Rayleigh scattering adalah fenomena penyebaran cahaya yang umum dijumpai pada berbagai bidang, termasuk fiber optik. Nama Rayleigh berasal dari fisikawan Britania, Lord Rayleigh, yang pertama kali mempelajari fenomena ini. Penyebaran cahaya ini terjadi karena adanya titik-titik penyebaran yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya.

Dalam kasus seperti itu, intensitas penyebaran cahaya berbanding lurus dengan intensitas cahaya masuk, kuadrat invers panjang gelombang, dan kurang dari 1 + cos^2 θ, di mana θ adalah sudut penyebaran. Penyebaran cahaya ke arah depan dan belakang (θ = 0 dan π, masing-masing) memiliki intensitas yang sama.

Titik-titik penyebaran cahaya Rayleigh dapat berupa atom-atom atau molekul-molekul individu. Namun, kita juga dapat menjelaskan penyebaran cahaya ini dalam atmosfer, misalnya sebagai hasil dari fluktuasi densitas mikroskopis yang disebabkan oleh distribusi acak molekul di udara.

Namun, perlu diingat bahwa jika cahaya yang disebar dipandang sebagai hilang, maka penyebaran cahaya ini efektif menjadi kehilangan propagasi. Contohnya, pada fiber optik tunggal, cahaya yang disebar akan berakhir dalam mode cladding dan secara efektif hilang.

#Kehilangan Propagasi dalam Fiber Optik

Bahan optik amorf seperti kaca silika memiliki fluktuasi densitas mikroskopis yang tak terhindarkan karena struktur mikroskopiknya yang tidak teratur. Fluktuasi ini bahkan lebih kuat daripada biasanya pada suhu ruang, karena selama proses pembuatan fiber, fluktuasi densitas yang terjadi ketika kaca mencapai suhu leleh "dihapus" dan hanya sebagian kecil yang dapat dihilangkan melalui proses annealing.

Penyebaran cahaya Rayleigh menentukan batas bawah kehilangan propagasi dalam fiber optik. Tentu saja, kehilangan propagasi tambahan dapat timbul dari interface core/cladding yang tidak teratur (terutama jika kontras refrakti indeksnya tinggi), dari penyebaran dan absorpsi oleh impuritis, serta dari lenturan makroskopis dan mikroskopik.

Fiber silika yang telah dioptimalkan untuk komunikasi fiber optik jarak jauh memiliki kehilangan propagasi yang sangat rendah, mendekati batas yang ditentukan oleh penyebaran cahaya Rayleigh. Untuk panjang gelombang yang jauh lebih rendah dari region 1,5 μm yang biasanya digunakan, penyebaran cahaya Rayleigh sendiri akan lebih tinggi daripada kehilangan aktual fiber pada panjang gelombang 1,5 μm. Pada panjang gelombang yang jauh lebih panjang, absorpsi inframerah oleh kaca silika mulai timbul.

Dalam prinsipnya, kita dapat membuat fiber mid-infrared yang terbuat dari kaca lain (misalnya, fiber fluoride), yang memiliki kehilangan yang lebih rendah. Namun, dalam praktiknya, fiber silika telah mencapai angka yang terbaik.

Sebagian besar cahaya yang disebar dalam fiber keluar dari fiber pada sisi. Hanya sebagian kecil dari cahaya yang disebar yang disebar kembali sehingga masuk kembali ke jaringan inti fiber. Oleh karena itu, kehilangan balik dari perangkat fiber biasanya sangat tinggi; kehilangan balik overall setup fiber lebih sering disebabkan oleh refleksi di interface seperti ujung fiber, mechanical splices atau connector.

Karena intensitas cahaya optik yang tinggi yang sering terjadi dalam fiber, proses penyebaran tidak linear seperti penyebaran cahaya Rayleigh juga dapat timbul. Contohnya, penyebaran cahaya Mie dan penyebaran cahaya Thomson.

Dalam kesimpulan, penyebaran cahaya Rayleigh adalah fenomena penting dalam fiber optik yang mempengaruhi propagasi sinyal. Pemahaman lebih lanjut tentang penyebaran cahaya ini dapat membantu meningkatkan kualitas dan keamanan transmisi data dalam jaringan fiber optik.