DEGRADASI SINYAL PD FIBER OPTIK

Transkripsi

1 DEGRADASI SINYAL PD FIBER OPTIK Ref : Keiser, Palais Fakultas Tekik Elektro 1

2 Degradasi siyal : Degradasi siyal dlm fiber : Redama Dispersi Redama diklasifikasika : Absorpsi Hambura Raleigh Efek geometri Loss iti da kulit Fakultas Tekik Elektro

3 Absorpsi Rugi-rugi absorpsi : Kerusaka atom Itrisik Ekstrisik Kerusaka atom Ketidak sempuraa struktur atom spt kehilaga molekul, cluster kerapata tiggi grup atom, atau kerusaka oksige dlm struktur gelas. Umumya rugi-rugi ii dpt diabaika dibadigka dg karea itrisik da ekstrisik. Rugi-rugi ii sigifika jika terjadi radiasi uklir yg tiggi, misalya di reaktor uklir saat terjadi ledaka uklir. Fakultas Tekik Elektro 3

4 Absorpsi Itrisik : Sifat alamiah gelas meyerap cahaya Sagat kuat pd daerah ultra violet tdk berpegaruh pd siskom optik Pd daerah iframerah terjadi pucak pd 7 μm da 1 μm. Eergi paas atom-atom bergerak SiO berkotraksi & meregag/vibrasi Fakultas Tekik Elektro 4

5 Absorpsi daerah UV : Hukum Urbach : uv Ce E / E 0 C da E O : kostata empiris E : eergi photo uv 154,x 10 46,6x 60 e 4,63 db/km Absorpsi daerah IR : x : bagia molekul GeO Utk GeO -SiO : IR 7, e 48,48 db/km Fakultas Tekik Elektro 5

6 Absorpsi Ekstrisik Ketidak muria sumber utama rugi-rugi fiber. Jeis : io trasitio metal da io OH Fe, Cu, V, Co, Ni, M, Cr meyerap secara kuat pd daerah yg digika Ketidak legkapa pegisia sel elektro dalam, peyerapa cahaya megakibatka elektro bergerak dr level eergi redah ke level lebih tiggi. Redama OH palig sigifika pd 1,37 μm, 1,3 μm, 0,95 μm Fakultas Tekik Elektro 6

7 Karakteristik redama fiber silika diberika dopig GeO Fakultas Tekik Elektro 7

8 Perbadiga absorbsi iframerah kr baha dopig pd low-loss silica fiber. Fakultas Tekik Elektro 8

9 Hambura Rayleigh Terjadi kr gel bergerak mel media yg terdapat beda hambur yg < 1 λ Saat pabrikasi gelas cair paas molekul bebas bergerak Pd saat caira digi geraka berkurag Pd saat padat mol acak membeku variasi kepadata variasi ideks bias setempat hambura. Fakultas Tekik Elektro 9

10 Glory : gejala optik dihasilka oleh backscatterig ke sumber oleh asap/kabut/butir air berukura seragam. Fakultas Tekik Elektro 10

11 Peyebab hambura lai : Baha fiber terdiri dr lebih dr satu oksida fluktuasi kosetrasi oksida peyusu Ketidak homogea baha yg dicampurka dlm gelas selama pabrikasi atar muka iti-kulit kasar, beda hambur > λ optik dpt dikedalika pd saat pabrikasi. Raleigh scatterig Fakultas Tekik Elektro 11

12 Redama kr hambura sebadig dg λ -4. Gelas kompoe tuggal : atau scat scat p 1 k B T k f B T T f T Neper/Km Neper/Km k B : Kostata Boltzma = 1,380 x 10-3 J/ O K β T : Isothermal compressibility baha T f : Suhu fictive/lebur p : koefisie photoelastic Fakultas Tekik Elektro 1

13 Fakultas Tekik Elektro 13 Utk gelas multi kompoe : m i i i C C V δρ : fluktuasi kepadata δc i : fluktuasi kosetrasi kompoe gelas Neper/Km Nilai fluktuasi komposisi da kepadata umumya tidak diketahui da ditetapka dr data hambura percobaa

14 Redama pd fiber GI-MM tertetu Redama pd fiber fiber SM tertetu Fakultas Tekik Elektro 14

15 Efek Geometri Begkoka/legkuga redama : Makroskopi berukura besar dibadig diameter fiber Misalya fiber dibeloka pojok Mikroskopi fluktuasi jari-jari ukurakecil berulag berukura kecil dibadig diameter fiber Terjadi secara radom Dpt bertambah saat pegkabela Fakultas Tekik Elektro 15

16 Efek Geometri Fakultas Tekik Elektro 16

17 Mode fudametal dlm fiber legkug Jari-jari kritis sigle mode : Jari-jari kritis multi mode : R C R C / 3,748 0,996 C 3/ Fakultas Tekik Elektro 17

18 Fakultas Tekik Elektro 18 Gloge : jumlah modus effektif 1 /3 3 1 ka M kr R a M M eff : Jml total mode dlm fiber lurus k = π/λ : kostata propagasi gelombag

19 Microbedig : fluktuasi jari-jari ukurakecil berulag dr legkuga sumbu fiber Fakultas Tekik Elektro 19

20 Compressible jacket meguragi microbedig kr tekaa dr luar Fakultas Tekik Elektro 0

21 Loss Iti da Kulit Iti da kulit terbuat dr baha yag berbeda komposisiya memiliki kofisie redama berbeda (α 1 utk iti da α utk kulit). Jika pegaruh koplig moda diabaika, loss SI fiber mode (v,m) : Pcore Pclad vm 1 P P Pclad P karea core 1 P P Pclad vm 1 maka 1 P Loss total dr fiber diperoleh dr pejumlaha semua moda dr tiap bagia daya setiap moda Pd fiber GI, koef redama pd jarak r dr sumbu ( r) (0) 1 1 (0) Fakultas Tekik Elektro 1 ( r)

22 Dispersi Group velocity : kecepata eergi suatu modus tertetu bergerak sepajag fiber. Perbedaa kec grup megakibatka perbedaa waktu tiba eergi di tujua shg megakibatka terjadiya pelebara pulsa. Gejala yg megakibatka terjadiya pelebara pulsa disebut dispersi. Jeis dispersi : Itramodal Material waveguide Itermodal, haya terjadi pd MM fiber Fakultas Tekik Elektro

23 Fakultas Tekik Elektro 3 Group delay Time delay atau Group delay per satua pajag : / k dk d c V d d c dk d c V L g g g : kec eergi dlm pulsa yg merambat sepajag fiber Dimaa : L : jarak yg dicapai oleh pulsa β : kostata propagasi sepajag sumbu fiber

24 Selisih Total delay sepajag fiber L : d g d Pelebara pulsa dpt didekati dg lebar pulsa rms : g d g L d d d c d d Dispersi : D 1 L d g d Satua dispersi : picosecod per kilometer per aometer Fakultas Tekik Elektro 4

25 Dispersi material Dikeal juga sbg dispersi kromatis atau spektral. Terjadi karea variasi ideks bias baha iti yg merupaka fugsi pajag gelombag, serupa dg efek prisma meguraika spektrum, akibatya terjadi kec grup berbeda setiap moda yg tergatug pd pajag gelombag, selajutya megakibatka terjadiya pelebara pulsa. Karea da Maka : g 1 d d L c dk c d L d mat c d Fakultas Tekik Elektro 5

26 Pelebara pulsa dr suatu sumber yg memiliki lebar spektral σ λ karea dispersi material : D mat mat d mat d 1 c d d L c d d D mat : Dispersi material L Fakultas Tekik Elektro 6

27 Variasi ideks bias silika sbg fugsi pajag gelombag Fakultas Tekik Elektro 7

28 Dispersi material silika muri da GeO-SiO sbg fugsi pajag gelombag Fakultas Tekik Elektro 8

29 Dispersi padu gelombag Terjadi karea tidak semua cahaya yag diterima detektor melalui iti, tetapi sebagia cahaya merambat melalui kulit. Besarya dispersi padu gelombag tergatug pada racaga fiber, karea kostata propagasi β merupaka fugsi 1/λ. Utk peyederhaaa dlm perhituga diasumsika bhw ideks bias material tidak tergatug pada pajag gelombag. Fakultas Tekik Elektro 9

30 Fakultas Tekik Elektro 30 Kostata propagasi ormalisasi : 1 / / 1 1 b k k b k b Utk <<< atau Group delay kr dispersi padu gelombag : dv Vb d c L ka ka V dk kb d c L dk d c L wg wg 1 maka Utk << Utk fiber MM dispersi PG << dispersi material dispersi PG dpt diabaika

31 Pelebara pulsa karea dispersi padu gelombag : D wg wg wg d wg LD d V d wg dv wg L c V d Vb dv : Dispersi padu gelombag Pelebara pulsa karea dispersi itramodus : i mod m wg : : m wg Pelebara pulsa kr dispersi material Pelebara pulsa kr dispersi padugelombag Fakultas Tekik Elektro 31

32 Grafik d(vb)/dv sbg fugsi V fiber SI utk berbagai LP moda Fakultas Tekik Elektro 3

33 Parameter b da turuaaya thd V modus LP 01 sbg fugsi V Fakultas Tekik Elektro 33

34 Distorsi siyal pd fiber SM Dispersi padu gelombag da dispersi material pd SM memiliki ilai dlm orde yg hampir sama. Cotoh besarya dispersi material da PG sbg fugsi pajag gelombag pd fiber SM silika Fakultas Tekik Elektro 34

35 Dispersi atar modus Merupaka hasil dr perbedaa ilai group delay (kec group axial) dr setiap modus idividual pd satu frekuesi. T max T mi L Pelebara pulsa kr dispersi atar modus : mod si T max T mi 1L c Fakultas Tekik Elektro 35

36 Pelebara Pulsa pd Fiber GI Keutuga profil ideks bias gradual adalah meawarka propagasi MM pd iti yg relatif besar da kemugkia distorsi delay atar modus yg redah. Karea ideks bias dibagia luar iti lebih redah dr pd di pusat iti maka cahaya aka merambat lebih cepat di bagia luar iti dr pd di pusat iti. V = c/ Pelebara pulsa kr dispersi atar modus (utuk α = ) : atau mod gi mod gi 1 L 8c 8 mod si Fakultas Tekik Elektro 36

37 Pelebara pulsa pd fiber MM : i mod a mod : : i mod a mod Pelebara pulsa kr dispersi itramodus Pelebara pulsa kr dispersi atarmodus Fakultas Tekik Elektro 37

38 CONTOH Diketahui : Serat optik Multimode Step idex, 1 = 1,48, = 1,475, L = 75 Km, Dmat = 60 ps/km-m, Dwg = 1 ps/km-m Sumber optik, σλ = 50 m Hitug : σmat =?, σwg =?, σimod =?, σamod =?, σtot =?. Fakultas Tekik Elektro 38