Aula 15 - Professor Diovani
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Redes de alta velocidade Rede ópticas Redes ópticas As características de capacidade e qualidade de transmissão tornam as fibras óticas (FO) bastante atrativas em aplicações de teleinformática dentre as quais destacam-se as redes de computadores. Sendo a rede ótica, nada mais que uma rede de computadores, onde o meio de transmissão é a fibra ótica. Redes ópticas A luz visível somente ocupa uma reduzida zona que vai de 380nm (violeta) até 780nm (vermelho). A mesma encontra-se entre a zona de ultravioleta, com longitudes de ondas menores e a zona de infravermelha, com longitudes de ondas maiores. Nas telecomunicações por fibra óptica se utilizam as longitudes de onda do infravermelho por volta de 800nm a 1600nm, sendo os valores preferidos os de 850, 1300 e 1550nm. Redes ópticas Espectro eletromagnético Redes ópticas No vácuo as ondas eletromagnéticos se propagam com uma velocidade da luz: co = 299792,456km/s Para a propagação no ar se pode tomar com suficiente aproximação no valor de: co = 300000km/s = 3 . 108m/s = 3 . 105km/s A onda eletromagnética é uma onda transversal. Seu campo elétrico e magnético oscila perpendicularmente a direção de propagação. Redes ópticas A Energia Eletromagnética pode se apresentar das formas mais diversas. A luz é uma delas. Define-se como Comprimento de Onda (lambda), cuja unidade, será definida por nós como nm ao produto da Velocidade (Cvac) pelo inverso da Freqüência (f) cuja unidade, será definida como GHz, segundo a equação abaixo: Comprimento de onda = Velocidade da Luz / Frequência ou lambda = c /f ou lambda (nm) = 2,997925 x108 (m/s) /f (GHz) Redes ópticas No início do desenvolvimento dos Sistemas Ópticos, para Fibras Ópticas feitas de vidro de sílica, foram usados como fonte de luz, dispositivos LED (Light Emitting Diode, ou Diodo Emissor de Luz), operando com comprimentos de onda no entorno de 850 nm. Posteriormente, com o advento dos dispositivos LASERS (Light Amplification by Estimulated Emission of Radiation), além deste comprimento de onda, foram estes dispositivos inicialmente fabricados no entorno de 1 310 nm como é mostrado na Figura e, posteriormente 1 550 nm. Redes ópticas Estes entornos aos comprimentos de Onda de 850, 1300 e de 1500 nm são denominados de Janelas de Transmissão. Redes ópticas Devemos atentar que a Potência Óptica da Radiação Luminosa de um LASER é muitas vezes superior a de um LED e, também que a Largura Espectral, de um LASER do tipo ILD (Injection LASER Diode) é aproximadamente de 1 a 3nm e, de um LED é da ordem de 30 a 50 nanômetros . Redes ópticas Índice de refração As letras n1 e n2 na figura denotam os chamados Índices de Refração, que variam conforme os diferentes meios. Define-se como sendo o Índice de Refração (n), a relação entre a Velocidade de Propagação da Luz no Vácuo (Cvac) e, a Velocidade de Propagação da Luz em um determinado material (Cmat ), segundo a equação abaixo: n = Cvac / Cmat Redes ópticas Em 1621, um Físico Holandês, chamado Willebrord Snell (15911626), equacionou a relação entre os diferentes ângulos em que a Luz passa de um meio transparente a outro. Quando um Raio de Luz passa de um meio transparente para outro, como ilustramos na Figura, este sofre um deslocamento dado pela equação abaixo: n1 .sen Oi = n2 .sen Or Redes ópticas Ângulo Crítico Existe o chamado Ângulo Crítico tetaX, onde um Raio de Luz que incidir sobre uma superfície neste Ângulo, sofrerá um desvio, fazendo um Ângulo de 90° em relação a Normal e, portanto não penetrando no outro meio. Redes ópticas Ângulo Crítico n1 sen 90 = n1 = n2 sen (ang. Crít) ang Crít = arc.sen( n1 / n2 ) Redes ópticas Confinamento da luz Se um raio de Luz entrante sofrer uma primeira reflexão, segundo um determinado ângulo, refletir novamente e, assim sucessivamente conseguimos confinar este raio de luz e, conseguimos fazer com que este se propague. Redes ópticas Toda fibra óptica tem como característica um ângulo de admissão (ou de aceitação), que é o ângulo limite de incidência da luz, em relação ao eixo, para que esta penetre no cabo. Feixes de luz com ângulo superior ao de admissão não satisfazem as condições para a reflexão total e, portanto, não são conduzidos (esse ângulo limitante define um cone de aceitação de luz). Onde n0 é o índice de refração do meio externo à fibra, n1 é o índice de refração do núcleo e n2 é o índice de refração da casca. Em alguns casos se despreza o n0 (ar) Redes ópticas Define-se como Abertura Numérica (AN), ao ângulo formado entre um eixo imaginário E localizado no centro da Fibra e, um raio de luz incidente, de tal forma que este consiga sofrer a primeira reflexão, necessária para a luz se propagar ao longo da Fibra, conforme a Figura. Redes ópticas A abertura numérica de uma fibra é um parâmetro muito utilizado para calcular sua capacidade de captar e transmitir a luz. Deve-se ressaltar que a abertura numérica e o ângulo de admissão não dependem do raio do núcleo. Redes ópticas Modos de propagação Soluções espaço-temporais das equações de Maxwell para cada fibra, caracterizando configurações de campos elétricos e magnéticos que se repetem ao longo do cabo. Na prática, representam as diferentes possibilidades de propagação da luz pela fibra. Redes ópticas Modos de propagação Os modos dependem do material, da geometria e do ângulo de incidência da luz na fibra. Existem condições limitadoras aos modos de propagação, isto é, condições a partir das quais uma propagação não pode existir. Redes ópticas Modos de propagação O número de modos aceitáveis numa fibra são dados a partir de um parâmetro calculado com as características da fibra, o chamado número V ou freqüência normalizada, dado por: Tal que a é o raio da fibra óptica, NA é a Abertura numérica e lambda0 é o comprimento de onda que está sendo introduzido na fibra. Importante notar que o número V depende do raio do núcleo da fibra e do comprimento de onda da luz transmitida. Redes ópticas Modos de propagação Existem valores de V para os quais um único modo pode existir numa fibra óptica (isso ocorre quando V<2,405). Essa condição caracteriza as fibras ópticas monomodo, cujas aplicações são largamente exploradas, principalmente em aplicações onde uma capacidade de transmissão muito alta é requerida. Redes ópticas Se o campo elétrico e o campo magnético oscilam em um plano, o extremo do vetor de intensidade de campo elétrico ou magnético descreve uma linha reta. Uma onda deste tipo se diz que está ‘polarizada linearmente’. Se o extremo do vetor descreve uma circunferência ou, em geral, uma elipse se fala de luz com ‘polarização circular ou elíptica’. Redes ópticas Vantagens: Banda passante A transmissão por fibras óticas é realizada em freqüências óticas portadoras na faixa espectral de 1014 a 1015HZ. Perdas de transmissão muito baixas Apresenta perdas de transmissão baixas, na ordem de 3 a 5dB/km de atenuação. Portanto, é possível implantar sistemas de transmissão à longa distância com espaçamento razoavelmente grande entre os repetidores, o que diminui o custo e a complexidade. Redes ópticas Vantagens: Imunidade a interferências e ao ruído Por serem compostas de material dielétrico, as fibras óticas, não sofrem interferências eletromagnéticas. Isolação elétrica O material dielétrico que compõe a fibra ótica oferece uma boa isolação, portanto não possui problemas de aterramento. Redes ópticas Vantagens: Segurança da informação e do sistema Por não irradiar significativamente a luz propagada, qualquer tentativa de captação de mensagens ao longo da fibra é facilmente detectada, uma vez que exige o desvio de grande parte da potência luminosa.
