Fibra Óptica Monomodo de Dispersão Deslocada: Uma Explicação Didática

Introdução

Olá a todos! Neste artigo, vamos explorar o conceito de fibra óptica monomodo de dispersão deslocada. Para entender esse tipo de fibra, primeiro precisamos compreender o que é dispersão cromática.

O Que é Dispersão Cromática?

A dispersão cromática refere-se ao fenômeno onde diferentes comprimentos de onda de luz viajam a velocidades diferentes em um meio óptico, como a sílica fundida, que é o material mais comum usado em fibras ópticas. Essa variação na velocidade faz com que um pulso de luz se espalhe ao longo do tempo, um efeito conhecido como espalhamento de pulso.

Gráfico de Índice de Refração

Vamos observar um gráfico que mostra como o índice de refração da sílica muda em função do comprimento de onda. O índice de refração é uma medida de quão rápido a luz viaja através de um material. Como diferentes comprimentos de onda de luz (equivalente ao conceito de “cores”) viajam a velocidades diferentes na sílica, isso resulta em dispersão cromática.

Medindo a Dispersão Cromática

A dispersão cromática é medida em picosegundos por nanômetro-quilômetro (ps/nm-km). Por exemplo, um valor de 20 ps/nm-km a 1,6 micrômetros significa que um pulso de luz com um intervalo de comprimento de onda de 1600 nm a 1601 nm se espalhará por 20 picosegundos após viajar por 1 quilômetro de fibra.

Tipos de Dispersão

A dispersão cromática total é a soma de duas dispersões: a dispersão do material e a dispersão da guia de onda.

Dispersão do Material

A dispersão do material é determinada pelo próprio material da fibra (sílica) e não pode ser modificada sem alterar o material.

Dispersão da Guia de Onda

A dispersão da guia de onda é causada pela distribuição da luz entre o núcleo e o revestimento da fibra. Esta dispersão pode ser ajustada alterando o design da fibra, como os perfis de índice de refração e as dimensões.

Fibra Monomodo de Índice Degrau Padrão (ITU-T G.652)

A fibra monomodo de índice degrau padrão tem dispersão cromática zero a 1310 nm. Isso significa que um pulso de luz a 1310 nm não sofrerá espalhamento de pulso. No entanto, o ponto de menor atenuação está em 1550 nm, que é amplamente utilizado em redes de telecomunicações de longa distância.

Fibra de Dispersão Deslocada (ITU-T G.653)

Para alinhar o ponto de menor atenuação (1550 nm) com a dispersão zero, os engenheiros inventaram a fibra de dispersão deslocada nos anos 1980. Eles ajustaram a dispersão da guia de onda para que a dispersão cromática total fosse zero a 1550 nm. Essa fibra foi chamada de fibra de dispersão deslocada.

Problemas com a Fibra de Dispersão Deslocada

Embora a fibra de dispersão deslocada funcionasse bem para sistemas de canal único, ela não era adequada para sistemas WDM (Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda). Quando múltiplos canais ópticos passam pela mesma fibra em comprimentos de onda onde a dispersão é próxima de zero, ocorre um tipo de interferência chamada mistura de quatro ondas (FWM), que degrada severamente o sinal.

Fibra de Dispersão Deslocada Não-Zero (ITU-T G.655)

Para evitar a mistura de quatro ondas, os engenheiros desenvolveram a fibra de dispersão deslocada não-zero (NZDSF). Nessa fibra, a dispersão é deslocada para um valor baixo, mas não zero, fora da banda de amplificadores de fibra dopada com érbio (EDFA) em 1550 nm. Isso mantém os sinais em comprimentos de onda próximos fora de fase ao longo de longas distâncias, evitando a interferência.

Ajuste da Dispersão

A dispersão pode ser ajustada movendo o ponto de dispersão zero para comprimentos de onda mais curtos ou mais longos que a banda de 1550 nm. Isso é feito alterando os perfis de índice de refração da fibra.

Conclusão

As fibras de dispersão deslocada e de dispersão deslocada não-zero são avanços importantes na tecnologia de fibra óptica, permitindo a transmissão eficiente de dados em longas distâncias e em sistemas WDM. A compreensão dessas tecnologias é crucial para o desenvolvimento e manutenção de redes de telecomunicações modernas.