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Flávio Junior
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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
