Hoje em dia, os cabos de fibra óptica são amplamente utilizados para transmitir dados. Substituíram completamente as linhas de comunicação tradicionais baseadas em metal em alguns campos das TI. Os cabos de fibra óptica são especialmente eficazes em aplicações em que grandes quantidades de dados devem ser transmitidos a longas distâncias.
Conteúdos
Base física das fibras ópticas
As fibras ópticas são baseadas no princípio físico da reflexão total. Se tomarmos dois meios com índices de refracção diferentes n1 e n2onde n2< n1 (por exemplo, ar e vidro ou vidro e plástico transparente) e projectar um feixe de luz num ângulo α para a interface, ocorrerão dois eventos.
O feixe (marcado a vermelho na figura), projectado de cima para a esquerda (seta) irá refractar parcialmente e viajar ao longo do meio com índice de refracção n2 num ângulo α1<α - esta parte do feixe é indicada pela linha tracejada. A outra parte do feixe reflectirá a partir da interface no mesmo ângulo. Se deixarmos o feixe cair num ângulo mais lento β (o feixe verde na figura), o mesmo acontecerá - reflexão parcial e refracção parcial num ângulo β1.
Se o ângulo do incidente α for ainda mais reduzido (raio azul na figura), então a parte refractária do feixe "desliza" quase paralelamente à interface (linha azul tracejada). Uma nova diminuição do ângulo de incidência (incidente de feixe verde num ângulo β) provocará um salto qualitativo - a parte refractária estará ausente. O feixe será completamente reflectido a partir da interface entre os dois meios de comunicação. Este ângulo é chamado de ângulo de reflexão total e o fenómeno é chamado de reflexão total. O mesmo será observado à medida que o ângulo de incidência diminuirá ainda mais.
Construção de uma fibra óptica
As fibras ópticas são baseadas neste princípio. É constituída por duas camadas coaxiais de diferentes densidades ópticas.
Se um feixe de luz entrar na extremidade aberta de uma fibra num ângulo maior do que o ângulo de reflexão da luz, será completamente reflectido a partir da superfície de contacto de dois meios com índices de refracção diferentes, com pouca atenuação em cada "salto".
A parte exterior da fibra óptica é feita de plástico. O interior também pode ser feito de plástico transparente, depois pode ser dobrado em ângulos bastante grandes (mesmo enrolado num anel, e a luz que entra no interior ainda passará de uma extremidade para a outra com atenuação, dependendo das propriedades ópticas do plástico e do comprimento da guia da luz). Para cabos de longa distância, onde a flexibilidade não é tão importante, o núcleo interior é geralmente feito de vidro. Isto reduz a atenuação e o custo da fibra óptica, mas torna-se sensível à flexão.
Para aumentar a capacidade de uma linha óptica, a fibra está disponível numa versão de modo duplo ou multi-modo. Para este efeito, a secção do núcleo é aumentada para 50 µm ou 62,5 µm (em comparação com 10 µm para monomodo). Dois ou mais sinais podem ser transmitidos simultaneamente através desta fibra óptica.
Esta linha de transmissão óptica tem certas desvantagens. Uma delas é a dispersão da luz causada pelo caminho diferente de cada sinal. Aprenderam a combatê-lo fazendo um núcleo com um índice de refracção com um gradiente (mudando do meio para as arestas). Isto corrige os caminhos de diferentes vigas.
Os cabos de fibra óptica multimodo são principalmente utilizados para redes locais (dentro de um edifício, empresa, etc.) e os cabos de fibra óptica monomodo são utilizados para linhas de transmissão de longa distância.
Desenho de uma linha de fibra óptica
Os cabos de fibra óptica transportam um sinal luminoso produzido por um LED ou laser. É gerado um sinal eléctrico na unidade transmissora. O dispositivo final também precisa do sinal sob a forma de impulsos eléctricos. Por conseguinte, será necessário converter duas vezes os dados em bruto. A figura mostra um diagrama simplificado de uma linha de fibra óptica.
O sinal do dispositivo de transmissão é convertido em impulsos de luz e transmitido através da linha óptica. A potência dos emissores do lado emissor é limitada, pelo que os dispositivos que compensam a atenuação - amplificadores ópticos, regeneradores ou repetidores - são colocados, em certos intervalos, em linhas longas. Na extremidade receptora há outro conversor que transforma o sinal óptico num sinal eléctrico.
Construção de cabos ópticos
As fibras individuais são utilizadas como parte de um cabo óptico para criar uma linha de fibras ópticas. A sua construção depende da finalidade da linha de transmissão e do método de instalação, mas em geral contém várias fibras com um revestimento de protecção individual (contra riscos e danos mecânicos). Esta protecção é normalmente feita em duas camadas - primeiro uma bainha de composto e depois um revestimento adicional de plástico ou verniz no topo. As fibras são revestidas numa bainha comum (semelhante aos cabos eléctricos convencionais), que determina a aplicação do cabo e é seleccionada de acordo com as influências externas a que a linha será exposta durante o funcionamento.
Ao instalar em caminhos de cabos há um problema de protecção das linhas contra roedores. Neste caso, é necessário escolher cabo com revestimento exterior reforçado com fita de aço ou armadura de arame. As fibras de vidro são também utilizadas como protecção contra danos.
Se o cabo for colocado num tubo, a bainha reforçada não é necessária. O tubo metálico protege de forma fiável contra os dentes de ratos e ratos. A bainha exterior pode ser tornada mais leve. Isto torna mais fácil puxar o cabo para dentro do tubo.
Se a linha tiver de ser colocada no solo, a protecção é sob a forma de blindagem de arame protegido contra a corrosão ou barras de fibra de vidro. Isto proporciona uma elevada resistência não só à compressão mas também à tracção.
Se o cabo tiver de ser instalado em zonas marítimas, sobre rios ou outros obstáculos aquáticos, em terrenos pantanosos, etc., é utilizada protecção adicional com fita adesiva de alu-polímero. Desta forma, o cabo é protegido contra a penetração de água.
Muitos cabos também contêm dentro da sua bainha comum:
- Barras de reforço que servem para dar maior resistência à estrutura quando expostas a tensões mecânicas externas e quando a linha é termicamente alongada;
- fillers - filamentos plásticos que preenchem espaços vazios entre fibras e outros elementos
- barras de energia (o seu objectivo é aumentar a carga de tracção).
Em grandes vãos a linha é suspensa num cabo, mas existem cabos auto-sustentados. O cabo metálico de suporte é construído directamente na bainha.
Como um tipo separado de linha de fibra óptica, devemos mencionar o cabo de fibra óptica patch. Este cabo contém uma ou duas fibras (mono-modo ou bimodo) encapsuladas numa bainha comum. Ambos os lados do cordão estão equipados com conectores para ligação. Estes cabos são muito curtos e são utilizados para ligar equipamentos em curtas distâncias ou para cablagem dentro de armários.
Vantagens e desvantagens dos cabos ópticos
As indubitáveis vantagens dos cabos de fibra óptica que levaram à sua utilização generalizada incluem:
- alta imunidade a interferências - o sinal luminoso não é afectado pela radiação electromagnética doméstica e industrial, e a própria linha não emite qualquer radiação (o que dificulta o acesso não autorizado à informação transmitida e não cria problemas de compatibilidade electromagnética);
- isolamento galvânico completo entre o lado de recepção e o lado de transmissão;
- baixa atenuação - muito mais baixa do que a das linhas de arame;
- longa duração;
- elevada capacidade de transmissão.
Nas realidades actuais, é também importante que o cabo não atraia ladrões de metal.
A óptica não está sem as suas desvantagens. Em primeiro lugar, é uma complexidade de instalação e ligação, que requer equipamento, ferramentas e materiais especiais, bem como impõe requisitos mais elevados à qualificação do pessoal, envolvido na instalação e manutenção de linhas. A maioria das falhas nos cabos de fibra óptica são causadas por erros de instalação, que podem não se manifestar imediatamente. Inicialmente, o custo da própria linha era também elevado, mas os avanços da tecnologia permitiram reduzir esta desvantagem para níveis competitivos.
As linhas ópticas ganharam uma quota de mercado significativa no mercado das comunicações. Nenhuma alternativa séria está à vista num futuro previsível, a menos que haja um avanço tecnológico.
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