O que é Fibra com Índice Gradual?

Definição de Fibra com Índice em Degrau

Definição: Uma fibra com índice em degrau é um tipo de fibra óptica classificada com base em sua distribuição do índice de refração. Como guia de onda óptico, possui um índice de refração constante no núcleo e outro índice de refração constante na cladding. Notavelmente, o índice de refração do núcleo é ligeiramente maior que o da cladding, com uma mudança súbita ocorrendo na interface núcleo-cladding—daí o termo "índice em degrau."

O perfil de índice de refração de uma fibra com índice em degrau é ilustrado na figura abaixo:

Propagação em Fibras com Índice em Degrau

Quando um raio de luz se propaga através de uma fibra óptica com índice em degrau, segue um caminho em zigue-zague composto por linhas retas, fenômeno possibilitado pela reflexão interna total na interface núcleo-cladding.

Matematicamente, o perfil de índice de refração de uma fibra com índice em degrau é expresso como:

a é o raio do núcleo; r é a distância radial

Modos de Fibra com Índice em Degrau

Fibra Monomodo com Índice em Degrau

Em uma fibra monomodo com índice em degrau, o diâmetro do núcleo é tão extremamente pequeno que permite apenas um modo de propagação, significando que apenas um único raio de luz viaja através da fibra. Essa característica única elimina a distorção causada por diferenças de atraso entre múltiplos raios.

A propagação de um raio de luz através de uma fibra óptica monomodo com índice em degrau é ilustrada na figura abaixo:

Características da Fibra Monomodo com Índice em Degrau

O diâmetro do núcleo aqui é notavelmente estreito, permitindo que apenas um modo de propagação viaje através da fibra. Tipicamente, o tamanho do núcleo varia de 2 a 15 micrômetros.

Fibra Multimodo com Índice em Degrau

Em fibras multimodo com índice em degrau, o diâmetro do núcleo é suficientemente grande para permitir múltiplos modos de propagação, significando que vários raios de luz podem viajar simultaneamente através da fibra. No entanto, esta propagação simultânea de múltiplos raios causa distorção devido às diferenças em seus atrasos de propagação.

A propagação de raios de luz através de uma fibra óptica multimodo com índice em degrau é mostrada na figura abaixo:

Características do Núcleo da Fibra Multimodo

A figura acima ilustra claramente que o diâmetro do núcleo é suficientemente grande para permitir múltiplos caminhos de propagação. Tipicamente, o tamanho do núcleo varia de 50 a 1000 micrômetros.

Variação do Índice de Refração em Fibras com Índice em Degrau

Deve-se notar que o perfil de índice de refração das fibras com índice em degrau é caracterizado por:

Fonte de Luz e Características das Fibras com Índice em Degrau

Os diodos emissores de luz (LEDs) são as principais fontes de luz utilizadas nessas fibras.

Vantagens das Fibras com Índice em Degrau

• Processo de fabricação simples

• Produção custo-efetiva

• Propagação via reflexão interna total

Desvantagens das Fibras com Índice em Degrau

• A propagação monomodo limita a capacidade de transmissão de informações devido à restrição de transmissão de apenas um raio de luz de cada vez.

• Dificuldades na acoplamento de luz causadas pelo pequeno diâmetro do núcleo.

Aplicações das Fibras com Índice em Degrau

As fibras com índice em degrau são principalmente aplicadas em conexões de redes locais (LAN). Isso ocorre porque sua capacidade de transmissão de informações é menor que a das fibras com índice graduado.