Plano de Aula: Fibra Ótica e Estruturas de Cabeamento para Redes 1/2 CABEAMENTO - CCT0014 Título Fibra Ótica e Estruturas de Cabeamento para Redes 1/2 Número de Aulas por Semana Número de Semana de Aula 6 Tema Fibra Ótica e Estruturas de Cabeamento para Redes 1/2 Objetivos Ao final desta aula o aluno deverá ser capaz de: Conhecer as características da Fibra Ótica; Classificar as Fibras Óticas: fibra multímodo e fibra monomodo; Conhecer os tipos de Interferências em Cabeamento Ótico; Identificar os tipos de Estruturas para Cabeamento de Rede. Conhecer os fundamentos de uma Infra-Estrutura Ótica; Identificar as Estruturas: Tight Buffer e Loose Buffer; Realizar Emendas e Terminações Óticas; Conhecer Conectores Óticos, bem como os tipos e sua montagem. Estrutura do Conteúdo 3.3. Fibras óticas 3.3.1. Introdução às redes óticas 3.3.2. Características das ondas luminosas 3.3.3. Tipos de Fibras 3.3.4. Componentes do sistema de transmissão ótica 3.3.5. Fontes de Luz Suporte Conceitual: 3.3. Fibras óticas Introdução A fibra ótica é composta de material dielétrico:silíca e plástico. Consiste em uma região central chamada núcleo, envolta por material dielétrico chamada casca.
A casca com material de índice de refração ligeiramente inferior ao do núcleo, oferece à propagação de energia luminosa pelo mecanismo de reflexão total. 3.3.1. Introdução às redes óticas 3.3.2. Características das ondas luminosas Características das ondas luminosas - Reflexão: retorno da onda luminosa ao se chocar com material refletido. - Vibração? as ondas luminosas possuem frequências diferentes - Refração? mudança na direção da onda luminosa ao atravessar superfícies com diferentes densidades, pode alterar o comprimento de onda, mas a frequência permanece a mesma. - Interferência? Adição ou subtração das amplitudes das ondas sobrepostas - Difração? ocorre quando a onda atravessa uma fenda equivalente ao seu comprimento de onda O perfil de índice de refração é a variação do índice de refração ao longo da estrutura da fibra ótica. Índice Degrau: índice de refração do núcleo (n1) é constante e ligeiramente superior ao índice de refração da casca (n2) também constante. A fibra é chamada de fibra ID. Índice Gradual: índice de refração do núcleo (n1) varia continuamente do centro da fibra para a casca. A fibra designada por fibra índice IG. A capacidade de banda passante depende da geometria e do perfil de índices da fibra ótica. As característica dependem do material dielétrico, processo de fabricação e dos revestimentos utilizados. Angulo de Aceitação: os raios de luz incidentes na fibra com inclinação superior a ele, não são transmitidos pelo núcleo da fibra, mas penetram na casca onde são fortemente atenuados e desaparecem. O alargamento dos pulsos é genericamente tratado como dispersão. A atenuação está diretamente associada às perdas de transmissão. Atenuação é um fator central no projeto. Os pontos onde podem ocorrer perdas são: acopladores de entrada do sinal, emendas, conectores, dispositivos passivos, própria fibra. Os responsáveis pela atenuação em fibras óticas são os seguintes: absorção, espalhamento, curvaturas, projeto do guia de onda.
Absorção Intrínseca: mesmo o vidro com elevadíssimo grau de pureza absorve de forma significativa a energia luminosa. É muito forte na faixa de curtos comprimentos de onda (ultravioleta), designada por absorção UV. Dopante é uma substancia introduzida propositalmente do vidro, com objetivo de modificar o índice de refração. Impureza é uma substância indesejável que se introduz do vidro durante o processo de fabricação. Dos tipos particularmente inconvenientes estão: íons metálicos e íons OH. Espalhamento ocorre quando parte da energia luminosa que está se propagando ao longo da fibra ótica é convertida em modos e/ou comprimento de onda que não propagam bem pela fibra. Espalhamento Linear: consiste no espalhamento Rayleigth e Mie. Ambos são causados por não homogeneidades aleatórias do índice de refração. Rayleigth essas não homogeneidades são muito menores que o comprimento da onda da luz, enquanto Mie são comparáveis ou maiores que a onda da luz. Espalhamento não Linear: gerados por campos óticos fortes nas fibras óticas. Um dos processos não lineares é o espalhamento de Brillouin, que é gerado em níveis elevados de potência pela modulação do sinal ótico propagaste por vibrações moleculares dentro do meio (vidro). Outra forma de espalhamento não linear é o espalhamento de Raman. Curvaturas Macroscópicas: referem-se aquelas de grande raio, tais como ocorrem quando enrola uma fibra em um carretel ou quando a fibra deve contornar um canto. 3.3.3. Tipos de Fibras Tipos de Fibras Fibra Multimodo índice degrau Fibra Multimodo índice gradual Fibra Monomodo índice degrau Fibra Monomodo índice degrau conjugado 3.3.4. Componentes do sistema de transmissão ótica Componentes do sistema de transmissão ótica
Um Sistema de Transmissão por fibras ópticas é constituído por um transmissor óptico, um receptor óptico e um cabo de fibras ópticas. Os sistemas de transmissão por fibras ópticas podem ser classificados segundo sua tecnologia, características básicas e aplicações. Os sistemas podem ser classificados como configuração básica ponto a ponto, ponto -multiponto. Os sistemas ponto-multiponto são aplicáveis em redes locais e utilizam acopladores ópticos passivos. Os sistemas ainda são classificados segundo a sua tecnologia em analógicos e digitais, e quanto à aplicação em sistemas de longa distância e sistemas locais ou de curta distância. Moduladores: Os moduladores são elementos que convertem um sinal óptico cw de entrada em um sinal de saída com características digitais ou analógicas. Os moduladores podem ser de 2 tipos: Moduladores absortivos o guiamento da luz se dá por um material absorsor com tens ão elétrica aplicada. Não havendo a tensão elétrica aplicada, ocorre a absorção da luz. Moduladores eletro-ópticos um cristal de material eletro-óptico (LiNbO3, niobato de lítio) provoca a mudança de fase do sinal óptico caso seja aplicada uma tensão elétrica. 3.3.5. Fontes de Luz Fontes de Luz A fonte de luz é, evidentemente, o principal componente do transmissor. Os transmissores podem utilizar LEDs ou LASERs. O LED é a fonte óptica mais comum em aplicações a curtas distâncias e com baixos requisitos de velocidade. Os LASERs são fontes ópticas mais comuns para aplicações a longas distâncias e que exijam grandes velocidades de transmissão. O circuito driver tem como função fornecer a corrente necessária para o emissor óptico operar. A modulação da fonte luminosa pode ser feita com sinais elétricos analógicos ou digitais O receptor óptico é o dispositivo que detecta o sinal luminoso ao final da fibra, convertendo-o em sinal elétrico para posterior processamento em dispositivo eletrônico específico. Assim como os transmissores, no receptor óptico, uma fibra conectorizada é montada durante a sua construção. O dispositivo interno do receptor, responsável pela detecção, é denominado fotodiodo e gera uma corrente proporcional à incidência de fótons sobre o mesmo. Esta corrente produzida é, em geral, tão pequena que é preciso uma amplificação dentro do próprio circuito interno do transmissor.
Há dois tipos de receptores, classificados de acordo com o fotodiodo empregado: fotodiodo PIN e o fotodiodo de Avalanche (APD) Regeneradores: nos enlaces mais longos, deve-se utilizar nas estações de passagem o equipamento repetidor ótico. A função principal é de regenera o sinal óptico recebido na entrada e adequá-lo na saída. Os regeneradores possuem componentes ativos. Os regeneradores geralmente são do tipo 3R: reamplificação, reformatação e retemporização do sinal óptico. Aplicação Prática Teórica Indicação do material didático: Pinheiro, José Maurício dos S., Guia Completo de Cabeamento de Redes, editora: Elsevier, edição: 1, ano:2003 Apostila? Comunicações Óticas - Biblioteca da Disciplina