A humanidade sempre teve necessidade de achar formas de se comunicar. Hoje podemos fazer um vídeo numa rede social e transmiti-lo ao vivo quando e onde quisermos. Podemos acessar arquivos em computadores que estão do outro lado do mundo e nos comunicarmos com pessoas queridas, principalmente em tempos de distanciamento.
Neste contexto, as fibras ópticas têm um papel fundamental em possibilitar que nos comuniquemos de forma global. Muitos não sabem, mas as fibras ópticas estão no mundo todo, conectando todos os continentes. Dê uma olhada na imagem abaixo.
Figura 1: Distribuição global de cabos submarinos ópticos.
Veja como as fibras ópticas interconectam o mundo. Para você ter uma ideia, 99% do tráfego da internet passa por esses cabos ópticos submarinos. Elas permitem que dados sejam transmitidos em altíssima velocidade.
Mas, como as fibras ópticas funcionam?
A ideia está baseada na transmissão de informação por meio de pulsos luminosos. Com a tecnologia digital, é possível transmitir qualquer informação utilizando o sistema binário, isto é, usando apenas 0s (zeros) ou 1s (uns).
Se usarmos uma fonte de luz, como um laser ou um LED (diodo emissor de luz) por exemplo, podemos transmitir o símbolo 1 (um) ligando a fonte. O símbolo 0 (zero), por outro lado, pode ser representado pela fonte desligada. Mas agora temos um segundo problema:
Como transmitir pulsos de luz para lugares distantes?
Em um post anterior, falamos sobre o vidro e sua transparência. Na verdade, muitos polímeros também são transparentes. Será que poderíamos então usar um fio, feito de vidro, para transmitir esses pulsos luminosos? Bem, não é tão simples assim. Precisamos garantir, de alguma forma, que o pulso de luz não saia d0 fio de vidro.
Mas existe uma solução: existe um fenômeno físico chamado de reflexão interna total (RIT) da luz. Mas, para entender esse fenômeno, precisamos saber o que é o índice de refração de um material. Sabe quando sua colher parece dobrada num copo cheio de água? Isso acontece porque a luz viaja no ar com uma velocidade maior do que na água. No vácuo, a velocidade da luz é, aproximadamente, 300.00 km/s (bem rápido!!!). Mas na água, a velocidade da luz é aproximadamente 1,3 vezes menor do que isso. Esse fator, que explica o quanto a velocidade da luz reduz nos materiais é o índice de refração.
Acontece que quando a luz viaja de um meio de maior índice de refração para um meio de menor índice de refração, a RIT da luz pode ocorrer (é importante salientar que a RIT da luz depende dos materiais envolvidos e do ângulo de incidência da luz em à relação interface, de acordo com a Lei de Snell. Podemos falar mais sobre o assunto em outro post 😉).
Assim, se fizermos uma fibra de vidro, contendo dois materiais, um núcleo de alto índice de refração e uma casca ao redor do núcleo, de menor índice de refração, podemos confinar a luz dentro de um fio! É exatamente este o princípio das fibras ópticas.
Figura 2: Constituição de uma fibra óptica.
Na prática, o material mais usado para a fibras ópticas é a sílica pura (SiO2) – que deve ser realmente muito pura! (caso contrário, a atenuação do sinal fica muito alta e a transmissão de luz é comprometida). E para fazer o núcleo ficar com um maior índice de refração, podemos dopar o material da fibra com germânio, por exemplo. Com isso, podemos transmitir luz por vários quilômetros sem uma atenuação significativa do sinal luminoso.
A fibra óptica também pode ser feita com outros materiais, como vidros e polímeros de diversas composições químicas. Hoje existem fibras ópticas muito diferentes também, para as mais diversas aplicações, como a obtenção de imagens por meio de endoscopias ou sensores de deformação de asas de aviões, só para citar alguns exemplos.
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