Mecanismos de atenuação em fibras óticas: absorção e espalhamento

Além da curvatura (tema do último post), a absorção e o espalhamento da luz ao longo da fibra ótica podem causar atenuação. A explicação desses fenômenos chega ao nível atômico dos elementos, uma prova de que as fibras óticas estão acessíveis a todos, mas sua elaboração envolveu e ainda exige muita pesquisa nas áreas de química e física.

Absorção Intrínseca – sílica absorve a luz.

A sílica é o material mais comum utilizado na fabricação de fibras ópticas e, assim como todo material existente, não é totalmente transparente, fazendo com que ocorra uma absorção parcial da luz quando atravessa algum meio. Logo, ocorre uma perda de potência na luz transmitida.

Absorção Extrínseca – evitar o pico de água e outras impurezas.

Como nenhum processo fabril é 100% puro, podem ocorrer absorções de impurezas durante a obtenção da fibra óptica. Esta absorção de impureza é chamada de absorção extrínseca.

Uma absorção extrínseca muito conhecida é da água dissolvida no vidro, chamada de atenuação por pico de água, que acabou definindo as janelas de transmissão nas fibras (850nm, 1310nm e 1550nm), sendo estes os intervalos de frequência onde não ocorre atenuação nas fibras por pico de água.

A perda por absorção total é dada pelo somatório das absorções intrínsecas e extrínsecas.

Espalhamento - a luz escapa do núcleo e vai para casca.

Perda por espalhamento é a dispersão de parte da luz guiada pelos vários modos de propagação em várias direções no interior da fibra. A figura abaixo representa este fenômeno, sendo que as linhas: azul, laranja, rosa e roxo representam os vários modos e direções de propagação da luz no interior das fibras.

Os espalhamentos mais conhecidos são:

Rayleigh: Causado por variações na densidade do material da fibra, provenientes do processo de fabricação. Outros espalhamentos são causados por imperfeições na estrutura cilíndrica da fibra.

Esse é o espalhamento da luz na casca da fibra (parte verde indicada na figura acima).

Raman: Ocorre quando a potência do sinal luminoso irradiado na fibra óptica excita os seus elementos constituintes, fazendo com que comecem a vibrar, alterando o modo de propagação da luz.

Mesmo motivo de o céu ser azul – pois a luz do sol excita as moléculas de nitrogênio da atmosfera, o que emite a cor azul.