Sistemas de Telecomunicações - Aula 13 - Wi-fi, Li-fi e Laser

Sistemas de Telecomunicaccedilotildees Aula 13 ndash Wi-Fi Li-Fi e Laser

Prof Leinylson Fontinele Pereira

Na aula anterior

Histoacuteria da Fibra Oacuteptica

1431 Sistemas de Telecomunicaccedilotildees Aula 13 ndash Wi-Fi Li-Fi e Laser

O que vamos aprender

Wi-Fi

Li-Fi

Laser


Vamos comeccedilar

1431 4 Sistemas de Telecomunicaccedilotildees Aula 13 ndash Wi-Fi Li-Fi e Laser

Li-Fi (Light Fidelity)




Li-Fi How it Works


Li-Fi How it Works


Princiacutepio de Funcionamento do Li-Fi


Li-Fi LEDs for communication






Que lampada usar



Wi-FM


Benefits of LiFi


Benefits of LiFi middot Higher speeds than Wi-Fi

middot 10000 times the frequency spectrum of radio

middot More secure because data cannot be intercepted without a clear line of sight

middot Prevents piggybacking

middot Eliminates neighboring network interference

middot Unimpeded by radio interference

middot Does not create interference in sensitive electronics making it better for use in environments like hospitals and aircraft

middot LEDs and different technology researchers have enabled 10 gigabits-per-second (Gbps) which is faster than 80211ad


Benefits of LiFi





Um Novo Laser para uma Internet mais Raacutepida


Li-Fi Vantagens


vantagens Li-Fi

Aleacutem da vantagem liacutequida de obter uma ligaccedilatildeo agrave Internet a velocidades mais elevadas o oficial principal da ciecircncia refere-se a trecircs outros benefiacutecios que se poderia obter por usar a rede eficiecircncia seguranccedila e disponibilidade

Li-Fi eacute mais eficiente do que o seu homoacutelogo Wi-Fi Uma vez que utiliza lacircmpadas ele vem com praticamente sem custos adicionais Um roteador precisa ser conectado em todos os momentos e exige um monte de eletricidade para permanecer alimentados Eacute do conhecimento comum que lacircmpadas LED satildeo altamente econocircmico nesse sentido de modo que o usuaacuterio final recebe luz e internet ao mesmo tempo

Como mencionado anteriormente a seguranccedila dos dados eacute muito maior com Li-Fi jaacute que a luz eacute praticamente incapaz de penetrar paredes

Aleacutem disso eacute quase impossiacutevel de perder o sinal de rede Uma ampola simples daacute origem a inuacutemeras possibilidades considerando que um usuaacuterio seraacute capaz de usar a rede independentemente da sua localizaccedilatildeo

Li-Fi Vantagens


Li-Fi Desvantagens


existem vaacuterias desvantagens particularmente desde que Li-Fi ainda estaacute em desenvolvimento Por um lado ele natildeo consegue fazer o seu trabalho fora Em segundo lugar talvez uma importante causa de poluiccedilatildeo luminosa Teste ainda estaacute em obras mas pelo menos eacute uma invenccedilatildeo vale a pena olhar para a frente

Mesmo que ainda soa como um sonho muito em breve poderiacuteamos estar entrando em nosso e-mail graccedilas a uma lacircmpada


O que eacute LuzSistemas de Telecomunicaccedilotildees Aula 13 ndash Wi-Fi Li-Fi e Laser

Luz e um electratildeo em estado excitadohellip


Espectro Eletromagneacutetico


Janelas de Transmissatildeo


wwwlight2015org



Laboratoacuterio onde se opera o laser maispotente de Portugal 15 terawatts

Laboratoacuterio de Lasers Intensos


LASER eacute um tipo de luz com um conjuntouacutenico de propriedades


L IGTH

A MPLIFICATION

S TIMULATED

E MISSION

R ADIATION

Propriedades da Luz Laser Direcional

Monocromaacutetica

Coerente

Polarizada


DirecionalA luz de um laser (quase) natildeo se ldquoexpanderdquo comparada com uma fonte de luz normal


MonocromaacuteticaA radiaccedilatildeo que ocorre a um uacutenico comprimento de onda ou cor


MonocromaacuteticaSignifica que eacute constituiacuteda por uma uacutenica cor


MonocromaacuteticaTem uma uacutenica cor bem definida comparada com uma fonte de luz tradicional


Monocromaacutetica


Luz Branca

Luz Laser

Encarnado

AmareloVerdeAzulVioleta

CoerenteExiste uma ldquosincronizaccedilatildeordquo de oscilaccedilatildeo no espaccedilo e no tempo


Luz Coerente


Luz Colimada

Coerente Isso significa que todas as ondas vibram em fase construtivamente reforccedilando cada onda

adjacente


Interferecircncia ConstrutivaLuz Coerente

Interferecircncia DestrutivaLuz Incoerente

=

=

Processo de Amplificaccedilatildeo da Luz


Absorccedilatildeo

hellipde 1 fotatildeo com energia ΔE = hν

= E2 ndash E1 aacutetomo transita para um

estado excitado

Antes Depois

Emissatildeo espontacircnea

Um aacutetomo num estado excitado tem uma

probabilidade constante de transitar para um

estado inferior emitindo 1 fotatildeo de ΔE

Emissatildeo estimulada

Um aacutetomo excitado + fotatildeo incidente

aumento da probabilidade da emissatildeo de

Fotatildeo emitido eacute idecircntico ao incidente

Amplificaccedilatildeo da luz

O Legado de Einstien



Esp

elh

oEsp

elh

o

EE

O electratildeo eacute Bombeado para um

niacutevel de energia superior

O niacutevel Bombeado eacute instaacutevel pelo

que o electratildeo logo salta para um

niacutevel ligeiramente inferior

O electratildeo relaxa para um niacutevel

inferior de energia libertando um

fotatildeo

Luz e um electratildeo em estado

excitadohellip

hellipProduz dois fototildees do mesmo

comprimento de onda e com a mesma

fase

Os espelhos reflectem parcialmente

os fototildees hellip emissatildeo estimuladahellip


Mecanismo de Excitaccedilatildeo

Meio Activo

Esp

elh

o d

e

Tra

nsm

issatilde

o P

arc

ial

Esp

elh

o d

e A

lta

Re

fle

xatilde

o

Mecanismo de Realimentaccedilatildeo

1 Meio activo (ganho) que pode amplificar a luz que passa atraveacutes dele

2 Fonte de energia da bomba para criar uma inversatildeo de populaccedilatildeo em meio de ganho

3 Dois espelhos que formam uma cavidade ressonante

O laser soacute pode funcionar se a energia do feixe

aumentar a cada passagem pelo meio activo

O Legado de Einstien (Amplificaccedilao da Luz)

Polarizada Colimada Eacute a fonte luminosa mais colimada

que existe o desvio de um feixe de Laser rondamediamente o mileacutesimo de radiano

Significa que depois de ter percorrido milmetros o feixe fica com cerca de um metro dediacircmetro somente



Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte

Lente de colimaccedilatildeo

B

PolarizadaO campo eleacutetrico de um feixe laser oscila numa direccedilatildeo bem definida


Emissatildeo de Fototildees


Amplificaccedilatildeo Estimulada

Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada

(Albert Einstein 1917)




Condiccedilatildeo necessaacuteria ao equiliacutebrio teacutermico da radiaccedilatildeo com amateacuteria Einstein descobriu atraveacutes de consideraccedilotildees teoacutericas quenatildeo apenas um aacutetomo absorve um fotatildeo incidente e o reemite aoacaso apoacutes certo tempo mas que tambeacutem este mesmo aacutetomo podereemitir um outro fotatildeo devido aacute interaccedilatildeo (excitaccedilatildeo) do fotatildeoincidente absorvido

O fotatildeo reemitido tem a mesma frequecircncia do fotatildeo que o estimuloue igualmente importante tem a mesma fase



Theodore MaimanHughes Research Labs (USA)

Natildeo haacute espelhos - o proacuteprio cristal de rubiestaacute talhado de forma a criar uma cavidadeoacuteptica ressonante com as faces revestidasde um filme de prata



Interruptor

Fonte de Alimentaccedilatildeo

Cristal de Rubi

Cilindro Reflector de Alumiacutenio polido


Configuraccedilotildees Laser mais comuns Laser de CO2

Laser Iotildees de Aacutergon (Ar+)

Laser semicondutor

Laser Heacutelio-Neacuteon (He-Ne)

Diodos Laser

Laser de Rubi

Laser TiSafira

Lasers no Seacuteculo XXI


Aplicaccediloes do LASER


httpsurvincitycom201211laser-us-navy



Pelas suas propriedades especiais o laser eacute hoje utilizado nas mais diversasaplicaccedilotildees meacutedicas (cirurgias) na Fisioterapia como anti-inflamatoacuterio regeneradore analgeacutesico industriais (cortar metais medir distacircncias) pesquisa cientiacutefica(pinccedilas oacutepticas hidraacuteulica fiacutesica atoacutemica oacuteptica quacircntica resfriamento de nuvensatoacutemicas informaccedilatildeo quacircntica) comerciais (comunicaccedilatildeo por fibras oacutepticasleitores de coacutedigos de barras) no campo beacutelico (miras lasers) e mesmo todos os diasem nossas casas (aparelhos leitores de CD DVD e Blu-Ray apontadores laserusados em apresentaccedilotildees com projectores)hellip

O Que eacute Que Faz os Lasers Tatildeo Especiais

ABRANGEcircNCIA Cobrem o espectro electromagneacutetico na zona do visiacutevel

VERSATILIDADE Possuem uma grande gama de energias duraccedilotildees e potecircncias

CARACTERIacuteSTICAS Satildeo diferentes de qualquer outro tipo de luz


Precircmios Nobel1964

1971

1981

1989

1997

1999

2001

2005

2006

2009

Trabalhos fundamentais em electroacutenica quacircntica e teoria laser

Holografia

Espectroscopia laser e efeitos oacutepticos natildeo-lineares

Meacutetodos de ressonacircncia e maser de hidrogeacutenio

Desenvolvimento do arrefecimento laser

Espectroscopia de femtosegundos para observar aacutetomos durante reacccedilotildees

Arrefecimento laser para criaccedilatildeo de condensados de Bose-Einstein

Espectroscopia de precisatildeo usando lasers teacutecnica do pente de frequecircncias oacutepticas

Mediccedilatildeo da radiaccedilatildeo coacutesmica de fundio usando masers no sateacutelite COBE

Desenvolvimento de fibras oacutepticas para telecomunicaccedilotildees




IrDA


Concluindo


Material httpssitesgooglecomsiteleinylsonnassau

1431

Aula baseada no material de

Lasers ultra-intensos Gonccedilalo Figueira

Lasers Luiacutes Timoacuteteo


Nesta aula aprendemos


Wi-Fi

Li-Fi

Laser

Na proacutexima aula veremos

Redes de Pacotes

Redes Frame-relay


Alguma Duacutevida

1431

Ateacute a proacutexima aula

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Monocromaacutetica

Coerente

Polarizada










Monocromaacutetica


Luz Branca

Luz Laser

Encarnado




Luz Coerente


Luz Colimada


adjacente




=

=



Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

elh

oEsp

elh

o

EE








fotatildeo


excitadohellip



fase





Meio Activo

Esp

elh

o d

e

Tra

nsm

issatilde

o P

arc

ial

Esp

elh

o d

e A

lta

Re

fle

xatilde

o













Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte


B






Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


Diodos Laser

Laser de Rubi

Laser TiSafira















1971

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Monocromaacutetica

Coerente

Polarizada










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Luz Branca

Luz Laser

Encarnado




Luz Coerente


Luz Colimada


adjacente




=

=



Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

elh

oEsp

elh

o

EE








fotatildeo


excitadohellip



fase





Meio Activo

Esp

elh

o d

e

Tra

nsm

issatilde

o P

arc

ial

Esp

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o d

e A

lta

Re

fle

xatilde

o













Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte


B






Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


Diodos Laser

Laser de Rubi

Laser TiSafira















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Coerente

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Luz Coerente


Luz Colimada


adjacente




=

=



Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

elh

oEsp

elh

o

EE








fotatildeo


excitadohellip



fase





Meio Activo

Esp

elh

o d

e

Tra

nsm

issatilde

o P

arc

ial

Esp

elh

o d

e A

lta

Re

fle

xatilde

o













Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte


B






Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


Diodos Laser

Laser de Rubi

Laser TiSafira















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Coerente

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Luz Colimada


adjacente




=

=



Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

elh

oEsp

elh

o

EE








fotatildeo


excitadohellip



fase





Meio Activo

Esp

elh

o d

e

Tra

nsm

issatilde

o P

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ial

Esp

elh

o d

e A

lta

Re

fle

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o













Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte


B






Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


Diodos Laser

Laser de Rubi

Laser TiSafira















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Coerente

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Luz Branca

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Encarnado




Luz Coerente


Luz Colimada


adjacente




=

=



Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

elh

oEsp

elh

o

EE








fotatildeo


excitadohellip



fase





Meio Activo

Esp

elh

o d

e

Tra

nsm

issatilde

o P

arc

ial

Esp

elh

o d

e A

lta

Re

fle

xatilde

o













Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte


B






Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


Diodos Laser

Laser de Rubi

Laser TiSafira















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Luz Coerente


Luz Colimada


adjacente




=

=



Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

elh

oEsp

elh

o

EE








fotatildeo


excitadohellip



fase





Meio Activo

Esp

elh

o d

e

Tra

nsm

issatilde

o P

arc

ial

Esp

elh

o d

e A

lta

Re

fle

xatilde

o













Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte


B






Absorccedilatildeo

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Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


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Coerente

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Encarnado




Luz Coerente


Luz Colimada


adjacente




=

=



Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

elh

oEsp

elh

o

EE








fotatildeo


excitadohellip



fase





Meio Activo

Esp

elh

o d

e

Tra

nsm

issatilde

o P

arc

ial

Esp

elh

o d

e A

lta

Re

fle

xatilde

o













Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte


B






Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


Diodos Laser

Laser de Rubi

Laser TiSafira















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Coerente

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Encarnado




Luz Coerente


Luz Colimada


adjacente




=

=



Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

elh

oEsp

elh

o

EE








fotatildeo


excitadohellip



fase





Meio Activo

Esp

elh

o d

e

Tra

nsm

issatilde

o P

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ial

Esp

elh

o d

e A

lta

Re

fle

xatilde

o













Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte


B






Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


Diodos Laser

Laser de Rubi

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Coerente

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Luz Coerente


Luz Colimada


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Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

elh

oEsp

elh

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Meio Activo

Esp

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Tra

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Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte


B






Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


Diodos Laser

Laser de Rubi

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Coerente

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Luz Coerente


Luz Colimada


adjacente




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Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

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oEsp

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o

EE








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excitadohellip



fase





Meio Activo

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nsm

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Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

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Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


Diodos Laser

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Coerente

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Luz Colimada


adjacente




=

=



Absorccedilatildeo



estado excitado

Antes Depois













Esp

elh

oEsp

elh

o

EE








fotatildeo


excitadohellip



fase





Meio Activo

Esp

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o d

e

Tra

nsm

issatilde

o P

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ial

Esp

elh

o d

e A

lta

Re

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xatilde

o













Luz Colimada


Fonte

Aacuterea alvo

A

Fonte


B






Absorccedilatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Espontacircnea

Emissatildeo

Estimulada













Interruptor


Cristal de Rubi





Laser semicondutor


Diodos Laser

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Sistemas de Telecomunicações - Aula 13 - Wi-fi, Li-fi e Laser

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