Analisis pengaruh dispersi terhadap rugi-rugi Daya transmisi pada serat optik single mode Rekomendasi itu-t seri g.655
BAB II
SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK
2.1.
Umum
Serat optik adalah saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik
yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke
tempat lain. Cahaya yang ada di dalam serat optik sulit keluar karena indeks bias
dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara. Kecepatan transmisi serat
optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai media transmisi.
Serat optik umumnya digunakan dalam sistem telekomunikasi
serta dalam
pencahayaan, sensor, dan optik pencitraan. Efisiensi dari serat optik ditentukan
oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas. Semakin murni bahan gelas, semakin
sedikit cahaya yang diserap oleh serat optik.
Pada tahun 1880 Alexander Graham Bell menciptakan sebuah sistem
komunikasi cahaya yang disebut photo-phone dengan menggunakan cahaya
matahari yang dipantulkan dari sebuah cermin suara-termodulasi tipis untuk
membawa percakapan. Pada penerima cahaya matahari termodulasi mengenai
sebuah foto-kondukting selselenium, yang merubahnya menjadi arus listrik dan
sebuah penerima telepon melengkapi sistem.
Penerobosan besar yang membawa pada teknologi komunikasi serat
optik dengan kapasitas tinggi adalah penemuan laser pada tahun 1960,
namun pada tahun tersebut kunci utama di dalam sistem serat praktis belum
ditemukannya serat optik yang efisien.
5
Universitas Sumatera Utara
Pada tahun 1970 serat dengan loss yang rendah dikembangkan dan
komunikasi serat optik menjadi praktis (serat optik yang digunakan berbentuk
silinder seperti kawat pada umumnya, terdiri dari inti serat (core) yang
dibungkus
oleh
kulit
(cladding)
dan keduanya
dilindungi
oleh
jaket
pelindung (buffer coating)). Penemuan ini terjadi hanya 100 tahun setelah
John Tyndall, seorang fisikawan Inggris, mendemonstrasikan kepada Royal
Society bahwa cahaya dapat dipandu sepanjang kurva aliran air. Dipandunya
cahaya oleh sebuah serat optik dan aliran air adalah peristiwa dari fenomena yang
sama yaitu total internal reflection.
Teknologi serat optik selalu berhadapan dengan masalah bagaimana
caranya agar lebih banyak informasi yang dapat dibawa, lebih cepat dan lebih
jauh penyampaiannya dengan
tingkat
kesalahan
yang
sekecil-kecilnya.
Informasi yang dibawa berupa sinyal digital, digunakan besaran kapasitas
transmisi diukur dalam 1 Gb.km/s [1].
2.2.
Sejarah Perkembangan Fiber Optik
Berikut adalah beberapa tahap sejarah perkembangan teknologi serat
optik [1]:
1. Generasi Petama ( mulai tahun 1970)
Sistem
masih
sederhana
dan
menjadi
dasar
bagi
sistem
generasi
berikutnya terdiri dari :
a) Encoding : Mengubah input (misal suara) menjadi sinyal listrik.
b) Transmitter : Mengubah sinyal listrik menjadi gelombang cahaya
termodulasi, berupa LED dengan panjang gelombang 0,87 µm.
6
Universitas Sumatera Utara
c) Serat Silika : Sebagai pengantar gelombang cahaya.
d) Repeater : Sebagai penguat gelombang cahaya yang melemah di jalan
e) Receiver : Mengubah gelombang cahaya termodulasi menjadi sinyal listrik,
berupa foto-detektor
f) Decoding : Mengubah sinyal listrik menjadi ouput (misal: suara)
g) Repeater bekerja dengan merubah gelombang cahaya menjadi sinyal
listrik kemudian diperkuat secara elektronik dan diubah kembali
menjadi gelombang cahaya.
h) Pada tahun 1978 dapat mencapai kapasitas transmisi 10 Gb.km/s.
2. Generasi Ke- Dua ( mulai tahun 1981)
a) Untuk mengurangi efek dispersi, ukuran inti serat diperkecil.
b) Indeks bias kulit dibuat sedekat-dekatnya dengan indeks bias inti.
c) Menggunakan dioda laser, panjang gelombang yang dipancarkan 1,3µm.
d) Kapasitas transmisi menjadi 100 Gb.km/s.
3. Generasi Ke- Tiga ( mulai tahun 1982)
a) Penyempurnaan pembuatan serat silika.
b) Pembuatan chip diode laser berpanjang gelombang 1,55 µm.
c) Kemurniaan bahan silika ditingkatkan sehingga transparansinya dapat
dibuat untuk panjang gelombang sekitar 1,2 µm sampai 1,6 µm
d) Kapasitas transmisi menjadi ratusan Gb.km/s.
7
Universitas Sumatera Utara
4. Generasi Ke- Empat ( mulai tahun 1984)
a) Dimulainya riset dan pengembangan sistem koheren, modulasinya
bukan modulasi intensitas melainkan modulasi frekuensi, sehingga
sinyal yang sudah lemah intensitasnya masih dapat dideteksi, maka
jarak yang dapat ditempuh dan kapasitas transmisinya ikut membesar.
b) Pada tahun 1984 kapasitasnya sudah dapat menyamai kapasitas sistem
deteksi langsung (modulasi intensitas).
c) Terhambat perkembangannya karena teknologi piranti sumber dan
deteksi modulasi frekuensi masih jauh tertinggal.
5. Generasi Ke- Lima ( mulai tahun 1989)
a) Dikembangkan suatu penguat optik yang menggantikan fungsi repeater
pada generasi-generasi sebelumnya.
b) Pada awal pengembangannya kapasitas transmisi hanya dicapai 400
Gb.km/s tetapi
setahun
kemudian
kapasitas
transmisinya
sudah
menembus 50.000 Gb.km/s
6. Generasi Ke- Enam
a) Pada tahun 1988 Linn F. Mollenauer mempelopori sistem komunikasi
optik soliton. Soliton adalah pulsa gelombang yang terdiri dari banyak
komponen panjang gelombang yang berbeda hanya sedikit dan juga
bervariasi dalam intensitasnya.
b) Panjang soliton hanya 10-12 detik dan dapat dibagi menjadi beberapa
komponen yang saling berdekatan, sehingga sinyal-sinyal yang berupa
soliton merupakan
informasi
yang
terdiri
dari
beberapa
saluran
sekaligus (wavelength division multiplexing).
8
Universitas Sumatera Utara
c) Eksprrimen menunnjukkan bahwa soliton minimal
m
dapaat membawaa 5 saluran
yang masing-massing membaawa informaasi dengan llaju 5 Gb/s. Kapasitas
misi yang tellah diuji menncapai 35.00
00 Gb.km/s.
transm
d) Cara kerja sistem
m soliton inni adalah efek
e
Kerr, yyaitu sinar-sinar yang
panjan
ng gelombanngnya samaa akan meram
mbat dengann laju yang berbeda di
dalam
m suatu bahaan jika intennsitasnya melebihi
m
suaatu harga batas.
b
Efek
ini kemudian diggunakan untuuk menetralisir efek disspersi, sehinggga soliton
tidak melebar padda waktu sam
mpai di penerima (receeiver). Hal ini sangat
menguuntungkan karena tinggkat kesalahaan yang ditim
mbulkannya amat kecil
bahkaan dapat diab
baikan [1][2]].
2
2.3.
Struk
ktur Dasar Serat
S
Optik
k
Sebuaah serat opptik terdiri atas core (inti), claddding (kulitt), coating
(
(pelindung),
, strengthenning fibers dan cable jacket
j
(kuliit kabel) seeperti pada
G
Gambar
2.1. Elemen daasar sebuah kabel seratt optik adalaah claddingg dan core.
C
Cahaya
yan
ng disalurk
kan merambbat pada core,
c
dimanna pola raambatannya
m
mengikuti
pola
p
cahaya masuk lalu cahaya dip
pantulkan oleeh cladding sepanjang
s
saluran
[3].
Gam
mbar 2.1. Serrat optik
9
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi dari setiap bagian pada Gambar 2.1 antara lain adalah sebagai
berikut [3]:
a. Core (inti Kabel) berfungsi untuk menyalurkan cahaya dari satu ujung ke
ujung lainnya. Core yaitu elemen pertama dari fiber optik yang merupakan
konduktor sebenarnya yaitu sebuah batang silinder terbuat dari bahan
dielektrik (bahan silika (SiO2), biasanya diberi doping dengan germanium
oksida (GeO2) atau fosfor penta oksida (P2O5) untuk menaikan indeks
biasnya) yang tidak menghantarkan listrik. Inti memiliki diameter antara
3 – 200 µm. Ketebalan dari core merupakan hal yang penting, karena
menentukan karakteristik dari kabel. Core (inti) dari fiber optik terbuat dari
material kristal kaca kelas tinggi dan indeks bias core besarnya sekitar 1,5.
b. Cladding berfungsi sebagai cermin yaitu memantulkan cahaya agar dapat
merambat ke ujung lainnya. Cladding yaitu lapisan selimut / selubung yang
dilapiskan pada core yang memiliki diameter antara 125 – 250 µm. Cladding
juga terbuat dari gelas tetapi indeks bias nya lebih kecil dari indeks bias core.
Hubungan antara kedua indeks dibuat kritis karena untuk memungkinkan
terjadinya pemantulan total dari berkas cahaya yang merambat berada
dibawah sudut kritis sewaktu dilewatkan sepanjang serat optik.
c. Coating berfungsi sebagai pelindung mekanis yang melindungi serat optik
dari kerusakan dan sebagai pengkodean warna pada serat optik. Coating yaitu
bagian pelindung lapisan inti dan selimut yang terbuat dari bahan plastik
elastis (PVC) yang berfungsi untuk melindungi fiber optik dari tekanan luar.
10
Universitas Sumatera Utara
d. Strengthening serat berfungsi sebagai serat yang menguatkan bagian dalam
kabel sehingga tidak mudah putus dan terbuat dari bahan serat kain sejenis
benang yang sangat banyak dan memiliki ketahanan yang sangat baik.
e. Jacket kabel berfungsi sebagai pelindung keseluruhan bagian dalam kabel
serat optik serta didalamnya terdapat tanda pengenal dan terbuat dari bahan
PVC.
Walaupun cahaya merambat sepanjang inti serat tanpa lapisan material
kulit, namun kulit memiliki beberapa fungsi [4]:
1. Mengurangi loss hamburan pada permukaan inti.
2. Melindungi serat dari kontaminasi penyerapan permukaan.
3. Mengurangi cahaya yang keluar (loss) dari inti ke udara sekitar.
4. Menambah kekuatan mekanis.
2.4.
Persyaratan Bahan Baku
Persyaratan bahan baku yang digunakan pada serat optik dijelaskan
sebagai berikut [1]:
a) Serat Optik : Serat optik harus terbuat dari silica berkualitas tinggi sebagai
bahan bakunya sehingga kabel
serat optik yang dihasilkan memenuhi
persyaratan yang telah ditentukan.
b) Zat Pewarna : Zat pewarna yang digunakan untuk memberi warna serat optik
harus merupakan oligomer tak jenuh, photoinisiator dan crosslinkers yang
apabila dilewatkan pada sumber lampu UV maka tinta segera mengering
secara sempurna, tahan terhadap pelarut methyl ethyl.
11
Universitas Sumatera Utara
c) Selongsong (Tube) : Serat optik harus ditempatkan dalam selongsong yang
terbuat dari bahan polybuthelene therepthalate (PBTP) yang memenuhi
ketentuan seperti pada Tabel 2.1 [1].
Tabel 2.1. Sifat Bahan Selubung
NO
SIFAT BAHAN
NILAI
SATUAN
1.
Massa jenis
> 0,927
gr / cm3
2.
Kuat tarik
> 1.450
N / cm2
3.
Batas pemuliman
> 300
%
4.
Kuat dielektrik
> 2,2 x 107
V/m
5.
Konstanta dielektrikum
< 2,82
-
6.
Kadar jelaga
2,5 ± 0,5
%
d) Kompon jelly : Untuk bahan pengisi selongsong harus menggunakan jelly dari
jenis thixotropic jelly. Bahan yang diisikan dalam kabel diluar selongsong
adalah tropical, non-dripping jelly.
e) Filler rod : Filler rod harus terbuat dari bahan plastik yang memiliki sifat
kelistrikan dan sifat thermal yang sesuai dengan bahan selongsong pita
pengikat.
f) Pilinan pita pengikat pilinan terbuat dari bahan polypropylene atau bahan
plastik yang sejenis.
g) Strength member : Strength member terbuat dari bahan carbon berkualitas
tinggi yang dipilin kawat baja atau dari baja padat yang dilapisi dengan
Medium Density Polyethylene .
12
Universitas Sumatera Utara
h) Water Blocking : Pita penahan air harus terbuat dari campuran bahan serat
polyester bertipe non konduktive.
i) Peripheral Strain Element : Elemen pelindung mekanik non metal dapat
ditambahkan pada ruang kosong diantara selongsong dan harus terbuat dari
benang polyramid seperti Kevlar 49 atau Twaron 1055.
j) Selubung Luar : Selubung luar terbuat dari bahan High Density Polyethylene.
2.5.
Jenis Kabel Pada Serat Optik
Ada dua jenis kabel pada serat optik yaitu Pipa Longgar (Loose Tube) dan
Alur (Slot).
2.5.1. Pipa Longgar (Loose Tube)
Pipa Longgar yaitu serat optik yang ditempatkan di dalam pipa longgar
(loose tube) yang terbuat dari bahan PBTP (Polybutylene Terepthalete) dan berisi
jelly. Jenis kabel dengan loose tube ditunjukan pada Gambar 2.2. Saat ini sebuah
kabel optik maksimum mempunyai kapasitas 8 loose tube dimana setiap loose
tube berisi 12 serat optik [1].
Gambar 2.2. Penampang Kabel Loose Tube
13
Universitas Sumatera Utara
Fungsi dan bagian-bagian kabel optik jenis loose tube yaitu [1]:
a. Loose tube, berbentuk tabung longgar yang terbuat dari bahan PBTP
(Polybutyleneterepthalete) yang berisi thixotropicgel dan serat optik
ditempatkan di dalamnya.
b. Konstruksi loose tube yang berbentuk longgar tersebut mempunyai tujuan
agar serat optik dapat bebas bergerak, tidak langsung mengalami tekanan atau
gesekan yang dapat merusak serat pada saat instalasi kabel optik.
c. Thixotropicgel adalah bahan semacam jelly yang berfungsi melindungi serat
dari pengaruh mekanis dan juga untuk menahan air.
d. Sebuah loose tube dapat berisi 2 sampai dengan 12 serat optik. Sebuah
kabel optik dapat berisi 6 sampai dengan 8 loose tube.
e. HDPE Sheath atau High Density Polyethylene Sheath yaitu bahan sejenis
polyethylene keras yang
digunakan sebagai kulit kabel optik berfungsi
sebagai bantalan untuk melindungi serat optik dari pengaruh mekanis pada
saat instalasi.
f. Alumunium tape atau lapisan alumunium ditempatkan di antara kulit
kabel
dan water blocking
berfungsi sebagai konduktivitas elektris dan
melindungi kabel dari pengaruh mekanis.
g. Flooding gel adalah bahan campuran petroleum, synthetic dan silicon yang
mempunyai
sifat anti air. Flooding gel merupakan bahan pengisi yang
digunakan pada kabel optik agar kabel menjadi padat.
h. PE Sheath adalah
bahan
polyethylene yang menutupi
bagian
central
strength member.
14
Universitas Sumatera Utara
i. Central strength member adalah bagian penguat yang terletak ditengah-tengah
kabel optik. Central strength member dapat merupakan: pilinan kawat baja,
atau solid steel core atau glass reinforced plastic. Central strength member
mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi yang diperlukan pada saat instalasi.
j. Peripheral strain elements terbuat dari bahan polyramid yang merupakan
elemen pelengkap optik yang diperlukan untuk menambah kekuatan kabel
optik. Polyramid mempunyai kekuatan tarik tinggi.
2.5.2. Alur (Slot)
Serat optik ditempatkan pada alur (slot) di dalam silinder yang terbuat dari
bahan PE (Polyethyiene). Pada saat di Jepang telah dibuat kabel jenis slot dengan
kapasitas 1.000 serat dan 3.000 serat. Penampang kabel optik jenis slot
ditunjukkan pada Gambar 2.3 [1].
Gambar 2.3. Penampang Kabel Optik Jenis Slot
15
Universitas Sumatera Utara
Fungsi dan bagian-bagian kabel optik jenis slot [1]:
a. Kulit kabel, terbuat dari bahan sejenis polyethylene keras, berfungsi sebagai
bantalan untuk melindungi serat optik dari pengaruh mekanis saat instalasi.
b. Aluran (slot) terbuat dari bahan polyethylene berfungsi untuk menempatkan
sejumlah serat. Untuk kabel optik jenis slot dengan kapasitas 1000 serat,
diperlukan 13 aluran (slot) dan 1 slot berisi 10 fiber ribbon dimana untuk tiap
fiber ribbon berisi 8 serat.
c. Central strength member adalah bagian penguat yang terletak ditengah-tengah
kabel optik. Central strength member terbuat dari pilinan kawat baja yang
mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi yang diperlukan pada saat instalasi.
2.6.
Jenis Serat Optik
Berdasarkan sifat dan karakteristiknya maka jenis serat optik secara garis
besar dapat dibagi menjadi 2 yaitu single mode dan multimode.
2.6.1. Single Mode
Serat optik single mode/monomode mempunyai diameter inti (core) yang
sangat kecil 3 – 10 µm, sehingga hanya satu berkas cahaya, saja yang dapat
melaluinya. Serat optik singlemode sering dipergunakan pada sistem transmisi
serat optik jarak jauh atau luar kota (long haul transmission system). Sedangkan
graded index dipergunakan untuk jaringan telekomunikasi lokal (local network).
Pada serat optik single mode terdapat empat macam tipe yang sering
digunakan berdasarkan ITU-T (International telekommunication
Union –
Telecommunication Standardization Sector) yang dahulu dikenal dengan CCITT
yaitu [2]:
16
Universitas Sumatera Utara
1.G.652 - Standar Single Mode Fiber
2.G.653 – Dispersion-shifted single mode fiber
3.G.653 – Characteristics of cut-off shifted mode fiber cable
4.G.655 – Dispertion-shifted non zero Dispertion fiber.
Untuk mendukung sistem yang mentransmisikan informasi dengan
kapasitas tinggi, pemilihan serat optik yang tepat sebagai media transmisi juga
diperhatikan. Ada dua tipe serat optik yang digunakan pada sistem DWDM, yaitu:
1. Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF)
Serat optik Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF) merupakan rekomendasiITUT seri G.652. NDSF memiliki nilai koefisien dispersi kromatik mendekati nol
di daerah panjang gelombang 1310 nm.
2. Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF)
Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF) merupakan jenis fiber yang sesuai
dengan rekomendasi ITU-T seri G.655 dengan range panjang gelombang
1255 – 1650 nm. NZDSF memiliki nilai dispersi tidak nol namun juga tidak
lebar di daerah panjang gelombang 1550 nm.
Karakteristik jenis serat optik single mode yaitu [2]:
1. Memiliki diameter core yang sangat kecil dibandingkan dengan ukuran
cladingnya.
2. Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan sumbu
serat optik.
3. Digunakan untuk data dengan bit rate tinggi.
17
Universitas Sumatera Utara
2.6.2. Multi Mode
Pada jenis serat optik ini penjalaran cahaya dari satu ujung ke ujung
lainnya terjadi dengan melalui beberapa lintasan cahaya, karena itu disebut
multimode. Diameter inti (core) sesuai dengan rekomendasi dari CCITT G.651
sebesar 50 µm dan dilapisi oleh jaket selubung (cladding) dengan diameter 125
µm. Sedangkan berdasarkan susunan indeks biasnya serat optik multi mode
memiliki dua profil yaitu graded index dan step index.
Pada serat graded index, serat optik mempunyai indeks bias cahaya yang
merupakan fungsi dari jarak terhadap sumbu/poros serat optik. Dengan demikian
cahaya yang menjalar melalui beberapa lintasan pada akhirnya akan sampai pada
ujung lainnya pada waktu yang bersamaan sedangkan pada serat optik step index
(mempunyai indeks bias cahaya sama) sinar yang menjalar pada sumbu akan
sampai pada ujung lainnya terlebih dahulu (dispersi). Hal ini dapat terjadi karena
lintasan yang melalui poros lebih pendek dibandingkan sinar yang mengalami
pemantulan pada dinding serat optik. Sebagai hasilnya terjadi pelebaran pulsa atau
dengan kata lain mengurangi lebar bidang frekuensi. Oleh karena itu secara
praktis hanya serat optik graded index saja yang dipergunakan sebagai saluran
transmisi pada serat optik multi mode.
Karakteristik jenis serat optik multi mode yaitu [2]:
1. Indeks bias core konstan.
2. Ukuran core besar (50-200 µm) dan dilapisi clading yang sangat tipis.
3. Penyambungan core lebih mudah karena memiliki core yang besar.
4. Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate yang rendah
18
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 memperlihatkan perbandingan jarak repeater antara serat optik
multi mode dan single mode [2].
Tabel 2.2. Perbandingan Jarak Repeater Antara Serat Optik Multi Mode
Dan Single Mode
Bit rate
Jarak repeater
Jarak repeater
( Mbit/dt )
multimode ( Km )
singlemode ( Km )
140
30
50
280
20
35
420
15
33
565
10
31
Untuk perbandingan jenis serat optik berdasarkan karakteristiknya yaitu
terdiri dari [3]:
1. Step Index Single Mode
Step index single mode memiliki karakteristik sebagai berikut :
a. Memiliki diameter core yang sangat kecil dibandingkan dengan ukuran
clading.
b. Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan
sumbu serat optik.
c. Digunakan untuk data dengan bit rate tinggi. Gambar 2.4 menunjukkan
gambar step index single mode [3].
Gambar 2.4. Step Index Single Mode
19
Universitas Sumatera Utara
2. Step Index Multi Mode
Step index multi mode memiliki karakteristik sebagai berikut [3]:
a. Index bias core konstan.
b. Ukuran core besar (50-200 m) dan dilapisi clading yang sangat tipis.
c. Penyambungan core lebih mudah karena memiliki core yang besar.
d. Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate yang
rendah. Gambar 2.5 memperlihatkan gambar step index multi mode [3].
Gambar 2.5. Step Index Multi Mode
3. Graded Index Multi Mode
Graded index multi mode memiliki karakteristik sebagai berikut [3]:
a. Core terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias yang
berbeda.
b. Indeks bias tertinggi terdapat pada pusat core dan turun sampai dengan
batas core dan clading.
c. Cahaya merambat karena difraksi yang tejadi pada core sehingga
rambatan cahaya sejajar dengan sumbu fiber optik.
20
Universitas Sumatera Utara
d. Masing-masing kecepatan cahaya tiap lapisan gelas berbeda, tetapi
sampainya bersamaan.
e. Harganya lebih mahal dari step index karena proses pembuatannya lebih
sulit. Gambar 2.6 menunjukan gambar graded index multi mode [3].
Gambar 2.6. Graded Index Multi Mode
2.7.
Perambatan Cahaya Kabel 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.
2.7.1. 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 [5]:
21
Universitas Sumatera Utara
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.
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” [5].
Karakteristik dari cahaya adalah sebagai berikut [5]:
1. Kecepatan cahaya tidak konstan dan bergantung pada media perambatannya.
2. Cahaya yang merambat melalui dua media yang berbeda akan mengalami
pembelokan arah (refraksi).
3. Perbandingan
kecepatan
cahaya
diruang
hampa
terhadap
kecepatan
perambatan cahaya dalam suatu media disebut indeks bias.
4. Sebagai contoh kecepatan cahaya diruang hampa 300.000 km/det, dan
kecepatan cahaya diair 230.000 km/det, maka n air adalah 1,3.
Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari “1”, bila gelombang cahaya
merambat melalui material, tidak dalam vacuum, maka kecepatannya lebih kecil
22
Universitas Sumatera Utara
dibandingkan dalam vacuum (Ruang Hampa) dapat dirumuskan melalui
Persamaan 2.1 [5].
V = c/n
atau
(2.1)
n = c/V
Dimana :
n
: Refractive Index (index of refraction) atau indeks bias (n ≥ 1).
V : Kecepatan rambat cahaya dalam material.
c
: Laju cahaya dalam ruang hampa (3 x 108 m/s).
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
global, yang mendukung sebagian besar kehidupan laut. Lebih signifikan lagi,
transmisi cahaya di air laut sangatlah penting untuk produktivitas di lautan.
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.
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 [5].
23
Universitas Sumatera Utara
2
2.7.2.
Difraaksi Cahayaa
Jika muka gelom
mbang bidanng tiba pada suatu celah sempit (lebaarnya lebih
k
kecil
dari panjang
p
geloombang), maaka gelombang ini akaan mengalam
mi lenturan
s
sehingga
teerjadi gelom
mbang-gelom
mbang setenngah lingkaaran yang melebar
m
di
b
belakang
celah tersebut. Peristiwa iini dikenal dengan
d
difraaksi. Pada Gambar
G
2.7.
t
terlihat
bahw
wa difraksi merupakan
m
ppembelokan cahaya di seekitar suatu penghalang
p
a suatu ceelah [6].
atau
Gambar 22.7. Difraksi Cahaya
2
2.7.3.
Disp
persi Cahayaa
Disppersi adalah peristiwa
p
peenguraian cahhaya polikroomarik (putiih) menjadi
c
cahaya-caha
aya monokromatik (mee, ji, ku, hi,
h bi, ni, u)
u pada prisma lewat
p
pembiasan
atau
a pembelo
okan. Hal inii membuktikkan bahwa cahaya putih terdiri dari
h
harmonisasi
berbagai cahaya
c
warnna dengan berbeda-beda
b
a panjang gelombang,
g
s
seperti
diperrlihatkan pad
da Gambar 22.8 [7].
Gambar 22.8. Dispersii Cahaya
24
Universitas Sumatera Utara
Deretan warna yang tampak pada layar disebut spektrum warna. Dispersi
cahaya terjadi karena setiap warna cahaya mempunyai indeks bias yang berbedabeda. 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 [7].
2.8.
Keuntungan Dan Kerugian Serat Optik
Keuntungan menggunakan serat optik sebagai media transmisi yaitu [8] :
1. Dapat menjangkau sampai puluhan bahkan ratusan kilometer
2. Mempunyai lebar pita frekuensi (bandwith yang lebar)
3. Tahan terhadap interferensi gelombang elektromagnetik.
4. Dapat menyalurkan informasi digital dengan kecepatan tinggi
5. Kapasitas transmisinya sangat besar.
6. Kualitasnya lebih bagus dari sistem komunikasi lainnya.
7. Material dasar kabel optik relatif lebih murah dari kabel tembaga.
Sedangkan kerugian menggunakan serat optik sebagai media transmisi
yaitu [8] :
1. Konstruksi fiber optik lemah sehingga dalam pemakaiannya diperlukan
lapisan penguat sebagai proteksi
2. Karakteristik transmisi dapat berubah bila terjadi tekanan dari luar yang lebih.
3. Tidak dapat dialiri arus listrik, sehingga tidak dapat memberikan catuan pada
pemasangan repeater.
25
Universitas Sumatera Utara
2.9.
Redaman Serat Optik
Redaman serat optik dinyatakan dengan satuan dB/km. Macam-macam
redaman serat optik adalah sebagai berikut [8] :
1. Rayleigh Scatering, yaitu redaman dari gelombang pendek yang diakibatkan
oleh struktur kaca yang tidak teratur. Struktur ini akan memindahkan sebagian
dari berkas cahaya yang seharusnya merambat langsung melalui serat optik.
2. Mikrobending terjadi akibat tekanan mekanik sewaktu proses penarikan.
3. Absorption yaitu redaman untuk panjang gelombang yang tinggi (diatas
1600 nm) yang disebabkan oleh penyerapan dari gelas.
4. Dispersi yaitu redaman yang disebabkan oleh pulsa-pulsa yang ditransmisikan
pada ujung serat optik sebagai akibat dari panjang perambatan.
2.10. Sistem Transmisi Serat Optik
Sistem Komunikasi
secara
umum
terdiri
dari
sumber optik,
pemancar sebagai sumber pengirim informasi, detektor penerima informasi,
dan media transmisi sebagai sarana untuk melewatkannya. Pengirim bertugas
untuk mengolah informasi yang akan disampaikan agar dapat dilewatkan
melalui suatu media sehingga informasi tersebut dapat sampai dan diterima
dengan baik dan benar di tujuan/penerima. Perangkat yang ada di penerima
bertugas untuk
menterjemahkan informasi kiriman tersebut sehingga maksud
dari informasi dapat dimengerti. Pada sistem komunikasi serat optik, sinyal
informasi dirubah ke signal listrik lalu dirubah lagi ke optik/cahaya. Sinyal ini
kemudian di lewatkan melalui serat optik, yang setelah sampai di penerima
nanti, cahaya tersebut dirubah kembali ke listrik dan akhirnya diterjemahkan
26
Universitas Sumatera Utara
m
menjadi
siny
yal informassi. Blok diaggram sistem komunikasi
k
serat optik ditunjukan
d
p
pada
Gambaar 2.9 [9].
Gambar
G
2.9. Blok Diagraam Sistem Komunikasi
K
Serat Optik
2
2.10.1.
Sum
mber Optik ( Light Sourrce )
Sumbber cahaya serat optik bekerja sebbagai pemanncar-pemanccar cahaya
y
yang
harus memenuhi
m
beberapa perssyaratan yanng diperlukann yaitu [3]:
a Cahaya yang dipan
a.
ncarkannya
harus bersifat monokkromatis (beerfrekuensi
tunggal).
Pada um
mumnya su
umber cahaaya tidak berfrekuensi
b
i tunggal, melainkan
memanccarkan cahayya pada beeberapa frekkuensi. Bebberapa sumbber cahaya
seperti laampu-lampuu ionisasi gass, dioda-diodda yang mem
mancarkan cahaya,
c
dan
laser diooda memanncarkan cahaaya dalam bagian spekktrum frekuuensi yang
sempit. Namun, sumber-sumb
s
ber ini pu
un tidak bersifat
b
mon
nokromatis
sepenuhn
nya karena masih jugaa memancarr pada bebeerapa frekueensi dalam
bagian sp
pektrum yanng sempit terrsebut.
b Intensitaas Cahaya Yaang Tinggi
b.
Pemancaar-pemancarr tersebut daapat memanccarkan cahayya berintenssitas tinggi,
sehinggaa dapat dipaancarkan ennergi yang cukup untuuk mengatassi rugi-rugi
yang dijuumpai pada transmisi sepanjang seraat optik.
c Sumber--sumber cahaaya harus mampu untuk dimodulasi dengan muddah
c.
d Minimny
d.
ya Rugi-Ruggi
27
Universitas Sumatera Utara
Pemancar-pemancar
cahaya
tersebut
harus
berukuran
kecil,
ringkas
dan dapat dengan mudah digandengkan dengan serat-serat optik sehingga
tidak terjadi rugi-rugi penggandengan yang berlebihan.
e. Pembuatannya Ekonomis
Biaya pembuatan, pemasangan, dan peletakannya tidak mahal atau bersifat
ekonomis.
Sumber optik pada sistem transmisi fiber optik berfungsi sebagai
pengubah besaran sinyal listrik / elektris menjadi sinyal cahaya (E/O converter).
Pemilihan dari sumber cahaya yang akan digunakan bergantung pada bit rate data
yang akan ditransmisikan.Tedapat dua jenis light source yaitu LED dan Dioda
laser.
1. LED (Light Emitting Diode)
LED merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya karena
mekanisme emisi spontan. Terdapat dua jenis LED yaitu surface emitting led dan
edge emitting led. Edge emitting led memiliki efisiensi coupling ke fiber optik
yang lebih tinggi. LED mengubah besaran arus menjadi besaran intensitas cahaya
dan karakteristik arus/daya pancar optik memiliki fungsi yang linear. Cahaya yang
dipancarkan LED bersifat tidak koheren yang akan menyebabkan dispersi
chromatic sehingga LED hanya cocok untuk transmisi data dengan bit rate rendah
sampai sedang. Daya keluaran optik LED adalah -33 dBm s/d -10 dBm. LED
memiliki lebar spektral (spectral width) 30-50 nm pada panjang gelombang 850
nm dan 50-150 nm pada panjang gelombang 1300 nm.
Proses modulasi yang diterapkan pada LED adalah modulasi intensitas.
Pulsa-pulsa listrik (diwakili dengan kondisi ada arus/tidak ada arus) secara
28
Universitas Sumatera Utara
langsung diubah menjadi pulsa-pulsa optik/ cahaya (diwakili dengan ada/tidaknya
pancaran cahaya).
2. Dioda Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) adalah
sumber gelombang elektromagnetik koheren yang memancarkan gelombang pada
frekuensi infra merah dan cahaya tampak. Koheren dalam hal ini adalah
berfrekuensi tunggal, seface, dan terpolarisasi.
Dioda Laser (mempunyai berbagai kelebihan dibandingkan dengan LED
antara lain [3]:
1. Efisiensi kopling dioda laser injeksi lebih besar sehingga kebutuhan
pengulang untuk komunikasi jarak jauh lebih sedikit.
2. Daya keluaran dioda laser injeksi lebih tinggi sehingga cocok untuk
komunikasi jarak jauh.
3. Lebar bidang cahaya keluaran sangat sempit sehingga cahaya lebih koheren.
4. Tanggapan waktunya lebih cepat sehingga pesat modulasinya lebih tinggi.
Dioda laser merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya
karena mekanisme pancaran/emisi terstimulasi (stimulated emmision). Cahaya
yang dipancarkan oleh dioda laser bersifat koheren. dioda laser memiliki lebar
spektral yang lebih sempit (s/d 1 nm) jika dibandingkan dengan LED sehingga
dispersi chromatic dapat ditekan. Diode laser diterapkan untuk transmisi data
dengan bit rate tinggi. Daya keluaran optik dari dioda laser adalah -12 s/d +3
dBm. Karakteristik arus kemudi daya optik dioda laser tidak linear. Kinerja
(keluaran daya optik, panjang gelombang, umur) dari dioda laser sangat
dipengaruhi oleh temperatur operasi.
29
Universitas Sumatera Utara
Efek laser ( light amplification by simulated emission of radiation ) telah
diperoleh dengan menggunakan bermacam-macam jenis bahan yang berbeda,
termasuk gas, cairan-cairan, dan benda-benda padat. Jenis laser yang digunakan
untuk komunikasi fiber optik ialah laser semikonduktor. Laser semikonduktor
adalah suatu jenis laser padat yang khusus, dimana kerja laser terjadi di dalam
sambungan dioda semikonduktor dari jenis yang sama seperti yang dipakai untuk
LED. Bila arus dibiarkan melalui suatu sambungan dioda, cahaya akan
dipancarkan dengan emisi spontan pada suatu frekuensi atau panjang gelombang,
yang ditentukan oleh celah jalur energi dari bahan semikonduktor tersebut [3].
2.10.2. Transmitter Optik
Transmitter
berfungsi
mengubah
sinyal
elektris
menjadi
sinyal
optik/cahaya. Ada dua jenis pemancar optik yang sering digunakan pada sistem
transmisi serat optik yaitu Light Emitting Diode (LED) dan SemiconductorLaser
Diode (LD). Transmitter terdiri atas sumber cahaya seperti diperlihatkan pada
Gambar 2.10 [3].
Gambar 2.10. Skema Pemancar Sistem Optik
2.10.3. Kabel Serat Optik
Beberapa karakteristik kabel serat optik yaitu [3]:
1. Berupa selubung serat optik gelas dengan ukuran yang sangat kecil, dengan
diameter 5 mikrometer s/d 250 mikrometer
2. Terbuat dari material kelas tinggi yang bebas air
3. Berfungsi memandu cahaya/jalan cahaya dari pengirim ke penerima.
30
Universitas Sumatera Utara
2.10.4. Receiver Optik
Receiver optik adalah perangkat yang bertugas untuk mengubah sinyal
optik menjadi informasi di penerima. Receiver ini langsung mengubah pulsa optik
mejadi pulsa elektrik secara langsung, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.11 [3].
Gambar 2.11. Skema Penerima Sistem Optik
Untuk keperluan deteksi sinyal multi Gbps, meningkatnya noise
bandwidth akan membatasi sensitivitas receiver. Untuk meningkatkan sensitivitas
receiver, dapat digunakan Avalanche Photo Diode (APD) dan forward error
correction. Avalanche Photo Diode dapat meningkatkan sensitivitas receiver
hingga 10 dB sedangkan forward error correction dapat meningkatkan
sensitivitas receiver hingga 4 dB lebih [3].
2.11. Prinsip Kerja Transmisi Pada Serat Optik
Berbeda dengan sistem transmisi yang menggunakan gelombang
elektromagnetik, pada sistem transmisi serat optik yang bertugas membawa sinyal
informasi adalah gelombang cahaya. Berikut ini adalah proses yang terjadi pada
sistem transmisi serat optik dengan sinyal yang ditransmisikan berupa sinyal
suara.
Pertama-tama mikrofon mengubah sinyal suara menjadi sinyal listrik.
Sinyal listrik ini kemudian dibawa oleh gelombang cahaya melalui serat optik
dari pengirim (transmitter) menuju alat penerima (receiver) yang terletak pada
31
Universitas Sumatera Utara
ujung lain dari serat. Sinyal listrik termodulasi diubah menjadi gelombang cahaya
pada transmitter dan kemudian diubah kembali menjadi sinyal listrik pada
receiver. Pada receiver sinyal listrik diubah menjadi gelombang suara.
Tugas untuk mengubah sinyal listrik ke gelombang cahaya atau sebaliknya
dapat dilakukan dengan menggunakan komponen elektronik yang dikenal dengan
nama optoelectronic pada setiap ujung serat optik.
Prinsip kerja transmisi pada serat optik dapat dilihat dengan blok diagram
yang ditunjukkan pada Gambar 2.12 [10].
Gambar 2.12. Blok Diagram Prinsip Kerja Transmisi Pada Serat Optik
Berikut ini penjelasan dari blok diagram prinsip kerja transmisi pada serat
optik yaitu [10]:
1. Pada arah kirim, input sinyal yang berasal dari perangkat multiplex digital
akan diteruskan ke rangkaian elektronik untuk menjalani perbaikan
karakteristik dan mengubah kode sinyal yang masuk tersebut menjadi binary.
2. Selanjutnya sinyal binary tersebut diteruskan ke rangkaian sumber optik,
dimana dalam rangkaian ini sinyal binary dengan daya listrik akan diubah
menjadi sinyal dengan daya optik.
32
Universitas Sumatera Utara
3. Dari sumber optik, kemudian sinyal akan diteruskan ke detektor optik melalui
kabel serat optik.
4. Pada arah terima, sinyal dengan daya optik yang diterima dari sumber optik
melalui kabel serat optik akan diubah menjadi sinyal dengan daya listrik.
5. Selanjutnya sinyal dengan daya listrik tersebut diteruskan ke rangkaian
elektronik untuk didekodekan kembali ke sinyal.
6. Dari rangkaian elektronik, sinyal tersebut diteruskan ke demultipleks digital.
Dalam perjalanan dari transmiter menuju ke receiver akan terjadi
redaman/rugi cahaya di sepanjang kabel serat optik dan konektor-konektornya.
Oleh sebab itu, bila jarak antara transmiter dan receiver ini terlalu jauh akan
diperlukan sebuah atau beberapa perangkat pengulang (regenerative repeater)
yang bertugas untuk memperkuat gelombang cahaya yang telah mengalami
redaman [10].
33
Universitas Sumatera Utara
SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK
2.1.
Umum
Serat optik adalah saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik
yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke
tempat lain. Cahaya yang ada di dalam serat optik sulit keluar karena indeks bias
dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara. Kecepatan transmisi serat
optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai media transmisi.
Serat optik umumnya digunakan dalam sistem telekomunikasi
serta dalam
pencahayaan, sensor, dan optik pencitraan. Efisiensi dari serat optik ditentukan
oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas. Semakin murni bahan gelas, semakin
sedikit cahaya yang diserap oleh serat optik.
Pada tahun 1880 Alexander Graham Bell menciptakan sebuah sistem
komunikasi cahaya yang disebut photo-phone dengan menggunakan cahaya
matahari yang dipantulkan dari sebuah cermin suara-termodulasi tipis untuk
membawa percakapan. Pada penerima cahaya matahari termodulasi mengenai
sebuah foto-kondukting selselenium, yang merubahnya menjadi arus listrik dan
sebuah penerima telepon melengkapi sistem.
Penerobosan besar yang membawa pada teknologi komunikasi serat
optik dengan kapasitas tinggi adalah penemuan laser pada tahun 1960,
namun pada tahun tersebut kunci utama di dalam sistem serat praktis belum
ditemukannya serat optik yang efisien.
5
Universitas Sumatera Utara
Pada tahun 1970 serat dengan loss yang rendah dikembangkan dan
komunikasi serat optik menjadi praktis (serat optik yang digunakan berbentuk
silinder seperti kawat pada umumnya, terdiri dari inti serat (core) yang
dibungkus
oleh
kulit
(cladding)
dan keduanya
dilindungi
oleh
jaket
pelindung (buffer coating)). Penemuan ini terjadi hanya 100 tahun setelah
John Tyndall, seorang fisikawan Inggris, mendemonstrasikan kepada Royal
Society bahwa cahaya dapat dipandu sepanjang kurva aliran air. Dipandunya
cahaya oleh sebuah serat optik dan aliran air adalah peristiwa dari fenomena yang
sama yaitu total internal reflection.
Teknologi serat optik selalu berhadapan dengan masalah bagaimana
caranya agar lebih banyak informasi yang dapat dibawa, lebih cepat dan lebih
jauh penyampaiannya dengan
tingkat
kesalahan
yang
sekecil-kecilnya.
Informasi yang dibawa berupa sinyal digital, digunakan besaran kapasitas
transmisi diukur dalam 1 Gb.km/s [1].
2.2.
Sejarah Perkembangan Fiber Optik
Berikut adalah beberapa tahap sejarah perkembangan teknologi serat
optik [1]:
1. Generasi Petama ( mulai tahun 1970)
Sistem
masih
sederhana
dan
menjadi
dasar
bagi
sistem
generasi
berikutnya terdiri dari :
a) Encoding : Mengubah input (misal suara) menjadi sinyal listrik.
b) Transmitter : Mengubah sinyal listrik menjadi gelombang cahaya
termodulasi, berupa LED dengan panjang gelombang 0,87 µm.
6
Universitas Sumatera Utara
c) Serat Silika : Sebagai pengantar gelombang cahaya.
d) Repeater : Sebagai penguat gelombang cahaya yang melemah di jalan
e) Receiver : Mengubah gelombang cahaya termodulasi menjadi sinyal listrik,
berupa foto-detektor
f) Decoding : Mengubah sinyal listrik menjadi ouput (misal: suara)
g) Repeater bekerja dengan merubah gelombang cahaya menjadi sinyal
listrik kemudian diperkuat secara elektronik dan diubah kembali
menjadi gelombang cahaya.
h) Pada tahun 1978 dapat mencapai kapasitas transmisi 10 Gb.km/s.
2. Generasi Ke- Dua ( mulai tahun 1981)
a) Untuk mengurangi efek dispersi, ukuran inti serat diperkecil.
b) Indeks bias kulit dibuat sedekat-dekatnya dengan indeks bias inti.
c) Menggunakan dioda laser, panjang gelombang yang dipancarkan 1,3µm.
d) Kapasitas transmisi menjadi 100 Gb.km/s.
3. Generasi Ke- Tiga ( mulai tahun 1982)
a) Penyempurnaan pembuatan serat silika.
b) Pembuatan chip diode laser berpanjang gelombang 1,55 µm.
c) Kemurniaan bahan silika ditingkatkan sehingga transparansinya dapat
dibuat untuk panjang gelombang sekitar 1,2 µm sampai 1,6 µm
d) Kapasitas transmisi menjadi ratusan Gb.km/s.
7
Universitas Sumatera Utara
4. Generasi Ke- Empat ( mulai tahun 1984)
a) Dimulainya riset dan pengembangan sistem koheren, modulasinya
bukan modulasi intensitas melainkan modulasi frekuensi, sehingga
sinyal yang sudah lemah intensitasnya masih dapat dideteksi, maka
jarak yang dapat ditempuh dan kapasitas transmisinya ikut membesar.
b) Pada tahun 1984 kapasitasnya sudah dapat menyamai kapasitas sistem
deteksi langsung (modulasi intensitas).
c) Terhambat perkembangannya karena teknologi piranti sumber dan
deteksi modulasi frekuensi masih jauh tertinggal.
5. Generasi Ke- Lima ( mulai tahun 1989)
a) Dikembangkan suatu penguat optik yang menggantikan fungsi repeater
pada generasi-generasi sebelumnya.
b) Pada awal pengembangannya kapasitas transmisi hanya dicapai 400
Gb.km/s tetapi
setahun
kemudian
kapasitas
transmisinya
sudah
menembus 50.000 Gb.km/s
6. Generasi Ke- Enam
a) Pada tahun 1988 Linn F. Mollenauer mempelopori sistem komunikasi
optik soliton. Soliton adalah pulsa gelombang yang terdiri dari banyak
komponen panjang gelombang yang berbeda hanya sedikit dan juga
bervariasi dalam intensitasnya.
b) Panjang soliton hanya 10-12 detik dan dapat dibagi menjadi beberapa
komponen yang saling berdekatan, sehingga sinyal-sinyal yang berupa
soliton merupakan
informasi
yang
terdiri
dari
beberapa
saluran
sekaligus (wavelength division multiplexing).
8
Universitas Sumatera Utara
c) Eksprrimen menunnjukkan bahwa soliton minimal
m
dapaat membawaa 5 saluran
yang masing-massing membaawa informaasi dengan llaju 5 Gb/s. Kapasitas
misi yang tellah diuji menncapai 35.00
00 Gb.km/s.
transm
d) Cara kerja sistem
m soliton inni adalah efek
e
Kerr, yyaitu sinar-sinar yang
panjan
ng gelombanngnya samaa akan meram
mbat dengann laju yang berbeda di
dalam
m suatu bahaan jika intennsitasnya melebihi
m
suaatu harga batas.
b
Efek
ini kemudian diggunakan untuuk menetralisir efek disspersi, sehinggga soliton
tidak melebar padda waktu sam
mpai di penerima (receeiver). Hal ini sangat
menguuntungkan karena tinggkat kesalahaan yang ditim
mbulkannya amat kecil
bahkaan dapat diab
baikan [1][2]].
2
2.3.
Struk
ktur Dasar Serat
S
Optik
k
Sebuaah serat opptik terdiri atas core (inti), claddding (kulitt), coating
(
(pelindung),
, strengthenning fibers dan cable jacket
j
(kuliit kabel) seeperti pada
G
Gambar
2.1. Elemen daasar sebuah kabel seratt optik adalaah claddingg dan core.
C
Cahaya
yan
ng disalurk
kan merambbat pada core,
c
dimanna pola raambatannya
m
mengikuti
pola
p
cahaya masuk lalu cahaya dip
pantulkan oleeh cladding sepanjang
s
saluran
[3].
Gam
mbar 2.1. Serrat optik
9
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi dari setiap bagian pada Gambar 2.1 antara lain adalah sebagai
berikut [3]:
a. Core (inti Kabel) berfungsi untuk menyalurkan cahaya dari satu ujung ke
ujung lainnya. Core yaitu elemen pertama dari fiber optik yang merupakan
konduktor sebenarnya yaitu sebuah batang silinder terbuat dari bahan
dielektrik (bahan silika (SiO2), biasanya diberi doping dengan germanium
oksida (GeO2) atau fosfor penta oksida (P2O5) untuk menaikan indeks
biasnya) yang tidak menghantarkan listrik. Inti memiliki diameter antara
3 – 200 µm. Ketebalan dari core merupakan hal yang penting, karena
menentukan karakteristik dari kabel. Core (inti) dari fiber optik terbuat dari
material kristal kaca kelas tinggi dan indeks bias core besarnya sekitar 1,5.
b. Cladding berfungsi sebagai cermin yaitu memantulkan cahaya agar dapat
merambat ke ujung lainnya. Cladding yaitu lapisan selimut / selubung yang
dilapiskan pada core yang memiliki diameter antara 125 – 250 µm. Cladding
juga terbuat dari gelas tetapi indeks bias nya lebih kecil dari indeks bias core.
Hubungan antara kedua indeks dibuat kritis karena untuk memungkinkan
terjadinya pemantulan total dari berkas cahaya yang merambat berada
dibawah sudut kritis sewaktu dilewatkan sepanjang serat optik.
c. Coating berfungsi sebagai pelindung mekanis yang melindungi serat optik
dari kerusakan dan sebagai pengkodean warna pada serat optik. Coating yaitu
bagian pelindung lapisan inti dan selimut yang terbuat dari bahan plastik
elastis (PVC) yang berfungsi untuk melindungi fiber optik dari tekanan luar.
10
Universitas Sumatera Utara
d. Strengthening serat berfungsi sebagai serat yang menguatkan bagian dalam
kabel sehingga tidak mudah putus dan terbuat dari bahan serat kain sejenis
benang yang sangat banyak dan memiliki ketahanan yang sangat baik.
e. Jacket kabel berfungsi sebagai pelindung keseluruhan bagian dalam kabel
serat optik serta didalamnya terdapat tanda pengenal dan terbuat dari bahan
PVC.
Walaupun cahaya merambat sepanjang inti serat tanpa lapisan material
kulit, namun kulit memiliki beberapa fungsi [4]:
1. Mengurangi loss hamburan pada permukaan inti.
2. Melindungi serat dari kontaminasi penyerapan permukaan.
3. Mengurangi cahaya yang keluar (loss) dari inti ke udara sekitar.
4. Menambah kekuatan mekanis.
2.4.
Persyaratan Bahan Baku
Persyaratan bahan baku yang digunakan pada serat optik dijelaskan
sebagai berikut [1]:
a) Serat Optik : Serat optik harus terbuat dari silica berkualitas tinggi sebagai
bahan bakunya sehingga kabel
serat optik yang dihasilkan memenuhi
persyaratan yang telah ditentukan.
b) Zat Pewarna : Zat pewarna yang digunakan untuk memberi warna serat optik
harus merupakan oligomer tak jenuh, photoinisiator dan crosslinkers yang
apabila dilewatkan pada sumber lampu UV maka tinta segera mengering
secara sempurna, tahan terhadap pelarut methyl ethyl.
11
Universitas Sumatera Utara
c) Selongsong (Tube) : Serat optik harus ditempatkan dalam selongsong yang
terbuat dari bahan polybuthelene therepthalate (PBTP) yang memenuhi
ketentuan seperti pada Tabel 2.1 [1].
Tabel 2.1. Sifat Bahan Selubung
NO
SIFAT BAHAN
NILAI
SATUAN
1.
Massa jenis
> 0,927
gr / cm3
2.
Kuat tarik
> 1.450
N / cm2
3.
Batas pemuliman
> 300
%
4.
Kuat dielektrik
> 2,2 x 107
V/m
5.
Konstanta dielektrikum
< 2,82
-
6.
Kadar jelaga
2,5 ± 0,5
%
d) Kompon jelly : Untuk bahan pengisi selongsong harus menggunakan jelly dari
jenis thixotropic jelly. Bahan yang diisikan dalam kabel diluar selongsong
adalah tropical, non-dripping jelly.
e) Filler rod : Filler rod harus terbuat dari bahan plastik yang memiliki sifat
kelistrikan dan sifat thermal yang sesuai dengan bahan selongsong pita
pengikat.
f) Pilinan pita pengikat pilinan terbuat dari bahan polypropylene atau bahan
plastik yang sejenis.
g) Strength member : Strength member terbuat dari bahan carbon berkualitas
tinggi yang dipilin kawat baja atau dari baja padat yang dilapisi dengan
Medium Density Polyethylene .
12
Universitas Sumatera Utara
h) Water Blocking : Pita penahan air harus terbuat dari campuran bahan serat
polyester bertipe non konduktive.
i) Peripheral Strain Element : Elemen pelindung mekanik non metal dapat
ditambahkan pada ruang kosong diantara selongsong dan harus terbuat dari
benang polyramid seperti Kevlar 49 atau Twaron 1055.
j) Selubung Luar : Selubung luar terbuat dari bahan High Density Polyethylene.
2.5.
Jenis Kabel Pada Serat Optik
Ada dua jenis kabel pada serat optik yaitu Pipa Longgar (Loose Tube) dan
Alur (Slot).
2.5.1. Pipa Longgar (Loose Tube)
Pipa Longgar yaitu serat optik yang ditempatkan di dalam pipa longgar
(loose tube) yang terbuat dari bahan PBTP (Polybutylene Terepthalete) dan berisi
jelly. Jenis kabel dengan loose tube ditunjukan pada Gambar 2.2. Saat ini sebuah
kabel optik maksimum mempunyai kapasitas 8 loose tube dimana setiap loose
tube berisi 12 serat optik [1].
Gambar 2.2. Penampang Kabel Loose Tube
13
Universitas Sumatera Utara
Fungsi dan bagian-bagian kabel optik jenis loose tube yaitu [1]:
a. Loose tube, berbentuk tabung longgar yang terbuat dari bahan PBTP
(Polybutyleneterepthalete) yang berisi thixotropicgel dan serat optik
ditempatkan di dalamnya.
b. Konstruksi loose tube yang berbentuk longgar tersebut mempunyai tujuan
agar serat optik dapat bebas bergerak, tidak langsung mengalami tekanan atau
gesekan yang dapat merusak serat pada saat instalasi kabel optik.
c. Thixotropicgel adalah bahan semacam jelly yang berfungsi melindungi serat
dari pengaruh mekanis dan juga untuk menahan air.
d. Sebuah loose tube dapat berisi 2 sampai dengan 12 serat optik. Sebuah
kabel optik dapat berisi 6 sampai dengan 8 loose tube.
e. HDPE Sheath atau High Density Polyethylene Sheath yaitu bahan sejenis
polyethylene keras yang
digunakan sebagai kulit kabel optik berfungsi
sebagai bantalan untuk melindungi serat optik dari pengaruh mekanis pada
saat instalasi.
f. Alumunium tape atau lapisan alumunium ditempatkan di antara kulit
kabel
dan water blocking
berfungsi sebagai konduktivitas elektris dan
melindungi kabel dari pengaruh mekanis.
g. Flooding gel adalah bahan campuran petroleum, synthetic dan silicon yang
mempunyai
sifat anti air. Flooding gel merupakan bahan pengisi yang
digunakan pada kabel optik agar kabel menjadi padat.
h. PE Sheath adalah
bahan
polyethylene yang menutupi
bagian
central
strength member.
14
Universitas Sumatera Utara
i. Central strength member adalah bagian penguat yang terletak ditengah-tengah
kabel optik. Central strength member dapat merupakan: pilinan kawat baja,
atau solid steel core atau glass reinforced plastic. Central strength member
mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi yang diperlukan pada saat instalasi.
j. Peripheral strain elements terbuat dari bahan polyramid yang merupakan
elemen pelengkap optik yang diperlukan untuk menambah kekuatan kabel
optik. Polyramid mempunyai kekuatan tarik tinggi.
2.5.2. Alur (Slot)
Serat optik ditempatkan pada alur (slot) di dalam silinder yang terbuat dari
bahan PE (Polyethyiene). Pada saat di Jepang telah dibuat kabel jenis slot dengan
kapasitas 1.000 serat dan 3.000 serat. Penampang kabel optik jenis slot
ditunjukkan pada Gambar 2.3 [1].
Gambar 2.3. Penampang Kabel Optik Jenis Slot
15
Universitas Sumatera Utara
Fungsi dan bagian-bagian kabel optik jenis slot [1]:
a. Kulit kabel, terbuat dari bahan sejenis polyethylene keras, berfungsi sebagai
bantalan untuk melindungi serat optik dari pengaruh mekanis saat instalasi.
b. Aluran (slot) terbuat dari bahan polyethylene berfungsi untuk menempatkan
sejumlah serat. Untuk kabel optik jenis slot dengan kapasitas 1000 serat,
diperlukan 13 aluran (slot) dan 1 slot berisi 10 fiber ribbon dimana untuk tiap
fiber ribbon berisi 8 serat.
c. Central strength member adalah bagian penguat yang terletak ditengah-tengah
kabel optik. Central strength member terbuat dari pilinan kawat baja yang
mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi yang diperlukan pada saat instalasi.
2.6.
Jenis Serat Optik
Berdasarkan sifat dan karakteristiknya maka jenis serat optik secara garis
besar dapat dibagi menjadi 2 yaitu single mode dan multimode.
2.6.1. Single Mode
Serat optik single mode/monomode mempunyai diameter inti (core) yang
sangat kecil 3 – 10 µm, sehingga hanya satu berkas cahaya, saja yang dapat
melaluinya. Serat optik singlemode sering dipergunakan pada sistem transmisi
serat optik jarak jauh atau luar kota (long haul transmission system). Sedangkan
graded index dipergunakan untuk jaringan telekomunikasi lokal (local network).
Pada serat optik single mode terdapat empat macam tipe yang sering
digunakan berdasarkan ITU-T (International telekommunication
Union –
Telecommunication Standardization Sector) yang dahulu dikenal dengan CCITT
yaitu [2]:
16
Universitas Sumatera Utara
1.G.652 - Standar Single Mode Fiber
2.G.653 – Dispersion-shifted single mode fiber
3.G.653 – Characteristics of cut-off shifted mode fiber cable
4.G.655 – Dispertion-shifted non zero Dispertion fiber.
Untuk mendukung sistem yang mentransmisikan informasi dengan
kapasitas tinggi, pemilihan serat optik yang tepat sebagai media transmisi juga
diperhatikan. Ada dua tipe serat optik yang digunakan pada sistem DWDM, yaitu:
1. Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF)
Serat optik Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF) merupakan rekomendasiITUT seri G.652. NDSF memiliki nilai koefisien dispersi kromatik mendekati nol
di daerah panjang gelombang 1310 nm.
2. Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF)
Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF) merupakan jenis fiber yang sesuai
dengan rekomendasi ITU-T seri G.655 dengan range panjang gelombang
1255 – 1650 nm. NZDSF memiliki nilai dispersi tidak nol namun juga tidak
lebar di daerah panjang gelombang 1550 nm.
Karakteristik jenis serat optik single mode yaitu [2]:
1. Memiliki diameter core yang sangat kecil dibandingkan dengan ukuran
cladingnya.
2. Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan sumbu
serat optik.
3. Digunakan untuk data dengan bit rate tinggi.
17
Universitas Sumatera Utara
2.6.2. Multi Mode
Pada jenis serat optik ini penjalaran cahaya dari satu ujung ke ujung
lainnya terjadi dengan melalui beberapa lintasan cahaya, karena itu disebut
multimode. Diameter inti (core) sesuai dengan rekomendasi dari CCITT G.651
sebesar 50 µm dan dilapisi oleh jaket selubung (cladding) dengan diameter 125
µm. Sedangkan berdasarkan susunan indeks biasnya serat optik multi mode
memiliki dua profil yaitu graded index dan step index.
Pada serat graded index, serat optik mempunyai indeks bias cahaya yang
merupakan fungsi dari jarak terhadap sumbu/poros serat optik. Dengan demikian
cahaya yang menjalar melalui beberapa lintasan pada akhirnya akan sampai pada
ujung lainnya pada waktu yang bersamaan sedangkan pada serat optik step index
(mempunyai indeks bias cahaya sama) sinar yang menjalar pada sumbu akan
sampai pada ujung lainnya terlebih dahulu (dispersi). Hal ini dapat terjadi karena
lintasan yang melalui poros lebih pendek dibandingkan sinar yang mengalami
pemantulan pada dinding serat optik. Sebagai hasilnya terjadi pelebaran pulsa atau
dengan kata lain mengurangi lebar bidang frekuensi. Oleh karena itu secara
praktis hanya serat optik graded index saja yang dipergunakan sebagai saluran
transmisi pada serat optik multi mode.
Karakteristik jenis serat optik multi mode yaitu [2]:
1. Indeks bias core konstan.
2. Ukuran core besar (50-200 µm) dan dilapisi clading yang sangat tipis.
3. Penyambungan core lebih mudah karena memiliki core yang besar.
4. Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate yang rendah
18
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 memperlihatkan perbandingan jarak repeater antara serat optik
multi mode dan single mode [2].
Tabel 2.2. Perbandingan Jarak Repeater Antara Serat Optik Multi Mode
Dan Single Mode
Bit rate
Jarak repeater
Jarak repeater
( Mbit/dt )
multimode ( Km )
singlemode ( Km )
140
30
50
280
20
35
420
15
33
565
10
31
Untuk perbandingan jenis serat optik berdasarkan karakteristiknya yaitu
terdiri dari [3]:
1. Step Index Single Mode
Step index single mode memiliki karakteristik sebagai berikut :
a. Memiliki diameter core yang sangat kecil dibandingkan dengan ukuran
clading.
b. Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan
sumbu serat optik.
c. Digunakan untuk data dengan bit rate tinggi. Gambar 2.4 menunjukkan
gambar step index single mode [3].
Gambar 2.4. Step Index Single Mode
19
Universitas Sumatera Utara
2. Step Index Multi Mode
Step index multi mode memiliki karakteristik sebagai berikut [3]:
a. Index bias core konstan.
b. Ukuran core besar (50-200 m) dan dilapisi clading yang sangat tipis.
c. Penyambungan core lebih mudah karena memiliki core yang besar.
d. Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate yang
rendah. Gambar 2.5 memperlihatkan gambar step index multi mode [3].
Gambar 2.5. Step Index Multi Mode
3. Graded Index Multi Mode
Graded index multi mode memiliki karakteristik sebagai berikut [3]:
a. Core terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias yang
berbeda.
b. Indeks bias tertinggi terdapat pada pusat core dan turun sampai dengan
batas core dan clading.
c. Cahaya merambat karena difraksi yang tejadi pada core sehingga
rambatan cahaya sejajar dengan sumbu fiber optik.
20
Universitas Sumatera Utara
d. Masing-masing kecepatan cahaya tiap lapisan gelas berbeda, tetapi
sampainya bersamaan.
e. Harganya lebih mahal dari step index karena proses pembuatannya lebih
sulit. Gambar 2.6 menunjukan gambar graded index multi mode [3].
Gambar 2.6. Graded Index Multi Mode
2.7.
Perambatan Cahaya Kabel 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.
2.7.1. 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 [5]:
21
Universitas Sumatera Utara
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.
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” [5].
Karakteristik dari cahaya adalah sebagai berikut [5]:
1. Kecepatan cahaya tidak konstan dan bergantung pada media perambatannya.
2. Cahaya yang merambat melalui dua media yang berbeda akan mengalami
pembelokan arah (refraksi).
3. Perbandingan
kecepatan
cahaya
diruang
hampa
terhadap
kecepatan
perambatan cahaya dalam suatu media disebut indeks bias.
4. Sebagai contoh kecepatan cahaya diruang hampa 300.000 km/det, dan
kecepatan cahaya diair 230.000 km/det, maka n air adalah 1,3.
Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari “1”, bila gelombang cahaya
merambat melalui material, tidak dalam vacuum, maka kecepatannya lebih kecil
22
Universitas Sumatera Utara
dibandingkan dalam vacuum (Ruang Hampa) dapat dirumuskan melalui
Persamaan 2.1 [5].
V = c/n
atau
(2.1)
n = c/V
Dimana :
n
: Refractive Index (index of refraction) atau indeks bias (n ≥ 1).
V : Kecepatan rambat cahaya dalam material.
c
: Laju cahaya dalam ruang hampa (3 x 108 m/s).
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
global, yang mendukung sebagian besar kehidupan laut. Lebih signifikan lagi,
transmisi cahaya di air laut sangatlah penting untuk produktivitas di lautan.
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.
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 [5].
23
Universitas Sumatera Utara
2
2.7.2.
Difraaksi Cahayaa
Jika muka gelom
mbang bidanng tiba pada suatu celah sempit (lebaarnya lebih
k
kecil
dari panjang
p
geloombang), maaka gelombang ini akaan mengalam
mi lenturan
s
sehingga
teerjadi gelom
mbang-gelom
mbang setenngah lingkaaran yang melebar
m
di
b
belakang
celah tersebut. Peristiwa iini dikenal dengan
d
difraaksi. Pada Gambar
G
2.7.
t
terlihat
bahw
wa difraksi merupakan
m
ppembelokan cahaya di seekitar suatu penghalang
p
a suatu ceelah [6].
atau
Gambar 22.7. Difraksi Cahaya
2
2.7.3.
Disp
persi Cahayaa
Disppersi adalah peristiwa
p
peenguraian cahhaya polikroomarik (putiih) menjadi
c
cahaya-caha
aya monokromatik (mee, ji, ku, hi,
h bi, ni, u)
u pada prisma lewat
p
pembiasan
atau
a pembelo
okan. Hal inii membuktikkan bahwa cahaya putih terdiri dari
h
harmonisasi
berbagai cahaya
c
warnna dengan berbeda-beda
b
a panjang gelombang,
g
s
seperti
diperrlihatkan pad
da Gambar 22.8 [7].
Gambar 22.8. Dispersii Cahaya
24
Universitas Sumatera Utara
Deretan warna yang tampak pada layar disebut spektrum warna. Dispersi
cahaya terjadi karena setiap warna cahaya mempunyai indeks bias yang berbedabeda. 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 [7].
2.8.
Keuntungan Dan Kerugian Serat Optik
Keuntungan menggunakan serat optik sebagai media transmisi yaitu [8] :
1. Dapat menjangkau sampai puluhan bahkan ratusan kilometer
2. Mempunyai lebar pita frekuensi (bandwith yang lebar)
3. Tahan terhadap interferensi gelombang elektromagnetik.
4. Dapat menyalurkan informasi digital dengan kecepatan tinggi
5. Kapasitas transmisinya sangat besar.
6. Kualitasnya lebih bagus dari sistem komunikasi lainnya.
7. Material dasar kabel optik relatif lebih murah dari kabel tembaga.
Sedangkan kerugian menggunakan serat optik sebagai media transmisi
yaitu [8] :
1. Konstruksi fiber optik lemah sehingga dalam pemakaiannya diperlukan
lapisan penguat sebagai proteksi
2. Karakteristik transmisi dapat berubah bila terjadi tekanan dari luar yang lebih.
3. Tidak dapat dialiri arus listrik, sehingga tidak dapat memberikan catuan pada
pemasangan repeater.
25
Universitas Sumatera Utara
2.9.
Redaman Serat Optik
Redaman serat optik dinyatakan dengan satuan dB/km. Macam-macam
redaman serat optik adalah sebagai berikut [8] :
1. Rayleigh Scatering, yaitu redaman dari gelombang pendek yang diakibatkan
oleh struktur kaca yang tidak teratur. Struktur ini akan memindahkan sebagian
dari berkas cahaya yang seharusnya merambat langsung melalui serat optik.
2. Mikrobending terjadi akibat tekanan mekanik sewaktu proses penarikan.
3. Absorption yaitu redaman untuk panjang gelombang yang tinggi (diatas
1600 nm) yang disebabkan oleh penyerapan dari gelas.
4. Dispersi yaitu redaman yang disebabkan oleh pulsa-pulsa yang ditransmisikan
pada ujung serat optik sebagai akibat dari panjang perambatan.
2.10. Sistem Transmisi Serat Optik
Sistem Komunikasi
secara
umum
terdiri
dari
sumber optik,
pemancar sebagai sumber pengirim informasi, detektor penerima informasi,
dan media transmisi sebagai sarana untuk melewatkannya. Pengirim bertugas
untuk mengolah informasi yang akan disampaikan agar dapat dilewatkan
melalui suatu media sehingga informasi tersebut dapat sampai dan diterima
dengan baik dan benar di tujuan/penerima. Perangkat yang ada di penerima
bertugas untuk
menterjemahkan informasi kiriman tersebut sehingga maksud
dari informasi dapat dimengerti. Pada sistem komunikasi serat optik, sinyal
informasi dirubah ke signal listrik lalu dirubah lagi ke optik/cahaya. Sinyal ini
kemudian di lewatkan melalui serat optik, yang setelah sampai di penerima
nanti, cahaya tersebut dirubah kembali ke listrik dan akhirnya diterjemahkan
26
Universitas Sumatera Utara
m
menjadi
siny
yal informassi. Blok diaggram sistem komunikasi
k
serat optik ditunjukan
d
p
pada
Gambaar 2.9 [9].
Gambar
G
2.9. Blok Diagraam Sistem Komunikasi
K
Serat Optik
2
2.10.1.
Sum
mber Optik ( Light Sourrce )
Sumbber cahaya serat optik bekerja sebbagai pemanncar-pemanccar cahaya
y
yang
harus memenuhi
m
beberapa perssyaratan yanng diperlukann yaitu [3]:
a Cahaya yang dipan
a.
ncarkannya
harus bersifat monokkromatis (beerfrekuensi
tunggal).
Pada um
mumnya su
umber cahaaya tidak berfrekuensi
b
i tunggal, melainkan
memanccarkan cahayya pada beeberapa frekkuensi. Bebberapa sumbber cahaya
seperti laampu-lampuu ionisasi gass, dioda-diodda yang mem
mancarkan cahaya,
c
dan
laser diooda memanncarkan cahaaya dalam bagian spekktrum frekuuensi yang
sempit. Namun, sumber-sumb
s
ber ini pu
un tidak bersifat
b
mon
nokromatis
sepenuhn
nya karena masih jugaa memancarr pada bebeerapa frekueensi dalam
bagian sp
pektrum yanng sempit terrsebut.
b Intensitaas Cahaya Yaang Tinggi
b.
Pemancaar-pemancarr tersebut daapat memanccarkan cahayya berintenssitas tinggi,
sehinggaa dapat dipaancarkan ennergi yang cukup untuuk mengatassi rugi-rugi
yang dijuumpai pada transmisi sepanjang seraat optik.
c Sumber--sumber cahaaya harus mampu untuk dimodulasi dengan muddah
c.
d Minimny
d.
ya Rugi-Ruggi
27
Universitas Sumatera Utara
Pemancar-pemancar
cahaya
tersebut
harus
berukuran
kecil,
ringkas
dan dapat dengan mudah digandengkan dengan serat-serat optik sehingga
tidak terjadi rugi-rugi penggandengan yang berlebihan.
e. Pembuatannya Ekonomis
Biaya pembuatan, pemasangan, dan peletakannya tidak mahal atau bersifat
ekonomis.
Sumber optik pada sistem transmisi fiber optik berfungsi sebagai
pengubah besaran sinyal listrik / elektris menjadi sinyal cahaya (E/O converter).
Pemilihan dari sumber cahaya yang akan digunakan bergantung pada bit rate data
yang akan ditransmisikan.Tedapat dua jenis light source yaitu LED dan Dioda
laser.
1. LED (Light Emitting Diode)
LED merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya karena
mekanisme emisi spontan. Terdapat dua jenis LED yaitu surface emitting led dan
edge emitting led. Edge emitting led memiliki efisiensi coupling ke fiber optik
yang lebih tinggi. LED mengubah besaran arus menjadi besaran intensitas cahaya
dan karakteristik arus/daya pancar optik memiliki fungsi yang linear. Cahaya yang
dipancarkan LED bersifat tidak koheren yang akan menyebabkan dispersi
chromatic sehingga LED hanya cocok untuk transmisi data dengan bit rate rendah
sampai sedang. Daya keluaran optik LED adalah -33 dBm s/d -10 dBm. LED
memiliki lebar spektral (spectral width) 30-50 nm pada panjang gelombang 850
nm dan 50-150 nm pada panjang gelombang 1300 nm.
Proses modulasi yang diterapkan pada LED adalah modulasi intensitas.
Pulsa-pulsa listrik (diwakili dengan kondisi ada arus/tidak ada arus) secara
28
Universitas Sumatera Utara
langsung diubah menjadi pulsa-pulsa optik/ cahaya (diwakili dengan ada/tidaknya
pancaran cahaya).
2. Dioda Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) adalah
sumber gelombang elektromagnetik koheren yang memancarkan gelombang pada
frekuensi infra merah dan cahaya tampak. Koheren dalam hal ini adalah
berfrekuensi tunggal, seface, dan terpolarisasi.
Dioda Laser (mempunyai berbagai kelebihan dibandingkan dengan LED
antara lain [3]:
1. Efisiensi kopling dioda laser injeksi lebih besar sehingga kebutuhan
pengulang untuk komunikasi jarak jauh lebih sedikit.
2. Daya keluaran dioda laser injeksi lebih tinggi sehingga cocok untuk
komunikasi jarak jauh.
3. Lebar bidang cahaya keluaran sangat sempit sehingga cahaya lebih koheren.
4. Tanggapan waktunya lebih cepat sehingga pesat modulasinya lebih tinggi.
Dioda laser merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya
karena mekanisme pancaran/emisi terstimulasi (stimulated emmision). Cahaya
yang dipancarkan oleh dioda laser bersifat koheren. dioda laser memiliki lebar
spektral yang lebih sempit (s/d 1 nm) jika dibandingkan dengan LED sehingga
dispersi chromatic dapat ditekan. Diode laser diterapkan untuk transmisi data
dengan bit rate tinggi. Daya keluaran optik dari dioda laser adalah -12 s/d +3
dBm. Karakteristik arus kemudi daya optik dioda laser tidak linear. Kinerja
(keluaran daya optik, panjang gelombang, umur) dari dioda laser sangat
dipengaruhi oleh temperatur operasi.
29
Universitas Sumatera Utara
Efek laser ( light amplification by simulated emission of radiation ) telah
diperoleh dengan menggunakan bermacam-macam jenis bahan yang berbeda,
termasuk gas, cairan-cairan, dan benda-benda padat. Jenis laser yang digunakan
untuk komunikasi fiber optik ialah laser semikonduktor. Laser semikonduktor
adalah suatu jenis laser padat yang khusus, dimana kerja laser terjadi di dalam
sambungan dioda semikonduktor dari jenis yang sama seperti yang dipakai untuk
LED. Bila arus dibiarkan melalui suatu sambungan dioda, cahaya akan
dipancarkan dengan emisi spontan pada suatu frekuensi atau panjang gelombang,
yang ditentukan oleh celah jalur energi dari bahan semikonduktor tersebut [3].
2.10.2. Transmitter Optik
Transmitter
berfungsi
mengubah
sinyal
elektris
menjadi
sinyal
optik/cahaya. Ada dua jenis pemancar optik yang sering digunakan pada sistem
transmisi serat optik yaitu Light Emitting Diode (LED) dan SemiconductorLaser
Diode (LD). Transmitter terdiri atas sumber cahaya seperti diperlihatkan pada
Gambar 2.10 [3].
Gambar 2.10. Skema Pemancar Sistem Optik
2.10.3. Kabel Serat Optik
Beberapa karakteristik kabel serat optik yaitu [3]:
1. Berupa selubung serat optik gelas dengan ukuran yang sangat kecil, dengan
diameter 5 mikrometer s/d 250 mikrometer
2. Terbuat dari material kelas tinggi yang bebas air
3. Berfungsi memandu cahaya/jalan cahaya dari pengirim ke penerima.
30
Universitas Sumatera Utara
2.10.4. Receiver Optik
Receiver optik adalah perangkat yang bertugas untuk mengubah sinyal
optik menjadi informasi di penerima. Receiver ini langsung mengubah pulsa optik
mejadi pulsa elektrik secara langsung, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.11 [3].
Gambar 2.11. Skema Penerima Sistem Optik
Untuk keperluan deteksi sinyal multi Gbps, meningkatnya noise
bandwidth akan membatasi sensitivitas receiver. Untuk meningkatkan sensitivitas
receiver, dapat digunakan Avalanche Photo Diode (APD) dan forward error
correction. Avalanche Photo Diode dapat meningkatkan sensitivitas receiver
hingga 10 dB sedangkan forward error correction dapat meningkatkan
sensitivitas receiver hingga 4 dB lebih [3].
2.11. Prinsip Kerja Transmisi Pada Serat Optik
Berbeda dengan sistem transmisi yang menggunakan gelombang
elektromagnetik, pada sistem transmisi serat optik yang bertugas membawa sinyal
informasi adalah gelombang cahaya. Berikut ini adalah proses yang terjadi pada
sistem transmisi serat optik dengan sinyal yang ditransmisikan berupa sinyal
suara.
Pertama-tama mikrofon mengubah sinyal suara menjadi sinyal listrik.
Sinyal listrik ini kemudian dibawa oleh gelombang cahaya melalui serat optik
dari pengirim (transmitter) menuju alat penerima (receiver) yang terletak pada
31
Universitas Sumatera Utara
ujung lain dari serat. Sinyal listrik termodulasi diubah menjadi gelombang cahaya
pada transmitter dan kemudian diubah kembali menjadi sinyal listrik pada
receiver. Pada receiver sinyal listrik diubah menjadi gelombang suara.
Tugas untuk mengubah sinyal listrik ke gelombang cahaya atau sebaliknya
dapat dilakukan dengan menggunakan komponen elektronik yang dikenal dengan
nama optoelectronic pada setiap ujung serat optik.
Prinsip kerja transmisi pada serat optik dapat dilihat dengan blok diagram
yang ditunjukkan pada Gambar 2.12 [10].
Gambar 2.12. Blok Diagram Prinsip Kerja Transmisi Pada Serat Optik
Berikut ini penjelasan dari blok diagram prinsip kerja transmisi pada serat
optik yaitu [10]:
1. Pada arah kirim, input sinyal yang berasal dari perangkat multiplex digital
akan diteruskan ke rangkaian elektronik untuk menjalani perbaikan
karakteristik dan mengubah kode sinyal yang masuk tersebut menjadi binary.
2. Selanjutnya sinyal binary tersebut diteruskan ke rangkaian sumber optik,
dimana dalam rangkaian ini sinyal binary dengan daya listrik akan diubah
menjadi sinyal dengan daya optik.
32
Universitas Sumatera Utara
3. Dari sumber optik, kemudian sinyal akan diteruskan ke detektor optik melalui
kabel serat optik.
4. Pada arah terima, sinyal dengan daya optik yang diterima dari sumber optik
melalui kabel serat optik akan diubah menjadi sinyal dengan daya listrik.
5. Selanjutnya sinyal dengan daya listrik tersebut diteruskan ke rangkaian
elektronik untuk didekodekan kembali ke sinyal.
6. Dari rangkaian elektronik, sinyal tersebut diteruskan ke demultipleks digital.
Dalam perjalanan dari transmiter menuju ke receiver akan terjadi
redaman/rugi cahaya di sepanjang kabel serat optik dan konektor-konektornya.
Oleh sebab itu, bila jarak antara transmiter dan receiver ini terlalu jauh akan
diperlukan sebuah atau beberapa perangkat pengulang (regenerative repeater)
yang bertugas untuk memperkuat gelombang cahaya yang telah mengalami
redaman [10].
33
Universitas Sumatera Utara