Gentian optik

Gentian optik () merupakan berkasan benang kaca halus yang digunakan bagi menyalurkan maklumat dalam bentuk tukaran isyarat cahaya. Ia paling utama digunakan dalam bidang telekomunikasi sebagai bahan perantara Internet jenis jalur lebar berkelajuan tinggi.

Kegunaan gentian optik 

Gentian optik boleh digunakan sebagai perantaraan (medium) bagi telekomunikasi dan jaringan komputer kerana ia sangat mudah lentur dan boleh diikat sebagai kabel. Walaupun gentian boleh diperbuat daripada plastik lutsinar atau kaca, gentian yang digunakan dalam telekomunikasi jarak jauh hampir selalunya menggunakan kaca, kerana penyerapan optik yang lebih rendah. Cahaya yang dipancarkan melalui gentian disimpan disebabkan pantulan dalam penuh (total internal reflection)dalam bahan tersebut. Ini adalah ciri penting yang menyingkirkan silang isyarat antara gentian dalam kabel dan membenarkan pemasangan kabel dengan belokan dan pusingan. Dalam kegunaan telekomunikasi, cahaya yang digunakan biasanya cahaya infra, pada gelombang cahaya menghampiri penyerapan jarak gelombang minima bagi gentian yang digunakan.

Gentian biasanya digunakan secara berpasangan, dengan satu gentian membawa isyarat satu hala, bagaimanapun komunikasidwi arah boleh menggunakan satu utas kabel dengan menggunakan dua jarak gelombang (warna) dan peranti pengapuh/pemisah.

Gentian, seperti pemandu gelombang, boleh mempunyai pelbagai mod pengaliran (transverse mode). Gentian yang digunakan untuk telekomunikasi jarak jauh dikenali sebagai gentian mod tunggal  (single mode), kerana ia mempunyai hanya satu mod penghasilan yang kuat. Ini menghasilkan prestasi yang tinggi berbanding gentian mod pelbagai (multi-mode) yang lain, di mana cahayayang dipancarkan dalam mod berlainan tiba pada masa berlainan, menyebabkan penyelerakan optik (optical dispersion) isyarat yang dipancarkan. Kabel Optik mod tunggal biasa mampu mengekalkan pemancaran pada jarak 80 hingga 140 km antara penguat isyarat, sementara kebanyakan gentian pelbagai-mod mempunyai jarak pemancaran 300 hingga 500 meter. Perlu diambil perhatian bahawa peralatan mod tunggal biasanya lebih berbanding peralatan pelbagai mod. Gentian yang digunakan dalam telekomunikasi biasanya mempunyai ukurlilit 125 µm. Teras pemancar gentian mod tunggal biasanya mempunyai ukur lilit 9 mm, sementara teras pelbagai mod terdapat dalam ukurlilit 50 µm atau 62.5 µm.  

Disebabkan ciri-ciri gentian mod tunggal sebagai pengalir cahaya yang baik, sekata dan sifat penyelerakan yang mengkagumkan, kadar data sehingga 40 gigabit sesaat adalah sesuatu yang mungkin dalam penggunaan seharian menggunakan gelombang cahaya tunggal. Pemultipleks pembahagian jarak gelombang (wavelength division multiplexing) kemudiannya boleh digunakan bagi membenarkan lebih banyak jarak gelombang digunakan serentak dalam gentian tunggal, membenarkan seutas gentian menyalur data jalur lebar sepenuhnya dengan ukuran terabit sesaat.

Kabel gentian moden mampu membawa sehingga seribu gentian dalam satu kabel, dengan itu prestasi jaringan optik mampu memenuhi permintaan untuk jalur lebar berdasarkan pada hujung-ke-hujung dengan mudah. Bagaimanapun, keupayaan hujung-ke-hujung tidak ditukar kepada keuntungan beroperasi, dan ia dianggarkan bahawa tidak lebih dari 1% daripada gentian optikyang dipasang pada tahun kebelakangan ini sebenarnya 'menyala'.

Kabel moden datang dalam pelbagai sarung dan perlindungan, direka untuk pelbagai penggunaan seperti ditanam secara langsung dalam parit, dipasang dalam penyalur, diikat pada tiang telefon, pemasangan dasar laut, atau diselit dalam jalan berturap. Pada tahun kebelakangan, kos kabel jumlah gentian kecil pemasangan di tiang menurun dengan banyaknya hasil permintaan tinggi oleh Jepun dan Korea Selatan untuk pemasangan Gentian ke Rumah (Fiber to the Home, FTTH).

Kemajuan terkini dalam teknologi gentian telah mengurangkan rintangan sehingga tiada penggandaan isyarat diperlukan pada jarak beratus-ratus kilometer. Initelah mengurangkan kos jaringan optik dengan banyaknya, terutamanya menyeberangi dasar laut di mana ketahanan penguat merupakan faktor penting menentukan prestasi sistem kabel sepenuhnya. Dalam beberapa tahun yang lalu, pengilang kabel bawah laut telah memperkenalkan penaik taraf yang menjanjikan peningkatan empat kali ganda prestasi sistem dasar laut yang dipasang pada awal sehingga pertengahan 1990an. 

Sistem jarak jauh masih perlu menggunakan penguat optik (optical amplifier).

Kelebihan gentian optik berbanding wayar 
Pemancar baik, dengan itu pemancaran isyarat tanpa pengganda boleh dilakukan pada jarak jauh
Keupayaan membawa banyak data (beribu-ribu kali ganda)
Tahan kepada gangguan elektromagnetik, termasuk nuklear denyut eletromagnet (electromagnetic pulse) tetapi boleh diganggu oleh sinaran partikel alfa and beta)
Rintangan elektrik (electrical resistance) tinggi, dengan itu selamat digunakan berhampiran peralatan voltage tinggi atau antara potensi pengebumi yang berlainan (different earth potentials)
Ringan
Isyarat yang lemah

Kelemahan gentian optik berbanding wayar 
 Mempunyai kos tinggi 
 Memerlukan pemancar dan penerima yang lebih mahal.
 Lebih sukar dan mahal berbanding wayar
 Pada kuasa optik tinggi, ia cenderung kepada "fiber fuse" di mana cahaya yang terlalu banyak bertembung dengan kecacatan gentian akan memusnahkan beberapa meter gentian sesaat   . Peranti perlindungan "fius gentian" pada pemancar mampu memutuskan litar untuk mengelakkan kerosakan, jika keadaan melampau dianggap boleh berlaku.
 Tidak mampu membawa kuasa elektrik untuk memberi kuasa kepada peranti terminal. Bagaimanapun, trend komunikasis kini menghilangkan kepentingan ini: kemudahan telefon bimbit dan pembantu peribadi digital (personal digital assistant, PDA); bateri sokongan yang dijual sekali dengan peranti komunikasi; ketiadaan minat bagi gabungan kabel logam-gentian; dan peningkatan sistem perantaraan berasaskan gentian).
 Sukar diperbaiki dalam keadaan darurat seperti perang, bencana alam, dan lain-lain, dengan itu menyukarkan lagi perhubungan ketika ia amat diperlukan.

Hampir keseluruhan kelemahan ini telah diatasi atau dipingir dalam kegunaan semasa, dan sistem komunikasi kini hampir sentiasa menggunakan gentian optik. Kos mereka dalah lebih ekonomi berbanding kabel koaksial lama disebabkan pemancar dan penerima (laser dan fotodiodes) adalah lebih murah berbanding litar elektrik dengan keupayaan lebih tinggi. Kos penggandaan dalam sistem pemancar jarak jauh elektrik hampir tidak pratikal dalam komunikasi moden.

Sejarah 

Tesis PhD Charles Kao pada tahun 1966 menganggarkan bahawa gentian kaca memerlukan atenuasi kurang daripada 20 dB per kilometer bagi menjadikannya berguna untuk perhubungan jarak jauh. Gentian optik berguna yang pertama telah direka pada tahun 1970 oleh para penyelidik Maurer, Keck, Schultz dan Zimar yang bekerja di bawah syarikat pembuat kaca Amerika Corning Glass Works. Mereka menghasilkan gentian yang mempunyai attenuasi optik per kilometer sebanyak 17 dB, dengan mendopkan kaca silika dengan titanium.

Telefon kabel merentasi lautan Atlantik yang diperbuat daripada gentian optik yang pertama adalah TAT-8, yang mula beroperasi pada tahun 1988.

Lain-lain penggunaan 

 Gentian boleh digunakan sebagai pemandu cahaya dalam bidang perubatan dan penggunaan-penggunaan yang lain yang memerlukan cahaya terang untuk dibawa ke suatu sasaran yang tidak mempunyai haluan garis penglihatan yang lapang.
 Gentian optik boleh digunakan sebagai alat pengesan untuk mengukur keterikan, suhu, tekanan, dan lain-lain parameter.
 Berkas-berkas gentian optik digunakan bersama-sama dengan kanta dalam pembuatan alat penghasilan imej yang dipanggil endoskop, dan ia digunakan untuk melihat objek melalui lubang yang kecil. Endoskop perubatan digunakan untuk pemeriksaan minimally invasive atau prosedur pembedahan (endoskopi). Endoskop perindustrian (lihat fiberskop atau boreskop) digunakan untuk memeriksa sesuatu yang sukar dicapai, contohnya bahagian dalam enjin jet. 
 Dalam sesetengah bangunan berteknologi tinggi, gentian optik digunakan untuk menghalakan cahaya matahari daripada bumbung ke bahagian-bahagian bangunan yang lain.
 Gentian optik mempunyai banyak kegunaan untuk perhiasan, termasuk tanda isyarat dan kesenian, pokok Krismas buatan manusia, dan pencahayaan.
 Sesetengah golongan masyarakat mempunyai teknologi gentian ke rumah yang membekalkan perkhidmatan Internet, telefon dan Televisyen Kelajuan Amat Tinggi kepada para pelanggan.

Gentian optik dalam pemandu gelombang (waveguide) 

Pemandu gelombang adalah cip silikon yang mempunyai gentian optik yang amat nipis dan amat lentur di atasnya. Syarikat-syarikat seperti JDS Uniphase menghasilkan pemandu gelombang untuk penggunaan dalam komputer dan kotak pembelahan. Pemandu gelombang menyerakkan warna-warna dalam cahaya, lalu membolehkan isyarat yang sama dihantar ke arah-arah yang berlainan.

Lihat juga 
 Senarai istilah gentian optik
 SDH
 Kabel perhubungan kapal selam
 mukantara SFP
 TOSLINK
 XENPAK

Rujukan

Pautan luar 
 Fiber optical detection information (Kingfisher Int.)
 The Fiber Optic Association, the professional society of fiber optics
 Lennie Lightwave's Guide To Fiber Optics

Optoelektronik