Bahan yang digunakan untuk pembuatan serat optik dapat menyerap energi cahaya. Setelah partikel dalam bahan serat optik menyerap energi cahaya, partikel tersebut menghasilkan getaran dan panas, serta melepaskan energi tersebut, sehingga terjadi kehilangan penyerapan.Artikel ini akan menganalisis kerugian penyerapan pada material serat optik.
Kita tahu bahwa materi tersusun dari atom dan molekul, dan atom tersusun dari inti atom dan elektron di luar inti, yang berputar mengelilingi inti atom dalam orbit tertentu. Ini sama seperti Bumi tempat kita tinggal, serta planet-planet seperti Venus dan Mars, semuanya berputar mengelilingi Matahari. Setiap elektron memiliki sejumlah energi tertentu dan berada dalam orbit tertentu, atau dengan kata lain, setiap orbit memiliki tingkat energi tertentu.
Tingkat energi orbital yang lebih dekat ke inti atom lebih rendah, sedangkan tingkat energi orbital yang lebih jauh dari inti atom lebih tinggi.Besarnya perbedaan tingkat energi antar orbit disebut perbedaan tingkat energi. Ketika elektron bertransisi dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi, mereka perlu menyerap energi pada perbedaan tingkat energi yang sesuai.
Dalam serat optik, ketika elektron pada tingkat energi tertentu disinari dengan cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai dengan perbedaan tingkat energi tersebut, elektron yang terletak pada orbital berenergi rendah akan berpindah ke orbital dengan tingkat energi yang lebih tinggi.Elektron ini menyerap energi cahaya, sehingga terjadi kehilangan cahaya akibat penyerapan.
Bahan dasar untuk pembuatan serat optik, silikon dioksida (SiO2), sendiri menyerap cahaya, yang disebut penyerapan ultraviolet dan yang lainnya disebut penyerapan inframerah. Saat ini, komunikasi serat optik umumnya hanya beroperasi dalam rentang panjang gelombang 0,8-1,6 μm, jadi kita hanya akan membahas kerugian di area kerja ini.
Puncak serapan yang dihasilkan oleh transisi elektronik dalam kaca kuarsa berada di sekitar panjang gelombang 0,1-0,2 μm di wilayah ultraviolet. Seiring bertambahnya panjang gelombang, serapannya secara bertahap menurun, tetapi area yang terpengaruh cukup luas, mencapai panjang gelombang di atas 1 μm. Namun, serapan UV memiliki sedikit pengaruh pada serat optik kuarsa yang beroperasi di wilayah inframerah. Misalnya, di wilayah cahaya tampak pada panjang gelombang 0,6 μm, serapan ultraviolet dapat mencapai 1 dB/km, yang menurun menjadi 0,2-0,3 dB/km pada panjang gelombang 0,8 μm, dan hanya sekitar 0,1 dB/km pada panjang gelombang 1,2 μm.
Kehilangan penyerapan inframerah pada serat kuarsa dihasilkan oleh getaran molekuler material di wilayah inframerah. Terdapat beberapa puncak penyerapan getaran pada pita frekuensi di atas 2 μm. Karena pengaruh berbagai elemen doping dalam serat optik, serat kuarsa tidak mungkin memiliki jendela kehilangan rendah pada pita frekuensi di atas 2 μm. Batas kehilangan teoritis pada panjang gelombang 1,85 μm adalah 1dB/km.Melalui penelitian, ditemukan juga bahwa ada beberapa "molekul perusak" yang menyebabkan masalah pada kaca kuarsa, terutama pengotor logam transisi berbahaya seperti tembaga, besi, kromium, mangan, dll. 'Penjahat' ini dengan rakus menyerap energi cahaya di bawah iluminasi cahaya, melompat-lompat, menyebabkan hilangnya energi cahaya. Menghilangkan 'pembuat masalah' dan memurnikan secara kimiawi bahan yang digunakan untuk pembuatan serat optik dapat sangat mengurangi kerugian.
Sumber penyerapan lain dalam serat optik kuarsa adalah fase hidroksida (OH-). Telah ditemukan bahwa hidroksida memiliki tiga puncak penyerapan dalam pita kerja serat, yaitu 0,95 μm, 1,24 μm, dan 1,38 μm. Di antara ketiganya, kehilangan penyerapan pada panjang gelombang 1,38 μm adalah yang paling parah dan memiliki dampak terbesar pada serat. Pada panjang gelombang 1,38 μm, kehilangan puncak penyerapan yang dihasilkan oleh ion hidroksida dengan kandungan hanya 0,0001 saja sudah mencapai 33 dB/km.
Dari mana ion hidroksida ini berasal? Ada banyak sumber ion hidroksida. Pertama, bahan yang digunakan untuk pembuatan serat optik mengandung uap air dan senyawa hidroksida, yang sulit dihilangkan selama proses pemurnian bahan baku dan akhirnya tetap dalam bentuk ion hidroksida di dalam serat optik; Kedua, senyawa hidrogen dan oksigen yang digunakan dalam pembuatan serat optik mengandung sedikit uap air; Ketiga, air dihasilkan selama proses pembuatan serat optik karena reaksi kimia; Keempat, masuknya udara luar membawa uap air. Namun, proses pembuatan kini telah berkembang ke tingkat yang cukup tinggi, dan kandungan ion hidroksida telah dikurangi hingga tingkat yang cukup rendah sehingga dampaknya pada serat optik dapat diabaikan.
Waktu posting: 23 Oktober 2025