Bagaimana cahaya merambat: pantulan, mode, apertur numerik

Serat adalah pandu gelombang: inti kaca yang dikelilingi oleh kaca dengan indeks bias sedikit lebih rendah, sehingga cahaya yang mengenai batas pada sudut dangkal dipantulkan kembali alih-alih lolos keluar. Dari satu fakta ini muncul perbedaan antara serat single-mode dan multimode, sudut penerimaan yang menentukan seberapa banyak cahaya dari sumber yang dapat masuk, alasan lengkungan yang ketat membocorkan cahaya, dan kelas OM1–OM5 serta OS2 yang menjadi acuan datasheet. Halaman ini membahas fisika tersebut hingga kedalaman yang dipakai dalam desain link.

Struktur serat

Lapisan	Diameter	Material	Peran
Inti	9 µm (single-mode), 50 atau 62,5 µm (multimode)	silika yang di-doping germanium (indeks lebih tinggi)	membawa cahaya
Cladding	125 µm	silika murni atau di-doping fluor (indeks lebih rendah)	mengurung cahaya melalui pemantulan internal total
Coating	250 µm (atau 200 µm)	akrilat	perlindungan mekanis; diberi kode warna pada kabel
Buffer / jaket	tight buffer 900 µm, atau loose tube	plastik	penanganan; bukan bagian dari optiknya

Perbedaan indeks bias antara inti dan cladding sangat kecil — sekitar 0,3–0,5 % — tetapi itu sudah cukup karena cahaya merambat hampir sejajar dengan sumbu.

Pemantulan internal total dan aperture numerik

Cahaya yang berpindah dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat membelok menjauhi garis normal; melewati sudut kritis, cahaya dipantulkan seluruhnya. Pada serat, ini berarti sinar-sinar di dalam sebuah kerucut di sekeliling sumbu terperangkap. Setengah-sudut kerucut tersebut di udara ditentukan oleh aperture numerik:

Serat	NA	Setengah-sudut penerimaan	Arti
Single-mode G.652	≈ 0,12–0,14	≈ 7–8°	hanya berkas sempit yang terarah dengan baik dapat masuk — hanya sumber laser
Multimode 50 µm (OM2–OM5)	0,20	≈ 11,5°	penerimaan lebar — VCSEL dan LED mudah masuk
Multimode 62,5 µm (OM1)	0,275	≈ 16°	terlebar; legacy

NA lebih tinggi = penggandengan lebih mudah tetapi mode lebih banyak dan dispersi modal lebih besar.

Mode

Mode adalah pola medan stabil yang dapat merambat di sepanjang pandu gelombang. Berapa banyak yang ada bergantung pada ukuran inti, NA, dan panjang gelombang (bilangan-V):

Serat	Mode pada 850 nm	Mode pada 1310 nm	Konsekuensi
Single-mode 9 µm	— (akan menjadi few-mode)	1	tidak ada dispersi modal; jangkauan ditentukan oleh redaman dan dispersi kromatik
Multimode 50 µm	ratusan	~100	dispersi modal membatasi bandwidth × jarak (Dispersi & bandwidth)
Multimode 62,5 µm	~1 000	—	dispersi modal terburuk

Serat single-mode bersifat single-mode hanya di atas panjang gelombang cutoff-nya (≈ 1 260 nm untuk G.652): pada 850 nm, serat ini membawa beberapa mode, itulah sebabnya modul SR 850 nm pada serat single-mode tidak bekerja dengan baik, dan mengapa “single-mode pada 1310/1550” adalah pasangan yang berlaku (Ketidaksesuaian fisik).

Indeks tangga dan indeks gradien

Profil	Bentuk indeks	Dipakai pada	Efek
Indeks tangga	indeks inti konstan, lompatan mendadak ke cladding	serat single-mode	tidak relevan untuk satu mode
Indeks gradien	parabolik: tertinggi pada sumbu, menurun menuju cladding	semua multimode telekomunikasi (OM1–OM5)	sinar di bagian luar menempuh jarak lebih jauh tetapi lebih cepat (indeks lebih rendah), sehingga mode tiba hampir bersamaan — dispersi modal berkurang 100× dibanding indeks tangga

Kualitas profil gradien inilah yang membedakan OM3 (2 000 MHz·km) dari OM4 (4 700 MHz·km): geometri yang sama, kurva indeks yang lebih presisi.

Mode field diameter dan redaman penggandengan

Pada serat single-mode, cahaya tidak terkurung hanya pada inti 9 µm; mode field diameter-nya (MFD) adalah ≈ 9,2 µm pada 1310 nm dan ≈ 10,4 µm pada 1550 nm. Dua serat dengan MFD berbeda, atau offset lateral pada konektor, kehilangan cahaya:

Mismatch	Redaman
Offset lateral 1 µm (SMF)	≈ 0,2 dB
Offset lateral 2 µm	≈ 0,8 dB
MFD 9,2 dibanding 10,4 µm (G.652 ke G.657.B atau DSF)	≈ 0,1–0,3 dB
Inti 50 µm masuk ke 62,5 µm	≈ 0 dB (redaman terjadi pada arah sebaliknya)
Inti 62,5 µm masuk ke 50 µm	2–4 dB
SMF masuk ke MMF	≈ 0 dB pada sambungan tetapi mode tereksitasi → derau modal
MMF masuk ke SMF	> 10 dB

Karena itulah berlaku aturan “jangan pernah mencampur 50 dan 62,5” dan “jangan pernah mencampur single-mode dan multimode” (Konektor & jenis serat).

Redaman lengkungan

Jenis lengkungan	Penyebab	Efek
Lengkungan makro	radius di bawah ~30 mm (SMF standar), cable tie yang terlalu kencang, pintu	cahaya lolos dari cladding; redaman naik tajam seiring panjang gelombang — link yang baik pada 1310 nm gagal pada 1550 nm, dan uji 1625 nm menemukan lengkungan yang terlewat oleh 1310 nm
Lengkungan mikro	penyimpangan sumbu mikroskopis akibat stres kabel, dingin, tergencet	kenaikan redaman broadband
Serat tahan lengkungan G.657.A1/A2/B3	profil indeks trench-assisted	radius 10–7,5–5 mm diperbolehkan; dipakai indoor, pada drop FTTH dan panel padat

Multimode lebih toleran terhadap lengkungan tetapi kehilangan mode orde tinggi lebih dulu, yang mengubah bandwidth-nya.

Kelas serat dalam satu tabel

Kelas	Inti	Panjang gelombang	Bandwidth (EMB pada 850 nm)	Redaman	Standar
OM1	62,5 µm	850 / 1300	200 MHz·km	3,5 / 1,5 dB/km	ISO 11801, TIA-492AAAA
OM2	50 µm	850 / 1300	500	3,5 / 1,5	TIA-492AAAB
OM3	50 µm	850 (laser-optimised)	2 000	3,0 / 1,5	TIA-492AAAC
OM4	50 µm	850	4 700	3,0 / 1,5	TIA-492AAAD
OM5	50 µm	850–953 (wideband)	4 700 pada 850, 2 470 pada 953	3,0 / 1,5	TIA-492AAAE
OS1 / OS1a	9 µm	1310 / 1550	—	1,0 / 1,0 (indoor tight-buffered)	ISO 11801
OS2	9 µm	1310 / 1383 / 1550	—	0,4 / 0,4 / 0,4 (loose tube, puncak air rendah)	ISO 11801; ITU-T G.652.D
G.657.A/B	9 µm	sama seperti OS2	—	sama seperti OS2	tahan lengkungan
G.655 / G.654	9 µm	1550	—	0,2 / 0,17	NZ-DSF untuk DWDM; ultra-low-loss untuk long-haul

Jangkauan per PMD dan kelas: Tabel jangkauan.

Apa artinya ini bagi transceiver

Jenis konektor dan jenis serat modul harus sesuai dengan jaringan: SR/SR4 pada OM3/OM4, selain itu semuanya pada OS2.
Kondisi peluncuran laser (encircled flux untuk VCSEL) ditetapkan oleh standar agar angka bandwidth multimode berlaku — modul yang di luar spesifikasi memberikan jangkauan lebih pendek daripada yang dijanjikan tabel.
Modul single-mode pada serat multimode (dengan mode-conditioning patch cord) adalah trik era 1G (1000BASE-LX pada OM1); ini tidak berlaku lagi untuk 10G ke atas.

Di CodingBox

Modul memberi tahu host untuk serat jenis apa modul tersebut ditujukan: kode konektor, panjang gelombang, dan bidang panjang untuk SMF, OM1, OM2, OM3, dan OM4 — kelas yang sama seperti di atas. CodingBox menampilkannya sehingga pertanyaan soal serat sudah terjawab sebelum modul meninggalkan meja kerja (Check transceiver, Peta memori).

Serat-serat terstandardisasi yang dihasilkan oleh prinsip-prinsip ini — ITU-T G.652 hingga G.657, kelas multimode OM1–OM5, serat khusus, redaman sambungan antar-serat yang tidak sejenis, dan cara mengidentifikasi apa yang terpasang: Jenis serat.

Jika Anda menemukan ketidakakuratan atau kesalahan dalam artikel ini, pilih bagian teks yang bersangkutan lalu tekan Ctrl+Enter untuk .