Conhecimento básico de fibras ópticas e cabos ópticos

1. Descreva brevemente a composição da fibra óptica.

Responder: A fibra óptica consiste em duas partes básicas: o núcleo e o revestimento feitos de materiais ópticos transparentes, e a camada de revestimento.

2. Quais são os parâmetros básicos das características de transmissão de fibra óptica?

Responder: Eles incluem atenuação, dispersão, largura de banda, comprimento de onda de corte, diâmetro do campo de modo, etc.

3. Quais são as causas da atenuação da fibra óptica?

Responder: Atenuação refere-se à redução da potência óptica entre duas seções transversais de uma fibra e depende do comprimento de onda. As principais causas da atenuação são espalhamento, absorção e perdas ópticas causadas por conectores e emendas.

4. Como é definido o coeficiente de atenuação da fibra óptica?

Responder: É definida como a atenuação por unidade de comprimento (dB/km) de uma fibra uniforme sob condições de estado estacionário.

5. O que é perda de inserção?

Responder: Perda de inserção refere-se à atenuação causada pela inserção de componentes ópticos (como conectores ou acopladores) na linha de transmissão óptica.

6. Do que depende a largura de banda da fibra óptica?

Responder: A largura de banda da fibra óptica refere-se à frequência de modulação na qual a amplitude da potência óptica diminui em 50% (ou 3 dB) em relação à amplitude de frequência zero na função de transferência da fibra. A largura de banda da fibra é aproximadamente inversamente proporcional ao seu comprimento; o produto largura de banda-comprimento é uma constante.

7. Quantos tipos de dispersão de fibra óptica existem e do que ela depende?

Responder: Dispersão de fibra refere-se à ampliação do atraso de grupo dentro de uma fibra, incluindo dispersão modal, dispersão de material e dispersão de guia de onda. Depende tanto da fonte de luz quanto das características da fibra.

8. Como é descrita a característica de dispersão da propagação do sinal na fibra?

Responder: Ele pode ser descrito usando três grandezas físicas: alargamento de pulso, largura de banda da fibra e coeficiente de dispersão da fibra.

9. Qual é o comprimento de onda de corte?

Responder: É o menor comprimento de onda no qual apenas o modo fundamental pode se propagar na fibra. Para fibras monomodo, o comprimento de onda de corte deve ser menor que o comprimento de onda operacional.

10. Como a dispersão da fibra afeta o desempenho dos sistemas de comunicação óptica?

Responder: A dispersão faz com que os pulsos ópticos se ampliem durante a transmissão, afetando a taxa de erro de bits, a distância de transmissão e a velocidade do sistema.

11. O que é o método de retroespalhamento?

Responder: O método de retroespalhamento mede a atenuação ao longo da fibra. A maior parte da luz se propaga para a frente, mas uma pequena parte se espalha para trás. Observando o sinal retroespalhado com um divisor na fonte, é possível medir o comprimento da fibra, a atenuação, irregularidades locais, pontos de quebra e perdas em emendas e conectores.

12. Qual é o princípio e a função de um OTDR?

Responder: O OTDR (Refletômetro Óptico no Domínio do Tempo) funciona com base no princípio de retroespalhamento e reflexão de Fresnel. Ele utiliza luz retroespalhada para obter informações de atenuação. O OTDR mede a atenuação da fibra, a perda de emenda, a localização de falhas e a distribuição de perdas ao longo da fibra — essencial para instalação, manutenção e monitoramento da fibra. Os principais parâmetros incluem faixa dinâmica, sensibilidade, resolução, tempo de medição e zonas mortas.

13. O que é a zona morta do OTDR? Seu impacto e tratamento?

Responder: Zonas mortas ocorrem quando reflexões de conectores ativos ou emendas mecânicas saturam o receptor OTDR, criando regiões onde os eventos não podem ser resolvidos.

Existem dois tipos de zonas mortas:

• Zona morta do evento: Distância do início do pico de reflexão até o ponto onde o receptor OTDR está saturado.
• Zona morta de atenuação: Distância do início do pico de reflexão até o ponto onde outros eventos podem ser detectados.

Uma zona morta menor é melhor. As zonas mortas aumentam com a largura do pulso. Pulsos estreitos são usados para medir eventos próximos; pulsos largos são usados para medições de fibras distantes.

14. O OTDR pode medir diferentes tipos de fibras?

Responder: Usar um OTDR monomodo em fibra multimodo, ou vice-versa, pode resultar em comprimento de fibra correto, mas perdas de fibra, perdas de emenda e perdas de retorno incorretas. Sempre combine o OTDR com o tipo de fibra.

15. A que se referem “1310 nm” ou “1550 nm” em instrumentos de teste de fibra?

Responder: Referem-se ao comprimento de onda do sinal óptico. A comunicação por fibra óptica normalmente utiliza comprimentos de onda na faixa do infravermelho próximo (800–1700 nm). Comprimentos de onda curtos (850 nm) e longos (1310, 1550 nm) são comumente utilizados.

16. Quais comprimentos de onda têm dispersão mínima e perda mínima em fibras comerciais?

Responder: 1310 nm tem dispersão mínima; 1550 nm tem perda mínima.

17. Como as fibras são classificadas de acordo com o perfil do índice de refração do núcleo?

Responder: Fibras de índice escalonado (largura de banda estreita, adequada para comunicação de curta distância e pequena capacidade) e fibras de índice graduado (largura de banda mais ampla, adequada para comunicação de média/grande capacidade).

18. Como as fibras são classificadas de acordo com os modos de transmissão?

Responder: Fibras monomodo (núcleo ~1–10 μm, transmite apenas o modo fundamental, adequado para alta capacidade em longas distâncias) e fibras multimodo (núcleo ~50–60 μm, transmite vários modos, desempenho inferior).

19. O que a abertura numérica (AN) da fibra de índice escalonado indica?

Responder: NA indica a capacidade de captação de luz da fibra. Um NA maior significa maior capacidade de captação de luz.

20. O que é birrefringência em fibra monomodo?

Responder: Existem dois modos de polarização ortogonais. Quando a fibra não é perfeitamente cilíndrica, a diferença nos índices de refração dos dois modos é a birrefringência.

21. Estruturas comuns de cabos ópticos?

Responder: Estruturas de encalhe e esqueleto em camadas.

22. Principais componentes de um cabo óptico?

Responder: Núcleo, graxa óptica, materiais de bainha, PBT, etc.

23. O que é blindagem de cabos?

Responder: Elementos de proteção (geralmente fios de aço ou fita de aço) utilizados em cabos especiais (por exemplo, submarinos). A blindagem é aplicada sobre a capa interna.

24. Materiais da capa do cabo?

Responder: Polietileno (PE) ou policloreto de vinila (PVC), protegendo a fibra de impactos externos.

25. Cabos especiais em sistemas de energia?

Responder:

• OPGW: Fibra colocada em linha de energia de aço e alumínio; combina funções de aterramento e comunicação.
• GWWOP (cabo enrolado): Suspenso nas linhas existentes.
• ADSS: Autossustentável, de alta resistência, com vão de até 1000 m.

26. Estruturas de aplicação de cabos OPGW?

Responder: 1) Tubo plástico trançado + tubo de alumínio; 2) tubo plástico central + tubo de alumínio; 3) esqueleto de alumínio; 4) tubo de alumínio espiral; 5) tubo de aço inoxidável de camada única (central ou trançado); 6) tubo de aço inoxidável composto.

27. Materiais trançados do cabo OPGW fora do núcleo?

Responder: Fios AA (liga de alumínio) e AS (aço revestido de alumínio).

28. Requisitos técnicos para selecionar o cabo OPGW?

Responder: 1) Resistência à tração nominal (RTS, kN); 2) Contagem de núcleos de fibra (SM); 3) Corrente de curto-circuito (kA); 4) Duração (s); 5) Faixa de temperatura (℃).

29. Limitações de flexão de cabos?

Responder: Raio de curvatura ≥ 20× diâmetro do cabo; durante a instalação (dinâmico), ≥ 30× diâmetro do cabo.

30. Pontos principais na engenharia de cabos ADSS?

Responder: Projeto mecânico de cabos, determinação do ponto de suspensão, seleção e instalação de acessórios.

31. Principais acessórios do cabo óptico?

Responder: Ferragens para instalação de cabos, por exemplo, grampos de tensão, grampos de suspensão, amortecedores de vibração.

32. Dois parâmetros básicos de desempenho de conectores de fibra óptica?

Responder: Perda de inserção e perda de retorno.

33. Conectores de fibra comuns?

Responder: Por tipo: monomodo vs. multimodo; estrutura: FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT; extremidade: FC, PC (UPC), APC. Comum: FC/PC, SC, LC.

34. Itens comuns em sistemas de comunicação por fibra:

Responder: AFC, adaptador FC, adaptador ST, adaptador SC, conectores FC/APC e FC/PC, cabos de conexão SC, ST, LC, MU, cabos de conexão monomodo/multimodo.

35. O que é perda de inserção do conector?

Responder: Perda causada pela inserção do conector; quanto menor, melhor. ITU-T especifica ≤0,5 dB.

36. O que é perda de retorno do conector?

Responder: Medida de potência refletida de volta através do conector; típico ≥25 dB.

37. Principal diferença entre LED e laser semicondutor?

Responder: O LED emite luz incoerente com amplo espectro; o laser emite luz coerente com espectro estreito.

38. Principal diferença nas características operacionais de LED e LD?

Responder: O LED não tem limite; o LD requer corrente limite para emitir luz laser.

39. Lasers comuns de modo longitudinal único?

Responder: Lasers DFB (Feedback Distribuído) e DBR (Refletor Bragg Distribuído).

40. Principais receptores ópticos?

Responder: Fotodiodo PIN e fotodiodo de avalanche (APD).

41. Fontes de ruído em sistemas de comunicação por fibra?

Responder: Taxa de extinção, flutuação de intensidade óptica, jitter de tempo, ruído escuro e térmico do receptor, ruído de modo, alargamento de pulso induzido por dispersão, ruído de partição do modo laser, chiado de frequência, reflexões.

42. Fibras comuns em redes de transmissão e características?

Responder: G.652 (SM padrão), G.653 (SM com dispersão deslocada), G.655 (dispersão deslocada diferente de zero).

• G.652: alta dispersão em bandas C/L, requer compensação >2,5 Gbit/s, amplamente implantado.
• G.653: dispersão zero a 1550 nm, adequado para transmissão ultralonga de comprimento de onda único, não ideal para DWDM.
• G.655: pequena dispersão, evita dispersão zero, suporta DWDM, grande área efetiva reduz a não linearidade.

43. O que é não linearidade da fibra?

Responder: Em alta potência de entrada, o índice de refração se torna dependente da potência, causando espalhamento Raman e Brillouin e mudanças de frequência.

44. Impacto da não linearidade na transmissão?

Responder: Causa perda e interferência extras, degradando o desempenho do sistema; significativo em sistemas WDM de alta potência em longas distâncias.

45. O que é PON?

Responder: Rede óptica passiva — rede de acesso de loop de fibra para usuários locais que usam dispositivos ópticos passivos, como acopladores e divisores.

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Causas da atenuação da fibra óptica

1. Principais fatores: perda intrínseca, flexão, compressão, impurezas, não uniformidade, emendas.

• Intrínseco: Espalhamento de Rayleigh, absorção inerente.
• Dobra: microcurvaturas causam perda de dispersão.
• Apertando: microcurvaturas induzidas por estresse.
• Impurezas: absorção e espalhamento.
• Não uniformidade: irregularidade do índice de refração.
• Emenda: desalinhamento axial, ângulo da face final, incompatibilidade do núcleo, fusão deficiente.

1. Classificação da perda de fibras: Perda intrínseca (dispersão, absorção, imperfeição estrutural) e perda adicional (microcurvatura, flexão, emenda). Perda adicional é, em grande parte, evitável.
2. Perda de absorção de material:

• Os átomos absorvem energia de fótons, causando transições de elétrons, vibrações e calor.
• SiO₂ tem absorção de UV e IR; OH⁻ causa picos de absorção em 0,95, 1,24, 1,38 μm.

1. Perda de dispersão:

• Espalhamento de Rayleigh devido a variações microscópicas de densidade e composição; inversamente proporcional ao comprimento de onda⁴.

1. Imperfeições estruturais:

• Bolhas, impurezas e interface núcleo-revestimento não uniforme causam dispersão.

1. Perda de radiação induzida por curvatura:

• A curvatura converte modos guiados em modos radiativos; insignificante para raios de curvatura >5–10 cm.

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Código de cores e arranjo das fibras

Sequência de cores de emenda por fusão:
Azul, Laranja, Verde, Marrom, Cinza, Branco, Vermelho, Preto, Amarelo, Violeta, Rosa, Água

Disposição do feixe de cabos:

1. Cabos multifibra em feixes: Verde primeiro, Branco depois, etc., Vermelho por último.
2. Tubos individuais ligados por fios coloridos na sequência de cores acima.
3. Cada feixe ou tubo contém até 12 fibras na mesma sequência de cores.