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Meio século da invenção do laser - fibra óptica
Terceira Parte Telecomunicações
Alguém vai recordar que, no passado, para realizar uma
simples ligação telefônica internacional precisava marcar hora na telefônica
local. Outros lembrarão das transmissões das Copas de 58 na Suécia e 62 no Chile, as dificuldades que era para as emissoras
de rádio transmitirem os jogos. Naquele tempo, algumas
chegavam a alugar rádios de ondas curtas para transmitir determinado trecho ou
entre um determinado local até que fosse possível seguir via telefônia. Ora
isso, acabava impedindo o retorno para que o locutor no local escutasse seus
estúdios e vice versa. Alguns transmitiam e narravam sem saber se estavam
sendo escutados aqui. Algo inimaginável nos dias de hoje da TV digital , da
internet e da telefonia celular.
Para ser um comparativo e avaliar melhor o salto tecnológico precisamos conhecer o inico histórico da telefonia e seus cabos submarinos interligando continentes.
O primeiro cabo submarino para telefonia, ligando a Europa
ao Brasil foi uma obra do Barão de Mauá.
Resultado do espírito empreendedor de Irineu Evangelista de Souza, Barão e
depois Visconde de Mauá, que participou da organização e financiamento da
instalação do cabo submarino.
Em
1893 a
companhia inglesa South American Cables Ltd instalou um cabo submarino em
Fernando de Noronha. Posteriormente, em 1914, a concessão deste cabo foi transferida
para a França. Um segundo cabo submarino em Fernando de Noronha foi lançado
pelos italianos da Italcable em 1925.
A evolução veio com o surgimento dos rádios micro-ondas ,
transmissões via satélite e finalmente as Fibras ópticas que é o que mostra o tópico.
Os cabos de fibra ótica são a espinha dorsal da
Internet e da telefonia atualmente.
Mais de 95% do trafego mundial de dados passa por fibras óticas e menos de 5% por satélites
Em meados 1840 em Paris, Daniel Colladon and Jacques Babinet demonstraram o fenômeno da reflexão total da luz, principio básico de uma fibra ótica.
Em 1952, no Imperial College of Science and Technology de Londres, o fisico indiano Narinder Singh Kapany inventou a fibra ótica, baseado em estudos do físico inglês John Tyndall.
As primeiras fibras óticas foram usadas para endoscopia digestiva e não serviam para telecomunicações.
Para tornar a fibra ótica viável para telecomunicações, ela teria que ser fabricada de um vidro muito mais puro do que os usados em janelas e óculos, pois quanto mais impurezas, mais fraco o Laser a medida que for se propagando.
Para se ter uma idéia, se a água dos oceanos tivesse a mesmo grau de pureza do vidro de uma moderna fibra ótica, seria possível ver da superfície com clareza os restos do Titanic.
Em 1965, os engenheiros Charles K. Kao e George A. Hockham da empresa britânica Standard Telephones e Cabos (STC) demonstraram que impurezas no vidro causavam a perda (atenuação) de 1000 dB/km na fibra ótica, contra10 a
50 dB/km de um cabo coaxial, tornando-a inviável para comunicações. Também
demonstraram que essas impurezas poderiam ser removidas.
Em 1970, os pesquisadores Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz, and Frank Zimar do fabricante de vidros americano Corning Glass Works conseguiram produzir fibras óticas com a pureza necessária (menos 20 dB/km) para seres usadaem comunicações. Alguns
anos depois Corning Glass Works estava fabricando fibras óticas com menos 4
dB/km.
Em 1988, entrou em operação o primeiro cabo transoceânico (Atlântico) de fibra ótica, construído pela AT&T , France Telecom e British Telecom com capacidade para 40 mil ligações telefônicas simultâneas.
Fibras óticas são usadas para “inspecionar” o corpo humano (endoscopia), e também na inspeção de maquinas, como motores a jato.
Varias fibras óticas podem operar próximas em um cabo sem haver interferência entre elas e alem disso elas não sofrem interferência eletromagnética.
Fibras óticas são mais finas do que um fio de cobre, consomem menos energia e possuem maior capacidade de transmissão de informação.
Os Lasers são usados nas fibras óticas para comunicação de grande distancia, devido a sua grande potência.
• fibras óticas monomodo (diâmetro do núcleo de 9 ¼m) usam Lasers semicondutores (diodo) [1300 a 1550 nm e 0,5 dB/km] e são usadas para longas distancias (maior largura de banda)
• fibras óticas multímodo (diâmetro do núcleo de 65 ¼m) usam LEDs [850 a 1300 nm e1.5 a 3.75 dB/km] e são usadas para curtas
distancias (menor largura de banda)
Existem vários processos de fabricação das fibras óticas, que são bastante complexos
Experimento com Laser e cilindro de acrílico demonstra o principio da reflexão total da Luz (Lei de Snell)
Mais de 95% do trafego mundial de dados passa por fibras óticas e menos de 5% por satélites
Em meados 1840 em Paris, Daniel Colladon and Jacques Babinet demonstraram o fenômeno da reflexão total da luz, principio básico de uma fibra ótica.
Em 1952, no Imperial College of Science and Technology de Londres, o fisico indiano Narinder Singh Kapany inventou a fibra ótica, baseado em estudos do físico inglês John Tyndall.
As primeiras fibras óticas foram usadas para endoscopia digestiva e não serviam para telecomunicações.
Para tornar a fibra ótica viável para telecomunicações, ela teria que ser fabricada de um vidro muito mais puro do que os usados em janelas e óculos, pois quanto mais impurezas, mais fraco o Laser a medida que for se propagando.
Para se ter uma idéia, se a água dos oceanos tivesse a mesmo grau de pureza do vidro de uma moderna fibra ótica, seria possível ver da superfície com clareza os restos do Titanic.
Em 1965, os engenheiros Charles K. Kao e George A. Hockham da empresa britânica Standard Telephones e Cabos (STC) demonstraram que impurezas no vidro causavam a perda (atenuação) de 1000 dB/km na fibra ótica, contra
Em 1970, os pesquisadores Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz, and Frank Zimar do fabricante de vidros americano Corning Glass Works conseguiram produzir fibras óticas com a pureza necessária (menos 20 dB/km) para seres usada
Em 1988, entrou em operação o primeiro cabo transoceânico (Atlântico) de fibra ótica, construído pela AT&T , France Telecom e British Telecom com capacidade para 40 mil ligações telefônicas simultâneas.
Fibras óticas são usadas para “inspecionar” o corpo humano (endoscopia), e também na inspeção de maquinas, como motores a jato.
Varias fibras óticas podem operar próximas em um cabo sem haver interferência entre elas e alem disso elas não sofrem interferência eletromagnética.
Fibras óticas são mais finas do que um fio de cobre, consomem menos energia e possuem maior capacidade de transmissão de informação.
Os Lasers são usados nas fibras óticas para comunicação de grande distancia, devido a sua grande potência.
• fibras óticas monomodo (diâmetro do núcleo de 9 ¼m) usam Lasers semicondutores (diodo) [1300 a 1550 nm e 0,5 dB/km] e são usadas para longas distancias (maior largura de banda)
• fibras óticas multímodo (diâmetro do núcleo de 65 ¼m) usam LEDs [850 a 1300 nm e
Existem vários processos de fabricação das fibras óticas, que são bastante complexos
Experimento com Laser e cilindro de acrílico demonstra o principio da reflexão total da Luz (Lei de Snell)
A parte interna (núcleo) das fibras óticas tem um índice de refração maior que a parte externa (casca) e ao incindir em um ângulo pequeno, a luz sofre reflexão total.
Cabo de fibra ótica terrestre
A fibra ótica é feita de um vidro muito puro, com baixa atenuação do sinal, mas a cada 100 km o Laser acaba ficando “fraco” e é necessário a instalação de repetidores, que são amplificadores óticos (amplificadores de fibra dopada com érbio - EDFA).
Os amplificadores óticos foram inventados na universidade de Stanford, na Califórnia e depois aperfeiçoados pelo Bell Labs.
Alguns navios são especializados em lançar cabos de fibra-ótica submarinos
Mapa com a rede mundial de cabos de fibra-ótica submarinos
Telecom Maps
Seguindo a evolução , este processo passou a ser utilizada em
equipamentos nas diversas áreas do conhecimento. Mas o grande salto foi mesmo
nas telecomunicações e redes de informática como por exemplo;
Consórcio apoiado pelo Google inicia instalação de
fibra óptica submarina dos Estados Unidos ao Japão (10 mil km) de 4,8 Tbps ao
custo de US$ 300 milhões
24 de junho de 2008
Tóquio - Cabo submarino Unity terá capacidade de 4,8 Tbps e inaugura participação do gigante de buscas, junto a operadoras, no setor infra-estrutura.
As empresas NEC e Tyco começaram a planejar juntas nesta terça-feira (24/06) o cabo submarino Unity, link de fibra óptica entre os Estados Unidos e o Japão apoiado pelo Google e por cinco operadoras de telefonia.
O cabo de 300 milhões de dólares terá inicialmente cinco pares de fibras - cabos duplos de fibra óptica, onde um é usado para serviços e outro para backup - mas será expandido para oito pares. Cada par é capaz de carregar 960 Gbps de dados dando ao sistema capacidade total de 4,8 Tbps.
Para comparar a capacidade e o impacto do Unity no setor de cabos submarinos, a TeleGeography afirmou que no final de2007 a capacidade em uso dos
cabos parou em 3,3 Tbps totais. Diversos cabos estão sendo atualizados para
atender a demanda crescente e dois novos cabos, Trans-Pacific Express e Asia
America Gateway, deverão estar online até o final do ano, totalizando
capacidade de 7,2 Tbps.
O cabo está programado para começar a ser usado no primeiro trimestre de 2010, quando o Unity deverá representar, sozinho, cerca de 20% da capacidade disponível em transmissões pelo Oceano Pacífico.
Além do Google, os outros parceiros da implementação são as operadoras Bharti Airtel, da Índia; Global Transit, da Malásia; KDDI, do Japão e Pacnet e SingTel, de Cingapura.
A participação do Google no consórcio ganhou destaque quando foi anunciada em fevereiro, já que, normalmente, apenas operadoras estão envolvidas em projetos do tipo.
O Google anunciou, no final da semana passada, a conclusão do Unity, um novo sistema de cabos de fibra óptica submarinos que interliga os Estados Unidos e o Japão.
Anunciado oficialmente em fevereiro de2008, a nova
infra-estrutura Trans-Pacific possui 9.620 quilômetros
de cabos e custou aproximadamente US$ 300 milhões. O Unity foi projetado para
fornecer uma largura de banda de até 4,8 Terabits por segundo (Tbps), com uma
capacidade de até 960 Gigabits por segundo (Gbps) para cada par de fibra
óptica.
O consórcio Unity é um esforço em conjunto da Bharti Airtel, Global Transit, Google, KDDI Corporation, Pacnet e SingTel. O nome Unity foi escolhido para significar um novo tipo de consórcio, nascido entre sistemas potencialmente concorrentes, a emergir como um sistema dentro de um sistema, oferecendo propriedade e gestão individual de cada fibra pares.
"Após meses de testes para garantir que o sistema de cabo atende aos rigorosos padrões de transmissão especificados, o Unity está pronto para entregar a tão esperada capacidade de conectividade Trans-Pacific para atender as necessidades dos membros do consórcio", disse Chris Wilson, Presidente da Comissão Executiva do Unity.
O novo sistema conecta Chikura, no Japão, à Los Angeles, Palo Alto e San Jose, na costa oeste americana. Em Chikura, o Unity é interligado a outros sistemas de cabos, aumentando ainda mais a conectividade com a Ásia.
Tóquio - Cabo submarino Unity terá capacidade de 4,8 Tbps e inaugura participação do gigante de buscas, junto a operadoras, no setor infra-estrutura.
As empresas NEC e Tyco começaram a planejar juntas nesta terça-feira (24/06) o cabo submarino Unity, link de fibra óptica entre os Estados Unidos e o Japão apoiado pelo Google e por cinco operadoras de telefonia.
O cabo de 300 milhões de dólares terá inicialmente cinco pares de fibras - cabos duplos de fibra óptica, onde um é usado para serviços e outro para backup - mas será expandido para oito pares. Cada par é capaz de carregar 960 Gbps de dados dando ao sistema capacidade total de 4,8 Tbps.
Para comparar a capacidade e o impacto do Unity no setor de cabos submarinos, a TeleGeography afirmou que no final de
O cabo está programado para começar a ser usado no primeiro trimestre de 2010, quando o Unity deverá representar, sozinho, cerca de 20% da capacidade disponível em transmissões pelo Oceano Pacífico.
Além do Google, os outros parceiros da implementação são as operadoras Bharti Airtel, da Índia; Global Transit, da Malásia; KDDI, do Japão e Pacnet e SingTel, de Cingapura.
A participação do Google no consórcio ganhou destaque quando foi anunciada em fevereiro, já que, normalmente, apenas operadoras estão envolvidas em projetos do tipo.
O Google anunciou, no final da semana passada, a conclusão do Unity, um novo sistema de cabos de fibra óptica submarinos que interliga os Estados Unidos e o Japão.
Anunciado oficialmente em fevereiro de
O consórcio Unity é um esforço em conjunto da Bharti Airtel, Global Transit, Google, KDDI Corporation, Pacnet e SingTel. O nome Unity foi escolhido para significar um novo tipo de consórcio, nascido entre sistemas potencialmente concorrentes, a emergir como um sistema dentro de um sistema, oferecendo propriedade e gestão individual de cada fibra pares.
"Após meses de testes para garantir que o sistema de cabo atende aos rigorosos padrões de transmissão especificados, o Unity está pronto para entregar a tão esperada capacidade de conectividade Trans-Pacific para atender as necessidades dos membros do consórcio", disse Chris Wilson, Presidente da Comissão Executiva do Unity.
O novo sistema conecta Chikura, no Japão, à Los Angeles, Palo Alto e San Jose, na costa oeste americana. Em Chikura, o Unity é interligado a outros sistemas de cabos, aumentando ainda mais a conectividade com a Ásia.
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Alcatel-Lucent bate recorde de transmissão:
15,5 Terabits por segundo para uma distancia de 7000 km .
Alta velocidade de transmissão de informoções equivale a 400 DVDs por segundo.
A Alcatel-Lucent anunciou que os cientistas do Bell Labs, setor de pesquisa da empresa, estabeleceram um novo recorde de transmissão óptica.
Segundo informação da empresa, esse experimento de transmissão envolveu o envio do equivalente a 400 DVDs por segundo sobre7.000
quilômetros (aproximadamente a distância entre Paris e
Chicago). Trata-se da mais alta capacidade já atingida sobre uma distância
transoceânica, e excede em dez vezes a distância dos atuais cabos submarinos
comerciais. As transmissões foram feitas sobre uma rede na qual havia um espaço
de 90 quilômetros
entre os repetidores (dispositivos usados para sustentar sinais ópticos em
longas distâncias). Esta distância é 20% maior do que aquela usualmente mantida
nessas redes.
Para atingir os resultados, os pesquisadores do Bell Labs usaram novas técnicas de detecção e aproveitaram um conjunto diverso de tecnologias em modulação, transmissão e processamento de sinais.
Os pesquisadores também fizeram uso de processadores de sinais digitais com detecção coerente, uma nova tecnologia que possibilita adquirir detalhes para um número de propriedades de luz acima do que o método de detecção direta, que é normalmente aplicado nos sistemas de hoje. Com esta técnica, foi possível aumentar a capacidade e o número de fontes de luz introduzidas em uma única fibra, além da possibilidade de separação da luz em suas cores constituintes, assim que elas atingem seus destinos.
Para fazer isto, os cientistas do Bell Labs utilizaram cerca de 155 lasers, cada um deles operando numa frequência diferente e carregando cerca de 100 gigabits de dados por segundo. Multiplicando o número de lasers pela transmissão de dados, e temos um incrível número de 15.5 terabits por segundo, numa distância de7000 quilômetros .
Para a empresa, este recorde de transmissão está relacionado a uma série de investimentos de redes ópticas do Bell Labs. Outros projetos para o setor de otimização de transferência de dados realizados pela segmentação da Alcatel foi a introdução de fibra de dispersão não zero, experimentos na área de Ethernet 100 Gigabits e o Differential Phase-Shift Keying (DPSK) a 40 Gigabits por segundo.
Alta velocidade de transmissão de informoções equivale a 400 DVDs por segundo.
A Alcatel-Lucent anunciou que os cientistas do Bell Labs, setor de pesquisa da empresa, estabeleceram um novo recorde de transmissão óptica.
Segundo informação da empresa, esse experimento de transmissão envolveu o envio do equivalente a 400 DVDs por segundo sobre
Para atingir os resultados, os pesquisadores do Bell Labs usaram novas técnicas de detecção e aproveitaram um conjunto diverso de tecnologias em modulação, transmissão e processamento de sinais.
Os pesquisadores também fizeram uso de processadores de sinais digitais com detecção coerente, uma nova tecnologia que possibilita adquirir detalhes para um número de propriedades de luz acima do que o método de detecção direta, que é normalmente aplicado nos sistemas de hoje. Com esta técnica, foi possível aumentar a capacidade e o número de fontes de luz introduzidas em uma única fibra, além da possibilidade de separação da luz em suas cores constituintes, assim que elas atingem seus destinos.
Para fazer isto, os cientistas do Bell Labs utilizaram cerca de 155 lasers, cada um deles operando numa frequência diferente e carregando cerca de 100 gigabits de dados por segundo. Multiplicando o número de lasers pela transmissão de dados, e temos um incrível número de 15.5 terabits por segundo, numa distância de
Para a empresa, este recorde de transmissão está relacionado a uma série de investimentos de redes ópticas do Bell Labs. Outros projetos para o setor de otimização de transferência de dados realizados pela segmentação da Alcatel foi a introdução de fibra de dispersão não zero, experimentos na área de Ethernet 100 Gigabits e o Differential Phase-Shift Keying (DPSK) a 40 Gigabits por segundo.
Evolução
Tecnológica e pesquisa;
Criada fibra óptica com cristal semicondutor
Um grupo de cientistas dos Estados Unidos anunciou o desenvolvimento de uma nova classe de fibra óptica.
Trata-se da primeira fibra com o interior feito com seleneto de zinco, um composto amarelo claro com propriedades semicondutoras.
A nova classe de fibra óptica que permite, segundo os autores, a manipulação mais eficiente da luz e poderá ser usada no desenvolvimento de tecnologias de laser mais versáteis para uso em medicina ou como sensores ambientais e químicos.
Núcleo semicondutor
John Badding, da Universidade da Pensilvânia, coordenador da pesquisa, explicou que a tecnologia de fibra óptica tem sido limitada pela utilização de um núcleo vítreo.
"O vidro tem um arranjo desordenado de átomos. Já uma substância cristalina, como o seleneto de zinco, é altamente ordenada. Essa ordem permite a transmissão de luz com comprimentos de onda mais longos, especificamente na região do infravermelho médio," disse ele.
Ao contrário de vidro de sílica, que é tradicionalmente utilizado na construção de fibras ópticas, o seleneto de zinco é um composto semicondutor.
Sabemos há muito tempo que o seleneto de zinco é um composto útil, capaz de manipular a luz de uma forma que a sílica não consegue,", disse Badding. "O desafio era colocar este composto em uma estrutura de fibra, algo que nunca havia sido feito antes."
Usando uma técnica de deposição química sob alta pressão, desenvolvida por Justin Sparks, coautor da pesquisa, os cientistas depositaram núcleos de seleneto de zinco no interior de capilaridades do vidro, criando esta nova classe de fibras ópticas.
Laser infravermelho
A nova fibra óptica demonstrou duas vantagens importantes.
Primeiramente, os pesquisadores descobriram que a nova fibra é mais versátil não apenas no espectro visível, mas também no infravermelho - a radiação eletromagnética com comprimentos de onda acima da luz visível.
A tecnologia atual de fibras ópticas é ineficiente na transmissão da luz infravermelha.
A quebra dessa barreira abre caminho para o uso das fibras ópticas na construção de lasers infravermelhos, potencialmente encontrando usos na área médica, em cirurgias, por exemplo.
Em segundo lugar, ela é mais eficiente na conversão de luz de uma cor para outra.
"Quando as fibras ópticas tradicionais são usadas em sinalização, exposições e em arte, nem sempre é possível obter as cores que você quer. O seleneto de zinco, por meio de um processo chamado de conversão de frequência não linear, tem maior capacidade de alterar as cores", disse Badding.
Detecção de poluentes
Os pesquisadores destacam ainda que a tecnologia poderá se mostrar útil na fabricação de novos detectores de poluentes e de toxinas.
"Moléculas diferentes absorvem luz de diferentes comprimentos de onda. Por exemplo, a água absorve, ou pára, a luz com comprimento de onda de 2,6 micrômetros," disse Badding.
"Mas as moléculas de certos poluentes ou outras substâncias tóxicas podem absorver a luz de comprimentos de onda muito maiores. Se pudermos transportar luz de comprimentos de onda mais longos através da atmosfera, poderemos ver quais substâncias estão lá com muito mais clareza," concluiu.
Badding foi um dos líderes da pesquisa que resultou na construção de componentes eletrônicos no interior de uma fibra óptica.
Criada fibra ptica com cristal semicondutor
Um grupo de cientistas dos Estados Unidos anunciou o desenvolvimento de uma nova classe de fibra óptica.
Trata-se da primeira fibra com o interior feito com seleneto de zinco, um composto amarelo claro com propriedades semicondutoras.
A nova classe de fibra óptica que permite, segundo os autores, a manipulação mais eficiente da luz e poderá ser usada no desenvolvimento de tecnologias de laser mais versáteis para uso em medicina ou como sensores ambientais e químicos.
Núcleo semicondutor
John Badding, da Universidade da Pensilvânia, coordenador da pesquisa, explicou que a tecnologia de fibra óptica tem sido limitada pela utilização de um núcleo vítreo.
"O vidro tem um arranjo desordenado de átomos. Já uma substância cristalina, como o seleneto de zinco, é altamente ordenada. Essa ordem permite a transmissão de luz com comprimentos de onda mais longos, especificamente na região do infravermelho médio," disse ele.
Ao contrário de vidro de sílica, que é tradicionalmente utilizado na construção de fibras ópticas, o seleneto de zinco é um composto semicondutor.
Sabemos há muito tempo que o seleneto de zinco é um composto útil, capaz de manipular a luz de uma forma que a sílica não consegue,", disse Badding. "O desafio era colocar este composto em uma estrutura de fibra, algo que nunca havia sido feito antes."
Usando uma técnica de deposição química sob alta pressão, desenvolvida por Justin Sparks, coautor da pesquisa, os cientistas depositaram núcleos de seleneto de zinco no interior de capilaridades do vidro, criando esta nova classe de fibras ópticas.
Laser infravermelho
A nova fibra óptica demonstrou duas vantagens importantes.
Primeiramente, os pesquisadores descobriram que a nova fibra é mais versátil não apenas no espectro visível, mas também no infravermelho - a radiação eletromagnética com comprimentos de onda acima da luz visível.
A tecnologia atual de fibras ópticas é ineficiente na transmissão da luz infravermelha.
A quebra dessa barreira abre caminho para o uso das fibras ópticas na construção de lasers infravermelhos, potencialmente encontrando usos na área médica, em cirurgias, por exemplo.
Em segundo lugar, ela é mais eficiente na conversão de luz de uma cor para outra.
"Quando as fibras ópticas tradicionais são usadas em sinalização, exposições e em arte, nem sempre é possível obter as cores que você quer. O seleneto de zinco, por meio de um processo chamado de conversão de frequência não linear, tem maior capacidade de alterar as cores", disse Badding.
Detecção de poluentes
Os pesquisadores destacam ainda que a tecnologia poderá se mostrar útil na fabricação de novos detectores de poluentes e de toxinas.
"Moléculas diferentes absorvem luz de diferentes comprimentos de onda. Por exemplo, a água absorve, ou pára, a luz com comprimento de onda de 2,6 micrômetros," disse Badding.
"Mas as moléculas de certos poluentes ou outras substâncias tóxicas podem absorver a luz de comprimentos de onda muito maiores. Se pudermos transportar luz de comprimentos de onda mais longos através da atmosfera, poderemos ver quais substâncias estão lá com muito mais clareza," concluiu.
Badding foi um dos líderes da pesquisa que resultou na construção de componentes eletrônicos no interior de uma fibra óptica.
Criada fibra ptica com cristal semicondutor
Fibras ópticas ganham poder de processamento
O controle de disparo na potencia das
válvulas tiristorizadas de Itaipu em CC, levam o sinal do controle digital até
o potencial de 300 KV por fibra óptica. Uma evolução para este transporte de
informações e controle é este novo tipo que esta sendo apresentado;
Os pulsos de luz (esferas brancas) viajando ao
longo da fibra óptica podem ser convertidos em sinais elétricos (onda quadrada)
dentro da própria fibra, por uma junção semicondutora.[Imagem: John Badding
Lab/Penn State University]
Fibra óptica inteligente
Uma equipe de físicos, químicos e engenheiros conseguiu pela primeira vez inserir em uma fibra óptica materiais semicondutores que dão à fibra funções eletrônicas integradas de alta velocidade.
A aplicação mais imediata da tecnologia é o desenvolvimento de uma forma direta de troca de informações entre as fibras ópticas e os equipamentos eletrônicos que enviam e recebem essas informações.
As fibras ópticas são componentes estritamente passivos, responsáveis por transportar a luz na qual as informações estão codificadas. A parte "inteligente" do mecanismo é feita por componentes eletrônicos no interior dos microprocessadores, que trabalham com sinais elétricos.
Isto exige um grande aparato de equipamentos capazes de fazer a conversão eletro-óptica na ponta que transmite, e opto-elétrica na ponta que recebe os dados.
A incorporação dos cristais semicondutores cristalinos no interior vítreo da fibra óptica permite que os pesquisadores se aproximem da situação ideal na qual, em vez de acoplar a fibra óptica a um chip, a própria "fibra óptica inteligente" desempenharia funções eletrônicas.
Rede óptica só de fibras
Os pesquisadores das universidades da Pensilvânia (EUA) e Southampton (Reino Unido) afirmam que isso elimina também problemas bem mais prosaicos no acoplamento opto-elétrico: o fato de que a fibra óptica é cilíndrica, enquanto os chips são planares e muito finos.
Usando técnicas químicas de alta pressão, o grupo desenvolveu uma forma de depositar os materiais semicondutores, camada por camada, diretamente no interior de minúsculos buracos no material vítreo da fibra óptica.
Isto cria os transistores necessários para fazer o processamento eletrônico ativo.
Fibras ópticas com componentes eletrônicos integrados
Passo a passo do processo de fabricação do
transístor no interior de furos feitos no material cristalino da fibra óptica.
[Imagem: He et al./Nature Photonics]
Como não é necessário construir o chip inteiro dentro da fibra óptica - basta construir alguns poucos transistores necessários para a conversão dos sinais ópticos em sinais elétricos - o processo não exige os grandes equipamentos e as salas limpas necessárias à fabricação dos processadores.
Para Pier Sazio, um dos membros da equipe, um dos objetivos a ser atingido pelo trabalho da equipe é a construção de redes ópticas de transmissão de dados usando unicamente fibras: "Se o sinal nunca deixar a fibra, então a rede será mais rápida, mais barata e mais eficiente."
Aplicações
Mas a tecnologia tem outras aplicações além da transmissão de dados.
"Por exemplo, nosso trabalho representa uma abordagem diferente para fabricar junções semicondutoras, que nós estamos tentando usar como células solares," disse o Dr. John Badding, que apresentou os primeiros resultados na área há cerca de um ano, quando materiais semicondutores foram incorporados em uma fibra óptica.
Outras aplicações incluem novas formas de geração e aplicação dos raios laser e sensores menores e mais precisos.
Fibras pticas inteligentes tm transistores eletrnicos integrados
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Nos dias de hoje o laser esta incorporado a
vida do homem e cada vez mais se encontra aplicações novas deste invento.
Laser a calor emite luz sem gastar eletricidade
Esquema de um laser de cascateamento
quântico, que poderá ser alimentado por calor, funcionando sem
eletricidade.[Imagem: Christoph Deutsch]
Laser quente
Um exemplo clássico de como uma pesquisa básica pode revolucionar o mundo, o laser, inventado há apenas 50 anos, é hoje uma tecnologia onipresente.
E poderá ser ainda mais importante, quando os engenheiros construírem um novo laser proposto pela estudante Kathrin Sandner, da Universidade de Innsbruck, na Áustria.
Sandner estava tentando reduzir o aquecimento de um tipo especial de laser, chamado laser de cascateamento quântico, quando se deu conta de que o calor pode ser usado para gerar a emissão continuada de luz coerente.
Em termos mais simples, um laser alimentado por calor, que dispensa totalmente a eletricidade para gerar sua luz.
Laser de cascateamento quântico
Com toda a sua importância, os lasers atualmente cobrem apenas uma pequena faixa do espectro eletromagnético - nem todos os comprimentos de onda foram igualmente pesquisados até agora.
Por exemplo, na faixa do infravermelho distante e da radiação terahertz, a luz coerente é emitida por lasers de cascateamento quântico, que estão longe de serem eficientes porque aquecem demais - e, quando o calor é excessivo, a emissão do laser é interrompida.
Esses lasers são gerados por pilhas de várias camadas de materiais semicondutores, cada uma com espessura muito precisa e dopada com elementos diferentes.
"Os elétrons são transferidos através dessa estrutura em uma série específica de processos de tunelamento e saltos quânticos," explica o professor Helmut Ritsch, entusiasmado com a descoberta de sua aluna. "Entre essas camadas, os elétrons colidem com outras partículas, o que esquenta o laser.
Por essa razão, os lasers de cascateamento quântico só funcionam quando são fortemente resfriados.
Elétrons, fótons e fônons
Sandner acredita que não precisa ser assim. Na verdade, segundo ela, o aquecimento dos lasers de cascateamento quântico não apenas pode ser evitado, como o próprio calor pode ser usado para fazer o laser funcionar.
O truque consiste em "reverter" o aquecimento, o que pode ser feito alterando com precisão a espessura das diversas camadas de semicondutores.
"Uma parte crucial é separar espacialmente as áreas quentes e frias do laser," diz a pesquisadora.
"Nesse laser alimentado por gradiente de temperatura, os elétrons são termalmente excitados na área quente e então tunelam para a área fria, onde os fótons são emitidos," explica ela.
Ou seja, a energia do calor é absorvida - de uma fonte qualquer - e simultaneamente reemitida na forma da luz.
"Entre as emissões consecutivas de partículas de luz, um fônon é absorvido e o laser é resfriado. Quando levamos a ideia adiante, vimos que a presença dos fônons é suficiente para fornecer a energia para a amplificação laser," disse Sandner.
Resfriamento de chips
O professor Ritsch reconhece que será um desafio fabricar as diversas camadas com tanta precisão, mas será um esforço que valerá a pena.
Segundo ele, além de criar uma nova geração de lasers, alimentados por calor, o princípio poderá ser usado para resfriar processadores de computador.
"Além da elegância conceitual dessa ideia, abre-se uma forma completamente nova de usar o calor dos microchips de uma forma benéfica, em vez de precisar dissipá-lo por arrefecimento," propõe ele.
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=laser-calor
Laser quente
Um exemplo clássico de como uma pesquisa básica pode revolucionar o mundo, o laser, inventado há apenas 50 anos, é hoje uma tecnologia onipresente.
E poderá ser ainda mais importante, quando os engenheiros construírem um novo laser proposto pela estudante Kathrin Sandner, da Universidade de Innsbruck, na Áustria.
Sandner estava tentando reduzir o aquecimento de um tipo especial de laser, chamado laser de cascateamento quântico, quando se deu conta de que o calor pode ser usado para gerar a emissão continuada de luz coerente.
Em termos mais simples, um laser alimentado por calor, que dispensa totalmente a eletricidade para gerar sua luz.
Laser de cascateamento quântico
Com toda a sua importância, os lasers atualmente cobrem apenas uma pequena faixa do espectro eletromagnético - nem todos os comprimentos de onda foram igualmente pesquisados até agora.
Por exemplo, na faixa do infravermelho distante e da radiação terahertz, a luz coerente é emitida por lasers de cascateamento quântico, que estão longe de serem eficientes porque aquecem demais - e, quando o calor é excessivo, a emissão do laser é interrompida.
Esses lasers são gerados por pilhas de várias camadas de materiais semicondutores, cada uma com espessura muito precisa e dopada com elementos diferentes.
"Os elétrons são transferidos através dessa estrutura em uma série específica de processos de tunelamento e saltos quânticos," explica o professor Helmut Ritsch, entusiasmado com a descoberta de sua aluna. "Entre essas camadas, os elétrons colidem com outras partículas, o que esquenta o laser.
Por essa razão, os lasers de cascateamento quântico só funcionam quando são fortemente resfriados.
Elétrons, fótons e fônons
Sandner acredita que não precisa ser assim. Na verdade, segundo ela, o aquecimento dos lasers de cascateamento quântico não apenas pode ser evitado, como o próprio calor pode ser usado para fazer o laser funcionar.
O truque consiste em "reverter" o aquecimento, o que pode ser feito alterando com precisão a espessura das diversas camadas de semicondutores.
"Uma parte crucial é separar espacialmente as áreas quentes e frias do laser," diz a pesquisadora.
"Nesse laser alimentado por gradiente de temperatura, os elétrons são termalmente excitados na área quente e então tunelam para a área fria, onde os fótons são emitidos," explica ela.
Ou seja, a energia do calor é absorvida - de uma fonte qualquer - e simultaneamente reemitida na forma da luz.
"Entre as emissões consecutivas de partículas de luz, um fônon é absorvido e o laser é resfriado. Quando levamos a ideia adiante, vimos que a presença dos fônons é suficiente para fornecer a energia para a amplificação laser," disse Sandner.
Resfriamento de chips
O professor Ritsch reconhece que será um desafio fabricar as diversas camadas com tanta precisão, mas será um esforço que valerá a pena.
Segundo ele, além de criar uma nova geração de lasers, alimentados por calor, o princípio poderá ser usado para resfriar processadores de computador.
"Além da elegância conceitual dessa ideia, abre-se uma forma completamente nova de usar o calor dos microchips de uma forma benéfica, em vez de precisar dissipá-lo por arrefecimento," propõe ele.
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=laser-calor
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