ordem de grandeza davelocidade da luz proveio de observações astronômicas sobre operíodo de revolução de uma das luas de Júpiter, feitas peloastrônomo Roemer em 1675. A primeira medição não-astronômica da velocidade da luz foifeita pelo físico francês Fizeau, em 1849, sendo, mais tarde,aperfeiçoada por Foucault (1850) e pelo físico Michelson entre 1880 e1930. Um método que não envolve diretamente a luz é baseado nateoria eletromagnética de Maxwell, em que a luz é uma ondaeletromagnética. Nessa teoria a velocidade de uma ondaeletromagnética no vácuo está relacionada a uma constante elétrica,que; pode ser determinada por uma medida muito precisa dacapacitância de um capacitor de placas planas e paralelas, e umaconstante magnética, que está relacionada com a unidade SI decorrente elétrica. Então, a medição de uma capacitância e umaexperiência de calibração envolvendo a medição de forças magnéticalevam a determinação de duas constantes eletromagnéticas queestão relacionadas com a velocidade da luz. Medições com precisão,segundo esse método, foram realizadas por Rosa e Dorsey, no Birôde padrões dos Estados Unidos; em 1906. Como outras ondas eletromagnéticas, então a luz viaja à velocidade de 300 000 000 m/s. Precisamente falando,esta velocidade e de 299 792 500 m/s porém, para a maioria dasaplicações praticas, esse número pode ser aproximado para 300 000000 m/s 10
  11. 11. 1.4. Vantagens das fibras ópticas As fibras ópticas, por suas características, apresentaminúmeras vantagens em relação aos meios físicos metálicos (coaxial,par trançado) e comunicação por microondas. Total imunidade a interferências eletromagnéticas Os materiais que compõem a fibra óptica possuemcaracterísticas dielétricas, o que faz com que sejam totalmenteimunes a qualquer interferência eletromagnética de qualquerintensidade. Logo, por mais ruidoso que seja o ambiente em queesteja instalado, o tráfego de sinais será garantido. Quando dautilização de cabos ópticos com materiais totalmente dielétricos (semfita de aço corrugado por exemplo), proporcionam ótimo isolamentoelétrico ao próprio cabo e evitam problemas com aterramento docabo e dos equipamentos. Sob o aspecto de segurança, como não hácondução de corrente em um cabo óptico, problemas como curto-circuito, faiscamento e choques elétricos inexistem, sendo entãoindicados ambientes onde existe risco de explosão pela presença degases inflamáveis. Dimensões reduzidas As fibras ópticas apresentam dimensões bastante reduzidas e,mesmo com todo revestimento necessários para a sua proteção, oscabos também possuem dimensões bastante reduzidas, tanto emdiâmetro como em peso. Para que possamos ter uma idéia, caboóptico pode ser 20 vezes menor em tamanho e peso que um cabometálico com mesma capacidade de transmissão. Segurança no tráfego de informações Os cabos ópticos utilizam a luz coma sinal de comunicação e isso traz grandes dificuldades para aqueles que desejam "grampear" os sinais, pois, para isso, são necessários equipamentos sofisticados que sejam capazes de captar e decifrar os sinais. Essacaracterística das fibras ópticas é bastante utilizada para aplicaçõesonde são necessários altos níveis de segurança das informações,como aplicações militares, bancárias e pesquisas. Maiores distâncias nas transmissões As perdas na comunicação com as fibras ópticas são muitopequenas, e isso proporcionando lances de cabos com grandecomprimento sem a necessidade de repetidores. Dependendo do tipoe qualidade das fibras-opticas os lances podem alcançar distâncias de 11
  12. 12. 250 quilômetros, distância 5 vezes superior a um enlace demicroondas (50 quilômetros). Contudo; a tecnologia envolvida nodesenvolvimento das fibras ópticas esta se empenhando emconseguir novas fibras, que apresentem melhores características,além do desenvolvimento de novos equipamentos com potênciasmaiores. Tudo com o objetivo de ampliar as distâncias entre oslances, sem a necessidade de repetidores, e aumentar a capacidadede transmissão dos sinais com a segurança necessária. Maior capacidade de transmissão A capacidade de transmissão está relacionada com afreqüência das portadoras que no caso das fibras ópticas,dependendo do tipo (Multimodo ou Monomodo) ou do comprimentode onda de luz utilizado, são encontrados valores mínimos nas faixasde 1600Mhz; 500Mhz centenas de Thz. Isso proporciona umacapacidade cerca de 10 ml vezes maior que sistemas convencionaisde microondas, cuja banda passante é da ordem de 700 Mhz prática,isso demonstra a possibilidade de expansão do número de canais devoz, vídeo, dados no mesmo meio de transmissão. O surgimento dasfibras ópticas proporcionou aumento espantoso da banda passante, eas aplicações que eram inconcebíveis antigamente tornaram-sepossíveis. Atual relação custo-benefício Dependendo da aplicação, o custo dos cabos ópticos têm sidomais compensador que o de outros meios físicos. Como exemplostemos os sistemas de comunicação à longa distância onde os cabosópticos oferecem maior capacidade de transmissão e distânciasmaiores os repetidores, enquanto os sistemas convencionais detransmissão por microondas limitados à distância de 50 quilômetrosentre os repetidores e a uma capacidade limitada comunicação. Parasistemas de comunicação em pequenas distâncias, os cabos ópticosmostram-se relativamente caros; contudo, se formos considerar osfuturos planos de expansão que fatalmente deverão ocorrer emqualquer instalação, o custo do cabo óptico tornar-se-á bastantecompetitivo devido ao benefício (facilidade de expansão) queproporciona à instalação. 12
  13. 13. Sistemas de telefonia Foi uma das primeiras aplicações das fibras ópticas. As redes telefônicas se tornavam deficientes pela limitação imposta pelos cabos metálicos, que estavam aumentando cada vez mais de volume e, consequentemente, exigiam infra-estruturas mais amplas. Inicialmente, as fibras ópticas foram utilizadas apenas na interligação de linhas-tronco que exigem uma grande capacidade de tráfego. Contudo; com redução de custo dos sistemas ópticos, o usodas fibras ópticas foi se estendendo em outras áreas da telefonia,como a interligação de centrais telefônicas interurbanas,internacionais e intercontinentais. O avanço das fibras ópticas nessaárea é algo inevitável e, atualmente, estão sendo estudados meios delevar fibras ópticas até a residência dos assinantes de serviços detelevisão a cabo, telefonia etc., melhorando sensivelmente emqualidade nas comunicações em geral. Redes de comunicação de dados Após a introdução das fibras ópticas nas redes telefônicas, oambiente de redes de comunicação de dados foi outra área onde asfibras ópticas tiveram aceitação: Similarmente as redes telefônicas,estão sendo utilizadas em backbones, onde está concentrado a maiorparte do tráfego de uma rede de dados. Igualmente nessa áreatemos conceitos como o FTTD (Fiber To The desk), que sugere olançamento de fibras ópticas, ate a mesa do usuário, dentro de umsistema de computadores em rede (LAN). Sistemas de comunicação Os sistemas de comunicação caminham no sentido de unificaras mídias, ou seja, dentro em breve, voz, dados e imagens deverãoser transmitidos por um único meio físico e assim esse deverá tergrande capacidade, além de manter velocidade em tempo real paraser viável. Para isso, será necessária a presença de fibras ópticas quepossuam características que atendam a essas necessidades e possamsuportar renovações de tecnologias e expansões. 13
  14. 14. 1.5. Uma idéia genial ou várias A idéia de utilizar a luz como meio de comunicação não surgiu neste século pois desde as épocas mais remotas o homem já a utilizava para comunicar-se. Como exemplo podemos citar o método de comunicação por códigos gerados por reflexos da luz do sol em espelhos ou então por luzes artificiais, como a sinalizaçãopor meio de tochas de fogo. Com o decorrer do tempo, ospesquisadores procuraram um meio eficiente de comunicação adistância por meio da luz, até que um inglês chamado Tyndallexperimentou um efeito de "canalização", com a injeção de luz nointerior de um fino jato de água. A partir dessa idéia, iniciou-se umacorrida no sentido de canalizar a luz de forma eficiente, fazendo a luztrafegar em um meio físico direcionado. Vários pesquisadores dediversas partes do mundo, principalmente os EUA, Japão, Inglaterra eAlemanha, pesquisaram diversos tipos materiais que servissem deguias de luz, e, em 1930, um pesquisador alemão chamado Lambiniciou as primeiras pesquisas para utilizar as fibras de vidro comoguias de ondas de luz. Paralelamente, outros pesquisadorespesquisavam e desenvolviam fontes de luz que pudessem serutilizadas para tornar possível a comunicação em distâncias cada vezmaiores, até que, em 1958, os pesquisadores americanos Shalow eTownes inventaram o laser, o que tornou possível aumentarincrivelmente o alcance da luz no interior da fibra óptica enquantooutros pesquisadores se empenharam em inventar e aprimorar osfotossensores, ou seja, os dispositivos detectores de luz. Odesenvolvimento da comunicação óptica estava dividida em trêsgrupos: fibras ópticas, fontes de luz (lasers) e fotossensores(fotodiodos). Os três grupos agora juntos se empenharam emdesenvolver novos tipos de fibras ópticas que proporcionassematenuação cada vez menor, fontes de luz (lasers) com potênciasmaiores e comprimentos de onda com menores níveis de atenuaçãonas fibras ópticas e fotossensores com grandes sensibilidades erespostas rápidas tudo com o objetivo de aumentar a distância decomunicação de forma eficaz. O resultado disso são os sistemas decomunicações que hoje utilizam as fibras ópticas em diversos tipos deaplicações. 14
  15. 15. Capítulo 2 Princípio de funcionamento das fibras ópticas O princípio pelo qual a luz se propaga no interior de uma fibraóptica é fundamentado na reflexão total da luz, ou seja, quando umraio de luz se propaga em um meio cujo índice de refração é 1(núcleo) e atinge a superfície de um outro meio com índice derefração 2 (casca) onde 1> 2 e, desde que o ângulo de incidência (emrelação à normal) seja maior ou igual ao ângulo crítico, ocorrerá oque é denominado de reflexão total, do que resulta o retorno do raiode luz ao meio com índice de refração 1: Baseado nesse princípio, a luz é injetada em uma dasextremidades da fibra óptica sob um cone de aceitação, em que estedetermina o ângulo por que o feixe de luz deverá ser injetado, paraque ele possa se propagar ao longo da fibra óptica. As fibras ópticas são constituídas, basicamente, de materiaisdielétricos com uma estrutura cilíndrica, composta de uma regiãocentral, denominada núcleo, por onde trafega a luz, e uma regiãoperiférica, denominada casca, que envolve completamente o núcleo. Figura 2. Princípio de funcionamento da fibra óptica. As dimensões variam conforme os tipos de fibras ópticas; onúcleo pode variar de 8 m até 200 m e a casca de 125 m até 240 mcontudo, dentre as fibras ópticas mais utilizadas no mercadoatualmente, as dimensões mais utilizadas são de 9 e 62,5 m para onúcleo e 125 m para a casca. As fibras ópticas de outras dimensõesforam bastante utilizadas no passado; todavia, por uma questão depadronização de mercado, essas dimensões caíram em desuso. 2.1. Sistemas de comunicação por fibras ópticas Um sistema de comunicação que utiliza fibras ópticas écomposto basicamente por três blocos distintos: o bloco transmissor, 15
  16. 16. o bloco receptor e o bloco do meio físico, que são as fibras ópticas.Nesse sistema, o bloco transmissor possui a função de transformar osinal elétrico em óptico, sendo constituído de dois componentesbásicos: o circuito driver e o circuito emissor de luz. O circuito driverpossui a função de controle de polarização elétrica e emissão dapotência óptica. Figura 3. Sistema de comunicação óptica - genérico. A conversão e a emissão do sinal óptico são realizadas pelocircuito emissor de luz. O bloco receptor possui a função inversa dobloco transmissor, ou seja, detectar o sinal óptico e convertê-lo emsinal elétrico. É constituído de um fotodetector que realiza aconversão optoelétrica e de um circuito amplificador-filtro, onde osinal recebe um tratamento adequado para sua leitura. O meio físico,composto pelas fibras ópticas, basicamente é um guia, em cujointerior a luz trafega, desde a extremidade emissora até aextremidade receptora. 2.2. Tipos de fibras ópticas Existe uma variedade de fibras ópticas, cada qual voltado auma aplicação específica. Os tipos podem variar, de acordo com osmateriais, dimensões e os processos de fabricação.Fundamentalmente, as fibras ópticas estão subdividas em dois tipos:monomodo (single mode) e multimodo (multi mode). 2.2.1. Fibras multimodo As fibras multimodo são fibras que possuem vários modos depropagação, ou seja, os raios de luz podem percorrer o interior dafibra óptica por diversos caminhos. Essas, dependendo da variação do 16
  17. 17. índice de refração do núcleo em relação à casca, classificam-se emíndice degrau ou índice gradual. As fibras multimodo com índicedegrau são as fibras de fabricação mais simples, porém apresentamcaracterísticas muito inferiores aos outros tipos de fibras. Uma dasdeficiências é a banda passante, que é bastante estreita. Issorestringe a capacidade de transmissão da fibra óptica. A atenuação érelativamente alta, quando comparamos com as fibras monomodo;portanto, as aplicações com as fibras multimodo ficam um tantorestritas com relação à distância e à capacidade de transmissão. Asdimensões são de 62,5 m e 125 m para o núcleo e para a cascarespectivamente. Figura 5 As fìbras multimodo com índice gradual são fibras bem maisutilizadas que a anterior, porém de fabricação mais complexa, pois oíndice de refração gradual do núcleo somente é conseguido pelasdopagens diferenciadas, e isso faz que o índice de refração diminuagradualmente do centro do núcleo até a casca. Na prática, esse índice gradual faz que os raios de luzpercorram caminhos diferentes, com velocidades diferentes, e osraios de luz cheguem à outra extremidade da fibra aproximadamenteao mesmo tempo; a banda passante aumenta, aumentando acapacidade de transmissão da fibra óptica. Quanto às dimensões,valem as mesmas que foram descritas na fibra multimodo de índicedegrau. 2.2.2. Fibras monomodo As fibras monomodo possuem um único modo de propagação,ou seja, contrariamente às fibras multimodo, os raios de luzpercorrem o interior da fibra óptica por um só caminho. Como nasfibras multimodo, a fibras monomodo também se diferenciam pelavariação do índice de refração do núcleo em relação à casca; 17
  18. 18. classificam-se em índice degrau standard, dispersão deslocada(dispersion shifted) ou non-zero dispersion Figura 6 As fìbras monomodo possuem índice degrau e têm afabricação mais complexa que as fibras multimodo, pois suasdimensões são muito reduzidas e a tecnologia envolvida é maisavançada. Contudo, as características das fibras monomodo sãomuito superiores às multimodo, principalmente no que diz respeito àbanda passante, mais larga, o que aumenta a capacidade detransmissão. Além disso, apresentam atenuações mais baixas que asfibras multimodo, aumentando a distância das transmissões sem ouso de repetidores. Os enlaces de longas dìstâncias com fibrasmonomodo geralmente ultrapassam 50 quilômetros entre osrepetidores, dependendo da qualidade da fibra. A desvantagem dessafibra com relação às fìbras multimodo está relacionada ao manuseio,que é bem mais complexo, exigindo cuidados maiores. As dimensõesvariam. O núcleo pode variar de 8 m a 10 m e a casca, em torno de125 m. As fibras monomodo do tipo dispersão deslocada (dispersionshifted) têm concepção mais moderna que as anteriores eapresentam características com muitas vantagens, como baixíssimaatenuação e largura de banda bastante larga. Contudo, apresentamdesvantagens quanto à fabricação, que exige técnicas avançadas edifícil manuseio (instalação, emendas). Além disso, apresentam umcusto um pouco superior às do tipo multimodo. Por essa razão, suasaplicações fìcam restritas aos sistemas de telecomunicações de longadistância, como, por exemplo, os cabos ópticos submarinos: Figura 6. Principais dimensões das fibras ópticas 18
  19. 19. A classificação das fibras pelo tamanho :a) Fibras de plásticob) Fibras MULTIMODO degrau/graduaisc) Fibras MONOMODO degrau STD (standard)d) Fibras MONOMODO DS ( dispersion shift ) e NZD 19
  20. 20. Capítulo 3 Métodos de fabricação de fibras e cabos ópticos O processo de fabricação de fibras ópticas de vidros de sílicacom dopantes consiste basicamente de duas etapas. Na primeiraetapa, é fabricado a preforma, que consiste num bastão cilíndrico desílica pura com deposição química de vapor dos gases dopantes jámencionados acima, em concentrações bem definidas. Essa preforma,que reflete a estrutura núcleo/casca, é transformada em fibra ópticanuma segunda etapa, por meio de um processo de puxamento emalta temperatura (aproximadamente 2.000°C). Figura 7. Preforma de sílica As tecnologias de fabricação de preformas baseiam-se numprocesso de deposição de vapor químico (Chemical Vapor;Deposition-CVD) muito utilizado na fabricação de semicondutores, em que sílicae os óxidos dopantes são sintetizados por oxidação em estado devapor a alta temperatura. O modo como é feita a disposição de vaporquímico dá origem a duas categorias básicas de técnicas defabricação: - deposição externa de vapor químico; - deposição interna de vapor químico; 20
  21. 21. Figura 8. Diagrama esquemático de processo de puxamento defibra óptica Por outro lado, a deposição de vapor químico externo pode serrealizada lateral ou axialmente ao bastão de sílica inicial, resultanteem duas técnicas de fabricação: - OVD (Outside Vapor Depositiori); - VAD (Vapor - phase Axial Deposition);Os processos de deposição interna por vapor químico são divididosem outras duas técnicas, classificadas de acordo com o método dedeposição do vapor: - MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition); - PCVD (Plasma-actívated Chemical Vapor Deposition); 3.1. Método OVD O processo de fabricação OVD foi desenvolvido pela CorningGlass Works nos EUA e utilizado na fabricação da primeira fibra ópticamonomodo, com perdas inferiores a 20 dB/km. Consiste na deposiçãode partículas de SiO2 + óxidos dopantes em torno de uma haste decerâmica cristalina ou grafite, formando uma preforma cilíndrica devidro porosa. A homogeneidade da deposição é garantida pelomovimento transrotacional contínuo a que a haste é submetidadurante o processo. Completado o processo de deposição, a haste éretirada, e a preforma obtida é purificada com radicais OH- e, emseguida, sofre um processo de sinterização e colapsamento, queocorre durante a fase de puxamento a uma temperatura de 1 .900°C. 21
  22. 22. Figura 9. Fases de fabricação da preforma - Método OVD 3.2. Técnica VAD Na técnica de fabricação VAD, desenvolvida pela NTT doJapão, as partículas de vidro formadas na oxidação dos vaporesreagentes são depositadas gradativamente na base de um bastão desílica em rotação permanente, para manter a simetria cilíndrica dapiriforme. Essa preforma passa por um forno de sinterização, emforma de anel. Não existe a região oca no centro da preforma,eliminando o processo de colapsamento. 22
  23. 23. Figura 10 – Fabricação da preforma – Método OVD 3.3. Método MCVD O método MCVD ilustrado na figura, desenvolvido pelo BellLaboratories nos EUA, consiste na deposição de partículas de vaporoxidado (vidro) internamente num tubo de sílica aquecido a umatemperatura de aproximadamente 1 .450°C e sinterizadas numacamada de vidro por uma chama de oxigênio que se move ao longodo tubo. Figura 11. Fabricação de preforma – Método MCVD 23
  24. 24. 3.4. Técnica PCVD A técnica PCVD, desenvolvida na Holanda pela Philips, ésemelhante ao método MCVD, onde a deposição de partículas nointerior do tubo é ativada por um plasma gerado por uma cavidadede microondas móvel ao longo do tubo. O tubo não tem movimentorotacional, porém a uniformidade na deposição das camadas égarantida pela simetria da cavidade de microondas. Figura 12:Fabricação de preforma - Método PCVD 3.5. Tecnologias de construção para cabos ópticos A reunião de várias fibras ópticas revestidas de materiais queproporcionam resistências mecânicas e proteção contra intempériesdenomina-se cabo óptico. Em nenhuma aplicação as fibras ópticaspodem ser utilizadas sem uma proteção adequada, ou seja, em todasas aplicações são utilizados os cabos ópticos. 3.5.1. Cabos tipo loose Os cabos ópticos que possuem essa configuração apresentamas fibras ópticas soltas, acondicionadas no interior de um tuboplástico, que proporciona a primeira proteção às fibras ópticas. Nointerior desses tubos plásticos, geralmente se acrescenta umaespécie de geléia sintética de petróleo, que proporciona um melhorpreenchimento do tubo e, principalmente, uma grande proteção dasfibras ópticas contra a umidade e os choques mecânicos. Além dessetubo, normalmente é introduzido um elemento de tração que,juntamente com o tubo, recebe o revestimento final. Esse tipo decabo é bastante utilizado em instalações externas aéreas esubterrâneas e, principalmente, em sistemas de comunicações delonga distância. 24
  25. 25. Figura 13 3.5.2 Cabos tipo tight Nos cabos ópticos do tipo tight, as fibras ópticas recebem umrevestimento primário de plástico e, acima disso, outro revestimentode material plástico que irá proporcionar uma proteção maior para asfibras. Cada fibra óptica com revestimento primário é denominada deelemento óptico. Os elementos ópticos são reunidos em torno de umelemento de tração, e, juntos, recebem o revestimento final,resultando no cabo óptico do tipo tight. Esse cabo foi um dosprimeiros a serem utilizados nas redes de telefonia; contudo,atualmente, está sendo utilizado só em aplicações em que suascaracterísticas se mostram bastante favoráveis, como instalaçõesinternas de curta distância e em que se faz necessária aconectorização. 3.5.3. Cabos tipo groove Nesse tipo de configuração as fibras ópticas são depositadassoltas, nas ranhuras que possuem um formato em "V" de um corpocom estrutura estrelar que proporciona uma acomodação para elas.Geralmente, esse corpo estrelar apresenta um elemento tensor noseu centro, que proporciona uma resistência mecânica maior ao cabo.Esse cabo é utilizado em aplicações em que é necessário um númerogrande de fibras. 25
  26. 26. Figura 15. Cabo tipo groove. 3.5.4. Cabos tipo ribbon Essa configuração é utilizada em aplicações em que énecessário um número muito grande de fibras ópticas (4.000 fibras).As fibras são envolvidas por uma camada plástica plana com formatode uma fita, e essas camadas são empilhadas, formando um blococompacto. Esses blocos são alojados nas ranhurasdas estruturasestrelares dos cabos do tipo groove. Logo, essa configuração é umaderivação do cabo tipo estrelado, combinado com as fitas de fibras.Essa configuração proporciona uma concentração muito grande defibras ópticas. Figura 16. Cabo Tipo Ribbon 3.6. Processos de fabricação dos cabos ópticos Os detalhes dos processos de fabricação a seguir sãoreferentes a cabos com tecnologia loose ou tight. - pintura de fibras ópticas; - extrusão do tubo loose; - extrusão do revestimento secundário-(tight ou loose); - reunião do cabo; - encapamento; - testes de avaliação. 26
  27. 27. 3.6. 1. Pintura da fibra óptica É o processo pelo qual as fibras são pintadas com objetìvo deidentifìcação, facilitando o manuseio e execução das emendas. Podem ser usados processos por secagem térmica ou curadaspor ultravioleta; na última, são possíveis velocidades de pinturabastante elevadas. Na figura, é mostrado um diagrama com uma linha de pinturapor secagem a calor. Normalmente, o processo de pintura é realizado em cabos queutilizam várias fibras alojadas num mesmo tubo ou ranhura,facilitando a identificação. Figura 17. Linha de pintura da fibra óptica 3.6.2. Extrusão do revestimento secundário Extrusão do tubo loose O material termoplástico é extrudado diretamente sobre oconjunto de fibras ópticas, podendo ser formados tubos de 1 até 12fibras. Como a maioria dos cabos utilizados são geleados, nesseprocesso, a geléia para evitar a penetração de umidade é aplicadajuntamente com o material termoplástico de proteção. O processo de extrusão, como o próprio nome diz, é realizadopor máquinas denominadas extrusoras que possuem diversosdispositivos de controle para evitar a transferência de esforçosmecânicos às fibras ópticas. Na figura, é mostrado um diagrama com os principaisequipamentos que compõem uma linha de extrusão. Figura 18. Linha de extrusão do tubo 27
  28. 28. Extrusão tipo tight É o processo pelo qual o material termoplástico é extrudadodiretamente sobre a fibra óptica, sendo aplicados normalmentemateriais de alta resistência mecânica, como, por exemplo, o náilon(nylon). E um processo muito similar à extrusão do tubo loose, compequenas adaptações na extrusora, para efetuar a aplicação domaterial sobre a fibra óptica. Esse processo é muito utilizado na confecção de cordõesópticos em que os esforços mecânicos são feitos diretamente sobreesse cordão, não sendo permitido que eles se transfiram à fibraóptica. 3.6.3. Reunião do cabo E o processo em que os tubos e o elemento central dielétricoou metálico são reunidos, formando o núcleo do cabo. Nesse processo, é muito importante o passo com que os tubossão reunidos ao redor desse elemento central, de maneira que osesforços mecânicos de instalação sejam diminuídos. É um processode extrema importância, pois contribui sobremaneira na performancedo cabo óptico ao longo de sua aplicação e vida útil. Os núcleos podem ser reunidos em máquinas denominadascordeiras, podendo ser planetárias quando o sentido da torção ésempre o mesmo; ou cordeiras SZ, quando o sentido de torção variaconstantemente, ora à direita ora à esquerda. Na figura, é mostrado diagrama cia cordeira SZ utilizada nareunião de cabos ópticos. Figura 19. Processo de reunião em cordeira SZ 3.6.4. Encapamento Processo final na fabricação dos cabos ópticos, quando éaplicado o revestimento externo de proteção. Nesse processo, podemser aplicados tanto os elementos de tração no caso de cabosdielétricos (fibra aramidal), o composto de enchimento, para os cabos 28
  29. 29. geleados, ou a própria capa APL, no caso de cabos com capametálica. No caso de cabos armados com fita de aço corrugada, aaplicação dessa fita bem como sua corrugação são feitas nesseprocesso. Na figura, é mostrado um diagrama básico para uma linha deextrusão de revestimento externo, para cabos dielétricos. Figura 20. Processo de encapamento de cabos dielétricos 29
  30. 30. Capítulo 4 Fontes de luz modulação e multiflexão ótica Muitos dispositivos de conversão eletro óptico estãodisponíveis no mercado para sistemas de comunicações por fibraóptica. No entanto, até o presente apenas dois desses dispositivossão realmente aplicados para transmissão por fibra óptica: LED e oILD (Injection Laser Diode). Ambos são diodos semicondutoresmodulados diretamente pela variação da corrente de entrada. Os LEDs e ILDs são constituídos por arsenieto de gálio ealumínio (GaAIAs), fosfato de arsenieto de gálio e alumínio (GaAIAsP)ou fosfato de arsenieto de gálio e índio (GaInAsP). 4.1 Fontes ópticas Os LEDs empregados em fibras ópticas são similares aosempregados em diversas aplicações eletrônicas, com a diferença deque esses componentes emitem luz visível (600 a 800 nm decomprimento de onda), e os usados para comunicações por fibraóptica emitem luz na faixa de infravermelho (800 a 1300 nm decomprimento de onda). Os diodos JLD são similares àqueles utilizadosem CD players e leitoras de códigos de barras, com a exceção de queo espectro de transmissão é mais estreito e operam eminfravermelho. Os LEDs são normalmente utilizados em comunicação ópticaem redes locais. Os ILDs, utilizados em sistemas mais complexos e(comprimento do enlace óptico). Isso é devido ao fato de os LEDs apresentarem áreas desuperfície ativa maiores e ângulos com feixes maiores que os tornammais aptos ao acoplamento em fibras multimodo de núcleos maiores.São normalmente limitados a velocidades mais baixas. Tambémemitem luz por um largo espectro de comprimentos de onda (30 a60nm), que criam problemas de largura de banda em longasdistâncias, por causa do fenômeno denominado dispersão material.Os ILDs, ao contrário dos LEDs, têm regiões ativas estreitas eângulos de feixes menores, que os acoplam bem às fibras monomodode baixas perdas. Esses dispositivos operam em altas velocidades, ea emissão espectral estreita é ideal para sistemas que necessitam delargura de banda larga em comunicação óptica por meio de fibrasmonomodo. Ambos os dispositivos representam vantagens únicas. A opçãoentre um tipo e outro para uma dada aplicação depende do custo,nível de potência óptica, taxas de modulação, comprimento de onda,temperatura, eficiência de acoplamento e vida útil. De acordo com o princípio do ângulo de incidência crítica, afibra óptica só pode aceitar a luz emitida dentro de um cone estreitode aceitação, entre 30 e 40° para a fibra multimodo e menor que 10°para a monomodo. Os LEDs tipicamente emitem raios de luz em um 30
  31. 31. padrão de 120° a 180°, o que significa que a maior parte da luz nãoé aceita pela fibra, mesmo que o núcleo e a área de emissão dessacorrespondam à área do LED. Os ILDs, por outro lado, emitem umpadrão muito mais estreito (entre 10° e 35°) e, portanto, podem seracoplados às fibras ópticas. Para se obter um acoplamento óptico, as fontes geralmentevêm com os pigtail ópticos que interligam transmissor e receptor paraum bom acoplamento mecânico. No caso dos LEDs, que emitem apartir do topo de sua superfície, ela é colocada muito perto da fibra,para melhorar o acoplamento. No caso do ILD, que emite a partir desuas bordas, a fibra é normalmente colocada em forno de modo aformar uma lente que aumente o acoplamento. Os ILDs do mercado hoje, com potências entre 0,5 a 5 mW, sedestinam a acoplamento com núcleos de fibras de 50 m e entre 0,25e 1 mW, e para acoplamento com fibra monomodo. Os LEDs, emcontrapartida, acoplam apenas cerca de 0,01 a 0,1 mW de potênciacom fibras multimodo de 50 m (cerca de 50 vezes menos).Normalmente requerem fibras com núcleos maiores para acoplarmais de 1 mW. Embora os ILDs apresentem uma vantagem sobre os LEDsquanto à potência acoplada e outras características, como altavelocidade e operação em longas distâncias, apresentam tambémvárias desvantagens, o que torna os LEDs mais utilizados emdistâncias curtas e aplicações de baixas velocidades, por questão desensibilidade a altas temperaturas e vida útil. 0 custo dos ILDs é muito maior que o custo dos LEDs porvários motivos. 0 laser é mais difícil de fabricar e tem característicasde acoplamento óptico mais críticas entre outros. Os ILDs são sensíveis a temperaturas muito altas e paramrapidamente a emissão quando sua temperatura interna aumenta.Dissipadores de calor e resfriadores ou processos de controle ecompensação de temperatura, por utilizarem circuitos de controlerealimentados, são necessários para manter a operação estável,aumentando, assim, o custo do circuito transmissor e diminuindo suaconfiabilidade. A vida útil dos ILDs em temperatura ambiente é muito menorque a dos LEDs, prïncipalmente, elo fato de á densidade de correntena região ativa ser muito maior para causar o efeito de emissão dolaser: A vida útil dos LEDs está entre 10 e 100 milhões de horas,enquanto para os ILDs está em torno de 10 milhões de horas emtemperatura ambiente. E claro que nenhum desses componentes temoperado por 10 milhões de horas, o que equivaleria a mais de umséculo. A vida útil de um componente é estimado com base em váriosfatores, como, por exemplo, elevação da temperatura e a observaçãodo tempo médio entre falhas. A taxa de falhas é diretamenteproporcional ao aumento da temperatura; assim a probabilidade defalhas pode ser prevista pela observação de falhas a altas 31
  32. 32. temperaturas. O método utilizado para se estimar a vida útil dessescomponentes é o mesmo empregado para todos os dispositivossemicondutores. Na prática, é raro que os LEDs ou ILDs falhemquando utilizados em um sistema de comunicação óptica. Pelo fato deos ILDs, em particular, utilizarem controle de temperatura que osmantêm estáveis, (geralmente abaixo da temperatura ambiente),eles são muito confiáveis. Ambos, LEDs e ILDs, podem ser utilizadospara transmitir sinais em que variam continuamente a intensidade decorrente e a luz da saída (modulação analógica) ou sinais digitais(modulação digital). Na modulação analógica, o sinal de entrada simplesmente fazque o LED produza potência de saída proporcional ao sinal deentrada. Já o ILD, para produzir um sinal de saída, deve ser excitadopor um sinal de entrada superior ao limite de emissão de laser(threshold). Pelo fato de nenhum desses dois componentes serperfeitamente linear, não são indicados para modulação analógica,pois podem produzir uma distorção indesejada. Os ILDs são maisrápidos que os LEDs para modulação digital de 4,8 Gbps, agorapossível em alguns produtos de transmissão em longa distância. Afigura 27 ilustra a diferença em resposta de pulsos e característica defreqüência desses dois componentes. Note que o diodo laser é de 10a 100 vezes mais rápido que o LED. Inicialmente os LEDs e os ILDs transmitiam luz comcomprimentos de onda entre 815 e 910nm, ou seja, de faixaspróximas do visível até faixas próximas do invisível (infravermelho).estruturas de GaAs e GaAIAs eram simples, e um tecnologiarelativamente madura detecção com silício poderia ser usada. Nessaocasião, as fibras eram consideradas de baixa atenuação para oscomprimentos de onda de 815 e 910nm, quando a atenuação eraentre 3 e 8 dBlkrn. Ainda em tempo foi determinado que uma fibra óptica deveriaapresentar uma perda (atenuação) entre 0,3 e 1 dBlkrn emcomprimentos de ondas grandes, de tal forma que segunda geraçãode dispositivos foi desenvolvida para operar em uma escala de 1.300a 1.500nm. Esses dispositivos foram fabricados com a tecnologiaInGaAsP (fosfato de arsenieto gálio e índio). Pelo fato de secomprimento de onda estar além da escala dos detectores silício, ogermânio foi usado. Os detectores de GaInAs foram desenvolvidospor ser o germânio um material detector muito ruidoso. E importante salientar que os diferentes comprimentos deonda da luz se propagam em diferentes velocidades. Para sistema dealta velocidade, essas diferenças de velocidade podem causar umsério espalhamento dos pulsos digitais, reduzindo, então, a taxamodulação possível na qual os pulsos podem ser transmitidos sem 32
  33. 33. interferência. Esse fenômeno é denominado dispersão material. OILD, com seu espectro mais estreito, causa muito menos esse efeito,sendo, por isso, mais empregado em sistema de transmissão de altavelocidade e longas distâncias. 4.2. Os LEDs As fontes de luz mais comuns para os sistemas decomunicação por fibra óptica são os LEDs, que emitem luz invisívelpróxima do infravermelho. A operação básica de um LED é como aoperação básica de um diodo de junção comum, ou seja, umapequena tensão é aplicada entre seus terminais, fazendo umapequena corrente fluir através da junção. O diodo é formado por duasregiões de material semicondutor, dopado com impurezas do tipo P edo tipo N, para lhe conferirem as características elétricas desejadas.Assim, a região P é caracterizada por ter menos elétrons que átomos,o que implica lacunas onde há espaço para os elétrons na estruturacristalina. A região N é caracterizada por apresentar mais elétronslivres do que lacunas. Dessa forma, a aplicação de uma tensãopositiva na região P e uma negativa na região N faz que os elétrons eas lacunas fluam na direção da junção das duas regiões onde ocorre oprocesso de recombinação. Enquanto a tensão é aplicada, o processode recombinação continua na junção. Em muitos semicondutores de silício e germânio, a energialiberada é dissipada em forma de calor, por causa das vibrações naestrutura cristalina. Entretanto, em outros materiais utilizados nafabricação de LEDs, a energia de recombinação é liberada como umfóton emitido pelo próprio material semicondutor. O arsenieto degálio, o mais importante desses semicondutores, e materiaisrelacionados são compostos dos seguintes elementos: alumínio (Al); índio (In); gálio (Ga); . fósforo(P); antimônio (Sb); arsénico (As); nitrogênio (N); O comprimento de onda emitido pelo LED depende dos níveisinternos de energia do semicondutor. Em um semicondutor puro, embaixa temperatura, todos os elétrons ficam confinados na estruturacristalina. Com o aumento da temperatura, alguns elétrons da bandade valência passam para um nível de condução de energia mais alto,onde ficam livres para se mover pela estrutura. As bandas devalência e de condução são separadas por uma região em que não háníveis de energia; essa banda confere aos semicondutores muitas desuas propriedades especiais. Os elétrons da banda de conduçãodeixam lacunas na banda de valência que são consideradas como 33
  34. 34. tendo cargas elétricas positivas. Essas lacunas podem se mover deacordo com o movimento dos elétrons de outros pontos da estruturacristalina, de modo a preencher as lacunas por esses deixadas. Adiferença da banda intermediária entre os níveis de energia e aquantidade de energia liberada bem como o comprimento de onda daluz emitida, depende da composição do semicondutor. Os LEDscomumente utilizados em sistemas de comunicação por fibras ópticassão constituídos por GaAs ou GaAIAs. Os LEDs de GaAs emitem luzcom comprimento de onda próximo de 930 nm. A adição de alumínioaumenta o limiar de corrente, de modo a aumentar a vida útil docomponente, além de aumentar, ainda, o intervalo de energia edeslocar a emissão de luz para comprimentos de onda menores,entre 750 e 900 nm. Os comprimentos de onda mais utilizados em aplicações defibras ópticas são 820 e 850 nm. Em temperatura ambiente, a largurade banda típica de 3dB de um LED de 820 nm é de aproximadamente40 nm. Outros compostos semicondutores são também empregadosna fabricação de LEDs que emitem luz com comprimentos de ondadiferentes, como, por exemplo, os LEDs de fosfato de arsenieto degálio (GaAs), que emitem luz vermelha visível em 665 nm e sãoutilizados com fibras ópticas plásticas, que transmitem melhor overmelho que os comprimentos de onda emitidos pelos LEDs dearsenieto de gálio alumínio. Os LEDs GaAs apresentam custosmenores bem como desempenho inferior aos LEDs GaAIAs. O composto mais importante utilizado em fibras ópticas de altodesempenho é o InGaAsP formado de índio, gálio, arsênico e fósforocombinados, de modo que o número de átomos de índio somados aonúmero de átomos de gálio seja igual ao número de átomos dearsênico, somado ao número de átomos de fósforo. Esses compostos,denominados quaternários (formados por quatro elementos), são deprodução mais difícil, quando comparados aos compostos ternários(formados por três elementos), tais como o GaAIAs; no entanto, sãonecessários para se obter uma emissão de luz com comprimentos deonda de 1.300 e 1.550 nm. Nas aplicações práticas, os LEDs sãoempregados em sistemas que operam com comprimento de onda de1.300 nm, em que as fibras convencionais apresentam baixadispersão cromática. Contudo, são raramente utilizados em sistemascom comprimento de onda de 1.550 nm, em que a dispersão é muitomaior. Os materiais usados na construção dos LEDs determinam se aradiação por eles emitida será visível ou invisível (infravermelho)e, sevisível, qual a cor. Os LEDs GaAIAs, por exemplo, produzirão radiaçãoinvisível (infravermelho), enquanto os LEDs de GaAsP produzirãoradiação visível (vermelho). O tipo de LED que deve ser usado em um sistema depende dotipo de fibra óptica usada, bem como do receptor. As fibras ópticasapresentam atenuação menor para alguns comprimentos de onda do 34
  35. 35. que para outros, assim como os receptores ou detectores de luz sãomais sensíveis para alguns comprimentos de onda que para outros. A potência de luz de um LED é aproximadamente proporcionalà injeção de corrente, porém o LED não é 100% eficiente. Isso sedeve a algumas recombinações entre elétrons e lacunas que nãoproduzem fótons: Os LEDs podem ser modulados pela variação decorrente que os atravessa; alguns dos melhores podem sermodulados até 200 MHz. Em comparação com os ILDs, os LEDsapresentam bom transiente e boa proteção contra sobrecargas. Dois tipos de LEDs são mais comumente utilizados emsistemas de comunicação por fibras ópticas: os emissores desuperfície (desenvolvidos pelo Bell Laboratories) e os emissores deborda (desenvolvidos pela RCA). Os emissores de superfícies sãomuito mais que comumente utilizados, basicamente devido ao fatodeles oferecerem melhor emissão de luz. Entretanto, as perdas poracoplamento são maiores nos emissores de superfície e elesapresentam larguras de banda de modulação menores que osemissores de borda. 4.3. Os ILDs (Injection Laser Diode) Dos três tipos básicos de laser, a gás, sólido ou semicondutor,apenas o laser semicondutor encontra aplicação prática em sistemasde comunicação por fibras ópticas. Isso se deve a seu custo, tensãode alimentação e dimensões. Embora mais caro que um LED, o ILD, por acoplar potênciamaior em fibras ópticas, é indicado para sistemas de alta velocidade. A operação do ILD é bastante similar à do LED. De fato, elessão constituídos pelos mesmos materiais, embora arranjados demaneiras diferentes. Abaixo de um limite bem definido (threshold) decorrente, o ILD se comporta como um LED, ou seja, apresentaemissão espontânea e um irradiação de luz mais ampla (menosdirecionada). Acima do threshold, porém, o laser começa a oscilar, ouseja, a emissão do laser começa. Quando uma corrente acima de threshold passa pelo ILD, oselétrons e lacunas se movem para a região ativa. Algumasrecombinações ocorrem girando fótons de luz no processo. No LED,os fótons podem escapar e ser emitidos com a luz ou, podem serreabsorvidos pelos materiais N ou P. Quando um fóton é reabsorvido, um elétron livre pode sercriado ou pode ser gerado calor. No ILD, algo diferente ocorre. A luzé parcialmente presa na região ativa pelos espelhos formados pelasparedes do material semicondutor que constitui o dispositivo. Osfótons refletem dentro do ILD e saem do dispositivo. O fóton naregião ativa, como reflete e escapa, pode levar um elétron livrerecombinar-se com uma lacuna, resultando novo fóton, exatamenteigual ao primeiro. Assim, o primeiro fóton estimulou a emissão dosegundo, havendo um ganho, pois foram gerados dois fótons ondehavia apenas um. 35
  36. 36. Para ocorrer o estímulo, uma forte corrente deve ser injetadano componente, de modo a produzir muitos elétrons livres e lacunasno material semìcondutor. A corrente fornece continuamenteportadores de cargas para dentro da região ativa do ILD onde osfótons "presos" estimulam os portadores a recombinar-se e produzirmais fótons. A energia da luz (número de fótons) foi “bombeada" pelainjeção de portadores. Esse "bombeamento" permite amplificação. A luz não é completamente presa no interior do materialsemicondutor em sua região ativa, escapando pela superfície domaterial em um feixe de luz estreito e forte. 4.4. Modulação e multiplexação No projeto de sistemas de comunicação por fibras ópticas, oprimeiro passo é a determinação das técnicas de modulação emultiplexação para uma dada aplicação. 4.4.1. Modulação A modulação é o processo por que um sinal, em vez de sertransmitido em sua forma original, é transmitido como mudança deamplitude, de freqüência ou de fase, por meio de uma portadora. 0processo pelo qual o sinal original varia a portadora em amplitude,freqüência ou fase é denominado modulação de portadora. Amodulação de uma portadora senoidal é utilizada em todos ossistemas de rádio, atualmente, basicamente para converter o sinaltransmitido em uma banda de freqüências, onde os receptorespossam detectá-los melhor e separar as diferentes informações emcanais de freqüência, para a transmissão simultânea ocorrer. Afreqüência da portadora é essencialmente quem define o canal de TVou estação de rádio. Uma vez que a portadora é recebida, o sinalpode ser recuperado pela detecção e absorção das mudanças deamplitude, freqüência ou fase, conforme o tipo de modulação. O tipode transmissão que utiliza essa técnica de modulação é denominadotransmissão analógica. A transmissão de sinais pela modulação de uma portadora éfeita por várias razões, conforme discutido no capítulo 1 do MF 101.As técnicas de modulação de portadora são raramente utilizadas comfibras ópticas; geralmente ocorre quando a transmissão analógicaoferece alguma vantagem em custo ou formato de sinal para umaaplicação específica. Isso requer que a fonte óptica seja operadalinearmente por meio de uma saída óptica que tenha relação lineardireta com a forma de onda da portadora modulada composta. Outratécnica de modulação empregada em sistemas de comunicação porfibras ópticas é o PCM (Pulse Code Modulation). Para maioresesclarecimentos quanto ao PCM, sugerimos uma revisão capítulo 1 doMF-103. Tanto na modulação de portadora analógica quanto amodulação do código de pulso, o transmissor óptico (LED ou ILD)transmite o sinal pela variação da potência de saída. A portadora e a 36
  37. 37. forma de onda do sinal podem ser representadas por uma variaproporcional na potência de saída óptica. Nos sistemas futuros,utilizando laser coerente e fontes de laser em freqüência simples, afreqüência e fase da forma de onda senoidal do laser podem serdiretamente moduladas pelo sinal, como é feito em sistemas de rádioatualmente No entanto, atualmente, o laser tem muitos componentesespectrais, de modo que não são freqüência única e, portanto, sópode ser modulado em amplitude como um grupo. Tanto para circuitos transmissores, LEDs ou ILDs, a modulaçãodireta da fonte de luz pela variação da corrente é o método maissimples para transmissão a taxas de cerca de 56 Hz ou mais. Ométodo de modulação indireta ou externa que modifica a luz, apóssua emissão pela fonte, pode ser obtida com moduladores eletroópticos e magneto ópticos. Tais modulações são úteis paradesempenho acima de 10 GHz e podem ser construídos dentro desubstratos de um transmissor integrado óptico. Para a maioria dasaplicações atuais, apenas modulação direta da fonte é utilizada. Em aplicações digitais (pulsos), um pulso é formado pelochaveamento da fonte e apresenta dois estados bem definidos: on eoff. Assim, em sistemas ópticos digitais, um pulso pode representadopor um burst de luz na fibra (nível lógico 1 - on) e pela ausência deum burs luz nesta (nível lógico 0 – off). 4.4.2. Multiplexação A multiplexação é o meio em que é possível transmitir dois oumais canais de informa simultaneamente na mesma fibra. Em fibrasópticas são utilizados três tipos de multiplexação: - Time Division Multiplexing (TDM); - Frequency Division Multiplexing (FDM); - Wavelength division Multiplexing (WDM) 4.4.3. FDM (Frequency Division Multiplexing) O FDM é o processo pelo qual vários canais de informação sãomultiplexados em um único canal, pela associação de cada um delesa uma portadora diferente. Para que isso seja possível, cada canal deorigem ou banda base modula uma portadora de uma freqüênciadiferente em amplitude, freqüência ou fase. Cada uma das novasportadoras moduladas será referida como canal intermediário. Cadaum desses canais intermediários é, então, combinado em um canalde transmissão simples, geralmente aplicando-o a um circuitocombinador composto por um arranjo resistivo (talvez com algumaamplificação), não muito diferente de um divisor de potênciasutilizado para acoplamento dos circuitos de RF de um televisor comantena, por exemplo. O resultado é, então, um sinal composto onde cada canal éidentificado como uma banda separada de freqüências, cada qual 37
  38. 38. identificável por uma freqüência portadora discreta. No receptor, asbandas ou canais podem ser separados por meio de filtros edemoduladores associados cada um a uma freqüência portadoradiscreta. O FDM é caracterizado por seu baixo custo e pelamultiplexação de vários canais em um único canal com uma largurade banda junta, Por esse motivo, essa técnica é utilizada napropagação de sinais de rádio e TV. Sua maior desvantagem paraemprego em fibras ópticas é que a linearidade das fontes ópticas,embora algumas estejam entre 0,001% e 0,1%, não é geralmentebastante para evitar a geração de distorção harmônica. Sistemas FDM ó ticos para fibras ópticas não seguem nenhumpadrão da indústria e são geralmente fabricados para aplicaçõesespecíficas tais como TV a cabo. 4.4.4 TDM (Time Division Multiplexing) O TDM é o método de multiplexação de vários canais em umúnico canal, pela associação de cada canal a um intervalo de tempodeferente para transmitir um grupo de bits de suas informações. OTDM é apenas utilizado com sinais binários provenientes demodulação por código de pulso (PCM); sem importar-se com aorigem do sinal (analógica ou digital). Para obter-se essa associação a intervalos de tempo, cadacanal digital que origina a informação entra no multiplexador e éarmazenado em um buffer de memória denominado bloco desincronismo. As funções do multiplexador, como a amostragem decada canal de entrada a taxas com velocidade compatível àrequerida pelo sistema, devem ser feitas. Nessa taxa de amostragem,o circuito multiplexado pode amostrar o primeiro bit de informaçãodos canais 1 a N (último canal) e adicionar um overhead deinformação de voltar ao primeiro canal, antes que o próximo bit deinformação do canal 1 entre. Dependendo do projeto, o multiplexador pode aceitar um oumais bits binários ao mesmo tempo de cada canal e gerar, a partirdaí, um trem de pulsos que compensa a transmissão do sinal digital.Os bits de overhead são utilizados para que o demultiplexador nolado do receptor possa identificar os canais, que são separados ereconstruídos. As vantagens da transmissão digital e TDM sobre ométodo de transmissão analógico e FDM são apresentados a seguir. A transmissão digital necessita de menor potência óptica noreceptor que a analógica, portanto, as distâncias de transmissão sãomaiores. Distâncias de transmissão da ordem de dezenas dequilômetros entre repetidores são comuns para transmissão digital develocidade, enquanto distâncias entre 10 e 20 quilômetros são típicaspara transmissão analógica. É difícil a utilização de vários repetidorescom transmissão analógica, por causa aumento do ruído e dadiminuição da largura de banda experimentados pelo repetidor. Ossinais digitais podem ser repetidos por centenas de vezes. A 38
  39. 39. qualidade de um sinal analógico recebido com codificação PCM paratransmissão digital é independente da qualidade do canal detransmissão, assim como a taxa de erros de bits na decodificação dosbits recebidos não é tão grande. A eficiência da multiplexação TDM é muito maior que a FDMpela não-utilização de banda guarda no TDM para evitarinterferências. A única ineficiência do TDM é que um pequeno númerode bits é adicionado ao trem de pulsos (dados), transmitido paraprover multiplexador e demultiplexador sincronismo e detecção deerro, bem como alguns poucos bits extras para gerenciamento emsistemas de comunicação em redes. Esses bits adicionaisrepresentam menos de 10 % do total de bits transmitidos. Há vários padrões de interfaces digitais TDM em uso nomercado, tornando a interligação entre os sistemas e redes (assimcomo os equipamentos de diferentes fabricantes) seja muito maisfácil. A principal desvantagem do TDM é o custo da codificação digitalPCM. Há uma tendência de diminuição desse custo pelo grandeinteresse nos métodos de codificação PCM em todo mundo. 4.4.5. WDM – (Wavelengfh Division Multiplexing) O TDM e o FDM são técnicas para Multiplexar canais. Noentanto, em sistemas ópticos, ele são empregados em etapas ondesão ainda elétricos os sinais a serem transmitidos. O WDM multiplexa "cores" (comprimentos de onda) de luz emuma única fibra óptica, utilizando várias fontes de várioscomprimentos de onda. Figura 29 É como no FDM dentro de uma porção de infravermelho doespectro eletromagnético. Cada portadora óptica, em umcomprimento de onda diferente, pode carregar vários canais elétricos 39
  40. 40. que foram multiplexados com técnicas FDM ou TDM. 0 WDM,portanto, oferece um outro nível de multiplexação para sistemas defibra óptica que os sistemas puramente elétricos não têm. Figura 30 . detalhe de um dispositivo DWDM Essa tecnologia não é aplicável em redes locais, pois as taxasde transmissão e as distâncias fazem que aplicações em LANs sejam"simples" para a fibra óptica, não demandando sistemas ópticoscomplexos, como é o caso de telefonia, CATV e conexõesintercontinentais. 40
  41. 41. Capítulo 5 Atenuação e dispersão em fibras ópticas 5.1. Atenuação da fibra óptica A medida que a luz se propaga pela fibra óptica, perde parteda potência pela a absorção de luz na casca, bem como imperfeiçõesda sílica dentro da fibra (guia de onda). Sua medida é dada emdB/km e vários mecanismos compõem o perfil final de atenuação. Osmais importantes são absorção no ultravioleta (na direção decomprimentos de onda mais curtos), absorção no infravermelho ( nadireção dos comprimentos de onda mais longos), imperfeições doguia de ondas (sílica), espalhamento de Rayleight (variaçõesmicroscópicas do índice de refração na fabricação) e impurezas(metais pesados e radicais OH -, inseridos durante a fabricação). Figura 31. Curva de atenuação A curva acima reflete a soma final de todos esses mecanismospara uma fibra real. Os picos salientes da curva indicam grandeinfluência dos radicais OH nos valores de atenuação. Três regiões de baixa atenuação podem ser destacadas nessacurva, chamadas de janelas ópticas. A primeira na região de 850nm,com valores de atenuação em torno de 3,75 dBlkm. A segunda naregião de 1.300nm, com valores próximos a 0,4 dB/km. E a terceira, 41
  42. 42. na região de 1550 dB/km, de menor atenuação, com valores emtorno de 0,2 dBlkm. Figura 32 A curva acima demonstra como atenuação se manifesta numafibra óptica, como resultado do comprimento de onda de luz nelaincidente. Note que em determinadas “janelas”, a transmissores ereceptores, conseguimos ótimas vantagens em caráter de largura debanda e distância máxima do enlace óptico. 5.2. Dispersão das fibras ópticas A dispersão é responsável pela limitação da largura de lbandado sinal transmitido. No caso dos sinais digitais mais comumenteusados em comunicação óptica, a dispersão significa um alargamentotemporal do pulso óptico, resultando na superposição de diversospulsos do final. Trata-se de um efeito em que modos que geram umafrente de onda de luz são separados quando essas viajam ao longoda fibra, ocasionando a chegada delas a outra extremidade,espalhadas em relação ao tempo. Podemos afirmar que a diferençaentre a largura do pulso de entrada para o pulso correspondente dosinal de saída é conhecido como interferência intersimbólica oudispersão do pulso. Como a dispersão está relacionada com a distância percorridapela luz na fibra, o fenômeno de dispersão é especificado por unidadede comprimento em ns/km. Esse efeito numa transmissão digital, porexemplo, dificulta sua recepção pelo circuito receptor e sua posteriordecodificação. A dispersão em fibras ópticas pode ser classificadacomo intermodal e intramodal. - A dispersão multímodo ou intermodal ou modal é resultadoda geometria do guia de onda e das diferenças dos índices derefração que permitem à fibra propagar vários modos ou raios de luz.A dispersão intermodal somente se apresenta em fibras multímodo epode ser entendida observando-se como vários modos (raios de luz)percorrem caminhos diferente e chegam a um determinado ponto emtempos distintos. - A dispersão material, intramodal ou cromática está presenteem todas as fibras, pois é decorrente da dependência do índice de 42
  43. 43. refração do material da fibra com relação ao comprimento de onda.Com uma fonte de luz (monocromática), ou seja, uma única cor, nãoexiste dispersão cromática. Nesses casos, uma fonte de luz lasertorna-se efetivamente melhor do que um LED convencional, pelo fatode o primeiro gerar uma luz mais “pura” e com menor larguraespectral, se comparado ao segundo. Figura 33. Dispersão modal (a) e Dispersão material (b) Abaixo podemos notar a dependência do coeficiente dedispersão D (que é a soma dos coeficientes devidos à dispersãomaterial e à dispersão de guia de onda) como função docomprimento de onda para três tipos de fibras monomodo, utilizadasem comunicações ópticas. É importante notar que, para uma fibra desílica-padrão, o coeficiente de dispersão é nulo para o comprimentode onda próximo a 1.300nm. Nesse caso único, não há alargamentodo pulso. Assim, foram desenvolvidos sistemas ópticos decomunicação foram desenvolvidos aproveitando-se tal característica.Contudo, a atenuação mínima da fibra está na janela 1.550nm, emque coeficiente de dispersão assume um valor relativamente alto (18os/km.nm). As fibras de dispersão deslocada (dispersion shifted),reúnem características de atenuação e dispersão mínimas. Um outrotipo de fibra desenvolvido denomina-se fibra de dispersão achatada 43
  44. 44. (dispersion-flattened fiber), que apresenta propriedades de baixaatenuação e dispersão na região de comprimento de onda entre1.300 e 1.550nm.Figura 34. Dispersão como função do comprimento de onda As fibras monomodo DS, até então fabricadas pelascaracterísticas de aplicação e necessidades de transmissão, deramlugar no mercado às fibras monomodo NZD, cuja dispersão na bandade comprimento de onda em que os amplificadores ópticos trabalhamapresentam valores mínimos e não zero, como no caso das fibrasmonomodo DS. Essas características permitem maiores taxas detransmissão e um menor espaçamento entre canais de um sistemaque opere com a tecnologia WDM. O ponto de dispersão zero ( 0 ) édeslocado da banda crítica de aplicação tanto para a região dedispersão negativa (NZD-) como para a região de dispersão positiva(NZD+). 5.3. Recomendações da Norma EIA/TIA-568-A Apesar de haver diversos tipos de cabos e acessórios ópticosa norma EIA/TIA-568-A recomenda a utilização de determinadoscabos ópticos, além de especificar os valores dos principaisparâmetros que envolvem os cabos e acessórios ópticos, descritos aseguir. 5.3.1. Cabos ópticos Podem ser do tipo multimodo (índice gradual) e monomodo,obedecendo-se às especificações das tabelas que seguem abaixo: 44
  45. 45. Valores dos Parâmetros do Cabo Multimodo 62,5/125 u m. 5.3.2. Emendas ópticas Além de especificar esses parâmetros, a norma indica aindaque a atenuação máxima de emendas por fusão ou mecânica nãopode exceder o valor de 0,3 dB. 5.3.3 Conectores Ópticos Quanto aos conectores ópticos, a norma recomenda o uso deconectores do tipo ST e SMA, e atenuação por inserção deve serinferior à 0,75 dB por conector, e a perda por retorno deve ser acimade 20 dB para fibras multímodo e 26 dB para fibras monomodo. Osconectores devem ter uma vida útil de 1.000 operações no mínimo,sem alterar suas características. 45
  46. 46. Capítulo 6 Terminações ópticas As terminações ópticas são constituídas basicamente deconectores. Esses realizam a conexão entre as fibras ópticas e osequipamentos, que podem ser uma fonte de luz, detectores de luz oumesmo equipamentos de medição. Figura 35. conector óptico 6.1. características Os conectores ópticos são acessórios compostos de umferrolho, onde se encontra a terminação da fibra óptica, e de umaparte responsável pela fixação dessas fibras: Na extremidade doferrolho, é realizado um polimento para atenuar problemasrelacionados com a reflexão da Luz. Além disso, assim como nasemendas, os conectores também contribuem para o aumento daatenuação que, basicamente, é de dois tipos: perda de inserção eperda de retorno. A perda de inserção, ou mais comumente chamado deatenuação, consiste na perda de potência luminosa que ocorre napassagem da luz nas conexões. Existem vários fatores quecontribuem para essa perda, e as principais causas se relacionamcom irregularidades no alinhamento dos conectores e irregularidadesintrínsecas ás fibras ópticas. Na prática, essa perda que contribuipara a soma total da atenuação ou perda de potência óptica de todo0 lance de cabos. A perda de retorno, conhecida também por reflectância,consiste na quantidade de potência óptica refletida na conexão, e aluz refletida retorna até a fonte luminosa. A causa principal está naface dos ferrolhos dos conectores, que refletem parte da luz que nãoentra no interior da fibra óptica do conector do lado oposto. Essaperda não influi diretamente na atenuação total, contudo o retorno daluz à fonte pode degradar o funcionamento da fonte luminosa e,assim, prejudicar a comunicação. A conectorização requer cuidados para sua realização, como: 46
  47. 47. . Ambiente limpo; · Temperatura controlada; . . Baixo nível de umidade; . . Polimento mecanizado. Essas condições proporcionam conectorizações de boaqualidade e baixos níveis de atenuação, além garantir umauniformidade de conectorização. A conectorização também pode serfeita em campo. Contudo não é aconselhável, pois em campo ascondições precárias, além de o processo ser totalmente manual,dependendo exclusivamente da habilidade de quem estivertrabalhando. Portanto, a conectorização em campo pode acarretarconectores com atenuações altas e pouco uniformes. Dependendo dacaracterística do enlace (distância X largura de banda), as tolerânciasnessas terminações podem ser valores críticos, e qualquer diferença(atenuação) fora de considerações de projeto, podem acarretar o nãofuncionamento do sistema. 6.2. Aplicação das terminações Basicamente, os conectores ópticos são utilizados na conexãodas fibras ópticas das seguintes formas: · Extensões ópticas ou pig-tal: o conector é aplicado em umadas extremidades da fibra óptica, e a outra extremidade seráutilizada para emenda por fusão ou emenda mecânica. · Cordão óptico: o conector é aplicado nas duas extremidadesda fibra óptica. · Cabo multicordão: o conector é aplicado em um cabo comvárias fibras do tipo tight. 6.3. Tipos de conectores Há vários tipos de conectores ópticos no mercado, cada umvoltado a uma aplicação. Basicamente, os conectores são constituídosde um ferrolho com uma face polida, onde é feito o alinhamento dafibra, e de uma carcaça provida de um capa plástica. Os diversostipos de conectores variam nos formatos e na forma de fixação(encaixe, rosca). Os conectores são todos machos, ou seja, osferrolhos são estruturas cilíndricas ou cônicas, dependendo do tipo deconector, que são inseridos em adaptadores ópticos. As figuras abaixo ilustram os tipos de conectores mais comunsencontrados no mercado. 47
  48. 48. Figura 37. Tipos de conectores. Principais tipos de conectores 6.4. Características dos conectores Existem conectores ópticos de variados tipos , proporcionandoassim baixos níveis de atenuação conexões ópticas de redesestruturadas: PC -Physical Contact): face convexa do ferrolho para permitircontato entre as fibras SPC (Super Physical Contact): face convexa, porém commenor raio de curvatura. APC (Angled Physical Contact): face convexa com ângulos emrelação ao ferrolho PLANO: polimento plano do ferrolho 48
  49. 49. Os conectores ópticos que utilizam a técnica PC possuemmelhor resposta de perda por retorno, assim como perda de inserção,se comparados ao de polimento plano. Conector podem serfornecidos na versão PC, onde a faixa de retorno varia entre : 30 dB até 40 dB, para polimento PC; - 4O dB até 50 dB para polimento ultra-PC (SPC); Outros tipos de polimento surgiram para melhorar a perda deretorno, como por exemplo APC (Angled Physical Contact), Estesconectores são ideais taxas de transmissão da ordem GHz. A perdade retorno para esse tipo de polimento encontra-se em 50 dB e 70 cperda de inserção menor que 0,3 dS. - Conectores com polimento plano podem ser conectados entresi ou entre PCs; - Os conectores de geometria PC podem ser conectados entre si, PC, SPC ou UPC; - Os conectores com geometria APC são compatíveis apenas entre si. Aplicações interconexões de sistemas ópticos paratelecomunicações, interconexões sistemas ópticos para redes locais eequipamentos ópticos de medição para CATV. 49
  50. 50. Capítulo 7 Instalação de cabos ópticos Na instalação de cabos ópticos se deve tomar cuidado maioresque na instalação de cabos UTP, pois existe um risco muito grande deprovocar danos às fibras ópticas pela fragilidade delas. Abaixo, osprincipais cuidados para executar uma boa instalação e aumentar avida útil dos cabos ópticos. Antes de qualquer instalação, faz-se necessário analisar ainfra-estrutura existente, pois não há possibilidade de realizar umaboa instalação sem que a infra-estrutura seja adequada. Portanto,considerando-se que ela esteja em boas condições, os cuidados nainstalação dos cabos ópticos a serem tomados em cada tipo deinstalação, seja subterrâneo seja aéreo (espinado, auto-sustentado)são: 7.1. Cuidados com cabos ópticos - Antes de iniciar o lançamento dos cabos ópticos, devemosatentar para os seguintes cuidados: - Antes de desenrolar as bobinas com os cabos ópticos,verificar visualmente e com equipamentos (OTDR ou Power Meter) seestão em ordem, ou seja, se não foram danificadas durante oembarque, transporte e desembarque. - As bobinas com os cabos ópticos devem ser descarregadas edesenroladas, obedecendo-se ás recomendações do fabricante. - Os cabos ópticos deverão ser tracionados em cabos-guia,camisas de puxamento e destorcedores com monitoração dedinamômetros, evitando-se o tracionamento excessivo. Asextremidades dos cabos ópticos devem ser protegidas para não haverpenetração de ar e/ou umidade e perda de pressão, no caso de cabospressurizados. - Em nenhuma hipótese o cabo poderá ser submetido atorções e estrangulamentos, considerando-se sempre que o raio decurvatura mínimo durante a instalação é de 40 vezes o diâmetro docabo e 20 vezes, na ocasião da acomodação. - Os cabos ópticos não devem ser estrangulados, torcidos,prensados ou pisados, com o risco de provocar alterações em suascaracterísticas originais . - Na ocasião do puxamento do cabo óptico, tomar o cuidadode monitorar a carga de tracionamento ao cabo com o dinamômetroe respeitando-se a carga máxima de tracionamento permitida paracada tipo de cabo. A tabela abaixo ilustra as cargas máximas permitidas durantea instalação para cabos ópticos da linha FCS: Carga máxima de tracionamento dos cabos FCS. 50
  51. 51. - As sobras dos cabos ópticos deverão ser acomodadas,considerando-se sempre a fixação seu raio de curvatura. As sobrasque ocorrem durante a instalação deverão ser acomodadas em formade "8", considerando-se o raio de curvatura mínimo do cabo óptico. - Evite reutilizar cabos ópticos de outras instalações, pois elessão projetados para suportar somente uma instalação. - Cada lance de cabo óptico multimodo não deverá ultrapassaro comprimento máximo de 2.000 metros permitido por norma. - Todos os cabos ópticos deverão ser identificados commateriais identificadores resistentes lançamento, para poderem serreconhecidos e instalados em seus respectivos pontos. - Não utilizar produtos químicos como vaselina, sabão,detergentes, etc., para facilitar lançamento dos cabos ópticos nointerior de dutos, pois esses produtos podem atacar a capa deproteção dos cabos, reduzindo-lhes a vida útil. O ideal é que a infra-estrutura esteja dimensionada adequadamente para não havernecessidade de utilizar produtos químicos ou, então, provocartracionamento excessivo aos cabos ópticos. Número de Cabos por Tubulação. - Evite lançar cabos ópticos em infra-estrutura externas quenão tenham proteção intempéries, por exemplo o Fiber-Lan - Os cabos ópticos não devem ser lançados em infra-estruturas que apresentem arestas vivas ou rebarbas tais quepossam provocar-lhes danos. - Evitar que os cabos ópticos sejam lançados perto de fontes de calor, pois a tempera máxima de operação permitida ao cabo é de 60°C. - Evite instalar os cabos ópticos na mesma infra-estrutura comcabos de energia e/ou aterramento. Não há risco de interferência 51
  52. 52. eletromagnética. Contudo, uma eventual manutenção dos caboselétricos, pode trazer danos. - Os cabos ópticos devem ser decapados somente onecessário, isto é, somente nos pontos de terminação e de emenda. - Nas caixas de passagem, uma volta de cabo ópticocontornando as laterais da caixa de passagem, para ser utilizado comuma folga estratégica para uma eventual manutenção do cabo óptico. - Nos pontos de emendas, deverão ser deixados, no mínimo, 3metros de cabo em cada extremidade, para haver folga suficientepara as emendas ópticas. - As folgas dos cabos devem ser acomodadasconvenientemente e mantidas fixas com as abraçadeiras plásticas oucom cordões encerados. Figura 39. Cabo com destorcedor e camisa de puxamento. 7.2 lnstalação subterrânea As instalações subterrâneas podem ser executadasmanualmente ou com auxílio de guinchos de puxamento. Em todocaso, os cabos ópticos devem ser puxados sempre com o auxílio decamisa depuxamento , destorcedores e cabos-guia. Antes de iniciar-ser o lançamento dos cabos ópticos convém vistoriar os dutos ecaixas de passagem que fazem parte da rota de lançamento e, se foro caso, tomar providências para desobstruir os dutos e/ou caixas depassagens. No lançamento com o auxílio de guinchos mecânicos, faz-senecessária a utilização de equipamentos de monitoração de tensão detracionamento do cabo. Isso e necessário para que o cabo não sersubmetido à tracionamento excessivo que possam prejudicá-lo.Contudo, em vez de utilizar máquinas, o lançamento também podeser executado manualmente e o uso de equipamentos demonitoramento pode ser dispensado, desde que se utilize mão-de-obra especializada. 52

×