FIBRAS ÓPTICAS

Fibras ópticas são fios de vidro usados para transmitir informações na forma de sinais óticos (luz!) ao invés de eletricidade. Habitualmente usada no nosso dia a dia, como no caso de telefones e internet, seu uso está se expandindo rapidamente devido à habilidade de transmitir rapidamente enormes quantidades de informações a grandes distâncias.

O processamento do vidro para esta aplicação incomum é muito diferente dos processos de produção de vidros tradicionais, devido às grandes exigências do produto.  Estes vidros têm que ser muito puros e os fios não podem conter nenhuma imperfeição como bolhas ou “pedra” ao longo de muitos quilômetros.

Fibras ópticas devem transmitir sinais ópticos em distâncias de até 100 km sem perdas ou atenuações significativas, além de poderem ser conectadas a outras fibras. Além disso, devem suportar os esforços mecânicos decorrentes da instalação e utilização dos cabos, sem se romper, apresentando uma vida útil de 30 anos no mínimo. As excelentes propriedades ópticas seriam inúteis se a fibra se partisse, ainda que em um único ponto.

Princípio físico da transmissão de luz por fibras ópticas

As fibras são constituídas de um núcleo e de uma “casca” ou revestimento, ambos de vidros, porém de composições químicas diferentes.

O índice de refração do revestimento é menor do que o do núcleo. O Índice de refração nos fornece uma medida relativa da velocidade com que a luz se propaga em um vidro e depende de sua composição química.

Quando a luz viajando em um vidro atinge uma interface com outro material de índice de refração menor, ela se afasta da normal, ou seja, de uma linha perpendicular imaginária que toca a superfície no mesmo ponto que a luz. Esse fenômeno é conhecido como refração.

Uma parte da luz é refletida de volta para o meio com maior índice de refração e outra parte atravessa para o outro lado.

Quanto mais se aumenta o ângulo em que a luz atinge a superfície maior é a parte refletida e menor a refratada.

A partir de um ângulo chamado de reflexão total ou ângulo crítico não há mais refração, mas somente a reflexão como representado na figura acima. A superfície então funciona como um espelho.

No caso das fibras óticas, a luz que viaja pelo interior do núcleo, sempre atinge a parede que divide núcleo e o revestimento em um ângulo maior que o de reflexão total e a luz acaba ficando presa dentro do núcleo. Assim, ela viaja ao longo de toda a extensão da fibra, independente das curvas ao longo do caminho, como indicado pelas flechas na figura abaixo, por quilômetros e quilômetros, como água em uma tubulação.

As fibras recebem externamente outras camadas de materiais (plásticos, metais, etc.) que têm a função de protegê-las.

Estas fibras são muito finas (centésimos de milímetros) e são fabricadas através do estiramento, em altas temperaturas, de blocos cilíndricos de vidro já contendo as duas composições. O índice de refração também pode ser obtido com uma variação gradual de intensidade ao longo do diâmetro da fibra, pelo controle da composição química das camadas que a compõem, permitindo a transmissão de pulsos ópticos de vários comprimentos de ondas ao mesmo tempo, pelo mesmo canal.

Pelo aquecimento o vidro fica com a consistência de um chiclete mascado, e à medida que é puxando, se afina e se alonga na forma de finos fios que logo se esfriam e podem então ser enrolados em bobinas.

Alem do emprego em telecomunicações as fibras ópticas são muito empregadas em equipamentos médicos usados para examinar dentro do nosso corpo sem a necessidade de cirurgias, pois conduzem a própria iluminação e trazem a imagem que é analisada pelos médicos.

Fibras ópticas também se prestam a conduzir a iluminação a regiões onde não é interessante ter eletricidade e lâmpadas como, por exemplo, nas brocas que os dentistas utilizam para obturar os dentes.

Mauro Akerman
Agosto 2018