BAB II SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK
2.1 Pendahuluan
Pada 30 tahun belakangan ini, telah dikembangkan sebuah teknologi baru yang menawarkan kecepatan data yang lebih besar sepanjang jarak yang lebih
jauh dengan harga yang lebih rendah daripada sistem kawat tembaga. Teknologi baru ini adalah serat optik, serat optik menggunakan cahaya untuk mengirimkan
informasi data. Cahaya yang membawa informasi dapat dipandu melalui serat optik berdasarkan fenomena fisika yang disebut total internal reflection
pemantulan sempurna. Secara tinjauan cahaya sebagai gelombang elektromagnetik, informasi dibawa sebagai kumpulan gelombang-gelombang
elektro-magnetik terpandu yang disebut mode[1].
2.2 Jenis Serat Optik
Serat optik dikarakteristikan oleh strukturnya dan sifat transmisinya. Secara dasar, serat optik diklasifikasikan menjadi dua. Pertama adalah serat optik mode
tunggal dan kedua adalah serat optik multi mode. Struktur dasarnya berbeda pada ukuran intinya. Serat optik mode tunggal dibuat dengan bahan yang sama dengan
serat optik multi mode, juga dengan proses fabrikasi yang sama[2].
2.2.1 Serat Optik Mode Tunggal Single mode
Single-mode fibers mengantarkan data digital yang berupa sinar Transmisi data melalui single mode dalam jarak yang sangat jauh. Hanya menggunakan satu
Universitas Sumatera Utara
lintasan cahaya yang merambat melalui serat. Metode semacam ini dapat menghindarkan ketidak akuratan yang dapat terjadi dalam penyaluran data.
Mempunyai inti yang kecil berdiameter 0.00035 inch atau 9 micron dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah panjang gelombang 1300-1550
nanometer. Serat mode tunggal hanya merambatakan satu mode karena ukuran inti mendekati ukuran panjang gelombang[1].
Nilai normalized frequency parameter V menghubungkan ukuran inti dan propagasi mode. Pada mode tunggal, V lebih kecil atau sama dengan 2,405.
Ketika V = 2,405, serat optik mode tunggal merambatkan fundamental mode pada inti serat, sedangkan orde-orde yang lebih tinggi akan hilang di kulit. Untuk V
rendah 1,0, kebanyakan daya dirambatkan pada kulit, power yang ditransmisikan oleh kulit akan dengan mudah hilang pada lengkungan serat, maka
nilai V dibuat sekitar 2, 405. Serat optik mode tunggal memiliki sinyal hilang yang rendah dan kapasitas informasi yang lebih besar bandwidth daripada serat
optik multi mode. Serat optik mode tunggal dapat mentransmisikan data yang lebih besar karena dispersi yang lebih rendah. Gambar 2.1 menunjukan transmisi
single mode[1].
Gambar 2.1 Serat Optik Mode Tunggal
2.2.2 Serat Optik Multi Mode
Serat optik multi mode merambatkan lebih dari satu mode, dapat merambatkan lebih dari 100 mode. Jumlah mode yang merambat bergantung pada
ukuran inti dan numerical aperture NA. Jika ukuran inti dan NA bertambah
Universitas Sumatera Utara
maka jumlah mode bertambah. Ukuran inti dan NA biasanya sekitar 50 – 100 µ m dan 0,20 – 0,229. Ukuran inti dan NA yang lebih besar memberikan beberapa
keuntungan, cahaya yang diumpankan ke serat optik multi mode menjadi lebih mudah, koneksi antara serat juga lebih mudah. Penjalaran cahaya dari satu ujung
ke ujung lainnya terjadi melalui beberapa lintasan cahaya. Diameter inti core sesuai dengan rekomendasi dari CCITT G.651 sebesar 50 m m dan diameter
cladding-nya sebesar 125 mm. Gambar 2.2 menunjukan transmisi multi mode[1].
Gambar 2.2 Serat Optik Multi Mode Berdasarkan susunan indeks biasnya serat optik multimode memiliki dua
profil yaitu: 1.
Graded index. Serat optik mempunyai index bias cahaya yang merupakan fungsi dari jarak terhadap sumbuporos serat optik, sehingga cahaya yang
menjalar melalui beberapa lintasan pada akhirnya akan sampai pada ujung lainnya pada waktu yang bersamaan[2].
2. Step index. Serat optik mempunyai index bias cahaya sama. Sinar yang
menjalar pada sumbu akan sampai pada ujung lainnya dahulu dispersi. Hal ini dapat terjadi karena lintasan yang melalui poros lebih pendek
dibandingkan sinar yang mengalami pemantulan pada dinding serat optik, sehingga terjadi pelebaran pulsa atau dengan kata lain mengurangi lebar
bidang frekuensi. Oleh karena hak ini, maka yang sering dipergunakan sebagai transmisi serat optic multimode adalah graded index[2].
Universitas Sumatera Utara
2.3 Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan medan magnet den medan listrik secara berurutan, dimana arah getar
vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Terjadinya gelombang elektromagnetik yaitu pertama, arus listrik dapat menghasilkan menginduksi
medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan
dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai Huku m Ampere[3].
Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan menginduksi medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini
dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara
lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry[3].
Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk
Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan
medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat
menghasilkan menginduksi medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.
Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat
Universitas Sumatera Utara
menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh
karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell[3]. Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell
melihat adanya suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan
medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan
magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara serempak merambat menyebar di dalam ruang ke segala arah maka ini
merupakan gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang
merambat dalam ruang[3]. Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi
elektromagnetik. Waktu kawat atau panghantar seperti antena menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama
dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan
oleh kecepatan kecepatan cahaya, panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-
masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan[4] :
Ep = H x f …………………………………………………………….. 2.1
di mana :
Universitas Sumatera Utara
Ep adalah energi foton; H adalah konstanta Planck = 6.626 × 10
−34 J·s ; dan f adalah frekuensi gelombang.
Propagasi gelombang elektromagnetik biasanya terdiri dari frekuensi, panjang gelombang, dan cepat rambat gelombang.
2.3.1 Prinsip Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik merupakan gabungan dari gelombang listrik dan gelombang magnetik secara saling tegak lurus. Begitu pula dengan arah
geraknya. Karena gelombang tersebut menggantung gelombang listrik, maka Hertz mencoba membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik tersebut
melalui keberadaan gelombang listriknya yang diradiasikan oleh rangkaian pemancar[5].
Ternyata frekuensi yang dihasilkan sama dengan frekuensi pemancar. Ini artinya listrik pada loop berasal dari pemancar itu sendiri. Dengan ini terbuktilah
adanya radiasi gelombang elektromagnetik Maxwell. Percobaan Hertz ini juga memicu penemuan telegram tanpa kabel dan radio oleh Marconi. Rangkaian ini
ada dalam kaca quartz untuk menghindari sinar UV[5].
2.3.2 Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar 2.3
memperlihatkan spektrum elektromagnetik disusun berdasarkan panjang gelombang diukur dalam satuan meter mencakup kisaran energi yang sangat
Universitas Sumatera Utara
rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang
rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray[6].
Gambar 2.3 Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Contoh spektrum gelombang elektromagnetik adalah [3] : 1.
GelombangRadio Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau
frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan
dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-
muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula.
Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi.
2. Gelombang mikro
Gelombang mikro microwaves adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah
Universitas Sumatera Utara
benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang
waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis. Gelombang mikro
juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR Radio Detection and Ranging RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan
menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat gelombang elektromagnetik c = 3 x 108
ms, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan.
3. Sinar Inframerah
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 sampai 10-1 m. jika kamu memeriksa spektrum
yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum amperemeter sedikit diatas ujung spektrum merah.
Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah. Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-
molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan
bergantung pada suhu dan warna benda. 4.
Cahaya tampak Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh
kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi
Universitas Sumatera Utara
tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4x10-7m untuk cahaya violet ungu sampai 7x10-7m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya
salah satunya adalah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.
5. Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10-8m-10-7m gelombang ini dihasilkan
oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan ozon yang ada dalam
lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup
di bumi. 6.
Sinar X Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz, panjang
gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal
beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm. 7.
Sinar Gamma Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz atau
panjang gelombang antara 10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh.
Universitas Sumatera Utara
2.3.3 Spektrum Elektromagnetik
Spektrum optik cahaya atau spektrum terlihat atau spektrum tampak adalah bagian dari spektrum elektromagnetik yang tampak oleh mata manusia.
Radiasi elektromagnetik dalam rentang panjang gelombang ini disebut sebagai cahaya tampak atau cahaya saja. Tidak ada batasan yang tepat dari spektrum
optik; mata normal manusia akan dapat menerima panjang gelombang dari 400 sampai 700 nm, meskipun beberapa orang dapat menerima panjang gelombang
dari 380 sampai 780 nm atau dalam frekuensi 790-400 terahertz. Mata yang telah beradaptasi dengan cahaya biasanya memiliki sensitivitas maksimum di
sekitar 555 nm, di wilayah hijau dari spektrum optik. Gambar Spektrum elektromagnetik ditunjukan pada Gambar 2.4.
Ganbar 2.4 Spektrum Elektromagnetik
Meskipun spektrum optik adalah spektrum yang kontinu sehingga tidak ada batas yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya, Tabel 2.1 memberikan
batas kira-kira untuk warna-warna spectrum[6]
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Spektrum dan Panjang Gelombang No.
Warna Panjang Gelombang
1. ungu
380-450 nm 2.
biru 450-495 nm
3. hijau
495-570 nm 4.
kuning 570-590 nm
5. jingga
590-620 nm 6.
merah 620-750 nm
2.3.4 Panjang Gelombang
Panjang gelombang adalah sebuah jarak antara satuan berulang dari sebuah pola gelombang. Biasanya memiliki denotasi huruf Yunani lambda λ. Dalam
sebuah gelombang sinus, panjang gelombang adalah jarak antara puncak ke puncak seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5[7].
Gambar 2.5 Panjang Gelombang Panjang gelombang sama dengan kecepatan jenis gelombang dibagi oleh
frekuensi gelombang. Ketika berhadapan dengan radiasi elektromagnetik dalam ruang hampa, kecepatan ini adalah kecepatan cahaya c, untuk sinyal gelombang
di udara, ini merupakan kecepatan suara di udara.
Universitas Sumatera Utara
Hubungan antara panjang gelombang, kecepatan jenis gelombang dan frekuensi gelombang ditunjukan pada persamaan 2.2[7].
.........................................................................................................2.2
dimana: λ = panjang gelombang dari sebuah gelombang suara atau gelombang
elektromagnetik c = kecepatan cahaya dalam vakum = 299,792.458 kms ~ 300,000 kms =
300,000,000 ms f = frekuensi gelombang
2.4 Cahaya Optik
Cahaya merupakan gelombang transversal yang termasuk gelombang elektromagnetik.
Cahaya dapat merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan 3 x 10
8
ms. Sifat-sifat cahaya adalah sebagai berikut
[3]
: 1.
Dapat mengalami pemantulan refleksi 2.
Dapat mengalami pembiasan refraksi 3.
Dapat mengalami pelenturan difraksi 4.
Dapat dijumlahkan interferensi 5.
Dapat diuraikan dispersi 6.
Dapat diserap arah getarnya polarisasi 7.
Bersifat sebagai gelombang dan partikel
Universitas Sumatera Utara
2.4.1 Refraksi pembiasan Cahaya
Pembiasan cahaya adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya karena melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Arah pembiasan
cahaya dibedakan menjadi dua macam yaitu[8] : a. Mendekati garis normal
Cahaya dibiaskan mendekati garis normal jika cahaya merambat dari medium optik kurang rapat ke medium optik lebih rapat, contohnya cahaya
merambat dari udara ke dalam air. b. Menjauhi garis normal
Cahaya dibiaskan menjauhi garis normal jika cahaya merambat dari medium optik lebih rapat ke medium optik kurang rapat, contohnya cahaya
merambat dari dalam air ke udara. Syarat-syarat terjadinya pembiasan adalah sebagai berikut :
1 cahaya harus melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya; 2 cahaya datang tidak tegak lurus terhadap bidang batas sudut datang lebih kecil
dari 90
o
Pembiasan cahaya dapat terjadi dikarenakan perbedaan laju cahaya pada kedua medium. Laju cahaya pada medium yang rapat lebih kecil dibandingkan
dengan laju cahaya pada medium yang kurang rapat. Menurut Christian Huygens 1629-1695 : “Perbandingan laju cahaya dalam ruang hampa dengan laju cahaya
dalam suatu zat dinamakan indeks bias.” Secara matematis dapat dirumuskan[1] :
n = c v ……….……………………………………………………… 2.3
dimana :
Universitas Sumatera Utara
n = indeks bias c = laju cahaya dalam ruang hampa 3 x 10
8
ms v = laju cahaya dalam zat
Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari 1 dan nilainya untuk beberapa zat ditampilkan pada Tabel 2.2[9].
Tabel 2.2 Indeks Bias Beberapa Medium yang berbeda
Medium n = c v
Udara Hampa 1,0000
Udara pada STP 1,0003
Air 1,333
Es 1,31
Alkohol Etil 1,36
Gliserol 1,48
Benzena 1,50
Kaca Kuarsa Lebur 1.46
Kaca Korona 1,52
Api cahayakaca flinta 1,58
Lucite atau plexiglass 1,51
Garam dapur Natrium Klorida 1,53
Berlian 2,42
Sebuah benda yang berada dalam air terlihat dari udara sepertinya berada pada kedalaman yang lebih dangkal dari kedalaman benda yang sebenarnya.
Radiasi sinar tampak, atau cahaya, dari matahari sangat penting terhadap sistem kehidupan di lautan. Cahaya ini menyediakan energi yang dibutuhkan oleh arus
laut dan angin untuk bersirkulasi. Konversi energi cahaya tersebut menjadi energi panas membantu pembentukan lapisan tipis air hangat di dekat permukaan laut
Universitas Sumatera Utara
global, yang mendukung sebagian besar kehidupan laut. Lebih signifikan lagi, transmisi cahaya di air laut sangatlah penting untuk produktivitas di lautan[8].
Sejumlah cahaya yang masuk ke atmosfer, akan direfleksikan ketika menyentuh permukaan laut. Hal ini tergantung dari kondisi air itu sendiri. Jika air
laut tenang dan tidak banyak gelombang atau riak, maka akan lebih sedikit cahaya yang direfleksikan. Jika kondisi air bergolak dengan banyak gelombang, maka
akan lebih banyak cahaya yang direfleksikan[8]. Cahaya yang berpenetrasi di permukaan akan direfraksikan karena
perbedaan kecepatan akibat perbedaan kerapatan media antara udara dengan air. Cahaya merambat lebih cepat di media air dibandingkan dengan media udara.
Refraksi ini dijelaskan oleh Hukum Snellius yang menyebutkan bahwa hubungan antara sudut datang θ
1
dan θ
2
dijelaskan oleh persamaan 2.4[8].
………………………………2.4
Dimana v
1
dan v
2
adalah kecepatan gelombang pada media tertentu, sedangkan n1 dan n2 merupakan indeks refraksi.
Refraksi muncul ketika gelombang cahaya melewati media yang memberikan indeks refraksi yang berbeda-beda. Pada batas di antara media, fase
kecepatan gelombang cahaya berubah, sehingga menyebabkan perubahan arah. Panjang gelombangnya dapat meningkat maupun berkurang, tetapi frekuensinya
cenderung tetap. Sebagai contoh, sebuah berkas cahaya akan direfraksi ketika memasuki dan meninggalkan gelas, dan ini merupakan indikator adanya
perubahan dalam indeks refraksi. Indeks refraksi udara adalah 1,003, sedangkan indeks refraksi air adalah 1,33[8].
Universitas Sumatera Utara
Ketika sebuah objek diletakkan dalam gelas dengan posisi setengah terendam, maka objek tersebut akan terlihat membengkok di permukaan air. Ini
disebabkan oleh pembengkokan cahaya ketika berkas cahaya tersebut meninggalkan air ke udara dan ditangkap oleh mata kita sebagai garis pandang
yang lurus. Garis pandang mata yang posisinya lebih tinggi memperlihatkan posisi objek yang lebih tinggi daripada posisi yang sebenarnya. Ini
memperlihatkan objek berada pada kedalaman yang lebih dangkal dibandingkan yang sebenarnya seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6[8].
Gambar 2.6 Refraksi Cahaya Secara skematik, refraksi cahaya biasanya diwakili oleh gambar arah cahaya
yang mendekati ataupun menjauhi normal. Cahaya akan dibelokkan mendekati normal ketika cahaya memasuki medium yang lebih rapat dibandingkan medium
datangnya Gambar 2.7.a. Sementara cahaya akan dibelokkan menjauhi garis normal, ketika cahaya tersebut memasuki medium yang lebih renggang
dibandingkan medium datangnya Gambar 2.7.b[8] .
a b
Gambar 2.7.a Refraksi Mendekati Garis Normal, b Refraksi Menjauhi Garis Normal
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Difraksi Cahaya
Jika muka gelombang bidang tiba pada suatu celah sempit lebarnya lebih kecil dari panjang gelombang, maka gelombang ini akan mengalami lenturan
sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di belakang celah tersebut. Peristiwa ini dikenal dengan difraksi. Pada Gambar 2.8
terlihat bahwa difraksi merupakan pembelokan cahaya di sekitar suatu penghalang suatu celah[10].
Gambar 2.8 Difraksi Cahaya
2.4.3 Dispersi Cahaya
Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya polikromarik putih menjadi cahaya-cahaya monokromatik me, ji, ku, hi, bi, ni, u pada prisma lewat
pembiasan atau pembelokan seperti yang terlihat pada Gambar 2.9. Hal ini membuktikan bahwa cahaya putih terdiri dari harmonisasi berbagai cahaya warna
dengan berbeda-beda panjang gelombang[11].
Gambar 2.9 Dispersi Cahaya
Universitas Sumatera Utara
Deretan warna yang tampak pada layar disebut spektrum warna. Dispersi cahaya terjadi karena setiap warna cahaya mempunyai indeks bias yang berbeda-
beda. Cahaya merah mempunyai indeks bias terkecil sedangkan cahaya ungu mempunyai indeks bias terbesar sehingga cahaya merah mengalami deviasi
penyimpangan terkecil sedangkan warna ungu mengalami deviasi terbesar.
2.5 Multiplexing
Multiplexing adalah teknik menggabungkan beberapa sinyal secara bersamaan pada suatu saluran transmisi. Di sisi penerima, pemisahan gabungan
sinyal tersebut sesuai dengan tujuan masing-masing disebut Demultiplexing. Dalam multiplexing, perangkat yang digunakan disebut Multiplexer atau disebut
juga dengan istilah TransceiverMux. Receiver atau perangkat yang melakukan Demultiplexing disebut dengan Demultiplexer atau disebut juga dengan istilah
Demux seperti terlihat pada Gambar 2.10[12].
Gambar 2.10 Multiplexing Gambar 2.10 menyatakan fungsi multiplexing secara umum.Multiplexer
mengkombinasikan me-multiplex data dari n input dan mentransmisi melalui kapasitas data link yang tinggi. Demultiplexer menerima aliran data yang di-
multiplex pemisahan demultiplex dari data tersebut tergantung pada saluran
Universitas Sumatera Utara
dan mengirimnya ke line output yang diminta. Multiplexing terdiri dari bebrapa jenis, antara lain sebagai berikut[12] :
1. Time Division Multiplexing TDM
2. Frequency Division Multiplexing FDM
3. Wavelength Division Multiplexing WDM
2.5.1 Time Division Multiplexing TDM
Time Division Multiplexing seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11 merupakan sebuah proses pentransmisian beberapa sinyal informasi yang hanya
melalui satu kanal transmisi dengan masing-masing sinyal di transmisikan pada periode waktu tertentu[13].
Gambar 2.11 Time Division Multiplexing TDM
Akan ada beberapa sinyal informasi yang akan masuk ke dalam Multiplexer dari TDM, sinyal-sinyal tersebut memiliki bit rate yang rendah dengan sumber
sinyal yang berbeda-beda. Ketika sinyal tersebut memasuki Multiplexer, maka sinyal akan melalui sebuah switch rotary yang menyebabkan sinyal informasi
yang sebelumnya telah disampling itu akan dibuat berubah-ubah tiap detiknya. Hasil Output dari switch ini adalah merupakan gelombang PAM Pulse Amplitude
Universitas Sumatera Utara
Modulation yang mengandung sample-sample dari sinyal informasi yang periodik terhadap waktu[13].
Setelah melalui multiplex, sinyal kemudian ditransmisi dengan membagi- bagi sample infomasi berdasar Hold TimeJumlah Kanal. Kanal transmisi ini
merupakan sebuah kanal dengan rangkaian yang disinkronisasikan. Kanal sinkron ini dibutuhkan untuk membangun tiap kelompok dari sample dan membagi
sample-samle tepat ke dalam frame nya. Ketika sinyal transmisi memasuki demultiplexer, gabungan sinyal yang ber-bit-rate tinggi sinyal transmisi dibagi-
bagi kembali menjadi sinyal informasi seperti sinyal informasi awal yang ber-bit- rate rendah. Kemudian akan ada rotary switch pula disana yang akan
mengarahkan sinyal-sinyal ke tujuan masing-masing dari sinyal itu. Pada multiplexer terdapat filter yang berfungsi melewatkan sinyal dengan frekuensi
rendah, dan pada demultiplexer akan terdapat filter yang bertujuan untuk mendapatkan sinyal keluaran yang akan sama dengan sinyal informasi
inputnya[13].
2.5.2 Frequency Division Multiplexing FDM
Frequency Division Multiplexing FDM adalah teknik menggabungkan banyak saluran input menjadi sebuah saluran output berdasarkan frekuensi. Jadi
total bandwith dari keseluruhan saluran dibagi menjadi sub-sub saluran oleh frekuensi. Tiap sinyal modulasi memerlukan bandwidth center tertentu disekitar
frekuensi carriernya, dinyatakan sebagai suatu saluran channel. Sinyal input baik analog maupun digital akan ditransmisikan melalui medium dengan sinyal
analog[12].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 memperlihatkan sistim FDM secara umum.Pada Gambar 2.12a sejumlah sinyal digital atau analog [ mit, i = 1 , N ] di-multiplex ke dalam
medium transmisi yang sama. Tiap sinyal mit dimodulasi dalam carrier fsci ; karena digunakan multiple carrier maka masing-masing dinyatakan sebagai sub
carrier Modulasi apapun dapat dipakai. Kemudian sinyal termodulasi dijumlah
untuk menghasilkan sinyal gabungan m
c
t. Gambar 2.12b menunjukkan hasilnya. Sinyal gabungan tersebut mempunyai total bandwidth B[14].
Sinyal analog ini ditransmisikan melalui medium yang sesuai. Pada akhir penerimaan, sinyal gabungan tersebut lewat melalui N bandpass filter, dimana tiap
filter berpusat pada f
sci
dan mempunyai bandwidth B
sci
, untuk 1 i N. Dari sini, sinyal diuraikan menjadi bagian-bagian komponennya. Tiap komponen
kemudian dimodulasi untuk membentuk sinyal asalnya. Contoh sederhananya : transmisi tiga sinyal voice suara secara simultan melalui suatu medium[14].
Gambar 2.12 Sistem FDM Frequency Division Multiplexing Pada sistem FDM, umumnya terdiri dari 2 peralatan terminal dan penguat
ulang saluran transmisi repeater transmission line[12] :
Universitas Sumatera Utara
1. Peralatan Terminal Terminal Equipment. Peralatan terminal terdiri dari
bagian yang mengirimkan sinyal frekuensi ke repeater dan bagian penerima yang menerima sinyal tersebut dan mengubahnya kembali
menjadi frekuensi semula. 2.
Peralatan Penguat Ulang Repeater Equipment. Repeater equipment terdiri dari penguat amplifier dan equalizer yang fungsinya masing-masing
untuk mengkompensir redaman dan kecacatan redaman attenuation distortion, sewaktu transmisi melewati saluran melewati saluran antara
kedua repeater masing-masing.
2.5.3 Wavelength Division Multiplexing WDM
Teknologi WDM Wavelength Division Multiplexing yang merupakan cikal bakal lahirnya CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing
berkembang dari keterbatasan yang ada pada sistem serat optik, dimana pertumbuhan trafik pada sejumlah jaringan backbone mengalami percepatan yang
tinggi, sehingga kapasitas jaringan tersebut terpenuhi dengan cepat. Hal ini menjadi dasar pemikiran untuk memanfaatkan jaringan yang ada dibandingkan
membangun jaringan baru[15]. Teknologi WDM pada dasarnya adalah teknologi transportasi untuk
menyalurkan berbagai jenis trafik data, suara, dan video secara transparan, dengan menggunakan panjang gelombang
λ yang berbeda-beda dalam suatu fiber tunggal secara bersamaan. Implementasi WDM dapat diterapkan baik pada
jaringan long haul jarak jauh maupun untuk aplikasi short haul jarak dekat .
Gambar 2.13 menunjukan karakteristik sistem kerja dari WDM. Karakteristik sistem kerja WDM yaitu memonitoring multiple protocol, dengan spasi kanal
Universitas Sumatera Utara
50GHz, 100GHz, 200GHz,sesuai dengan seberapa banyak dan jenis apa yang digunakan. Kapasitasnya yaitu : 1.25Gbs, 2.5Gbs, 10Gbs, kapasitas tersebut
adalah beberapa contoh[15].
Gambar 2.13 Karakteristik Sitem Kerja dari WDM
2.5.4 Sistem Simplex dan Duplex
Simplex adalah salah satu bentuk komunikasi antara dua belah pihak, di mana sinyal-sinyal dikirim secara satu arah. Metode transmisi ini berbeda dengan
metode full-duplex yang mampu mengirim sinyal dan menerima secara sekaligus dalam satu waktu, atau half-duplex yang mampu mengirim sinyal dan menerima
sinyal meski tidak dalam satu waktu. Transmisi secara simplex terjadi di dalam beberapa teknologi komunikasi, seperti siaran televisi atau siaran radio[18].
Transmisi simplex tidak digunakan dalam komunikasi jaringan karena node to node dalam jaringan umumnya membutuhkan komunikasi secara dua arah.
Memang, beberapa komunikasi dalam jaringan, seperti video streaming, terlihat seperti simplex, tapi sebenarnya lalu lintas komunikasi terjadi secara dua arah,
apalagi jika protokol TCP yang digunakan sebagai protokol lapisan transportnya[18].
Sinyal masukan Data,voice,video
Sinyal keluaran Single mode
Universitas Sumatera Utara
Duplex adalah sebuah istilah dalam bidang telekomunikasi yang merujuk kepada komunikasi dua arah. Komunikasi simplex, half duplex dan full duplex
dapat dilihat pada Gambar 2.14[18].
Gambar 2.14 Cara kerja transmisi Simplex, half duplex, dan full duplex Duplex yang ditunjukan pada Gambar 2.14 dibagi menjadi half duplex dan
full duplex[18]. 1. Half-duplex merupakan sebuah mode komunikasi di mana data dapat
ditransmisikan atau diterima secara dua arah tapi tidak dapat secara bersama- sama. Contoh paling sederhana adalah walkie-talkie, di mana dua penggunanya
harus menekan sebuah tombol untuk berbicara dan melepaskan tombol tersebut untuk mendengar. Ketika dua orang menggunakan walkie-talkie untuk
berkomunikasi pada satu waktu tertentu, hanya salah satu di antara mereka yang dapat berbicara sementara pihak lainnya mendengar. Jika kedua-duanya mencoba
untuk berbicara secara serentak, kondisi collision tabrakan pun terjadi dan kedua pengguna walkie-talkie tersebut tidak dapat saling mendengarkan apa yang
keduanya kirimkan. 2. Full-duplex. Dalam komunikasi full-duplex, dua pihak yang saling
berkomunikasi akan mengirimkan informasi dan menerima informasi dalam waktu yang sama, dan umumnya membutuhkan dua jalur komunikasi.
Universitas Sumatera Utara
Komunikasi full-duplex juga dapat diraih dengan menggunakan teknik multiplexing, di mana sinyal yang berjalan dengan arah yang berbeda akan
diletakkan pada slot waktu time slot yang berbeda. Kelemahan teknik ini adalah bahwa teknik ini memotong kecepatan transmisi yang mungkin menjadi
setengahnya[18].
2.6 Arrayed Waveguide Gartings AWG
Pengenalan tentang sistem AWG sudah menjadi revolusi dari sistem telekomunikasi. AWG membuat blok - blok untuk penanganan sistem yang rumit
seperti ; optical attenuator VOA , thermo-optic switch, DWDM channel monitor, dynamic gain equalizer, dan lain - lain. Biasanya modul AWG
ditunjukkan seperti pada Gambar 2.15[19].
Fibre Chip-Coupling
Module pre-test Gambar 2.15 Modul AWG Arrayed Waveguide Gratings
Sistem CWDM mampu untuk melakukan multiplexing dan demultiplexing yang terangkum dalam sistem AWG. Multiplexer AWG dikenal dengan nama
wavelength division multiplexer WDM dan demultiplekser AWG dikenal
Housing Connectors
Fan-out boxes Strains relieves
Electric Wiring Heater Attach
Universitas Sumatera Utara
dengan sebutan wavelength division demultiplexer WDDM . Sinyal optik dibangkitkan oleh dioda laser LDS menjadi panjang gelombang monokromatik
yang serial λ2, λ2, …λN, tanpa sebuah standar rentang panjang gelombang dan keluar sebanyak N serat ke dalam sebuah WDM. Sinyal input dalam WDM
dikombinasikan menjadi sebuah sinyal output polikromatik, proses ini dikenal dengan nama multiplexing[19].
Fiber optik dapat melakukan multiplexing dengan bandwidth yang sangat besar. Pada saat multiplexing sinyal polikromatik dijadikan sebuah sinyal tunggal
pada transmisi melalui fiber optik. Pada WDM sinyal polikromatik tersebut dipisahkan menjadi panjang gelombang tunggal yang bersesuaian, dan
diidentifikasi sebagai serial pada kanal, proses ini dikenal dengan nama demultiplexing. Panjang gelombang tersebut distandarisasikan oleh International
Telecommunications Union ITU untuk jaringan CWDM. Komponen WDM yang penting lainnya seperti ; optical adddrop multiplexers OADM, optical
cross connect switches OXC , dan optical amplifier seperti erbium doped fiber amplifier EDFAs [19] .
Operasi WDM dirancang pada ITU grid frequencies sama baiknya dengan melakukan multipleksing pada frekuensi 200 GHz, 500 GHz,..... Pada jaringan
jarak jauh yaitu lebih dari ratusan kilometer , penguatan optik menjadi sebuah keperluan. Ini dikarenakan penambahan rugi - rugi karena penambahan jarak
transmisi. Bagaimanapun juga, penambahan penguatan optik dapat meningkatkan biaya jaringan secara signifikan, rancangan yang rumit , dan pada waktu yang
sama dapat mengurangi kanal. Pada transmisi jarak jauh selain rumit, faktor biaya juga harus diperhitungkan. Dalam jaringan optik metro tipe di atas 100 km , ini
Universitas Sumatera Utara
seperti sebuah kanal trafik yang akan mentransmisikan banyak adddrop lokasi sebelum sampai ke tujuan[19].
2.7 Splicing Penyambungan