sistem komunikasi serat...

40
SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TELEMATIKA TELKOM PURWOKERTO Submitted by Dadiek Pranindito ST, MT,.

Upload: hanhan

Post on 13-Feb-2018

289 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

LOGO

SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TELEMATIKA TELKOM

PURWOKERTO

Submitted by Dadiek Pranindito ST, MT,.

Topik Pembahasan

Click the words to explore

Press <-- to go back

Press Esc to stop

Chapter 2

Perambatan

Cahaya

Chapter 1

Overview

SKSO

Pertemuan Ke -2

SKSO dan Teori

Perambatan Cahaya

Chapter 3

Jenis

Fiber Optik

LOGO

1. Perkembangan SKSO

2. Konsep Sistem Komunikasi Serat Optik

3. Susunan Serat Optik

Overview SKSOChapter 1

Perkembangan SKSO (1)

Perkembangan SKSO (2)

Generasi Sistem Komunikasi Serat Optik

Bit rate-distance product BL, di mana B adalah bit rate transmisi dan L

adalah spasi repeater, adalah ukuran kapasitas transmisi link serat optic.

• Generasi pertama beroperasi di 850 nm dengan serat multimode dan bit

rate 45 s.d. 140 Mbps dengan spasi repeater 10 km.

• Berikutnya penggunaan serat Single Mode memungkinkan bit rate 155

Mbps, 622 Mbps, hingga 2,5 Gbps dengan spasi repeater 40 km.

• Sistem 1550 nm memberikan kapasitas sampai 10 Gbps dengan spasi

repeater hingga 90 km pada 2,5 Gbps.

Elec-

trical

Circuit

Rx

Elec-

trical

Circuit

Tx

Serat Optik

DDF DDF

Optical Transmitter Optical Receiver

Driver

Sumber

Optik

Detektor

Optik

Main

Amplifier

Sistem Komunikasi Serat Optik (1)

SKSO Terdiri dari :

1. Pemancar/Sumber Optik ( Optical Transmitter )

• LED ( Light Emitting Diode ) atau Diode LASER ( Light

Amplification by Stimulated Emission of Radiation )

• Electrical Circuit Transmit

2. Serat Optik ( Optical Fiber ) sebagai Media

• Dibuat dari serat kaca dengan diameter dalam mikrometer.

3. Penerima Optik ( Optical Receiver )

• Diode PIN (Positive Intrinsic Negative), atau APD (Avalanche

Photo Diode).

• Electrical Circuit Receive

Sistem Komunikasi Serat Optik (2)

Sistem Komunikasi Serat Optik (3)

Fungsi :

1. Sisi Pengirim

Memperbaiki karakteristik dan menggabungkan sinyal-sinyal

input.

Mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik

2. Sisi Penerima

Mengubah sinyal optik menjadi sinyal listrik.

Memisahkan dan memperbaiki karakteristik sinyal input.

Aplikasi Jaringan SKSO

Gambar berikut adalah salah satu contoh konfigurasi jaringan optik untuk

Wide Area Network (WAN), regional network, dan local network dengan

node yang berbeda-beda

Coating

Cladding

Core

2~125 mm

5~250 mm

Susunan serat optik dari lapisan paling dalam adalah :

Core : dengan diameter antara 2 s/d 125µm

Cladding : dengan diameter antara 5 s/d 250µm

Coating (jaket).

Susunan Serat Optik (1)

Susunan Serat Optik (2)

1. Core ( Inti Serat )

• Terbuat dari bahan kuarsa atau silika

• Merupakan bagian utama, karena perambatan cahaya melintas

pada bagian ini.

• Memiliki diameter dari 2 mm ~ 125 mm

berfungsi untuk menentukan cahaya merambat dari

satu ujung ke ujung lainnya

Susunan Serat Optik (3)

2. Cladding ( Selimut )

berfungsi sebagai cermin, yakni memantulkan

cahaya agar dapat merambat ke ujung lainnya.

• Terbuat dari bahan kuarsa atau silika dengan nilai indeks bias

lebih kecil dari Core.

• Merupakan selubung dari Core.

• Hubungan indeks bias antara Core dan cladding akan

mempengaruhi perambatan cahaya pada Core ( berpengaruh

terhadap besarnya sudut Kritis).

• Memiliki diameter dari 5 mm ~ 250 mm.

Susunan Serat Optik (4)

3. Coating ( Jaket )

berfungsi sebagai pelindung mekanis sebagai

pengkodean warna

• Terbuat dari bahan plastik

• Berfungsi untuk melindungi core dan cladding dari kerusakan

LOGO

1. Teori Perambatan Cahaya

2. Sudut Kritis

3. Total Internal Reflection (TIR)

4. Numerical Aperture

Perambatan CahayaChapter 2

Ilustrasi Perambatan Cahaya

Hukum Optik (snellius) :

• Cahaya merambat lurus dalam suatu medium.

• Cahaya dapat diubah arahnya dengan menggunakan kaca /

permukaan licin

• Cahaya yang dipantulkan ke cermin membentuk sudut datang

yang sama dengan sudut pantul.

Teori Perambatan Cahaya

Pemantulan (reflection)

Cahaya merambat lurus dalam suatu medium

Garis normal

Sinar datang

Sudut

datang

Sinar pantul

Sudut

pantul

Permukaan licin

kaca

Pembiasan (Refraksi) - 1

Bila cahaya merambat dari satu medium ke medium lain

(dengan indeks bias yang berbeda), maka akan dibiaskan.

Garis normal

Sinar datang

Sudut

datang

Permukaan air

Sinar bias

Sudut

bias

udara

air

Ada dua kondisi dalam pembiasan, yaitu :

1. Bila sinar datang dari medium tipis ke medium lebih padat,

maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal.

Dalam hal ini, sudut bias lebih kecil daripada sudut datang.

Pembiasan (Refraksi) - 2

1. Bila sinar datang dari medium padat ke medium lebih tipis,

maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal.

Dalam hal ini, sudut bias lebih besar daripada sudut datang.

Pembiasan (Refraksi) - 3

Indeks Bias

Indeks Bias (Refractive Index)

Definisi :

Indeks bias yaitu perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa

terhadap kecepatan perambatan cahaya dalam suatu medium.

n = c/v

dimana :

n = indeks bias

c = kecepatan perambatan cahaya di ruang hampa ( 3x108 m/s)

V = kecepatan perambatan cahaya di medium

Sinar bias

Garis normal

Sinar datang

Sudut

datang

Sudut

bias

Permukaan airUdara (ni)

Air (nr)

i

r

Hukum Snellius

sin i . ni = sin r . nr

atau

sin i / sin r = nr / ni

Hukum Snellius

Penjalaran cahaya dari media gelas membentuk sudut i1 = 530.

sudut ini diukur antara berkas sinar dengan permukaan gelas.

Pada saat penjalaran cahaya, berkas cahaya ada yang

dibiaskan dan ada yang dipantulkan. Jika berkas bias dan

pantul saling membentuk sudut 900. Tentukan indeks bias

gelas? Tentukan juga sudut kritisnya?

Latihan

Sudut datang cahaya dengan kondisi dimana harga diperbesar sampai

suatu nilai tertentu; sehingga seluruh cahaya yang datang akan

dipantulkan secara total, hal demikian merupakan kondisi ideal untuk

mentransmisikan cahaya dalam serat optik.

• Sudut datang yang mengakibatkan sudut bias sebesar 900.

• Sudut datang yang menyebabkan sinar bias merambat sejajar dengan

permukaan.

Sudut Kritis

Seberkas Sinar Cahaya bergerak di dalam suatu bahan

transparan yang memiliki indeks bias 1,51 dan datang mendekati

bidang perbatasan menuju bahan kedua yang memiliki indeks

bias 1,46. Hitunglah sudut sinar kritis untuk sinar agar arah

rambatnya di dalam bahan kedua menjadi sejajar bidang

perbatasan ?

Latihan

Garis normal

Sinar datang

Permukaan airudara

air

n1 > n2

i1

r1

i1 < r1

Sinar bias

r2

i2

i2 < r2

r3

i3Sudut

kritis

i3 < r3 = 90 0 ; i3 = Sudut kritis

Sinar pantul

i4 = r4

Pola Perambatan Cahaya

Ic = Critical angle

• Dengan mengatur Ic, maka akan diperoleh I2 = 90º

• Jika I2 = 90º, maka cahaya yang direfraksikan tidak berjalan melalui

material kedua ( n2 ), tetapi merambat melalui permukaan ( batas n1

dan n2 ).

Total Internal Refletion

Dengan memperhatikan rumus : Sin I1 / Sin I2 = n2 / n1

Jika : I2 = 90º Sin I2 = 1, sehingga : Sin I1 = n2 / n1

Jika cahaya merambat dengan sudut datang (I1) dan sudut bias (I2)

sebesar 90º, maka I1 disebut sudut kritis (Ic).

Sin Ic = n2 / n1 atau Sin-1 (n2 / n1)

Sehingga :

Rumus Sudut Kritis

Core

Cladding

Coating

Dalam keadaan ini :

• Tidak ada cahaya yang direfraksikan bila I1 > Ic.

• Cahaya datang direflesikan saat sudut datang lebih besar dari Ic. Kondisi ini

disebut sebagai Total Internal Reflection, yang dapat terjadi hanya saat cahaya

bergerak dari material dengan n lebih besar ke material dengan n lebih kecil.

• Bila cahaya memasuki salah satu ujung serat optik, Sebagian besar cahaya

terkurung didalam fiber dan akan dituntun ke ujung jauh.

• Serat optik disebut sebagai penuntun cahaya (light guide)

Cahaya tetap berada dalam serat karena dipantulkan secara total oleh

permukaan sebelah dalam serat.

• Pantulan dalam total ( Total Internal Reflection ) dapat terjadi bila dipenuhi dua

hal :

1. Indek bias inti (n1) lebih besar dari cladding (n2)

2. Sudut masuk cahaya harus lebih besar dari sudut kritis.

Perambatan cahaya secara TIR

1I

2I

CI Coren1n0

Daerah

Pelepasan

Garis normal

Garis normal

Sinar Datang

n2

n2

Cladding

Cladding

• n0 = 1

• I0 = Sudut masuk luar

• Sinar memasuki inti pada titik A dengan sudut bias I1, dipantulkan

pada titik B dengan sudut IC

0I A

CI

B

C

• Pada ABC dapat diperoleh sudut I1 = 90º - IC

Perambatan Cahaya Dalam SeratOptik (1)

Sin I1 = Sin ( 90º - IC )

= Cos ICSin I0 = n1 / n0 Cos IC

Nilai maksimum kritis untuk sudut masuk luar I0 adalah :

CI 2

2

2

1 n n n1

n2

Dengan menggunakan Teorema Pythagoras maka didapat :

Nilai maksimum dari sudut luar, yang mana cahaya akan merambat didalam serat :

Sudut ini dinamakan sudut penerimaan

n

n n cos

1

2

2

2

1

C

I

n

n nSin

0

2

2

2

11-

) maks ( 0I

Perambatan Cahaya Dalam SeratOptik (2)

Dengan memutar sudut penerimaan didapat kerucut penerimaan

Kerucut penerimaan yang

diperoleh dengan memutar

sudut penerimaan terhadap

sumbu serat.

Setiap cahaya yang diarahkan ke ujung serat di dalam kerucut akan

diterima dan diteruskan ke ujung jauh.

Kerucut penerimaan disebut sebagai celah numerik (Numerical

Aperture = NA)

n

n n Sin NA

0

2

2

2

1

) maks ( 0

I

Kerucut Penerimaan

n

n n NA

0

2

2

2

1

Dimana :

NA = Numerical Aparture

n1 = Indeks bias core

n2 = Indeks bias cladding

n0 = Indeks bias pelepasan

n0

n1

n20I

Jika n0 = 1, maka :

2

2

2

1 n n NA

I0 = Kerucut penerimaan = arc Sin NA

Numerical Aperture (NA)

Hitung NA dari serat optik step index n1 = 1,48 dan n2 =

1,46. Tentukan juga sudut masuk maksimum (I0) jika

media di luarnya adalah udara dengan n0 = 1.

n0 = 1

n1 = 1,48

n2 = 1,460I

Latihan

Core

Cladding

Coating

Sinar 2 adalah cahaya yang mengalami refleksi, karena memiliki sudut

datang yang lebih besar dari sudut kritis.

2

Sinar 3 adalah cahaya yang mengalami refraksi dan tidak akan

dirambatkan sepanjang Core karena memiliki sudut datang yang lebih

kecil dari sudut kritis.

3

Sinar 1 adalah cahaya yang merambat lurus sepanjang Core tanpa

mengalami refleksi/refraksi.

1

Perambatan Cahaya dlm Serat Optik

LOGO

1. Serat Optik Multimode Step-Index

2. Serat Optik Multimode Graded-Index

3. Serat Optik Singlemode Step-Index

Jenis Fiber OptikChapter 3

Karakteristik :

• Harga Indeks bias Core konstan

• Ukuran Core 50 ~ 125 mm dan dilapisi cladding yang sangat

tipis

• Banyak terjadi Dispersi

• Lebar pita frekuensi terbatas/sempit

• Digunakan untuk jarak pendek dengan kecepatan bit rendah

• Penyambungan kabel lebih mudah dan harga relatif murah

Profil Indeks

bias

n2n1

Multimode Step Index

Karakteristik :

• Core terdiri dari beberapa lapisan yang memiliki indeks bias berbeda.

• Ukuran diameter Core 30 ~ 60 mm dan dilapisi cladding 100 ~ 150 mm.

• Dispersi lebih kecil dibandingkan MMSI.

• Lebar pita frekuensi besar/lebar.

• Digunakan untuk jarak menengah dengan kecepatan bit lebih tinggi.

• Faktor pembuatan lebih sulit dan harga relatif mahal.

n2 n1

Profil Indeks

bias

Multimode Step Index

Karakteristik :

• Core memiliki indeks bias dengan harga yang konstan.

• Ukuran diameter Core 2 ~ 10 mm dan dilapisi cladding 50 ~ 125 mm.

• Dispersi lebih kecil dan redaman lebih kecil < 2 dB/km.

• Lebar pita frekuensi besar/lebar.

• Digunakan untuk jarak jauh dengan kecepatan bit lebih tinggi.

• Faktor penyambungan lebih sulit dan harga mahal.

Profil Indeks

bias

n2 n1

Multimode Graded Index