Sistema de comunicação óptica. Keylly Eyglys Orientador: Adrião Duarte

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1 Sistema de comunicação óptica Keylly Eyglys Orientador: Adrião Duarte

2 História A utilização de transmissão de informação através de sinais luminosos datam de épocas muito remotas. Acredita-se que os gregos transmitiam informação entre suas unidades militares utillizando sinais luminosos. Os principais problemas nas transmissões de luz eram as condições atmosféricas (chuva, névoa, etc) e nos anos mais atuais o perfeito alinhamento entre o transmissor e o receptor. 2

3 História Em 1870, John Tyndall comprovou que seria possível transmitir luz por tragetórias curvilíneas. Demonstrou, por meio de reflexões sucessivas e utilizando um recipiente cheio de água iluminada por um dos seus lados com um orifício em uma das paredes, que a luz se propagava ao longo do recipiente, saindo junto com a água pelo orifício. 3

4 História Em 1910, Hondros e Derbye comprovaram a possibilidade de transmitir a luz por guias de materiais transparentes. Porém devido à precariedade dos materiais e tecnologias da época, os pesquisadores não puderam chegar a resultados importantes na transmissão de luz guiada em grandes distâncias 4

5 História Em 1953 as condições tecnológicas para transmitir a luz por uma tragetória curvilínia se torna possível. Kapany elaborou uma fibra de vidro com um revestimento, introduzindo o termo Fibra Óptica. Apenas em 1966 a Fibra Óptica passou a substituir os cabos metálicos em uma pesquisa desenvolvida pelos pesquisadores Kao e Hochhman da Standard Telecomunication Laboratories que sugeriram o uso da fribra em um trabalho publicado neste mesmo ano. 5

6 História Apenas nos anos 70 se pensou em utilizar as Fibras Ópticas concretamente para transmissão de informação. Nos anos 80 os sistemas de transmissão baseados em cabos coaxiais chegavam próximo de seu limite teórico de capacidade de transmissão, acelerando as pesquisas com Fibras Ópticas. A partir deste ponto a Fibra Óptica começou a substituir gradualmente os enlaces metálicos. 6

7 Óptica Newton formulou a primeira teoria sobre a natureza da luz, admitindo sua constituição por pequenos corpúsculos. Posteriormente Foucault mede a velocidade e demonstra sua velocidade em função da densidade do meio pelo qual se propaga: quanto mais denso for o meio, menor será a sua velocidade da luz. 7

8 Ótica A reflexão é a mudança de direção que experimenta a luz quando choca contra uma superfície plana. Reflexão da luz 8

9 Óptica A refração é a mudança de direção que experimenta a luz quando passa de um meio para outro de diferente densidade. Refração da luz 9

10 Óptica Quando o ângulo do raio de luz incidente aumenta, penetra menos luz na superfície, refletindo mais luz, ou seja, existe um ângulo em que a luz não pode penetrar no segundo meio, este ângulo é chamado de ângulo crítico, ocorrendo o que é chamado de reflexão total. Este ângulo pode ser obtido através da Lei de Snell. 1 cr =sen n2 n1 10

11 Composição da Fibra Óptica 11

12 Abertura Numérica O ângulo de admissão é o maior ângulo de penetração da luz em um cabo de fibra óptica. A abertura numérica é o parâmetro que indica a capacidade para captar a luz de um determinado cabo de fibra ótica. A fibra óptica só aceita uma parte da radiação luminosa, que é precisamente a que entra no ângulo de admissão descrito pela abertura númerica. AN =sen i = n1 n

13 Abertura Numérica No cabo de fibra óptica entrará a máxima quantidade de luz quando esta entrar reta, ou seja, sem ângulo; mas, se entrar no núcleo com algum ângulo, parte da luz será refletida e o núcleo trasmitirá menor quantidade de luz. Uma vez que a luz tenha entrado no núcleo, parte dela se perderá ou não na casca, dependendo do ângulo crítico. 13

14 Monomodo e Multimodo As fibras ópticas podem ser classificadas em Monomodo e Multimodo. Nas fibras multimodo existe a de índice de degrau ou índice abrupto e a de índice gradual 14

15 Multimodo índice de degrau Na fibra de índice degrau, o índice de refração do núcleo é completamente diferente do índice de refração da casca/interface. Esse sistema é o mais econômico e o mais fácil de se construir, mas apresenta os incovenientes de uma maior atenuação e largura de faixa mais estreita. 15

16 Multimodo índice de degrau Os raios de luz refletem na interface em vários ângulos, resultando em comprimentos de caminhos diferentes para o sinal. Isto causa o espalhamento do sinal ao longo da fibra e limita a largura de banda do cabo para aproximadamente 35 Mhz Este foi o primeiro tipo de fibra fabricada e é utilizada para transmissão em curta distância 16

17 Multimodo Índice gradual Tanto o núcleo quanto a interface são compostos por materiais com índices de refração gradualmente diferentes um do outro. O objetivo é ter todos os modos do sinal na mesma velocidade no cabo. 17

18 Multimodo Índice gradual Devido a redução da dispersão modal neste tipo de fibra, os raios de luz podem viajar a uma velocidade maior, o que proporciona uma largura de banda maior (aproximadamente 500Mhz). Este tipo de fibra é utilizada em sistemas de telecomunicações. 18

19 Multimodo - dispersão Nas fibras multimodo é comum ocorrer o fenômeno da dispersão modal, devido aos diferentes comprimentos de onda na transmissão. Esta dispersão acarreta na distorção dos pulsos de luz. 19

20 Monomodo Seu núcleo é muito pequeno (aproximadamente 8 micrômetros de diâmetro), permite que apenas um modo seja propagado através da fibra, consequentemente diminuindo a dispersão do pulso luminoso. É o tipo de fibra mais cara e que possui a melhor performance. Normalmente é utilizada em enlaces intercontinentais devido a elevada transmissão de dados 20

21 Monomodo A emissão de sinais monomodo somente é possível através de lasers, podendo atingir uma banda de transmissão de 100Ghz 21

22 Perda de Potência da Fibra Devido as impurezas existentes nos materiais com que as fibras são construidas, o sinal luminoso sofre atenuação. Quanto maior a distância, maior a atenuação. Devido a esta atenuação se faz necessário a utilização de regeneradores ópticos para transmissões de longa distância 22

23 Regenerador Óptico Regenerador Ativo: Componentes ativos (necessitam de eletricidade) que recebem o sinal luminoso, interpreta o seu significado (decodifica) e retransmite. Este tipo de regenerador necessita de uma estrutura física para funcionar (eletricidade, arcondicionado, etc). Sinal de entrada Estação Repetidora Sinal regenerado 23 Energia elétrica

24 Regenerador Óptico Regenerador passivo: Aumenta a potência do sinal sem precisar de uma estação de repetição, não utiliza fonte elétrica. O regenerador é um trecho de fibra onde seu núcleo é dopado com elementos químicos como o érbio, utilizando-se do princípio do laser, as moléculas dopadas quando estimuladas por sinal luminoso irão gerar um sinal amplificado 24

25 Regenerador Óptico O efeito é em cascata, uma molécula emite um fóton, esse fóton estimula outras moléculas, os novos fótons irão ter o mesmo comprimento de onda sentido e direção de seu estímulo. 25

26 Enlace Óptico Sinal de Informação Condicionador De sinal (Codificador Digital) Fonte de luz (LED ou Laser) Acoplamento Com a Fibra Fibra Óptica Acoplamento Com a Fibra Fotodetector Amplificador Condicionador De Sinal (Decodificador Digital) Sinal de informação 26

27 Dispositivos transmissores - LED LED: usados na transmissão em fibras multimodo. Os LED's utilizados na transmissão em fibra óptica emitem luz com comprimento de onda entre 820 e 850 nm (a luz visível está entre 390 e 780 nm) 27

28 Dispositivos Transmissores LED 28

29 Dispositivos Transmissores - Laser Mais utilizado em fibras monomodo para transmissão em longa distância Também pode ser utilizado em fibras multimodo 29

30 Dispositivos Transmissores - Laser 30

31 Dispositivos Receptores Fotodiodos PIN Quando um fóton incidente tem energia maior ou igual ao intervalo energético entre as bandas do semi-condutor utilizado, essa energia fornecida pelo fóton excita um elétron da banda de valência fazendo este se deslocar para a banda de condução. Este processo vai gerando pares de elétron/lacuna que constituem justamente os fotoportadores. 31

32 Dispositivos Receptores Fotodiodos PIN 32

33 Dispositivos Receptores Fotodiodo APD Os fotodiodos APD são fotodiodos que combinam a detecção de sinais ópticos com amplificação interna da fotocorrente. O ganho interno é dado através da multiplicação avalanche de transportadores na região da junção. Sua vantagem é uma razão elevada de sinal-ruído, especialmente a altas taxas de bits. 33

34 Dispositivos Receptores Fotodiodo APD 34

35 Aplicações de comunicações para Fibra óptica Redes Internacionais com transmissões em longa distância Redes Nacionais/Estaduais/Municipais Redes locais 35

36 Sistemas de Multiplexagem Multiplexagem por divisão de comprimento de onda E/0 E/1... E/p Mux y Amp. Fibra Div. Pot. Demux E/0 E/1... y E/p 36

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