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O cabo de fibra óptica, mais leve, menor e mais flexível que o de cobre, pode transmitir sinais com maior velocidade e em distâncias maiores. No entanto, muitos fatores podem influenciar o desempenho da transmissão por fibra óptica. As perdas na fibra óptica são um problema insignificante entre eles, e seu trabalho e busca de soluções têm sido prioridades para todos os engenheiros.
A luz que se propaga em uma fibra óptica perde potência ao longo da distância. Essa perda de potência depende do comprimento de onda da luz e do material de propagação. No caso do vidro de sílica, os comprimentos de onda mais curtos são os que sofrem maior atenuação (ver Fig. 1). A menor perda ocorre no comprimento de onda de 1550 nm, comumente utilizado para transmissões de longa distância.
A transmissão de luz por fibra óptica não é 100% eficiente. Existem vários motivos para isso, incluindo a absorção pelo núcleo e pelo revestimento (causada pela presença de impurezas) e o vazamento de luz pelo revestimento. Quando a luz reflete na interface revestimento/núcleo, ela percorre uma pequena distância dentro do revestimento antes de ser refletida de volta. Isso leva a uma atenuação (redução do sinal) de até 2 dB/km para uma fibra multimodo . Por exemplo, com esse nível de atenuação, se a luz percorresse 10 km de cabo, apenas 10% do sinal chegaria à extremidade seguinte.
A quantidade de atenuação para um determinado cabo também depende do comprimento de onda. A Figura 1 mostra o perfil de atenuação para os dois principais tipos de fibra: cabo multimodo e cabo monomodo (descritos em detalhes abaixo). O pico de absorção em 1000 nm é causado pelas peculiaridades da fibra monomodo, enquanto o pico em 1400 nm é causado por traços de água remanescentes na fibra como impureza. Devido a esse pico de absorção da água, existem dois comprimentos de onda monomodo padrão em uso: 1310 nm e 1550 nm. O comprimento de onda de 1310 nm tem sido padrão por muitos anos; somente agora há uma tendência para o uso de 1550 nm, impulsionada pela necessidade de aumentar as distâncias entre repetidores.
A perda de potência da luz em uma fibra óptica é medida em decibéis (dB). As especificações dos cabos de fibra óptica expressam a perda do cabo como atenuação por quilômetro (dB/km). Esse valor é multiplicado pelo comprimento total da fibra óptica em quilômetros para determinar a perda total da fibra em dB.
A perda de luz em fibras ópticas é causada por diversos fatores que podem ser categorizados em perdas extrínsecas e intrínsecas:
● Extrínseco
● Perda por flexão
● Perda de emendas e conectores
● Intrínseco
● Perda inerente à fibra
● Perda resultante da fabricação da fibra
Figura 1. Comprimentos de onda de operação da fibra óptica.
● Reflexão de Fresnel
Perda por curvatura. A perda por curvatura ocorre em curvas do cabo de fibra óptica que são mais acentuadas do que o raio de curvatura mínimo do cabo. A perda por curvatura também pode ocorrer em menor escala devido a fatores como:
● Curvas acentuadas do núcleo da fibra
● Deslocamentos de alguns milímetros ou menos, causados por imperfeições no amortecedor ou na jaqueta.
● Práticas de instalação inadequadas
Essa perda de potência luminosa, chamada de microcurvatura, pode se acumular em uma quantidade significativa ao longo de uma longa distância.
Perda em Emendas e Conectores. A perda em emendas ocorre em todos os pontos de emenda. Emendas mecânicas geralmente apresentam a maior perda, normalmente variando de 0,2 a mais de 1,0 dB, dependendo do tipo de emenda. Emendas por fusão apresentam perdas menores, geralmente inferiores a 0,1 dB. Uma perda de 0,05 dB ou menos geralmente é alcançada com bons equipamentos e uma equipe de emenda experiente. Altas perdas podem ser atribuídas a diversos fatores, incluindo:
● Clivagem ruim
● Desalinhamento dos núcleos das fibras ópticas
● Um espaço de ar
● Contaminação
● Diferença no índice de refração
● Descompasso no diâmetro do núcleo, para citar apenas alguns exemplos.
As perdas em conectores de fibra óptica geralmente variam de 0,25 a mais de 1,5 dB e dependem muito do tipo de conector utilizado. Outros fatores que contribuem para a perda de conexão incluem:
● Sujeira ou contaminantes no conector (muito comum)
● Instalação incorreta do conector
● Face do conector danificada
● Escriba ruim (dividir)
● Núcleos de fibra incompatíveis
● Núcleos de fibra desalinhados
● Diferença no índice de refração
Perda inerente à fibra. A perda de luz em uma fibra que não pode ser eliminada durante o processo de fabricação deve-se a impurezas no vidro e à absorção de luz em nível molecular. A perda de luz devido a variações na densidade óptica, composição e estrutura molecular é chamada de espalhamento de Rayleigh. Os raios de luz que encontram essas variações e impurezas são espalhados em várias direções e perdidos.
A absorção de luz em nível molecular em uma fibra óptica deve-se principalmente a contaminantes presentes no vidro, como moléculas de água (OH-). A entrada dessas moléculas em uma fibra óptica é um dos principais fatores que contribuem para o aumento da atenuação da fibra com o envelhecimento. A absorção por ressonância molecular do vidro de sílica (SiO2) também contribui para alguma perda de luz.
A Figura 1 mostra a atenuação líquida de uma fibra de vidro de sílica e as três janelas de operação da fibra em 850, 1310 e 1550 nm. Para transmissões de longa distância, utilizam-se as janelas de 1310 ou 1550 nm. A janela de 1550 nm apresenta uma atenuação ligeiramente menor que a de 1310 nm. A comunicação em 850 nm é comum em instalações de menor distância e custo.
Perdas resultantes da fabricação da fibra. Irregularidades durante o processo de fabricação podem resultar na perda de raios de luz. Por exemplo, uma variação de 0,1% no diâmetro do núcleo pode resultar em uma perda de 10 dB por quilômetro. Tolerâncias de precisão devem ser mantidas durante toda a fabricação da fibra para minimizar as perdas.
Reflexão de Fresnel. A reflexão de Fresnel ocorre em qualquer limite entre meios onde o índice de refração muda, fazendo com que uma porção do raio de luz incidente seja refletida de volta para o primeiro meio. A extremidade da fibra óptica é um bom exemplo desse fenômeno. A luz, viajando do ar para o núcleo da fibra, é refratada para dentro do núcleo. No entanto, uma parte da luz, cerca de 4%, é refletida de volta para o ar. A quantidade refletida pode ser estimada usando a seguinte fórmula:
Em um conector de fibra óptica, a luz refletida pode ser facilmente visualizada com um traçado de reflectômetro óptico no domínio do tempo ( OTDR ). Ela aparece como um pico ascendente acentuado no traçado. Essa luz refletida pode causar problemas se um laser for utilizado e deve ser minimizada.
A intensidade da luz refletida pode ser reduzida com o uso de conectores melhores. Conectores com as designações “PC” (Contato Físico) ou “APC” (Contato Físico Angular) são projetados para minimizar essa reflexão.
Como reduzir as perdas em fibras ópticas?
Para garantir que a potência de saída esteja dentro da sensibilidade do receptor e que haja margem suficiente para a degradação do desempenho ao longo do tempo, é essencial reduzir as perdas na fibra óptica. A seguir, apresentamos algumas abordagens comuns no projeto e instalação de enlaces de fibra óptica.
● Certifique-se de utilizar cabos de alta qualidade com propriedades semelhantes, tanto quanto possível.
● Escolha conectores de qualidade sempre que possível. Certifique-se de que a perda de inserção seja inferior a 0,3 dB e a perda adicional seja inferior a 0,2 dB.
● Tente usar o disco inteiro para configurar (um único disco com mais de 500 metros) para minimizar o número de juntas.
● Durante a emenda, siga rigorosamente os requisitos de processamento e ambientais.
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