Fibras ópticas e
Multiplexação por
Divisão em Comprimento
de Onda (WDM)
Trabalho de Redes de computadores I
Rafael José Gonçalves Pereira
Professor: Otto Duarte
Estrutura
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Alguns Fundamentos de Óptica
- Refração e Reflexão total
Fibras
- Composição e conceitos, tipos de fibras, atenuação,
vantagens e desvantagens, algumas aplicações. (no
trabalho ainda há uma seções sobre história e emissores
e receptores, que não incluí aqui)
WDM
- Definição, funcionamento e problemas, Tipos de
WDM e Vantagens.
Princípios de óptica
Refração e reflexão total
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Mudança na direção e velocidade quando uma
onda de luz passa de um meio para o outro.
Lei de Snell-Descartes:
n1*sen(fi1) = n2*sen(fi2)
Na transição de um meio mais refringente (n2)
para menos refringente (n1), se o ângulo for
superior a um ângulo crítico, ocorre reflexão total.
Ângulo crítico = arc.sen(n1/n2)
Reflexão total
Lembrando que n2>n1
Sistemas de transmissão
por
Fibras ópticas
Definição de fibra óptica

Fibra óptica é basicamente um fio que conduz a
potência luminosa de um emissor até um
receptor óptico. São estruturas transparentes,
flexíveis, compostas por dois materiais
dielétricos, tendo dimensões próximas a um fio
de cabelo humano.
Composição
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3 camadas básicas:
•
•
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Núcleo (>= 10 micrômetro), o mais refringente;
Casca, menos refringente que o núcleo;
Capa, proteção.
Composição
Reflexão total entre o núcleo e a casca!
Modos de propagação
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Soluções espaço-temporais das equações de Maxwell
(campos elétricos e magnéticos).
Representa as diferentes formas de propagação
(trajetórias) da luz na fibra.
Tipos de Fibras
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Monomodo
Multimodo
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Índice degrau
Índice gradual
Atenuação e dispersão
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Atenuação baixa  principal motivo pelo qual
as fibras conquistaram seu terreno.
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Atenuação:
Absorção
Espalhamento
Curvaturas
Características do guia de onda
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•
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Absorção
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Absorção natural do material (intrínseca)
Por defeitos estruturais (densidade varia, etc)
Impurezas (extrínseca)
Íons metálicos
Por íons hidroxila  devido a água no vidro  define
as janelas ópticas
Janelas ópticas  Regiões onde a absorção por OH- é
menor (já superada)
Janelas ópticas
Novos tipos de fibras
(segundo tutorial da Teleco)
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“Monomodo comum (SM - G.652 ITU-T): Tem problemas com
a dispersão cromática. Núcleo com área maior  grande
capacidade de comprimentos de onda.
Dispersion Shifted (DS - G.653 ITU-T): Fibra onde a dispersão é
zero. Pensava-se  alta capacidade. Porém, mistura das 4 ondas.
Non Zero Dispersion (NZD - G.655 ITU-T): criada para corrigir
a limitação da fibra tipo DS. Dispersão baixa, mas não zero.
Núcleo da fibra foi diminuído impede sua utilização em
sistemas de grande quantidade de comprimentos de onda.
Low Water Peak (LWP - G.652D ITU-T): Fibra onde processos
de fabricação eliminam o efeito da absorção pelos íons OH-”
Janelas ópticas
Dispersão Modal
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Variações de trajetórias (= modos distintos) 
tempo de chegadas distintos  “Espalhamento”
de um sinal no tempo
Vantagens da fibra óptica
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Banda passante teoricamente enorme
Atenuação muito baixa
Imunidade à interferência eletromagnética e ruído
Isolamento elétrico
Compacidade
Segurança
Baixo custo potencial
Possibilidade de mudar a banda sem mudar a infraestrutura (WDM)
Comparação
Desvantagens
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Fragilidade das fibras não encapsuladas
Dificuldade para conexões
Dificuldade para ramificações
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Fibras  ponto-a-ponto
Impossibilidade de alimentação remota
Algumas Aplicações
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Fiber Channel
Gigabit Ethernet
Rede telefônica
Rede Digital de Serviços Integrados
Cabos submarinos
Televisão por cabo
Sensores
WDM
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Combina comprimentos de onda diferentes, e, na outra ponta,
separa e lê.
Sistema de WDM

Comparação com TDM e porque do nome
Para multiplexação e demultiplexação
atualmente:
Filtros ajustáveis baseados em difração e
interferência
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•
Ex: Array Waveguide Grating
Problemas enfrentados pelo WDM
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Todos os problemas das fibras ópticas
Encaixar o Sinal no seu canal
Diafonia (Crosstalk)  Parte da potência que
deveria chegar num canal vai para um canal
adjacente
Mistura de quatro ondas (Four wave mixing,
FWM)
Falta de padronização
Tipos de WDM
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Classificação feita de acordo com o espaçamento entre
comprimentos de onda adjacentes
Coarse WDM (CWDM)
20nm, 4 a 16 canais, 34Mbit/s a 2,5Gbit/s
 Dense WDM (DWDM) 
1nm, 16 a 128 canais, 155Mbit/s a 10Gbit/s
 Ultra Dense WDM (UDWDM)
Mais de 128 canais, menos espaçamento que o DWDM

Vantagens do WDM
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Flexibiliza sistemas
Possibilita o aumento da quantidade de banda
que uma fibra pode transmitir, sem necessidade
de obras estruturais.
Além de todas as vantagens de utilizar as fibras
ópticas em si.
Dúvidas?
Perguntas e Respostas
Pergunta 1

1 – Explique como a luz se mantém no interior
de uma fibra óptica, citando as regiões da fibra
envolvidas e explicando brevemente o
fenômeno que permite tal feito.
Pergunta 1


1 – Explique como a luz se propaga no interior de uma
fibra óptica, citando as regiões da fibra envolvidas e
explicando brevemente o fenômeno que permite tal
feito.
R: A luz se propaga no interior da fibra através do
fenômeno da reflexão total que ocorre nas fibras ao
tentar atravessar do núcleo (mais refringente) para a
casca (menos refringente). Quando um raio de luz tenta
atravessar de um meio mais refringente para um menos
refringente, se o ângulo que ele forma com a normal
for maior que o ângulo crítico, ele sofre a reflexão total,
o que é exatamente o que ocorre na fibra.
Pergunta 2

2 – O que são os modos de propagação e
dispersão modal? Como estes conceitos estão
relacionados entre si?
Pergunta 2


2 – O que são os modos de propagação e dispersão
modal? Como estes conceitos estão relacionados entre
si?
R: Os modos de propagação são as soluções espaçotemporais das equações de Maxwell, representando as
diferentes maneiras (trajetórias) como a luz pode
propagar-se numa fibra. A dispersão modal, por sua
vez, é o fenômeno do “espalhamento” da luz no tempo
que acontece por conta das diferentes trajetórias e dos
diferentes tempos de cada modo. Estes conceitos estão
relacionados, pois os modos são as diferentes trajetórias
que geram o espalhamento temporal.
Pergunta 3

3 – O que são as janelas ópticas e diga se elas
ainda tem funcionalidade atualmente?
Pergunta 3
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
3 – O que são as janelas ópticas e diga se elas ainda tem
funcionalidade atualmente?
R : As janelas ópticas são as regiões onde a atenuação
por absorção devido ao íon Hidroxila (OH-) era menor.
A utilização das janelas ópticas, apesar de já ter perdido
seu sentido atualmente por já ser possível fabricar fibras
sem atenuações devido a tal íon, ainda são mantidas por
motivos históricos e por melhorarem a eficiência da
utilização de determinados comprimentos de onda.
Pergunta 4

4 – No que se baseiam os métodos atuais para
multiplexação e demultiplexação?
Pergunta 4


4 – No que se baseiam os métodos atuais para
multiplexação e demultiplexação?
R: Os métodos atuais baseiam-se nos
fenômenos de difração e de interferência. O
fenômeno da difração faz com que a luz seja
tratada como onda, permitindo então a
exploração do fenômeno da interferência.
Pergunta 5

5 – Cite ao menos 3 vantagens da fibra óptica e
1 desvantagem:
Pergunta 5
5 – Cite ao menos 3 vantagens da fibra óptica e 1 desvantagem:
 R: Vantagens (citar 3 destas):
banda passante potencialmente enorme;
atenuação muito baixa;
imunidade a interferências eletromagnéticas e ruídos;
isolamento elétrico;
compacidade;
segurança;
baixo custo potencial;
possibilidade de ampliação da banda sem modificação da infraestrutura.
 Desvantagens, citar 1:
fragilidade das fibras ópticas ainda não encapsuladas;
dificuldade para conexão;
dificuldade para ramificações
impossibilidade de alimentação remota

Obrigado!