2.6. Teknik Heterodyne Optik
Sinyal microwave atau miliwave dapat dihasilkan dalam domain optik
berdasarkan heterodyne optik, sinyal yang diperoleh berasal dari pencampuran
dua sinyal gelombang elektromagnetik pada frekuensi optik. Sinyal yang dihasilkan merupakan selisih dari dua gelombang optik yang berpadu. Dua sinyal
yang berbeda frekuensi tersebut berpadu melalui fiber coupler dan kemudian diproses dalam fotodetektor sehingga kemudian dihasilkan sinyal elektrik.
Gambar 2.8. Heterodyne optis dua gelombang optik Yao, 2010 Asumsikan bahwa dua gelombang optik diberikan oleh persamaan
1
=
01
cos �
1
+ �
1
2.13
2
=
02
cos �
2
+ �
2
2.14 di mana
01
dan
02
adalah amplitudo sedangkan �
1
dan �
2
adalah fase dari dua gelombang optik.
Mengingat bahwa bandwidth yang terbatas dari fotodetektor, arus pada keluaran fotodetektor diberikan oleh persamaan
�
�
= cos
�
1
− �
2
+ �
1
− �
2
2.15 Persamaan 2.15 menunjukkan bahwa sinyal listrik dengan frekuensi yang
sama dengan perbedaan frekuensi dua gelombang optik dapat dihasilkan. Teknik ini mampu menghasilkan sinyal listrik dengan frekuensi sampai band THz, hanya
dibatasi oleh bandwidth fotodetektor. Yao, 2010
2.7. Serat Optik
Serat optik adalah saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau plastik dan dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu
tempat ke tempat lain. Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari
Universitas Sumatera Utara
bahan penyusun gelas atau kaca. Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya yang diserap oleh serat optik.
Serat optik bekerja berdasarkan hukum snellius tentang pemantulan sempurna. Pemantulan cahaya atau pembiasaan cahaya yang terjadi sangat
bergantung pada saat cahaya menyentuh permukaan atau masuk ke inti serat optik. Sebagai sarana transmisi, serat optik berperan sebagai pemandu gelombang
cahaya. Menurut ilmu fisika tentang cahaya, jika cahaya jatuh pada medium yang berbeda indeks biasnya, cahaya tersebut akan dibiaskan dan sudut datang dari
sinar yang dikirimkan pada serat optik dapat memungkinkan untuk mengatur seberapa efisiensi sinar tersebut sampai pada tujuan.
Sistem komunikasi serat optik, informasi diubah menjadi sinyal optik cahaya dengan menggunakan sumber cahaya LED atau Diode Laser. Kemudian
dengan dasar hukum pemantulan sempurna, sinyal optik yang berisi informasi dilewatkan sepanjang serat sampai pada penerima, selanjutnya detektor optik akan
mengubah sinyal optik tersebut menjadi sinyal listrik. Serat optik memiliki keunggulan yang signifikan dibandingkan media
transmisi kawat konvensional. Keunggulan tersebut antara lain adalah: 1.
Rugi transmisi rendah 2.
Bandwidth yang lebar 3.
Ukuran kecil dan ringan 4.
Tahan gangguan elektromagnetik dan elektrik. Serat optik terdiri dari inti core, pembungkus cladding dan coating
ditunjukkan dalam Gambar 2.11.
Gambar 2.9. Struktur dasar serat optik http:www.newport.com
Universitas Sumatera Utara
1. Core adalah kaca tipis yang merupakan bagian inti dari serat atau inti fisik
yang mengirim sinyal data optik dari sumber cahaya ke alat penerima yang berupa untai tunggal kontinyu dari kaca atau plastik. Semakin besar core
maka semakin banyak cahaya yang dapat dilewatkan dalam kabel. 2.
Cladding adalah materi yang mengelilingi inti yang berfungsi memantulkan sinar kembali ke dalam inti core, atau layer atau lapisan serat yang
berfungsi sebagai pembatas energi elektromagnetik yang terlalu besar, gelombang cahaya dan penyebab pembiasan pada struktur inti. Pembuatan
cladding yang cukup tebal memungkinkan medan serat tidak dipengaruhi
oleh perambatan disekitar bahan sehingga bentuk fisik serat tidak cacat. 3.
Buffer Coating adalah plastik pelapis yang melindungi serat dari kerusakan. lapisan plastik di sekitar core dan cladding ini juga berfungsi memperkuat
inti serat, membantu penyerapan dan sebagai pelindung ekstra pada pembengkokan kabel. Cindy, 2013
2.7.1. Propagasi Cahaya pada Serat Optik Numerical Aperture
Numerical Aperture merupakan parameter yang merepresentasikan sudut
penerimaan maksimum dimana berkas cahaya masih bisa diterima dan merambat di dalam inti serat. Sudut penerimaan ini dapat beraneka macam tergantung
kepada karakteristik indeks bias inti dan selubung serat optik.
Gambar 2.10. Proses masuknya cahaya kedalam serat optik Sudut datang berkas cahaya lebih besar dari NA atau sudut kritis maka
berkas tidak akan dipantulkan kembali ke dalam serat melainkan akan menembus cladding
dan akan keluar dari serat loss. Semakin besar NA maka semakin
Universitas Sumatera Utara
banyak jumlah cahaya yang diterima oleh serat. Akan tetapi sebanding dengan kenaikan NA menyebabkan lebar pita berkurang, dan rugi penyebaran serta
penyerapan akan bertambah. Oleh karena itu, nilai NA besar hanya baik untuk aplikasi jarak pendek dengan kecepatan rendah. Besarnya Numerical Aperture
NA dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : NA
= sin �
��
=
1 2
−
2 2
=
1
2∆ 2.16
Dimana
1
adalah indeks bias inti,
2
adalah indeks bias cladding, dan ∆ adalah
beda indeks bias relatif.
2.7.2. Pembagian Serat Optik 2.7.2.1. Berdasarkan mode yang dirambatkan
Pembagian serat optik dapat dilihat berdasarkan mode yang dirambatkan yaitu
sebagai berikut:
1. Single mode : Mempunyai inti yang kecil berdiameter 0.00035 inch atau 9
micron dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah panjang gelombang 1300-1550 nanometer diameter mendekati panjang gelombang
sehingga cahaya yang masuk ke dalamnya tidak terpantul-pantul ke dinding cladding
.
Gambar 2.11. Serat optik single mode monomode 2.
Multimode : Mempunyai inti yang lebih besar berdiameter 0.0025 inch atau 62.5 micron dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah panjang
gelombang 850-1300 nanometer serat optik dengan diameter core yang agak besar yang membuat laser di dalamnya akan terpantul-pantul di dinding
cladding yang dapat menyebabkan berkurangnya bandwidth dari serat optik
jenis ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12. Serat optik grade index multimode
2.7.2.2. Berdasarkan indeks bias core :
Serat optik berdasarkan indeks bias inti dapat dibagi menjadi beberapa macam yaitu:
1. Step indeks : pada serat optik step indeks, core memiliki indeks bias
yanghomogen.
Gambar 2.13. Serat optik step index multimode 2.
Graded indeks : indeks bias core semakin mendekat ke arah cladding semakin kecil. Jadi pada graded indeks, pusat core memiliki nilai indeks bias
yang paling besar. Serat graded indeks memungkinkan untuk membawa bandwidth
yang lebih besar, karena pelebaran pulsa yang terjadi dapat diminimalkan. Pada serat optik tipe ini, indeks bias berubah secara perlahan-
lahan graded index multimode. Indeks bias inti berubah mengecil perlahan mulai dari pusat core sampai batas antara core dengan cladding. Makin
mengecilnya indeks bias ini menyebabkan kecepatan rambat cahaya akan semakin tinggi dan akan berakibat dispersi waktu antara berbagai mode
cahaya yang merambat akan berkurang dan pada akhirnya semua mode cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaan di ujung serat optik Depi,
2010. Dalam penelitian skripsi ini, serat optik yang digunakan adalah jenis single
mode dengan panjang
± 1 m yang beroperasi pada panjang gelombang 13101550
nm yang berfungsi sebagai media transmisi sinyal optik.
Universitas Sumatera Utara
2.8. Pembawa Sifat Cahaya
Fiber Coupler
Serat optik coupler adalah perangkat optik yang menghubungkan tiga atau lebih ujung serat, membagi satu input antara dua atau lebih output, atau
menggabungkan dua atau lebih input menjadi satu output. Optical coupler memiliki fungsi yang sama dengan electronic coupler, yaitu membagi sinyal ke
beberapa titik atau perangkat. http:www.exfiber.com
Gambar 2.14. Optical coupler http: www.thorlabs.com Excess loss
dalam satuan dB ditentukan oleh perbandingan total daya keluaran dengan daya total masukan:
� �
= −10 log
�
� 1
� �
� 2
� +�
� 3
�
2.17 �
� 1
adalah daya masukan pada Port 1 dan �
� 2
+ �
� 3
adalah total daya keluaran dari Port 2 dan 3, dalam satuan mW.
Insertion loss ditentukan oleh perbandingan antara daya masukan dengan
daya keluaran dari satu kaki coupler. Hal ini umumnya dapat ditulis sebagai �
� = 10 log
� � �
�
2.18 Untuk contoh yang lebih spesifik, insertion loss sinyal dari Port 1 ke Port 2 dapat
ditulis: �
� = 10 log
�
� 1
� �
� 2
�
2.19 Dan insertion loss dari Port 1 ke Port 3 adalah
� �
= 10 log
�
� 1
� �
� 3
�
2.20 Insertion loss
juga bisa dengan mudah dihitung dengan menyatakan daya dalam satuan dBm. Daya di mW memiliki berhubungan dengan daya di dBm
menggunakan persamaan: � � = 10
� 10
2.21 50
50 50:50
100
Universitas Sumatera Utara
Kemudian, insertion loss dalam satuan dB dapat dihitung sebagai berikut: �
� = �
− � 2.22
http: www.thorlabs.com
2.9. Amplifikasi Optik EDFA
Kategori