komunikasi serat optik

42
KOMUNIKASI SERAT OPTIK OLEH : PUTU RUSDI ARIAWAN NIM : 0804405050 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT - JIMBARAN 2010

Upload: rusdi-ariawan

Post on 20-Jun-2015

1.071 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

KOMUNIKASI SERAT OPTIK

TRANSCRIPT

Page 1: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

KOMUNIKASI SERAT OPTIK

OLEH :

PUTU RUSDI ARIAWAN

NIM : 0804405050

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANABUKIT - JIMBARAN

2010

Page 2: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan

karunia – Nya paper ini dapat terselesaikan.

Penyusunan paper ini merupakan pengganti ujian akhir semester mata kuliah

bahan listrik program sarjana (S1) Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro

Universitas Udayana. Adapun judul paper ini adalah: “KOMUNIKASI SERAT

OPTIK”.

Saya menyadari bahwa apa yang tersusun dalam paper ini jauh dari apa yang

diharapkan secara ilmiah. Hal ini disebabkan karena keterbatasan kemampuan,

pengetahuan, dan pengalaman yang saya miliki. Maka dari itu, kritik, saran,

bimbingan, dan petunjuk – petunjuk dari semua pihak sangat saya harapkan guna

kelengkapan dan penyempurnaan paper ini.

Penyusunan paper ini tidak akan berhasil dengan baik tanpa adanya bantuan

dan dukungan dari berbagai pihak secara langsung maupun tidak langsung. Oleh

karena itu, saya mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada Bapak

Ir. I Ketut Wijaya, selaku dosen mata kuliah bahan listrik yang telah memberikan

bimbingan dan nasehat selama penyusunan paper ini, dan kepada semua teman-

teman saya yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan paper ini.

Akhir kata, saya harapkan paper ini dapat bermanfaat bagi semua pihak

khususnya mahasiswa jurusan teknik elektro dan bagi perkembangan ilmu

teknologi informasi.

Penyusun

Page 3: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN ii

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR .......................................................................... i

DAFTAR ISI .......................................................................................... ii

BAB I. PENDAHULUAN

2.1 Pengantar ................................................................. 1

2.2 Rumusan masalah ................................................... 3

2.3 Tujuan penyusunan paper ....................................... 3

BAB II. KONSEP DASAR KOMUNIKASI OPTIK

2.1 Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik .................... 4

2.2 Sifat Cahaya ............................................................ 6

2.3 Komponen Utama Komunikasi Serat Optik ........... 9

2.4 Dipersi, Distorsi Pulsa, dan Laju Informasi ............ 17

BAB III. DISPERSI MEMBATASI KAPASITAS INFORMASI

SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK ...................... 30

BAB IV. ANALISA PENGARUH DISPERSI PADA TRANSMISI

SERAT OPTIK .................................................................. 32

BAB V. KESIMPULAN .................................................... 37

DAFTAR PUSTAKA

Page 4: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Pengantar

Komunikasi telah menjadi kebutuhan pokok dalam dunia modern.

Kebutuhan untuk saling berhubungan dan bertukar informasi satu dengan yang

lain tanpa mempedulikan jarak, apakah hanya berjarak beberapa meter saja

(interkom), ribuan kilometer (interlokal), ataupun jutaan kilometer (di angkasa

luar). Upaya manusia untuk menyelenggarakan telekomunikasi telah lama tercatat

dalam sejarah peradabannya. Namun perkembangan yang nyata baru terjadi dalam

abad terakhir ini, sebagai hasil perkembangan teknologi elektronika.

Komunikasi data yang berkembang dengan pesat dewasa ini sesuai dengan

kemajuan teknologi dalam bidang telekomunikasi dunia yang sedang maju dengan

pesat serta pengaruh era globasasi dan arus informasi yang sangat diperlukan oleh

masyarakat modern. Kemajuan perekonomian serta majunya teknologi

telekomunikasi merupakan titik tolak dan potensi besar untuk dapat meningkatkan

dan mewujudkan berbagai jenis pelayanan komunikasi yang lebih canggih untuk

komunikasi suara, vidio dan data

Akhir-akhir ini permintaan masyarakat modern akan kebutuhan komunikasi

data dengan pesat. Untuk mentransfer data dalam jumlah besar dan memerlukan

keakuratan dan juga yang mampu menjaga kerahasian data tersebut. Keunggulan

fiber optik sebagai media transmisi terutama mampu meningkatkan pelayanan

sistem komunikasi data, seperti peningkatan jumlah kanal yang tersedia,

kemampuan mentransfer data dengan kecepatan mega bit /second, terjaminnya

kerahasiaan data yang dikirimkan, sehingga pembicaraan tidak dapat disadap,

tidak terganggu oleh gelombang elektromagnetik, petir atau cuaca.

Di dalam sistem telekomunikasi, keterbatasan utama yang sudah menjadi hal

umum adalah spektrum dan bandwidth. Namun adanya keterbatasan tidak selalu

berdampak buruk khususnya pada perkembangan di bidang telekomunikasi, Hal

menarik dari penggunaan cahaya di dalam sistem komunikasi serat optik adalah

fakta bahwa semakin tinggi frekuensi dari suatu gelombang pembawa (carrier),

Page 5: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 2

maka bandwidth atau kapasitas transmisinya pun akan semakin besar pula. Hal ini

berdasarkan perhitungan dimana bandwidth suatu sistem secara teoritis sebesar

10% dari frekuensi gelombang pembawanya. Dengan demikian, suatu sistem

komunikasi serat optik dengan panjang-gelombang sebesar 1550 nm, yang

merupakan cahaya tak tampak, secara teoritis dapat memiliki bandwidth sebesar

1,93 x 1013 Hz (19,3 Thz).

Pada prakteknya, belum ada suatu sistem memiliki bandwidth yang

mendekati nilai teroritisnya tersebut. Hal ini disebabkan oleh keterbatasan dari

serat optik itu sendiri, dimana semakin besar informasi yang dibawanya, maka

akan semakin rentan pula media tersebut menyebabkan dispersi sinyal, suatu

keadaan dimana pulsa-pulsa cahaya mengalami pelebaran yang dapat

mengakibatkan tumpah tindihnya pulsa-pulsa tersebut di sisi penerima sehingga

informasi yang dikirimkan sulit untuk dideteksi. Akan tetapi seiring dengan

kemajuan teknologi, sebuah gelombang pembawa mampu mengangkut informasi

sampai puluhan Gbps (Gigabit per second) sebagai benih sistem berkapasitas

terabit bahkan petabit secara keseluruhan.

Besarnya bandwidth yang mencapai nilai fantastis pada beberapa sistem

bukanlah hal yang mubazir mengingat permintaan akan sambungan

telekomunikasi dewasa ini menunjukkan gejala yang semakin tinggi saja. Hal

utama yang mempercepat hal tersebut adalah berkembangnya aplikasi internet,

dimana suatu studi menunjukkan sambungan telepon internasional meningkat

dalam tingkatan 8-10% setiap tahunnya, sementara trafik untuk internet

mengalami peningkatan lebih dari 85% untuk jangka waktu yang sama.

Page 6: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 3

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan dalam paper ini dititikberatkan mengenai dispersi atau

pelebaran pulsa pada sistem komunikasi serat optik yang dapat mengganggu

kelancaran komunikasi.

1.3 Tujuan Penyusunan Paper

1.3.1 Tujuan Umum

Tujuan umum penyusunan paper ini adalah membahas tentang

sistem komunikasi serat optik dan mengetahui kerugian-kerugian

yang terjadi akibat adanya pelebaran pulsa sedangkan

1.3.2 Tujuan Khusus

Tujuan khusus penyusunan paper ini adalah untuk memenuhi tugas

mata kuliah Bahan Listrik yang sedang dijalani oleh penyusun.

Page 7: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 4

BAB II

KONSEP DASAR KOMUNIKASI OPTIK

2.1 Dasar Sistem Komunikasi Optik

Sistem komunikasi yang menggunakan transmisi serat optik harus mengubah

sinyal-sinyal listrik menjadi sinyal cahaya pada sisi pengirim dan mengubah

sinyal cahaya menjadi sinyal listrik pada sisi penerima.

Sistem komunikasi optik secara umum digambarkan dalam diagram blok

seperti Gambar 1.1.

Gambar 1.1 Diagram blok sistem komunikasi secara umum

Dari gambar di atas dapat diuraikan bagian-bagian sistem komunikasi optik

sebagai berikut:

1. Pesan asli

Pesan asli atau informasi yang akan dikirim terdiri atas berbagai bentuk fisik.

Dalam pengiriman ini pesan asli diubah kedalam bentuk isyarat listrik oleh

pengirim penerima

pesan asli pesan keluaran

modulator pemroses sinyal

sumber pembawa

detektor

pengkopel kanal

kanal informasi

pengkopel kanal

Page 8: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 5

suatu tranduser sebelum ditransmisikan untuk komunikasi elektronik atau

komunikasi optik.

2. Modulator

Modulator berfungsi mengubah isyarat listrik kedalam format yang sesuai,

dan menyatakan isyarat tersebut kedalam gelombang yang dibangkitkan oleh

sumber pembawa.

3. Sumber pembawa

Gelombang pembawa dihasilkan oleh sebuah osilator optik. Dalam

komunikasi optik sebagai osilator dipakai Laser Diode (LD), atau Light

Emiting Diode (LED).

4. Pengkopel kanal (masukan)

Pengkopel berfungsi untuk memberikan daya dari pengirim ke kanal

informasi.

5. Kanal informasi

Kanal informasi atau kanal pemandu dari serat optik memiliki kapasitas

kanal yang tinggi, penyusutan daya yang rendah, dimensinya kecil dan

ringan.

6. Pengkopel kanal (keluaran)

Pengkopel kanal memberikan daya dari kanal informasi ke detektor.

7. Detektor

Detektor berfungsi mengubah isyarat termodulasi yaitu gelombang cahaya

menjadi isyarat listrik oleh suatu fotodetektor.

8. Pesan keluaran

Selain dipisahkan dari pembawanya, isyarat listrik tersebut diubah menjadi

isyarat aslinya oleh suatu tranduser.

Jadi, pada sistem komunikasi serat optik, bentuk pesan asli yang berasal dari

sisi pengirim harus diubah terlebih dahulu ke dalam bentuk sinyal cahaya yang

kemudian akan dikirimkan oleh sumber pembawa atau pemandu gelombang

cahaya ke suatu detektor cahaya pada sisi penerima, kemudian akan diubah lagi

dari sinyal cahaya ke dalam bentuk sinyal suara.

Page 9: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 6

λ =Vf

2.2 Sifat Cahaya

2.2.1 Cahaya bersifat sebagai gelombang

Sifat gelombang dari cahaya digunakan untuk menganalisis bagaimana

berkas optik merambat lewat serat optik. Hasil analisis ini menunjukkan

bagaimana syarat yang diperlukan agar cahaya dipandu oleh serat.

Banyak fenomena cahaya dapat diterangkan bila cahaya dinyatakan sebagai

gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi osilasi yang sangat tinggi

kira-kira 1014Hz. Frekuensi, panjang gelombang dan spektrum optik terlihat pada

Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Spektrum optik. Garis merah menunjukkan panjang gelombang

yang digunakan dalam komunikasi serat optik

Semua gelombang elektromagnetik mempunyai medan magnetik dan

elektrik, dan merambat dengan sangat cepat. Di dalam ruang hampa, gelombang

elektromagnetik merambat dengan kecepatan c = 3 x 108 m/s yang sesuai

dengan perambatan gelombang di atmosfer. Panjang gelombang berkas cahaya

diberikan oleh :

Page 10: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 7

E = E0 sin ( ω t – k z )

Medan Elektrik z

Dengan v = kecepatan berkas cahaya di dalam media

f = frekuensi

Frekuensi ditentukan oleh sumber pemancar dan tidak berubah bila cahaya

berjalan dari satu bahan ke bahan lain.

Cahaya merupaka gelombang elektromagetik. Gelombang elektromagnetik

yang berjalan sepanjang arah z terlihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Medan elektrik untuk gelombang yang berjalan dalam arah z,

pada tiga waktu yang berbeda.

Medan elektrik untuk gelombang pada Gambar 2.2 dapat ditulis sebagai

berikut:

(2-1)

Dengan E = medan dielektrik

E0 = amplitude

ω = 2 π f ( radian / detik )

f = frekuensi (Hz)

k = faktor propagasi ( ω / v )

z = arah

v = kecepatan fase gelombang

Faktor ( ω t – k z ) adalah pergeseran fase akibat perjalanan sepanjang z.

Gelombang bidang adalah gelombang yang fasenya sama pada permukaan

planar. Dalam contoh ini, fasenya sama pada setiap bidang yang mempunyai nilai

z tetap, sehingga persamaan (2-1) menyatakan gelombang bidang.

Page 11: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 8

E = E0 e -αz

sin ( ω t – k z )

Medan Elektrik z

Bila gelombang kehilangan tenaga pada saat berpropagasi, maka persamaan

(2-1) dan Gambar 2.2 harus dimodifikasi. Persamaan yang telah di modifikasi

adalah : (2-2)

dengan α adalah koefisien penyusutan.

Di dalam media merugi, medan elektrik seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Penyusutan pada gelombang berjalan. Garis putus-putus

menunjukkan kurva faktor exponen ( -αz )

Hal ini menunjukkan terdapatnya rugi daya dalam perjalanan gelombang dari

sumber ke penerima.

2.2.2 Cahaya bersifat sebagai partikel

Kadang-kadang cahaya bersifat sebagai partikel-partikel kecil yang disebut

photon. Teori partikel menerangkan pembangkitan cahaya oleh sumber optik,

seperti diode pancar cahaya. Laser dan diode laser. Teori ini juga menerangkan

deteksi cahaya dengan konversi radiasi optik menjadi arus listrik.

Energi sebuah photon adalah:

dengan h = tetapan Planck = 6,626 x 10-19 J.

Satuan energi yang lain adalah elektron-volt (eV). Satu elektron volt adalah

energi kinetik yang diperlukan oleh sebuah elektron bila dipercepat oleh beda

potensial 1 volt. Relasi antara elektron volt dan Joule adalah 1eV = 1,6 x 10–19 J.

Sifat cahaya sebagai partikel tidak dijelaskan lebih lanjut dalam paper ini.

W = h f Joule

Page 12: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 9

2.3 Komponen Utama Komunikasi Serat Optik

2.3.1 Pemandu Gelombang Serat Optik

a. Konfigurasi Serat Optik

Serat optik adalah sebuah pemandu gelombang dari dielektrik yang bekerja

pada frekuensi optikal. Struktur serat optik berbentuk silinder terdiri dari inti

(core) dengan indeks bias (n1) dan dilindungi oleh selubung (cladding) yang

mempunyai indeks bias (n2) lebih rendah dari n1, ( n2 < n1 ) Struktur serat optik

diperlihatkan pada Gambar 3.1

Gambar 3.1 Struktur Serat Optik

Serat optik yang digunakan umumnya ada dua macam yaitu:

1. Indeks bias inti rata, type ini sering disebut serat step-indesk. Ada dua

jenis serat step-indeks yaitu step-indeks monomode dan step-indeks

multimode. Mono-mode hanya merambatkan satu mode gelombang

terbimbing, sedang multimode merambatkan banyak mode.

2. Indeks bias inti tak rata (berangsur berkurang dari sumbu serat), type ini

disebut serat graded-indeks multimode. Serat ini merambatkan banyak

mode.

b. Sudut Penerimaan dan Tingkat Numeris.

Geometri transmisi sinar cahaya ke dalam serat optik terlihat pada Gambar

3.2 di bawah yang menunjukkan suatu sinar meridional dengan sudut kritis фc

pada antar muka teras-kulit di dalam serat.

Page 13: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 10

Gambar 3.2 Sudut penerimaan фa pada saat mentransmisikan

cahaya ke serat optik

Terlihat bahwa sinar masuk teras serat dengan sudut фa terhadap sumbu serat

dan dibiaskan pada antar muka udara teras-kulit pada sudut kritis. Sehingga setiap

sinar yang masuk teras dengan sudut lebih besar daripada фa akan ditransmisikan

ke antar muka-teras kulit pada sudut lebih kecil daripada фc dan tidak mengalami

pantulan internal lokal ( фa > фc ). Agar sinar ditransmisikan dengan pantulan

internal total di dalam teras, maka sinar harus datang pada teras di dalam konis

penerimaan yang ditentukan oleh sudut separoh konis фa.

Hubungan antara sudut penerimaan dan indeks bias ketiga media (teras, kulit,

udara) dinyatakan dengan tingkap numeris (numerical aperture, NA).

Dengan menggunakan hukum Snell dan relasi trigonometris dalam

perhitungan, diperoleh:

NA = n0 Sin фa = ( n12 - n2

2 ) ½

(3-1)

kronis

Penerimaan

фc

Kulit

θ

θa

teras

Sudut separuh

Page 14: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 11

I

UNTAI

V+ –

SAMBUNGAN P–N

2.3.2 Sumber Cahaya

Sumber cahaya untuk serat optik bekerja sebagai pemancar cahaya yang

membawa informasi. Sumber tersebut harus memenuhi beberapa persyaratan yang

diperlukan. Pertama, cahaya yang dihasilkan harus bersifat mendekati

monokhromatis (berfrekuensi tunggal). Kedua, sumber tersebut harus mempunyai

keluaran cahaya yang berintensitas tinggi, sehingga mampu mengatasi rugi-rugi

yang dijumpai pada transmisi sepanjang serat. Ketiga, sumber cahaya harus

mudah dimodulasi oleh isyarat informasi. Yang terakhir, sumber cahaya harus

berukuran kecil, ringkas dan mudah diubungkan dengan serat, sehingga tidak

mengakibatkan rugi-rugi sambungan yang besar.

Sumber cahaya yang biasa digunakan pada sistem komunikasi serta optik

sampai saat ini ada dua macam:

1. Diode Pancar Cahaya ( Light Emitting Diode, LED )

2. Diode Laser Injeksi ( Injection Laser Diode, ILD )

Intensitas cahaya yang dihasilkan LED adalah rendah, sehingga biasanya

hanya digunakan untuk sistem serat optik jarak pendek, misalnya pada pesawat

terbang, gedung-gedung, dan sebagainya. Laser dapat menghasilkan cahaya

dengan intensitas tinggi dan koheren sehingga sesuai untuk digunakan pada sistem

komunikasi jarak jauh.

1. Light Emitting Diode (LED)

LED adalah suatu semikonduktor sambungan p-n yang memancarkan cahaya

apabila diberi prasikap maju, seperti terlihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Untai LED

NP

Page 15: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 12

h . cWg

Cara kerja LED adalah sebagai berikut:

Semikonduktor tipe-n memiliki sejumlah elektron bebas, sedangkan

semikonduktor tipe-p memiliki sejumlah lubang bebas. Jika semikonduktor tipe-n

dan tipe-p disambungkan akan terbentuk suatu penghalang tenaga. Baik lubang

bebas maupun elektron bebas tidak memiliki cukup tenaga untuk melewati

penghalang tersebut untuk berekombinasi. Apabila diberikan suatu tegangan

maju, maka besarnya penghalang tenaga akan turun, sehingga elektron bebas dan

lubang bebas memiliki cukup tenaga untuk berpindah melewati sambungan. Jika

elektron bebas dan lubang bebas tadi bertemu, maka elektron akan turun ke

bidang valensi dan kemudian berekombinasi dengan lubang bebas tersebut.

Tenaga yang dilepaskan pada peristiwa itu akan diubah menjadi tenaga optik

dalam bentuk foton.

Besarnya foton yang dipancarkan adalah:

W = h . f (3-2)

Dengan h : konstanta Planck = 6,626 x 10-34

f : frekuensi gelombang yang dipancarkan

Dengan demikian panjang-gelombang yang dipancarkan adalah

λ = (3-3)

Dengan λ : panjang–gelombang dalam

Wg : tenaga celah bidang dalam joule

Dengan bahan dan campuran yang berbeda-beda maka dapat diperoleh

tenaga celah bidang yang berbeda-beda pula sehingga diperoleh LED dengan

beragam panjang gelombang.

Karakteristik Kerja LED adalah sebagai berikut:

Daya optik yang dihasilkan LED berbanding lurus dengan arus penggerak

maju yang diberikan padanya. Tidak semua daya optik yang dihasilkan LED

tersebut dapat masuk ke serat optik, oleh karena adanya keterbatasan tingkap

numeris serat optik akan mengurangi daya yang disalurkan melalui serat.

Page 16: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 13

Karakteristik LED yang lain adalah waktu bangkit (rise time, tr ) yang sangat

singkat. Waktu bangkit didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan keluarannya

untuk berubah dari 10% menjadi 90% nilai akhir jika masukannya adalah fungsi

undak (Gambar 3.4).

Gambar 3.4 Waktu Bangkit

Waktu bangkit ini penting untuk komunikasi dngan isyarat digital. Hubungan

lebarbidang elektrik 3-dB dengan waktu bangkit, tr adalah:

f 3-dB = 0,35 / tr. (3-4)

Nilai tr LED ini biasanya berkisar dari beberapa nanodetik sampai 250

nanodetik.

Spektrum optik sumber cahaya yang akan secara langsung mempengaruhi

dispersi bahan dan dispersi pemandu gelombang. Kedua jenis dispersi ini akan

mengakibatkan pelebaran pulsa dan pelebaran pulsa ini bertambah secara linier

dengan lebar spektral sumber. Untuk λ = 0,8 μm – 0,9 μm, lebar spektral LED

adalah 20nm – 50nm.

LED sangat handal dan awet bila dioperasikan dalam batas-batas daya,

tegangan, arus dan suhu yang telah ditentukan oleh pabriknya. Umur LED adalah

lamanya pemakaian sampai dayanya berkurang hingga setengah nilai awalnya.

Umur LED yang baik bisa mencapai 105

jam bahkan lebih. LED bisa bekerja pada

suhu antara –65o

C dan 125o

C.

Ragam gelombang arus masukan Ragam gelombang arus masukan

90%

10%

Page 17: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 14

Dari uraian tersebut dapat disimpulkan bahwa LED cocok untuk komunikai

jarak pendek sampai menengah dengan pesat data yang tidak begitu tinggi.

2. Injection Laser Diode ( ILD )

Laser adalah sumber gelombang elektromagnetik koheren (berfrekuensi

tunggal, sefase, terarah dan terpolarisasi) yang memancarkan gelombang pada

frekuensi infra merah dan cahaya tampak. Dari bermacam jenis laser, jenis laser

semikonduktor adalah yang paling cocok digunakan dengan serat optik karena

ukurannya kecil, arus tegangannya rendah dan harganya yang lebih murah. Laser

semikonduktor yang banyak digunakan untuk serat optik adalah ILD.

Diode laser injeksi mempunyai berbagai kelebihan dibanding dengan LED,

antara lain:

daya keluaran ILD lebih tinggi sehingga cocok untuk komunikasi jarak

jauh

efisiensi kopling ILD lebih besar sehingga kebutuhan pengulang untuk

komunikasi jarak jauh lebih sedikit.

lebarbidang cahaya keluaran sangat sempit sehingga cahayanya lebih

koheren.

tanggapan waktunya lebih cepat sehingga pesat modulasinya lebih

tinggi.

2.3.3 Detektor Cahaya

Prinsip kerja detektor cahya adalah mendeteksi gelombang cahaya yang

datang dan mengubahnya menjadi isyarat listrik yang berisi isyarat informasi yang

dikirim. Arus listrik tersebut kemudian diperkuat untuk selanjutnya diolah

sehingga diperoleh kembali isyarat informasi yang dikirimkan.

Ada dua mekanisme pendeteksian cahaya, yaitu:

1. efek fotoelektrik luar ( External Photoelectric Effect )

2. efek fotoelektrik dalam ( Internal Photoelectric Effect )

Page 18: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 15

Pada efek fotoelektrik luar, elektron dibebaskan dari permukaan suatu logam

yang pada saat menyerap tenaga dari aliran foton yang datang. Piranti yang

bekerja dengan prinsip ini antara lain: fotodiode hampa dan tabung

photomultiplier.

Pada efek fotoelektrik dalam, pembawa muatan bebas, baik elektron maupun

lubang diperoleh pada saat penyerapan foton yang datang. Piranti yang

menggunakan prinsip ini adalah adalah piranti sambungan semikonduktor, seperti:

fotodiode P-N, fotodiode PIN (Positive Intrinsic Negative) dan fotodiode guguran

(Avalanche Photodiode, APD). Piranti fotodetektor yang umum digunakan dalam

komunkasi serat optik adalah fotodiode PIN dan APD.

Tiga karakteristik yang penting diketahui pada suatu fotodetektor, yaitu:

1. ketanggapan ( Responsitivity, ρ )

2. tanggapan spektral ( Spektral response )

3. waktu bangkit ( rise time, tr )

Ketanggapan adalah perbandingan arus keluaran dengan daya optik masukan,

atau dengan persamaan: ρ = i / p (3-5)

Dengan ρ = ketanggapan (ampere/watt)

i = arus keluaran detektor (ampere )

p = daya optik masukan (watt)

Tanggapan spektral adalah kurve ketanggapan detektor sebagai fungsi

panjang-gelombang. Ketanggapan ini dipengaruhi oleh panjang-gelombang

operasi sistem, oleh karena itu untuk 2 rentang panjang-gelombang yang berbeda,

yang mana susutan serat sangat rendah, maka harus digunakan detektor cahaya

yang berlainan.

Untuk waktu bangkit, tr , sama seperti LED dan LD, lebar bidang modulasi

3-dB pada detektor adalah:

f 3-dB = 0,35 / tr. (3-6)

Page 19: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 16

Fotodiode PIN dan karakteristiknya

Jenis ini adalah yang paling banyak digunakan dalam sistem komunikasi

serat opti. Fotodiode ini mempunyai lapisan semikonduktor intrinsik di antara

bagian P dan N (gambar.5.1)

Gambar 3.5 Fotodiode PIN

Pada lapisan intrinsik ini tidak ada muatan bebas, sehingga resistansinya

besar. Akibatnya sebagian besar tegangan diode berada pada lapisan ini dan di

dalamnya terjadi gaya elektrik yang kuat. Lapisan instrinsik ini cukup lebar

sehingga kemungkinan besar foton yang datang akan diserap ke dalamnya.

Selain ketiga karakteristik yang disebutkan sebelumnya, karakteristik lain

yang juga penting pada detektor cahaya PIN adalah adanya arus gelap yaitu arus

balik yang kecil yan mengalir melalui periskap balik diode. Arus gelap ini terjadi

karena pembangkitan panas dari pembawa muatan bebas. Arus gelap ini terjadi

pada setiap diode, dikenal dengan arus bocor balik. Arus gelap ini tergantung pada

suhu. Arus gelap harus diperhitungkan pada perancangan sistem komunikasi

isyarat optik yang kecil, karena akan menyebabkan tak terdeteksinya isyarat optik

yang kecil oleh detektor. Oleh karena arus yang dibangkitkannya akan tertutup

oleh arus gelap tersebut. Diode PIN dengan bahan Silikon memiliki arus gelap

terkecil dan yang berbahan Germanium memiliki arus gelap terbesar.

I -+

P N

–V

+

I

RLV

Page 20: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 17

2.4 Dispersi, Distorsi Pulsa dan Laju Informasi

Dalam prakteknya sumber optik tidak hanya memancarkan cahaya pada satu

panjang-gelombang (frekuensi) saja, tetapi pada suatu rentang panjang-gelombang

yang disebut lebar spektral. Makin kecil lebar spektral, sumber semakin koheren.

Sumber yang memancarkan cahaya pada satu panjang-gelombang (lebar-spektral

nol) adalah monokhromatis sempurna. Lebar spektral khas untuk sumber-sumber

yang umum, terlihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Lebar spektral sumber-sumber yang khas.

Sumber Lebar Spektral ( ∆ λ )

diode pancar cahaya ( LED ) 20 - 100 nm

diode laser ( LD ) 1 – 5 nm

laser Nd : YAG 0,1 nm

laser HeNe 0,002 nm

Konversi antara lebar spektral (Δλ) dalam panjang-gelombang dan lebar-

bidang frekuensi Δf adalah: Δf . λ = Δλ . f (4-1)

dengan f : frekuensi tengah

λ : panjang-gelombang tengah

Menurut Tabel 4.1 diode laser lebih koheren daripada LED. Sedangkan laser

zat padat Neodymium Ytrium-Alumunium Garnet ( Nd:YAG) dan Laser Helium

– Neon (HeNe) lebih koheren daripada diode laser. Tetapi sumber LED dan LD

lebih praktis untuk sistem serat karena ukuran kecil dan kebutuhan daya kecil,

meskipun lebar spektralnya lebih besar.

Gambar 4.1 adalah plot distribusi panjang-gelombang daya yang dipancarkan

oleh suatu LED.

Page 21: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 18

Gambar 4.1 Spektrum suatu LED

Terlihat bahwa panjang-gelombang tengah 820 nm ( 0,82 μm ). Lebar

spektral ( lebar titik separoh daya ) Δ λ = 30 nm ( 805 – 835 nm ). Lebarbidang

fraksional : 30 / 820 = 0,037 ( 3,7% ).

2.4.1 Dispersi Bahan dan Cacat Pulsa

Indeks bias bahan serat optik berubah terhadap perubahan panjang-

gelombang. Berdasarkan hubungan antara kecepatan-gelombang (ν) dan indeks

bias (n) yang dapat ditulis dengan ν = с / n , maka kecepatan-

gelombang juga berubah terhadap perubahan panjang-gelombang. Sifat perubahan

kecepatan yang disebabkan oleh sifat bahan disebut dengan dispersi bahan. Untuk

beberapa serat dan pemandu gelombang, dispersi juga dapat disebabkan oleh

strukturnya. Dispersi ini disebut dengan dispersi pemandu gelombang.

Misalkan suatu sumber riil (lebar bidang non zero) memancarkan pulsa

cahaya kedalam serat kaca dispersif. Pulsa tadi berisi sejumlah pulsa-pulsa

identik, dengan panjang-gelombang berbeda (gambar 4.2). Beberapa pulsa yang

berjalan dengan kecepatan yang berbeda akan mencapai ujung serat pada waktu

780 800 820 840 860

0

0,5

1,0

Panjang Gelombang (nm)

Page 22: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 19

yang berbeda. Bila pulsa-pulsa tadi dijumlahkan, maka akan dihasilkan pulsa yang

melebar.

Gambar 4.2 Pelebaran pulsa yang disebabkan oleh

propagasi melewati bahan dispersif.

Pulsa lengkap berisi panjang-gelombang λ1, λ2, dan λ3 masing-masing

berjalan dengan kecepatan yang berbeda.

Distorsi sinyal yang terjadi selama propagasi di sepanjang serat optik

biasanya disebabkan oleh dispersi. Dispersi menyebabkan pulsa cahaya semakin

melebar, sehingga dapat menutupi pulsa yang bersebelahan. Akibatnya penerima

tidak dapat membeda-bedakan pulsa tersebut. Kejadian ini disebut intersymbol

interference (ISI). Pengaruh ISI tersebut dapat memperkecil lebar pita

(bandwidth) sistem transmisi serat optik. Jadi dispersi merupakan pembatas

kapasitas informasi serat optik.

Dispersi juga mengakibatkan cacat atau kerugian amplitude pada sinyal

analog. Gambar 4.3 menunjukkan bentuk gelombang analog yang berpropagasi

Pulsa Masukan Pulsa Keluaran

1

0,5

λ1

τ + Δ τ

Δλ1

0,5

λ2

λ3 λ3

λ2

λ1

Waktu Waktu

Page 23: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 20

pada tiga panjang-gelombang yang berbeda. Setelah berjalan melewati media

dispersif, ketiga panjang-gelombang ini saling dijumlahkan. Variasi sinyal yang

diterima amplitudonya lebih rendah daripada variasi sinyal masukan. Dispersif

tifak mengubah daya rerata atau frekuensi modulasi, tetapi mengurangi variasi

sinyal.

Gambar 4.3 Dispersi mengakibatkan kerugian amplitude pada sinyal analog.

Pada hal informasi yang dipancarkan terkandung di dalam perubahan ini,

sehingga penyusutannya sangat mengganggu. Hal ini dapat dianggap sebagai

pelebaran puncak-sinyal (perendahan amplitude) dan pengisian lembah

(penaikkan levelnya). Perluasan yang berlebihan akan menyebabkan hilangnya

variasi sinyal.

Sinyal Masukan Sinyal Keluaran

λ1

λ2 λ2

λ3 λ3

λ1

Waktu Waktu

Page 24: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 21

Cacat yang disebabkan oleh dispersi bahan (pemandu gelombang) dapat

dikurangi dengan menggunakan sumber-sumber dengan lebarbidang yang sempit

(pemancar yang lebih koheren).

Indeks bias kaca silikon dioksida murni (SiO2) yang digunakan untuk serat

optik mempunyai ketergantungan terhadap panjang-gelombang (gambar 4.4).

Indeks bias berkurang dengan bertambahnya panjang-gelombang, sehingga lereng

kurva negatif (gambar 4.4a). Besaran lereng berubah dengan panjang-gelombang.

Pada panjang-gelombang tertentu (λ0) ada titik balik (infleksi) pada kurva indeks

bias. Megnitude lereng minimum pada λ0 ini (gambar 4.4b). Maka lereng lurva (b)

adalah 0 pada λ0 (gambar 4.4c) yang merupakan derivatif kedua indeks bias

terhadap panjang-gelombang. Untuk silika murni, indeks bias mendekati 1,45 dan

titik balik mendekati 1,3 μm. Doping SiO2 dengan sedikit bahan lain misalnya

dengan GeO2 akan menggeser sedikit kurva indeks.

λ

Gambar 4.4 (a) Ketergantungan indeks bias terhadap panjang-

gelombang untuk kaca silikon SiO2; (b) Derivatif (lereng) kurva (a);

(c) Derivatif (lereng) kurva (b).

(b)(a)

(λo)(λo)

1,45

0

(c)

(λo)0

Indeks bias, n

d λ

d n

n =

d2 λ

n =d2 n

Page 25: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 22

2.4.2 Pelebaran Pulsa

Misalkan τ = waktu yang diperlukan pulsa untuk berjalan pada lintasan

sepanjang L. Gambar 4.5 menunjukkan plot waktu-lintas persatuan panjang (τ / L)

sebagai fungsi panjang-gelombang. Untuk media nondispersif waktu-lintas tidak

tergantung pada panjang-gelombang (Gambar 4.5a). Sedang untuk media bahan

dispersif, waktu-lintas tergantung pada panjang-gelombang (Gambar 4.5b).

Gambar 4.5 Waktu-lintas persatuan panjang untuk media nondispersif ( a )

dan media dispersif ( b )

Misalkan suatu pulsa mempunyai panjang-gelombang terpendek λ1 dan

terpanjang λ2. Lebar spektral sumber:

Δ λ = λ2 - λ1

Semua panjang-gelombang antara λ1 dan λ2 akan mengikuti yang tercepat

dan mendahului yang paling lambat.

Besaran yang penting adalah perbedaan waktu-lintas persatuan panjang

untuk dua panjang-gelombang ekstrim.

Besaran ini dinotasikan dengan Δ (λ/L) :

Δ (λ/L) = (λ/L)2 – (λ/L)1 (4-1)

τ/L

Panjang gelombang

( a )

Panjang gelombang

( b )

τ/L

(τ/L)1

(τ/L)2

λ1 λ2

Δ λ

Δ (τ/L) Δ λ1

Page 26: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 23

dengan (λ/L)1 dan (λ/L)2 adalah pelebaran pulsa per panjang satuan untuk

panjang-gelombang λ1 dan λ2 .

pelebaran pulsa yang sebenarnya adalah :

Δλ = λ2 – λ1

= L Δ(λ/L)

Durasi pulsa didefinisikan sebagai interval waktu dimana daya optik naik

dari separoh nilai puncak hingga waktu turun ke separoh nilai puncak (full

duration half maximum, FDHM). Hal ini diperlihatkan pada Gambar 4.2.

Lereng kurva λ/L dinotasikan dengan: Δ λ

(4-2)

Analisis menunjukkan bahwa

(4-3)

Dengan menggabungkan persamaan (4-2) dan (4-3) diperoleh:

Δ (λ/L) = – λ n΄΄ Δλ / c

yang menunjukkan bagaimana pelebaran pulsa bergantung pada indeks bias.

Dispersi bahan didefinisikan sebagai:

M = λ n΄΄ / c

Maka pelebaran pulsa per panjang satuan dapat ditulis

Δ (λ/L) = – λ / c n΄΄ Δλ

= – M Δλ (4-4)

Dispersi bahan sebagai fungsi panjang-gelombang ruang bebas terlihat pada

Gambar 4.6. Kurva M serupa dengan kurva n΄΄ (gambar 4.6c) karena M

sebanding dengan n΄΄.

Δ ( λ/L )

Δ λ(λ/L)΄ =

– λ d2 n

c d λ2

– λ n``

c (λ/L)΄ = =

Page 27: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 24

Gambar 4.6 Dispersi bahan untuk Silika murni

Tanda negatif pada persamaan (4-4) menyatakan bahwa pelebaran pulsa

adalah negatif bila M positif, karena Δλ selalu positif. Ini berarti bahwa

(λ/L)1kk>kk(λ/L)2 , yakni waktu-lintas untuk panjang-gelombang yang lebih

pendek (λ1) lebih lama daripada waktu-lintas untuk panjang-gelombang yang

lebih panjang. Menurut Gambar 4.6 hal ini terjadi untuk silika murni pada

panjang-gelombang dibawah 1,3 μm yang mana M positif. Bila M negatif maka

pelebaran pulsa adalah positif dan panjang-gelombang yang lebih pendek akan

melintas lebih cepat daripada panjang-gelombang yang lebih panjang. Hal ini

terjadi silika murni pada panjang-gelombang di atas 1,3 μm.

Pada panjang-gelombang 1,3 μm, dispersi bahan bernilai nol untuk silika

murni. Maka tidak terjadi pelebaran pulsa akibat dispersi bahan pada panjang-

gelombang ini. Dengan doping penambahan sedikit penyusun lain pada silika)

dapat mengubah panjang-gelombang dispersi nol kira-kira 0,1 μm.

0

40

80

120

160

200

240

0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

Panjang-gelombang ( nm )

p s M

nm x km

Page 28: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 25

2.4.2 Laju Informasi

Pelebaran pulsa membatasi kapasitas informasi bagi setiap sistem transmisi.

Untuk perhitungan numeris akan ditinjau pelebaran pulsa yang dibangkitkan oleh

dispersi bahan.

Pertama ditinjau berkas cahaya yang termodulasi secara sinusiode

(Gambar4.3 ). Frekuensi modulasinya adalah f dan periodenya adalah T = 1/ f.

Misalkan bahwa sumber meradiasikan gelombang optik antara λ1 dan λ2.

Yang menjadi pertanyaan adalah berapakah tundaan antara panjang-

gelombang yang paling cepat dan paling lambat yang masih dapat diterima.

Gambar 4.7 menunjukkan daya yang diterima pada λ1 dan λ2 bila tundaan

sama dengan separoh periode modulasi, yakni:

Δ τ = T / 2 (2-15)

Gambar 4.7 Penghapusan modulasi bila dua panjang-gelombang pembawa

mempunyai tundaan separoh periode modulasi Δ τ = T / 2

Dengan tundaan sebesar ini, maka modulasi akan terhapus bila kedua

gelombang ditambahkan. Daya termodulasi yang dibawa pada panjang-

gelombang antara λ1 dan λ2 mempunyai tundaan yang lebih kecil daripada T/2,

dan akan dihapus sebagian, sehingga mengakibatkan perubahan isyarat yagn kecil

pada penerima. Maka frekuensi modulasi dibatasi oleh:

TΔ τ

Daya Total

Page 29: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 26

f = =

(4-5)

Frekuensi atas dari persamaan ini merupakan pendekatan lebar bidang 3-dB

(frekuensi modulasi yang mana daya isyarat berkurang menjadi separoh).

Pendekatan yang lebih analitis memberikan hadil bahwa:

(4-6)

Hasil ini menganggap bahwa tanggapan impuls Gaussian pada serat. Maka

lebarbidang optik f3-dB = ( 2 Δ τ ) –1 dan batas frekuensi x panjang adalah:

(4-7)

Penyusutan media transmisi sebagai fungsi frekuensi modulasi terlihat pada

Gambar 4.8.

Gambar 4.7 Ketergantungan rugi terhadap frekuensi

modulasi La adalah rugi tetap

2,27 Δ τ

1

f2 Δ τ

11

T≤=

Δ τ

0,44

f3-dB x L =2 Δ (τ/L )

1

L a + 2

0 0,4 0,8 1,2

L a + 3

L a + 5

L a + 4

L a + 1

Page 30: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 27

Rugi total (dB) = La + Lf

dengan :

La : rugi tetap akibat serapan (absorpsi) dan hamburan (scattering)

Lf : rugi yang bergantung pada frekuensi modulasi (akibat pelebaran pulsa)

Untuk tanggapan Gaussian, Lf dapat dimodelkan sebagai berikut:

(4-8)

untuk f << f3dB , Lf dapat diabaikan.

Dari persamaan di atas, ruginya adalah 1,5 dB pada frekuensi 0,71 f -3dB ,

maka f 1,5 dB = 0,71 f 3-dB

Lebar bidang optik 1,5 dB ini penting karena akan dibuktikan bahwa

frekuensi ini sesuai dengan frekuensi yang mana daya listrik berkurang menjadi

separoh pada penerima,

Maka: f 1,5 dB (optik) = f 3-dB (elektris)

= 0,71 f 3-dB (optik ) (4-9)

Karena f 3-dB (optik) = ( 2 Δ τ )1

Maka f 3-dB (elektrik) = (4-10)

Ditinjau sinyal digital RZ (return to zero) pada Gambar 4.8

Gambar 4.8 Sinyal RZ dan spektrum dayanya

Lf = – 10 log { exp [ – 0,693 ( )2 ] }f

f3dB

0,35

2 Δ (τ/L )

1 11 10

T

T

2

Waktu 0 1 / T

Frekuensi

2 / T

Page 31: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 28

Kurva putus-putus adalah sinusoide pendekatan.

Daerah yang diarsir menunjukkan lebar bidang transmisi yang diperlukan.

Waktu untuk 1 bit adalah T detik. Laju datanya adalah:

Berdasarkan sinusiode pendekatan maka isyarat RZ ini bisa ditransmisikan

oleh sistem yang mempunyai lebarbidang 1/T Hz, karena hampir semua daya

sinyal mempunyai frekuensi dibawah frekuensi ini.

Dengan menggunakan frekuensi 3-dB elektrik (persamaan 4-10) sebagai

lebarbidang sistem, maka:

RRZ = 1/T = f 3-dB (elektrik)

Atau RRZ x L = (4-11)

Hasil ini juga dapat diperoleh dengan menganggap bahwa pelebaran pulsa

yang diperkenankan = 70% dari durasi pulsa. Karena durasi pulsa RZ = T/2,

maka

Δ τ = 0,7 T/2 , maka R = 1/T = 0,35 / Δ τ

Sehingga pulsa-pulsa yang berdekatan akan dapat dipisahkan dengan baik,

bila pelebaran pulsa lebih kecil dari 35% dari slot waktu. Bila hal ini tidak

dipenuhi maka akan mengakibatkan inteferensi antar simbol.

Untuk sinyal digital NRZ ( non return to zero ) pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Sinyal NRZ dan spektrum dayanya

R = bps. Durasi pulsa = T/21

T

0,35

Δ (τ/L )

0 1 / 2T

Frekuensi

1 / T

Page 32: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 29

Waktu yang diperlukan untuk 1 bit adalah T detik. Berdasarkan sinusiode

pendekatan maka lebarbidang transmisi yang diperlukan adalah 1/2T ( separoh

dari sitem RZ )

Hal ini disebabkan karena pulsa-pulsa NRZ panjangnya 2x pulsa RZ dan

lebarbidang berbanding terbalik dengan durasi pulsa. Dapat disimpulkan bahwa

laju data yang diperkenankan adalah R = 1/T = 2f dengan f : lebarbidang

sistem.

Dengan menggunakan lebarbidang 3-dB elektrik maka:

RNRZ = 2 f 3-dB (elektrik) = 0,7 / Δ τ

Atau RNRZ x L = (4-12)

Jadi pelebaran pulsa yang diperkenankan adalah 70% dari durasi pulsa.

Distorsi sinyal yang terjadi selama propagasi di sepanjang serat optik

biasanya disebabkan oleh dispersi. Dispersi menyebabkan pulsa cahaya semakin

melebar, sehingga dapat menutupi pulsa yang bersebelahan. Akibatnya penerima

tidak dapat membeda-bedakan pulsa tersebut. Kejadian ini disebut intersymbol

interference (ISI). Pengaruh ISI tersebut dapat memperkecil lebar pita

(bandwidth) sistem transmisi serat optik. Jadi dispersi merupakan pembatas

kapasitas informasi serat optik.

0,7

Δ (τ/L )

Page 33: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 30

BAB IV

DISPERSI MEMBATASI KAPASITAS INFORMASI SISTEM

TRANSMISI SERAT OPTIK

Kalau diperhatikan yang menjadi kinerja sistem komunikasi serat optik

adalah masalah rugi-rugi transmisi dan keterbatasan lebar pita transmisi

(bandwidth). Rugi-rugi transmisi serat optik disebabkan banyak faktor antara lain:

rugi-rugi hamburan, sambungan, absorsi material, lengkungan dan rugi-rugi

kopling.

Sedangkan keterbatasan lebar pita disebabkan oleh pelebaran pulsa (dispersi)

di serat optik. Dispersi didefinisikan sebagai pelebaran pulsa yang merupakan

fungsi panjang-gelombang dan diukur dalam piko second, per nano meter, per kilo

meter ( ps/nm.Km ). Dispersi dapat menyebabkan sinyal yang dikirimkan

mengalami distorsi di sepanjang transmisi serat optik. Akibatnya penerima tidak

dapat membeda-bedakan pulsa yang bersebelahan. Kejadian ini yang disebut

intersymbol interference (ISI). Sehingga dapat dikatakan bahwa dispersi

merupakan pembatas maksimum lebar pita transmisi serat optik atau pembatas

kapasitas informasi sistem transmisi serat optik.

Ada dua jenis dispersi yaitu: dispersi intermodal dan intramodal. Dispersi

intermode akibat dari mode-mode yang berbeda merambat di serat optik

multimode. Sedangkan dispersi intramodal disebabkan beberapa panjang-

gelombang yang dipancarkan oleh sumber cahayadengan kecepatan berbeda yang

merambat di serat optik. Karena dispersi intramode terkadi di serat single mode,

maka disebut juga dispersi kromatik.

Secara umum konstanta propagasi β adalah fungsi frekuensi dan dapat

diekspansi melalui deret Taylor pada frekuensi tengah ωo yaitu:

(5-1)

β(ω) = n(ω)ω

c

= βo + β1(ω – ωo ) + ½ β2(ω – ωo ) + .....

Page 34: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 31

Besaran pada suku kedua (β1) menunjukkan bahwa pulsa merambat dengan

kecepatan lebih rrendah dari c / n(ω). Sedangkan Besaran pada suku ketiga yakni

β2 = d2β / dω2 disebut parameter dispersi kecepatan grup (group velocity

dispersion = GVD ).

Parameter β1 dan β2 mempunyai hubungan dengan indeks bias yakni:

(5-2)

(5-3)

dengan:

Parameter D menyatakan dispersi yang mempunyai fungsi satuan ps.nm-1

.Km-1 dan merupakan fungsi dari panjang-gelombang λ. Kalau diperhatikan pada

persamaan (3) bahwa β2 merupakan fungsi dispersi. Sehingga dapat dikatakan

dispersi menyebabkan pelebaran pulsa selama propagasi di sepanjang serat optik.

Oleh karena itu dispersi kecepatan grup (β2) merupakan pembatas penting

kapasitas informasi serat optik.

Analisa dispersi pada serat optik akan dibahas pada bab berikutnya, yaitu

mengenai penggunaan formula perhitungan variabel-variabel yang ada sehingga

dapat diketahui variabel atau faktor yang mempengaruhinya.

Page 35: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 32

BAB IV

ANALISA PENGARUH DISPERSI PADA TRANSMISI SERAT OPTIK

Persamaan propagasi soliton di serat optik single mode tanpa rugi-rugi (α=0)

digambarkan oleh persamaan non linier Schrödinger (NLS) yaitu:

(6-1)

Pada persamaan (6-1), suku kedua menggambarkan pengaruh dispersi dan

suku ketiga pengaruh non linier. Pada pembahasan ini hanya ditinjau pengaruh

dispersi pada serat optik. Bila faktor non linier diabaikan γ = 0 pada persamaan

(6-1), maka propagasi pulsa hanya dipengaruhi oleh dispersi (GVD) dan

persamaannya menjadi:

(6-2)

Persamaan ini mirip persamaan gelombang linier (persamaan differensial

parsial linier). Persamaan tersebut dapat diselesaikan dengan menggunakan

metode Fourier. Jika û ( z,ω ) adalah transformasi Fourier dari U ( z,T ) yaitu:

(6-3)

maka bila kedua ruas persamaan (5-2) ditransformasi, diperoleh:

(6-4)

Page 36: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 33

Dengan pengerjaan berikut:

diperoleh solusi:

(6-5)

dengan û ( 0,ω ) adalah transformasi Fourier dari sinyal yang datang pada z=0 :

(6-6)

Persamaan (6-5) menunjukkan bahwa perubahan karena GVD tergantung

pada frekuensi dan jarak propagasi. Dengan substitusi persamaan (6-5) ke dalam

persamaa (6-3), maka persamaan umum dari persamaan (6-2) adalah:

U ( z,T ) = ½π û (0,ω) exp ( i/2 β2 ω2 z + i ω T ) d ω (6-7)

Sebagai contoh, pulsa Gaussian yang datang dinyatakan oleh:

(6-8)

dengan To adalah setengah lebar pulsa (pada titik intensitas 1/ e). Dalam praktek

biasanya digunakan lebar penuh pada setengah maximum (FWHM) sebagai

pengganti To. Untuk pulsa Gaussian, keduanya mempunyai hubungan sebagai

berikut:

(6-9)

Bila persamaan (6-8) disubstitusi ke dalam persamaan (6-6), maka diperoleh:

(6-10)

selanjutnya persamaan (6-10) dikerjakan sebagai berikkut:

Page 37: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 34

sekarang diperkenalkan:

sehingga

(6-11)

Dengan menggunakan cara yang sama, jika persamaan (6-11) disubstitusi ke

dalam persamaan (5-9) diperoleh:

dengan cara yang sama seperti di atas, akan diperoleh solusi sebagai berikut:

(6-12)

Ternyata persamaan (6-12) tetap menyatakan bentuk pulsa Gaussian selama

propagasi, tetapi lebarnya bertambah yakni:

(6-13)

dengan panjang dispersi LD = To2 / | β2 |. Persamaan (6-13) menunjukkan

bahwa dispersi (GVD) menyebabkan pelebaran pulsa. Besarnya pelebaran pulsa

dipengaruhi oleh panjang dispersi LD . Pada z = LD , pulsa Gaussian melebar

dengan faktor √2. Pengaruh perubahan jarak terhadap amplitudo (magnitude)

pulsa Gaussian dapat dilihat pada Tabel 5-1.

Gambar 6.1 menunjukkan pengaruh pelebaran pulsa untuk pulsa Gaussian

pada jarak propagasi z = 0 s/d 5 LD. Sedang pada gambar menunjukkan

pengaruh dispersi dalam bentuk 3 dimensi.

Page 38: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 35

Tabel 6-1 Besarnya magnitudo pelebaran pulsa terhadap jarak propagasi

No Jarak Propagasi Magnitude Pelebaran Pulsa

1 Z = LD 1,4142

2 Z = 2LD 2,2361

3 Z = 3LD 3,1622

4 Z = 4LD 4,1231

5 Z = 5LD 5,0990

Gambar 6.1 Pengaruh pelebaran pulsa (dispersi) di serat optik

pada jarak z = 0 s/d 5 LD

Page 39: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 36

Gambar 6.2 Pengaruh pelebaran pulsa (dispersi) untuk Gaussian

terhadap jarak propagasi dalam bentuk 3 dimensi.

Dari yang telah dipaparkan diatas , dapat diketahui bahwa jarak propagasi

dan frekuensi gelombang berpengaruh terhadap pelebaran pulsa.

Page 40: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN 37

BAB V

KESIMPULAN

Dari pembahasan – pembahasan yang telah diuraikan dan berdasarkan

sumber teori yang ada, maka dapat disimpulkan hal – hal sebagai berikut :

1. Untuk komunikasi jarak jauh dan kecepatan tinggi 565 Mbps, media

transmisi fiber optik memberikan solusi harga yang ekonomis, sangat ringan,

ukuran kecil, instalasi relatif mudah dan murah jika dibandingkan terhadap

misi sistem komunikasi yang dirancang.

2. Teknik penumpangan informasi pada frekuensi cahaya tidak jauh berbeda

dengan teknik modulasi yang kita kenal pada teknik radio. Cara yang paling

sederhana dengan menyala-matikan sumber cahaya sesuai dengan bit

informasi yang masuk. Tentunya diperlukan waktu nyala-mati yang sangat

cepat, dalam orde piko detik, untuk memperoleh kecepatan pengiriman data

dalam orde ratusan Mbps. Cara lainnya yaitu dengan membedakan frekuensi

cahaya yang dipancarkan untuk merepresentasikan bit 0 dan 1.

3. Informasi yang akan ditransmisikan berupa data dalam bentuk digital

sedangkan bentuk sinyal pembawa carrier yang akan melewati media

transmisi fiber optik berupa sinyal analog untuk itu diperlukan proses

modulasi dan demodulasi yaitu proses yang mengubah data digital ke analog

dan juga proses sebaliknya dengan menggunakan sebuah Modem dengan

pirantinya.

4. Semakin tinggi frekuensi dari suatu gelombang pembawa (carrier), maka

bandwidth atau kapasitas transmisinya pun akan semakin besar pula. Hal ini

berdasarkan perhitungan dimana bandwidth suatu sistem secara teoritis

sebesar 10% dari frekuensi pembawanya.

5. Semakin besar informasi yang dibawanya, maka akan semakin rentan pula

media tersebut menyebabkan dispersi sinyal, suatu keadaan dimana pulsa-

pulsa cahaya mengalami pelebaran yang dapat mengakibatkan tumpang

tindihnya pulsa-pulsa tersebut di sisi penerima sehingga informasi yang

dikirimkan sulit untuk dideteksi.

Page 41: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN

DAFTAR PUSTAKA

Senior, John M., Optical Fiber Communications , Prentice Hall , 1992.

Muhaimin, Drs, Bahan-Bahan Listrik Untuk Politeknik, cet. I, PT. PRADNYA PARAMITA, Jakarta, 1993.

Antono Budi , Optoelektronika, PT. Raja Grafindo Persada, Jakarta, 1992.

Waluyo, Ir, MT., Karya Ilmiah: Analisa Pengaruh Dispersi Pada Serat Optik, majalah BISTEK, Edisi 04/TH.VI/APRIL 1998 – ISSN 1854–4395

Internet Explorer, Elektro Indonesia : Komunikasi Data Visual Basic

Page 42: KOMUNIKASI SERAT OPTIK

PUTU RUSDI ARIAWAN

BIODATA PENULIS

Nama : Putu Rusdi Ariawan

TTL : Denpasar. 19 April 1990

Agama : Hindu

Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana

Email : [email protected]

www.facebook.com/turusdi