Material yang digunakan untuk membuat serat optik dapat menyerap energi cahaya. Setelah partikel dalam material serat optik menyerap energi cahaya, mereka menghasilkan getaran dan panas, serta menghilangkan energi tersebut, yang mengakibatkan hilangnya penyerapan.Artikel ini akan menganalisis kehilangan penyerapan bahan serat optik.
Kita tahu bahwa materi tersusun dari atom dan molekul, dan atom tersusun dari inti atom dan elektron ekstranuklear, yang berputar mengelilingi inti atom dalam orbit tertentu. Hal ini sama seperti Bumi tempat kita tinggal, begitu pula planet-planet seperti Venus dan Mars, yang semuanya berputar mengelilingi Matahari. Setiap elektron memiliki sejumlah energi 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 pada panjang gelombang yang sesuai dengan perbedaan tingkat energi, elektron yang terletak pada orbital berenergi rendah akan bertransisi ke orbital dengan tingkat energi yang lebih tinggi.Elektron ini menyerap energi cahaya, sehingga mengakibatkan hilangnya penyerapan cahaya.
Bahan dasar pembuatan serat optik, silikon dioksida (SiO2), sendiri menyerap cahaya, yang satu disebut penyerapan ultraviolet dan yang lainnya disebut penyerapan inframerah. Saat ini, komunikasi serat optik umumnya hanya beroperasi pada rentang panjang gelombang 0,8-1,6 μm, sehingga kita hanya akan membahas rugi-rugi dalam bidang ini.
Puncak serapan yang dihasilkan oleh transisi elektronik pada kaca kuarsa berada di sekitar panjang gelombang 0,1-0,2 μm pada daerah ultraviolet. Seiring bertambahnya panjang gelombang, serapannya secara bertahap menurun, tetapi area yang terpengaruh luas, mencapai panjang gelombang di atas 1 μm. Namun, serapan UV memiliki pengaruh yang kecil terhadap serat optik kuarsa yang beroperasi pada daerah inframerah. Misalnya, pada daerah 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.
Rugi serapan inframerah serat kuarsa dihasilkan oleh vibrasi molekul material di wilayah inframerah. Terdapat beberapa puncak serapan getaran pada pita frekuensi di atas 2 μm. Karena pengaruh berbagai elemen doping pada serat optik, mustahil bagi serat kuarsa untuk memiliki jendela rugi rendah pada pita frekuensi di atas 2 μm. Rugi batas teoretis pada panjang gelombang 1,85 μm adalah ldB/km.Melalui penelitian, ditemukan pula beberapa "molekul destruktif" yang menyebabkan masalah pada kaca kuarsa, terutama pengotor logam transisi berbahaya seperti tembaga, besi, kromium, mangan, dll. "Molekul-molekul jahat" ini dengan rakus menyerap energi cahaya di bawah cahaya, melompat-lompat, dan menyebabkan hilangnya energi cahaya. Menghilangkan "molekul-molekul pengganggu" dan memurnikan material yang digunakan untuk memproduksi serat optik secara kimiawi dapat mengurangi kerugian secara signifikan.
Sumber serapan lain dalam serat optik kuarsa adalah fase hidroksida (OH-). Hidroksida ditemukan memiliki tiga puncak serapan pada pita kerja serat, yaitu 0,95 μm, 1,24 μm, dan 1,38 μm. Di antara ketiganya, rugi serapan pada panjang gelombang 1,38 μm merupakan yang paling parah dan berdampak paling besar pada serat. Pada panjang gelombang 1,38 μm, rugi puncak serapan yang dihasilkan oleh ion hidroksida dengan kandungan hanya 0,0001 mencapai 33 dB/km.
Dari mana ion hidroksida ini berasal? Ada banyak sumber ion hidroksida. Pertama, bahan yang digunakan untuk memproduksi serat optik mengandung uap air dan senyawa hidroksida, yang sulit dihilangkan selama proses pemurnian bahan baku dan akhirnya tetap berada 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 akibat reaksi kimia; Keempat, masuknya udara luar membawa uap air. Namun, proses pembuatan kini telah berkembang ke tingkat yang cukup signifikan, dan kandungan ion hidroksida telah berkurang ke tingkat yang cukup rendah sehingga dampaknya terhadap serat optik dapat diabaikan.
Waktu posting: 23-Okt-2025