trabalhos - fibras Ópticas – enlaces e sistemas de sensoriamento

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Universidade Estadual de Campinas FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA ES333 (Laboratório de Ensaio de Materiais) Turma: B André Luís de Araújo Marques Leão RA: 084272 Diego Alcazar Carneiro Leão RA: 081138 FIBRAS ÓPTICAS ENLACES E SISTEMAS DE SENSORIAMENTO Campinas, 22/11/2012

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Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

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Page 1: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Universidade Estadual de Campinas FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA

ES333 (Laboratório de Ensaio de Materiais)

Turma: B

André Luís de Araújo Marques Leão RA: 084272

Diego Alcazar Carneiro Leão RA: 081138

FIBRAS ÓPTICAS – ENLACES E

SISTEMAS DE SENSORIAMENTO

Campinas, 22/11/2012

Page 2: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Introdução

Esse experimento tem como objetivo o aprendizado dos conceitos básicos de fibras

ópticas e dispositivos optoeletrônicos, a caracterização de perdas em fibras ópticas,

além da aplicação de fibras ópticas em sistemas de sensoriamento.

É sabida a importância da fibra-óptica, assim como a fabricação e estrutura da mesma,

pelo estudo realizado no experimento anterior a esse, experimento n° 5, fabricação de

fibras ópticas por processo de nanotecnologia. Portanto poder aplicar tal conhecimento

adquirido, ajudará a fixar os fundamentos e aplicações das fibras ópticas.

Assim, sabendo que hoje em dia, os sistemas de comunicação óptica figuram como a

única alternativa viável para transmissão de dados com alta capacidade, da ordem de

Terabits/s, através de longas distâncias dentre as inúmeras aplicações desse

componente, veremos a aplicação de enlaces em um circuito óptico, a atenuação do

sinal transmitido devido a perdas na estrutura de transmissão, a abertura numérica do

feixe de luz, e uma aplicação prática na análise sensorial de misturas líquidas.

Portanto, para que se possa compreender cada passo dessas análises e aplicações da

fibra óptica, é necessário entender como funciona estruturalmente a transmissão de

dados através das fibras ópticas.Para entender por exemplo como um feixe de luz é

difratado precisa-se entender o básico, que é o enlace óptico. Logo, para entender

também a difração, é necessário também compreender a diferença entre multimodo e

monomodo bem como quais os índices de refração dos materiais que compões uma

fibra óptica e como se caracterizam.

As atenuações do sinal transmitido por perdas na estrutura de transmissão, acontecem

por quais motivos? Quais são também os componentes responsáveis? Para entender

melhor esse assunto veremos a importância e a diferenciação de cada componente para

uma determinada aplicação e a relação pureza do material com a atenuação do sinal.

Page 3: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Materiais e Métodos Para os experimentos realizados, os seguintes instrumentos, materiais e equipamentos

foram empregados:

Cabos conectorizados de fibra óptica monomodo;

Cabos conectorizados de fibra óptica multimodo;

Carretel de fibra óptica;

Fonte laser portátil (1310/1550 nm);

Medidor de potência;

Acopladores ópticos;

Conectores de fibras;

Fonte laser (633 nm);

Mesa posicionadora.

Reflectômetro de fibra óptica;

Tais elementos foram usados para as simulações e testes realizados, nos circuitos de

transmissões, os enlaces, as conexões e atenuações e o sensoriamento dos cabos

conectorizados com fibra óptica monomodo e multímodo. Utilizando as fontes

luminosas, de 1310/1550 nm e de 633nm, para geração de sinais e estudo do mesmo. E

o medidor de potência para quantificar os valores de luz transmitidos, junto a um

reflectômetro de fibra óptica. Segue abaixo as fotos de tais elementos.

Figura 1 - Reflectômetro de fibra óptica e amostras

Figura 2 - Splitter 2x1

Page 4: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Figura 3 - Laser portátil e medidor de potencia óptico

Figura 4 - Fibras e conectores

Figura 5 - Fonte laser 633nm

Abaixo, descrevemos os métodos e conceitos utilizados para compreender este

experimento:

Enlace óptico: A partir dos dados na forma de um sinal elétrico no qual são inseridos

no sistemas por um transmissor, como mostra a Figura 6, temos a transdução deste sinal

no domínio elétrico para um sinal no dominiio óptico através da modulaçao da fonte.

Assim o sinal óptico, luz, é lançado no inteior da fibra, propagando-se até a terminação

do enlace, ou seja ,onde o sinal óptico encontra o recpetor para transformar o sinal no

domínio óptico no domínio elétrico novamente. O sinal ao longo da fibra óptica pode

sofrer atenuações, ou seja perda na potencia do sinal. Assim um amplificador ou

Page 5: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

componentes para controle de dispersão podem ser colocados na fibra óptica com o

intuíto de restabelecerem a força do sinal.

Figura 6 - Enlace óptico simplificado

Fibra óptica: A fibra óptica nada mais é que um guiador de onda, cuja forma é

clindrica. A fibra óptica é composta de um núcleo de sílica dopada, com um índice de

refração de n1, circundada por uma casca de sílica pura e essa é circundada ainda por

uma camada de plásticos que proporciona proteção mecânica à fibra, como mostra a

Figura 7. Essa casca de sílica pura possuí índice de refração de n2, tal que n1>n2. Assim

o deslocamento do sinal óptico ao longo da fibra é realizado por reflexão total da luz.

Isso acontece devido à diferencça entre os índices de refração do núcleo e da casca, no

qual se o índice de refração do primeiro meio for maior que o segundo, o sinal incidirá

no segundo meio e sofrerá reflexão.

Figura 7 - Seção de uma fibra óptica e perfil do índice de refração (Agrawal, 2002)

Para haver reflexão total interna, como mostra a Figura 8, o ângulo de incidência

do feixe luminoso i no interior da fibra necessita ser maior do que o ângulo crítico

121sin nn . Assim, a abertura numérica da fibra é definida como:

Page 6: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

22

21sin nnNA i .

A abertura numérica NA, é utilizada para definir a capacidade de confinamento de luz

em uma fibra óptica. Fator esse essencial no dimensionamento de acoplamentos entre

componentes ópticos.

Figura 8 - Condição de reflexão total (Agrawal, 2002)

Os modos de propagação da luz estão relacionados com a geometria da fibra, como

mostra a Figura 9. Por exemplo se o diâmetro do núcleo e da casca são 9 μm e 125 μm,

respectivamente, dizemos que a fibra é monomodo, pois permite somente um modo de

propagação da luz. Por outro lado, para uma fibra multimodo o diâmetros do nucleo e

da casca são de 50 μm e 125 μm. Existem também as fibras especiais que variam as

configurações geométricas e indices de refração, afim de obter propriedades específicas

pra o controle de dispersão e am´lificação do sinal.

Figura 9 - Fibra monomodo e multimodo (Keiser, 1991)

Page 7: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Fontes ópticas: São os emissores da luz, ou sinal óptico, como mostra a Figura 10. As

fontes ópticas são dispositivos formados por uma heterojunção p-n de dois materiais

semicondutores com diferentes níveis de energia. Atualmente, esses componentes

empregados em telecomunicações possuem emissão de 1300 e 1550 nm, e a potência

óptica é da ordem de mW.

Figura 10 - Esquema do emissor de luz

As principais fontes de luz nos sistemas de comunicação óptica são:

LED: Na tradução diodo emissor de luz, é um compontente que emiti luz de maneira

espontânea. Os saltam espontaneamente da banda de condução para a camada de

valencia, emitindo um fóton no lugar. Assim a radiação emitida é incoerente, pois os

fótons não possuem mesma frequência, direção e fase. A largura do espectro é na ordem

de 30 a 60 nm.

Lasers Semicondutores: diferente do LED esses compontens operam com estímulos, ou

seja, elétrons saltam da banda de condução para a banda de valencia induzidos por

fótons, gerando nesta transição fótons de mesma frequência, direção e fase. A largura

espectral do Laser varia, por exemplo o Laser de Farby-Perrot é de 2nm e o DFB

(Distributed Feedback) é de 0.01 nm em monomodo.

Entre o LED e o Laser, tem-se vantagens e desvantagens na utilização específica de

cada um. Por exemplo o Lase oferece uma maior potência óptica 1dBm contra -7 a -14

dBm do LED.

Como podemos observar a largura espectral do Laser é menor assim, proporciona

menos dispersão que o LED.

Page 8: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Os Lasers são muito mais caros e complexos de fabricar do que o LED.

Fotodetectores: Com uma junção p-n e com uma determinada energia de gap, o

fotodetector absorve fótons, propiciando um salto de elétrons da banda de valência para

a condução sempre que a energia do fóton for maior do que a energia do gap. A corrente

elétrica gerada é proporcional à potência óptica incidente, mas devido aos baixos níveis

de corrente em que operam os fotodetectores (da ordem de µA), há necessidade de

implementação de circuitos para amplificação e redução de ruído.

Acoplador : São componentes utilizados para combinar e dividir sinais passivamente

provenientes de diferentes fibras. Por exemplo, a Figura 11 mostra um acoplador 2x2:

Uma fração X% da potência óptica que é inserida pelo terminal Input 1 é direcionada ao

terminal Output 1, enquanto que a fração remanescente (100-X)% é transmitida pelo

canal Output 2. Da mesma forma, uma fração X% inserida por Input 2 é direcionada a

Output 2, e a parcela remanescente é transmitida por Output 1.

Figura 11 - Acoplador 2x2

Atenuação: A atenuação ou a perda de potência do sinal ao longo da fibra,

pode ser calcuada pela seguinte expressão:

L

PP

P

P

L

]dBm[]dBm[

]mW[

]mW[log

10 outin

out

in

,

onde é a atenuação em dB/km, L é o comprimento de fibra, e Pin e Pout são as

potências ópticas de entrada e saída no enlace, respectivamente. A potência pode ser

expressa em mW ou dBm, de forma que:

mW1

]mW[log10]dBm[P

P .

Page 9: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

A atenuação do sinal ocorre, principalmente, devido a três fatores:

(i) Espalhamento de luz em decorrência do posicionamento das

moléculas do vidro, chamado de Espalhamento Rayleigh;

(ii) Absorção de luz causada por impurezas no material, em grande parte

os íons hidroxila;

(iii) Absorção de luz devido à própria molécula de sílica, com bandas de

absorção nas regiões do ultravioleta e infravermelho.

Na Figura 12, vemos a atenuação em relação ao comprimento de onda, sendo

interligados. Adicionalmente, perdas podem ocorrer ao longo do enlace, em

virtude do acoplamento entre fibras e componentes, macro e micro curvaturas na

fibra, e efeitos não-lineares.

Figura 12 - Interligação entre atenuação e comprimento de onda (Agrawal, 2002)

Dispersão: A dispersão corresponde ao atraso na propagação de um pulso através da

fibra. Este efeito pode ocorrer devido a diversos fatores:

(i) Atraso entre modos (somente em fibra multimodo);

(ii) Dependência do índice de refração do material (vidro) em relação ao

comprimento de onda;

(iii) Dispersão devido ao guia de onda;

(iv) Dispersão de modo de polarização ;

(v) Efeitos não-lineares;

Page 10: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Sensores à fibra óptica: São sistemas que utilizam a fibra para monitoramento de

variáveis físicas e químicas e/ou transmissão de informações adquiridas por um sensor.

As vantagens para o uso desta tecnologia são:

i. Tamanho compacto;

ii. Liberdade de distribuição geométrica;

iii. Imunidade à interferência eletromagnética;

iv. Alta sensibilidade;

v. Possibilidade de medições pontuais e distribuídas e capacidade para

multiplexação de sinais.

Essa tecnologia pode ser empregada em diversas soluções, como: calculo de pressão,

deslocamento linear, rotação, temperatura, corrente elétrica, umidade, viscosidade,

composição química e identificação de agentes biológicos.

Para o presente experimento, utilizaremos o sensoriamento para a identificação de

misturas líquidas, mostrado na Figura 13. Este esquema consiste de um refletômetro, no

qual o princípio operacional baseia-se na medição indireta do índice de refração da

amostra através da intensidade luminosa refletida na interface entre a extremidade

exposta da fibra e a amostra analisada. Como indicam as setas na Figura 13.

Assim, o índice de refração é determinado em função do comprimento de onda do sinal

óptico emitido, da temperatura e da composição química da amostra, o que permite

identificar o líquido analisado. O sistema de sensoriamento é provido de um circuito

optoeletrônico, com fonte laser em 1550 nm, fibras ópticas que atuam como ponta

sensora e meio de propagação de luz, e fotodetector para aquisição da intensidade

luminosa refletida.

Page 11: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Procedimento Experimental

1. Componentes de um enlace óptico

Conectou-se um enlace de fibra óptica, monomodo, a uma fonte portátil capaz de emitir

sinais de comprimento de onda de 1310nm e de 1550nm. Para um estudo mais eficaz,

definiu-se apenas um comprimento para ser avaliado, o de 1310nm.

Assim pode-se definir a potência medida na outra extremidade da fibra através do

medidor de potência óptico. E para fins estatísticos foi feita uma série de cinco medidas

para o enlace. Podemos ver o resultado na tabela 1 a seguir.

Tabela 1 - Potência em enlace de fibra óptica monomodo

Medida 1 2 3 4 5

Potência (µW) 0,8 0,9 1 0,8 0,9

Portanto observa-se um valor de potência para o um enlace simples de fibra óptica

monomodo de 0,88±0,0837µW.

Após essa medição estudamos o caso do enlace de mais de uma fibra monomodo, se

haveria perdas, e caso sim, quanto seria tal atenuação da potência medida ao fim do

sistema.

De forma análoga, para uma conexão de duas fibras monomodos através de um conector

de fibras, figura 4, foram feitas cinco medidas para esse enlace, como obervado na

tabela 2 abaixo, e obteve-se uma medição da potência de 0,78±0,0447µW.

Acoplador

Amostra

Laser

Fotodetector

Circuito de

controle

Circuito de

recepção

Fibra óptica

Sinal óptico emitido

Sinal óptico refletido

Figura 13 - Esquema de um sensoriamento por fibra óptica

Page 12: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Tabela 2 - Potência em enlace de duas fibras ópticas monomodo concatenadas

Medida 1 2 3 4 5

Potência (µm) 0,8 0,8 0,7 0,8 0,8

Para calcular a perda de potência devido ao conector aplicado no circuito, faremos uma

estimativa numérica, lançando mão da condição em que não haveria perdas

significativas devido ao comprimento da fibra óptica, e aplicando a função de atenuação

em dB, vista abaixo, com a escolha de L=1m, estimamos a perda.

Logo, com Pin sendo o valor antes medido no primeiro enlace sem conector, e Pout a

saída após a aplicação de tal elemento, obtemos um valor de atenuação de 0,524dB.

Em seguida, aplicou-se o splitter 2x1, figura 14, ao enlace e mediram-se as possíveis

combinações para suas entradas e saídas e as porcentagens de medição de potência para

cada terminal do splitter. Vemos esse resultado, a seguir, pela tabela 3, dado

denominações de terminais segundo esquema representado na figura 14 abaixo.

Adotando E01, como entrada 1, S01, como saída 1 e S02 como saída 2.

Para cada combinação foram tomadas cinco medidas, semelhante aos casos de enlace

acima, e são descritas na tabela 3 apenas o valor da média e desvio de cada caso.

Figura 14 - Esquema entradas e saída Splitter

Tabela 3 - Potencia de saída e porcentagem emitida

Entrada Saída Potência (µm) Desvio X%

Caso 01 E01 S01 4,72 0,13 8,41

Caso 02 E01 S02 51,38 0,62 91,59

Caso 03 S01 E01 9,66 0,11 100,00

Caso 04 S01 S02 0,00 0,00 0,00

Caso 05 S02 E01 0,84 0,11 100,00

Caso 06 S02 S01 0,00 0,00 0,00

3. Abertura numérica

A fim de calcular a abertura numérica dos feixes de luz transmitidos pelas fibras

monomodo e multímodo, realizou-se um simples procedimento de medição do diâmetro

Page 13: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

observado sobre a projeção de uma emissão conhecida sob um papel em branco,

fazendo uma relação pitagórica entre a altura em que o feixe é projetado e o diâmetro

observado na projeção.

Inicialmente foi projetado o feixe luminoso, nessa superfície plana, através de um

circuito de fibra-óptica monomodo. Pode-se ver pela figura15 a seguir a imagem

projetada sob o papel e por medição de régua métrica o valor do diâmetro projetado,

igual a 5mm.

Figura 15 - feixe luminoso através de fibra monomodo

De maneira semelhante, porém com o objetivo de encontrar a abertura numérica da fibra

multímodo, bem como o ângulo de aceitação da fibra θi, repetiu-se o procedimento, que

visto pela figura 16 abaixo é possível determinar tais parâmetros.

Figura 16 - Feixe luminoso projetado através de fibra multimodo

Page 14: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Portanto a uma altura de projeção fixada em 77mm, com relação ao plano de projeção, e

um diâmetro da imagem gerada de 45mm, encontramos através da função abaixo o

ângulo de aceitação e também a abertura numérica do feixe.

Assim os valores encontrados são de e NA = 0,2100.

Em seguida é plausível a confirmação dos valores experimentais com os valores

teóricos típicos do índice de refração da sílica pura e dopada com germânio, os quais

são respectivamente 1,45 e 1,465. Vemos através da equação abaixo que o valor da

abertura numérica encontrado condiz de fato com a teoria, diferenciando por um erro

mínimo proveniente do método experimental.

4. Sensor óptico para identificação de misturas líquidas

Através de um sensor óptico podemos também determinar a concentração de misturas

de um determinado elemento amostrado. Para isso a análise é baseada em referências

conhecidas pelo instrumento e logo em seguida comparando com a amostra de

concentração de mistura desconhecidas pelos experimentalistas.

Tal procedimento pode ser aplicado em situações críticas, como a análise de um

combustível automotivo para saber se o mesmo está adulterado, ou seja, com maior

concentração de um elemento secundário que não o especificado pelos órgãos

reguladores do setor.

No caso deste experimento foi proposta a análise da concentração de álcool em uma

bebida muito comum no Brasil, a cachaça, que de acordo como os órgãos reguladores,

deve ter uma concentração de no mínimo. Segundo o INMETRO tal bebida deve ter

entre 38 e 54° GL.

Portanto em primeiro momento fez-se uma análise de calibração em misturas

conhecidas com água destilada e álcool etílico (etanol), variando em 20% a

Page 15: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

concentração de cada elemento, iniciando com 100% de água e 0% de etanol e findando

com 100% etanol e 0% de água.

Segue valores encontrados na tabela 4 a seguir, e esquema de medição representado na

figura 13, materiais e métodos.

Tabela 4 - Concentração de Etanol e Água

Porcentagem teórica Medidas

H2O Etanol 1 2 3 4 5 Média Desvio

100% 0% 90 91 92 90 90 90,6 0,894427

80% 20% 87 87 88 87 86 87 0,707107

60% 40% 83 84 84 82 80 82,6 1,67332

40% 60% 79 79 79 80 80 79,4 0,547723

20% 80% 77 78 77 78 77 77,4 0,547723

0% 100% 77 76 76 77 76 76,4 0,547723

Cachaça 81 80 81 80 81 80,6 0,547723

Assim com base nos dados fornecidos pelo sensor, pode-se calcular uma expressão de

correlação entre a intensidade luminosa refletida e o índice de refração da solução,

utilizando métodos de ajuste de curva.

Através da função “adicionar linha de tendência” do Excel, determina-se uma

aproximação linear da curva de resposta do sensor em função da porcentagem da

concentração de etanol, segundo a função abaixo, onde x é a resposta do sensor:

Portanto, testando para o valor encontrado para a cachaça, explicitado na tabela 4 acima,

calcula-se através dessa fórmula o valor da concentração de etanol para ela.

Substituindo na equação encontramos um valor de 49,02% de álcool etílico, o que

sustenta a norma e comprova a qualificação desta cachaça.

E para calcular o índice de refração dessa água ardente, seguimos o mesmo principio de

comparação entre a amostra e um padrão conhecido, que é fornecido pela tabela 5.

Page 16: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Tabela 5 - Indice de refração de mistura

Por interpolação linear podemos também chegar a um valor de índice de refração para a

pinga amostrada, tendo seu valor alcoólico de 49,02° GL seu índice de refração é

1,3613.

QUESTIONÁRIO 1) Dimensionamento de um enlace óptico: Um engenheiro deseja conectar duas

estações (A e B) utilizando um enlace óptico. A distância entre as duas localidade é de

36 km. Para isso, ele dispõe de duas fibras com comprimento de 18 km cada, além de

conectores, laser e detector. Não obstante, com o intuito de fornecer serviço a outras

estações, o enlace necessita de uma derivação em 18 km, utilizando um splitter 21.

O dimensionamento do enlace óptico é calculado por

Tsc MmkknLPS 00 [dB],

Onde:

0S é a sensibilidade (potência mínima detectada) pelo fotodiodo;

0P é a potência do laser;

é a atenuação da fibra;

L é o comprimento do enlace;

ckn é a perda devido aos n conectores;

skm é a perda devido aos m splitters;

TM é a margem de tolerância do sistema.

Page 17: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Dados do problema:

Potência do laser (FP): 3 dBm (1310 e 1550 nm);

Sensibilidade do detector (pin, STM-16): -24 dBm (1310 e 1550 nm);

Perda do conector: 0,25 dB/interface (fibra-fibra);

Splitter: 21, derivação de 50%;

Ganho do amplificador óptico (EDFA): 30 dB;

Margem de tolerância (devido a cabo e equipamentos): 5 dB;

Atenuação: 0,32 dB/km para λ=1310 nm; 0,22 dB/km para λ=1550 nm.

(a) Faça um esboço do enlace óptico, com o laser na estação A e o detector na

estação B.

Figura 17 - Enlace óptico

(b) Calcule o alcance máximo do enlace, considerando os comprimentos de onda

de 1310 e 1550 nm.

R: A partir da fórmula Tsc MmkknLPS 00 [dB], temos que:

Para λ=1310nm ->

Logo,

Para λ=1550nm->

Logo,

(c) Com base no dimensionamento por atenuação óptica, os dispositivos

optoeletrônicos disponíveis serão suficientes para conectar as duas estações?

Page 18: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

R: As duas estações se distanciam de 36 km, como o alcance calculado para

λ=1310nm é 59,115km e para λ=1550nm é 85,980km, logo os dispositivos serão

suficientes para conectar as duas estações.

(d) Suponha que um amplificador óptico seja instalado. Calcule o novo alcance

máximo dos enlaces. Nesse caso, será possível conectar as duas estações?

R: Calculando o novo alcance:

A partir da fórmula Tsc MmkknLPS 00 +GanhoAmp [dB], temos que:

Para λ=1310nm ->

Logo,

Para λ=1550nm->

Logo,

Concluímos então que será possível conectar as duas estações.

(e) Mesmo com a utilização do amplificador, é possível afirmar que a conexão

entre as duas estações será totalmente possível? Justifique.

R: Se analisarmos somente os dados que temos, que levam em conta somente a

distância entre as dua cidades, poderíamos afirmar que seria possível. Porém

sabe-se que há uma série de fatores que não entram no calculo. Pois a distância

poderá ser maior dado a possivéis desvios necessários ao longo do trajeto da

linha.

2) A alta capacidade de transmissão de dados por fibra óptica tornou-se possível

graças ao advento da tecnologia WDM (“Wavelength Division Multiplexing”).

Descreva o que é, e como funciona o WDM.

WDM ‘Wavelength Division Multiplexing’, cuja tradução é Multiplexação por divisão de

comprimento de onda, é um protocolo que permite que em uma rede se utilizem sinais

ópticos com diferentes tipos comprimento de onda no mesmo canal, através da

multiplexagem. Ele separa por comprimento de onda determinadas aplicações, como

mostra a figura abaixo:

Page 19: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Assim em multiplos comprimentos de onda, tem-se uma alta capacidade de trasmissão

de dados e com alta velocidade.

3) Quais são e qual a utilização de alguns dos principais tipos de fibras ópticas

especiais (NZD+/- Nonzero Dispersion Fiber, DS-Dispersion-shifted fiber, PMF-

Polarization Maintaining Fiber, EDF-Erbium Doped Fiber, PCF-Photonic Crystal

Fiber)?

NZD: é um tipo de fibra monomodo, projetada para solucionar as limitações de DS,

possui baixa dispersão, mas não zero. Com um nucleo de fibra reduzido no qual impede

a utilização sistemas de grande quantidade de comprimento de onda.

DS:é um tipo de fibra monomo projetada para ter dispersão zero. Porém pensava-se que

ela suportaria alta capacidade, mas não suporta mais que 4 diferentes tipos de

comprimento de onda.

PMF: A polarização das ondas de luz polarizada linearmente lançada na fibra, é mantida

durante a propagação, com pouco ou nenhum acoplamento cruzado de potência óptica

entre os modos de polarização. Essa fibra é usado em aplicações especiais, onde a

polarização preservação é essencial.

EDF: O Erbio é caracterizado por emitir luz quando excitado, assim quando se emite

uma luz na fibra e emite uma luz mais forte se que se propaga ao longo da fibra. Um dos

problemas existentes neste tipo de fibra são os ruídos existentes nessa emissão de luz.

PCF é uma classe de fibra óptica baseado nas propriedades de cristais fotônicos. Devido

à sua capacidade de confinar luz em núcleos ocos ou com características de

confinamento que não são possíveis em fibras ópticas convencionais.:

Page 20: Trabalhos - Fibras Ópticas – Enlaces e Sistemas de Sensoriamento

Conclusão Neste experimento foi possível a familiarização com algumas das diversas aplicações

das fibras ópticas. Como o sensoriamento, no qual através da difração foi possível

distinguir concentrações de líquidos. Foi possível também entender como funciona o

sistema de perdas por conexão e transmissão, e também o quanto um amplificador

interfere em uma linha de transmissão de dados em termos da distância. Vemos então

que a fibra óptica é e possuí aplicações importantes e que se relacionam muito bem com

o curso de Engenharia de Controle e Automação.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Agrawal G. P. Fiber-optic Communication Systems. New York: John Willey &

Sons, 2002, 546 p.

Izawa T., Sudo S. Optical Fibers: Materials and Fabrications. Tokyo: KTK Scientific

Publishers, 1987, 186 p.

Murata H. Handbook of Optical Fibers and Cables. New York: Marcel Dekker Inc.,

1998.

Varshneya A. K. Fundamentals of Inorganic Glasses. New York: Academic Press,

1994, 570 p.

http://www.linhadetransmissao.com.br/tecnica/fontes_opticas_tipos.htm

Figura 10: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialfsoeab1/pagina_4.asp

http://paginas.fe.up.pt/~ee97041/RBL.pdf