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Aula 4 - Fibras Ópticas

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Intermodal.
Dispersão Material.
A composição do vidro por onda se propaga a luz é um dos parâmetros que alarga o impulso luminoso.
Razão para esse fato: 
Índice de refração do vidro varia com o comprimento de onda.
Com isso, os diversos componentes do espectro da fonte de luz se propagam com velocidades diferentes.
Apenas na janela de 1310 nm em fibras de sílica isso não ocorre, o que torna esse espaço espectral interessante para a operação de sistemas ópticos.
Dispersão de Guia de Onda
Relevante apenas em fibras monomodo. 
Constante de propagação do modo varia com o comprimento de onda.
É função do perfil de índice da fibra e pode ser modificada variando-se o último.
Principais causas de atenuação em fibras ópticas.
Perdas por Absorção: moléculas de OH-.
Espalhamento.
Deformações Mecânicas (microcurvaturas ou macrocurvaturas).
Projeto do Guia de Onda.
Perdas por Absorção.
Absorção Intrínseca:
É originada pela composição material que compõe a fibra (impurezas no material).
Ocorre absorção de potência por impurezas dentro do próprio vidro.
Melhores técnicas de fabricação levam este tipo de absorção a níveis aceitáveis.
Nas janelas de transmissão atuais, a sílica apresenta baixos níveis de absorção sendo as mais empregadas.
Para fibras de sílica fundido a faixa de menor absorção vai de 0,7 a 1,6 μm.
Absorção Extrínseca:
Resulta da contaminação por impurezas no material da fibra durante seu processo de fabricação. 
Controle do processo de fabricação deve ser altamente controlado.
Causada principalmente pela presença do íon de OH-.
Essas impurezas apresentam comportamentos atômicos que provocam absorção de uma parcela da intensidade luminosa da fibra.
Evolução tecnológica dos processos de fabricação reduziram as concentrações a valores inferiores a uma parte por bilhão, ou menores.
Espalhamento 
Desvio de parte da luz em várias direções.
Causa: Imperfeições da estrutura da fibra. Não homogeneidade da fibra.
􀂾 	Flutuações Térmicas.
􀂾 	Variação de Pressão.
􀂾 	Pequenas Bolhas.
􀂾 	Variação no perfil de Índice de Refração.
Perdas na Fibra por Microcurvaturas
Curvaturas devido aos defeitos de fabricação. 
Pequena deformação na fronteira entre o núcleo e a casca.
Provocado por qualquer força aplicada transversalmente na superfície da fibra.
Resultado: perda de parte da energia dos modos de alta ordem que não são mais guiados.
Perdas na Fibra por Macrocurvaturas
São curvaturas que ocorrem devido ao percurso da fibra.
Ocorrem quando os modos próximos ao ângulo crítico (alta ordem) ultrapassam esse valor, em função da curvatura, e deixam de ser refletidos internamente, passando a ser refratados.
Depende do comprimento de onda.
Não Linearidade Óptica da Fibra - FWM
Interação de multifótons devido a não linearidade do índice de refração causa a combinação de duas ou mais portadoras.
Produção de novas raias laterais. 
Resultado: interferência nos canais vizinhos em sistemas WDM, e degradação da potência óptica. 
Limitação no número de frequências que podem ser usadas pelo sistema.
Atenuações mais frequentes em uma fibra
Perda por Acoplamento
Perda por Absorção
Define o limite superior para o espectro útil causando uma atenuação crescente acima de 1700 nm.
É causada por defeitos atômicos no material, principalmente as ligações SiO, entre outras impurezas, que diminuem a potência do sinal luminoso ao absorverem parte de sua energia.
Reflexão de Fresnel
Obtém a fração de luz incidente em uma faceta que é refletida ao invés de absorvida
Espalhamento de Rayleigh
Surge na fabricação e é causado por pequenas variações na densidade do vidro enquanto o mesmo encontra-se em processo de esfriamento. 
Essas variações são como obstáculos que causam o espalhamento, desviando a luz. 
Macro Curvaturas
Micro Curvaturas
Perda por Conexão
Janelas de transmissão
Há regiões espectrais onde a atenuação é mínima.
Essas regiões são denominadas de janelas de transmissão e são as faixas do espectro de frequências onde a atenuação é mínima.
A atenuação em fibras ópticas varia com o comprimento de onda da luz.
 
Características das Janelas de Transmissão:
Primeira Janela de Transmissão:
850 nanometros (880 a 900 nm); 
Atenuação de 2,5 dB/km;
 Os primeiros sistemas de comunicação óptica utilizavam esta janela de transmissão;
Usada em baixas taxas e pequenas distâncias.
Simplicidade.
Baixo custo de tecnologia.
Segunda Janela de Transmissão:
1300 nanometros (1220 a 1340 nm).
Atenuação de 0,3 a 0,5 dB/Km;
Usada em Médias e Longas Distâncias.
Terceira Janela de Transmissão:
1550 nanometros (1540 a 1610 nm);
Atenuação de 0,2 a 0,25 dB/km.
Região de atenuação espectral mínima das fibras de sílica.
Usada em Médias e Longas Distâncias.
Extraído de Redes&Cia – Soluções em Engenharia e Telecomunicações
Tipos de Cabos
Diferença do índice de refração do núcleo em relação à casca é representada pelo perfil de índices da fibra óptica. 
Essa diferença pode ser conseguida a partir do uso de materiais dielétricos distintos: 
Exemplos: 
Sílica-plástico;
Diferentes plásticos;
Dopagens convenientes de materiais semicondutores (por exemplo, GeO, P O , B O , F etc.) na sílica (SiO). 
A variação de índices de refração pode ser feita de modo gradual ou descontínuo, originando diferentes formatos de perfil de índices. 
As alternativas quanto ao tipo de material e ao perfil de índices de refração implicam a existência de diferentes tipos de fibras ópticas com características de transmissão e, portanto, aplicações distintas. 
O tipo de material utilizado, por exemplo, é determinante para a definição da frequência a ser utilizada e na definição dos níveis de atenuação correspondente.