1. Hitung panjang gelombang λ dalam meter, di ruang bebas, dari berikut ini: a. Sinyal listrik gelombang suara yang khas, frekuensi 3 kHz jawab : λ=c/f=3x108/3x10 3= 100km b. Operator radio WINS, frekuensi 1.010 MHz jawab : λ=c/f=3x108/1010x10 3= 297m c. Televisi Saluran 2, frekuensi 57 MHz jawab : λ=c/f=3x108/57000x10 3=5.26m d. Saluran televisi VHF 36, frekuensi 605 MHz jawab : λ=c/f=3x108/605000x10 3=0.496mm e. Sinyal inframerah jauh, frekuensi 1.000 GHz jawab : λ=c/f=3x108/1000x10 9=0.3mm f. Sinyal inframerah, frekuensi 0,35x10 15 Hz jawab : λ=c/f=3x108/0,35x10 15=105um g. Cahaya kuning, frekuensi 0,5 X 10 15 Hz jawab : λ=c/f=3x108/0,5 X 10 15=0.6um 2. Temukan kecepatan cahaya dalam material berikut: a. Fused silica, n = 1,46 b. Polystyrene, n = 1,6 c. Sapphire, n = 1,8 d. Silikon, n = 3,5 3. Sebuah elektron kehilangan sejumlah energi sebesar 3,2 x 10-19J (2 eV), yang diubah menjadi radiasi. Berapa frekuensi radiasi? 4. Sinar inframerah, λ: 0.82 pm, di ruang bebas, melewati bahan -bahan berikut. Temukan panjang gelombangnya di dalam masing-masing. a. Es b. air c. Kuarsa d. berlian 5. Sebuah sinar 15 diluncurkan ke serat yang terbuat dari kuarsa. Panjang seratnya adalah 500 m. Berapa lama waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melakukan perjalanan melalui serat? Asumsikan bahwa cahaya berjalan dalam garis lurus sempurna sepanjang pusat serat. 1. Berapa lama dibutuhkan sinar untuk mencapai dasar danau sedalam 500 m? 2. Sebuah balok sedang menuju ke satelit yang tingginya 30 km. Asumsikan bahwa 5 km pertama terdiri dari udara yang sangat tercemar dengan n = 1,01 dan sisanya adalah ruang hampa. Temukan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan perjalanan pulang pergi. (Sinar dipantulkan oleh satelit.) 3. Insiden berkas pada titik 0 dipantulkan dan melewati titik A (Gambar 2-16). Temukan sudut insiden. GAMBAR 2-16 gambar untuk masalah 8.
9. Temukan sudut θ sehingga sinar yang dipantulkan akan berjalan tegak lurus dengan berkas kejadian (Gambar 2 17). GAMBAR 2-17 Gambar untuk Masalah 9.
10. Temukan sudut θx, pada diagram yang ditunjukkan (Gambar 2-18). GAMBAR 2-18 Gambar untuk Masalah 10
11. Sebuah balok bergerak dari air (n = 1.3) ke udara (n = 1.0) pada sudut θ = 20 °. Bagaimana sudut kemunculannya?
12. Sebuah balok melewati lempengan kaca, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-19, dan bergeser ke kiri saat keluar dari pelat. Temukan jarak x. (Petunjuk: x = a-b) GAMBAR 2-19 Gambar untuk Masalah 12.
13. Dua balok adalah insiden pada batang kaca, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-20 Sebuah. Temukan waktu yang dibutuhkan balok A untuk melakukan perjalanan melalui batang. b. Ulangi langkah a untuk balok B. c. Temukan perbedaan antara dua interval. GAMBAR 2-20 Gambar untuk Masalah 13.
14. Sebuah balok yang berisi dua panjang gelombang, λ1 = 0,82, um dan λ2 = 1,3, um, memasuki bar kaca pada 30 ° dan dipantulkan oleh cermin di bagian bawah bar (Gambar 2- 21). Karena indeks bias gelas berbeda untuk λ1 dan λ2, kedua panjang gelombang mengikuti jalur yang berbeda, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Jika untuk λ1, n = 1,4, dan untuk λ2, n = 1,46, temukan jarak a1 dan a2 dan interval ∆a = a1 - a2. ∆a adalah dispersi yang disebabkan oleh batang kaca karena memisahkan sumber cahaya ke panjang gelombangnya.
GAMBAR 2-21 Gambar untuk Masalah 14.
15. Sebuah kisi difraksi transmisif dengan jarak antara celah S = 0.8um digunakan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-22. Sinar cahaya dengan λ = 0,5um adalah insiden pada sudut θ = 20 °. Temukan sudut θ, dari orde pertama yang terdifraksi. GAMBAR 2-22 Gambar untuk Masalah 15.
16. Sebuah kisi difraksi sering digunakan untuk memisahkan panjang gelombang. Jika, pada Gambar 2-23, sumber cahaya terdiri dari tiga panjang gelombang terpisah λ1 = 0,6um λ2 = 0,7 um, dan λ3 = 0,8 um -menemukan sudut difraksi (urutan pertama) dari tiga gelombang.
GAMBAR 2-23 Gambar untuk Masalah 16.
17. Cari persentase refleksi fresnel ketika sinar melewati antara material Dengan n = 1,0 hingga n = 1,4. Asumsikan sudut 0 ° insiden.
3 Prinsip Serat Optik BAB TUJUAN Bab ini membahas perambatan cahaya dalam serat indeks langkah. Refleksi internal total, yang merupakan prinsip dasar yang mendasari, dan beberapa rincian perambatan cahaya dalam serat disajikan, termasuk mode propagasi, sudut propagasi, dan sudut penerimaan. Sebuah istilah penting, bukaan numerik, yang terhubung ke perbedaan indeks bias relatif antara inti dan kelongsong, dibahas. Anda akan dapat menghitung parameter ini secara numerik dan diperkenalkan ke hubungan antara bilangan numerik, lebar garis, dan laju data dari serat.
3-1 PENDAHULUAN Gambar 3-1 mengilustrasikan serat indeks langkah. Dalam serat ini indeks refraktif berubah dalam mode langkah, dari pusat serat, inti, ke lapisan buter cladding; Itu tinggi di inti dan lebih rendah di cladding. Cahaya di serat menyebar dengan memantul bolak-balik dari antarmuka inti-cladding. Untuk menyederhanakan pembahasan propagasi, Anda akan menggunakan teknik ray-tracing. Artinya, Anda akan mengikuti sampel sinar throu; h seratnya. Sebagian besar, Anda akan berasumsi bahwa sinar sampel melewati pusat serat. Sinar seperti ini disebut sinar meridional. Bagian 3-2-3 secara singkat meliputi nonmeridional, atau sinar kemiringan. Sinar yang menyebar di serat harus diluncurkan ke serat di salah satu ujungnya. Kondisi yang diperlukan untuk menyuntikkan sinar tersebut secara efisien bergantung pada serat struktur, serta karakteristik dari sumber cahaya. Perhatikan bahwa dalam aplikasi komunikasi, pemilik yang memperkenalkan ke dalam serat biasanya 10-100 uW dengan sumber dioda cahaya (LED) dan sekitar 1 mW dengan sumber laser.
3-2 PROPAGASI CAHAYA 3-2-1 Total Refleksi Internal
Serat step-index tipikal ditunjukkan pada Gambar 3-1. Dua sinar ditunjukkan pada Gambar 3-1. Satu (garis padat) disuntikkan pada sudut yang lebih rendah daripada yang lain (garis putus-putus). Ikuti sinar putus-putus terlebih dahulu (garis putus-putus).
Pada antarmuka A, antara udara dan inti, pembiasan terjadi, dan sinar berlanjut pada sudut yang lebih kecil, lebih dekat ke garis tengah; itu adalah. θ L2> θ1. Sinar kemudian sam pai ke antarmuka inti-cladding pada titik B. Sekali lagi, pembiasan terjadi dan sinar melengkung dan berlanjut di cladding. Akhirnya, sinar membungkuk lagi, karena keluar dari serat di antarmuka udara cladding, pada titik C. Namun, kali ini sinar meninggalkan serat. Sinar ini tidak terbatas dan tidak menyebar melalui serat. Sekarang, ikuti sinar kedua (garis tebal). Sekali lagi, refraksi terjadi pada titik A. Pada titik B 'antarmuka inti-cladding, refleksi internal total terjadi. Sinar ini terbatas pada inti serat. Untuk kenyamanan, asumsikan bahwa sudut insiden pada antarmuka inti-cladding adalah sudut kritis dan sebut saja αc (kasus spesifik θc dalam Persamaan 2 -11 untuk serat, di mana indeks untuk kelongsong adalah n2 dan untuk inti adalah n1). Dari Persamaan 2- 11a αc = sin-1 (n2 / n1). Sinar datang dengan sudut yang lebih besar dari αc akan merambat dalam serat.
Sinar kritis (garis padat) pada Gambar -1 membuat sudut withc dengan pusat serat. Sinar dengan sudut propagasi lebih besar dari θc tidak akan ropagate. Perhatikan bahwa θ1> θc, dan bahwa sinar θ1 keluar dari serat dan tidak terbatas pada serat.
Sudut θc disebut sudut propagasi kritis (isc tidak sama di sini seperti θc dalam Bab 2). Dari geometri,
Sin αc = cos θc = n2 / n1 (3 -1)
Penting untuk dicatat bahwa refleksi internal total dapat terjadi hanya ketika cahaya bergerak dari indeks tinggi ke indeks media rendah.
CONTOH 3-1 Temukan inc dalam serat dengan ncore = 1,43 dan nclad = 1,40. Larutan Cos θc = n2 / n1 = 1,40 / 1,43 θc = 11,7 ° Sinar merambat pada sudut kritis, θc = 11.7 ° pada Contoh 3 -1, adalah insiden pada antarmuka inti-cladding di αc = 90-11,7 = 78,3 °. Nilai yang diberikan dalam Contoh 3-1 adalah tipikal untuk serat indeks langkah yang digunakan dalam komunikasi (serat single-mode memiliki sudut kritis yang dangkal). ofc sekitar 12 ° sangat dangkal dan membutuhkan perawatan khusus untuk memastikan cahaya masuk dan terbatas pada serat. Sudut θL1 dan θL2 pada Gambar 3-1 tidak sama dengan θ1 dan θ2 (lihat Bagian 3 -2-4). θL1 dan θL2 adalah sudut-sudut kejadian cahaya yang memasuki ujung serat, dan θ1 dan θc adalah sudut yang sesuai dari propagasi cahaya di dalam serat. 3-2-2 Mode Propagasi Semua sinar dengan sudut kurang dari θc akan merambat dalam serat. Atas dasar teori elektromagnet ik, sinar ini menyebar pada sudut yang berbeda. Jika sinar kritis menyebar di θ2 = 11,7 °. seperti pada Contoh 3 -1, sinar lainnya akan menyebar pada sudut yang berbeda di bawah 11,7 °. Gambar 3-2 menunjukkan tiga sinar yang berbeda, menyebar pada θ1, θ2, dan θ3. Sinar ini disebut sebagai mode propagasi. Jumlah total mode yang menyebar di serat meningkat ketika increasesc meningkat. Θ2 tergantung pada n2 / n1, seperti halnya jumlah mode. Ternyata
Bagian 3 bahwa jumlah total mode meningkat karena perbedaan indeks bias relatif (n2 - n1) / n1 meningkat. Hal ini umum membedakan antara mode orde tinggi, mereka dengan sudut propagasi dekat dengan sudut kritis θc, dan mode orde rendah, yang dengan sudut propagasi jauh lebih rendah dari sudut kritis. Modus orde tinggi cenderung mengirim energi cahaya ke dalam cladding. Energi ini 15 akhirnya hilang, terutama pada tikungan serat.
Konversi Mode (Mode Coupling). Apakah energi cahaya merambat sebagian besar dalam mode orde tinggi, mode orde rendah, atau campuran mode tertentu tergantung pada kondisi peluncuran (sudut insidensi sinar yang memasuki ujung serat) dan sejauh modus kopling (transfer energi cahaya dari satu mode ke mode lainnya) terjadi. Jika sumber cahaya untuk koneksi serat menyebabkan sebagian besar energi cahaya untuk digabungkan ke serat pada sudut yang relatif besar, mode orde tinggi akan diatur (Gambar 3-3 (a)). Hal ini cenderung menyebabkan kerugian, terutama pada tikungan serat, Gambar 3-3 (b) menunjukkan sumber cahaya yang memadukan cahaya pada sudut dangkal, dan dengan demikian mode orde rendah diatur dan kehilangan energi berkurang. Pada Gambar 3-3 (c), sumber cahaya tidak sejajar dan cenderung mengatur mode yang lebih tinggi dan bocor. Hal ini paling efisien untuk menghindari situasi yang ditunjukkan pada Gambar 3-3 (a) dan 3-3 (c). Distribusi mode (jumlah relatif energi yang dibawa oleh masing-masing mode) awalnya diatur dalam serat secara substansial diubah mode kopling (atau mode konversi). Distribusi mode setelah sekitar 1 atau 2 km serat mencapai apa yang disebut distribusi mode steady-state. ini berarti distribusi energi cahaya di antara mode relatif konstan dari sana. Setiap mode adalah
