Comunicações Ópticas

Question 1

Porque a maior parte das redes de transporte de telecomunicações (backbone) do mundo hoje é feita utilizando sistemas de comunicações por fibras ópticas?

Answer 1

Os sistemas ópticos têm passado por grande evolução, superando em muito os sistemas eletrônicos com circuitos integrados. Com o advento da tecnologia de multiplexagem por comprimentos de onda (WDM), ampliou-se ainda mais a largura de faixa, mesmo com as limitações dos circuitos eletrônicos, possibilitando a transmissão de taxas de terabits por segundo em uma única fibra.

Question 2

Vantagens das comunicações ópticas:

• Pequena atenuação;

Answer 2

A fibra óptica apresenta uma perda de potência por quilômetro, muito menor do que os sistemas que utilizam cabos coaxiais, guias de ondas ou transmissão pelo espaço livre e podem apresentar atenuações na ordem de 0,2 dB/km, operando no comprimento de onda de 1,55 micrometros.

Question 3

Vantagens das comunicações ópticas:

• Maior capacidade de transmissão.

Answer 3

Na transmissão por fibras ópticas as portadoras possuem freqüência na faixa de luz, valores na casa de centenas de terahertz. Este fato permite que se preveja a possibilidade de elevadíssimas velocidades de transmissão, a uma taxa de dezenas ou até centenas de gigabits/segundo por portadora.

Question 4

Vantagens das comunicações ópticas:

• Dimensões e peso dos cabos.

Answer 4

O diâmetro externo da fibra óptica é muito menor do que o dos cabos coaxiais convencionais das faixas de microondas, tipicamente, pode alcançar entre 0,5mm e 1 mm, dependendo da técnica de fabricação e do tipo de fibra óptica.

Question 5

Vantagens das comunicações ópticas:

Condutividade elétrica nula.

Answer 5

A fibra óptica é constituída de vidro altamente transparente, com elevadíssima resistência elétrica. Portanto, não necessita ser alterada nem protegida contra descargas elétricas. Além de suportar elevadíssimas diferenças de potencial sem riscos para o sistema, para o operador ou para o usuário.

Question 6

Vantagens das comunicações ópticas:

• Elevada qualidade de transmissão.

Answer 6

Os sistemas a fibra óptica garantem uma qualidade de transmissão várias ordens de grandeza melhores do que os enlaces de microondas ou com cabos coaxiais e guias de ondas. Comunicações digitais empregando fibras ópticas estabelecem uma taxa de erro de bit de 10^-9, que corresponde a no máximo 1 bit errado para cada 1.000.000.000 de bits transmitidos.

Question 7

Vantagens das comunicações ópticas:

• Sigilo na transmissão.

Answer 7

Em condições normais de propagação, a luz não é irradiada pela fibra óptica, não podendo ser captada por um equipamento externo.

Question 8

Vantagens das comunicações ópticas:

• Imunidade a pulsos eletromagnéticos.

Answer 8

Como a fibra é constituída de material dielétrico, assim como não provoca interferência eletromagnética em meios próximos, também é imunie a interferência eletromagnética externa.

Question 9

Vantagens das comunicações ópticas:

• Facilidade de obtenção da matéria prima.

Answer 9

A fibra óptica é construída a partir da sílica (SiO2), um dos materiais mais abundantes da Terra. Utiliza-se normalmente o quartzo cristalino.

Question 10

Vantagens das comunicações ópticas:

• Grande produto largura de faixa x extensão do enlace.

Answer 10

As fibras ópticas modernas apresentam largura de faixa muito grande e baixa atenuação. Por estas características, os sistemas a fibra são os que apresentam o menor custo por quilômetro por canal instalado.

Question 11

Desvantagens das comunicações ópticas:

• Custo elevado para sistemas de pequenas larguras de faixa.

Answer 11

A redução no custo de um sistema óptico só é sentida quando puderem ser aproveitadas sua elevada capacidade de transmissão e pequena atenuação. Em um sistema de pequena distância e baixa capacidade o seu custo pode ser superior aos que empregam cabos de cobre.

Question 12

Desvantagens das comunicações ópticas:

• Dificuldades nas emendas e conectores.

Answer 12

Freqüentemente, os cabos de fibras ópticas necessitam ser emendados para a complementação de um determinado lance. O sistema mais comum é o que emprega a máquina de fusão por arco voltaico, capaz de executar uma ligação entre duas pontas da fibra de forma quase perfeita.

Question 13

Desvantagens das comunicações ópticas:

• Absorção de hidrogênio.

Answer 13

Pode ocorrer difusão de moléculas de hidrogênio para o interior da sílica, acarretando alterações em suas características de transmissão, afetando principalmente a atenuação do sinal guiado.

Question 14

Desvantagens das comunicações ópticas:

• Impossibilidade de conduzir corrente elétrica.

Answer 14

Como a fibra óptica é constituída de um material isolante, não permite a transmissão de energia elétrica, o que dificulta seu emprego quando houver necessidade de se alimentar o equipamento eletrônico em suas extremidades.

Question 15

Desvantagens das comunicações ópticas:

• A escolha da freqüência de transmissão.

Answer 15

A transmissão e a detecção em um sistema a fibras ópticas devem ser feitas em certos comprimentos de onda, fixados pelas características das fontes de luz, dos foto-detectores e pelas faixas que permitem baixa atenuação e baixa dispersão nas fibras ópticas, impossibilitando o ajuste da freqüência de operação a qualquer valor que seja mais conveniente.

Question 16

Desvantagens das comunicações ópticas:

-Não permitir mobilidade.

Answer 16

Considerando que atualmente a mobilidade dos usuários é um pré-requisito para diversas aplicações que utilizam sistemas de telecomunicações, a aplicação de fibras ópticas se restringe a interligar os equipamentos e as estações que fornecem estes serviços

Question 17

Qual material é utilizado para revestir as fibras ópticas?

Answer 17

a fibra óptica é revestida de acrilato e o diâmetro deste revestimento é de 250mm. O acrilato é também utilizado para a numeração das fibras dentro de um cabo óptico, através de um código de cores.

Question 18

Quais os fatores intrínsecos que podem aumentar a atenuação das emendas em projetos de redes ópticas.

Answer 18

• Variação do diâmetro do núcleo;
• Diferença de perfil do índice de refração;
• Elipticidade ou excentricidade do núcleo ou casca.

Question 19

Quais os fatores extrínsecos que podem aumentar a atenuação das emendas em projetos de redes ópticas.

Answer 19

• Precisão no alinhamento da fibra;
• Qualidade das terminações da fibra;
• Espaçamento entre as extremidades;
• Contaminação ambiental.

Question 20

O que é clivagem?

Answer 20

Clivar significa provocar uma ruptura da fibra em um ponto ideal que permita conseguir em todo seu diâmetro uma superfície plana e polida ou lisa.

Question 21

Quando vamos projetar uma rede óptica, muitas vezes há a necessidade de utilizarmos cabos diferentes no mesmo projeto. Podemos emendar estes cabos?

Answer 21

Podem ser de tipos de cabos diferentes, desde que o tipo de fibra seja o mesmo.

Question 22

O que é o ângulo crítico?

Answer 22

É o ângulo a partir do qual a luz será totalmente refletida para o núcleo. para ocorrer uma Reflexão Interna Total é necessário que n1 seja maior que n2.

Question 23

O que é abertura numérica?

Answer 23

A abertura numérica (NA - numerical aperture) de uma fibra óptica é definida como o seno do ângulo máximo de incidência (senθi) de um feixe de luz na interface ar/fibra, que será totalmente refletido na interface núcleo/casca. Em resumo, é uma medida de capacidade de captação de luz pela fibra.

Question 24

Qual a diferença entre macrocurvatura e microcurvatura?

Answer 24

A Macrocurvatura pode ocorrer durante a instalação da fibra e pode provocar interação entre os Modos confinados no núcleo e os Modos evanescentes da capa, ocorrendo perda de parte da energia antes confinada . A microcurvatura é geralmente proveniente de falhas no processo de fabricação, mas pode ser provocada também por esforços na fibra.

Question 25

O que é o espalhamento de Rayleigh?

Answer 25

É um mecanismo de perda que surge das flutuações aleatórias de densidade do material utilizado no núcleo durante a fabricação da fibra óptica. Essas flutuações causam alterações no índice de refração e a luz é espalhada em todas as direções de maneira aproximadamente isotrópica.

Question 26

O que é reflexão de Fresnel?

Answer 26

É causada pela diferença entre o índice de refração das fibras e o ar existente entre elas. Para minimizar esse problema, utiliza-se um fluído especial entre as fibras que tem um mesmo (ou aproximado) valor de índice de refração.

Question 27

O que é retroespalhamento?

Answer 27

é a parcela da luz espalhada que retorna pela fibra. Como conseqüência destes espalhamentos, ocorrerão perdas que incluem reduções na amplitude do campo guiado por mudanças na direção de propagação, causadas pelo próprio material e por imperfeições no núcleo da fibra.

Question 28

O que é zona morta?

Answer 28

É a distância entre o início de um evento e o ponto onde um evento consecutivo pode ser detectado.

Question 29

O que é alcance dinâmico?

Answer 29

O alcance dinâmico determina o comprimento máximo de fibra possível de ser medido pelo OTDR, considerando-se a atenuação na fibra, nas emendas e nas conexões.

Question 30

O que é largura de pulso?

Answer 30

É o parâmetro mais significativo na configuração de um OTDR. A escolha correta da Largura de Pulso pode ser suficiente para solucionar certos tipos de problemas. Como regra básica, para enlaces longos são utilizados Pulsos maiores e para enlaces curtos são utilizados Pulsos menores.

Question 31

O que acontece com a zona morta e com o alcance dinâmico quando aumentamos a largura de pulso?

Answer 31

Uma largura de pulso ampla trará uma faixa dinâmica maior e medirá uma distância comparativamente maior, mas a resolução e a zona morta aumentarão.

Question 32

O que acontece com a zona morta e com o alcance dinâmico quando diminuímos a largura de pulso?

Answer 32

Com uma largura de pulso estreita haverá maior resolução e menor zona morta; entretanto, a faixa dinâmica será reduzida.

Question 33

Quando não conseguimos medir com precisão um evento no fim da fibra, porque a relação sinal-ruído está ruim, o que devemos fazer?

Answer 33

Aumentar a largura do pulso. São tiradas médias dos resultados para que o ruído aleatório do receptor seja suavizado no tempo.

Question 34

Quando não conseguimos enxergar um evento próximo ao OTDR, o que devemos fazer?

Answer 34

Reduzir a largura do pulso. Fazer verificação visual, Trocar o cordão de união, pois se o problema estiver nele, a segunda reflexão de Fresnel já é o fim da fibra ou Colocar uma bobina de teste conectada em uma extremidade ao OTDR e emendá-la à fibra em teste na outra extremidade. A bobina ficará no lugar do cordão de união.

Question 35

Porque não podemos medir a atenuação total do enlace com o OTDR?

Answer 35

Por que o OTDR pode apresentar a medida imprecisa em uma única direção. O resultado com a mínima precisão é a média aritmética das atenuações medidas nos dois sentidos, a qual deverá sempre ser uma atenuação.

Question 36

Se a emenda é um elemento passivo, como podemos ver uma emenda com ganho na tela do OTDR? Houve realmente um ganho no sinal transmitido?

Answer 36

A explicação para este ganho é que a fibra que está após a emenda está retroespalhando mais luz do que a fibra que está antes da emenda. Sempre que houver um ganho no OTDR é porque existe uma emenda neste local, pois, com certeza, temos duas fibras diferentes nos trechos antes e depois do evento.

Question 37

Porque precisamos fazer as medidas com o OTDR nos dois sentidos, tirar as médias dos valores medidos com as emendas e só depois podemos considerá-las aprovadas ou reprovadas?

Answer 37

A atenuação total é a soma da atenuação provocada pela fibra, além da atenução nas emendas e conectores, sendo composta pela média aritimetica da atenuação nos 2 sentidos. Splites e torções também podem influenciar na atenuação total.

Question 38

Porque os sistemas de supervisão de redes ópticas utilizam o comprimento de onda de 1625nm?

Answer 38

Qualquer esforço no cabo que provoque curvaturas na fibra, irá atenuar mais o sinal do sistema de supervisão do que qualquer outro comprimento de onda inferior a 1625 nm. Isto ocorre porque quanto maior o comprimento de onda (l), menor será o diâmetro normalizado (V) da fibra óptica.

Question 39

Como ocorre a absorção de luz em um fotodiodo para a detecção de sinais luminosos?

Answer 39

A onda eletromagnética propaga-se com energia suficiente para transferir elétrons da banda de valência para a banda de condução, criando elétrons livres e lacunas em seus estados de energia anteriores.

Question 40

Como ocorre a emissão espontânea de luz em um LED?

Answer 40

Quando existirem elétrons livres na banda de condução, tem-se uma probabilidade de esses elétrons retornarem à banda de valência, ocupando um estado quântico vazio. Por conseguinte, a descida do elétron para uma banda de energia mais baixa implica em liberação de correspondente diferença de energia sob a forma de uma onda eletromagnética.

Question 41

Como ocorre a emissão estimulada de luz em um LASER?

Answer 41

A emissão estimulada resulta em luz essencialmente monocromática, com amplitude e coerência muito superiores à energia irradiante obtida na emissão espontânea. Isso será possível em materiais de banda proibida direta que possuam grandes quantidades de elétrons na banda de condução, em uma situação de instabilidade. A tendência é que eles se transfiram para a banda de valência e a diferença de energia entre as duas faixas é emitida na forma de irradiação eletromagnética.