PROPAGASI CAHAYA DALAM PANDU GELOMBANG FIBER OPTIK

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.

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 :

1. melindungi teras dari kotoran-kotoran
2. menaikkan ketahanan serat terhadap usikan-usikan mekanis
3. 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.

Sistem Penyaluran Gelombang optik

(1) Sistem Propagasi Ruang Bebas

Sistem propagasi ruang secara optik mempunyai keuntungan dari sifat keserdehanaannya dan pengunaan sistem ini dengan kapasitas kecil pada saat ini sudah mungkin untuk dilaksanakan.

Gambar. 9.2.1 Diagram Penyaluran Cahaya Untuk Sistem Gelombang Pembawa.

(2) Sistem Penyaluran Melalui Kabel

Ada suatu media bagi penyaluran gelombang oprik seperti kabel optik yang mempunyai sifat flexibel seperti kabel biasa. Dengan metoda ini maka penyaluranya tidak lagi terpengaruh oleh keadaan cuaca dll, yang selalu mempunyai pengaruh terhadap propagasi ruang. Pada saat ini ada 2 tipe fiber optik bagi pembuatan kabel optik yang mengkin dipergunakan bagi masa mendatang. Jenis ini adalah : tipe focussing dan tipe clad. Pada tipe focussing indek bias menuju pusat dari gelas fiber terbagi secara parabolik (parabolically distributed). Sedangkan untuk tipe clad bagian luar gelas fiber ditutup dengan gelas fiber lain yang mempunyai indek bias kecil, sehingga sinar tidak keluar dari gelas fiber disebabkan refleksi total pada permukaan yang mempunyai indek bias yang tidak merata. Bagi keperluan kabel trunk media penyaluran multimode (misalnya gelas fiber tipe focussing) dianjurkan pemakaiannya, yang dengan mudah dapat dikoplingkan dengan diode luninous, yang sudah agak mudah dapat diperoleh bagi keperluan sumber oscilasi frekwensi optik.
Sedangkan bagi penggunaan penyaluran toll (toll transmission) kabel dengan mode tunggal, tipe clad atau tipe focussing yang mempunyai karekteristik lebar ban yang sangat besar, dianjurkan pemakaiannya demi untuk memperoleh cara penyaluran bebas cacat, pulsa berkecepatan tinggi.

Gambar 9.2.2 Konsep diagram sistem penyaluran cahaya lewat kabel

(3) Sistem penyaluran Optik dengan pancaran terpimpin (Optical beam guide transmission system).
Pancaran optik yang terpimpin (suatu sistem penyaluran optik, dimana lensa-lensa optik atau kaca-kaca cermin diatur pada kedudukan yang teratur bagi keperluan membimbing sinar) mempunyai keuntungan dengan rendahnya redaman penyaluran (mempunyai redaman kira-kira 0,5 dB/Km).

Gambar 9.2.3 Berkas Cahaya dalam tabung penyalur