Fibra óptica

Uma fibra óptica é uma fina fibra de vidro ou plástico que pode levar luz de uma ponta a outra. O estudo das fibras ópticas é chamado de fibra óptica, que faz parte da ciência e engenharia aplicadas.

As fibras ópticas são usadas principalmente em telecomunicações, mas também são usadas para iluminação, sensores, brinquedos e câmeras especiais para ver dentro de pequenos espaços. Elas são às vezes usadas na medicina para ver dentro das pessoas, como na garganta.

Um feixe de fibras ópticas.
Um feixe de fibras ópticas.

História

A luz guia pela reflexão interna, o princípio que torna a fibra óptica possível, foi demonstrado pela primeira vez por Daniel Colladon e Jacques Babinet em Paris no início da década de 1840. John Tyndall, um físico, incluiu uma demonstração disso em suas palestras públicas em Londres, 12 anos depois.

O princípio foi usado pela primeira vez para exames médicos internos por Heinrich Lamm na década de 1930. As fibras ópticas modernas, onde a fibra de vidro é revestida com um revestimento transparente para oferecer um índice de refração mais adequado, apareceram no final da década.

Em 1965 Charles K. Kao e George A. Hockham da empresa britânica Standard Telephones and Cables (STC) foram os primeiros a mostrar que a perda de intensidade em fibras ópticas poderia ser reduzida, tornando as fibras um meio de comunicação prático. Eles propuseram que os defeitos nas fibras disponíveis na época eram causados por impurezas que poderiam ser removidas. Eles indicaram o material certo para usar para tais fibras, como o vidro de sílica, que tem alta pureza. Esta descoberta valeu a Kao o Prêmio Nobel de Física em 2009.

Daniel Colladon descreveu pela primeira vez esta "fonte de luz" ou "tubo de luz" em um artigo de 1842 intitulado Sobre os reflexos de um raio de luz dentro de um fluxo de líquido parabólico. Esta ilustração em particular vem de um artigo posterior de Colladon, em 1884.
Daniel Colladon descreveu pela primeira vez esta "fonte de luz" ou "tubo de luz" em um artigo de 1842 intitulado Sobre os reflexos de um raio de luz dentro de um fluxo de líquido parabólico. Esta ilustração em particular vem de um artigo posterior de Colladon, em 1884.

Como funciona

Uma fibra ótica é um fio longo e fino de material transparente. Sua forma é geralmente semelhante à de um cilindro. No centro, ela tem um núcleo. Ao redor do núcleo há uma camada chamada de revestimento. O núcleo e o revestimento são feitos de diferentes tipos de vidro ou plástico, de modo que a luz viaja mais lentamente no núcleo do que no revestimento. Se a luz no núcleo atingir a borda do revestimento em um ângulo raso, ela ricocheteia. A luz pode viajar dentro do núcleo e saltar para fora do revestimento. Nenhuma luz escapa até chegar ao final da fibra, a menos que a fibra seja dobrada bruscamente ou esticada.

Se o revestimento da fibra for riscado, ela pode quebrar. Um revestimento plástico chamado de tampão cobre o revestimento para protegê-lo. Muitas vezes, a fibra tamponada é colocada dentro de uma camada ainda mais resistente, chamada de jaqueta. Isto facilita o uso da fibra sem quebrá-la.

As camadas em um tipo de fibra ótica. 1.- Núcleo 8 µm2 .- Revestimento 125 µm3 .- Tampa 250 µm4 .- Camisa 400 µm
As camadas em um tipo de fibra ótica. 1.- Núcleo 8 µm2 .- Revestimento 125 µm3 .- Tampa 250 µm4 .- Camisa 400 µm

Utilizações

Comunicação por fibra ótica

O principal uso da fibra ótica é na comunicação (telecomunicação). A comunicação por fibra ótica transmite informações de um lugar para outro enviando pulsos de luz através de uma fibra ótica. A luz forma uma onda portadora eletromagnética que é modulada para transportar informações. Desenvolvidos pela primeira vez nos anos 70, os sistemas de comunicação por fibra ótica revolucionaram a indústria de telecomunicações e ajudaram com o advento da Era da Informação.

Os primeiros sistemas tinham curto alcance, mas os posteriores utilizavam fibras mais transparentes. Como a luz não vaza para fora da fibra, a luz pode percorrer uma longa distância antes que o sinal fique muito fraco. Isto é usado para enviar sinais telefônicos e de internet dentro e entre cidades. Devido a suas vantagens sobre a transmissão elétrica, as fibras ópticas substituíram em grande parte as comunicações por fio de cobre em redes centrais no mundo desenvolvido.

A maioria dos sistemas de comunicação óptica tem conexões elétricas. Um sinal elétrico controla um transmissor. O transmissor converte o sinal elétrico em um sinal de luz e o envia através da fibra para o receptor. O receptor converte o sinal de luz de volta para um sinal elétrico.

A fibra é às vezes usada também para ligações mais curtas, como para transportar os sinais sonoros entre um leitor de disco compacto e um receptor estéreo. As fibras usadas para estes elos curtos são muitas vezes feitas de plástico, que é menos transparente. TOSLINK é o tipo mais comum de plugue óptico para aparelhos estéreos.

Outros usos

Fibras ópticas podem ser usadas como sensores. Fibras especiais são usadas para isso, que mudam a forma como passam a luz quando há uma mudança em torno da fibra. Sensores como este podem ser usados para detectar mudanças na temperatura, pressão e outras coisas. Estes sensores são úteis porque são pequenos e não precisam de nenhuma eletricidade no local onde a detecção acontece.

Essas fibras também são usadas para transportar luz para que os humanos possam ver. Isto às vezes é usado para decoração, como árvores de Natal com fibras óticas. Às vezes é usada para iluminação, quando é conveniente ter a lâmpada em outro lugar que não seja onde a luz precisa estar. Isto às vezes é usado em letreiros e arte para efeitos especiais.

Um feixe de fibras pode ser usado para fazer um dispositivo chamado endoscópio ou um fibroscópio. Esta é uma sonda longa e fina que pode ser colocada em um pequeno orifício, que enviará uma imagem do que está dentro através da fibra para uma câmera. Os endoscópios são usados por médicos para ver dentro do corpo humano, e às vezes são usados por engenheiros para ver dentro de espaços apertados em máquinas.

Fibras ópticas (com adição de produtos químicos especiais) podem ser usadas como amplificadores ópticos. Isto permite que um sinal óptico viaje mais longe entre os pontos finais, e sem converter o sinal óptico em elétrico e de volta, reduzindo o custo total dos componentes. Estes amplificadores ópticos também podem ser usados para criar lasers. Estes são chamados de lasers de fibra. Eles podem ser muito potentes, porque a fibra longa e fina é fácil de manter fria e faz um feixe de luz de boa qualidade.

Um plug TOSLINK
Um plug TOSLINK

Uma árvore de Natal com luzes normais e de fibra ótica
Uma árvore de Natal com luzes normais e de fibra ótica

O interior de um relógio, visto através de um fibroscópio.
O interior de um relógio, visto através de um fibroscópio.


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