Fibra Óptica

Definição

Uma fibra ótica é constituída de material dielétrico, em geral, sílica ou plástico, em forma cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas comparáveis às de um fio de cabelo. Esta forma cilíndrica é composta por um núcleo envolto por uma camada de material também dielétrico, chamada casca. Cada um desses elementos possuem índices de refração diferentes, fazendo com que a luz percorra o núcleo refletindo na fronteira com a casca.

Fibra Ótica

Extremidade de um cabo com três fibras

A fibra ótica utiliza sinais de luz codificados para transmitir os dados, necessitando de um conversor de sinais elétricos para sinais óticos, um transmissor, um receptor e um conversor de sinais óticos para sinais elétricos.

A atenuação das transmissões não depende da frequência utilizada, portanto a taxa de transmissão é muito mais alta. É totalmente imune a interferências eletromagnéticas, não precisa de aterramento e mantém os pontos que liga eletricamente isolados um do outro. Entretanto, pode ocorrer dispersão modal se a fibra for multimodo.

A transmissão ótica está também sujeita à dispersão espectral ou cromática. A luz que passa na fibra é feita de diferentes frequências e comprimentos de onda. O índice de refração difere para cada comprimento de onda e permite às ondas viajarem a diferentes velocidades.

Os LEDs, que possuem um grande espalhamento de comprimento de onda, estão sujeitos a uma dispersão de espectro considerável. Os lasers exibem uma luz quase monocromática (número limitado de comprimentos de onda) e não sofre qualquer dispersão cromática significativa.

O padrão 10BaseF refere-se à especificação do uso de fibras óticas para sinais Ethernet. O conector mais usado com fibras óticas é o conector ST, similar ao conector BNC. No entanto, um novo tipo está ficando mais conhecido, o conector SC. Ele é quadrado e é mais fácil de usar em espaços pequenos.

Vantagens

perdas de transmissão baixa e banda passante grande: mais dados podem ser enviados sobre distâncias mais longas, desse modo se diminui o número de fios e se reduz o número de repetidores necessários nesta extensão, reduzindo o custo do sistema e complexidade.

pequeno tamanho e peso: vem resolver o problema de espaço e decongestionamento de dutos no subsolo das grandes cidades e em grandes edifícios comerciais. É o meio de transmissão ideal em aviões, navios, satélites, etc.

imunidade a interferências: não sofrem interferências eletromagnéticas, pois são compostas de material dielétrico, e asseguram imunidade a pulsos eletromagnéticos.

isolação elétrica: não há necessidade de se preocupar com aterramento e problemas de interface de equipamento, uma vez que é constituída de vidro ou plástico, que são isolantes elétricos.

segurança do sinal: possui um alto grau de segurança, pois não irradiam significativamente a luz propagada.

matéria-prima abundante: é constituída por sílica, material abundante e não muito caro. Sua despesa aumenta no processo requerido para fazer vidros ultra-puros desse material.

Desvantagens

fragilidade das fibras óticas sem encapsulamento: deve-se tomar cuidado ao se lidar com as fibras, pois elas quebram com facilidade.

dificuldade de conexões das fibras óticas: por ser de pequeníssima dimensão, exigem procedimentos e dispositivos de alta precisão na realização de conexões e junções.

acopladores tipo T com perdas muito grandes: essas perdas dificultam a utilização da fibra ótica em sistemas multiponto.

impossibilidade de alimentação remota de repetidores: requer alimentação elétrica independente para cada repetidor, não sendo possível a alimentação remota através do próprio meio de transmissão.

falta de padronização dos componentes óticos: o contínuo avanço tecnológico e a relativa imaturidade não tem facilitado e estabelecimento de padrões.

alto custo de instalação e manutenção.

Aplicações

Sistemas de comunicação

Rede Telefônica: serviços de tronco de telefonia, interligando centrais de tráfego interurbano e interligação de centrais telefônicas urbanas.

Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI): rede local de assinantes, isto é, a rede física interligando os assinantes à central telefônica local.

Cabos Submarinos: sistemas de transmissão em cabos submarinos.

Televisão por Cabo (CATV): transmissão de sinais de vídeo através de fibas ópticas.

Sistema de Energia e Transporte: distribuição de energia elétrica e sistema de transmissão ferroviário.

Redes Locais de Computadores: aplicações em sistemas de longa distância e locais. Na busca de padrões a fim de facilitar a conectividade e minimizar os custos de aquisição e implantação com fibras ópticas, foi desenvolvido o FDDI.

Sistemas sensores

Aplicações industriais: sistemas de telemetria e supervisão em controle de processos.

Aplicações médicas: sistemas de monitoração interna ao corpo humano e instrumentação cirúrgica.

Automóveis: monitoração do funcionamento do motor e acessórios.

Aplicações militares

Funcionamento

O sinal luminoso é transmitido para a fibra ótica sob a forma de pulso ‘0’/’1′ representando uma sequência de símbolos binários. As ondas passam através do núcleo do cabo, que é coberto por uma camada chamada cladding. A refração do sinal é cuidadosamente controlada pelo desenho do cabo, os receptores e os transmissores. O sinal luminoso não pode escapar do cabo ótico porque o índice de refração no núcleo é superior ao índice de refração do cladding. Deste modo, a luz viaja através do cabo num caminho todo espelhado.

Visão longitudinal de uma fibra ótica

A fonte emissora da luz é usualmente um laser ou um LED. Os lasers proporcionam para uma grande largura de banda um rendimento da capacidade que é significativamente maior do que outros métodos. Por exemplo, um cabo de dois fios tem um parâmetro de distância de largura de banda de 1Mhz/Km, um cabo coaxial tem 20 Mhz/Km, e a fibra ótica tem 400 Mhz/Km. O sinal é emitido a partir de microchips compostos por materiais semicondutores que transmitem sinais com comprimentos de onda perto dos infra-vermelhos. Os detectores de luz de sílica são usados para receber os sinais e converter os raios luminosos nos pulsos eléctricos ‘0’/’1′ originais que são usados no terminal, computador ou modem.

Há vários métodos para transmitir os raios luminosos através da fibra: multimodo com índice degrau, multimodo com índice gradual e monomodo.

Fibra Ótica Multimodo com Índice Degrau

Foi o primeiro tipo a surgir e é também o mais simples. Na fibra multimodo com índice degrau, o núcleo e o cladding estão claramente definidos. O núcleo é constituído de um único tipo de material (plástico, vidro), ou seja, tem índice de refração constante, e tem diâmetro variável, entre 50 e 400 mm. Os raios de luz refletem no cladding em vários ângulos, resultando em comprimentos de caminhos diferentes para o sinal. Isto causa o espalhamento do sinal ao longo da fibra e limita a largura de banda do cabo para aproximadamente 35 Mhz.km. Este fenômeno é chamado dispersão modal. A atenuação é elevada (maior que 5 dB/km), fazendo com que essas fibras sejam utilizadas em transmissão de dados em curtas distâncias e iluminação.

Fibra ótica multimodo com índice degrau

Fibra Ótica Multimodo com Índice Gradual

Num desenvolvimento melhor, chamado multimodo com índice gradual, a interface núcleo/cladding é alterada para proporcionar índices de refração diferentes dentro do núcleo e do cladding. Os raios de luz viajam no eixo do cabo encontrando uma grande refração, tornando baixa sua velocidade de transmissão . Os raios que viajam na direção do cabo tem um índice de refração menor e são propagados mais rapidamente.

O objetivo é ter todos os modos do sinal à mesma velocidade no cabo, de maneira a reduzir a dispersão modal. Essa fibra pode ter larguras de banda de até 500 Mhz.km. O núcleo tem, tipicamente, entre 125 e 50 mm e a atenuação é baixa (3 dB/km), sendo por esse motivo empregada em telecomunicações.

Fibra ótica multimodo com índice gradual

Fibra Ótica Monomodo

A fibra monomodo vai um passo à frente. O tamanho do núcleo, 8 micrometros (µm) de diâmetro, e o índice núcleo/cladding permite que apenas um modo seja propagado através da fibra., conseqüentemente diminuindo a dispersão do pulso luminoso. A emissão de sinais monomodo só é possível com laser, podendo atingir taxas de transmissão na ordem de 100 GHz.km, com atenuação entre 0,2 dB/km e 0,7 dB/km . Contudo, o equipamento como um todo é mais caro que o dos sistemas multimodo. Essa fibra possui grande expressão em sistemas telefônicos.

Fibra ótica monomodo

Transmissores Óticos

São responsáveis por converter sinais elétricos em sinais óticos que irão trafegar na fibra. A fonte ótica é modulada pela sua intensidade, através da variação da corrente elétrica injetada no gerador ótico. A fonte ótica é um semicondutor, e pode ser de dois tipos:

LED (Light-Emitting Diode) utiliza o processo de fotogeração por recombinação espontânea. São utilizados em sistemas de comunicação que exijam taxas de transferência menores do que 100 a 200 Mbits/s.
Diodo LASER (Light Amplification by Simulated Emission of Radiation) utiliza o processo de geração estimulada de luz.

Diferenças Funcionais entre LEDs e LASERs

Características	Laser	LED
Potência Ótica	alta	baixa
Custo	alto	baixo
Utilização	complexa	simples
Largura do Espectro	estreita	larga
Tempo de Vida	menor	maior
Velocidade	rápido	lento
Divergência na Emissão	menor	maior
Acoplamento na Fibra Monomodal	melhor	pior
Sensibilidade a Temperatura	substancial	insignificante
Taxa de Dados	alta	baixa
Modo	multimodo ou monomodo	multimodo
Distância	longa	pequena

Receptores Óticos

Também chamados de fotodetectores, são responsáveis pela conversão dos sinais óticos recebidos da fibra em sinais elétricos. Devem operar com sucesso nos menores níveis de potência óticas possíveis, convertendo o sinal com um mínimo de distorção e ruído, a fim de garantir o maior alcance possível.

Os fotodetectores mais utilizados são os fotodiodos, e os mais comuns são PIN
e APD (Avalanche PhotoDiode).

Diferenças Funcionais entre Fotodiodos PIN e APD

Características	PIN	APD
Sensibilidade	menor	muito maior
Linearidade	maior	menor
Relação Sinal/Ruído	pior	melhor
Custo	baixo	alto
Vida Útil	maior	menor
Tempo de Resposta	maior	menor
Variação das Características conforme a Variação	menor	maior
Circuito de polarização	simples	complexo

Comparação das Fibras Óticas e dos Fios de Cobre

É instrutivo comparar a fibra com o cobre. A fibra tem muitas vantagens. Para começo de conversa, ela pode gerenciar larguras de banda muito mais largas do que o cobre. Apenas essa característica justificaria seu uso nas redes de última geração. Devido à baixa atenuação, os repetidores só são necessários a cada 30Km de distância, o que em comparação com o cobre, representa uma economia seignificativa. A fibra também tem a vantagem de não ser afetada por picos de voltagem, interferência magnética ou quedas no fornecimento de energia. Ela também está imune à ação corrosiva de alguns elementos químicos que pairam no ar e, conseqüentemente, adapta-se muito bem a regiões industriais.

Por mais estranho que possa parecer, as companhias telefônicas gostam da fibra por outra razão: ela é fina e leve. Muitos dos dutos de cabo atuais estão completamente lotados, de modo que não há espaço para aumentar. Além da remoção, e subseqüente substituição, do cobre por fibras deixar os dutos vazios, o cobre tem um excelente valor de revenda para as refinarias especializadas, pois trata-se de um minério de altíssima qualidade. Além disso, a fibra é mais leve que o cobre. Mil pares trançados com 1 Km de comprimento pesam 8t. Duas fibras têm mais capacidade e pesam apenas 100Kg, reduzindo de maneira significativa a necessidade de sistemas mecânicas de suporte, cuja manutenção é extremamente cara. Nas novas rotas, as fibras têm preferência por terem um custo de instalação muito mais baixo.

Por fim, as fibras não desperdiçam luz e dificilmente são interceptadas. Por essas razões, trata-se de uma alternativa muito mais segura contra possíveis escutas telefônicas.

A razão para que a fibra seja melhor do que o cobre é inerente às questões físicas subjacentes a esses dois materiais. Quando os elétrons se movem dentro de um fio, eles afetam um ao outro e, além do mais, são afetados pelos elétrons existentes fora do fio. Os fótons de uma fibra não afetam um ao outro (não têm carga elétrica) e não são afetados pelos fótons dispersos existentes do lado de fora da fibra.

Vale lembrar, no entanto, que a fibra é uma tecnologia nova, que requer conhecimentos de que a maioria dos engenheiros não dispõem. Como a transmissão é basicamente unidirecional, a comunicação bidirecional exige duas fibras e duas bandas de freqüência em uma fibra. Finalmente, as interfaces de fibra são mais caras do que as interfaces elétricas. No entanto, todos sabemos que o futuro das comunicações de dados em distâncias significativas pertence à fibra.

Fonte: www.inf.ufrgs.br

Fibra Óptica

Capacidade de transmissão da fibra é 1 milhão de vezes maior que a do cabo

Com capacidade de transmissão até 1 milhão de vezes maior do que o cabo metálico, a fibra ótica é hoje a base das relações de comunicação no mundo. Se mantivéssemos somente o cabo metálico como condutor de informações, em alguns casos seria mais rápido enviar um motoboy para fazer uma entrega do que mandá-la via rede.

Para se ter uma idéia, se quiséssemos transmitir um pacote de informações com 72 Gb – o que corresponde ao conteúdo de um disco rígido de 9 GB (a maioria dos PC’s comercializados hoje possui 4 GB) – a uma distância de 10 km, precisaríamos de dez horas utilizando um cabo metálico, enquanto por fibra ótica seriam gastos apenas 7,2 segundos.

Praticamente não há diferença entre a velocidade de transmissão em um cabo metálico e a fibra. O que muda é a capacidade de transmissão. A fibra pode transportar um número muito maior de bits por segundo do que o cabo. Pense em um estádio de futebol lotado. Se houvesse uma única porta pequena de saída para as 100 mil pessoas, o tempo para que o estádio ficasse completamente vazio seria muito maior do que se fossem utilizados diversos portões.

Formada por sílica a fibra transmite as informações pelo sistema de reflexão total. Imagine um cabo plástico comprido e flexível revestido internamente com espelhos. Em uma das pontas são lançados raios laser que são refletidos ao longo de todo o cabo, mesmo que ele tenha curvas. Como em um código morse, os raios laser são ligados e desligados para enviar cada bit de informação.

Além da enorme capacidade de transmissão, a fibra tem outras vantagens na comparação com o cabo metálico, como a alta estabilidade, baixa perda na transmissão e grande resistência.

Glossário

Gb: Gigabits (um bilhão de bits)
GB: Gigabytes
1 byte: 8 bits

Fonte: www.terra.com.br

Fibra Óptica

As fibras ópticas são elementos extremamente frágeis, tornando o seu manuseio, a níveis práticos, bastante difícil. Para implementar um adequado conjunto de prestações as fibras ópticas são processadas e colocadas no interior de cabos, chamados cabos ópticos.

Para o projeto de cabos óticos devem ser observados os seguintes itens:

– número de fibras;
– aplicação;
– minimização de atenuação por curvaturas;
– características de transmissão estáveis dentro da maior faixa possível de temperatura;
– resistência à tração, curvatura, vibração, compressão adequadas;
– resistência ao envelhecimento;
– facilidade de manuseio, instalação, confecção de emendas, etc.

MICRODERIVAÇÕES E MICROCURVATURAS

Os efeitos de microderivações no eixo da fibra e de curvaturas são discutidos quanto ao desempenho na transmissão óptica. Tensões impostas à fibra, que estão abaixo de deformar o eixo da fibra, não produzem acréscimo de atenuação. A deformação é percebida pela radiação quando existe uma variação de índice de refração ao longo da fibra, causando acoplamento entre modos, quando ocorrem curvaturas de período proporcional ao curso óptico (poucos milímetros) ou fuga de modos de alta ordem, nas curvaturas de raio contínuo. Portanto, as perdas por microcurvaturas num cabo de fibra óptica podem ser limitadas pela modificação de vários parâmetros da fibra ou cabo. As possibilidades incluem: Reduzir o diâmetro do núcleo da fibra para reduzir o fator perda; Crescer o diâmetro da casca da fibra, de tal forma que somente uma grande tensão será capaz de produzir microcurvaturas ou reduzir os efeitos de aspereza; Máxima polidez dos efeitos de aspereza, pela redução dos módulos de Young do material do cabo e cobertura e crescer a espessura da cobertura ou remover a tensão da fibra no cabo.

CONSTRUÇÃO DE CABOS ÓTICOS

É efetuada através de várias etapas de reunião de vários elementos, aplicação de capas, enchimentos, encordoamentos em equipamentos especiais, tais como extrusoras e planetárias. Neste processo efetua-se a cordagem das fibras em torno de elementos de apoio e tração. Para se garantir uma probabilidade de longa vida para o cabo, é necessário não submeter a fibra à tensões elevadas. Para isso, são utilizados, durante a construção, elementos tensores e tubos os quais absorvem as solicitações mecânicas aplicadas no cabo. Esses elementos são muito importantes na construção do cabo, assegurando estabilidade dimensional do mesmo.

Estes cabos devem oferecer condições seguras, para que as fibras ópticas possam ser operadas nas diversas situações em que podem ser instaladas. São, usualmente, divididos em dois grupos:

Cabos Ópticos “Tight” (preso)

Cabos Ópticos “Loose” (solto) Cabos Ópticos “Tight”

Nos cabos ópticos com estrutura “Tight”, as fibras ópticas com revestimento primário (normalmente de silicone) recebem um revestimento secundário (normalmente nylon), e são reunidas em grupos com cinco, seis ou oito fibras, em torno de um elemento de tração central, formando o núcleo do cabo. O núcleo, com enfaixamentos plásticos recebe uma capa externa plástico-metálica, que o protegerá contra a penetração de umidade.

Cabos Ópticos “Loose” Nos cabos ópticos com estrutura “Loose”, as fibras, após receberem ou não um revestimento secundário, são colocadas soltas no interior de um tubo de pequeno diâmetro ou numa ranhura de um perfil plástico. Os tubos são, então, reunidos em torno do elemento central de tração, formando o núcleo do cabo. No caso do perfilado plástico, que é o próprio núcleo do cabo, o número de Fibras Ópticas é determinado pelo número de ranhuras e pelo número de Fibras Ópticas depositadas em cada ranhura. Este núcleo, depois de enfaixado, também recebe uma capa plástico-metálica.

ESTRUTURAS DE CABOS ÓPTICOS

A estrutura do cabo óptico varia de acordo com cada aplicação que o cabo terá, como: O cabo será instalado em dutos; o cabo será enterrado diretamente; o cabo será aplicado em postes; o cabo será submarino, o cabo será instalado em redes elétricas (cabo pára-raios). Existem propriedades mecânicas muito importantes que um cabo deve ter , como a máxima carga axial permitida num cabo, o alongamento das fibras durante a fabricação e instalação do cabo é limitado em 0,1 a 0,2%. As outras propriedades mecânicas são: a máxima força lateral dinâmica e estática onde, com isso, determina-se a configuração de proteção que o cabo fornecerá às fibras (empacotamento) e o limite da tolerância de microcurvaturas da fibra; adequada flexibilidade, a qual requer que as fibras sejam colocadas em posição helicoidal, ou seja, uma posição que garanta a tensão uniforme nas fibras; e os tipos de materiais utilizados.

As propriedades mecânicas da fibra óptica são resumidas basicamente em três: resistência, fadiga estática e fadiga dinâmica. São essas propriedades que determinam a confecção do projeto do cabo óptico. Existem quatro fatores importantes no projeto dos vários tipos de cabos ópticos, que são:

· Passo de encordoamento da fibra óptica com camada secundária.

· Seleção do elemento tensor e configuração.

· Estrutura de capa do cabo.

· Método de encordoar fios de cobre para alimentação, supervisão.

Duas estruturas têm se tornadas básicas para todas as outras: Uma baseada na máxima integração destes fenômenos, através do uso de materiais absorventes de impactos, denominando as estruturas “Tight” (apertado, justo). Outra baseada no princípio de eliminação da tensão, como sendo a causa potencial de microcurvaturas, denominando as estruturas “Loose” (solto, frouxo).

Estrutura “Tight” Este tipo de cabo é feito pelo reforço e proteção à fibra, por extrusão de uma cobertura plástica, formando unidades básicas. Como resultado, a cobertura primária utiliza silicone modificado, uretano e epóxi. A cobertura secundária usa nylon 12, polietileno e polipropileno. Essa estrutura de fibra de dupla cobertura deve protegê-la de rupturas e degradação das propriedades de transmissão, pôr causa de forças externas e variação de temperatura, para se otimizar a estrutura de fibras com coberturas plásticas.

O encordoamento das fibras ópticas é necessário num cabo óptico para obter flexibilidade e proteger as fibras das tensões a que ficam submetidas durante a curvatura do cabo. Para pequenos valores de passo de encordoamento, a fibra óptica deve curvar-se em torno de um pequeno raio. Assim, ocorre a presença da fadiga da fibra e o acréscimo da atenuação, portanto é necessário evitar passos de encordoamento muito pequenos. Análises teóricas revelam que um comprimento de passo de 100 a 200 mm é mais adequado.

O elemento tensor é planejado para se opor a cargas de tensões durante a instalação, isto é, manter as forças dentro das tolerâncias admissíveis para a fibra. Fios de aço são normalmente usados como elemento tensor. A máxima deformação no elemento tensor deve ser de 0,2 a 0,39%, para uma máxima carga esperada durante a instalação. Também existem os cabos ultraleves e de diâmetro reduzido, que usam FRP (Fiber Reinforced Plastics) e Kevlar, como materiais para elemento tensor. Kevlar é mais usado em cordões ópticos. Aqui, uma fibra óptica simples, ou poucas, são usadas em instalações internas. A estrutura da capa do cabo deve proteger as fibras ópticas de forças externas e continuar em tamanho pequeno e leve.

Uma estrutura APL (Alumínio Polietileno Laminado), a mesma dos cabos metálicos convencionais, é usada nos cabos ópticos aqui no Brasil e em grande parte do mundo. Cabos ópticos também usam capas de PVC de alta resistência à chama.

Um critério de otimização do projeto, semelhante ao usado em fibras ópticas com revesti mento, é usado para assegurar a estabilidade das propriedades de transmissão. Como resultado, um fio de aço com diâmetro levemente maior que a fibra óptica com revestimento é adequado como elemento tensor. Um diâmetro ótimo para a unidade básica é pôr volta de 4 mm.

Estrutura “Loose” Este tipo de cabo é feito com as fibras ópticas com revestimento primário de poucas dezenas de mícrons de espessura e adaptadas frouxamente dentro de um tubo plástico extrudado. A melhor maneira de desacoplar as fibras ópticas da deformação do cabo, quando sob tensão, é colocá-las individualmente em tubos, tendo um diâmetro interno grande suficiente para que elas se movam livremente. O tubo, uma vez helicoidalmente encordoado em trono do elemento tensor central, fornece à fibra uma “janela” de operação, onde os efeitos do alongamento relativo e contração não são sentidos.

A largura dessa janela determina a performance temperatura-tensão do cabo, que é afetado pelo coeficiente térmico dos materiais, pêlos seus módulos de tensão e pela faixa de excesso de fibra solta nos tubos. Um tubo “Loose” dá uma grande liberdade às fibras, com respeito à deformação dos cabos quanto tencionados, mas é preciso ter o controle de excesso de fibra solta nos tubos. A fibra óptica num tubo “Loose”,sofre perdas pôr microcurvaturas, quando é forçada para dentro do tubo. As forças radiais ocorrem quando a fibra está sob tensão ou compressão axial.

Os parâmetros que determinam a presença de microcurvaturas induzidas pôr forças são dois:

· As dimensões e curvaturas do tubo;

· A quantidade de fibra solta no tubo.

A perda pôr excesso num cabo construído de tubo “Loose” é governada pêlos efeitos de cabeamento e o envolvimento desses dois parâmetros. Excesso de fibra é um termo comem expressado geralmente em porcentagem, pela razão de fibra solta para o comprimento de um tubo que a contém. Por causa da grande diferença dos coeficientes de expansão térmica entre os materiais plásticos e a fibra de sílica, temperaturas abaixo de -30 °C causam encolhimento no cabo, o qual resulta num crescimento do comprimento de excesso de fibra e portanto, um acréscimo de atenuação. Usando-se membros endurecidos, tendo um coeficiente térmico similar ao coeficiente térmico de expansão da sílica, pode-se reduzir o acréscimo de atenuação além de -30°C. Num cabo encordoado sob tensão, as fibras movem-se lateralmente em direção ao centro do núcleo do cabo. As fibras permanecem sem esforço, até que se encostam à parede interna do tubo. O elemento tensor central, normalmente, consiste de fibra de vidro ou aço e atuam como membros endurecidos, que possuem coeficiente térmico de expansão similar ao da sílica. Portanto, o acréscimo de atenuação na faixa de variação da temperatura ambiente permanece constante, para cabos encordoados.

INSTALAÇÃO DE CABOS

Os Cabos óticos necessitam cuidados especiais para instalação, pois as fibras são materiais frágeis e quebradiços.

Devemos observar que:

O cabo não deve sofrer curvaturas acentuadas, o que pode provocar quebra das fibras em seu interior.

O cabo não deve ser tracionado pelas fibras, e sim pelos elementos de tração ou aço do cabo.

A velocidade do puxamento não pode ser elevada..

Não se deve exceder a máxima tensão de puxamento especificada para o cabo.

O cabo deve ser limpo e lubrificado, a fim de diminuir o atrito de tracionamento.

Puxa-se o cabo com um destorcedor, para permitir uma acomodação natural do cabo no interior do duto ou canalização.

TIPOS DE CABOS E FIBRAS ÓPTICAS

Diferentes tipos de cabos são responsáveis por proteções diferentes para fibras óticas, por exemplo:

Cabos óticos aéreos devem ser resistente a variações de temperatura e umidade.

Cabos óticos submarinos devem poder suportar altas pressões debaixo da água.

Cabos óticos subterrâneos precisam suportar forcas de esmagamento e a ação dos roedores.

Cabo de fibra óptica loose tube para aplicações externas

A construção destes cabos, e os materiais ultilizados garantem às fibras ópticas contidas nas unidades básicas (tubete Loose) uma perfeita acomodação em um ambiente livre de solicitações de qualquer natureza durante toda vida útil do cabo. A confecção básica em configuração tipo Loose, permite obter-se a máxima estabilidade das características transmissivas.

A técnica Loose prevê o emprego de tubetes de material plástico extrudados sobre grupos de fibras ópticas identificadas por cores. Para formar o núcleo óptico, vários tubetes são cortados em forma de hélice entorno a um elemento central dielétrico. A hélice é formada em configuração S-Z, ou seja os giros da mesma invertem-se repetidamente após intervalos regulares permitindo fácil acesso a todos os tubetes em qualquer posição do cabo. A resistência à tração é assegurada por elementos periféricos circundantes ao núcleo óptico. Trata-se de fios de aramida ou similares alocados sob a capa externa em forma de camadas perfeitamente aderentes entre si e aos elementos construtivos do cabo.

A fibra é instalada em uma espiral solta dentro do tubo. Podem se mover livremente em relação às paredes. A fibra fica isolada da fadiga. Pode ser utilizada em dutos, poste, enlaçamento suspensos, percursos sujeitos a variações externas de temperatura, enterrados ou na água tem preços baixos.

Destina-se a qualquer tipo de transmissão de dados em alta velocidade, estes cabos são completamente impermeáveis, além de serem testados e verificados conforme a norma bellcore GR-20 para sistemas de cabeamento externo.

Cabo óptico dielétrico cfoa-der

Cabo óptico dielétrico cfoa-der

Estrutura cabo óptico dielétrico cfoa-der

Cabo de fita

Cabo OPGW(optical fiber ground wire)

Entra no lugar do cabo guarda, ou cabo para raios das linhas de transmissão de energia. O cabo guarda possui em seu interior fibras óticas revestidas por alumínio. Esta integração entre cabo ótico e linha de transmissão deve ser baseado em dois conceitos que são : preservar a função do cabo para raios e minimizar a intervenção na linha de transmissão existente.

A imunidade da fibra a campos eletromagnéticos possibilita integrá-la ao núcleo da rede de energia, assegurando assim aos usuários o controle sobre suas ligações vitais na malha de comunicações. Além disso, a capacidade da fibra óptica de transmissão de voz, dados e imagem a altas taxas facilitam a viabilização não somente dos meios convencionais de telecomunicações como também telecontrole, telepesquisa e soluções de automação. As aplicações de cabos ópticos aéreos estão se tornando cada vez mais atraentes para sistemas utilitários distribuidores de energia que visam desenvolver redes de comunicações em sua infra-estrutura de linhas de energia já existentes. Os cabos OPGW (Optical Ground Wire) se prestam a uma função elétrica primária: eles são pára-raio (protegem a rede de descargas atmosféricas), e são proteção contra curto-circuito. Suas partes metálicas são capazes de suportar correntes extremamente altas. A construção das diversas versões destes cabos visam principalmente evitar riscos de eventos repentinos que possam levar à interrupção de proteção da rede de alta tensão em operação, seu reparo, tempo de queda de energia e conseqüentemente perda de receitas.

Vantagem

Pequeno diâmetro externo;

Peso reduzido;

Excelente capacidade de corrente de curto-circuito. Construção

Elemento central metálico em ACS, Aço Alumínio;

De um a três tubos em aço inoxidável com capacidade total até 144 fibras ópticas;

Primeira camada com fios de ACS;

Camada (fios em alumínio liga e ACS) de acordo comas capacidades da corrente de curto-circuito e tensões do projeto.

Para redes de computadores, que exigem cabos ópticos lançados entre edifícios e no interior destes, existem vária possibilidades de escolha dos cabos ópticos.

Cabo Universal

É projetado para permitir o seu lançamento tanto externo quanto internamente aos edifícios. É um cabo tipo “Loose” geleado, o qual é compatível com os requerimentos da UL 910. O seu projeto prevê a proteção contra o meio ambiente, quando usado na parte externa dos edifícios.

Cabos Externos/internos

Precisam ser compatíveis ou melhores do que está especificado pela norma TR-NWT-000020. As capas de proteção destes cabos produzem pouca fumaça em caso de incêndio e a ausência de produtos tóxicos deve ser exigida, a fim de ser evitar a morte de pessoas, além de oferecer uma melhor proteção aos equipamentos eletrônicos.

Cabos Externos

Há uma linha de cabos ópticos, também do tipo “Loose” geleados, para lançamento externamente aos edifícios. Deve possuir proteção contra umidade e raios Ultra Violeta. Estes cabos externos podem ser fabricados com uma única capa em politileno (PE), com duas capas ou com duas capas e ainda uma proteção metálica corrugada entre as duas capas. São lançados em dutos ou instalados de forma aérea. Existem cabos externos, que já vêm com uma estrutura de sustentação para a instalação destes de forma aérea (em postes por exemplo).

Cabos Internos

Os cabos ópticos para rede de computadores que são lançados internamente aos edifícios devem ser leves e flexíveis a fim de que possam ser instalados sem maiores dificuldades em locais de difícil acesso. São do tipo “Tight” e são divididos em dois tipos de cabos: Os mais simples são compostos de fibras ópticas envolvidas por fios de arame e protegidos com uma capa não inflamável. Cabos internos para condições ásperas, com cada fibra óptica protegida com fios de arame e recoberta por uma capa antiinflamável, sendo o conjunto de fibras ópticas que compõem o cabo, finalmente, protegido por uma capa externa. Existem conectores, ramificações e outros acessórios, próprios para a instalação destes cabos destinados a redes de computadores. No passado os planejadores de redes de computadores aceitavam a idéia de que para um “Upgrade” para uma rede com taxas de transmissão mais rápidas, seria necessária a instalação de cabos de cobres mais apropriados para as novas taxas de transmissão. Isto significava dizer que cada cinco a sete anos era necessária a instalação de novos cabos de cobre.

Entretanto, notamos que nos últimos anos as taxas de transmissão nestas redes estão crescendo em ritmo exponencial, uma vez que o uso da multimídia e o trabalho corporativo, exigem uma banda passante mais larga. As fibras ópticas representam a solução para estas redes modernas, com a vantagem de não precisarem ser substituídas no futuro, uma vez que a banda passante admissível neste meio de transmissão permite a evolução das já elevadas taxas de transmissão. Outra vantagem do uso das fibras ópticas como meio de transmissão em redes de computadores é a maior distância alcançada nestas redes, em relação aos cabos de cobre e a menor distorção relativa à faixa de freqüência de banda básica, além de serem imunes a diafonia e a indução eletromagnética.

Principais características

Especialmente projetado para uso interno ou externo em rede locais de computadores.

Capa externa de Polietileno Retardante a chama, identificação das fibras por código de cores.

Marcação na capa do cabo externo garantindo fácil identificação e verificação do comprimento, pequeno diâmetro e raio de curvatura permitem a instalação em áreas de espaço restrito.

Fibra Monomodo AllWave (Lucent)

Fibra para aplicações Metropolitanas. A fibra monomodo AllWave da Lucent Technologies revoluciona as comunicações de alta capacidade maximizando a capacidade transmissiva das fibras ópticas ao disponibilizar uma região de operação. Atualmente os sistemas ópticos operam somente na 2ª janela (1280 a 1325 nm) ou na 3ª janela (1530 a 1565 nm), porém com fibra AllWave uma nova janela de operação se abre, a 5ª janela de situada entre 1350 e 1450 nm, a qual não estava anteriormente disponível devido à atenuação mais elevada (de até 1 dB/Km) nesta região. A fibra AllWave possibilita o emprego de um maior número de comprimentos de onda, que as fibras monomodo convencionais, graças ao novo processo de fabricação que praticamente elimina a incorporação de íons OH (água) da fibra. Como resultado, tem-se aproximadamente 60% a mais de banda disponível, tornando-a ideal para aplicações multi-serviços em redes metropolitanas com as tecnologias de DWDM.

LANÇAMENTO DE CABOS ÓPTICOS

Característica das técnicas de lançamento de cabos ópticos:

Maiores lances entre emendas em relação aos cabos metálicos;

Melhor aproveitamento das tubulações existentes na planta;

Utilização das linhas aéreas de alta tensão, como portadores de cabos de fibras ópticas;

Puxamento através dos dutos de forma manual ou com a ajuda de cabeçotes e puxador mecânico. Instalação em dutos, paredes, aéreos, diretamente enterrados, submarinos e calhas

Os cabos de fibras ópticas são construídos de tal maneira, que dentro dos valores admissíveis a força de tração no cabo devido o puxamento, não atue de modo desfavorável em nenhuma das fibras do cabo óptico. Esta carga máxima de tração admissível, não se deve exceder ao dobro do peso de um quilômetro de cabo, quando o cabo está sendo puxado através de um duto.

Os cabos ópticos saem de fábrica com as extremidades preparadas para poderem absorver a força de tração admissível durante o seu puxamento. Quando os cabos são cortados e posteriormente lançados, estes precisam ter as extremidades dobradas manualmente, a fim de se garantir a força máxima admissível de puxamento. Para o puxamento de cabos ópticos em lances extensos (3 Km ou mais), foi desenvolvido um equipamento chamado “Derivador Intermediário”. Este equipamento possui autopropulsão e é utilizada em quantidade dependente do peso do cabo óptico, extensão do lance de puxamento e do traçado do percurso do lance.

O uso deste equipamento é efetuado da seguinte maneira: O puxamento do primeiro lance, a partir da bobina do cabo óptico, será manual, através do cabo auxiliar lançado previamente e do cabeçote de puxamento. Quando a força de puxamento necessária ultrapassar ao valor nominal de 400N (duas pessoas) é instalado o primeiro Derivador intermediário, na última câmara por onde passou a extremidade do cabo óptico que está sendo instalado. Este equipamento assume o transporte do cabo através do lance parcial já instalado. No próximo lance o puxamento é efetuado novamente, até que seja necessária a instalação de mais um Derivador intermediário. O Derivador intermediário usa a força de fricção para auxiliar o puxamento do cabo e é controlado pela própria força piloto oriundo das pessoas que fazem o puxamento manual. A velocidade de puxamento encontra-se entre 0 e 30m/min.

A reserva de cabo dentro das câmaras se verifica ao se retirar o equipamento, sendo pequenas correções nos comprimentos desta reservas são executadas manualmente, com pouco esforço e com a ajuda do equipamento. Em redes urbanas o processo de puxamento é idêntico ao usado para cabos metálicos, através de cabeçotes apropriados e puxadores mecânicos. Desta forma, é possível a instalação de até três cabos ópticos com diâmetro externo de até 23mm em um duto de 100mm já instalado, sendo que o cabo óptico utiliza um destes sub-dutos, entretanto, é possível a instalação de cabos ópticos dentro de um só duto, desde que a diferença máxima entre o diâmetro do duto e o diâmetro externo do cabo óptico, não seja inferior a 5mm.

Os cabos aéreos podem ser do tipo auto-sustentados, ou lançados sobre cabos de sustentação, espinados (técnicas de sustentação em que se usa a máquina de espinar, a qual prende o cabo de telecomunicações ao cabo de sustentação através de um arame isolado em capa plástica, enrolando os cabos de telecomunicações e o cabo de sustentação simultaneamente em forma helicoidal.) ou através da máquina de grampear, a qual une o cabo de sustentação ao cabo metálico, através de grampos espaçados a cada 50 cm.

Fonte: br.geocities.com

Fibra Óptica

Processos de Fabricação da Fibra óptica

Existem vários processos para a fabricação das fibras ópticas. Vamos detalhar um dos principais, que é o adotado pela Pirelli Cabos e a partir dele explicar algumas variações existentes.

Processo MCVD: Modified Chemical Vapour Deposition

É muito utilizado em todo o mundo, foi desenvolvido pelos laboratórios “Bell” nos Estados Unidos. Parte-se de um tubo de sílica de alta pureza. Faz-se o preenchimento de seu interior com sílica dopada através da deposição de partículas geradas por oxidação de vapores de cloretos, principalmente de silício e germânio. Oxidação, deposição e vitrificação são conseguidas em um torno de deposição, devido à alta temperatura gerada por um queimador que percorre por inúmeras vezes o tubo por onde circulam internamente os cloretos.

Para obter um bastão totalmente sólido e com total transparência, faz-se o colapsamento do material com o emprego de alta temperatura e uma bomba de vácuo.

O bastão colapsado é conhecido como pré-forma. Através do estiramento da pré-forma, que possui pouco mais de um metro de comprimento e alguns centímetros de diâmetro, será obtida a fibra óptica, com alguns microns de diâmetro e dezenas de quilômetros de comprimento, preservando a proporção geométrica de casca (formada pelo tubo de sílica) e núcleo (material depositado) do bastão original.

Processo PCVD: Plasma Activated Chemical Vapour Deposition

Similar ao MCVD, usando um plasma isotérmico para a estimulação da reação de oxidação dos vapores, ao invés de uma região de alta temperatura.

Processo OVD: Outside Vapour Deposition

A oxidação e deposição dos cloretos é feita externamente a um mandril de cerâmica ou grafite que é depois retirado da pré-forma. Para estimular a deposição também é usado um queimador que percorre longitudinalmente o mandril em rotação constante.

Processo VAD: Vapour-phase Axial Deposition

Semelhante ao OVD por ocorrer deposição externa, porém o crescimento da pré-forma é feito de forma axial e não longitudinal, permitindo um processo contínuo de fabricação.

Fonte: educar.sc.usp.br