Blog 1 referente aos capítulos 1, 2, 3 e 4

Capítulo 1

Esse capítulo começa por abordar um breve histórico do surgimento das

comunicações ópticas e mencionando o marco que foi o desenvolvimento da fibra

de baixa atenuação da Corning Glass. É sempre interessante dar esse contexto

histórico para obter-se um feeling quanto ao desenvolvimento de cada tecnologia

em uma escala de tempo. Na minha opinião, todos os livros deveriam ter um

começo com um breve histórico.

Porteriormente, é falado sobre alguns componentes que formam um

sistema básico de comunicações. É mencionado o APD(Avalanche Photodiode), na

disciplina “Introdução aos Processadores” eu fiz um trabalho sobre “Futuras

Tecnologias de Processamento Óptico” em que é mencionado uma célula similar

que fora desenvolvida em 2010 pela IBM, a “célula nanofotônica de avalanche”.

Essa célula explora um conhecimento físico chamado de “efeito avalanche” do

Germânio, um tipo de semicondutor muito utilizado na fabricação de

processadores de computador. Muito semelhante a uma avalanche de neve perto

de uma encosta íngreme, o efeito segue as seguintes etapas: um pulso de luz

inicialmente libera alguns poucos elétrons, que por sua vez liberam outros, e

assim por diante, até que o sinal original seja amplificado várias vezes. Maiores

detalhes podem ser vistos ao acessar o meu trabalho no link:

https://www.dropbox.com/s/riyl563jhgrx7k2/Relat%C3%B3rio%20PCS%202529%

207.0%20FINAL.pdf?dl=0

Outros componentes mencionados são os OADM e OXC, o primeiro nos foi

apresentado no primeiro seminário avançado e o segundo eu estudei ao fazer a

apresentação do “Artigo 1” desta disciplina. Quanto aos OXC, o ideal é que ele

seja OOO (Optical input-optical switch-optical output) em vez de OEO (Optical

input-electrical switch-optical output), pois perde-se a velocidade óptica ao

passar para o domínio eletrônico.

Em seguida, o livro diz que “luz é luz” e que a forma como a encaramos está

relacionada à aplicação, a qual determinará qual modelo será o mais adequado,

são eles:

Modelo geométrico;

Modelo da onda;

Modelo da partícula.

Eu discordo parcialmente dessa classificação, pois segundo o que já

estudei, o modelo geométrico nada mais é do que um caso particular do modelo

da onda eletromagnética, mas como haverá mais detalhes sobre eles nos

próximos capítulos, resguardar-me-ei a dar detalhes nas próximas críticas.

Os próximos dois tópicos tratam sobre a dualidade onda/partícula da luz, o

que realmente reforça a afirmação de que não existe um modelo universal para a

luz, e que hora trataremos ela como onda e hora trataremos ela como partícula.

O livro dá continuação falando sobre as classificações dos sistemas de

transmissão por fibras ópticas quanto à configuração básica, tipo de informação,

alcance e técnica de modulação. É citado também que o emprego do WDM, que

aumenta bastante a capacidade de informação de um canal. Eu penso no WDM

como algo similar ao FDM, cujo estou mais familiarizado. Em seguida são

mencionadas algumas aplicações.

O próximo item fala sobre as vantagens das fibras ópticas, é feito um

comparativo financeiro, de atenuação, blindagem etc em relação aos condutores

metálicos. Esses parágrafos falam tão bem da fibra óptica que torna absurda a

ideia de ela não transportar 100% dos dados nos sistemas atuais, acredito que

deveria falar também dos contras e das dificuldades de colocar ela em operação.

Por fim, o livro coloca uma cronologia dos sistemas de comunicações

ópticas, achei esse item desconexo no final do capítulo, faria mais sentido colocá-

lo no começo do mesmo, junto ao breve histórico mencionado anteriormente,

mas o conteúdo é válido.

Há alguns exercícios nas últimas páginas do capítulo, gostei da presença de

exercícios resolvidos, todos os livros deveriam tê-los. Contudo, achei a quantidade

pouca, tanto dos resolvidos como dos propostos, o que dá para irrelevar uma vez

que trata-se de um capítulo introdutório e sem muitos conceitos ainda. Senti falta

das respostas dos exercícios propostos, não achei no final do capítulo nem do

livro, acho que não tem muita eficácia fazer um exercício sem saber se acertamos

ou não.

Capítulo 2

Esse capítulo começa descrevendo os princípios da óptica geométrica que

estamos familiarizados desde o colegial e nos apresentando algumas relações

clássicas, como a da velocidade em função do índice de refração, relações de

distâncias focal, relações de magnificação, a lei de Snell-Descartes e a equação da

lente biconvexa, que eu particularmente conhecia como “equação dos fabricantes

de lentes”, que possui esse nome porque envolve valores facilmente encontrados

para uma lente comum, permitindo calcular a Vergência conhecendo os raios da

lente ou vice-versa. Fonte:

http://www.infoescola.com/optica/equacao-do-fabricante-de-lentes/

Sempre que vejo esse tema, ele é dado de forma tão crua e matemática.

Acho que para cada conceito sempre deve ser dado um exemplo de aplicação,

isso deixa o estudo mais prazeroso e interessante. Na verdade, acredito que isso

seja um problema da Poli como um todo. Um aplicação da óptica geométrica seria

o arco-íris, que é formado pela refração e reflexão da luz solar dentro de gotas-

d’água suspensas na atmosfera. Como o índice de refração depende da cor, a luz

solar sofre dispersão, separando as cores. Fonte:

http://www.brasilescola.com/fisica/o-arcoiris.htm

Posteriormente, o livro introduz as equações do campo elétrico advindas

das equações de Maxwell e algumas equações de difração escalar, que eu

particularmente não havia entendido muito bem a princípio, mas no sub-item

seguinte ela foi relacionada a alguns princípios que eu vi em Antenas e

Propagação e pude absorver o conteúdo.

Em seguida, as relações de divergência e extensão do feixe foram bem

elucidativas, onde concluiu-se uma relação composta de abordagens diferentes

entre extensão do feixe, área da janela e ângulo da mancha de difração.

Os feixes gaussianos me pareceram importantes, então acredito que seria

interessante um maior aprodundamento nesse subitem.

A importância da difração para sistemas de comunicações ópticas se

traduziu bem através das relações deduzidas anteriormente, mostrando as

dimensões de um tubo luminoso através da largura transversal.

O capítulo 2 teve um grau de dificuldade considerável depois de passar do

capítulo “formação de imagem”, exigindo uma releitura em diversos pontos.

A quantidade de exercícios aumentou em relação ao capítulo 1, mas acho a

quantidade insuficiente perante a quantidade de conceitos apresentados.

Capítulo 3

Inicialmente, são retomados alguns conceitos de propagação vistos em

Eletromagnetismo e Ondas e Linhas, como equação de onda, constante de

propagação, velocidade de fase etc no vácuo e em meios materiais. Todas são de

fácil compreensão e simples.

É definida a largura espectral e a coerência da fonte(esse último conceito

eu havia visto algumas vezes, mas não o compreendia bem). Mais uma vez é

conveniente a associação com o domínio da frequência na relação largura

espectral/banda passante.

Para alguns materiais, o índice de refração varia com o comprimento de

onda, o que acarreta na dispersão de pulsos, esta por sua vez prejudica a

capacidade de transmissão e leva a algo similar a uma interferência intersímbolo.

Não vi muita relevância em mencionar a dopagem do SiO2, é uma aplicação

de certa maneira, mas desnecessária.

No desenvolvimento matemático da “Velocidade de Grupo” é mencionada

a velocidade do envelope, acho que faz bem mais sentido a tradução de

“envelope” como “envoltória”. Em seguida, é deduzido o alargamento de pulso

por unidade de comprimento com clareza.

É dada continuação falando sobre como o alargamento de pulso limita a

capacidade de informação, limitando inclusive a frequência de modulação. As

figuras foram importantes para ilustrar essas situações. Pode parecer que tenha

bastante, mas mais figuras seriam bem-vindas.

É também obtida uma importante relação entre a banda passante óptica e

a banda passante elétrica.

Os lasers são uma espécie de oscilador óptico, o qual devem ser

implementados de modo que uma extremidade transmita a informação

efetivamente e a outra seja usada para controle do status do dispositivo, a fim de

detectar flutuações e irregularidades do sinal óptico. O campo total dentro da

cavidade é dado pela soma das duas ondas propagantes, podendo ser construtiva

ou destrutiva se estiver em fase ou defasado de 180º. Esse laser da cavidade deve

ter aspecto de uma onda estacionária como descrito na figura 3.12.

Por fim, é visto o coeficiente de reflexão, que é um fator importantíssimo

em frequências maiores que ou na faixa RF, pois reflexão acarreta em perda de

potência. A partir dele, é definida a refletância, que nada mais é do que o

quadrado do coeficiente de reflexão. Outro fator determinante é a polarização,

que pode ser perpendicular(s) ou paralela(p).

Os gráficos de refletância de acordo com o ângulo de incidência em uma

interface n1/n2 foram bastante convenientes para ilustrar diversas situações,

como as de transmissão e reflexão total. Um ângulo importante é o ângulo de

Brewster, pois determina a condição de transmissão sem que occorram perdas

por reflexão. É definido também o campo evanescente, onde toda a potência é

refletida e ainda existe um campo elétrico no segundo meio.

Mais uma vez considero baixa a quantidade de exercícios.

Capítulo 4

O capítulo começa introduzindo a óptica integrada, que é capaz de produzir

sistemas e subsistemas em um único substrato e leva consigo as vantagens dos

circuitos eletrônicos convencionais:

Robustez;

Tamanho pequeno;

Baixo consumo de energia;

Baixo custo.

Em seguida, é argumentado que o estudo anterior do filme elétrico de

estrutura retangular facilitará a posterior compreensão da fibra de geometria

circular. Nela, os raios luminosos ficam presos no filme devido ao fenômeno da

reflexão interna total para ângulos superiores ao crítico, tal ângulo é dado pela

relação sin(Θc1i) = ni/n1, onde:

Θc1i: ângulo crítico

ni: índice de refração da interface

n1: índice de refração das camadas inferior ou superior.

Reitero que essa relação vem da lei de Snell mencionada anteriormente,

onde, na condição limite, temos Θi = 90º:

n1. sin(Θc1i) = ni.sen(Θi) -> sin(Θc1i) = ni/n1

Dentre os índices das camadas, foram destacados o caso simétrico(n2=n3)

e o assimétrico com n3=1 que é equivalente ao topo aberto para o ar. O fator

k(constante de propagação) foi definido e bastante usado durante o resto do

texto.

O texto dá continuação definido os campos elétricos no filme e falando

sobre o índice de refração efetivo, também bastante mencionado

posteriormente.

Uma definição importante é a de modos de guia de onda, ela precisa

obedecer a relação da defasagem proporcional a 2pi para que a onda realmente

fique confinada no guia de onda.

O texto então continua falando sobre as cartas de modos TM e TE que são

definidos por equações nada amigáveis ou intuitivas. A abundância de gráficos

nessa seção foi bastante importante para abstrair as relações de coeficientes e

fugir da resolução das equações transcedentais.

A variação de luz no plano transversal ao guia de onda é o padrão de modo

transversal. Diferentes gráficos emergiram dos distintos padrões de modo TE0,

TE1 e TE2,não ficou muito clara a maneira de como eles foram plotados.

Um efeito indesejado é o inerente alargamento de pulso, ele advém das:

Dispersão de guia de onda, o alargamento de pulso é devido à variação do

índice de refração efetivo;

Distorção multimodo, o alargamento é devido às diferentes velocidades dos

vários modos de propagação(distorção modal)

Mais uma vez a quantidade de exercícios é baixa.

Segue uma visualização dos modos de propagação: