4. Karakteristik Transmisi pd Fiber Optik

Transkripsi

1 4. Karakteristik Transmisi pd Fiber Optik Anhar, MT. 1 Kompetensi Mahasiswa dapat menjelaskan rugi-rugi dan dispersi yang terjadi pada fiber optik dan menghitung besarnya rugi-rugi dan dispersi tsb. 2 1

2 Outline : Pengantar Redaman (Attenuation) Penyerapan Material (Absorption) Rugi-rugi hamburan (Scattering Losses) Rugi-rugi pembengkokan Dispersi Efek Non linier 3 Pengantar Cahaya yg merambat di dlam fiber pasti mengalami gangguan. Gangguan tsb dpt menurunkan kualitas daya sinyal cahaya di dlm optik. Dlm perencanaan link, menentukan seberapa banyak repeater hrs dipasang. Tiga hal yg perlu diperhatikan : 1. Apa saja rugi-rugi/redaman sinyal pd optik? 2. Mengapa sinyal optik melemah jika merambat sepanjang fiber? 3. Seberapa besar pelemahan sinyal tsb? 4 2

3 Pengantar 5 Apa saja?? 1. Redaman (Attenuation) 2. Penyerapan Material (Absorption) 3. Rugi-rugi g hamburan (Scattering Losses) 4. Rugi-rugi pembengkokan 5. Dispersi 6 3

4 Redaman Redaman pada transmisi optik berpengaruh pd perencanaan link, dibagi menjadi : 1. Penyerapan 2. Rugi-rugi penghamburan 3. Rugi-rugi radiasi. 7 Satuan Redaman Apa definisi redaman?? Perbandingan daya output optik P out dr fiber dng panjang L terhadap daya input optik P in. Rumusnya : α =10log P L Idelnya : Biasanya : 3 db/km, yg artinya : Daya sinyal optik menurun 50% sepanjang 1 Km dan akan menurun 75% sepanjang 2 Km. P in / out 8 4

5 Satuan Redaman Fungsi redaman thdp panjang gel dr teknologi fiber awal yg memiliki kandungan impuritas air yg tinggi 9 Contoh 1: Berapakah daya output dari rangkaian berikut Ini? 10 5

6 Penyelesaian : Dayanya : = (+12) + (-16) + (-6) + (+8) =-2 db Daya outputnya : daya out Gain = 10log daya in daya out 2 = 10log db 2 daya out 0,2 daya out 0,2 = log db 10 = 2 2 daya out 0,63 = Daya out = 1, Contoh 2: Bila daya optik yg dibangkitkan sepanjang 8 km adlh sebesar 120µW dan daya yg diterima adlh 3µW, maka tentukanlah : 1. Redaman sinyal optik keseluruhan dlm db 2. Redaman sinyal per km 3. Redaman sinyal keseluruhan utk panjang link 10 km menggunakan fiber yg sama dng penyambung/konektor tiap 1 km dimana redaman tiap konektor 1 db 12 6

7 Penyelesaian : Redaman sinyal optik keseluruhan dlm db : =10 Log (Pi/Po) = 10 Log (120/3) = 16 db Redaman sinyal per km : α.l = 16 db >> α = 16 db/8 km = 2 db/km Redaman utk link 10 Km : α = 2 db/km x 10km = 20 db Link ini memiliki 9 konektor sehingga total loss menjadi jdi9 db. Sehingga redaman total adlh : = 20 db + 9 db = 29 db 13 Penyerapan/Absorption Disebabkan zat kotoran yg tersisa didlm inti yg dpt menyerap sebahagian cahaya. Kontaminan yg paling serius adlh ion ion hidroksil dan zat zat logam. Pencegahan dpt dilakukan dng perbaikan pd proses manufacturing. Kandungan kontaminan hrs dpt ditekan sekecil mungkin. 14 7

8 Hamburan/Scattering Rayleigh Efek terpencarnya cahaya akibat terjadinya perubahan kecil yg bersifat lokal pd indeks bias bahan inti dan mantel. Hanya terjadi di lokasi2 tertentu di dlm bahan. Penyebabnya : Ketidakmerataan di dalam adonan bahan2 pembuat optik. Sulit dihilangkan. Pergeseran2 kecil pd kerapatan bahan yg terjadi saat silika mulai membeku dan menjadi padat. 15 Hamburan/Scattering Rayleigh Besarnya hamburan Rayleigh dinyatakan dlm koefisien redaman rayleigh yg besarnya : Koefisien ini besarnya dng redaman Rayleigh adlh : 16 8

9 Pemantulan Fresnel Tdk semua bagian dr cahaya yg dtng dng sudut mendekati garis normal akan menembus bidang perbatasan. Sebahagian dr cahaya tsb akan memantul balik di bidan g perbatasan. Daya terpantul tsb dirumuskan : 2 n1 n 2 Daya terpantul = n1 + n2 17 Memanfaatkan pemantulan fresnel Utk mengukur panjang serat optik. Mengirimkan cahaya pendek, dan menunggu pantulannya. Diukur dng menghitung kecepatan permbatan cahaya, interval waktu pengiriman... Diterapkan secara teknis pd OTDR (optical time domain reflectometer) 18 9

10 Rugi rugi lekukan kabel Macrobend Akibat lekukan tajam.. 19 Rugi rugi lekukan kabel Macrobend Dapat dirumuskan dng koefisien redaman : α r = c1 exp( c2r) Dimana R adlh radius fiber dan C1 serta C2 adlh konstanta Rugi rugi yg besar pembengkokan dpt terjadi dng kondisi radius kritis yg dirumuskan : 2 R c 3n λ 4 π ( n / 2 1 n 2 ) Rugi ini dpt diminimalkan dng : Perancangan fiber dng indeks perbendaan pantulan yg besar Beroprasi pd panjang gel yg pendek 20 10

11 Contoh : Sebuah fiber multimode dng indeks bias inti 1,5, perbedaan indeks bias 3% dan bekerja pada panjang gel 0,82µm. Tentukan radius maksimum dimana terjadi rugi rugi pembengkokan yg besar dr fiber tsb. Penyelesaian : 21 Rugi rugi lekukan kabel Microbend (lekukan skala mikro) Permasalahan yg ditimbulkan = makrobend Terjadi pd proses manufaktur Terjadi krn perbedaan laju pemuaian (dan penyusutan) antara serat optik dan lapisan pelindung luar

12 Latihan Sebuah link fiber optik dng panjang 15 Km memiliki rugi rugi sebesar 1,5 db/km. Fiber disambung setiap 1 km dng konektor yg memiliki redaman masing masing 0,8 db. Tentukan daya optik minimum yg hrs diberikan ke fiber sehingga daya yg diterima pd detektor sebesar 0,3 µw. Fiber step indeks single mode memiliki indeks bias inti 1,49 dan radius pembengkokan minimum sebesar 10,4mm bila cahaya dng panjang gelombang 1,3µm merambat di dalamnya. Bilapanjang gelombang cut off fiber adlh 1,15µm 15µm maka tentukanlah perbedaan indeks bias relatifnya. 23 Dispersi.. Ketika sinyal optik merambat sepanjang fiber, ia akan mengalami distorsi... Distorsi ini menyebabkan dispersi optik... Apa ya dispersi??? Pelebaran pulsa cahaya... Disebut juga efek pemuaian cahaya.. Atau ISI (Inter Sysmbol Interference) 24 12

13 Efek Dispersi 25 Efek Dispersi Tiap pulsa akan mengalami pelebaran dan akan bertumpangtindih dng pulsa tetangganya.. Menyebabkan jmlh bit yg error dlm transmisi digital bertambah... BER bertambah besar dan S/N juga berpengaruh

14 Efek Dispersi Tiap pulsa akan mengalami pelebaran dan akan bertumpangtindih dng pulsa tetangganya.. Pelebaran ini sangat berpengaruh dng bit rate sinyal..dan ukuran kapasitas informasi.. Menyebabkan jmlh bit yg error dlm transmisi digital bertambah Bagaimana pengaruh dispersi dng bandwidth? Agar pulsa cahaya yg merambat di optik tdk tumpang tindih, bit rate nya hrs lebih kecil dr pulsa yg mengalami pelebaran (diasumsikan pelebaran pulsa bs mencapai 2τ) : B T 1 2τ

15 Dispersi menyebabkan bit error rate meningkat? 29 Bagaimana pula dng ukuran kapasitas informasi? Ukuran kapasitas informasi dr fiber disebut...bandwidth distance product (MHz.Km) Utk fiber step index >> 20 MHz.Km Utk fiber graded index >> 2.5 GHz.Km 30 15

16 Dispersi pada semua jenis fiber.. 31 Apa yg perlu diketahui... Utk analisa dispersi, perlu mengetahui group velocities (kecepatan kumpulan) Group velocity adlh kecepatan pd mana energi utk mode tertentu merambat pd fiber Dirumuskan : 1 V g dβ = c dk Dimana : k = 2Π/λ sedangkan β adlh konstanta propagasi 32 16

17 Jenis jenis Dispersi... Intramodal/Kromatik Material + Waveguide Intermodal 33 Dispersi Intramodal/Kromatik Dpt terjadi pd semua jenis fiber optik tp umumnya terjadi pd SM. Akibat dr group velocities sbgi fungsi dr panjang gelombang. Krn tergantung λ, maka dispersi semakin meningkat dng semakin lebarnya spektrum sumber optik. Contoh : LED : λ emisinya 850nm, dng lebar 40nm Laser : dng lebar 1-2nm 34 17

18 Dispersi Intramodal/Kromatik Dpt terjadi pd semua jenis fiber optik tp umumnya terjadi pd SM. Akibat dr group velocities sbgi fungsi dr panjang gelombang. Krn tergantung λ, maka dispersi semakin meningkat dng semakin lebarnya spektrum sumber optik. Contoh : LED : λ emisinya 850nm, dng lebar 40nm Laser : dng lebar 1-2nm 35 Dispersi Intramodal/Kromatik Ada 2 jenis : Material : disebabkan : perubahan indeks bias inti sbg fungsi panjang gel. Panjang gel mempengaruhi group velocities Waveguide : disebabkan : konstanta β sbg fungsi dr a/λ 36 18

19 Dispersi Material Komponen spektral yg berbeda-beda pd sebuah mode akan merambat pd kec yg berbeda, tergantung λ nya. Sangat besar pd SM dan sumber LED. Group delay pd fiber dirumuskan : 37 Dispersi material pd silica 38 19

20 Dispersi material Dispersi material dirumuskan : L : panjang serat (Km) D mat(λ) : faktor dispersi material σ λ : lebar spektrum cahaya LED (nm) τ mat : group delay c : kec perambatan cahaya n : indeks bias 39 Dispersi waveguide Menjadi significance pd SMF yg nilainya bs hampir sama dispersi material. Pd MMF, dpt diabaikan krn sangat kecil dibanding dispersi material 40 20

21 Dispersi material+waveguide Dispersi material dan waveguide sbg fungsi dr panjang gelombang pd SMF slica 41 Dispersi Intermodal Akibat perbedaan nilai group delay dr masingmasing mode pd fiber. Dispersi ini hampir tdk ada pd SMF Dirumuskan : σ int er modal n = 1Δ c L 42 21

22 Pelebaran pulsa pd MMF Dispersi yg dialami pd MMF : Dispersi intramodal (dlm hal ini dispermi material) Dispersi intermodal Dispersi pd SMF hanya intramodal Akumulasinya merupakan rms : 43 Optimasi Desain SMF SMF banyak digunakan krn : Life time instalasi yg lebih panjang Redamana rendah Transfer sinyal dng kualitas tinggi krn tdk adanya dispersi intermodal Perlu dipikirkan design yg optimal pd SMF dng memperhatikan : Dispersi Panjang gelombang cutoff Profile indeks bias 44 22

23 Optimasi Desain SMF 1. Dispersi Dispersinya harus dikecilkan... Krn dispersi i material llebih dominan dr pd dispersi waveguide...maka harus dikecilkan atau mendekati nol... Ingat : 2 Berarti : d n = 0 2 dλ Akan didapat λ yg meminimalkan dispersi 45 Optimasi Desain SMF 2. Panjang Gel Panjang gel yg memisahkan daerah kerja SMF dan MMF. Dirumuskan : a : diameter fiber V :

24 Optimasi Desain SMF 3. Profile Indeks Bias Idenya adalh bgaimana mengatur profile indeks bias agar dispersi i minimum. i Salah satunya dng mengubah desain indeks bias inti yg sederhana menjadi lebih rumit. Yg telah dilakukan adlh : 1300 nm optimized single mode fiber Dispersion shifted Dispersion flatteded 47 Optimasi Desain SMF 48 24

25 Optimasi Desain SMF 49 Karakteristik Dispersi 50 25

26 Latihan Serat optik single mode mempunyai harga n 1 =7,50 2λ 2 +λ 2 (λ dlm mikrometer). Buktikan apakah pd λ =2 μm terjadi dispersi material yg bernilai nol. Bila tdk, pd λ brp terjadi dispersi material nol? Serat step indexs dng NA=0,20, n1=1,5 memiliki faktor dispersi material 0,5 μs/nm.km. Dispersi waveguide diabaikan. Serat dibentangkan dng jarak 45 km dan LED memiliki lebar spectrum 40 nm. Bila serat ini beroperasi pd panjang gelombang 1200 nm, berapakah total dispersi serat? 51 26