Fibra Óptica

Fibra Óptica

Os cabos de fibra óptica utilizam o fenômeno da refração interna total para transmitir feixes de luz a longas distâncias. Um núcleo de vidro muito fino, feito de sílica com alto grau de pureza é envolvido por uma camada (também de sílica) com índice de refração mais baixo, chamada de cladding, o que faz com que a luz transmitida pelo núcleo de fibra seja refletida pelas paredes internas do cabo. Com isso, apesar de ser transparente, a fibra é capaz de conduzir a luz por longas distâncias, com um índice de perda muito pequeno.

Embora a sílica seja um material abundante, os cabos de fibra óptica são caros devido ao complicado processo de fabricação, assim como no caso dos processadores, que são produzidos a partir do silício. A diferença entre sílica e silício é que o silício é o elemento Si puro, enquanto a sílica é composta por dióxido de silício, composto por um átomo de silício e dois de oxigênio. O silício é cinza escuro e obstrui a passagem da luz, enquanto a sílica é transparente.

O núcleo e o cladding são os dois componentes funcionais da fibra óptica. Eles formam um conjunto muito fino (com cerca de 125 microns, ou seja, pouco mais de um décimo de um milímetro) e frágil, que é recoberto por uma camada mais espessa de um material protetor, que tem a finalidade de fortalecer o cabo e atenuar impactos chamado de coating, ou buffer. O cabo resultante é então protegido por uma malha de fibras protetoras, composta de fibras de kevlar (que têm a função de evitar que o cabo seja danificado ou partido quando puxado) e por uma nova cobertura plástica, chamada de jacket, ou jaqueta, que sela o cabo:

Cabos destinados a redes locais tipicamente contêm um único fio de fibra, mas cabos destinados a links de longa distância e ao uso na área de telecomunicações contêm vários fios, que compartilham as fibras de kevlar e a cobertura externa:

Como os fios de fibra são muito finos, é possível incluir um grande volume deles em um cabo de tamanho modesto, o que é uma grande vantagem sobre os fios de cobre. Como a capacidade de transmissão de cada fio de fibra é bem maior que a de cada fio de cobre e eles precisam de um volume muito menor de circuitos de apoio, como repetidores, usar fibra em links de longa distância acaba saindo mais barato. Outra vantagem é que os cabos de fibra são imunes a interferência eletromagnética, já que transmitem luz e não sinais elétricos, o que permite que sejam usados mesmo em ambientes onde o uso de fios de cobre é problemático.

Como criar links de longa distância cavando valas ou usando cabos submarinos é muito caro, é normal que seja usado um volume de cabos muito maior que o necessário. Os cabos adicionais são chamados de fibra escura (dark fiber), não por causa da cor, mas pelo fato de não serem usados. Eles ficam disponíveis para expansões futuras e para substituição de cabos rompidos ou danificados. Quando ouvir falar em padrões "para fibras escuras", tenha em mente que são justamente padrões de transmissão adaptados para uso de fibras antigas ou de mais baixa qualidade, que estão disponíveis como sobras de instalações anteriores.

A transmissão de dados usando sinais luminosos oferece desafios, já que os circuitos eletrônicos utilizam eletricidade e não luz. Para solucionar o problema, é utilizado um transmissor óptico, que converte o sinal elétrico no sinal luminoso enviado através da fibra e um receptor, que faz o processo inverso. O transmissor utiliza uma fonte de luz, combinada com uma lente, que concentra o sinal luminoso, aumentando a percentagem que é efetivamente transmitida pelo cabo. Do outro lado, é usado um receptor ótico, que amplifica o sinal recebido e o transforma novamente nos sinais elétricos que são processados.

Para reduzir a atenuação, não é utilizada luz visível, mas sim luz infravermelha, com comprimentos de onda de 850 a 1550 nanômetros, de acordo com o padrão de rede usado. Antigamente, eram utilizados LEDs nos transmissores, já que eles são uma tecnologia mais barata, mas com a introdução dos padrões Gigabit e 10 Gigabit eles foram quase que inteiramente substituídos por laseres, que oferecem um chaveamento mais rápido, suportando, assim, a velocidade de transmissão exigida pelos novos padrões de rede.

Existem padrões de fibra óptica para uso em redes Ethernet desde as redes de 10 megabits. Antigamente, o uso de fibra óptica em redes Ethernet era bastante raro, mas com o lançamento dos padrões de 10 gigabits a utilização vem crescendo, com os links de fibra sendo usados sobretudo para criar backbones e links de longa distância.

Existem dois tipos de cabos de fibra óptica, os multimodo ou MMF (multimode fibre) e os monomodo ou SMF (singlemode fibre). As fibras monomodo possuem um núcleo muito mais fino, de 8 a 10 mícrons de diâmetro, enquanto as multimodo utilizam núcleos mais espessos, tipicamente com 62.5 microns:

As fibras multimodo são mais baratas e o núcleo mais espesso demanda uma precisão menor nas conexões, o que torna a instalação mais simples, mas, em compensação, a atenuação do sinal luminoso é muito maior.

Isso acontece porque o pequeno diâmetro do núcleo das fibras monomodo faz com que a luz se concentre em um único feixe, que percorre todo o cabo com um número relativamente pequeno de reflexões. O núcleo mais espesso das fibras multimodo, por sua vez, favorece a divisão do sinal em vários feixes separados, que ricocheteiam dentro do cabo em pontos diferentes, aumentando brutalmente a perda durante a transmissão, como você pode ver nos desenhos a seguir:

Para efeito de comparação, as fibras multimodo permitem um alcance de até 550 metros no Gigabit Ethernet e 300 metros no 10 Gigabit, enquanto as fibras monomodo podem atingir até 80 km no padrão 10 Gigabit. Esta brutal diferença faz com que as fibras multimodo sejam utilizadas apenas em conexões de curta distância, já que sairia muito mais caro usar cabos multimodo e repetidores do que usar um único cabo monomodo de um ponto ao outro.

Fonte: http://www.gdhpress.com.br/redes/leia/index.php?p=cap1-12