sistemas de comunicações Ópticas
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Histórico
Introdução
Tipos de Fibras
Sistema Básico de Transmissão Óptica
Fontes Ópticas
Fotodetectores
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Cerca de 2500 a.c.: primeiras amostras conhecidas de vidro;
1790: Chappe inventa o telégrafo óptico (França);
1841: Colladon demonstra o guiamento da luz por um jato
d’água (Suiça);
1873: Maxwell demonstra que a luz pode ser estudada como
uma onda eletromagnética;
1880: Graham Bell inventa o fotofone.
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1949: Hansen (Dinamarca) e Van Hoel (Holanda) começam a investigar a transmissão de imagem através de feixes de fibras de vidro colocadas em paralelo.
1951: O’Brien (Estados Unidos) sugere a Van Heel que a aplicação de uma casca transparente melhoraria a transmissão das fibras de seu feixe de fibras para transporte de imagem;
1960: Mainmann demonstra o primeiro laser no Hughes Research Laboratories.
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1967: Kawakami (Japão) propõe as fibras ópticas de índice gradual.
1986: entra em operação o primeiro cabo óptico através do Canal da Mancha;
Da década de 90 até os dias atuais: o desenvolvimento das comunicações ópticas continuou em ritmo intenso, onde atualmente encontram-se instaladas redes de comunicação totalmente ópticas de altíssima capacidade e alcance.
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A fibra óptica é um filamento de vidro ou de materiais poliméricos, transparente e com alto grau de pureza com capacidade de transmitir luz.
É tão fino quanto um fio de cabelo, podendo carregar milhares de informações digitais a longas distâncias sem perdas significativas.
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A fibra óptica é o meio responsável pela transmissão da
informação com mínima atenuação ou perda de sinal.
Composição básica: Núcleo (≥ 10 micrômetro): o mais refringente; Casca: menos refringente que o núcleo; Capa: proteção.
Fibras de Kevlarc
Núcleo
Capa Casca
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Transmissão de sinal luminoso
através de reflexões sucessivas ao
longo da fibra;
A diferença do índice de refração
entre o núcleo (n = 1,48) e a casca
(n = 1,44) permite que a luz se
propague ao longo da fibra.
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Um par de fibras ópticas transmite a mesma quantidade de informação do que 2200 pares telefônicos.
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Vantagens: Total imunidade à interferências eletromagnéticas; Dimensões reduzidas; Segurança no tráfego de informações; Maiores distâncias alcançadas para transmissão da informação; Maior capacidade de transmissão (largura de banda); Larga aplicação em sistemas de telefonia, redes de comunicação de
dados e em sistemas de altas taxas de transmissão; Perdas de transmissão muito baixas; Custos potencialmente baixo; Alta resistência a agentes químicos e a temperatura.
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Desvantagens: Fragilidade das fibras ópticas (encapsulamento);
Dificuldade de conexão (devido ao tamanho e a precisão);
Acopladores com altas perdas;
Impossibilidade de alimentação remota;
Custos elevados de conectores.
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Aplicações de voz: Troncos telefônicos locais, interurbanos, transoceânicos.
Aplicações de vídeo: Difusão de TV, CATV.
Aplicações de dados: Redes locais, cabeamento de aeronaves, navios e estações
terrestres de satélite.
Sensores: Sensores de temperatura, sensores de pressão.
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Multimodo Índice Degrau:
Simplicidade quanto a fabricação
Facilidades operacionais
Capacidade de transmissão limitada Multimodo Índice Gradual:
Complexidade média na fabricação
Conectividade relativamente simples
Alta capacidade de transmissão Monomodo:
Dimensões muito pequenas
Dificuldade de conexão
Maior capacidade de transmissão
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Maior capacidade de transmissão que as multimodais;
Dimensões menores, próximas às dos comprimentos de onda da luz;
Como possui um núcleo menor do que as fibras multimodais, requerendo uma maior precisão no acoplamento, existindo uma dificuldade na conectividade.
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Aplicações: Sistemas de telecomunicações de curta distância.
Vantagens: Grande capacidade de captação da energia luminosa; Grande abertura numérica (AN); Melhor acoplamento com os LED’s. Requer pouca precisão nos conectores.
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2020
Variação gradual do índice de refração: Estreitamento do pulso luminoso.
Maior capacidade de transmissão;
Número de modos de propagação inferior em relação à fibra ID;
Núcleo com diâmetro em torno de 50-85 m e AN menores;
Banda passante adequada às aplicações (Ex. Redes locais).
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Sistema básico de transmissão por fibra óptica:
Codificador
Circuito driver
Fonte luminosa
Transmissor ÓpticoSinal elétrico
analógico
Sinal
Sinal digital
Decodificador
Foto-detector
Amplificador filtro
Receptor Óptico
Sinal elétrico analógico
Sinal elétrico digital
Fibra óptica
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A fonte de luz é o componente mais importante (e mais caro) do transmissor;
Duas opções básicas: LED (Light-Emitting Diode);
LD (Laser Diode).
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(b) Potência versus corrente para um diodo.Figura (a): Secção transversal de um diodo;
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Tabela : LEDs x LD.
Fonte: Farias (2000)
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O fotodetector é responsável por converter luz em eletricidade através do efeito fotoelétrico. Efeito fotoelétrico: É a emissão de elétrons pela superfície
do metal quando nele incide luz, acima de uma freqüência adequada.
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Maior alcance do enlace óptico;
Menor potência óptica detectável;
Sensibilidade;
Custo; Mínimo de distorção e ruído;
Pouca sensibilidade às variações de temperatura;
Facilidade de acoplamento.
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Os fotodetectores mais utilizados são: Fotodiodos PIN (Positive – Intrinsic – Negative); APD’s (Avalanche Photo-Diodes).
Fotodiodo PIN Fotodiodo Avalanche
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Os mais comuns em sistemas ópticos; São baseados numa junção pn com material intrínseco i
colocado entre os dois tipos de semicondutor. A junção é polarizada inversamente.
A qualidade de um fotodiodo é avaliada pela responsividade:
Campo elétricointenso
W
A
P
IR g
PIN0
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O Campo elétrico na região de avalanche é suficientemente intenso de modo que os elétrons gerados adquirem energia para libertarem mais elétrons da banda de valência para a banda de condução.
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FARIAS, J. E. P. Comunicações Ópticas (apostila). Campina Grande: UFCG, 2000.
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