Conhecimentos básicos de fibras ópticas e cabos ópticos

1. Descrever sucintamente a composição da fibra ótica.

Resposta: A fibra ótica é constituída por 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 caraterísticas de transmissão das fibras ópticas?

Resposta: 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 ótica?

Resposta: A atenuação refere-se à redução da potência ótica entre duas secções transversais de uma fibra e depende do comprimento de onda. As principais causas de atenuação são a dispersão, a absorção e as perdas ópticas causadas por conectores e emendas.

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

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

5. O que é a perda de inserção?

Resposta: A perda de inserção refere-se à atenuação causada pela inserção de componentes ópticos (como conectores ou acopladores) na linha de transmissão ótica.

6. De que depende a largura de banda da fibra ótica?

Resposta: A largura de banda da fibra ótica refere-se à frequência de modulação à qual a amplitude da potência ótica diminui 50% (ou 3 dB) relativamente à amplitude da 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 da fibra ótica existem e de que é que ela depende?

Resposta: A dispersão da fibra refere-se ao alargamento do atraso de grupo numa fibra, incluindo a dispersão modal, a dispersão do material e a dispersão do guia de ondas. Depende tanto da fonte de luz como das caraterísticas da fibra.

8. Como é descrita a caraterística de dispersão da propagação de sinais na fibra?

Resposta: Pode ser descrito através de três grandezas físicas: alargamento do impulso, largura de banda da fibra e coeficiente de dispersão da fibra.

9. Qual é o comprimento de onda de corte?

Resposta: É o comprimento de onda mais curto no qual apenas o modo fundamental pode se propagar na fibra. Para uma fibra monomodo, o comprimento de onda de corte deve ser inferior ao comprimento de onda de funcionamento.

10. Como é que a dispersão da fibra afecta o desempenho dos sistemas de comunicação ótica?

Resposta: A dispersão faz com que os impulsos ópticos se alarguem durante a transmissão, afectando a taxa de erro de bits, a distância de transmissão e a velocidade do sistema.

11. O que é o método de retrodifusão?

Resposta: O método de retrodifusão mede a atenuação ao longo da fibra. A maior parte da luz se propaga para frente, mas uma pequena parte se espalha para trás. Ao observar o sinal retroespalhado com um divisor na fonte, é possível medir o comprimento da fibra, a atenuação, as irregularidades locais, os pontos de rutura e as perdas de emendas e conectores.

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

Resposta: O OTDR (Optical Time-Domain Reflectometer) funciona com base no princípio da retrodifusão e da reflexão de Fresnel. Utiliza a luz retrodifundida para obter informações sobre a atenuação. O OTDR mede a atenuação da fibra, a perda de emenda, a localização da falha e a distribuição da perda ao longo da fibra - essencial para a 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? Qual o seu impacto e tratamento?

Resposta: As zonas mortas ocorrem quando as reflexões de conectores activos ou emendas mecânicas saturam o recetor OTDR, criando regiões onde os eventos não podem ser resolvidos.

Existem dois tipos de zonas mortas:

• Zona morta de eventos: Distância entre o início do pico de reflexão e o ponto de saturação do recetor OTDR.
• Zona morta de atenuação: Distância entre o início do pico de reflexão e o ponto onde podem ser detectados outros eventos.

Uma zona morta mais pequena é melhor. As zonas mortas aumentam com a largura do pulso. Os impulsos estreitos são utilizados para medir eventos próximos; os impulsos largos são utilizados para medições de fibras distantes.

14. O OTDR pode medir diferentes tipos de fibras?

Resposta: O uso de um OTDR monomodo em uma fibra multimodo, ou vice-versa, pode produzir um comprimento de fibra correto, mas uma perda de fibra, perda de emenda e perda de retorno incorretas. Sempre combine o OTDR com o tipo de fibra.

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

Resposta: Referem-se ao comprimento de onda do sinal ótico. As comunicações por fibra utilizam normalmente comprimentos de onda na gama dos infravermelhos próximos (800-1700 nm). São normalmente utilizados comprimentos de onda curtos (850 nm) e comprimentos de onda longos (1310, 1550 nm).

16. Que comprimentos de onda têm uma dispersão mínima e uma perda mínima nas fibras comerciais?

Resposta: 1310 nm tem uma dispersão mínima; 1550 nm tem uma perda mínima.

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

Resposta: Fibras de índice escalonado (largura de banda estreita, adequadas para comunicações a curta distância e de pequena capacidade) e fibras de índice graduado (largura de banda mais larga, adequadas para comunicações de média/grande capacidade).

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

Resposta: Fibras monomodo (núcleo ~1-10 μm, transmite apenas o modo fundamental, adequado para alta capacidade a longa distância) e fibras multimodo (núcleo ~50-60 μm, transmite vários modos, desempenho inferior).

19. O que é que a abertura numérica (NA) de uma fibra de índice escalonado indica?

Resposta: O NA indica a capacidade de recolha de luz da fibra. Um NA maior significa uma maior capacidade de recolha de luz.

20. O que é a birrefringência numa fibra monomodo?

Resposta: 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 dos cabos ópticos?

Resposta: Estruturas em camadas e esqueleto.

22. Principais componentes de um cabo ótico?

Resposta: Núcleo, massa lubrificante ótica, materiais da bainha, PBT, etc.

23. O que é a blindagem de cabos?

Resposta: Elementos de proteção (geralmente fios de aço ou fita de aço) utilizados em cabos especiais (por exemplo, submarinos). A armadura é aplicada sobre a bainha interior.

24. Materiais de revestimento dos cabos?

Resposta: Polietileno (PE) ou cloreto de polivinilo (PVC), que protegem a fibra do impacto externo.

25. Cabos especiais em sistemas eléctricos?

Resposta:

• OPGW: Fibra colocada na linha eléctrica de aço-alumínio; combina as funções de ligação à terra e de comunicação.
• GWWOP (cabo enrolado): Suspenso nas linhas existentes.
• ADSS: Auto-portante, de alta resistência, com um vão até 1000 m.

26. Estruturas de aplicação de cabos OPGW?

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

27. Materiais de fio do cabo OPGW fora do núcleo?

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

28. Requisitos técnicos para a seleção do cabo OPGW?

Resposta: 1) Resistência nominal à tração (RTS, kN); 2) Número de núcleos de fibra (SM); 3) Corrente de curto-circuito (kA); 4) Duração (s); 5) Gama de temperaturas (℃).

29. Limitações à flexão dos cabos?

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

30. Pontos-chave da engenharia de cabos ADSS?

Resposta: Conceção mecânica dos cabos, determinação do ponto de suspensão, seleção e instalação de acessórios.

31. Acessórios do cabo ótico principal?

Resposta: Material para a instalação dos cabos, por exemplo, braçadeiras de tensão, braçadeiras de suspensão, amortecedores de vibrações.

32. Dois parâmetros básicos de desempenho dos conectores de fibra ótica?

Resposta: Perda de inserção e perda de retorno.

33. Conectores de fibra comuns?

Resposta: Por tipo: monomodo vs multimodo; estrutura: FC, SC, ST, D4, DIN, Bicónico, MU, LC, MT; face final: FC, PC (UPC), APC. Comum: FC/PC, SC, LC.

34. Itens comuns em sistemas de comunicação por fibra ótica:

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

35. O que é a perda de inserção do conetor?

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

36. O que é a perda de retorno do conetor?

Resposta: Medida da potência reflectida de volta através do conetor; típica ≥25 dB.

37. Principal diferença entre LED e laser de semicondutores?

Resposta: O LED emite uma luz incoerente de largo espetro; o laser emite uma luz coerente de espetro estreito.

38. Principal diferença nas caraterísticas de funcionamento do LED e do LD?

Resposta: O LED não tem limiar; o LD requer uma corrente de limiar para emitir luz laser.

39. Lasers simples comuns de modo longitudinal?

Resposta: Lasers DFB (Distributed Feedback) e DBR (Distributed Bragg Refletor).

40. Principais receptores ópticos?

Resposta: fotodíodo PIN e fotodíodo de avalanche (APD).

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

Resposta: Rácio de extinção, flutuação da intensidade ótica, desfasamento temporal, ruído escuro e térmico do recetor, ruído de modo, alargamento do impulso induzido pela dispersão, ruído de partição do modo laser, chirp de frequência, reflexões.

42. Fibras comuns em redes de transmissão e caraterísticas?

Resposta: G.652 (SM normal), G.653 (SM com desvio de dispersão), G.655 (com desvio de dispersão não nulo).

• G.652: elevada dispersão nas bandas C/L, requer compensação >2,5 Gbit/s, amplamente implantada.
• G.653: dispersão zero a 1550 nm, adequado para transmissão ultra-longa de comprimento de onda único, não ideal para DWDM.
• G.655: pequena dispersão, evita a dispersão zero, suporta DWDM, grande área efectiva reduz a não linearidade.

43. O que é a não linearidade da fibra?

Resposta: A uma potência de entrada elevada, o índice de refração torna-se dependente da potência, provocando a dispersão Raman e Brillouin e mudanças de frequência.

44. Impacto da não linearidade na transmissão?

Resposta: Provoca perdas e interferências adicionais, degradando o desempenho do sistema; significativo em sistemas WDM de alta potência em longas distâncias.

45. O que é a PON?

Resposta: Rede ótica passiva - rede de acesso a lacetes de fibra ótica para utilizadores locais que utiliza dispositivos ópticos passivos, como acopladores e divisores.

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Causas da atenuação da fibra ótica

1. Principais factores: perda intrínseca, dobragem, compressão, impurezas, não uniformidade, união.

• Intrínseco: Dispersão de Rayleigh, absorção inerente.
• Dobragem: as microcurvas causam perdas por dispersão.
• Apertar: microcurvaturas induzidas por tensão.
• Impurezas: absorção e dispersão.
• Não uniformidade: irregularidade do índice de refração.
• Emenda: desalinhamento axial, ângulo da extremidade, desajuste do núcleo, fusão deficiente.

1. Classificação da perda de fibras: perda intrínseca (dispersão, absorção, imperfeição estrutural) e perda adicional (microflexão, dobragem, emenda). As perdas adicionais são essencialmente evitáveis.
2. Perda de absorção de material:

• Os átomos absorvem a energia dos fotões, provocando transições de electrões, vibrações e calor.
• SiO₂ tem absorção UV e IR; OH- causa picos de absorção a 0,95, 1,24, 1,38 μm.

1. Perda por dispersão:

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

1. Imperfeições estruturais:

• As bolhas, as impurezas e a interface não uniforme entre o núcleo e o revestimento provocam dispersão.

1. Perda de radiação induzida por flexão:

• A curvatura converte os modos guiados em modos radiativos; negligenciável para raios de curvatura >5-10 cm.

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Código de cores e disposição das fibras

Sequência de cores de fusão:
Azul, Laranja, Verde, Castanho, Cinzento, Branco, Vermelho, Preto, Amarelo, Violeta, Rosa, Aqua

Disposição dos feixes de cabos:

1. Cabos multifibras em feixes: Verde em primeiro lugar, Branco em segundo, etc., Vermelho em último.
2. Tubos individuais ligados por cordas coloridas na sequência de cores acima referida.
3. Cada feixe ou tubo contém até 12 fibras com a mesma sequência de cores.