{"id":6847,"date":"2018-07-31T14:27:02","date_gmt":"2018-07-31T17:27:02","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=6847"},"modified":"2018-08-07T15:28:15","modified_gmt":"2018-08-07T18:28:15","slug":"da-ideia-a-inovacao-o-fio-de-vidro-que-conectou-o-mundo-parte-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/da-ideia-a-inovacao-o-fio-de-vidro-que-conectou-o-mundo-parte-2\/","title":{"rendered":"Da ideia \u00e0 inova\u00e7\u00e3o: O fio de vidro que conectou o mundo (parte 2)."},"content":{"rendered":"

Veja nossa mat\u00e9ria sobre a primeira parte desta hist\u00f3ria.<\/a><\/strong><\/p>\n

E aqui estamos de volta \u00e0 hist\u00f3ria do desenvolvimento das fibras \u00f3pticas.<\/p>\n

No final da d\u00e9cada de 1950, fibras \u00f3pticas curtas j\u00e1 eram produzidas industrialmente e usadas em alguns segmentos, principalmente em medicina para inspecionar o interior do corpo humano por meio de endosc\u00f3pios.<\/p>\n

\"Neste<\/a>
Nesta figura sobre o espectro eletromagn\u00e9tico, podem ser comparados os diversos tipos de radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica que existem. Fonte https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Espectro_EM_pt.svg.<\/figcaption><\/figure>\n

No \u00e2mbito das telecomunica\u00e7\u00f5es, a transmiss\u00e3o de informa\u00e7\u00f5es por meio de fios de cobre e de ondas de r\u00e1dio estava estabelecida e continuava avan\u00e7ando. O primeiro cabo transatl\u00e2ntico de fios de cobre foi instalado em 1956, e o primeiro sat\u00e9lite de telecomunica\u00e7\u00f5es, que usava ondas de r\u00e1dio, foi lan\u00e7ado dois anos depois. \u00a0Entretanto, o crescente uso do telefone e da televis\u00e3o estavam gerando uma urgente demanda por aumentar a capacidade de transmitir informa\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

Empresas de telecomunica\u00e7\u00f5es da Europa e Estados Unidos come\u00e7aram a buscar solu\u00e7\u00f5es em seus laborat\u00f3rios de pesquisa. A maior parte das pesquisas focava, principalmente, no uso das ondas de r\u00e1dio de comprimento mais curto e das micro-ondas, mas n\u00e3o considerava as ondas da chamada \u201cregi\u00e3o \u00f3ptica\u201d, formada principalmente pela luz vis\u00edvel. Todavia, era nas ondas de luz vis\u00edvel que podia ser encontrado o maior potencial para as comunica\u00e7\u00f5es. Para se ter uma ideia, essas ondas podem carregar dezenas de milhares de vezes mais informa\u00e7\u00e3o do que as ondas de r\u00e1dio, por exemplo.<\/p>\n

A apari\u00e7\u00e3o em cena do laser puxou um pouco a hist\u00f3ria para o lado das telecomunica\u00e7\u00f5es \u00f3pticas. Inventado em 1960, em um centro de pesquisa de uma empresa aeroespacial dos Estados Unidos, o laser foi ganhando novas e melhores vers\u00f5es ao longo da d\u00e9cada. Com a sua capacidade de emitir luz em forma de feixes muito estreitos que se conservam por grandes dist\u00e2ncias, o laser podia ser um \u00f3timo parceiro da fibra \u00f3ptica.<\/p>\n

Entretanto, a fibra \u00f3ptica era deixada de lado devido \u00e0 sua enorme atenua\u00e7\u00e3o – redu\u00e7\u00e3o de intensidade do sinal de luz entre dois pontos, a qual se mede em decib\u00e9is perdidos por quil\u00f4metro percorrido (dB\/km). De fato, usando as fibras \u00f3pticas dispon\u00edveis naquele momento, apenas 1% da luz injetada na fibra permanecia nela 20 metros adiante. Perante essa baix\u00edssima efici\u00eancia, outras formas de guiar a luz come\u00e7aram a ser propostas e testadas por alguns grupos, enquanto outros pesquisadores continuavam investindo esfor\u00e7os e recursos em guias de ondas de r\u00e1dio ou micro-ondas.<\/p>\n

Os poucos grupos que apostavam na fibra \u00f3ptica ou em guias de ondas \u00f3pticas similares (filmes finos, por exemplo) no in\u00edcio da d\u00e9cada de 1960 estavam localizados na STL (centro de pesquisa da empresa brit\u00e2nica de telecomunica\u00e7\u00f5es STC); na CSF (forte grupo empresarial franc\u00eas atuante em \u00e1reas como telecomunica\u00e7\u00f5es, defesa, materiais e eletr\u00f4nica); nos laborat\u00f3rios Bell (laborat\u00f3rio estadunidense de pesquisa industrial na \u00e9poca ligado \u00e0 companhia de telecomunica\u00e7\u00f5es AT&T), e na universidade japonesa de Tohuku.<\/p>\n

\"Charles<\/a>
Charles Kao, provavelmente em 1966. Fonte https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=2-5sScP_fiw<\/figcaption><\/figure>\n

No grupo da STL, trabalhava Charles K. Kao, quem ganharia o Premio Nobel de F\u00edsica em 2009 em reconhecimento a seus trabalhos com fibra \u00f3ptica. Nascido em Xangai (China), Kao cursou o final do ensino secund\u00e1rio em um col\u00e9gio brit\u00e2nico de Hong-Kong e foi morar na Inglaterra em busca de estudos universit\u00e1rios em eletr\u00f4nica e comunica\u00e7\u00f5es, \u00e1reas que lhe apaixonavam. Formou-se em Engenharia El\u00e9trica pela University of London em 1957, e logo come\u00e7ou a trabalhar para a STC, at\u00e9 receber e aceitar uma proposta de fazer doutorado empresarial no bra\u00e7o de pesquisa da empresa, o STL. Ali ajudou o pesquisador Antoni E. Karbowiak em seus estudos sobre diversos guias de onda, at\u00e9 que o Karbowiak saiu da STL para assumir uma cadeira de professor. Nesse momento, Kao se dedicou na STL ao projeto no qual ele mais acreditava, o do desenvolvimento de fibras compostas por n\u00facleo e revestimento para serem usadas em telecomunica\u00e7\u00f5es como guias de ondas de luz vis\u00edvel.<\/p>\n

Kao contou ent\u00e3o com a ajuda de seu colega, o jovem engenheiro George Hockham, para desenvolver seus estudos sobre fibra \u00f3ptica. Juntos se dedicaram a entender as causas das perdas de luz na fibra, para saber se elas poderiam ser eliminadas ou diminu\u00eddas ou se, pelo contr\u00e1rio, tentar baixar a atenua\u00e7\u00e3o era encarar uma batalha perdida. Enquanto Hockham estudava as imperfei\u00e7\u00f5es no formato ou tamanho das fibras, Kao se concentrava nas caracter\u00edsticas do material, em particular sua estrutura e as impurezas e defeitos presentes nela. Os resultados dos estudos da dupla foram publicados em junho de 1966 nos IEEE Proceedings [K.C. Kao and G.A. Hockham, \u201cDielectric-Fibre Surface Waveguides for optical frequencies\u201d. Proc. IEE, 113, 1151 (1996)<\/a>].<\/p>\n

Esse artigo pode ser considerado um marco na hist\u00f3ria da fibra \u00f3ptica, por ser o primeiro que reportou as causas das perdas de luz na fibra \u00f3ptica e que mostrou o caminho a seguir e a meta a alcan\u00e7ar para conseguir uma fibra apta ao uso em telecomunica\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

Com base nas caracter\u00edsticas dos emissores (laser) e detectores de luz existentes, Kao e seu coautor afirmavam que, para poder usar as fibras em telecomunica\u00e7\u00f5es \u00f3pticas, era necess\u00e1rio baixar sua atenua\u00e7\u00e3o at\u00e9 chegar aos 20 dB\/km. A meta era muito desafiadora, pois nas fibras dispon\u00edveis no momento a luz atenuava 20 dB… a cada 20 metros! \u00a0Isso na melhor das hip\u00f3teses. Contudo, ao mostrar que as principais causas das perdas de luz nas fibras \u00f3pticas estavam relacionadas \u00e0 presen\u00e7a de impurezas no material, que absorviam ou espalhavam a luz e a desviavam da sua rota, o artigo apontou um caminho para diminuir a atenua\u00e7\u00e3o: o uso de vidros mais puros.<\/p>\n

\"Representa\u00e7\u00e3o<\/a>
Representa\u00e7\u00e3o do corte frontal de uma fibra \u00f3ptica (na qual propor\u00e7\u00f5es n\u00e3o foram consideradas) com as duas partes principais da fibra: o n\u00facleo, com \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o n1, e o revestimento, com \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o menor (n2). Fonte https:\/\/pt.wikipedia.org\/wiki\/Fibra_%C3%B3ptica#\/media\/File:Optical_fiber.svg<\/figcaption><\/figure>\n

O artigo conclu\u00eda que fibras cil\u00edndricas compostas por um n\u00facleo e um revestimento, ambos feitos de materiais v\u00edtreos com \u00edndices de refra\u00e7\u00e3o levemente diferentes (maior no n\u00facleo), poderiam ser meios de transmiss\u00e3o de informa\u00e7\u00e3o muito melhores do que os existentes na \u00e9poca, al\u00e9m de mais baratos. Nessas fibras, a informa\u00e7\u00e3o viajaria codificada em sinais de luz que percorreriam o n\u00facleo, enquanto o revestimento garantiria que a luz permane\u00e7a no n\u00facleo mesmo nas curvas.<\/p>\n

Depois disso, Charles Kao continuou se dedicando \u00e0 fibra \u00f3ptica, investindo seu tempo n\u00e3o apenas na pesquisa, mas tamb\u00e9m na divulga\u00e7\u00e3o. De fato, ele proferiu palestras sobre seus estudos e sobre o potencial da fibra \u00f3ptica em diversos laborat\u00f3rios e empresas do mundo. Al\u00e9m disso, a STL divulgou um press release destacando as possibilidades da fibra \u00f3ptica no campo das comunica\u00e7\u00f5es, o qual teve pouca repercuss\u00e3o na imprensa.<\/p>\n

Em paralelo, junto a novos colaboradores, Kao fez uma s\u00e9rie de experimentos com diversos vidros e outros materiais e mostrou, entre outros resultados, que no vidro denominado s\u00edlica fundida pura, a atenua\u00e7\u00e3o podia chegar a apenas 5 dB\/km. O resultado era animador, mas transformar em uma fibra \u00f3ptica esse material feito de di\u00f3xido de sil\u00edcio (SiO2) puro era outra hist\u00f3ria. Devido \u00e0 sua pureza, esse vidro s\u00f3 podia ser fundido a alt\u00edssimas temperaturas, superiores a 1.500 \u00b0C. Al\u00e9m disso, depois de fundido, sua viscosidade dificultava a sua transforma\u00e7\u00e3o em qualquer produto. Finalmente, o \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o da s\u00edlica fundida era extremamente baixo. Desse modo, utiliz\u00e1-la para fabricar o n\u00facleo da fibra, se por um lado seria vantajoso em termos de pureza, por outro lado seria complicad\u00edssimo, n\u00e3o apenas pela dificuldade de processar o material, mas tamb\u00e9m pela impossibilidade de achar um material com \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o menor para o revestimento.<\/p>\n

Nesse momento, alguns laborat\u00f3rios de empresas da Alemanha, Estados Unidos, Fran\u00e7a, Reino Unido e Jap\u00e3o decidiram enfrentar o desafio de desenvolver a fibra \u00f3ptica de baixa atenua\u00e7\u00e3o. Perante a dificuldade de lidar com a s\u00edlica fundida, a maioria desistiu desse material e tentou fazer fibras \u00f3pticas com outros vidros, retirando-lhes as impurezas. Por sua vez, outros grupos desistiram de fazer fibras \u00f3pticas de baixa atenua\u00e7\u00e3o ao ouvir especialistas em vidro que afirmavam que seria imposs\u00edvel retirar as impurezas que estavam incomodando.<\/p>\n

Apenas um desses grupos fez escolhas diferentes, o da empresa Corning, nos Estados Unidos. Fundada em 1851, a firma sempre trabalhou com vidros, mas, longe de se estancar na produ\u00e7\u00e3o de produtos de baixo valor agregado, ela protagonizou o desenvolvimento de muitas inova\u00e7\u00f5es, a come\u00e7ar pela bola de vidro da l\u00e2mpada incandescente de Thomas Edison. No in\u00edcio da d\u00e9cada de 1930, foi na Corning que o qu\u00edmico Franklin Hyde criou o m\u00e9todo de hidr\u00f3lise de chama que viabilizou a fabrica\u00e7\u00e3o e processamento de s\u00edlica pura. Nesse m\u00e9todo<\/a>, em vez de se fundir cristais de di\u00f3xido de sil\u00edcio, parte-se de um composto l\u00edquido baseado em sil\u00edcio que, aquecido em cima de uma chama, acaba gerando um p\u00f3 que se pode ser depositado formando camadas de s\u00edlica.<\/p>\n

\"Peter<\/a>
Peter Schultz, Donald Keck e Robert Maurer, e fibras \u00f3pticas. Fonte: http:\/\/ethw.org\/File:Corning_Fiber-optic_Inventors_3.jpg<\/figcaption><\/figure>\n

Em 1966, a Corning incumbiu o f\u00edsico Robert Maurer de pesquisar e desenvolver fibras \u00f3pticas de menos de 20 dB\/km de atenua\u00e7\u00e3o para uso em comunica\u00e7\u00f5es \u00f3pticas. Em 1968, mais dois cientistas tinham se somado a Maurer nesse projeto:\u00a0 Peter Schultz, doutor em Ci\u00eancia do Vidro, e Donald Keck, doutor em F\u00edsica.<\/p>\n

O trio trabalhou duro em ideias que eram opostas \u00e0quelas que os demais grupos do mundo estavam seguindo. Na escolha do material, o grupo da Corning optou por usar o vidro mais puro e acrescentar impurezas quando necess\u00e1rio, em vez de retirar impurezas de vidros menos nobres at\u00e9 chegar \u00e0 atenua\u00e7\u00e3o desejada. Os cientistas da Corning usaram, ent\u00e3o, a s\u00edlica fundida pura para o revestimento da fibra \u00f3ptica, o qual precisava de um material com \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o menor, e a s\u00edlica com pequen\u00edssimas quantidades de tit\u00e2nio no n\u00facleo, de modo a aumentar o \u00edndice de refra\u00e7\u00e3o apenas o necess\u00e1rio e diminuir a pureza o m\u00ednimo poss\u00edvel.<\/p>\n

Para o m\u00e9todo de fabrica\u00e7\u00e3o da fibra, o grupo da Corning tamb\u00e9m seguiu um caminho pr\u00f3prio, baseado no m\u00e9todo que Hyde tinha desenvolvido mais de trinta anos atr\u00e1s. O trio fabricou um tubo de s\u00edlica pura e depositou a s\u00edlica dopada dentro dele. Com essa fibra, cerca de quatro anos depois do in\u00edcio do projeto de desenvolvimento da fibra \u00f3ptica de baixa atenua\u00e7\u00e3o, o grupo da Corning obteve a primeira medida de atenua\u00e7\u00e3o menor que 20 dB\/km. Estava desenvolvida a primeira fibra \u00f3ptica de baixa atenua\u00e7\u00e3o!<\/p>\n

Em maio de 1970, a equipe depositou duas patentes revelando, respectivamente,\u00a0a composi\u00e7\u00e3o<\/a>\u00a0e o m\u00e9todo de fabrica\u00e7\u00e3o<\/a>\u00a0dessa fibra e, depois disso, come\u00e7ou a divulgar os resultados.<\/p>\n

Em 1971, a Corning decidiu que o projeto poderia passar da fase de pesquisa \u00e0 de desenvolvimento, na qual engenheiros trabalharam para tornar a fabrica\u00e7\u00e3o adequada \u00e0 escala industrial, para deixar a fibra mais resistente (a primeira fibra era mais fr\u00e1gil do que o desej\u00e1vel) e para finalizar o desenvolvimento junto a empresas que tinham interesse em comprar a fibra. Enquanto isso acontecia, a equipe de pesquisa continuou explorando, com bons resultados, novas possibilidades para obter melhores fibras \u00f3pticas. Depois disso, Maurer, Schultz e Keck se viram obrigados a dedicar uma grande parte do tempo deles a lit\u00edgios judiciais relacionados \u00e0s patentes da fibra \u00f3ptica, que foram outorgadas \u00e0 Corning em 1972 e 1973.<\/p>\n

No in\u00edcio da d\u00e9cada de 1970, a fibra \u00f3ptica ainda n\u00e3o era uma inova\u00e7\u00e3o propriamente dita. De fato, a inser\u00e7\u00e3o dessa tecnologia no mercado demorou mais de 10 anos para acontecer. Essa parte da hist\u00f3ria, tamb\u00e9m interessante, n\u00e3o ser\u00e1 abordada aqui, mas alguns marcos podem ser citados. Em 1975, no Reino Unido, as primeiras fibras \u00f3pticas n\u00e3o-experimentais foram instaladas. Em 1976, a Corning inaugurou a sua primeira f\u00e1brica industrial de fibras \u00f3pticas. Em 1983, nos Estados Unidos, foi instalada a primeira rede nacional de telefonia baseada em fibras \u00f3pticas. Em 1988, o primeiro cabo transatl\u00e2ntico de fibras \u00f3pticas foi instalado.<\/p>\n

Atualmente, com bilh\u00f5es de quil\u00f4metros de fibra \u00f3ptica instalados, as telecomunica\u00e7\u00f5es no planeta Terra, principalmente via Internet, dependem fortemente desses finos fios de vidro ou pl\u00e1stico. Com rela\u00e7\u00e3o a outras tecnologias, a fibra \u00f3ptica mant\u00e9m o primeiro lugar em velocidade de transmiss\u00e3o de dados, com imensas quantidades de informa\u00e7\u00e3o podendo ser transmitidas em 1 segundo entre pontos distantes do planeta. Com rela\u00e7\u00e3o \u00e0s ondas de r\u00e1dio que predominavam nas comunica\u00e7\u00f5es \u00f3pticas 60 anos atr\u00e1s, essa capacidade aumentou nada menos que um milh\u00e3o de vezes. Valeu a pena o esfor\u00e7o de todos os envolvidos na hist\u00f3ria, n\u00e3o \u00e9 mesmo?<\/p>\n

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Para saber mais<\/strong><\/p>\n