BAB II

PAGE

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1Perambatan Cahaya

Bila gelombang cahaya merambat melalui material, tidak dalam ruang hampa, maka kecepatannya akan lebih kecil. Sesuai dengan rumus :

V = c/n, atau n = c/V

Di mana :

n = Refractive index atau indeks bias.

V= Kecepatan rambat cahaya dalam material.

Yang menunjukan bahwa indeks bias suatu medium tak lain ialah perbandingan antara keceptan cahaya dalam hampa udara dengan keceptannya dalam medium yang bersangkutan.

Cahaya dapat merambat dalam suatu medium dengan tiga cara yaitu merambat lurus, dibiaskan dan dipantulkan.

Gambar 2.1. Pemantulan dan Pembiasan Cahaya

Cahaya yang bergerak dari materi dengan indeks bias lebih besar ke materi dengan indeks bias lebih kecil, maka akan bergerak menjauhi sumbu tegak lurus (garis normal), dengan sudut datang lebih kecil dari pada sudut bias. Sedangkan cahaya yang bergerak dari materi dengan indeks bias lebih kecil ke materi dengan indeks bias lebih besar, maka akan bergerak mendekati sumbu tegak lurus (garis normal), dengan sudut datang lebih besar daripada sudut bias.

Besar sudut dari cahaya yang direfleksikan akan tergantung dari besarnya sudut datang. Dengan mengatur besarnya sudut datang i sehingga diperoleh sudut r = 90, maka cahaya tidak akan direfraksikan melalui material kedua (n2), tetapi merambat melalui permukaan (batas n1 dan n2).

2.2Serat Optik

Serat optik adalah suatu jenis penghantar yang mempunyai band width yang lebih besar dibandingkan dengan jenis penghantar lain.

Sebuah serat optik terdiri atas core(inti), cladding(kulit), coating(pelindung), strengthening serat dan cable jacket (kulit kabel). Elemen dasar sebuah kabel serat optik adalah cladding dan core. Cahaya yang disalurkan merambat pada core, dimana pola rambatannya mengikuti pola cahaya masuk lalu cahaya dipantulkan oleh cladding sepanjang saluran.

Gambar di bawah ini memperlihatkan struktur dasar sebuah kabel serat optik secara umum.

Gambar 2.2. Serat optik

Spesifikasi dari setiap bagian gambar diatas antara lain adalah sebagai berikut.

a. Core

berfungsi untuk menyalurkan cahaya dari satu ujung ke ujung lainnya;

terbuat dari bahan kuarsa dengan kualitas sangat tinggi;

memiliki diameter 8 m ~ 100 m. Ukuran core sangat mempengaruhi karakteristik serat optik;

indek bias (n) core selalu lebih besar dari pada indeks bias cladding (Nc > Nd).

b. Cladding

berfungsi sebagai cermin yaitu memantulkan cahaya agar dapat merambat ke ujung lainnya;

terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias lebih kecil dari core dan merupakan selubung dari core;

hubungan indeks bias antara core dan cladding akan mempengaruhi perambatan cahaya pada core.

c. Coating

berfungsi sebagai pelindung mekanis yang melindungi serat optik dari kerusakan dan sebagai pengkodean warna pada serat optik;

terbuat dari bahan plastik.

d. Strengthening serat

berfungsi sebagai serat yang menguatkan bagian dalam kabel sehingga tidak mudah putus;

terbuat dari bahan serat kain sejenis benang yang sangat banyak dan memiliki ketahanan yang sangat baik.

e. Jacket kabel

berfungsi sebagai pelindung keseluruhan bagian dalam kabel serat optik serta didalamnya terdapat tanda pengenal;

terbuat dari bahan PVC.

2.3Jenis Serat Optik

Berdasarkan sifat dan karakteristiknya maka jenis serat optik secara garis besar dapat dibagi menjadi 2 yaitu :

2.3.aSingle Mode

Serat optik single mode/monomode mempunyai diameter inti (core) yang sangat kecil 3 10 mm, sehingga hanya satu berkas cahaya, saja yang dapat melaluinya. Oleh karena hanya satu berkas cahaya maka tidak ada pengaruh indeks bias terhadap perjalanan cahaya atau pengaruh perbedaan waktu sampainya cahaya dari ujung satu sampai ke ujung yang lainnya (tidak terjadi dispersi). Dengan demikian serat optik singlemode sering dipergunakan pada sistem transmisi serat optik jarak jauh atau luar kota (long haul transmission system). Sedangkan graded index dipergunakan untuk jaringan telekomunikasi lokal (local network).

Karakteristik jenis serat optik Single mode antara lain ;

Memiliki diameter core yang sangat kecil dibandingkan dengan ukuran cladingnya.

Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan sumbu serat optik

Digunakan untuk data dengan bit rate tinggi.

2.3.bMultimode

Pada jenis serat optik ini penjalaran cahaya dari satu ujung ke ujung lainnya terjadi dengan melalui beberapa lintasan cahaya, karena itu disebut multimode. Diameter inti (core) sesuai dengan rekomendasi dari CCITT G.651 sebesar 50 mm dan dilapisi oleh jaket selubung (cladding) dengan diameter 125 mm. Sedangkan berdasarkan susunan indeks biasnya serat optik multimode memiliki dua profil yaitu graded index dan step indeks.

Pada serat graded indeks, serat optik mempunyai indeks bias cahaya yang merupakan fungsi dari jarak terhadap sumbu/poros serat optik. Dengan demikian cahaya yang menjalar melalui beberapa lintasan pada akhirnya akan sampai pada ujung lainnya pada waktu yang bersamaan.

Berlainan dengan graded index, maka pada serat optik step index (mempunyai index bias cahaya sama) sinar yang menjalar pada sumbu akan sampai pada ujung lainnya terlebih dahulu (dispersi). Hal ini dapat terjadi karena lintasan yang melalui poros lebih pendek dibandingkan sinar yang mengalami pemantulan pada dinding serat optik. Sebagai hasilnya terjadi pelebaran pulsa atau dengan kata lain mengurangi lebar bidang frekuensi. Oleh karena itu secara praktis hanya serat optik graded index saja yang dipergunakan sebagai saluran transmisi pada serat optik multimode.

Karakteristik jenis serat optik Multimode antara lain ;

Indeks bias core konstan.

Ukuran core besar (50-200 mm) dan dilapisi clading yang sangat tipis.

Penyambungan core lebih mudah karena memiliki core yang besar.

Terjadi dispersi.

Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate yang rendah.

Tabel 2.1 Perbandingan jarak repeater antara serat optik multimode dan singlemode

Bit rate ( Mbit/dt )

Jarak repeater multimode ( Km )

Jarak repeater singlemode ( Km )

140 280 420 565

30 20 15 10

50 35 33 31

2.4Perbandingan jenis serat optik berdasarkan karakteristiknya;

2.4.aStep Indeks Single Mode

Memiliki diameter core yang sangat kecil dibandingkan dengan ukuran cladingnya.

Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan sumbu fiber optic.

Digunakan untuk data dengan bit rate tinggi.

Gambar 2.3 Step Indeks Single Mode

2.4.bStep Indeks Multi Mode

Indeks bias core konstan.

Ukuran core besar (50-200 m) dan dilapisi clading yang sangat tipis.

Penyambungan core lebih mudah karena memiliki core yang besar.

Terjadi dispersi.

Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate yang rendah.

Gambar 2.4. Step Indeks Multi Mode

2.4.cGraded Indeks Multi Mode

Core terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias yang berbeda.

Indeks bias tertinggi terdapat pada pusat core dan turun sampai dengan batas core dan clading.

Cahaya merambat karena difraksi yang tejadi pada core sehingga rambatan cahaya sejajar dengan sumbu fiber optic.

Masing-masing kecepatan cahaya tiap lapisan gelas berbeda,tetapi sampainya bersamaan.

Dispersi minimum.

Harganya lebih mahal dari Step Indeks karena proses pembuatannya lebih sulit.

Gambar 2.5. Graded Indeks Multi Mode

2.5Redaman Serat Optik

Redaman serat optik dinyatakan dengan satuan dB/km. Macam-macam redaman serat optik adalah sebagai berikut.

Rayleigh Scatering, yaitu redaman dari gelombang pendek yang diakibatkan oleh struktur kaca yang tidak teratur. Struktur ini akan memindahkan sebagian dari berkas cahaya yang seharusnya merambat langsung melalui serat optik;

Mikrobending terjadi akibat tekanan mekanik sewaktu proses penarikan;

Absorption yaitu redaman untuk panjang gelombang yang tinggi (diatas 1600 nm) yang disebabkan oleh penyerapan dari gelas;

Dispersi yaitu redaman yang disebabkan oleh pulsa-pulsa yang ditransmisikan pada ujung serat optik sebagai akibat dari panjang perambatan.

2.6Sistem Transmisi Serat Optik

Sistem transmisi serat optik terdiri atas komponen-komponen sebagai berikut.

2.6.aTransmitter Optik

Transmitter berfungsi mengubah sinyal elektris menjadi sinyal optik/cahaya. Ada dua jenis pemancar optik yang sering digunakan pada sistem transmisi serat optik yaitu Light Emitting Diode (LED) dan SemiconductorLaser Diode (LD). Transmitter terdiri atas sumber cahaya seperti diperlihatkan pada Gambar 2.6

KANALINPUT

DATASUMBER CAHAYA

Gambar 2.6. Skema pemancar sistem optik

2.6.b. Kabel Serat Optik

Berikut ini beberapa karakteristik kabel serat optik.

berupa selubung serat optik gelas dengan ukuran yang sangat kecil, dengan diameter 5 mikrometer s/d 250 mikrometer,

terbuat dari material kelas tinggi yang bebas air,

berfungsi memandu cahaya/jalan cahaya dari pengirim ke penerima.

2.6.c Receiver Optik

Receiver optik adalah perangkat yang bertugas untuk mengubah sinyal optik menjadi informasi di penerima. Receiver ini langsung mengubah pulsa optik mejadi pulsa elektrik secara langsung. Seperti diperlihatkan pada Gambar 2.7.

KANALOUTPUT

REPEATERDATA

DETEKTOR

OPTIK

Gambar 2.7. Skema penerima sistem optik

Untuk keperluan deteksi sinyal multi Gbps, meningkatnya noise bandwidth akan membatasi sensitivitas receiver. Untuk meningkatkan sensitivitas receiver, dapat digunakan Avalanche Photo Diode (APD) dan Forward Error Correction. Avalanche Photo Diode dapat meningkatkan sensitivitas receiver hingga 10 dB sedangkan Forward Error Correction dapat meningkatkan sensitivitas receiver hingga 4 dB lebih.

2.7 Prinsip Kerja Transmisi Pada Serat Optik

Berbeda dengan sistem transmisi yang menggunakan gelombang elektromagnetik, pada sistem transmisi serat optik yang bertugas membawa sinyal informasi adalah gelombang cahaya. Berikut ini adalah proses yang terjadi pada sistem transmisi serat optik dengan sinyal yang ditransmisikan berupa sinyal suara.

Pertama-tama mikrofon mengubah sinyal suara menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik ini kemudian dibawa oleh gelombang cahaya melalui serat optik dari pengirim (transmitter) menuju alat penerima (receiver) yang terletak pada ujung lain dari serat. Sinyal listrik termodulasi diubah menjadi gelombang cahaya pada transmitter dan kemudian diubah kembali menjadi sinyal listrik pada receiver. Pada receiver sinyal listrik diubah menjadi gelombang suara.

Tugas untuk mengubah sinyal listrik ke gelombang cahaya atau sebaliknya dapat dilakukan dengan menggunakan komponen elektronik yag dikenal dengan nama Optoelectronic pada setiap ujung serat optik.

Prinsip kerja transmisi pada serat optik dapat dilihat pada blok diagram berikut :

Sumber Optik

Kabel Serat

Optik

Detektor Optik

Rangkaian

Elektronik

Multiplex Digital

Rangkaian

Elektronik

DeMultiplex Digital

Gambar 2.8. Blok diagram prinsip kerja transmisi pada serat optik

Berikut ini penjelasan dari blok diagram di atas.

pada arah kirim, input sinyal yang berasal dari perangkat multiplex digital akan diteruskan ke rangkaian elektronik untuk menjalani perbaikan karakteristik dan mengubah kode sinyal yang masuk tersebut menjadi binary;

selanjutnya sinyal binary tersebut diteruskan ke rangkaian sumber optik, dimana dalam rangkaian ini sinyal binary dengan daya listrik akan diubah menjadi sinyal dengan daya optik;

dari sumber optik, kemudian sinyal akan diteruskan ke detektor optik melalui kabel serat optik;

pada arah terima, sinyal dengan daya optik yang diterima dari sumber optik melalui kabel serat optik akan diubah menjadi sinyal dengan daya listrik;

selanjutnya sinyal dengan daya listrik tersebut diteruskan ke rangkaian elektronik untuk didekodekan kembali ke sinyal;

dari rangkaian elektronik, sinyal tersebut diteruskan ke demultipleks digital.

Dalam perjalanan dari transmiter menuju ke receiver akan terjadi redaman/rugi cahaya di sepanjang kabel serat optik dan konektor-konektornya. Oleh sebab itu, bila jarak antara transmiter dan receiver ini terlalu jauh akan diperlukan sebuah atau beberapa perangkat pengulang (regenerative repeater) yang bertugas untuk memperkuat gelombang cahaya yang telah mengalami redaman.

2.8Sumber Optik ( Light Source )

Sumber cahaya serat optik bekerja sebagai pemancar-pemancar cahaya yang harus memenuhi beberapa persyaratan yang diperlukan berikut ini.

1. Cahaya yang dipancarkannya harus bersifat monokromatis (berfrekuensi tunggal)

Pada umumnya sumber cahaya tidak berfrekuensi tunggal, melainkan memancarkan cahaya pada beberapa frekuensi. Beberapa sumber cahaya seperti lampu-lampu ionisasi gas, dioda-dioda yang memancarkan cahaya, dan laser dioda memancarkan cahaya dalam bagian spektrum frekuensi yang sempit. Namun, sumber-sumber ini pun tidak bersifat monokromatis sepenuhnya karena masih juga memancar pada beberapa frekuensi dalam bagian spektrum yang sempit tersebut

2. Intensitas Cahaya Yang Tinggi

Pemancar-pemancar tersebut dapat memancarkan cahaya berintensitas tinggi, sehingga dapat dipancarkan energi yang cukup untuk mengatasi rugi-rugi yang dijumpai pada transmisi sepanjang serat optik.

3. Sumber-sumber cahaya harus mampu untuk dimodulasi dengan mudah

4. Minimnya Rugi-Rugi

Pemancar-pemancar cahaya tersebut harus berukuran kecil, ringkas dan dapat dengan mudah digandengkan dengan serat-serat optik sehingga tidak terjadi rugi-rugi penggandengan yang berlebihan.

5. Pembuatannya Ekonomis

Biaya pembuatan, pemasangan, dan peletakannya tidak mahal atau bersifat ekonomis.

Sumber optik pada sistem transmisi fiber optik berfungsi sebagai pengubah besaran sinyal listrik / elektris menjadi sinyal cahaya (E/O converter). Pemilihan dari sumber cahaya yang akan digunakan bergantung pada bit rate data yang akan ditransmisikan.Tedapat dua jenis light source,antara lain :

2.8.aLED (Light Emitting Diode)

LED merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya karena mekanisme emisi spontan. Terdapat dua jenis LED yaitu Surface Emitting Led dan Edge Emitting Led. Edge Emitting Led memiliki efisiensi coupling ke fiber optik yang lebih tinggi. LED mengubah besaran arus menjadi besaran intensitas cahaya dan karakteristik arus/daya pancar optik memiliki fungsi yang linear. Cahaya yang dipancarkan LED bersifat tidak koheren yang akan menyebabkan dispersi chromatic sehingga LED hanya cocok untuk transmisi data dengan bit rate rendah sampai sedang. Daya keluaran optik LED adalah -33 dBm s/d -10 dBm. LED memiliki lebar spektral (spectral width) 30-50 nm pada panjang gelombang 850 nm dan 50-150 nm pada panjang gelombang 1300 nm.

Proses modulasi yang diterapkan pada LED adalah modulasi intensitas. Pulsa-pulsa listrik (diwakili dengan kondisi ada arus/tidak ada arus) secara langsung diubah menjadi pulsa-pulsa optic/ cahaya (diwakili dengan ada/ tidaknya pancaran cahaya).

2.8.bDiode laser (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation)

Laser adalah sumber gelombang elektromagnetik koheren yang memancarkan gelombang pada frekuensi infra merah dan cahaya tampak. Koheren dalam hal ini adalah berfrekuensi tunggal, seface, dan terpolarisasi.

Dioda Laser (mempunyai berbagai kelebihan dibandingkan dengan LED antara lain :

1. Efisiensi kopling dioda laser injeksi lebih besar sehingga kebutuhan pengulang untuk kominikasi jarak jauh lebih sedikit.

2. Daya keluaran dioda laser injeksi lebih tinggi sehingga cocok untuk komunikasi jarak jauh.

3. Lebar bidang cahaya keluaran sangat sempit sehingga cahaya lebih koheren.

4. Tanggapan waktunya lebih cepat sehingga pesat modulasinya lebih tinggi.

Dioda laser merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya karena mekanisme pancaran/emisi terstimulasi (stimulated emmision). Cahaya yang dipancarkan oleh dioda laser bersifat koheren. diode laser memiliki lebar spektral yang lebih sempit (s/d 1 nm) jika dibandingkan dengan LED sehingga dispersi chromatic dapat ditekan. Diode laser diterapkan untuk transmisi data dengan bit rate tinggi. Daya keluaran optic dari dioda laser adalah -12 s/d + 3 dBm. Karakteristik arus kemudi daya optik dioda laser tidak linear. Kinerja ( keluaran daya optik, panjang gelombang, umur ) dari dioda laser sangat dipengaruhi oleh temperatur operasi.

Efek laser ( light amplification by simulated emission of radiation ) telah diperoleh dengan menggunakan bermacam-macam jenis bahan yang berbeda, termasuk gas, cairan-cairan, dan benda-benda padat. Jenis laser yang digunakan untuk komunikasi fiber optik ialah laser semikonduktor.

Laser semikonduktor adalah suatu jenis laser padat yang khusus, dimana kerja laser terjadi di dalam sambungan dioda semikonduktor dari jenis yang sama seperti yang dipakai untuk LED. Bila arus dibiarkan melalui suatu sambungan dioda, cahaya akan dipancarkan dengan emisi spontan pada suatu frekuensi atau panjang gelombang, yang ditentukan oleh celah jalur energi dari bahan semikonduktor tersebut. Bila pada dioda semacam ini suatu tingkat arus kritis telah dilampaui, populasi pembawa-pembawa minoritas pada kedua sisi sambungan mulai bertumbukan dengan pembawa-pembawa minoritas yang telah terangsang. Tumbukan-tumbukan ini mengakibatkan sedikit peningkatan pada tingkat energi ionisasi, yang pada efeknya membuat pembawa jadi tidak stabil, sehingga pembawa itu berkombinasi kembali dengan pembawa dari jenis yang berlawanan pada tingkat yang sedikit lebih tinggi.

2.9Repeater

Berfungsi untuk menguatkan kembali pulsa-pulsa cahaya yang dikirimkan. Untuk hubungan yang sangat jauh, pulsa cahaya yang dikirimkan akan mengalami loss yang besar sehingga apabila diteruskan tidak dapat dideteksi oleh photodetector, maka untuk itu diperlukan repeater. Pada umumnya digunakan untuk komunikasi serat optik antar kota yang membutuhkan repeater setiap 50 km. Repeater terlebih dahulu mengubah pulsa cahaya menjadi listrik kemudian sinyal listrik tersebut diperkuat dan baru diubah kembali menjadi pulsa cahaya untuk dikirimkan.

2.10Detektor Optik

Photodetector berfungsi mengubah variasi intensitas optik/cahaya menjadi variasi arus listrik. Photodioda dioperasikan pada pra-tegangan balik. Cahaya yang diterima akan diubah menjadi arus listrik, pada tahanan RL arus tersebut diubah menjadi besaran tegangan. Perbandingan arus yang dihasilkan photodetector terhadap daya optical yang diterima disebut sensitivitas optik. Sensitivitas suatu photodetector sangat bergantung pada panjang gelombang operasi dan bahan photodetector.

Gambar 2.9. rangkaian photo dioda

Pada sistim transmisi serat optik digunakan dua jenis photodetector yaitu :

1. Dioda PIN/ FET (Positive Intrinsic Negative/ Field Effect Transistor)

2. APD (Avalanche photo diode).

Karena perangkat ini berada di depan dari penerima optik maka photodetector harus memiliki kinerja yang tinggi. Persyaratan kinerja yang harus dipenuhi oleh photodioda meliputi :

Memiliki sensitivitas tinggi,

Memiliki lebar bidang atau kecepatan yang cukup untuk mengakomodasi bit rate data yang diterima,

Hanya memberikan noise tambahan minimum,

Tidak peka terhadap perubahan suhu.

Detector Optik atau photodetector berfungsi mengubah variasi intensitas cahaya menjadi arus listrik yang berisi isyarat informasi yang dikirim.

Pada sistem transmisi serat optik digunakan dua jenis detector optik yaitu diode PIN/FET dan fotodiode Avalance

2.10.aDiode PIN / FET

Dioda PIN / FET ( positive Intrinsic Negative / Field Effect Transistor ). Jenis ini adalah yang banyak dipakai dalam sistem komunikasi serat optik. Fotodiode PIN mempunyai lapisan semikonduktor intrinsik diantara bagian P dan N. seperti terlihat pada gambar :

Gambar 2.10. Fotodiode PIN

Pada lapisan intrinsic ini tidak ada muatan bebas, sehingga resistansinya besar. Akibatnya sebagian besar tegangan dioda berada pada lapisan ini dan didalamnya terjadi gaya elektrik yang kuat.

Kecepatan tanggapan foto diode ini dibatasi oleh waktu transit, yaitu waktu yang diperlukan muatan bebas untuk melintasi daerah kosong ( depletion ). Kecepatan gerak muatan bebas berbanding lurus dengan besar tegangan balik, sehingga makin besar tegangan maka waktu transit makin pendek, atau dengan kata lain fotodiode ini makin responsif .

Karakteristik yang lain yang juga penting pada detector cahaya PIN adalah arus gelap ( dark current ) yaitu arus balik ( reverse Current ) yang kecil yang mengalir melalui prasikap balik ( reverse bias ) diode. Arus gelap ini terjadi karena pembangkitan panas dari pembawa muatan bebas ( free charge current ).

2.10.bFotodiode Avalanche

Fotodiode Avalanche Photodiode ( APD ) adalah detector sambungan semikonduktor yang memiliki perolehan dalam ( internal gain ). Dengan adanya perolehan dalam ini maka APD memiliki tanggapan yang lebih baik dari fotodiode PIN.

Perolehan dalam ini sebanding dengan tegangan balik, jika tegangan balik makin besar maka perolehan dalam makin besar. Kecepatan tanggapan fotodiode guguran juga dibatasi oleh waktu transit dan tetapan waktu RC seperti fotodiode PIN.

Fotodiode Avalanche Photodiode punya lineritas yang sangat baik untuk daya optic lebih kecil dari 1 W sampai beberapa microwatt. Untuk daya optic > 1 W biasanya memakai fotodiode PIN.

Perolehan APD ini dipengaruhi oleh suhu, semakin tinggi suhu maka perolehannya akan semakin menurun. Hal ini terjadi karena lintasan bebas merata antar tumbukan lebih pendek pada suhu yang tinggi. Banyak pembawa muatan tidak mendapat kesempatan mencapai kecepatan yang diperlukan untuk menghasilkan muatan-muatan sekunder. Pada penerima yang memakai fotodiode APD ini memerlukan untai kompensasi suhu bila beroperasi pada rentang suhu yang lebar.

2.11Jenis Jenis Redaman Pada Serat Optik

Sifat sifat dari serat optic sangat menentukan jarak antara titik transmisi dengan titik dimana sinyal harus dideteksi. Karena sistem didesain untuk beroperasi pada berbagai jarak, sinyal output optic dari sistem telah disesuaikan untuk melengkapi sifat sifat serat optik. Ada bebarapa jenis redaman yang mempengaruhi penggunaan serat optik yaitu:

1. Redaman karakteristik serat optik

2. Redaman sambungan

3. Redaman konektor

2.11.a Redaman Karakteristik Serat Optik

Redaman karakteristik serat optik tergantung dari panjang gelombang cahaya yang digunakan. Untuk panjang gelombang antara 700 sampai 1650 nm, besarnya redaman berkurang dan untuk panjang gelombang diatas 1700 nm redaman betambah lagi. Redaman karakteristik serat optic biasnya diberikan oleh pabrik dalam satuan dB/km.

2.11.bRedaman Sambungan

Kabel serat optik biasanya dibuat dengan panjang antara 1 km sampai dengan 5 km, oleh karena itu diperlukan beberapa kabel yang harus disambungkan untuk menghubungkan antar transmisi. Besarnya redaman sambungan tergantung dari teknik penyambungan yang digunakan dan besarnya redaman antara 0,1 sampai 0,5 dB.

2.11.cRedaman Konektor

Konektor optik adalah perangkat mekanik yang berfungsi untuk menghubungkan serat optic secara meyakinkan, dengan disekrup secara bersama-sama,. Sehingga core dari kedua ujung tersebut akan tersambung menjadi satu, namun demikian tidak dapat dihindarkan adanya redaman konektor.

Konektor optik digunakan oleh system transmisi sehingga memungkinkan unit unit optic yang terdapat pada system tersebut dapat dipindah atau diganti untuk keperluan pengukuran dalam penanggulangan gangguan

2.12Dispersi

Pulsa yang disalurkan melalui fiber optik di ujung terima yang lain akan mengalami pelebaran dan penyebaran sebagai akibat dari panjang perambatan, pelebaran ini disebut dengan dispersi. Dispersi disebabakan oleh dua faktor yaitu dispersi inter modal dan dispersi intra modal.

Dispersi inter modal dikarenakan mode yang berbeda memiliki kecepatan yang berbeda pula, sehingga ada waktu tunda antar node. Jadi modenya dibedakan oleh sudut penerimaan sinar terhadap sumbu inti. Sedangkan dispersi intra modal di karenakan oleh pelebaran pulsa pada fiber jenis single mode. Hal tersebut di sebabakan oleh kecepatan yang merupakan fungsi panjang gelombang. Jadi panjang gelombang akan mempengaruhi peningkatan dispersi sinyal dari lebar spektral sumber optik

Dalam prakteknya sumber optik tidak hanya memancarkan cahaya pada satu panjang gelombang ( frekuensi ) saja, tetapi pada suatu rentang panjang gelombang yang disebut lebar spectral. Yang mana lebar spectral ini apabila semakin kecil maka sumber semakin koheren.

Sedangkan apabila terjadi dispersi pada pengiriman sinyal optik maka akan menyebabkan terjadinya distorsi ( penyerapan ) pada bentuk sinyal. Dispersi pada serat optik akan menyebabkan terjadinya pelebaran pulsa cahaya yang dikirim sepanjang serat dan jika diamati setiap pulsa, pulsa tersebut akan melebar dan menumpuk dengan yang lainnya bahlan menjadikan tidak dapat dibedakan pada perangkat penerima. Pengaruh ini dikenal dengan interferensi intersimbol yang akan menambah jumlah pulsa yang salah. Disamping itu dispersi juga membatasi maksimum lebar pita frekuensi. Sehingga untuk menghindari penumpukan pulsa pulsa cahaya pada hubungan sistem optik maka dipersyaratkan kecepatan bit rate (Br ) harus lebih kecil atau paling tidak sama dengan dua kali pelebaran dispersi pulsa.

Secara garis besar dispersi yang terjadi pada serat optic ada dua jenis yaitu :

Dispersi inter modal

Dispersi intra modal

2.12.aDispersi Inter Modal

Dispersi ini terjadi hasil dari perbedaan kelambatan perambatan cahaya diantara mode mode dalam multimode. Mode mode yang berbeda yang merupakan pulsa dalam serat multimode merambat sepanjang kanal pada sekumpulan kecepatan yang berbeda, sehingga lebar pulsa output bergantung pada saat pengiriman dari mode mode yang cepat dan yang lambat. Mekanisme disperse ini membuat perbedaan yang mendasar pada semua disperse untuk tiga jenis serat. Banyaknya lintsan cahaya yang merambat melalui serat pada bagian bagian yang berbeda, sehingga setiap bagian mempunyai panjang yang berbeda, karena itu setiap mode mempunyai waktu perambatan yang berbeda.

2.12.bDispersi Intra Modal

Dispersi ini terjadi pada semua jenis serat optik. Dispersi ini terjadi dari hasil terbatasnya spectrum frekuensi dari sumber optik. Karena setiap sumber optik yang tidak memancarkan suatu frekuensi akan tetapi merupakan beberapa lebar pita frekuensi, kemudian dalam perambatan terjadi kelambatan diantara spectrum frekuensi yang berbeda. Dispersi terdiri dari dispersi material dan dispersi wave guide, yang merupakan penyebab utama pengaruh distorsi pada serat optik jenis single mode atau multi mode.

2.13 Perambatan Cahaya Dalam Serat Optik

Teknologi fiber optik maju pesat dan sedang berkembang pemamfatannya untuk sistem teknologi telekomunikasi maju dan handal. Penemuan fiber optik sebagai media transmisi pada suatu sistem komunikasi didasarkan pada hukum Snellius untuk perambatan cahaya pada media transparan seperti pada kaca yang terbuat dari kuartz kualitas tinggi dan dibentuk dari dua lapisan utama yaitu lapisan inti yang biasanya disebut core terletak pada lapisan yang paling dalam dengan indeks bias n1 dan dilapisi oleh cladding dengan indeks bias n2 yang lebih kecil dari n1.

Menurut hukum Snellius jika seberkas sinar masuk pada suatu ujung fiber optik (media yang transparan) dengan sudut kritis dan sinar itu datang dari medium yang mempunyai indeks bias lebih kecil dari udara menuju inti fiber optik yang mempunyai indeks bias yang lebih besar maka seluruh sinar akan merambat sepanjang inti (core) fiber optik menuju ujung yang satu.

Konsep perambatan cahaya di dalam serat optik, dapat ditinjau dengan teori optik geometrik dimana cahaya dipandang sebagai sinar yang memenuhi hukum-hukum geometrik cahaya (pemantulan dan pembiasan).

Tinjauan Optik Geometrik

1. Memberikan gambaran yang jelas dari perambatan cahaya sepanjang serat optik.

2. Dua tipe sinar dapat merambat sepanjang serat optik yaitu sinar meridian dimana sinar merambat memotong sumbu serat optik dan skew ray dimana sinar merambat tidak melalui sumbu serat optik.

3. Sinar-sinar Meridian dapat diklasifikasikan menjadi bound dan unbound rays, lihat gambar 2.11

.

Gambar 2.11. Perambatan dua sinar yang memotong sumbu serat optik.

Pada gambar 2.11 serat optik adalah jenis single mode, dimana indeks bias, n1, lebih besar dari indek bias kulit, n2, Unbound rays dibiaskan keluar dari inti, sedangkan bound rays akan terus menerus dipantulkan dan merambat sepanjang inti, dianggap permukaan batas antara inti dan kulit sempurna/ideal (namun akibat ketidak-sempurnaan ketidak sempurnaan permukaan batas antara inti dan 4kulit maka akhirnya sinar akan keluar dari serat). Secara umum sinar-sinar meridian (mengikuti hukum pemantulan dan pembiasan).

4. Bound rays di dalam serat optik disebabkan oleh pemantulan sempurna, dimana agar peristiwa ini terjadi maka sinar yang memasuki serat harus memotong perbatasan inti - kulit dengan sudut lebih besar dari sudut kritis, c, sehingga sinar dapat merambat sepanjang serat. Lihat gambar 2.12 di bawah ini :

Gambar 2.12. Pemantulan sinar yang memotong perbatasan inti-kulit.

Sudut a adalah sudut maksimum sinar yang memasuki serat agar sinar dapat tetap merambat sepanjang serat (dipandu), sudut ini disebut sudut tangkap (acceptance angle). Lihat gambar 2.13 di bawah ini :

Gambar 2.13. Perambatan sinar yang dipandu.

Numerical aperture (NA) adalah ukuran kemampuan sebuah serat untuk menangkap cahaya, juga dipakai untuk mendefenisikan acceptance cone dari sebuah serat optik. Dengan menggunakan hukum Snellius NA dari serat adalah (2.1)

Karena medium dimana tempat cahaya memasuki serat umumnya adalah udara maka n0 = 1 sehingga NA = sin a. NA digunakan untuk mengukur source-tofiber power coupling efficiencies, NA yang besar menyatakan source-to-fiber power-coupling efficiencies yang tinggi. Nilai NA biasanya sekitar 0,20 sampai 0,29 untuk serat gelas, serat plastik memiliki NA yang lebih tinggi dapat melebihi 0,5.

2.14 Perhitungan Link Bandwidth

Perhitungan link bandwidth bertujuan untuk menentukan efek Band limiting terhadap span-distance (antara titik transmiter dan receiver). Bandwidth antara titik transmiter dan receiver harus lebih besar dari pada bit rate yang ditransmisikan pada saluran tersebut. Perhitungan jarak untuk kondisi di atas adalah :

D =

(

)

[

]

(

)

BR

dm

t

BR

t

dw

dx

2

1

2

2

2

2

/

7785

.

0

l

D

+

-

(2.2)

Keterangan :

D : jarak terminal antar terminal tanpa Band Limiting (km)

BR : bit rate (bit per second)

t

dw

: rise time optical source dan optical detector (detik/km)

t

dx

: dispersi lain selain komponen serat optik (detik)

t

dm

: dispersi material (detik/km)

l

D

: spectral width (nm)

Perhitungan untuk analisa link bandwidth adalah sebagai berikut :

D

r

s

t

D

D

+

=

(2.3)

t

D

: jarak antar perangkat (panjang serat optik) ditambah dengan margin ( km ).

s

D

: jarak antar perangkat (panjang sreat optik) (km ).

r

D

: panjang kabel yang disediakan untuk perbaikan ( km ).

: ketelitian pengukuran panjang kabel ( km ).

r

t

=

)

(

350

Mbps

BR

untuk sinyal return to zero (RZ) (2.4)

r

t

: rise time total saluran (detik)

Dispersi material saluran serat optik;

r

t

= 1,087t dm (Ps/nm/km) x (nm) x Di (km) x 10

3

-

(2.5)

Total rise time ;

tot

r

t

,

(ns) = 1,1

2

2

2

2

2

...

rn

r

r

t

t

t

+

+

+

(2.6)

BW

=

tot

r

t

,

350

(2.7)

2.15 Perhitungan Link Power Budget

Perhitungan ini berfungsi untuk mengetahui span distance (jarak antar node) berdasarkan kondisi parameter terburuk.

Span distance dihitung menggunakan rumus berikut:

)

(

km

SD

=

(

)

km

dm

L

L

N

L

N

MRP

P

f

s

s

c

c

t

/

-

-

-

(2.8)

Keterangan :

t

P

: daya yang dipancarkan pada saluran serat optik (dbw)

MRP

: daya minimum yang diterima (kondisi terburuk) (dbw)

N

c

c

L

: jumlah konektor x loss per konektror (db)

N

s

s

L

: jumlah splice x loss per splice (db)

L

f

: redaman pada kondisi minimal (db/km)

Untuk mengetahui daya maksimum dan minimum yang diterima, dapat menggunakan persamaan-persamaan sebagai berikut.

max

P

=

bc

bc

r

P

s

2

,

+

(2.9)

Keterangan :

bc

r

P

,

: daya maksimum pada saat transmisi (dbm)

bc

s

: loss fiber dalam keadaan baik (dbm)

P

EMBED Equation.3

wc

wc

r

P

s

2

,

min

-

=

(2.10)

Keterangan :

wc

r

P

,

: daya minimum pada saat transmisi (dbm)

wc

s

: loss fiber dalam keadaan buruk (dbm)

Sedangkan untuk mengetahui besarnya daya rata-rata maksimum dan minimum yang diterima dapat digunakan persamaan sebagai berikut :

bc

saluran

EDFA

t

r

L

G

P

P

,

max

,

max

,

-

+

=

(2.11)

Keterangan :

max

,

t

P

: daya pancar maksimum (dbm)

EDFA

G

: gain (db)

bc

saluran

L

,

: loss yang terjadi dalam saluran dalam keadaan baik (db/km)

wc

saluran

EDFA

t

r

L

G

P

P

,

min

,

min

,

-

+

=

(2.12)

Keterangan :

min

,

t

P

: daya pancar minimum (dbn)

EDFA

G

: gain (db)

wc

saluran

L

,

: loss yang terjadi dalam saluran dalam keadaan buruk (db/km)

Persamaan 3.10 dan 3.11 digunakan untuk mengetahui berapa daya rata-rata maksimum dan minimum yang diterima dalam sistem transmisi tersebut setelah mengalami loss dari saluran.

2.16Kinerja Sistem Total

Perhitungan ini dilakukan bertujuan untuk membandingkan antara perancangan sistem jaringan yang baru dengan jaringan yang sudah terpasang.

a. Excess Power

Adalah daya yang dihitung setelah loss dan margin operasi.

P

we

e

P

s

2

=

(2.13)

Keterangan :

P

: daya di transmitter (db/km)

we

s

: loss fiber dalam keadaan baik (dbm)

b. Margin Saturasi ( Msat )

Adalah margin daya penerima dan level daya saturasi penerima ( Psat ).

M

(

)

bc

pr

maks

r

sat

maks

r

sat

sat

P

P

P

P

.

,

,

2

s

+

-

=

-

=

(2.14)

Keterangan :

sat

P

: daya minimum over load (dbm)

maks

r

P

,

: daya maksimum rata-rata yang diterima pada saat transmisi (dbm)

bc

s

: loss fiber dalam keadaan baik (dbm)

c. Dynamic Range ( DR )

Adalah range dari daya optik yang diterima terhadap penerima. Terdapat 2 dynamic range, yaitu:

1. Dynamic range requered (DR)req adalah dynamic range yang dibutuhkan sistem terpasang atau yang akan di pasang. Persamaanya adalah sebagi berikut;

(

)

(

)

wc

pt

sist

reqd

DR

DR

,

4

min

Pr

max

Pr

s

+

-

=

=

(2.15)

Keterangan :

maks

r

P

,

: daya maksimum rata-rata yang diterima pada saat transmisi (dbm)

min

Pr

: daya minimum rata-rata yang diterima pada saat transmisi (dbm)

wc

,

s

: loss fiber dalam keadaan baik (dbm)

2. Dynamic range specification ( DR )spec adalah dynamic range berdasarkan spesifikasi teknis peralatan. Persamaannya adalah sebagai berikut;

(

)

(

)

MRP

wc

sat

spec

MRP

P

DR

s

2

+

-

=

(2.16)

Keterangan :

sat

P

: daya minimum over load (dbm)

MRP

: daya minimum yang diterima (kondisi terburuk) (dbw)

d. Operation probability ( OP )

Adalah derajat kepastian (probabilitas) untuk operasi yang memuaskan.

(

)

wc

P

OP

e

s

=

min

(2.17)

Keterangan :

wc

,

s

: loss fiber dalam keadaan baik (dbm)

P

: daya di transmitter (db/km)

Dengan mengetahui ( OP )sat dapat ditentukan probabilitas seluruh nilai gain.

(

)

bc

pr

maks

r

sat

sat

P

P

OP

,

,

s

-

=

(2.18)

Keterangan :

sat

P

: daya minimum over load (dbm)

maks

r

P

,

: daya maksimum rata-rata yang diterima pada saat transmisi (dbm)

bc

s

: loss fiber dalam keadaan baik (dbm)

Bab II Dasar Teori4

PAGE

Bab II Dasar Teori

_1244290272.unknown

_1278271448.unknown

_1278271682.unknown

_1278271756.unknown

_1278271832.unknown

_1278272129.unknown

_1278754169.vsd

REPEATER

KANAL

OUTPUT

DATA

DETEKTOR OPTIK

_1278271898.unknown

_1278271866.unknown

_1278271798.unknown

_1278271818.unknown

_1278271775.unknown

_1278271696.unknown

_1278271734.unknown

_1278271692.unknown

_1278271588.unknown

_1278271619.unknown

_1278271648.unknown

_1278271603.unknown

_1278271503.unknown

_1278271533.unknown

_1278271469.unknown

_1244290452.unknown

_1278226279.vsd

DATA

SUMBER CAHAYA

KANAL

INPUT

_1278271398.unknown

_1244354536.unknown

_1244290478.unknown

_1244290397.unknown

_1244290416.unknown

_1244290373.unknown

_1244287045.unknown

_1244290162.unknown

_1244290216.unknown

_1244290243.unknown

_1244290177.unknown

_1244290079.unknown

_1244290095.unknown

_1244290058.unknown

_1228155641.unknown

_1228155645.unknown

_1228155647.unknown

_1229360249.unknown

_1228155648.unknown

_1228155646.unknown

_1228155643.unknown

_1228155644.unknown

_1228155642.unknown

_1104603748.unknown

_1208000133.unknown

_1228032150.unknown

_1228155640.unknown

_1228031370.unknown

_1104920103.vsd

Sumber Optik

Kabel Serat Optik

Detektor Optik

Rangkaian Elektronik

Multiplex Digital

DeMultiplex Digital

Rangkaian Elektronik

_1104601844.unknown

_1104602938.unknown

_1104603025.unknown

_1104602746.unknown

_1104601638.unknown