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Aula 1 - Introdução à Comunicação Óptica

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AULA 1 – AS COMUNICAÇÕES ÓPTICAS
CONCEITOS GERAIS
Por que utilizar fibras ópticas? 
Surgimento de novas tecnologias e novos serviços de telecomunicações
Exemplos:
 
Serviços de voz, dados, imagem, vídeo, internet:
 
www;
 
e-mail;
 
HDTV;
Serviços de multimídia.
Exigem meios de transmissão com maiores larguras de faixa.
Comunicação utilizando como suporte os meios físicos.
Exemplo de comparação entre meios de transmissão:
Cabo metálico: 
1920 pares = 1920 canais.
Originalmente, cada canal corresponde a 1 (um) par de fios.
Aumento da capacidade exige sempre mais cabos.
Cabo Ótico de uma fibra, por exemplo, (SDH):
STM-16 = 30.200 canais ‘voz’
Milhares de canais multiplexados em uma única fibra;
Aumento da capacidade não requer aumento da rede instalada.
Principais particularidades a serem abordadas:
Custo;
Banda passante (ou velocidade máxima);
Imunidade a ruído e confiabilidade;
Limitação geográfica devido a atenuação característica do meio.
Fibras ópticas são adequadas para a transmissão de informação digital.
Muito empregadas em redes de computadores.
As características especiais de cada parte do mundo produziram sua divisão, para fins de gestão do espectro radioelétrico, em três regiões. 
	Região 1: Europa, África e Norte da Ásia.
	Região 2: América do Norte, América do Sul e Groenlândia.
	Região 3: Pacífico e o Sul da Ásia.
Regiões da Terra, de acordo com o ITU
ESPECTRO DE FREQÜÊNCIA
	 Banda
	Denominação
	Faixa de Freqüência 
	 
máximo
	 
mínimo
	ELF
	Extremely Low Frequency
	até 3 kHz
	-
	100 km
	VLF
	Very Low Frequency
	3 kHZ a 30kHz
	100 km
	10 km
	LF
	Low Frequency
	30 kHz a 300 kHz
	10 km
	1 km
	MF
	Medium Frequency
	300 kHz a 3 MHz
	1 km
	100 m
	HF
	High Frequency
	3 MHz a 30 MHz
	100 m
	10 m
	VHF
	 Very High Frequency
	30 MHz a 300 MHz
	10 m
	1 m
	UHF
	Ultra High Frequency
	300 MHz a 3 GHz
	1 m
	10 cm
	SHF
	Super High Frequency
	3 GHz a 30 GHz
	10 cm
	1 cm
	EHF
	Extremely High Frequency
	30 GHz a 300 GHz
	1 cm
	1 mm
CARACTERÍSTICAS DO USO DO ESPECTRO RADIOELÉTRICO
	FAIXAS DE FREQÜÊNCIAS
	DESIGNAÇÃO DAS FAIXAS
	MECANISMOS DE 
PROPAGAÇÃO
	UTILIZAÇÃO TÍPICA
	
	SIGLA
	DENOMINAÇÃO
	
	
	300 Hz a 3 kHz
	ELF
	EXTREMELY LOW FREQUENCY
	ONDAS SUPERFICIAIS E PROFUNDAS
	COMUNICAÇÃO PARA SUBMARINOS, PARA ESCAVAÇÃO DE MINAS, ETC..
	3 KHz a 30 KHz
	VLF
	VERY LOW FREQUENCY
	
	
	30 KHz a 300 KHz
	LF
	LOW FREQUENCY
	ONDAS SUPERFICIAIS
	AUXÍLIO À NAVEGAÇÃO AÉREA.
SERVIÇO MÓVEL MARÍTIMO.
RADIODIFUSÃO LOCAL.
	300 KHz a 3 MHz
	MF
	MEDIUM FREQUENCY
	
	
	
	
	
	REFLEXÃO IONOSFÉRICA
	
	3 MHz a 30 MHz
	HF
	HIGH FREQUENCY
	REFLEXÃO IONOSFÉRICA
	RADIODIFUSÃO LOCAL E DISTANTE.
SISTEMAS PRIVADOS FIXOS E MÓVEIS.
SERVIÇO MÓVEL MARÍTIMO.
RADIOAMADORISMO.
	30 MHz a 300 MHz
	VHF
	VERY HIGH FREQUENCY
	DIFRAÇÃO
	
	TRANSMISSÃO DE TV.
SISTEMAS PRIVADOS FIXOS E MÓVEIS.
SERVIÇOS DE SEGURANÇA PÚBLICOS.
SERVIÇO MÓVEL MARÍTIMO.
	
	
	
	VISADA DIRETA
	
	300 MHz a 3 GHz
	UHF
	ULTRA HIGH FREQUENCY
	
	
	
	
	
	TROPODIFUSÃO
	COMUNICAÇÃO PÚBLICA À LONGA DISTÂNCIA.
SISTEMAS INTERURBANOS E INTERNACIONAIS EM RADIOVISIBILIDADE.
	3 GHz a 30 GHz
	SHF
	SUPER HIGH FREQUENCY
	
	
	
	
	
	VISADA DIRETA VIA SATÉLITE
	
	30 GHz a 300 GHz
	EHF
	EXTREMELY HIGH FREQUENCY
	
	
BANDAS ÓPTICAS
	Banda
	Denominação
	Freqüência Mínima
	Freqüência Máxima
	 
máxima
	 
mínima
	 
	Região submilimétrica
	300 GHz
	800  GHz
	1 mm
	0,4 mm
	IR
	Infravermelho
	800  GHZ
	400 THz
	0,4 mm
	0,8 µm
	V
	Visível
	400  THz
	750 THz
	0,8 µm
	0,4 µm
	UV
	Ultravioleta
	750 THz
	10000 THz
	400 nm
	12 nm
 Frenzel
Exemplo: Um feixe de luz se propaga no vácuo com comprimento de onda de 800nm. Determinar a frequência da onda.
l = 800 nm
f = c / l
f = 3x108/ 800x10-9 
f = 3,75x1014 
f = 375 THz
A luz que se consegue enxergar ocupa a faixa de frequências de 
150 THz a 250 THz
que corresponde a comprimentos de onda de 
400 nm a 650 nm.
Histórico e Evolução das Comunicações Ópticas
	Ano
	Evento
	1870
	Transmissão de luz em um jato d’água por Tyndall.
Físico inglês Jonh Tyndall demonstrou o princípio de guiamento da luz através de uma experiência muito simples: utilizando um recipiente furado com água, um balde e uma fonte de luz, Tyndall observou que o feixe de água que sairá iluminado através do furo do recipiente, produzindo o primeiro relato da transmissão de luz. 
	1880
	Fotofone de Graham Bell: primeira transmissão de voz, através de luz não guiada.
	1910
	Estudos teóricos sobre o guia dielétrico por Hondros e Debye.
	1920
	Primeiros resultados experimentais: Schereiver (milhares de dB/km).
	1930
	Primeiras experiências de transmissão de luz em fibras de vidro, por meio de Lamb, na Alemanha.
	1954
	Guia óptico recoberto: consistia em um material dielétrico com índice de refração ligeiramente menor do que o meio no qual se desejava a propagação de luz.
	1958-
1959
	Proposta de fibra óptica com estrutura de núcleo e casca, por Kapany e outros, na Inglaterra.
	1960
	Invenção do laser: O físico Theodore Maiman criou o primeiro laser, no Hughes Research Laboratory.
	1962
	Laser Semicondutor
	1964
	Estudos das causas de atenuação.
	Década de 60
	Desenvolvimento de detetores semicondutores.
	1962
	Efeito laser em junções de GaAs
	1966
	Charles Kao e Charles Hockham, na Inglaterra, propuseram a utilização de fibra de vidro (fibras ópticas) para transmissão da luz do laser, (atenuação da ordem de 1000 dB/Km).
	1970
	Fabricação da primeira fibra óptica com atenuação de 20 dB/Km.
Primeiro diodo laser com operação contínua em temperatura ambiente.
Kapron e Keck (EUA) e Kayashi e outros, nos EUA.
	1972
	Fabricação de fibra multimodo de SiO2 com perdas de 4dB/km.
Fibra óptica com 2,5 dB/km.
Stone (EUA), Corning Glass Works (EUA) e Bell Labs (EUA)
	1975
	Descoberta da região de mínima dispersão em fibras de SiO2.
	1976
	Fibras japonesas de 0,47 dB/km em 1200 nm.
Primeiro sistema de CATV com fibras ópticas.
Sistema experimental em campo a 45 Mbps na região de 0,82mm.
Horiguchi e Osanai, no Japão, Inglaterra e EUA.
	1977
	Primeiro sistema telefônico com fibra óptica em operação regular.
Diodo laser com vida útil superior a 7.000 h.
Desenvolvimento de LED de alta radiação em 1300 nm.
Goodwin e outros nos EUA e Dentai e outros nos EUA.
	1977-1978
	Primeira geração de sistemas comerciais a 0,85 nm, em teste de campo.
Primeiros sistemas experimentais com fibras multimodo em 1300 nm.
Nos EUA, Europa e Japão.
	1979
	Laser semicondutor de longa vida 105 h.
	ANOS 1980
	Optoeletrônica de alta velocidade.
Amplificação óptica.
Redes Ópticas Faixa-Larga Transparentes aos Serviços:
Redes WDM
Redes Ópticas de Acesso
Processamento óptico de sinais
	1983
	Fibra monomodo com núcleo segmentado.
Conectores para fibra monomodo com perda inferior a 0,3 dB comercialmente disponíveis.
Sistema comercial em 1300 nm a 400 Mbps e alcance sem repetidor até 25 km.
Na Inglaterra, EUA, Europa e Japão.
	1984
	Sistema comercial em 1300 nm a 1,7 Gbps até 40 km. 
Nos EUA.
	1985
	Sistema experimental a 4 Gbps com 103 km de alcance.
Sistemas experimentais de fibras monomodo, com dispersão deslocada mínima com alcance de 220 km (140 Mbps) e 230 km (34 Mbps).
Fibras monomodo com dispersão deslocada mínima comercialmente disponíveis. 
Sistema experimental em 1,55 nm com capacidade de 2000 Gbps.
Na AT&T Bell Labs dos EUA, na Inglaterra e no Japão.
	1988
	Operação do 1º cabo óptico submarino transatlântico (TAT-8) entre EUA e Europa (França e Inglaterra).
Cabo óptico submarino de 3ª geração (1,55mm) sem repetidores (104 km).
EUA e Europa.
	A partir dos Anos 2000
	Redes Fotônicas
Histórico das Comunicações Ópticas no Brasil
	Ano
	Evento
	1970
	Fibra Óptica: 20 dB/km
	1973-75
	Laboratórios Laser e de Fibras Óticas (Unicamp), com apoio da Telebrás.
	1978
	Desenvolvimento de Tecnologia Básica CPqD/TB.
	1978-1980
	Laboratórios Laser Fibras Óticas (CPqD).
	1982
	Sistema protótipo de Comunicações Ópticas do CPqD/TB na Telerj.
	1982
	Primeiro Teste de Campo (Cetel-RJ).
	1983
	Transferência