INTERNET VIA FIBRA ÓPTICA: ENTENDA O QUE É E COMO FUNCIONA!

Fibra óptica é a tecnologia usada para transmitir informações como pulsos de luz por meio de fios de fibra de vidro ou plástico a longas distâncias.

Por: IP Telecom | Data: 01/10/2021 10:04 - Atualizado em 01/10/2021 14:45


Fibra ótica, refere-se ao meio e tecnologia associada à transmissão de informações como pulsos de luz ao longo de um cordão de vidro, plástico ou fibra. A fibra óptica é usada para redes de dados de longa distância e de alto desempenho. Também é comumente usada em serviços de telecomunicações, como internet, televisão e telefones. Por exemplo, a Verizon e o Google usam fibra ótica em seus serviços Verizon FIOS e Google Fiber, respectivamente, fornecendo velocidades Gigabit de internet aos usuários.

Os cabos de fibra óptica são usados porque possuem uma série de vantagens sobre os cabos de cobre, como largura de banda e velocidades de transmissão maiores. Um cabo de fibra óptica pode conter um número variável dessas fibras de vidro até algumas centenas. 

Ao redor do núcleo de fibra de vidro está outra camada de vidro chamada revestimento. Uma camada conhecida como tubo tampão protege o revestimento e uma camada de revestimento atua como a camada protetora final para o fio individual. Fibras ópticas (fibras ópticas) são fios longos e finos de vidro muito puro, com aproximadamente o diâmetro de um fio de cabelo humano. Eles são organizados em feixes chamados cabos ópticos e uados para transmitir sinais a longa distância.

Se você olhar atentamente para uma única fibra óptica, verá que ela possui as seguintes partes:

Núcleo  centro de vidro fino da fibra por onde a luz viaja

Revestimento material óptico externo em torno do núcleo que reflete a luz de volta para o núcleo

Revestimento tampão revestimento plástico que protege a fibra contra danos e umidade

Centenas ou milhares dessas fibras ópticas são organizadas em feixes de cabos ópticos. Os feixes são protegidos pela cobertura externa do cabo, chamada de capa.

Interior da fibra óptica

As fibras ópticas vêm em dois tipos:

  • Fibras monomodo
  • Fibras multimodo

MONOMODO

O tipo monomodo permite o uso de um único sinal de luz pela fibra, tendo núcleo de 8 a 9μm e casca de 125μm. Seu alcance é ideal para maiores distâncias, atendendo até 4 quilômetros de cabeamento estruturado. Por apresentar uma dimensão menor, a dispersão de dados também é reduzida.

Normalmente, a geração de sinal é feita por meio de laser, o que garante maior qualidade de transmissão. Suas características exigem técnica e cuidado no manuseio, resultando em custo elevado para instalação e manutenção.

MULTIMODO

O segundo modelo é usado para comunicação com redes locais, ou seja, em áreas próximas, como o interior de um prédio. Isso acontece porque o cabo tem alcance limitado, de apenas 2 quilômetros. Seu núcleo é de 0 ou 62,5μm e casca de 125μm.

Além disso, por ser maior, é possível fazer mais de uma transmissão pela fibra. A geração de sinal pode ser feita por laser ou LEDs, que apresentam menor custo para seu manuseio e manutenção, bem como instalação.

Cabo Monomodo (SM)

Cabo Multimodo (MM)

Como funciona a fibra óptica

A fibra óptica transmite dados na forma de partículas de luz ou fótons que pulsam por meio de um cabo de fibra óptica. O núcleo de fibra de vidro e o revestimento têm, cada um, um índice de refração diferente que desvia a luz que entra em um determinado ângulo. Quando os sinais de luz são enviados através do cabo de fibra óptica, eles refletem no núcleo e revestem-se em uma série de saltos em zigue-zague, aderindo a um processo denominado reflexão interna total. Os sinais de luz não viajam na  velocidade da luz  por causa das camadas de vidro mais densas, em vez disso, viajam cerca de 30% mais devagar do que a velocidade da luz. Para renovar ou aumentar o sinal ao longo de sua jornada, a transmissão de fibra óptica às vezes requer  repetidores em intervalos distantes para regenerar o sinal óptico, convertendo-o em um sinal elétrico, processando esse sinal elétrico e retransmitindo o sinal óptico.

Os cabos de fibra óptica estão se movendo para suportar sinais de até 10 Gbps. Normalmente, conforme a capacidade de largura de banda de um cabo de fibra óptica aumenta, mais caro ele se torna.

Tipos de cabos de fibra ótica

A fibra multimodo e a fibra monomodo são os dois tipos principais de cabo de fibra óptica. a fibra monomodo é usada para distâncias mais longas devido ao menor diâmetro do núcleo da fibra de vidro, o que diminui a possibilidade de atenuação, a redução na intensidade do sinal. A abertura menor isola a luz em um único feixe, que oferece uma rota mais direta e permite que o sinal viaje por uma distância maior. A fibra monomodo também tem uma largura  de banda consideravelmente maior do  que a fibra multimodo. A fonte de luz usada para fibra monomodo normalmente é um laser. A fibra monomodo geralmente é mais cara, pois requer cálculos precisos para produzir a luz laser em uma abertura menor.

A fibra multimodo é usada para distâncias mais curtas porque a maior abertura do núcleo permite que os sinais de luz reflitam e reflitam mais ao longo do caminho. O diâmetro maior permite que vários pulsos de luz sejam enviados através do cabo de uma vez, o que resulta em mais transmissão de dados. Isso também significa que há mais possibilidade de perda, redução ou interferência do sinal. A fibra óptica multimodo normalmente usa um LED para criar o pulso de luz.

Embora os cabos de cobre tenham sido a escolha tradicional para telecomunicações, redes e conexões de cabo por anos, a fibra óptica se tornou uma alternativa comum. A maioria das linhas de longa distância das companhias telefônicas agora são feitas de cabos de fibra ótica. A fibra óptica transporta mais informações do que o fio de cobre convencional, devido à sua maior largura de banda e velocidades mais rápidas. Como o vidro não conduz eletricidade, a fibra óptica não está sujeita a interferência eletromagnética e as perdas de sinal são minimizadas.

As fibras monomodo têm pequenos núcleos (cerca de 3,5 x 10 -4 polegadas ou 9 mícrons de diâmetro) e transmitem luz laser infravermelha (comprimento de onda = 1.300 a 1.550 nanômetros). As fibras multimodo têm núcleos maiores (cerca de 2,5 x 10 -3 polegadas ou 62,5 mícrons de diâmetro) e transmitem luz infravermelha (comprimento de onda = 850 a 1.300 nm) de diodos emissores de luz (LEDs).

Algumas fibras ópticas podem ser feitas de plástico. Essas fibras têm um núcleo grande (0,04 polegadas ou 1 mm de diâmetro) e transmitem luz vermelha visível (comprimento de onda = 650 nm) dos LEDs.

Como uma fibra óptica transmite luz?

Suponha que você queira iluminar um corredor longo e reto com o facho de uma lanterna. Basta apontar o feixe diretamente para o corredor - a luz viaja em linha reta, então não há problema. E se o corredor tiver uma curva? Você pode colocar um espelho na curva para refletir o feixe de luz na esquina. E se o corredor for muito sinuoso com várias curvas? Você pode alinhar as paredes com espelhos e inclinar o feixe de modo que salte de um lado para o outro ao longo do corredor. Isso é exatamente o que acontece em uma fibra óptica.

A luz em um cabo de fibra ótica viaja através do núcleo (corredor), refletindo constantemente no revestimento (paredes revestidas de espelhos), um princípio denominado reflexão interna total . Como o revestimento não absorve nenhuma luz do núcleo, a onda de luz pode viajar grandes distâncias.

No entanto, parte do sinal de luz se degrada dentro da fibra, principalmente devido a impurezas no vidro. A extensão da degradação do sinal depende da pureza do vidro e do comprimento de onda da luz transmitida (por exemplo, 850 nm = 60 a 75 por cento / km; 1.300 nm = 50 a 60 por cento / km; 1.550 nm é maior que 50 por cento / km). Algumas fibras ópticas premium mostram muito menos degradação de sinal - menos de 10 por cento / km a 1.550 nm.

Um sistema de relé de fibra óptica

Para entender como as fibras ópticas são usadas em sistemas de comunicação, vamos ver um exemplo de um filme ou documentário da Segunda Guerra Mundial, onde dois navios de guerra em uma frota precisam se comunicar enquanto mantêm o silêncio do rádio ou em mares tempestuosos. Um navio pára ao lado do outro. O capitão de um navio envia uma mensagem a um marinheiro no convés. O marinheiro traduz a mensagem para o código Morse (pontos e travessões) e usa uma luz de sinalização (holofote com uma veneziana) para enviar a mensagem para o outro navio. Um marinheiro no convés do outro navio vê a mensagem em código Morse, decodifica para o inglês e envia a mensagem para o capitão.

Agora, imagine fazer isso quando os navios estão em ambos os lados do oceano separados por milhares de milhas e você tem um sistema de comunicação de fibra óptica entre os dois navios. Os sistemas de relé de fibra óptica consistem no seguinte:

  • Transmissor - produz e codifica os sinais de luz
  • Fibra ótica - conduz os sinais de luz à distância
  • Regenerador óptico - pode ser necessário para aumentar o sinal de luz (para longas distâncias)
  • Receptor óptico - Recebe e decodifica os sinais de luz

Transmissor

O transmissor é como o marinheiro no convés do navio que envia. Ele recebe e direciona o dispositivo ótico para "acender" e "apagar" a luz na sequência correta, gerando um sinal luminoso.

O transmissor está fisicamente próximo à fibra óptica e pode até ter uma lente para focar a luz na fibra. Os lasers têm mais potência do que os LEDs, mas variam mais com as mudanças de temperatura e são mais caros. Os comprimentos de onda mais comuns dos sinais de luz são 850 nm, 1.300 nm e 1.550 nm (infravermelho, porções não visíveis do espectro ).

Regenerador óptico

Como mencionado acima, ocorre alguma perda de sinal quando a luz é transmitida através da fibra, especialmente em longas distâncias (mais de meia milha ou cerca de 1 km), como com cabos submarinos. Portanto, um ou mais regeneradores ópticos são emendados ao longo do cabo para aumentar os sinais de luz degradados.

Um regenerador óptico consiste em fibras ópticas com um revestimento especial ( dopagem ). A porção dopada é "bombeada" com um laser . Quando o sinal degradado chega ao revestimento dopado, a energia do laser permite que as moléculas dopadas se tornem lasers. As moléculas dopadas então emitem um novo sinal de luz mais forte com as mesmas características do sinal de luz fraco que chega. Basicamente, o regenerador é um amplificador de laser para o sinal de entrada.

Receptor Ótico

O receptor óptico é como o marinheiro no convés do navio receptor. Ele pega os sinais de luz digital recebidos, decodifica-os e envia o sinal elétrico para o computador do outro usuário, TV ou telefone (capitão do navio receptor). O receptor usa uma fotocélula ou fotodiodo para detectar a luz.

Os sistemas de comunicação de fibra óptica têm uma série de vantagens que os tornam mais eficientes do que os sistemas que usam cabos de cobre tradicionais. Eles têm uma capacidade de transporte de informações muito maior, não são incomodados por interferências elétricas e requerem menos amplificadores do que os sistemas de cabos de cobre. Como parte de um sistema de comunicação, uma fibra óptica transmite informações na forma de sinais de luz geralmente como flashes de luz. Os sinais são gerados por um pequeno laser semicondutor ou diodo emissor de luz (LED) em uma extremidade da fibra e detectados por um dispositivo sensível à luz na outra extremidade.

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