Experimento 1: Fibras Ópticas.

Disciplina: EN2708 – Fotônica.

Discentes: Fernando Henrique Gomes Zucatelli Guilherme dos Santos Marques Pedro Caetano de Oliveira

Turma: A/Diurno

Prof º. Dr. Agnaldo Freschi

Santo André, 29 de Março 2011.

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1. OBJETIVOS

Compreender o fenômeno de atenuação de sinal de fibras ópticas e calcular o

coeficiente de atenuação α.

2. PARTE EXPERIMENTAL

Parte 1: Atenuação em 660 nm

Para a realização do experimento foi preparado o módulo MCM40/EV,

primeiramente desconectando-se todos os Jumpers do módulo.

Em seguida, foram conectados os jumpers nas posições J7c-J9b-J10b-J11-

J12b formatando o experimento para incluir um LED (Light Emitting Diode) de 660

nm (LED2) e um Fotodiodo correspondente (PD2) a fim de observar um sinal

alternado (0/1).

O LED foi então ligado devido à presença de corrente no sistema, por meio de

uma Unidade de Alimentação do Módulo. Ele foi então conectado ao Fotodiodo PD2

utilizando o Cabo #1, o adaptador ST-ST e o Cabo #6.

Montada a estrutura da fibra ótica, foram ajustados o potenciômetro P4 para

sua posição intermediária.

Conectou–se um jumper na posição J15b e observou-se com o auxílio do

osciloscópio a forma de onda em TP24 onde era possível captar o sinal do LED,

correspondente à tensão de saída do fotodetector (Fotodiodo + Circuito de

Operação) como sendo uma onda quadrada.

A partir da análise da tensão de saída foi possível determinar o ponto de

saturação do sistema, em que o sinal se tornava constante diante das variações no

potenciômetro e não agregava informação aos dados de medida.

Assim, o potenciômetro foi variado abaixo do ponto de saturação e a amplitude

das tensões de saída medidas, repetindo-se o mesmo para o cabo#2.

Parte 2 : Atenuação em 820 nm

Para a segunda parte foi utilizado um LED de 820 nm que está relacionado

com conexões diferentes das utilizadas no LED de 660 nm. Portanto a conexão J12b

foi trocado pela J13b e a conexão J15b foi trocada pela J15a que representam

respectivamente o LED e o fotodiodo correspondente.

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Foram realizadas as mesmas medições da parte 1, excetuando-se o uso do

cabo #6 que conectava o fotodiodo às fibras, devido aos diferentes conectores no

módulo.

O procedimento de medição consistiu de anotar a tensão de saída de uma

fibra, usando os cursores do osciloscópio, e em seguida, sem alterar o

potenciômetro, trocar pela outra fibra e medir novamente com os cursores, assim

ficava evidente a alteração de tensão de saída em função do comprimento da fibra.

Em seguida o potenciômetro era alterado produzindo variação na tensão de saída, e

após anotar o valor a fibra era trocada, assim se formava o ciclo de medições.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Para o cálculo de atenuação α foi usada a seguinte dedução a partir da

equação da atenuação dada em [1]:

1

1 2

1

1 2

2

0,1 0,11 2 1 101 2

1 2

0,10,1 ( )2

0,1

1

10log ;

10 10log ; log ; 10 10 10

1010 0,1 (

10

out out out

in in in

L

L Lout out out

in out out

in in in

L

L Lout

L

out

P P VP V

L P P V

V V VV V V

L V L V V

V

V

αα α

αα

α

α

α α

α

− −

−− +

−

= ∝ ⇒ =

= = = ⇒ = =

∴ = = ⇒ − 21 2

1

) log out

out

VL L

V

+ =

2

2 1 1

10log

( )

out

out

V

L L Vα

=

− (1)

A Tabela 1 mostra os valores medidos de Vout1 e Vout2 e de α calculado com

uso da Eq. (1) a cada combinação para o LED de 660nm. A Tabela 2 exibe os

valores para o LED de 860nm. A saturação do sinal do sinal do LED de 660nm

usando o cabo #1 (menor comprimento) ocorreu em 3,2V enquanto que o LED de

820nm não foi detectada saturação (a variação máxima do potenciômetro foi

alcançada antes da saturação ser detectada).

Tabela 1 –Vout para os cabos #1 e #2 e α calculado conforme eq. (1). λ=660nm

Vout1 (V) Vout2 (V) α (dB/m) α (dB/Km) 1,260 0,960 -0,337 -337,427 1,240 0,940 -0,344 -343,697 1,280 0,952 -0,367 -367,351

média -0,349 -349,492

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Tabela 2 –Vout para os cabos #1 e #2 e α calculado.

λ = 820nm Vout1 (mV) Vout2 (mV) α (dB/m) α (dB/Km)

328 62,4 -2,059 -2059,112 312 59,2 -2,062 -2062,380 296 55,2 -2,084 -2083,865

média -2,068 -2068,452

Percebe-se que o coeficiente de atenuação para o LED 820nm é maior em

módulo que o do LED de 660nm (~6 vezes).

A média dos dados de atenuação conferem com a atenuação prevista no

gráfico fornecido pelo fabricante da fibra (roteiro em anexo).

A Figura 1 mostra 3 curvas de atenuação em função do comprimento de onda

(λ). A linha tracejada indica o limite teórico imposto pelo espahamento Raylegh [2] .A

curva contínua superior é de uma fibra com perda alta e a contínua inferior de uma

fibra de telecomunicações a longa distância.

Nota-se que há um aumento da atenuação na curva superior para o intervalo

entre 0,5 µm e 0,8 µm. A curva superior possui mínimos locais, mas o crescimento

da atenuação ocorre para valores de λ menores que os da curva inferior.

Figura 1 – Atenuação de diferentes fibras em função do comprimento de onda [2].

A atenuação dessa fibra é relativamente alta comparada a uma de sílica, por

exemplo, como pode ser visto no gráfico a seguir:

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Figura 2 – Comparação entre atenuação típica de fibra óptica de plástico (POF) e sílica (HCS) [3].

Dessa forma, pode-se ilustrar como a atenuação de uma fibra óptica de

plástico é alta, corroborando os altos valores obtidos no experimento. Apesar disso,

a fibra de plástico apresenta um intervalo em que sua atenuação diminui com o

aumento do comprimento de onda, o que é também mostrado no roteiro do

experimento, enquanto a fibra de sílica mantém sua atenuação constante e

tendendo a diminuir com o aumento do comprimento de onda, como pode-se

perceber pelo intervalo apresentado no gráfico.

A Figura 3 compara qualitativamente a diferença de Vout entre as fibras ópticas

#1 e #2 quando submetidas a mesma Vin e quando a fonte é o LED de 660nm, a

imagem à direita conserva a mesma posição dos cursores da imagem à esquerda. A

Figura 4 faz a mesma comparação para o LED de 820nm.

Figura 3 – Vout1 (esq)e Vout2 (dir) para LED de λ=660nm.

Figura 4 – Vout1 (esq)e Vout2 (dir) para LED de λ=820nm.

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4. CONCLUSÃO

Pela análise dos resultados, pode-se perceber que a fibra de plástico não é

indicada para aplicações que exigem que um sinal seja transmitido por longas

distâncias, dada sua alta atenuação.

Nessa situação, seria necessário utilizar uma fibra de sílica, mais estável e com

menor atenuação, garantindo que o sinal percorre-se grandes distâncias com perdas

pequenas. Essas fibras, no entanto, são mais caras, sendo o seu processo de

produção mais complexo.

Contudo, para fins didáticos, como é o caso desse experimento, fibras com alta

atenuação são as ideais, já que a variação da tensão de saída é maior e torna-se

mais simples a obtenção do coeficiente de atenuação.

Para uma fibra de sílica, por exemplo, o cálculo desse coeficiente só seria

possível utilizando-se uma fibra de grande extensão, inviabilizando o processo de

medição aplicado no experimento.

Por fim, os coeficientes de atenuação obtidos experimentalmente conferem

com os valores fornecidos pelo fabricante (roteiro) e estão também bastante

próximos dos valores típicos (Figura 2).

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] BALBINOT, Alexandre; BRUSAMARELLO, Valner J. Instrumentação e

fundamentos de medidas. Rio de janeiro: LTC, 2006. V.1. p. 286-290

[2] YOUNG, Matt Óptica e Lasers. São Paulo: Editora da USP, 1998. p. 367-369

[3] AGILENT Technologies. Plastic Optical Fiber and HCS® Fiber Cable and

Connectors for Versatile Link. Disponível em <http://www.proces-

data.dk/4P/00K0I7H3BP/MJ5UO-01/POF_Agilent.pdf> Acesso em 25 de mar.

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6. ANEXO

Roteiro do experimento

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