BAB II SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK. yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke

Transkripsi

1 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

2 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] 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

3 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

4 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 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 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

5 c) Eksprimen menunjukkan bahwa soliton minimal dapat membawaa 5 saluran yang masing-masing membawa informasi dengan laju 5 Gb/s. Kapasitas transmisi yang telah diuji mencapai Gb.km/s. d) Cara kerja sistem soliton ini adalah efek Kerr, yaitu sinar-sinar yang panjang gelombangnya samaa akan merambat dengann laju yang berbeda di dalam suatu bahan jika intensitasnya melebihi suatu harga batas. Efek ini kemudian digunakan untuk menetralisir efek dispersi, sehingga soliton tidak melebar pada waktu sampai di penerima (receiver). Hal ini sangat menguntungkan karena tingkat kesalahan yang ditimbulkannya amat kecil bahkan dapat diabaikan [1][2] Struktur Dasar Serat Optik Sebuah serat optik terdiri (pelindung), strengthening fibers atas core dan cable (inti), cladding (kulit), coating jacket (kulit kabel) seperti pada Gambar 2.1. Elemen dasar sebuah kabel serat optik adalah cladding dan core. Cahaya yang disalurkan merambat pada core, dimana pola rambatannya mengikuti pola cahaya masuk lalu cahaya dipantulkan oleh cladding sepanjang saluran [3]. Gambar 2.1. Serat optik 9

6 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 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 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

7 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 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

8 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 / cm 3 2. Kuat tarik > N / cm 2 3. Batas pemuliman > 300 % 4. Kuat dielektrik > 2,2 x 10 7 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

9 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 j) Selubung Luar : Selubung luar terbuat dari bahan High Density Polyethylene Jenis Kabel Pada Serat Optik Alur (Slot). Ada dua jenis kabel pada serat optik yaitu Pipa Longgar (Loose Tube) dan 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

10 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

11 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 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 serat dan serat. Penampang kabel optik jenis slot ditunjukkan pada Gambar 2.3 [1]. Gambar 2.3. Penampang Kabel Optik Jenis Slot 15

12 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 Jenis Serat Optik Berdasarkan sifat dan karakteristiknya maka jenis serat optik secara garis besar dapat dibagi menjadi 2 yaitu single mode dan multimode 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

13 1.G 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 rekomendasiitu- T 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 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

14 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 ( 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

15 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 ( Mbit/dt ) Jarak repeater multimode ( Km ) Jarak repeater singlemode ( Km ) 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

16 2. Step Index Multi Mode Step index multi mode memiliki karakteristik sebagai berikut [3]: a. Index bias core konstan. b. Ukuran core besar ( μm) 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

17 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 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

18 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 ( ): 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 km/det, dan kecepatan cahaya diair 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

19 dibandingkan dalam vacuum (Ruang Hampa) dapat dirumuskan melalui Persamaan 2.1 [5]. V = c/n atau n = c/v (2.1) 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 10 8 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

20 Difraksi Cahayaa 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 2.7. terlihat bahwa difraksi merupakan pembelokan cahaya di sekitar suatu penghalang atau suatu celah [6]. Gambar 2.7. Difraksi Cahaya Dispersi Cahayaa Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya polikromarik (putih) menjadi cahaya-cahaya monokromatik (me, ji, ku, hi, bi, ni, u) pada prisma lewat pembiasan atau pembelokan. Hal inii membuktikan bahwa cahaya putih terdiri dari harmonisasi berbagai cahaya warna dengan berbeda-beda a panjang gelombang, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.8 [7]. Gambar 2.8. Dispersii Cahaya 24

21 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] 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

22 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 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

23 menjadi sinyal informasi. Blok diagram sistem komunikasi serat optik ditunjukan pada Gambar 2.9 [9]. Gambar 2.9. Blok Diagram Sistem Komunikasi Serat Optik Sumber Optik ( Light Source ) Sumber cahaya serat optik bekerja sebagai pemancar-pemancar cahaya yang harus memenuhi beberapa persyaratan yang diperlukan yaitu [3]: a. Cahaya yang dipancarkannya harus bersifat monokromatis (berfrekuensi tunggal). Pada mumnya sumber cahaya tidak berfrekuensi tunggal, melainkan memancarkan cahaya pada beberapa frekuensi. Beberapa sumber cahaya seperti ampu-lampuu ionisasi gas, dioda-dioda yang memancarkan cahaya, dan laser dioda memancarkan cahaya dalam bagian spektrum frekuensi yang sempit. Namun, sumber-sumber ini pun tidak bersifat monokromatis sepenuhnya karena masih juga memancar pada beberapa frekuensi dalam bagian spektrum yang sempit tersebut. b. Intensitas Cahaya Yang Tinggi Pemancar-pemancarr tersebut dapat memancarkan cahaya berintensitas tinggi, sehingga dapat dipancarkan energi yang cukup untuk mengatasi rugi-rugi yang dijumpai pada transmisi sepanjang serat optik. c. Sumber-sumbed. Minimnya Rugi-Rug cahaya harus mampu untuk dimodulasi dengan mudah 27

24 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) nm pada panjang gelombang 850 nm dan 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

25 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

26 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] 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 Skema Pemancar Sistem Optik 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

27 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 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] 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

28 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 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

29 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