Analisis Rayleigh Pada Transmisi Serat Optik

ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi

OLEH:

M. RIZKI ZULIANDRI 07 0402 017

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK Oleh :

M. Rizki Zuliandri 07 0402 017

Disetujui oleh : Pembimbing,

Ir. M. Zulfin, MT 19640125 199103 1001

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si 19540531 198601 1002

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK

Oleh : M. Rizki Zuliandri

NIM : 07 0402 017

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 12 bulan Maret tahun 2014 di depan penguji :

1) Ali Hanafiah Rambe, ST, MT : Ketua Penguji : ……… 2) Rahmad Fauzi, ST, MT : Anggota Penguji : ………

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

(Ir. M. Zulfin, MT) NIP : 19640125 199103 1001

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si) NIP : 19540531 198601 1 002

ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK

Oleh : M. Rizki Zuliandri

NIM : 07 0402 017

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 12 bulan Maret tahun 2014 di depan penguji

1) Ali Hanafiah Rambe, ST, MT : Ketua Penguji 2) Rahmad Fauzi, ST, MT : Anggota Penguji

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

(Ir. M. Zulfin, MT) NIP : 19640125 199103 1001

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si) NIP : 19540531 198601 1 002

ABSTRAK

Serat optik merupakan media transmisi yang banyak digunakan untuk jaringan lokal. Seiring dengan peningkatan dan pengembangan penggunaan kabel serat optik sebagai media transmisi, maka sering juga terjadi faktor hilangnya informasi yang diakibatkan oleh rugi-rugi yang terjadi di sepanjang kabel serat diantaranya adalah hamburan rayleigh.

Pada pembahasan Tugas Akhir akan dianalisis hamburan rayleighpada serat optik single-mode fibers dan multi-mode fibers pada panjang gelombang tertentu.

Setelah dilakukan perhitungan didapat bahwa besarnya nilai rayleigh

berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Nilai rayleigh pada panjang gelombang 0,850 m (inframerah) dengan konstanta C= adalah 1,340 dB/km. Sedangkan untuk panjang gelombang 1,550 m dengan konstanta C= nilai rayleigh pada transmisi serat optik adalah 0,121 dB/km. Dari hasil analisis pada tabel, single-mode fibersmemberikan lossakibat hamburan sangat kecil dibandingkan dengan lossserat optik multi-mode fibers.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, atas rahmat dan karunia-Nya dan Nabi Muhammad SAW, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pendidikan sarjana strata satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

“ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK”

Penulisan Tugas Akhir ini dapat berlangsung dengan baik karena adanya dukungan dari beberapa pihak, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. M. Zulfin, MT, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Penasehat Akademis penulis,

atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST, MT dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku dosen Penguji Tugas Akhir ini.

5. Stivani Ismawira Sinambela, S.Pd, MA, atas keonaran dan ulahnya selama ini yang telah menghibur, menyemangati dan memotivasi penulis selama penulisan Tugas Akhir ini.

6. Kedua orang tua tercinta dan adik penulis, Papa ( Drs. Masri, M.Si ), Mama ( Zuhairiah, S.Pd ), adik ( Rizka Amalia Putri ), yang selalu tiada henti memberi sumbangsih yang sangat berharga dan tentunya sangat dibutuhkan. 7. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan

seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.

8. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro, Indra Rizkiawan, Fernadi, Yovi Hamdani, Dion, Fuad, Ikbal, Yuli, Louis, Nicholas, Bayu Iqbal Siregar, Kukuh, Leo, Lamhot, Recky, Yohakim, Ihsan, Fitri, Arynda, Frans dan seluruh Mahasiswa Teknik Elektro stambuk 2007 dan 2008.

9. Abangda Senior, Gabe, Royden, Teuku, Azhari, Antonius, Kibar, habibi, dan seluruh Alumni Mahasiswa Teknik Elektro stambuk 2005 dan 2006. 10. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak sekali kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan mendekati kesempurnaan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.

Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini dapat berguna untuk menambah wawasan dan wacana bagi rekan-rekan Mahasiswa.

Medan, Februari 2014 Penulis,

DAFTAR ISI

ABSTRAK... i

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR... vii

DAFTAR TABEL ... viii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah... 1

1.3 Tujuan Penulisam ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

1.5 Metodologi Penulisan ... 2

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II SERAT OPTIK ... 5

2.1Umum ... 5

2.2 Struktur Dasar Kabel Serat Optik... 7

2.3 Jenis-jenis Serat Optik ... 8

2.4 Sistem RelaySerat Optik ... 11

2.4.2 Konektor ... 12

2.4.3 Penyambungan (Splicing) ... 14

2.4.4 Receiver... 16

2.4.5 Konsep Kerugian dalam Serat Optik ... 17

2.4.6 Lebar Jalur Serat Optik ... 18

2.5 Redaman Serat Optik... 18

2.5.1 Faktor Intrinsik... 19

2.5.1.1 Absorption (penyerapan)... 19

2.5.1.2 Scattering (penghamburan)... 21

2.5.1.3 Rugi-rugi pada Coredan Cladding... 21

2.5.1.4 Bending (pembengkokan) ... 22

2.5.2 Faktor Ekstrinsik... 23

2.5.2.1 Microbending... 23

2.5.2.2 Copling Losses... 24

2.5.2.3 Rugi-rugi pada Konektor dan Splice... 25

2.5.2.4 Frasnel Reflection... 26

2.6 Link Power Budget... 26

BAB III RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK... 29

3.1 Cara Kerja Serat Transmisi Optik ... 29

3.1.3 Indeks Bias ... 30

3.1.4 Hukum Snellius ... 31

3.1.5 Sudut Kritis ... 33

3.1.6 Pemantulan InternalSempurna... 34

3.2 Rayleighpada Transmisi Serat Optik ... 36

3.3 Metode Perhitungan... 39

BAB IV ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK... 40

4.1 Umum ... 40

4.2 Analisis Rayleigh pada Transmisi Serat Optik ... 40

4.3 Hasil Analisis ... 45

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 47

5.1 Kesimpulan ... 47

5.1 Saran ... 47

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1Struktur Dasar Kabel Serat Optik ... 7

Gambar 2.2Perambatan Gelombang pada Single-mode Fibers... 9

Gambar 2.3Perambatan Gelombang pada Multi-mode Fibers... 9

Gambar 2.4Perambatan Gelombang pada Multi-mode Graded Index Fibers... 10

Gambar 2.5Prinsip Kerja Serat Optik Multi-mode Step Index Fibers... 11

Gambar 2.6Rugi-rugi penyerapan ... 20

Gambar 2.7Molekul-molekul air yang terdapat dalam inti Glass[5].... 21

Gambar 2.8Rugi-rugi Pembengkokan Makro[5] ... 23

Gambar 2.9Pembengkokan Mikro pada Serat Optik akibat tekanan dari luar kabel[5] ... 23

Gambar 2.10Coupling loses: a) longitudinal misalignmentb) lateral misalignmentc)angular misalignment... 24

Gambar 2.11Splicepada 2 buah Serat Optik ... 25

Gambar 3.1Pemantulan Cahaya Menurut Hukum Snellius... 32

Gambar 3.2Pemantulan InternalSempurna ... 35

Gambar 3.3Cahaya dapat Merambat Melalui Serangkaian Pemantulan di dalam Serat Optik... 36

Gambar 3.4Hamburan akibat penghalang yang besar... 37

DAFTAR TABEL

ABSTRAK

Serat optik merupakan media transmisi yang banyak digunakan untuk jaringan lokal. Seiring dengan peningkatan dan pengembangan penggunaan kabel serat optik sebagai media transmisi, maka sering juga terjadi faktor hilangnya informasi yang diakibatkan oleh rugi-rugi yang terjadi di sepanjang kabel serat diantaranya adalah hamburan rayleigh.

Pada pembahasan Tugas Akhir akan dianalisis hamburan rayleighpada serat optik single-mode fibers dan multi-mode fibers pada panjang gelombang tertentu.

Setelah dilakukan perhitungan didapat bahwa besarnya nilai rayleigh

berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Nilai rayleigh pada panjang gelombang 0,850 m (inframerah) dengan konstanta C= adalah 1,340 dB/km. Sedangkan untuk panjang gelombang 1,550 m dengan konstanta C= nilai rayleigh pada transmisi serat optik adalah 0,121 dB/km. Dari hasil analisis pada tabel, single-mode fibersmemberikan lossakibat hamburan sangat kecil dibandingkan dengan lossserat optik multi-mode fibers.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Perkembangan teknologi telekomunikasi dewasa ini mengalami kemajuan yang sangat cepat. Ini diakibatkan adanya permintaan dan peningkatan kebutuhan akan informasi, yang terus memacu para pengembang teknologi memberikan suatu sistem yang handal dan efisien, baik dari segi kualitas maupun kuantitas dalam arti bahwa sistem tersebut dapat menyalurkan informasi ke manapun juga tanpa membutuhkan waktu yang lama.

Seiring dengan peningkatan dan pengembangan penggunaan kabel serat optik sebagai media transmisi, maka sering juga terjadi faktor hilangnya informasi yang diakibatkan oleh rugi-rugi yang terjadi di sepanjang kabel serat optik, salah satu dari rugi-rugi tersebut adalah hamburan rayleigh yang diakibatkan oleh ketidaksempurnaan pada bahan, seperti tidak homogennya indeks bias, tidak sempurnanya atom pembentuk, dan terbawanya atom-atom lain dalam serat optik. Ketidakhomogenan indeks bias dalam serat optik akan menimbulkan hamburan sinar (berpencarnya sinar) yang dinamakan dengan hamburan rayleigh.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka terdapat beberapa masalah yang dapat dirumuskan antara lain sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh parameter indeks bias pada rugi-rugi rayleigh. 2. Apa saja faktor penyebab terjadinya rugi-rugi serat optik.

3. Apa saja pengaruh rayleighterhadap berkas sinyal cahaya.

1.3 Tujuan Penulisam

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisis rayleigh

pada transmisi serat optik.

1.4 Batasan Masalah

Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas pada Tugas Akhir ini, maka penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini diperbuat agar isi dan pembahasan dari Tugas Akhir ini menjadi lebih terarah dan mencapai hasil yang diharapkan. Adapun batasan-batasan masalah dalam Tugas Akhir sebagai berikut:

1. Parameter yang diamati dalam pengukuran ini hanya menghitung rayleigh

pada serat optik.

2. Tidak membahas rangkaian elektronika yang membangun perangkat.

1.5 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah :

Tugas Akhir ini dari buku-buku refrensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet, dan lain-lain. 2. Studi perhitungan, yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap kinerja

sistem yang dibahas dalam Tugas Akhir ini.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini, secara singkat dapat diuraikan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, tinjauan pustaka, metode penulisan dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini berisi teori umum mengenai serat optik, jenis-jenis, redaman, dll.

BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini berisi tentang pembahasan persamaan yang digunakan dalam perhitungan rayleigh.

BAB IV ANALISA DATA

Bab ini berisi tentang hasil perhitungan dan Analisis Rayleigh pada Transmisi Serat Optik.

BAB V PENUTUP

Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil Analisis Rayleigh pada Transmisi Serat Optik serta saran-saran yang diperlukan dalam pembuatan Tugas Akhir ini.

BAB II SERAT OPTIK

2.1 Umum

Pada tahun 1880 Alexander Graham Bell menciptakan sebuah sistem komunikasi cahaya yang disebut photo-phonedengan menggunakan cahaya matahari yang dipantulkan dari sebuah cermin suara-termodulasi tipis untuk membawa percakapan, pada penerima cahaya matahari termodulasi mengenai sebuah foto-kondukting sel-selenium, yang merubahnya menjadi arus listrik, sebuah penerima telepon melengkapi sistem. Photophone tidak pernah mencapai sukses komersial, walaupun sistem tersebut bekerja cukup baik.

Penerobosan besar yang membawa pada teknologi komunikasi serat optik dengan kapasitas tinggi adalah penemuan Laser pada tahun 1960, namun pada tahun tersebut kunci utama di dalam sistem serat praktis belum ditemukan yaitu serat yang efisien. Baru pada tahun 1970 serat dengan loss yang rendah dikembangkan dan komunikasi serat optik menjadi praktis. Serat optik yang digunakan berbentuk silinder seperti kawat pada umumnya, terdiri dari inti serat (core) yang dibungkus oleh kulit (cladding) dan keduanya dilindungi oleh jaket pelindung (buffer coating). Ini terjadi hanya 100 tahun setelah John Tyndall, seorang fisikawan Inggris, mendemonstrasikan kepada Royal Society bahwa cahaya dapat dipandu sepanjang kurva aliran air. Dipandunya cahaya oleh sebuah serat optik dan oleh aliran air adalah peristiwa dari fenomena yang sama yaitu total internal reflection.

Teknologi serat optik selalu berhadapan dengan masalah bagaimana caranya agar lebih banyak informasi yang dapat dibawa, lebih cepat dan lebih jauh penyampaiannya dengan tingkat kesalahan yang sekecil-kecilnya. Informasi yang dibawa berupa sinyal digital, digunakan besaran kapasitas transmisi diukur dalam 1 Gb.km/s yang artinya 1 milyar bit dapat disampaikan tiap detik melalui jarak 1 km. Berikut adalah beberapa tahap sejarah perkembangan teknologi serat optik:

1. Generasi Petama ( mulai tahun 1970)

2. Sistem masih sederhana dan menjadi dasar bagi sistem generasi berikutnya terdiri dari :

a. Encoding: Mengubah input (misal suara) menjadi sinyal listrik.

b. Transmitter: Mengubah sinyal listrik menjadi gelombang cahaya

termodulasi, berupa LED dengan panjang gelombang 0, 87 μm.

c. Serat Silica: Sebagai pengantar gelombang cahaya.

d. Repeater: Sebagai penguat gelombang cahaya yang melemah di jalan. e. Receiver: Mengubah gelombang cahaya termodulasi menjadi sinyal listrik,

berupa foto-detektor.

f. Decoding: Mengubah sinyal listrik menjadi ouput (misal suara).

3. Repeater bekerja dengan merubah gelombang cahaya menjadi sinyal listrik kemudian diperkuat secara elektronik dan diubah kembali menjadi gelombang cahaya.

2.2 Struktur Dasar Kabel Serat Optik

Serat optik terbuat dari bahan dielektrik yang berbentuk seperti kaca (glass). Di dalam serat inilah energi listrik diubah menjadi cahaya yang akan ditransmisikan sehingga dapat diterima di ujung unit penerima (receiver) melalui transducer. Pada Gambar 2.1 dapat dilihat struktur dasar kabel serat optik[1].

Gambar 2.1 Struktur Dasar Kabel Serat Optik

Struktur serat optik terdiri dari[1]: 1. Inti (core)

Bagian yang paling utama dinamakan bagian inti (core), dimana gelombang cahaya yang dikirimkan akan merambat dan mempunyai indeks bias lebih besar dari lapisan kedua. Terbuat dari kaca (glass) yang berdiameter antara 2μm-125μm, dalam hal ini tergantung dari jenis serat optiknya.

2. Cladding

Cladding berfungsi sebagai cermin yaitu memantulkan cahaya agar dapat merambat ke ujung lainnya. Dengan adanya cladding ini cahaya dapat merambat dalam core serat optik. Cladding terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias yang lebih kecil dari core. Cladding merupakan selubung dari core. Diameter cladding

mempengaruhi perambatan cahaya pada core, (yaitu mempengaruhi besarnya sudut kritis).

3. Jaket (coating)

Coating berfungsi sebagai pelindung mekanis pada serat optik dan identitas kode warna terbuat dari bahan plastik. Berfungsi untuk melindungi serat optik dari kerusakan.

2.3 Jenis-jenis Serat Optik

Berdasarkan keperluan yang berbeda-beda, maka serat optik dibuat dalam dua jenis utama yang berbeda, yaitu single-mode fibers dan multi-mode fibers.

1. Single-mode Fibers

Single-mode Fibers mempunyai inti sangat kecil (yang memiliki diameter sekitar 9x10-6 meter atau 9 mikro meter), pada Gambar 2.2 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem single-mode fibers[1]. SMF (single-mode fibers) bekerja oleh light source laser diode yang berfungsi menkonversi sinyal elektrik menjadi sinyal cahaya. LD cocok digunakan untuk aplikasi jarak jauh beserta data rates yang tinggi, serta diaplikasikan pada panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm. Jenis serat ini digunakan untuk mentransmisikan satu sinyal dalam setiap serat. Serat ini sering dipakai dalam pesawat telepon dan TV (televisi) kabel. Pada Gambar 2.2 dapat dilihat perambatan gelombang cahaya pada Singel-mode

Gambar 2.2 Perambatan Gelombang pada Single-mode Fibers

2. Multi-mode Fibers

Multi-mode Fibers mempunyai ukuran inti lebih besar (berdiameter sekitar 6,35x10-5 meter atau 63,5 mikro meter) dan mentransmisikan cahaya inframerah (panjang gelombang 850-1300 nm) dari lampu light-emitting diodes (LED) dan pada Gambar 2.3 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem

multi-mode fibers[1]. Serat ini digunakan untuk mentransmisikan banyak sinyal dalam setiap serat dan sering digunakan pada jaringan komputer dan Local Area Networks (LAN).

Gambar 2.3 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Fibers

a) Multi-mode Graded Index Fibers

Pada jenis serat optik ini, core multi-mode graded index fibers terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias yang berbeda, indeks bias tertinggi terdapat pada pusat core dan berangsur-angsur turun sampai ke batas core-cladding. Akibatnya dispersi waktu berbagai modecahaya yang merambat berkurang sehingga cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaan. Pada Gambar 2.4 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem multi-mode graded index fibers[1].

Gambar 2.4 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Graded Index Fibers

Pada multi-mode graded index fibers ini, cahaya merambat karena difraksi yang terjadi pada core sehingga rambatan cahaya sejajar dengan sumbu serat. Dispersi minimum sehingga baik jika digunakan untuk jarak menengah. Memiliki ukuran diameter core antara 30-60 μm, lebih kecil dari multi-mode step index fibers. Dan dibuat dari bahan silica glass dengan harga yang lebih mahal dari serat optik

multi-mode step index fiberskarena proses pembuatannya lebih sulit[1].

Serat optik ini pada dasarnya mempunyai diameter core yang besarnya 50 -400 µm dan diameter cladding sebesar 125-500 µm, terlihat seperti pada Gambar 2.5. Pada serat optik ini terjadi perubahan indeks bias dengan segera atau lazim dimana dengan diameter core yang besar digunakan untuk menikkan efisiensi coupling pada sumber cahaya yang tidak koheren seperti LED. Atenuasi pada saat pengiriman tetap besar, sehingga hanya baik digunakan untuk menyalurkan data dengan kecepatan rendah dan jarak dekat[1].

Gambar 2.5 Prinsip Kerja Serat Optik Multi-mode Step Index Fibers

2.4 Sistem RelaySerat Optik

Sistem relayserat optik terdiri dari transmitter (membuat dan menulis dalam sandi sinyal cahaya), serat optik (menghubungkan sinyal cahaya), regenerator optik (diperlukan untuk menaikkan sinyal jika serat digunakan pada jarak yang jauh) dan

2.4.1 Transmitter

Transmitter berfungsi untuk menerima dan mengarahkan cahaya melalui peralatan optikal kemudian dirubah ke dalam rangkaian yang benar. Secara fisik

transmitter mirip dengan serat optik dan biasanya mempunyai lensa untuk memfokuskan cahaya ke dalam serat.

Pada dasarnya transmitter mengubah input sinyal listrik ke dalam modulasi cahaya untuk transmisi serat optik. Bergantung pada kealamian sinyal, hasil cahaya termodulasi mungkin akan berjalan on-off atau linier dengan intensitas bervariasi. Peralatan yang paling sering digunakan sebagai sumber cahaya transmitter adalah

Light Emitting Diode (LED) dan Laser Diode (LD)[4].

2.4.2 Konektor

Konektor adalah peralatan mekanik yang ditempatkan di ujung akhir kabel serat optik, sumber cahaya, receiver, atau kerangka mesin. Pada transmitter

menyediakan informasi cahaya penjuru (bearing light) dari kabel serat optik melalui konektor. Konektor harus mengarahkan dan mengumpulkan cahaya. Konektor juga harus dapat dipasang dan dilepas dengan mudah dari peralatan. Hal ini merupakan titik kunci. Konektor dapat dibongkar-pasang. Dengan fitur ini konektor menjadi berbeda dengan sambungan (splice)[4].

Untuk memastikan didapatkannya rugi yang rendah, konektor harus menghilangkan efek-efek pergeseran sudut dan lateral dan juga menjaga bahwa kedua ujung fiber akan saling menutup dengan sempurna. Bermacam-macam rancangan

adalah lebih berhasil dari pada yang lain. Konektor optik merupakan salah satu perlengkapan kabel serat optik yang berfungsi sebagai penghubung serat[4].

Konektor ini mirip dengan konektor listrik dalam hal fungsi dan tampilan luar tetapi konektor pada serat optik memiliki ketelitian yang lebih tinggi. Konektor menandai sebuah tempat dalam sambungan data serat optik setempat dimana daya sinyal dapat hilang dan BER (Bit Error Rate) atau keandalan dapat dipengaruhi oleh koneksi mekanik. Konektor yang digunakan dengan kabel serat optik kaca[4]:

1. Bionik, salah satu jenis konektor yang paling awal digunakan dalam sambungan data serat optik. Konektor bionik memiliki selongsong tirus (tapered sleeve) yang merupakan harga mati untuk kabel serat optik. Ketika steker ini dimasukkan ke dalam akhir tirus stop kontak berarti menempatkan kabel serat optik dalam posisi tepat. Dengan konektor ini, tutup tepat di atas landasannya, sisanya terpandu cincin dan memutar masuk ke dalam selongsong tergulung untuk menjamin koneksi. Konektor jenis ini sekarang jarang digunakan.

2. D4, konektor ini sangat mirip dengan konektor FC (Fiber Connector) dalam hal berkas pemasangannya, penguncian dan penyelesaian PC (Physical Contact) nya. Perbedaan utamanya adalah diameter landasan 2,0 mm, aslinya didesain oleh Nippon Electric Corp.

3. FC/PC, digunakan untuk kabel single-mode fibers. Konektor ini menawarkan penempatan yang sangat tepat untuk kabel single-mode fibers, menanggapi pancaran sumber optik transmitter dan detector optic receiver. Konektor ini mengistimewakan

posisi yang dapat dilokasikan derajatnya dan sebuah stop kontak tergulung. Konektor ini dapat ditarik dan didorong dengan tab pengunci.

4. SMA, pendahulu konektor ST (Straight Tip). Konektor ini mengistimewakan tutup tergulung dan perumahan.

5. ST, suatu jenis bayonet terkunci mirip dengan konektor BNC (Bayonet Neil Concelmen). Konektor ini digunakan baik untuk kabel single-mode fibers maupun

multi-mode fibers. Konektor ini digunakan secara luas karena mempunyai kemampuan yang baik dalam hal memasukkan maupun mengeluarkannya dari kabel serat optik dengan cepat dan mudah. Metode penempatannya juga mudah. Ada dua versi konektor ini, yaitu ST dan ST2. Kedua konektor ini terkunci dan memuat pegas serta dapat ditarik dan diputar.

6. Konektor Kabel Serat Optik, konektor ini digunakan secara eksklusif untuk kabel serat optik guna menekan harga dan mempermudah penerapannya. Sering digunakan pada penerapan dengan tanpa penggosokan atau epoxy (sambungan dari suatu komposisi dengan satu oksigen dan dua atom karbon dalam ikatan segitiga).

2.4.3 Penyambungan (Splicing)

Sambungan (splice) adalah peralatan untuk menghubungkan satu kabel sarat optik dengan yang lainnya secara permanen. Splice merupakan perlengkapan tetap yang menyambung konektor. Meskipun demikian beberapa penjualan (vendor) menawarkan penyambungan yang dapat terhubung secara tidak permanen sehingga

dapat diputus untuk perbaikan atau penyusunan kembali.Istilah sambungan ini dapat membingungkan[4].

Kabel serat optik mungkin mempunyai sambungan bersama untuk sejumlah alasan. Salah satunya adalah untuk mendapatkan sambungan panjang partikular. Penginstal jaringan kerja mungkin mempunyai penemuan inventaris beberapa kabel serat optik, tetapi tidak ada yang cukup panjang untuk memuaskan permintaan panjang sambungan. Hal ini terjadi karena pabrik kabel hanya menawarkan kabel dengan panjang terbatas.Biasanya 1 km sampai 6 km. penginstalan sambungan 10 km dapat dikerjakan dengan beberapa sambungan bersama. Penginstal akan puas atas keperluan jarak dan tidak perlu membeli kabel serat optik yang baru. Splice diminta pada pintu masuk dalam bangunan, pengawatan tertutup, pemasang, dan secara harfiah sebagai titik perantara antara transmitterdan receiver[4].

Pada pandangan pertama akan terpikir bahwa penyambungan dua kabel secara serat optik bersama adalah seperti menghubungkan dua kawat. Padahal, syarat untuk sambungan serat optik dan sambungan kawat sangat berbeda. Dua sambungan tembaga dapat digabungkan dengan solder atau dengan konektor yang mempunyai kerut atau terpatri ke kawat. Tujuannya adalah untuk menciptakan kontak mendalam antara dua titik kontak untuk mendapatkan sedikit garis hambatan melintas persimpangan.

Di pihak lain, menghubungakan dua kabel serat optik memerlukan penjajaran yang tepat untuk pasangan inti serat atau titik di dalam kabel single-mode fibers. Hal ini diminta sehingga semua cahaya yang berdekatan dipasangkan dari satu kabel serat

optik melintasi persimpangan ke kabel serat optik lainnya. Kebutuhan akan ketepatan penjajaran menciptakan tantangan bagi desainer sambungan.

Ada dua jenis prinsip sambungan[4]:

1. Sambungan Fusi, menggunakan pancaran listrik untuk mematri dua kabel serat optik bersama-sama. Teknik ini memerlukan orang yang ahli dan berpengalaman karena penjajaran kabel serat optik membutuhkan komputer terkontrol untuk mencapai kerugian sesedikit mungkin yaitu 0,05 dB. Teknik ini memerlukan biaya tinggi.

2. Sambungan Mekanik, semuanya menggunakan elemen biasa.Teknik ini lebih mudah diterapkan di lapangan, memerlukan sedikit atau tanpa peralatan dan menawarkan kerugian sekitar 0,2 dB.

2.4.4 Receiver

Optical receiver (penerima optik) seperti pelaut di dek kapal penerima sinyal.

Receiver optik berfungsi mengambil sinyal cahaya digital yang masuk, menguraikannya dan mengirim sinyal listrik ke komputer lain, televisi atau telepon.

Receiver menggunakan fotosel fotodioda untuk mendeteksi cahaya. Pada dasarnya

receiver optik mengubah modulasi cahaya yang datang dari serat optik kembali ke bentuk asalnya. Karena jumlah cahaya pada serat optik sangat kecil, receiver optik biasanya menggunakan penguat internal yang tinggi. Oleh karena itu receiver optik dapat dengan mudah diisi kembali. Untuk alasan ini maka penting dilakukan untuk hanya menggunakan ukuran serat yang sesuai dengan sistem yang diberikan.

Sebagai contoh, pasangan transmitter/receiver didesain untuk penggunaan

single-mode fibers, tetapi digunakan dengan multi-mode fibers sehingga sejumlah besar cahaya pada keluaran serat akan memenuhi receiver dan kemudian menyebabkan beberapa distorsi sinyal keluaran (kelebihan sumber cahaya).

Begitu juga jika pasangan transmitter/receiver yang didesain untuk multi-mode fibers digunakan pada single-mode fibers maka tidak cukup cahaya yang dapat mencapai receiver. Hasil keluaran terlalu banyak atau tidak ada sinyal sama sekali. “Ketidaksesuaian” receiver baru dipertimbangkan jika ada cukup banyak kehilangan dalam serat dengan tambahan 5-10 dB pasangan cahaya ke dalam serat multi-mode fibers hanya digunakan untuk memberikan kesempatan untuk mencapai operasi yang pantas. Meskipun begitu, ini merupakan kasus yang ekstrim dan tidak normal[4].

2.4.5 Konsep Kerugian dalam Serat Optik

Kerugian di sini terjadi karena cahaya berjalan melewati serat. Mengingat cahaya menempuh jarak puluhan kilometer atau lebih, maka kemurnian kaca pada inti serat harus sangat tinggi. Inti serat optik terbuat dari kaca sangat murni yang memiliki sedikit kerugian. Untuk menilai kemurnian kaca digunakan sistem perbandingan dengan kaca jendela biasa. Kaca jendela yang bening, dapat melewatkan cahaya dengan bebas, memiliki ketebalan 0,25 sampai 0,5 cm. bagian tembus pandang. Dalam kasus ini, cahaya yang melewati pinggiran dan masuk ke kaca, melewati beberapa centimeter. Jadi hanya sedikit cahaya yang mampu melewati puluhan kilometer kaca jendela[4].

Kerugian merupakan hasil utama dari perambatan acak dan penyerapan ketidakmurnian kaca. Sumber kerugian yang lain dalam serat disebabkan karena bengkok yang berlebihan yang mana menyebabkan cahaya meninggalkan area inti serat. Semakin kecil radius pembengkokan, semakin kecil kerugian. Oleh karena itu pembengkokan di sepanjang kabel serat optik harus memiliki radius sekecil mungkin[4].

2.4.6 Lebar Jalur Serat Optik

Jenis lebar jalur untuk serat optik yang umum memiliki jangkauan sedikit MHz per km untuk inti serat yang sangat besar. Standart multi-mode fibers adalah ratusan MHz per km, sedangkan untuk single-mode fibers adalah ribuan MHz per km. Dengan bertambahnya panjang serat maka lebar jalurnya akan berkurang secara proporsional. Sebagai contoh, kabel serat yang dapat mendukung lebar jalur 500 MHz pada jarak 1 km hanya mampu mendukung 250 MHz pada jarak 2 km dan 100 MHz pada jarak 5 km[5]. Karena single-mode fibers sebagai lebar jalur tinggi, faktor pengurangan lebar jalur sebagai fungsi panjang ini tidak menjadi masalah utama ketika menggunakan serat jenis ini. Meskipun demikian, harus diperhatikan ketika menggunakan multi-mode fibers, apakah digunakan sebagai lebar jalur maksimum atau digunakan dalam jangkauan sinyal sistem transmisi titik ke titik[5].

2.5 Redaman Serat Optik

sebagian dari energi cahaya. Hal ini dinyatakan dalam redaman kabel. Satuan yang digunakan untuk redaman serat optik adalah dB/km. Redaman tergantung dari beberapa keadaan. Tetapi yang utama adalah bahwa redaman tergantung pada panjang gelombang dari cahaya yang digunakan[5].

Menurut rekomendasi ITU-T G.0653E, kabel serat optik harus mempunyai koefisien redaman 0,5 dB/km untuk panjang gelombang 1310 nm dan 0,4 dB/km untuk panjang gelombang 1550 nm. Tapi besarnya koefisien ini bukan merupakan nilai yang mutlak, karena harus mempertimbangkan proses pabrikasi, desain & komposisi fiber, dan desain kabel. Untuk itu terdapat range redaman yang masih diizinkan yaitu 0,3 sampai 0,4 dB/km untuk panjang gelombang 1310 nm dan 0,17 sampai 0,25 dB/km, untuk panjang gelombang 1550. Selain itu, koefisien redaman mungkin juga dipengaruhi spektrum panjang gelombang yang diperoleh dari hasil pengukuran pada panjang gelombang yang berbeda[5].

Redaman itu dapat terjadi karena adanya dua faktor yaitu faktor intrinsik dan faktor ekstrinsik.

2.5.1 Faktor Intrinsik

Ada beberapa faktor intrinsik dari serat optik yang menyebabkan redaman, yaitu[5]:

2.5.1.1Absorption (penyerapan)

Peristiwa ini terjadi akibat ketidak murnian bahan fiber optik yang digunakan. Bila cahaya menabrak sebuah partikel dari unsur yang tidak murni maka sebagian

dari cahaya tersebut akan terserap. Gambar 2.6 menunjukkan rugi-rugi penyerapan pada serat optik.

Gambar 2.6 Rugi-rugi Penyerapan

Rugi-rugi ini analog dengan disipasi daya pada kabel tembaga, dimana serat optik menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi panas. Untuk mengatasinya digunakan kaca yang benar-benar murni yang diperkirakan kemurniannya sampai 99,9999%. Namun rugi-rugi absorpsi antara 1 dan 1000 dB/km tetap saja lumayan besar. Ada tiga faktor yang turut menimbulkan rugi absorpsi pada serat optik yaitu

absorpsi ultraviolet, absorpsi inframerah, danabsorpsi resonansi ion.

1. Absorpsi ultraviolet, disebabkan oleh elektron valensi dari bahan silica. Cahaya mengionisasi elektron valensi tersebut menjadi konduktor. Ionisasi tersebut sama saja dengan rugi cahaya total dan tentu saja menimbulkan rugi-rugi transmisi pada serat optik.

2. Absorpsi inframerah, adalah hasil dari penyerapan photon-photon cahaya oleh atom-atom molekul inti kaca. Ini menyebabkan photon bergetar secara acak dan menyebabkan panas.

3. Absorpsi resonansi ion (Gambar 2.7), disebabkan oleh ion-ion OH pada bahan penyusunnya. Ion OH ini terdapat pada molekul air yang terperangkap pada kaca saat

proses pembuatannya. Absorpsi ion juga dapat disebabkan oleh molekul besi, tembaga, dan chromium.

Gambar 2.7 Molekul-molekul air yang terdapat dalam inti Glass[5].

2.5.1.2Scattering (penghamburan)

Terjadi akibat adanya berkas cahaya yang merambat dalam materi dipancarkan/dihamburkan ke segala arah dikarenakan struktur materi yang tidak murni. Biasanya scattering ini terjadi pada lokasi-lokasi tertentu saja di dalam bahan, dan ukuran daerah yang terkena pengaruh perubahan efek terpencarnya cahaya sangat kecil, yaitu kurang dari satu panjang gelombang cahaya.

2.5.1.3 Rugi-rugi pada Coredan Cladding

Struktur serat optik terdiri dari 3 komponen yaitu core, cladding dancoating. Masing-masing bagian serat optik ini terbentuk dari berbagai macam material yang berbeda. Meskipun inti maupun claddingmemiliki bahan penyusun dasar yang sama, namun inti memiliki indeks bias yang lebih besar dari claddingdengan adanya bahan aditif yang ditambahkan dalam material penyusun inti.

Akan tetapi secara alami, material-material penyusun inti maupun cladding

bahan-bahan penyusun kedua bagian ini memiliki karakteristik tersendiri, maka baik core

maupun cladding juga memiliki komponen pelemahan sinyal. Pelemahan sinyal atau rugi-rugi pada core dan cladding adalah berbeda, hal ini disebabkan karena berbedanya bahan penyusun coredan cladding itu sendiri.

2.5.1.4Bending (pembengkokan)

Pada saat pemasangan serat optik pada suatu saluran transmisi akan ada beberapa kondisi yang akan mengubah keadaan fisik dari serat optik tersebut. Misalnya adalah kondisi lapangan/daerah yang berkelok-kelok dan mengharuskan kabel dipasang dengan pembelokan. Selain itu, tekanan secara fisis dari lingkungan maupun kesalahan instalasi juga akan berpengaruh dalam mengubah kondisi fisik serat optik.

Perubahan fisik ini biasa disebut bending dan terdiri dari dua jenis

macrobending dan microbending: a. Macrobending

Pembengkokan makro (Gambar 2.8) adalah pembengkokan kabel optik dengan radius pembengkokan yang mempengaruhi banyaknya pelemahan sinyal yang berpropagasi dalam inti. Adanya pembengkokan dengan radius pembengkokan lebih besar dari radius inti serat optik mengakibatkan sebagian sinyal hilang terutama dalam pembengkokan serat optik.

Gambar 2.8 Rugi-rugi Pembengkokan Makro[5]

2.5.2 Faktor Ekstrinsik

Ada beberapa faktor ekstrinsik dari serat optik yang menyebabkan redaman, yaitu[5]:

2.5.2.1Microbending

Pembengkokan mikro (Gambar 2.9) berasal dari keadaan kabel yang tidak sempurna akibat berbagai pengaruh dari luar kabel, seperti tekanan dari luar, ataupun ketidaksempurnaan bentuk inti dalam kabel optik tersebut. Adanya perubahan radius inti berakibat sama seperti halnya pembengkokan mikro dimana sinyal yang berpropagasi akan hilang pada saat berpropagasi.

Pembengkokan mikro yang diakibatkan oleh tekanan dari luar kabel diantisipasi dengan mempergunakan pembungkus yang lebih kuat dan tidak sensitif terhadap pengaruh eksternal.

2.5.2.2Copling Losses

Pada kabel serat optik, coupling losses dapat terjadi pada tiga tipe sambungan optik, yaitu: sambungan light source-to-fiber, sambungan fiber-to-fiber, dan sambungan fiber-to-photodetector. Rugi-rugi sambungan lebih sering disebabkan pada salah satu masalah-masalah penyambungan yang bias terjadi pada saluran

lateral misalignment, longitudinal misalignment dan sudut angular misalignment.

Ditunjukkan pada Gambar 2.10[5].

.

(a) (b)

(c)

Gambar 2.10Coupling loses: a)longitudinal misalignmentb) lateral misalignment

c)angular misalignment

Kesemua jenis misalignment ini memiliki prinsip yang sama, yaitu inti dari serat optik pengirim dengan seat optik penerima tidak bertemu dengan keadaan yang

misalignment bukan karena perbedaan karakteristik serat optik, namun lebih mengacu kepada kesalahan mekanis yang sangat mungkin terjadi pada instalasi serat optik dalam suatu saluran transmisi. Masing-masing misalignment memiliki parameter yang berbeda-beda sehingga perhitungan rugi-rugi setiap misalignmentjuga berbeda-beda.

2.5.2.3 Rugi-rugi pada Konektor dan Splice

Suatu saluran transmisi serat optik pasti akan tersambung dengan komponen-komponen lainnya. Komponen tersebut antara lain adalah konektor antar serat optik, konektor serat optik dengan komponen lain seperti sumber cahaya atau penerima. Konektor dalam sambungan serat optik bersifat tidak permanen sehingga dapat dibongkar apabila sudah tidak memenuhi kebutuhan. Splice pada dasarnya merupakan penyambung antar serat optik, namun sifat sambungan yang mempergunakan splice adalah permanen. Selain konektor dan splice juga ada komponen lain yang mungkin ditemui dalam sambungan serat optik, yaitu repaired splice yang merupakan splice yang diperbaiki dari splice sebelumnya yang mengalami kerusakan atau gangguan lain. Gambar 2.11 menunjukkan splice pada 2 buah fiber optic[8].

Konektor dan splice keduanya memiliki kontribusi terhadap rugi-rugi pada transmisi sinyal optik pada serat. Sinyal yang berpropagasi dan melalui komponen-komponen ini akan mengalami penurunan daya. Pemilihan konektor yang tidak tepat dapat mengakibatkan pemakaian amplifier yang sangat banyak, hal inilah yang mengakibatkan biaya bertambah.

2.5.2.4Frasnel Reflection

Faktor lainnya yang turut memberikan sumbangan rugi-rugi pada suatu transmisi serat optik adalah fresnel reflection. Fresnel reflection ini merupakan fenomena yang terjadi akibat penggunaan konektor dalam menyambung dua buah serat optik. Pada umumnya, saat instalasi, dua kabel yang dihubungkan oleh konektor tersebut tidak dihubungkan secara langsung namun diberi sedikit jarak. Jarak antar dua serat optik ini memberikan rongga udara diantaranya. Hal ini menyebabkan meskipun kedua serat optik memiliki indeks bias yang sama, tetap aka nada daya yang dipantulkan kembali kearah kabel pengirim karena ada beda indeks antara inti dari serat optik dengan udara.

2.6 Link Power Budget

Dalam suatu komunikasi serat optik, kita tidak akan lepas dari perhatian

power budget. Sistem komunikasi optik akan berjalan baik dan lancar apabila tidak kekurangan power budget dan rise time budget. RTB (Rise Time Budget) bertujuan

untuk menjamin agar sistem transmisi dapat menyediakan bandwidth yang mencukupi pada bit rate yang diinginkan. RTB berkaitan erat dengan batasan dispersi suatu sinyal yang dilewatkan pada serat optik, dan tentunya berpengaruh pada kapasitas kanal yang diinginkan dari sistem optik.

Power budget merupakan suatu hal yang sangat menentukan apakah suatu sistem komunikasi optik dapat berjalan dengan baik atau tidak. Karena power budget

menjamin agar penerima dapat menerima daya optik sinyal yang diperlukan untuk mendapatkan bit error rate (BER) yang diinginkan.

Perhitungan dan analisis power budget merupakan salah satu metode untuk mengetahui performansi suatu jaringan. Hal ini dikarenakan metode ini dapat digunakan untuk melihat kelayakan suatu jaringan untuk mengirimkan sinyal dari pengirim sampai ke penerima atau dari central office terminal (COT) sampai ke

remote terminal (RT). Tujuan dilakukannya perhitungan power budget adalah untuk menentukan apakah komponen dan parameter desain yang dipilih dapat menghasilkan daya sinyal di penerima sesuai dengan tuntutan persyaratan performansi yang diinginkan.

Desain suatu sistem dapat memenuhi persyaratan apabila system gain (Gs) lebih besar atau sama dengan total rugi-rugi. Daya yang diterima lebih kecil dari daya saturasi yang dapat mengakibatkan distorsi di penerima. Desain link transmisi optik ditentukan oleh bit rate informasi yang ditransmisikan, panjang link total dan BER yang diinginkan. Bit rate dan panjang link total menentukan karakteristik serat optik, tipe sumber optik (pengirim) dan tipe detector optik (penerima) yang digunakan. Dengan mengetahui ketiga komponen tersebut, power budget dapat

dihitung sehingga dapat diperoleh jarak transmisi maksimum antara pengirim dan penerima.

BAB III

RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK

3.1 Cara Kerja Serat Transmisi Optik

Ada beberapa cara kerja sistem transmisi serat optik yang akan dijelaskan, diantaranya pengiriman data dengan media cahaya, sistem relay, konsep kerugian, dan lebar jalur pada serat optik[1].

3.1.1 Transmisi Cahaya pada Serat Optik

Jika cahaya hendak dipancarkan ke sasaran yang lurus, hal itu dapat dilakukan dengan menyorotkan cahaya ke sasaran yang dituju karena cahaya merambat lurus. Tetapi bagaimana jika cahaya hendak dipancarkan melalui daerah yang berbelok-belok ataupun berupa lintasan yang rumit, seperti di bawah tanah atau lubang yang kecil. Untuk mengatasi hal ini maka diperlukan suatu sistem yang bekerja seperti cermin tetapi memiliki efisiensi tinggi. Sistem pemantulan inilah yang merupakan prinsip dasar serat optik[2].

Serat optik akan mengirimkan data dengan media cahaya dalam serat optik yang merambat melewati inti dengan pemantulan (memantul dari dinding pembungkus atau cladding) yang tetap. Prinsip ini disebut total pantulan internal. Karena cladding tidak menyerap cahaya dari inti maka cahaya dapat melintasi jarak yang cukup jauh. Walaupun begitu ada beberapa cahaya yang mengalami kerugian (loss) ketika merambat dalam serat. Hal itu disebabkan karena pengotoran atau

ketidakmurnian kaca. Besarnya kerugian cahaya tergantung kemurnian kaca dan panjang gelombang cahaya yang ditransmisikan[2].

3.1.2 Perambatan Cahaya dalam Serat Optik

Pada dasarnya cahaya dapat merambat lurus atau memantul di dalam core

serat optik, pemantulan cahaya terjadi karena indeks bias core lebih besar dibandingkan indeks bias cladding. Pola perambatan cahaya dalam serat optik sebagai berikut sinar merambat lurus sepanjang sumbu serat tanpa mengalami refleksi atau refraksi. Sinar datang mengalami refleksi total karena memiliki sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis dan akan merambat sepanjang serat melalui pantulan-pantulan. Refraksi (pembiasan cahaya) adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya karena melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Sinar akan mengalami refraksi dan tidak akan dirambatkan sepanjang serat karena memiliki sudut datang yang lebih kecil dari sudut kritis[2].

3.1.3 Indeks Bias

Ketika cahaya merambat di dalam suatu bahan yang jernih, kecepatannya akan turun sebesar suatu faktor yang ditentukan oleh karakteristik bahan yang dinamakan indeks bias. Dengan kata lain indeks bias adalah pebandingan antara kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di dalam bahan. Sebagian besar bahan yang digunakan untuk membuat serat optik memiliki nilai indeks bias sekitar 1,46[3].

Karena indeks bias sebenarnya merupakan nilai perbandingan (rasio) antara kecepatan cahaya di dalam ruang hampa terhadap kecepatan cahaya didalam bahan, maka besaran indeks bias tidak memiliki satuan. Indeks bias berperan sebagai faktor pembagi dalam menentukan kecepatan cahaya di dalam suatu bahan, hal ini berarti bahwa semakin rendah nilai indeks bias maka semakin tinggi kecepatan cahaya di dalam bahan terkait3. Hubungan indeks bias terhadap kecepatan cahaya adalah sebagai berikut: indeks bias rendah = kecepatan cahaya tinggi.

3.1.4 Hukum Snellius

Sudut satu arah perambatan sinar cahaya diukur dengan mengacu ke garis normal bidang perbatasan antara kedua bahan. Garis normal adalah sebuah garis yang mengarah tegak lurus terhadap permukaan bidang perbatasan. Sudut yang dibentuk oleh arah sinar datang ke bidang perbatasan (terhadap garis normal) dan sudut yang dibentuk oleh arah sinar meninggalkan bidang perbatasan (terhadap garis normal) secara berturut-turut disebut sebagai sudut datang dan sudut bias sinar cahaya. Pada Gambar 3.1 menunjukkan bagaimana pemantulan cahaya terjadi menurut Hukum Snellius[3].

Gambar 3.1 Pemantulan Cahaya Menurut Hukum Snellius

Terlihat bahwa sudut bias akan lebih besar dari sudut datang ketika cahaya merambat dari bahan yang berindeks bias besar ke bahan lainnya yang berindeks bias lebih kecil. Willebrord Snellius, seorang astronom berkebangsaan Belanda yang hidup di abad ke-17, menemukan bahwa terdapat suatu hubungan matematis antara indeks bias kedua bahan dengan nilai sinus dari sudut-sudut sinar. Ia merumuskan hukum matematika ini pada tahun 1621. Hukum Snellius menyatakan bahwa[3]:

Dimana n1 dan n2 secara berturut-turut adalah nilai indeks bias bahan pertama dan

bahan kedua, sedangkan θ1dan θ2secara berturut-turut adalah sudut datang dan sudut bias.

Terdapat empat variabel matematika di dalam persamaan di atas, sehingga dengan mengetahui tiga diantaranya saja kita dapat menentukan nilai variabel keempat. Dengan demikian, besarnya pembiasan (pembekokan arah cahaya) yang terjadi dapat dihitung dengan menggunkan Hukum Snellius.

3.1.5 Sudut Kritis

Sudut perambatan sinar sinar cahaya akan bertambah jika sinar memasuki sebuah bahan dengan indeks bias yang lebih kecil. Jika sudut datang sinar (di dalam bahan pertama) menuju bidang perbatasan terus diperbesar, akan tercapai suatu titik dimana sudut bias menjadi bernilai 900 dan sinar akan merambat sejajar dengan bidang perbatasan di dalam bahan kedua. Sudut datang yang menyebabkan terjadinya hal ini disebut sebagai sudut kritis. Kita dapat menghitung nilai sudut kritis dengan mengambil nilai sudut bias sebesar 900. Persamaan Hukum Snellius[3]:

n1sin θ1= n2sin 900…...……….…….(3.2)

Karena nilai sin 900 adalah 1, maka dapat disusun kembali persamaan di atas untuk

mendapatkan sin θ1dan kemudian nilai sudut θ1 (yang dalam kasus ini adalah sudut kritis yang kita bicarakan)[3]:

………...……….……….(3.3)

3.1.6 Pemantulan InternalSempurna

Sudut kritis diberi nama demikian karena sudut ini memang berperan sangat penting (kritis) di dalam prinsip kerja serat optik. Jika cahaya merambat dengan sudut datang yang kurang dari sudut kritis, maka cahaya akan dibiaskan keluar dari bahan pertama sebagaimana telah kita ketahui dari penjelasan-penjelasan sebelumnya.

Akan tetapi, jika cahaya merambat menuju bidang perbatasan dengan sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis, maka cahaya tersebut akan dipantulkan kembali (oleh bidang perbatasan) ke dalam bahan pertama. Dalam kasus ini, bidang perbatasan hanya berperan sebagai sebuah bidang pantul (‘cermin’). Efek semacam ini disebut sebagai pemantulan internal sempurna (total internal reflection/TIR).

Apabila sudut datang sinar lebih besar dari sudut kritis, maka sinar akan dipantulkan balik ke dalam bahan pertama melalui proses yang telah dikenal sebagai pemantulan internal sempurna. Setiap cahaya yang ditembakkan menuju bidang perbatasan dengan sudut datang lebih besar dari sudut kritis akan merambat sepenuhnya di dalam serat optik. Gambar 3.2 adalah gambar perjalanan cahaya pemantulan internal sempurna berdasarkan Hukum Snellius.

Gambar 3.2 PemantulanInternalSempurna

Efek ini merupakan jawaban bagi pertanyaan mengenai bagaimana cahaya dapat ‘dikurung’ di dalam serat optik. Jika serat optik memiliki sisi-sisi yang saling sejajar, dan dibungkus oleh sebuah bahan lainnya (mantel) dengan indeks bias yang lebih kecil, maka cahaya dapat dibuat selalu terpantul balik di bidang perbatasan serat mantel dengan sudut yang tetap.

Setiap sinar cahaya yang ditembakkan menuju bidang perbatasan dengan sudut datang lebih besar dari sudut kritis akan merambat sepenuhnya di dalam serat optik. Gambar 3.3 memperlihatkan pemantulan cahaya didalam serat optik.

Gambar 3.3 Cahaya dapat Merambat Melalui Serangkaian Pemantulan di dalam Serat Optik

3.2 Rayleighpada Transmisi Serat Optik

Dalam pembuatan serat optik, sering kali terjadi ketidaksempurnaan pada bahan, seperti tidak homogennya indeks bias, tidak sempurnanya atom pembentuk, dan terbawanya atom-atom lain dalam serat optik. Ketidakhomogenan indeks bias dalam serat optik akan menimbulkan hamburan sinar (berpencarnya sinar) yang dinamakan dengan hamburan rayleigh.

Peristiwa ini terjadi karena adanya berkas cahaya yang meengenai suatu materi dalam serat optik yang kemudian menghamburkan/memancarkan berkas-berkas cahaya tersebut ke segala arah. Hal ini disebabkan ketidakhomogenan materi yang terdapat dalam serat optik tersebut yang mempunyai sifat menghamburkan suatu berkas cahaya.

Seberkas cahaya yang melalui suatu gelas dengan variasi indeks bias disepanjang gelas tadi, sebagian energinya akan hilang dihamburkan oleh benda benda kecil yang ada di dalam gelas. Hamburan yang disebabkan oleh tumbukan cahaya dengan partikel tersebut dinamakan hamburan rayleigh ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Hamburan akibat penghalang yang besar

Rugi-rugi ini berasal dari variasi mikroskopik pada kepadatan material. Pada dasarnya, serat optik terbentuk dari beberapa molekul. Keberadaan molekul pada serat optik ini memiliki kepadatan molekul yang lebih padat pada suatu daerah dibanding dengan daerah lainnya. Adanya perbedaan ini menimbulkan variasi indeks bias pada serat optik dalam jarak tertentu yang relatif kecil dibanding dengan panjang gelombang. Variasi indeks bias ini menyebabkan hamburan dari cahaya tersebut.

Penyebaran rayleighterjadi sebagai akibat tidakhomogennya indeks bias pada

core serat optik. Bilamana pada core serat optik terjadi perubahan indeks bias yang lebih pendek daripada panjang gelombang sinar yang dirambatkan, maka akan terjadi hamburan yang dapat dilihat pada Gambar 3.5[5].

Gambar 3.5 Penyebaran Rayleigh

Persamaan yang digunakan untuk penyebaran rayleigh, sebagai berikut[5]:

.……….………….….(3.4)

Dimana : = Rugi-rugi Rayleigh(dB)

= Koefisien kemampatan Isothermis bahan

n = Indeks bias inti

= KonstantaBoltzman

Tf = Suhu dimana fluktuasi kerapatan melebur dalam Glass

λ = Panjang gelombang (µm)

Menurut Govind P. Agrawal dalam bukunya, persamaan diatas disederhanakan menjadi[6]:

Dimana konstanta C berkisar 0.7–0.9 (dB/km)µm4 tergantung pada konstituen inti serat[6].

3.3 Metode Perhitungan

Untuk menganalisis rayleigh pada Transmisi Serat Optik, dilakukan metode perhitungan dengan mengubah panjang gelombang dan konstanta C agar menjadi perbandingan pada panjang gelombang berapa nilai hamburan rayleigh yang terkecil supaya dapat diketahui serat optik manakah yang memilik kualitas yang paling baik sebagai media transmisi.

BAB IV

ANALISIS RAYLEIGH PADA TRANSMISI SERAT OPTIK

4.1 Umum

Tugas akhir ini menganalisis rayleigh pada transmisi serat optik untuk mengetahui kualitas serat optik sebagai media transmisi pada panjang gelombang tertentu, serat optik yang dianalisis adalah multi-mode fibers dengan panjang gelombang 850 nm dan 1300 nm serta single-mode fibersdengan panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm dan nilai konstanta C = 0.7 (dB/km)µm4, 0.8 (dB/km)µm4dan 0.9 (dB/km)µm4.

4.2 Analisis Rayleigh pada Transmisi Serat Optik

Untuk menghitungi rayleigh pada transmisi serat optik menggunakan persamaan (3.5). Berikut ini akan dihitung rayleighpada transmisi serat optik dengan panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm (single-mode fibers)serta multi-mode fibers dengan panjang gelombang 850 nm dan 1300 nm, dengan nilai C= 0.7 (dB/km)µm4, 0.8 (dB/km)µm4dan 0.9 (dB/km)µm4.

panjang gelombang 850 nm dan 1300 nm

a. fiber optic multi modedengan panjang gelombang 850 nm

= 1,340 dB/km

b. Untuk panjang gelombang 1300 nm

= 0,245 dB/km

2. Untuk konstanta C= )µm4fiber optic multi mode dengan panjang gelombang 850 nm dan 1300 nm

a. Untuk fiber optic multi modedengan panjang gelombang 850 nm

= 1,523 dB/km

b. Untuk panjang gelombang 1300 nm

3. Untuk konstanta C= )µm4, fiber optic multi mode dengan panjang gelombang 850 nm dan 1300 nm

a. Untuk fiber optic multi modedengan panjang gelombang 850 nm

= 1,724 dB/km b. Untuk panjang gelombang 1300 nm

= 0,312 dB/km

4. Untuk konstanta C= )µm4, fiber optic single mode dengan panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm.

a. fiber optic single modedengan panjang gelombang 1310 nm

= 0,238 dB/km

= 0,142 dB/km

c. Untuk panjang gelombang 1550 nm

= 0,121 dB/km

5. Untuk Konstanta C= )µm4, fiber optic single mode dengan panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm.

a. fiber optic single modedengan panjang gelombang 1310 nm

= 0,272 dB/km

b. Untuk panjang gelombang 1490 nm

= 0,162 dB/km

c. Untuk panjang gelombang 1550 nm

6. Untuk konstanta C= )µm4, fiber optic single mode dengan panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm.

a. fiber optic single modedengan panjang gelombang 1310 nm

= 0,306 dB/km

b. Untuk panjang gelombang 1490 nm

= 0,182 dB/km

c. Untuk panjang gelombang 1550 nm

= 0,155 dB/km

Tabel 4.1 memperlihatkan hasil perhitungan rayleigh pada transmisi serat optik pada fiber optic single-mode dengan panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm dan fiber optic multi-mode dengan panjang gelombang 850 nm dan 1300 nm.

Tabel 4.1Rayleighpada Transmisi Serat Optik

4.3 Hasil Analisis

Dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan (3.5), didapat bahwa besarnya nilai rayleigh berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Nilai

rayleigh pada panjang gelombang 0,850 m (inframerah) dengan konstanta C= adalah 1,340 dB/km. Sedangkan untuk panjang gelombang 1,550 m dengan konstanta C= m4 nilai rayleigh pada transmisi serat optik adalah 0,121 dB/km. Dari tabel diatas, (single-mode fibers) memberikan loss akibat hamburan sangat kecil dibandingkan dengan lossserat optik multi-mode fibers.

Panjang Gelombang

m)

Nilai Rayleigh dengan Konstanta

C = µm4

Nilai Rayleigh dengan Konstanta

C= µm4

Nilai Rayleigh dengan Konstanta

C= µm4

0,850 1,340 dB/km 1,523 dB/km 1,724 dB/km

1,300 0,245 dB/km 0,280 dB/km 0,312 dB/km

1,310 0,238 dB/km 0,272 dB/km 0,306 dB/km

1,490 0,142 dB/km 0,162 dB/km 0,182 dB/km

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa serat optik single-mode fibers

lebih baik kualitasnya sebagai media transmisi dibandingkan dengan serat optik

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisa didapatkan kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut:

1. Besarnya nilai hamburan rayleigh berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Semakin besar panjang gelombang, maka hamburanrayleigh-nya semakin kecil. Sebaliknya jika nilai panjang gelombang kecil, makanya hamburan rayleighsuatu transmisi serat optik akan semakin besar.

2. Serat optik single-mode fibers memiliki kualitas lebih baik sebagai media transmisi serat optik dibanding dengan serat optik multi-mode fibers karena serat optik single-mode fibersmemiliki panjang gelombang yang lebih besar dibandingkan dengan multi-mode fibers dengan begitu loss akibat hamburan

rayleighserat optik single-mode fibers akan lebih kecil dibandingkan dengan serat optik multi-mode fibers.

5.2 Saran

Untuk meningkatkan kualitas Tugas Akhir ini, saran-saran yang bias dipaparkan oleh penulis adalah sebagai berikut:

1. Sebaiknya dilakukan pengukuran langsung hamburan rayleigh dengan menggunakan alat, agar dapat dibandingkan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran.

2. Untuk mengurangi loss akibat hamburan rayleigh, sebaiknya menggunakan serat optic single-mode fiberssebagai media transmisi serat optik.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Rogers, Alan. 2001. Understanding Optical Fiber Communications, Artech House, Norwood.

[2] Nugraha, Andi Rahman. 1997. Serat Optik. Edisi Pertama. Penerbit Andi. Yogyakarta. Hal 3-5, 17-21, 34-37.

[3] Crisp, John and Barry Elliott. 2006. Serat Optik : Sebuah Pengantar. Edisi Ketiga. Penerbit Erlangga. Jakarta. Hal 15-19, 33-35, 186-189, 191-200.

[4] Coolen, John and Dennis Roddy. 1993. Komunikasi Elektronika Jilid 2. Edisi Ketiga. Penerbit Erlangga. Jakarta. Hal 733-786.

[5] Keiser, Gerd. 2000. Optical Fiber Communicationsí. Edisi Ketiga. Penerbit McGraw Hill. Singapore. Hal 92, 325, 536-544.

[6] G.P, Agrawal. 2002. Fiber-Optic Communication Systems. New York, USA. Hlm. 56.

[7] Diakses pada tanggal 27 desember 2013.

http://id.wikipedia.org/wiki/seratoptik/ [8] Fauzi, Nurman. 2008. Surabaya.

6. Untuk konstanta C= )µm4, fiber optic single mode dengan panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm.

a. fiber optic single modedengan panjang gelombang 1310 nm

= 0,306 dB/km

b. Untuk panjang gelombang 1490 nm

= 0,182 dB/km

c. Untuk panjang gelombang 1550 nm

= 0,155 dB/km

Tabel 4.1 memperlihatkan hasil perhitungan rayleigh pada transmisi serat optik pada fiber optic single-mode dengan panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm dan fiber optic multi-mode dengan panjang gelombang 850 nm dan 1300 nm.

45

Tabel 4.1Rayleighpada Transmisi Serat Optik

4.3 Hasil Analisis

Dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan (3.5), didapat bahwa besarnya nilai rayleigh berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Nilai rayleigh pada panjang gelombang 0,850 m (inframerah) dengan konstanta C= adalah 1,340 dB/km. Sedangkan untuk panjang gelombang 1,550 m dengan konstanta C= m4 nilai rayleigh pada transmisi serat optik adalah 0,121 dB/km. Dari tabel diatas, (single-mode fibers) memberikan loss akibat hamburan sangat kecil dibandingkan dengan lossserat optik multi-mode fibers.

Panjang Gelombang

m)

Nilai Rayleigh dengan Konstanta

C = µm4

Nilai Rayleigh dengan Konstanta

C= µm4

Nilai Rayleigh dengan Konstanta

C= µm4

0,850 1,340 dB/km 1,523 dB/km 1,724 dB/km

1,300 0,245 dB/km 0,280 dB/km 0,312 dB/km

1,310 0,238 dB/km 0,272 dB/km 0,306 dB/km

1,490 0,142 dB/km 0,162 dB/km 0,182 dB/km

1,550 0,121 dB/km 0,131 dB/km 0,155 dB/km

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa serat optik single-mode fibers lebih baik kualitasnya sebagai media transmisi dibandingkan dengan serat optik multi-mode fibers.

47 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisa didapatkan kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut:

1. Besarnya nilai hamburan rayleigh berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Semakin besar panjang gelombang, maka hamburanrayleigh-nya semakin kecil. Sebaliknya jika nilai panjang gelombang kecil, makanya hamburan rayleighsuatu transmisi serat optik akan semakin besar.

2. Serat optik single-mode fibers memiliki kualitas lebih baik sebagai media transmisi serat optik dibanding dengan serat optik multi-mode fibers karena serat optik single-mode fibersmemiliki panjang gelombang yang lebih besar dibandingkan dengan multi-mode fibers dengan begitu loss akibat hamburan rayleighserat optik single-mode fibers akan lebih kecil dibandingkan dengan serat optik multi-mode fibers.

5.2 Saran

Untuk meningkatkan kualitas Tugas Akhir ini, saran-saran yang bias dipaparkan oleh penulis adalah sebagai berikut:

1. Sebaiknya dilakukan pengukuran langsung hamburan rayleigh dengan menggunakan alat, agar dapat dibandingkan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran.

2. Untuk mengurangi loss akibat hamburan rayleigh, sebaiknya menggunakan serat optic single-mode fiberssebagai media transmisi serat optik.

49

DAFTAR PUSTAKA

[1] Rogers, Alan. 2001. Understanding Optical Fiber Communications, Artech House, Norwood.

[2] Nugraha, Andi Rahman. 1997. Serat Optik. Edisi Pertama. Penerbit Andi. Yogyakarta. Hal 3-5, 17-21, 34-37.

[3] Crisp, John and Barry Elliott. 2006. Serat Optik : Sebuah Pengantar. Edisi Ketiga. Penerbit Erlangga. Jakarta. Hal 15-19, 33-35, 186-189, 191-200.

[4] Coolen, John and Dennis Roddy. 1993. Komunikasi Elektronika Jilid 2. Edisi Ketiga. Penerbit Erlangga. Jakarta. Hal 733-786.

[5] Keiser, Gerd. 2000. Optical Fiber Communicationsí. Edisi Ketiga. Penerbit McGraw Hill. Singapore. Hal 92, 325, 536-544.

[6] G.P, Agrawal. 2002. Fiber-Optic Communication Systems. New York, USA. Hlm. 56.

[7] Diakses pada tanggal 27 desember 2013.

http://id.wikipedia.org/wiki/seratoptik/ [8] Fauzi, Nurman. 2008. Surabaya.

http://zethcorner.wordpress.com/2008/07/22/sistem-komunikasi-serat-optik/