Analisa Rugi-Rugi Pelengkungan Pada Serat Optik Singel Mode Terhadap Pelemahan Intensitas Cahaya

(1)

ANALISA RUGI-RU

SINGLE MODE

DEPA

UNIV

TUGAS AKHIR

RUGI PELENGKUNGAN PADA SERAT

E TERHADAP PELEMAHAN INTENS

CAHAYA

Oleh :

YOVI HAMDANI

070402099

PARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

IVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

AT OPTIK

NSITAS

(2)

ANALISA RUGI-RUGI PELENGKUNGAN PADA SERAT OPTIK

SINGLE MODE TERHADAP PELEMAHAN INTENSITAS

CAHAYA

Oleh :

YOVI HAMDANI

070402099

Ketua Penguji

: Ir. Arman Sani , MT

Anggota Penguji

: Naema Mubarakah ST, MT

Disetujui oleh:

Pembimbing

IR. M. ZULFIN, MT

NIP. 19640125 1991103 1 001

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro

FT USU,

Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si

NIP. 19540531 198601 1002

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

ABSTRAK

Pelengkungan yang terjadi pada sebuah kabel serat optik sangat berpotensi menimbulkan rugi daya yang cukup serius dan lebih jauh lagi menyebabkan pecahnya serat optik. Oleh karena itu perlu dilakukan pengukuran pengaruh pelengkungan serat optik terhadap rugi daya yang dihasilkan ketika serat optik dilengkungkan.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perubahan intensitas cahaya keluaran yang melalui serat optik plastik. Tugas akhir ini hanya membahas mengenai perhitungan keluaran cahaya yang telah dipengaruhi oleh lekukan pada serat optik.

Dari analisa yang dilakukan dengan panjang kabel fiber optik 100 m, redaman sebesar 0,2 dB/km dan radius pelengkungan yang bervariasi dengan radius pelengkungan sebesar 15 cm, 10 cm, 7 cm, 5 cm dan 2,25 cm, maka diperoleh rugi-rugi pelengkungan serat optik berturut -0,366 dB, -0,312 dB, -0,689 dB, -0,914 dB, -1,658 dB.

(4)

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ibunda, serta kakanda-kakanda tercinta yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

“ANALISA RUGI-RUGI PELENGKUNGAN PADA SERAT OPTIK SINGEL MODE TERHADAP PELEMAHAN INTENSITAS CAHAYA”

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. 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 dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Kepada Mama dan Papa tercinta yang telah menghantarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.

(5)

4. Kepada seluruh keluarga penulis yang tak henti memberi dukungan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.

6. Indah Permata Sari Nst yang berperan banyak atas kerjasama, masukan, bantuan dan dukungan tanpa henti selama proses penulisan Tugas Akhir ini.

7. Borong, Riki, Rico, dan Ian yang selalu menjadi teman penulis selama ini. 8. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro: Borong, Indra, Isan, Frans, Raedi, Fitri,

Bayu, Ichsan, Samuel, Hirzi, Fajar, Arief, Roy, Syuib, Komeng, Febri, Rian, Ridho, Arynda, Dion dan segenap angkatan ‘07, semoga silaturahmi kita terus terjaga.

9. Keluarga Besar Ikatan Mahasiswa Teknik.

10. Teman–teman baik penulis, yang akan melebihi tebalnya Tugas Akhir jika disebutkan satu per satu.

11. Anak-anak Menteng Indah yang tak henti mengejek tentang penulis yang tak kunjung tamat sehingga penulis tetap termotivasi.

12. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.

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

(6)

Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.

Medan, Juni 2013

Penulis

Yovi Hamdani NIM. 070402099

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 1

1.3 Tujuan Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

1.5 Metodologi Penulisan ... 2

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

II. SERAT OPTIK ………...………... 5

2.1 Umum ... 5

2.2 Struktur Dasar Kabel Serat Optik ... 5

2.3 Jenis-jenis Serat Optik ... 7

2.4 Cara Kerja Serat Transmisi Optik ... 9

2.4.1 Transmisi Cahaya pada Serat Optik ... 9

2.4.2 Perambatan Cahaya dalam Serat Optik ... 10

2.4.3 Indeks Bias ... 10

2.4.4 Hukum Snellius……… 11

2.4.5 Sudut Kritis ... 12

(8)

2.4.7 Sistem Relay Serat Optik ... 15

2.4.7.1 Transmitter ... 15

2.4.7.2 Konektor……….. 15

2.4.7.3 Penyambungan (Splicing)………. 18

2.4.7.4 Receiver……… 20

2.4.7.5 Konsep Kerugian dalam Serat Optik………… 21

2.4.7.6 Lebar Jalur Serat Optik………. 22

2.5 Redaman Serat Optik ... 22

2.5.1 Faktor Intrinsik ... 23

2.5.2 Faktor Ekstrinsik ... 24

2.6 Link Power Budget ... 24

2.7 Power Meter ... 26

2.8 OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) ... 28

2.8.1 Tampilan OTDR Untuk sistem Secara Umum ... 30

III. RUGI-RUGI SERAT OPTIK ... 33

3.1 Rugi-rugi karena Bahan ... 33

3.1.1 Absorption Loss ... 33

3.1.2 Rayleigh Scattering Loss ... 34

3.2 Rugi-rugi karena penggunaaan Serat Optik sebagai Media Transmisi ... 35

3.2.1 Rugi-rugi karena pelengkungan ... 35

3.2.2 Microbending Loss ... 36

(9)

3.2.4 Rugi-rugi Coupling... 37

3.4 Numerical Aperture (NA) ... 38

3.5 Rugi-rugi Pembengkokan Serat Optik ... 38

IV. ANALISA DATA ... 41

4.1 Umum ... 41

4.2 Analisa ... 41

4.3 Macrobend / Pelengkungan Serat Optik ... 42

4.4 Hasil Analisa ... 47

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 48

5.1 Kesimpulan ... 48

5.1 Saran ... 48 DAFTAR PUSTAKA

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur Dasar Kabel Serat Optik ... 6

Gambar 2.2 Perambatan Gelombang pada Single-mode Fibers ... 7

Gambar 2.3 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Fibers ... 8

Gambar 2.4 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Graded Index Fibers ... 8

Gambar 2.5 Pemantulan Cahaya Menurut Hukum Snellius ... 11

Gambar 2.6 Pemantulan Internal Sempurna ... 14

Gambar 2.7 Cahaya dapat Merambat Melalui Serangkaian Pemantulan di dalam Serat Optik ... 14

Gambar 2.8 Alat untuk Menyamung Serat Optik yang Terputus ... 19

Gambar 2.9 Optical Receiver ... 20

Gambar 2.10 Link Power Budget ... 26

Gambar 2.11 Perbedaan Sumber Cahaya dan Power Meter ... 27

Gambar 2.12 Contoh Link Secara Umum dan Bagian-Bagiannya ... 28

Gambar 2.13 Tampilan Redaman Serat Optik pada OTDR ... 28

Gambar 2.14 Tampilan Backscatter pada OTDR ... 30

Gambar 2.15 Tampilan Non Reflective Events pada OTDR ... 30

Gambar 2.16 Tampilan Reflective Events pada OTDR ... 31

Gambar 3.1 Rugi-rugi penyerapan ... 34

Gambar 3.2 Rugi-rugi karena pelengkungan ... 35

Gambar 3.3 Rugi-rugi karena microbending ... 36

Gambar 3.4 Numerical Aperture ... 38

(11)

Daftar Tabel

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Rugi-rugi Pembengkokan dengan Radius .. Lekukan

(12)

ABSTRAK

(13)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Semakin padatnya terowongan-terowongan (subduct) kabel saat ini untuk mengurangi kemacetan membutuhkan kabel-kabel yang lebih kecil yaitu dengan menggunakan fiber optik. Teknologi fiber optik merupakan suatu jaringan konstruksi media yang menyediakan bandwidth besar yang tidak dipengaruhi interferensi gelombang elektromagnetik, bebas korosi dan rugi-rugi minimal untuk transportasi data. Karena fiber optik mampu mentransmisikan sinyal yang jauh, maka dalam instalasi fiber optik dibutuhkan beberapa lilitan untuk menjaga fiber tersebut sewaktu memuai karena panas. Dari lilitan tersebut akan terjadi rugi-rugi yang disebut rugi-rugi pelengkungan (macrobend). Dalam Tugas Akhir ini akan dianalisa perhitungan rugi-rugi yang terjadi akibat pelengkungan serat optik tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

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

1. Bagaimana prinsip penganalisa sinyal cahaya pada serat optik.

2 Apa saja faktor penyebab terjadinya rugi-rugi pelengkungan pada serat optik. 3 Apa saja pengaruh pelengkungan serat optik terhadap berkas sinyal cahaya. 4 Bagaimana cara mengukur pelemahan intensitas cahaya pada serat optik yang

(14)

1.3 Tujuan Penelitian

Tugas Akhir ini memiliki tujuan untuk menganalisa perhitungan pengaruh pelengkungan serat optik terhadap intensitas cahaya.

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 sebagaiberikut:

1. Parameter yang diamati dalam pengukuran ini adalah bending loss fungsi

bending radius.

2. Kinerja yang diamati adalah intensitas cahaya yang terjadi pada serat optik. 3. Pembahasan lebih menitikberatkan pada perhitungan rugi-rugi pelengkungan

(Bending Loss).

4. Radius pelengkungan minimal yang dibolehkan adalah sebesar 15 kali diameter kabel fiber optik.

1.5 Metodologi Penulisan

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

1. Studi literatur, yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan denan topik 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.

(15)

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 berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

BAB II TEORI DASAR

Bab ini berisi teori dasar mengenai Serat Optik.

BAB III RUGI-RUGI SERAT OPTIK

Berisi tentang pembahasan bending loss dan panyebab hilangnya daya akibat lengkungan.

BAB IV ANALISA DATA

Berisi tentang hasil analisa perhitungan pada serat optik yang dilengkungkan dengan radius minimal 2,25 cm.

(16)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan Tugas Akhir.

(17)

BAB II SERAT OPTIK

2.1 Umum

Dalam sistem komunikasi dewasa ini, komunikasi serat optik semakin banyak digunakan. Bukan hanya sebagai pengganti dari jenis sistem transmisi sebelumnya, tetapi karena sistem serat optik ini memberikan keuntungan yang jauh lebih efektif dan efisien dibandingkan yang lain. Jenis komunikasi serat optik ini juga tidak bersifat menghantarkan listrik, sehingga dapat digunakan di daerah-daerah terisolasi listrik.

Karena memiliki kapasitas dengan informasi yang tinggi, maka jalur-jalur saluran dapat diringkas menjadi kabel-kabel yang jauh lebih kecil, sehingga dapat mengurangi arus traffic pada jalur-jalur kabel yang sudah sangat padat. Pada sistem komunikasi serat optik ini sinyal awal yang berbentuk sinyal listrik pada transmitter akan dirubah oleh transducer menjadi gelombang cahaya yang kemudian di transmisikan melalui kabel serat optik menuju penerima (receiver) yang terletak pada ujung kabel lainnya. Pada penerima sinyal optik ini akan dirubah kembali oleh

transducer menjadi sinyal listrik[1].

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.

(18)

Gambar 2.1 Struktur Dasar Kabel Serat Optik Struktur serat optik terdiri dari :

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 2 m-125 m, 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 antara 5 m-250 m, hubungan indeks bias antara core dan cladding akan

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.

(19)

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. Cahaya yang merambat secara paralel di tengah membuat terjadinya sedikit dispersi pulsa.

Single-mode fibers mentransmisikan cahaya laser inframerah (panjang gelombang

1300-1550 m). 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 Fibers.

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. Serat ini digunakan untuk mentransmisikan banyak

(20)

sinyal dalam setiap serat dan sering digunakan pada jaringan komputer dan Local

Area Networks (LAN).

Gambar 2.3 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Fibers

3. Multi-mode Graded Index

Pada jenis serat optik ini, core multi-mode graded index 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 mode cahaya 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.

Gambar 2.4 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Graded Index Fibers

Pada multi-mode Graded Index 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

(21)

diameter core antara 30-60 m, lebih kecil dari multi-mode step index. Dan dibuat dari bahan silica glass dengan harga yang lebih mahal dari serat optik multi-mode step index karena proses pembuatannya lebih sulit[1].

2.4 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 .

2.4.1 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.

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

(22)

kaca. Besarnya kerugian cahaya tergantung kemurnian kaca dan panjang gelombang cahaya yang ditransmisikan.

2.4.2 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.

2.4.3 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 1,5.

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

(23)

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 terkait. Hubungan indeks bias terhadap kecepatan cahaya adalah sebagai berikut : indeks bias rendah = kecepatan cahaya tinggi

2.4.4 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 2.5 diperlihatkan bagaimana pemantulan cahaya terjadi menurut Hukum Snellius.

(24)

Perhatikan 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[2]:

n1 sin θ1 = n2 sin θ2………...(2.1)

Dimana n1 dan n2 secara berturut-turut adalah nilai indeks bias bahan pertama dan bahan kedua, sedangkan θ1 dan θ2 secara 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.

2.4.5 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 dapat[1]:

(25)

n1 sin θ1 = n2 sin 900……….(2.2)

Karena nilai sin 900 adalah 1, maka dapat disusun kembali persamaan di atas untuk mendapatkan sin θ1 dan kemudian nilai sudut θ1 (yang dalam kasus ini adalah sudut kritis yang kita bicarakan)[2]:

……….(2.3)

2.4.6 Pemantulan Internal Sempurna

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.

(26)

Gambar 2.6 Pemantulan Internal Sempurna

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 (diperlihatkan sebagai φ pada Gambar 2.7).

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

Gambar 2.7 Cahaya dapat Merambat Melalui Serangkaian Pemantulan di dalam Serat Optik

(27)

2.4.7 Sistem Relay Serat Optik

Sistem relay serat 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

receiver optik (menerima dan menguraikan sandi sinyal cahaya).

2.4.7.1 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).

2.4.7.2 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.

(28)

Konektor dapat dibongkar-pasang. Dengan fitur ini konektor menjadi berbeda dengan sambungan (splice).

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 telah digunakan untuk membuat konektor-konektor semacam ini, di mana sebagian adalah lebih berhasil dari pada yang lain. Konektor optik merupakan salah satu perlengkapan kabel serat optik yang berfungsi sebagai penghubung serat. 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:

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.

(29)

Perbedaan utamanya adalah diameter landasan 2,0 mm, aslinya didesain oleh Nippon Electric Corp.

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

(30)

suatu komposisi dengan satu oksigen dan dua atom karbon dalam ikatan segitiga).

2.4.7.3 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.

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 transmitter dan receiver.

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

(31)

terpatri ke kawat. Tujuannya adalah untuk menciptakan kontak mendalam antara dua titik kontak untuk mendapatkan sedikit garis hambatan melintas persimpangan. Pada Gambar 2.8 dapat dilihat alat untuk menyambungkan serat optik.

Gambar 2.8 Alat untuk Menyambung Serat Optik yang Terputus

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:

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

(32)

2.4.7.4 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. Pada Gambar 2.9 dapat dilihat optical receiver yang biasa digunakan di lapangan.

Gambar 2.9 Optical Receiver

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

(33)

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 hanya digunakan untuk memberikan kesempatan untuk mencapai operasi yang pantas. Meskipun begitu, ini merupakan kasus yang ekstrim dan tidak normal.

2.4.7.5 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 samapai 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.

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.

(34)

2.4.7.6 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 1km hanya mampu mendukung 250 MHz pada jarak 2 km dan 100 MHz pada jarak 5 km.

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.

2.5 Redaman Serat Optik

Tahanan dari konduktor tembaga menyebabkan hilangnya sebagian dari energi listrik yang mengalir dari suatu kabel. Core dari kabel serat optik menyerap 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.

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

(35)

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.

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

ekstrinsik[3].

2.5.1 Faktor Intrinsik

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

1. Absorption (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.

2. Scattering (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.

3. Microbending (pembengkokan pada saat pembuatan serat optik) pada umumnya timbul di dalam proses manufaktur. Penyebab yang biasa dijumpai adalah perbedaan laju pemuaian (dan penyusutan) antara serat optik dan lapisan-lapisan

(36)

pelindung luarnya (jaket). Ketika kabel serat optik menjadi terlalu dingin, lapisan jaket maupun bagian inti/mantel akan mengalami penyusutan dan memendek sehingga dapat bergeser dari posisi relatifnya semula dan menimbulkan lekukan-lekukan yang disebut microbend.

2.5.2 Faktor Ekstrinsik

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

1. Frasnel Reflection terjadi karena ada celah udara sehingga cahaya harus melewati dua interface yang memantulkan sebagian karena perubahan index bias dari inti ke udara dan inti lagi.

2. Mode Copling terjadi karena adanya sambungan antara sumber/detektor optik dengan serat optik.

3. Macrobending, lekukan tajam pada sebuah kabel serat optik dapat menyebabkan timbulnya rugi daya yang cukup serius, dan lebih jauh lagi kemungkinan terjadinya kerusakan mekanis (pecahnya serat optik). Rugi daya yang ditimbulkan dengan melengkungkan sepotong pendek serat optik boleh jadi lebih besar dari rugi daya total yang timbul pada seluruh kabel serat optik sepanjang 1 km yang dipasang secara normal.

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

(37)

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

(38)

diperoleh jarak transmisi maksimum antara pengirim dan penerima. Pada Gambar 2.10 dapat dilihat sistem transmisi Link Power Budget.

Gambar 2.10 Link Power Budget

2.7 Power Meter

Power meter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur daya atau cahaya. Jika dilihat sekilas nampak mirip dengan sumber cahaya, dari Gambar 2.11 keduanya sering dipasarkan sebagai pasangan kembar yang seolah-olah tidak menampilkan perbedaan antara sumber cahaya dan power meter yang digunakan bersama-sama, sehingga keduanya saling kompetibel.

Tampilan hasil pengukuran akan terlihat pada power meter, sebelum digunakan terlebih dahulu power meter ini dikalibrasi. Pada gambar 2.11 dapat dilihat alat sumber cahaya dan power meter.

(39)

a b

Gambar 2.11 Perbedaan Sumber Cahaya dan Power Meter a.Sumber cahaya, b.Power Meter

Setelah pembacaan pada power meter stabil, power meter akan menunjukkan tingkat daya datang (incoming power level) dalam aturan dBm. Sumber cahaya dan power meter harus tetap hidup hingga seluruh pengukuran selesai dilakukan. Setelah itu putuskan patchcord.

Parameter yang dapat disetel antara lain jenis panjang gelombang yang digunakan apakah 1310 m atau 1550 m dan level daya yang digunakan apakah dalam satuan dB atau dBm. Keseluruhan parameter ini disetel sesuai keinginan dan kebutuhan. Pada Gambar 2.12 dapat dilihat contoh link secara umum dan bagian-bagiannya.

(40)

Gambar 2.12 Contoh Link Secara Umum dan Bagian-Bagiannya

2.8 OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)

OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) merupakan salah satu peralatan utama baik untuk instalasi maupun pemeliharaan link serat optik, OTDR memungkinkan sebuah link diukur dari satu ujung. OTDR ini dihubungkan ke salah satu ujung sistem fiber optik dengan panjang daerah ukur hingga 250 km, dan digunakan untuk mendapatkan gambaran visual dari redaman serat optik sepanjang sebuah link yang diplot pada sebuah layar dengan jarak digambarkan pada sumbu X dan redaman pada sumbu Y akan diperlihatkan pada Gambar 2.13.

(41)

Dalam beberapa detik, dapat diukur keseluruhan loss atau loss di setiap bagian sistem di sepanjang kabel serat optik, maupun di jarak antara titik-titik pengamatan tertentu. Dari OTDR ini dapat dilihat dan menganalisis setiap redaman serat, loss sambungan, dan loss yang muncul pada setiap titik, serta dapat menampilkan informasi pada layar tampilan.

OTDR memancarkan pulsa (sinyal-sinyal) cahaya dari sebuah sumber dioda laser ke dalam sebuah serat optik. Sebagian sinyal dipantulkan kembali ke OTDR, sinyal diarahkan melalui sebuah coupler ke detektor optik dimana sinyal tersebut dirubah menjadi sinyal listrik yang dinyatakan sebagai loss dan dan waktu tempuh sinyal digunakan untuk menghitung jarak.

Perhitungan jarak pada OTDR menggunakan sistem yang agak menyerupai prinsip kerja radar. Alat ini mengirimkan pulsa cahaya dan menanti gema (echo) dari fiber. Jika diketahui kecepatan cahaya dan dapat mengukur waktu yang dibutuhkan oleh cahaya tersebut untuk merambat di sepanjang fiber, maka perhitungan panjang fiber akan mudah dilakukan.

Berdasarkan mekanisme kerja di atas dapat ditentukan beberapa parameter atau karakteristik yang dapat diukur pada OTDR antara lain jarak, dari jarak dapat dilihat titik lokasi dalam suatu link, ujung link atau patahan. Loss untuk masing-masing splice atau total loss dari ujung ke ujung dalam suatu link. Atenuasi dari serat dalam suatu link, dan yang terakhir refleksi (return loss) dari suatu event.

(42)

2.8.1 Tampilan OTDR Untuk sistem Secara Umum

OTDR dapat mengenali pantulan-pantulan Fresnel dan loss-loss yang terjadi. Dengan informasi ini, kita dapat menarik kesimpulan mengenai bentuk tampilan beberapa kondisi penelusuran OTDR sebagaimana yang nampak pada setiap lampiran dan Gambar 2.14, Gambar 2.15, dan Gambar 2.16[4].

Gambar 2.14 Tampilan Backscatter pada OTDR

(43)

Gambar 2.16 Tampilan Reflective Events pada OTDR

1. Konektor

Pasangan konektor akan menghasilkan kenaikan loss daya dan pantulan-pantulan Fresnel akibat dari penggosokan ujung fiber.

2. Sambungan Fusi

Sambungan-sambungan fusi tidak mengakibatkan pantulan Fresnel sebagaimana potongan ujung-ujung fiber yang difusikan ke dalam seutas fiber tunggal. Namun, sambungan-sambungan ini menunjukkan loss daya. Secara aktual sambungan fusi yang berkualitas baik akan sulit untuk menyorot karena loss yang rendah. Setiap tanda dari pantulan Fresnel merupakan tanda yang pasti mengenai sambungan fusi yang sangat buruk.

3. Sambungan Mekanik

Sambungan-sambungan mekanik nampak serupa dengan sambungan fusi yang berkualitas buruk. Fiber-fiber tentunya memiliki ujung-ujung terpotong namun

(44)

pantulan Fresnelnya dapat dihindari dengan penggunaan gel sepadan indeks (index matching gel) di dalam sambungan. Loss yang diharapkan adalah serupa dengan sambungan-sambungan fusi yang paling sedikit dapat diterima.

4. Kerugian Pelengkungan (Bend Loss)

Ini adalah kehilangan daya (loss of power) di sekitar lengkungan. Jika loss tersebut dilokalisasi semaksimal mungkin, hasilnya tidak akan dapat dibedakan antara sambungan fusi atau mekanik.

(45)

BAB III

RUGI-RUGI SERAT OPTIK

4.1 Rugi-Rugi karena Bahan

Rugi-rugi karena bahan terjadi karena serat optik yang kurang steril pada saat pembuatannya. Rugi-rugi ini terjadi karena serat optik yang bocor, terkontaminasi karena bahan-bahan kimia yang tidak sengaja tercampur pada saat pembuatannya. Ada dua macam rugi-rugi yang terjadi karena bahan, yaitu[5]:

3.1.1 Absorption Loss

Rugi-rugi yang disebabkan karena masih banyaknya kotoran-kotoran pada bahan gelas (terutama yang terbuat dari glass multi komponen). Kotoran-kotoran tersebut dapat berupa logam (besi, tembaga) atau air dalam bentuk ion-ion yang dapat menyerap sinar yang melaluinya akan berubah menjadi energi panas. Energi panas ini akan menyebabkan daya berkurang.

Untuk memperkecil rugi-rugi akibat ion-ion kotoran karena adanya unsur-unsur logam dan lain-lain pada serat optik, maka kebersihan dan kemurnian bahan gelas sangat menentukan. Salah satu cara memperkecil kerugian tersebut adalah dengan teknik pengendapan uap kimia (Chemical Vapour Deposition), dimana dengan diendapkannya ion-ion kotoran tersebut, redaman dapat diperkecil.

Absorpsi merupakan sifat alami suatu gelas. Pada daerah-daerah tertentu gelas dapat mengabsorpsi sebagian besar cahaya seperti pada daerah ultraviolet. Hal ini disebabkan oleh adanya gerakan elektron yang kuat. Demikian pula untuk daerah

(46)

inframerah, terjadi absorpsi yang besar. Ini disebabkan adanya getaran ikatan kimia. Oleh karena itu sebaiknya penggunaan fiber optik harus menjauhi daerah ultraviolet dan inframerah. Penyebab absorpsi lain adanya transmisi ion-ion logam dan ion OH. Ion OH ini ternyata memberikan sumbangan absorpsi yang cukup besar. Semakin lama usia suatu fiber maka bisa diduga akan semakin banyak ion OH di dalamnya yang menyebabkan kualitas fiber menurun.

Terjadinya akibat adanya ion Oh dalam inti, sehingga cahaya yang melewatinya terganggu. Pada Gambar 3.1, dapat dilihat rugi-rugi penyerapan yang terjadi pada serat optik.

Gambar 3.1 Rugi-rugi penyerapan

3.1.2 Rayleigh Scattering Loss

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 ketidak homogenan 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

(47)

cahaya dengan partikel tersebut dinamakan hamburan Rayleigh. Besarnya hamburan

Rayleigh ini berbanding terbalik dari pangjang gelombang cahaya yaitu : 1/λ. Sehingga dapat disimpulkan untuk lamda kecil, hamburan Rayleigh besar dan sebaliknya. Ternyata pada panjang gelombang sekitar 0,85 m yaitu panjang gelombang sinar laser Ga A1 As, Hamburan Rayleigh memberikan loss akibat hamburan sangat kecil dibandingkan dengan loss fiber optik multimode. Karena itu fiber optik singlemode lebih baik mutunya sebagai media transmisi dibandingkan dengan fiber optik multimode.

3.2 Rugi-rugi karena penggunaaan Serat Optik sebagai Media Transmisi 3.2.1 Rugi-rugi karena pelengkungan

Rugi-rugi ini terjadi pada saat sinar melalui serat optik yang dilengkungkan, dimana sudut datang sinar lebih kecil dari pada sudut kritis sehingga sinar tidak dipantulkan sempurna tapi dibiaskan. Pada Gambar 3.2, dapat dilihat fiber optik yang melengkung.

(48)

3.2.2 Microbending Loss

Rugi-rugi ini termasuk sebagai akibat adanya permukaan yang tidak rata (dalam orde mikro) sebagai akibat proses perbaikan bahan yang kurang sempurna. Pada Gambar 3.3, dapat dilihat serat optik yang melengkung karena tekanan.

Gambar 3.3 Rugi-rugi karena Microbending

Pembengkokan dapat pula terjadi secara tidak sengaja seperti misalnya fiber optik yang mendapat tekanan cukup keras sehingga cahaya yang merambat di dalamnya akan berbelok dari arah transmisi dan hilang. Hal ini tentu saja menyebabkan atenuasi.

3.2.3 Splicing Loss

Rugi-rugi ini timbul karena adanya gap antara dua serat optik yang disambung. Hal ini terjadi karena dimensi serat optik yang demikian kecil sehingga penyambungan menjadi tidak tepat sehingga sinar dari bahan serat optik ke serat optik lainnya tidak dapat dirambatkan seluruhnya. Ada beberapa kesalahan dalam penyambungan yang dapat menimbulakn rugi-rugi splicing, yaitu:

• Sambungan kedua serat optik membentuk sudut

(49)

• Ada perbedaan ukuran antara kedua serat optik yang disambung

Untuk mengukur besarnya rugi-rugi karena sambungan dapat digunaan Persamaan 3.1[6] :

L (dB) = 10 Log (P out/ P in)………(3.1) dimana :

P out = daya sesudah sambungan P in = daya sebelum sambungan L = Splicing Loss

3.2.4 Rugi-rugi Coupling

Rugi–rugi ini timbul karena pada saat serat optik dikopel/disambungkan dengan sumber cahaya atau photo detektor. Hal ini dapat terjadi karena energiyang diradiasikan oleh sumber optik dapat dimasukkan ke dalam serat optik. Kualitas kopling dinyatakan dengan effisiensi kopling dapat menggunakan persamaan 3.2[3] :

……….(3.2)

dimana :

Ps = daya yang dipanncarkan oleh sumber cahaya Pt = daya yang dimasukkan ke dalam serat optik

(50)

3.3 Numerical Aperture (NA)

Numerical Aperture adalah ukuran atau besarnya sinus sudut pancaran

maksimum dari sumber optik yang merambat pada inti serat yang cahayanya masih dapat dipantulkan secara total, dimana nilai NA juga dipengaruhi oleh indeks bias core dan cladding. Ilustrasi numerical aperture dapat dilihat pada Gambar 3.4[7].

Gambar 3.4 Numerical Aperture

Besarnya nilai Numerical Aperture (NA) dapat diperoleh dengan persamaan(3.3) :

NA = sin θc = ………..(3.3)

dimana :

NA = Numerical Aperture

θ = Sudut cahaya yang masuk dalam serat optik n1 = Indeks bias core

n2 = Indeks bias cladding

3.5 Rugi-rugi Pelengkungan Serat Optik

Pada saat pemasangan serat optik pada suatu saluran transmisi akan ada beberapa kondisi yang akan mengubah keadaan fisik dari serat optik tersebut.

(51)

Misalnya adalah kondisi lapangan/daerah yang berkelok-kelok dan mengharuskan kabel dipasang dengan pelengkungan. Selain itu, tekanan secara fisis dari lingkungan maupun kesalahan instalasi juga akan berpengaruh dalam mengubah kondisi fisik serat optik.

pelengkungan makro adalah pelengkungan kabel optik dengan radius pelengkungan yang mempengaruhi banyaknya pelemahan sinyal yang berpropagasi dalam inti. Adanya pelengkungan dengan radius pelengkungan lebih besar dari radius inti serat optik mengakibatkan sebagian sinyal hilang terutama dalam pelengkungan serat optik.

Macrobending dapat diketahui dengan menganalisis distribusi modal pada

serat optik. Pada serat optik melengkung, medan pada sisi yang jauh harus bergerak lebih cepat untuk mengimbangi kecepatan medan di inti.

Banyaknya sinyal efektif yang masih dapat ditransmisikan dapat menggunakan persamaan(3.4)[8]:

………..…………..(3.4) Untuk jumlah total sinyal yang ada pada serat optik yang tidak melengkung dapat menggunakan persamaan(3.5) :

(52)

Dimana :

M∞ = Jumlah total sinyal yang ada pada serat optik yang tidak

melengkung

k = 2π/λ

λ = Panjang gelombang (850 nm) R = Radius pelengkungan

α = Redaman/Atenuasi ∆ = Profil graded index (0,01)

a = Radius serat optik (12 µm/2=6 µm) n1 = Indeks Bias Gelas (1,458)

(53)

BAB IV ANALISA DATA

4.1 Umum

Pada bab ini membahas perhitungan rugi-rugi serat optik akibat pelengkungan serat optik. Parameter – parameter untuk menghitung nilai rugi-rugi keluaran cahaya yang lewat melalui serat optik kita gunakan seperti yang ada pada data.

4.2 Analisa

Sistem yang akan dianalisa merupakan serat optik yang mengalami rugi-rugi akibat lekukan yang terjadi yang sering terjadi pada serat optik.

Dalam Tugas Akhir ini, analisa yang dilakukan berupa perhitungan bending

loss pada transmisi fiber optik seperti yang bisa dilihat pada Gambar 4.1.

(54)

Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa cahaya yang melewati fiber optik akan mengalami pelebaran cahaya pada keluarannya. Pelebaran cahaya ini dapat menyebabkan sinyal mengalami bending.

Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, pelengkungan serat optik dapat mengakibatkan perubahan cahaya yang menyebabkan sinyal yang di transmisi mengalami perubahan. Maka, untuk menghitung cahaya yang ditransmisi yang melalui serat optik yang mengalami pelengkungan kita harus mengetahui metode

Atenuasi. Pada saat ini, karena bahan yang digunakan pada pembuatan serat optik

gelas adalah bahan yang murni maka atenuasi yang terjadi pada saat transmisi dapat diminimalisasi menjadi 0,2 dB/Km[8].

Pada analisa yang akan dilakukan menggunakan fiber optik yang inti (core) dan selubung (cladding) menggunakan bahan gelas. Karena bahan fiber optik terbuat dari gelas, maka digunakan transmisi serat optik single mode step-index yang memiliki diameter core sebesar 8-12 µm. pada transmisi serat optik ini mempunyai panjang gelombang 850 nm. Pelengkungan hanya dapat dibuat sebesar 15 kali kabel serat optik. Pelengkungan yang dibuat di bawah 15 kali diameter kabel optik dapat menyebabkan gelas core pecah[7].

4.3 Macrobend / Pelengkungan Serat Optik

Banyaknya sinyal efektif yang masih dapat ditransmisikan adalah Meff yang menggunakan persamaan (3.7). Untuk menghitung Meff, terlebih dahulu dihitung M∞ yang merupakan jumlah total sinyal yang ada pada serat optik yang tidak

(55)

Setelah mendapatkan hasil dari M∞, dapat dilanjutkan perhitungan Meff yang akan dihitung menurut radius pelengkungan serat optik. Setiap pelengkungan akan dihitung setiap radius 15 cm, 10 cm, 7 cm, 5 cm, 2,25 cm. Untuk menghitung nilai Meff menggunakan persamaan (3.7), yaitu :

1. Banyaknya sinyal efektif yang masih dapat ditransmisikan untuk pelengkungan sebesar 15 cm adalah :

(56)

2. Banyaknya sinyal efektif yang masih dapat ditransmisikan untuk pelengkungan sebesar 10 cm adalah :

(57)

3. Banyaknya sinyal efektif yang masih dapat ditransmisikan untuk pelengkungan sebesar 7 cm adalah :

4. Banyaknya sinyal efektif yang masih dapat ditransmisikan untuk pelengkungan sebesar 5 cm adalah :

(58)

5. Banyaknya sinyal efektif yang masih dapat ditransmisikan untuk pelengkungan sebesar 2,25 cm adalah :

(59)

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Rugi-rugi pelengkungan dengan Radius Lekukan yang Berbeda

Jenis kabel : Single Mode Redaman : 0,2 db

M∞ : 3,801

Radius Rugi-Rugi

Lengkungan

(cm) Pembengkokan (dB)

1 15 -0,366

2 10 -0,312

3 7 -0,689

4 5 -0,914

5 2,25 -1,658

4.5 Hasil Analisa

Dari Tabel 4.1 dapat disimpulkan bahwa semakin besar radius lekukan pada serat optik maka rugi-rugi pelengkungan semakin kecil. Radius lekukan sangat berpengaruh besar terhadap rugi-rugi pelengkungan yang terjadi.

(60)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisa didapatkan kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut :

1. Atenuasi berpengaruh besar terhadap rugi-rugi pelengkungan serat optik.

Makin kecil atenuasi yang terjadi pada serat optik, makin kecil rugi-rugi pelengkungan (macrobend) yang terjadi pada serat optik.

2. Radius pelengkungan serat optik sangat berpengaruh terhadap rugi-rugi yang terjadi pada transmisi serat optik. Semakin besar radius lekukan pada serat optik maka semakin kecil rugi-rugi pelengkungan yang terjadi.

5.2 Saran

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

1. Redaman yang terjadi pada transmisi serat optik agar dibuat seminimal mungkin agar tidak mempengaruhi transmisi daya yang terjadi pada serat optik.

2. Memperbesar radius yang dibuat pada serat optik agar rugi-rugi yang terjadi dapat di minimalisasi.

(61)

DAFTAR PUSTAKA

[1]

Ptolemy (ca. 100-ca. 170) Eric Weinstein’s World of Scientific Biography.

[2]

D. Gloge, “Offset and Tilt Losses in Optical Fiber Splices,” B.S.T.J., 55, No. 7

(September 1976), hal. 905-915.

[3]

H. Kogelnik, “Coupling and Conversion Coefficients for Optical Modes in

Quasi-Optics,” Microwave Research Institute Symposia Series, 14, New York:

Polytechnic Press, 1964, hal. 333-347.

[4]

Greivenkamp, John E. (2004). Field Guide to Geometrical Optics. SPIE Field

Guides vol

FG01. SPIE. ISBN 0-8194-5294-7. hal. 29.

[5]

Allard, C. Frederick (1989), Fiber Optics Handbook for Engineers and scientists,

McGraw-Hill

[6]

Brown, T.G (2000), “Optical Fibers and Fiber Optic Communications”, in

Handbook of Optics, Chapter 1, vol IV, hal. 1.44-1.47, SA Press. McGraw-Hill

[7]

Thomas, Sri, Widodo, 1995, Optoelektronika Komunikasi Serat Optik, Cetakan

Pertama,

Andi Offset, Yogyakarta.

[8]

Dasar Sistem Komunikasi Optik, OPTICAL ACCESS NETWORK, PT.

(1)