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A compreensão das características dos diferentes tipos de cabos de fibra ótica ajuda a compreender as aplicações para as quais são utilizados. O funcionamento adequado de um sistema de fibra ótica depende do conhecimento do tipo de fibra que está a ser utilizada e da sua finalidade. Existem dois tipos básicos de cabos de fibra ótica: fibra ótica multimodo e fibra ótica monomodo. A fibra multimodo é mais indicada para curtas distâncias de transmissão e é adequada para utilização em sistemas de rede local (LAN) e videovigilância. A fibra monomodo é mais indicada para longas distâncias de transmissão, sendo adequada para telefonia de longa distância e sistemas de transmissão de televisão multicanal.
Fibra multimodo
Os cabos de fibra multimodo , os primeiros a serem fabricados e comercializados, referem-se simplesmente ao facto de inúmeros modos ou raios de luz serem transportados simultaneamente através do guia de ondas. Os modos resultam do facto de a luz só se propagar no núcleo da fibra em ângulos discretos dentro do cone de aceitação. Este tipo de fibra tem um diâmetro de núcleo muito maior, comparativamente à fibra monomodo, permitindo um maior número de modos, e a fibra multimodo é mais fácil de acoplar do que a fibra ótica monomodo. A fibra multimodo pode ser categorizada como fibra de índice de refração em degrau ou fibra de índice de refração gradual. Fibra Multimodo de Índice de Refração em Degrau: A Figura 2 mostra como o princípio da reflexão interna total se aplica à fibra multimodo de índice de refração em degrau. Como o índice de refração do núcleo é maior que o índice de refração do revestimento, a luz que entra num ângulo menor que o ângulo crítico é guiada ao longo da fibra.
Três modos de onda diferentes viajam pela fibra. Um modo viaja diretamente pelo centro do núcleo. Um segundo modo viaja num ângulo acentuado e reflete repetidamente por reflexão interna total. O terceiro modo ultrapassa o ângulo crítico e refracta na casca. Intuitivamente, pode-se verificar que o segundo modo percorre uma distância maior que o primeiro, fazendo com que os dois modos cheguem em momentos diferentes. Esta disparidade entre os tempos de chegada dos diferentes raios de luz é conhecida como dispersão, e o resultado é um sinal distorcido na extremidade recetora. Para uma discussão mais detalhada sobre a dispersão, consulte "Dispersão em Sistemas de Fibra Óptica". No entanto, é importante notar que a elevada dispersão é uma característica inevitável da fibra multimodo de índice gradual. Fibra Multimodo de Índice Gradual: O índice gradual refere-se ao facto de o índice de refração do núcleo diminuir gradualmente à medida que se afasta do centro do núcleo. O aumento da refracção no centro do núcleo diminui a velocidade de alguns raios de luz, permitindo que todos os raios de luz cheguem à extremidade receptora aproximadamente ao mesmo tempo, reduzindo a dispersão. A Figura 3 mostra o princípio da fibra multimodo de índice gradual. O índice de refração central do núcleo, nA, é maior que o índice de refração da parte exterior do núcleo, nB. Como já foi abordado anteriormente, o índice de refração do núcleo é parabólico, sendo maior no centro. Como mostra a Figura 3, os raios de luz já não seguem linhas retas; seguem uma trajetória serpentina, sendo gradualmente curvados de volta para o centro pela diminuição contínua do índice de refração. Isto reduz a disparidade no tempo de chegada, porque todos os modos chegam aproximadamente ao mesmo tempo. Os modos que se propagam em linha reta têm um índice de refração mais elevado, logo, propagam-se mais lentamente do que os modos serpentinos.Estas partículas viajam mais longe, mas movem-se mais rapidamente na região do núcleo externo, que tem um índice de refração mais baixo.
Fibra monomodo
A fibra monomodo permite uma maior capacidade de transmissão de informação porque consegue manter a fidelidade de cada impulso de luz a distâncias maiores e não apresenta dispersão provocada por múltiplos modos. A fibra monomodo também apresenta uma menor atenuação do que a fibra multimodo. Assim, pode ser transmitida mais informação por unidade de tempo. Tal como a fibra multimodo, as primeiras fibras monomodo eram geralmente caracterizadas como fibras de índice de refração em degrau, o que significa que o índice de refração do núcleo da fibra é um degrau acima do índice de refração do revestimento, em vez de ser gradual como nas fibras de índice gradual. As fibras monomodo modernas evoluíram para designs mais complexos, como o revestimento combinado, o revestimento rebaixado e outras estruturas exóticas.
A fibra monomodo apresenta desvantagens. O diâmetro mais pequeno do núcleo dificulta o acoplamento da luz. As tolerâncias para conectores e uniões monomodo são também muito mais exigentes. A fibra monomodo tem sofrido uma evolução contínua ao longo de várias décadas. Como resultado, existem três classes básicas de fibra monomodo utilizadas nos sistemas de telecomunicações modernos. O tipo mais antigo e mais amplamente implantado é a fibra sem dispersão (NDSF). Estas fibras foram inicialmente concebidas para utilização próxima de 1310 nm. Posteriormente, os sistemas de 1550 nm tornaram a fibra NDSF indesejável devido à sua elevadíssima dispersão no comprimento de onda de 1550 nm. Para resolver esta deficiência, os fabricantes de fibras desenvolveram a fibra com dispersão (DSF), que deslocou o ponto de dispersão zero para a região dos 1550 nm. Anos mais tarde, os cientistas viriam a descobrir que, embora a DSF funcionasse extremamente bem com um único comprimento de onda de 1550 nm, apresentava sérias não linearidades quando múltiplos comprimentos de onda próximos na gama de 1550 nm eram transmitidos em sistemas DWDM. Recentemente, para resolver o problema das não linearidades, foi introduzida uma nova classe de fibras. Estas fibras são classificadas como fibras com dispersão deslocada não nula (NZ-DSF). A fibra está disponível em versões com dispersão positiva e negativa e está a tornar-se rapidamente a fibra preferida em novas implementações de fibra ótica. Para mais informações sobre este mecanismo de perda, consulte o artigo “Dispersão da Fibra”.
Uma variedade adicional importante de fibra monomodo é a fibra de manutenção de polarização (PM). Todas as outras fibras monomodo discutidas até agora são capazes de transportar luz polarizada de forma aleatória. A fibra PM foi concebida para propagar apenas uma polarização da luz incidente. Isto é importante para componentes como moduladores externos que requerem uma entrada de luz polarizada. A Figura 7 mostra a secção transversal de um tipo de fibra PM. Esta fibra contém uma característica não encontrada noutros tipos de fibra. Além do núcleo, existem dois círculos adicionais chamados hastes de tensão. Como o nome indica, estas hastes de tensão criam tensão no núcleo da fibra, de modo a que a transmissão de apenas um plano de polarização da luz seja favorecida. As fibras monomodo apresentam não linearidades que podem afetar significativamente o desempenho do sistema.
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