Alta velocidade, Luz, Telecomunicações

Fibras óticas: Funcionamento, tipos e fabricação

Fibras óticas são um meio muito rápido de enviar informações via luz, pode transmitir em uma velocidade de até 100Mps (Megabits por segundo), tem imunidade contra interferência eletromagnética, baixos peso e perda de sinal. Eu explicarei como fibras óticas funcionam e como elas são feitas.

Como funciona?

O transmissor converte sinais elétricos em pulsos de luz de LED ou laser. A luz passa através de uma lente e entra na fibra em um ângulo que permita ter total reflexão interna no núcleo da fibra. O receptor converte os pulsos de luz em sinal elétrico.

Funcionamento das fibras óticas
Fonte: Quora.

A luz deve entrar no núcleo dentro do cone de aceitação, do contrário a luz vai escapar do núcleo.

A fibra ótica tem três componentes: o núcleo, o revestimento interno e o revestimento externo. O revestimento interno deve ter um índice de refração muito baixo para manter a luz no núcleo. O revestimento externo serve como um amortecedor e o membro de força é para impedir que a fibra quebre.

Cable-Structure-Still
Fonte: Thorlabs.

Cabos de fibra ótica têm um membro de força central no meio do cabo.

Estrutura das fibras óticas
Fonte: Quora.

Tipos de fibra

Tem dois tipos de fibras óticas: modo único e multimodal. No modo único, uma única luz passa diretamente pela fibra e no multimodal a luz passa por vários modos de propagação pelo núcleo.

single-mode-vs-multimode-FIBERS
Fonte: Ad-net.

Uma comparação mais detalhada entre os tipos.

Modo único:

  • Núcleo de 9 micrômetros de largura;
  • Maior largura de banda e menor atenuação;
  • Opções APC ou UPC;
  • Usado em redes de telecomunicações e CATV.

Multimodal:

  • Núcleo de 50 a 62,5 micrômetros de largura;
  • Menor largura de banda e maior atenuação;
  • Para PC/UPC;
  • Usado em redes LAN, sistemas de segurança em geral.

Comum a ambos:

  • Fibra de vidro;
  • Simplex ou duplex;
  • Conectores SC, IC, FC ou ST.

Como é feito?

Primeiro você faz a deposição modificada de vapores químicos (MCVD), consiste em rotacionar um tubo oco de vidro puro em um torno. Enquanto o tubo esta sendo rotacionado, é esquentado por uma chama se movendo em longo do tubo. Oxigênio em bolhas através das soluções são injetadas no tubo.

op_fibre_const_large

Neste processo, a reação química acontece dentro do tubo devido ao calor da chama:

SiCl_{4}+GeCl_{4}+2O_{2}\rightarrow SiO_{2}+GeO_{2}+4Cl_{2}

O dióxido de silício (SiO_{2}) e o dióxido de germânio (GeO_{2}) são formados dentro do tubo e fundidos para formar o núcleo e o revestimento interno. Para manter o vidro puro, deve usar plástico resistente a corrosão nos blocos de válvula, canos e seladores e controlar o fluxo e a composição da mistura, este processo leva muitas horas. O resultado do MCVD é o tubo pré-formado mostrado abaixo.

op_fibre_prform_small

No próximo estágio, a fibra pré-formada deve ser enviada a uma torre de desenho de fibra como mostrada abaixo.

O tubo pré-formado vai para um forno de grafite de 1900°C a 2200°C, então forma-se um fio e vai para o encapsulamento e o forno UV (ultravioleta) cuja função é rapidamente secar o revestimento externo, em alguns casos passa por uma série de revestimentos e fornos UV. Finalmente um sistema puxador com um controlador de velocidade e um micrômetro a laser, puxa a fibra.

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