TIPOS DE FIBRA FIBRA MULTIMODO ÍNDICE DEGRAU. d 1. diâmetro do núcleo de 50 µm a 200 µm. (tipicamente 50 µm e 62,5 µm) d 2 - PDF
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Arthur Melgaço Lima
1 TIPOS DE FIBRA FIBRA MULTIMODO ÍNDICE DEGRAU d 1 diâmetro do núcleo de 50 µm a 200 µm (tipicamente 50 µm e 62,5 µm) d 2 diâmetro da fibra óptica (núcleo + casca) de 125 µm a 280 µm (tipicamente 125 µm) 1
2 TIPOS DE FIBRA FIBRA MULTIMODO ÍNDICE DEGRAU As pioneiras em aplicações práticas. Suas principais características são: Variação abrupta do índice de refração do núcleo com relação a casca; Índice de refração constante do núcleo; Dimensões e diferença relativa de índices de refração implicando a existência de múltiplos feixes se propagando na fibra óptica; Utilizadas em sistemas com comprimento de onda típico: 850 e 1330 nm; Distâncias típicas de aplicação: até 1km; 2
3 TIPOS DE FIBRA FIBRA MULTIMODO ÍNDICE GRADUAL d 1 diâmetro do núcleo de 50 µm a 85 µm (tipicamente 50 µm e 62,5 µm) d 2 diâmetro da fibra óptica (núcleo + casca) de 125 µm n 6 índice de refração da casca n 1 à n 5 índices de refração das superfícies concêntricas do núcleo o número de camadas concêntricas pode chegar a 1000, camadas. Isto é, a variação do índice de refração no núcleo pode ser considera contínua. 3
4 TIPOS DE FIBRA FIBRA MULTIMODO ÍNDICE GRADUAL Suas principais características são: Variação gradual do índice de refração do núcleo com relação à casca; Núcleo composto por vidros especiais com diferentes valores de índice de refração; Maior capacidade de transmissão com relação as fibras ópticas MM - ID; Menor aceitação de energia luminosa; Utilizada em sistemas de comunicação com distâncias de poucos Km; Comprimento de onda típico: 850 nm e 1330 nm; Distâncias típicas de aplicação: até 4 Km; Diâmetro do núcleo típico: 50 e 62,5 µm; 4
5 TIPOS DE FIBRA FIBRA MONOMODO 5
6 TIPOS DE FIBRA FIBRA MONOMODO Existem fibras do tipo monomodo índice gradual, mas estas são muito incomuns; Pode-se dizer que as fibras monomodo são do tipo índice degrau; Suas principais características são: Possuem capacidade de transmissão superior as fibras multimodo; Apenas é guiado o modo fundamental da (raio axial) da onda eletromagnética; O núcleo possui dimensões inferiores às fibras MM; Utilizadas em sistemas com comprimento de onda típico: 1310 nm e 1550 nm; Distâncias típicas de aplicação: até dezenas ou centenas de Km sem repetidores; Diâmetro do núcleo típico: 2000 a nm (poucas vezes superior ao comprimento de onda de transmissão); 6
7 DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA Distribuição de energia em fibras tipo índice degrau, multimodo (MM) e monomodo (SM): A distribuição de energia nas fibras MM está confinada no núcleo. Nas fibras SM, o máximo de distribuição de energia ocorre no centro do núcleo (sombreado mais escuro = maior energia) 7
8 DISPERSÃO DO PULSO LUMINOSO MM ID: 8
9 DISPERSÃO DO PULSO LUMINOSO MM IG: 9
10 DISPERSÃO DO PULSO LUMINOSO SM ID 10
11 MODOS DE PROPAGAÇÃO Modos de propagação são todos os caminhos ou trajetórias que os raios luminosos podem percorrer dentro da fibra óptica; O número de modos de propagação suportados por uma fibra pode variar desde 1 até Este número tem relação com uma grandeza adimensional chamada FREQUÊNCIA NORMALIZADA (V): V= π d λ AN Onde: V frequência normalizada; d diâmetro do núcleo; λ comprimento de onda do feixe luminoso; AN abertura numérica. 11
12 MODOS DE PROPAGAÇÃO O número de modos é definido por: N m = V 2 4 para fibras ópticas índice gradual; N m = V 2 2 para fibras ópticas índice degrau; 12
13 COMPRIMENTO DE ONDA DE CORTE Uma fibra óptica é caracterizada como monomodo quando a Frequência Normalizada (V) for inferior a 2,405; Como a V é função do comprimento de onda da luz transmitida costumase caracterizar as fibras monomodo por um comprimento de onda de corte (λ c ), que é definido como o comprimento de onda a partir do qual a fibra tem um comportamento monomodo; 2,405= 2 πa λ c N 1 2 N
14 FIBRA MONOMODO RAIO MODAL O Raio Modal (W 0 ) define a eficiência no acoplamento da potência do modo fundamental no núcleo da fibra monomodo. O raio modal representa a metade da largura efetiva do campo propagado. Para um acoplamento ótimo, o raio modal deve ser próximo ao raio do núcleo da fibra; Pode-se definir o raio modal como sendo: W 0 =a [ 0,65+0,434 ( λ λ c ) 3/2 +0,0149 ( λ λ c ) 6] Onde: a raio do núcleo da fibra λ comprimento de onda λ c comprimento de onda de corte 14
15 COMPRIMENTO DE ONDA DE CORTE O raio modal tem importância para estudos de distribuição de energia que possam afetar o desempenho da fibra óptica, por exemplo: ao serem emendadas 2 fibras monomodo nos quais os raios modais possam ser diferentes; Nesse caso, deve-se obter a área efetiva (A ef ) do feixe óptico guiado admitindo uma simetria circular: A ef =π w 2 15