TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM TELECOMUNICAÇÕES

Fibra Óptica

Alexandre Lorca Ingegneri Dennis Bellini da Silva Heloise da Silva Leite

Professor(es) Orientador(es): Luiz Carlos da C. e Silva

São Caetano do Sul / SP 2014

Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza

GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO

Etec “JORGE STREET”

Fibra Óptica

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como pré-requisito para obtenção do Diploma de Técnico em Telecomunicações.

São Caetano do Sul / SP 2014

RESUMO

Levando em consideração as necessidades do mercado de trabalho que está

em pleno crescimento na área de fibra óptica, mas que em contrapartida existe uma

grande deficiência de pessoas conhecedoras do assunto. Este trabalho visa passar

uma base dos conceitos básicos, como tipos de fibra, aplicabilidade, manuseio e

manutenção.

Palavras-chave: Inspeção e Limpeza, Potência e atenuação.

Sumário

INTRODUÇÃO .........................................................................................................................................5

Vantagens: .................................................................................................................................................. 5

DESCRIÇÃO DO PROJETO ...................................................................................................................5

OBJETIVOS .............................................................................................................................................6

JUSTIFICATIVA .......................................................................................................................................6

3 – DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ..............................................................................................7

Transformando dados em luz .................................................................................. 8

Cabos de fibra ótica .................................................................................................. 9

Proteção plástica ...................................................................................................................................... 9

Fibra de fortalecimento ........................................................................................................................... 9

Revestimento interno ............................................................................................................................... 9

Camada de refração ............................................................................................................................... 10

Núcleo ........................................................................................................................................................ 10

Multimodo e monomodo ......................................................................................... 10

Monomodo ................................................................................................................................................ 10

Multimodo ................................................................................................................................................. 11

Isso sim é velocidade ............................................................................................. 11

Saudades do cobre: fibra ótica também tem defeitos ......................................... 11

Tecnologia do futuro ............................................................................................... 12

CONECTORES E POLIMENTOS - PERDA POR RETORNO E INSERÇÃO ..................................... 12

OTDR .................................................................................................................................................... 16

4 – RESULTADOS OBTIDOS .............................................................................................................. 17

CONCLUSÃO ....................................................................................................................................... 17

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Introdução

Vantagens e desvantagens em utilizar cabos de fibra ótica

O cabeamento de fibra ótica para internet de alta velocidade, telefonia e

conexões a cabo é uma tecnologia com muitas vantagens e limitadas desvantagens.

Os cabos de fibra ótica transferem dados através de ondas eletromagnéticas. Seus

núcleos são feitos de vidro ou de fibras plásticas, envoltos por uma camada de

revestimento (desenvolvida para refletir a luz de volta para o núcleo) e por uma

camada "amortecedora", que protege as fibras da umidade e outros danos.

Vantagens:

A transmissão de dados em fibra ótica é incrivelmente rápida.

Os cabos de fibra ótica não são suscetíveis à interferência RF (radio frequência), que pode ser um problema relevante aos usuários do típico cabo coaxial.

Os cabos de fibra ótica transmitem dados através de longas distâncias sem muitas perdas.

Desvantagens:

Frequentemente, o cabeamento em fibra ótica pode custar mais que o dobro de

uma conexão típica de banda larga, sendo difícil para um usuário comum justificar este custo.

As conexões de fibra ótica não se encontram disponíveis em muitas áreas.

Descrição do Projeto

Inspeção e limpeza.

Potência e atenuação.

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Objetivos

Mostrar o funcionamento da fibra óptica e suas vantagens em tecnologia

avançada.

Justificativa

Houve uma identificação com esse projeto de cabeamento estruturado, ou fibra

óptica, por haver uma necessidade no mercado de trabalho.

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3 – Desenvolvimento do Projeto

Como funciona a fibra ótica [infográfico]

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Transmissão de dados e voz em longas distâncias com pouca perda de sinal e

qualidade, tudo isso com altíssimas velocidades. Já pensou nas maravilhas que isso

permitiria? Apostando que você deve estar pensando: baixar programas e músicas

ficaria muito mais rápido e o tempo de espera por downloads seria reduzido ao

mínimo.

E é exatamente isso que aconteceria, se todas as empresas de internet banda

larga disponibilizassem a tecnologia da fibra ótica para os usuários. Logicamente a

mudança de tecnologia demanda grandes quantias de dinheiro, por isso é difícil ter a

fibra ótica em todas redes domésticas pelos próximos anos.

No Brasil, apenas algumas universidades e institutos públicos possuem este

tipo de conexão. Em 2011, algumas residências devem passar a contar com o modo

de transmissão de alta velocidade da fibra ótica – pelo menos é o que está

prometendo uma das maiores empresas de telecomunicações do país.

Mas você sabe como funcionam os cabos de fibra ótica?

Transformando dados em luz

A fibra ótica não envia dados da mesma maneira que os cabos convencionais.

Para garantir mais velocidade, todo o sinal é transformado em luz, com o auxílio de

conversores integrados aos transmissores. Há dois modos de converter os dados:

por laser e por LED (respectivamente: fibras monomodo e multimodo. Ambas serão

explicadas mais adiante).

Sem essa conversão, os dados enviados e recebidos não poderiam desfrutar

das mesmas larguras de banda. Nesse momento, surge a necessidade dos cabos

de fibra ótica, pois são eles que permitem a velocidade e a qualidade superiores às

oferecidas pelos tradicionais cabos de cobre. O motivo disso será explicado mais à

frente.

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Cabos de fibra ótica

Você imagina como é um cabo de fibra ótica por dentro? Ele não é construído

apenas com a fibra de vidro e o revestimento plástico, há várias camadas que fazem

parte da estrutura essencial dele. Segue um pouco mais de explicação sobre cada

uma das camadas que compõe a fibra ótica.

Proteção plástica

Como todo cabo, a fibra ótica também precisa de proteção externa, para evitar

que o desgaste natural ou as situações anômalas do tempo representem

interferências no sistema. Geralmente, essa camada de proteção é composta por

plásticos, tornando a aparência dos cabos de fibra ótica muito similar à apresentada

por cabos de rede, por exemplo.

Fibra de fortalecimento

Logo abaixo da camada plástica, existe uma fibra de fortalecimento, bastante

parecida com a que existe em cabos coaxiais de transmissão de sinal de televisão.

Você sabe qual a função dela? Proteger a fibra de vidro de quebras que podem

acontecer em situações de torção do cabo ou impactos no transporte.

Se a camada de fortalecimento não existisse, qualquer movimento brusco que

atingisse os cabos de fibra ótica resultaria em quebra da fibra principal e,

consequentemente, na perda total do sinal transmitido.

Revestimento interno

Também chamado de “Coating”, o revestimento interno tem função similar à

das fibras de fortalecimento. É ele que isola todos os impactos externos e também

evita que a luz natural atinja as fibras de vidro internas, o que poderia resultar em

interferências muito fortes em qualquer que seja o sinal.

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Camada de refração

Nas duas camadas mais internas, ocorre a parte mais importante do processo

de transmissão de luz. Cobrindo o filete de fibra de vidro, a camada de refração (ou

“Cadding”) é responsável pela propagação de todos os feixes, evitando que existam

perdas no decorrer dos trajetos. Em um sistema perfeito, essa camada garantiria

100% de reaproveitamento dos sinais luminosos.

Núcleo

Também chamado de “Core”. Em suma, é onde realmente ocorre a

transmissão dos pulsos de luz. Construído em vidro, é por ele que a luz viaja em

suas longas distâncias. No próximo tópico serão demostrados os dois tipos de fibras

de vidro que podem ser utilizados nos cabos.

Multimodo e monomodo

Os dois nomes que abrem este tópico representam os dois principais modelos

de fibras óticas existentes atualmente. Eles são diferenciados em vários aspectos,

desde o custo de produção até as melhores possibilidades de aplicação. Qual deles

será mais recomendado para a construção de redes de internet?

Monomodo

Como o nome já diz, as fibras monomodo só podem atender a um sinal por

vez. Ou seja, uma única fonte de luz (na maior parte das vezes, laser) envia as

informações por enormes distâncias. As fibras monomodo apresentam menos

dispersão, por isso pode haver distâncias muito grandes entre retransmissores.

Teoricamente, até 80 quilômetros podem separar dois transmissores, mas na

prática eles são um pouco mais próximos. Outra vantagem das fibras desse tipo é a

largura da banda oferecida, que garante velocidades maiores na troca de

informações.

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Multimodo

Fibras multimodo garantem a emissão de vários sinais ao mesmo tempo

(geralmente utilizam LEDs para a emissão). Esse tipo de fibra é mais recomendado

para transmissões de curtas distâncias, pois garante apenas 300 metros de

transmissões sem perdas. Elas são mais recomendadas para redes domésticas

porque são muito mais baratas.

Isso sim é velocidade

Você já viu que a fibra ótica garante velocidades muito maiores do que as

oferecidas pelos fios de cobre comuns, mas ainda não viu os números exatos. Hoje,

uma conexão banda larga de alta velocidade é oferecida com cerca de 10 Mbps, o

que permite downloads a quase 1,25 MB/s.

Os padrões de testes da fibra ótica apontam para velocidades de 10 Gbps, o

que resulta em downloads de 1.280 MB/s. É um aumento considerável, que pode ser

extremamente importante para quem gosta de jogar games online ou baixar muitos

arquivos pela internet.

Vale dizer que as conexões de 10 Gbps são muito potentes e devem custar

muito caro, por isso são mais recomendadas para grandes empresas e

universidades, locais em que a banda precisa ser muito dividida. Outra possibilidade

é a instalação de padrões de fibra ótica em condomínios, que podem redividir a

conexão para vários computadores.

Saudades do cobre: fibra ótica também tem defeitos

Não existe nenhuma tecnologia perfeita, por isso precisamos apresentar

também as desvantagens dos cabos de fibra ótica. A principal delas é relacionada

aos custos, tanto de produção quanto de implementação dos novos sistemas de

transmissão.

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Produzir cabos de fibra ótica envolve processos muito complexos e caros, o

que exige uma demanda muito grande de usuários dispostos a pagar um pouco

mais pelos recursos oferecidos pela tecnologia.Além disso, para alimentar grandes

cidades seriam necessários muitos retransmissores, e há relatos de perdas grandes

de sinal em retransmissores divisores.

Outros problemas estão ligados diretamente à fragilidade das fibras de vidro.

Como ainda não existe uma padronização no sistema, há muitos cabos que são

vendidos sem o encapsulamento protetor adequado. Isso gera instabilidade para os

cabos e pode resultar em quebras dos filetes de transmissão.

Tecnologia do futuro

Será que a fibra ótica está realmente distante da realidade? Aos poucos,

algumas empresas de televisão a cabo e internet estão oferecendo pacotes que

contam com os recursos da tecnologia para seus assinantes. Os preços ainda são

bem altos, mas com o passar do tempo é provável que baixem consideravelmente.

Outro desafio é encontrar formas de retransmitir os sinais sem que seja

necessário dispender muitos recursos, mas as vantagens oferecidas realmente

impulsionam os pesquisadores. A fibra ótica garante uma largura de banda muito

maior do que o cobre, ocupando menos espaço físico e com matéria-prima (sílica)

muito mais abundante.

Conectores e Polimentos - Perda por Retorno e Inserção

Perda de Retorno (RL) é a perda da potência do sinal óptico resultante da

reflexão do sinal causada em uma descontinuidade da fibra ótica (como um buraco

entre conectores óticos). Os dois fins de face das fibras devem estar bem casados,

senão a perda de retorno é alta e é expressa em decibéis (dB). Embora a perda de

retorno deva ser um valor positivo, também é expressa freqüentemente como valor

negativo, no caso em que um valor mais baixo é preferido. Perda de inserção (IL),

por outro lado, é a perda de potência óptica do sinal resultante da inserção de um

componente ótico no sistema de fibra ótica (como um conector ou emenda), onde

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um número menor é desejável. Devido à alta do RL, o conector APC é ideal para

banda larga e aplicações de longo alcance. O ângulo de 8 graus garante que a

maioria dos RL é direcionada para o revestimento de fibra, onde não pode interferir

com o sinal transmitido ou causar danos na fonte do laser de varredura.

ATENUADORES

A verdade é que muita luz pode sobrecarregar um receptor de fibra óptica.

Atenuadores de fibra óptica são necessários quando um transmissor proporciona

muita luz, como quando um transmissor é muito perto do receptor.

2) Como um atenuador de fibra funciona

Atenuadores geralmente funciona absorvendo a luz, como um filtro de película

fina de densidade neutra. Ou por espalhar a luz como um espaço de ar. Eles não

devem refletir a luz, já que isso poderia causar reflexão volta indesejado no sistema

de fibra.

Um outro tipo de atenuador utiliza um comprimento de alta perda de fibra ótica,

que opera em cima de seu nível de potência de entrada de sinal ótico de modo que

seu nível de potência do sinal de saída é menor que o nível de entrada.

A redução de potência são feitas por meio de absorção, reflexão, difusão,

dispersão, deflexão, difração e dispersão, etc.

3) Qual é a característica mais importante deve ter um atenuador de

fibra

A especificação mais importante de um atenuador é sua atenuação versus

curva de comprimento de onda. Atenuadores devem ter o mesmo efeito em todos os

comprimentos de onda usados no sistema de fibra ou pelo menos tão planos quanto

possível. Por exemplo, um atenuador de 3dB em 1500nm também deve reduzir a

intensidade de luz em 1550nm de 3dB ou tão perto quanto possível, isto é

especialmente verdadeiro em um sistema WDM (Wavelength Division Multiplexing).

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4) Diferentes tipos de Atenuadores

Existem dois tipos funcionais de Atenuadores de fibra: plug estilo (incluindo o

anteparo) e em linha.

Um atenuador de estilo plug é empregado como um conector macho-fêmea,

onde a atenuação ocorre dentro do dispositivo, ou seja, sobre o trajeto da luz de um

terminal para outro. Estes incluem FC atenuador da fibra óptica, atenuador de LC,

atenuador de SC, ST atenuador e muito mais.

Um atenuador em linha está ligado a uma fibra de transmissão por suas duas

tranças de emenda.

O princípio de funcionamento de Atenuadores são marcadamente diferentes

porque eles usam vários fenômenos para diminuir o poder da luz propagação. Os

meios mais simples são dobrar uma fibra. Enrole um cabo de patch cord várias

vezes em torno de um lápis ao medir a atenuação com um medidor de energia e, em

seguida, esta bobina de fita.

A maioria dos atenuadores fixaram valores especificados em decibéis (dB).

Eles são chamados de atenuador fixo de fibra óptica. Por exemplo, a – 3dB

atenuador deve reduzir a intensidade da saída em 3dB.

Fabricantes usam vários tipos de material de absorção de luz para atingir a

atenuação estável e bem controlada. Por exemplo, uma fibra dopada com um metal

de transição que absorve a luz de maneira previsível e dispersa absorveu a energia

como um calor.

Atenuadores de variável de fibra óptica também estão disponíveis, mas eles

geralmente são usados em fazer medições de instrumentos de precisão.

Existem fibras PC e APC a diferença entre eles é que PC é polida lisa e APC

polida com um ângulo de 8 graus, a APC é mais utilizada pois diminuem a reflexão

da luz para o transmissor.

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Há dois tipos de problemas que causarão a perda enquanto a luz sai de uma

extremidade e entra em outra dentro de um adaptador: contaminação e dano.

Bloqueios de poeira, gordura e água são formas comuns de contaminação de

terminais de conector de fibra. Basta tocar a ponteira que o terminal já será

contaminado pela gordura corporal, causando atenuação inaceitável assim que a

conexão for feita. A poeira e as partículas estáticas pequenas flutuam através do ar

e podem aterrar em qualquer superfície exposta. Isto pode ser especialmente

verdadeiro nas instalações que se submetem à construção ou à renovação. Nas

instalações novas, o gel do amortecedor e o lubrificante podem facilmente encontrar

seu caminho em uma extremidade.

Dano do cabo da fibra óptica aparece como um risco, um furo, uma rachadura

ou uma fenda. Estes defeitos de superfície da extremidade podiam ser o resultado

da finalização pobre ou da contaminação de acoplamento. Decisão de acoplar

primeiramente cada conexão e então inspecionar somente aquelas que falham é

uma abordagem perigosa porque o contato físico de contaminadores acoplados

pode causar dano permanente. Este dano permanente exigiria uma re-finalização ou

uma recolocação mais cara e mais demorada das ligações pré-finalizadas.

Desde os primeiros dias de cabo de fibra óptica, os microscópios

estereofônicos laboratoriais foram usados para inspecionar as extremidades da fibra

óptica. Ao longo do tempo, microscópios menores portáteis foram projetados para

testar facilmente o cabo de fibra. Microscópios podem ser divididos em dois grupos

básicos: ópticos e de vídeo. Os microscópios ópticos incorporam uma lente objetiva

e uma lente ocular para permitir que você veja a extremidade diretamente através do

dispositivo. Os microscópios de vídeo incorporam tanto uma prova óptica e uma tela

para ver a imagem da prova. As provas são projetadas para serem pequenas de

modo que possam alcançar portas em lugares de difícil acesso. As telas permitem

que as imagens sejam expandidas para uma identificação mais fácil dos

contaminadores e do dano. Como o terminal é visualizado em uma tela em vez de

diretamente, as ponteiras minimizam o risco de uma luz prejudicial do laser alcançar

o olho de uma pessoa. A Fluke Networks oferece uma gama de microscópios de

fibra óptica desde os simples até os de categoria profissional.

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Cabos de limpeza de fibra óptica

Como a limpeza foi parte da manutenção da fibra por anos, a maioria das

pessoas têm suas próprias abordagens para a limpeza das extremidades, incluindo

algumas abordagens ruins, tais como soprar o cabo da fibra com ar enlatado, ou a

utilização do álcool isopropílico (IPA). Solventes específicos de fibra são superiores

na dissolução de praticamente qualquer contaminação à espreita em uma fibra de

end-face e ter adaptado taxas de evaporação que fornece tempo para trabalhar, mas

desaparecem antes do acasalamento. As ferramentas as mais básicas usadas são

panos e cotonetes usados para limpar cabos de conexão e portas interior,

respetivamente. Os convenientes kits de limpeza de fibra óptica incluem todas as

ferramentas de limpeza e solventes necessários para a limpeza final de precisão.

Teste das fibras ópticas: Solução de problemas, verificação, e

certificação

Os testadores de fibra óptica incluem ferramentas para realizar a inspeção e

limpeza básicas, testadores para verificação e solução de problemas básicos,

testadores de certificação e testadores OTDR avançados para solução de problemas

e análise de cabeamento existente.

VFL ou Visual Fault Locator é um localizador visual de falhas, serve tanto para

descobrir rompimentos em fibras curtas ou achar a outra ponta do cordão.

OTDR

OTDR (“Optical Time Domain Reflectometer”) é um instrumento de medida, o

qual detecta luz refletida em fusões ou conectores bem como em pontos de quebra

e luz retrorefletida devido ao fenômeno de “Rayleigh scattering”. Assim são possíveis

de efetuar de modo eficiente, localização de eventos (atenuações, perdas por Km

dos trechos de fibra,qualidade de conectores e emendas ópticas) e medidas de

perdas de transmissão e por retorno(ORL) a partir de um extremo da fibra óptica.

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4 – Resultados Obtidos

Conforme observado em testes em laboratório o manuseio e a manutenção

da fibra são simples, mas requerem o mínimo conhecimento, por se tratar de

material delicado e que certos cuidados são necessários para evitar danos ou

perdas.

Conclusão

Conclui-se que o mercado de trabalho para suprir a necessidade de

profissionais capacitados para atuação com fibra óptica tem cada vez mais investido

em cursos e treinamentos, uma vez que comercialmente não se tem de forma

acessível disponibilidade desses cursos para a população interessada.