Prinsip Utama dan Batas Kinerja Optik Serat Multimode

Serat optik, sebagai komponen pandu gelombang optik yang kritis, semakin banyak digunakan di seluruh aplikasi telekomunikasi, spektroskopi, iluminasi, dan sensor. Memahami prinsip operasional dan teknik optimasi kinerja mereka sangat penting untuk memaksimalkan potensi mereka dalam implementasi praktis.

Serat optik berfungsi sebagai pandu gelombang dengan menggunakan refleksi internal total (TIR) untuk membatasi dan mengarahkan cahaya di dalam struktur padat atau cair. Jenis serat yang paling umum—serat indeks-langkah—terdiri dari inti indeks bias yang lebih tinggi yang dikelilingi oleh selubung. Ketika cahaya mengenai antarmuka inti-selubung pada sudut yang melebihi sudut kritis, TIR terjadi, menjebak cahaya di dalam inti.

Sudut penerimaan (θ ^acc ) menentukan sudut datang maksimum untuk TIR dan dihitung menggunakan Hukum Snell:

θ ^acc = arcsin(√(n ^inti ² - n ^selubung ²) / n)

di mana n ^inti dan n ^selubung mewakili indeks bias inti dan selubung masing-masing, dan n menunjukkan indeks bias medium eksternal. Produsen biasanya mengkarakterisasi kapasitas pengumpulan cahaya melalui aperture numerik (NA):

NA = √(n ^inti ² - n ^selubung ²)

Untuk serat multimode indeks-langkah berinti besar, rumus ini memberikan nilai NA yang tepat. Penentuan eksperimen melalui pengukuran profil berkas medan jauh (mengidentifikasi sudut di mana intensitas turun menjadi 5% dari maksimum) menawarkan verifikasi alternatif.

Setiap jalur cahaya potensial melalui serat merupakan mode yang dipandu. Geometri serat dan sifat material menentukan jumlah mode, mulai dari mode tunggal hingga ribuan mode. Frekuensi ternormalisasi (bilangan V) memperkirakan mode yang didukung:

V = (2πa/λ) × NA

di mana a adalah jari-jari inti dan λ adalah panjang gelombang ruang bebas. Serat multimode menunjukkan nilai V >>1 (misalnya, V≈40.8 untuk serat 50µm/0.39NA pada 1.5µm), mendukung sekitar V²/2 mode. Serat mode tunggal mempertahankan V<2.405 melalui inti yang lebih kecil dan NA yang lebih rendah.

• Interaksi fonon intrinsik dalam silika leburan mendominasi di atas 2000nm
• Kontaminan seperti ion OH⁻ menciptakan puncak penyerapan pada 1300nm dan 2.94µm
• Rekayasa dopan memungkinkan jendela transmisi yang disesuaikan

• Hamburan Rayleigh (∝1/λ⁴) mendominasi pada panjang gelombang yang lebih pendek
• Ketidaksempurnaan dari manufaktur atau penanganan meningkatkan hamburan ekstrinsik

• Diameter berkas <70% ukuran inti
• Lebih menyukai mode orde rendah
• Mengurangi sensitivitas tekukan
• Kepadatan daya inti yang lebih tinggi

• Berkas melebihi dimensi inti
• Merangsang semua mode secara merata
• Throughput daya awal yang lebih tinggi
• Atenuasi mode tinggi yang cepat dari jarak jauh

• Terinduksi tekukan: Pemanasan lokal pada tekukan yang ketat
• Penggelapan foto: Atenuasi yang diinduksi UV/panjang gelombang pendek

1. Periksa dan bersihkan semua antarmuka serat sebelum pemasangan
2. Verifikasi sambungan pada daya rendah sebelum operasi daya tinggi
3. Tingkatkan daya secara bertahap sambil memantau kinerja
4. Pilih jenis serat yang sesuai untuk aplikasi tertentu
5. Terapkan teknik koil dan peredaan regangan yang tepat