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Centro de Formação Tecnologico do ITEL (CFITEL). Bairro CTT, Km 7- Rangel – Luanda - Angola www.itel.co.ao. E-mail: formacao.formacao@cfitel.gov.ao Versão 1.5 Autor: Dionísio Fama Noque CENTRO DE FORMAÇÃO TECNOLÓGICO DO ITEL –CFITEL. Testes e Emendas de Fibras Ópticas Formador: Dionísio Fama Noque. dionisiofama@hotmail.com Todos os direitos reservados pelo autor. Em nenhuma circunstância esse material poderá ser reproduzido ou transmitido sejam quais forem os meios usados: electrônicos, mecânicos, fotográficos ou quaisquer outros. mailto:dionisiofama@hotmail.com Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 2 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Índice 1.0.Introdução 2.0.Transmissão nas fibras ópticas 3.0.Fundamentos das fibras ópticas 4.0.Vantagens da fibra Óptica 5.0.Desvantagens da fibra óptica. 6.0.Noções Básicas da óptica 7.0.Divisão do estudo da óptica. 7.1.Fenômenos da Óptica Geométrica 7.1.2.Reflexâo da luz 7.1.3.Refraçâo 7.1.4.Refraçâo da luz 7.2.Confinamento da luz na fibra 7.3.Reflexão total 8.0.O Espectro Eletromagnético 9.0.Tipos De Fibras Ópticas 9.1.Estrutura Básica Da Fibra Óptica 9.2.Cabos ópticos. 10.0.Fontes De Luz 10.1.Comprimento de Onda 10.2.Modulação 10.3.Diferença entre LEDs e Lasers 11.0.Atenuação 12.0.Capacidade de Informação 13.0.Conectores 13.4.TIPOS DE CONECTORES 15.0.Emendas De Fibras Ópticas 15.1.TIPOS DE EMENDAS 15.3.ATENUAÇÃO EM EMENDAS ÓPTICAS 15.4.Reflexão de Fresnel 16.0.RETROESPALHAMENTO 16.1.Espalhamento Rayleigh. 17.0.Testes Em Fibras Ópticas 17.1.Teste de identificação e continuidade 17.2.Teste de Perda de potência 17.3.Testes com o OTDR 18.0.Zona Morta 19.0.Eventos que podem ser detectados através do tracer do OTDR. 20.0.Medidas De Atenuação 20.1.Verificação De Enlaces De Fibras Ópticas 25.0.Bibliografia. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 3 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao 1. INTRODUÇÃO A comunicação com fibra óptica tem suas raízes nas invenções do século XIX. Um dispositivo denominado Fotofen convertia sinais de voz em sinais ópticos utilizando a luz do sol e lentes montadas em um transdutor que vibrava ao entrar em contato com o som. A fibra óptica em si foi inventada pelo físico indiano Narinder Singh Kanpany, ela se tornou mais prática, durante os anos 60 com o surgimento das fontes de luz de estado sólido, raio lazer e os LEDs (do inglês light-emitting diodes), e das fibras de vidro de alta qualidade com poucas impurezas. As companhias telefônicas foram as primeiras a se beneficiar do uso de técnicas de fibra óptica em conexões de longa distância. Em meados da década de 80 foram estendidos nos Estados Unidos e no Japão, milhares de quilômetros de cabos ópticos para estabelecer comunicações telefônicas. As fibras ópticas são ainda usadas em vários equipamentos médicos projetados para examinar o interior do corpo, uma vez que as imagens transmitidas podem ser ampliadas e manipuladas para permitir uma observação mais detalhada de cavidades do organismo. Recorre-se também à fibra óptica nos estudos de física e engenharia nuclear para a visualização das operações que se realizam na inspeção do núcleo dos reatores. As Fibras Ópticas são fios finos feitos de sílica, silicone, vidro, nylon ou plástico, que são materiais dielétricos (isolantes elétricos) e transparentes para a faixa do espectro da luz visível e infravermelho próximo. São guias de onda e podem ser informalmente entendidas como "encanamentos de luz": A luz aplicada a uma das extremidades percorre a fibra até sair pela outra extremidade, podendo este percurso atingir centenas de quilômetros sem a necessidade de que o sinal seja regenerado ou amplificado. Cada metade do cabo de fibra óptica é composta de camadas de material. Na parte externa, uma cobertura plástica deve obedecer às normas de construção no prédio e aos códigos de proteção contra incêndio para que o cabo inteiro fique protegido. Sob a cobertura, uma camada de fibras Kevlar (também usada em coletes à prova de bala) amortece impactos e proporciona maior robustez. Sob as fibras de Kevlar, outra camada de plástico denominada capa dá proteção e amortecem impactos. Alguns cabos de fibra óptica projetados para entrarem em contato com o solo devem conter fios de aço inoxidável ou de outro material que proporcionam maior robustez. Todos esses materiais protegem o fio de vidro. Os dados percorrem o centro de cada fio de fibra de vidro denominado núcleo. A luz de um diodo ou lazer entra no núcleo através de uma das extremidades do cabo e é absorvida por sua parede (um fenômeno denominado reflexão total interna). As fibras Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 4 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao ópticas são atualmente as maiores responsáveis pelas revoluções ocorridas nas telecomunicações. Elas têm tomados os lugares dos cabos metálicos na transmissão de dados e têm capacidade de transmitir uma quantidade enorme de informações com confiabilidade e velocidade incríveis. 2. Fundamentos das Fibras Ópticas Actualmente no mercado existem vários tipos de fibras ópticas, e elas têm características diferentes. Muitos tipos distintos estão disponíveis, projetados para aplicações especificas e podem ser usadas em conjunto ou individualmente. As fibras ópticas individuais são usadas em virtualmente todas as aplicações de comunicações e para muitos outros propósitos. Cada fibra é separada opticamente das outras fibras apesar de muitas fibras separadas poderem ser acondicionadas em um cabo comum. Muitas fibras são feitas de vidro, plásticos ou vidro isolado por plástico; algumas fibras especiais são feitas de outros matérias exótico composto fluorídrico. As fibras padrão são flexíveis, mas um pouco duras; a flexibilidade depende do diâmetro da fibra. As fibras costumam ser comparadas a cabelos humanos, mas qualquer um que tenha pensado nessa comparação deve ter tido cabelos bem duros ou fibras plásticas muito finas. As fibras de comunicação são mais grossas até do que o mais espesso fio de barba que um homem possa ter do mesmo comprimento. Uma comparação melhor seria a linha de pesca mono filamento. Ao contrario dos fios, as fibra retornam à sua forma original depois de serem dobradas. 3. Vantagens das Fibras Ópticas Baixa atenuação A fibra óptica apresenta uma perda de potência por quilometro muito menor do que os sistemas que utilizam cabos metálicos, guias de ondas ou transmissão não física (espaço livre). Exemplo: Um cabo coaxial operando em 5 GHz pode apresentar perda superior a 100 dB/Km, enquanto as modernas fibras ópticas apresentam uma perda de 0,1 a 0,25 dB/Km, operando nos comprimentos de onda de 1,55 e 1,31 micrometros (µm) respectivamente. Nos sistemas radioelétricos operando na faixa de micro-ondas com antenas parabólicas de alto ganho, a perda por quilometro é menor do que nos sistemas a cabos coaxiais ou a guias de onda, mas ainda assim, muito maiores do que nos sistemas de fibras ópticas. Isto significa que é necessário uma quantidade menor de repetidores para a cobertura total do enlace. Alem disso, podemos aumentar ainda mais o enlace óptico com a utilização de amplificadores ópticos, se for necessário. Maior capacidade de transmissão Na transmissão por fibras ópticas as portadoras possuem frequência na faixa de luz, valores na casa de centenas de terahertz. Este facto permite que se preveja a Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 5 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao possibilidade de elevadíssimas velocidades de transmissão a uma taxa de centenas ou mesmo milhares de megabits/segundo.Esta propriedade implica um grande aumento na quantidade de canais de voz sendo transmitido simultaneamente. A capacidade pode ser aumentada ainda mais utilizando-se da técnica de multiplexagem em comprimento de onda, na qual vários comprimentos de onda são transmitidos pela mesma fibra óptica, cada um transportando diversos canais de voz com modulação. Redução nas dimensões e no peso dos cabos. O diâmetro externo da fibra óptica é muito menor do que o dos cabos coaxiais convencionais das faixas de microondas tipicamente, uma fibra óptica possui um diâmetro próprio de 125 μm, isto é, pouco mais de 1/10 de milímetro. Com o acréscimo de camadas de proteção, o diâmetro final pode alcançar entre 0,5 mm e 1 mm, dependendo da técnica de fabricação e do tipo de fibra óptica. Resulta pois, em um peso muito reduzido, maior flexibilidade mecânica, menor espaço para instalação, menor custo de transporte e armazenagem. Condutividade elétrica nula A fibra óptica é constituída de vidro altamente transparente com elevadíssima resistência elétrica. Portanto, não necessita ser alterada nem protegida contra descargas elétricas. Além do aspecto da segurança no manuseio durante a instalação, na manutenção e na operação a fibra é capaz de suportar elevadíssimas diferenças de potenciais elétricos sem riscos para o sistema. Qualidade na transmissão Como resultado imediato da imunidade as interferências eletromagnética, os sistemas baseados a fibra garantem uma qualidade de transmissão com varias ordens de grandeza melhores do que os enlaces de microondas ou com cabos coaxiais e guias de ondas. O padrão básico em um sistema de comunicações digitais empregando fibras ópticas estabelece uma taxa de erro de bit de 10 -9 , sendo o valor 10 -11 ou mesmo melhor um objetivo normalmente alcançado. Trata-se de uma qualidade significativamente superior à dos sistemas convencionais, onde os valores típicos situam-se entre 10 -5 e 10 - 7 para a taxa de erro de bit. Sigilo na Transmissão Da mesma forma que o sinal óptico guiado não sofre interferências externas, não poderá também perturbar um sinal próximo, a não ser que haja um contacto físico ou que a fibra tenha sofrido algum tipo de deformação. Em condições normais de propagação a luz não é irradiada pela fibra óptica, não podendo ser captada por um equipamento externo. Uma das principais conseqüências desta vantagem é a garantia de um sigilo quase absoluto para informação transmitida. O sistema fica particularmente interessante para comunicações militares, transmissão de dados entre bancos e Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 6 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao quaisquer outras aplicações onde o sigilo seja de importância fundamental para a eficiência da comunicação. Facilidade de obtenção da matéria prima A fibra óptica é construída a partir da sílica (SiO2), um dos materiais mais abundantes da terra. Para se ter uma idéia a sílica é o principal componente da areia. Infelizmente, não é conveniente do ponto de vista tecnológico a fabricação da fibra óptica a partir desse material. Utiliza-se normalmente o quarto cristalino, do qual existem gigantescas reservas no mundo. Largura de faixa e extensão do enlace As fibras ópticas modernas apresentam largura de faixa muito grande (multigigahertz x quilômetros) com baixa atenuação (inferior a 0.3 dB/Km, no caso das fibras monomodo operando em comprimentos de onda de 1,3 μm ou 1.55 μm). Por estas características, os sistemas a fibra são os que apresentam o menor custo por quilometro por canal instalado. Imunidade as interferências eletromagnéticas. Sendo um meio altamente isolante, não é possível a indução de correntes na fibra óptica por quaisquer sinais que estiverem próximos. Por conseguinte, a transmissão é completamente imune às interferências eletromagnéticas externas. Isto permite sua instalação em ambientes altamente ruidosos do ponto de vista eletromagnético sem que cause qualquer deterioração na qualidade de sua transmissão. Esta propriedade permitiu o desenvolvimento de cabos especiais de fibras ópticas que acompanham paralelamente as linhas de transmissão. 4. Desvantagens da fibra óptica. Embora as características vantajosas das fibras ópticas superem em muito suas desvantagens, alguns efeito indesejáveis devem ser conhecidos, a fim de que se possa orientar adequadamente a sua utilização. Custo elevado para sistemas de pequenas larguras de faixa. A redução no custo de um sistema óptico só é sentida quando puderem ser aproveitadas sua elevada capacidade de transmissão e pequena atenuação. Isto é, ao se empregar uma fibra de baixa atenuação e grande largura de banda em um sistema de pequena distância e baixa capacidade o seu custo pode ser superior aos que empregam cabos de cobre. Só se justificaria nos casos em que as outras propriedades da fibra óptica fossem exigidas, como por exemplo, imunidade as interferências eletromagnéticas. Dificuldades nas emendas e conectores. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 7 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Frequentemente, os cabos de fibras ópticas necessitam ser emendados para a complementação de um determinado enlance. Isto exige uma tecnologia incomparavelmente mais sofisticada do que a tradicionalmente aplicada nos cabos com condutores de cobre. Já existem equipamentos que permitem a execução rápida da emenda da fibra. O sistema mais comum é o que emprega a maquina de fusão por arco voltaico, capaz de executar uma ligação entre duas pontas da fibra quase perfeita. Todavia, o seu custo é bastante elevado dado o valor muito baixo da perda final que deve garantir a emenda. Para a ligação dos conectores, têm-se dificuldades semelhantes. A precisão mecânica deve ser bastante rigorosa e o componente tem de dispor de recursos que facilitam o alinhamento correto da fibra óptica. A colocação e fixação nas extremidades exigirão ferramentas especializadas, sem as quais corre-se o risco de se aumentar as perdas de potência nesses pontos. Embora que hoje em dia a emenda mecânica não seja utilizada no campo devido o elevado grau de atenuação apresentado e pelo facto da emenda mecânico não apresentar as perdas ou atenuação depois da emenda- A emenda mecânica é usado frequentemente nos dias de hoje em academias de estudo e pesquisa. Absorção de hidrogênio. Pode ocorrer difusão de moléculas de hidrogênio para o interior da sílica, acarretando alterações em suas características de transmissão. Será afetada principalmente a atenuação do sinal guiado. O aumento da perda é devido principalmente a dois fatores. Em primeiro lugar, moléculas de hidrogênio que não reagem com a sílica absorvem parte da energia da luz em movimento de vibração dentro do vidro. Em segundo lugar, o hidrogênio pode reagir com a sílica formando íons hidroxilas acumulados em determinados pontos do vidro. A concentração desses íons depende da composição da fibra, da temperatura e da pressão do gás hidrogênio. A perda apresenta um valor Máximo em um comprimento de onda de 1,24μm e este Máximo esta diretamente ligado a pressão do gás. As fibras multímodo, cujo núcleo possui um grande diâmetro em relação ao comprimento de onda da luz transmitida e é dopado com uma taxa elevada de fósforo, são mais sensíveis a este problema. Nas fibras mono modos que possuem diâmetros de núcleos muito menores, em geral este efeito é desprezível. Sensibilidade a irradiação Quando bombardeada por partículas nucleares de grande energia a fibra óptica fica opaca, dificultando a transmissão da luz. Ao ser submetido a uma irradiação de alta intensidade, primeiramente a fibra óptica brilha e logo em seguida escurece rapidamente. Cessada a irradiação, a perda na transmissão vai se reduzindo gradativamente, mas estabiliza-seem um valor intermediário maior do que o existente antes do evento. Ou seja, ocorre um dano permanente no guia óptico. A rapidez com que a fibra tende a recuperar as características de transmissão depende da temperatura, levando um tempo menor em temperaturas mais elevadas. O valor final da atenuação Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 8 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao depende do tipo e da quantidade de dopante utilizados no vidro com o qual a fibra é construída. As fibras com núcleo de sílica levemente dopada com GeO2 (óxido de Germânio), ou mesmo sem dopagem são menos afetadas. A influência será maior nos comprimentos de ondas de menos atenuação da fibra, como por exemplo, em 1,3μm ou 1,55μm. A escolha da frequência A transmissão e a detecção em um sistema a fibras ópticas devem ser feitas em certos comprimentos de onda, fixados pelas características das fontes de luz dos fotodetectores e pelas faixas que permitem baixa atenuação e baixa dispersão nas fibras ópticas. Assim sendo, em sistemas de comunicações ópticas não é possível, por enquanto, ajustar-se a frequência de operação a qualquer valor que seja mais conveniente. Nos sistemas tradicionais esse parâmetro é facilmente controlado variando-se alguns elementos dos circuitos que comandam um oscilador eletrônico no receptor. Não permitir mobilidade. Considerando que actualmente a mobilidade dos usuários é um pré-requisito para diversas aplicações que utilizam sistemas de telecomunicações, a aplicação de fibras ópticas se restringe a interligar os equipamentos e as estações que fornecem estes serviços. 5. Noções Básicas da óptica O funcionamento das fibras ópticas depende de princípios básicos da óptica e a interação da luz com a fibra. Do ponto de vista físico, a luz pode ser vista como onda eletromagnética ou como fótons. Trata-se da famosa dualidade onda-partícula da física moderna. Ambos os pontos de vista são validos e valiosos, mas o ponto de vista mas útil para a óptica costuma ser considerar a luz como raios viajando em linhas retas entre ou dentro de elementos ópticos, que podem refletir ou refratar raios de luz em suas superfícies. Devido à grande diversidade de fenômenos luminosos, por razões didáticas, convencionou-se dividir o estudo da óptica em duas partes: 1 – Óptica geométrica: Estuda os fenômenos que são explicados sem que seja necessário conhecer a natureza do agente físico luz (comprimento de onda, velocidade, etc.). Ex: a reflexão e a refração. 2 – Óptica física: Estuda os fenômenos cuja compreensão e elaboração de leis só são possíveis com o conhecimento da natureza do agente físico. Ex: interferência, polarização, difração e dispersão. No estudo da óptica geométrica os fenômenos mais importantes são o da reflexão e o da refração. Quando um feixe de luz atinge a superfície de separação entre Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 9 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao dois meios. Podem ocorrer: REFLEXÂO, fenômenos que consiste no fato de a luz voltar a se propagar no meio de origem, obedecendo a determinadas leis. REFRAÇÂO, fenômeno que consiste no fato de a luz passar de um meio para outro diferente, obedecendo a determinadas leis (fig.1). ABSORÇÂO, a luz é absorvida na fronteira e então a energia radiante se transforma em térmica. Figura 1. Confinamento da luz na Fibra. Onde: θi (ângulo incidente); θr (ângulo refratado); θ (ângulo refletido). Reflexâo da luz O fenômeno da reflexão da luz é regido por duas leis que podem ser verificadas teórica e experimentalmente. 1ª Lei da reflexão: “O raio de luz incidente, a reta normal e o raio de luz refletido pertencem a o mesmo plano”. 2ª lei da reflexão: O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência, da fig.,θi = θ . Refraçâo É a passagem da luz de um meio para outro opticamente diferente. Nessa passagem, a velocidade de propagação da luz (v) necessariamente se altera. A frequência (f) não se altera, fato observado em qualquer onda. O comprimento de onda (λ) altera-se proporcionalmente á velocidade, pois v = λ.f. A alteração da velocidade de propagação provoca em geral um desvio da luz. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 10 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao A refração é regida por duas leis: 1ª Lei da refração “O raio de onda incidente, a normal a fronteira e o raio refratado pertencem ao mesmo plano”. 2ª Lei da refração: “A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é igual ao índice de refração do meio 2 relativo ao meio 1”. (Lei de Snell) (1) O índice de refracção é definido como a razão entre a velocidade da luz no vácuo (constante para todos os comprimentos de onda) e a velocidade da luz no material . Assim, a luz viaja mais rapidamente por um meio que apresenta n menor e mais lentamente por um meio que apresenta n maior. Para o calculo de índice de refração é usada a seguinte formula. (2) Onde: n => índice de refracção; c => velocidade da luz no vácuo. A velocidade da luz no vácuo (c), igual a 3.10 8 m/s e (v) é a velocidade da luz no meio em questão. Como a velocidade de propagação da luz é maior no vácuo do que em qualquer outro meio material (c>v), pela formula acima concluímos que o índice de refracção (n) é sempre maior que 1, como pode ser observado na tabela 1. Tabela 1. Índice de refração e velocidade da luz de alguns meios. Meio Índice de refração (n) Velocidade da luz v(Km/s) Vácuo 1 300,000 Ar 1,0003 300,000 Água 1,33 225,000 Vidro 1,5 200,000 Diamante 2,0 150,000 Arseneto de gálio 3,6 83,000 O índice de refração na fibra é aproximadamente 1,5 tanto no núcleo quanto na casca, sendo ligeiramente maior no núcleo. O vidro pode ter seu índice de refração modificado, bastando para isso, alterar sua composição. Esta capacidade é muito importante na fabricação da fibra óptica. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 11 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao 6. Confinamento da luz na fibra A luz ao se propagar pela fibra sofre continuas reflexões internas, uma vez que há materiais diferentes na sua composição. A luz é confinada principalmente em seu núcleo pelo processo de reflexão interna total, isso ocorre quando o ângulo de incidência for igual ou maior do que o ângulo critico na interface do núcleo com a casca. O fenômeno ocorrerá sempre que o índice de refração do núcleo da fibra for maior que o índice de refração da casca. Quando a luz incide na fronteira de separação entre dois meios, parte da onda é refletida e parte refrata. A quantidade de luz refletida é tanto maior quanto maior for o ângulo de incidência. Consideremos que um raio de luz passe de um meio com índice de refração n1, para um meio com índice de refração n2. E que n1>n2. À medida que o ângulo de incidência aumenta, chega-se a uma situação em que o raio refratado sai a 90º. Para ângulos de incidência maiores que este ângulo critico, não existe raio refratado, ocorrendo um fenômeno chamado reflexão total. O ângulo critico é o ângulo a partir do qual a luz será totalmente refletida para o meio 1. No caso da fibra será totalmente refletido para o núcleo. Pela lei de Snell podemos determinar o ângulo critico fazendo o ângulo refratado igual a 90º, ou seja: (θ ) ( ) ( ) (3) 7. Estrutura Básica Da Fibra Óptica Devido a sua fragilidade, a fibra óptica é revestida de elementos que lhe dão sustentação, permitindo-lhe maior flexibilidade e facilitando o seu manuseio. O material mais utilisado para este finalidade é o acrilato e o diâmetro deste revestimento é de 250 μm como pode ser observado na figura. O acrilato é também utilizado paranumeração das fibras de um cabo óptico, através de um código. Os cordões ópticos utilizados para interligar os cabos ópticos aos equipamentos, possuem uma terceira camada de revestimento. Esta terceira é de nylon e possui 900μm de diametro. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 12 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Figura 2. Estrutura básica da fibra óptica. Segundo o número de modos guiados as fibras ópticas são classificadas em: Multímodo (MM – Multimode) e Monomodo (SM – Singlemode). A Fibra do tipo monomodo, em função da variação do índice de refração no seu núcleo ela pode ser de índice degrau ou gradual. Comparação entre as fibras multímodo e mono modo Multimodo: o Permite o uso de fontes luminosas de baixa ocorrência tais como LEDs. o Maior diametro, facilitando o acoplamento de fontes luminosas e requerem pouca precisão nos conectores. o Muito usado para curtas distâncias pelo preço e facilidade de implementação, pois a longa distância tem muita perda. Figura 3. Fibra multímodo. http://pt.wikipedia.org/wiki/LED Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 13 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Monomodo: o Permite a propogação um único modo na fibra. o Dimensões menores que os outros tipos de fibras. o Maior banda passante por ter menor dispersão. o Geralmente é usado laser como fonte de geração de sinal. o Usado para longas distâncias pelo preço e facilidade de implementação, pois a longa distância possui pouca perda com relação a outros tipo de fibra. Figura 4. Fibra monomodo índice degrau. Basicamente a diferença entre as fibras esta no seu diâmetro do núcleo, e o mesmo varia em torno de 8 a 10 μm para as fibras monomodo e de 50 a 62,5 μm para as fibras multímodo. Por ser muito pequeno o diâmetro de uma fibra fica difícil ou até mesmo impossível identificar o tipo de fibra. Normalmente a identificação da fibra é fornecida pelo fabricante. Como são muitos os fabricantes de cabos ópticos, existe uma grande variedade de cabos. Os modelos de cabos ópticos variam entre fabricantes e pelo numero de fibras que eles suportam. Na figura 5 temos o exemplo de um modelo de cabo com 36 fibras. As fibras estão distribuídas nas unidades básicas, formando grupos independentes de 6 fibras cada, obedecendo a seguinte gama de cores : 1 (verde); 2 (Amarela; 3 (Branca); 4 (Azul); 5 (vermelha); 6 (Violeta). http://pt.wikipedia.org/wiki/Laser Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 14 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Figura 5. Corte transversal de um cabo com capacidade para 36 fibras. As unidades básicas ou tubetes, obedecem também a uma sequência de cores para facilitar a numeração das fibras no cabo. Para o exemplo da figura 5, temos 6 tubetes (grupos de fibras) distribuidos em 3 cores (Verde, Amarelo e Branco). A tabela 2 ilustra a numeração das fibras do cabo da figura 5. É necessario identificar seguindo um padrão de cores para os tubetes e para as fibras. Os códigos de cores podem variar entre empresas ou paises. Assim, não se tem um código de cores mundial para identificação das fibras. Tabela 2. Código de cores para cabos com 36 fibras. Padrão ABNT Tubete 1ª Verde 2ª Amarelo 3ª Branco 4ª B 5ª B 6ª B Fibra 1-verde 7-verde 13-verde 19-v 25-v 31-v Fibra 2-amarela 8-amarela 14-amarela 20-a 26-a 32-a Fibra 3-branca 9-branca 15-branca 21-b 27-b 33-b Fibra 4-azul 10-azul 16-azul 22-az 28-az 34-az Fibra 5-vermelha 11-verm. 17-verm. 23-ver 29-ver 35-ver Fibra 6-violeta 12-violeta 18-violeta 24-vio 30-vio 36 vio Tabela 3. Código de cores para cabos com 144 fibras. Padrão EIA598-A Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 15 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Em caso de grupos de 12 fibras o código para as unidades básicas é o mesmo que as de 6 fibras, alterando somente o código das fibras. Tabela 4. código de cores para cabos com 12 fibras ópticas. Padrão ABNT Fibra Cor 1 Verde 2 Amarela 3 Branca 4 Azul 5 Vermelha 6 Violeta 7 Marrom 8 Rosa 9 Preta 10 Cinza 11 Laranja 12 Água marinha Tabela 5. Código de cores para cabos com 288 fibras. Padrão EIA598-A Nª Tubo Cor tubo Fibra 1 Azul 01-12 2 Laranja 13-24 3 Verde 25-36 4 Marrom 37-48 5 Cinza 49-60 6 Branco 61-72 7 Vermelho 73-84 8 Preto 85-96 9 Amarelo 97-108 10 Violeta 109-120 11 Rosa 121-132 12 Azul Oceano 133-144 13 Azul 145-156 14 Laranja 157-168 15 Verde 169-180 16 Marrom 181-192 17 Cinza 193-204 18 Branco 205-216 19 Vermelho 217-228 20 Preto 229-240 21 Amarelo 241-252 22 Violeta 253-264 23 Rosa 265-276 24 Azul Oceano 277-288 Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 16 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Os cabos de fibras ópticas têm em sua capa protetora uma nomenclatura para facilitar a identificação do cabo. Normalmente essa nomenclatura permite identificar o tipo de cabo, a aplicação do mesmo (áereo ou subterrâneo), o numéro de fibras do cabo entre outros parâmetros pertinentes para o manuseio do cabo. Embora em Angola não exista um órgão que possam patronizar e regular os modos de implementação de fibra óptica, no entanto a maior parte das empresas de telecomunicações utilizam o padrão de cor EIA598-A, para redes FTTN, outras empresa embora pouca utilizam o padrão ABNT para redes FTTH. Nomenclatura para cabos em Dutos ou Enterrados CFOA-X-Y-G-Z C- Cabo; F- fibra; O- Óptica; A- Revestimento da fibra “Acrilato”; X- tipo de Fibra: MM-Multimodo, SM- Monomodo. Y- Aplicação do cabo: DD-Duto; DE-Enterrado; DPE- Protegido Enterrado. G- Núcleo geleado. Z- Numeros de fibras ópticas. Nomenclatura para cabos Aéreos CFOA-X-ASY-G-Z C- Cabo; F- fibra; O- Óptica; A-Revestimento da fibra “Acrilato”; X- tipo de Fibra: MM-Multimodo, SM- Monomodo, DS- Dispersão deslocada. AS- Auto sustentado Y- Vão máximo sustentado: 80m, 120m, 200m. G- Núcleo geleado. Z- Numeros de fibras ópticas. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 17 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Nomenclatura para cabos Internos CFOI-X-Y-Z C- Cabo; F- fibra; O- Óptica; I-Interno; X- tipo de Fibra: MM-Multimodo, SM- Monomodo, DS- Dispersão deslocada. Y- Núcleo do cabo: MF- Monofibra, UB- Unidade Básica. Z- Numeros de fibras ópticas. Nomenclatura para cordões ópticos. COA-X-MF C- Cordão; O- Óptica; A-Revestimento da fibra “Acrilato”; X- tipo de Fibra: MM-Multimodo, SM- Monomodo, DS- Dispersão deslocada. MF- Monofibra. Interpretando um Sinótipo. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 18 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao 10.0.Fontes De Luz As fontes de luz são partes de transmissores. Muitos tipos de fontes de luz são usados em sistemas de fibras ópticas desde os LEDs excitados diretamente por fontes de sinal ate lasers sofisticados de linha estreita com moduladores externos. Todas essas fontes de luz geram sinais transmitidos através da fibra. Para a seleção de uma fonte de luz em um sistema de fibras ópticas deve-se ter em conta vários factores: Com o ponto de operação do mesmo em relação ao comprimento de onda, visto que as fibras operam numa faixa de 850nm para a primeira janela, 1300 para a segunda e 1500 para a terceira janela. A fonte de luz também precisa gerar potência suficiente para enviar o sinal através da fibra. A luz de saída precisa ser modulada para que ela carregue o sinal. A fonte de luz precisa transferir sua saída de uma forma eficaz para a fibra.Comprimento de Onda Em um sistema de fibras, as janelas usuais de transmissão são de 780 a 850, 1300 e 1500 nm em fibras de sílica e em torno de 660 nm em fibras plásticas. O comprimento de onda na origem afeta a atenuação assim como a dispersão de pulso que o sinal experimenta nas fibras. A largura espectral, ou faixa de comprimento de onda emitidos, também afeta a dispersão de pulso, que aumenta com a faixa de comprimento de onda. A largura espectral é uma das principais diferenças entre os LEDs e os Lasers de linha mais estreita. O comprimento de onda emitido depende do material semicondutor do qual a fonte de luz é feita e a largura espectral depende da estrutura do dispositivo. Por exemplo, um laser e um LED feitos do mesmo material podem ter o mesmo comprimento de onda central e largura espectral diferentes, dois lasers com a mesma estrutura feitos de matérias diferentes têm larguras espectrais comparáveis, mas com diferentes comprimentos de onda. Modulação A potência de luz para comunicações podem variar de 100miliwatts para certos lasers ate dezenas de micro watts para os Leds. Em aplicações ópticas, o valor relevante é a potencia entregue em uma fibra óptica. Uma vantagem importante dos lasers e dos LEDs é que sua potencia da saída varia directamente com a corrente de entrada. Isso é chamado modulação direta. Alguns Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 19 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Lasers requerem moduladores externos, que mudam sua transparência em resposta a um sinal aplicado. LED Um diodo é o tipo mais simples de semicondutor. De modo geral, um semicondutor é um material com capacidade variável de conduzir corrente elétrica. No caso dos LEDs, o material condutor é normalmente arseneto de alumínio e gálio (AlGaAs). No arseneto de alumínio e gálio puro, todos os átomos se ligam perfeitamente a seus vizinhos, sem deixar elétrons (partículas com carga negativa) livres para conduzir corrente elétrica. No material dopado, átomos adicionais alteram o equilíbrio, adicionando elétrons livres ou criando buracos onde os elétrons podem ir. Qualquer destas adições pode tornar o material um melhor condutor. Um diodo é composto por uma seção de material tipo-N ligado a uma seção de material tipo-P, com eletrodos em cada extremidade. Essa combinação conduz eletricidade apenas em um sentido. Quando nenhuma voltagem é aplicada ao diodo, os elétrons do material tipo-N preenchem os buracos do material tipo-P ao longo da junção entre as camadas, formando uma zona vazia. Em uma zona vazia, o material semicondutor volta ao seu estado isolante original - todos os buracos estão preenchidos, de modo que não haja elétrons livres ou espaços vazios para elétrons, e assim a carga não pode fluir. Um LED emite luz quando uma corrente flui através dele. Os LEDs que emitem luzes invisíveis próxima ao infravermelho são fontes de luz para sistemas de fibras ópticas. Fig.9 – (Led) LASER Os Lasers são superficialmente como os LEDs, mas eles produzem luz de uma maneira diferente que resulta em potências de saída maior e feixes mais direcionais. http://eletronicos.hsw.uol.com.br/semicondutores.htm Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 20 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Um feixe laser é formado por um ressonador que reflete a luz de um lado para o outro através da mídia laser. Esse ressonador pode ser um par de espelhos um em cada extremidade da região ocupada pelos átomos excitados. A luz emitida diretamente em direção a um espelho será refletida de volta, estimulando a emissão dos elétrons prontos para se recombinarem conforme a luz passa através do plano da junção. A luz emitida em outras direções escapará. Portanto, somente a luz viajando de um lado para o outro ao longo da estreita faixa da região ativa será amplificada e acumulada em um feixe. Alguns materiais de LEDs não são adequados para uso em lasers semicondutores. Entretanto, todos os materiais de laser semicondutor podem ser operados como LEDs. Diferença entre LEDs e Lasers Os Leds não têm facetas refletoras e, podem ser projetados para minimizar a reflexão de volta para o semicondutor. Os lasers precisam operar em correntes de excitação maiores para chegar à alta densidade dos elétrons prontos para se recombinarem necessária na junção pn. Os Lasers convertem a potência elétrica de entrada em luz mais eficientemente do que os LEDs e também têm correntes de excitação maiores, portanto os Lasers são mais potentes que os Leds. Os Lasers têm vida útil mais curta do que os LEDs. Os lasers são muito mais potentes que os LEDs e emitem uma faixa mais estreita de comprimento de onda. Os Lasers semicondutores têm estruturas mais complexas que os LEDs. 11.0. Atenuação A atenuação mede a redução da intensidade do sinal comparado a potencia de saída com a potência de entrada. As medidas são feitas em decibéis (dB). Uma unidade muito útil nos sistemas de transmissão. O decibel é uma unidade de medida logarítmica da razão entre potência de saída e potência de entrada. Decibel é na realidade um décimo de uma unidade chamada BEL em homenagem ao Cientista Alexandre Graham Bell. As perdas em decibéis são calculadas pela fórmula: ⁄ . (6) Onde: A – Atenuação Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 21 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Ps – Potência de saída Pi – Potência de entrada O sinal menos é usado para evitar números negativos em medidas de atenuação. Isso não é usado em sistemas onde o nível de sinal pode aumentar, onde o sinal do logaritmo indica se o sinal diminui (negativo) ou aumenta (positivo). As fibras ópticas são as únicas linhas de transmissão que permitem transmissão de sinais em alta velocidade com baixa atenuação. 12.0.Capacidade de Informação A capacidade de informação é muito importante em todos os tipos de comunicação, mas é medido de maneira diferente em tipos diferentes de sistemas. Onde os dados são transmitidos digitalmente (ou seja, em bits digitalizados ou unidades de informação), a capacidade de transmissão é medida em bits por segundo. Quanto mais bits puderem passar através de um sistema em um dado tempo, mais informações ele pode transportar. Na pratica, a atenuação dos fios aumenta com a freqüência dos sinais eléctricos que eles carregam. Os fios de energia elétrica têm atenuação baixa somente em freqüências muito baixas, incluindo a variação de 60hz da corrente alternada. Os cabos coaxiais podem transmitir freqüências mais altas, mas suas perdas aumentam bastante com a freqüência. Entretanto, as perdas das fibras ópticas são essencialmente independentes da freqüência do sinal sobre sua faixa operacional normal. A escala é medida em perda por quilometro de cabo e não levam em consideração as perdas de transferência. 13.0.Conectores Em fibras ópticas os conectores não são a única maneira de se fazer conexões. Um conector é um dispositivo que pode ser casado e descasado repetidamente com dispositivos similares para transferir luz entre duas extremidades de fibras ou entre uma extremidade de fibra e um transmissor ou receptor. O conector é montado na extremidade de um cabo ou em um invólucro de dispositivo. Os conectores são normalmente utilizados nas extremidades de sistemas para conectar cabos a transmissores e receptores. Eles são usados em painéis de ligações onde cabos externos entram em um edifício e tem suas junções com cabos que distribuem sinais dentro do edifício. Eles são usados onde as configurações devem ser alteradas, tais como em armários de telecomunicações, salas de equipamentos e tomadas de telecomunicações. Lembrando que apos a fabricação dos conectores eles possuem uma pequenaperda, abordaremos com mais detalhe nos temas seguintes. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 22 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Exemplos de conexões: Interface entre dispositivos e redes de área local; Conexões com links curtos de dados dentro de um edifício; Painéis de ligações onde os sinais são encaminhados em um edifício; O ponto onde um sistema de telecomunicações entra em um edifício; Conexões entre redes e equipamentos terminais; Conexões temporárias entre câmeras de vídeo moveis, remotas e equipamentos de gravação ou estúdios temporários; Sistemas militares; Cabos de testes etc. A caractristica óptica mais importante dos conectores é a perda, medida em decibéis. A atenuação do conector é a soma das perdas causadas por vários fatores, que são mais fáceis de isolar na teoria do que na prática. Esses fatores advêm da maneira como a luz é guiada nas fibras. Os principais são os seguintes: Sobreposição dos eixos das fibras; Abertura numérica das fibras; Alinhamento dos eixos das fibras; Espaçamento das fibras; Reflexão nas extremidades das fibras. Sobreposição dos eixos das fibras. A sobreposição dos núcleos ocorre quando a extremidade de uma fibra é deslocada da extremidade da outra ou quando se faz uma emenda com fibras de núcleos diferentes. Exemplo: Passar um sinal de uma fibra de 53μm para uma com 47μm. Alinhamento dos eixos das fibras. O alinhamento correto das fibras é um dos factores muito importante na emenda de fibras, O desalinhamento angular das extremidades das fibras pode causar perdas significativas. Abertura numérica das fibras (NA). As diferenças de abertura numérica entre fibras também podem contribuir para perdas nos conectores. Se a fibra que recebe a luz tem um NA menor que o da fibra que entrega a luz, alguma luz entrará em modos que não são confinados no núcleo. Essa luz irá rapidamente escapar da fibra. Nesse caso a perda é calculada pela formula: ( ) ( )⁄ (7) Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 23 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Onde: P(dB)- é a perda em dB NA1 – é a abertura numérica da fibra que transmite o sinal. NA2 – é a abertura numérica que recebe o sinal Fig.10 – (abertura numérica). A abertura numérica de uma fibra é uma medida de capacidade de captação de luz pela fibra. É calculada pela formula seguinte: √( ) ( ) . (8) Onde: n1 – é o índice de refração do núcleo n2 – é o índice de refração da casca. θi – é o ângulo de incidência do sinal transmitido. 13.2.ESPAÇAMENTO ENTRE FIBRAS O espaçamento entre fibras também provoca uma perda que em sistemas ópticas é considerado a reflexão de Fresnel, que ocorre sempre que a luz passa entre dois materiais com índices de refração diferentes. 13.4.TIPOS DE CONECTORES SC: É desenvolvido pela Nippon telegraph and Telephone no Japão. É construído em torno de um ferrolho cilíndrico que segura à fibra, e ele encaixa com um adaptador de interconexão ou receptáculo de acoplamento. O SC tem uma secção em corte quadrada que permite uma alta densidade de acondicionamento em painéis de α c θi Casca Núcleo n1 n2 n1 n2 Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 24 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao ligação. É o conector mais utilizado actualmente, pois oferece baixo custo e facilidade de manuseio. Tem perdas na ordem de 0.5dB por conexão. Fig.11. Conector SC ST: Tal como o SC o conector ST é construído em torno de um ferrolho cilíndrico e se encaixa com um adaptador de interconexão ou receptáculo de acoplamento. Entretanto ele tem uma secção em corte redonda e é preso no lugar ao ser girado para encaixar em um soquete baioneta com mola. Fig.12. (conector ST FDDI: O conector duplex padrão FDDI, tal como o SC e o ST, é um conector baseado em ferrolho que se encaixa com um receptáculo de acoplamento ou adaptador. Ele é marcado para que se possa ser instalado em apenas uma polaridade, o que é critico ao se lidar com fibras de entrada ou saída. Fig.13. (Conector FDDI). Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 25 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao FC: é um tipo de conector parafusavel, desenvolvido no inicio dos anos 80, ele usa o mesmo tamanho de ferrolho de 2.5 milímetros que os conectores ST e SC. Tal como o conector SC, o conector FC pode resistir a forças de atração. Entretanto o projeto parafusavel não pode ser montado tão facilmente e não pode ser usado como um módulo em conectores duplex. É muito utilizado em equipamentos de teste, pois é mais robusto, tem qualidade necessária em conectores de cordões de teste, pois a necessidade de acoplamento e desacoplamento freqüente. Fig.14.(conector FC) E2000: É um conector muito usado atualmente em rotas de longa distancias, pois pode oferecer acoplamento com perdas inferiores a 0.10dB e possui um sistema mecânico de auto-proteção que evita a contaminação da extremidade. A desvantagem é que é um conector com custo mais elevado que outros modelos de conectores, o que inviabiliza a sua aplicação em sistemas de curta distância, principalmente quando a taxa de transmissão a ser utilizada for pequena. Fig.15 – (Conector E2000) 15.0.Emendas De Fibras Ópticas Tipicamente, as emendas são usadas para reunir comprimentos de cabo fora de edifícios, enquanto que os conectores são usados nas extremidades dos cabos dentro de edifícios. As emendas podem ser incorporadas nas extremidades dos cabos ou abrigadas em caixas de emenda internas ou externas; os conectores são tipicamente em painéis de ligações ou anexados em equipamentos ou interfaces de cabo. Normalmente os cabos de fibras ópticas vêm em carretéis nos comprimentos padrões de 1 a 25 km. Para instalações em comprimento maior é feito emendas em vários segmentos de cabo. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 26 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Quando os cabos são instalados em dutos subterrâneos, as emendas são feitas e instaladas em orifício de manutenção, com comprimento do segmento de cabo dependendo do espaçamento entre orifício. Os cabos aéreos são emendados em campo, de segmentos tipicamente bem acima de um quilômetro de comprimento. As características físicas das emendas são importantes em muitas aplicações de longa distância. Os cabos emendados precisam ser capazes de suportar o ambiente externo hostil, e, portanto são acondicionados em invólucros protetores. Apesar de muitos invólucros de emendas serem projetados para serem reabertos se forem necessários reparo ou alterações, eles podem ser hermeticamente selados para proteger contra extremos de temperatura e umidade. Isso combinado com a baixa perda das emendas torna as mesmas amaneira preferida de se reunir comprimento de fibra em sistemas de telecomunicações de longa distância. Essas considerações são menos importantes em sistemas mais curtos e em sistemas mais controlados, onde os conectores costumam ser usados. 15.1.TIPOS DE EMENDAS Basicamente existem dois tipos de emendas de fibras: Emenda por fusão e emenda mecânica. A emenda de fusão derrete as extremidades de duas fibras para que elas se fundam, como em solda metálica. A emenda mecânica mantém duas extremidades de fibras juntas sem derretê-las, usando um grampo mecânico e/ou cola. Cada tipo de emenda tem suas vantagens e desvantagens. Os emendadores de fusão são caros, mas eles praticamente não têm custos de consumo, e as emendas de fusão tem características ópticas ligeiramente melhores. As emendas mecânicas exigem menos equipamentos (nenhum emendador de fusão caro), mas os custos de consumo poremenda são maiores. EMENDA POR FUSÃO A emenda por fusão é efectuada pela colocação das pontas de duas fibras e o aquecimento delas para que se derretam juntas. Isso é normalmente feito com um emendador de fusão, que alinha mecanicamente as duas extremidades de fibra, e então aplica uma fagulha através das pontas para fundi-las. Os emendadores típicos também incluem instrumentos para testar a qualidade e a óptica da emenda para ajudar o técnico a alinhar as fibras para a emenda. Em uma emenda de fibra óptica é aceitável uma perda de 0.05 a 0.2 dB. Principais componentes de um emendador de fusão: Soldador de fusão – tipicamente um arco elétrico, com espaçamento de electrodos e temporização do arco ajustável pelo usuário. A descarga aquece a junção da fibra. Chamas e feixes infravermelhos de lasers de dióxido de carbono também são usados, mas atualmente todos os emendadores comerciais usam arcos elétricos. Versões portáteis são operadas a bactéria que tem carga suficiente para algumas centenas de emendas antes de recarregar. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 27 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Mecanismo para alinhamento mecânico de fibras – Em relação ao arco e em relação uma as outras. Estes incluem prendedores que mantém as fibras no lugar, bem como ajustam sua posição. Os emendadores mais caros automatizam as funções de alinhamento e medida. Câmera de vídeo ou microscópio – (geralmente um modelo binocular) com magnificação de 50 vezes ou mais para que o operador posa ver as fibras enquanto as alinha. Instrumentos para checar a potencia óptica transmitida através das fibras tanto antes como depois da emenda. Tipicamente, a luz é acoplada em uma porção dobrada de uma fibra no outro lado da emenda e acoplada fora de uma dobrada no outro lado. Com calibração adequada, isso pode medir a perda adicional causada pela emenda. (Isso pode faltar em emendadores baratos para uso em campos.) PATERIAS NECESSARIAS BASICOS USADO PARA EMENDA POR FUSÃO 1. Maquina de Fusão 2. Cleaver 3. Descarnador de fibra Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 28 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao 4. Alicate de corte/universal 5. Álcool isopropilico 6. Caneta de Luz / fonte de Luz 7. Fita isolante PASSOS PARA EMENDA POR FUSÃO Antes da emenda por fusão, as coberturas plásticas precisam ser removidas da fibra, e a extremidade precisa ser nivelada para ter uma face dentro de alguns graus da perpendicular em relação ao eixo da fibra. A emenda por fusão envolve uma serie de passos: 1º Expor a fibra, cortando a capa do cabo, remover a cobertura plástica protetora de alguns centímetros da extremidade Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 29 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao 2º Nivelar as extremidades das fibras de modo que se tenham faces que estejam dentro de 1-3 da perpendicular ao eixo da fibra. As extremidades devem ser mantidas limpas ate a fusão. 3º Levar as duas extremidades a maquina de fusão e alinhá-las corretamente. O alinhamento pode ser feito manualmente ou automaticamente dependendo das características do emendador de fusão. Emenda Mecânica Na emenda mecânica existem maiores perdas, porem requer equipamentos mais simples do que a emenda por fusão. As emendas mecânicas juntam duas extremidades de fibras tanto prendendo-as dentro de uma estrutura como colocando-as. 15.3.ATENUAÇÃO EM EMENDAS ÓPTICAS Factores Intrínsecos: São os factores que envolvem a fabricação da fibra óptica, entre eles: Variação do diâmetro do núcleo; Diferença de perfil do índice de refração; Eliopticidade ou excentricidade do núcleo ou casca. É especialmente critico a variação do diâmetro do núcleo para as fibras monomodo. Fatores Extrínsecos: São os fatores que decorrem do processo de emenda, são os seguintes: Precisão no alinhamento da fibra; Qualidade das terminações da fibra; Espaçamento entre as extremidades; Contaminação ambiental. Factores Reflexivos: são os fatores que advêm das próprias emendas, estas podem gerar em seu interior, reflexo de luz que irão atenuar os sinais transmitidos, ocasionando perda de potencia. Com os equipamentos empregados no processo de emenda, e a constante melhoria na qualidade da fabricação da fibra, este tipo de atenuação é inferior a 0,5dB para conectores e a 0,1dB para emendas por fusão. Macrocurvatura Outro tipo de fenômeno que uma Fibra Óptica pode apresentar é a chamada Macrocurvatura, que ocorre quando a Fibra sobre uma curvatura tal que a luz tende a Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 30 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao escapar de seu confinamento e consequentemente de sua reflexão normal. Este fenômeno é usado para extrair e também para inserir luz em uma Fibra, para fins de medida, alinhamento em máquinas de emenda, comunicação em campo, etc. Neste caso deve se tomar cuidado com o raio de curvatura efetuado para realizar esta Macrocurvatura, pois se este raio for muito reduzido a Fibra poderá sofrer um dano permanente. Fig.16 – (Macrocurvatura) Microcurvatura A Microcurvatura geralmente ocorre, quando uma Fibra sofre algum tipo de impacto ou uma curvatura com raio extremamente pequeno. Geralmente este tipo de dano é irreversível e impede o seu uso. A figura nos dá uma idéia deste tipo de ocorrência. Fig.17 – (microcurvatura) Reflexão de Fresnel Em uma emenda de fibra óptica se existir uma ligeira separação entre as fibras emendadas, aparecerá pulsos de luz refletidos na união das fibras. Essa reflexão que surge em emendas é denominada de reflexão de Fresnel. Para o calculo do coeficiente de reflexão, é usado a seguinte expressão: ( ) . (9) Onde: – Indice de refração da fibra – Indice de refração do meio de separação. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 31 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Nos casos mais comuns em que o meio de separação é o ar, o coeficiente de reflexão não excede 4%, visto que a fibra óptica tem um índice de refração igual a 1,5 e que o índice de refração do ar é aproximadamente igual a um. Fig. 18 – (reflexão de Fresnel em conectores clivados 90° e em conectores APC) Detectando a reflexão de Fresnel na tela do OTDR, pode-se calculara a distância da emenda em relação ao inicio da fibra. Se a face clivada possuir um ângulo de inclinação maior que 3,5°, (fig.18), a reflexão de Fresnel não será detectada pelo OTDR, pois irá sofrer refração parcial na interface núcleo/casca, todas as vezes que este feixe de luz incidir nesta interface com ângulo de incidência menor que o ângulo critico, o somatório dessas refrações parciais será suficientes para atenuar a reflexão de Fresnel, de tal forma que a parcela desta que retornará não será suficiente para ser detectada pelo OTDR. Esta situação pode ser observada com a utilização de conector do tipo APC (angled polish connectors – conectores angulares polidos). 16.0.RETROESPALHAMENTO Retroespalhamento: é a parcela de luz espalhada que retorna pela fibra. Os feixes de luz que viajam pelo núcleo da fibra são espalhados pelo material. Como conseqüências deste espalhamento ocorrerão perdas que incluem reduções na amplitude do campo guiado por mudanças na direção de propagação, causadas pelo próprio material e por imperfeições no núcleo da fibra. Citam-se a dispersão linear de Rayleigh, a dispersão linear de Mie, a dispersão estimulada de Raman e o espalhamento estimulado de Brillouin. Em termos quantitativos, o espalhamento de Rayleigh é o mais importante e resulta em conseqüênciade irregularidades sub-microscópicas (de dimensões inferiores ao comprimento de onda da luz) na composição e na densidade do material. Estas alterações podem surgir durante o processo de fabricação da fibra ou em função de defeitos própios na estrutura molecular do vidro. As dimensões físicas e a separação dessas irregularidades são bem pequenas comparadas ao comprimento de onda da luzno meio (1/10 ou menor). O resultado dessas irregularidades é uma flutuação no valor do índice de refração do material ao longo da fibra óptica. As irregularidades decorrentes Luz transmitida 96%, Luz incidente 100% Luz refletida 4% >3,5º Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 32 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao da composição do vidro têm sido controladas através de um aperfeiçoamento dos processos de fabricação, mas as originadas por diferenças de densidade do material são intrínsecas ao vidro e não podem ser evitadas. Espalhamento Rayleigh. É o espalhamento mais importante e está sempre presente devido à existência de não homogeneidades microscopicasde dimensões menores do que o comprimento de onda, tais como flutuações de composição, flutuações térmicas, separação de fase, pressão e pequenas bolhas. Estas pertubações têm que ser maiores que o comprimento de onda guiado para evitar o espalhamento da luz em todas as direções. Acredita-se que o espalhamento de Rayleigh determina o limite mínimo de atenuação do vidro para comprimentos de onda menores que o início da zona da luz infravermelha. A atenuação que este espalhamento propicia é proporcional a 1/(λ) 4 (λ=comprimento de onda) e o gráfico da figura 12, mostra o seu comportamento em função do comprimento de onda. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 33 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Fig.19 – (Perdas por espalhamento rayleigh) 17.0.Testes Em Fibras Ópticas O procedimento para verificar um enlace de fibra óptica é semelhante ao dos cabos de cobre, em que se verificam as duas extremidades do mesmo. A diferença consiste em que para os cabos de cobre, é verificada a continuidade elétrica enquanto que para as fibras é verificada a continuidade óptica. Teste de identificação e continuidade Esse tipo de teste normalmente é efectuado na fase de implantação (instalação) e manutenção, quando é necessário identificar um cabo de fibra, seja para separá-lo dos demais cabos numa instalação, seja para avaliar visualmente suas características de condução de radiação. Para esse teste é injetado luz numa extremidade e verificar a luminosidade no outro extremo. Isso é feito por meio da utilização de uma fonte de luz visível e de um anteparo qualquer para projetar a luz que sai no outro extremo da fibra óptica, fig.20. Comp. de onda dB/Km 700 2,50 800 1,50 900 0,90 1000 0,65 1100 0,41 1200 0,30 1300 0,20 A te n u aç ão Comprimento de onda Espalhamento proporcional ao (λ) Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 34 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Fig.20 – (teste de identificação e continuidade) Um dos instrumentos para o teste de identificação e continuidade é o FOtracer (rastreador de fibra óptica). O mesmo nos permite constatar se uma fibra óptica está aberta no enlace, ou mostrar o caminho da fibra óptica através de varias conexões. Teste de Perda de potência Com o medidor de potência óptica podemos conhecer qual a quantidade de potência óptica que chega ao fim do enlace, levando-se em consideração que existe uma fonte óptica emitindo radiação óptica no outro lado do enlace. É importante sabermos que, tanto a pouca quantidade de potência óptica, quanto a demasiada potencia quantidade de potência óptica que flui no final do enlace, são prejudiciais ao sistema, uma vez que pouca potência óptica permite a interferência de ruído, e demasiada potência óptica sobrecarrega o sistema provocando também erros na transmissão. O teste de medição da potência requer uma fonte óptica, um medidor de potência óptica, e um adaptador para o conector. Para efectuar a medida é necessário configuramos o medidor de potência óptica, para receber a faixa de potência especificada no projeto do enlace óptico (geralmente em dBm, mas em algumas vezes em mW), bem como o comprimento de onda usado no referido enlace óptico. Prováveis perdas de potência ópticas em enlace óptico. Para cada conector: 0.5 dB (Máx. 0,7 dB). Para cada emenda: 0,2 dB. Para fibras ópticas multímodo, a perda é de aproximadamente três dB/Km para fontes ópticas de 850 nm e um dB/Km para fontes ópticas de 1300 nm. Espectro de luz visivel Fibra optica Olho Anteparo Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 35 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Para fibras ópticas monomodo, a perda é de aproximadamente 0,5 dB/Km para fontes ópticas de 1300 nm e 0,4 dB para fontes ópticas de 1550 nm. Para calcular a perda de potencia óptica total do enlace óptico, é adotado a seguinte formula: ( ) (10) Onde: At = Perda de potência óptica ou atenuação total na fibra. n = numero de conectores; m = numero de emendas; k = distância da fibra (Km) Afo = atenuação da fibra óptica. Testes com o OTDR Em alguns casos é impraticável percorrermos alguns quilômetros de cabo óptico, em busca de alguma falha. Ocorre, porém, a necessidade freqüente de avaliarmos as características de perda de uma fibra devido a quebras ou a outros fenômenos. No caso de um cabo coaxial, varifica-se que existe um considerável retorno de sinal em pontos de ruptura e , neste caso , percebe-se este facto pelo aumento ou diminuição da taxa de onda estacionaria no mesmo. No caso de um cabo óptico, a situação é semelhante. Se a superfície de corte ocorre perfeitamente plana e perpendicular ao eixo da fibra, haverá uma reflexão de aproximadamente 4% do pulso incidente (-14db). Medindo-se este pulso refletido (pulso de Fresnel), é possível avaliar distância que o mesmo se encontra da fonte da radiação óptica, então, localizando-o. Entretanto, se a inclinação do corte for maior que 6%, não haverá reflexão de Fresnel. Repare que não estamos considerando o facto de que, nem sempre, a superfície de corte é perfeitamente plana (como um espelho). Conseqüentemente, haverá um menor pulso refletido. Assim, a utilização do pulso de Fresnel, somente, não é um método ideal de se avaliar falhas em fibras ópticas. Por outro lado, existem em toda fibra óptica algumas falhas no material de que são fabricadas, que causam flutuações no índice de refração da fibra, sendo seu tamanho muitas vezes menor que o próprio comprimento de onda da radiação óptica. Este fenômeno acarreta um efeito de espalhamento da radiação em todas as direções, inclusive para trás, ou seja, em direção á fonte óptica. Medindo-se o nível desta radiação refletida de volta à origem, podemos localizar o defeito na fibra óptica. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 36 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Em fibras de alta qualidade, as características de retro-espalhamento são uniformes e a radiação que retorna decresce de valor exponencial, em função do tempo de propagação. Assim, além de podermos localizar falhas com este método, podemos também avaliar a perda óptica por unidade de comprimento e avaliar as emendas que unem as fibras. Interpretando a medida de um OTDR É necessária uma correta interpretação dos resultados obtidos em teste com o OTDR, a fim de se evitar falsos resultados de testes realizados. O OTDR precisa ser configurado corretamente para permitir bons resultados de testes efetuados. É muitoimportante saber qual a situação em que devemos executar um teste com o OTDR, bem como quando não devemos fazer este tipo de teste. Quando se trata de uma instalação externa, tal como um enlace interurbano, ou uma WAN com emendas de cabos ópticos, é necessário um OTDR para se testar as emendas elaboradas nos enlaces ópticos, uma vez que o OTDR pode detectar a perda de potência óptica nestas emendas. O teste com o OTDR pode detectar problemas no transporte, e lançamento dos cabos ópticos, devido a manuseios impróprios do cabo óptico. O OTDR pode auxiliar na manutenção de cabos ópticos, uma vez que o teste permite determinar o local da falha, bem como verificar a qualidade da emenda após o reparo da falha detectada. Em fibras monomodo, onde as reflexões nos conectores são uma preocupação, O OTDR descobre maus conectores com precisão, e rapidamente. Não é aconselhável o uso de OTDR para medições de perdas de potência ópticas em enlaces ópticos, que deve ser elaborada através do medidor de potência óptica. A limitada distância de resolução do OTDR acarreta muitas dificuldades em testes de LANs ou em ambientes entre edifícios, onde os cabos ópticos têm comprimentos até 300m. Diferentemente de fontes e medidores de potência óptica, os quais medem a perda de potencia óptica diretamente, o OTDR mede indiretamente. As fontes e medidores de potência óptica fornecem a perda de potência óptica no enlace, com valores idênticos aos obtidos no referido enlace óptico, quando em serviço, ou seja, com a fonte e receptor óptico do próprio sistema. O OTDR usa o principal fator de perda de potência óptica, dentro da fibra óptica, que é o espalhamento (difusão) das radiações ópticas dentro da fibra óptica, devido ao impacto dos fótons com os átomos e molécula da fibra óptica. Um facto que exemplifica o espalhamento da luz é a cor azul do céu, que ocorre devido ao facto de que a cor azul é mais espalhada na atmosfera do que as outras luzes que compõem a luz solar. Já a luz vermelha e infravermelha segue diretamente. Por isso, a luz vermelha é mais visível quando olhamos para o sol. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 37 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao O espalhamento das radiações da-se em todas as direções. O OTDR usa as radiações que foram espalhadas no sentido inverso ao do caminhamento da radiação dentro da fibra óptica para fazer suas medições. Através do envio de um pulso óptico bastante potente, o OTDR pode medir a potencia das radiações ópticas que retorna e, desta forma, o OTDR pode inserir em seu display a quantidade de radiação óptica que retorna, em qualquer ponto ao longo da fibra óptica. Note que no display, também são visualizadas as reflexões nos conectores e nos locais onde as fibras estão cortadas, sendo que este ultimo facto nos permite achar o ponto onde a fibra está aberta. A perda de potência é uma função logarítmica, de tal forma que a potencia é medida em dB. A potência óptica retro espalhada é proporcional à intensidade e a duração do pulso óptico enviado pelo OTDR, de tal forma que quando queremos aumentar o alcance do OTDR, podemos aumentar a intensidade e duração do pulso óptico enviado pelo OTDR. Zona Morta A zona morta, determina a distância mínima a partir da qual o OTDR pode executar a medição e ter a capacidade de distinguir entre 2 sinais próximos. Zonas mortas são “sombras”, que ocorrem porque as reflexões de eventos tendem a saturar o sensível receptor do OTDR. Uma zona morta sempre ocorre na reflexão do conector do painel frontal e em qualquer evento reflexivo de um enlace. Zona Morta de Evento-ZME e Zona Morta de Atenuação-ZMA Zona morta de evento: É a distância do início da reflexão até o ponto em que o OTDR se recuperou até 1,5 dB abaixo do topo da reflexão. Neste ponto, será possível identificar uma segunda reflexão, no entanto, a perda e a atenuação não podem ser medidas. Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 38 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Fig. 21-Zona morta de evento Zona morta de atenuação-ZMA A ZMA é a distância do início da reflexão até o ponto em que o receptor se recuperou até 0,5 dB do retroespalhamento linear. Este é o ponto onde o OTDR pode novamente medir a atenuação e a perda. Eventos que podem ser detectados através do tracer do OTDR. Evento não reflexivo (por exemplo, uma junção). Evento reflexivo (por exemplo, uma conexão). ZMA Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 39 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Fantasmas reflexivos (causados pela reflexão no conector da extremidade remota, permanecendo na fibra óptica até ser atenuado ao nível de ruído). Inclinação da atenuação da fibra óptica, quando nenhuma falha se segue a inclinação. Termino da fibra óptica. Medida da ORL (perda de retorno óptico, em inglês “OPtical Return Loss”). Medida global da ORL. Marcador do evento, quando uma medida não puder ser elaborada. Se um evento adicionado está muito próximo de um evento existente, este ícone surge no traço e na tabela para o segundo evento, mas nenhuma medida é feita. É necessário uma medida manual para se obter o resultado para este evento. Termino do cabo de lançamento: perdas e distancias são consultadas a partir deste marcador. ZME 1 , 5 0 0 0 Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 40 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Medidas De Atenuação Para a aceitação de emendas o valor analisado é a média aritmetrica entre as medidas de atenuação realizadas nos dois sentidos. A medição nos dois sentidos fa-se obrigatoriamente. O valor da medidade de atenuação que é apresentado pelo OTDR é resultante das diferenças observadas na curva do OTDR antes e após a emenda. Esta curva é gerada pelo sinal retroespalhada e este não varia apenas de acordo com o nível do sinal incidente, mas também com o coeficiente de retroespalhamento dos trechos de fibras em analise. Se houver diferenças entre estes coeficientes, o valor medido pelo OTDR não será a perda real da emenda. Entretanto, quando realizamos a medida nos dois sentidos e calculamos a média aritmatrica, esta diferenças se cancelam e o valor obtido é o valor médio, real, da emenda. çã ( → ) ( → ) ( ). (11) Verificação De Enlaces De Fibras Ópticas Para realização de testes de aceitação ou verificação de enlaces de fibras ópticas, deve- se antes de mais nada, tomar conhecimento das atenuações máximas admissíveis na fibra, nas emendas por fusão ou mecânica e nos conectores conforme a tabela 3. Comprimento de onda ( ) Atenuação Para1.310nm Para 1.550nm 1-Atenuação na F.O 0,45 dB/Km 0,25 dB/Km 2-Emenda por fusão 0,10 dB/em 0,10 dB/em 3-Emenda mcânica 0,20 dB/em 0,20 dB/em 4-Conectores 0,50dB/em 0,50 dB/em Tabela 4. (Verificação de teste de aceitação). Curso de Testes e emendas de Fibras ópticas. 41 Centro de Formação Tecnologico do Itel – CFITEL formaca.formacao@cfitel.gov.ao Bibliografia Comunicações ópticas- Autor: Justino Ribeiro, Editora: Erica Fibras ópticas – Autor: almir Wirth, Editora: Excel Books. Formanado: ____________________________________________________________
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