Na análise de uma fibra óptica cilíndrica circular, costuma-se definir a quantidade denominada frequência normalizada V, que é dada pela seguinte equação:

em que 𝒂 é o raio do núcleo da fibra, n é o índice de refração do núcleo, 𝝀 é o comprimento de onda de operação da fibra (referido ao vácuo) e 𝚫 é a diferença relativa entre o índice de refração do núcleo e o da casca. Somente se a condição V<2,405 for satisfeita a propagação será garantidamente monomodal no comprimento de onda de operação. Considerando a janela óptica de 𝝀 = 𝟏, 𝟓𝝁𝒎, uma fibra óptica com índice de refração do núcleo n=1,5 e 𝜟 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟓, é correto afirmar:

Um parâmetro muito relevante na avaliação de capacidade de transmissão de uma fibra óptica é o limite do produto entre a taxa de bits B máxima que ela é capaz de transmitir, medida em bits/segundo, e o comprimento L da fibra (em km), designado por BL. Com relação ao produto BL, identifique como verdadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmativas:

( ) O produto BL em fibras multimodo é governado essencialmente pelo efeito de dispersão modal, que por sua vez está associado às diferentes velocidades de propagação dos diversos modos presentes na fibra.

( ) Para duas fibras ópticas empregando os mesmos materiais de fabricação e operando no mesmo comprimento de onda, porém com diferentes raios do núcleo, tal que uma delas opere monomodo e a outra multimodo, sabe-se que a fibra monomodo possuirá um produto BL muito menor do que a fibra multimodo.

( ) Para uma determinada fibra óptica, dado o valor do produto BL máximo da fibra, ao aumentarmos o comprimento L de uma fibra óptica, deveremos necessariamente diminuir a taxa de transmissão máxima B, na proporção inversa do aumento do comprimento L.

( ) A fibra óptica multimodo de perfil de índice gradual é um aperfeiçoamento das fibras ópticas de operação multimodo de perfil de índice degrau cuja finalidade é a de diminuir o efeito de dispersão temporal e aumentar o produto BL da fibra.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta, de cima para baixo.

Com relação a fontes ópticas e suas aplicações, considere as seguintes afirmativas:

1. Os lasers semicondutores possuem tipicamente pureza espectral muito maior do que os diodos emissores de luz (LEDs), significando que os diodos laser emitem luz em uma banda espectral mais estreita que a da emissão de um LED.

2. As potências ópticas de saída típicas de um dispositivo laser semicondutor utilizado em sistemas de comunicação por fibra óptica encontram-se na faixa entre 1 mW e 500 mW.

3. Para aplicações em sistemas de comunicações ópticas baseadas em fibras ópticas de sílica, são necessárias fontes ópticas operando no espectro infravermelho, tipicamente nas janelas ópticas associadas aos comprimentos de onda de aproximadamente 900 nm, 1300 nm e 1550 nm, onde os efeitos de atenuação e dispersão são minimizados.

Assinale a alternativa correta.

O princípio físico responsável pelo guiamento da luz no interior de uma fibra óptica é denominado:

Sabe-se que a relação entre a potência óptica de saída P_opt (medida em mW) e a corrente I (medida em mA) que circula através de um diodo laser é dada pela expressão P_opt = A (I – I_th), se I > I_th, sendo que A é uma constante característica do diodo e Ith é denominada corrente de limiar. Quando a corrente é menor do que a corrente de limiar, ou seja, I < I_th, a potência óptica de saída é nula (P_opt = 0). As constantes A e Ith são dependentes da temperatura de operação. Em geral, vamos assumir que a tensão direta sobre o diodo laser no ponto de operação acima da corrente de limiar é um valor constante, independente da corrente I.

Considere a figura (a), que mostra o circuito de polarização DC de um diodo laser, em que o resistor R é utilizado para definir o ponto de operação, bem como o gráfico de potência óptica de saída em função da corrente sobre o diodo laser operando em temperatura ambiente (figura (b)). Assumindo que a tensão direta sobre o diodo laser no ponto de operação desejado seja de 2 V, para que ele opere emitindo 3 mW de potência óptica, os valores de corrente I e do resistor R no circuito de polarização devem ser, respectivamente, de:

Um divisor (ou splitter) óptico é um dispositivo muito importante em sistemas de comunicações ópticas, para permitir a divisão da potência P de um sinal óptico entre N terminais de saída. Os splitters ópticos em geral dividem o sinal em N = 2^m saídas, sendo m = 1, 2, 3... um número inteiro. Sabe-se que cada divisão da potência P por um fator de 2 corresponde a uma atenuação de 3dB na potência de saída, quando se mede a potência em escala logarítmica. Nesse sentido, considerando-se um splitter 1:8 (divisor por 8), com uma potência óptica de entrada de 10 dBm, e desprezando qualquer perda por conectorização, a potência nos terminais de saída será de:

Atualmente, em sistemas de comunicação óptica, os cabos ópticos aéreos são instalados aproveitando-se a infraestrutura existente das linhas de transmissão de energia elétrica. Quando instalados nas torres de sistema de energia em alta tensão, os cabos ópticos podem estar sujeitos à presença de altos campos elétricos de baixa frequência. Nesse caso, é correto afirmar:

Uma fibra óptica monomodo apresenta coeficiente de atenuação de 0,5 dB/km. Considere, por questão de simplicidade, que as perdas por conectorização e emendas ópticas valem 1 dB em cada emenda ou conector. Um link de fibra óptica ligando dois pontos A e B distantes 10 km entre si apresenta uma emenda a cada 2 km e dois conectores localizados nos extremos da fibra. Para um receptor óptico que opera com sensibilidade mínima de -20 dBm, a potência mínima inserida pela fonte óptica no início do link para que possa operar no limiar de recepção deverá ser de:

Um OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) é um refletômetro no domínio do tempo muito utilizado na caracterização de fibras ópticas, conectores e emendas. Basicamente, injeta-se um pulso óptico na fibra óptica que se quer analisar e mede-se a intensidade e atraso das várias reflexões ao longo da fibra, que voltam ao ponto de entrada do sinal na fibra. As reflexões ocorrem devido a falhas na fibra óptica, espalhamento Rayleigh, regiões com curvas, conectores, emendas e terminações da fibra, permitindo também a medição do comprimento L de uma fibra e a atenuação de sinal em função da distância. Um esboço do gráfico típico obtido em um OTDR para uma fibra sem emendas ou conectores, terminada a L = 20 km do OTDR, é mostrado na figura ao lado:

Com base no gráfico apresentado, o valor aproximado do coeficiente de atenuação dessa fibra é de: