BAB II DASAR TEORI
2.1 Umum
Teknologi telekomunikasi yang berkembang begitu pesat, memberikan dampak yang besar pada perkembangan teknologi informasi di era masyarakat modern ini. Salah satu solusi
untuk mengatasi perkembangan teknologi informasi ini adalah dengan menggunakan teknologi serat optik. Teknologi serat optik adalah suatu teknologi komunikasi yang
menggunakan media cahaya sebagai penyalur informasi. Pada teknologi ini terjadi perubahan informasi yang biasanya berbentuk sinyal listrik menjadi sinyal cahaya yang kemudian
disalurkan melalui kabel serat optik dan diterima pada sisi penerima untuk diubah kembali menjadi sinyal listrik. Akan tetapi pada saat serat optik dipilih sebagai media transmisi, maka
perlu dilakukan suatu perhitungan dan analisis power budget anggaran daya sebelum serat optik digunakan dalam sebuah jaringan telekomunikasi agar suatu sistem komunikasi optik
dapat berjalan dengan baik dan lancar, seperti adanya rugi-rugi transmisi loss pada kabel serat optik yang dapat menurunkan kualitas transmisi. Analisis ini sangat penting dilakukan
untuk mengetahui kelayakan suatu jaringan dalam mengirim informasi.
2.2 Serat Optik
Serat optik merupakan helaian optik murni yang sangat tipis terbuat dari kaca atau plastik yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut dan dapat membawa data
informasi untuk jarak jauh. Helain tipis ini tersusun dalam suatu bundelan yang dinamakan kabel serat optik dan berfungsi mengirim men-tranmisikan sinyal cahaya dari satu tempat
ke tempat yang lain.
Universitas Sumatera Utara
Bagian-bagian dari serat optik biasanya terdiri dari inti core yaitu kaca tipis yang berada di tengah serat yang digunakan sebagai jalan cahaya, bagian ini terbuat dari bahan
kaca dengan kualiitas yang sangat tinggi. Pembungkus cladding yaitu bagian optikal terluar yang mengelilingi inti yang berfungsi untuk memantulkan cahaya kembali ke inti dan terbuat
dari gelas. Jaket penyangga coating yang berfungsi melindungi serat dari temperatur dan kerusakan
,
bagian ini merupakan pelindung lapisan inti dan selimut yang terbuat dari bahan plastik seperti yang terlihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bagian-bagian Serat Optik
Di dalam serat optik ini energi cahaya dibangkitkan oleh sumber cahaya disalurkan
sehingga dapat diterima di ujung unit penerima receiver [1]. Sumber cahaya yang paling
umum digunakan adalah Light Emitting Diode LED dan Light Amplication by Stimulated Emission of Radition LASER. LED umunya digunakan untuk transmisi jarak pendek
sampai menengah karena lebih ekonomis, sedangkan LASER digunakan untuk jarak jauh karena dapat menghasilkan cahaya dengan intensitas tinggi [2].
Universitas Sumatera Utara
2.2.1 Jenis Serat Optik
Untuk keperluan yang berbeda-beda, serat optik dibuat dalam dua jenis utama yang berbeda, yaitu single-mode fibers dan multi-mode fibers [2].
1. Single-mode fibers Jenis serat optik ini mempunyai inti sangat kecil berdiameter sekitar antara 8-10 mikron
dan berfungsi mengirimkan sinar laser infamerah panjang gelombang 1300-1550 nanometer. Karena dimensinya yang sangat kecil maka hanya satu sinyal yang merambat
dalam setiap serat, perambatan sinyal ini terjadi di bagin inti core dari serat optik sehingga membuat terjadinya sedikit dispersi pulsa dan jenis serat ini cocok untuk komunikasi serat
optik jarak jauh[2].
Gambar 2.2 Kabel serat optik single-mode
2. Multi-mode fibers Jenis serat optik ini mempunyai ukuran inti yang lebih besar berdiameter 6,35x10
-5
meter atau 63,5 mikron dan berfungsi mentransmisikan cahaya inframerah panjang gelombang 850-1300 nm. Serat ini digunakan untuk mentransmisikan banyak sinyal dalam
setiap serat. Namun hanya baik digunakan untuk data atau informasi dengan kecepatan rendah dan untuk jarak yang relatif dekat [2].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Kabel serat optik multi-mode
2.2.2 Perambatan Cahaya
Perambatan cahaya di sepanjang serat optik terjadi karena pemantulan internal sinar optik yang terjadi pada perbatasan inti core dan pembungkus cladding. Pemantulan ini
disebabkan oleh adanya perbedaan indeks bias antara inti core dan pembungkus cladding. Jika seberkas cahaya memasuki suatu medium dengan indeks bias yang berbeda, proses
pembiasan atau pemantulan cahaya yang terjadi dapat dijelaskan menggunakan hukum
Snellius seperti pada Persamaan 2.1 [4] :
n
1
sin Φ
1
= n
2
sin Φ
2
2.1 Di mana: n
1
dan n
2
secara berturut-turut adalah nilai indeks bias dari bahan pertama dan dari bahan kedua, sedangkan Φ
1
dan Φ
2
secara berturut-turut adalah sudut datang dan sudut bias. Maka jika sudut datang Φ
1
diperbesar didalam bahan pertama, maka sinar bias akan semakin menjauhi normal. Bila sinar bias mencapai bidang batas kedua medium besarnya
sudut Φ
2
mencapai 90
o
, maka sudut datang yang menyebabkan terjadinya hal ini disebut sudut kritis. Sudut kritis adalah sudut antara sinar datang terhadap garis normal dimana sinar
tersebut akan dibiaskan dengan sudut Φ
2
= 90 , sehingga kita dapat menghitung nilai sudut
kritis dengan mengambil nilai sudut bias sebesar 90 dan memasukkanya kedalam Persamaan
2.1 diperoleh Persamaan 2.2 [4] [5] : n
1
sin Φ
c
= n
2
sin 90 sehingga sin Φ
c
= 2.2
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 a menunjukkan sinar datang dari medium pertama menuju medium kedua dengan sudut datang i
1
. Pada bidang batas sinar datang sebagian dipantulkan dengan sudut pantul i
1
dan sebagian lain dibiaskan dengan sudut bias i
2
. Apabila sinar datang dengan sudut i
1
yang melewati bidang batas dua medium dengan n
2
n
1
dibiaskan dengan sudut 90°, maka sudut datang inilah yang disebut dengan sudut kritis
Φ
kritis
, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 b. Gambar 2.4 c menunjukkan bahwa sudut datang i
1
lebih besar daripada sudut kritis, sehingga sinar tidak lagi dibiaskan, tetapi akan terjadi pemantulan total seperti pada Gambar
2.4 [4].
Gambar 2.4 Proses Pemantulan dan Pembiasan Cahaya
2.3 Rugi-rugi Serat Optik
Pada umumnya rugi-rugi serat optik dibagi berdasarkan rugi-rugi tersebut ditimbulkan, yaitu :
a. Rugi-rugi yang timbul dari bahan serat optik itu sendiri.
b. Rugi-rugi yang timbul akibat penggunaan serat optik tersebut sebagai media transmisi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Rugi-rugi serat optik
2.3.1 Rugi-rugi yang timbul dari bahan serat optik itu sendiri
Umumnya, hilangnya energi cahaya di dalam serat optik disebabkan oleh dua hal yaitu: inti dari bahan serat optik yang kotor tidak cukup jernih dan cahaya yang dibelokkan
kearah yang salah [5].
2.3.1.1 Rugi-rugi Absorpsi penyerapan
Rugi-rugi absorpsi penyerapan terjadi karena dua faktor yaitu penyerapan yang terjadi dari luar dan penyerapan yang terjadi dari dalam. Penyerapan yang terjadi dari luar
disebabkan oleh zat pengotor yang masih tersisa di dalam bahan inti yang akan menyerap sebagian dari energi cahaya yang merambat di dalam serat optik. Ion-ion hidroksil -OH dan
zat-zat logam besi dan sebagainya bila terkontaminasi dapat menimbulkan efek yang paling serius, sedangkan faktor yang kedua penyerapan dari dalam disebabkan bahan pembuat serat
itu sendiri [2][5].
Universitas Sumatera Utara
2.3.1.2 Rugi-rugi Pancaran Rayleigh
Pancaran Rayleigh Rayleigh scatter adalah efek terpencarnya cahaya akibat terjadinya perubahan kecil yang bersifat lokal pada indeks bias bahan inti dan bahan mantel,
bersifat lokal karena perubahan hanya terjadi pada lokasi-lokasi tertentu saja didalam bahan dan ukuran daerah yang terkena pengaruh perubahan ini sangat kecil yaitu kurang dari satu
panjang gelombang cahaya yang terhambur. Ada dua hal yang menyebabkan terjadinya fenomena ini dan keduanya timbul di
dalam proses manufaktur. Pertama adalah adanya ketidakrataan di dalam adonan bahan- bahan pembuat serat optik. Ketidakrataan dalam jumlah yang sangat kecil dan bersifat acak
mustahil untuk sepenuhnya dihilangkan. Kedua adalah adanya pergeseran-pergeseran kecil pada kerapatan bahan yang biasanya terjadi saat kaca silika mulai membeku menjadi padat.
Salah satu lokasi kelemahan ini dan efek pancaran rayleigh yang ditimbulkannya diilustrasikan dalam Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Cahaya terpencar kesegala arah
Dalam Gambar 2.6 di atas diperlihatkan bahwa cahaya terpecah dan terpencar ke segala arah. Semua komponen pancaran sinar yang kini merambat dengan sudut datang
kurang dari sudut kritis akan dapat menembus mantel dan hilang sebagai rugi daya. Intensitas pancaran rayleigh bergantung pada ukuran daerah perubahan relatif terhadap panjang
gelombang cahaya yang bersangkutan. Oleh karena itu cahaya dengan panjang gelombang
Universitas Sumatera Utara
paling kecil atau frekuensi tertinggi akan paling besar terkena dampak pancaran ini. Pencaran rayleigh ini berbanding terbalik dengan panjang gelombang sehingga nilai rugi-rugi ini akan
berkurang seiring dengan pertambahan panjang gelombang [5][6].
2.3.2 Rugi-rugi yang timbul serat optik sebagai media transmisi
2.3.2.1 Rugi-rugi Pembengkokan Bending Losses
Serat optik cenderung memancarkan daya setiap kali dibengkokkan. Pada umumnya terdapat 2 tipe pembengkokkan yang mungkin ditemui yaitu: macrobending dan
microbending. Macrobending adalah pembengkokan serat optik dengan radius yang panjang bila dibandingkan dengan radius serat optik. Sedangkan microbending adalah
pembengkokan-pembengkokan kecil pada serat optik akibat ketidakseragaman dalam pembentukan serat atau akibat adanya tekanan yang tidak seragam pada saat pengkabelan
atau disebabkan oleh cacat yang bentuknya tidak sesuai standar dalam radius inti atau yang diciptakan oleh kabel serat dan disebabkan akibat tekanan mekanik atau sewaktu proses
fabrikasi. Hal ini meyebabkan terjadinya loss dimana cahaya dengan sudut yang lebih besar seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8 salah satu cara untuk menguranginya adalah dengan
menggunakan jacket yang tahan terhadap tekanan. Pada Gambar 2.7 menunjukkan perambatan cahaya pada single mode
dengan sudut θ menjadi θ’[7][8].
Gambar 2.7 Rugi-rugi pembengkokan
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Microbending loss
Menurut rekomendasi ITU-T, kabel serat optik harus mempunyai koefisien redaman 0.5 dBkm untuk panjang gelombang 1310 nm dan 0.4 dBkm untuk panjang gelombang
1550 nm. Besarnya koefisien ini bukan merupakan nilai yang mutlak, karena juga harus mempertimbangkan proses pabrikasi, desain komposisi serat, dan desain kabel. Untuk itu
terdapat range redaman yang masih diijinkan yaitu 0.3 - 0.4 dBkm untuk panjang gelombang 1310 nm dan 0.17 - 0.25 dBkm untuk panjang gelombang 1550 nm. Selain itu, koefisien
redaman mungkin juga dipengaruhi spektrum panjang gelombang yang diperoleh dari hasil pengukuran pada panjang gelombang yang berbeda [2].
Redaman α sinyal atau rugi-rugi serat optik didefenisikan sebagai perbandingan antara daya output optik P
out
terhadap daya input optik P
in
sepanjang serat L. Seperti
Persamaan 2.3 [8]:
α = log dBkm
2.3 dimana :
L = Panjang serat optik km
P
in
= Daya input optik Watt P
out
= Daya output optik Watt α
= Redaman dBkm
Universitas Sumatera Utara
2.3.2.2 Rugi-rugi Penyambungan Splicing Loss
Pada umumnya terdapat tiga masalah utama di dalam proses menyambung dua serat optik yaitu: pertama tipe serat harus saling kompatibel, kedua ujung kedua serat harus
diletakkan sedekat-dekatnya dengan satu sama lainnya hingga tidak ada gap celah diantara keduanya, dan yang ketiga posisi kedua serat harus saling bersesuaian seakurat mungkin di
titik persambungan [5]. Rugi-rugi yang timbul karena adanya gap antara dua serat optik yang
disambung 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. Tujuan ketika menghubungkan dua serat adalah untuk menggabungkan cahaya yang
dibawa dalam salah satu serat ke dalam inti dari serat lainnya yang dikenal dengan sedikit mungkin loss dan dalam melakukan penyambungan serat optik maka dibutuhkan beberapa
mekanisme splicing. Penyambungan menurut sifatnya dibedakan menjadi :
1. Sambungan permanen
2. Sambungan tak permanen
1. Sambungan permanen, sambungan ini juga dikenal sebagai spliced connecton dan
separable connection, sambungan ini pada umumnya digunakan untuk
menyambungkan dua buah serat optik. Teknik yang digunakan adalah teknik Fusion Splice. Alat untuk penyambungan tipe ini dinamakan splicer seperti ditunjukkan pada
Gambar 2.8.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Alat ukur splicing
Penyambungan dengan menggunakan metode lebur fusion splice dilakukan dengan meleburkan ujung-ujung dari serat optik yang akan disambungkan dengan
menggunakan laser. Laser ini dihasilkan oleh dua buah elektroda yang dialiri listrik sehingga melepaskan elektron. Panas yang ditimbulkan laser ini cukup tinggi
sehingga dalam waktu sebentar saja dapat menyatukan kedua ujung serat optik. Penyambungan dengan metode ini dapat menghasilkan sambungan dengan loss yang
sangat kecil umumnya kurang dari 0,06 dB menurut estimasi pengukuran alat tersebut.
2. Sambungan tak permanen, umumnya digunakan untuk menghubungkan serat optik
dengan perangkat agar mudah dilepas dan dipasang lagi. Untuk sambungan tipe ini menggunakan alat yang disebut konektor patchcord. Ada beberapa jenis konektor
optik, diantaranya tipe FC, SC, LC, E-2000 dan lain sebagainya seperti digambarkan
pada Gambar 2.9 [9][10][11].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 konektor
2.3.2.3 Rugi-rugi Kopling
Rugi-rugi kopling ini adalah rugi-rugi yang terjadi akibat adanya ruang kosongudara celah antara serat optik dengan sumber optik dan antara serat optik dan detektor cahaya.
Rugi-rugi kopling ini terjadi karena tidak seluruh energi yang diradiasikan oleh sumber optik tidak bisa diterima oleh detektor optik dengan sempurna. Rugi-rugi kopling ini biasanya
terjadi pada konektor serat optik dan sering kali diabaikan. Rugi-rugi ini dipengaruhi oleh refleksi fresnel dimana bila cahaya masuk suatu bidang tembus secara tegak lurus, akan ada
sebagian kecil cahaya yang akan direfleksikan [10].
2.4 Konektor
Konektor adalah peralatan mekanik yang ditempatkan di akhir kabel serat optik, sumber cahaya, receiver, atau kerangka mesin yang berfungsi sebagi penghubung serat.
Komponen ini memungkinkan data dikirimkan ke tujuan-tujuan yang berbeda dan memungkinkan pula disambungkanya perangkat-perangkat baru ke sistem yang telah ada.
Konektor juga harus dapat dipasang dan dilepas dengan mudah dari peralatan. Hal ini
Universitas Sumatera Utara
merupakan titik kunci konektor dapat dibongkar pasang, tetapi konektor optik lebih sulit untuk dirancang dan dibuat dibandingkan dengan sambungn-sambungan splice mekanik.
Syarat-syarat konektor yang baik adalah [1][2][5]: 1. Kehilangan daya cukup rendah. Konektor yang dibentuk harus menjamin dari kesalahan
penyambungan dan dapat meminimumkan kesalahan secara langsung. 2. Kemampuan pengulangan. Efisiensi kopling tidak berubah jika tidak ada penyesuaian
ulang. 3. Dapat diprediksi, artinya konektor memiliki efisiensi yang sama jika beberapa konektor
sejenis dikombinasi. 4. Umurnya panjang. Tidak ada penurunan efisiensi dalam waktu yang lama.
5. Bahan konektor kuat terhadap tekanan. 6. Kompatibel dengan lingkungan. Penyambungan dapat dilakukan pada variasi temperatur,
tekanan tinggi, getaran, kelembaban dan kotoran. 7. Mudah mendapatkannya.
8. Pemasangan mudah menggunkannya.
2.5 POP