Como é que os cabos de fibra ótica curvam a luz?

Os cabos de fibra ótica enviam sinais rapidamente a longas distâncias sob a forma de luz. Cada cabo é composto por finas fibras de vidro chamadas "fibras óticas", pedaços de vidro que enviam sinais através da luz. Os cabos de fibra ótica são úteis porque utilizam luz em vez de eletricidade, o que significa que outros dispositivos eletrónicos na área não causarão interferências. Muitos projetos científicos de grande escala, como os aceleradores de partículas hardron, utilizam cabos de fibra ótica para enviar sinais rapidamente.

 

A luz, como provavelmente sabe, viaja em ondas, espalhando-se em forma de cone a partir do seu ponto de origem. Mas como fazer com que a luz se curve nos cantos, percorrendo todo o comprimento do cabo de fibra ótica?

 

Se quisesse iluminar um corredor estreito, poderia simplesmente apontar a luz para o fundo do corredor. O feixe espalhar-se-ia com a distância, pelo que talvez precisasse de ajustar o foco, mas não deverá ter problemas em atingir o final do corredor.

 

Mas e se o corredor for curvo? Como fazer a luz atravessar a esquina? Simples: utilize um espelho para refletir a luz.

 

Os cabos de fibra ótica utilizam um princípio semelhante para enviar sinais de luz. É a chamada "reflexão interna total". Isto significa que, independentemente do local para onde envia o sinal de luz no cabo de fibra ótica, a luz será refletida internamente e contida dentro do tubo. Isto garante que os cabos de fibra ótica não têm problemas de curvatura ao enviar luz para longas distâncias.

 

A fibra ótica não pode ser perfeitamente pura, o que significa que o sinal se degradará necessariamente com o tempo. A taxa de decaimento do sinal depende de dois fatores: o comprimento de onda da luz e a pureza da fibra ótica.

 

Vamos falar sobre o que significa comprimento de onda. Em física, existem duas formas diferentes de falar de luz: a luz que vemos e a luz que podemos medir matematicamente. A luz, como já referi, são ondas, pelo que a física mede a luz em termos do comprimento dessas ondas em nanómetros. O nosso cérebro interpreta estes comprimentos de onda como cores diferentes.

 

Os comprimentos de onda utilizados nas fibras óticas são tipicamente muito maiores do que a luz visível. Normalmente, os comprimentos de onda variam entre os 850 e os 1550 nanómetros. Este espectro invisível de luz "longa" é chamado de infravermelho (a extremidade oposta, os comprimentos de onda demasiado curtos para que possamos ver, são chamados de ultravioleta).

 

Quando estas ondas infravermelhas são transmitidas por cabos de fibra ótica, o vidro (como já referi) abranda ou enfraquece a transmissão. Esta atenuação da luz infravermelha ocorre de duas formas: absorção e dispersão. A absorção ocorre devido a minúsculas partículas de vapor retidas no interior da fibra ótica. O espalhamento, por outro lado, ocorre quando a luz infravermelha reflete em átomos ou moléculas no vidro. O comprimento da luz infravermelha reduz a dispersão e a absorção, ajudando a manter o sinal nítido.

 

Deve estar a perguntar-se: se o comprimento de onda reduz a atenuação, porque não usamos comprimentos de onda ainda maiores para a fibra ótica? O que define o limite máximo para os comprimentos de onda?

 

Se utilizássemos frequências mais baixas, haveria interferência térmica. Todas as coisas têm uma temperatura, o que significa que tudo emite algum grau de calor. Parte desta energia emitida como calor assume a forma de luz infravermelha. Se reduzíssemos ainda mais os comprimentos de onda, a temperatura dos objetos circundantes causaria interferência, resultando na perda de sinal.