Confinamento de luz na fibra θiθi bainha n 2 θtθt núcleo n 1 ktkt Ө i = Ө c Ө t = 90º Reflexão interna parcial Reflexão no ângulo limite ӨiӨi ӨiӨi Reflexão interna total Ө i > Ө c bainha n 2 núcleo n 1

Excitação da fibra ӨtӨt ӨiӨi ØtØt ØiØi n2n2 n1n1 z ar n0n0 No limite

Cone de aceitação Abertura numérica NA A abertura numérica traduz a capacidade de captação da luz na fibra óptica. Se NA for elevado podem-se propagar modos com v g muito diferentes o que aumenta a dispersão. Ø i∟ n2n2 n1n1

a)Raio axial b) Raio meridional extremo Regime multimodal (descrição da óptica geométrica) Dispersão intermodal ӨiӨi ØtØt ØiØi n1n1 ∟'∟' n2n2 ∟ Raios meridionais a)Velocidade máxima: modo cujos raios são praticamente axiais. b)Velocidade mínima: modo cujos raios incidem na interface núcleo/baínha segundo

Ritmo de transmissão A dispersão intermodal conduz ao espraiamento dos impulsos transmitidos o que se traduz na diminuição do ritmo de transmissão Impulso de duração 2 Δt c → Ritmo de transmissão máximo: Soluções para reduzir/iliminar dispersão intermodal: a) Fibras de núcleo não homogéneo b) Fibras monomodo

Fibra monomodal Tempo de transmissão do sinal: Para reduzir/eliminar a dispersão intermodal: - utilizam-se fibras ópticas unimodais - utilizam-se fibras ópticas multimodais com índice de refracção variável n 1 (ρ). A velocidade de propagação aumenta com ρ porque n 1 diminue com ρ, o que compensa os percursos maiores a percorrer pelos raios associados aos modos de ordem superior. Fibra multimodal Perfil gradual ρ n (ρ) Perfil parabólico

Mecanismos de dispersão da fibra óptica O PCM (Pulse Code Modulation) é um dos métodos usados em sistemas de comunicação com fibras ópticas para modular a luz portadora. A diferença (dispersão) dos tempos de grupo das várias componentes espectrais contidas no impulso, dá origem à sua distorção. a)Dispersão intermodal Ocorre em fibras a operar em regime modal. Os modos apresentam vg diferentes (excepto quando são degenerados). b) Dispersão material O índice de refracção da fibra, n 1, varia com ω. c)Dispersão estrutural Dispersão do guia de ondas (estrutura dieléctrica que guia as ondas). As dispersões b) e c) estão presentes quer em fibras em regime unimodal quer em regime multimodal e são ambas proporcionais à largura de banda do impulso transmitido.

Alargamento do impulso Dispersão traduzida na eq. característica: D (ω, k z ) = 0 Atraso de grupo por unidade de comprimento: Indice de grupo λ Δ λ << λ 0 λ0λ0

Dispersão material Largura espectral Coeficiente de dispersão Alargamento do impulso O coeficiente de dispersão M caracteriza o alargamento do impulso devido às variações do índice de refração do núcleo (sílica) com o comprimento de onda (ω).

Dispersão estrutural É intrínseca a todos os sistemas de propagação guiada. Traduz a dependência de λ das constantes de propagação no núcleo e na baínha. A dispersão estrutural só é relevante em fibras monomodo para regiões de λ em que o coeficiente de dispersão material se aproxima de zero (ex: λ ═ 1300 nm)

Espaçamento L entre repetidores a)Influência da atenuação Atenuação ═> Amplificação b)Distorção dispersiva ═> Regeneração (da forma do sinal) a)Atenuação P rec = F s n h f BT n – nº de fotões que o receptor precisa para detectar 1 bit hf – energia de um fotão (h-cte Planck, × Js) B t – ritmo de transmissão F s – factor de segurança (Fs > 1) B 0 – ritmo de transmissão de referência (bits/s) L P in

L 0 – espaçamento associado ao ritmo de referência B 0. L L 0 B T (log)

Espaçamento entre repetidores: atenuação e distorção A conjugação dos efeitos devidos à atenuação e á distorção conduz aos seguintes resultados: - a atenuação é o factor limitativo para os ritmos de transmissão baixos. - a distorção é o factor limitativo para os ritmos de transmissão altos. L (log) B (log) atenuação distorção