FIBRA OTICA CONCEITOS BASICOS

Conceitos Fundamentais sobre Fibra Ótica

INTRODUÇÃO

Fibra óptica é um pedaço de vidro ou de materiais poliméricos com capacidade de transmitir luz. Tal filamento pode apresentar diâmetros variáveis, dependendo da aplicação, indo desde diâmetros ínfimos, da ordem de micrômetros (mais finos que um fio de cabelo) até vários milímetros.

HISTÓRIA DA FIBRA ÓTICA MUNDIAL

• Os primeiros experimentos utilizando fibra óptica ocorreram em 1930 na Alemanha, mas as pesquisas sobre suas propriedades e características se iniciaram por volta de 1950. Hoje, as fibras ópticas são largamente utilizadas e representam uma revolução na transmissão de informações.

HISTÓRIA DA FIBRA ÓTICA MUNDIAL

• A fibra ótica foi inventada pelo físico indiano

Narinder Singh Kapany.

• Nascido na cidade de Moga, no estado do Punjab, Kapany graduou-se na Agra University em Dehradun, completou seus estudos avançados em ótica no Imperial College of Science and Technology de Londres, recebeu seu Ph.D. na University of London em 1955 e vive nos Estados Unidos desde a metade dos anos 1960.
• Em 1952, com base nos estudos efetuados pelo físico inglês John Tyndall de que a luz poderia descrever um trajetória curva dentro de um material (no experimento de Tyndall esse material era a água), Kapany pôde concluir suas experiências que o levaram à invenção da fibra ótica.

LINHA DO TEMPO

• ∙ 100 a.C: Vidros de qualidade óptica somente apareceram após o surgimento dos famosos cristais venezianos, na época da Renascença. Os princípios da fibra óptica são conhecidos desde a Antigüidade e foram utilizados em prismas e fontes iluminadas.
• ∙ 200 D.C: Heron da Alexandria estudou a reflexão.
• ∙ 1621: Willebrod Snell descobriu que quando a luz atravessa dois meios, sua direção muda (refração).
• ∙ 1678: Christian Huygens modela a luz como onda.
• ∙ 1791: Claude Chappe inventou o Semaphore, sistema de comunicação visual de longas distâncias através de 8 braços mecânicos, instalados no alto de torres (velocidade de 1 bit por segundo)

LINHA DO TEMPO

• ∙ 1800: O Sr. William Herschel descobriu a parte infravermelha do espectro.
• ∙ 1801: Ritter descobre a parte ultravioleta do espectro.
• ∙ 1830: Telégrafo com código Morse (digital) chegava a alcançar mil km, o equivalente a velocidade de 10 bits por segundo, com os repetidores.
• ∙ 1864: O físico teórico escocês, James C. Maxwell (1831-1879), criou o termo campo eletromagnético após a publicação da sua teoria eletromagnética da luz.
• ∙ 1866: Primeira transmissão transatlântica de telégrafo.

LINHA DO TEMPO

• ∙ 1870: John Tyndal (1820-1893) mostrou a Royal Society que a luz se curva para acompanhar um esguicho d’água, ou seja, pode ser guiada pela água.
• ∙ 1876: Invenção do telefone analógico por Graham Bell
• ∙ 1880: O engenheiro William Wheeler, recebeu uma patente pela idéia de “conduzir” intensas fontes de luz para salas distantes de um prédio. O escocês naturalizado americano, Alexander Graham BELL (1847-

1922), inventou o Photophone, um sistema que reproduzia vozes pela conversão de luz solar em sinais elétricos (telefone óptico).

• ∙ 1926: John L. Baird patenteia uma TV a cores primitiva que utilizava bastões de vidro para transportar luz.

LINHA DO TEMPO

• ∙ 1930: Lamb realizou primeiros experimentos de transmissão de luz através de fibras de vidro,
• Alemanha.
• ∙ 1940: O primeiro cabo coaxial transporta até 300 ligações telefônicas ou um canal de TV.
• ∙ 1950: Brian O´BRIEN do American Optical Company e Narinder Singh Kanpany , físico indiano do Imperial College of Science and Technology de Londres, desenvolveram fibras transmissoras de imagens, hoje conhecidas por Fiberscopes.
• ∙ 1956: O físico indiano Narinder Singh Kanpany inventa a fibra óptica: desenvolveram a idéia de uma capa de vidro sobre um bastão fino de vidro para evitar a “fuga” da luz pela superfície.

LINHA DO TEMPO

• ∙ 1958: Arthur Schwalow e Charles Townes inventam o laser.
• ∙ 1960: Theodore Maiman, do Hughes Labs (EUA), construiu o primeiro laser a cristal de rubi.
• ∙ 1961: Javan e colaboradores construíram o primeiro laser a gás HeNe, para a região do infravermelho (1150 nm). Em 1962 surge o laser HeNe para 632,8 nm.
• ∙ 1962: Foi inventado o primeiro fotodetector PIN de silício de alta velocidade (EUA).
• ∙ 1966: Charles Kao e A. Hockham do Standard Communication Laboratory (UK), publicaram um artigo propondo fibras ópticas como meio de transmissão adequado se as perdas fossem reduzidas de 1000 para 20 dB/km. Início da corrida mundial pela fibra de menor atenuação !!!

LINHA DO TEMPO

• ∙ 1968: Primeiro diodo laser com dupla heteroestrutura, DHS, (EUA).
• ∙ 1970: Kapron e Keck quebram a barreira dos 20 dB/km produzindo uma fibra multimodo com 17 dB/km em 632,8 nm (Corning Glass Works, USA).
• ∙ 1972: Novamente, Corning Glass lança uma fibra multimodo com 4 dB/km.
• 10 ∙ 1973: Um link telefônico de fibras ópticas foi instalado no EUA.
• ∙ 1976: O Bell Laboratories instalou um link telefônico em de 1 km em Atlanta e provou ser possível o uso da fibra para telefonia, misturando técnicas convencionais de transmissão. O primeiro link de TV acabo com fibras ópticas foi instalado em Hastings (UK). A empresa Rank Optics em Leeds (UK) fabrica fibras de 110 nm para iluminação e decoração.

LINHA DO TEMPO

• ∙ 1978: Começa, em vários pontos do mundo, a fabricação de fibras ópticas com perdas menores do que 1,5 dB/km, para as mais diversas aplicações.
• ∙ 1979: MYA e colaboradores, Japão, anunciam a primeira fibra monomodo (SMF) com 0,20 dB/km em 1550 nm.
• ∙ 1981: Ainslie e colegas (UK) demonstram a SMF com dispersão nula em 1550 nm.
• ∙ 1983: Introduzida a fibra monomodo com dispersão nula em 1310 nm – G652.
• ∙ 1985: Introduzida a fibra monomodo de dispersão deslocada (DS) – G653.
• ∙ 1988: Operação do primeiro cabo submarino, TAT-8, entre EUA, França e Inglaterra.

LINHA DO TEMPO

• ∙ 1989: Introdução comercial dos amplificadores ópticos dopados com érbio.
• ∙ 1994: Introduzida a fibra de dispersão nula (NZD) em 1500 nm – G655.
• ∙ 2001: A fibra óptica movimenta cerca de 30 bilhões de dólares a cada ano.
• ∙ 2004: As pesquisas avançam em direção à caracterização e fabricação de fibras fotônicas.

FIBRA ÓTICA NO BRASIL

• A Unicamp foi à primeira instituição brasileira a pesquisar as fibras ópticas. O Grupo de Fibras Ópticas do Instituto de Física Gleb Wataghin foi formado em 1975 para desenvolver o processo de fabricação de fibras e formar recursos humanos nesta área. Dos laboratórios do IFGW saíram às primeiras fibras ópticas fabricadas no país e foram desenvolvidas várias técnicas de caracterização das fibras.

TIPOS DE FIBRAS

• As fibras ópticas podem ser basicamente de dois modos:
• Monomodo:
• Permite o uso de apenas um sinal de luz pela fibra.
• Dimensões menores que as fibras ID.
• Maior banda passante por ter menor dispersão.
• Geralmente é usado laser como fonte de geração de sinal.

TIPOS DE FIBRAS

• Multimodo:
• Permite o uso de fontes luminosas de baixa ocorrência tais como LEDs (mais baratas).
• Diâmetros grandes facilitam o acoplamento de fontes luminosas e requerem pouca precisão nos conectores.
• Muito usado para curtas distâncias pelo preço e facilidade de implementação pois a longa distância tem muita perda.

FIBRA ÓTICA

TIPOS DE FIBRAS

VANTAGENS DA FIBRA ÓTICA

• •Isolamento elétrico entre as partes conectadas, já que não utilizamos para transferência energia elétrica e sim a luz.
• •Imunidade à ruídos.
• •Altas taxas de transmissão (algo em torno de 2 Gbpsou mais).

• •Baixa taxa de erro, que está na faixa de10 .

DESVANTAGENS DA FIBRA ÓTICA

• •Alto custo de instalação (o custo por metro da fibra ainda é elevado, comparado com os outros meios).
• •Equipamentos nas pontas também apresentam um custo alto devido à necessidade de conversão de energia em luz e depois novamente em sinal elétrico).

CONCLUSÃO

• A fibra ótica tem como vantagens indiscutíveis: a alta velocidade ao navegar pela internet, assim como a imunidade a ruído e interferência, dimensões e peso reduzidos e a compatibilidade com a tecnologia digital.
• As fibras também possuem suas desvantagens: é acessível somente a cidades cujas zonas possuem instalação, seu custo elevado, sua fragilidade, sua dificuldade de reparação de rompimento de fibras em campo, equipamentos de alto custo. Atualmente as pesquisas na área da fibra ótica estão em constante evolução, a serviço do progresso tecnológico.