Fibra ´ optica

A fibra ´optica ´e constitu´ıda por um filamento composto de material diel´etrico, normalmente s´ılica - vidro com impurezas - ou mesmo pl´astico, com a capacidade de transmitir luz confinada em seu interior. Com dimens˜oes sempre compar´aveis `as de um fio de cabelo, apresenta imunidade a interferˆencias eletromagn´eticas.

Estruturalmente, sua anatomia b´asica ´e composta por uma regi˜ao central chamada de n´ucleo - por onde a potˆencia luminosa ´e transmitida -, em seguida a casca - possuindo um ´ındice de refra¸c˜ao inferior ao n´ucleo -, o que faz com que a luz transmitida pelo n´ucleo seja refletida pelas suas paredes, conforme observado na figura a seguir. Essa configura¸c˜ao faz com o que a luz transmitida seja propagada confinada no n´ucleo atrav´es

de um fenˆomeno conhecido como reflex˜ao total possibilitando a condu¸c˜ao da luz por longas distˆancias, com ´ındice de perda muito pequeno. [18]

Figura 2.11: Composi¸c˜ao da fibra ´optica. [22]

As fibras s˜ao fios condutores de luz que possibilitam que os pulsos luminosos sejam codificados e, sendo assim, seja estabelecida uma comunica¸c˜ao entre as extremidades da fibra. Para transmitir os feixes, essa luz ´e introduzida por um emissor e detectada por um fotodetector. [18]

Importante salientar que a fibra ´otica pode receber diversos revestimentos externos extras com o objetivo de aumentar a prote¸c˜ao mecˆanica. A presen¸ca de uma ou mais fibras revestidas ´e nomeada de cabo ´otico.

Para determinar o tipo ideal de fibra a ser usado, deve-se primeiramente conhecer as caracter´ısticas de transmiss˜ao e a sua aplica¸c˜ao. Feito isso, pode-se escolher entre tipos de material, ´ındices de refra¸c˜ao e etc.

Onde o ´ındice de refra¸c˜ao ´e parte principal no que diz respeito a capacidade de transmiss˜ao, j´a o material escolhido determina n´ıveis de atenua¸c˜ao e frequˆencias de ope- ra¸c˜ao. As caracter´ısticas mecˆanicas atuam frente ao material escolhido, sua fabrica¸c˜ao, seus revestimentos, entre outros.

Agrupando-se todo esse conjunto de informa¸c˜oes, temos dois principais tipos de fibra monomodo e multimodo, onde a multimodo ainda se divide em 2 subcategorias: ´ındice degrau e ´ındice gradual. No qual todos os tipos, apesar de suas particularidades,

atendem aos mesmos servi¸cos.

Devido as dimens˜oes dos fios de fibra ´optica ´e poss´ıvel inserir uma grande quanti- dade em um ´unico cabo, sendo essa uma grande vantagem perante as outras tecnologias de redes infraestruturadas. Al´em disso as fibras ´opticas necessitam de um n´umero muito me- nor de equipamentos ao longo do circuito, como repetidores, pelo fato da menor atenua¸c˜ao da mesma. [24]

Fibra ´optica multimodo

A fibra multimodo ´e o tipo de fibra em que diversos feixes de luz se propagam simultaneamente com diferentes ˆangulos de incidˆencia atrav´es de caminhos diferentes no interior, devido ao diˆametro de seu n´ucleo que ´e de 50 a 62,5 µm. O que determina a fibra multimodo ser ´ındice degrau ou ´ındice gradual ´e a rela¸c˜ao entre ´ındice de refra¸c˜ao entre casca e n´ucleo. [25]

Fibra ´optica multimodo de ´ındice degrau

A fibra ´otica de ´ındice degrau ou Step Index possui um ´ındice de refra¸c˜ao do n´ucleo constante e ligeiramente superior ao ´ındice de refra¸c˜ao da casca. S˜ao fibras mais simples pois possuem um ´unico material em seu n´ucleo, n˜ao influenciando na angula¸c˜ao do feixe luminoso na casca.

Suas dimens˜oes trazem consigo uma facilidade na fabrica¸c˜ao e opera¸c˜ao, no entanto, sua capacidade de transmiss˜ao se torna menor devido sua atenua¸c˜ao consider´avel, sendo aplicadas constantemente em pequenas distˆancias. Outra particularidade ´e em rela¸c˜ao ao custo pois sua caracter´ıstica f´ısica permite o uso de fontes luminosas menos precisas, e pouca precis˜ao no uso de conectores, acoplamento de fontes, fus˜oes [23]

Fibra ´optica multimodo de ´ındice gradual

A constitui¸c˜ao do n´ucleo da Fibra ´Optica Multimodo de ´Indice Gradual (em inglˆes Grated Index ) ´e projetada para prover uma melhor propaga¸c˜ao dos Feixes de Luz inci- dentes na Fibra ´Optica. Em seu processo de fabrica¸c˜ao, materiais (vidro) com diferentes ´ındices de refra¸c˜ao s˜ao utilizados com o objetivo de otimizar o tempo de propaga¸c˜ao no interior do nucelo. O n´ucleo tem um ´ındice de refra¸c˜ao gradual – crescente de seu eixo central para a sua borda – que proporciona um menor ˆangulo de incidˆencia do feixe de luz na interse¸c˜ao entre o n´ucleo e a casca. Com isso a reflex˜ao da luz e, consequentemente, a manuten¸c˜ao da potˆencia luminosa dentro do n´ucleo da fibra ´e melhor em rela¸c˜ao a fibra de ´ındice degrau, com menor dispers˜ao de pulso e maior capacidade de transmiss˜ao. [23]

Fibra ´optica monomodo

As fibras ´opticas monomodo possuem dimens˜oes de n´ucleo bem menores em rela¸c˜ao `

luz que trafega no interior do mesmo – o que ocasiona em um ´unico modo de propaga¸c˜ao, ou seja, os raios de luz percorrem o interior da fibra por um s´o caminho. Isso permite uma menor dispers˜ao do sinal durante a propaga¸c˜ao ao longo da fibra, apresentando atenua¸c˜ao mais baixa, o que acarreta na possibilidade de uma distˆancia maior sem o uso de repetidores de sinal, largura de banda bastante larga, ocasionando uma maior taxa de transmiss˜ao usada. [14]

As fibras monomodo tem de desvantagens uma fabrica¸c˜ao mais complexa e dif´ıcil manuseio (instala¸c˜ao, emendas) - devido `as dimens˜oes de seu n´ucleo serem reduzidas -, isto tornando mais dif´ıcil o seu alinhamento, com custo muito superior quando compara- das com as fibras do tipo multimodo e, tamb´em, dos materiais usados como conectores, componentes eletrˆonicos etc. [15]

Figura 2.12: Modo de propaga¸c˜ao nas fibras ´opticas. [16]

Tabela 2.1: Comparativo fibras multimodo x monomodo

Multimodo Monomodo

N´ucleo 50 a 200µm 8 at´e 10µm

Casca 125 a 400µm 125 a 240µm

Comprimento de onda 850 a 1300nm 1310 a 1650nm

Atenua¸c˜ao (dB/km) 4,0 (850nm) e 2,0 (1300nm) 0,4 (1310nm) e 0,3 (1.550nm) Transmissores e receptores simples e de menor custo complexo e de maior custo

Aplica¸c˜ao principal curtas distancias longas distancias