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Los sistemas modernos de fibra óptica generalmente incluyen: transmisores ópticos para convertir una señal eléctrica en una señal óptica que se envía por la fibra óptica; cables de fibra óptica que contienen múltiples haces de fibras ópticas que se instalan a través de conductos subterráneos y edificios; varios tipos de amplificadores y un receptor óptico para recuperar la señal como una señal eléctrica. La información contenida suele ser comunicación digital generada por computadoras, telefonía digital") y compañías de cable").

Transmissores

Os transmissores ópticos mais comumente usados ​​são dispositivos semicondutores, como diodos emissores de luz (LEDs ou leds, plural) e diodos laser. A diferença entre diodos LED e lasers é que os LEDs produzem luz incoerente, que é dispersa, e os lasers produzem luz coerente e não dispersa. Para uso em comunicações ópticas, os transmissores ópticos semicondutores devem ser projetados para serem compactos, eficientes e confiáveis, enquanto operam em uma faixa de comprimento de onda ideal e modulados diretamente "Modulação (telecomunicações)") em altas frequências.

Na sua forma mais simples, um LED é uma junção semicondutora PN polarizada, emitindo luz através de emissões espontâneas, fenômeno conhecido como eletroluminescência. A luz emitida é incoerente, com uma largura espectral relativamente ampla de 30-60 nm, embora a transmissão da luz LED também seja ineficiente, com apenas 1% da potência de entrada. No entanto, devido ao seu design relativamente simples, os LEDs são muito úteis para aplicações de baixo custo.

Os LEDs de comunicação são produzidos principalmente a partir de GaAsp") ou GaAs. Como os LEDs GaAsp operam em um comprimento de onda mais longo do que os LEDs GaAs (1,3 micrômetros "micrômetro (unidade de comprimento)" versus 0,81-0,87 µm), seu espectro de saída é mais amplo por um fator de cerca de 1,7 vezes. A ampla largura do espectro dos LEDs causa alta dispersão na fibra, o que limita consideravelmente seu produto taxa de bits-distância (medida de utilidade comum). adequado para aplicações de rede local com velocidades de 10 a 100 Mbit/s e distâncias de transmissão de alguns quilômetros. LEDs foram desenvolvidos para usar vários poços quânticos para emitir luz em diferentes comprimentos de onda em um amplo espectro e estão atualmente em uso em redes locais de multiplexação por divisão de comprimento de onda.

Um laser semicondutor transmite luz através de emissão estimulada em vez de emissão espontânea, resultando em alta potência de saída (~100 mW), bem como outros benefícios da luz coerente. A saída do laser é relativamente direcional, permitindo acoplamento de alta eficiência (~50%) em fibras monomodo. A largura espectral estreita permite altas taxas de bits, reduzindo o efeito de dispersão cromática. Lasers semicondutores podem ser modulados diretamente em altas frequências, devido ao curto tempo de recombinação.

Os diodos laser são frequentemente modulados diretamente, que é a saída de luz controlada por uma corrente aplicada diretamente ao dispositivo. Para taxas de dados muito altas ou links de distância muito longa, uma fonte de laser pode ser de onda contínua e a luz modulada por um dispositivo externo, como um modulador de eletroabsorção.

Receptores

O principal componente de um receptor óptico é uma célula fotoelétrica, que converte luz em eletricidade através do efeito fotoelétrico. O fotodetector é geralmente um fotodiodo baseado em semicondutor. Existem vários tipos de fotodiodos, incluindo: fotodiodos PN, fotodiodos PIN e fotodiodos de avalanche. Fotodetectores metal-semicondutor-metal (MSM) também são utilizados devido à sua adequação para a integração de multiplexadores de comprimento de onda e circuitos regeneradores.

Os conversores ópticos elétricos são geralmente o agrupamento de um amplificador de transimpedância") e um amplificador limitante") para produzir um sinal digital no domínio elétrico do sinal óptico de entrada, que pode ser atenuado e distorcido à medida que passa pelo canal. Além do processamento de sinal, como a recuperação de clock de dados (CDR) realizada por um loop de bloqueio de fase, ele também pode ser aplicado antes da transmissão dos dados.

Fibra

Uma fibra óptica consiste em um núcleo, um revestimento e um buffer&action=edit&redlink=1 "Buffer (fibra óptica) (ainda não escrito)") (uma camada protetora externa). O revestimento guia a luz ao longo do núcleo usando o método de reflexão interna total. O núcleo e o revestimento, que possuem índice de refração mais baixo, são geralmente de vidro de sílica, embora também possam ser de plástico. A emenda por fusão (ou emenda mecânica) é realizada ao conectar duas fibras ópticas e requer habilidades especiais e tecnologia de interconexão devido à precisão microscópica necessária para alinhar os núcleos da fibra.

Existem dois tipos de fibra óptica utilizados nas comunicações: fibra óptica multimodo e monomodo. O multimodo tem um núcleo maior (50 ou 62,5 micrômetros), permitindo menos precisão, mas transmissores, receptores e conectores de menor custo. No entanto, a fibra multimodo introduz distorção multimodo, o que muitas vezes limita a largura de banda, e o comprimento do link apresenta maior atenuação. O núcleo de uma fibra monomodo é menor (8-10 mícrons) e requer componentes mais caros e métodos de interconexão mais precisos, mas permite links de maior desempenho, o que aumenta a taxa de transferência e a distância.

Amplificadores

A distância de transmissão de um sistema de comunicação de fibra óptica tem sido tradicionalmente limitada pela atenuação e distorção da fibra. Ao usar repetidores optoeletrônicos, esses problemas foram eliminados. Esses repetidores convertem o sinal óptico em sinal elétrico e, em seguida, usam um transmissor para enviar o sinal de volta com uma intensidade maior do que o sinal atenuado recebido. Devido à alta complexidade da moderna multiplexação de sinais por divisão de comprimento de onda (como o fato de que eles precisam ser instalados a cada poucas dezenas de quilômetros), o custo desses repetidores é alto.

Uma abordagem alternativa é usar um amplificador óptico, que amplifica o sinal óptico diretamente, sem a necessidade de converter o sinal para o domínio eletrônico. Amplificadores de fibra são amplificadores ópticos que utilizam fibra dopada "Doping (semicondutores)"), geralmente com terras raras. Esses amplificadores requerem bombeamento externo com laser de onda contínua em frequência óptica ligeiramente superior àquela que eles amplificam. Normalmente, os comprimentos de onda de bombeamento são 980 nm ou 1480 nm e para obter os melhores resultados de ruído, isso deve ser feito na mesma direção do sinal.[2]​.

Multiplexação de comprimento de onda

A multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) é a prática de multiplicar a capacidade disponível de uma fibra óptica adicionando novos canais, cada canal "Canal (comunicação)") em um novo comprimento de onda de luz. A largura de banda de uma fibra pode ser dividida em 160 canais para suportar uma taxa de bits combinada na faixa de terabits por segundo. Isto requer um multiplexador por divisão de comprimento de onda no equipamento de transmissão e um demultiplexador no equipamento de recepção.

Produto largura de banda-distância

Como o efeito da dispersão aumenta com o comprimento da fibra, um sistema de transmissão de fibra é frequentemente caracterizado pelo produto de sua largura de banda (largura de banda (computação)) e distância, geralmente expressa em MHz·km. Este valor, produto da largura de banda pela distância, deve-se à relação entre a largura de banda do sinal e a distância que ele pode ser transportado.

Através de uma combinação de avanços no gerenciamento de dispersão, multiplexação por divisão de comprimento de onda e amplificadores ópticos, as fibras ópticas podem transportar informações a cerca de 14 terabits por segundo em 160 km de fibra.

Dispersão

Para a fibra óptica de vidro moderna, a distância máxima de transmissão não é limitada pela absorção de materiais diretos, mas por vários tipos de dispersão (dispersão (física)) ou pela propagação de pulsos ópticos à medida que viajam ao longo da fibra. A dispersão das fibras ópticas é causada por vários fatores. Dispersão intermodal, causada pelas diferentes velocidades axiais dos diferentes modos transversais, limitando o desempenho da fibra multimodo. Como a fibra monomodo suporta apenas um modo transversal, a dispersão intermodal é eliminada.

O desempenho da fibra monomodo é limitado principalmente pela dispersão cromática, que ocorre porque o índice do vidro varia ligeiramente dependendo do comprimento de onda da luz. A dispersão do modo de polarização é outra fonte de limitação, porque embora a fibra monomodo possa suportar apenas um modo transversal, ela pode ser transportada para este modo com duas polarizações. Este fenômeno é chamado de birrefringência da fibra e pode ser neutralizado pela polarização e manutenção da fibra.