com_opticas_alan_2013_1

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Sistemas de Comunicações Ópticas
Fibras Ópticas
Alan Rodrigues Araújo
Universidade Federal do Ceará
Campus Avançado de Sobral
Engenharia da Computação
Propagação da luz
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 33
Introdução
Sistema de comunicação
Transmite informação de um lugar para o outro separados por poucos quilômetros ou distâncias oceânicas.
Transmissão
Normalmente por onda eletromagnética
Frequências de poucos Hz até a faixa de THz
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 3
Introdução
Sistemas de Comunicações Ópticas
Portadora de alta frequência (~ 100THz)
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 4
Introdução
Sistemas de Comunicações Ópticas
São sistemas lightwave
Empregam a fibra-óptica na transmissão
Começaram a ser empregados em 1980
Revolução na telecomunicação mundial
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 5
Perspectiva Histórica
Comunicação por luz surgiram cedo na história
Sinais com as mãos
Sinais de fumaça
~ 200 a.C. – Políbio realiza transmissão de mensagens.
1791 – Claude Chappe na França inventou o dispositivo chamado semáforo: 1 bit/s (230 km Paris e Lile)
1835 – Morse inventou o telégrafo: 10 bits/s (1000 km).
1886 – Graham Bell e o telefone.
1940 – Cabo coaxiais: 300 canais de voz, ou um de TV, com uma banda de 3 MHz.
1948 – Microondas operando em 4 GHz permitindo 100 Mb/s.
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 6
Perspectiva Histórica
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 7
Comunicação por luz surgiram cedo na história
1952 – Termo fibra óptica – Kapany.
Desenvolveu a ideia de uma capa de vidro sobre um bastão fino de vidro para evitar a “fuga” da luz pela superfície
1956 – Calouro de Michigan: gastróscpio.
1958 – LASER.
Perda de 1000 dB/km
Década de 1960: Corning Glass Works: 20 dB/km
Atualmente – 0,2 dB/km.
Perspectiva Histórica
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 8
Evolução dos sistemas lightwave
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 9
Rede de fibras óptica no mundo
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 10
27000 km de fibras em 2005
Transmissão de dados
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 11
http://www.kit.edu/visit/pi_2011_6977.php
2011
Fibra Óptica
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 12
Índice de refração do núcleo sempre maior que o da casca!
a1
aa
a2
Lei de Snell
Abertura Numérica da Fibra
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 14
Fibra Óptica
Multimodo
Fibra Óptica
Monomodo
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 15
Fibra Óptica
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 16
Banda C
Banda S
Banda L
EDFA
TDFA
Fopa, Raman, SOA e híbridos.
WDM – Multiplexação por divisão do comprimento de onda.
1530 nm a 1565 nm
Fibra Óptica
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 17
[1] Fonte: 10.92Tb/s (273x40Gb/s) triple-band/ultra-dense WDM optical-repeatered transmission experimentFukuchi, Kasamatsu, Morie, Ohhira, Ito, Sekiya, Ogasahara, Ono; Computer and communication media research, system devices and fundamental research, NEC Corporation, @2001 Optical society of America
Comprimento de onda (nm)
Potência de 
saída (dBm)
Banda C
Banda S
Banda L
[1]
Fibra óptica
MUX
DEMUX
Fabricação
Vejamos o seguinte vídeo
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 18
Efeitos da fibra óptica sobre a luz
Atenuação
Dispersão
Efeitos não-lineares
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 19
Efeitos da fibra óptica sobre a luz
Atenuação
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 20
 
Tx
Rx
Tipicamente 
Perdas em fibras
Origem em dois processos básicos
Absorção
Espalhamento de luz
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 21
Perdas em fibras
A absorção é ocasionada pela interação da luz propagante com o material presente na fibra e que provoca atenuação do sinal luminoso. Esse processo gerador pode ser separado em dois tipos de atenuação: intrínsecos e extrínsecos.
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 22
Intrínseco: Os átomos que compõe a fibra absorvem energia dissipando-a para o meio ambiente. Espectralmente essa interação ocorre no infravermelho tendo pouca influência no intervalo de interesse das telecomunicações, a saber : 800 a 900 nm e 1200 a 1500 nm
Extrínseca: ligadas a impurezas na fabricação da fibra
Dispersão
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 23
Fibra multimodo
Dispersão modal
Fibra monomodo
Dispersão modal
Dispersão de velocidade de grupo
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 24
frequência
tempo
 Dispersão do material; 
 Dispersão do guia;
Efeitos não-lineares
Mais comuns são:
Automodulação de fase
Modulação de fase cruzada
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 25
Transmissores ópticos
LEDs (Light Emitting Diodes – Diodo Emissor de Luz)
Lasers (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation – Amplificação da Luz por Emissão Estimulada de Radiação)
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 26
LED
LASER
Taxade dados
Baixa
Alta
Tipo de fibra
Multimodo
Multimodo/Monomodo
Distância
Curta
Longa
Tempo de vida
Longa
Curto
Sensibilidadea temperatura
Menor
Considerável
Custo
Baixo
Elevado
Amplificadores ópticos
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 27
Tx
Rx
AO
Amplificadores ópticos
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 28
Componentes ópticos
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 29
Conectores
Luvas de Acoplamento
Medidores de Potência
Acopladores
Perguntas?
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 30
Dúvidas?!
Gastróscpio
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 31
Sistemas de Comunicações Ópticas
Aula 01 – página 32