Medidadaatenuaçãodeumafibra ópticamultimodo

ComunicaçõesÓpticas-EEC4273

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LEEC/TEC–FEUP

Resumo

Nestetrabalhopretende-semediraatenuaçãodeumafibraópticamultimodoatravésdométodode “cut-back”, usandoparao efeitoum laserHe-Neno comprimentode ondade632.8nm. Apósestetrabalhoo alunoter-se-áfamiliarizadocomasseguinestécnicas:corteeobservaçãoaomicroscópiodaextremedidadedafibraóptica,mediçãodepotênciaóptica,alinhamentodafibra no planofocal daobjectiva por reflexãodeFresnele implementaçãodeum filtro demodos.

Intr odução

A luz ao propagar-sena fibra ópticasofreumaatenuação.Essaatenuaçãoé medidapelodecaimentodo tipo exponencialdairradiância,

�, comadistânciadepropagação:

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ondeo comprimentodafibra�

édadoemquilómetrose � éo coeficientedeatenuaçãoemdecibéisporquilómetro(dB/km).

A técnicausadanestetrabalhoparaamediçãodo coeficientedeatenuaçãoédesignadapor métodode“cut-back”. Nestatécnicaluz injectadanumtroçodefibra ópticaé medidano extremodistanteusandoum medidordepotênciaópticalinear(multímetroóptico).Emseguidafaz-seum cortenafibra deixandosómenteum pequenotroçodefibra nasuaparteinicial, sendonovamenteefectuadaumaleituradapotênciaóptica. A figura?? representaum esquemadométododemedidaempregue.

A transmissãoatravésdafibra expressa-secomo

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ondesesubstituiapotênciainicial, � ! , epotênciafinal, �"# , por�$�����

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, respectivamen-te. Utilizandologaritmosparaexpressaraperdaemdécibeis,obtem-se

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O coeficientedeatenuação,� , emdB/kméobtidodividindo aperda,%

, pelocomprimentodafibra,

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� � dB/km�'�-( ���

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1

MedidadaatenuaçãodeumafibraMM 2

Realizaçãoprática

O métodode “cutback” é relativamenteprecisoparafibrasde perdasapreciáveis, com �superiora . dB/km,ondeaprecisãodo sistemanãoé factorsignificativo.

Outrofactordeincertezanamedidadaatenuaçãodependedascondiçõesemquea luzé injectadanafibra. Deve-seprocurarumadistruibuiçãoestável dosváriosmodosdepro-pagaçãotãorápidamentequantopossível apósa injecçãodaluz nafibra. Essadistribuiçãoestável é conseguida, mesmonum curto troço de fibra óptica,usandoum misturadordemodos.Condiçõesqueresultemnumasobre-injecção(excitaçãodemodosdeordemele-vada)e sub-injecção(modosdeordeminferior) da luz nafibra alteramsignificativamenteosresultadosobtidos.É estatécnicaqueviabiliza a o métodode“cutback” paramediçãodaatenuaçãodafibra.

Procedimentoexperimental

Listadeequipamento:/ Fibramultimodo,50/1250 m/ LaserdeHe-Ne/ Microscópio/ Multímetroóptico/ Cortadordefibra/ Alicate pararemover revestimentoplásticodafibra/ Acetonae lençosdepapel/ Posicionadoresesuportesdafibra/ Objectiva 10

Preparaçãodasextremidadesda fibra óptica eobservaçãoao microscópio

A preparaçãocuidadadasextremidadesdafibra ópticaé essencialparaa obtençãodeumbomacoplamentodaradiaçãoquesepretendepropagarao longodasuaextensão.O cor-tadorde fibra ópticautilizado baseia-sena técnica“scribe-and-break”, a qual tira partidodascaracterísticasdeclivagemdo vidro: coma lâminaincorporadaé efectuadoum cortena fibra sobtensão,corteestequesepropagaperpendicularmenteao eixo da mesma.Seo cortefor bemefectuadoa fibra ópticaestáaptaa serutilizada. O procedimentoé agoradescrito.

1. Desenroleaproximadamente1 metrosde fibra ópticamultimodo . ��2�� 1�."0&3 . Comum pedaçodefita colamarqueo pontodafibraquedista 1 metrosdaextremidade.

2. Remover cercade 4 cm daprotecçãoplásticaexterior usandoo alicateespecialparao efeito. Auxiliando-sedos lençosde papellimpe cuidadosamentecom acetonaaextremidadedafibranuaexposta.

3. Como cortadordefibra fornecidoprocedaaocorte(clivagem)dafibra.

MedidadaatenuaçãodeumafibraMM 3

Arranhões 5externos6

Fendas propagando-se para o núcleo

Defeito de corte visto de perfil

a b c

Figura 1: Observaçãoao microscópiodo corte de uma fibra: a) corte aceitável; b) fendaspropagando-separaonúcleotornamocorteinaceitável; c)vistalateraldeumcorteimperfeito—o planodecortedeveserperpendicularaoeixodafibra

Figura2: Acoplamentodepotêncianafibra óptica

4. Verifiquea qualidadedo corte observandoparao efeito a extremidadeda fibra aomicroscópio.O cortedeveráter a aparênciade umasuperfícieplana,semdefeitos.Todavia, pequenasirregularidades,juntodaperiferiasãoaceitáveis1. A partecentral,maisiluminada,é o núcleoa parteexternaé a baínha.Seo cortenãofor satisfatóriodeverárepeti-lo.

5. Desenrolealgunscentrímetrosdaoutraextremidadee prepareigualmentea fibra co-mo indicadoanteriormente(corteeobservaçãoaomicroscópio).

Determinaçãoda atenuação

1. Enrolea extremidadeda fibra ópticacom 2 metrosno misturadorde modos(> 10voltas),prendendo-acomfita cola;tenhao cuidadodedeixarcomprimentosuficienteapósomisturadordemodosparaafibrapodersermanuseada.Omisturadordemodosdeve sercolocadoemlocal adequadopermanecendoimóvel durantea realizaçãodaexperiência.

2. Montecuidadosamentea extremidadedafibra no cilindro desuporte,deixandoumaprotuberânciade1-2cm. Coloqueo cilindro no posicionadorrespectivo.

3. Alinhe a outraextremidadeda fibra com o fotodectordo multímetroóptico usandoparao efeitoo adaptadordefibra nuafornecido.

4. O usodo adaptadoré ilustradona figura 2. Alinhe o acoplador(semobjectiva) eo laser, de modo que o seufeixe passeao longo do eixo do acoplador. Monte aobjectiva microscópica

���7 no acoplador. Alinhe cuidadosamenteafibra demodoa

maximizara luz nelainjectada,usandoparao efeitoo medidordepotência.

MedidadaatenuaçãodeumafibraMM 4

5. Apósesteprocedimento,insiraa lâminademicroscócpiono percursodo feixe laser(entrea saídado lasere a objectiva do acoplador).Observe a reflexãodeFresnelnaextremidadedafibra. Procedaà focagemdo feixe reflectidoajustandoo alinhamentodafibranadirecçãolongitudinaldafibraactuandonobotãodeajustelongitudinal(

�)

do posicionador, comoindicadonafigura2. Quandoo feixe reflectidoestáfocado,aextremidadedafibraestáno planofocaldaobjectiva microscópica.

6. Bloqueiea saídado feixe lasere façaa calibraçãodo zero do multímetroópticoactuandono tecla“zero” do aparelho.

7. Abra novamenteo feixe lasere registea potênciaà saídado extremodistante.Tomenotadocomprimentototaldafibra, indicadonorótulodabobine.

8. Corteda fibra ópticacercade 2 metros,apóso misturadorde modos. Assegure-sedemarcarno rótulodabobineo novo comprimentodefibra. Usandoo procedimentodescritoanteriormentedesteguião, façao corteda fibra e verifiquea qualidadedocorte.

9. Meçaa potênciaópticaà saídadestecurtotroçodefibra procedendocomoindicadoem3.

10. Calculeo coeficientedeatenuaçãodafibraemdB/km. Compareo valorassimobtidocom o valor especificadoparaa fibra. Qual a razãoparadiscrepânciaentreo valormedidoeespecificado?

Especificaçõesda fibra

FibraópticaGI . ��2�� 1�.80 m/ Comprimentodeondadeoperação:9 �: . � nm/ Diâmetrodonúcleo: ;=< � . � 0 m/ Diâmetrodabaínha:;=> �� 1�.?0 m/ Atenuação:1�@ 4 dB/km/ Larguradebanda:

����A�BMHz C km

/ Comprimentodabobine: D1 km

Referências

[1] NewportCorporation,“Projectsin FiberOptics-applicationshandbook”

[2] G. Keiser, “Optical fiber communications”,McGraw-Hill, 2000

FEUP, 12Março2002HMS 2002AJC1999