RUGI-RUGI PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK DENGAN SEBARAN INDEKS BIAS UNDAKAN AKIBAT PELILITAN PADA SILINDER SECARA MALAR.

Transkripsi

1 RUGI-RUGI PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK DENGAN SEBARAN INDEKS BIAS UNDAKAN AKIBAT PELILITAN PADA SILINDER SECARA MALAR Disusun oleh: HARSONO S TESIS Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Magister Sains Ilmu Fisika PROGRAM STUDI ILMU FISIKA FAKULTAS PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010 i

2 RUGI-RUGI PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK DENGAN SEBARAN INDEKS BIAS UNDAKAN AKIBAT PELILITAN PADA SILINDER SECARA MALAR Disusun Oleh : Harsono: NIM. S Telah Disetujui Oleh Tim Pembimbing Dewan Pembimbing : Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal Pembimbing I Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D....../8/2010 NIP Pembimbing II Drs. Cari, M.A., M.Sc., Ph.D /8/2010 NIP Mengetahui Ketua Program Studi Ilmu Fisika Drs. Cari, MA., M.Sc., Ph.D NIP ii

3 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa Tesis saya yang berjudul RUGI-RUGI PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK DENGAN SEBARAN INDEKS BIAS UNDAKAN AKIBAT PELILITAN PADA SILINDER SECARA MALAR model sevenbending dengan variasi jari-jari 1,0 4,0 cm belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar Magister Sains Ilmu Fisika di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Surakarta, September 2010 HARSONO iii

4 RUGI-RUGI PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK DENGAN PERBEDAAN MODEBIAS UNDAKAN AKIBAT PELILITAN SILINDER SECARA MALAR HARSONO Program Studi Ilmu Fisika. Fakultas Pascasarjana. Universitas Sebelas Maret Surakarta 2010 Pembimbing I : Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D. Pembimbing II : Drs. Cari, M.A., M.Sc., Ph.D. ABSTRAK Telah dilakukan penelitian rugi-rugi pada serat optik bermode tunggal dan jamak dengan perbedaan modebias undakan akibat pelilitan silinder secara malar menggunakan model tujuh bengkokan dengan variasi jari-jari 1,0 4,0 cm menggunakan panjang gelombang 632,8 nm. Penelitian dilakukan dimulai dengan membuat set up alat tujuh bengkokan, kemudian set up alat ini digunakan untuk mengetahui pengaruh bengkokan pada serat optik setelah dilakukan pergeseran sudut putar dan jumlah lilitan/putaran. Hasil penelitian menunjukkan nilai rugi-rugi (atenuasi) meningkat seiring pertambahan sudut putar dan jumlah lilitan/putaran. Nilai rugi-rugi semakin besar apabila jari-jari bengkokan semakin kecil. Kata kunci : serat optik bermode tunggal, serat optik bermode jamak, bengkokan, rugi-rugi. tujuh iv

5 BENDING LOOSSES OF FIBER OPTIC SINGLE MODE FIBER (SMF) STEP INDEX AND MULTI MODE FIBER (MMF) STEP INDEX BY CONSEQUENCE TURN AROUND ANGLES HARSONO Physics Program, Post Graduate Study Program. Sebelas Maret University, Surakarta 2010 Advisor I : Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D. Advisor II : Drs. Cari, M.A., M.Sc., Ph.D. ABSTRACT A research has been conducted to investigate the loss value of single mode fiber optic (smf) 28E step index, multi mode fiber (mmf) step index as result of macro bending with different angles on variation of seven bending diameter 1.0 cm 4.0 cm using laser diode source that has nm. At fist step, seven bending instrument are formed to observe the influence of bending to fiber optic transmission after different rotation with different angles and number of coil are applied. The result of the research shows that the attenuation loss by increasing number of coils. The loss value is larger if the bending diameter decreases. The attenuation loss increases by decreasing the bending diameter Keywords : fiber optic single mode step index, multi mode step index, bending diameter, coil, attenuation loss. v

6 PERSEMBAHAN Kepada Ibu-ku Kepada kakak dan adik Kepada Istri dan anak-anakku Kepada Almamater-ku Pascasarjana UNS vi

7 MOTTO sesungguhnya Allah tidak mengubah keadaan suatu kaum sehingga mereka mengubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri (QS Ar Ra d: 11) Maka nikmat Tuhan kamu yang manakah yang kamu dustakan? (QS Ar Rahman : 13) Sebaik baik manusia adalah orang yang paling bermanfaat bagi orang lain (Hadist Nabi, diriwayatkan Ath-Thabrani dari Jabir r.a) Manusia yang paling lemah adalah orang yang tidak mampu mencari teman. Namun yang paling lemah dari itu ialah orang yang mendapatkan banyak teman tetapi menyia-nyiakannya (Ali bin Abu Thalib) Yakinlah bahwa dunia ini adalah tempat cobaan, ujian, tantangan, dan kesedihan. Karena itu, terimalah apa adanya dan mintalah pertolongan kepada Allah, dan ketahuilah, bahwa kesulitan itu akan membuka pendengaran, penglihatan, menghidupkan hati, mendewasakan jiwa, mengingatkan hamba, dan menambah pahala (Dr. Aidh Al Qarni, La Tahzan : 511) vii

8 KATA PENGANTAR Segala puji hanya bagi Allah SWT pemilik alam semesta. sholawat dan salam selalu terucap kepada junjungan Rasulullah Muhammad SAW. Dengan karunia Allah SWT akhirnya penelitian Tesis dengan judul RUGI RUGI PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK DENGAN SEBARAN INDEKS BIAS UNDAKAN AKIBAT PELILITAN PADA SILINDER SECARA MALAR dapat diselesaikan dengan baik. Tentu atas bantuan beberapa pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah memberikan arahan dan motivasi penulis. Penulis ucapkan terima kasih kepada : 1. Drs. Cari, M.A., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Program Studi Ilmu Fisika Program Pascasarjana UNS dan pembimbing kedua yang telah banyak memberikan bimbingan dalam penyusunan Tesis ini 2. Drs. Harjana, M.Si., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNS 3. Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D. selaku pembimbing pertama yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan sehingga Tesis ini dapat diselesaikan. 4. Ibuku yang telah mendidik dan membesarkan dengan penuh kasih sayang. Terimakasih atas segala pengorbanan dan keridhaannya, semoga Allah membalas dengan Surga. Amin. 5. Kakak dan adik yang saya sayangi semoga Allah selalu menjadi penuntun langkah kita. Amin. 6. Istri dan kedua anakku yang dengan kesabaran dan ketulusan mendampingi selama belajar dan penelitiannya, Semoga Allah SWT memberikan ketabahan dan karunia yang tak ternilai. Amin! 7. Teman satu bimbingan (Pak Goris, Mbak Ika, Mbak Mayang, mbak Esti, Mas Joko, Mas Sartono, Mas Ridho dan Mas Aris ), semoga kita dapat kembali bertemu dalam satu tim. 8. Teman satu angkatan I tahun 2009 (Pak Syamsurizal, Pak Goris, Pak Bangun Sartono, Pak Badrul Wajdi, Pak Agus Cahyana, Pak Darman, viii

9 Mbak Theresia A Soares, Mbak Lily Maysari Anggraini, Pak Hadi dan Mas Christian AD. Malu rasanya belum banyak manfaat dariku buat kalian, teman-temanku yang baik. 9. Semua angkatan. Terutama adik-adik angkatan yang berkenan membantu penelitian ini. Semoga sukses selalu! Semoga bermanfaat dan dilanjutkan penelitian berikutnya. Surakarta, September 2010 Penulis ix

10 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN PERNYATAAN..... iii HALAMAN ABSTRAK... iv HALAMAN ABSTRACT... v HALAMAN PERSEMBAHAN... vi HALAMAN MOTTO... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x LAMPIRAN... xiii DAFTAR TABEL... xvi DAFTAR GAMBAR... xvii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Perumusan Masalah... 2 C. Batasan Masalah... 4 D. Tujuan Penelitian... 4 E. Manfaat Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Indeks Bias... 6 B. Pemantulan dan Pembiasan... 7 C. Serat Optik Struktur Serat Optik Jenis Serat Optik. 12 a. Serat Optik Bermode Tunggal dengan Sebaran Indeks Bias x

11 b. Serat Optik Bermode Jamak dengan Sebaran Indeks Bias c. Serat optik Bermode Jamak dengan nilai Sebaran Indeks Bias (Graded Index) Karakteristik Transmisi pada Serat Optik 14 a. Modus Transmisi b. Numerical Aperture Perambatan Cahaya Perambatan Cahaya dalam Serat optik bermode tunggal Rugi-Rugi Daya pada Serat Optik.. 22 a. Absorbsi b. Hamburan Reyleigh c. Pemantulan Fresnel d. Rugi-Rugi Pembengkokan ) Macro Bending/Pembengkokan Makro ) Micro Bending/Pembengkokan Mikro BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian B. Alat dan Bahan Alat Bahan C. Metode Penelitian Persiapan Alat dan Bahan Set up alat Tujuh Bengkokan a. Penggunaan Laser b. Penggunaan Optical Chopper c. Penggunaan detektor d. Penggunaan oscilloscope Pengambilan Data Pengolahan Data xi

12 5. Analisa Data BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian Hasil pada Oscilloscope Efek Putaran terhadap Tegangan Pengolahan Data dari Tegangan Oscilloscope menjadi Bentuk deci-bell Pengaruh Sudut Putaran terhadap Rugi-rugi Optik B. Analisis Pengaruh Pembengkokan terhadap Tegangan Pengaruh Pembengkokan terhadap Rugi-Rugi BAB V SIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... xii

13 LAMPIRAN LAMPIRAN I : Hasil Pengukuran Beda Potensial terhadap Jumlah Putaran pada Serat Optik Bermode Jamak untuk Tujuh Bengkokan LAMPIRAN II : Hasil Pengukuran Beda Potensial terhadap Jumlah Putaran pada Serat Optik Bermode Tunggal untuk Tujuh Bengkokan LAMPIRAN III : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan Diameter 4,0 cm LAMPIRAN IV : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan Diameter 3,5 cm LAMPIRAN V : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan Diameter 3,0 cm LAMPIRAN VI : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan Diameter 2,5 cm LAMPIRAN VII : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan Diameter 2,0 cm LAMPIRAN VIII : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan Diameter 1,5 cm LAMPIRAN IX : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan Diameter 1,0 cm LAMPIRAN X : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan Diameter 4,0 cm LAMPIRAN XI : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan Diameter 3,5 cm. 83 LAMPIRAN XII : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan Diameter 3,0 cm. 85 LAMPIRAN XIII : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan Diameter 2,5 cm. 87 xiii

14 LAMPIRAN XIV : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan Diameter 2,0 cm. 89 LAMPIRAN XV : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan Diameter 1,5 cm. 91 LAMPIRAN XVI : Hasil Perhitungan Serat OPtik Bermode Tunggal dengan Diameter 1,0 cm. 93 LAMPIRAN XVII: Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan 1 sampai 5 putaran 95 LAMPIRAN XVIII:Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan 1 sampai 5 putaran 96 LAMPIRAN XIX : Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 4,0 cm LAMPIRAN XX : Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 3,5 cm LAMPIRAN XXI : Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 3,0 cm LAMPIRAN XXII: Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 2,5 cm LAMPIRAN XXIII: Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 2,0 cm LAMPIRAN XXIV: Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 1,5 cm LAMPIRAN XXV : Grafik Serart Optik Bermode Jamak dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 1,0 cm xiv

15 LAMPIRAN XXVI: Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 4,0 cm LAMPIRAN XXVII: Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan sudut putan 0 o sampai 720 o pada diameter bending 3,5 cm LAMPIRAN XXVIII: Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 3,0 cm LAMPIRAN XXIX: Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 2,5 cm LAMPIRAN XXX : Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 2,0 cm LAMPIRAN XXXI: Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 1,5 cm LAMPIRAN XXXII: Grafik Serat OPtik Bermode Tunggal dibending dengan sudut putar 0 o sampai 720 o pada diameter bending 1,0 cm xv

16 DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Numerical Aperture (NA) pada serat optik bermode jamak.. 15 Tabel 4.1.a. Hubungan antara diameter bending terhadap jumlah putaran Pada serat optik bermode jamak dengan variasi diameter untuk 1 Sampai 5 putaran Tabel 4.1.b. Hubungan antara diameter bending terhadap jumlah putaran Pada serat optik bermode tunggal dengan variasi diameter untuk 1 Sampai 5 putaran xvi

17 DAFTAR GAMBAR Hal Gmb 1.1. Grafik intensitas keluaran pada bengkokan serat optik smf-28 dengan TLS (Alim S, 2006)... 2 Gmb 1.2. Grafik rugi-rugi bengkokan serat optik smf-28 (Alim S, 2006).. 3 Gmb 2.1. Pembiasan dan Pemantulan cahaya pada bidang batas antara dua medium optik 7 Gmb 2.2. Sinar datang dari medium lebih rapat (kaca) menuju medium kurang rapat (air)... 8 Gmb 2.3. Gambar pergeseran fase dari komponen pemantulan gelombang normal (d N ) dan gelombang paralel (sejajar) (d r ) terhadap bidang batas untuk perambatan cahaya dari kaca menuju air (n=1,5 dan f C = 52 o ) dengan interval nilai sudut dari nol sampai p/2 - f C saat f C = 90 o )... 9 Gmb 2.4. Bagian-bagian serat optik Gmb 2.5. Serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks bias.. 12 Gmb 2.6. Serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks bias.. 12 Gmb 2.7. Serat optik bermode jamak dengan sebaran nilai indeks bias (graded index). 13 Gmb 2.8. Sudut dimana sinar dapat diterima oleh serat optik.. 14 Gmb 2.9. Gelombang cahaya merambat sepanjang pandu gelombang serat optik, perubahan fase dihasilkan oleh keduanya setelah melalui médium serat dan terpantul didalamnya. 16 Gmb Distribusi medan listrik untuk beberapa jenis urutan potongan pandu dalam penampang sejajar 18 xvii

18 pandugelombang. Gmb Distribusi cahaya dalam serat optik bermode tunggal pada sembarang panjang gelombang. Untuk distribusi Gaussan, MFD dinyatakan dengn 1/r 2 terhadap energi optik Gmb Dua polarisasi pada mode HE 11 pada serat optik bermode tunggal Gmb Atenuasi serat optik terhadap fungsi panjang gelombang dihasilkan 0,5 db/km pada 1300 nm dan 0,3 db/km pada 1550 nm untuk jenis serat optik mode tunggal. Pada serat optik ini terjadi puncak atenuasi diantara panjang gelombang 1400 nm yang diakibatkan dari penyerapan molekul air Gmb Pembelokan sinar di dalam inti serat optik dengan variasi sudut sinar datang Gmb Sketsa dasr kurva pandu gelombang optik. 25 Gmb Peristiwa rugi-rugi akibat pembengkokan mikro Gmb Eksperimen rugi-rugi daya serat optik pada bebeerapa persamaan da percobaan sebagai fungsi dari jari-jari pembengkokan 27 Gmb Eksperimen rugi-rugi daya serat optik beberapa panjang gelombang sebagai fungsi dari jari-jari pembengkokan Gmb 3.1. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian karakteristik rugi-rugi serat optik akibat pembengkokan makro dengan model pelilitan Gmb 3.2. Skema pembengkokan serat optik dari sumber dan diterima detector. 32 Gmb 3.3. Skema penelitian kajian rugi-rugi macro bending fiber optic dengan model sevenbending xviii

19 Gmb 3.4.a. Silinder tak bercelah Gmb 3.4.b. Silinder bercelah Gmb 3.5. Skema pembendingan serat optik (a) silinder tanpa celah (b) silinder bercelah Gmb 3.6. Laser klasse-2 DIN Gmb 3.7.a. Pengatur frekuensi Gmb 3.7.b Optical chopper Gmb 3.8. Oscilloscope Yokagawa DL Gmb 4.1. Skema pembendingan serat optik secara lengkap Gmb 4.2. Grafik tegangan sumber sinyal setelah dicacah dengan optical chopper Gmb 4.3. Grafik tegangan sumber sinyal yang tidak dilewatkan pencacah Gmb 4.4. Tegangan oleh pembengkokan dengan diameter pembengkokan serat optik 4,0 cm Gmb 4.5. Tegangan oleh pembengkok sinar laser tidak pas pada intinya Gmb 4.6.a. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik multi mode dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi jumlah putaran (1 sampai 5) putaran) Gmb 4.6.b Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik. single mode dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi jumlah putaran (1 sampai 5 putaran) Gmb 4.7.a. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik multi mode dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi sudut putaran (0 o sampai dengan 360 o ).. 49 Gmb 4.7.b Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik. multi mode dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi sudut putaran (360 o sampai dengan 720 o Gmb 4.8.a.. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik 51 xix

20 single mode dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi sudut putaran (0 o sampai dengan 360 o ) Gmb 4.8.a. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik single mode dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi sudut putaran (360 o sampai dengan 720 o ) Gmb 4.9. Sinar yang tidak dapat masuk ke dalam inti serat optik karena kesalahan pemotongan xx

21 ABSTRAK Harsono, S Rugi-rugi pada Serat Optik Bermode Tunggal dan Jamak dengan Sebaran Indeks Bias Undakan Akibat Pelilitan pada Silinder secara Malar. Pembimbing I : Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D. Pembimbing II : Drs. Cari, M.A., Ph.D. Tesis : Program Studi Ilmu Fisika, Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tujuan yang dicapai dalam penelitian yaitu : 1) dapat membuat set up alat yang dapat digunakan untuk mencari nilai rugi-rugi akibat pembengkokan yang dikonversi dengan sudut putar dari 0 o sampai dengan 720 o dan jumlah putaran ( 1 sampai dengan 5 putaran). 2) mengetahui pengaruh diameter bengkokan 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm pada fiber optik Multi Mode Fiber dan Single Mode Fiber terhadap nilai rugi-rugi dengan panjang gelombang 632,8 nanometer dan sumber cahaya dari laser He-Ne. 3) mengetahui perbedaan rugi-rugi (atenuasi) karena variasi diameter tujuh bengkokan sudut putar antara 0 o sampai dengan 720 o dengan menggunakan sumber cahaya dari laser He-Ne yang memiliki panjang gelombang 632,8 nm. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Oktober 2009 sampai dengan bulan Februari Alat dan bahan yang digunakan sebagian besar telah disediakan di laboratorium optik jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) UNS seperti Laser Klasse-2 DIN 58126, menghasilkan pancaran sinar dengan panjang gelombang 632,8 nm berwarna merah, Oscilloscop Yokogawa DL 1520, optical Chopper 3501, Detektor, serat optik (Multimode dan Singlemode). Prinsip kerja yang dilakukan dalam penelitian ini adalah melakukan pembengkokan serat optik yang terbuat dari gelas dengan diameter bengkokan 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm. Alat bengkokan digunakan dari pipa paralon dan pipa aluminium yang mudah diperoleh dan cenderung silindernya rata. Sedangkan sumber cahaya digunakan sinar laser He Ne dengan panang gelombang 632,8 nm menggunakan sumber energi listrik 220 volt. Alat pembengkok dirancang agar dapat dilakukan proses pembengkokan melalui perubahan besarnya sudut putar mulai 0 o sampai dengan 720 o dan selama proses perubahan sudut tersebut diharapkan serat optik tidak mengalami pengenduran dalam lilitannya. Setelah dilakukan penelitian diperoleh hasil sebagai berikut : 1) multi mode fiber lebih mudah dalam perambatan sinar laser dibandingkan dengan menggunakan serat optik single mode fiber. 2) semakin kecil diameter pembengkokan menimbulkan rugi-rugi yang makin besar. 3) semakin besar nilai sudut putar akan menimbulkan rugi-rugi yang makin besar pula. 4) makin besar jumlah putaran, maka rugi-rugi yang makin besar. Kata kunci : serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks bias, serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks bias, diameter pembengkok, lilitan, rugi-rugi atenuasi 1

22 ABSTRACT Harsono, S The attenuation of single mode fiber step index and multi mode step index were to result by the diameter bending with difference of many coil and turning angle. The first Commission of Supervision : Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D. The second supervision is Drs. Cari, M.A., Ph.D. Thesis: Science Physics Program, Postgraduate Program of Sebelas Maret University, Surakarta. This study is aimed to comprehend : 1) can to fabricated of many set up instrument for used looking for value attenuation to result by turning angle from 0 o to 720 o and many coil ( 1 to 5 coil). 2) to influence diameter bending 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm, and 1,0 cm for multi mode fiber and single mode fiber concerning to the attenuation value with wavelength 632,8 nanometer and used light resources laser He-Ne. 3) To know difference the attenuation by result of variation seven bending diameter used light resources laser He-Ne it have wavelength 632,8 nanometer. The research was carried from October 2009 to February The material and instrument used to prepare in optic laboratory physics majors the Mathematics and Science Program of Sebelas Maret University for example laser klasse-2 DIN 58126, to produce red light wavelength 632,8 nanometer, Oscilloscope Yokogawa DL 1520, optical chopper 3501, detector, fiber optic (multimode and single mode). The principle of working research was bending glass fiber optic with diameter bending 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm and 1,0 cm. The material diameter bending is used from paralon and aluminum tube. The light resources used laser He-Ne with wave length 632,8 nm and electrical power 220 volt. The bending instruments for used simple make difference turning angle from 0 o to 720 o as long as to process of change angle hoped no happen slacken in the coil. The product of research was : 1) multi mode fiber optic step index more simple to light propagation laser than single mode fiber optic step index. 2) more and more small of diameter bending to result bigger value attenuation. 3) more and more bigger value turning angle to the result value more bigger. 4) more and more bigger coil to result value bigger attenuation. Keywords : fiber optic single mode step index, multi mode step index, bending diameter, coil, attenuation loss. 2

23 1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Serat optik adalah saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Sinyal cahaya yang biasa ditransmisikan adalah laser, karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Cahaya dalam serat optik sulit keluar karena dalam serat optik mengalami pemantulan sempurna. Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat baik digunakan sebagai saluran komunikasi. Komponen dari serat optik terdiri dari 2 bagian pokok, yaitu cladding dan core. Core adalah inti, sedangkan cladding adalah selubung dari core. Cladding mempunyai indeks bias lebih rendah dari pada core. Struktur demikian memungkinkan terjadinya fenomena pemantulan sempurna. Selisih indeks bias antara core dan cladding akan menentukan besarnya jari-jari minimum fiber optik boleh dibengkokkan tanpa menimbulkan rugi-rugi (Farrel; 2002). Hal yang berpengaruh dalam transmisi sinyal pada serat optik adalah sifat bahan serat optik tersebut. Sifat yang dimaksud meliputi proses pemantulan dan pembiasan sinyal di dalam serat optik tergantung pada indeks bias bahan yang dipakai dalam serat optik tersebut. Selain sifat bahan, redaman/attenuasi menjadi masalah tersendiri dalam penyaluran sinyal. Di antara bentuk redaman yang sering terjadi ketika proses instalasi kabel/kontruksi kabel adalah pembengkokan/bending. Tidak semua pembengkokan menyebabkan terjadinya redaman. Serat optik mengalami redaman/rugi-rugi sinyal ketika dibengkokkan pada jari-jari tertentu. Sinyal yang teredam di tengah perjalanan menuju receiver menyebabkan penurunan kualitas sinyal yang diterima oleh konsumen ketika menggunakan jasa. Penerapan ini memanfaatkan fakta terjadinya kenaikan rugi-rugi di dalam serat optik yang dibengkokkan. Sinyal gelombang elektromagnetik dibangkitkan dari sumber yang biasanya berupa laser dilewatkan melalui serat optik menuju receiver. Gangguan berupa pembengkokan yang terjadi di tengah perjalanannya menuju receiver menyebabkan kenaikan rugi-rugi (losse).

24 2 Rugi-rugi akibat pembengkokan pada fiber optik dibedakan menjadi dua macam yaitu, macro bending (pembengkokan makro) dan micro bending (pembengkokan mikro). Rugi-rugi karena pembengkokan makro terjadi bila sinar atau cahaya melalui fiber optik yang dibengkokkan dengan jari-jari lebih lebar dibandingkan dengan diameter serart optik. Sedangkan pembengkokan mikro terjadi karena ketidakrataan pada permukaan batas antara inti dan selubung secara acak pada serat optik. Nilai rugi-rugi untuk tiap serat optik adalah khas, nilai rugi-rugi ini dipengaruhi oleh selisih indeks bias antara core dan cladding (Gerd; 2000). Berdasarkan hasil penelitian bengkokan serat optik smf-28 untuk panjang 3 meter diperoleh grafik seperti gambar 1.1. : Intensitas Bengkokan (mikrowatt) smf Jari-jari (mm) Gambar 1.1. grafik intensitas keluaran pada bengkokan serat optik smf-28 dengan sumber TLS (Alim S,. 2006) Serta grafik hubungan antara rugi-rugi bengkokan (db) terhadap jari-jari (mm) diperoleh seperti terlihat gambar 1.2. : 21 Rugi-rugi Bengkokan (db) smf Jari-jari (mm) Gambar 1.2. grafik rugi-rugi bengkokan serat optik smf-28 (Alim S,. 2006)

25 3 Alim melakukan pelilitan serat optik dengan satu lingkaran penuh, ternyata menghasilkan nilai rugi-rugi (atenuasi) pada jari-jari pembengkokan 5 mm selanjutnya secara berangsur serat optik diberikan pembengkokan jari-jari sampai 65 mm. Atenuasi terlihat sangat jelas pada pembengkokan antara jari-jari 5 mm sampai 10 mm. Pembengkokan dilakukan dengan tujuh mode ukuran yang merupakan alternatif yang memungkinkan timbulnya perbedaan nilai intensitas energi sinar laser yang berasal dari sumber terhadap intensitas energi setelah dikenai pembengkokan makro. Selanjutnya atas pertimbangan pembengkokan serat optik mendekati jari-jari kritis, maka ukuran bengkokan yang menimbulkan perbedaan dengan interval harga 0,5 cm dari ukuran terbesar 4,0 cm sampai terkecil 1,0 cm. Berdasarkan perbedaan diameter ukuran pembending tersebut, maka serat optik yang dililitkan pada masingmasing ukuran dikenai pembendingan dengan sudut putar dari 10 o sampai 720 o dan setiap interval 10 o dilakukan pengukuran beda potensial yang terbaca oleh oscilloscope. B. Perumusan masalah Selanjutnya peneliti mencoba untuk melakukan pembengkokan makro terhadap serat optik bermode jamak dan bermode tunggal dengan sebaran indeks bias undakan dengan perubahan jumlah lilitan dan sudut putar untuk variasi diameter pembengkok yang disusun dengan perumusan sebagai berikut : 1. Apakah besarnya diameter pembengkok serat optik bermode jamak dan bermode tunggal mempengaruhi nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser? 2. Apakah banyaknya lilitan serat optik bermode jamak dan bermode tunggal akan menimbulkan rugi-rugi (atenuasi) energi pancar sinar laser untuk beberapa variasi diameter pembengkok? 3. Apakah besarnya sudut pelilitan serat optik bermode jamak dan bermode tunggal akan menimbulkan rugi-rugi (atenuasi) energi pancar sinar laser untuk beberapa variasi diameter pembengkok?

26 4 4. Apakah terdapat perbedaan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser antara serat optik bermode jamak dan bermode tunggal untuk variasi diameter pembengkok, banyaknya lilitan dan besarnya sudut putar? C. Batasan Masalah Penelitian ini dilakukan dengan batasan masalah sebagai berikut: 1. Serat optik yang digunakan adalah jenis serat optik bermode tunggal corning smf-28e dengan sebaran indeks bias undakan dan serat optik bermode jamak inficor-300 dengan sebaran indeks bias dari instrument serat optik. 2. Pembengkokan makro dilakukan dengan model tujuh diameter, yaitu : 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm. Bahan pembengkok terbuat dari paralon, aluminium dan kertas karton tebal. 3. Jumlah lilitan untuk setiap ukuran diameter pembengkok dilakukan sebanyak lima lilitan dengan tidak menimbulkan perubahan posisi kedua ujung serat optik. 4. Besarnya sudut putar diatur dengan interval 10 o dari posisi serat optik dalam keadaan lurus sampai pada sudut putar 720 o. 5. Sinar laser yang ditransmisikan dalam serat optik adalah sinar dengan panjang gelombang 632,8 nanometer dari laser He-Ne. 6. Frekuensi putaran optical chopper digunakan untuk setiap kali penelitian adalah 99,00 Hz. D. Tujuan Penelitian Setelah dilakukan penelitian ini diharapkan rumusan masalah dapat diselesaikan, sehingga sistematika tujuan penelitian disusun sebagai berikut : 1. Menentukan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk variasi diameter pembengkok serat optik bermode jamak dan bermode tunggal. 2. Menentukan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk variasi banyaknya lilitan serat optik bermode jamak dan bermode tunggal. 3. Menentukan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk variasi besarnya sudut putar serat optik bermode jamak dan bermode tunggal.

27 5 4. Menentukan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk serat optik bermode jamak dengan bermode tunggal dalam variasi diameter, banyaknya lilitan dan besarnya sudut putar. E. Manfaat Penelitian Manfaat yang dapat diambil dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Menambah informasi dan wawasan tentang set up alat tujuh bengkokan, yang dibuat dengan menggunakan kertas karton, pipa paralon, dan atau pipa silinder aluminium. 2. Mengetahui karakteristik nilai rugi-rugi pada serat optik bermode jamak dan bermode tunggal menggunakan set up alat tujuh bengkokan, dengan variasi jarijari bengkokan 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm. 1,5 cm dan 1,0 cm menggunakan sumber sinar laser yang berisi gas helium dan neon (Laser He-Ne) dengan warna merah dan panjang gelombang 632,8 nm. 3. Mengetahui proses pentransmisian sinar laser dan perbedaan nilai beda potensial output terhadap beda potensial inputnya yang mengalami pengurangan akibat pembengkokan dengan variasi diameter dan variasi sudut putar dari 0 o sampai dengan 720 o atau jumlah lilitan/putaran.

28 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Indeks Bias Perambatan cahaya dalam ruang hampa udara memiliki laju kecepatan c kemudian setelah memasuki medium tertentu akan berubah kecepatannya menjadi v. Ketika cahaya merambat di dalam suatu bahan, kecepatannya akan turun sebesar suatu faktor yang ditentukan oleh karakteristik bahan yang dinamakan indeks bias (n). Indeks bias merupakan perbandingan (rasio) antara kecepatan cahaya di ruang hampa terhadap kecepatan cahaya di dalam bahan seperti dinyatakan oleh : x.= Ê (2.1) Indeks bias suatu bahan optik besarnya tergantung pada panjang gelombang. Fenomena bagian ini seperti ditunjukkan pada pembiasan pada prisma. Jika gelombang datar merambat dalam medium sama akan menghasilkan indeks bias n(l). Konstanta perambatan untuk gelombang ini dinyatakan dengan persamaan : = x. Ê (2.2) Turunan konstanta perambatan terhadap w dinyatakan sebagai berikut : ƑŢnǬ ƑŢ = Ê x.+ ƑŢǴ (2.3) ƑŢ Jika pada umumnya variasi indeks bias dipengaruhi panjang gelombang, maka dapat dikembangkan hubungan n pada l o dari pada w, l o merupakan panjang gelombang yang dihasilkan pada ruang hampa udara. l = (2.4) Selanjutnya diperoleh : ƑŢǴ = ƑŢǴ ƑŢl = ƑŢǴ ƑŢ ƑŢl ƑŢ ƴê ƑŢl Oleh karena itu persamaan 2.5. menjadi : (2.5)

29 7 ƑŢnǬ ƑŢǴ = x. l ƑŢ Ê (2.6) ƑŢl c merupakan kecepatan rambat gelombang cahaya dalam ruang hampa dan n adalah indeks bias bahan (Lee, 1986). Hubungan antara panjang gelombang dalam ruang hampa (l), panjang gelombang dalam medium tertentu (l m ), dan frekuensi gelombang memiliki harga yang konstan yaitu f dapat dinyatakan dengan : l= Ê g (2.7) l= g (2.8) l m = l Ǵ (2.9) l panjang gelombang sinar dalam ruang hampa, l m panjnag gelombang sinar yang masuk dalam medium tertentu, dan n indeks bias medium yang digunakan dalam perambatan sinar. B. Pemantulan dan Pembiasan Bila seberkas cahaya datang dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat maka cahaya akan mengalami dua kemungkinan pemantulan dan atau pembiasan (gambar 2.1). Pemantulan cahaya terjadi apabila suatu sinar mengenai batas antara dua médium kemudian sinar dipantulkan pada médium yang sama. Sinar yang mengenai permukaan bidang pantul yang datar akan menghasilkan sudut pantul yang sama besar dengan sudut datangnya. Sinar akan dibiaskan melalui bidang batas antara dua médium, apabila sinar mengenai médium yang berbeda dan diteruskan ke dalam medium yang berbeda tersebut dengan sudut yang proporsional terhadap besarnya indeks bias medium yang dilaluinya. Jika medium yang dilalui sinar lebih renggang maka sinar akan menjauhi garis normal bidang batas. Tetapi jika sinar

30 8 masuk pada medium yang lebih rapat terhadap medium semula, maka sinar yang dibiaskan akan mendekati garis normal bidang (Pedrotti, 1993). n = (2.10) 1Sinf1 n2sinf2 Dengan n 1 adalah Indeks bias medium 1, n 2 adalah Indeks bias medium 2, 1 adalah sudut antara sinar datang dan garis normal, 2 adalah sudut antara sinar bias dan garis normal n > 1 n 2 n 2 Garis Normal normal f 2 Sinar di biaskan menjauhi garis normal Batas medium n 1 q 1 Sinar datang f 1 Sinar dipantulkan Gambar 2.1. Pembiasan dan pemantulan cahaya pada bidang batas antara dua medium optik (Keiser, 2000). Pada Gambar 2.1 dapat dilihat adanya dua medium dengan indeks bias n ı dan n 2, dimana n 1 > n 2 (indeks bias medium pertama lebih besar dari indeks bias medium kedua). Sinar datang dari medium pertama berindeks bias n ı menuju medium kedua dengan indeks bias n 2. Sebagian sinar yang mengenai bidang batas akan mengalami pemantulan dan sebagian yang lain mengalami pembiasan. Sinar datang dipantulkan dengan sudut yang sama besar dengan sudut sinar datang f dan 1 sinar bias dibiaskan menjauhi garis normal dengan sudutf. Pemantulan internal 2 sudut kritis terjadi ketika sinar bias sejajar dengan bidang batas medium f 2 (sudut f2 mencapai 90 ), maka sudut q 1 tersebut dinamakan sudut kritis ( f C ). Pernyataan tersebut dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

31 9 sin = Ǵ Ǵ (2.11) Sinar datang dari médium x. lebih rapat (kaca) menuju ke médium x. kurang rapat (air) akan menghasilkan tiga bentukan sinar yang diteruskan seperti tergambar berikut. x. x. x. x. x. x. < Ê ( ) = Ê ( ) > Ê ( ) Gambar 2.2. Sinar datang dari medium lebih rapat (kaca) menuju medium kurang rapat (air). (a) Sudut datang lebih kecil dari sudut kritis, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal (b) Sinar datang sama dengan sudut kritis, maka sinar akan dibiaskan sejajar bidang batas (c) Sinar datang lebih besar dari sudut kritis, maka sinar akan dipantulkan sempurna Pada saat cahaya mengalami pemantulan total, maka akan terjadi pergeseran fase (d). Pergeseran fase ini tergantung pada sudut datang (f 1 ) yang dinyatakan dengan persamaan : < ƴ (2.12) Perhitungan nilai pergeseran fase dari komponen pemantulan gelombang normal (d N ) dan gelombang paralel (d P ) dinyatakan dengan persamaan : = Ǵ Ê2Ůú Ǵ Ůú Ǵ (2.13) = Ǵ Ǵ Ê2Ůú Ůú Ǵ (2.14)

32 10 Untuk n = Ǵ Ǵ, perbandingan kedua nilai medium hantar cahaya. Pergeseran fase (derajad) f 1 (derajad) Gambar 2.3. Gambar pergeseran fase dari komponen pemantulan gelombang normal (d N ) dan gelombang paralel (sejajar) (d P ) terhadap bidang batas untuk perambatan cahaya dari kaca menuju ke air (n = 1,5 dan f C = 52 o ) dengan interval nilai sudut dari nol sampai : saat f C = 90 o. Prinsip dasar optik ini sekarang digunakan untuk menggambarkan besarnya daya optik yang ditransmisikan sepanjang serat optik (Keiser, 2000). Konsep utama dari struktur pemandu gelombang optik (optic wave guide) adalah suatu medium dari bahan material dielektrik dengan indeks bias tertentu berupa lempengan atau potongan atau silinder yang dilapisi dengan medium dielektrik yang indeks biasnya lebih rendah sebagai saluran cahaya yang memandu cahaya internal total yang berulang-ulang pada bidang batas sehingga cahaya tetap dalam medium yang memiliki indeks bias lebih besar (Saleh; 1991). C. Serat Optik Penelitian dan perkembangan dalam teknologi terpadu optik seperti yang terlihat saat ini tidak dapat dilepaskan adanya terobosan teknologi dalam produksi

33 11 serat optik dari yang semula memiliki rugi-rugi tinggi menjadi seperti sekarang yang memiliki rugi-rugi terhadap intensitasnya relatif rendah. Penurunan kerugian inilah menjadi daya tarik yang besar untuk digunakan dalam transmisi sistem komunikasi. Keunggulan serat optik sebagai media transmisi terutama mampu meningkatkan pelayanan sistem komunikasi data, seperti peningkatan jumlah kanal yang tersedia, kemampuan mentransfer data dengan kecepatan mega bit /second, terjaminnya kerahasiaan data yang dikirimkan sehingga pembicaraan tidak dapat mengalami perkembangan yang sangat begitu pesat disadap, tidak terganggu oleh gelombang elektromagnetik, petir atau cuaca Ukuran yang kecil dan bobot cahaya pada serat optik juga membuat hal itu yang sangat diinginkan untuk menggantikan jaringan dengan kawat secara konvensional di udara karena jaringan di udara memerlukan biaya yang sangat besar. Serat optik dapat juga digunakan untuk menggantikan kawat logam dalam jaringan dibawah tanah maupun di dalam bangunan-bangunan, perkembangan yang telah digunakan untuk telepon dan sistem komunikasi data ( Lee, 1986). Serat optik adalah suatu dielektrik waveguide yang beroperasi pada frekuensi optik atau cahaya. Serat optik berbentuk silinder yang panjang terbuat dari kaca atau plastik dan menyalurkan energi gelombang elektromagnetik dalam bentuk cahaya di dalam permukaannya dan mengarahkan cahaya pada sumbu aksisnya. Halhal yang mempengaruhi transmisi energi gelombang yang melaluinya seperti laser atau gelombang cahaya lainnya dengan waveguide ditentukan oleh sifat bahan dan bentuk geometrinya, yang merupakan faktor penting dalam penyaluran suatu sinyal sepanjang serat optik (Lee, 1986). 1. Struktur Serat Optik Stuktur serat optik biasanya terdiri atas 3 bagian, yaitu inti (core), selubung atau selimut (cladding), dan jaket pengaman (coating). Masing-masing bagian akan dijabarkan seperti berikut dan gambar/ struktur skemanya bagian-bagiannya dapat dilihat pada gambar 2.4. yaitu :

34 12 core cladding coating Gambar 2.4. Bagian-bagian serat optik (Farrel, 2002) a. Inti (core) adalah bagian terdalam serat optik merupakan lapisan dielektrikum mempunyai diameter yang bervariasi antara 5 50 mm tergantung jenis serat optiknya. b. Selimut/selubung (cladding) adalah bagian terluar serat yang berfungsi mempertahankan gelombang tetap di dalam inti, mempunyai indeks bias lebih kecil dibanding dengan bagian inti. c. Jaket (coating/buffer) adalah pelindung lapisan inti dan selimut yang terbuat dari bahan plastik atau nilon (Saleh, 1991). 2. Jenis Serat Optik Jenis-jenis serat optik ada 3, yaitu serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks bias, serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks bias, serat optik bermode jamak dengan nilai sebaran (multi mode fiber gradded index). a. Serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks bias Serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks bias umumnya terbuat dari bahan gelas silika (SiO 2 ). Ukuran core atau intinya adalah 8-12 mm sedangkan diameter cladding-nya 125 mm (Gambar 2.5). Dalam fiber jenis ini hanya satu berkas cahaya (satu mode) yang dapat melaluinya (Saleh; 1991). n c n c n f 8-12 mm 125 mm Gambar 2.5. Serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks bias (Keiser; 2000)

35 13 b. Serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks bias Serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks bias terbuat dari bahan gelas silica (SiO 2 ). Ukuran intinya mm, diameter selubungnya mm (Gambar 2.6). Diameter core lebih besar dari serat optik bermode tunggal sehingga banyak mode yang dapat melaluinya. n c n f mm mm n c Gambar 2.6. Serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks bias (Saleh ; 1991) Jenis serat ini disebut serat optik bermode jamak karena cahaya yang merambat dari satu ujung ke ujung lainnya, terjadi dengan melalui beberapa lintasan cahaya. Diameter inti (core) sebesar 50 mm mm dan diameter selubung (cladding) 125 mm mm. c. Serat optik bermode jamak dengan nilai sebaran indeks bias (gradded index) Serat optik bermode jamak dengan sebaran nilai indeks bias (graded index) biasanya terbuat dari multi component glass & silica glass tapi dapat juga terbuat dari bahan lainnya. Ukuran intinya mm dan diameter selubungnya mm. n n c n f m Gambar 2. 7 Serat optik bermode jamak dengan nilai sebaran indeks bias (Saleh; 1991)

36 14 Serat optik bermode jamak graded index (Gambar 2.7) mempunyai indeks bias yang merupakan fungsi dari jarak terhadap sumbu/poros serat optik. Sehingga sinar akan dibiaskan secara bertingkat-tingkat menjauhi selubung dan mendekati sumbu inti serat optik, dengan demikian cahaya yang menjalar melalui beberapa lintasan pada akhirnya akan sampai pada ujung lainnya pada waktu yang bersamaan. 3. Karakteristik Transmisi pada Serat Optik a. Modus Transmisi Modus transmisi merupakan pola-pola tertentu yang dibentuk gelombang cahaya dalam metode transmisi yang merambat dalam serat optik. Gelombang cahaya terdiri dari sekumpulan gelombang elektromagnetik (EM) yang energinya merambat tanpa memerlukan medium. Gelombang elektromagnetik memiliki komponen medan listrik dan medan magnet dan masing-masing komponen membentuk pola-pola tertentu dalam serat optik. Sebuah serat optik yang dapat melewatkan lebih dari satu modus transmisi disebut sebagai serat optik bermode jamak. Sebuah serat optik hanya dapat mengakomodir modus dalam jumlah yang terbatas. Hal ini dikarenakan tiap-tiap modus adalah sepasang pola medan listrik dan medan magnet memiliki ukuran fisik tertentu. Ukuran inti serat optik menentukan seberapa banyak modus yang dapat lewat di dalamnya (Crisp, 2005). b. Numerical Aperture Sinar cahaya yang masuk ke dalam inti serat optik membentuk sudut datang tertentu terhadap poros serat optik. Sudut yang menuju ke arah permukaan serat optik (n udara = 1), tidak semua akan diteruskan. Tetapi ada syarat tertentu agar sinar yang datang tersebut dapat diteruskan. Gambar 2.8 menunjukkan adanya sudut dimana sinar diterima oleh serat optik yang disebut sebagai Numerical Aperture.

37 15 q max cladding nudara = 1 core n1 qr 2 3 qc (Sudut kritis) Daerah dimana sinar dapat diterima oleh serat optik q max qi cladding Cahaya yang diserap ke cladding 2 Cahaya yang masuk dengan sudut kritis 3 Cahaya yang merambat ke dalam core Gambar 2.8. Sudut dimana sinar dapat diterima oleh serat optik Sinar tidak dapat diterima jika melebihi wilayah θ max. Karena sinar yang masuk memiliki sudut datang lebih besar dari θ max sehingga sinar tersebut masuk namun tidak dapat berlanjut dan keluar. Sedangkan semua sinar yang berada di wilayah θ max dapat masuk ke dalam serat optik, dengan batas kritis sejauh θ max. Sudut kritis ( ) sinar laser yang melalui bagian inti terhadap selubung dinyatakan dengan : = Þax. Ǵ Ǵ (2.15) Selanjutnya persamaan sinar masuk dari udara menuju ke serat optik sesuai dengan hukum Snellius : x. Ňsax. ƅitnǭ = x. Ňsax., n adalah indeks bias udara = 1, n 1 adalah indeks bias inti, n 2 adalah indeks bias selubung (cladding). sin ƅitnǭ = x. sin = x. 1 oňs = x. 1 Ǵ Ǵ = x. Ǵ Ǵ Ǵ = x. x. (2.16) Ňsax. ƅitnǭ pada serat optik disebut celah numeris atau numerical aperture (NA), maka NA = x. x.. Perbedaan indeks bias inti-selubung x. Ê21 x. Ê it ƑŢ = x. = Ǵ Ǵ Ǵ Ǵ Ǵ. Ǵ Sehingga x. = x. x., maka x. = x. 1

38 16 NA = x. x. 1 = x. x. + x. 2 x. = x. 2 x. (2.17) Karena 1, sehingga nilai harganya semakin sangat kecil, maka dapat diabaikan atau 0. Selanjutnya : NA = x. 2 (2.18) Perkiraan nilai pada ruas kanan dipengaruhi oleh nilai, biasanya harga dipengaruhi oleh jenis serat optiknya. Untuk serat optik bermode jamak nilainya antara 1% sampai 3%, sedangkan serat optik bermode tunggal antara 0,2% sampai 1% (Keiser, 2000). Tabel 3.1.Numerical aperture (NA) pada serat optik bermode jamak (Keiser, 2000) Diameter Core (µm) Diameter Cladding (µm) Numerical Aperture (NA) Perambatan Cahaya Perambatan cahaya di dalam serat optik ditunjukkan secara geometris proses pemantulan gelombang cahaya pada permukaan zat antara. Terdapat dua sinar, yaitu sinar 1 dan sinar 2 yang diasosiasikan kedua cahaya adalah identik. Kedua sinar merambat dengan ketentuan sudut datang < = ƴ.

39 17 n 2 Fase gelombang turun A D n 1 Sinar1 d C s 2 s 1 q Sinar2 n 2 q Fase gelombang naik B Gambar 2.9. Gelombang cahaya merambat sepanjang pandu gelombang serat optik, perubahan fase dihasilkan oleh keduanya setelah melalui medium serat dan terpantul didalamnya (Keiser, 2000) Perubahan fase gelombang dihasilkan ketika sinar 1 merambat dari titik A menuju B dikurangi perubahan fase pada sinar 2 diantara titik C dan D harus berbeda karena pelipatan bulat oleh 2p. Perubahan fase dinyatakan dengan lambang. = Ňs= x. Ňs= x. 2 Ňs l (2.19) k 1 = konstanta perambatan dalam medium dengan indeks bias n 1, k = k 1 /n 1 konstanta perambatan pada ruang bebas, s = jarak perjalanan gelombang dalam zat. Perubahan fase gelombang tidak dihasilkan langsung dari perambatan gelombang tetapi diakibatkan pada pemantulan gelombang dari permukaan dielektrikum. Perjalanan sinar dari titik A ke titik B, sinar 1 menghasilkan jarak s 1 = d/sinq, karena sinq = d/s 1 di dalam zat, dan melalui dua perubahan fase d pada titik pemantulannya. Pada proses perhitungan perubahan fase dimulai dengan menghitung jarak titik A ke D yang dinyatakan dengan persamaan = tan tan. Selanjutnya jarak antara C sampai D dinyatakan dengan s 2. Ňs = cos = oňs Ňsax. /sin (2.20) Syarat perambatan gelombang dapat ditulis : ƴǵ Ňs Ňs + 2 = 2 30 (2.21)

40 18 m = 0, 1, 2, 3,.. Substitusi dari pernyataan untuk s 1 dan s 2 ke dalam persamaan (2.20) akan dihasilkan : ƴǵ ƑŢ ru Ůú Ǵ ru ƑŢ Ůú Ǵru Ê2Ůú Ƽōru + 2 = 2 30 (2.22) Persamaan ini dapat diturunkan menjadi : ƴǵ ƑŢŮú Ǵru + = 30 (2.23) Mempertimbangkan komponen normal oleh gelombang listrik pada bidang datar menghasilkan melalui persamaan pantulannya dihasilkan : = Ǵ Ê2Ůú Ǵ Ůú Ǵ, maka pergeseran fase = 2 tan Ê2Ůú ru Ǵ Ǵ (2.24) Ƽōru Tanda negatif berarti gelombang dalam medium akan mengalami pengurangan atau tidak mengalami penumbuhan gelombang. Substiusi persamaan (2.24) ke dalam persamaan (2.23) menghasilkan bentuk persamaan : ƴǵ ƑŢ Ƽōru 30= 2 tan Ê2Ůú ru Ǵ Ǵ (2.25) Ƽōru atau dapat ditulis menjadi : tan ƴǵ ƑŢŮú Ǵru ƴƅ = Ê2Ůú ru Ǵ Ǵ (2.26) Ǵ Ůú Ǵru Jadi persamaan ini akan terpenuhi untuk gelombang cahaya yang merambat dengan sudut datang q dalam bahan dielektrikum oleh pandugelombang.

41 19 Gambar Distribusi medan listrik untuk beberapa jenis urutan potongan pandu dalam penampang sejajar pandugelombang (Keiser,2000). Pada gambar Pandu gelombang yang terdiri dari dielektrikum yang memiliki indeks bias n 1 indeks bias core (inti) < n 2 indeks bias cladding (selubung). Bentuk sederhana dari pandu gelombang optik seperti model penguatan gelombang yang dapat merambat tegak dalam serat optik. Kenyataannya bahwa bagian melintang pandu gelombang sejajar sama seperti bagian potongan melintang serat optik sepanjang sumbunya. Pada gambar in ditunjukkan pola beberapa potong perpindahan energi listrik dengan orde lemah (Transverse Electric/TE) yang penyelesaiannya menggunakan persamaan Maxwell untuk pandu gelombang datar. Orde suatu mode sama dengan jumlah pandu melalui medan hampa udara. Persamaan Maxwell mendasari rambatan gelombang dalam serat optik yang membentuk mode naik ataupun turun, selanjutnya penentuan bentuk rambatan gelombang tersebut dipengaruhi oleh factor b. Suatu mode pandu gelombang terbentuk memenuhi factor b dengan harga toleransi : x. x. (2.27) n 1 dan n 2 berturut turut adalah indeks bias inti dan selubung, k = 2p/l (Keiser,2000). 5. Perambatan Cahaya dalam Serat optik bermode tunggal Distribusi secara geometris perambatan cahaya dalam serat optik bermode tunggal lebih baik daripada melalui diameter ini dan numerical aperture (NA), pernyataan ini penting dalam memperkirakan nilai karakterisasi serat optik bermode

42 20 tunggal ini. Parameter dasar serat optik bermode tunggal disebut mode field diameter (MFD) dilambangkan dengan mode LP 01. Mode field diameter (MFD) dapat dianalogikan sebagai inti diameter dalam serat optik bermode jamak, kecuali dalam serat optik bermode tunggal tidak semua perambatan cahaya melalui intinya. E(r) E 0 2a r =0 e -2 E 0 Mode Field Diameter 2W 0 Gambar Distribusi cahaya dalam serat optik bermode tunggal pada sembarang panjang gelombang. Untuk distribusi Gaussian, MFD dinyatakan dengan 1/r 2 terhadap energi optik Pertimbangan dasar dalam metode ini adalah melalui pendekatan distribusi kuat medan listrik, selanjutnya dinyatakan dalam persamaan gaussian sebagai berikut. = Fb)D (2.28) adalah radius, E 0 adalah kuat medan listrik pada pusat jari-jari, W 0 adalah lebar dari distribusi kuat medan listrik. Selanjutnya untuk menentukan lebar mode kuat medan (mode field diameter atau MFD) digunakan 2W 0 dua kali e -1 radius dalam kuat medan listrik optik besarnya sama dengan e -2 radius tenaga optik. Nilai lebar mode medan (2W 0 ) pada mode LP 01 dapat ditentukan dengan persamaan : 2 = ƑŢ1 1 1 ƑŢ1 (2.29) E( r ) menunjukkan distribusi kuat medan listrik pada mode LP 01.

43 21 Bentuk mode gelombang yang terpolarisasi di dalam serat optik digambarkan secara melintang terhadap sumbu kartesius, maka arah polarisasi digambarkan sebagai berikut. Y Y X X n X n Y Mode horisontal Mode vertikal Gambar Dua polarisasi pada mode HE 11 pada serat optik bermode tunggal (Keiser,2000) Serat optik yang ideal menghasilkan putaran simetri yang sempurna, dua mode mengalami penurunan dengan konstanta perambatan gelombang yang sama ( k x = k y ), dan beberapa tingkatan polarisasi dalam serat optik didorong untuk tidak mengalami perubahan. Pada kenyatannya dalam serat optik terdapat ketidaksempurnaan, seperti faktor tekanan yang tidak simetris, inti yang tidak bulat, dan perbedaan indeks bias. Penyebaran mode dipengaruhi perbedaan kecepatan dan perbedaan indeks bias efektif yang dinyatakan dengan bias ganda (birefringence). g = x. x. (2.30) Persamaan tersebut dapat ditulis sebagai berikut : = x. x. (2.31) Untuk k 0 = 2p/l konstanta perambatan gelombang dalam ruang hampa udara. Jika perbedaan fase dikalikan dengan 2p, maka mode gelombang akan terjadi perubahan pada polarisasinya awalnya. Panjang denyutan gelombang dinyatakan dengan persamaan (Keiser, 2000) = 2 (2.32)

44 22 6. Rugi-rugi daya pada serat optik Energi atau daya yang dibawa oleh cahaya akan mengalami pelemahan (rugi-rugi/loss) akibat terjadinya kebocoran atau karena kurangnya kejernihan bahan serat optik. Besaran pelemahan energi sinyal informasi dari fiber optik yang biasa dinyatakan perbandingan antara daya pancaran awal terhadap daya yang diterima dinyatakan dalam deci-bell (db) disebabkan oleh 3 faktor utama yaitu absorpsi, hamburan (scattering) dan bending losses. Gelas yang merupakan bahan pembuat fiber optik biasanya terbentuk dari silicon-dioksida (SiO2). Variasi indeks bias diperoleh dengan menambahkan bahan lain seperti oksida titanium, thallium, germanium atau boron. Dengan susunan bahan yang tepat maka akan didapatkan atenuasi yang kecil. Atenuasi menyebabkan pelemahan energi sehingga amplitudo gelombang yang sampai pada penerima menjadi lebih kecil dari pada amplitudo yang dikirimkan oleh pemancar (Senior; 1992). Cahaya yang merambat sepanjang serat optik mengalami penurunan energi secara eksponensial terhadap jaraknya. Jika P(0) adalah tenaga optik awal dalam serat (pada z = 0), selanjutnya P(z) tenaga optik setelah menempuh z, maka selanjutnya dinyatakan dengan rumus : = (0) (Keiser, 2000) (2.33) = Ôx. ( ) ( ) (2.34) α P merupakan koefisien atenuasi satuannya km -1, z adalah panjang lintasan atau ketebalan serat optik yang digunakan untuk perjalanan sinar (gelombang elektromagnetik). Secara ringkas dalam perhitungan atenuasi dalam serat optik dinyatakan dengan decibel per kilometer (db/km). Parameter secara umum digambarkan rugi-rugi serat optik atau atenuasi serat optik sebagai berikut :

45 23 Gambar 2.13 Atenuasi serat optik terhadap fungsi panjang gelombang dihasilkan 0,5 db/km pada 1300 nm dan 0,3 db/km pada 1550 nm untuk jenis serat optik mode tunggal. Pada serat optik ini terjadi puncak atenuasi diantara panjang gelombang 1400 nm yang diakibatkan dari penyerapan molekul air (Keiser, 2000) Beberapa hal yang menyebabkan terjadinya atenuasi dalam serat optik absorbsi, pancaran Reyleigh, pemantulan Fresnel, rugi-rugi karena pembengkokan. Penjabarkan dari masing-masing adalah sebagai berikut : a. Absorpsi Zat pengotor (impurity) apapun yang masih tersisa di dalam bahan inti akan menyerap sebagian dari energi cahaya yang merambat di dalam serat optik. Kontaminan yang menimbulkan efek paling serius adalah ion-ion hidroksil (OH) dan zat-zat logam. Ion-ion hidroksil yang merupakan wujud lain dari air akan menyerap energi gelombang dengan panjang gelombang 1380 nm, sedangkan zat-zat logam akan menyerap energi gelombang dengan berbagai nilai panjang tertentu (Saleh, 1991). b. Hamburan Rayleigh Hamburan Rayleigh (Rayleigh scatter) adalah efek terpencarnya cahaya akibat terjadinya perubahan kecil yang bersifat lokal pada indeks bias bahan inti dan

46 24 bahan mantel. Dikatakan bersifat lokal karena perubahan hanya terjadi di lokasilokasi tertentu saja di dalam bahan, dan ukuran daerah yang terkena pengaruh perubahan ini sangat kecil, yaitu kurang dari satu panjang gelombang cahaya. Terdapat dua hal yang menyebabkan terjadinya fenomena ini, dan keduanya timbul di dalam proses manufaktur. Sebab pertama adalah terdapatnya ketidak merataan di dalam adonan bahan-bahan pembuat serat optik. Ketidakrataan dalam jumlah yang sangat kecil dan bersifat acak mustahil untuk sepenuhnya dihilangkan. Penyebab kedua adalah pergeseran-pergeseran kecil pada kerapatan bahan yang biasanya terjadi saat kaca silika mulai membeku menjadi padat (Saleh, 1991). c. Pemantulan Fresnel Ketika sinar cahaya menumbuk sebuah bintik perubahan indeks bias dan terpencar ke segala arah, komponen pencaran yang merambat dengan sudut datang mendekati garis normal (90 0 ) akan lewat begitu saja menembus bidang perbatasan. Akan tetapi tidak semua bagian dari cahaya yang datang dengan sudut mendekati garis normal akan menembus bidang perbatasan. Sebagian kecil dari cahaya itu akan terpantul balik di bidang perbatasan. Efek ini dapat menjadi masalah bagi cahaya yang meninggalkan ujung output serat optik. Di titik ini, terjadi perubahan seketika dari indeks bias inti ke indeks bias yang ada di luar serat optik. Efek yang sama juga terjadi pada arah yang berlawanan. Sebagian kecil dari cahaya yang datang dan hendak memasuki serat optik terpantul balik oleh bidang perbatasan udara-inti (John Crisp, 2005). d. Rugi-Rugi Pembengkokan Bending yaitu pembengkokan fiber optik yang menyebabkan cahaya yang merambat pada fiber optik berbelok dari arah transmisi dan hilang. Sebagai contoh, pada fiber optik yang mendapat tekanan cukup keras dapat menyebabkan ukuran diameter fiber optik menjadi berbeda dari diameter semula, sehingga mempengaruhi sifat transmisi cahaya di dalamnya (Farrel; 2002).

47 25 Rugi-rugi akibat pelengkungan fiber optik dibedakan menjadi dua macam yaitu : 1) Macro bending/pembengkokan makro Rugi-rugi Macrobending terjadi ketika sinar atau cahaya melalui serat optik yang dilengkungkan dengan jari-jari lebih lebar dibandingkan dengan diameter serat optik sehingga menyebabkan rugi-rugi seperti pada gambar berikut. f 1 R f 2 f 3 Cladding Core Gambar Pembelokan sinar di dalam inti serat optik dengan variasi sudut sinar datang (Andre, 2006) Gambar memperlihatkan secara fisis mode gelombang yang merambat pada bengkokan serat optik. Berdasarkan prinsip pemantulan dan pembiasan cahaya, sudut sinar datang yang lebih kecil daripada sudut kritis ( f 1 dan f 2 < f critis ), maka mode cahaya tidak dipantulkan secara sempurna melainkan lebih banyak dibiaskan keluar dari inti serat optik. Sedangkan untuk sinar yang membentuk sudut datang lebih besar dari sudut kritis ( f 3 f critis ), maka sebagian besar mode cahaya akan dipantulkan kembali masuk ke dalam selubung seperti halnya prinsip pemantulan total. Kondisi ini mengakibatkan perubahan moda. Jumlah radiasi optik dari lengkungan serat tergantung kekuatan medan dan kelengkungan jari-jari R (Andre,2006).

48 26 Gambar Sketsa dasar kurva pandu gelombang optik (Keiser, 2000) Pada gambar 2.15 menunjukkan serat optik yang dibengkokan dengan kelengkungan R, medan akan mengikuti sepanjang kelengkungan dalam inti serat optik tersebut yang mengakibatkan terbentuk mode paling rendah. Pada jarak kritis x c dari pusat kelengkungan serat optik, gelombang memiliki kecepatan gerak lebih tinggi yang merambat dalam bagian intinya (Keiser, 2000) Untuk memperkecil perubahan mode perlu diperhatikan nilai-nilai mode efektif, yaitu nilai dimana cahaya akan tetap dipandu oleh kelengkungan kabel serat optik pada jari-jari a. gg it (2.35) Ǵ nǭ x. adalah jumlah total mode lengkungan dalam serat lurus, α adalah profil graded indek, adalah perbedaan indeks bias, R adalah jarak pusat kelengkungan dan ƴ adalah konstanta perambatan gelombang (Keiser, 2000). l Pembengkokan serat optik menimbulkan rugi-rugi perambatan gelombang karena kecepatan cahaya di dalam posisi pembengkokan tersebut mengalami peningkatan dan energi cahaya menyebar dari lintasan perambatannya. Koefisien

49 27 atenuasi yang diakibatkan rugi-rugi pembengkokan dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : 1 = Fb)D (2.36) R adalah jari-jari kelengkungan bengkokan serat, c 1 dan c 2 konstanta yang pembuatan serat optik dan panjang gelombang serta tidak tergantung R. Rugi-rugi bengkokan serat optik akan nampak menjadi amat besar atau signifikan, jika sampai pada jari-jari kritis. Sebaliknya jika lebih besar dari jari-jari kritis kerugian bengkokan serat optik cenderung tidak ada ataupun sedikit kerugiannya. Oleh karena itu parameter kerugian bengkokan serat optik dapat diamati dari kurva rugi-rugi bengkokan terhadap perubahan jari-jari kelengkungan. Jari-jari kritis atau critical radius adalah jari-jari bengkokan mendekati pertambahan nilai rugi-rugi yang cepat. Jari-jari kritis pada multi mode dirumuskan (Farrel; 2002): Ê = Ǵ l ƴ Ǵ Ǵ (2.37) Besarnya nilai rugi-rugi dapat dipengaruhi oleh selisih indeks bias. Nilai numerical aperture yang besar akan menghasilkan nilai jari-jari kritis (R c ) dan nilai rugi-rugi yang kecil. 2) Micro bending/pembengkokan mikro Pembengkokan mikro terjadi karena ketidakrataan pada permukaan batas antara inti dan selubung secara acak atau random pada fiber optik karena proses pengkabelan ataupun ketika proses penarikan saat instalasi seperti terlihat pada Gambar External Force cladding core cladding Gambar Peristiwa rugi-rugi akibat pembengkokan mikro (Farrel; 2002)

50 28 Penelitian mengenai hubungan rugi-rugi daya serat optik hubungannya dengan jari-jari pembengkokan dan bending loss (rugi-rugi bengkokan) telah dilakukan di Pusat Penerapan Optoelektronik, Institut Teknologi Dublin, Ireland. Hasil penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.17 (Wang, 2005). (a) (b) Gambar Eksperimen rugi-rugi daya serat optik pada beberapa persamaan dan percobaan sebagai fungsi dari jari-jari pembengkokan (Wang,2005)

51 29 Gambar (a) dan (b) dapat dilihat bahwa semakin besar radius pembending, maka kerugian intensitas gelombang makin kecil. Grafik yang memperlihatkan perubahan yang sangat signifikan dengan menggunakan model sederhana. Kuat medan magnet pada permukaan cladding dalam pembengkokkan serat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : Fb, = ƴ + Fb)D a (Wang, 2005) (2.38) Fb, = nǭ Ǵ + x. 1+, dan berturut-turut merupakan fungsi tak nyata. Untuk batasan permukaan yang sangat jauh, terdapat hubungan diantara dan, yaitu = ǥ. Untuk setiap permukaan yang berdekatan, menurut kondisi batas medan yang kontinu, didapatkan persamaan sebagai berikut : Fb, + Fb, = Fb, + Fb, Fb, + Fb, = Fb, + Fb, (Wang, 2005) (2.39) Berdasarkan pada kondisi batasan antara permukaan selimut (cladding) pertama dan permukaan inti (core), kita dapatkan persamaan : = ƴ,, Fb)D + dan dengan teori ketidakpastian, koefisien kerugian pembengkokan dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : 2= 2 30 ƴ it 0, (Wang, 2005) (2.40) Penelitian lainnya mengenai hubungan rugi-rugi daya serat optik hubungannya dengan jari-jari pembengkokan dan panjang gelombang di Departemen Fisika Universitas Aviero, Santiago. Hasil penelitian ini dapat dilihat pada Gambar

52 30 Gambar Eksperimen rugi-rugi daya serat optik pada beberapa panjang gelombang sebagai fungsi dari jari-jari pembengkokan (Andre, 2006) Dari Gambar 2.18 dapat diamati bahwa rugi-rugi serat optik tergantung pada panjang gelombang. Dapat diamati pula puncak periodik kerugian pada spektrum yang berbeda untuk jari-jari pembengkokan yang berbeda. Fenomena ini dapat dijelaskan karena adanya refleksi yang terjadi antarmuka antara lapisan cladding dan udara (Andre, dkk, 2006)

53 31 BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian mengenai rugi-rugi bengkokan fiber optik jenis multimode step index dan singlemode fiber optic E-28 dengan variasi diameter pembengkokan 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, dan 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm dilakukan di Laboratorium Optik Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret. Jangka waktu pelaksanaan dari penelitian ini adalah dari bulan Oktober 2009 sampai Februari B. Alat dan Bahan : Alat dan bahan yang digunakan sebagian besar telah disediakan di laboratorium optik jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) UNS seperti Laser Klasse-2 DIN 58126, menghasilkan pancaran sinar dengan panjang gelombang 632,8 nm berwarna merah, Oscilloscop Yokogawa DL 1520, optical Chopper3501, Detektor, serat optik (Multimode dan Singlemode). Sedangkan alat dan bahan lainnya diusahakan dari luar laboratorium. Adapun secara lengkap alat dan bahan yang diperlukan dapat dirinci sebagai berikut : 1. Alat a. Laser Klasse-2 DIN 58126, 632,8 nm b. Osilloscope Yokogawa DL1520 c. Optical Chopper 3501 d. Detektor 2. Bahan a. Fiber Optik Bermode Jamak dengan Sebaran Indeks Bias b. Fiber Optik Bermode Tunggal dengan Sebaran-E28 c. Pipa Paralon dan pipa Aluminium sesuai ukuran diameter d. Busa/Gabus e. Lak ban atau double tape

54 32 Berikut ini adalah alat-alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian : (a) (d) (b) (e) (c) (f) Gambar 3.1 Alat-alat yang digunakan dalam penelitian karakteristik rugi-rugi serat optik akibat pembengkokan makro dengan model lilit. (a) Set up alat pembending dilengkapi statif dari logam, (b) Holder serat optik penerima sinar laser, (c) Penangkap sinar Laser (detektor), (d) Holder serat optik penyampai ke oscilloscope, (e) Busur derajad 360 o dan holder serat optik, (f) Seting alat lengkap C. Metode Penelitian Prinsip kerja yang dilakukan dalam penelitian ini adalah melakukan pembengkokan serat optik yang terbuat dari gelas dengan diameter bengkokan 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm. Alat bengkokan digunakan

55 33 dari pipa paralon dan pipa aluminium yang mudah diperoleh dan cenderung silindernya rata. Sedangkan sumber cahaya digunakan sinar laser He Ne dengan panang gelombang 632,8 nm menggunakan sumber energi listrik 220 volt. Alat pembengkok dirancang agar dapat dilakukan proses pembengkokan melalui perubahan besarnya sudut putar mulai 0 o sampai dengan 720 o dan selama proses perubahan sudut tersebut diharapkan serat optik tidak mengalami pengenduran dalam lilitannya. Proses pembengkokan serat optik bermode jamak dan serat optik bermode tunggal dapat dijelaskan dengan ilustrasi gambar sebagai berikut. Sumber Cahaya Pembengkokan Detektor/Oschilloscop Gambar 3.2. Skema pembengkokan serat optik dari sumber dan diterima detektor Alat-alat yang diperlukan dibuat diatas papan yang kuat agar dapat menahan goncangan atau getaran. Papan yang dimaksud dapat terbuat dari meja kayu permanen dan diatasnya diberi papan acrylic (mika) dilengkapi dengan pengatur sekerup kedudukan sinar yang masuk ke dalam serat optik. Serat optik yang telah dipotong melintang menggunakan silet tajam dimasukkan dalam holder serat optik yang terletak dekat sumber maupun detektor. Jika serat optik telah terpasang dengan tepat, maka pengatur jalannya sinar agar dapat terputus-putus (optical chopper) diatur dalam frekuensi 99,0 Hz. Selanjutnya sinar laser dinyalakan dan diamati pada detektor apakah sinyal sudah tampak membentuk gelombang dengan nilai potensial yang maksimum pada saat serat optik sebelum divariasi sudut putarnya (dalam keadaan lurus). Serat optik ditempelkan pada alat pembending dengan menggunakan selotip, selanjutnya pembendingan yang menggunakan variasi jumlah lilitan dan variasi sudut putar dapat dilakukan. Penelitian ini dibagi dalam 2 langkah kerja, yaitu: set up alat model sevenbending dan pengambilan data. Tahap-tahap yang akan dilakukan dapat dilihat pada gambar 3.3 :

56 34 Persiapan Alat dan Bahan Set up alat Sevenbending Pengambilan data Pengolahan data Analisa data Kesimpulan Gambar Skema penelitian kajian rugi-rugi pembengkokan makro serat optik dengan model tujuh bengkokan Penjelasan dalam langkah-langkah yang dinyatakan dalam skema di atas adalah sebagai berikut : 1. Persiapan Alat dan Bahan Persiapan alat adalah dengan mengumpulkan alat-alat yang akan digunakan dalam penelitian ini. Diantaranya; Laser Klasse-2 DIN panjang gelombang 632,8 nanometer semua alat sudah ada di laboratorium Optik jurusan Fisika MIPA UNS. Peneliti dapat memakai alat-alat tersebut dengan sepengetahuan pihak jurusan. Serat optik yang telah dimasukkan dalam holder dan diatur posisi serat agar dapat secara tetap dan tepat menerima sinar laser dari sumbernya serta mendistribusi cahaya laser yang akan melalui pembendingan serta selanjutnya diterima oleh oschilloscop. Persiapan bahan adalah dengan mengumpulkan bahan-bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini. Serat optik bermode jamak dan bermode tunggal

57 35 dililitkan pada silinder paralon dan silinder aluminium yang disiapkan seperti pada gambar berikut. Gambar 3.4.a. Silider tak bercelah Gambar 3.4.b. silinder bercelah Proses pembendingan secara skematik untuk silinder yang tak bercelah dengan silinder yang bercelah seperti gambar 3.5. (a) (b) Gambar 3.5. Skema pembendingan serat optik (a) silinder tanpa celah dan (b) silinder bercelah Silinder yang tidak bercelah digunakan pembendingan serat optik dibagian luarnya dan seratnya kelihatan, sehingga dapat diamati jika terjadi kondisi serat dalam keadaan menggelantung (kendor). Sedangkan yang bercelah, serat optik dililitkan pada silinder bagian dalam kemudian ditutup dengan silinder bercelah yang diharapkan tidak terjadi gejala serat menggelantung (kendor).

58 36 2. Set up alat tujuh bengkokan Set up alat tujuh bengkokan dibagi menjadi beberapa bagian; bagian pertama yaitu membuat alat pembengkok dari silinder paralon dan silinder aluminium yang diberi celah dan dilingkupi dengan paralon pelindung guna menjaga fiber tetap terbending secara teratur, sebagai komponen utama alat-alat ini dikerjakan penulis di Magelang, karena keterbatasan penulis untuk dapat aktif kuliah hanya hari Jum at dan Sabtu. Bagian kedua, membuat set up alat tujuh bengkokan mengunakan papan multiplek sebagai meja dan dilengkapi busur derajad dari 0 o sampai 360 o yang digunakan untuk mencari besarnya rugi-rugi dalam penelitian ini. Bagian ketiga, membuat meja yang digunakan untuk menempatkan alat-alat optik supaya aman dari gerakan-gerakan agar tidak terjadi perubahan posisi alat-alat optik tersebut saat dilakukan penelitian. Di laboratorium jurusan Optik telah tersedia meja besar yang dapat meredam getaran-getaran yang akan digunakan untuk mengambil data yang dilengkapi dengan meja acrilic tempat chopper dan detektor yang digunakan untuk penghantaran serat optik. a. Penggunaan laser Laser sebagai sumber cahaya yang akan dilewatkan pada fiber optik, memiliki sifat monokromatik. Laser yang digunakan adalah laser jenis He-Ne dengan panjang gelombang 632,8 nanometer. Panjang gelombang 632,8 nm termasuk panjang gelombang yang cukup besar, sehingga pemakaian panjang gelombang ini bagus digunakan pada serat optik bermode jamak dan serat optik bermode tunggal jenis E-28. Gambar 3.6. laser klasse-2 DIN 58126

59 37 Laser ini ditempatkan di atas papan yang terbuat dari acrylic dengan kedudukan yang dapat diatur dengan menggunakan sekerup dan dijaga agar tahan goncangan atau gerakan yang mengakibatkan perubahan sudut kritis cahaya sinar laser yang masuk. Sehingga pembacaan beda potensial pada oscilloscop akan berubah. b. Penggunaan optical chopper Optical chopper digunakan untuk memotong-motong sinar laser, sehingga sinar laser yang dilewatkan optical chopper ada yang terhalang dan ada yang melewatinya, pengaturan terhadap frekuensi dikendalikan dengan pengatur chopper yang dapat diset nilai perputaran kipas tersebut. Tujuan membuat pola terhalang dan tidak terhalang adalah untuk memudahkan oscilloscope menerima data dalam bentuk pulsa-pulsa. Optical chopper dapat diatur kecepatan putar dengan mengatur besarnya frekuensi, frekuensi yang digunakan sebesar 99,0 Hz pada gambar 3.7.a. dan gambar 3.7.b. Gambar 3.7.a. pengatur frekuensi Gambar 3.7.b. optical chopper c. Penggunaan detektor Detektor ini digunakan untuk menerima sinyal cahaya yang sudah dilewatkan melalui fiber optik, detektor sangat besar perannya karena sinyal cahaya yang diterima berupa energi photon (E photon ) selanjutnya diubah menjadi energi listrik (E listrik ) langsung dihubungkan dengan oscilloscope dengan menggunakan kabel konektor. Detektor ini sangat sensitif terhadap cahaya oleh karena itu pada saat penelitian ruangan harus dalam keadaan gelap. Detektor dilengkapi dengan holder yang dapat diatur agar sinar yang masuk dan keluar serat optik dapat secara

60 38 maksimal diterima dan dilewatkannya. Proses penerimaan gelombang cahaya kurang maksimal dari detektor, maka gelombang yang terbaca dalam oschilloscope akan kecil, namun sebaliknya potensial gelombang akan bernilai tinggi. d. Penggunaan oscilloscope Oscilloscope yang digunakan adalah Oscilloscope digital. Fungsi Oscilloscope adalah untuk membaca data (mencatat gelombang listrik secara visual pada suatu layar) dan keluarannya dalam bentuk grafik disertai harga dalam nilai beda potensial dari puncak ke puncak (peak to peak). Oscilloscope diset untuk menghasilkan grafik berbentuk kotak-kotak dan di set pula skalanya sesuai dengan kebutuhan penelitian. Gelombang yang diterima berupa energi cahaya, selanjutnya divisualisasikan dalam beda potensial yang dilambangkan nilai dari puncak ke puncak gelombang (peak to peak voltage atau V PP ). Untuk menyimpan data dalam bentuk grafik digunakan disket. Gambar 3.8. Osilloscope Yokogawa DL Pengambilan Data Setelah set up alat selesai dirangkai, maka serat optik dipasangkan melalui celah sempit agar dapat dijaga serat optik dalam keadaan terentang sempurna pada meja set up alat tujuh bengkokan. Hal berikutnya yang dilakukan adalah pemfokusan cahaya untuk memaksimalkan cahaya yang masuk dalam serat optik, langkah ini dikendalikan pada sekerup pemegang Laser Klasse-2 agar tepat dapat menghasilkan sinar melalui tengah-tengah dari lensa masuk ke serat optik. Sebelum pengambilan