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Fibras Ópticas, modelos e suas atenuações

A fibra óptica é um elemento que apresenta atenuações de modo progressivo conforme o aumento de distância. Atenuações ocorridas em fibras ópticas dependem de alguns fatores. Entre eles o comprimento de onda envolvido (frequência óptica), a distância de fibra propriamente dita, a questão de curvaturas (micro e macro curvaturas), a qualidade e quantidade de fusões e a tecnologia construtiva empregada na fibra.


Dessa forma, os modelos de fibras ópticas são definidos quanto à tecnologia de construção e controle de impurezas nos processos de fabricação. Subdividindo-se em modelos tipo multimodo e monomodo. Neste post vamos focar nos modelos mais atuais: as multimodo.


Multimodo & Monomodo

Existem basicamente dois tipos de fibras ópticas, as monomodo e as multimodo conforme o diâmetro do núcleo. Fibras multimodo eram bastante usadas em aplicações em rede locais (LAN). Enquanto as monomodo eram mais utilizadas para aplicações de rede de longa distância (WAN). Mas devido ao barateamento significativo de fibras monomodo, elas passaram a substituir integralmente as aplicações onde as fibras multimodo reinavam absolutas. E mais recentemente ainda no POL.


As fibras mais recentes, as monomodo, apresentam um pequeno diâmetro, em torno de 8 µm ou 9 µm. Nele é transmitido um único feixe luminoso, ou seja, um modo de propagação (monomodo). Em contrapartida, em fibras multimodo temos a propagação de vários feixes de luz simultâneos (multimodo). Temos os diâmetros dessa fibra de 50 µm ou 62,5 µm


Na atualidade fibras multimodo já são mais caras que as monomodo. Embora elas sejam menos eficientes (e mais caras), o custo dos elementos ativos de rede é menor. Mas também são significativamente inferiores em desempenho, normalmente não justificando o investimento. No Brasil a utilização mais ampla da fibra óptica ocorreu no fim dos anos 90, impulsionada pela construção dos backbones de operadoras de redes metropolitanas. Os cabos de fibra óptica podem conter fibras dos seguintes tipos:


Fibras OM1 (multimodo) – 62,5 µm


Fibras OM2 (multimodo) – 50 µm


Fibras OM3 (multimodo) – 50 µm


Fibras OS1 (monomodo) – 9 µm


Atenuação da Fibra x Comprimento de Onda

O gráfico a seguir expressa a atenuação ocorrida em uma fibra óptica em função do comprimento de onda com as janelas de operação. É possível vermos três curvas: a amarelada indica a atenuação em dB/Km de fibras anteriores aos anos 80. As curvas abaixo da alaranjada expressam à atenuação da fibra óptica com tecnologia posterior aos anos 80. A curva avermelhada representa a atenuação ocorrida com fibras ópticas construídas com tecnologia de Baixo Pico D’água (“Low Water Peak”).


Tecnologias de Fibras Ópticas Monomodo (Single Mode)

Fibras Ópticas Single Mode (Monomodo) ITU-T G-652

Antes de mais nada convém mencionar que este modelo atualmente está caindo em desuso. Trata de características físicas, mecânicas e de transmissão com valor de dispersão nulo em 1310 nm. Possuem limitações quando usadas, por exemplo, em sistemas WDM com maior concentração de comprimentos de ondas. Isso porque apresentam elevado fator de dispersão cromática. Para compensar essa limitação torna-se necessário o uso de segmentos de fibras especiais para correção da dispersão cromática (DCU).


Usadas normalmente em redes EPON ou GPON. Na atualidade sendo totalmente substituídas por modelos baixo pico d’água. Constituída basicamente por um núcleo de sílica dopada com germânio. Apresenta um núcleo com diâmetro entre 5 µm e 8 µm e casca de sílica com 125 µm de diâmetro. A atenuação típica desta fibra está na faixa de 0,4 dB/km em 1310nm e 0,35 dB/km em 1550nm.


Fibras Ópticas Low Water Peak (LWP) ITU-T G.652D

Foram desenvolvidas quando sistemas opto-eletrônicos passaram a exigir uso em novos comprimentos de onda, como 1383nm e 1625nm. Por conseqüência apresentam atenuação em 1383nm, menor que 0,4 dB/km sendo denominadas fibras de “baixo pico d’água“ ou Low Water Peak (LWP).

Tipo de fibra onde os processos industriais de produção permitem a diminuição ou eliminação do efeito “pico d’água”. Como resultado isso otimiza o uso de equipamentos que atuam em toda a faixa, desde 1310nm até 1625nm. São usadas em redes de telecomunicações com taxas de transmissão entre 10Gbps e 40Gbps.

A saber, o termo “pico d’água” refere-se à proximidade da fórmula química da hidroxila ou também chamada oxidrila (OH). Porque estes íons surgem na construção da fibra óptica onde temos a água H2O presente no processo como um impureza indesejada.

 

Fibras Ópticas Zero Water Peak (ZWP) ITU-T G.652D

Fibras ópticas monomodo AllWaveZero Water Peak (ZWP) foram desenvolvidas para sistemas ópticos que operam em full-spectrum de 1.260nm a 1.625nm. Dessa maneira as atenuações ocorridas nos picos d’água são inexistentes.


Fibras Ópticas Dispersion Shifted (DM) ITU-T G.653

Tipo de fibra cuja dispersão cromática é zero. Dispersão é o espalhamento da luz ao longo da fibra, causado pela existência de diferentes comprimentos de onda no feixe de luz. Acreditava-se, em seu lançamento, que ela seria a fibra ideal para uso com sistemas WDM e SDH de alta capacidade. Mas, com a evolução desses sistemas e o consequente aumento da quantidade de comprimentos de onda (Lambdas), verificou-se que esta fibra possui limitações relativas à dispersão cromática, o que diminuiu o seu uso.


Fibras Ópticas Non Zero Dispersion (NZD) ITU-T G.655

Tipo de fibra que foi concebida para corrigir a limitação da fibra tipo Dispersion Shifted (DM). Possui dispersão para a janela de 1550nm muito baixa em relação à fibra SM (Single Mode) tradicional , porém não sendo zero. Assim para obter a redução do fator de dispersão cromática, o núcleo da fibra foi alterado para ter menor diâmetro.


Fibras Ópticas Bending Loss Insensitive (BLI) ITU-T G.657

São fibras ópticas otimizadas para pequenas curvaturas, chamadas BLI (Bending Loss Insensitive). Assim sendo, a escolha do tipo de fibra depende do projeto da rede e condições de instalação dos cabos e cordões. Além disso, dois parâmetros principais são considerados: raio mínimo de curvatura da fibra e compatibilidade com a fibra monomodo convencional.


O texto da norma ITU-T G.657 de 2009, define dois tipos básicos de fibras BLI, A e B. As fibras do tipo A (A1 e A2) apresentam os mesmos parâmetros de transmissão das fibras monomodo convencionais (G.652D) e são recomendadas aplicações de acesso PON. Desse modo a Classe A apresenta baixa sensibilidade à curvatura, sendo totalmente compatível com as fibras G.652, podendo ser utilizada em toda a rede óptica. Adequada para transmissão em todas as janelas (de 1260 a 1625nm).


Fibras tipo B (B2 e B3) são recomendadas para instalações de curta distância, como instalações internas em prédios. A norma especifica requisitos mínimos necessários para essas fibras ópticas, utilizadas geralmente em redes de acesso, incluindo as redes internas em edifícios e as terminações destas redes. Assim, a classe B se aplica em distâncias curtas com raios de curvatura muito pequenos, com menor sensibilidade à curvatura. Mas, não é necessariamente compatível com as fibras G.652.


Apresentam atenuações muito baixas até mesmo em aplicações em curvaturas muito agudas. Interessantes para instalações internas prediais e domiciliares suportando as mesmas condições que cabos de cobre, com curvaturas em ângulos retos e instalação por grampeamento.


Uso de fibras BLI em ambientes externos

Nas fibras ópticas monomodo BLI, para que apresentem valores de atenuação cada vez menores, quando submetidas a pequenos raios de curvatura são necessárias alterações no valor do índice de refração do vidro que a compõe.

A alteração no índice de refração acaba por acentuar a “Multi Path Interference” (MPI). A MPI já foi amplamente testada em redes de acesso e concluiu-se que ela não causa impacto nesses tipos de rede. Mas, em sistemas de longo alcance mostram-se intolerantes a este tipo de condição. Assim, fibras BLI para pequenas curvaturas, sejam compatíveis ou não, com fibras monomodo convencionais, não são recomendadas para instalações externas que não estejam definidas como “rede de acesso”.

 

Generalidades

Em torno do vidro dos modelos de fibra há uma cobertura plástica de proteção com 250 µm de diâmetro que também dá a cor a fibra. Em suma, a fibra óptica pode ser fabricada usando-se como matéria-prima básica a sílica (vidro) ou o plástico.

Tipicamente fibras construídas em plástico (POF – Plastic Optical Fiber) são empregadas para propagar luz para fins decorativos, de iluminação ou instrumentação. Mas para longas distâncias são utilizadas fibras ópticas construídas em vidro.

Por fim lembre-se que atenuação, se refere a perda da intensidade da luz ao longo da fibra, causada pelo material construtivo e/ou por eventuais emendas. Em contrapartida a dispersão, diz respeito ao espalhamento da luz ao longo da fibra, causado pela existência de diferentes comprimentos de onda no feixe de luz.

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