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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia


INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
UNIDADE DE SÃO JOSÉ
DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICAÇÕES E REDES MULTIMÍDEA
CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES


Disciplina: SOP3607 – Sistemas Ópticos

Professor: Marcio Henrique Doniak

Horário:

São José, Janeiro de 2009.



CAPÍTULO 2: Fundamentação de Sistemas Ópticos



  1. Origem da Onda Eletromagnética

Sempre que houver um campo magnético variando no tempo, surgirá um campo elétrico induzido, de acordo com a lei de Faraday. Simetricamente, quando em uma região existir um campo elétrico variando no tempo, surgirá um campo magnético induzido, indicando que, no caso dinâmico, os campos elétrico e magnético são grandezas indissociáveis, constituindo o chamado campo eletromagnético.

Esta idéia foi proposta inicialmente por Maxwell em 1864, e comprovada pouco tempo depois. A presença de um campo magnético variável no tempo implica em um campo elétrico variável no tempo, que novamente ocasionará um campo elétrico variável, e assim, indefinidamente. Portanto, a partir do momento em que uma dessas grandezas sofrer qualquer variação no tempo, ainda que transitoriamente, a outra será originada por indução. O resultado é uma sucessão de campos elétrico e magnético que se induzem mutuamente e se afastam da origem, constituindo uma onda eletromagnética. Esta onda pode ter direções preferenciais de deslocamento, dependendo das características de sua fonte e do ambiente em que estiver presente. O seu deslocamento é conhecido como propagação e garante a transferência da energia eletromagnética de um ponto para outro ponto do meio.




  1. A Onda Eletromagnética em um Meio Ilimitado

As experiências mostram que as ondas eletromagnéticas são compostas por um campo elétrico e um campo magnético, relacionados entre si através de um conjunto de leis da teoria eletromagnética. Quando a corrente que deu origem ao campo eletromagnético variar senoidalmente no tempo, os campos elétrico e magnético também variam senoidalmente no tempo. Em um meio ilimitado, esses dois campos formam um ângulo de 90º no espaço. A direção de deslocamento do conjunto é normal ao plano formado pelos vetores que representam os campos elétrico e magnético. O sentido de propagação segue a regra do parafuso de passo à direita, ou seja, inicia-se a rotação a partir do sentido do campo elétrico e gira a fenda do parafuso na direção do campo magnético da onda. O sentido do deslocamento do parafuso coincide com o sentido de propagação da onda. A Figura 2.2.1 ilustra os eixos dos campos elétrico e magnético e a direção de propagação da onda eletromagnética.

Figura 2.2.1: Orientações dos campos elétrico e magnético.


De acordo com a Figura 2.2.1, em um meio ilimitado a onda possui o campo elétrico e o campo magnético perpendiculares entre si e em relação à direção de propagação. Isto é, em qualquer instante e em qualquer posição do espaço os campos elétrico e magnético estão contidos em um plano transversal à direção de propagação.


  1. Comprimento de Onda

Por definição, o comprimento de onda λ é a distância necessária para introduzir uma variação de fase de 2π radianos em uma onda senoidal propagando no meio especificado. Como o fator de fase β representa a modificação de fase por unidade de deslocamento, tem-se:

(Equação 2.3.1)

Logo,


(Equação 2.3.2)

Multiplicando e dividindo a expressão anterior pela frequência f, aparecerá no numerador a frequência angular νp. A relação entre a frequência angular e o fator de fase é a velocidade de fase na direção de propagação, assim pode-se redefinir o comprimento de onda como:



(Equação 2.3.3)

As expressões mostradas acima, possuem fatores que dependem das características do material: o fator de fase e a velocidade de fase. Logo, uma onda eletromagnética com frequência fixa altera seu comprimento de onda ao passar de um material para outro. Quanto maior for a velocidade de propagação, maior será o comprimento de onda.



A velocidade de fase máxima, quando medida na direção de propagação, coincide com a velocidade da luz no vácuo, o cálculo com este valor levará ao comprimento de onda máximo medido nessa direção.



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