O avanço tecnológico experimentado pelas redes de computadores tem exigido dos sistemas de telecomunicações a capacidade de atender aos constantes aumentos das taxas de transmissão para os diversos sistemas de informação. Nesse quadro, as redes ópticas se apresentam como a alternativa tecnológica mais viável e assim, as fibras ópticas vêm substituindo gradativamente os cabos metálicos na infra-estrutura das redes de telecomunicações e aumentando potencialmente a capacidade e a confiabilidade dos sistemas de comunicação existentes.

Embora a capacidade máxima de transmissão de uma fibra óptica ainda seja desconhecida, uma vez que ainda existam limitações tecnológicas impostas pelos equipamentos eletrônicos que codificam os pulsos luminosos, pesquisadores estimam uma capacidade máxima de transmissão para as atuais fibras ópticas em torno de 25Tbps a 50Tbps (terabits por segundo: 1Tbps = 1000Gbps), por fibra. Para compreender o que significa este valor, um cálculo aproximado mostra que a capacidade de uma única fibra óptica poderia acomodar o tráfego gerado pelo uso simultâneo de cerca de 800 milhões de telefones fixos. Cabe aqui observar que, apesar dos constantes aumentos nas velocidades das interfaces eletrônicas, os sistemas ópticos mais modernos chegam a apenas 0,04% dessa capacidade teórica das fibras.

Um sistema de transmissão por fibras ópticas é constituído basicamente por um transmissor e um receptor ópticos, mais um cabo de fibra óptica. O transmissor é composto por um dispositivo emissor de luz e um circuito driver associado que tem funções de polarização elétrica e de comando da emissão de potência luminosa pelo dispositivo emissor de luz. O dispositivo emissor de luz é o elemento ativo básico do sistema, responsável pela conversão eletro-óptica dos sinais. Dois tipos de dispositivos são normalmente utilizados como fontes luminosas em sistemas de transmissão por fibras ópticas: diodos laser (LD’s) e diodos eletroluminescentes (LED’s).

Já o receptor óptico compõe-se de um dispositivo fotodetector e de um estágio eletrônico de amplificação e filtragem. O dispositivo fotodetector é o responsável pela detecção e conversão de sinal luminoso em sinal elétrico. Os fotodetectores mais comuns são os fotodiodos PIN e os fotodiodos de avalanche (APD’s). De um modo geral, os receptores ópticos equipados com fotodiodos de avalanche apresentam desempenho superior aos com fotodiodos PIN.

Assim como acontece nos meios de transmissão que utilizam sinais eletromagnéticos (como os sinais de rádio, por exemplo), também é possível nos meios ópticos transmitir simultaneamente por uma mesma fibra diferentes sinais codificados com comprimentos de onda diferentes, explorando a largura de banda da fibra e com isso aumentando-se a taxa efetiva de transmissão. Convém ressaltar que as freqüências associadas aos sistemas de comunicação por fibras ópticas são referenciadas em termos de comprimentos de onda a fim de diferenciá-las dos sistemas eletromagnéticos convencionais. Este comprimento de onda está localizado na faixa que vai de 1,3 a 1,6 µm.

A maneira mais eficiente de se beneficiar da largura de banda consiste na utilização de vários comprimentos de onda dentro da mesma fibra, o que é denominado multiplexação por divisão de comprimento de onda. Atualmente é possível realizar esse processo de multiplexação utilizando uma técnica conhecida justamente como multiplexação por divisão do comprimento de onda ou WDM (Wavelength-Division Multiplexing). Esta técnica permite a expansão da capacidade dos sistemas ópticos sem a necessidade de instalação de novas fibras, pois permite transformar uma única fibra óptica em várias fibras virtuais, cada uma destas transportando sinais com comprimentos de onda diferentes, independentemente do formato dos dados transportados. Embora a taxa de transmissão seja relativamente mais baixa (compatível com as velocidades eletrônicas), a taxa agregada passa a ser elevada, sendo possível uma taxa efetiva de transmissão em torno de 1,6Tbps por fibra, ou seja, cerca de 3,5% do limite teórico.

A tecnologia WDM foi concebida inicialmente para usar somente dois comprimentos de onda. Entretanto, o desenvolvimento de amplificadores ópticos utilizando a fibra óptica dopada com érbio, os EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier), implicou no surgimento de sistemas comerciais WDM que comportam 8, 16 e 40 canais. Convencionou-se a partir daí que os que sistemas WDM com número de canais superior a 16 receberiam a denominação de sistemas WDM Denso ou DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing) e CWDM (Course Wavelength-Division Multiplexing).

As tecnologias baseadas em WDM (CWDM e DWDM) oferecem suporte aos projetos de redes de alta performance para aplicações como ensino à distância, sistemas remotos, telemedicina, entre outros. Essas tecnologias são as que melhor se adaptam às novas necessidades das redes de comunicação, pois utilizam a infra-estrutura de fibras ópticas existentes que, através de multiplexação por comprimento de onda, possibilitam o aumento da capacidade de tráfego dessas redes.

Entretanto, a grande maioria das redes ópticas atualmente em uso utiliza mecanismos de conversão eletro-óptica que possibilitam o roteamento dos sinais ao nível eletrônico, mas que também são responsáveis por adicionar atrasos, além de encarecer os equipamentos de comunicação. O processamento dos sinais ao nível do transmissor e do receptor óptico é, em geral, feito eletricamente. Dessa forma, os esquemas de comutação utilizados nessas redes são baseados em circuitos eletrônicos que não são capazes de prover a velocidade necessária exigida pela demanda. A limitação desses sistemas ópticos se acentua nos pontos de comutação da rede onde se faz necessária uma conversão dos impulsos de luz em impulsos elétricos, ou seja, a informação chega em forma de luz e, em seguida, é convertida para impulsos elétricos, processados e convertidos novamente como luz. Como mencionado essa tarefa de conversão entre os domínios óptico e elétrico, gera retardos o que limita a taxa de transmissão de todo o sistema.

Para resolver esse problema estão sendo desenvolvidas redes capazes de realizar o roteamento ao nível óptico, onde toda a comutação ou roteamento é controlada por feixes de luz, eliminando o overhead da conversão opto-eletrônica. Nessas redes totalmente ópticas os equipamentos do núcleo da rede dispensam a conversão eletrônica (pelo menos para tratamento dos dados), executando a comutação da informação por meios puramente ópticos.

Uma das técnicas que possibilita a comutação totalmente óptica é a combinação de equipamentos de comutação com interfaces WDM utilizando os conceitos da telefonia baseada em comutação por circuitos. Aloca-se um canal dedicado entre cada par de comutadores e cada canal passa a corresponder a um comprimento de onda diferente no enlace. Para possibilitar a comutação óptica basta mudar o comprimento de onda do feixe de dados que está chegando ao comutador, antes de retransmiti-lo ao próximo enlace. Outra possibilidade é utilizar um esquema baseado em DWDM, onde é possível tornar toda a rede roteada por vários comprimentos de onda diferentes. Muitas vantagens advêm do uso deste esquema, como a capacidade de operação entre várias redes, a ampliação modular e a transparência em relação ao formato dos sinais transportados.

Mais recentemente surgiu no mercado de telecomunicações uma nova tecnologia de rede conhecida como Metro Gigabit Ethernet, ou simplesmente Metro Ethernet. Trata-se de uma solução baseada em meios totalmente ópticos que traz a possibilidade de interconexão de várias redes locais, integrando estas em um único ambiente como se estivessem nos mesmos endereços físicos, criando uma rede metropolitana com taxas de transmissão de dados chegando atualmente a 1Gbps. Essa integração proporcionada pela rede óptica possibilita uma redução considerável de custos com infra-estrutura e mão-de-obra, possibilitando o aumento da produtividade da rede e permitindo ainda aplicações que necessitam de alto desempenho, tais como vídeo, e-learning e telemedicina.

O uso das técnicas multiplexação por divisão em comprimento de onda (WDM) em fibras ópticas deu origem, por sua vez, aos sistemas baseados em multiplexação óptica. Embora não constituam propriamente sistemas de comunicações com fibras ópticas, estão associados ao desenvolvimento das tecnologias correspondentes a outros tipos de sistemas ópticos.

A tecnologia de comutação totalmente óptica tornou-se importante para o futuro das redes de altas velocidades e a alocação e reutilização de comprimentos de onda têm sido apresentadas como uma técnica promissora para tornar as redes ópticas mais flexíveis.