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50 anos da invenção do LASER --- Fibras Óticas
O físicos alemães Albert Einstein, Max Planck e Rudolf W. Ladenburg, o físico russo Valentin A. Fabrikant, o físico Americano Willis E. Lamb e o físico francês Alfred Kastler estabeleceram as bases para o desenvolvimento dos MASERs (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) e dos LASERs (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
Os princípios e fundamentos teóricos do Maser foram descritos pelos físicos russos Nikolay Basov and Alexander Prokhorov em 1952.
Em 1953, trabalhando de forma independente na Universidade de Columbia, o físico americano Charles H. Townes e os estudantes de graduação James P. Gordon e Herbert J. Zeiger construíram o primeiro Maser.
Em 1958, os físicos americanos Charles H. Townes e Arthur L. Schawlow do Bell Labs publicaram um artigo no jornal da American Physical Society com os princípios e fundamentos teóricos do Laser.
No dia 16 de maio de 1960, no Hughes Research Laboratories, o físico americano Theodore Harold Maiman construiu o primeiro Laser da historia, de estado sólido (ruby) e da cor vermelha (comprimento de onda de 694 nm).
A luz do Laser difere da luz do Sol (que emite luz de diferentes comprimentos de onda, do ultra-violeta ao infra-vermelho), pois tem apenas uma cor (comprimento de onda especifico).
A luz do Laser é concentrada e se move em uma única direção, ao contrario da luz de uma lâmpada que se espalha.
Na luz do Laser, as ondas eletromagnéticas estão em fase, ao contrario da luz de uma lâmpada.
A luz do Laser é coerente, isto é, tem a mesma freqüência (comprimento de onda), fase e direção.
Primeiro Laser da historia - ruby - cor vermelha (comprimento de onda de 694 nm)
Existem vários tipos de Lasers:
• químicos (fluoreto de hidrogênio, etc)
• gás (helio, helio-neônio e CO2)
• estado sólido (ruby, etc)
• excimer (cloro e flúor, misturados com gases nobres: argônio, criptônio ou xenônio)
• corantes orgânicos complexos
• semicondutores (diodo)
Os Lasers tem diversas aplicações:
• Industria de eletrônicos (Lasers semicondutores - diodo): leitores de códigos de barra, leitores/gravadores e aparelhos de CD, DVD e Blu-Ray
• Navegação e sistemas de orientação: Giroscópios a Laser
• Telecomunicações: fibras óticas
• Industria metalúrgica (Laser CO2 vermelho): cortes com altíssima precisão de chapas de aço
• Medicina: cirurgia de correção de miopia, etc
• Espectroscopia
• Medição de distancias
• Militar: bombas guiadas a Laser, etc
Lasers tem comprimentos de onda (cores) que vão do ultra-violeta ao infra-vermelho.
A potência varia de alguns mW (aparelhos de CD, DVD e Blu-Ray) até alguns kW (cortadores de chapas de aço).
O Boeing YAL-1 Airborne Laser tem um Laser de 1 Mega Watt. 
O símbolo universal do Laser serve de alerta (assim como o símbolo universal de radioatividade, risco biologico e alta tensão) e está presente em aparelhos de CD, DVD, Blu-Ray, etc.
Lasers de aparelhos de CD/DVD podem cegar e Lasers usados pela industria metalúrgica são muito perigosos, pois cortam chapas de aço de 2 cm de espessura.
Laser de semicondutor (diodo) usado em leitores de CD e DVD
O CD usa um laser da cor infra-vermelha (780 nm)
O DVD usa um laser da cor vermelha (650 nm)
O Blu-Ray usa um laser da cor azul-violeta (405 nm)
Quanto menor o comprimento de onda do Laser, mais informações podem ser armazenadas no disco (por causa da difração), por isso um DVD tem mais capacidade que um CD.
A potencia de leitura do Laser de um aparelho de CD é de 5 mW e de gravação é de 100 mW.
A potencia de leitura do Laser de um aparelho de DVD é de 10 mW e de gravação é de 250 mW.
Cortador CNC a Laser - chapas de aço com alguns cm de espessura são cortadas com alta precisão com um Laser de CO2 de alguns kW de potencia guiado por computador
A missão Apollo 14 deixou um espelho na Lua e disparando-se pulsos de Laser, mediu-se a distancia da Terra a Lua (comprovando experimentalmente o valor teórico)
Também comprovou-se experimentalmente que a Lua se afasta da Terra 38 mm por ano
Ainda hoje é possível medir a distancia da Terra a Lua através desse espelho
Tipos de Lasers X Comprimento de Onda
Última edição por San Andreas : 02-06-2010 às 22:53:57
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Re: 50 anos da invenção do LASER --- Fibras Óticas
Os cabos de fibra ótica são a espinha dorsal da Internet e da telefonia
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 10 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 usada em 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 μm) 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 μm) usam LEDs [850 a 1300 nm e 1.5 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)
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
http://www.telegeography.com/maps/index.php
Última edição por San Andreas : 04-03-2012 às 19:42:09
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Re: 50 anos da invenção do LASER --- Fibras Óticas
A luz de uma lâmpada ou do Sol possui diversos comprimentos de onda (cores) e quando passa por um prima, sofre refração e se decompõe (como no arco íris).
Índice de refração = (velocidade da luz no vácuo)/(velocidade da luz no meio material: vidro, acrílico, etc)
Quanto maior a freqüência da luz (menor o comprimento de onda), menor a velocidade da luz no meio material e portanto maior o índice de refração.
Quanto maior a freqüência da luz (menor o comprimento de onda), maior será o índice de refração e maior será o desvio que a luz sofrerá ao passar por um prisma.
A luz de um Laser possui uma cor apenas (comprimento de onda especifico) e não se decompõe ao passar por um prisma.
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Re: 50 anos da invenção do LASER --- Fibras Óticas
Troço foda, porém perigoso na mão de gente inconsequente 
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Re: 50 anos da invenção do LASER --- Fibras Óticas
Realmente incrível! Ja fui visitar uma fabrica que produziam totem com chapa de aço e la eles tinham 2 maquinas de corte de precisão, uma a laser e a outra a água, que cortavam essas chapas como manteiga, sensacional o poder dessas coisas!
Nos tempos de escola eu não entendia como esse tanto de cor poderia se juntar e da branco no final haushaushua... fui entender esses esquemas de cor luz só quando entrei na facul mesmo... Escola do estado conseguia transformar algo bacana como a fisica em coisas mais chatas que matemática... ¬¬
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Re: 50 anos da invenção do LASER --- Fibras Óticas
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 de 2007 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 de 2008, 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.
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Re: 50 anos da invenção do LASER --- Fibras Óticas
O primeiro cabo telegráfico submarino foi lançado no Canal Inglês de Dover em 1851.
Em 1866 entrou em operação o primeiro cabo telegráfico transoceânico, cruzando o Oceano Atlântico, apos 4 tentativas fracassadas.
O cabo tinha capacidade para transmitir 8 palavras por minuto.
O cabo pesava 980 kg/km.
http://en.wikipedia.org/wiki/Transat...elegraph_cable
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Re: 50 anos da invenção do LASER --- Fibras Óticas
Fibras ópticas ganham poder de processamento
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.
http://www.inovacaotecnologica.com.b...nica-integrada
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