APOSTILA_DE_FIBRAS_OPTICAS

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CAPÍTULO 1 
INTRODUÇÃO AS FIBRAS OPTICAS 
 
HISTÓRICO 
 
 O homem há muito tempo demonstra o interesse em transmitir informações de um 
lugar distante ao outro, utilizando a comunicação óptica. 
 Na Grécia antiga, Políbio podia transmitir qualquer mensagem através de dois 
conjuntos de tochas e uma prancha contendo o alfabeto grego, este disposto em linhas e 
colunas (Figura 1.1) 
 
 
 As notícias da queda de Tróia também foram transmitidas através de sinais de fogo, 
pôr longas distâncias. 
 Em 1790,na França, Claude Chappe constituiu um telégrafo óptico e transmitiu 
mensagens de Paris a Lille, a uma distância de 230Km. Utilizando-se para isto de torres 
intermediárias para transmitir sinais móveis que eram vistos pôr telescópio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Já em 1870, o físico inglês John Tyndall demonstrou o princípio de guiamento da 
luz, através de uma experiência que consistia em injetar luz em um jato d’água de um 
recipiente, verificando que a luz percorria o interior do jato em sua trajetória parabólica, 
figura 1.2. demonstrando assim, o fenômeno de reflexão total, que será comentado no 
capítulo 2. 
 
 
 
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 Alexandre Graham Bell, 1880, patenteou o fotofone, figura 1.3. Que possibilitou a 
primeira transmissão de voz, através de luz não guiada. Usando lentes e espelhos, Bell fez a 
luz incidir em um diafragma, que vibrava com a voz do locutor e modulava a luz. O 
receptor, a uma distância de 200 metros, possuía um foto-resistor de selênio que variava a 
corrente que circulava pôr um fone, que reproduzia a voz do locutor. 
 
 
 No Brasil, em 1893, o Padre Landell de Moura inventou o telefone sem fio. O 
transmissor era baseado na emissão de luz branca, originada em um arco voltaico, que era 
modulada pela voz do locutor. No receptor, a demodulação era possível devido a uma 
célula selênica de invenção própria. Assim , Padre Landell de Moura transmitiu mensagens 
a uma distância de 8Km na capital Paulista. 
 A partir de demonstração do físico John Tyndall, iniciou-se em 1950, as primeiras 
investigações e experimentos em busca de um guia de luz conveniente. Já que o guia 
utilizado pôr Tyndall em sua experiência não era praticável. Assim, começaram a surgir 
bastões de vidro que foram utilizados para transmitir imagem. 
 No entanto, foi em 1960, que ocorreu a conquista que confirmou a evolução rumo 
ao estágio atual das comunicações ópticas. O físico Theodore Maiman da Hughes Research 
Laboratory criou o primeiro LASER. 
 Em 1962, iniciaram-se experiências com os lasers de semicondutores, que possuíam 
vida curta, apenas de algumas horas. Este tipo de laser de semicondutor foi aperfeiçoado e 
hoje é utilizado nas comunicações ópticas. 
 Em 1966, somente, surgiu a possibilidade de se Ter um meio de transmissão 
apropriado para a luz do laser. Um estudo elaborado pôr Charles Kao e Charles Hockham , 
na Inglaterra propôs a utilização de fibras de vidro (fibras ópticas) para transmissão da luz 
do laser. Nesta época, as fibras ópticas apresentavam atenuação da ordem de 100dB/Km. 
Para Kao e Hockham a atenuação diminuiria tanto quanto, se pudesse diminuir as 
impurezas do vidro, que origina a fibra óptica. E assim, poderia se produzir fibras com 
baixa atenuação que seria apropriada às comunicações. 
 
 
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 Mas foi em 1970, que ocorreram evoluções significativas no campo das fibras 
ópticas, a Corning Glass Works produziu a primeira fibra óptica com atenuação de 
20dB/Km. Em 1972, fibras com 4dB/Km já eram obtidas em laboratório, e em 1975, as 
fibras deixavam os laboratórios e entravam em fase de produção industrial. Atualmente, 
existem fibras ópticas com atenuação da ordem de 0,17db/km, podendo-se notar o elevado 
grau de pureza das fibras ópticas, conseguido hoje. A expectativa e de se chegar a 
0,14db/km que seria o limite teórico da atenuação, uma vez que esse valor seria devido à 
própria natureza do material. 
 Visando a construção de sistemas ópticos confiáveis e eficazes para comunicação é 
que foram obtidos concomitantes, dos emissores e detetores ópticos de semicondutor, dos 
conectores ópticos, das emendas ópticas, e das tecnologias de transmissão. 
 Uma recente descoberta, em 1988, poderá revolucionar as comunicações ópticas. O 
físico Linn F. Mollenauer dos Laboratórios Bell da AT&T, descobriu as ondas Soliton, uma 
onda de luz que é capaz de se propagar pôr longas distâncias e não perder sua forma inicial. 
 A aplicação dos solitons nas fibras ópticas possibilitará um grande aumento na 
velocidade de comunicação e na extensão dos enlaces ópticos. 
 Em experiências realizados pêlos pesquisadores dos Laboratórios Bell da AT&T, foi 
conseguida a transmissão de pulsos de raio laser através de um enlace de aproximadamente 
6000Km. Conservando a sua forma original, sem a necessidade de repetidores eletrônicos 
intermediários. 
 Esta onda peculiar foi observada pela primeira vez, em 1834, pôr um arquiteto 
naval, o escocês John Scott Russel que acompanhou em um canal uma onda de água ao 
longo de #km sem perder a sua forma original. Estas ondas são encontradas em todas as 
áreas da Física: eletricidade, acústica, corrente oceânica e na luz. 
 Atualmente, existem sistemas de comunicações ópticas desenvolvidas para operar 
aproximadamente 10Gbps. Agora , com a utilização dos sólitons será possível aumentar 
esta velocidade para 100Gbps. Realmente, a tecnologia óptica está se preparando para dar 
um grande salto. 
 No florescer do século XXI, a sociedade moderna tronou-se dependente da 
informação, que exige transmissão de um grande volume de informações no menor tempo 
possível. 
 E a tecnologia óptica que está sendo desenvolvida, é a única capaz de suprir as 
necessidades desta nova sociedade, a sociedade da informação 
 
SISTEMAS ÓPTICOS 
 
 O sistema básico de transmissão pôr fibras ópticas está representado na figura 1.4 
que mostra as principais partes do enlace óptico. 
 
Fibra óptica – meio de propagação do sinal óptico 
Conector – responsável pela conexão do emissor óptico à fibra óptico, e da fibra óptica ao 
detetor óptico 
Transmissor – converte o sinal elétrico em sinal óptico. O emissor óptico pode ser um 
LED ou um diodo LASER. O driver fornece o sinal elétrico em condição requerida pelo 
emissor óptico. 
 
 
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Receptor – converte o sinal óptico em sinal elétrico. O detetor óptico pode ser um diodo 
PIN ou um fotodiodo de avalanche (APD). A interface de saída basicamente amplifica o 
sinal elétrico e o regenera, se necessário for. 
 
 Pôr mais simples ou mais complexos que sejam, todos os sistemas de transmissão 
pôr fibras ópticas possuem as partes apresentadas acima: fibra óptica, conectores , 
transmissor e receptor. Estas partes integrantes dos sistemas ópticos serão oportunamente 
discutidas em capítulos posteriores. 
 
VANTAGENS DAS FIBRAS ÓPTICAS 
 
 As fibras ópticas possuem diversas vantagens sobre os meios convencionais de 
comunicação, as quais, são citadas a seguir: 
 Baixa atenuação 
 Largura de banda 
 Imunidade à interferência eletromagnética 
 Baixo peso 
 Pequena dimensão 
 Sigilo 
 Isolação elétrica 
 
A aplicação da fibra óptica se torna necessária quando, as vantagens oferecidas pela 
fibra óptica são relevantes para a boa performance de um sistema de comunicação. 
 
Baixa atenuação 
 
 Esta característica inerente à fibra óptica possibilita enlaces de maiores distâncias, 
que assim exigem poucos repetidores ou regeneradores de sinal, representando uma 
diminuição dos investimentos nos sistemas, e de gastos com a manutenção dos repetidores. 
A atenuação da fibra independe da freqüência do sinal transmitido, o que não ocorre com os 
cabos convencionais (Figura 1.5). 
 
LARGURA DE BANDA 
 
A elevada largura de banda da fibra óptica permite futura expansão do sistema, com 
maior capacidade de transmissão superando em maior capacidade de transmissão, 
superando em muito o sistema de transmissão pôr cabos metálicos, veja figura 1.6. 
 
A fibra óptica possui uma faixa deuso potencial da ordem de 1012Hz (1 THz), que 
ainda está muito distante de ser utilizada, devido à limitação dos equipamentos e sistemas 
eletrônicos atuais. 
 
 
 
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Meio de 
Transmissão 
Taxa de (Mbps) 
Transmissão 
Canais de voz Distância entre 
repetidores(Km) 
Coaxial 3,1 
6,3 
45 
90 
48 
96 
672 
1344 
 
 
 1-2 
Fibra Óptica 90 
180 
435 
565 
1700 
1344 
2688 
6048 
8064 
24192 
 
6-15 (multimodo) 
30-40(monomodo) 
Figura 1.6 – Capacidade de Transmissão de Canais Telefônicos. 
 
 
 
IMUNIDADE A INTERFERENCIA ELETROMAGNÉTICA(EMI) 
 
 O material que constitui as fibras ópticas é dielétrico, assim as fibras não são 
afetado pôr campos eletromagnéticos próximos. Baseando-se nisto, a sua aplicação se 
torna necessária em sistemas que podem sofrer degradações causadas pôr descargas 
elétricas e instalações elétricas de alta tensão, com a inserção de ruído no meio de 
transmissão. 
 
BAIXO PESO 
 
 A fibra óptica pesa aproximadamente 30g/Km e se compararmos com um 
cabo coaxial, o cabo óptico possui um peso dez vezes menor, o qual viabiliza 
instalações em aviões e automóveis, onde peso é um parâmetro importante. 
 
PEQUENA DIMENSÃO 
 
 O diâmetro externo de uma fibra óptica é 125m, o que possibilita a 
fabricação de cabos ópticos compactos. Assim, Os cabos ópticos se tornam atrativos 
para aplicações, onde o espaço é limitado, e onde se deve fazer uma eficiente utilização 
do espaço disponível, como em aviões, submarinos e dutos cheios, propiciando também 
facilidade e rapidez de instalação. 
 
SIGILO 
 
 A impossibilidade de se retirar ou colocar sinais ópticos ao longo da fibra sem 
prejudicar o sistema, torna-o altamente sigiloso e seguro. 
 
ISOLAÇÃO ELÉTRICA 
 
 Devido às fibras ópticas serem dielétricas, de vidro ou plástico, isolam eletricamente 
os terminais de comunicação, eliminando o uso de dispositivos de proteção contra surtos 
(centelhadores), possibilitando sua utilização em áreas de atmosfera explosiva, pôr não 
produzirem faiscamento. 
 
APLICAÇÕES DAS FIBRAS ÓPTICAS 
 
 A fibra óptica é uma tecnologia nova, cujas aplicações apenas estão se iniciando. As 
vantagens que foram apresentadas viabilizam sistemas de comunicação de longa e curta 
distância, e principalmente aqueles sistemas que necessitam usufruir das vantagens 
oferecidas pelas fibras ópticas para funcionarem convenientemente e satisfatoriamente. 
 
 
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 Sendo assim encontramos aplicações em vários sistemas de comunicações de dados, 
voz e imagem como pôr exemplo: LAN, CATV e Telefonia. Além destas, existem outras 
tais como: aplicações militares, médicas e em aviões, navios e automóveis. 
 
 
 
 
DESVANTAGENS DAS FIBRAS ÓPTICAS 
 
 Apesar das vantagens apresentadas anteriormente em relação aos meios de 
comunicações convencionais, existem ainda alguns cuidados e desvantagens quanto à 
utilização das fibras ópticas que devem ser considerados. Dentre elas podemos citar: 
 Acoplamento e emenda da Fibra Óptica 
 Derivações limitadas 
 Padrão dos sistemas Ópticos 
 Fragilidade da Fibra Óptica 
 
Acoplamento e emenda da fibra óptica 
 Existem alguns cuidados a serem tomados quanto à emenda e conexão das fibras 
ópticas que quando mal feitas, podem acarretar em perda de grande parte da potência 
óptica. Essas emendas entre fibras requerem a utilização de equipamentos e ferramentas de 
alta precisão e devem ser considerados alguns fatores que estudaremos no capítulo 8. 
 
Derivações limitadas 
 Em sistema com fibras ópticas, existem limitações quanto ao número de derivações 
passivas Pois os componentes (acopladores) utilizados para este fim, atenuam o sinal 
consideravelmente. 
 
Padrão dos sistemas ópticos 
 Os sistemas ópticos encontram-se ainda em fase de padronização pôr se tratar de 
uma tecnologia em evolução e com grande número de aplicações inexploradas. 
 
Fragilidade da fibra óptica 
 A fibra óptica quando manuseada sem proteção (revestimento) está sujeita à quebra 
com mais facilidade que os meios de comunicações (metálicos) convencionais. 
 
 
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CAPÍTULO 2 
FUNDAMENTOS E CONCEITOS BÁSICOS DAS 
FIBRAS ÓPTICAS 
 
 Neste capítulo, veremos os fundamentos e conceitos físicos que explicam porque a 
luz se propaga na fibra óptica. 
 Inicialmente estudaremos sobre a natureza da luz. 
 
A LUZ 
 
 A luz é uma onda eletromagnética, assim como, as ondas de rádio, de radar, as 
microondas e os raios X. 
 A velocidade da onda eletromagnética no vácuo é aproximadamente 300000Km/s ( 
velocidade da luz). 
 A onda eletromagnética é formada pôr dois campos, elétrico e magnético, que são 
perpendiculares entre si, e perpendicular à direção de propagação. (Figura2.1.a). 
 
 
 
 
 A distinção entre a sondas eletromagnéticas se faz, pela freqüência ou pelo 
comprimento de onda. A equação que relaciona a freqüência (f), comprimento de onda () 
e a velocidade da onda (V) é: 
 
=V/f 
 
 Através da equação é fácil verificar que, quanto maior a freqüência, menor é o 
comprimento de onda. Assim, a luz é uma onda eletromagnética de alta freqüência, e, 
portanto, pequeno comprimento de onda, quando comparada às ondas de rádio. 
 A luz é apenas uma parte do espectro eletromagnético, e possui comprimento de 
onda que varia entre 0,38m e 0,75m. a figura 2.1b mostra o espectro eletromagnético, 
com destaque para parte que interessa às comunicações ópticas. 
 
 
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 Ë interessante notar que os sistemas ópticos hoje utilizam luz infravermelha, entre 
0,8·m e 1,5·m (1a, 2a e 3a janelas)* , pois a propagação de luz infravermelho na fibra óptica 
é mais eficiente do que a luz visível pôr sofrer menor atenuação. Isto veremos em outro 
capítulo 
 
* Janela é o termo utilizado para se referir às faixas de comprimento de onda 
 
REFRAÇÃO 
A velocidade da luz © no vácuo é constante e aproximadamente 300.000Km/s. 
Porém , em outros meios, sólidos ou líquidos, a luz se propaga com velocidade inferior. 
A variação da velocidade da luz ao passar de um meio para outro, é chamada de 
refração. A figura 2.2 mostra um exemplo de refração. O observador vê o peixe 
próximo da superfície do lago, quando na verdade, o peixe está mais abaixo. 
 
 
O parâmetro óptico mais importante e que caracteriza qualquer meio transparente é 
o índice de refração (n) 
 
 
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O índice de refração (n) é definido como sendo, a relação entre a velocidade da luz 
no vácuo ( c ) e a velocidade da luz no meio (v) em questão. Notar que o índice de 
refração é adimensional, ou seja, não possui unidade de medida. 
 
n = ___c___ 
 v 
 
A figura 2.3 mostra o índice de refração e a velocidade da luz em alguns meios. 
 
 Meio Índice de refração ( n) Velocidade da Luz (Km/s) 
Vácuo 1,0 300.000 
Ar 1,0003 ( 1,0) 300.000 
Água 1,33 225.000 
Vidro 1,5 200.000 
Diamante 2,0 150.000 
Silício 3,4 88.000 
Arsenieto de Gálio 3,6 83.000 
 
Figura 2.3 – Índice de refração e velocidade da luz em alguns meios. 
 
O vidro pode Ter seu índice de refração modificado, bastando para isto, alterar sua 
composição. Esta capacidade é muito importante na fabricação da fibra óptica, como 
veremos mais adiante. 
Considerando a figura 2,4, vamos definir algumas nomenclaturas que são 
importantes para o entendimento do fenômeno da refração. 
 
 
 
 
Onde: 
 P é o ponto de incidência 
 Norma é uma linha imaginária perpendicular à fronteira no ponto P. 
 Angulo de incidência é o angulo formado pelo raio incidente e a normal. 
 Angulo de refração é o angulo formado pelo raio refratado e a normal. 
 
 
 
 
 
LEI DE SNELL 
 
A lei de Snell diz que, há uma razão constante entre o seno do angulo de incidência 
 e o angulo de refração . 
 
sen = n2  n1 sen = n2 sen  Lei de Snell 
sen n1 
 
 
 
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A partir da Lei de Snell, chegaremos a uma conclusão muito importante, que 
permitirá o entendimento da propagação da luz na fibra óptica. 
Considerando a figura 2.5 a , o raio ao passar de um meio de índice de refração n1 
para um meio de índice de refração n2,sendo n1>n2, o raio refratado se afasta da 
normal. 
Aumentando o angulo de incidência , o angulo de refração  se aproxima de 900 . 
O angulo de incidência que produz um angulo de refração de 900 , é chamado de angulo 
crítico c, veja na figura 2.5b. 
E para um angulo de incidência maior que o angulo crítico, o raio volta totalmente 
para o meio 1, ocorrendo o fenômeno chamado reflexão total. Os ângulos de incidência 
e de reflexão são iguais, figura 2.5c. 
O angulo crítico c pode ser deduzido pela Lei de Snell como: 
 
c = arcsen n2 
 n1 
 
 
 
 
É importante salientar que para ocorrer reflexão total é necessário que duas 
condições sejam satisfeitas, o angulo de incidência deve ser maior que o angulo crítico 
( >c), e o sentido de propagação da luz deve ser meio de índice de refração n1 para o 
meio de índice de refração n2, sendo n1 > n2 obrigatoriamente. Assim, a reflexão total é 
o princípio básico que faz a luz se propagar na fibra óptica. 
 
PROPAGAÇÃO DA LUZ 
 
Para compreendermos como a luz é propagada na fibra óptica ou como a luz é 
guiada, suponhamos a seguinte situação: duas camadas de vidros sobrepostas, como na 
figura 2.6. A camada 1 possui índice de refração n1 = 1,5 e a outra, camada 2, possui 
índice de refração n2= 1,46. Através da Lei de Snell, podemos calcular o angulo crítico 
c que fica: 
 
 c = arcsen n2  c = arcsen 1,46 
 n1 1,50 
 
 
c = arcsen (0,973) 
c = 76,7 
 
Assim, o raio de luz que incidir na fronteira entre as camadas 1 e 2 com angulo de 
incidência maior que 76,7 da normal, sofrerá reflexão total e voltará para a camada 1. 
 
 
 
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Ainda considerando a situação anterior, vamos introduzir mais uma camada de vidro 
(camada 3) sobreposta à camada 1 , figura 2.7, possuindo índice de refração n3 =1,46, 
construindo assim, um “sanduíche” de camadas de vidro, sendo que a camada 1 interna, 
deve possuir índice de refração superior às outras camadas, 2 e 3. 
Na situação anterior, o raio de luz sofreu reflexão total, e agora este raio refletido 
tornou-se um raio incidente para a nova fronteira entre as camadas 1 e 3, com angulo de 
incidência de 76,7 da normal, que sofrerá reflexão total novamente retornando para a 
camada 1. Este raio refletido outra vez se tornará um raio incidente. 
Portanto, desta forma é possível guiar a luz entre duas camadas, 2 e 3, através da 
reflexão interna total. 
E é desta mesma forma que ocorre o guiamento, na propagação da luz numa fibra 
óptica. 
 
 
Na fibra óptica, e camada 1 é chamada de núcleo e as camadas 2 e 3 são chamadas 
de casca. A fibra óptica na prática é cilíndrica, onde a casca envolve o núcleo. Figura 
2.8) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 3 
TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS 
 
Como vimos, no capítulo anterior, a fibra óptica é um guia de luz de formato 
cilíndrico constituído pôr dois materiais cristalinos concêntricos. Esses dois materiais 
compõe o que denominamos de núcleo e casca da fibra óptica os quais diferem quanto 
ao índice de refração. O núcleo possui um índice de refração maior que a casca que a 
envolve para garantir que a luz se propague ao longo do núcleo pelo fenômeno de 
reflexão total ou interna (Lei de Snell). 
A figura 3.1 nos ilustra como ocorre a propagação da luz na fibra óptica. E para que 
isso ocorra é necessário que a luz injetada na fibra, forme um ângulo de incidência com 
a perpendicular da fronteira, que separa os dois meios (núcleo-casca), maior que o 
ângulo crítico. 
 
 
Sendo assim a luz “caminha” dentro da fibra pôr reflexões. 
Muitas fibras possuem uma capa protetora sobre a casca (figura 3.2). Essa capa cujo 
material geralmente é um polímero, protege a fibra de choques mecânicos sem afetar 
suas propriedades ópticas ou físicas. 
 
Existem diversos tipos de fibra em função da geometria e também do perfil do 
índice de refração do núcleo o que levam a destacar os tipos básicos (figura 3.2 a) que 
são os mais usuais: 
 Fibra multimodo índice degrau 
 Fibra multimodo índice gradual 
 Fibra monomodo 
 
Uma das diferenças entre esses tipos de fibras, como o próprio nome diz, é quanto 
ao número de modos de propagação. Enquanto uma fibra monomodo contém somente 
um modo de propagação as fibras multimodo contém milhares de modos de 
propagação. 
Outra diferença é quanto ao perfil do índice de refração, enquanto uma fibra de 
índice degrau possui apenas um tipo de material compondo o núcleo de forma a termos 
um índice de refração constante, a fibra de índice gradual tem seu núcleo composto pôr 
materiais de diversos índices de refração que diminuem a partir do eixo central da fibra 
gradualmente. 
 
 
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MODOS DE PROPAGAÇÃO 
 
Modos de propagação podem ser denominados como sendo todos os caminhos ou 
trajetórias que os raios luminosos podem percorrer dentro da fibra. Matematicamente 
são definidos pelas equações de Maxwell que são governadas pelas teorias 
eletromagnéticas. Assim, sendo a fibra um guia de onda que canaliza a luz que se 
propaga em determinados modos que nada mais são do que ondas com certas 
distribuições de campos eletromagnéticos. 
O número de modos suportados pela fibra pode variar desde 1 até 100.000. Esses 
números tem relação com uma grandeza adimensional chamada “freqüência 
normalizada” cuja fórmula que a define é: 
 
V =  . d AN 
  
 
Onde: 
V – freqüência normalizada 
d- diâmetro do núcleo 
 - Comprimento de onda da luz 
AN- Abertura numérica 
 
O número de modos é definido pôr: 
 
M = V2 para fibras de índice gradual 
 4 
 
M = V2 para fibras de índice degrau 
 2 
 
ABERTURA NUMÉRICA 
 
Como vimos, o número de modos de uma fibra depende do comprimento de onda da 
luz a ser transmitida, do diâmetro do núcleo e da abertura numérica. Esta última 
representa o ângulo máximo que um raio luminoso pode formar com o eixo central da 
fibra, para que se propague no núcleo pelo fenômeno da reflexão total ou interna ( 
figura 3.3) . Sendo assim, podemos ter a seguinte definição numérica: 
 
AN = sen  
 
Aplicando-se a Lei de Snell, chegamos à outra fórmula que é função dos índices de 
refração do núcleo e da casca: 
 
 
 
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Onde AN = √ n12 – n22 
 
 
Assim sendo, a abertura numérica define o quanto de luz incidente sobre a 
extremidade da fibra, é transmitida. Os raios que, formarem ângulos superiores ao 
máximo serão refletidos de volta à fonte luminosa, ou serão refratados na face entre os 
meios núcleo casca ( Figura 3.4) 
 
 
 
 
 
FIBRAS MULTIMODO INDICE DEGRAU 
 
A fibra multimodo de índice degrau (figura 3.5) é a mais simples dos tipos. O 
núcleo desta fibra pode ter um diâmetro de 100m até 1000m, o que representa em 
relação às outras fibras, um núcleo grande. Isso facilita o acoplamento óptico, ou seja, é 
mais fácil de injetar luz em seu interior. 
Essas fibras podem ser fabricadas de sílica, vidro ou até plástico. E em alguns casos, 
de acordo com a aplicação, essas fibras são fabricadas com um único índice de refração, 
isto é, não existe casca a qual pode ter sua função desempenhada pelo próprio ar. 
Algumas das desvantagens dessas fibras é quanto à baixa capacidade de transmissão 
em virtude de terem uma atenuação relativamente elevada ( 4dB/Km) e uma largura 
de banda pequena ( 25Mhz/Km), o que limita a sua utilização a transmissão de dados 
em curtas distâncias e iluminação ( fibras bundles). 
 
 
FIBRAS MULTIMODO DE INDICE GRADUAL 
 
 
 
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A fibra multimodo de índice gradual (figura 3.6) possui este nome devido à 
composição do núcleo em várias camadas de vidro com índice de refração que 
decrescem gradualmente à medida que se afastam do centro em direção da casca. Com 
isso haverá uma menor dispersão do sinal e uma maior largura de banda, pois sendo a 
velocidade da luz função índice de refração quanto mais distante do centro dafibra 
estiver o raio luminoso, mais veloz ele será, compensando a maior distância a ser 
percorrida. Desta forma todos os raios que se propagarem pelos vários modos da fibra 
chegarão na outra extremidade quase que ao mesmo tempo. 
O índice de refração do núcleo varia em função da sua distância (raio) com eixo 
central da fibra, e matematicamente pode ser definido pela seguinte equação: 
n ( r ) = n1 [ 1 - .(r/a) ] 
 
Onde: 
n1 ..........[é o índice de refração do centro da fibra] 
............é a diferença percentual dos índices de refração do centro da fibra e da 
 casca. 
r.............é o raio 
............é o coeficiente de otimização 
a.............é o diâmetro do núcleo 
 
Para  igual a 2, o índice da fibra é parabólico. 
 
Geralmente, esse tipo de fibra possui núcleos com diâmetros de 50, 62.5, ou 85m e 
casca de 125m. 
Em comparação com a fibra multimodo de índice degrau, além de possuir 
dimensões de núcleo inferiores, a fibra multimodo de índice gradual apresenta uma 
atenuação menor, da ordem de, no máximo, 3 dB/Km a 850nm. E sua banda passante 
atinge 1GHz x Km, o que à torna propícia para aplicações em telecomunicações devido 
a sua elevada capacidade de transmissão. 
 
FIBRA MONOMODO 
 
Como vimos, o número de modos de propagação da luz em uma fibra depende de 
três fatores: diâmetro do núcleo, abertura numérica (AN) e comprimento de onda da luz 
(  ). Portanto, se alterarmos a dimensão do núcleo da fibra , ou sua abertura numérica e 
operarmos com maiores valores de comprimento de onda, matematicamente, 
verificaremos que o número de modos diminuirá. 
Porém, se diminuirmos a abertura numérica para que isso ocorra, o acoplamento 
óptico tornar-se-á inviável. 
E se operarmos com valores de comprimento de onda superiores, haverá atenuação 
do sinal. Sendo assim, o melhor é reduzir o diâmetro do núcleo para um valor pouco 
maior que o comprimento de onda, de forma que apenas um modo seja guiado. 
É isso que ocorre com as fibras monomodo que possuem um núcleo que pode ter 
diâmetro de 2 a 10m. E a casca tem um diâmetro, pelo menos, 12 vezes maior, sendo o 
mais comum entre 80 a 125m. 
Desta forma, este tipo de fibra apresenta uma grande largura de banda que é da 
ordem de 10 a 100GHz, pois não há dispersão modal, e apresenta uma baixa atenuação 
que varia entre 0,2dB/Km a 0,5dB/Km em função do comprimento de onda. 
 
 
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Existem diversos perfis de índice de refração destas fibras, porém o mais utilizados 
atualmente é o índice degrau (figura 3.7). 
 
 
FIBRA COM DISPERSÃO DESLOCADA 
 
Para aplicações em sistemas ópticos de longa distância além da preocupação com a 
atenuação (que pode ser resolvida com o auxílio de amplificadores) há a preocupação 
com a dispersão cromática. Pôr esse motivo foram desenvolvidas fibras com outras 
características de dimensões, índices de refrações e perfil, de forma a “deslocar” a 
dispersão cromática a valores mínimos na região de interesse, onde é praticado a 
1,55µm. Essas fibras recebem o nome de Fibras com dispersão Deslocada ou DS. A 
seguir podemos observar um dos perfis desse tipo de fibra. 
 
 
 
FABRICAÇÃO DA FIBRA ÓPTICA 
 
Os processos de fabricação das fibras ópticas são vários e alguns tipos requerem 
equipamentos especiais e de grande precisão. 
As fibras de alta capacidade de transmissão, muito usadas em telecomunicações, 
utilizam como matéria-prima à sílica (Si O2). A primeira etapa da fabricação dessas 
fibras consiste na obtenção de um tubo chamado “preforma”. 
Existem vários tipos de fabricação de preforma dos quais podemos citar: 
 IVD (Deposição interna) 
 OVD (Deposição externa) 
 VAD (Deposição axial) 
 
Já a segunda e última etapa, chamada de “puxamento”, é igual para qualquer tipo de 
preforma e consiste no estiramento da preforma até o diâmetro que se deseja para a 
fibra óptica. 
 
FABRICAÇÃO DA PREFORMA 
 
Dos processos de fabricação da preforma pôr deposição interna (IVD), o mais 
conhecido é o MCVD (figura 3.8) que consiste basicamente na deposição de várias 
 
 
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camadas de partículas de vidro (dopantes) no interior de um tubo de sílica pura, que são 
injetadas na forma gasosa ( SiCl4, Ge Cl4, etc.). Esse tubo de sílica pura, que será a 
casca de fibra, fica girando, à medida que são depositados os dopantes no seu interior, 
enquanto que no exterior do tubo, um maçarico o percorre longitudinalmente a uma 
temperatura de aproximadamente 16000 C. Para cada camada depositada controla-se a 
concentração dos materiais dopantes, para se obter vários índices de refração. 
Após a deposição do número desejado de camadas, aumenta-se a temperatura do 
maçarico para aproximadamente 20000 C, onde ocorre o colapso do tubo (figura 3.9) 
isto é, um encolhimento radial, tornando-o maciço e finalizando assim a fabricação da 
preforma. 
 
 
 
A diferença básica desse processo para os outros dois citados está na forma como 
serão depositados os dopantes. 
No processo de deposição externa (figura 3.10), várias camadas de dopantes são 
depositadas sobre um mandril rotante. Após a deposição de todas as camadas, inclusive 
a que fará a função de casca, o tubo formado será colocado com o mandril num forno 
com temperatura aproximada de 15000 C, onde ocorrerá sua dilatação para a retirada do 
mandril. E esse mesmo forno tem sua temperatura aumentada para aproximadamente 
20000 C, onde ocorrerá o colapso do tubo, formando a preforma. 
 
 
 
18/40
 
Já no processo de deposição axial (VAD), o material dopante em estado gasoso é 
depositado axialmente na extremidade de um bastão rotante (mandril) o qual resulta no 
crescimento do tubo ao longo desse bastão (Figura 3.12). 
 
 
O PUXAMENTO 
 
Na segunda etapa de fabricação das fibras, a preforma obtida é posicionada 
verticalmente com a extremidade inferior introduzida em um forno com temperatura de 
aproximadamente 20000 C, onde ocorre o escoamento da fibra que é puxada e enrolada 
em uma bobina. 
As velocidades de puxamento da fibra e da introdução da preforma no forno são 
controladas em função do diâmetro que quer obter da fibra. 
Durante o puxamento (figura 3.13), a fibra recebe um revestimento geralmente de 
silicone ou acrilato, parta dar proteção mecânica. 
 
 
Para fibras de baixa capacidade de transmissão, utilizadas para comunicações a 
curtas distâncias e iluminação, são fabricadas com vidro. E os processos de fabricações 
não necessitam de equipamentos tão precisos como os utilizados nos casos anteriores. 
Esses processos podem ser: 
 Duplo cadinho 
 Rod in tube 
 
 
 
 
 
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No primeiro processo (figura 3.14), basicamente dois bastões de vidro com índices 
de refração diferentes são fundidos em um forno, que possui internamente dois 
cadinhos dispostos concentricamente. Os vidros escorrem dos dois cadinhos, formando 
assim a fibra óptica. 
 
Já no processo “Rod in tube”(figura 3.15) consiste em introduzir em um forno, um 
tubo contendo um bastão, ambos de vidro, cujos índices de refração são diferentes. Os 
dois materiais serão fundidos e puxados, dando origem à fibra óptica. 
 
 
 
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Além das fibras de sílica e vidro existem também as fibras de plástico muito 
utilizadas em comunicações a curtas distâncias e iluminação. O processo de fabricação 
dessa fibra é pôr extrusão. 
A seguir, apresentamos uma tabela demonstrando os tipos de fibras obtidas em cada 
processo de fabricação citado. 
 
PROCESSO DE FABRICAÇÃO TIPO DE FIBRA 
DEPOSIÇÃO INTERNA – IVD 
 EXTERNA- OVD 
 AXIAL - VAD 
MULTIMODO DE ÍNDICE 
DEGRAU E GRADUAL E 
MONOMODO 
DUPLO - CADINHO MULTIMODO DE ÍNDICE DEGRAU E 
GRADUAL 
RODE IN TUBE MULTIMODO DE ÍNDICE DEGRAU 
EXTRUSÃO MULTIMODO DE ÍNDIDE DEGRAU 
 
 
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CAPÍTULO 4 
 
CARACTERÍSTICAS DE TRANSMISSÃO DAS FIBRAS ÓPTICAS 
 
DISPERSÃO 
 
A dispersão é o alargamento do pulso luminoso que viaja ao longo da fibra 
óptica.Esse alargamento limita a banda passante e consequentemente, a capacidade 
de transmissão de informação nas fibras. A velocidade das informações tem que ser 
de baixas taxas, o suficiente para assegurar que os pulsos não se sobreponham 
(orverlap) ( figura 4.1). O alargamento do pulso é causado pôr três tipos de 
dispersão: 
 dispersão modal 
 dispersão material 
 dispersão do guia de onda 
 
 
 
 
DISPERSÃO MODAL 
Este tipo de dispersão é provocado pêlos diferentes caminhos de propagação 
(modos) da luz e pôr conseqüência, o seu tempo de percurso no núcleo das fibras 
multimodos, o que já não ocorre na monomodo. Considerando-se em fibras 
multimodo de índice degrau, que todos os modos terão a mesma velocidade, existirá 
uma diferença máxima no tempo de percurso, entre o modo que se propaga 
exatamente no centro do núcleo e o modo próximo ao angulo crítico. Isto porque o 
modo próximo ao angulo crítico (alta ordem) percorre um caminho muito mais 
longo que o modo que se propaga ao longo do eixo da fibra (baixa ordem). Sendo 
assim, todos os modos intermediários a estes chegarão na extremidades final da 
fibra em tempos diferentes, alargando o pulso. 
O cálculo da diferença máxima dos tempos de chegada dos modos é dado pela 
seguinte fórmula: 
 = . t1 
 
Onde: 
t1 = é o tempo de propagação da luz no eixo da fibra. 
 = como vimos, é a diferença percentual entre os índices de refração do núcleo 
e da casca, que é dado pôr: 
 
 = n1 - n 2 
 
 
 
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 n1 
 
 
a dispersão modal é bastante reduzida em fibras com índice gradual, pois, devido 
ao seu perfil de índice de refração variável em função do raio, todos os modos terão 
suas velocidades de propagação alteradas. Desta forma, todos os modos chegarão na 
extremidade final quase ao mesmo tempo, pois a velocidade de propagação varia em 
função do índice de refração, obtendo-se assim velocidades maiores para modos de 
alta ordem e menores para os modos de baixa ordem. 
 
DISPERSÃO MATERIAL 
 
A dispersão material ocorre em todas as fibras, pois este tipo de 
dispersão, também chamada de cromática, é conseqüência da composição da 
matéria-prima da fibra e da largura espectral da fonte luminosa. 
Sendo o índice de refração e consequentemente a velocidade de 
propagação função do comprimento de onda, cada componente da fonte 
luminosa viaja com velocidade diferente, pois na realidade as fontes 
luminosas possuem uma certa largura espectral. 
Para diminuir a dispersão material é necessário diminuir a largura 
espectral das fontes luminosas e utilizá-las em fibras de baixa dispersão. 
Como pôr exemplo, o laser (que causa menor dispersão que o led ), sendo 
utilizado em fibras cuja matéria –prima é a sílica que próximo a 1300nm de 
comprimento de onda, apresenta uma dispersão mínima. 
No gráfico, da figura 4.2, podemos Ter uma idéia melhor da dispersão 
material, em função do comprimento de onda, para três tipos de fontes de 
luz. 
 
 
 
DISPERSÃO DO GUIA DE ONDA 
 
 
 
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 Este tipo de dispersão é mais significativo em fibras monomodo e 
ocorre em função da variação dos índices de refração do núcleo e da casca ao 
longo da fibra. A luz propaga-se com diferentes velocidades durante a 
trajetória. Outro fator que provoca este tipo de dispersão é também quanto à 
variação da dimensão do núcleo ao longo da fibra, pois a propagação de um 
modo é função do comprimento de onda da luz e do diâmetro do núcleo. 
 
 
 
ATENUAÇÃO 
 
 
A atenuação é uma das características de maior importância para o 
projeto de um sistema óptico. Ela representa a perda de potência óptica em 
um determinado lance da fibra óptica e é expressa em dB/Km, que pode ser 
calculada pela seguinte fórmula: 
 
Atenuação = 10 log Ps . 1 
 Pe L 
 
 
 
 
Onde: 
Ps  Potência óptica de saída 
Pe Potência de entrada 
L  Comprimento da fibra óptica em Km 
 
A atenuação varia em função do comprimento de onda da luz. As regiões de 
dentro do espectro eletromagnético são chamadas de janelas. A primeira geração das 
fibras ópticas opera na primeira janela que se compreende entre 820nm a 850nm. A 
Segunda janela onde a atenuação é baixa é a região correspondente a 1300nm. E a 
terceira janela corresponde a 1550nm. 
Regiões de alta perda e atenuação muito elevada corresponde a 730, 950 e 
1380nm. A curva da figura 4.3 ilustra a variação da atenuação em função do 
comprimento de onda. 
 
 
 
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As principais causas de atenuação das fibras ópticas são: 
 
 espalhamento 
 absorção 
 deformações mecânicas 
 
ESPALHAMENTO 
 
O espalhamento basicamente é causado pôr imperfeições ( de dimensões 
inferiores ao comprimento de onda da luz) da estrutura da fibra e se caracteriza pelo 
desvio da luz em várias direções (figura 4.4). 
Um dos tipos, o espalhamento Rayleigh, é causada pela variação da composição 
de fibra e densidade. 
Teoricamente, o espalhamento representa o menor limite de atenuação de uma 
fibra. E ele é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda 
(1/4). 
 
 
 
ABSORÇÃO 
 
A absorção é o processo pelo qual impurezas na fibra absorvem parte da energia 
óptica dissipa em forma de calor. Impurezas, a uma concentração de uma parte pôr 
bilhão, são suficientes para introduzir uma pequena atenuação. 
 
 
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Uma impureza que causa grande atenuação e é difícil de ser eliminada é o íon 
OH- (hidroxila). Além desta, outras impurezas absorvem a luz de acordo com o seu 
comprimento de onda ( figura 4.5). 
 
 
DEFORMAÇÕES MECANICAS 
 
Perdas causadas pôr deformações mecânicas podem ser resultantes de dois tipos 
chamados de microcurvatura e macrocurvatura. 
A microcurvatura (figura 4.6) é uma pequena deformação na fronteira entre o 
núcleo e a casca e pode ser provocada pôr qualquer força transversalmente aplicada 
na superfície da fibra, quando da sua fabricação, uso ou fabricação do cabo de fibra 
óptica. Para diminuir este tipo de deformação é necessário tomar certos cuidados 
quando do projeto e confecção de um cabo de fibra óptica, como veremos no 
próximo capítulo. 
 
 
Já, a macrocurvatura (figura 4.7) é provocada pela curvatura da fibra. Quando o 
raio de curvatura de uma fibra for de alguns centímetros, não provoca perdas 
consideráveis (dependendo do tipo de fibra) em função das pequenas dimensões da 
fibra. 
A ocorrência da perda é dada 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. 
 
 
26/40
 
 
 
PERDA PÔR REFLEXÃO FRESNEL 
Quando um feixe de luz é injetado em uma fibra, parte dele é refletido de volta à 
fonte luminosa. Essa reflexão é chamada de reflexão Fresnel e ocorre em função da 
diferença entre os índices de refração dos meios onde ocorre a propagação da luz. 
A reflexão Fresnel que ocorre entre o ar e a fibra pode ser definida pela seguinte 
equação: 
 2 
 n-1` 
 = 
 n+1 
 
 
Onde: 
 - é a reflexão de Fresnel 
 
n – é o índice de refração do núcleo da fibra 
 
Essa reflexão ocasiona uma perda no sinal luminoso transmitido, que é definida 
pôr: 
dB = 10 log (1-) 
 
A perda no sinal luminoso tem que ser considerada tanto na entrada da luz na 
fibra, como na saída, isto porque a reflexão Fresnel ocorre tanto na passagem da 
luz do ar para a fibra como da fibra para o ar (pág 4.8) 
 
 
 
 
 
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Se pôr exemplo, a luz passa do ar para uma fibra com índice de refração igual a 
1,5 a perda é aproximadamente 0,18dB. E a mesma ocorre quando a luz sai da 
fibra para o ar, totalizando 0,36dB de perda. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 5 
CABOS DE FIBRAS ÓPTICAS 
 
 Quando utilizamos na prática, as fibras ópticas necessitam de uma 
proteção para garantir suas características de transmissão. Sendo assim as fibrasrecebem, de acordo com a aplicação, uma série de revestimento para protegê-las 
do meio ambiente e de esforços mecânicos, que porventura venham a sofrer 
durante a instalação ou operação. O resultado é o cabo de fibras ópticas (figura 
5.1) cujas características diferem do cabo metálico convencional em função da 
fragilidade da fibra. 
 
 
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FUNDAMENTOS PARA CONSTRUÇÃO DE UM CABO DE FIBRAS 
ÓPTICAS 
 
Basicamente, ao se projetar um cabo de fibras ópticas é necessário considerar 
alguns fatores: 
(1· ) tipo de aplicação; 
(2· ) facilidade no manuseio, instalação e manutenção; 
(3· ) proteção da fibra quanto a alongamento, compressão, torção, curvaturas, 
etc; 
(4· ) degradação da fibra 
(5· ) manter as características da fibra dentro do maior intervalo de temperatura 
possível; 
(6· ) não rompimento da fibra. 
 
Como vimos no capítulo anterior, as microcurvaturas e macrocurvaturas 
provocam perda de parte da potência óptica transmitida em fibras. Diante disto, ao 
ser projetado um cabo de fibras ópticas, tem que se considerar um limite mínimo do 
raio de curvatura do cabo, para garantir a menor atenuação possível causada pôr 
macrocurvaturas. O gráfico da figura 5.2 ilustra a atenuação que ocorre na fibra 
óptica em função do raio de curvatura. 
 
 
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Já, as perdas pôr microcurvaturas podem ser reduzidas, utilizando-se um 
material macio como revestimento primário e bem liso para diminuir as tensões 
transversais sobre a fibra. Geralmente, as fibras recebem, durante a fabricação um 
revestimento primário de acrilato ou silicone, onde este último devido a sua 
aspereza recebe um revestimento secundário de nylon. 
Outra preocupação a se ter é quanto à fragilidade das fibras em função de 
microtrincas existentes em suas superfícies. Essas microtrincas surgem durante a 
fabricação das fibras e diminuem consideravelmente a resistência mecânica teórica 
das fibras. Pôr esse motivo, as técnicas de produção de um cabo de fibras ópticas 
diferem de cabos metálicos, pois requerem um grande controle nas tensões de 
puxamento, torções e curvaturas das fibras. E o cabo tem que apresentar uma 
grande resistência à tração, para evitar o rompimento das fibras durante o seu 
manuseio ou operação. 
Além da proteção mecânica quanto à tração das fibras, o cabo ,deve ser 
projetado para garantir a durabilidade das fibras, pois elas sofrem uma degradação 
(envelhecimento) causada pela propagação das microtrincas, quando expostas à 
umidade e calor, comprometendo sua vida útil. 
 
 ELEMENTOS DAS ESTRUTURASDOS CABOS DE 
FIBRAS ÓPTICAS 
 
Existem diversos tipos de cabos ópticos cujas estruturas variam em cada projeto, 
em função do trabalho exercido pelo cabo. Um dos elementos da estruturas de um 
cabo de fibras ópticas é o revestimento secundário da fibra que é de plástico 
extrudado. Este é classificado em dois tipos: 
 revestimento tipo loose (solto); 
 revestimento tipo tight (preso) 
 
outro elemento fundamental é o de tração que é responsável pela resistência 
mecânica do cabo. Toda força aplicada no cabo durante e após a sua instalação, 
deverá ser absorvida pôr ele de modo a garantir a vida útil das fibras. Esse elemento 
de tração pode ser dielétrico ou metálico desde que possua um elevado módulo de 
Young1, maior que a do cabo e seja flexível. 
E finalmente, outro elemento da estrutura do cabo de fibras ópticas é a capa que 
deve ser resistente aos efeitos de abrasivos, ácidos, solventes e etc. Dependendo do 
tipo do cabo, a capa pode ser formada pôr um ou mais tipos de materiais, podendo 
 
 
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ser inclusive metálicos, como pôr exemplo os cabos que são instalados diretamente 
enterrados (armados) que necessitam de uma capa de aço como revestimento. 
 
1 Módulo de Young ou módulo de elasticidade, constante de proporcionalidade entre a variação do comprimento de um 
corpo e a força que a produz. 
 
 
REVESTIMENTO TIPO LOOSE (SOLTO) 
 
Este tipo de revestimento secundário, basicamente, consiste de um tubo plástico 
de dimensões bem superiores à fibra, a qual fica solta dentro dele (figura 5.3). Sendo 
assim, as fibras não sofrem grande esforço transversal que dê origem a 
microcurvaturas. E para não sofrerem tensões de alongamento durante a fabricação e 
instalação, as fibras devem estar com um certo excesso dentro do tubo. Porém, este 
excesso deve ser controlado para não ser demasiado ou para não haver falta de fibra, 
causando assim perdas em função de variações térmicas (diferença entre os 
coeficientes de expansão térmica dos materiais). 
 
 
REVESTIMENTO TIPO TIGHT (PRESO) 
 
Este tipo de revestimento plástico é aplicado diretamente sobre a fibra, ficando 
esta presa à estrutura. Sobre esse revestimento é colocado um material macio que 
protege a fibra revestida, diminuindo os efeitos dos esforços transversais causadores 
das microcurvaturas (figura 5.4) 
 
 
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ALGUNS TIPOS DE CABOS DE FIBRAS ÓPTICAS 
 
Existem, atualmente, diversos tipos de cabos de fibras ópticas, todos projetados 
com o objetivo de atender a diversas aplicações. Como pôr exemplo, cabos ópticos 
aéreos, armados, submarinos, etc. Enfim os tipos de cabos variam quanto a sua 
estrutura e número de fibras para interligar sistemas em diversas circunstâncias. 
Os cabos mais simples, também chamados de cordões ópticos, são fabricados 
para serem aplicados em instalações simples e internas que não requerem grande 
proteção para fibra. Como o cordão simplex ou monofibra (figura 5.5), que é 
utilizado em transmissões unidirecionais (simplex), interligando um transmissor a 
um receptor (figura 5.6). 
 
 
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Além dos cordões monofibra, existem também os cordões bifibra ou duplex 
(figura 5.7) utilizados em transmissões bidirecionais (duplex) ( figura 5.8). 
 
 
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() 
 
Estes dois tipos de cordões geralmente possuem fibras com revestimento tipo 
tight e utilizam FRP (Fiber Reinforced Plastics), ou Kevlar1, como materiais de 
camada macia de proteção. 
Outros tipos de aplicações podem exigir cabos mais robustos e com um grande 
número de fibras. Como pôr exemplo, o cabo óptico loose com tubos plásticos 
encordoados helicoidalmente em torno de um elemento metálico de tração (figura 
5.9) 
1 Kevlar é o produto da DuPont Chemical Corporation 
 
 
 
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Ou ainda, o cabo óptico tipo tight com elemento central de tração, sobre o qual 
são encordoados vários grupos de fibras também chamadas de unidades, onde todos 
são protegidos pôr uma capa de fitas de alumínio estrudadas com polietileno (capas 
APL) (figura 5.10). 
 
 
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Geralmente, esses cabos, cuja instalação típica é em dutos, possuem como capa 
o PVC. 
Os cabos ópticos loose podem ter mais de uma fibra pôr tubo e estes podem ser 
preenchidos pôr um gel (à base de petróleo) que serve tanto para lubrificar as fibras, 
diminuindo assim o atrito com as paredes internas dos tubos, como contra a umidade 
(figura 5.11). 
 
Para instalações de longas distâncias e que requerem um grande número de 
fibras, existem os cabos de alta densidade. Esses cabos são constituídos pôr feixes 
de fibras em forma de fitas e podem conter algumas centenas de fibras. 
 
 
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CAPÍTULO 6 
 
 
 
37/40
 
EMISSORES ÓPTICOS 
 
Os sistemas de transmissão pôr fibras ópticas necessitam de dispositivos 
(transdutores) para converter sinais elétricos em sinais ópticos e vice-versa. 
O emissor óptico nada mais é do que um transdutor, que converter sinais 
elétricos em sinais ópticos. 
O emissor óptico pode ser um LED ou um diodo LASER, que emite luz quando 
atravessado pôr uma corrente elétrica. 
Devido aos avanços obtidos na tecnologia dos semicondutores, os LED’s e os 
LASER’s são hoje minúsculos chips semicondutores com custo relativamente 
baixo, que assim, viabilizam o emprego crescente dos sistemas de comunicações 
ópticos. 
 
SEMICONDUTORES 
 
Os semicondutores são materiais que possuem característicasintermediárias ao 
condutores ( cobre) e aos isolantes ( borracha). Como exemplos de semicondutores, 
temos, o silício e o germânio que são bem conhecidos. 
Para entendermos o funcionamento dos emissores ópticos e detetores ópticos 
(capítulo 7) será necessário revisarmos antes, alguns conceitos sobre a estrutura 
atômica dos materiais. 
O átomo é formado pôr um núcleo (prótons e neutrons) em torno do qual existe 
uma nuvem de elétrons. 
Os elétrons giram ao redor do núcleo em camadas, figura 6.1. Sendo que cada 
camada possui um número máximo de elétrons. 
 
CAMADAS MÁXIMO DE ELETRONS 
K 2 
L 8 
M 18 
N 32 
O 32 
P 18 
Q 8 
 
 
 
 
38/40
 
 
 
A camada mais externa do átomo é chamada de banda de valência, que quando 
completa apresenta no máximo 8 elétrons . 
Quando um elétron é retirado de um átomo ( o elétron sai da banda de valência), 
ele se torna um elétrons livre. E quando isto ocorre dizemos que este elétron passou 
para a banda de condução podendo se movimentar pela estrutura molecular do 
material. 
Para um elétron saltar de uma banda para outra, deve haver a absorção ou 
emissão de energia pelo elétron, ou seja, para um elétron passar da banda de 
valência para a banda de condução, deve-se fornecer energia externa ao elétron. E 
quando um elétron passa da banda de condução para a banda de valência, há a 
emissão de energia pelo elétron. 
A figura 6.2 mostra a emissão e absorção de energia (fóton), quando ocorre o 
salto do elétron entre as bandas de valência e condução. 
 
 
39/40
 
 
Na absorção , um fóton de luz fornece sua energia
1
 , 
Eg = h.f = E2 – E1 
 
para um elétron saltar da banda de valência para a banda de condução (banda de 
maior energia), deixando na banda de valência uma lacuna. Assim , ocorre nos 
detetores ópticos. 
Na emissão espontânea, um elétron na banda de condução em movimento 
aleatório volta para a banda de valência (banda de menor energia), ocupando uma 
lacuna, liberando energia na forma de um fóton (luz). É o que ocorre nos LED’s. 
E na emissão estimulada, um fóton estimula um elétron, na banda de condução, 
a retornar para a banda de valência, com emissão de outro fóton. É o que acontece 
nos diodos LASER’s. 
 
LED 
 
O LED (Light Emitting Diode), diodo emissor de luz, é uma junção p-n 
semicondutora que emite fótons (luz), quando polarizada diretamente os elétrons 
livres da região n, movem-se em direção às lacunas da região p, assim quando 
ocorre a recombinação entre elétrons e lacuna (o elétron passa da banda de 
condução para a banda de valência), há a emissão espontânea de um fóton (figura 
6.3). 
 
1 A energia E contida em um fóton e: 
 E= h . f 
Onde: 
f é a freqüência 
h é a constante de Planck, que vale 6,63 . 10-34 J.s 
 
A equação mostra que a energia do fóton é proporcional à freqüência ( ou 
comprimento de onda) 
 
 
40/40
 
 
 
 
Sendo o comprimento de onda do fóton emitido, proporcional à diferença entre 
níveis de energia da banda de condução e da banda de valência : E2 – E1, chamada 
energia de banda gap (Eg) ou banda proibida. 
Assim, o comprimento de onda ( ) do fóton é igual a: 
 
 = h. c 
  E2 – E1 
 
 = 1,24 
 Eg 
 
Onde: 
 = comprimento de onda, em m. 
Eg Energia da banda gap, em eV 
h.c = 1,24 
Pôr exemplo, para diodos de arsenieto de gálio (Ga As), Eg = E2 – E1 = 1,43 
eV; portanto   0,87 m. E para diodos de fosfato de índio (InP). Eg = 1,35eV; 
assim   0,92 m. 
O LED apresentado na figura 6.3 é chamado de homojunção, pois a junção p-n é 
formada pôr um único material semicondutor. 
Os LED’s de homojunção são emissores de superfície, ou seja, a luz gerada é 
emitida na direção perpendicular ao plano da junção figura 6.4.