As Redes Ópticas

Redes Ópticas

1. Introdução

O avanço tecnológico experimentado pelas redes de computadores tem exigido dos sistemas de telecomunicações a capacidade de atender aos constantes aumentos das taxas de transmissão para os diversos sistemas de informação. Nesse quadro, as redes ópticas se apresentam como a alternativa tecnológica mais viável e assim, as fibras ópticas vêm substituindo gradativamente os cabos metálicos na infra-estrutura das redes de telecomunicações e aumentando potencialmente a capacidade e a confiabilidade dos sistemas de comunicação existentes.

Embora a capacidade máxima de transmissão de uma fibra óptica ainda seja desconhecida, uma vez que ainda existam limitações tecnológicas impostas pelos equipamentos eletrônicos que codificam os pulsos luminosos, pesquisadores estimam uma capacidade máxima de transmissão para as atuais fibras ópticas em torno de 25Tbps a 50Tbps (terabits por segundo: 1Tbps = 1000Gbps), por fibra. Para compreender o que significa este valor, um cálculo aproximado mostra que a capacidade de uma única fibra óptica poderia acomodar o tráfego gerado pelo uso simultâneo de cerca de 800 milhões de telefones fixos. Cabe aqui observar que, apesar dos constantes aumentos nas velocidades das interfaces eletrônicas, os sistemas ópticos mais modernos chegam a apenas 0,04% dessa capacidade teórica das fibras.

 

1. Fibras Ópticas

O termo fibra óptica foi empregado pela primeira vez em 1956, pelo Dr. Narinder Singh Kapany que fazia parte de uma equipe do Laboratório Bell (EUA). Ele se baseou nos estudos efetuados pelo físico inglês John Tyndall de que a luz poderia descrever uma trajetória curva dentro de um material, no experimento de Tyndall esse material era água. Porém nesta época não havia a tecnologia necessária para a fabricação da fibra óptica. Os pesquisadores especificaram que para que uma fibra óptica pudesse ser usada com êxito, a perda ou atenuação da luz que se propagava, deveria ser no máximo da ordem de 20 dB por km, mas nesta época as perdas nas fibras ópticas então disponíveis, eram da ordem de 1000 dB / km. Com o avanço da tecnologia e a purificação dos materiais utilizados na sua construção, foi possível a fabricação de fibras ópticas eficientes. Hoje elas são constituídas geralmente por sílica e apresentam atenuações inferiores a 3dB/Km em comprimentos de onda em torno de 850nm, 0,4dB/Km para transmissões em 1300nm e perdas ainda menores, em torno de 0,2dB/Km, para comprimentos de onda por volta de 1550nm.

Com isso a fibra óptica se tornou um excelente meio de transmissão utilizada em sistemas que exigem alta largura de banda, tais como: o sistema telefônico, videoconferência, redes locais (LANs), etc. Há basicamente duas vantagens das fibras ópticas em relação aos cabos metálicos: ela é totalmente imune a interferências eletromagnéticas, o que significa que os dados não serão corrompidos durante a transmissão. Outra vantagem é que a fibra óptica não conduz corrente elétrica, logo não haverá problemas com eletricidade, como problemas de diferença de potencial elétrico ou problemas com descargas elétricas atmosféricas.

O princípio fundamental que rege o funcionamento das fibras ópticas é o fenômeno físico denominado reflexão total da luz. Para que haja a reflexão total a luz deve sair de um meio mais refringente para um meio menos refringente, e o ângulo de incidência deve ser igual ou maior do que o ângulo crítico (também chamado ângulo de Brewster).

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Fig. 1.Principio de transmissão de uma fibra óptica

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Fig. 2.Vista em corte transversal de uma fibra óptica

         O núcleo é um fino filamento de sílica por onde passa a luz. Quanto maior o diâmetro do núcleo mais luz ele pode conduzir. A casca é a camada que reveste o núcleo. Por possuir índice de refração menor que o núcleo ela impede que a luz seja refratada, permitindo assim que a luz chegue ao dispositivo receptor. Neste modelo, entre a casca e a camada de plástico final estão incluídas duas camadas de silicone para proteção contra esforços mecânicos, sendo a interna um pouco mais macia para atuar como amortecedora de esforços transversais externos.

Composição

Existem diversos processos de fabricação de fibras ópticas para comunicações, patenteados a partir de empreendimentos em vários pontos do mundo. Muitos materiais mostram-se adequados para esta finalidade, sendo o mais conveniente, sob muitos aspectos, o dióxido de silício associado a alguns óxidos metálicos especiais. A escolha desses materiais é decorrente de vários motivos. Primeiramente, teve-se o desenvolvimento de fontes de luz de alta intensidade e grande estabilidade em comprimentos de onda entre 0,8µm e 1,6 µm, faixa em que os vidros silicatos são os que apresentam as melhores propriedades para uma boa transmissão.

O emprego de dióxido de germânio como material básico para a fibra óptica mostrou-se interessante em comprimentos de onda maiores na faixa de infravermelho,com atenuações bem abaixo das fibras de dióxido de silício.

1. Tipos de fibras ópticas

Existem duas categorias de fibras ópticas: multimodais e monomodais. Essas categorias definem a forma como a luz se propaga no interior do núcleo.

Fibras Multimodo

As fibras multimodais possuem o diâmetro do núcleo maior do que as fibras monomodais, de modo que a luz tenha vários modos de propagação, ou seja, a luz percorre o interior da fibra óptica por diversos caminhos.

As dimensões do núcleo variam entre 50 µm a 62,5 µm, e a casca em torno de 125 µm. Dependendo da variação de índice de refração entre o núcleo e a casca, as fibras multimodais podem ser classificadas em: Índice Gradual e Índice Degrau.

Multimodo de Índice Degrau

Possuem um núcleo composto por um material homogêneo de índice de refração constante e sempre superior ao da casca. As fibras de índice degrau possuem mais simplicidade em sua fabricação e, por isto, possuem características inferiores aos outros tipos de fibras a banda passante é muito estreita, o que restringe a capacidade de transmissão da fibra. As perdas sofridas pelo sinal transmitido são bastante altas quando comparadas com as fibras monomodo, o que restringe suas aplicações com relação à distância e à capacidade de transmissão.