SERAT OPTIK : GEOMETRI, FABRIKASI DAN SPESIFIKASI DASAR

Pertanyaan dasar

Serat-optik ? Bagaimana struktur serat-optik ? Bagaimana cahaya bisa merambat melalui serat ? Bagaimana memilih bahan dan fabrikasi serat-optik ? Hal-hal apa yang harus diperhatikan dalam pemilihan serat-optik ?

CAHAYA, light

Aliran partikel yang dalam pemancarannya memenuhi hukum optik reflection & refraction, snell law. Cahaya radiasi gelombang elektromagnetik (fresnel, maxwell) yang mengalami diffraction, interference dan pengubahan polarisasi selain mengalami reflection & refraction. Pendekatan ray digunakan untuk analisis sinyal yang mengalami diffraction, interference dan pengubahan polarisasi selain mengalami reflection & refraction. Arah rambat cahaya dari sumbernya dapat diasumsikan gelombang spheric ataupun plane

CAHAYA

QUANTUM WAVE RAY2 1/ 2 0y

E ! h.v

E! E E2 0x

Wavelength Ranges

Rambatan Cahaya

Gelombang merambat secara spheric If didekat sumber

Gelombang merambat secara planar If relatif jauh dari sumber

Matematika Gelombang

Cahaya dapat dianggap gelombang yang mempunyai polarisasi linear ataupun elliptik. Polarisasi tergantung pada kondisi vektor medan E dan H. Sebagaimana gelombang EM, cahaya mempunyai konstanta propagasi, dengan notasi k. Agar merambat, medan E dan H membentuk vektor yang orthogonal agar terjadi transverse wave. Mode perambatan cahaya di serat optik, secara umum mengikuti hukum perambatan gelombang EM yang diturunkan oleh MAXWELL.

Rambatan GEM

A( x, t ) ! ei Ao exp[ j ([t k .x)] Polarisasi bisa linear [ ! 2TY k ! 2T / P

ataupun elliptical / circular tergantung nilai medan E dan H.

PolarisasiDengan asumsi bahwa cahaya merupakan gelombang EM, maka ada phenomena POLARISASI 1. LINEAR (Vertical - Horizontal) 2. ELLIPTICAL (circular, RHCP, LHCP)

Pendekatan Quantum

Sebagai penentu daya atau energi cahaya yang dipancarkan oleh sebuah sumber atau diserap oleh bahan digunakan pendekatan quantum. Perhitungan tersebut didasarkan pada banyaknya quanta atau photon yang dihasilkan atau diserap. E = hY h = 6.625x10-34 J [konstanta planck] Sebuah sumber akan dapat kehilangan photon.

Penggunaan Fisika Optik ?

Indek bias : refractive index, index of refraction Sudut datang : angle of incidence Sudut datang kritis : critical angle of incidence Bidang kedatangan : plane of incidence Pantulan : External reflection, internal reflection dan totally internally reflected Sudut datang maksimum, Acceptance Conde, NA dan Jumlah Mode Radio daya yang hilang di cladding

Serat-optik (2)

Serat Optik Bukan lagi bumbung cahaya, tapi sudah berupa serat gelas dengan ukuran beberapa micrometer Karena transmisinya terbimbing maka terhindar dari interference elektromagnetik (EMI). Frekuensi kerja sistem di serat-optik tergantung panjang gelombang yang digunakan Terdapat 3 windows : disekitar 800 nm (810-850 nm), disekitar 1300nm (1220-1340 nm) Setiap window punya bandwidth sekitar 25.000 GHz Pemilihan windows terkait dengan redaman, semakin tinggi panjang gelombang redaman semakin rendah

Index refraksi

refractive index (n): Of a medium, the ratio of the velocity of propagation of an electromagnetic wave in vacuum to its velocity in the medium. Synonym index of refraction. Note: When the Greek character eta is unavailable, the letter n is used to represent the refractive index.

Refractive index

Index of refraction

c n! YMaterial Air Water Glass Diamond n 1.000 1.333 1.6 2.419

Contoh Index Bias Cornings SMF-28 Optical FiberRegion Core CladdingCore Cladding

1300 nm 1.4535 1.4483

1550 nm 1.4505 1.4447

Coating

Snells Lawn1 sin U1 ! n2 sin U 2U1 index n1 When light goes from low index medium to high index medium, the angle gets smaller When light goes from high index medium to low index medium, the angle gets bigger index n2 U2

Pengaruh Sudut datang

kritis

Total Internal ReflectionWhat happens if the expression on the right is bigger than one? If the expression on the right is one or bigger, than all the light gets reflected Called total internal reflection Works only when inside a high index material U2 U1

n1 sin U c 1! n2

n1 sin U1 sin U 2 ! n2

n2 sin U c ! n1

Cahaya merambat di fiber, melalui refleksi totalRay stays confined to the core because the cladding has a lower refractive index than the core

n2