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O que é Fibra Ótica e como funciona?

Por Amanda Mata
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Entenda o funcionamento da fibra ótica. Veja os tipos de fibra ótica existentes para transmitir dados em alta velocidade com consistência e sem interrupções é o que todos os “agentes da informação” desejam.

Com a explosiva evolução das comunicação, motivadas pela necessidade de aumento de capacidade de tráfego de voz, vídeo e dados de alta velocidade, constantemente nos deparamos com novos conceitos em tecnologias em termo de meios de transporte das informações. É nessa ideia que surge a fibra ótica, que garante nível elevado de fiabilidade a nível de transmissão de sinais e dados, voz e vídeo.

Cabos de fibra óptica estão substituindo fios de cobre para aumentar a velocidade de transmissão de informação digital. Estes cabos são feixes de “fios de vidro” extremamente puros que foram revestidas em duas camadas de plástico reflexivo. Uma fonte de luz é ligada e desligada rapidamente a uma extremidade do cabo de transmissão de dados digitais. A luz viaja através dos fios de vidro e de forma contínua reflete fora do interior dos revestimentos plásticos espelhados em um processo conhecido como reflexão total interna. Sistemas baseados em fibra óptica pode transmitir bilhões de bits de dados por segundo, e eles podem até mesmo levar vários sinais ao longo da mesma fibra usando lasers de cores diferentes. Esses cabos são tão finos quanto um fio de cabelo humano que carregam a informação digital ao longo de grandes distâncias.

A transmissão da luz pela fibra segue um princípio único, independentemente do material usado ou da aplicação: é lançado um feixe de luz numa extremidade da fibra e, pelas características óticas do meio (fibra), esse feixe percorre a fibra por meio de reflexões sucessivas. A fibra possui no mínimo duas camadas: o núcleo (filamento de vidro) e o revestimento (material eletricamente isolante).

Um pouco de história

Em 1870, o físico inglês Jonh Tyndall, demonstrou o princípio de guiamento de luz através de uma experiência muito simples, utilizando um recipiente furado com água, um balde e uma fonte de luz, Tyndall observou o feixe de água sairá iluminado através do furo do recipiente, assim tivemos o primeiro relato da transmissão de luz.

Uma comparação bem simples e divertida dessa experiência, que pode ser feita em casa é a do vídeo abaixo

Depois da descoberta do físico Jonh a fibra passou a ser usada quando surgiu o primeiro cabo submarino de fibra óptica intercontinental, começou a operar em 1988, e tinha capacidade para 40.000 conversas telefônicas simultâneas, usando tecnologia digital. Os cabos que cortam os oceanos do nosso planeta hoje tem a capacidade para 200 milhões de circuitos telefônicos. Tecnologias como WDM (CWDM e DWDM) fazem a multiplexação (transmitir várias comunicações diferentes ao mesmo tempo através de um único canal físico) de várias comprimentos de onda em um único pulso de luz chegando a taxas de transmissão de 1,6 Terabits por segundo em um único par de fibras. Sem esses cabos pelo oceano a fora, você não se comunicaria com pessoas de outro pa´s, continente, a sua comunicação seria restrita a uma área física muito pequena, em comparação ao alcance da fibra ótica.

Apenas em 1956 o físico Narinder Singh Kapany que fazia parte de uma equipe do laboratório Bell (USA), composta por ele e pelos doutores A.L. Schawlow e C.H. Townes, apresentaram os planos para a construção do primeiro laser a ser usado em sistemas de telecomunicação, melhorando gradativamente o que já era bom.

O que é Fibra Ótica?

Pense em um imenso canudo de refrigerante ou em um cano plástico flexível. Imagine, por exemplo, um cano excessivamente comprido. Agora, considere que a superfície interna desse cano foi revestida com um espelho perfeito e esse espelho foi feito de vidro extremamente puro, de modo que, mesmo que seja vários quilômetros de comprimento, a luz ainda pode atravessá-lo (imagine vidro tão transparente que, uma janela com esse vidro, de vários quilômetros de espessura, ainda parece claro, a luz atravessa com a maior nitidez possivel). Então, imagine que você está olhando em uma das pontas do cano. Há vários quilômetros de distância, na outra ponta, um amigo seu liga uma lanterna e reflete sua luz dentro do cano. Uma vez que o interior do cano é revestido de um espelho perfeito, a luz da lanterna refletirá na superfície do cano (mesmo que ele seja curvo ou distorcido) e você a verá na outra ponta. Se o seu amigo começar a ligar e desligar a lanterna à maneira do código Morse, ele conseguirá se comunicar com você por meio do cano. Essa é a essência do cabo de fibra ótica.

Mesmo confinada a um meio físico, a luz transmitida pela fibra óptica proporciona o alcance de taxas de transmissão (velocidades) elevadíssimas, da ordem de 109 à 1010 bits por segundo (cerca de 40Gbps), com baixa taxa de atenuação por quilômetro. Mas a velocidade de transmissão total possível ainda não foi alcançada pelas tecnologias existentes. Como a luz se propaga no interior de um meio físico, sofrendo ainda o fenômeno de reflexão, ela não consegue alcançar a velocidade de propagação no vácuo, que é de 300.000 km/segundo, sendo esta velocidade diminuída consideravelmente.

Para realizar a transmissão de dados em uma fibra ótica, é preciso utilizar equipamentos especiais que contenham um foto emissor, ou seja, um aparelho que possa transformar sinais elétricos em pulsos de luz. Assim os pulsos de luz passam a representarem valores digitais binários correspondentes aos dados.

A fibra ótica para a internet em usuários comum ainda é muito cara, porém se fosse acessível, você teria que trocar de computador, usar um computador com um processamento elevado para receber tais dados em alta velocidade.

Características

Hoje existem vários tipos de comunicações espalhadas pelo mundo, e para atendê-las a fibra ótica possui dois tipos principais de cabo: Monomodo e Multimodo.

O tipo Monomodo é usado para sinais de grandes distâncias, possui um manuseio difícil e exige muita técnica, além do seu custo elevado. Utilizado para comunicações com redes locais, o sistema Multimodo tem diâmetro maior e assim, é possível transitar mais de um sinal através de lasers e LEDs.

Assim como em todo produto existem pontos positivos e negativos, e situações benéficas para o uso desse ou daquele determinado produto ou serviço, a fibra ótica não foge dessa realidade. Veja algumas das vantagens e desvantagens dessa tecnologia:

Vantagens

  • Dimensões Reduzidas;
  • Capacidade para transportar grandes quantidades de informação (Um par de fibras ópticas, cujo diâmetro pode ser comparado com o de um fio de cabelo, pode transmitir 2.5 milhões ou mais de chamadas telefônicas ao mesmo tempo. Um cabo de cobre com a mesma capacidade teria um diâmetro da ordem de 6 m!);
  • Imunidade às interferências eletromagnéticas;
  • Matéria-prima muito abundante;
  • Segurança no sinal;
  • Facilidade na instalação;
  • Menos deterioração com o tempo comparando com os fios de cobre.

Desvantagens

  • Custo elevado;
  • Fragilidade das fibras óticas sem encapsulamento;
  • Dificuldade para ramificações (Uma rede ponto a ponto seria mais viável, caso contrário as conexões tipo “T” sofrem com perdas muito elevadas de dados);
  • Impossibilidade de alimentação remota dos repetidores;
  • Falta de padronização dos componentes ópticos.

Tipos de fibra ótica

As fibras ópticas podem ser basicamente de dois modos:

Monomodo:

  • Permite o uso de apenas um sinal de luz pela fibra;
  • Tem núcleo de 8 a 9 μm e casca de 125 μm;
  • Alcance limitado de 4km para cabeamento estruturado;
  • Dimensões menores que os outros tipos de fibras;
  • Maior banda passante por ter menor dispersão;
  • Utiliza comprimentos de ondas de 1.310 ou 1550 nm;
  • Geralmente é usado laser como fonte de geração de sinal.

Multimodo:

  • Tipo mais comum em cabeamentos primários inter e intra edifícios;
  • Tem núcleo de 50 ou 62,5 μm (equivale à milésima parte do milímetro) e casca de 125μm;
  • Permite o uso de fontes luminosas de baixa ocorrência tais como LEDs (mais baratas);
  • Alcance limitado de 2km para cabeamento estruturado;
  • Diâmetros grandes facilitam o acoplamento de fontes luminosas e requerem pouca precisão nos conectores;
  • Muito usado para curtas distâncias pelo preço e facilidade de implementação pois a longa distância tem muita perda.

E podendo ter características como:

OPGW: Função original dos cabos de para raio, exercer blindagem contra DA diretas nos condutores fase, além de suportar o feixe de FO.

ADSS: Função original dos cabos ADSS ou dielétricos, utilizar um cabo com características isolantes em pequenos lances, além de suportar o feixe de FO.

Diferença entre fibra ótica e par trançado

A principal diferença na comparação de um cabo de fibra ótica e um de par trançado é a velocidade da transferência das informações e a ausência de interferências eletromagnéticas. Existem pesquisadores e especialistas em transferência de dados que conseguiram enviar 100 Tb por segundo através de fibra óptica. O fator mais preocupante dos cabos de par trançado é a interferência eletromagnética, que em ambientes industriais são de grandes quantidades. Por fim, para os mais curiosos fica um vídeo mostrando como é feito a fibra ótica.


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