AULA 3

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REDES II - LONGA DISTÂNCIA E 
DE ALTO DESEMPENHO 
AULA 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Gian Carlo Brustolin 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Entendemos, anteriormente, elementos da óptica física necessários à 
compreensão da transmissão de dados por meios ópticos. Devemos, agora, nos 
debruçar sobre o estudo da tecnologia que permite transmissão óptica por longas 
distâncias. Em outras aulas, demonstramos que a propagação de uma OEM não 
ocorrerá, em um guia de onda, sem certa penalidade infligida pelo meio. 
Elucidaremos, agora, os fenômenos de atenuação e degradação do sinal 
durante a transmissão, que determinam as janelas de operação das fibras 
ópticas. Conheceremos, ainda, as fontes e receptores ópticos, bem como 
amplificadores e filtros, que operam diretamente no nível óptico, sem 
necessidade de conversão eletro-óptica. Por fim, apresentaremos alguns 
cuidados referentes à conexão óptica, que possui caraterísticas muito díspares 
daquelas associadas à conectorização elétrica. 
Ao término desta aula, seremos capazes de reconhecer os principais 
componentes eletrônicos e ópticos associados às redes de transmissão 
baseadas em FOs e teremos construído a base de conhecimento para a 
realização de cálculos básicos de enlaces ópticos. Importante comentar que, a 
partir desse ponto, daremos foco nas SMFs por serem estas as fibras utilizadas 
nas redes de interesse dessa disciplina. 
TEMA 1 – PROPAGAÇÃO DE SINAIS ÓPTICOS 
Redes ópticas são tecnologias ideais de transmissão de alta capacidade 
para longas distâncias, porém essa alta exigência de desempenho não poderia 
vir desacompanhada de certas limitações inerentes à física dos materiais 
aplicados. O sinal propagando-se no meio vítreo óptico será afetado em sua 
amplitude pela atenuação óptica, gerada não apenas pela absorção do meio, 
mas também pelo acoplamento, curvaturas do cabo, emendas e 
conectorizações. A dispersão cromática, por sua vez, distorce o sinal limitando 
à inteligibilidade do código recebido. A seguir, estudaremos esses fenômenos. 
1.1 Dispersão cromática 
A dispersão óptica é inerente ao material construtivo e também à sua 
construção, ou seja, é causada por imperfeições estruturais do guia de onda 
 
 
3 
luminosa. Como já conceituamos anteriormente, as dispersões ocasionam IIS no 
sinal recebido e são especialmente importantes nas fibras multimodo. No caso 
das monomodo, a dispersão cromática, embora menor, pode ser significativa. 
A dispersão cromática pode ter duas origens principais. A primeira e mais 
importante tem nascedouro na relação entre o índice de refração do material 
construtivo e do comprimento de onda (λ). Cada comprimento de onda tem 
velocidade própria de propagação no material da guia de onda. Futuramente, 
exploraremos em alguns detalhes a dependência da opacidade de um material 
em relação à frequência, quando tratarmos de radiopropagação. De qualquer 
modo, pode-se inferir essa relação imaginando uma parede de concreto: opaca 
para a luz visível, mas relativamente transparente para as ondas de rádio. A 
diferença entres essas duas OEMs é seu comprimento de onda apenas. 
O sinal óptico, que transita pela fibra com uma portadora de determinado 
comprimento de onda, é o resultado da multiplexação de vários outros sinais de 
frequências mais baixas. Assim, essas variações espectrais, resultarão 
velocidades de propagação diferentes, distorcendo o sinal recebido, posto que 
frações do sinal chegarão antes de outras, fenômeno ao qual já nos 
referenciamos como dispersão. 
A segunda origem da dispersão cromática tem ligação com o fenômeno 
do guia de onda óptico. Como comentado anteriormente, a diferença de índices 
de refração entre núcleo e casca confina a luz em um duto óptico, guardadas as 
restrições de ângulo de incidência. Se o valor de N (índice de refração) sofre 
variações com λ, a relação entre o N do núcleo e da casca também sofrerão e o 
efeito de dutagem da luz pode colapsar, permitindo o surgimento de modos de 
propagação nefastos. 
1.2 Atenuação 
A atenuação do sinal óptico é o parâmetro básico de projeto de um enlace 
óptico, uma vez que é o fator mais importante de limitação do alcance máximo 
deste enlace. O principal fator gerador da atenuação é a absorção óptica, 
inerente ao material construtivo. Segundo Keiser (2014), a absorção pode ter 
origem em defeitos atômicos ou em impurezas no material construtivo da fibra. 
Os primeiros são normalmente desprezíveis em relação à atenuação causada 
pelas imperfeições construtivas. Entretanto, na presença de radiações 
ionizantes, uma possibilidade bastante rara, o primeiro efeito pode se tornar 
 
 
4 
preponderante e causar alterações definitivas, irreversíveis mesmo após 
cessada a presença da radiação, nas características do material vítreo. 
A absorção óptica se dá pela dissipação de parte da potência óptica na 
forma de calor durante a transmissão. A compreensão desse fenômeno exige a 
consideração do feixe luminoso como particular, afastando-se da leitura 
ondulatória encetada até o momento. Essa dupla característica da radiação 
luminosa, que pode assumir comportamento de uma OEM ou de uma partícula 
(que recebeu o nome de fóton), está bastante sedimentada na literatura científica 
(Hayt; Bruck, 2013). Os elétrons dos íons das impurezas ao serem 
bombardeados pelos fótons do feixe transitam para níveis atômicos mais altos, 
absorvendo a energia fotônica. Uma vez que a energia é absorvida, o feixe perde 
potência durante a dutagem pela FO. 
Da compreensão desse fenômeno, surge a necessidade de controlar a 
presença de impurezas, em faixas restritas de poucos íons por bilhão de átomos 
de sílica. Assim, controladas as impurezas, a fibra terá uma absorção óptica 
previsível, ou atenuação característica de sua construção, dada em dB/km, dita 
coeficiente de atenuação. 
Coeficientes de atenuação típicos são 0,4 dB/km com λ = 1.310 nm e 0,25 
dB/km para λ = 1.550 nm (Kaiser, 2014, p. 108) e o limite, em fibras para 
aplicações especiais, atualmente é de 0,0006dB/km (Ribeiro, 2009, p. 152). A 
Figura 1 mostra a relação entre o comprimento de onda de um feixe luminoso 
propagado em fibra de sílica e o coeficiente de atenuação. Observemos que há 
três pontos de mínimo local na curva, ou seja, três vales, que identificam pontos 
onde a atenuação é mínima. Esse comportamento do meio vítreo dará origem 
às janelas de transmissão que estudaremos em breve. 
Figura 1 – Atenuação por absorção nos diversos comprimentos de onda 
 
Fonte: Ramaswami et al., 2010. 
 
 
5 
A irradiação, devido a curvaturas ou espalhamento, é outro fator de 
atenuação do sinal. O espalhamento é motivado por irregularidades do próprio 
material construtivo elementar, a exemplo da sílica. O material pode apresentar 
regiões de maior densidade, que criam um degrau de refração microscópico. 
Essa região gerará difrações, que não poderão ser conduzidas pela fibra e 
acabarão por irradiar-se para a casca, drenando uma fração da potência 
transmitida. Outra irregularidade possível é o espessamento ou afunilamento do 
núcleo, que terá efeito equivalente sobre a luz guiada. 
Outro fator gerador de perda é a inevitável curvatura do cabo. Essa 
curvatura pode ter origem, em caso de cabos implantados por suspensão, na 
curva catenária, proveniente da ação da gravidade sobre o cabo óptico, ou em 
mudanças de trajeto do cabo. A curvatura da fibra gera irradiações em direção 
da casca. Essa irradiação só é significativa a partir de determinado raio de 
curvatura, a partir do qual, na SMF, começam a surgir modos secundários de 
propagação, que são incompatíveis com a dutagem meridional e serão 
dissipados na casca. Esse raio crítico foi determinado empiricamente com o valor 
de 5cm (Ribeiro, 2009, p. 147). 
1.3 Bandas ópticas 
Ao observarmos a curva da Figura 1, é possível verificar que a curva que 
relaciona a atenuação com λ tem 3 mínimoslocais, como comentamos 
brevemente acima. Esse comportamento sugere a presença de janelas 
cromáticas de melhor desempenho da fibra. A primeira janela situa-se entre 80 
e 1,3μm (ou 800 e 1300nm) batizada de banda S; a segunda, entre 1530 e 
1565nm (dita banda C) e entre 1550 e 1625nm (banda L). Essas bandas estão 
baseadas em um comportamento padrão da maior parte das FO disponíveis 
comercialmente. Como já comentado, há fibras especiais que apresentam perfil 
de dispersão sem os mínimos locais descritos. 
As janelas disponíveis permitem taxas de transmissão de dezenas de 
Gbps. A limitação de banda de passagem, no entanto, sofre uma limitação 
superveniente em função da velocidade máxima de operação dos 
amplificadores. Voltaremos a este assunto ainda neste tema. 
 
 
6 
1.4 Eleitos não lineares 
Os motivos construtivos pelos quais a fibra apresenta dispersão e 
atenuação são conhecidos e controláveis dentro de determinadas condições de 
operação. A linearidade do comportamento da FO em relação ao comprimento 
de onda é uma suposição aceitável para baixas potências de transmissão e para 
taxas não maiores do que uma dezena de Gbps. Superados um ou ambos os 
limites, surge um comportamento não linear de dispersão importante, 
principalmente em sistemas de alta densidade de dados como os WDMs. Os 
efeitos não lineares produzem transferência de energia para um feixe espúrio de 
baixo λ, gerado a partir da interação do feixe transmitido com a sílica. Dessa 
forma, quando são necessárias maiores potências de transmissão (em função 
da distância de enlace pretendida), surge um efeito de dispersão não linear que 
afeta a qualidade do sinal de recepção. 
Duas são as categorias de efeitos não lineares. A primeira refere-se ao 
efeito Rayleigh e a segunda, à dependência entre o índice de refração e a 
intensidade do campo elétrico da OEM luminosa. 
O efeito Rayleigh, reputado a aglomerações moleculares da sílica, 
depende do inverso da quarta potência de λ e, portanto, tem mais significância 
na banda S. Esse efeito produz igualmente perturbação no sinal por dispersão, 
limitando a máxima taxa de transmissão. 
TEMA 2 – EMISSORES ÓPTICOS 
A fibra óptica, como alternativa áurea para transmissão de dados, 
alcançou seu pleno potencial quando a eletrônica de iluminação evoluiu o 
necessário para que a luz incidente pudesse ser controlada covenientemente. 
As soluções se dividem em duas classes bastante distintas em relação à 
qualidade da luz produzida e naturalmente quanto ao preço do componente. Os 
fotodiodos foram os primeiros componentes adaptados para a iluminação de 
fibras, têm custo menor e se prestam a aplicações mais simples. Os lasers são 
a opção de iluminação para SMFs e redes de transmissão óptica de alta 
capacidade. Enfrentaremos, a seguir, um breve estudo dos principais emissores 
ópticos em operação na atualidade. 
 
 
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2.1 Diodos emissores de luz (LEDs) 
A compreensão do funcionamento de um LED passa pelo entendimento 
da física básica de um semicondutor. Um semicondutor, como o nome sugere, é 
um material que apresenta característica de condutibilidade elétrica pior do que 
um material condutor, mas significativa, se comparada a um isolante. O estudo 
da teoria dos semicondutores não é objeto deste curso, basta-nos compreendê-
la rudimentarmente. 
Suponha uma estrutura cristalina cuja capacidade de condução de 
corrente não é nula. A corrente elétrica, em um material qualquer, é explicada 
por dois fenômenos distintos e complementares: os elétrons livres e as lacunas 
atômicas. A presença de elétrons livres, que circulam pelo meio condutor, 
motivados pela presença de uma diferença de potencial, entre os extremos do 
material, é um fenômeno que permite a condução da corrente elétrica entre tais 
extremos. Outra possibilidade é a presença de lacunas atômicas, ou seja, de 
orbitais ávidos por elétrons. Nesse caso, o material comporta-se de maneira 
análoga, porém as lacunas “circulariam” entre os extremos do material. No 
primeiro caso, temos um semicondutor do tipo “n”, e no segundo, do tipo “p”. 
Ao criarmos uma junção “pn”, ou seja, ao se justapor cristal “n” com cristal 
“p”, haverá uma região de junção na qual elétrons do cristal “n” migram para ao 
cristal “p” ocupando as lacunas lá presentes. Essa migração restringe-se à dita 
região de depleção, nas proximidades da junção, não se propagando por todo o 
material. Essa área opera como uma região de exclusão que impede a circulação 
de cargas. 
Figura 2 – Junção “pn” 
 
Fonte: Keiser, 2014. 
 
 
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Ao polarizarmos um conjunto semicondutor “pn”, podemos fazê-lo 
diretamente ou inversamente. Ao polarizarmos inversamente (cristal “p” ligado a 
potencial negativo e cristal “n” ligado a potencial positivo), o lado “n” se tornará 
mais positivo, como está representado na Figura 3. 
Figura 3 – Junção “pn” polarizada reversamente 
 
Fonte: Ribeiro, 2009. 
Em polarização reversa, a região de depleção se tornará mais resistente 
à circulação de corrente. Nesse modelo, ocorrerá uma corrente, dita reversa, 
bastante pequena. 
Em polarização direta, como a região da junção não resiste à corrente, 
surgirá uma corrente direta de módulo consideravelmente maior do que a 
reversa. 
O que acabamos de descrever é o comportamento de um diodo, um 
componente eletrônico que resiste à passagem da corrente elétrica no sentido 
reverso e a permite, quase que livremente, no sentido direto. A circulação de 
corrente direta, entretanto, sofre resistência na região de depleção. Nessa 
região, o diodo terá um bombardeio de cargas similares àquelas já presentes na 
região, ou seja, uma região neutra receberá elétrons livres. Essa sobra de 
energia, se escolhido o material correto, pode ser canalizada para a emissão 
fotônica. Dito de outra forma, os elétrons, presentes em grande quantidade em 
determinada região neutra do cristal, precisam perder energia. Esse decremento 
energético pode ser obtido pela migração do elétron para a região “p” ou pela 
depleção energética pela emissão de fótons. 
 
 
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O diodo emissor de luz (Light Emissor Diode – LED) faz uso dessa 
propriedade. Utilizar um LED como fonte luminosa para transmissão em fibras 
ópticas, entretanto, exige um excelente acoplamento mecânico, além de bom 
controle de intensidade e do comprimento de onda da luz emitida. 
O semicondutor emite luz, como já comentado, em virtude de 
características próprias do material construtivo reagindo à passagem da 
corrente. Assim, a dopagem do material é a solução usual para a sintonização 
do diodo em determinado λ. Mesmo com esses esforços, LEDs não são 
plenamente sintonizáveis, emitindo certa miríade de comprimentos de onda 
simultâneos. No que se refere à potência, sinais típicos, provenientes de LEDs, 
raramente ultrapassam -20dBm, e a resposta ao controle só é aceitável até 
poucas centenas de MBps (Ramaswami et al., 2010, p. 183). 
Ao se considerar o exposto acima, os diodos não laser são apropriados 
apenas para iluminar pequenos trajetos, com taxas relativamente baixas. 
Naturalmente, a grande vantagem do uso desse componente é o baixo custo, 
assim, conexões óticas de acesso, em redes locais, se tornam viáveis. A 
associação de LEDs com fibras plásticas multimodo tem se tornado o meio mais 
eficiente e confiável de conexão de acesso residencial e para conexão de usuário 
em redes LAN. 
2.2 Diodos laser 
As fibras monomodo, voltadas a operações em longa distância, como já 
comentado, possuem um núcleo bastante estreito, de forma a priorizar o modo 
meridional de transmissão óptica. Essa característica física exige uma fonte de 
pequena dimensão e com alta capacidade de foco. De outro lado, sistemas de 
comunicação de longa distância, em função dos elevados custos de implantação 
e manutenção, devem ser otimizados quanto à capacidade de transmissão. 
Soluções WDM são bastante comuns em tais sistemas. Essas implementaçõesdemandam fontes de luz com alta discriminação de cor, ou seja, capazes de 
emitir apenas poucos, ou na situação ideal, apenas um, comprimento de onda. 
Os diodos laser são a solução usual para essa necessidade. 
Um diodo emissor de luz é o princípio elementar de funcionamento de um 
laser semicondutor. Nesse caso, será necessário acrescentar uma cavidade de 
ressonância para concentrar e sintonizar a luz emitida pelo LED. Assim, uma 
nova camada de material, com características ópticas específicas, será 
 
 
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depositada sobre a junção ativa do semicondutor. Esse material semiespelhado 
criará a cavidade ressonante (dita cavidade de Faber-Pierrot ou FP), que 
amplificará o sinal luminoso pelo efeito da emissão estimulada e o sintonizará 
em determinado comprimento de onda. 
Conforme as características de construção, descreveremos a seguir 
alguns tipos comuns de lasers: 
• Laser FP: lasers baseados, unicamente, no princípio supradescrito são 
chamados FP lasers e têm bom desempenho de potência, mas a sintonia 
não é unitária e é limitada pela presença de alguns comprimentos de onda 
harmônicos. 
• Laser MLM: são lasers que têm sintonia não unitária (Multiple-Longituninal 
Mode), como os FP lasers, porém, com menores limitações que estes. 
• Laser SLM: são lasers que têm sintonia unitária (Single-Longituninal 
Mode). Essa característica de sintonia plena é obtida pelo acréscimo de 
rugosidades na cavidade FP. 
• Laser DFB: são lasers SLM cuja área rugosa é concomitante à cavidade 
de ganho. 
• Laser DBR: são lasers SLM cuja área rugosa é posterior à cavidade de 
ganho. Essa diferença construtiva permitirá alterar a sintonia da fonte, 
permitindo que opere em mais de um λ. 
• Laser de Cavidade Externa (External Cavity Lasers): essas fontes, 
baseadas em lasers FP, não resolvem o problema da sintonia pelo 
acréscimo de rugosidades (como nos DFB e DBR), mas sim pelo 
acréscimo de uma segunda cavidade de sintonia de efeito exclusivamente 
óptico. O controle do índice de refração dessa cavidade permite o controle 
do λ, tornando esse laser sintonizável. 
• Laser VCEL: trata-se de um laser de emissão superficial em cavidade 
vertical. Nesse caso, a emissão de luz ocorre de forma perpendicular à 
superfície semicondutora. Essa característica permite a coexistência de 
vários lasers em um único chip (array lasers), tornando a solução atraente 
para WDM. 
 
 
 
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Figura 4 – Laser Array de duas dimensões 
 
Fonte: Ramaswami et al., 2010. 
• Laser VGF: trata-se de um laser de emissão horizontal, porém, com 
inserções de corrente verticais, permitindo a associação por justaposição 
de material óptico de índice de refração controlada por corrente. 
2.3 Laser sintonizável 
Sistemas WDM são baseados na propagação de várias dezenas de 
comprimentos de onda, simultaneamente, como forma de multiplexação do 
meio. Já afirmamos que os diodos laser são construídos de forma a produzirem 
apenas um λ ou número limitado de λs relacionados entre si. Essa realidade 
torna necessário o uso de vários lasers para iluminar um sistema WDM, fato não 
desejado em função das dificuldades mecânicas de implementação, bem como 
pela dificuldade de manutenção. Seriam necessários custosos estoques de 
lasers para manter a disponibilidade do sistema. Dessa problemática, surge o 
campo de aplicação de fontes sintonizáveis. 
Lasers sintonizáveis são também basilares para a fácil operação de uma 
rede óptica, posto que se pode alterar os comprimentos de onda, sem que seja 
necessária a troca dos diodos, operação custosa e pouco prática, dadas as 
distâncias envolvidas, em redes de transmissão óptica. A ressintonização 
desses lasers pode ser feita mecanicamente (em lasers de cavidade externa), 
por corrente elétrica ou por controle térmico. A mudança de comprimento de 
onda pelos dois últimos métodos faculta a reconfiguração remota da rede, 
reduzindo significativamente os custos de manutenção e operação. 
 
 
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TEMA 3 – DETECTORES ÓPTICOS 
O sinal óptico, ao chegar a seu destino, precisa ser detectado e convertido 
em seu correspondente elétrico. O processo de detecção em muito se aproxima 
do reverso daquilo que estudamos para a foto emissão. Naquele fenômeno, a 
presença de fluxo de corrente superestimulava elétrons em junção 
semicondutora, e a descarga desse excesso de energia ocorria pela emissão de 
fótons. Se imaginarmos que esse processo seja reversível, como de fato o é, ao 
bombardearmos uma superfície semicondutora com fótons, a estimulação dos 
elétrons que absorveram a energia luminosa poderá se traduzir em corrente 
elétrica, como veremos a seguir. Os semicondutores mais comuns para realizar 
a transdução opto-elétrica são os fotodiodos de dois tipos: PPDs e APDs. 
3.1 Fotodiodo PIN (PPD) 
Fotodiodos são semicondutores que são mecanicamente habilitados à 
recepção da luz. Os fótons, ao colidirem com o material semicondutor, tem sua 
energia absorvida por elétrons ávidos, os quais colocam os átomos na região de 
condução elétrica. Se o diodo for então polarizado, a corrente elétrica fluirá. 
Os diodos detectores ópticos de camada intrínseca, chamados também 
de PPD, recebem uma fina camada de dopagem no interior da junção “pn”. Por 
esse motivo, são ditos pin, em alusão a essa camada entre a junção. Uma vez 
que a absorção de energia é mais intensa na região de junção, a inserção dessa 
nova camada potencializa a absorção fotônica, melhorando o desempenho do 
diodo. 
Figura 5 – Fotodiodo PIN 
 
Fonte: Amazonas, 2005. 
 
 
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3.2 Fotodiodo de avalanche (APD) 
O funcionamento de um fotodiodo, como comentamos acima, baseia-se 
na absorção fotônica. Esse processo exige a relação unívoca entre o número de 
fótons e o de elétrons excitáveis, uma vez que o fóton, ao colidir com o elétron, 
perde sua energia cinética. O número de fótons disponíveis é limitado pela 
potência óptica presente na recepção. Assim, potências baixas terão por 
resultado baixas correntes elétricas e, consequentemente, maior 
susceptibilidade, do sinal recebido, a ruídos. 
Se sujeitarmos o feixe de recepção a um campo elétrico adequado, os 
fótons podem ser acelerados, ganhando maior energia cinética, sem alterar as 
características do sinal. Fótons com maior energia cinética podem excitar mais 
de um elétron, potencializando assim a intensidade da corrente de recepção. 
Esse fenômeno é chamado de efeito avalanche e é usado nos diodos APD como 
solução de amplificação do sinal recebido. 
Figura 6 – Fotodiodo APD 
 
Fonte: Amazonas, 2005. 
3.3 Outros fotodetectores 
Os diodos são, entre os componentes eletrônicos semicondutores, os 
mais simples, por serem compostos por apenas uma junção “pn”. Transistores 
são componentes compostos por duas junções. Dessa forma, podem existir 
transistores “pnp” ou “npn”, conforme a ordem de deposição dos materiais 
semicondutores. Um transistor em extrema simplificação pode ser considerado 
um amplificador de sinal, conforme se polarizam externamente as junções. 
Utilizar um transistor como fotorreceptor pode ser uma solução 
interessante, já que o transistor tem essa característica de amplificação natural 
 
 
14 
do sinal. O fototransistor recebe a luz na junção central e comporta-se de forma 
semelhante ao diodo PPD, com vantagens em relação ao nível do sinal recebido. 
A associação entre a amplificação do transistor e a fotodetecção da junção 
“pn”, explorada no fototransistor, foi também aproveitada em uma justaposição 
de um fotodiodo pin e de um transistor de alta amplificação, conhecido como FET 
(transistor de efeito de campo), criando o detector pin-fet. 
O uso de fototransistores pode ser indicado quando o principal problema 
a ser enfrentado é a amplitude do sinal e não a relação sinal/ruído. A 
amplificação do sinal pelo efeito transistor, de maneira geral, afeta o ruído 
negativamente, tornando pouco apropriado seu uso em sistemas com distorçãocromática próxima ao limite de recepção. 
TEMA 4 – COMPONENTES DE TRANSMISSÃO ÓPTICA 
Originalmente, as fibras ópticas foram imaginadas como links de um único 
salto, ou seja, sem repetições de sinal intermediárias. Nesses primeiros estudos, 
a solução para a repetição passaria por custosa eletrônica de reconversão eletro-
óptica, restringindo as aplicações dessa tecnologia. 
 A evolução das interfaces e dos protocolos de transmissão digital 
tornaram a FO uma opção viável em substituição aos links de micro-ondas e 
satélites. A partir desse ponto, o desenvolvimento de equipamentos que 
permitissem maior flexibilidade na operação dos enlaces ganhou destaque. Mais 
recentemente, como já comentamos em outro momento, facilidades de 
roteamento e de tratamento inteligente de pacotes, em nível óptico, passaram a 
ser possíveis. Descreveremos, a seguir, algumas das tecnologias disponíveis 
para viabilizar a transmissão óptica, em grandes distâncias. 
4.1 Acopladores 
Acopladores ópticos são usados para que se possa agregar o fluxo de 
duas fibras independentes. Acopladores podem ser sensíveis ao comprimento 
de onda ou transparentes às entradas. 
De maneira geral, um acoplador transparente divide a potência de cada 
sinal, de forma que as saídas passam a compartilhar as entradas. Esse 
fenômeno, observado na Figura 7, não importa em atenuação significativa. 
Portanto, a somatória das potências de entrada é bastante parecida com a soma 
 
 
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das potências de saída. Dessa forma, a potência de cada λ será dividida 
igualmente entre as saídas. 
Assim se, na entrada: 
P(λ1) = p1 dBm 
P(λ2) = p2 dBm, na saída 
Psaída A = ½ * p1 + ½ * p2 
Portanto: 
Psaída B = Psaída A = (p1 - 3dB) + (p2 - 3dB) 
Figura 7 – Acoplador óptico transparente a cor 
 
Um acoplador transparente (ou flat coupler) conecta apenas duas 
entradas. Quando necessária a fusão de mais de dois λ, a solução adotada é 
serializar acopladores, uma vez que a perda de potência é desprezível. 
Acopladores sensíveis ao comprimento de onda também são bastante 
úteis. Nesse caso, a potência não se vê dividida igualmente entre as saídas, mas 
haverá um fator de transferência de potência “α”, para cada λ. 
Se potência de λ1 é dada por P(λ1) e a potência de λ2 é dada por P(λ2), 
a potência das saídas serão mutuamente proporcionais, segundo o fator α. A 
Figura 8 ilustra o processo. 
Figura 8 – Acoplador óptico sensível ao comprimento de onda 
 
 
 
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Observe que não há perda de potência no processo, da mesma forma que 
ocorre no acoplador transparente, apenas as frações transferidas não são iguais, 
dependendo do fator de transferência “α” que afeta cada comprimento de onda 
de maneira independente. 
Os acopladores são componentes ópticos passivos, ou seja, que não 
dependem de alimentação externa para seu funcionamento. O interior de um 
acoplador não é outro senão um ambiente vítreo compartilhado pelas fibras 
entrantes. A construção desse ambiente é tal que o torna um guia de onda, capaz 
de replicar os sinais entrantes, fornecendo saídas como aquelas supradescritas. 
4.2 Multiplexadores 
Quando operamos com sistemas WDM, no qual vários comprimentos de 
onda são lançados em uma única fibra, poucos são os casos nos quais não será 
necessário extrair ou acrescentar dados durante o processo de transmissão. 
A capacidade de filtrar determinado comprimento de onda é uma 
conquista relativamente recente. As técnicas para se retirar ou acrescentar uma 
cor de um sistema WDM exigem componentes de alta precisão óptica que 
processam o feixe complexo, reagindo de forma diferente a cada λ. 
A multiplexação de comprimentos de onda pode ocorrer na fase de 
lançamento do feixe, como estudamos na secção 3, mas também pode ser 
realizada em nível óptico com uso de multiplexadores (Mux) e demultiplexadores 
(Demux) ópticos durante o processo de transmissão. 
Em uma estação de comunicação intermediária, de um sistema WDM, 
podem ser realizadas extrações ou inserções de várias cores. Não seria viável 
realizar tais operações na interface elétrica, que exigiria uma eletrônica 
complexa, com alta influência no retardo de propagação no sistema. 
Eventualmente, pode ser necessária, em dada estação intermediária, a extração 
de uma cor, a ser convertida em sinal elétrico, para retirada ou inserção de 
tributários e reinserção no feixe, mas esse não é o tratamento mais frequente em 
sistemas WDM. 
Em enlaces de longa distância, busca-se ao máximo manter o sistema 
operando em nível óptico. Os AWGs (Arrayed Waveguide Grating) são 
componentes não alimentados, baseados em sílica dopada, que realizam a 
função de multiplexação ou demultiplexão de sinais ópticos. Apenas realizar 
 
 
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essas duas operações, entretanto, não garante a flexibilidade de inserção 
descrita acima. 
De forma a permitir a operação plena em nível óptico, é necessário criar 
uma matriz de comutação óptica, formada por associações de Mux e Demux 
AWG. 
A matriz permitirá que partes de feixes oriundos de uma fibra possam 
migrar para outras fibras, conforme o destino dos pacotes. Essas matrizes 
precisam ter a capacidade de multiplexar e demultiplexar sinais. A Figura 9 ilustra 
um crossconector óptico estático. 
Figura 9 – Comutador óptico estático 
 
Fonte: Ramaswami et al., 2010. 
O comutador estático, embora altamente eficiente, insere certa restrição 
a operação da rede. Dessa forma, foi necessário migrar parte do roteamento dos 
dados, para a camada óptica. 
4.3 Filtros 
Filtros dinâmicos e, consequentemente, Demux dinâmicos são possíveis 
tecnicamente, mas serão dependentes de uma eletrônica de sintonia. Dito de 
outra forma, embora o filtro em si opere passivamente em relação à alimentação 
elétrica, sintonizá-lo dependerá de um circuito apropriado, esse circuito 
demandará alimentação para que altere as características do filtro. 
Um exemplo de filtro dinâmico são os AOTF (Acusto-Optic Tunable Filter, 
ou filtro sintonizável por efeito acústico-óptico). Esses filtros são construídos de 
material óptico birrefringente, que permite a propagação de uma onda acústica, 
cuja oscilação altera as características de refração da sílica. Dessa forma, uma 
 
 
18 
eletrônica para geração do tom (acústico) será associada ao filtro para que seja 
possível sua sintonia em dado comprimento de onda. 
4.4 Amplificadores 
Quando operamos com taxas altas de transmissão de dados, surgem 
limitações naturais do máximo alcance da rede, como já comentamos 
anteriormente. As primeiras tentativas de ampliar tais limites foram os 
repetidores ópticos, instalações físicas que realizavam a recuperação do sinal 
em sua interface elétrica. Em breve, no entanto, soluções de bombeamento 
fotônico reduziram substancialmente a eletrônica envolvida, evitando a 
necessidade de conversão eletro-óptica (Ribeiro, 2009). 
Utilizar estágios de amplificação passiva é, atualmente, a solução mais 
desejada. Amplificadores passivos podem ser implantados em emendas do 
cabo, sem a necessidade de instalações específicas. Esses amplificadores têm 
seu princípio de funcionamento ligado a fenômenos de autoluminescência de 
dadas dopagens da sílica (Erbium-Doped Fiber Amplifier – EDFA). Esses 
fenômenos, entretanto, não têm comportamento linear em todos os 
comprimentos de onda e não corrigem degenerações do sinal, como ocorre em 
seus avós, repetidores ópticos. Essas desvantagens, associadas ao ruído 
gerado intrinsecamente pelo processo de bombeamento, geram nova limitação 
de máxima distância, embora menos restritiva, para as operações nas bandas e 
sub-bandas de 1,55μm. Amplificações típicas desses componentes situam-se 
entre 15 e 30dB. 
O fenômeno de autoluminescência ou autoemissão, naturalmente, 
depende de uma fonte de estímulo, ou bomba de fótons, que deverá ser inserida 
na fase de acoplamento do feixe WDM, conforme se observa abaixo. 
Figura 10 – Amplificador EDFA 
 
Fonte:Ribeiro, 2009. 
 
 
19 
A amplificação com uso de EDFA não é a única em operação, 
amplificadores Raman são relativamente comuns e baseiam-se em fenômeno 
similar ao EDFA, porém inserem distorções distintas àquelas inerentes à 
dopagem por érbio. Essa característica díspar, entre as distorções das duas 
tecnologias, torna possível associá-las em um enlace. Essa associação, 
hipoteticamente, soma a distância de transmissão máxima de cada conjunto 
amplificador, uma vez que a distorção cromática cessa no ponto de amplificação. 
Para entender esse processo, imagine que, em um enlace de extralonga 
distância, um amplificador de dopagem de érbio (EDFA) seja instalado e que, em 
virtude disso, insira dispersão cromática que afete principalmente λ1 e λ2. 
Alcançada a máxima distância, d1, na qual a dispersão nessas frequências 
atinge o limite da IIS, implantamos um amplificador Raman, que não tem efeito 
sobre λ1 e λ2, mas insere dispersão em λ3 e λ4. O sinal luminoso ganhará novo 
alcance, d2, limitado agora pela dispersão em λ3 e λ4. Agindo dessa maneira, a 
distância máxima percorrível, antes de uma conversão eletro-óptica, será d1 + 
d2. 
4.5 Conversores de comprimento de onda 
Conversores de λ são utilizados quando, em sistemas de alta capacidade, 
é necessário migrar os dados de um λ para outro. Esse componente é 
especialmente útil quando sistemas legados de FO precisam ser conectados a 
WDMs mais novos ou quando dois sistemas WDMs com gerenciamentos 
distintos (por exemplo, na fronteira entre operadoras de telecomunicações) 
precisam ser interconectados. 
No estágio de desenvolvimento atual, os conversores de comprimento de 
onda, em interface óptica, ainda não estão comercialmente disponíveis. Dessa 
forma, a conversão eletro-óptica é ainda necessária para a interconexão. 
TEMA 5 – ACOPLAMENTO ÓPTICO 
Acoplar um sistema óptico não é um processo tão simples como 
inicialmente se pode imaginar. Deve-se considerar que a relação entre potências 
de transmissão e distâncias, a serem percorridas pelo feixe, exigem um controle 
bastante estreito das perdas envolvidas no processo de lançamento, conexão, 
 
 
20 
junções e recepção do feixe óptico. Teceremos, então, algumas considerações 
sobre os cuidados de acoplamento. 
5.1 Conectores 
Quando uma FO precisa ser interconectada, o procedimento preferido é 
o uso de fusões definitivas que apresentam baixas perdas e alta estabilidade. 
Porém, se a conexão é temporária, o uso de conectores ópticos será necessário. 
A conexão óptica é bastante sensível ao alinhamento, dada a 
característica de dutagem da FO. Conectores que integrem lentes de colimação 
contornam esse problema mecânico pela refocalização do feixe, conforme se vê 
na Figura 11. Esses conectores, entretanto, têm desvantagens em relação a 
soluções que buscam a simples justaposição mecânica. Se o polimento das 
extremidades vítreas for bom e o sistema de alinhamento mecânico for eficiente, 
os resultados da mera justaposição são melhores, do ponto de vista de perdas 
de conexão, do que os obtidos por conectores providos de lentes. 
Figura 11 – Conector com lentes de alinhamento do feixe 
 
Fonte: Ribeiro, 2009. 
Conectores que permitem o realinhamento dos cabos ópticos, após a 
conexão, também estão disponíveis no mercado e facultam o ajuste mecânico 
externo de forma empírica, com base na mediação da eficiência da conexão 
durante o ajuste. 
Por outro lado, não apenas a mecânica de justaposição e alinhamento é 
importante como também as características de estabilidade da junção. A 
dilatação dos elementos construtivos não vítreos, como metais e plásticos, deve 
ser criteriosamente estudada para que a estabilidade se veja garantida. 
Conectores com boa estabilidade térmica são consideravelmente mais caros que 
seus pares de construção mais elementar. 
 
 
21 
5.2 Perdas em conectores 
Uma interconexão óptica sempre sujeitará o feixe óptico a uma 
atenuação, dita perda de inserção. Segundo Ribeiro (2009), os conectores 
inserem perdas de inserção entre 0,3 e 0,5dB em SMFs. Essas perdas podem 
ser minimizadas, ainda segundo o escritor, pela inserção de microlentes nas 
extremidades da FO, que alinham o feixe na entrada/saída da fibra. Fibras 
multimodo podem ter atenuações maiores em função da diferença entre o 
número de modos admitidos em cada elemento conectado. 
5.2.1 Perdas Intrínsecas 
Dadas as imperfeições da geometria construtiva da fibra, ao justapormos 
duas fibras, com uso de conectores ou não, haverá uma transição abrupta entre 
geometrias. Dito de outra forma, se uma fibra possui uma leve excentricidade do 
núcleo, o feixe, durante a transmissão, sofreu dispersão motivada por essa 
anomalia. Ao justapormos essa FO à outra, com excentricidade diferente, 
somaremos um novo efeito dispersivo ao ruído do sinal. 
Figura 12 – Excentricidade da fibra óptica 
 
Fonte: Ribeiro, 2009. 
A geometria, embora seja o fator principal de perda de inserção, não é o 
único. A abertura numérica da fibra, ou ângulo de aceitação de feixe, pode ser 
outro fator, se a conectorização ocorrer entre cabos ópticos distintos. 
5.2.2 Perdas extrínsecas 
O processo de conectorização e a mecânica dos conectores inserirão 
descontinuidade na FO semelhante àquela estudada anteriormente. 
 
 
22 
O desalinhamento mecânico ainda é o principal causador da perda por 
inserção. Isso é facilmente compreendido quando relembramos as reduzidas 
dimensões do núcleo de uma SMF, menor do que uma dezena de micrômetros. 
Três são as possibilidades de desalinhamento, a saber: axial, longitudinal e 
angular, exemplificados na Figura 13. 
Figura 13 – Tipos de desalinhamento em conexões ópticas 
 
Fonte: Keiser, 2014. 
O desalinhamento angular é pouco frequente em conectores, tornando-se 
mais significativa em emendas ópticas. As perdas por desalinhamento 
longitudinal são especialmente danosas em virtude do efeito de retorno, ou 
reflexão do feixe, que transitará por um meio não vítreo pelo espaço “S”. Como 
os meios têm índice de refração diversos, o feixe sofrerá dois processos de 
refração seguidos. 
5.3 Junções por fusão 
Conforme comentamos no tópico anterior, quando uma FO precisa ser 
emendada por longos períodos, o procedimento de melhor resultado, do ponto 
de vista de atenuação, é o uso de fusões ópticas. Nesse tipo de junção, após a 
preparação, as fibras são submetidas a um arco voltaico, provocando a fusão 
vítrea entre elas. 
No processo de emenda por fusão, o desalinhamento mais danoso à 
transmissão óptica é o axial, o qual, segundo Keiser (2014), pode ser 
responsável por mais de 80% da perda de potência. Perdas de inserção típicas, 
de fusões ópticas, situam-se abaixo de 0,1 dB, com valores mínimos em torno 
de 0,01 dB. 
 
 
23 
5.4 Preparação da face óptica 
Quando uma FO precisa ser interconectada, a apresentação física da face 
da FO a ser conectada, tem influência direta sobre o desempenho da conexão. 
Segundo Keiser (2014), a superfície de conexão deve ser plana e perpendicular 
ao eixo da fibra. Essa apresentação, entretanto, não é natural ao corpo vítreo. 
Fraturar a extremidade de forma controlada parece ser o procedimento mais 
eficiente, principalmente para implantações de campo. 
A clivagem é a técnica utilizada comumente em fibras monomodo. A SMF 
deve ser inicialmente riscada e posteriormente dobrada de forma controlada. 
Atingida a curvatura crítica, a fibra se rompe no ponto de riscagem, obtendo-se 
um corte liso e perpendicular. A fase de riscagem é, entretanto, definidora da 
qualidade final de quebra. A clivagem a laser resolve essa última limitante do 
processo. 
A clivagem permite a obtenção da superfície ideal para conexão também 
para conexão por justaposição com uso de conector óptico. 
Cabe observar, no que se refere ao uso de conectores, que a superfície 
da extremidade da fibra, de conexão, se degradará com as operações 
sucessivas.Assim, após algumas conectorizações, a atenuação da conexão 
passará a apresentar valores mais altos. A solução para tal efeito de desgaste é 
o polimento da superfície de conexão da fibra. Esse processo exige trabalho 
manual especializado, normalmente envolvendo o uso de vários abrasivos de 
granulação decrescente. Dada tamanha dificuldade, em alguns casos, de optar 
por uma nova fratura da extremidade pode conduzir a melhores resultados. A 
desvantagem de refazer a face por ruptura é a provável perda da mecânica do 
conector que normalmente precisa ser substituída. 
5.5 Acomodação de emendas 
Duas fibras podem ser emendadas com uso de conectores (emenda 
mecânica) ou por fusão. Concluída a emenda, ela será protegida 
mecanicamente por um tubete, se por fusão, e acomodada em uma bandeja de 
emendas de uma caixa de emendas. Essa caixa, representada na Figura 14, 
conta com espaço para que uma reserva de fibras seja preservada para eventual 
manutenção das emendas. 
 
 
24 
Figura 14 – Caixa de emendas ópticas 
 
Fonte: Pinheiro, 2016. 
 As caixas de emenda têm características construtivas, de forma a 
oferecer resistência às intempéries e preservar as emendas de agressões 
mecânicas por movimentos dos cabos ópticos. 
FINALIZANDO 
Nessa aula, estudamos alguns princípios de propagação óptica que 
fundamentam as atenuações e as degradações dos sinais ópticos. Esse 
conhecimento, associado ao estudo dos componentes de redes de transmissão 
óptica e das perdas infringidas pelas conexões ópticas, permitirá, em nossas 
próximas aulas, subsidiar os cálculos de atenuação de enlace que facultam o 
projeto de enlaces ópticos de longa distância. 
 
 
 
25 
REFERÊNCIAS 
AMAZONAS, J. R. D. A. Projeto de sistemas de comunicações ópticas. 
Manole, 2005. Disponível em: 
<https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788520438534/>. Acesso 
em: 1 mar. 2021. 
KEISER, G. K. Comunicações por fibras ópticas. Grupo A, 2014. Disponível 
em: <https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580553987/>. 
Acesso em: 1 mar. 2021. 
PINHEIRO, J. Redes ópticas de acesso em telecomunicações. Grupo GEN, 
2016. Disponível em: 
<https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595155329/>. Acesso 
em: 1 mar. 2021. 
RAMASWAMI, R.; SIVARAJAN, K.; SASAKI, G. Optical networks: a practical 
perspective. 3. ed. Morgan Kaufmann, 2010. 
RIBEIRO, J. R. J. A. Comunicações ópticas. Saraiva, 2009. Disponível em: 
<https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536521930/>. Acesso 
em: 1 mar. 2021.