Redes de alta velocidade

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Redes de alta velocidade

• Rede ópticas

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Redes ópticas

• As características de capacidade e qualidade de
  transmissão tornam as fibras óticas (FO) bastante
  atrativas em aplicações de teleinformática
  dentre as quais destacam-se as redes de
  computadores.
• Sendo a rede ótica, nada mais que uma rede de
  computadores, onde o meio de transmissão é a
  fibra ótica.

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Redes ópticas

• A luz visível somente ocupa uma reduzida zona
  que vai de 380nm (violeta) até 780nm (vermelho).
  A mesma encontra-se entre a zona de ultravioleta,
  com longitudes de ondas menores e a zona de
  infravermelha, com longitudes de ondas maiores.
• Nas telecomunicações por fibra óptica se utilizam
  as longitudes de onda do infravermelho por volta
  de 800nm a 1600nm, sendo os valores preferidos os
  de 850, 1300 e 1550nm.

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Redes ópticas

• Espectro eletromagnético

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Redes ópticas

• No vácuo as ondas eletromagnéticos se propagam
  com uma velocidade da luz
• co  299792,456km/s
• Para a propagação no ar se pode tomar com
  suficiente aproximação no valor de
• co  300000km/s 3 . 108m/s 3 . 105km/s
• A onda eletromagnética é uma onda transversal.
  Seu campo elétrico e magnético oscila
  perpendicularmente a direção de propagação.

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Redes ópticas

• A Energia Eletromagnética pode se apresentar das
  formas mais diversas. A luz é uma delas.
•  
• Define-se como Comprimento de Onda (lambda), cuja
  unidade, será definida por nós como nm ao produto
  da Velocidade (Cvac) pelo inverso da Freqüência
  (f) cuja unidade, será definida como GHz, segundo
  a equação abaixo
• Comprimento de onda Velocidade da Luz /
  Frequência 
• ou lambda c /fou lambda (nm) 2,997925
  x108 (m/s) /f (GHz)

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Redes ópticas

• No início do desenvolvimento dos Sistemas
  Ópticos, para Fibras Ópticas feitas de vidro de
  sílica, foram usados como fonte de luz,
  dispositivos LED (Light Emitting Diode, ou Diodo
  Emissor de Luz), operando com comprimentos de
  onda no entorno de 850 nm.
• Posteriormente, com o advento dos dispositivos
  LASERS (Light Amplification by Estimulated
  Emission of Radiation), além deste comprimento de
  onda, foram estes dispositivos inicialmente
  fabricados no entorno de 1 310 nm como é mostrado
  na Figura e, posteriormente 1 550 nm.

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Redes ópticas

• Estes entornos aos comprimentos de Onda de 850,
  1300 e de 1500 nm são denominados de Janelas de
  Transmissão.

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Redes ópticas

• Devemos atentar que a Potência Óptica da Radiação
  Luminosa de um LASER é muitas vezes superior a de
  um LED e, também que a Largura Espectral, de um
  LASER do tipo ILD (Injection LASER Diode) é
  aproximadamente de 1 a 3nm e, de um LED é da
  ordem de 30 a 50 nanômetros . 

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Redes ópticas

• Índice de refração
• As letras n1 e n2 na figura denotam os chamados
  Índices de Refração, que variam conforme os
  diferentes meios. 
• Define-se como sendo o Índice de Refração (n), a
  relação entre a Velocidade de Propagação da Luz
  no Vácuo (Cvac) e, a Velocidade de Propagação da
  Luz em um determinado material (Cmat ), segundo a
  equação abaixo
• n Cvac / Cmat

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Redes ópticas

• Em 1621, um Físico Holandês, chamado Willebrord
  Snell (1591-1626), equacionou a relação entre os
  diferentes ângulos em que a Luz passa de um meio
  transparente a outro.
• Quando um Raio de Luz passa de um meio
  transparente para outro, como ilustramos na
  Figura, este sofre um deslocamento dado pela
  equação abaixo
•  
• n1 .sen Oi  n2 .sen Or 

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Redes ópticas

• Ângulo Crítico
• Existe o chamado Ângulo Crítico tetaX, onde um
  Raio de Luz que incidir sobre uma superfície
  neste Ângulo, sofrerá um desvio, fazendo um
  Ângulo de 90 em relação a Normal e, portanto não
  penetrando no outro meio.

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Redes ópticas

• Ângulo Crítico
• n1 sen 90 n1 n2 sen (ang. Crít)
• ang Crít arc.sen( n1 / n2 )

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Redes ópticas

• Confinamento da luz
• Se um raio de Luz entrante sofrer uma primeira
  reflexão, segundo um determinado ângulo, refletir
  novamente e, assim sucessivamente conseguimos
  confinar este raio de luz e, conseguimos fazer
  com que este se propague.

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Redes ópticas

• Toda fibra óptica tem como característica um
  ângulo de admissão (ou de aceitação), que é o
  ângulo limite de incidência da luz, em relação ao
  eixo, para que esta penetre no cabo. Feixes de
  luz com ângulo superior ao de admissão não
  satisfazem as condições para a reflexão total e,
  portanto, não são conduzidos (esse ângulo
  limitante define um cone de aceitação de luz).
• Onde n0 é o índice de refração do meio externo à
  fibra, n1 é o índice de refração do núcleo e n2 é
  o índice de refração da casca.
• Em alguns casos se despreza o n0 (ar)

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• Define-se como Abertura Numérica (AN), ao ângulo
  formado entre um eixo imaginário E localizado no
  centro da Fibra e, um raio de luz incidente, de
  tal forma que este consiga sofrer a primeira
  reflexão, necessária para a luz se propagar ao
  longo da Fibra, conforme a Figura.

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Redes ópticas

• A abertura numérica de uma fibra é um parâmetro
  muito utilizado para calcular sua capacidade de
  captar e transmitir a luz. Deve-se ressaltar que
  a abertura numérica e o ângulo de admissão não
  dependem do raio do núcleo.

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Redes ópticas

• Modos de propagação
• Soluções espaço-temporais das equações de
  Maxwell para cada fibra, caracterizando
  configurações de campos elétricos e magnéticos
  que se repetem ao longo do cabo. Na prática,
  representam as diferentes possibilidades de
  propagação da luz pela fibra.

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Redes ópticas

• Modos de propagação
• Os modos dependem do material, da geometria e do
  ângulo de incidência da luz na fibra. Existem
  condições limitadoras aos modos de propagação,
  isto é, condições a partir das quais uma
  propagação não pode existir.

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Redes ópticas

• Modos de propagação
• O número de modos aceitáveis numa fibra são
  dados a partir de um parâmetro calculado com as
  características da fibra, o chamado número V ou
  freqüência normalizada, dado por
• Tal que a é o raio da fibra óptica, NA é a
  Abertura numérica e lambda0 é o comprimento de
  onda que está sendo introduzido na fibra.
  Importante notar que o número V depende do raio
  do núcleo da fibra e do comprimento de onda da
  luz transmitida.

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Redes ópticas

• Modos de propagação
• Existem valores de V para os quais um único modo
  pode existir numa fibra óptica (isso ocorre
  quando Vlt2,405). Essa condição caracteriza as
  fibras ópticas monomodo, cujas aplicações são
  largamente exploradas, principalmente em
  aplicações onde uma capacidade de transmissão
  muito alta é requerida.

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Redes ópticas

• Se o campo elétrico e o campo magnético oscilam
  em um plano, o extremo do vetor de intensidade de
  campo elétrico ou magnético descreve uma linha
  reta. Uma onda deste tipo se diz que está
  polarizada linearmente. Se o extremo do vetor
  descreve uma circunferência ou, em geral, uma
  elipse se fala de luz com polarização circular
  ou elíptica.

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Redes ópticas

• Vantagens
• Banda passante
• A transmissão por fibras óticas é realizada em
  freqüências óticas portadoras na faixa espectral
  de 1014 a 1015HZ.
• Perdas de transmissão muito baixas
• Apresenta perdas de transmissão baixas, na ordem
  de 3 a 5dB/km de atenuação. Portanto, é possível
  implantar sistemas de transmissão à longa
  distância com espaçamento razoavelmente grande
  entre os repetidores, o que diminui o custo e a
  complexidade.

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Redes ópticas

• Vantagens
• Imunidade a interferências e ao ruído
• Por serem compostas de material dielétrico, as
  fibras óticas, não sofrem interferências
  eletromagnéticas.
• Isolação elétrica
• O material dielétrico que compõe a fibra ótica
  oferece uma boa isolação, portanto não possui
  problemas de aterramento.

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Redes ópticas

• Vantagens
• Segurança da informação e do sistema
• Por não irradiar significativamente a luz
  propagada, qualquer tentativa de captação de
  mensagens ao longo da fibra é facilmente
  detectada, uma vez que exige o desvio de grande
  parte da potência luminosa.