1.Bagaimana serat optik digabungkan?

Jawaban: Serat optik terdiri dari dua bagian dasar: inti yang terbuat dari bahan optik transparan dan lapisan kelongsong dan pelapis.

2. Apa saja parameter dasar yang menggambarkan karakteristik transmisi jalur serat optik?

Jawaban: Ini termasuk kehilangan, dispersi, bandwidth, panjang gelombang terputus, diameter bidang mode, dll.

3. Apa penyebab pelemahan serat?

Jawaban: Atenuasi serat mengacu pada pengurangan daya optik antara dua penampang serat, yang berhubungan dengan panjang gelombang. Penyebab utama atenuasi adalah hamburan, penyerapan, dan hilangnya optik yang disebabkan oleh konektor dan sambungan.

4. Bagaimana cara menentukan koefisien atenuasi serat optik?

Jawaban: Ditentukan oleh redaman per satuan panjang serat optik seragam dalam kondisi tunak (dB/km).

5. Apa yang dimaksud dengan kerugian penyisipan?

Jawaban: Mengacu pada redaman yang disebabkan oleh memasukkan komponen optik (seperti memasukkan konektor atau skrup) ke dalam saluran transmisi optik.

6. Apa yang dimaksud dengan bandwidth serat optik?

Jawaban: Bandwidth serat optik mengacu pada frekuensi modulasi ketika amplitudo daya optik dikurangi 50% atau 3dB dibandingkan dengan amplitudo frekuensi nol pada fungsi transfer serat optik. Bandwidth serat optik kira-kira berbanding terbalik dengan panjangnya, dan hasil kali bandwidth dan panjangnya adalah konstan.

7. Ada berapa jenis dispersi serat optik? Apa hubungannya?

Jawaban: Dispersi serat optik mengacu pada perluasan penundaan kelompok dalam serat optik, termasuk dispersi mode, dispersi material, dan dispersi struktural. Hal ini tergantung pada karakteristik sumber cahaya dan serat optik.

8. Bagaimana menggambarkan karakteristik dispersi sinyal yang merambat dalam serat optik?

Jawaban: Dapat dijelaskan dengan tiga besaran fisis: pelebaran pulsa, bandwidth serat optik, dan koefisien dispersi serat optik.

9. Berapa panjang gelombang cutoffnya?

Jawaban: Ini mengacu pada panjang gelombang terpendek yang hanya dapat mentransmisikan mode dasar pada serat optik. Untuk serat optik mode tunggal, panjang gelombang cutoffnya harus lebih pendek dari panjang gelombang cahaya yang ditransmisikan.

10. Apa dampak penyebaran serat optik terhadap kinerja sistem komunikasi serat optik?

Jawaban: Dispersi serat optik akan menyebabkan perluasan pulsa optik selama transmisi dalam serat optik, mempengaruhi laju kesalahan bit, jarak transmisi, dan laju sistem.

11. Apa yang dimaksud dengan metode hamburan balik?

Jawaban: Metode hamburan balik adalah metode untuk mengukur redaman sepanjang serat optik. Sebagian besar daya optik dalam serat optik merambat ke depan, namun sebagian kecil dihamburkan kembali ke arah pemancar cahaya. Dengan menggunakan spektrometer pada pemancar cahaya untuk mengamati kurva waktu hamburan balik, tidak hanya panjang dan redaman serat optik seragam yang terhubung dapat diukur dari satu ujung, tetapi juga ketidakteraturan lokal, titik putus, dan kehilangan daya optik yang disebabkan oleh sambungan dan konektor dapat diukur.

12. Apa prinsip pengujian reflektometer domain waktu optik (OTDR)? Apa fungsinya?

Jawaban: OTDR didasarkan pada prinsip hamburan balik cahaya dan refleksi Fresnel. Ia menggunakan cahaya hamburan balik yang dihasilkan ketika cahaya merambat di serat optik untuk mendapatkan informasi atenuasi. Hal ini dapat digunakan untuk mengukur redaman serat optik, kehilangan sambungan, lokasi titik kesalahan serat optik, dan memahami distribusi kerugian sepanjang serat optik. Ini adalah alat yang sangat diperlukan dalam konstruksi, pemeliharaan, dan pemantauan kabel optik. Indikator utamanya meliputi: rentang dinamis, sensitivitas, resolusi, waktu pengukuran, dan area buta.

13.Apa yang dimaksud dengan area buta OTDR? Apa dampaknya terhadap tes tersebut? Bagaimana cara mengatasi area buta dalam pengujian sebenarnya?

Jawaban: Biasanya rangkaian "titik buta" yang disebabkan oleh kejenuhan ujung penerima OTDR akibat pantulan yang dihasilkan oleh titik fitur seperti konektor aktif dan sambungan mekanis disebut area buta.

Area buta dalam serat optik dibagi menjadi area buta peristiwa dan area buta atenuasi: jarak panjang dari titik awal puncak refleksi ke puncak saturasi penerima yang disebabkan oleh intervensi konektor aktif disebut area buta peristiwa; jarak dari titik awal puncak pantulan ke titik peristiwa lain yang dapat diidentifikasi yang disebabkan oleh intervensi konektor aktif pada serat optik disebut area buta atenuasi.

Untuk OTDR, semakin kecil area butanya, semakin baik. Area buta akan bertambah seiring bertambahnya lebar pelebaran denyut nadi. Meskipun peningkatan lebar pulsa akan meningkatkan panjang pengukuran, hal ini juga meningkatkan area buta pengukuran. Oleh karena itu, ketika menguji serat optik, pulsa sempit harus digunakan untuk mengukur serat optik dan titik peristiwa yang berdekatan dari aksesori OTDR, sedangkan pulsa lebar harus digunakan untuk mengukur ujung serat optik.

14.Dapatkah OTDR mengukur berbagai jenis serat optik?

J: Jika Anda menggunakan modul OTDR mode tunggal untuk mengukur serat multimode, atau menggunakan modul OTDR multimode untuk mengukur serat mode tunggal dengan diameter inti 62,5 mm, hasil pengukuran panjang serat tidak akan terpengaruh, tetapi hasil kehilangan serat, kehilangan konektor optik, dan kehilangan pengembalian akan salah. Oleh karena itu, saat mengukur serat optik, Anda harus memilih OTDR yang cocok dengan serat yang diukur, sehingga Anda bisa mendapatkan hasil yang benar untuk semua indikator kinerja.

15. Apa arti "1310nm" atau "1550nm" pada instrumen uji optik umum?

A: Ini mengacu pada panjang gelombang sinyal optik. Rentang panjang gelombang yang digunakan dalam komunikasi serat optik berada pada wilayah inframerah dekat, dengan panjang gelombang antara 800nm ​​​​hingga 1700nm. Ini sering dibagi menjadi pita dengan panjang gelombang pendek dan pita dengan panjang gelombang panjang, yang pertama mengacu pada panjang gelombang 850nm, dan yang terakhir mengacu pada 1310nm dan 1550nm.

16. Pada serat optik komersial saat ini, berapa panjang gelombang cahaya yang memiliki dispersi terkecil? Berapa panjang gelombang cahaya yang mempunyai kehilangan terkecil?

Jawaban: Cahaya dengan panjang gelombang 1310nm memiliki dispersi terkecil, dan cahaya dengan panjang gelombang 1550nm memiliki kehilangan terkecil.

17. Bagaimana klasifikasi serat optik menurut perubahan indeks bias inti serat optik?

Jawaban: Serat optik dapat dibagi menjadi serat optik indeks langkah dan serat optik indeks gradien. Serat optik indeks langkah memiliki bandwidth yang sempit dan cocok untuk komunikasi jarak pendek berkapasitas kecil; serat optik indeks gradien memiliki bandwidth yang lebar dan cocok untuk komunikasi berkapasitas sedang dan besar.

18. Bagaimana serat optik diklasifikasikan menurut mode gelombang cahaya berbeda yang ditransmisikan dalam serat optik?

Jawaban: Serat optik dapat dibagi menjadi serat optik mode tunggal dan serat optik multi-mode. Diameter inti serat optik mode tunggal kira-kira antara 1 dan 10μm. Pada panjang gelombang kerja tertentu, hanya satu mode dasar yang ditransmisikan, yang cocok untuk sistem komunikasi berkapasitas besar dan jarak jauh. Serat optik multi-mode dapat mentransmisikan berbagai mode gelombang cahaya, dengan diameter inti kira-kira antara 50 dan 60μm, dan kinerja transmisinya lebih buruk dibandingkan serat optik mode tunggal.

Saat mentransmisikan proteksi diferensial arus dari proteksi multipleks, serat optik multi-mode sering digunakan antara perangkat konversi optoelektronik yang dipasang di ruang komunikasi gardu induk dan perangkat proteksi yang dipasang di ruang kendali utama.

19. Apa pentingnya bukaan numerik (NA) serat optik indeks langkah?

Jawaban: Bukaan numerik (NA) menunjukkan kemampuan pengumpulan cahaya dari serat optik. Semakin besar NA maka semakin kuat kemampuan serat optik dalam mengumpulkan cahaya.

20. Apa yang dimaksud dengan birefringence pada serat optik mode tunggal?

Jawaban: Ada dua mode polarisasi ortogonal dalam serat optik mode tunggal. Ketika serat optik tidak sepenuhnya simetris secara silinder, kedua mode polarisasi ortogonal tidak mengalami degenerasi. Nilai mutlak selisih indeks bias kedua mode polarisasi ortogonal adalah birefringence.

21. Struktur kabel optik apa yang paling umum?

Jawaban: Ada dua tipe: tipe lapisan-twisted dan tipe kerangka.

22. Apa saja komponen utama kabel optik?

Jawaban: Hal ini terutama terdiri dari: inti serat, minyak serat optik, bahan selubung, PBT (polibutilena tereftalat) dan bahan lainnya.

23. Apa yang dimaksud dengan pelindung kabel optik?

Jawaban: Ini mengacu pada elemen pelindung (biasanya kawat baja atau sabuk baja) yang digunakan pada kabel optik untuk tujuan khusus (seperti kabel optik bawah laut, dll.). Pelindung tersebut dipasang pada selubung bagian dalam kabel optik.

24. Bahan apa yang digunakan untuk selubung kabel optik?

Jawaban: Selubung atau selubung kabel optik biasanya terbuat dari bahan polietilen (PE) dan polivinil klorida (PVC), dan fungsinya untuk melindungi inti kabel dari pengaruh luar.

25. Sebutkan kabel optik khusus yang digunakan dalam sistem tenaga listrik.

Jawaban: Pada dasarnya ada tiga kabel optik khusus:

Kabel optik komposit kawat tanah (OPGW), serat optik ditempatkan di saluran listrik dari struktur terdampar aluminium berlapis baja. Penerapan kabel optik OPGW memiliki fungsi ganda sebagai kabel ground dan komunikasi, yang secara efektif meningkatkan tingkat pemanfaatan tiang dan menara listrik.

Kabel optik terbungkus (GWWOP), dimana sudah terdapat saluran transmisi, kabel optik jenis ini dibungkus atau digantung pada kabel ground.

Kabel optik mandiri (ADSS) memiliki kekuatan tarik yang kuat dan dapat langsung digantung di antara dua menara listrik, dengan rentang maksimum hingga 1000m.

26. Berapa banyak struktur aplikasi yang ada untuk kabel optik OPGW?

Jawaban: Terutama: 1) Lapisan tabung plastik dipelintir + struktur tabung aluminium; 2) Tabung plastik pusat + struktur tabung aluminium; 3) Struktur kerangka aluminium; 4) Struktur tabung aluminium spiral; 5) Struktur tabung baja tahan karat satu lapis (struktur tabung baja tahan karat pusat, struktur memutar lapisan tabung baja tahan karat); 6) Struktur tabung baja tahan karat komposit (struktur tabung baja tahan karat pusat, struktur memutar lapisan tabung baja tahan karat).

27. Apa saja komponen utama kawat terdampar di luar inti kabel optik OPGW?

Jawaban: Terdiri dari kawat AA (kawat paduan aluminium) dan kawat AS (kawat baja berlapis aluminium).

28. Apa saja persyaratan teknis yang diperlukan untuk memilih model kabel optik OPGW?

Jawaban: 1) Kekuatan tarik nominal (RTS) kabel OPGW (kN); 2) Jumlah inti serat (SM) kabel OPGW; 3) Arus hubung singkat (kA); 4) Waktu hubung singkat; 5) Kisaran suhu (℃).

29. Bagaimana batas kelenturan kabel optik?

Jawaban: Jari-jari lentur kabel optik harus minimal 20 kali diameter luar kabel optik, dan tidak kurang dari 30 kali diameter luar kabel optik selama konstruksi (keadaan non-statis).

30. Apa saja yang harus diperhatikan dalam rekayasa kabel optik ADSS?

Jawaban: Ada tiga teknologi utama: desain mekanis kabel optik, penentuan titik suspensi, dan pemilihan serta pemasangan perangkat keras pendukung.

31. Apa saja jenis utama alat kelengkapan kabel optik?

Jawaban: Perlengkapan kabel optik mengacu pada perangkat keras yang digunakan untuk memasang kabel optik, terutama meliputi: klem tegangan, klem suspensi, isolator getaran, dll.

32. Konektor serat optik memiliki dua parameter kinerja paling dasar, apakah itu?

Jawaban: Konektor serat optik umumnya dikenal sebagai sambungan hidup. Untuk persyaratan kinerja optik konektor serat tunggal, fokusnya adalah pada dua parameter kinerja paling dasar yaitu kerugian penyisipan dan kerugian pengembalian.

33. Ada berapa jenis konektor serat optik yang umum digunakan?

Jawaban: Menurut metode klasifikasi yang berbeda, konektor serat optik dapat dibagi menjadi beberapa jenis. Menurut media transmisi yang berbeda, konektor tersebut dapat dibagi menjadi konektor serat optik mode tunggal dan konektor serat optik multi-mode; menurut struktur yang berbeda, mereka dapat dibagi menjadi berbagai tipe seperti FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT, dll.; menurut permukaan ujung pin konektor, mereka dapat dibagi menjadi FC, PC (UPC) dan APC. Konektor serat optik yang umum digunakan: konektor serat optik tipe FC/PC, konektor serat optik tipe SC, konektor serat optik tipe LC.

34. Dalam sistem komunikasi serat optik, hal-hal berikut ini biasa ditemukan. Silakan sebutkan nama mereka.

AFC, adaptor FC Adaptor ST Adaptor SC Konektor FC/APC, FC/PC Konektor SC Konektor ST Kabel patch LC Kabel patch MU Kabel patch mode tunggal atau multi-mode.

35. Berapakah kerugian penyisipan (atau kerugian penyisipan) pada konektor serat optik?

Jawaban: Mengacu pada nilai berkurangnya daya efektif saluran transmisi yang disebabkan oleh pemasangan konektor. Bagi pengguna, semakin kecil nilainya, semakin baik. ITU-T menetapkan bahwa nilainya tidak boleh melebihi 0,5dB.

36. Berapakah return loss (atau redaman refleksi, return loss, return loss) dari konektor serat optik?

Jawaban: Ini adalah ukuran komponen daya masukan yang dipantulkan dari konektor dan dikembalikan sepanjang saluran masukan. Nilai tipikalnya tidak boleh kurang dari 25dB.

37. Apa perbedaan paling menonjol antara cahaya yang dipancarkan dioda pemancar cahaya dan laser semikonduktor?

Jawaban: Cahaya yang dihasilkan oleh dioda pemancar cahaya merupakan cahaya inkoheren dengan spektrum yang luas; cahaya yang dihasilkan oleh laser merupakan cahaya koheren dengan spektrum yang sangat sempit.

38. Apa perbedaan paling jelas antara karakteristik kerja dioda pemancar cahaya (LED) dan laser semikonduktor (LD)?

Jawaban: LED tidak memiliki ambang batas, sedangkan LD memiliki ambang batas. Laser hanya akan dihasilkan ketika arus yang disuntikkan melebihi ambang batas.

39. Apa dua laser semikonduktor mode longitudinal tunggal yang umum digunakan?

Jawaban: Laser DFB dan laser DBR, keduanya merupakan laser umpan balik terdistribusi, dan umpan balik optiknya disediakan oleh umpan balik terdistribusi kisi Bragg di rongga optik.

40. Apa dua jenis utama perangkat penerima optik?

Jawaban: Terutama fotodioda (tabung PIN) dan fotodioda longsoran (APD).

41. Apa saja faktor penyebab noise pada sistem komunikasi serat optik?

Jawaban: Terdapat derau yang disebabkan oleh rasio kepunahan yang tidak memenuhi syarat, derau yang disebabkan oleh perubahan intensitas cahaya secara acak, derau yang disebabkan oleh jitter waktu, derau titik dan derau termal penerima, derau mode serat optik, derau yang disebabkan oleh pelebaran pulsa yang disebabkan oleh dispersi, derau distribusi mode LD, derau yang disebabkan oleh kicauan frekuensi LD, dan derau yang disebabkan oleh pantulan.

42. Serat optik utama apa yang saat ini digunakan untuk pembangunan jaringan transmisi? Apa saja fitur utamanya?

Jawaban: Ada tiga jenis utama, yaitu serat optik mode tunggal konvensional G.652, serat optik mode tunggal dengan pergeseran dispersi G.653, dan serat optik dengan pergeseran dispersi bukan nol G.655.

Serat mode tunggal G.652 memiliki dispersi besar pada C-band 1530-1565nm dan L-band 1565-1625nm, umumnya 17-22psnm•km. Ketika kecepatan sistem mencapai 2,5Gbit/dtk atau lebih, kompensasi dispersi diperlukan. Pada 10Gbit/s, biaya kompensasi dispersi sistem relatif tinggi. Ini adalah serat yang paling umum digunakan dalam jaringan transmisi saat ini.

Dispersi serat pergeseran dispersi G.653 pada pita C dan pita L umumnya -1-3,5psnm•km, dan dispersi nol pada 1550nm. Kecepatan sistem dapat mencapai 20Gbit/s dan 40Gbit/s, menjadikannya serat terbaik untuk transmisi jarak jauh dengan panjang gelombang tunggal. Namun karena karakteristik dispersi nolnya, efek nonlinier akan terjadi ketika DWDM digunakan untuk perluasan kapasitas, sehingga terjadi crosstalk sinyal dan FWM pencampuran empat gelombang, sehingga tidak cocok untuk DWDM.

Serat dengan pergeseran dispersi bukan nol G.655: Dispersi serat dengan pergeseran dispersi bukan nol G.655 pada pita C adalah 1 hingga 6 psnm•km, dan dispersi pada pita L umumnya 6 hingga 10 psnm•km. Dispersinya kecil, menghindari area dispersi nol, menekan FWM pencampuran empat gelombang, dan dapat digunakan untuk perluasan kapasitas DWDM dan membuka sistem berkecepatan tinggi. Serat G.655 baru dapat memperluas area efektif hingga 1,5 hingga 2 kali lipat dari serat optik biasa. Area efektif yang besar dapat mengurangi kepadatan daya dan mengurangi efek nonlinier serat optik.

43. Apa yang dimaksud dengan nonlinier serat optik?

Jawaban: Artinya bila daya optik serat melebihi nilai tertentu maka indeks bias serat optik akan berhubungan secara nonlinier dengan daya optik, sehingga timbul hamburan Raman dan hamburan Brillouin yang menyebabkan frekuensi cahaya datang berubah.

44. Apa pengaruh nonlinier serat optik terhadap transmisi?

Jawaban: Efek nonlinier akan menyebabkan beberapa kerugian dan interferensi tambahan, sehingga menurunkan kinerja sistem. Kekuatan optik sistem WDM besar dan ditransmisikan sepanjang jarak jauh melalui serat optik, sehingga terjadi distorsi nonlinier. Ada dua jenis distorsi nonlinier: hamburan terstimulasi dan refraksi nonlinier. Diantaranya, hamburan terstimulasi meliputi hamburan Raman dan hamburan Brillouin. Kedua jenis hamburan di atas mengurangi energi cahaya datang sehingga menyebabkan kerugian. Hal ini dapat diabaikan bila daya serat masukan kecil.

45. Apa itu PON (Jaringan Optik Pasif)?

Jawaban: PON adalah jaringan optik loop serat optik di jaringan akses pengguna lokal, berdasarkan perangkat optik pasif seperti coupler dan splitter.

Berbagai penyebab redaman serat optik

1. Faktor utama penyebab redaman serat adalah: intrinsik, pembengkokan, ekstrusi, pengotor, ketidakrataan dan docking.

Intrinsik: Ini adalah hilangnya serat optik yang melekat, termasuk: hamburan Rayleigh, penyerapan yang melekat, dll.

Pembengkokan : Ketika serat optik dibengkokkan, sebagian cahaya pada serat optik akan hilang karena hamburan sehingga menyebabkan kerugian.

Ekstrusi: Kerugian yang disebabkan oleh sedikit bengkokan ketika serat optik terjepit.

Kotoran: Kotoran dalam serat optik menyerap dan menyebarkan cahaya yang merambat di serat optik, menyebabkan kerugian.

Ketidakrataan: Kerugian yang disebabkan oleh indeks bias bahan serat optik yang tidak merata.

Docking: Kerugian yang disebabkan ketika serat optik digandeng, seperti: sumbu yang berbeda (persyaratan koaksialitas serat optik mode tunggal kurang dari 0,8μm), permukaan ujung tidak tegak lurus terhadap sumbu, permukaan ujung tidak rata, diameter inti docking tidak cocok, dan kualitas fusi buruk.

Ketika cahaya masuk dari salah satu ujung serat optik dan keluar dari ujung lainnya, maka intensitas cahaya akan melemah. Artinya, setelah sinyal optik merambat melalui serat optik, sebagian energi cahaya dilemahkan. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat zat tertentu di dalam serat optik atau karena alasan tertentu menghalangi jalannya sinyal optik. Ini adalah hilangnya transmisi serat optik. Hanya dengan mengurangi hilangnya serat optik, sinyal optik dapat lewat dengan lancar.

2. Klasifikasi kehilangan serat optik

Kehilangan serat optik secara kasar dapat dibagi menjadi kerugian bawaan serat optik dan kerugian tambahan yang disebabkan oleh kondisi penggunaan setelah serat optik dibuat. Subdivisi spesifiknya adalah sebagai berikut:

Kehilangan serat optik dapat dibagi menjadi kerugian bawaan dan kerugian tambahan.

Kerugian inheren meliputi kerugian hamburan, kerugian penyerapan dan kerugian yang disebabkan oleh struktur serat optik yang tidak sempurna.

Kerugian tambahan termasuk kerugian mikrobend, kerugian lentur dan kerugian penyambungan.

Diantaranya, kerugian tambahan disebabkan secara artifisial selama pemasangan serat optik. Dalam aplikasi praktis, penyambungan serat optik satu per satu tidak dapat dihindari, dan penyambungan serat optik akan menyebabkan kerugian. Pembengkokan mikro, pemerasan dan peregangan serat optik juga akan menyebabkan kerugian. Ini semua adalah kerugian yang disebabkan oleh kondisi penggunaan serat optik. Alasan utamanya adalah dalam kondisi ini, mode transmisi pada inti serat optik telah berubah. Kerugian tambahan dapat dihindari sebisa mungkin. Di bawah ini, kami hanya membahas hilangnya serat optik.

Di antara kerugian bawaan, kerugian hamburan dan kerugian penyerapan ditentukan oleh karakteristik bahan serat optik itu sendiri, dan kerugian bawaan yang disebabkan oleh panjang gelombang kerja yang berbeda juga berbeda. Sangatlah penting untuk memahami mekanisme pembangkitan kerugian dan menganalisis secara kuantitatif besarnya kerugian yang disebabkan oleh berbagai faktor untuk pengembangan serat optik dengan kerugian rendah dan penggunaan serat optik secara rasional.

3. Hilangnya penyerapan bahan

Bahan yang digunakan untuk membuat serat optik dapat menyerap energi cahaya. Setelah partikel-partikel dalam bahan serat optik menyerap energi cahaya, mereka bergetar dan menghasilkan panas, dan energi tersebut hilang, sehingga menimbulkan hilangnya penyerapan. Kita tahu bahwa materi terdiri dari atom dan molekul, dan atom terdiri dari inti atom dan elektron ekstranuklir, dan elektron berputar mengelilingi inti atom dalam orbit tertentu. Ini sama seperti bumi tempat kita tinggal dan planet-planet seperti Venus dan Mars berputar mengelilingi matahari. Setiap elektron mempunyai energi tertentu dan berada pada orbit tertentu, atau dengan kata lain setiap orbit mempunyai tingkat energi tertentu.

Tingkat energi orbital yang dekat dengan inti lebih rendah, dan tingkat energi orbital yang jauh dari inti lebih tinggi. Besarnya perbedaan tingkat energi antar orbit disebut perbedaan tingkat energi. Ketika sebuah elektron bertransisi dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi, ia menyerap energi dari perbedaan tingkat energi yang sesuai.

Dalam serat optik, ketika sebuah elektron pada tingkat energi tertentu disinari oleh cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai dengan perbedaan tingkat energi, elektron pada orbit tingkat energi rendah akan bertransisi ke orbit dengan tingkat energi yang lebih tinggi. Elektron ini menyerap energi cahaya, sehingga mengakibatkan hilangnya penyerapan cahaya.

Silikon dioksida (SiO2), bahan dasar pembuatan serat optik, menyerap cahaya itu sendiri. Salah satunya disebut serapan ultraviolet dan yang lainnya disebut serapan inframerah. Saat ini komunikasi serat optik umumnya hanya bekerja pada rentang panjang gelombang 0,8 hingga 1,6 μm, sehingga kita hanya membahas kerugian pada rentang kerja tersebut.

Puncak serapan yang dihasilkan oleh transisi elektron dalam kaca kuarsa adalah sekitar 0,1 hingga 0,2 μm panjang gelombang di wilayah ultraviolet. Dengan bertambahnya panjang gelombang, efek serapannya berangsur-angsur berkurang, namun area yang terkena sangat luas, hingga panjang gelombang di atas 1 μm. Namun, penyerapan ultraviolet memiliki pengaruh kecil pada serat optik kuarsa yang bekerja di wilayah inframerah. Misalnya pada daerah cahaya tampak dengan panjang gelombang 0,6 μm, serapan ultraviolet dapat mencapai 1 dB/km, dan pada panjang gelombang 0,8 μm turun menjadi 0,2 hingga 0,3 dB/km, dan pada panjang gelombang 1,2 μm hanya sekitar 0,1 dB/km.

Hilangnya serapan infra merah pada serat optik kuarsa disebabkan oleh getaran molekul bahan infra merah. Ada beberapa puncak penyerapan getaran pada pita di atas 2 μm.

Karena pengaruh berbagai elemen doping dalam serat optik, serat optik kuarsa tidak mungkin memiliki jendela kerugian rendah pada pita di atas 2μm, dan batas kerugian teoretis pada panjang gelombang 1,85μm adalah ldB/km.

Melalui penelitian, ditemukan juga bahwa ada beberapa "molekul destruktif" dalam kaca kuarsa yang menimbulkan masalah, terutama beberapa pengotor logam transisi berbahaya, seperti tembaga, besi, kromium, mangan, dll. "Orang jahat" ini dengan rakus menyerap energi cahaya di bawah iradiasi cahaya, melompat-lompat, dan menyebabkan hilangnya energi cahaya. Menghilangkan “pengacau” dan memurnikan secara kimia bahan yang digunakan untuk membuat serat optik dapat mengurangi kerugian secara signifikan.

Sumber serapan lain pada serat optik kuarsa adalah hidroksil (OHˉ). Menurut penelitian pada masa itu, orang menemukan bahwa hidroksil memiliki tiga puncak serapan pada pita kerja serat optik, yaitu 0,95μm, 1,24μm, dan 1,38μm, di antaranya kehilangan serapan pada panjang gelombang 1,38μm adalah yang paling serius dan berdampak paling besar pada serat optik. Pada panjang gelombang 1,38μm, kehilangan puncak serapan yang dihasilkan oleh kandungan hidroksida hanya 0,0001 mencapai 33dB/km.

Dari manakah hidroksida ini berasal? Ada banyak sumber hidroksida. Pertama, adanya senyawa air dan hidroksida pada bahan yang digunakan untuk membuat serat optik. Senyawa hidroksida ini tidak mudah dihilangkan selama pemurnian bahan mentah, dan akhirnya tertinggal di serat optik dalam bentuk hidroksida; kedua, terdapat sedikit air dalam hidroksida yang digunakan untuk membuat serat optik; ketiga, air dihasilkan akibat reaksi kimia selama proses pembuatan serat optik; keempat, uap air dibawa masuk melalui masuknya udara luar. Namun, proses manufaktur saat ini telah berkembang ke tingkat yang cukup tinggi, dan kandungan hidroksida telah turun ke tingkat yang cukup rendah sehingga dampaknya terhadap serat optik dapat diabaikan.

4. Hamburan kerugian

Di malam yang gelap, jika Anda menyorotkan senter ke langit, Anda dapat melihat seberkas cahaya. Orang-orang juga melihat pancaran cahaya tebal dari lampu sorot di langit malam.

Jadi mengapa kita melihat berkas cahaya ini? Pasalnya, banyak partikel kecil seperti asap dan debu yang melayang di atmosfer. Ketika cahaya menyinari partikel-partikel ini, ia menyebar dan memancar ke segala arah. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Rayleigh, sehingga orang menamakan hamburan ini dengan sebutan “hamburan Rayleigh”.

Bagaimana hamburan bisa terjadi? Ternyata partikel-partikel kecil seperti molekul, atom, dan elektron penyusun materi bergetar pada frekuensi bawaan tertentu dan dapat melepaskan cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai dengan frekuensi getaran tersebut. Frekuensi getaran suatu partikel ditentukan oleh ukuran partikel tersebut. Semakin besar partikelnya, semakin rendah frekuensi getarannya dan semakin panjang panjang gelombang cahaya yang dilepaskan; semakin kecil partikelnya, semakin tinggi frekuensi getarannya dan semakin pendek panjang gelombang cahaya yang dilepaskan. Frekuensi getaran ini disebut frekuensi getaran bawaan partikel. Namun getaran ini tidak timbul dengan sendirinya, melainkan memerlukan sejumlah energi tertentu. Sekali suatu partikel disinari dengan cahaya dengan panjang gelombang tertentu, dan frekuensi cahaya yang disinari sama dengan frekuensi getaran yang melekat pada partikel tersebut, maka akan menimbulkan resonansi. Elektron dalam partikel mulai bergetar pada frekuensi getaran ini, mengakibatkan partikel menghamburkan cahaya ke segala arah, dan energi cahaya datang diserap dan diubah menjadi energi partikel, dan partikel tersebut memancarkan kembali energi tersebut dalam bentuk energi cahaya. Oleh karena itu, bagi orang yang mengamati dari luar, cahaya seolah-olah mengenai partikel tersebut dan kemudian terbang ke segala arah.

Hamburan Rayleigh juga terjadi pada serat optik, dan kehilangan cahaya yang disebabkan oleh hal ini disebut kehilangan hamburan Rayleigh. Mengingat tingkat teknologi manufaktur serat optik saat ini, kerugian hamburan Rayleigh dapat dikatakan tidak dapat dihindari. Namun, karena besarnya kehilangan hamburan Rayleigh berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang cahaya, dampak kehilangan hamburan Rayleigh dapat dikurangi secara signifikan ketika serat optik beroperasi pada wilayah panjang gelombang yang panjang.

5. Kekurangan bawaan, tidak ada yang bisa membantu

Struktur serat optik tidak sempurna, seperti gelembung, kotoran, atau ketebalan serat optik yang tidak rata, terutama antarmuka kelongsong inti yang tidak rata. Ketika cahaya mencapai tempat-tempat tersebut, sebagian cahayanya akan tersebar ke segala arah sehingga menyebabkan kerugian. Kerugian ini dapat diatasi dengan memperbaiki proses pembuatan serat optik. Hamburan menyebabkan cahaya dipancarkan ke segala arah, dan sebagian cahaya yang tersebar dipantulkan kembali ke arah yang berlawanan dengan rambat serat optik. Bagian dari cahaya yang tersebar ini dapat diterima di ujung serat optik. Hamburan cahaya menyebabkan hilangnya sebagian energi cahaya, dan hal ini tidak diinginkan. Namun fenomena ini juga dapat kita manfaatkan, karena jika kita menganalisis kekuatan bagian cahaya yang diterima pada ujung transmisi, kita dapat memeriksa titik putus, cacat, dan hilangnya serat optik tersebut. Dengan cara ini, melalui kecerdikan manusia, hal-hal buruk dapat diubah menjadi hal-hal baik.

Kehilangan serat Dalam beberapa tahun terakhir, komunikasi serat optik telah banyak digunakan di berbagai bidang. Masalah penting dalam mewujudkan komunikasi serat optik adalah meminimalkan hilangnya serat optik. Yang disebut kerugian mengacu pada redaman serat optik per satuan panjang, dan satuannya adalah dB/km. Tingkat kehilangan serat optik secara langsung mempengaruhi jarak transmisi atau jarak antar stasiun relai. Oleh karena itu, memahami dan mengurangi kehilangan serat optik memiliki arti praktis yang besar dalam komunikasi serat optik.

1. Hilangnya penyerapan serat optik

Hal ini disebabkan oleh penyerapan energi cahaya oleh bahan serat optik dan pengotor. Mereka mengkonsumsi energi cahaya dalam bentuk energi panas pada serat optik, yang merupakan kerugian penting dalam hilangnya serat optik. Kerugian penyerapan meliputi hal-hal berikut:

① Hilangnya penyerapan bahan secara intrinsik Ini adalah kerugian yang disebabkan oleh penyerapan bahan secara inheren. Ia memiliki dua pita, satu di wilayah inframerah dekat 8-12μm. Penyerapan intrinsik pita ini disebabkan oleh getaran. Pita serapan intrinsik lainnya dari bahan tersebut ada pada pita ultraviolet. Ketika serapannya sangat kuat, ekornya akan terseret ke pita 0,7-1,1μm.

②Hilangnya penyerapan yang disebabkan oleh dopan dan ion pengotor Bahan serat optik mengandung logam transisi seperti besi, tembaga, kromium, dll. Bahan tersebut memiliki puncak serapan dan pita serapannya sendiri dan bervariasi menurut keadaan valensinya. Hilangnya serat optik yang disebabkan oleh penyerapan ion logam transisi bergantung pada konsentrasinya. Selain itu, adanya OH- juga menyebabkan hilangnya penyerapan. Puncak serapan dasar OH- mendekati 2,7μm, dan pita serapan berada pada kisaran 0,5-1,0μm. Untuk serat optik kuarsa murni, kerugian yang disebabkan oleh pengotor dapat diabaikan.

③ Kehilangan penyerapan cacat atom Ketika bahan serat optik dipanaskan atau diradiasi dengan kuat, maka akan dirangsang untuk menghasilkan cacat atom, sehingga terjadi penyerapan cahaya dan kehilangan, tetapi secara umum efek ini sangat kecil.

2. Hilangnya serat optik secara hamburan

Hamburan di dalam serat optik akan mengurangi daya transmisi dan menimbulkan kerugian. Hamburan yang paling penting adalah hamburan Rayleigh, yang disebabkan oleh perubahan densitas dan komposisi di dalam bahan serat optik.

Selama proses pemanasan bahan serat optik, akibat agitasi termal, kompresibilitas atom tidak merata, kepadatan bahan tidak merata, dan indeks bias tidak merata. Ketidakrataan ini diperbaiki selama proses pendinginan, dan ukurannya lebih kecil dari panjang gelombang gelombang cahaya. Ketika cahaya bertemu dengan material tidak rata yang lebih kecil dari panjang gelombang gelombang cahaya dan memiliki fluktuasi acak selama transmisi, arah transmisi berubah, terjadi hamburan, dan terjadi kehilangan. Selain itu, konsentrasi oksida yang tidak merata yang terkandung dalam serat optik dan doping yang tidak merata juga dapat menyebabkan hamburan dan kehilangan.

3. Hilangnya hamburan pandu gelombang

Ini adalah hamburan yang disebabkan oleh distorsi acak atau kekasaran antarmuka. Faktanya, ini adalah konversi mode atau penggandengan mode yang disebabkan oleh distorsi atau kekasaran permukaan. Satu mode akan menghasilkan mode transmisi dan mode radiasi lainnya karena fluktuasi antarmuka. Karena redaman berbagai mode yang ditransmisikan dalam serat optik berbeda, dalam proses konversi mode jarak jauh, mode dengan redaman rendah menjadi mode dengan redaman besar. Setelah konversi berkelanjutan dan konversi balik, meskipun kerugian setiap mode akan seimbang, mode secara keseluruhan akan menghasilkan kerugian tambahan, yaitu kerugian tambahan yang dihasilkan karena konversi mode. Kerugian tambahan ini adalah kerugian hamburan pandu gelombang. Untuk mengurangi kerugian tersebut, perlu dilakukan perbaikan pada proses pembuatan serat optik. Untuk serat optik yang memiliki tarikan yang baik atau berkualitas tinggi, kehilangan ini pada dasarnya dapat diabaikan.

4. Kehilangan radiasi akibat pembengkokan serat optik

Serat optik lembut dan dapat ditekuk. Namun, setelah ditekuk sampai batas tertentu, meskipun serat optik dapat memandu cahaya, namun akan mengubah jalur transmisi cahaya. Peralihan dari mode transmisi ke mode radiasi menyebabkan sebagian energi cahaya menembus ke dalam cladding atau melewati cladding menjadi mode radiasi dan bocor keluar sehingga menimbulkan kerugian. Jika radius lentur lebih besar dari 5 sampai 10 cm, kerugian akibat pembengkokan dapat diabaikan.

Sumber: Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd