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de fibras ópticas com novos materiais. Esses novos materiais que incluem, principalmente, calcogenitas e fluoretos de zircônio e de outros metais pesados, oferecem possibilidade de perdas intrínsecas extremamente baixas na região de 1,6 a 10mm, dando origem a classe das fibras infravermelho médio. A tecnologia das fibras operando no infravermelho médio é ainda bastante experimental, com as perdas efetivas muito acima do mínimo teórico. Além disso, essas fibras apresentam-se, no caso de operação em comprimentos de onda curtos, mais frágeis e caras (o processo de purificação dos novos materiais é mais complexo) do que as de sílica. Assim sendo, embora uma das principais motivações no desenvolvimento desse tipo de fibra seja a possibilidade de sistemas de comunicações de longa distância sem repetidores, como cabos submarinos, com fibras monomodo, as fibras do infravermelho médio atual são do tipo multimodo índice degrau, utilizadas principalmente na transmissão de potência luminosa de laser para corte em aplicações cirúrgicas e industriais. 40 Capítulo 8 - Características de transmissão da fibra óptica As características de transmissão de uma fibra óptica podem ser descritas essencialmente pelas suas propriedades quanto à dispersão dos sinais por ela transmitidos. A atenuação está diretamente associada às perdas de transmissão, uma característica fundamental em todo tipo de suporte de transmissão. O fenômeno de dispersão, por sua vez, permite caracterizar a capacidade de transmissão de uma fibra óptica, expressa pela taxa de transmissão (em bits por segundo) ou pela banda passante em (hertz), respectivamente, nos casos de sistemas digitais ou analógicos. 8.1 - Atenuação Impacta na distância máxima de transmissão. Entre as causas mais importantes citam-se a absorção pelo material, irradiação devido a curvaturas, espalhamento pelo material (linear e não linear), perdas por modos vazantes, perdas por microcurvaturas, atenuações em emendas e conectores, perdas por acoplamento no início e no final da fibra. As perdas de transmissão em sistemas ópticos são avaliadas pela atenuação que o link oferece, que é a redução da intensidade do sinal entre a potência de saída e de entrada. A absorção pelo material é provocada pelo meio físico de transmissão, que no caso da fibra é a sílica. Os parâmetros que influenciam na atenuação global da fibra óptica relacionam-se à qualidade de sua fabricação, ao comprimento de onda da luz guiada (estrutura do guia dielétrico) e grau de pureza do material utilizado. A atenuação experimentada pelos sinais luminosos propagados através de uma fibra óptica é uma característica cujo papel é fundamental na determinação da distância máxima entre um transmissor e um receptor óptico. A atenuação (ou as perdas de transmissão) de uma fibra óptica costuma ser definida em termos da relação de potência luminosa na entrada da fibra de comprimento L e a potência luminosa na sua saída. Os mecanismos básicos responsáveis pela atenuação em fibras ópticas são os seguintes: • Absorção; • Espalhamento; • Curvaturas; • Projeto do guia de onda. É importante que no dimensionamento de um sistema de transmissão, além das perdas introduzidas pela atenuação da fibra óptica, devem ser consideradas também as perdas causadas nas emendas e conexões entre segmentos de fibras e no acoplamento das fibras com as fontes e detectores luminosos. 8.2 - Dispersão O fenômeno de dispersão em uma fibra óptica está associado ao fato de que os modos de propagação são transmitidos através da fibra óptica com velocidades diferentes, resultado dos diferentes atrasos de propagação dos modos que transportam a energia luminosa, tendo por efeito a distorção dos sinais transmitidos, impondo uma limitação na sua capacidade de transmissão. No caso de transmissão 41 digital, o espalhamento dos pulsos ópticos resultantes da dispersão, determina a taxa máxima de transmissão de informação por unidade de tempo através da fibra. Causa interferência intersimbólica, aumenta taxa de erros de bits e implica na redução da taxa de transmissão, causando impacto em sistemas de transmissão como o DWDM. Existem três mecanismos básicos de dispersão em fibras ópticas: • Dispersão modal ou intramodal (cromática) - interferência entre os pulsos consecutivos, ocorrendo o espalhamento dos "modos" no decorrer de percurso. É característico das fibras multimodo degrau; • Dispersão material; • Dispersão de guia de onda. 8.3 - Perdas por absorção As perdas por absorção são causadas pelos seguintes tipos de mecanismos: Absorção intrínseca: Causada pela interação da luz com um ou mais componentes do material. Este tipo de absorção depende do material usado na composição da fibra e constitui-se no principal fator físico definindo a transparência de um material de numa região espectral especificada. Considerando-se um processo de fabricação perfeito (sem impurezas, sem variações na densidade, homogeneidade do material etc.), a absorção intrínseca estabelece um limite mínimo fundamental na absorção para qualquer tipo de material usado. Absorção extrínseca: causada pela interação da luz com as impurezas de vidro. A absorção extrínseca resulta da contaminação de impurezas que o material da fibra experimenta durante seu processo de fabricação. Absorção por efeitos estruturais: A absorção por defeitos estruturais resulta do fato de a composição do material da fibra estar sujeita a imperfeições, tais como, por exemplo, a falta de moléculas ou a existência de defeitos do oxigênio na estrutura do vidro. Este tipo de absorção é normalmente desprezível com relação aos efeitos das absorções intrínsecas ou das impurezas. 8.4 - Perdas por espalhamento Os mecanismos de espalhamento contribuindo para as perdas de transmissão em fibras ópticas incluem os seguintes tipos: Espalhamento Linear: causados pela transferência linear de potência de um modo guiado para outros modos vazados ou radiados. Dentre eles, estão: • Espalhamento de Rayleigh - é um dos mais importantes, originado em defeitos sub-microscópicos na composição e na densidade do material que podem surgir durante o processo de fabricação da fibra ou em função de irregularidades próprias na estrutura molecular do vidro; • Espalhamento de Mie - pode observado quando as irregularidades da fibra têm dimensões comparáveis ao comprimento de onda da luz; 42 Espalhamento Não-Linear: causado pela transferência de potência de luz de um modo guiado para si mesmo, ou para outros modos em um comprimento de onda diferente. Dentre eles, estão: • Espalhamento de Brillouin estimulado - também originado por elevados campos elétricos da luz transmitida no núcleo. Neste caso ocorre uma modulação da luz causada pela vibração das moléculas do meio; • Espalhamento de Raman estimulado - são efeitos originados por elevados campos elétricos da luz transmitida no núcleo. Neste caso, porém, a transferência de potência ocorre principalmente na direção de propagação. Os dois primeiros tipos são mecanismos lineares de espalhamento causados pela transferência de potência de um modo guiado para modos vazados ou irradiados. Os outros dois tipos de espalhamento são mecanismos não-lineares que implicam a transferência de potência luminosa de um modo guiado para si mesmo, ou para outros modos, em um comprimento de onda diferente. Os efeitos dos espalhamentos Brillouin e de Raman estimulados são geralmente significativos apenas em fibras monomodo. 8.5 - Perdas por curvaturas As fibras ópticas estão sujeitas a perdas de transmissão quando submetidas a curvaturas que podem ser classificadas em dois tipos: • Curvaturas cujos raios são grandes comparados com o diâmetro da fibra (ocorrem, por exemplo, quando um cabo óptico dobra um canto ou uma esquina);