Introdução

1. Introdução

4. Vantagens da comunicação com fibras ópticas • Enorme largura de banda • vários GHz em 100 kms (sem repetidores) • cabo coaxial (500 MHz, 2-3 km); sistemas com ondas mm (700 MHz) • muito maior LB transmitindo vários sinais ópticos em paralelo (multiplexagem) • Tamanho e peso pequenos • evita congestionamento nos tubos em cidades • importante transmissão aviões, satélites,”ships” • Isolamento eléctrico • não apresentam problemas de Terra ou de interfaces • não criam arcos ou curto circuitos

5. Vantagens da comunicação com fibras ópticas Imune a interferências e crosstalk Segurança do sinal Baixas perdas 0.2 dB km-1 Compactas e muito flexíveis Baixo custo (sílica – areia)

6. Confinamento de luz na Fibra

7. Confinamento de luz na fibra Өt = 90º Өi = Өc bainha n2 Өi Өi núcleo n1 Reflexão interna total Өi > Өc kt θt bainha n2 núcleo n1 θi Reflexão no ângulo limite Reflexão interna parcial

8. Excitação da fibra Өt n2 ar n0 Өi Øt n1 z Øi No limite

9. n2 n1 Øi∟ Cone de aceitação • Abertura numérica NA • A abertura numérica traduz a capacidade de captação da luz na fibra óptica. • Se NA for elevado podem-se propagar modos com vg muito diferentes o que aumenta • a dispersão.

10. Parâmetros normalizados

11. Parâmetros normalizados Frequência normalizada Constante de Propagação Normalizada Contraste (abertura numérica)

12. Distribuição de potência na Fibra

13. Distribuição de potência na fibra óptica • A potência transportada pela está distribuida no núcleo e na baínha • Factor de confinamento de potência 

14. Dependência de aguns parâmetros modais com a frequência (normalizada)

15. (a) (b) (a) (b) (a) U2 /V2 = 0.1 ou b = 0.9 (b) U2 /V2 = 0.9 ou b = 0.1

16. Capacidade de transmitir informação

17. Capacidade de transmitir informação • Capacidade  taxa máxima de transmissão fiável • C = B log2 (1 + S/N) [Lei de Shannon] • B – largura de banda do canal • BT - ritmo de transmissão máximo BT ~ 2 B Para transmitir ao ritmo BT ~ é necessário um canal com uma largura de banda B = BT /2 (código NRZ) ou B = BT (código RZ).

18. Transmissão do sinal na Fibra Óptica Atenuação Dispersão

20. Distorsão do sinal - aumenta com B e L B – ritmo de transmissão L – espaçamento entre repetidores Capacidade de um sistema de comunicação Mede-se produto BL 1970 – 100 Mb/s – km 2000- > 10 12 Mb/s – km

21. Regime multimodal (descrição da óptica geométrica) Dispersão intermodal n2 n1 ∟' Өi Øt Øi ∟ • Raios meridionais • Velocidade máxima: modo cujos raios são praticamente axiais. • Velocidade mínima: modo cujos raios incidem na interface núcleo/baínha segundo • Raio axial • b) Raio meridional extremo

22. Ritmo de transmissão • A dispersão intermodal conduz ao espraiamento dos impulsos transmitidos o que se traduz na diminuição do ritmo de transmissão • Impulso de duração 2 Δtc → • Ritmo de transmissão máximo: • Soluções para reduzir/eliminar dispersão intermodal: • a) Fibras de núcleo não homogéneo • b) Fibras monomodo

24. ρ n (ρ) Fibra multimodal Perfil gradual Perfil parabólico • Fibra monomodal • Tempo de transmissão do sinal: • Para reduzir/eliminar a dispersão intermodal: • - utilizam-se fibras ópticas unimodais • - utilizam-se fibras ópticas multimodais com índice de refracção variável n1 (ρ). • A velocidade de propagação aumenta com ρ porque n1 diminue com ρ, o que compensa os • percursos maiores a percorrer pelos raios associados aos modos de ordem superior.

25. Mecanismos de dispersão da fibra óptica • O PCM (Pulse Code Modulation) é um dos métodos usados em sistemas de comunicação com fibras ópticas para modular a luz portadora. • A diferença (dispersão) dos tempos de grupo das várias componentes espectrais contidas no impulso, dá origem à sua distorção. • Dispersão intermodal • Ocorre em fibras a operar em regime multimodal. Os modos apresentam vg diferentes (excepto quando são degenerados). • b) Dispersão material • O índice de refracção da fibra, n1, varia com ω. • Dispersão estrutural • Dispersão do guia de ondas (estrutura dieléctrica que guia as ondas). • As dispersões b) e c) estão presentes quer em fibras em regime unimodal quer em regime multimodal e são ambas proporcionais à largura de banda do impulso transmitido.

26. Δλ << λ0 λ0 • Alargamento do impulso • Dispersão traduzida na eq. característica: D (ω, kz) = 0 • Atraso de grupo por unidade de comprimento: Indice de grupo λ

27. Largura espectral Coeficiente de dispersão Alargamento do impulso Dispersão material • O coeficiente de dispersão M caracteriza o alargamento do impulso devido às variações do índice de refração do núcleo (sílica) com o comprimento de onda (ω).

28. Dispersão estrutural • É intrínseca a todos os sistemas de propagação guiada. Traduz a dependência de λ das constantes de propagação no núcleo e na baínha. • A dispersão estrutural só é relevante em fibras monomodo para regiões de λ em que o coeficiente de dispersão material se aproxima de zero (ex: λ═ 1300 nm)

29. Dependência de aguns parâmetros modais com a frequência (normalizada)

30. Atenuação 1ª geração  ~0.8 m 2ª geração  ~ 1.3 m 3ª geração  ~ 1.55 m 4ª geração aumento B multiplexagem; amplificação óptica 1500 km 2Gb/s 5ª geração propagação de solitões 12 000 km 2.4 Gb/s (experimental)

31. L Pin • Espaçamento L entre repetidores • Influência da atenuação • Atenuação ═> Amplificação • b) Distorção dispersiva • ═> Regeneração (da forma do sinal) • Atenuação • Prec = Fs n h f BT • n – nº de fotões que o receptor precisa para detectar 1 bit • hf – energia de um fotão (h-cte Planck, 6.626 ×10-34 Js) • Bt – ritmo de transmissão • Fs – factor de segurança (Fs > 1) • B0 – ritmo de transmissão de referência (bits/s)

32. L L0 BT L0 – espaçamento associado ao ritmo de referência B0. Variação lenta B0

33. L (log) atenuação distorção B(log) • Espaçamento entre repetidores: atenuação e distorção • A conjugação dos efeitos devidos à atenuação e á distorção conduz aos seguintes resultados: • - a atenuação é o factor limitativo para os ritmos de transmissão baixos. • - a distorção é o factor limitativo para os ritmos de transmissão altos.