Introdução de fibras especiais para sistemas de comunicação óptica

As comunicações por fibra óptica mudaram nossas vidas de muitas maneiras nos últimos 40 anos. Não há dúvida de que as fibras ópticas de transmissão de baixa perda foram cruciais para o enorme sucesso da tecnologia de comunicações ópticas. No entanto, é menos conhecido que os componentes baseados em fibra também desempenharam um papel crucial nesse sucesso.

Inicialmente, os sistemas de transmissão por fibra óptica eram sistemas ponto a ponto, com comprimentos significativamente menores que 100 km. Então, na década de 1980, houve um rápido progresso na pesquisa e compreensão de componentes ópticos, incluindo componentes de fibra. Muitos desses componentes de fibra encontraram aplicações comerciais na tecnologia de sensores ópticos, como giroscópios de fibra e outros dispositivos de sensores ópticos. Componentes simples, como divisores de potência, controladores de polarização, componentes de multiplexação, dispositivos interferométricos e outros componentes ópticos, provaram ser muito úteis. Um número significativo desses componentes foi fabricado a partir de fibras mantenedoras de polarização (PMFs). Você pode comprar os cabos de conexão de fibra PM na Fiber-Mart.

Embora não seja um mercado grande, as aplicações de sensores de fibra óptica estimularam a pesquisa na fabricação de novos componentes, como componentes de manutenção de polarização; outros componentes, como divisores de potência, foram fabricados a partir de fibras de telecomunicações multimodo (MM) ou monomodo padrão. No setor de telecomunicações, a chamada rede óptica passiva foi proposta para a já prevista rede de fibra óptica para residências (FTTH). Essa rede dependia fortemente do uso de divisores ópticos passivos. Esses divisores eram fabricados a partir de fibras monomodo padrão (SMFs). Clique aqui para obter o preço do cabo de fibra óptica monomodo. Embora o FTTH, em larga escala, só tenha surgido décadas depois, a pesquisa sobre o uso de componentes para aplicações de telecomunicações continuou.

A introdução comercial do amplificador de fibra óptica no início da década de 1990 revolucionou as transmissões por fibra óptica. Com a amplificação, os sinais ópticos podiam percorrer centenas de quilômetros sem regeneração. Isso teve grandes implicações técnicas e comerciais. Rapidamente, novos componentes de fibra óptica foram introduzidos para permitir amplificadores melhores e aprimorar esses sistemas de transmissão. Fibras especiais eram necessárias para o amplificador, por exemplo, fibras dopadas com érbio. O projeto de fibras amplificadoras de alto desempenho exigia considerações especiais sobre o diâmetro do campo modal, a sobreposição do campo óptico com o núcleo ativo da fibra, a composição do núcleo e o uso de novos dopantes. Projetos radicalmente diferentes daqueles das fibras de transmissão convencionais evoluíram para otimizar o desempenho do amplificador para aplicações específicas. A introdução da tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) impôs demandas ainda maiores ao projeto e à composição da fibra para alcançar uma largura de banda mais ampla e ganho plano. Esforços para estender a largura de banda das fibras dopadas com érbio e desenvolver amplificadores em outros comprimentos de onda, como 1300 nm, estimularam o desenvolvimento de outros dopantes. A codopagem com itérbio (Yb) permite o bombeamento de 900 a 1090 nm usando lasers de estado sólido ou lasers de fibra de Nd e Yb. De interesse recente é a capacidade de bombear fibras de Er/Yb em uma geometria de dupla camada com fontes de alta potência a 920 ou 975 nm. Fibras de dupla camada também estão sendo usadas para produzir lasers de fibra usando Yb e Nd.

Além da fibra de amplificação, o EDFA (Amplificador de Fibra Dopada com Érbio) requer uma série de componentes ópticos para sua operação. Estes incluem dispositivos de multiplexação de comprimento de onda e multiplexação de polarização para os comprimentos de onda de bombeamento e sinal. Filtros para achatamento de ganho, atenuadores de potência e taps para monitoramento de potência, entre outros componentes ópticos, são necessários para o desempenho do módulo. Além disso, como a distância de transmissão permitida pelo amplificador é de centenas de quilômetros sem regeneração, outras propriedades de propagação tornaram-se importantes. Essas propriedades incluem dispersão cromática, dispersão de polarização e não linearidades, como mistura de quatro ondas (FWM), modulação de fase cruzada e autofase, e espalhamento Raman e Brillouin. Fibras compensadoras de dispersão foram introduzidas para lidar com a dispersão de comprimento de onda. Perdas de acoplamento de banda larga entre as fibras de transmissão e de compensação eram um problema. Conversão de modo ou fibras em ponte especialmente projetadas permitem emendas de baixa perda entre essas três fibras, tornando possíveis compensadores de dispersão com baixa perda de inserção. Componentes de fibra, bem como microópticos ou, em alguns casos, ópticos planares, podem ser fabricados para atender a essas aplicações. De modo geral, mas nem sempre, os componentes de fibra permitem a menor perda de inserção por dispositivo. Vários desses dispositivos de fibra podem ser fabricados usando SMF padrão, mas frequentemente são necessárias fibras especiais.

Fibras especiais são projetadas alterando a composição da fibra de vidro, o perfil do índice de refração ou o revestimento para obter propriedades e funcionalidades únicas. Além das aplicações em comunicações ópticas, as fibras especiais encontram uma ampla gama de aplicações em outras áreas, como sensores industriais, sistemas de geração de energia e geração de imagens biomédicas, giroscópios de fibra militar e lasers de alta potência, para citar apenas algumas. Existem inúmeras variedades de fibras especiais para diferentes aplicações. Algumas das fibras especiais comuns incluem as seguintes:

• Fibras Ativas : Estas fibras são dopadas com um elemento de terras raras, como Er, Nd, Yb ou outro elemento ativo. As fibras são usadas em amplificadores ópticos e lasers. Amplificadores de fibra dopados com érbio são um bom exemplo de componentes de fibra que utilizam uma fibra ativa. Fibras dopadas com semicondutores e nanopartículas estão se tornando um tópico de pesquisa interessante.
• Fibras de Controle de Polarização : Essas fibras possuem alta birrefringência, o que permite manter o estado de polarização por um longo comprimento de fibra. A alta birrefringência é introduzida por tensões assimétricas, como no Panda, e por tensões em formato de gravata borboleta. Se ambos os modos de polarização estiverem disponíveis na fibra, ela é chamada de PMF. Se apenas um modo de polarização se propaga na fibra enquanto o outro modo de polarização é cortado, a fibra é chamada de fibra de polarização única.
• Fibras de Compensação de Dispersão : As fibras têm dispersão cromática oposta à das fibras de transmissão, como as SMFs padrão e as fibras com dispersão deslocada diferente de zero (NZDSFs). As fibras são usadas para fabricar módulos de compensação de dispersão para mitigar os efeitos de dispersão em um sistema de transmissão de fibra.
• Fibras ópticas altamente não lineares : as fibras têm alto coeficiente não linear para uso em processamento e detecção de sinais ópticos usando efeitos ópticos não lineares, como o efeito Kerr óptico, espalhamento de Brillouin e espalhamento Raman.
• Fibras de Acoplamento ou Fibras de Ponte : As fibras têm um diâmetro de campo modal entre a SMF padrão e uma fibra especial. A fibra serve como um elemento de acoplamento intermediário para reduzir a alta perda de acoplamento entre a SMF padrão e a fibra especial.
• Fibras Fotossensíveis : Fibras cujo índice de refração é sensível à luz ultravioleta (UV). Este tipo de fibra é usado para produzir grades de fibra por exposição à luz UV.
• Fibras de Alta Abertura Numérica (NA) : Fibras com NA maior que 0,3. Essas fibras são utilizadas para distribuição de energia e para aplicações de comunicação de curta distância.
• SMFs especiais : esta categoria inclui SMF padrão com revestimento reduzido para melhor desempenho de curvatura e SMF especialmente projetados para aplicações de comprimento de onda curto.
• Fibras com revestimento especial : fibras com revestimento especial, como revestimento hermético para evitar penetração de hidrogênio e água, revestimento metálico para aplicações de alta temperatura.
• Fibras de infravermelho médio : fibras de vidro sem sílica para aplicações entre 2 e 10 mícrons
• Fibras de cristal fotônico (PCFs) : fibras com estrutura periódica para atingir propriedades de fibra que não estão disponíveis com estruturas de fibra convencionais.

Sobre a Fiber-Mart :
A Fiber-Mart é a maior fabricante e fornecedora de cabos de fibra óptica da China. Fornecemos quase todas as fibras especiais para sistemas de comunicação óptica, incluindo as apresentadas neste artigo, e também temos diversos tipos de patch cords de fibra óptica em nossa loja.