PRÁTICA DE ENSINO DE FÍSICA MODERNA
Laser até no Lazer
Você já ouviu falar sobre fibra óptica? Para que serve?
Com certeza você já mandou uma mensagem escrita, ou um áudio, para um familiar ou um amigo utilizando um computador com acesso à internet, não é mesmo? Pois é, você já parou para pensar, como essas mensagens chegam até às pessoas que você deseja?
Da necessidade do aumento da capacidade de transmissão de mensagens (voz, vídeos, dados, etc.), em altas velocidades, vivenciada com a explosiva evolução da comunicação e informação nos dias atuais, é que surge a ideia de fibra óptica, que garante nível elevado de transmissão de sinais.
Isso mesmo tudo o que você fala ou digita aos seus contados, perto ou a milhares de quilômetros de distância, viaja até o destino por fibra óptica.
Para você compreender melhor como funciona a fibra óptica, vamos retomar o conceito de reflexão da luz, que você já deve ter estudado em óptica geométrica. Mas mesmo assim vamos relembrar.
Figura 11 - reflexão da luz.
Você já se perguntou como você consegue se ver em uma espelho? ou seja, o que a física tem a ver com este fenômeno?
Isso mesmo, você consegue se ver no espelho por causa do fenômeno da reflexão da luz. Então, a reflexão nada mais é do que um fenômeno óptico que ocorre quando a luz incide sobre uma superfície refletora (espelho), e retorna ao seu meio de origem. A figura 11 dá uma ideia de como esse fenômeno ocorre.
O fenômeno da reflexão poder ser classificado em dois tipos:
REFLEXÃO DIFUSA:
Figura 12 - reflexão difusa.
Você já se perguntou porque várias pessoas conseguem ver o mesmo objeto ao mesmo tempo? Não?
Isso ocorre porque na reflexão difusa a luz se propaga em varias direções diferentes, ou seja, o angulo do raio incidente não é o mesmo do raio refletido, dessa forma os raios de luz atingem os olhos das pessoas nas deferentes posições, por isso todos conseguem enxergar um dado objeto ao mesmo tempo. Esse tipo de propagação ocorre em superfícies irregulares, essa é a razão dos raios serem refletidos para todos os lados.
REFLEXÃO REGULAR:
Figura 13 - reflexão regular.
Esse tipo de reflexão ocorre em superfícies altamente polidas como é o caso dos espelhos, metais e outros. Aqui a angulação dos raios incidentes e dos refletidos é a mesma. Você já deve ter percebido que dependendo da posição em que você estiver, não consegue ver sua imagem em um espelho, não é mesmo? Então, isso ocorre justamente porque os raios de luz não se propagam em todas as direções, como nas superfícies irregulares, mas se propagam formando o mesmo ângulo que foram incididos no espelho.
Agora que você relembrou o conceito de reflexão da luz, podemos seguir adiante para compreender o funcionamento da fibra óptica, não é mesmo?
Para aplicações em telecomunicações, são usadas fibras ópticas obtidas a partir de reagentes químicos de altíssima pureza (pureza de 99,999%) para produzir vidros cuja composição é majoritariamente dióxido de silício, SiO2, também chamado de “vidros de sílica”. A composição química e pureza do vidro utilizado para a preparação de fibras ópticas é de fundamental importância, pois a luz transmitida pela fibra não deve interagir com impurezas e defeitos contidos no material que a compõe, minimizando perdas da luz transmitida, o que permite a transmissão do sinal óptico por distâncias maiores sem que haja diminuição de sua intensidade no final. Basicamente, a estrutura das fibras ópticas convencionais que são utilizadas em sistemas de telecomunicação, são compostas de um núcleo, uma casca e uma capa protetora polimérica.
Figura 14 - Partes da fibra óptica.
A luz é guiada pelo núcleo da fibra, o qual, assim como a casca, é constituído de vidro. No entanto, o núcleo apresenta um índice de refração (índice de refração é a relação entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em um determinado meio) ligeiramente maior ao da casca, devido a pequenas variações da composição química desses vidros. Esta pequena diferença de índice de refração leva ao confinamento da luz dentro do núcleo através de reflexões internas totais da luz na interface núcleo-casca, permitindo o guiamento da luz na fibra óptica apenas pelo núcleo. A capa protetora é composta por um material polimérico (plástico) que tem a função de aumentar a resistência mecânica da fibra óptica (manuseio, curvatura, pressão) e protegê-la de intempéries provenientes da atmosfera ambiente na qual está inserida.
Então, conseguiu entender como sua mensagem chega ao destino desejado. Simplificando, o que acontece são reflexões sucessivas da luz (fóton) dentro da fibra óptica que levam suas mensagens até o ponto desejado. Na figura 15, você pode ter uma ideia de como este processo ocorre.
Figura 15 - Trajetória da luz dentro de uma fibra óptica.
Vídeo da Produção da Fibra Óptica
