Blog 2 referente aos capítulos 5 e 6

Capítulo 5

Esse capítulo é dedicado às fibras ópticas, fisicamente falando ela é

composta pelo núcleo envolvido por uma casca, essa casca possibilita a

propagação da luz no núcleo devido ao mecanismo de reflexão total. É

importante destacar o perfil de índice de refração, que mostra a variação do

índice de refração ao longo da fibra, ele pode ser:

Degrau – índice de refração do núcleo é constante e ligeiramente superior

ao da casca, que também é constante (fibra ID);

Gradual – índice de refração do núcleo varia continuamente do centro para

a casca (fibra IG).

As figuras das páginas 138/139 que elucidam bem o comportamento e

diferença entre os perfis.

Uma variável importante é o ângulo de aceitação, pois ele distingue as inclinações

que serão transmitidas ou que serão atenuadas pela casca. Esse conceito

estende-se a um cone de aceitação uma vez que a estrutura é cilíndra e simétrica.

São definidos os modos de propagação, achei importante destacar

algumas passagens:

Para perfis parabólicos, o número de modos de propagação em uma fibra

IG é aproximadamente igual a metade no número de modos de propagação

de uma fibra ID;

Nos modos híbridos, os campos elétrico e magnético possuem

componentes na direção de propagação da onda;

É definido o número V, ele determina quais modos se propagam em uma

fibra ID através da carta de modos.

Os modos vazados são modos associados aos raios oblíquos, eles tendem a

se propagar próximos à casca e seguindo uma trajetória helicoidal.

Os modos irradiados correspondem aos raios que estão fora do cone de

aceitação da fibra óptica, contudo, devido ao material de proteção, alguns

modos irradiados podem ser guiados pela casca, o que reduz a banda

passante da fibra óptica.

A caracterização de uma fibra óptica é dada por sua atenuação e

alargamento dos pulsos. Com isso, a transmissão pode ser limitada em potência

no primeiro caso ou limitada em distorção no segundo caso. A atenuação está

diretamente relacionada às perdas de transmissão, enquanto a

dispersão(alargamento de pulsos) caracteriza a taxa de transmissão de bits e a

banda passante. Em seguida, o texto entra em mais detalhes sobre cada um

desses efeitos. Acredito que essa discussão seja de suma importância no contexto

de transmissão ópticas, pois eles afetam diretamente a qualidade da informação.

Muitos conceitos apresentados em outros capítulos são revisitados. Dentre os

pontos de importância citados, pode-se destacar a atenuação, espalhamento,

absorção, efeitos geométricos, dispersão cromática etc.

Por fim, são mostradas algumas técnicas de fabricação de fibras, este

tópico é complexo e demora-se bem menos tempo nele em relação aos

anteriores e nota-se que há perdas devido a heterogeneidade desde a fabricação.

Depois fala-se sobre os tipos de cabos, estruturas internas, seus prós e contras.

Achei esse capítulo extremamente denso, especialmente tomando como

referência os capítulos anteriores. Acredito que uma inserção maior de figuras

tornaria o capítulo mais digesto. Porém, reconheço que o tratamento de um tema

de tamanha importância realmente exija certo aprofundamento.

Figura do cone de aceitação:

Obtida em:

http://i.stack.imgur.com/D748h.png

Há também um “white paper” publicado pela Agilent Technologies, Inc. que

destaca a importância dos conectores, pois eles que fazem a interface com as

fibras ópticas e os diversos dispositivos! O que pode levar um medidor a uma

medida não confiável.

http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5991-1271EN.pdf

Capítulo 6

Esse capítulo começa revisitando alguns conceitos dos campos

eletromagnéticos e matéria a fim de sintetizar um modelo fotônico. Nota-se um

maior flerte com a natureza de partícula da luz, onde o fóton é tratado como

menor unidade de energia possível. Tal modelo é referenciado como POM(Photon

Optics Model).

No POM, os fótons trafegam entre diferentes níveis discretos quânticos de

energia dos átomos e osciladores quânticos. O fluxo de fótons é aleatório, ou seja,

usamos ferramentas de processos estocásticos para tratar dele. Em frequências

de microondas, não se vê o efeito quântico pois a quantidade de fótons se

dispersa por modo.

Em seguida, fala-se sobre a interação entre a luz e os átomos, detalhando

absorção e emissões espontâneas e estímuladas. Na amplificação óptica, fala-se

sobre a inversão de população, bombeamento laser, cavidade laser em

frequência óptica, condição limiar de ganho, regime estacionário para o laser

monomodo e características da luz emitida por um laser. Onde o feixe de fótons é

amplificado ao passar um meio em inversão de população.

Posteriormente, o livro trata das fontes de luz a semicondutor, onde é

aplicado o princípio da exclusão de Pauli que conhecemos desde o ensino médio,

lasers sintonizáveis e LEDs.

Os lasers a semicondutor têm o nível de energia definido pelos elétrons

compartilhados entre os átomos. Os estados de energia de interesse são: banda

de valência e banda de condução, e quando o eletrón passe de uma banda para a

outra, um fóton é emitido ou absorvido. O fóton é emitido quando o elétron decai

da banda de condução, que é mais energética, para a banda de valência que é

menos energética, esse processo é chamado de recombinação. Esses lasers

possuem melhor eficiência e gasto mais alto. Nesses lasers, há inversão de

população de elétrons possibilitando a emissão estimulada e o efeito laser.

Os lasers sintonizáveis possilitam o controle da frequência da luz emitida, o

que é essencial no processo de multiplexação em frequência.

Os LEDs têm menor custo, são mais consistentes e simples do que os lasers,

todavia eles possuem um espectro mais espalhado, o que acarreta em menor

eficiência espectral no contexto óptico.

O final do capítulo é dedicado aos amplificadores ópticos, podendo ser do

tipo cavidade, de ondas propagantes e a fibra óptica dopada com Érbio. Os

amplificadores possibilitam as comunicações ópticas a longas distâncias, pois eles

podem ser instalados ao longo linha à medida que o sinal vai atenuando-se para

recuperá-lo.

Os amplificadores de cavidade possuem grande flexibilidade quanto à

definição da frequência central, porém há certa instabilidade do ganho em função

da frequência. O amplificador de ondas propagantes é mais estável quanto ao

ganho em função da frequência, contudo o problema persiste para baixas

refletâncias. Já o amplificador dopado com Érbio possui flexibilidade quanto à

operabilidade nas janelas de transmissão, o que não é possível sem a dopagem.

Foi recorrente o uso da teoria de mecânica quântica, o que dificulta

bastante a compreensão do conteúdo, uma vez que o nosso curso não dá muita

ênfase nessa parte da física, além de eu considerar o tema já difícil por si só.

Considero esse capítulo o mais difícil e longo até o momento, apesar de a

matemática usada não ter sido muito pesada. O diferentes tipos de lasers usam

conceitos aprendidos nas matérias de eletrônica, como a junção pn e o uso de

elementos dopantes. O capítulo possui gráficos e tabelas compatíveis e que

complementam o texto.

Um paper do IEEE que sintetiza um módulo 2D de fonte de laser:

http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6558750

Uma nota de aplicação da Agilent Technologies, Inc., para medir

propriedades importantes dos amplificadores ópticos, como ganho, figura de

ruído:

http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5988-5260EN.pdf