Você já assistiu TV a cabo? Pode satisfazer as necessidades dos utilizadores em termos de serviços multimédia, como televisão de alta definição, vídeo a pedido e acesso à Internet, mas sabe como é transmitida a informação na televisão? Isso é feito através de uma rede de linhas subterrâneas ou submarinas, ou seja, fibra óptica. A maior parte da informação no mundo hoje é transmitida através de fibra óptica. A fibra óptica também é usada em dispositivos médicos. Vamos aprender como funciona a fibra óptica e como ela mudou o mundo que nos rodeia. Os cabos ópticos são compostos de milhares de fibras ópticas, e cada fibra tem aproximadamente a espessura de um fio de cabelo humano. Os cabos ópticos transportam informações na forma de luz.
A velocidade de propagação da luz entre diferentes meios é diferente. Esta mudança na velocidade é expressa pelo índice de refração. A mudança na velocidade da luz leva a um fenômeno interessante - a refração. Para entender a refração, podemos imaginar um experimento interessante. Suponha que a luz passe por um prisma. Você pode ver que a luz se curva na superfície do prisma em vez de seguir em linha reta. Este fenômeno é chamado de refração. A refração ocorre quando a luz passa por meios com diferentes índices de refração. Quando a luz passa de um meio de alto índice de refração para um meio de baixo índice de refração, ela será curvada em direção à superfície. A refração fará com que o lápis colocado no copo d’água pareça torto.
A fibra óptica utiliza efetivamente o princípio da refração. Agora, vamos deduzir ainda mais esse experimento com prisma. Suponha que usemos alguns aditivos para aumentar continuamente o índice de refração do vidro. Quando aumentamos o índice de refração, a luz ficará cada vez mais próxima da superfície do vidro. Depois de um tempo, você descobrirá que a luz se propaga ao longo da superfície do vidro. Se continuarmos a aumentar o índice de refração, a luz retornará repentinamente para o interior do meio original e formará uma reflexão pura, chamada reflexão total. Podemos conseguir a reflexão total alterando a reflexão do ângulo de incidência sem ter que aumentar o índice de refração. Este ângulo específico é chamado de ângulo crítico e a luz retornará ao meio original. Este fenômeno de reflexão total é aplicado à transmissão de luz por fibra óptica.
Agora vamos voltar ao tópico original. Como as fibras ópticas transmitem informações como chamadas telefônicas ou Internet? Qualquer informação pode ser representada por uma sequência de {{0}}s e 1s. Suponha que você queira enviar uma mensagem de texto OLÁ do seu celular. Primeiro, esta palavra será convertida em uma sequência binária. Após a conversão, seu celular transmitirá essa sequência binária como ondas eletromagnéticas. Vamos simplesmente supor que 1 seja representado por ondas de alta frequência e 0 seja representado por ondas de baixa frequência. A torre da estação base local receberá essas ondas eletromagnéticas. Na torre da estação base, as ondas eletromagnéticas de alta frequência gerarão um pulso de luz, caso contrário não haverá pulso de luz. Agora, esses pulsos de luz podem ser facilmente transmitidos através de fibras ópticas. Os pulsos de luz que transportam informações chegarão ao seu destino através de uma complexa rede de fibra óptica. Portanto, muitos cabos ópticos são implantados na superfície da Terra. Esses cabos ópticos estão localizados no solo e no fundo do mar. Esses cabos ópticos são mantidos principalmente por operadoras móveis e outras organizações.
Abaixo está um diagrama em seção transversal de um cabo óptico submarino. Você pode ver que apenas uma pequena parte é usada para colocar a fibra óptica, e o restante é usado para proteger e melhorar a estrutura mecânica. Então, como o amplificador obtém energia no fundo do mar? Como existe uma fina casca de cobre no meio do cabo óptico, a energia é fornecida ao amplificador ao longo do cabo óptico, ou seja, se um local não passar pelo cabo óptico, esse local se tornará uma ilha para telefone e Internet. Se compararmos a fibra óptica com os tradicionais fios de cobre, a fibra óptica apresenta vantagens em todos os aspectos. A fibra óptica pode fornecer maior largura de banda e a velocidade de transmissão é muito mais rápida que o cabo de cobre. A corrente no cabo de cobre irá gerar um campo eletromagnético, podendo até causar interferência eletromagnética fora do fio, enquanto a luz na fibra óptica estará sempre protegida dentro da fibra óptica, para que não haja interferência de sinais externos; outra característica do cabo óptico é que é improvável que a luz que entra pela parede lateral continue a se propagar ao longo da fibra óptica, portanto, a fibra óptica tem maior segurança de dados.
A fibra óptica é amplamente utilizada na rede de comunicação global, redes públicas de telecomunicações de vários países e outros campos. Mas qual é a base que garante a alta velocidade e confiabilidade da fibra óptica? A resposta é laser. O laser é uma fonte de luz que produz um feixe de luz coerente, monocromático e altamente focado. Ele pode converter energia elétrica em energia luminosa e produzir um feixe de luz com comprimento de onda e direção específicos. Em sistemas de comunicação por fibra óptica, os lasers são geralmente usados para converter informações em sinais ópticos e transmiti-los ao local alvo através da fibra óptica. Esses sinais ópticos são modulados e codificados, transmitidos ao local alvo através de fibra óptica e então demodulados e decodificados. Na comunicação por fibra óptica, o tipo de laser mais comum e amplamente utilizado é o laser semicondutor.
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