Falar e ver por meio do vidro

A LUZ — aquele símbolo antigo e misterioso de sabedoria e de inteligência — agora não é mais apenas um símbolo. Nos anos recentes, vem assumindo rápida e tranqüilamente seu papel de direito e se tornou o real veículo de todas as espécies de informações. Para que a luz alcançasse seu real potencial para a transmissão de informações a imensas distâncias, foram necessários dois aperfeiçoamentos: (1) um tipo especial de luz, e (2) um tipo especial de guia de luz.

Recentemente, através de uma série de novos inventos excitantes, estamos enviando massas incrivelmente grandes de dados de todos os tipos por grandes distâncias, e a tremendas velocidades, utilizando feixes de luz. Sim, é agora possível falar, ver e ouvir, com notável velocidade e eficiência, por meio de diminutos feixes de luz que percorrem fibras (filamentos) capilares de vidro. Como finos e diáfanos fios de teias de aranha, estas fibras de vidro, protegidas em cabos, já percorrem as distâncias entre cidades nos Estados Unidos, na Europa e no Japão. Acha-se agora em andamento a sua colocação nos oceanos, de um continente ao outro.

Como é isto possível, visto que todos nós sabemos que a luz tende a percorrer linhas retas? O que torna possível que diminutos raios de luz permaneçam nas fibras de vidro, à medida que estas se curvam nos ângulos? Como é que tais raios conseguem ir tão longe e transportar tantas informações? O que torna tudo isso possível é um tipo especial de luz — a luz coerente.

Eficiente Luz Coerente

A vantagem dum raio de luz coerente sobre um raio de luz comum para a transmissão de dados pode ser ilustrada por fótons de luz que percorrem correm uma fibra de vidro em comparação com homens que descem por uma estrada. Imaginemos um raio de luz comum como se fosse uma multidão de homens de todos os tamanhos, todos andando fora de passo e interferindo no andar uns dos outros. Por outro lado, um raio de luz coerente poderia ser comparado a soldados que são todos do mesmo tamanho, todos em fileiras idênticas, e todos andando no mesmo passo. Andar no mesmo passo sem interferir nos outros faria com que, obviamente, mais homens percorressem maiores distâncias com maior eficiência e menos perda de energia. O mesmo se dá com a luz coerente.

Neste ponto, alguns poderiam dizer: ‘Por que este emprego da luz demorou tanto a chegar? Por que ninguém pensou nisso antes?’ Na realidade, não é algo inteiramente novo. Pelo menos uma pessoa, Alexander Graham Bell, viu as vantagens de se falar por meio da luz, e publicou um documento, em 1880, intitulado “O Selênio e os Fotofones”.

Tal idéia demonstrava grande visão, mas, sem a luz coerente, tal invento somente poderia ter limitado êxito. Contudo, não foi senão na década de 60, com a invenção do LASER (sigla, em inglês, de Amplificação da Luz por Emissão Estimulada de Radiação) que se satisfez a primeira exigência necessária. Bell tampouco dispunha do outro componente principal, uma guia de luz altamente eficiente para transmitir a informação.

Esses Engenhosos Guias de Luz de Vidro — Como Funcionam?

Enquanto prosseguia o trabalho no desenvolvimento dos lasers, outros inventavam e aperfeiçoavam materiais de vidro de alta pureza e engenhosa composição, que permitiam que o laser coerente de luz percorresse imensas distâncias. Estes materiais foram então reduzidos a fibras capilares.

Muitos de nós talvez se lembrem de ver fibras de vidro iluminadas, usadas em atraentes e artísticos enfeites de mesa. Para fabricar tais enfeites, maços de fibras de vidro ou de fibras plásticas são abertos em leque, como arranjos florais, e iluminados das extremidades inferiores. Nestes ornamentos, geralmente se usa apenas a luz comum para a iluminação das fibras. Isto ilustra, pelo menos, como se pode fazer que a luz percorra os filamentos de vidro e contorne os ângulos, em vez de apenas seguir em linha reta, como geralmente o faz. (Figura 1) Nestes enfeites, a luz percorre distâncias muito curtas.

Para habilitar a luz a percorrer distâncias bem maiores do que as exigidas pelos enfeites artísticos, inventaram-se revestimentos especiais de vidro ou de plástico. Estes revestimentos especiais fazem com que quaisquer raios de luz, que talvez tendam a escapar, curvem-se de novo para dentro do vidro e assim se impeça maior perda de luz. Existem várias variações engenhosas na composição e na fabricação destes revestimentos. Todavia, estas muitas variações, cada uma de seu próprio modo e sob suas próprias condições especiais, ajudam a aumentar a distância percorrida pela luz. (Figura 2)

Embora esses filamentos, ou fibras, de vidro tenham melhorado imensamente nossa capacidade de transmitir e de guiar a luz, ainda é necessário injetar a luz nos fios, no ângulo crítico, ou menos. Podemos entender o princípio de como isto funciona quando nos lembramos de que a superfície tranqüila dum lago pode funcionar como espelho. Com efeito, às vezes pode-se ver refletidas na superfície as árvores ao longo das margens do lago. Este efeito de espelho torna-se possível graças à luz que chega aos nossos olhos num ângulo especialmente pequeno. Exatamente nesse ângulo, chamado de ângulo crítico, a superfície da água reflete a luz como um espelho. De forma similar, quando a luz é injetada nas fibras de vidro, no ângulo crítico ou num inferior, ela é internamente refletida dentro da fibra, à guisa de espelho, escapando muito pouca luz.

Espera-se que estes raios consigam percorrer até 40 quilômetros ou mais, por estas diminutas fibras, sem que haja necessidade de gerar de novo a luz. As perspectivas futuras são ainda mais promissoras. De acordo com um informe recente, desenvolveram-se fibras de perda ultrabaixa “que conseguem transmitir dados a milhares de quilômetros, sem a necessidade de repetidoras”.

A fim de proteger estes maravilhosos condutores de luz, é necessário envolvê-los com camadas e revestimentos de materiais protetores. Além disso, fibras e fios bem fortes, bem como condutores elétricos, são muitas vezes acrescentados para se formar pequenos cabos. (Figura 3) Tais fibras de vidro, quando protegidas dentro dos cabos, permitem tamanha eficiência na transmissão de informações que as correntes elétricas que percorrem fios de cobre comuns não são mais um rival à altura. Isto se dá especialmente no caso de longas distâncias. Mas, como é que os dados, as gravuras e as fotos, bem como as vozes humanas, são transportados por este tipo especial de luz, através dessas diminutas fibras de vidro?

Como É Que as Diminutas Fibras Transportam Suas Pesadas Cargas

Embora os tipos especiais de raios de luz e as engenhosas fibras de vidro possam impressionar-nos, igualmente impressionante é a maneira como os raios realmente transportam suas enormes cargas de informações. Um segredo básico reside na tremenda velocidade da luz, de aproximadamente 300.000 quilômetros por segundo. Outro é as freqüências extremamente altas das ondas de luz, equivalentes a bilhões de ciclos por segundo. Graças a estas altas freqüências, e pela codificação dos impulsos luminosos, tremendas quantidades de dados podem ser colocados em raios de luz que correm pelas diminutas fibras. Consideremos um exemplo, de se falar e ouvir por meio da luz.

Falar e Ouvir por Meio da Luz

Falar e ouvir, bem como ver por meio da luz envolvem algumas das tecnologias mais complexas de nossos dias. Percorramos, porém, apenas alguns dos passos que redundam em se falar e ouvir por meio da luz, a fim de obtermos ligeira noção de tal processo.

Embora a luz seja utilizada na transmissão, o processo real começa, assim como antes, por se falar ao telefone. As ondas sonoras de nossas vozes ainda são convertidas em correspondentes sinais elétricos no telefone. Daí, amostras destes sinais elétricos são “segmentados” em altíssima velocidade. Este processo é similar ao duma câmara cinematográfica, que realmente tira uma série de fotos fixas, ou quadros, do movimento. Estas fotos são então projetadas, quadro por quadro, em rápida seqüência, a fim de dar ao observador a impressão de movimento. Similarmente, estes segmentos elétricos são removidos e codificados num processo de múltiplos passos, e então convertidos em impulsos luminosos. Os impulsos luminosos codificados então percorrem a fibra de vidro até o ponto de recepção. Quando chegam ao ponto de recepção, são de novo convertidos, por um processo inverso, em ondas sonoras no receptor do telefone. Quais são os benefícios atuais para nós? Quais são as perspectivas para o futuro?

Alguns dos Benefícios Atuais

Logo agora que começamos a aceitar e a ter apreço por nossa atual rede mundial de comunicações, surge um sistema inteiramente novo. As fibras ópticas prometem substituir os cabos telefônicos multicondutores, as redes de microondas, e até mesmo algumas estações de satélites, acrescentando ainda uma hoste de benefícios.

◼ Comunicações sem Interferências. Uma das mais importantes vantagens da transmissão por fibras ópticas para o usuário de telefones é que ela praticamente elimina muitas das espécies de interferência a que ficamos acostumados. Relâmpagos, linhas de transmissão, geradores — todos nos importunaram com estática e ruídos. Mesmo os condutores de cobre altamente revestidos não conseguem impedir que surjam alguns destes distúrbios.

Se sua conversa telefônica foi transmitida em parte do caminho por satélite, talvez tenha observado uma fração de segundo de demora das comunicações, ou observou efeitos de fenômenos atmosféricos. No passado, talvez até mesmo houvesse ecos. As fibras ópticas tendem a eliminar demoras perceptíveis e prover uma recepção clara e sem perturbação.

◼ Comunicação com Segurança. A completa segurança é uma das notáveis vantagens das fibras ópticas. Assim, eliminam-se as interferências cruzadas, e qualquer grampeamento ilegal é essencialmente impossível. Não se conseguiu inventar ainda um jeito de grampear os raios de luz, pelo menos não sem reduzir grandemente o sinal, e, desta forma, dar um aviso.

◼ Maior Eficiência. Pode-se discernir a fantástica eficiência da transmissão de informações por meio da luz quando se considera que milhares de conversações telefônicas podem ser realizadas com apenas um par de fibras ópticas. Calcula-se que o inteiro conteúdo do dicionário exaustivo de Webster (em inglês) possa ser enviado a milhares de quilômetros em seis segundos, por uma única fibra de vidro.

◼ Espaço Mínimo — Não Importa o Ambiente Hostil. Muitos lugares já estão tirando benefícios deste novo invento. As regiões metropolitanas lucram com novas comunicações maciças, com muitíssimo menos equipamentos. Dependências inteiras, repletas de centrais telefônicas ultrapassadas podem ser agora substituídas por equipamentos de fibras ópticas que exigem apenas uma pequena área. Também, regiões remotas nos EUA, como as Keys da Flórida, agora usufruem serviços livres de ruídos. O hostil ambiente de água salgada das Keys e áreas similares tendem a provocar curtos-circuitos e a deterioração química. No entanto, com as fibras ópticas, esse efeito é mínimo.

Encarando o Futuro

O futuro desse novo invento parece ser muitíssimo promissor. As mudanças de sistema já são feitas com muito maior rapidez do que muitos previam. Relata-se que um dos maiores problemas é escolher um sistema que já não fique obsoleto quando for instalado.

◼ Voz, Vídeo, e Computadores de um só Terminal. A revista High Technology, em sua edição de fevereiro de 1986, informa sobre “Perspectivas nos Negócios” que “As Fibras Ópticas tornam-se o meio preferido de transmissão de voz, de dados, e de vídeo nos EUA — especialmente em longas distâncias”. O artigo prossegue com a declaração: “Estamos começando a empregar uma rede de fibras que se estenderá aos lares. Utilizando-se um terminal que pode cuidar da voz, do vídeo e . . . indagar uma fonte de dados para obter informações.” Isto abre oportunidades para que pelo menos algumas pessoas façam compras, transações bancárias, adquiram passagens aéreas, e tenham certos privilégios quanto a bibliotecas sem sair de casa. Deviam até mesmo poder ver seus amigos quando conversam ao telefone — tudo isso usando a luz, por meio dessas maravilhosas fibras de vidro.

[Fotos na página 20]

A luz que percorre uma fibra de vidro se reflete internamente e não é perdida através da parede.

Fibras e fios bem fortes fornecem proteção.

Revestimento de vidro ou de plástico reduz a quantidade de luz que escapa.

[Foto na página 22]

Este pequeno cabo de fibra óptica transporta tantas ou mais conversações telefônicas quantas este grande cabo convencional.