Comunicação óptica - Optical communication

Uma lâmpada de sinalização naval , uma forma de comunicação óptica que utiliza persianas e é normalmente empregada em código Morse (2002)

A comunicação óptica , também conhecida como telecomunicação óptica , é a comunicação à distância que usa luz para transportar informações. Pode ser realizado visualmente ou por meio de dispositivos eletrônicos . As primeiras formas básicas de comunicação óptica datam de vários milênios, enquanto o primeiro dispositivo elétrico criado para isso foi o fotofone , inventado em 1880.

Um sistema de comunicação óptica usa um transmissor , que codifica uma mensagem em um sinal óptico , um canal , que leva o sinal ao seu destino, e um receptor , que reproduz a mensagem do sinal óptico recebido. Quando o equipamento eletrônico não é empregado, o 'receptor' é uma pessoa que observa e interpreta visualmente um sinal, que pode ser simples (como a presença de um farol ) ou complexo (como luzes usando códigos de cores ou piscando em código Morse seqüência).

A comunicação óptica no espaço livre foi implantada no espaço, enquanto as formas terrestres são naturalmente limitadas pela geografia, clima e disponibilidade de luz. Este artigo fornece uma introdução básica às diferentes formas de comunicação óptica.

Formas visuais

Técnicas visuais como sinais de fumaça , balizas , telégrafos hidráulicos , bandeiras de navios e linhas de semáforo foram as primeiras formas de comunicação óptica. Os semáforos telegráficos hidráulicos datam do século 4 aC na Grécia. Sinalizadores de socorro ainda são usados ​​por navegantes em emergências, enquanto faróis e luzes de navegação são usados ​​para comunicar perigos de navegação.

O heliógrafo usa um espelho para refletir a luz do sol para um observador distante. Quando um sinalizador inclina o espelho para refletir a luz do sol, o observador distante vê flashes de luz que podem ser usados ​​para transmitir um código de sinalização pré-arranjado. Os navios de guerra costumam usar lâmpadas de sinalização e código Morse de maneira semelhante.

Os pilotos de aeronaves costumam usar sistemas de luz projetada com indicador visual de inclinação (VASI) para pousar com segurança, especialmente à noite. Aeronaves militares que pousam em um porta-aviões usam um sistema semelhante para pousar corretamente no convés de um porta-aviões. O sistema de luz colorida comunica a altura da aeronave em relação a um glideslope de pouso padrão . Da mesma forma, as torres de controle do aeroporto ainda usam lâmpadas Aldis para transmitir instruções às aeronaves cujos rádios falharam.

Linha semáforo

Uma réplica de uma das torres do semáforo de Chappe (século 18).

Um 'telégrafo de semáforo' , também chamado de ' linha de semáforo ', 'telégrafo óptico', 'cadeia de telégrafo de veneziana', 'telégrafo de Chappe' ou 'semáforo napoleônico', é um sistema usado para transmitir informações por meio de sinais visuais, usando torres com braços giratórios ou venezianas, também conhecidas como lâminas ou pás. A informação é codificada pela posição dos elementos mecânicos; é lido quando o obturador está em uma posição fixa.

As linhas de semáforo foram precursoras do telégrafo elétrico . Eles eram muito mais rápidos do que os operadores de correio para transmitir uma mensagem por longas distâncias, mas muito mais caros e menos privados do que as linhas telegráficas elétricas que mais tarde os substituiriam. A distância máxima que um par de estações de telégrafo semáforo pode transpor é limitada pela geografia, pelo clima e pela disponibilidade de luz; assim, em uso prático, a maioria dos telégrafos ópticos usava linhas de estações retransmissoras para transpor distâncias mais longas. Cada estação retransmissora também exigiria seu complemento de observadores-operadores qualificados para transmitir mensagens de um lado para outro na linha.

O design moderno dos semáforos foi previsto pela primeira vez pelo polímata britânico Robert Hooke , que primeiro deu um esboço vívido e abrangente da telegrafia visual em uma apresentação de 1684 à Royal Society . Sua proposta (que foi motivada por preocupações militares após a Batalha de Viena no ano anterior) não foi posta em prática durante sua vida.

A primeira linha de semáforo óptico operacional chegou em 1792, criada pelo engenheiro francês Claude Chappe e seus irmãos, que conseguiu cobrir a França com uma rede de 556 estações que se estendem por uma distância total de 4.800 quilômetros (3.000 mi). Foi usado para comunicações militares e nacionais até a década de 1850.

Muitos serviços nacionais adotaram sistemas de sinalização diferentes do sistema Chappe. Por exemplo, a Grã - Bretanha e a Suécia adotaram sistemas de painéis com venezianas (em contradição com a alegação dos irmãos Chappe de que as hastes angulares são mais visíveis). Na Espanha , o engenheiro Agustín de Betancourt desenvolveu seu próprio sistema que foi adotado por aquele estado. Este sistema foi considerado por muitos especialistas na Europa melhor do que o de Chappe, mesmo na França.

Esses sistemas eram populares do final do século 18 ao início do século 19, mas não podiam competir com o telégrafo elétrico e ficaram completamente fora de serviço em 1880.

Sinalizadores de semáforo

Um sinalizador naval transmitindo uma mensagem por semáforo de bandeira (2002).

Bandeiras semáforas são o sistema de transmissão de informações à distância por meio de sinais visuais com bandeiras, hastes, discos, remos ou, ocasionalmente, mãos nuas ou com luvas. A informação é codificada pela posição das bandeiras, objetos ou armas; ele é lido quando eles estão em uma posição fixa.

Os semáforos foram adotados e amplamente usados ​​(com as bandeiras manuais substituindo os braços mecânicos dos semáforos ) no mundo marítimo no século XIX. Eles ainda são usados ​​durante o reabastecimento em andamento no mar e são aceitáveis ​​para comunicação de emergência à luz do dia ou, usando varinhas iluminadas em vez de bandeiras, à noite.

O sistema de semáforo de bandeira mais recente usa dois postes curtos com bandeiras quadradas, que um sinalizador mantém em posições diferentes para transmitir as letras do alfabeto e os números. O transmissor segura um pólo em cada mão e estende cada braço em uma das oito direções possíveis. Exceto na posição de descanso, as bandeiras não podem se sobrepor. As bandeiras são coloridas de forma diferente dependendo se os sinais são enviados por mar ou por terra. No mar, as bandeiras são vermelhas e amarelas (as bandeiras do Oscar ), enquanto na terra, elas são brancas e azuis (as bandeiras Papa ). Bandeiras não são obrigatórias, elas apenas tornam os personagens mais óbvios.

Lâmpadas de sinalização

Um controlador de tráfego aéreo segurando uma pistola de luz de sinal que pode ser usada para direcionar aeronaves com falha de rádio (2007).

As lâmpadas de sinalização (como as lâmpadas Aldis) são dispositivos de sinalização visual para comunicação óptica (normalmente usando código Morse). As lâmpadas de sinalização modernas são lâmpadas focalizadas que podem produzir um pulso de luz. Em versões grandes, esse pulso é obtido abrindo e fechando as venezianas montadas na frente da lâmpada, seja por meio de um pressostato operado manualmente ou, nas versões posteriores, automaticamente.

Com lâmpadas portáteis, um espelho côncavo é inclinado por um gatilho para focar a luz em pulsos. As lâmpadas são geralmente equipadas com alguma forma de mira óptica e são mais comumente implantadas em navios da Marinha e também usadas em torres de controle de aeroporto com sinais luminosos de aviação codificados .

Os sinais luminosos da aviação são usados ​​no caso de falha de rádio , aeronave não equipada com rádio ou no caso de piloto com deficiência auditiva. Os controladores de tráfego aéreo há muito usam canhões de luz de sinalização para direcionar essas aeronaves. A lâmpada do revólver possui um feixe luminoso focalizado capaz de emitir três cores diferentes: vermelho, branco e verde. Essas cores podem estar piscando ou estáveis ​​e fornecem instruções diferentes para aeronaves em vôo ou em solo (por exemplo, "autorização para pousar" ou "autorização para decolagem"). Os pilotos podem reconhecer as instruções balançando as asas do avião, movendo seus ailerons se estiverem no solo ou piscando as luzes de pouso ou de navegação durante a noite. Apenas 12 instruções padronizadas simples são direcionadas a aeronaves usando armas de luz de sinal, pois o sistema não é utilizado com código Morse .

Heliógrafo

Heliograph : Australians using a heliograph in North Africa (1940).

Um heliógrafo ( grego : Ἥλιος helios , que significa "sol", e γραφειν graphein , que significa "escrever") é um telégrafo solar sem fio que sinaliza por flashes de luz solar (geralmente usando código Morse ) refletidos por um espelho . Os flashes são produzidos girando momentaneamente o espelho ou interrompendo o feixe com um obturador.

O heliógrafo foi um instrumento simples, mas eficaz para comunicação óptica instantânea em longas distâncias durante o final do século XIX e início do século XX. Seus principais usos eram militares, pesquisas e trabalhos de proteção florestal. Eles eram padrão nos exércitos britânico e australiano até a década de 1960 e eram usados ​​pelo exército paquistanês até 1975.

Formulários eletrônicos

Atualmente, uma variedade de sistemas eletrônicos transmitem e recebem opticamente informações transportadas por pulsos de luz. Os cabos de comunicação de fibra óptica são agora empregados para enviar a grande maioria dos dados eletrônicos e chamadas telefônicas de longa distância que não são transmitidas por rádio , microondas terrestre ou satélite . Comunicações ópticas de espaço livre também são usadas todos os dias em várias aplicações.

Fibra ótica

A fibra ótica é o tipo de canal mais comum para comunicações óticas. Os transmissores em links de fibra óptica são geralmente diodos emissores de luz (LEDs) ou diodos laser . A luz infravermelha , ao invés da luz visível, é usada mais comumente, porque as fibras ópticas transmitem comprimentos de onda infravermelha com menos atenuação e dispersão . A codificação do sinal é tipicamente modulação de intensidade simples , embora historicamente fase óptica e modulação de frequência tenham sido demonstradas em laboratório. A necessidade de regeneração periódica de sinal foi amplamente superada pela introdução do amplificador de fibra dopada com érbio , que estendeu as distâncias de link a um custo significativamente menor.

Fotofone

O fotofone (originalmente com um nome alternativo, radiofone ) é um dispositivo de comunicação que permitia a transmissão da fala por um feixe de luz . Foi inventado em conjunto por Alexander Graham Bell e seu assistente Charles Sumner Tainter em 19 de fevereiro de 1880, no laboratório da Bell 1325 'L' Street em Washington, DC Ambos se tornaram sócios plenos da Volta Laboratory Association , criada e financiada por Bell .

Em 21 de junho de 1880, o assistente de Bell transmitiu uma mensagem telefônica de voz sem fio a uma distância considerável, do telhado da Franklin School até a janela do laboratório de Bell, a cerca de 213 metros de distância.

Bell acreditava que o fotofone foi sua invenção mais importante . Das 18 patentes concedidas apenas em nome de Bell, e das 12 que ele compartilhou com seus colaboradores, quatro foram para o fotofone, que Bell se referiu como sua 'maior conquista' , dizendo a um repórter, pouco antes de sua morte, que o fotofone era "o maior invenção [que eu] já fiz, maior do que o telefone " .

O fotofone foi um precursor dos sistemas de comunicação de fibra óptica , que alcançaram uso popular em todo o mundo a partir da década de 1980. A patente principal do fotofone ( Patente dos EUA 235.199 Aparelho para Sinalização e Comunicação, denominado Fotofone ) foi emitida em dezembro de 1880, muitas décadas antes de seus princípios terem aplicações práticas.

Comunicação óptica em espaço livre

Sistemas ópticos de espaço livre (FSO) são empregados para telecomunicações de ' última milha ' e podem funcionar em distâncias de vários quilômetros, desde que haja uma linha de visão desobstruída entre a fonte e o destino, e o receptor óptico possa decodificar com segurança o transmitido em formação. Outros sistemas de espaço livre podem fornecer links de longo alcance e de alta taxa de dados usando subsistemas pequenos, de baixa massa e baixo consumo de energia, que os tornam adequados para comunicações no espaço. Várias constelações de satélites planejadas com o objetivo de fornecer cobertura de banda larga global aproveitam esses benefícios e empregam comunicação a laser para links inter-satélites entre as várias centenas a milhares de satélites, criando efetivamente uma rede de malha óptica baseada no espaço .

Mais geralmente, a transmissão de sinais ópticos não guiados é conhecida como comunicações ópticas sem fio (OWC). Os exemplos incluem comunicação de luz visível de médio alcance e IrDA de curta distância , usando LEDs infravermelhos.

Veja também

Referências

Citações

Bibliografia

Leitura adicional