Princípios de comunicação de fibra óptica
As técnicas de comunicação digital discutidas até agora levaram ao avanço no estudo das comunicações óticas e via satélite. Vamos dar uma olhada neles.
Fibra ótica
Uma fibra óptica pode ser entendida como um guia de onda dielétrico, que opera em frequências ópticas. O dispositivo ou tubo, se dobrado ou terminado para irradiar energia, é chamado dewaveguide, em geral. A imagem a seguir mostra vários cabos de fibra óptica.
A energia eletromagnética viaja por ele na forma de luz. A propagação da luz, ao longo de um guia de ondas, pode ser descrita em termos de um conjunto de ondas eletromagnéticas guiadas, chamadas demodes do guia de ondas.
Princípio de trabalho
Um parâmetro óptico fundamental sobre o qual se deve ter uma ideia, ao estudar a fibra óptica é Refractive index. Por definição, “A razão entre a velocidade da luz no vácuo e a da matéria é o índice de refraçãondo material. ” É representado como -
$$ n = \ frac {c} {v} $$
Onde,
c= a velocidade da luz no espaço livre = 3 × 10 8 m / s
v = a velocidade da luz em material dielétrico ou não condutor
Geralmente, para um raio de luz viajante, reflectionocorre quando n 2 <n 1 . A curvatura do raio de luz na interface é o resultado da diferença na velocidade da luz em dois materiais que possuem índices de refração diferentes. A relação entre esses ângulos na interface pode ser denominada comoSnell’s law. É representado como -
$$ n_1sin \ phi _1 = n_2sin \ phi _2 $$
Onde,
$ \ phi _1 $ é o ângulo de incidência
$ \ phi _2 $ é o ângulo refratado
n 1 e n 2 são os índices de refração de dois materiais
Para um material opticamente denso, se a reflexão ocorre dentro do mesmo material, esse fenômeno é chamado de internal reflection. O ângulo de incidência e o ângulo de refração são mostrados na figura a seguir.
Se o ângulo de incidência $ \ phi _1 $ for muito maior, então o ângulo refratado $ \ phi _2 $ em um ponto se torna Π / 2. Refração adicional não é possível além deste ponto. Portanto, esse ponto é chamado deCritical angle $\phi _c$. Quando o ângulo de incidência $ \ phi _1 $ é maior do que o ângulo crítico, a condição paratotal internal reflection é satisfeito.
A figura a seguir mostra esses termos claramente.
Um raio de luz, se passado por um vidro, nessa condição, é totalmente refletido de volta para o vidro, sem que a luz escape da superfície do vidro.
Partes de uma fibra
A fibra óptica mais comumente usada é single solid di-electric cylinder de raio ae índice de refração n 1 . A figura a seguir explica as partes de uma fibra óptica.
Este cilindro é conhecido como Coreda fibra. Um material dielétrico sólido envolve o núcleo, que é chamado deCladding. O revestimento tem um índice de refração n 2 que é menor que n 1 .
O revestimento ajuda em -
- Reduzindo perdas por espalhamento.
- Adiciona resistência mecânica à fibra.
- Protege o núcleo da absorção de contaminantes de superfície indesejados.
Tipos de fibras ópticas
Dependendo da composição do material do núcleo, existem dois tipos de fibras comumente usadas. Eles são -
Step-index fiber - O índice de refração do núcleo é uniforme em toda a extensão e sofre uma mudança abrupta (ou degrau) no limite do revestimento.
Graded-index fiber - O índice de refração do núcleo é feito para variar em função da distância radial do centro da fibra.
Ambos são divididos em -
Single-mode fiber - Eles estão entusiasmados com o laser.
Multi-mode fiber - Eles estão entusiasmados com LED.
Comunicações de fibra ótica
O sistema de comunicação de fibra óptica é bem compreendido pelo estudo de suas partes e seções. Os principais elementos de um sistema de comunicação de fibra óptica são mostrados na figura a seguir.
Os componentes básicos são o transmissor de sinal de luz, a fibra óptica e o receptor de detecção de foto. Os elementos adicionais, como conectores e conectores de fibra e cabo, regeneradores, divisores de feixe e amplificadores ópticos são empregados para melhorar o desempenho do sistema de comunicação.
Vantagens Funcionais
As vantagens funcionais das fibras ópticas são -
A largura de banda de transmissão dos cabos de fibra óptica é maior do que os cabos de metal.
A quantidade de transmissão de dados é maior em cabos de fibra óptica.
A perda de potência é muito baixa e, portanto, útil em transmissões de longa distância.
Os cabos de fibra óptica fornecem alta segurança e não podem ser interceptados.
Os cabos de fibra óptica são a forma mais segura de transmissão de dados.
Os cabos de fibra óptica são imunes a interferências eletromagnéticas.
Eles não são afetados por ruído elétrico.
Vantagens Físicas
As vantagens físicas dos cabos de fibra óptica são -
A capacidade desses cabos é muito maior do que os cabos de fio de cobre.
Embora a capacidade seja maior, o tamanho do cabo não aumenta como acontece no sistema de cabeamento de fio de cobre.
O espaço ocupado por esses cabos é muito menor.
O peso desses cabos FOC é muito mais leve do que os de cobre.
Como esses cabos são dielétricos, não há risco de faíscas.
Esses cabos são mais resistentes à corrosão do que os cabos de cobre, pois são dobrados facilmente e são flexíveis.
A matéria-prima para a fabricação de cabos de fibra óptica é o vidro, mais barato que o cobre.
Os cabos de fibra óptica duram mais do que os cabos de cobre.
Desvantagens
Embora a fibra óptica ofereça muitas vantagens, elas têm as seguintes desvantagens -
Embora os cabos de fibra óptica durem mais, o custo de instalação é alto.
O número de repetidores deve ser aumentado com a distância.
Eles são frágeis se não forem colocados em uma bainha de plástico. Portanto, é necessária mais proteção do que as de cobre.
Aplicações de fibra óptica
As fibras ópticas têm muitas aplicações. Alguns deles são os seguintes -
Usado em sistemas telefônicos
Usado em redes de cabos submarinos
Usado em link de dados para redes de computadores, sistemas CATV
Usado em câmeras de vigilância CFTV
Usado para conectar bombeiros, polícia e outros serviços de emergência.
Usado em hospitais, escolas e sistemas de gerenciamento de tráfego.
Eles têm muitos usos industriais e também usados em construções pesadas.