Pemantulan Internal Sempurna Pada Serat Optik

Pemantulan internal sempurna adalah pemantulan yang terjadi pada bidang batas dua zat bening yang berbeda kerapatan optiknya.

• Cahaya datang yang berasal dari air (medium optik lebih rapat) menuju ke udara (medium optik kurang rapat) dibiaskan menjauhi garis normal (berkas cahaya J).
• Pada sudut datang tertentu, maka sudut biasnya akan 90^o dan dalam hal ini berkas bias akan berimpit dengan bidang batas (berkas K). Sudut datang dimana hal ini terjadi dinamakan sudut kritis (sudut batas). Sudut kritis adalah sudut datang yang mempunyai sudut bias 90^o atau yang mempunyai cahaya bias berimpit dengan bidang batas.
• Apabila sudut datang yang telah menjadi sudut kritis diperbesar lagi, maka cahaya biasnya tidak lagi menuju ke udara, tetapi seluruhnya dikembalikan ke dalam air (dipantulkan) (berkas L).

Peristiwa inilah yang dinamakan pemantulan internal sempurna Syarat terjadinya pemantulan internal sempurna :

• Cahaya datang berasal dari zat yang lebih rapat menuju ke zat yang lebih renggang.
• Sudut datang lebih besar dari sudut kritis.

Peristiwa pemantulan sempurna dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, salah satunya yaitu pada serat optik. Serat optik digunakan pada alat telekomunikasi atau bidang kedokteran. Serat ini digunakan untuk mentransmisikan percakapan telefon, sinyal video, dan data komputer.

Pemantulan Sempurna pada Serat Optik 

 

Fiber optik atau serat optik adalah sebuah kaca murni yang panjang dan tipis serta berdiameter sebesar rambut manusia. Garis lurus yang keluar dari sumber disebut sinar/cahaya. Pada ruang vakum cahaya akan menembus dengan kecepatan 300.000 kilometer per detik dalam satu garis lurus dan cahaya itu akan memiliki kecepatan yang lebih rendah bila melalui material seperti udara, air dan gelas. Cahaya digunakan untuk membawa data melalui serat optik. Sinar cahaya harus dijaga selalu berada di dalam serat optik sampai ke tujuan. Sinar harus tidak dibiaskan ke material yang membungkus serat optik. Pembiasan akan menyebabkan hilangnya sebagian energi dari cahaya tersebut. Dengan mengontrol kedua kondisi tersebut, serat optik akan melakukan pemantulan sempurna.

Jadi, pemantulan internal sempurna adalah prinsip di balik serat optik. Sekumpulan serat-serat kaca dan plastik dengan diameter beberapa mikrometer disebut pipa cahaya atau kabel, dan cahaya dapat ditransmisikan sepanjang kabel tersebut dengan hampir tidak ada kebocoran karena adanya pantulan internal sempurna.

 

  

Struktur Serat Optik dan Perambatan Cahaya pada Serat Optik

Gambar 1 di bawah merupakan struktur dasar dari sebuah serat optik yang terdiri dari 3 bagian : core (inti), cladding (kulit), dan coating (mantel) atau buffer (pelindung). Inti adalah sebuah batang silinder terbuat dari bahan dielektrik  bahan silika (SiO₂), biasanya diberi doping dengan germanium oksida (GeO₂) atau fosfor penta oksida (P₂O₅) untuk menaikan indeks biasnya yang tidak menghantarkan listrik, inti ini memiliki jari-jari besarnya sekitar 8 – 200 µm dan indeks bias n₁, besarnya sekitar 1,5. Inti di selubungi oleh lapisan material, disebut kulit, yang terbuat dari bahan dielektrik (silika tanpa atau sedikit doping), kulit memiliki jari-jari sekitar 125 - 400 µm indeks bias-nya n₂, besarnya sedikit lebih rendah dari n₁.

                                             Gambar 1 Struktur dasar Serat Optik

Walaupun cahaya merambat sepanjang inti serat tanpa lapisan material kulit, namun kulit memiliki beberapa fungsi :

·         Mengurangi cahaya yang loss dari inti ke udara sekitar.

·         Mengurangi loss hamburan pada permukaan inti.

·         Melindungi serat dari kontaminasi penyerapan permukaan.

·         Menambah kekuatan mekanis.

 Untuk pelindungan tambahan, kulit dibungkus oleh lapisan tambahan (terbuat dari plastik jenis tertentu) yaitu mantel atau buffer untuk melindungi serat optik dari kerusakan fisik. Buffer bersifat elastis, mencegah abrasi dan mencegah loss hamburan akibat microbends.