PROPAGASI CAHAYA DALAM
PANDU GELOMBANG FIBER OPTIK
Gelombang-gelombang dalam ruang terbuka (misalnya cahaya)
dipropagasikan ke semua arah, seperti gelombang speris (bola). Dengan cara ini,
mereka akan kehilangan energinya sebanding dengan kuadrat jaraknya; oleh karena
itu pada jarak R dari sumber besar energinya adalah energy
sumber dibagi dengan R2. Pandu gelombang menahan
gelombang untuk dipropagasikan dalam satu dimensi, sehingga dalam kondisi ideal
gelombang tidak akan kehilangan energinya selama
dipropagasikan.
dipropagasikan.
Gelombang cahaya dalam pandu gelombang tertahan karena total
refleksi dari dinding gelombang, sehingga propagasi dalam pandu gelombang
kira-kira dapat digambarkan seperti “zigzag” diantara dinding-dinding pandu
gelombang. Deskripsi ini tepat untuk gelombang elektromagnetik dalam tabung
berongga yang berbentuk persegi atau lingkaran.
Konsep dasar moda terpandu biasanya dijelaskan
dengan menggunakan model sinar optik. Moda tersebut dapat digunakan karena
proses pemanduan cahaya dalam pandu gelombang erat kaitannya dengan
fenomena-fenomena sinar optik pada bidang batas antara dua medium. Gelombang
optik yang terpandu dalam pandu gelombang dalam bentuk moda gelombang optik
adalah gelombang optik yang mengalami pantulan internal total pada kedua bidang
batas film-kover dan film-substrat. Dalam penjabaran mekanisme perambatan
cahaya pada serat optik, biasanya dijelaskan berdasarkan teori
sinar.
Propagasi cahaya dalam pandu gelombang serat
optik terjadi dalam struktur fiber optik, yaitu inti(core), kulit(cladding),
dan jaket(coating). Kulit terbuat dari silika tanpa atau dengan sedikit doping,
indeks bias kulit sedikit lebih rendah daripada rendah daripada indeks bias
teras. Komposisi teras kulit yang demikian diperlukan agar sinar yang masuk ke
dalam dapat terpantul-pantul secara sempurna sepanjang perjalanannya. Pantulan
sempurna hanya dapat terjadi jika sinar datang dari medium yang lebih rapat ke
medium yang kurang rapat dan sinar datang dengan sudut datang yang melebihi
sudut kritiknya, peristiwa fisis semacam ini sering kita lihat di jalanan pada
waktu terik matahari sebagai asap (mirage).
Fungsi lain dari kulit
yang tak kalah pentingnya adalah :
- melindungi teras dari
kotoran-kotoran
- menaikkan ketahanan serat
terhadap usikan-usikan mekanis
- mengurangi kerugian akibat
hamburan oleh diskontinuitas dielektrik di permukaan teras
Pada peristiwa pantulan sempurna oleh kulit,
sebetulnya masih disertai juga oleh rembesan sinar ke dalam kulit. Hal ini
dapat menyebabkan kerugian transmisi dan menyebabkan sinar yang tak sejajar
sumbu serat mencapai ujung seberang lebih dulu, sinar memiliki laju rambat yang
lebih besar di dalam kulit daripada di dalam teras.
Sebuah sinar di dalam serat terdiri dari dua
komponen, yaitu komponen sejajar sumbu dan komponen tegak lurus sumbu. Komponen
yang tegak lurus sumbu berarti tegak lurus pula dengan perbatasan teras kulit.
Ternyata hanya sinar yang komponen tegak lurusnya membentuk gelombang diam
(stasioner) yang dapat menjalar sepanjang serat, kibatnya sinar yang merambat
dalam serat cacahnya terbatas (disebut mode). Di dalam serat yang diameter
terasnya kecil (1-2mm) hanya satu mode saja yang dapat merambat, serat
ini disebut serat bermode tunggal.
Di dalam serat semacam ini pantulan
sempurna tidak akan terjadi jika amplitudo sinar melebihi jari-jari teras.
Ukuran serat mode tunggal yang kecil itu tidak menguntungkan, karena terdapat
kesulitan mengumpan sinar masuk ke dalamnya. Ukurannya dapat diperbesar dengan
cara membuat indeks bias terasnya. Serat bermode tunggal biasanya juga
dikaitkan dengan panjang gelombang sinar yang lewat, serat ini menggunakan
diode laser sebagai pengumpan sinarnya, kita tahu bahwa laser memiliki panjang
gelombang tunggal sehingga cocok dengan nama mode tunggal. Penggunaan laser di
sini mengakibatkan serat mampu membawa data dengan laju yang amat cepat dan
dengan distorsi yang minimal.
Serat yang mengijinkan beberapa mode merambat
di dalamnya disebut serat bermode banyak (multimode). Jika indeks bias
teras dan kulit berbeda drastis, disebut indeks-langkah (step-index),
setiap mode yang lewat memiliki jarak tempuh yang berbedabeda. Akibatnya mereka
tiba di ujung seberang pada seberang pada saat yang tidak sama pula, dikatakan
terjadi pelebaran pulsa yang akan menurunkan laju transmisi datanya. Peristiwa
dispersi antar mode ini dapat dikurangi dengan cara membuat indeks bias yang
turun sedikit demi sedikit dari teras sampai ke kulit, serat yang demikian ini
disebut serat dengan graded-index.
0 komentar:
Posting Komentar