FEUP/DEEC:2002/03
4º LEEC/TEC: Comunicações Ópticas- EEC4273
Fibras Ópticas
Medição da abertura numérica de uma fibra óptica multimodo
Equipamento:
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Mesa óptica
Fibra multimodo, 50/125 µm
Laser de He-Ne
Microscópio
Multímetro óptico
Cortador de fibra óptica
Alicate de remoção do revestimento pléstico de protecção da fibra óptica
Acetona e lenços de papel para limpeza da fibra óptica
Posicionadores e suportes para a fibra
Base de rotação, graduada em intervalos de 1º
Objectivos:
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Determinação da abertura numérica de uma fibra óptica multimodo
Técnica de corte e observação microscópica das extremidades da fibra óptica
Técnicas de alinhamento do laser e da fibra: medições de potência óptica
IMPORTANTE
- Evite tocar a parte da fibra nua (sem protecção de camada plástica).
- Dadas as reduzidas dimensões da fibra óptica e a sua relativa rigidez mecânica, tenha o
maior cuidado no seu manuseamento, pois um ligeiro descuido pode fazer com que
espete um pedaço de fibra em qualquer parte do corpo - LEMBRE-SE QUE O VIDRO
É UMA DAS POUCAS SUBSTÂNCIAS QUE O NOSSO ORGANISMO NÃO
REJEITA, PROVOCANDO IRRITAÇÕES NA PELE.
- Não deixe pequenos desperdícios de fibra espalhados na mesa. Estes devem ser
guardados para mais tarde serem eliminados adequadamente.
- Evite olhar directamente para o feixe laser - ESTE É INVISÍVEL E PROVOCA
DANOS IRREPARÁVEIS NA RETINA DO OLHO HUMANO.
Abertura numérica da fibra óptica
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Procedimento experimental:
I - Preparação das extremidades da fibra óptica: observação ao microscópio
A preparação cuidada das extremidades da fibra óptica é essencial para a obtenção de um bom
acoplamento da radiação que se pretende propagar ao longo da sua extensão. O cortador de
fibra óptica a utilizar baseia-se na técnica designada de "scribe-and-break", a qual tira partido
das características de clivagem do vidro: com a pequena lâmina de diamante incorporada é
efectuado um corte na fibra sob tensão; de seguida, aplica-se uma tensão em ambos os lados do
corte, afastando-os bruscamente um do outro; assim, consegue-se a clivagem da fibra,
propagando-se a ruptura feita pelo diamante, perpendicularmente ao longo do eixo da mesma.
Se o corte foi bem efectuado, a fibra óptica está apta a ser utilizada.
i. Desenrole e corte aproximadamente 2 metros de fibra óptica multimodo 50/125 µm.
ii. Remova cerca de 4 cm da protecção plástica exterior usando o alicate especial para o efeito.
Este processo de descasque da fibra requer cuidado para não danificar a fibra. Limpe
cuidadosamente com acetona e lenços de papel a extremidade da fibra nua assim exposta.
iii. Com o cortador de fibra fornecido proceda ao corte (clivagem) da fibra.
iv. Verifique a qualidade do corte efectuado, observando a extremidade da fibra ao microscópio.
Use, para o efeito, o conector adapatador para fibra nua. O corte deve ter a aparência de uma
superfície plana, sem defeitos. Todavia, pequenas irregularidades junto da sua periferia são
aceitáveis (figura 1a). A parte central, mais iluminada, é o núcleo da fibra óptica; o restante, é a
sua baínha. Se a qualidade do corte não for satisfatória deverá voltar a repeti-lo.
Figura 1 –Observação ao microscópio do corte de uma fibra: a) aspecto de um corte aceitável; b) fendas que atinjam o
núcleo tomam o corte inaceitável; c) vista lateral de um mau corte - o plano de corte deve ser perpendicular ao eixo da
fibra.
v.
Desenrole alguns decímetros da outra extremedidade e prepare igualmente a fibra como
indicado anteriormente (corte e observação ao microscópio)
Abertura numérica da fibra óptica
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II - Determinação da abertura numérica: Método I
1. Montar cuidadosamente a extremidade da fibra no cilindro de suporte, deixando uma
protuberância de apenas 1-2 mm de fibra. Colocar o cilindro no posicionador respectivo;
no caso do suporte rotativo, o cilindro deve situar-se no centro de rotação do mesmo
(poerquê?).
2. Ajustar a posição do laser de modo que a ponta da fibra permaneça sempre no centro do
feixe, qualquer que seja a rotação efectuada (figura 2).
Figura 2 –Posição da fibra relativamente ao feixe laser incidente.
3. Introduzir, com precaução, a outra extremidade da fibra no adaptador de fibra nua; para
tal deve pressionar o botão sinalizado na figura 3. De seguida, usar o material adesivo
para fixar correctamente a fibra (além de alinhar a extremidade da fibra com o plano da
ferrule, este material serve para limpar a superfície da fibra de pó ou impurezas).
Figura 3 –Preparação e ajuste da fibra no adaptador de fibra nua.
4. Enroscar, de seguida, o adaptador no conector do multímetro óptico, garantindo o seu
alinhamento com o fotodetector.
5. Bloquear a saída do feixe laser. Fazer, de seguida, a calibração do zero do multímetro
óptico actuando na tecla “zero” do aparelho.
6. Abrir o feixe laser. Medir a potência aceite pela fibra em função do ângulo de
incidência do feixe. Partindo da posição central fazer rotações em ambos os sentidos, ou
seja, considerar ângulos positivos e negativos.
7. Fazer a representação gráfica dos valores experimentais obtidos: potência óptica
recebida pelo fotodetector (em Watts) como ordenada, e o seno do ângulo de aceitação
medido como abcissa.
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8. Medir graficamente a largura da curva obtida nos pontos onde a potência recebida é 5%
do máximo de intensidade. A metade deste valor representa o valor experimental da
abertura numérica da fibra em teste.
9. Comparar o resultado experimental com o valor referido nas especificações da fibra.
II - Determinação da abertura numérica: Método II
A parte experimental deste método de medida da abertura numérica deverá, se possível, ser efectuada
em semi-escuridão. A abertura numérica (NA) é um parâmetro normalmente associado com um feixe
luminoso incidindo sobre a fibra. Todavia, para medir experimentalmente a NA é mais simples
investigar as características do feixe saíndo da fibra, o qual dá uma indicação bastante aproximada
da abertura numérica da fibra.
1. Ajustar o feixe laser de modo que o máximo possível de potência óptica é injectada na
fibra, a qual deverá ser previamente preparada em ambas as extremidades (corte e
observação ao microscópio).
2. Pegar na outra extremidade da fibra e introduzi-la, com precaução, num adapatdor de
fibra nua. Ter o cuidado de deixar uma protuberância de 1-2 mm de fibra. Inserir o
adaptador no posicionador, de modo a garantir a sua fixação. De seguida, projectar o
feixe luminoso num alvo com diâmetro mínimo de 5mm.
3. Determinar o diâmetro a do círculo luminoso no alvo, bem como a distância L desde a
extremidade da fibra no adaptador até ao alvo (ver figura 4).
Figura 4 –Montagem para a medição da NA da fibra usando a sua extremidade de saída.
4. Calcular a abertura numérica da fibra NA usando a fórmula:
NA = senθ =
a
a + 4 L2
2
5. Qual será o ângulo de aceitação?
6. Repetir o procedimento anterior para pelo menos 4 valores diferentes de L, calculando a
respectiva abertura numérica em cada caso.
7. Efectuar a média dos 4 valores da NA assim obtidos, para obter um resultado final mais
preciso para a abertura numérica da fibra.
8. Comparar o valor assim obtido com o valor de NA obtido pelo método I. Comente os
resultados.
Abertura numérica da fibra óptica
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Especificações da fibra óptica multimodo GI 50/125 µm utilizada:
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Comprimento de onda de operação: λ = 850 nm;
Diâmetro do núcleo: dn= 50 µm;
Diâmetro da baínha: db= 125 µm;
Atenuação: 2.4 dB/km (a 850 nm);
Largura de banda: 1069 MHz.km;
Abertura numérica: NA ≈ 0.25 ;
Comprimento da bobine: ≈ 2 kms.
Referências:
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Newport Corporation, "Projects in fiber optics - applications handbook";
Keiser, G., "Optical Fiber Communications", 3rd edition, McGraw-Hill (2000).
Abertura numérica da fibra óptica
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