UNIVERSITAS INDONESIA

Transkripsi

1 UNIVERSITAS INDONESIA RANCANG BANGUN SISTEM PENGUATAN OPTIK ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER (EDFA) PADA RENTANG PANJANG GELOMBANG L BAND TESIS NAMA: ANWAR MUJADIN NPM: FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DEPOK JUNI 2011

2 UNIVERSITAS INDONESIA RANCANG BANGUN SISTEM PENGUATAN OPTIK ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER (EDFA) PADA RENTANG PANJANG GELOMBANG L BAND TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik NAMA: ANWAR MUJADIN NPM: FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO KEKHUSUSAN OPTOELEKTRONIKA DAN APLIKASI LASER DEPOK JUNI 2011

3 HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS Tesis ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar Nama : Anwar Mujadin NPM : ii

4 2 HALAMAN PENGESAHAN Tesis ini diajukan oleh : Nama : Anwar Mujadin NPM : Program Studi : Teknik Elektro Judul Tesis : Rancang Bangun Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) pada Rentang Panjang Gelombang L Band. Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. DEWAN PENGUJI Ditetapkan di : Depok Tanggal : 28 Juni 2011 iii

5 3 KATA PENGANTAR/UCAPAN TERIMAKASIH Segala puji dan syukur atas kehadirat Allah SWT berkat, rahmat dan hidayah-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul Rancang Bangun Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) Pada Rentang Panjang Gelombang L Band. Penulisan Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan strata dua (S2) Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik. Penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya atas segala bantuan dan petunjuk yang diberikan selama penyelesaian tesis ini khususnya kepada : 1. Ibu Dr. Ir. Retno Wigajatri P., MT, selaku dosen pembimbing I yang telah dengan sabar menuntun penulis untuk menyelesaikan tesis ini. 2. Bapak Dr. Ary Syahriar, selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan kepercayaan untuk menyelesaikan kegiatan penelitian BPPT yang sinergi dengan tesis penulis. 3. Kepada kedua orang tua penulis, yang selalu mendoakan keselamatan dan kesejahteraan kami sekeluarga semua. 4. Kepada istri dan ke-tiga anak penulis, yang selalu pengertian walaupun waktu keluarga telah habis selama kuliah. 5. Pihak SDM Universitas Al Azhar, yang telah memberikan kesempatan dan peluang untuk melanjutkan studi kejenjang pendidikan yang lebih tinggi. 6. Kelompok peneliti photonik, direktorat PTIK BPPT yang telah memberikan kepercayaan dan keleluasaan pemakaian instrumen optik yang canggih dan mahal. Depok, 28 Juni 2011 Penulis iv

6 4 HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademik, dibawah ini : saya yang bertanda tangan Nama : Anwar Mujadin NPM : Program Studi : Opto-elektonika dan Aplikasi Laser Departemen : Teknik Elektro Fakultas : Teknik Jenis Karya : Tesis demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul : Rancang Bangun Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) pada Rentang Panjang Gelombang L Band beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan tesis saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai hak cipta. Demikianlah pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di : Depok Pada tanggal : 28 Juni 2011 v

7 5 ABSTRAK Nama Program Studi Departemen Judul : Anwar Mujadin : Opto-elektonika dan Aplikasi Laser : Teknik Elektro : Rancang Bangun Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) pada Rentang Panjang Gelombang L Band. Erbium doped fiber amplifier (EDFA) menjadi kunci utama komponen dense wavelength division multiplexing (DWDM) dalam sistem komunikasi fiber optik. EDFA L band relatif bekerja pada inversi populasi rendah dimana energi absorpsi dan emisi bekerja pada level energi konvensional dengan menghasilkan penguatan positip. Pola daya laser diode pumping (LDP) menjadi bagian terpenting dalam pengaturan EDFA L band, khususnya untuk menentukan penguatan tinggi dengan noise yang rendah. Dalam penelitian ini dikembangkan sebuah rangkaian elektronika menggunakan komponen high end technology dengan stabilitas dan akurasi tinggi dengan fitur: laser diode pumping (LDP), termo electric cooler (TEC) dan power meter diatas sebuah rangkaian kompak printed circuit board (PCB) terintegrasi. EDFA diatur pada forward pumping dengan satu buah LDP 980 nm. Panjang EDFA yang digunakan berukuran 13.5 meter, nilai ini dipilih untuk mengefisienkan daya LDP agar didapat daya keluaran penguatan yang maksimum terhadap daya sinyal masukan minimum. Prototipe dikarakterisasi kemudian diverifikasi menggunakan analisa numerik Matlab untuk menentukan performa sistem penguatan optik EDFA secara keseluruhan. Parameter unjuk kerja seperti gain dan noise figure (NF) dapat diperoleh dengan mengubah daya laser pompa berturut-turut 53.6 mw, 61.1 mw, mw dan mw dengan sinyal masukan berturut-turut -20 dbm, -15 dbm, -10 dbm dan -5 dbm. Hasil eksperimen menunjukan bahwa sinyal masukan terkecil -20 dbm dapat dikuatkan hingga diatas 3 db dengan noise figure (NF) rata-rata dibawah 4 db. Kata kunci : Rangkaian high stability laser diode pumping, penguatan optik, noise figure (NF), EDFA L Band. vi

8 6 ABSTRACT Name Study Program Department Title : Anwar Mujadin : Opto-electronic and Laser Aplications : Electrical Engineering : The Development of Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) at L Band Region. Erbium doped fiber amplifiers (EDFA) have become major key components for dense wavelength division multiplexing (DWDM) optical fiber communication systems. An L-band EDFA operates in a relatively low population inversion that a positive net gain is produced for L-band signals while energy absorption occurs at the conventional band. Therefore, pumping scheme has become major issues in L band EDFA to obtain high gain and low noise figure (NF) as well as pump power efficiency. In this research we have developed a high stability and accuracy circuit using high end technology components, the feature such as: laser diode pumping, thermo electric cooler and power meter on a compact printed circuit board (PCB). EDFA was regulated at forward pumping using simple single pump structure with 980 nm pump laser and short L band EDFA. Length of EDFA is 13.5 meters were used, the purpose is to get short L band length but with efficient pumping power to get good gain output at several pumping and signal power. Prototype has characterized and verified using numerical analysis Matlab to determine performance of EDFA system overall. The performance parameter such as gain, NF and output power was taken at L band ITU wavelength standard with four different laser diode pumping powers of 53.6 mw, 61.1 mw, mw and mw respectively. A range of different input signal power ranging was used of -20 dbm, -15dBm, -10 dbm and -5 dbm respectively. Experimentally, the lowest power at -20 dbm can be amplified up to 3 db within lowest noise figure bellow 4 db. Key Words : High stability laser diode pumping circuitry, optical amplified, noise figure, EDFA L Band. vii

9 7 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERNYATAAN ORSINALITAS... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii KATA PENGANTAR/UCAPAN TERIMAKASIH... iv HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS... v AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ABSTRAK... vi ABSTRACT... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR SINGKATAN... xv DAFTAR SIMBOL... xvi DAFTAR LAMPIRAN... xvii 1. PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Penelitian Sistimatika Pembahasan TINJAUAN TEORI Parameter dan Karakterisasi Fiber yang di-doping Erbium Level Energi Erbium Absorpsi dan Emisi Cross Section Amplifikasi Sistem Atomik Tiga Tingkat EDFA Inversi populasi dan Waktu Tinggal Parameter Overlap Amplified Spontaneous Emission (ASE), Gain dan 12 Noise Figure (NF) Simulasi Matlab Konfigurasi Setup Sistem Penguatan Optik Erbium Doped.. 17 Fiber Amplifier Pemilihan laser pemompa Fused Fiber Coupler (FFC) Wave Length Division Multiplexing Fused Fiber Coupler Isolator Optik viii

10 8 2.3 Parameter Pengukuran dan Perhitungan Besaran Optik Daya dalam Sitem Optik Perhitungan Losses dan Attenuation Perhitungan Signal to Noise Ratio (SNR) Perhitungan Optical Return Loss (ORL) METODE PENELITIAN Pencarian Referensi Waktu dan Tempat Penelitian Mekanisme Pengumpulan Data Pengambilan Data Pengujian Sistem Integrasi Elektronika Pengambilan Data Karakterisasi Komponen Optik Pengambilan Data Hasil Pengujian Karakterisasi Performa. 29 Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier L Band 3.4 Analisa Data RANCANG BANGUN SISTEM PENGUATAN OPTIK ERBIUM. 31 DOPED FIBER AMPLIFIER PADA RENTANG PANJANG GELOMBANG L BAND 4.1 Rancang Bangun Sistem Kontrol Elektronika Uji Coba Rangkaian Elektronika diatas Project Board Rangkaian Laser Diode Driver ADN Potensiometer Digital 1024 posisi AD Rangkaian Power Meter AD Rancang Bangun Rangkaian Skematik Elektronika Rancang Bangun Layout Printed Circuit Board Rancang Bangun Sistem Dumper Komponen Optik Rancang Bangun Susunan Komponen Optik dalam Dumper PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM PENGUATAN OPTIK. 44 ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER PADA RENTANG PANJANG GELOMBANG L BAND 5.1 Perhitungan Nilai Seting Komponen Pengendali Laser 980 nm Karakterisasi Power Meter Karakterisasi Komponen Optik dalam Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier Pada Rentang Panjang Gelombang L Band Karakterisasi Laser pemompa 980 nm Karakterisasi Isolator Optik L band Karakterisasi Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier Pada Rentang Panjang Gelombang L Band Karakterisasi Gain Penguatan Optik Erbium Doped Fiber 54 Amplifier dengan Variasi Daya Pompa ix

11 Karakterisasi Gain Penguatan Optik Erbium Doped Fiber 56 Amplifier dengan Variasi Daya Sinyal Karakterisasi Gain Erbium Doped Fiber Amplifier dengan.. 57 Variasi Panjang gelombang 5.5 Pengukuran Amplified Spontaneous Emission (ASE) Karakterisasi Gain dan Noise Figure Erbium Doped Fiber.. 61 Amplifier L Band 5.7 Analisa Pendahuluan Menggunakan Simulasi Matlab KESIMPULAN DAFTAR ACUAN. 70 Lampiran Hasil Rancang Bangun Sistem Penguatan Optik. 72 Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) Pada Rentang Panjang Gelombang L Band Lampiran Hasil Karakterisasi Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) Pada Rentang Panjang Gelombang L Band x

12 10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Absorpsi ( abs ) dan emisi ( abs ) cross section pada transisi... 4 I 13/2 4 I 15/2 dalam Er 3+ untuk berbagai gelas utama 8 Tabel 2.2 Harga parameter EDFA yang digunakan dalam simulasi.. Matlab. 16 Tabel 4.1 Intruksi perintah 24 bit serial data word AD Tabel 4.2 Tabel kebenaran perintah dan operasi AD Tabel 4.3 Variasi parameter nilai untuk metoda intercept Tabel LR.1 Bill of Material (BOM) skematik sistem hardware EDFA.. 86 Tabel LK.1 Karakterisasi power monitoring AD8304 (V R1 atau V R2 ).. di-set pada 0.001mW/step. 88 Tabel LK.2 Karakterisasi laser dioda pumping (LDP) LU980L.. 89 Tabel LK.3 Karakterisasi isolator optik L band (Opnoti tipe.. 1S-D NE sinyal masukan -20 dbm pengujian pada rentang L band. 90 Tabel LK.4a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -20 dbm pengujian pada L band ITU. 91 Tabel LK.4b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -15 dbm pengujian pada L band ITU. 92 Tabel LK.4c Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -10 dbm pengujian pada L band ITU. 93 Tabel LK.4d Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -5 dbm pengujian pada L band ITU. Tabel LK.5a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya... pompa konstan 150 ma (53.6 mw) pengujian pada ITU. Tabel LK.5b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya... pompa konstan 160 ma (61.14 mw) pengujian pada ITU. Tabel LK.5c Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya... pompa konstan 170 ma (64.83 mw) pengujian pada ITU xi

13 11 Tabel LK.5d Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya pompa konstan 180 ma (68.25 mw) pengujian pada ITU. 98 Tabel LK.6a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter variasi daya... sinyal terhadap daya pompa konstan pada nm 99 Tabel LK.6b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter variasi daya... sinyal terhadap daya pompa konstan pada nm 99 Tabel LK.7a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter daya sinyal konstan terhadap variasi daya pompa pada nm 100 Tabel LK.7b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter daya sinyal konstan terhadap variasi daya pompa pada nm Tabel LK.8 Karakterisasi ASE, gain, dan NF EDFA L band panjang 13.5 meter daya sinyal pada arus LDP tetap 150 ma daya sinyal - 20 dbm pengujian pada ITU Grid Tael LK.9 Spesifikasi kanal frekuensi komunikasi serat optik berdasarkan ITU Grid 102 xii

14 12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur level energi Erbium berikut notasi energinya 6 Gambar 2.2 Proses absorpsi, emisi spontan, emisi terangsang. 7 Gambar 2.3 Sistem atomik tiga tingkat untuk model amplifikasi EDFA. 9 Gambar 2.4 Garis melintang mode optis overlap pada sebuah distribusi Ion erbium 12 Gambar 2.5 Konfigurasi setup EDFA dengan cara a) forward pumping.. b) backward pumping c) bidirectional pumping. 18 Gambar 2.6 Pola spektroskopi ASE pada EDFA.. 18 Gambar 2.7 Level eksitasi dan panjang gelombang ion Er Gambar 2.8 Performa uncooled 980nm mini DIL.. 20 Gambar 2.9 Fused Fiber Coupler (FFC).. 21 Gambar 2.10 Distribusi daya fused fiber coupler (FFC). 22 Gambar 2.11 Daya sebagai fungsi dan panjang tarikan dengan rentang gelombang 980nm dan 1580nm 23 Gambar 2.12 Disain isolator optik untuk lintasan optik yang menjalar. maju (foward) dan balik (backward). 24 Gambar 2.13 Pengukuran power loss pada fiber Gambar 3.1 Peralatan optik milik lab Photonik PTIK BPPT Gambar 4.1 Diagram blok rangkaian integrasi elektronika 32 Gambar 4.2 Uji coba rangkaian elektronika diatas project board.. 33 Gambar 4.3 Rangkaian laser driver pada current boosting mode untuk. arus injeksi maksimum 40 ma (IBIAS). 34 Gambar 4.4 Diagram blok AD5231 digitas potensiometer [15]. 36 Gambar 4.5 Power meter dengan metoda lowering intercept [16] 38 Gambar 4.6 Screen shoot rangkaian rancang bangun skematik elektronika 39 xiii

15 13 Gambar 4.7 Screen shoot perancangan layout PCB.. 40 Gambar 4.8 Dumper komponen optik setelah di susun Gambar 4.9 Konfigurasi komponen optik dalam dumper. 43 Gambar 5.1 Konfigurasi karakterisasi power meter. 45 Gambar 5.2 Grafik hasil karakterisasi power meter daya masukan... (mw) terhadap tegangan keluaran Vout (mv). 46 Gambar 5.3 Konfigurasi karakterisasi LDP 980 nm 48 Gambar 5.4 Grafik hasil karakterisasi LDP 980 nm (LU980L) arus.. injeksi (ma) terhadap daya keluaran (mw). 49 Gambar 5.5 Screen shoot pola daya LDP pada saat lasing di 26mA. 49 Gambar 5.6 Screen shoot pola daya LDP dengan arus injeksi 150 ma 50 Gambar 5.7 Konfigurasi karakterisasi isolator optik 51 Gambar 5.8 Screen shoot hasil karakterisasi isolator optik dengan. metode synchronize. 52 Gambar 5.9 Konfigurasi karaterisasi EDFA L band dengan konfigurasi forward pumping. 53 Gambar 5.10 Pola gain EDFA variasi daya pompa terhadap daya sinyal.. konstan -20dBm, -15 dbm, -10 dbm dan -5 dbm. 55 Gambar 5.11 Gambar 5.12 Gambar 5.13 Pola gain EDFA, variasi daya sinyal terhadap daya pompa... konstan 53.6 mw, mw, mw, mw Pola gain EDFA, variasi daya sinyal terhadap daya pompa... konstan pada panjang gelombang nm dan nm Pola gain EDFA, daya sinyal konstan terhadap variasi daya pompa pada panjang gelombang nm dan nm Gambar 5.14 Pola spektrum ASE Lband EDFA 13.5 m daya pompa mw (150 ma arus injeksi) 60 Gambar 5.15 Sinyal penguatan EDFA dbm untuk sinyal nm... (-20 dbm) 62 xiv

16 14 Gambar 5.16 Pola spektrum ASE EDFA L band (13.5 m) dengan daya mw (tanpa sinyal masukan) 63 Gambar 5.17 Pola spektrum gain dan NF EDFA L band (13.5m) dengan daya pompa 53mW pada daya sinyal -20 dbm konstan 64 Gambar 5.18 Gain terhadap daya sinyal masukan untuk daya daya.. pompa 53.6 mw (dekat daerah saturasi). Gambar 5.19 Gain terhadap daya pompa untuk variasi sinyal masukan. 20dBm, -15 dbm, -10dBm dan -5 dbm Gambar 5.20 ASE terhadap variasi daya pompa.. 67 Gambar L.1 Rangkaian elektronika mikrokontroler dan TEC.. 72 Gambar L.2 Rangkain elektronika power meter dan laser controller.. 73 Gambar L.3 Jalur tembaga PCB bagian atas. 74 Gambar L.4 Jalur tembaga PCB bagian bawah. 75 Gambar L.5 Silkscreen legend PCB jalur atas. 76 Gambar L.6 Silkscreen legend PCB jalur bawah.. 77 Gambar L.7 Solder mask PCB jalur atas 78 Gambar L.8 Solder mask PCB jalur bawah Gambar L.9 Bagian tutup dumper komponen optik 80 Gambar L.10 Bagian landasan sparasi dumper komponen optik 81 Gambar L.11 Bagian sparasi dumper komponen optik 82 Gambar L.12 Sistem integrasi elektronika setelah proses solder dan trouble. shooting. 83 Gambar L.13 Sistem integrasi elektronika dan dumper (komponen optik. terlihat dalam dumper). 84 Gambar L.14 Flow chart dan alur kerja rangkaian elektronika 85 Gambar L.15 Photo percobaan sistem integrasi elektronika dan komponen... optik sistem penguatan optik EDFA L band 103 xv

17 15 DAFTAR SINGKATAN ASE C-Band CW DWDM EDFA FBG FFC FRA IC IOA ITU L-Band LDP IL LD LED MPD OA OI OSA PCB SLA SMF TLS TC WDM WSC Amplified Spontaneous Emission Conventional Band Continues Wave Dense Wavelength Division Multiplexing Erbium Doped Fiber Amplifier Fiber Bragg Grating Fuse Fiber Coupler Fiber Raman Amplifier Integrated Circuit Integrated Optical Amplifier International Telecommunication Union Long Band Laser Diode Pumping Insertion Loss Laser Diode Light Emitting Diode Monitor Photo Diode Optical Amplifier Optical Isolator Optical Spectrum Analyzer Printed Circuit Board Semiconductor Laser Amplifier Single Mode Fiber Tunable Laser Source Tap Coupler Wavelength Division Multiplexing Wavelength Selector Coupler xvi

18 16 DAFTAR SIMBOL E 1,E 2,E 3 h v I Iabs Iem Tingkatan energi (1,2,3) berturut turut Konstanta Plank Frekuensi sinyal (cahaya) Intensitas medan cahaya Fluk photon Intensitas cahaya absorpsi Intensitas cahaya emisi 21 Cross section emisi 12 Cross section absorpsi 4 I 15/2 Ground state (tingkatan 1) 4 I 13/2 metastable state (tingkatan 2) 4 I 11/2 unstable state (tingkatan 3) A 32 A 21 Emisi spontan 3 ke 2, Emisi spontan dan 2 ke 1 W 12 dan W 21 Sinyal datang dan emisi terangsang sinyal v p, v s Frekuensi pompa dan frekuensi sinyal p, s Fluk photon pompa dan Fluk photon sinyal (a) p Laju absorpsi pompa dari tingkat 1 ke tingkat 3 (a) s Laju absorpsi sinyal dari tingkat 1 ke tingkat 2 (e) p Laju emisi pompa dari tingkat 3 ke 1 (e) s Laju emisi sinyal dari tingkat 2 ke 1 32 Probalitas transisi dari tingkat 3 ke 2 21 Probalitas transisi dari tingkat 2 ke 1 32 dan 21 Waktu tinggal tingkat 3 ke 2 dan tingkat 2 ke 1 N 1,N 2,N 3 Laju perubahan populasi ion di tingkat 1, 2, dan 3 Aeff w Faktor overlap Luas efektif cross sectional Ukuran spot (Gaussian beam) xvii

19 17 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Hasil Rancang Bangun Rangkaian elektronika mikrokontroler dan TEC Rangkain elektronika power meter dan laser controller.. 73 Jalur tembaga PCB bagian atas. 74 Jalur tembaga PCB bagian bawah. 75 Silkscreen legend PCB jalur atas 76 Silkscreen legend PCB jalur bawah. 77 Solder mask PCB jalur atas.. 78 Solder mask PCB jalur bawah.. 79 Bagian tutup dumper komponen optik.. 80 Bagian landasan sparasi dumper komponen optik.. 81 Bagian sparasi dumper komponen optik.. 82 Sistem integrasi elektronika setelah proses solder dan trouble shooting. Sistem integrasi elektronika dan dumper (komponen optik terlihat dalam dumper) Flow chart dari alur kerja rangkaian elektronika 85 Bill of Material (BOM) skematik. 86 Lampiran 2 Data Hasil Karakterisasi 88 Karakterisasi power monitoring AD8304 (V R1 atau V R2 ) diatur pada 0.001mW/step. 88 Karakterisasi laser dioda pumping (LDP) LU980L 89 Karakterisasi isolator optic L band Opnoti. 90 xviii

20 18 Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter daya sinyal (-20 dbm) pengujian pada L band ITU. Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter daya sinyal (-15 dbm) pengujian pada L band ITU. Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter daya sinyal (-10 dbm) pengujian pada L band ITU. Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter daya sinyal (-5 dbm) pengujian pada L band ITU. Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter pada.. untuk daya pompa konstan 150 ma (53.6 mw) pengujian pada ITU Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter pada.. untuk daya pompa konstan 160 ma (61.14 mw) pengujian pada ITU. Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter pada. untuk daya pompa konstan 170 ma (64.83 mw) pengujian pada ITU. Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter pada.. untuk daya pompa konstan 180 ma (68.25 mw) pengujian pada ITU. Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5, variasi daya sinyal terhadap daya pompa konstan ( nm) Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5, variasi daya... sinyal terhadap daya pompa konstan ( nm) Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5, variasi daya. pompa terhadap variasi daya sinyal konstan ( nm) Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5, variasi daya pompa terhadap variasi daya sinyal konstan ( nm) Karakterisasi ASE, gain dan NF EDFA L band panjang 13.5 meter pada arus LDP tetap 150 ma daya sinyal -20 dbm Pengujian pada ITU Grid xix

21 1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sistem komunikasi serat optik merupakan jaringan komunikasi yang paling populer saat ini khususnya untuk jaringan komunikasi ring metro. Seiring dengan kebutuhan informasi yang serba cepat dan akurat, saluran serat optik menjadi pilihan utama bagi para penyedia layanan komunikasi (provider), karena serat optik ini mampu menyalurkan data dalam orde giga bit per second (Gbps) hingga tera bit per second (Tbps) pada frekuensi optik antara 0,3 THz THz. Berdasarkan panjang gelombang optis yang digunakan, komunikasi serat optik dibagi dalam tiga kelompok kanal yaitu S band (1450 nm-1530 nm), C band (1530 nm-1570 nm) dan L band (1570 nm-1620 nm) sesuai badan standarisasi international telecommunication union (ITU) [1]. Tiga kelompok kanal frekuensi komunikasi serat optik berdasarkan ITU diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.9]. Sinyal optik dalam saluran transmitter optik akan mengalami pelemahan pada rentang jarak tertentu, sehingga diperlukan repeater untuk memperkuat dan memperbaiki sinyal tersebut. Untuk mengatasi hal ini, banyak usaha telah dilakukan, sehingga diperoleh suatu repeater yang serba optik yaitu sinyal optik yang sudah lemah tidak dikonversi lagi ke listrik melainkan langsung diperkuat secara optical amplifier sehingga diperoleh sinyal yang kuat tanpa mengalami degradasi akibat konversi. Para ahli telah melakukan penelitian terkait dengan repeater secara optik ini, akhirnya pada dekade 80-an, ditemukan teknologi penguatan optik menggunakan aktif medium doped fiber amplifer (DFA). DFA bekerja berdasarkan pengalihan energi photon konvesional dari tingkatan energi sebuah atom maupun ion (kristalin). Sinyal lemah yang melewati aktif medium kemudian dicampur dengan sinyal photon pemompa, sehingga aktif medium ini akan menghasilkan cahaya emisi terangsang yang koheren dengan panjang gelombang sinyal. Emisi terangsang ini akhirnya akan mengakibatkan amflipikasi sinyal masukan di jalur keluaran DFA ini. Penelitian para ahli dilanjutkan lagi dengan mencari solusi bahan aktif, media serat (gelas) dan sinyal pemompanya. Akhirnya ditemukanlah aktif medium 1

22 2. yang di-doping bahan utama ion kristalin erbium (Er 3+ ) dan beberapa bahan host gelas, termasuk dengan sinyal pemompanya yaitu 980 nm atau 1480 nm. Kemudian DFA ini dikenal dengan nama erbium doped fiber (EDF) [2]. Bahan aktif EDF akan memberikan penguatan sinyal apabila diberi energi photon dengan panjang gelombang 980 nm atau 1480 nm yang dihasilkan laser diode pumping (LDP), energi tersebut akan menaikkan ion-ion erbium dari tingkat energi ground state ke tingkat excited state. Ion-ion pada tingkat energi excited state membentuk inversi populasi kumpulan ion yang siap runtuh kembali ke tingkat ground state. Ion akan runtuh secara spontan dengan melepaskan cahaya yang mempunyai frekuensi dan fasa yang sama dengan sinyal masukan. Inversi populasi mempunyai masa lifetime tergantung jenis dan bahan doping dan host glass. Penguatan yang dihasilkan oleh EDF sangat dipengaruhi oleh dua parameter utama yaitu absorption cross section ( a) sebagai parameter yang menunjukkan tingkat absorpsi EDF terhadap daya pompa yang dikenakannya dan emission cross section ( e ) adalah tingkat penguatan yang dihasilkan oleh medium [3]. Perlu diluruskan presepsi kesalahan publik mengenai kata EDF dan EDFA. EDF adalah serat optik yang telah di-doping dengan erbium, sedangkan EDFA adalah sistem penguatan optik berbasis EDF yang di dalamnya terdapat komponen optik pasif dan aktif pendukung, rangkaian elektronika pengendali dan catu daya. Sebagain besar pihak pabrikan yang mengeluarkan data teknis dengan kata EDFA padahal yang mereka jual adalah hanya serat optik EDF saja. Saat ini, EDF tidak hanya digunakan sebagai penguat melainkan banyak digunakan sebagai sensor optik. Beberapa penelitian telah dilakukan terkait dengan setup sistem penguatan optik EDFA ini terutama dari penempatan LDP. Pada umumnya terdapat tiga konfigurasi setup EDFA yaitu: forward pumping, backward pumping, dan bidirectional pumping. Ketiga konfigurasi setup EDFA memiliki penggunaan komponen yang sama seperti: EDF, LDP, wavelength division multiplexing (WDM), optical isolator (OI), fused coupler (FC), dan sistem integrasi elektronika. Sistem integrasi elektronika terdiri dari mikrokontroler, adjustable LDP current pumping, power meter dan thermo electric cooler (TEC). Sinyal keluaran dari

23 3 setiap kanal sistem penguatan optik EDFA memiliki amplified spontaneous emission (ASE) yang unik. Gain yang dihasilkan dipengaruhi oleh empat parameter yaitu: panjang EDF, panjang gelombang sinyal masukan, daya sinyal masukan, dan daya sinyal pompa [4]. Rancang bangun sistem penguatan optik EDFA perlu biaya yang sangat mahal, termasuk pengadaan tools dan optical instrument yang digunakan. Untuk melengkapi sistem integrasi elektronika pada sistem komunikasi optik EDFA, di pasaran lepas tersedia hardware elektronika berupa Evaluation Board (EB) yang dijual terpisah-pisah yang dijual dengan harga yang mahal juga. Di Indonesia, selama ini sistem penguatan optik EDFA dilakukan hanya sebatas simulasi, walaupun ada hanya sebatas pengaturan LDP saja. Rancang bangun sistem penguatan optik EDFA dibutuhkan pemikiran yang matang dalam pengadaan barang dan pengerjaan (hemat biaya). Pengadaan EB hanya membuang biaya, karena setelah penelitian selesai EB ini tidak bisa dijadikan prototipe. Pengadaan EB dapat dieliminasi, namun demikian dibutuhkan persiapan yang relatif lama, pertama manual book EB harus dibongkar untuk meneliti kelayakan rangkaian elektronik, fitur teknologi, ketersediaan komponen di pasaran lepas, dan kecocokan dengan komponen aktif optik pendukungnya. Rancang bangun sistem penguatan optik EDFA dalam penelitian ini, seluruhnya tanpa pembelian EB khususnya pada bagian: pengendalian LDP, TEC, potensiometer digital, dan power meter monitoring. Urutan penelitian rancang bangun sistem penguatan optik EDFA pada rentang panjang gelombang L band ini terdiri dari tiga bagian utama yaitu: rancang bangun sistem kontrol elektronik, rancang bangun sistem dumper optik dan rancang bangun konfigurasi komponen optik EDFA dalam dumper optik. Penelitian diakhiri dengan karakterisasi performa EDFA untuk EDF jenis L band panjang 13.5 meter. Performa utama EDFA adalah menentukan gain dan noise figure (NF) yang diuji pada variasi panjang gelombang sinyal masukan, variasi daya sinyal masukan, dan variasi daya pompa. 1.2 Perumusan Masalah Permasalahan yang hendak dipelajari dan dianalisa pada penelitian ini

24 4 adalah: a. Rancang bangun sistem pendukung EDFA terdiri dari rancang bangun kontrol elektronik, rancang bangun sistem dumper optik dan rancang bangun konfigurasi komponen optik EDFA dalam dumper optik. b. Karakterisasi: LDP 980 nm, power meter, dan komponen optik pasif. c. Hubungan gain dan NF terhadap panjang EDF yang telah ditentukan untuk komposisi: panjang gelombang sinyal masukan (L band ITU grid), panjang gelombang dominan, daya masukan dan daya sinyal pemompa. 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah : a. Mempelajari rancang bangun sistem penguatan optik EDFA berbasis mikrokontroler. b. Mempelajari karakterisasi komponen pendukung sistem penguatan optik EDFA termasuk komponen optik pasif, komponen optik aktif, dan komponen elektronika pengendali. d. Mempelajari karakterisasi gain, noise figure (NF), dari panjang EDF yang telah ditentukan, terhadap komposisi panjang gelombang sinyal masukan, daya masukan dan daya sinyal pemompa. e. Membuat prototipe sistem penguatan optik EDFA kedalam kemasan berorientasi produk. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Memahami optimasi sistem EDFA pada panjang EDF yang telah ditentukan terhadap variasi: panjang gelombang sinyal masukan, daya sinyal masukan, dan daya sinyal pompa. b. Didapatkan daya kualitatif gain dan noise figure (NF) sesuai standar yang ditetapkan ITU. c. Hasil penelitian mempunyai nilai jual kompetitif dengan divais yang sama yang ada di pasaran pada saat ini.

25 5 1.5 Batasan Penelitian Penelitian dibatasi dalam beberapa aspek utama yaitu: a. Rancang bangun sistem penguatan optik EDFA menggunakan: 13.5 meter panjang EDF jenis L band, konfigurasi dibangun secara forward pumping dengan satu jenis laser pemompa yaitu laser dioda 980 nm. b. Menggunakan mikrokontroler ATMega8535, komponen elektronik pengendali optik menggunakan komponen pabrikan Analog Device. c. Analisa pendahuluan disimulasikan menggunakan Matlab pada panjang gelombang sinyal masukan dominan nm, daya sinyal dan pompa divariasikan untuk mencari optimasi besaran gain. d. Teknik pengendalian daya laser pemompa dilakukan dengan mengatur arus injeksi berturut-turut dari 150 ma, 160 ma, 170 ma dan 180 ma, sehingga menghasilkan daya pompa berturut-turut 53.6 mw, mw, mw dan mw. e. Sinyal masukan L band pada rentang ITU grid L band 1570 nm sampai 1610 nm disimulasikan dengan satu instumen tunenable laser source (TLS), dengan sinyal masukan simulasi berturut-turut -20 dbm, -15 dbm, -10 dbm dan -5 dbm. Sinyal keluaran dimonitor oleh satu instrumen optical spectrum analyzer (OSA). 1.6 Sismatika Pembahasan Sistimatika pembahasan dalam penelitian ini dibagi dalam 6 bab. Pada Bab 1 akan diterangkan uraian dan latar belakang melakukan penelitian, masalah dan perumusannya, tujuan dan manfaat penelitian, batasan penelitian, dan sistimatika pembahasan. Bab 2 berisikan tinjauan pustaka mengenai karakteristik serat optik yang di-doping erbium dengan model matematisnya, komponen pasif optik pendukung EDFA dan teknik pembacaan daya dalam sistem optik. Pada Bab 3 dibahas metode penelitian mengenai pencarian referensi, tempat penelitian, mekanisme pengumpulan data, dan pengambilan data hasil pengujian. Bab 4 berisi rancang bangun sistem penguatan optik EDFA terutama dalam menjelaskan sistem optik dan elektronik. Pada Bab 5 dibahas karakterisasi dan pembahasan hasil

26 6 eksperimen. Bab 6 sebagai penutup berisikan kesimpulan. BAB 2 TINJAUAN TEORI Dalam tinjauan teori ini akan dibahas mengenai landasan teori komponen yang digunakan dalam merancang bangun rangkaian sistem penguat optik EDFA, secara garis besar tinjauan teori dibagi dalam empat yaitu: teori dasar karakteristik dan parameter fiber yang di-doping Erbium, komponen optik pasif pendukung EDFA, teknik pengukuran dan tatacara pembacaan daya optik, dan terakhir adalah pengukuran dan perhitungan parameter penguatan EDFA seperti ASE, gain, dan noise figure (NF). 2.1 Parameter dan Karakteristik Fiber yang di-doping Erbium Dalam subbab ini akan dibahas mengenai sifat fiber yang di-doping erbium terutama mengenai absorpsi dan emisi cross section, life time, gain, ASE dan noise figure (NF) Level Energi Ion Erbium Struktur level energi ion Erbium berikut notasinya ditunjukan pada Gambar 2.1 berikut [6].

27 7 Gambar 2.1 Struktur level energi Erbium berikut notasi energinya [6] Absorpsi dan Emisi Cross Section 6 Cross section merupakan parameter yang menyatakan kemampuan suatu ion untuk mengabsorpsi atau mengemisi cahaya, dua keadaan tersebut mempunyai hubungan dengan energi El dan E 2 (E l <E 2 ). Probabilitas transisi untuk mengabsorpsi suatu photon dari energi E 2 E 1 adalah sebanding dengan cross section absorpsi 12 dan untuk emisi photon adalah sebanding dengan cross section emisi 21. Diantara 2 tingkat energi tersebut memiliki perbedaan energi E g = E 2 -E 1. Bila ada energi photon sebesar hv (dimana h = konstanta planck, v = frekuensi cahaya) diserap oleh ion Er 3+ (terangsang), ion akan dieksitasi kedalam energi tingkat tertinggi E2, proses ini didefinisikan sebagai absorpsi terangsang. Eksitasi ion tidak berlangsung lama dan akan kembali ke tingkat normal E1, dengan mengemisi energi yang sama dengan frekuensi photon, proses ini didefinisikan sebagai emisi terangsang. Proses absorpsi dan emisi dapat menghasilkan transisi ion dari satu tingkat ke tingkat lain. Adapun hubungan transisi ion-ion tersebut ditunjukan dalam Gambar 2.2 [6]. hv E 2 hv E 2 hv hv hv E 2 E 1 E 1 E 1 (a) (b) (c) Gambar 2.2 (a) Proses absorpsi. (b) Proses emisi spontan. (c) Emisi terangsang [6]. Intensitas cahaya dari energi photon per unit area per unit waktu, untuk flux photon, didefinisikan oleh: I=hv (2.1) Probalitas transisi untuk absorpsi dan emisi dari energi photon secara proposonal terdapat dalam absorpsi 12 dan emisi 21 cross section. intensitas cahaya absorpsi dan emisi ion dengan intensitas cahaya datang I didefinisikan sebagai:

28 8 I abs = 12I (2.2) I em = 21I (2.3) laju absorpsi dan emisi dalam sejumlah photon didefinisikan sebagai : N abs= 12 (2.4) N em = 21 (2.5) Kemudian untuk koleksi ion yang telah diidentifikasi dengan population N 1 dan N 2, total perubahan intensitas cahaya adalah [6]: I=Iem-I abs=(n2 21-N 1 12)I (2.6) Absorpsi ( 12 ) dan emisi ( 21 ) cross section pada transisi 4 I 13/2 4 I 15/2 dalam Er 3+ untuk berbagai gelas utama ditunjukan pada Tabel 2.1 [6]. Tabel 2.1. Absorpsi ( 12 ) dan emisi ( 21 ) cross section pada transisi 4 I 13/2 4 I 15/2 dalam Er 3+ untuk berbagai gelas utama [6]. Host Glass (Gelas Utama) Wavelength (nm) x10-21 cm 2 x cm 2 Al-P silica ,60 5,70 Silicate L ,80 7,27 F1uorophosphate L ,99 7,16 F1uorophosphate L ,76 5,79 F1uorozirconate F ,98 4,95 GeO2-Si ,9±0,3 6,7±0,3 Al 2 O3-SiO ,1±0,6 4,4±0,6 GeO 2 -Al 2 O 3 -SiO ,7±1,0 4,4±1, Amplifikasi Sistem Atomik Tiga Tingkat Erbium Doped Fiber Sistem atomik tiga tingkat amplifikasi dari erbium doped fiber (EDF) ditentukan oleh struktur tiga tingkat energi dari ion Er 3+. Gambar 2.3 diperlihatkan sistem atomik tiga tingkat untuk model amplifikasi EDF [6]. Jumlah populasi dalam masing-masing tingkat diberi label N 1, N 2, dan N 3. Tiap tingkat sesungguhnya adalah kumpulan space energi yang dinamakan multiplet [6]. Tiga tingkat energi dari ion Er 3+ adalah: 4 I 15/2 ground state diberi label 1, 4 I 13/2

29 9 metastable state diberi label 2 dan 4 I 11/2 unstable state diberi label 3. Untuk proses amplifikasi, beberapa populasi dari ion erbium pada tingkat 1 perlu di eksitasi ke tingkat tinggi ( tingkat 2 dan tingkat 3), diperlukan pompa photon untuk mengeksitasi ion erbium dari tingkat 1 ke tingkat lebih tinggi. Ion erbium dari tingkat 1 akan tereksitasi ke tingkat 3 bila diberi cahaya pemompa 980 nm. Ion erbium yang dieksitasi ke tingkat atas dapat kembali ke tingkat lebih rendah dengan menghasilkan cahaya emisi. Cahaya emisi dapat terjadi melalui dua proses, dikenal sebagai emisi spontan (A32, A 21 ) dan emisi terangsang (W 21 ). 3 4 I 11/2 R 31 A R 13 Pump 980 nm W 21 W 12 A 21 4 I 13/2 4 I 15/2 Gambar 2.3 Sistem atomik tiga tingkat untuk model amplifikasi EDF [6]. Emisi terangsang (W 21 ) menghasilkan cahaya koheren yang sama dengan frekuensi sinyal photon (W 12 ), photon akan dipancarkan pada arah dan frekuensi yang sama dengan sinyal photon sehingga terjadi amplifikasi sinyal photon Inversi Populasi dan Waktu Tinggal Emisi terangsang dapat melebihi batas serapan hanya ketika N2 >N 1. Kondisi ini disebut dengan inversi populasi. Ion yang telah tereksitasi ke tingkat tertinggi, kemudian akan saling berinteraksi dengan sinyal photon dan dipancarkan sebagai emisi terangsang. Flux photon dari cahaya pompa pada frequency vp pada transisi dari tingkat 1 ke tingkat 3, dinotasikan dengan p. Jumlah photon per unit waktu per unit area, flux photon dari sinyal cahaya pada

30 10 frekuensi vs dari transisi tingkat 1 ke tingkat 2 dinotasikan dengan s. Laju absorpsi adalah kemampuan untuk menyerap photon per unit area cross section. Laju absorpsi pompa dari tingkat 1 ke tingkat 3 dinotasikan dengan absorpsi dari tingkat 1 ke tingkat 2 dinotasikan sebagai (a) p dan laju (a) s. Laju emisi adalah kemampuan untuk memancarkan foton per unit area cross section, terdiri dari emisi pompa (e) p dan emisi sinyal (e) s. Probalitas transisi dari tingkat 3 ke tingkat 2 dinotasikan 32, dan juga untuk probalitas transisi dari tingkat 2 ke tingkat 1 dinotasikan sebagai 21, kedua transisi ini tergantung pada waktu tinggal dari tingkat 2 secara relatif ke tingkat1 dinotasikan 21 dan waktu tinggal tingkat 3 secara relatif ke tingkat 2 dinotasikan 32. Transisi probalitas dan waktu tinggal masing-masing tingkat antara tingkat 1 dan tingkat 2 dinotasikan dengan sedangkan untuk tingkat 3 dan 2 dinotasikan sebagai Laju perubahan populasi ion ditingkat 1,2,3 berturut turut dinotasikan sebagai N1,N2 dan N3. Persamaan laju perubahan populasi dalam sistem atomik tiga tingkat dapat di formulasikan sebagai [6] : dn 1 = (e) (a) (a) (e) 21 N 2 +(N 2 s -N 1 s ) s -(N 1 p -N 3 p ) p dt (2.7) dn 2 =- (a) (e) 21 N 2 +(N 1 s -N 2 s ) s + 32 N 3 dt (2.8) dn 3 =- (a) (e) 32 N 3 +(N 1 p -N 3 p ) p dt (2.9) Jumlah populasi dalam tingkat 1 akan dikurangi oleh penyerapan tingkat paling tinggi ( (a) p (a) dan s ), dan ditambah oleh emisi dari tingkat tertinggi ( (e) dan (e) p s ). Persamaan dapat disederhanakan dengan asumsi bahwa pada tingkat yang sama, laju emisi dan laju absorpsi adalah sama, sehingga persamaan laju populasi emisi untuk sistem tiga tingkat atomik ditulis sebagai: dn 1 = a a 21 N 2 +(N 2 -N 1 ) s s -(N 1 -N 3 ) p p dt (2.10)

31 11 dn 2 =- a 21 N 2 +(N 1 -N 2 ) s s + 32 N 3 dt (2.11) dn 3 =- a 32 N 3 +(N 1 -N 3 ) p p dt (2.12) Agar ditemukan angka dari populasi pada masing-masing tingkat, maka harus diselidiki pada kondisi steady state. Pada keadaan steady state dapat dihitung laju populasi, dimana semua turunan terhadap waktu adalah nol sehingga akan didapat jumlah populasi pada waktu tertentu dengan persamaan: dn1 dn2 dn = = 3 =0 dt dt dt (2.13) Total populasi N didefinisikan sebagai : N N1 N2 N (2.14) 3 Jumlah populasi fluk photon pompa dan medan sinyal di formulasikan berikut: + +1 (e) (e) 21 s s 21 p p 1 (a) (e) (a) (e) ( s 21 s + s ) + ( 21 p + p ) p+1 N = N (2.15) (a) (a) 21 s s 21 p p 2 (a) (e) (a) (e) ( s 21 s + s ) + ( 21 p + p ) p+1 N = + N (2.16) Parameter Overlap Parameter Overlap didefinisikan sebagai mode optis terjadinya tumpang tindih antara distribusi intensitas optis dengan distribusi ion erbium [6]. Parameter ini diperhitungkan karena mode optis ini terlibat dalam merangsang transisi absorpsi dan emisi ion Er 3+. Potongan melintang mode optis overlap pada sebuah distribusi ion erbium diperlihatkan pada Gambar 2.4 berikut.

32 12 Mode field intensity N Erbium ion distribution Gambar 2.4 Potongan melintang mode optis overlap pada sebuah distribusi ion erbium [6]. Dari Gambar 2.4 terlihat bahwa terjadi perluasan mode optis dari inti serat optis ke dalam cladding. Besaran faktor overlap 0 R r ditentukan oleh jari-jari inti serat dan ukuran spot w ( berkas Gaussian ). Faktor overlap didefinisikan sebagai: 2 R - w 2 =(1-e ) (2.17) Rata-rata medan intensitas melalui EDFA diformulasikan sebagai: P I= A (2.18) eff Dimana 2 A eff = R adalah derah efektif cross sectional EDFA, I medan intensitas, dan P adalah medan daya pada sumbu z (panjang EDFA) Amplified Spontaneous Emission (ASE) Gain, dan Noise Figure (NF). Untuk mode serat tunggal pada potongan melintang dengan dua polarisasi yang berbeda pada frekuensi v, daya noise dalam sebuah bandwidth v sepadan dengan emisi spontan [6], persamaanya adalah : 0 P ASE =2hv v (2.19) Persamaan propagasi daya ASE dalam arah medan ASE adalah:

33 13 dp ASE (v) =(N (e) (a) 0 (e) 2 (v)-n 1 (v)) P ASE (v) + P ASE (v)n 2 (v) dz (2.20) Jumlah populasi dalam tingkat 2 berbanding lurus degan intensitas pompa dan ASE. Bila diketahui I hv sinyal, pompa dan ASE diformulasikan sebagai :, mode medan cahaya dan distribusi ion terhadap (a) (a) (a) 21 s 21 vj 21 p I s+ I p ASE (v j)+ I j hvs hvvj hvp 2 (a) (e) (a) (e) (a) (e) ( 21 s + s ) ( 21 vj + vj ) ( 21 p + p ) I s + p j I ASE (v j )+ I +1 hvs hvvj hv p N = N (2.21) Dimana I ASE (v j ) adalah intensitas sinyal ASE pada frequesi v j, intensitas sinyal I s, intensitas sinyal Ip dan intensitas ASE I ASE. ASE dibagi ke dalam komponen daya dalam bandwidth v j, titik tengah dariv j. Dimana v j adalah frekuensi panjang gelombang lain yang juga ikut diamplifikasi pada sinyal ASE. Untuk menentukan populasi tingkat 2 ditinjau dari emisi pompa, emisi sinyal, dan daya ASE dengan mempertimbangkan sebagai faktor overlap, mode medan cahaya dan distribusi ion erbium diformulasikan sebagai: (a) (a) (a) 21 s 21 vj 21 p sp s+ vjp ASE (v j )+ p P j p A s j p effhv A effhv Aeff hv 2 (a) (e) (a) (e) (a) (e) ( 21 s + s ) ( 21 vj + vj ) ( 21 p + p ) s s j vj ASE j p p A s p effhv Aeff hvj Aeff hv N = P + P (v )+ P +1 N (2.22) Setiap daya ASE P ASE (v j) dikomposisikan pada arah perambatan maju P (v ) + ASE j dan mundur P - ASE (v ) dengan persamaan: j + - P ASE (v j)=p ASE (v j)+p ASE (v j) (2.23) Untuk menghasilkan formulasi praktis dengan mempertimbangkan loss yang terjadi dalam erbium doped fiber (disebabkan oleh tidak kesempurnaan bahan serat, terkontaminasi bahan lain) dinotasikan berturut-turut sebagai

34 14 (losses sinyal), (losses pompa) dan s p vj (losses ASE). Sinyal, pompa, ASE arah maju dan ASE arah mundur dalam medan daya cahaya didefinisikan sebagai [6]: dp =(N -N ) P P dz s (e) (a) 2 s 1 s s s - s s (2.24) dp =(N -N ) P P dz p (e) (a) 2 p 1 p p p - p p (2.25) dp (v ) =(N -N ) P (v )+N hv v- P (v ) + ASE j (e) (a) + (e) + 2 vj 1 vj s ASE j 2 vj s vj ASE j dz (2.26) dp (v ) =-(N -N ) P (v )-N hv v+ P (v ) - ASE j (e) (a) - (e) + 2 vj 1 vj s ASE j 2 vj s vj ASE j dz (2.27) Parameter overlap digunakan untuk mendapatkan sinyal dan ASE. Daya ASE dalam kanal titik tengah v j akan diasumsikan menjadi satu sinyal propagasi dalam arah maju maupun mundur. Kanal frekuensi v j sangat kecil, sehingga cross section secara esensial adalah konstan melewati v j [6]. Karakteristik lain untuk mengukur performa dari EDFA adalah efisiensi daya konversi yaitu menghitung rasio daya sinyal terhadap daya pompa sepanjang serat EDF [6]. Merujuk pada persamaan (2.24) efisiensi daya konversi dihitung dengan: Ps - P out Sin x100% P - P Pin Pout (2.28) Sumber utama derau (noise) dalam EDFA adalah emisi spontan dari transisi antara tingkatan energi atas (tingkat 2 atau tingkat 3) ke tingkatan energi dasar (ground state). Sepanjang jalur penguatan, emisi spontan akan menjalani penguatan yang sama halnya dengan sinyal yang akan dikuatkan oleh EDFA. Noise figure (NF) suatu penguat optik adalah mengukur rasio daya sinyal terhadap daya derau (signal to noise ratio) untuk sinyal yang dilewatkan pada suatu penguat, atau perbandingan antara signal to noise ratio pada sisi masukan (SNRin)

35 15 terhadap signal to noise ratio pada sisi keluaran (SNR out ) suatu penguat [6]. NF = SNR in /SNR out (2.29) Noise figure akan selalu lebih besar dari satu, hal ini terjadi karena suatu kenyataan bahwa penguat selalu memberikan tambahan noise selama proses penguatan dan SNRout selalu lebih kecil dari SNR in. Nilai noise figure biasanya ditunjukkan dalam satuan db. Nilai NF yang tinggi menyatakan bahwa signal to noise ratio mengalami degradasi akibat proses amplifikasi. Gain dan noise figure dapat juga dinyatakan secara praktis dalam bentuk persamaan (2.30) dan (2.31) [6] G db 10 log Psignal out Pnoise out Pnoise out Psignal in (2.30) PASE 1 NF (2.31) h.v. v.g G P signal out +P noise out = daya sinyal keluaran terukur pada OSA ( mw) P ASE = P noise out = daya ASE yang terukur di OSA (mw) h = konstanta planck = 6, Js v s = frekuensi sinyal masukan (Hz) v = bandwidth frekuensi sinyal (Hz) = B o = Hz s = panjang gelombang sinyal (m); = bandwidth sinyal -3 db Simulasi Matlab Pada penelitian ini, persamaan matematis (2.24) dan (2.25) akan disimulasikan secara analisa numerik menggunakan Matlab untuk mendapatkan analisa pendahuluan dari EDFA L band seperti: a. Hubungan gain EDFA terhadap variasi daya pompa dengan daya sinyal konstan pada satu panjang gelombang ( nm). b. Hubungan gain EDFA terhadap perubahan variasi daya sinyal dengan daya pompa konstan pada satu panjang gelombang ( nm) c. Hubungan gain EDFA terhadap perubahan daya sinyal keluaran dan daya sinyal masukan.

36 16 Simulasi Matlab digunakan sebagai tools verifikasi dan investigasi untuk menentukan kesimpulan tingkat keberhasilan hasil percobaan dalam penelitian sistem penguatan optik EDFA pada rentang panjang gelombang L band ini. Beberapa harga parameter dalam simulasi Matlab EDFA diperlihatkan pada Tabel 2.2 berikut [6][19]. Tabel 2.2 Harga parameter EDFA yang digunakan dalam simulasi Matlab [6][19] Parameter Bahan dan tipe mode serat Sinyal masukan ( ) Diameter inti serat Diameter cladding Indek bias inti serat (n 1 ) 1,47 Numerical aperture (NA) 0.39 Perbedaan Refraktif indek ( n) 0.05 Background Loss Overlap factor Harga/ukuran/keterangan GeO 2 -SiO 2 fiber, single mode step index fiber nm 7 micrometer 125 micrometer db/km p untuk 980nm = Kosentrasi ion erbium 19.8x10 23 (m -3 ) Waktu tinggal ( 21) Absorpsi dan emisi cross section transisi dari erbium s untuk nm = ms untuk sinyal pompa 980 nm p (a) =: 4.5x10 25 m 2 ; p (e) = 0 untuk sinyal sumber nm s (a) = 1.69x10 24 m 2 ; s (e) = 1.77x10 24 m 2

37 Konfigurasi Setup Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier Bagian besar dari setup penguatan optik erbium doped fiber amplifier (EDFA) terdiri dari: erbium doped fiber (EDF), satu atau lebih laser diode pumping (LDP), wave length division multiplexing (WDM), optical isolator (OI), fused coupler (FC), dan sistem integrasi elektronika controller berikut driver. WDM berfungsi untuk memasukkan kombinasi laser pemompa 980 nm dan sinyal masukan ke dalam EDF untuk dikuatkan. FC berfungsi sebagai pembagi sinyal, sedangkan OI berfungsi untuk mencegah pemantulan sinyal yang telah diperkuat kembali ke dalam divais yang akan menambah noise dan menurunkan efesiensi. Secara umum konfigurasi setup sistem penguatan optik EDFA terdiri dari tiga model. Cahaya laser pemompa diinjeksikan ke fiber dalam arah yang sama dengan arah sinyal masuk, maka model ini disebut dengan forward pumping yang ditunjukkan oleh Gambar 2.5a. Bila arah cahaya laser pemompa berlawanan dengan arah sinyal masuk seperti dalam Gambar 2.5b, maka model ini disebut dengan backward pumping. Bila kombinasi keduanya diatas diaplikasikan bersama-sama, ditunjukkan oleh Gambar 2.5c [6]. maka model ini disebut dengan bidirectional pumping, yang EDF (a) EDF (b)

38 18 EDF Gambar 2.5 Konfigurasi setup EDFA dengan cara, (a) forward pumping, (b) backward pumping, (c) bidirectional pumping [7]. (c) Bidirectional pumping memiliki gain resultan yang lebih besar diantara ketiganya. Forward pumping memiliki noise performance yang baik namun memiliki gain yang paling kecil. Disamping itu pumping dengan 980 nm lebih baik dibandingkan dengan pumping 1480 nm, karena pumping ini memiliki noise yang lebih kecil dan dapat mencapai populasi inversi yang lebih besar [6]. Bila sinyal keluaran dimonitor oleh optical spectrum analyzer (OSA), pola spektroskopi amplified spontaneous emission (ASE) akan muncul sesuai dengan tipe erbium doped fiber (EDF) yang digunakan. Pola spektroskopi gain ASE pada EDFA diperlihatkan pada Gambar 2.6 berikut [7]. Gambar 2.6 Pola spektroskopi ASE pada EDFA [7].

39 Pemilihan Laser Pemompa Komponen penting yang paling diperlukan dalam setup sistem EDFA adalah sumber pompa untuk menyediakan enegi eksitasi pada panjang gelombang yang bersesuaian, pompa ini dikenal juga dengan erbium pump band. Pada awalnya laser pemompa EDFA adalah sebuah dye laser pump ion Argon pada panjang gelombang 514 nm dan 670 nm, laser ini berukuran besar, komplek, mahal dan memiliki practial optical bench yang sangat besar. Teknologi semakin maju dan akhirnya kini laser pemompa EDFA beralih ke laser diode pumping (LDP) yang memiliki: efisiensi tinggi, kompak, daya tahan lama dan harganya cukup murah dibandingkan teknologi laser pemompa ion Argon. Laser saat ini compatible dengan semiconductor diode laser technology, dengan panjang gelombang 980nm dan 1480 nm yang cocok digunakan untuk setup sistem EDFA dalam komunikasi optik. Pada dasarnya Erbium memiliki panjang gelombang eksitasi nm, 532 nm, 650 nm, 800 nm, 980 nm dan 1480 nm kesemua panjang gelombang berhubungan dengan perbedaan energi antara antara ground state ( 4 I 15/2 ) dengan ke enam level eksitasi dari ion Er 3+. Pada Gambar 2.7 diperlihatkan level eksitasi dan panjang gelombang ion Er 3+ [7]. Gambar 2.7 Level eksitasi dan panjang gelombang ion Er 3+ [7]. Laser pemompa 980 nm memiliki inversi populasi yang lebih banyak sehingga memiliki NF yang kecil, sedangkan laser pemompa 1480 nm memiliki

40 20 inversi populasi yang lebih sedikit tetapi lebih efisien dalam menkonversi photon. Sehingga penguatan EDFA akan lebih besar bila menggunakan laser pemompa 980 nm daripada laser pemompa 1480 nm [7]. Dalam penelitian ini laser pemompa yang dipilih adalah laser pemompa uncooled LU980L 980 nm mini DIL 8 pin dengan karakteristik diperlihatkan pada Gambar 2.8 [7]. Gambar 2.8 Performa uncooled 980nm mini DIL [7]. Laser pemompa ini memiliki arus threshold pada arus 26 ma. Rangkaian integrasi elektonika akan mengatur arus yang masuk ke laser pemompa ini, dimana arus injeksi diatur dibawah atau di atas arus lasing. Laser pemompa akan bekerja pada tegangan antara 0.9 Volt sampai dengan 1.2 Volt dengan kebutuhan arus ±500 ma [7].

41 Fused Fiber Coupler Fused fiber coupler (FFC) adalah proses teknologi penyatuan dua (couple) serat optik yang mengalami pemanasan dan penarikan (fusing) dalam satuan waktu. Pemanasan dua serat optik ini bertujuan untuk mendekatkan kedua inti serat optik agar terjadi perpindahan medan evanescent yang sempurna, sedangkan penarikan bertujuan untuk mendapatkan ukuran nilai coupling yang diinginkan melalui proses wave guide coupler. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.9, proses pembuatan FFC diawali dengan menggandengkan dan melilitkan dua buah serat optik jenis single mode fiber, yaitu fiber 1 dan fiber 2. Cahaya dengan panjang gelombang dan daya tertentu dimasukan pada masukan 1 sementara masukan 2 dibiarkan terbuka, keluaran 1 dan keluaran 2 dari fiber 1 dan fiber 2 di monitor oleh optical spectrum analyzer (OSA) kemudian dipanaskan sambil ditarik sampai mendapatkan nilai coupling yang diinginkan [8]. Gambar 2.9 Fused fiber coupler (FFC) [8] Sepanjang perambatan, daya tersebut akan merambat pada cladding dan masuk pada inti fiber 2 yang diakibatkan oleh medan evanescent, dimana daya akan terdistribusi dengan pola seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.10 [9]. Pemanasan dan penarikan dihentikan setelah mendapatkan coupling daya yang diinginkan, titik 3 db adalah titik dimana distribusi daya tepat terbagi dua sama rata sebesar 50% disetiap keluaran. Pada produk sebenarnya, salah satu masukan bisa dipotong (diterminasi) kemudian FFC di kemas dengan selubung logam sepanjang L.

42 22 Keluaran 1 Keluaran 2 Gambar 2.10 Distribusi daya fused fibre coupler [9]. Di pasaran lepas, FFC banyak di jual dengan beraneka ragam coupling ratio (spliter), ragam coupling ratio FFC diperlihatkan pada Tabel 2.3 [9]. Pada penelitian ini FFC yang digunakan adalah FFC dengan rasio 95%-5% dan 99%- 1%, FFC 95%-5% digunakan untuk menyalurkan dan mendeteksi sinyal masukan sedangkan FFC 99%-1% digunakan untuk menyalurkan dan mendeteksi sinyal keluaran akhir penguatan EDFA. Tabel 2.3 FFC dengan berbagai macam prosentasi coupling ratio [9]. Coupling Ratio Keluaran1 Keluaran 2 99% 1% 95% 5% 90% 10% 50% 50%

43 Wavelength Division Multiplexing Fused Fiber Coupler Proses pembuatan wavelength division multiplexing fused fiber coupler (WDM) sama seperti komponen fuse coupler yang telah diterangkan sebelumnya, perbedaanya hanya terletak pada jenis bahan fiber yang digunakan dan fungsi. WDM coupler digunakan sebagai penggabung daya dan pemisah panjang gelombang, diperlukan beberapa parameter yang saling mendukung, yaitu jari-jari inti, perbedaan indeks bias antara inti dan selubung, panjang gelombang, panjang kopling, panjang arah propagasi, dan jarak antara dua inti serat. WDM Coupler pada setup EDFA pada penelitian ini adalah untuk menggabungkan sinyal 980 nm LDP dengan sinyal input L band ITU. Pada Gambar 2.11 diperlihatkan perpaduan antara dua rentang panjang gelombang 980 nm dan 1580 nm, dengan parameter indek bias inti 1.458, selisih inti dan selubung 5 m, panjang arah propagasi 10 mm. Hubungan fasa kedua pandu gelombang dipengaruhi oleh arah propagasi z pada jarak nilai kz = /2 dimana semua daya dialirkan dari pandu gelombang pertama ke pandu gelombang kedua, dan sebaliknya hingga pada jarak kz = [10][11]. Aplikasi WDM terletak pada pemilihan parameter karakteristik pandu gelombang serta pengaturan koefisien kopling agar diperoleh karakteristik WDM pada rentang panjang gelombang tertentu. Gambar 2.11 Daya sebagai fungsi dari panjang tarikan dengan rentang panjang gelombang 980 nm dan 1580 nm [10][11]

44 Isolator Optik Isolator optik adalah suatu piranti optik yang hanya memperbolehkan sinyal optik menjalar dalam satu arah [12]. Dalam arah menjalar maju (forward), sinyal optik yang keluar dari fiber disejajarkan (collimated) dengan menggunakan lensa graded index (GRIN) kemudian melewati birefringent rutile (TiD2). berkas sinyal optik ordinary dan extraordinary yang keluar dari material ini diteruskan melalui Faraday rotator yang terdiri atas Yittrium Iron Garnet (YIG) dan kristal Y3Fe 5 D 12 yang dikelilingi oleh magnit permanen. Polarisasi berkas sinyal optik yang melewati Faraday rotator sudutnya diputar 45 dari sumbu polarisasi, dan selanjutnya dilewatkan pada piranti birefringent kedua yang menggabungkan berkas tersebut untuk dilewatkan pada ujung keluaran serat optik. Berkas sinyal optik yang menjalar kearah balik (backward) akan dipisahkan menjadi dua berkas, berkas ordinary dan extraordinary. Berkas sinyal optik tersebut akan diputar sudut polarisasinya oleh Faraday rotator menjadi 90 dari polarisasi masukannya, dan selanjutnya dilewatkan pada piranti birefringent kedua. Berkas yang menjalar secara divergen tersebut tidak dapat terfokus pada ujung serat optik masukan, sehingga berkas balik tidak dapat masuk kedalam serat optik. Pada Gambar 2.12 diperlihatkan disain dari sebuah isolator optik [12]. Gambar 2.12 Disain isolator optik untuk lintasan optik yang menjalar maju (Forward) dan balik (Backward) [12].

45 Parameter Pengukuran dan Perhitungan dalam Besaran Optik Dalam subbab ini dijelaskan tatacara pengukuran dan perhitungan besaran optik seperti: Daya optik, perhitungan losses dan attenuation, dan perhitungan optical return loss (ORL) Daya optik Pengukuran daya optik digunakan untuk menentukan seberapa besar kekutan penguatan cahaya atau seberapa besar kekuatan cahaya yang hilang dalam link fiber optik. Unit pengukuran daya cahaya menggunakan milliwatt (mw) atau dbm. dbm ditentukan sebagai daya decibel (db) dalam satu milliwatt (mw). dbm mempresentasikan harga mutlak daya, sedangkan db adalah rasio dua harga daya untuk mempresentasikan penguatan atau pelemahan (atenuasi). Decibel (db) adalah sebuah unit logaritmis basis sepuluh untuk mempresentasikan rasio sebuah jumlah fisik (daya atau intensitas) relatif kepada referensi yang telah ditentukan [13]. Sebagai ilustrasi, sebuah laser mengeluarkan daya 2 mw (sama dengan 3 dbm). Sebuah EDFA mempunyai penguatan 2 kali (sama dengan 3 db) atau dengan kata lain 3 db adalah penguatan 2 kali. Hubungan antara mw dan dbm ditunjukan pada persamaan (2.32) dan (2.33) [13]. dbm/10 mw 10 (2.32) P dbm 10log 10( ) 1mW (2.33) Sedangkan hubungan antara penguatan atau pelemahan dalam db ditunjukan pada persamaan (2.34) dan (2.35) [13]. P G(dB) 10 log( OUT ) PIN (2.34) G db /10 P OUT P IN.10 (2.35) dimana P OUT = daya setelah mengalami penguatan atau pelemahan

46 26 P IN = daya awal sebelum mengalami penguatan atau pelemahan. G(dB) = gain dalam db. Bila P OUT lebih kecil dari P IN maka telah terjadi pelemahan dan hasilnya selalu akan negatif, misal pelemahan di inisialkan dengan Losses L(dB) maka daya losses dapat ditunjukan pada persamaan (2.36) atau (2.37) [13]: P L(dB) = - G(dB) = 10log IN (2.36) P OUT L db PIN dbm POUT dbm (2.37) Perhitungan Losses dan Attenuation Dalam pengukuran daya istilah losses dengan attenuation keduanya memiliki presepsi yang sama yaitu terjadinya pengurangan nilai daya keluaran dari sumber daya awal (daya masukan), losses biasanya dibicarakan pada objek dalam sistem sedangkan attenuation berbicara pada subjek penyebabnya. Pada Gambar 2.13 diperlihatkan pengukuran fiber power losses, daya masukan menggunakan TLS dan daya keluaran di monitor oleh OSA [13]. Sumber cahaya (TLS AQ4321) Power meter (OSA AQ6317) 0.1mV (-10dBm) Pengujian Serat optik 0.05mV (-13dBm) Gambar Pengukuran power losses pada fiber [13]. Pada Gambar 2.13 ditunjukan bahwa daya yang terbaca oleh OSA lebih kecil dari daya awal yang dikeluarkan oleh TLS, artinya serat optik memiliki attenuation 3 db, atau dikatakan sistem optik tersebut mempunyai losses 3 db.

47 Perhitungan Signal to Noise Ratio (SNR) Signal to noise ratio (SNR) adalah perhitungan perbandingan daya rata-rata sinyal informasi (P Signal ) dengan daya rata-rata sinyal noise (P Noise ). SNR sering di ekpresikan menggunakan skala logaritmis decibel yang ditunjukan pada persamaan (2.38) [13] : PSignal SNR db 10 log10 P Signal(dB) P Noise(dB) PNoise (2.38) Perhitungan Optical Return Loss (ORL) ORL adalah perhitungan perbandingan daya optik yang di refleksikan (PRef) dengan daya sumber cahaya semula (P Source ). Untuk mengukur ORL digunakan instrumen optical time division reflectometer (OTDR). Nilai ORL adalah nilai logaritmis rasio dalam decibel yang di ekspresikan oleh persamaan (2.39) [13]. ORL (db) = 10 log (PRef/P source ) (2.39) Refleksi optik disebabkan karena terjadinya efek Rayleigh scattering, oleh bahan fiber itu sendiri dengan sumber cahaya sistem laser, efek Rayleigh muncul pada ujung fiber, konektor, dan WDM coupler. Untuk menghindari efek refleksi umumnya dipasang komponen optik isolator, yang telah dibahas di subbab sebelumnya.

48 a. 28 BAB 3 METODE PENELITIAN Dalam metodologi penelitian ini akan dibahas mengenai langkah dan strategi menyelesaikan penelitian. Metode penelitian ini dibagi dalam beberapa kriteria diantaranya mengenai: pencarian referensi, waktu dan tempat penelitian, mekanisme pengumpulan data, dan yang terakhir ditutup dengan analisa data Pencarian Referensi Pencarian referensi ditujukan untuk mengumpulkan data yang berhubungan dengan rancang bangun sistem penguatan optik EDFA pada rentang panjang gelombang L band, seperti mengumpulkan data: produk EDFA yang ada dipasaran, sistem pendukung hardware (komponen optik dan elektronika), dan sistem pendukung software penunjang rancang bangun. 3.2 Waktu dan Tempat Penelitian Semua kegiatan penelitian dilakukan di laboratorium Photonik PTIK BPPT. Laboratorium ini memiliki peralatan dan instrumen optik seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.1. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Gambar 3.1 Peralatan optik milik laboratorium PTIK BPPT seperti: (a) mesin splicer, (b) tang kupas fiber, (c) mesin potong fiber (d)attenuator (d) attenuator, (e) TLS (f) OSA 28

49 Mekanisme Pengumpulan Data Pengumpulan data akan dilakukan sepenuhnya melalui hasil eksperimen. Mekanisme pengumpulan data dibagi dalam beberapa kriteria diantaranya: pengambilan data hasil pengujian sistem elektronika, pengambilan data hasil karakterisasi komponen optik, dan yang terakhir pengambilan data hasil pengujian perangkat EDFA (hasil integrasi elektronika dan sistem optik) Pengambilan Data Hasil Pengujian Sistem Integrasi Elektronika Pengambilan data hasil pengujian sitem integrasi elektronika dilakukan sebagai berikut: a. Pengujian laser driver, data yang diamati adalah perubahan variabel data nilai resistansi potensiometer digital RPSET terhadap perubahan daya keluaran laser pemompa. b. Pengujian rangkaian power meter, yaitu dengan mengamati perubahan variabel data nilai resistansi potensiometer terhadap sensitivitas (jangkah ukur) V OUT sebagai keluaran. TLS di set pada daerah kerja ITU pada rentang panjang gelombang L band. Selanjutnya hasil pengujian akan dibandingkan linieritasnya dengan hasil ukur OSA Pengambilan Data Hasil Pengujian Karakterisasi Komponen Optik. Pengambilan data hasil pengujian karakterisasi komponen optik dilakukan sebagai berikut: a. Karakterisasi laser diode, data yang diamati adalah perubahan variabel nilai resistansi potensiometer digital RPSET, besaran injeksi arus ke laser pemompa, dan daya laser pemompa yang dihasilkan. b. Karakterisasi isolator optik, data yang diamati adalah daya sinyal keluaran setelah melewati isolator (menentukan insertion loss). Karakterisasi dilakukan dengan mengatur panjang gelombang L band (TLS) melewati isolator kemudian daya keluaran dimonitor dengan OSA Pengambilan Data Hasil Pengujian Karakterisasi Performa EDFA.

50 30 Pengambilan data hasil pengujian karakterisasi performa EDFA dilakukan sebagai berikut: a. Pengukuran ASE, data yang diamati adalah perubahan variabel data arus injeksi dan daya laser pemompa terhadap perubahan ASE yang dikeluarkan. Pengukuran dilakukan tanpa sinyal masukan L band. b. Pengukuran gain, data yang diamati adalah perubahan variabel daya sinyal masukan pada daya laser pemompa konstan dan daya sinyal masukan konstan. c. Perhitungan noise figure (NF), dihitung setelah pengambilan data hasil pengukuran variable gain dan ASE selesai dilakukan. 3.4 Analisa Data Setelah pengambilan data lengkap dan terpenuhi, akan didapatkan ilustrasi analisa data sebagai perumusan masalah sebagai berikut: a. Hasil karakterisasi baik komponen elektronik maupun optik akan menentukan parameter performa EDFA secara keseluruhan, komponen yang tidak masuk dalam kriteria akan didiskualifikasi. Kriteria yang dipertimbangkan adalah sensitivitas, kestabilan dan isertion loss. b. Menentukan nilai optimal arus injeksi terhadap perubahan daya laser pemompa. Menentukan nilai optimal gain dan ASE, untuk variasi daya sinyal masukan dan daya pompa. Optimasi dilakukan pada panjang EDFA tetap (13.5 meter). c. Menentukan nilai noise figure (NF) setelah pengambilan data gain dan ASE didapat. Menentukan peningkatan-penurunan gain rata-rata akibat peningkatan-penurunan daya pompa maupun daya sinyal. Menentukan daya pompa dan daya sinyal pada daerah saturasi EDFA. d. Membuktikan persamaan (2.30) dan (2.31). Daya sinyal masukan yang semakin bertambah besar akan menghasilkan gain yang semakin kecil dengan NF yang semakin besar. e. Hasil karakterisasi diverifikasi menggunakan analisa numerik menggunakan Matlab untuk menentukan tingkat keberhasilan hasil karakterisasi.

51 31 BAB 4 RANCANG BANGUN SISTEM PENGUATAN OPTIK ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER PADA RENTANG PANJANG GELOMBANG L BAND Rancang bangun penguatan optik erbium doped fiber amplifier ( EDFA) dibagi dalam tiga kategori yaitu rancang bangun sistem kontrol elektronik, rancang bangun sistem dumper optik dan rancang bangun susunan konfigurasi komponen optik EDFA dalam dumper optik. Dumper optik adalah sebuah tempat terbuat dari plastik untuk menyusun konfigurasi komponen optik yang telah disambung agar kemasan EDFA lebih kompak dan mudah dirawat atau diperbaiki. 4.1 Rancang Bangun Sistem Kontrol Elektronik. Rancang bangun sistem kontrol elektronik terdiri dari beberapa tahapan antara lain: uji coba rangkaian elektronika diatas project board, disain skematik, terakhir proses pembuatan layout PCB. Rancang bangun sistem kontrol elektronik diawali dengan pembuatan diagram blok keseluruhan rangkaian sebagai konsep awal untuk menentukan fitur alat. Diagram blok keseluruhan rangkaian sistem kontrol elektronik diperlihatkan pada Gambar 4.1. Prinsip kerja rangkaian utama elektronik dari diagram blok dijelaskan sebagai berikut: a. Blok Laser driver, arus injeksi ke LDP dikendalikan oleh digital potensiometer, daya dari laser kemudian di indra oleh photodioda, arus dari photodioda dikonversi kebentuk tegangan kemudian masuk kesaluran AD/C mikrokontroler. Mikrokontroler mengendalikan LDP pada lup tertutup sesuai dengan daya yang diinginkan pengguna. b. Blok thermo electric cooler (TEC), LDP dipompa pada arus maksimum, LDP menjadi panas, terdeteksi oleh thermistor, perubahan tegangan thermistor diindra oleh mikrokontroler sebagai perubahan suhu LDP melalui pin AD/C. Digital potensiometer diaktifkan untuk mengendalikan peltier TEC, laju pendingin diatur oleh mikrokontroler dengan mengendalikan digital potensiometer ke pengendali TEC. 31

52 32 ADJUST CURRENT PUMP 1 ADJUST CURRENT PUMP 2 PWM PELTIER THERMISTOR TEC CURRENT Gambar 4.1 Diagram blok rangkaian integrasi elektronika

53 Uji Coba Rangkaian Elektronik di atas Project Board. Setelah mendapatkan rangkaian elektronika referensi dan komponen elektronika yang dibutuhkan, dibuat rangkaiannya di atas project board, untuk kemudian diuji kemampuannya seperti ditunjukan pada Gambar 4.2 berikut. Gambar 4.2 Rangkaian elektronika di atas project board. Uji coba rangkaian elektronika menggunakan empat buah project board, dan satu buah sumber daya tunggal 5V/6A. Rangkaian elektronika disusun secara bertahap mulai dari rangkaian laser driver, rangkaian sistem pendingin TEC (optional), rangkaian power meter, dan sistem kendali mikrokontroler. Sistem elektronika dan pemilihan komponen utama dalam operasi EDFA akan dirangkai sebagai berikut : Rangkaian Laser Diode Driver ADN2830 Rangkaian laser diode driver disusun pada mode current boosting. Mode ini dipilih karena arus injeksi dapat diatur dari 4 ma ma secara berkala. Rangkaian laser driver pada mode current boosting untuk arus injeksi maksimum 400 ma (IBIAS) diperlihatkan pada Gambar 4.3 berikut [14]:

54 34 Laser diode (LD) dan monitoring photo diode (MPD) terletak dalam kemasan mini DIL laser diode pumping 980 nm, arus pengindraan dari MPD akan diumpan-balikan ke ADN2830 untuk mengontrol daya dari LD. Gambar 4.3 Rangkaian laser driver pada current boosting mode untuk arus injeksi maksimum 400mA (IBIAS) [14].. ADN2830 menggunakan sistem automatic power control (APC) untuk mengendalikan kestabilan daya LD terhadap waktu dan kompensasi suhu. Daya keluaran dari LD dikontrol oleh resistor RPSET yang dihubungkan antara pin PSET dan ground. Pin PSET akan dijaga konstan sebesar 1.23V. Nilai resistansi R PSET dapat dihitung dengan formulasi berikut [14]: 1.23V R = (4.1) I PSET AV Dimana I AV adalah arus rata-rata (average) photodioda.

55 35 R ASET ADN2830 memiliki dua aktif alarm yaitu DEGRADE dan FAIL. Resistor digunakan untuk mengatur batasan arus injeksi yang dikehendaki sedangkan pin DEGRADE dan pin FAIL digunakan sebagai indikator batasan arus injeksi tersebut. Pin DEGRADE akan berlogika tinggi (+5V) apabila arus injeksi telah mencapai 90% dari arus maksimum. Pin FAIL akan berlogika tinggi (+5V) apabila arus injeksi telah melebihi arus maksimum. Untuk menghitung nilai resistansi RASET dapat dihitung dengan formulasi sebagai berikut [14]: I 1.23V Nx200 I FAIL I ASET = ; R ASET= ASET (4.2) I FAIL adalah batasan arus injeksi maksimum yang dikehendaki, I ASET adalah arus listrik yang melewati R ASET dan N adalah jumlah chip ADN2830 yang dipasang parallel ( satu chip AD2830 dapat mengendalikan LD dengan arus maksimum 200mA). Pada penelitian ini resistor R PSET digantikan oleh sebuah potensiometer digital AD5231, sedangkan R ASET cukup diatur sekali menggunakan potensiometer konvensional sebesar 10 k, kemudian digantikan oleh resistor tetap serial parallel. Rancangan lengkap dari rangkaian laser diode driver ADN2830 diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.2] Potensiometer Digital 1024 Posisi AD5231 AD5231 adalah sebuah chip potensiometer digital yang dapat diprogram melalui protokol serial peripheral interface (SPI). Chip ini diprogram dengan cara scratchpad, dimana nilai resistansi 50 k dicacah kedalam 1024 langkah, setiap langkah memiliki resistansi sebesar [15]: Dalam mode scratchpad programming, hasil seting dapat diprogram secara langsung ke register RDAC antara terminal W-A dan terminal W-B untuk menghasilkan nilai resistansi yang diinginkan. Hasil programming disimpan kedalam electrical eresable memory (EEMEM) secara permanen. Pada Gambar 4.4 diperlihatkan diagram blok dari AD5231 digital potensiometer [15].

56 36 Scratchpad register dapat diprogram menggunakan representatif data word. Penyimpanan scatchpad pada EEMEM membutuhkan waktu sekitar 25ms, pin ready (pin RDY) akan berlogika rendah apabila proses penyimpanan data pada EEMEM selesai. Pin write protect (pin WP) bila diberi logika rendah (ground) akan menonaktifkan penulisan ke EEMEM. Nilai register RDAC dapat disegarkan kembali dengan membuat pin preset (pin PR) diberi logika rendah sesaat (10ms). Adapun intruksi perintah dalam format 24 serial data word diperlihatkan pada Tabel 4.1, sedangkan pada Tabel 4.2 diperlihatkan tabel kebenaran perintah dan operasi dari AD5231 [15]. Gambar 4.4 Diagram blok AD5231 digital potensiometer [15]. Tabel 4.1 Intruksi perintah 24 bit serial data word AD5231 [15]. AD5231 diprogram dengan 4 kabel SPI yang kompatible dengan digital interface yaitu serial data input (SDI), serial data output (SDO), chips select (CS) dan clock (CLK). Format serial data word protokol SPI terdiri dari 24 bit diantaranya: command bits (bit C0-C3), address bits (A3-A0), data bits (D0-D9) untuk RDAC, dan data bits (D0-D15) untuk EEMEM. Adapun intruksi perintah format 24 serial data word diperlihatkan pada Tabel 4.1, sedangkan pada Tabel 4.2 diperlihatkan tabel kebenaran perintah dan operasi dari AD5231 [15].

57 37 Tabel 4.2 Tabel kebenaran perintah dan operasi AD5231 [15]. Rancangan lengkap dari rangkaian potensiometer Digital 1024 Posisi AD5231diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.2] Rangkaian Power Meter AD8304 AD8304 adalah sebuah chip power meter digital yang mampu pengindra perubahan arus photodiode dalam jangkah ukur pa (piko Ampere). Rangkaian power meter AD8304 menggunakan metoda lowering the intercept yang memiliki sensitivitas pengukuran photodioda lebih akurat dengan penggunaan komponen yang lebih sedikit. Pihak pabrikan memberikan rangkaian elektronik bersama tabel variasi parameter, yang diperlihatkan pada Gambar 4.5 dan Tabel 4.3 [16]. Dari hasil percobaan, pemilihan parameter 400mV/dekade dengan sensitivitas pengukuran arus photodioda IZ = 10 pa pada konfigurasi nilai R A, R B dan R Z berturut turut 9.76K, 8.2K, dan 50K, sangat sesuai untuk mendapatkan sensitivitas pengukuran daya optik dengan resolusi perhitungan AD/C mikrokontroler 10 bit 4096 langkah. Tegangan V OUT = 400 mv/decade kemudian diturunkan dengan variable resistor pembagi tegangan 100 kali V R1 dan V R2.

58 38 Gambar 4.5 Power meter dengan metoda lowering the intercept [16]. Tabel 4.3 Variasi parameter nilai untuk metoda lowering intercept [16]. Tegangan Vout dapat dihitung dengan formulasi [16]: R I V = G V x x log +V x Z PD LOG OUT Y 10 REF R Z +RLOG IZ R LOG+R Z R (4.3) Dimana: R A G = 1 + dan R LOG= 5 k R B (4.4) Rancangan lengkap dari rangkaian Powermeter AD83041 dengan metode metoda lowering the intercept diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.2].

59 Rancang Bangun Rangkaian Skematik Elektronika Rangkaian elektronika referensi yang telah lulus uji kebenaranya diatas project board, selanjutnya dipindahkan kedalam rancang bangun software aplikasi CAD. Software CAD dalam desain Printed Circuit Board (PCB) pada penelitian ini menggunakan software CAD elektronika Protel 99SE. Pada Gambar 4.6 diperlihatkan screen shoot untuk rancang bangun rangkaian skematik elektronika pengendali EDFA. Rancang bangun rangkaian skematik elektronika dalam penelitian ini dibagi dua skematik yaitu rangkaian elektronika MCU dengan TEC controller yang diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.1] dan skematik rangkaian elektronika power meter dengan laser controller yang diperlihatkan pada [Gambar L.2]. Gambar 4.6 Screen shoot rangkaian rancang bangun skematik elektronika pengendali EDFA Rancang Bangun Layout Printed Circuit Board Masih menggunakan software Protel 99SE rancang bangun rangkaian elektronika yang telah selesai kemudian di compile menghasilkan file bill of material (BOM) yang berisikan keterangan part type, designator, footprint dan total komponen yang digunakan. BOM hasil rancang bangun layout PCB diperlihatkan pada lampiran [Tabel LR.1]. Compiler juga menghasilkan file

60 40 berektensi *.net yang akan di downloding ke PCB untuk menghasilkan layout PCB. Sebelum melakukan autoroute pengguna terlebih dahulu perlu mengisi setting aturan terutama mengenai lebar track PCB, jarak track ke track, ukuran via (trough hole) dan power plane untuk grounding, kemudian dilanjutkan dengan menyusun tata letak komponen secara optimal. Autoroute akan dimulai setelah me-download file berekstensi *.net yang dituju. Pada Gambar 4.7 diperlihatkan screen shoot rancang bangun layout PCB. Rancang bangun layout PCB dalam penelitian ini dibagi dalam enam separasi cetakan yaitu cetakan jalur PCB bagian atas seperti yang diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.3], cetakan jalur PCB bagian bawah [Gambar L.4], cetakan silkscreen legend PCB [Gambar L.5], cetakan silkscreen legend PCB jalur bawah [Gambar L.6], cetakan solder mask PCB jalur atas [Gambar L.7], dan yang terakhir cetakan solder mask PCB jalur bawah yang diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.8]. Gambar 4.7 Screen shoot perancangan layout PCB. Komponen elektronika dipasang (disolder) pada PCB dimulai dari komponen yang berukuran kecil kemudian dilanjutkan dengan komponen yang

61 41 berukuran besar. Penyolderan dilakukan di atas meja anti statis, saat penyolderan tangan peneliti harus menggunakan wrist strap anti statis. Setelah komponen terpasang, board PCB dicuci dengan cairan isopropyl alcohol untuk menghilangkan sisa pasta solder. Bentuk board PCB finishing diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.13]. Pada penelitian ini mikrokontroler diprogram menggunakan low level languange (assembler) dengan menggunakan perantara development software AVR Studio 4.0. Flow chart pemrograman diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.14]. 4.2 Rancang Bangun Sistem Dumper Komponen Optik Dumper adalah sebuah tempat untuk menyusun konfigurasi komponen optik yang telah disambung agar kemasan EDFA lebih kompak dan mudah di rawat atau diperbaiki. Perancangan sudut lekukan dumper komponen optik berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, yang memiliki bending losses tidak terlalu signifikan yaitu sekitar 0.5 db [13]. Dumper dibuat sendiri dari bahan plastik yang terdiri dari tiga bagian utama yaitu bagian tutup dumper yang diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.9], bagian landasan separasi yang diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.10], dan bagian separasi yang diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.11]. Ketiga bagian sistem dumper disusun sehingga berbentuk seperti penggulung benang seperti Gambar 4.8 berikut. Gambar 4.8 Dumper komponen optik setelah disusun.

62 Rancang Bangun Susunan Komponen Optik dalam Dumper. Rancang bangun susunan komponen optik dalam dumper diperlukan agar komponen optik yang telah disambung (splacing) diletakan pada posisi yang benar, artinya gulungan dan lintasan fiber menuju ke setiap separasi dumper mengikuti aturan lekukan dan tidak menimbulkan lekukan berlebih, agar fiber optik tidak rusak atau kehilangan daya akibat bending loss. Body kemasan FC,WDM dan isolator (ISO) diletakan tepat ditengah-tengah bagian datar dumper. Hasil percobaan integrasi antara rangkaian elektronika dengan komponen optik sebelum masuk dalam dumper diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.15]. Dumper terdiri dari tiga bagian yaitu lapis bawah, lapis tengah dan lapis atas. Konfigurasi lengkap susunan komponen optik dalam dumper diperlihatkan pada Gambar 4.9 dengan penjelasan sebagai berikut: a. Lapis bawah dumper ditempatkan komponen optik: pigtail 1 (PT1), fused coupler 1 (FC1), photodiode 1 (PD1) dan isolator 1 (ISO1). Serat optik PD1 digulung searah jarum jam, sedangkan serat optik untuk PT1, PC1 dan ISO1 digulung berlawanan arah jarum jam, kemudian ujung keluaran ISO1 akan masuk kedalam celah separasi menuju ke lapis tengah dumper. Ujung PT1 digunakan sebagai sinyal masukan. b. Lapis tengah dumper ditempatkan komponen optik: laser diode 1(LD1), wavelength division multiplexer 1(WDM1), EDFA L band, wavelength division multiplexer 2 (WDM2), dan laser diode 2 (LD2). Serat optik LD1, WDM1, EDFA, dan WDM2 digulung berlawanan arah jarum jam, sedangkan untuk fiber optik LD2 digulung searah jarum jam. Ujung keluaran WDM2 akan masuk kedalam celah separasi menuju ke lapis atas dumper. c. Lapis atas dumper ditempatkan komponen optik: isolator 2 (ISO2,) fused coupler 2 (FC2), photodiode 2 (PD2) dan pigtail 2 (PT2). Serat optik PD2 digulung searah jarum jam, sedangkan serat optik untuk ISO2, FC2 dan PT2 digulung berlawanan arah jarum jam, ujung keluaran PT2 diletakan sebagai sinyal keluaran. Dalam penelitian ini setup EDFA menggunakan konfigurasi codirectional pumping dengan LD2 dan WDM2 tidak terpasang. Sistem integrasi elektronika dengan dumper diperlihatkan pada Gambar 4.9 berikut.

63 43 Gambar 4.9 Sistem integrasi elektronika dengan dumper

64 44 BAB 5 PENGUJIAN DAN ANALISA RANCANG BANGUN SISTEM PENGUATAN OPTIK ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER (EDFA) PADA RENTANG PANJANG GELOMBANG L BAND Dalam bab ini akan dibahas mengenai pengambilan data karakterisasi dan pembahasannya yang dibagi dalam tiga kategori. Kategori pertama adalah perhitungan nilai seting komponen vital pengendali laser pemompa, kategori kedua berisikan teknis karakterisasi komponen optik secara individual, dan kategori ketiga ditekankan pada teknis pengambilan data performa dari sistem penguatan optik EDFA pada rentang panjang gelombang L band. 5.1 Perhitungan Nilai Komponen Pengendali Laser 980 nm. Chip pengendali laser pemompa 980 nm tidak berdiri sendiri, perlu komponen pasif pendukung tambahan (diluar chip). Perhitungan ditujukan untuk mencari ukuran nilai komponen pendukung tersebut pada jangkah pengendalian yang tepat. Dalam penelitian ini pengendali arus injeksi laser pemompa 980 nm menggunakan chip ADN2830. Chip ini dipilih karena memiliki fitur komponen pasif pendukung (di luar chip) lebih sederhana [14]. Nilai komponen pasif yang harus dihitung oleh pengguna adalah RPSET dan R ASET seperti yang di tunjukan dalam lampiran [Gambar L.2]. Pada pengendalian otomatis R PSET digantikan oleh potensiometer linier digital, dan R ASET digantikan oleh komponen tetap serialparallel (R78, R79, R80 atau R85, R86, R87) seperti yang di tunjukan dalam lampiran [Gambar L.2]. Arus injeksi pengendalian diatur dari 4 ma ma. I ASET adalah arus yang melewati R PSET, N adalah jumlah chip (ADN2830 yang digunakan), I mak adalah arus pengendalian maksimum chip ADN2830 dan I biastrip adalah arus injeksi mirror. R PSET dan R ASET di hitung sebagai berikut [14]. R PSET = 1.23V/0,05 ma = 24.6 k Ibiastrip 300 ma IASET N x Imak 2 x 200 ma R ASET 1.23V 1.23 I 750 ua ASET 17,6 k 750 ua

65 Karakterisasi Power Meter Tujuan dari karakterisasi ini adalah untuk mencari nilai komponen kepresisian pengukuran chip pengendali power meter melalui eksperimen. Dalam penelitian ini pengendali power meter digunakan chip ADN8304. Chip ini dipilih karena memiliki fitur komponen pasif pendukung (di luar chip) lebih sederhana dengan kepresisian tinggi. Konfigurasi nilai RA, R B dan R Z diberikan sesuai dengan pilihan default 400mV/decade [15]. Komponen pasif yang harus diatur oleh pengguna adalah V R1 atau V R2 seperti yang di tunjukan dalam lampiran [Gambar L.2]. Pin V OUT merupakan pin keluaran chip hasil konversi pengindraan dari bentuk intensitas cahaya ke bentuk tegangan listrik. V R1 atau V R2 dikonfigurasikan sebagai pembagi tegangan 100 kali untuk mendapatkan nilai sensitivitas skala pembacaan V OUT = mw/4 mv/step. Nilai besaran 4 mv disesuaikan dengan tegangan pembacaan AD/C 10 bit mikrokontroler sebesar 4 mv/step yang dihitung sebagai berikut: VREF 4.096V 4.096V 4 mv/step BITResolusi Setup konfigurasi karakterisasi power meter diperlihatkan pada Gambar 5.1 Gambar 5.1 Konfigurasi karakterisasi power meter.

66 46 Teknis karakterisasi power meter dilakukan dengan langkah sebagai berikut: a. Menghubungkan TLS di-set pada panjang gelombang 1590 nm (titik tengah ITU L band) dengan daya -20 dbm (daya maksimum TLS) dengan attenuator 10 db (simulasi sinyal input -30 dbm). b. Menghubungkan photodiode, potensiometer (VR1 atau V R2 ) sesuai dengan lampiran [Gambar L.2], dan menghubungkan pin V OUT dengan voltmeter. Dilanjutkan dengan memutar potensiometer (V R1 atau V R2 ) agar pembacaan voltmeter V OUT = 4 mv. Kemudian TLS di-set dengan +10 dbm (0 dbm melalui attenuator), memastikan pembacaan V OUT = 4,096 mv di voltmeter. c. Karaterisasi power meter dimulai dengan mengatur daya keluaran berturut-turut dari -30 dbm sampai 0 dbm pada panjang gelombang 1570 nm, 1590 nm, dan 1610 nm. Hasil karakterisasi power meter diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.1] Hubungan antara daya sinyal masukan dan tegangan VOUT diperlihatkan pada Gambar 5.2 berikut. y= 4000x Gambar 5.2 Grafik hasil karakterisasi power meter daya masukan (mw) terhadap tegangan keluaran V OUT (mv).

67 47 Dari hasil karakterisasi lampiran [Tabel LK.1], kesalahan relatif pembacaan antara 1mV-5mV atau setara dengan kesalahan relatif 0.001mW mW. Kesalahan relatif ini disebabkan oleh sensitivitas ukur dari voltmeter. Photodiode PDDM981 ini memiliki band spektral pada cakupan panjang gelombang 1100 nm-1650 nm dengan responsivitas 0.8 ma/mw [16]. Responsivitas adalah satuan perbandingan antara arus listrik yang dikeluarkan terhadap daya dari intensitas cahaya yang diterima. Karena L band memiliki panjang gelombang yang sempit (1570 nm nm) terhadap cakupan spectral band photodiode itu sendiri, photodiode akan merespon daerah spektral L band pada responsivitas yang sama. Dari hasil percobaan terbukti, power meter untuk panjang gelombang 1570 nm, 1590 nm dan 1610 nm, untuk daya yang sama memiliki tegangan keluaran (VOUT) hampir sama. 5.3 Karakterisasi Komponen Optik dalam Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier Pada Rentang Panjang Gelombang L Band. Karakterisasi komponen erbium doped fiber amplifier (EDFA) difokuskan pada karakterisasi laser pemompa 980 nm dan isolator optik Karakterisasi Laser Pemompa 980 nm Tujuan karakterisasi dari laser pemompa ini adalah untuk menentukan nilai arus injeksi terhadap daya keluaran dari LDP 980 nm. Laser pemompa 980nm yang akan dikarakterisasi adalah tipe LU980L dual in line (DIL) package uncooled laser pumping. Laser ini dipilih karena selain ukuranya kecil, laser ini memiliki daya keluaran besar (200mW/500mA) [17]. Pada Gambar 5.3 diperlihatkan konfigurasi karakterisasi LDP 980 nm beserta peralatan ukur pendukung.

68 48 Gambar 5.3 Konfigurasi karakterisasi LDP 980 nm Pengambilan data karakterisasi dilakukan secara manual tanpa mikrokontroler, pengaturan arus injeksi ke laser pemompa dilakukan dengan memutar potensiometer linear RPSET (diterangkan dalam subbab 5.1). Data hasil karakterisasi manual ini nantinya akan dijadikan referensi dasar pengendalian cerdas oleh mikrokontroler. Teknis karakterisasi laser pemompa 980 nm dilakukan dengan langkah sebagai berikut : a. Menghubungkan serat optik LDP 980 nm ke instrumen monitor (OSA). b. Menghubungkan pin kaki LDP 980 nm yang bersesuaian pada chip pengendali ADN2830 sesuai dengan lampiran [Gambar L.2]. c. Menghubungkan pin IBIAS monitoring dengan amperemeter sesuai dengan lampiran [Gambar L.2]. kemudian memutar R PSET secara berkala untuk pengaturan arus injeksi dari 4 ma 180 ma. d. Mencatat perubahan R PSET, arus injeksi ke LDP, dan power output LDP pada OSA (mw atau dbm). Karakterisasi LDP 980 nm secara lengkap diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.2], tampilan grafik hasil karakterisasi diperlihatkan pada Gambar 5.4 berikut.

69 49 y= x Gambar 5.4 Grafik hasil karakterisasi LDP 980 nm ( LU980L) arus injeksi (ma) terhadap daya keluaran (mw). Hubungan antara arus injeksi dan daya keluaran LDP adalah linier dengan gradien mw/ma. Pada Gambar 5.5 diperlihatkan screen shoot pola daya dari LDP yang lasing di 26 ma. Gambar 5.5 Screen shoot pola daya LDP pada saat lasing di 26mA. Pada Gambar 5.6 diperlihatkan screen shoot pola daya dari LDP dengan arus injeksi di 150 ma.

70 50 Gambar 5.6 Screen shoot pola daya LDP dengan arus injeksi 150 ma. Kestabilan daya keluaran dari LDP dipengaruhi oleh suhu dari body laser. Semakin besar arus injeksi maka semakin besar disipasi daya (panas). Penggunaan daya LDP dibawah 50% dari daya maksimum memungkinkan kestabilan daya akan dipertahankan stabil Karakterisasi Isolator Optik L Band. Tujuan karakterisasi dari isolator optik ini adalah untuk menentukan insertion loss daya yang merambat melewati isolator pada panjang gelombang L band. Isolator optik yang dikarekterisasi adalah isolator optik Opnoti L band tipe IS-D NE. Isolator ini dipilih karena memiliki ukuran kecil agar bisa dikemas dalam dumper optik. Karakterisasi isolator menggunakan metoda synchronize, metoda ini dipilih agar titik pengukuran lebih cepat dan akurat dibandingkan dengan cara manual. Metode synchronize adalah dengan cara menghubungkan instrumen ukur (OSA AQ6317) dan instrumen sumber cahaya (TLS AQ4321) dengan kabel komunikasi data general purpose interface bus (GPIB), OSA dijadikan master device dan TLS dijadikan slave device. OSA akan mengendalikan TLS untuk merubah panjang gelombang pada daerah L band dengan span panjang gelombang yang diset oleh pengguna. Pada Gambar 5.7

71 51 diperlihatkan konfigurasi karakterisasi isolator optik beserta instrumen pendukung dengan metoda synchronize. Gambar 5.7 Konfigurasi karakterisasi isolator optik Teknis karakterisasi isolator optik L band dilakukan dengan langkah sebagai berikut : a. Menyambungkan ujung fiber isolator optik, ujung sinyal masukan dihubungkan dengan TLS dan ujung yang lain dihubungkan dengan OSA (Body isolator optik mempunyai tanda anak panah untuk menunjukan arah propagasi cahaya). b. Menghidupkan TLS, di-set pada daya -20 dbm (daya maksimum). OSA diset pada posisi synchronize, dengan memasukan nilai START 1570 nm, nilai STOP 1620 nm, nilai SPAN 1 nm ( titik pengukuran karakterisasi adalah ( )/1 = 50 data). c. Menekan tombol synchronize pada OSA. Hasil karakterisasi isolator optik secara lengkap diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.3], screen shoot pola daya output isolator optik di perlihatkan pada Gambar 5.8 berikut.

72 52 Gambar 5.8 Screen shoot hasil karakterisasi isolator optik dengan metode synchronize. Dari hasil karakterisasi, isolator optik L band Opnoti tipe I5-D NE memiliki output daya keluaran rata-rata -20,86 dbm, sehingga isolator optik ini memiliki insertion loss sebesar 0,86 db. Insertion loss diakibatkan oleh pengaruh dispersi dari lensa grade index atau terjadi sebagian penyerapan daya oleh lensa polarisasi yang ada di dalam isolator optik [12]. 5.4 Karakterisasi Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier pada Rentang Panjang Gelombang L Band. Tujuan dari karakterisasi penguatan optik EDFA L band adalah untuk melihat pola gain terhadap: variasi daya sinyal masukan, variasi daya pompa, dan variasi panjang gelombang sinyal masukan. Pengukuran ASE dan perhitungan NF diperoleh dari satu panjang gelombang sinyal masukan yang telah ditentukan. Eksperimen pertama kali dimulai dengan potongan EDFA L band panjang 15 meter, setiap penyambungan dengan komponen optik lainnya (WDM atau FC) EDFA akan terpotong 3 cm di mesin potong. Interaksi percobaan dilakukan terus menerus untuk berbagai macam percobaan dengan resiko EDFA akan terpotong 3 cm setiap kali penyambungan. Panjang EDFA L band 13.5 meter dipilih karena merupakan potongan panjang terakhir keberhasilan hasil eksperimen.

73 53 Eksperimen dilakukan secara manual (tanpa menggunakan mikrokontroler), selanjutnya data dari hasil karakterisasi akan dijadikan referensi pengendalian cerdas menggunakan mikrokontroler. Pada Gambar 5.9 diperlihatkan konfigurasi karakterisasi EDFA L band. Gambar 5.9 Konfigurasi karakterisasi EDFA L band dengan konfigurasi forward pumping. Teknis karakterisasi EDFA L band dilakukan dengan langkah berikut: a. Memposisikan R PSET pada nilai resistansi paling besar (25k ). Semua power meter diatur pada posisi pembacaan 4 mv/0.001 mw. Memastikan arah isolator optik searah dengan arah propagasi sinyal masukan. b. Menghubungkan (FC1) ke sinyal keluaran TLS, menghubungkan sinyal keluaran FC2 99% ke sinyal masukan OSA. c. Mengatur R PSET secara bertahap (mengatur injeksi arus) agar daya laser pemompa menghasilkan pola ASE yang rata pada daerah L band. Mencatat

74 54 R PSET, arus injeksi (ma) dan daya laser pemompa saat ASE rata (gain rata). d. Mengatur panjang gelombang sinyal masukan ITU L band (TLS) dengan daya masukan berturut-turut -20 dbm, -15 dbm, -10 dbm dan -5 dbm. Mencatat semua nilai gain dan menghitung NF pada setiap titik pengukuran. Dengan konfigurasi pengambilan data yang sama, dihasilkan variasi karakterisasi EDFA L band antara lain : Karakterisasi Gain Pada Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier dengan Variasi Daya Pompa Tujuan dari karakterisasi ini adalah untuk mengetahui pola gain pada daya sinyal konstan terhadap variasi daya pompa, pada panjang gelombang ITU L band. Data hasil karakterisasi EDFA pada rentang panjang gelombang L band ITU untuk daya sinyal masukan konstan berturut-turut -20 dbm (0,010 mw), -15 dbm (0,032 mw), -10 dbm (0,100 mw) dan -5 dbm (0,316 mw), terhadap variasi daya pompa berturut-turut 150 ma (53,60 mw), 160 ma (61,14 mw), 170 ma (64,83 mw) dan 180 ma (68,25 mw), diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.4a, Tabel LK.4b, Tabel LK.4c, dan Tabel LK.4d]. Pola gain hasil karakterisasi diperlihatkan pada Gambar 5.10 berikut. (a)

75 55 (b) (c) (d) Gambar 5.10 Pola gain EDFA, variasi daya pompa terhadap daya sumber konstan: (a) -20dBm (b)-15 dbm (c)-10dbm dan (d)-5 dbm Dari persamaan (2.4) dan (2.18), laju absorpsi terangsang sinyal (a) s lebih besar daripada laju absorpsi pompa (a) p, mengakibatkan populasi ion di tingkatan 2 berkurang seiring dengan peningkatan flux photon sinyal s, fluk

76 56 photon sinyal s berbanding lurus dengan daya sinyal P s. Peningkatan daya sinyal P s dengan daya pompa tetap mengakibatkan penurunan gain (2.30) Karakterisasi Gain Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier dengan Variasi Daya Sinyal Tujuan dari karakterisasi ini adalah untuk mengetahui pola gain EDFA dari variasi daya sinyal terhadap daya pompa konstan, pada panjang gelombang ITU L band. Data hasil karakterisasi EDFA pada rentang panjang gelombang L band ITU untuk variasi daya sinyal berturut-turut -20 dbm (0,010 mw), -15 dbm (0,032 mw), -10 dbm (0,100 mw) dan -5 dbm (0,316 mw) terhadap daya pompa konstan berturut-turut 150 ma (53,60 mw), 160 ma (61,14 mw), 170 ma (64,83 mw) dan 180 ma (68,25 mw), diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.5a, Tabel LK.5b, Tabel LK.5c, dan Tabel LK.5d]. Pola gain hasil diperlihatkan pada Gambar 5.11 berikut. karakterisasi (a) (b)

77 57 (c) (d) Gambar 5.11 Pola gain EDFA, variasi daya sinyal masukan terhadap daya pompa konstan pada: (a) 150 ma (53,60 mw) (b) 160 ma (61,14 mw) (c) 170 ma (64,83 mw) (d) 180 ma (68,25 mw) Dari persamaan (2.4) dan (2.18), apabila laju absorpsi terangsang pompa (a) p lebih besar daripada laju absorpsi sinyal (a) s mengakibatkan terjadinya peningkatan populasi ion di tingkatan 2 dan penurunan populasi ion di tingkatan 1. Penurunan populasi ion di tingkatan 1 menyebabkan penurunan laju absorpsi sinyal terangsang (a) s. Populasi ion pada tingkatan 2 akan runtuh menghasilkan emisi spontan berupa ASE noise dengan panjang gelombang yang tidak koheren dengan sinyal masukan. Peningkatan ASE noise mengakibatkan penurunan gain Karakterisasi Gain Erbium Doped Fiber Amplifier dengan Variasi Panjang Gelombang Tujuan dari karakterisasi ini adalah untuk mengetahui pola gain EDFA dari variasi daya sinyal terhadap daya pompa konstan, juga pada daya sinyal

78 58 terhadap variasi daya pompa, pada panjang gelombang ITU L band 1580,35 nm dan 1590,41 nm. Kedua panjang gelombang ini dipilih karena merupakan panjang gelombang dominan yang sering digunakan dalam sistem komunikasi optik ITU L band. Data hasil karakterisasi EDFA pada panjang gelombang 1580,35 nm dan 1590,41 nm untuk variasi daya sinyal berturut-turut -20 dbm (0,010 mw), -15 dbm (0,032 mw), -10 dbm (0,100 mw) dan -5 dbm (0,316 mw) terhadap daya pompa konstan berturut-turut 150 ma (53,60 mw), 160 ma (61,14 mw), 170 ma(64,83 mw) dan 180 ma (68,25 mw), diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.6a dan Tabel LK.6b]. Pola gain hasil karakterisasi diperlihatkan pada Gambar (a) (b) Gambar 5.12 Pola gain EDFA, variasi daya sinyal masukan(sumber) terhadap daya pompa konstan pada panjang gelombang: (a) 1580,35nm (b) 1590,41 nm

79 59 Data hasil karakterisasi EDFA pada panjang gelombang 1580,35 nm dan 1590,41 nm untuk sinyal masukan konstan berturut-turut -20 dbm (0,010 mw), - 15 dbm (0,032 mw), -10 dbm (0,100 mw) dan -5 dbm (0,316 mw) terhadap variasi daya pompa berturut-turut 150 ma (53,60 mw), 160 ma (61,14 mw), 170 ma(64,83 mw) dan 180 ma (68,25 mw), diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.7a dan Tabel LK.7b]. Pola gain hasil karakterisasi diperlihatkan pada Gambar (a) Gambar 5.13 Pola gain EDFA, daya sinyal masukan (sumber) konstan terhadap variasi daya pompa pada panjang gelombang: (a) 1580,35nm (b) 1590,41 nm (b) Dari persamaan (2.4) dan (2.18), flux photon sinyal s berbanding terbalik dengan frekuensi sinyal v s, atau berbanding lurus dengan panjang gelombang sinyal. Peningkatan panjang gelombang sinyal mengakibatkan

80 60 peningkatan dan daya sinyal P s s. Peningkatan daya sinyal P s pada daya pompa P p konstan ataupun peningkatan daya pompa P p pada daya sinyal P s konstan, keduanya mengakibatkan penurunan gain (2.30). Besaran gain dari EDFA tergantung dari cross section pada setiap panjang gelombang EDFA L band. 5.5 Pengukuran Amplified Spontaneous Emission (ASE) Teknis pengukuran sama seperti menggunakan langkah sub 5.3, tetapi pada pengukuran ASE tidak ada sinyal masukan. Tujuan dari karakterisasi ini adalah untuk mengetahui karakter ASE noise. Pengukuran ASE dilakukan pada satu panjang gelombang L band nm. Panjang gelombang ini dipilih karena terletak pada titik tengah panjang gelombang L band untuk mempermudah investigasi pengukuran. Daya pompa dipilih pada 150 ma (53.6 mw) karena menghasilkan pola ASE flat pada layar monitor OSA. Pada Gambar 5.14 diperlihatkan pola spektrum ASE flat dari EDFA L band dengan daya pompa 53.6 mw (150 ma arus injeksi), menghasilkan inversi populasi dengan ASE rata-rata dbm. Gambar 5.14 Pola spektrum ASE rata L-band EDFA (13.5 meter) dengan daya pompa 53.6 mw (150 ma arus injeksi)

81 61 ASE rata disebabkan oleh nilai ambang (threshold) penguatan untuk populasi inversi pada level enegi 1 dan 2 adalah sama, dengan pemompaan ambang sama persatuan luas pada bandwidth gelombang L band. Puncak ASE untuk seluruh panjang EDFA dan daya pompa yang diberikan terjadi pada panjang gelombang 1571,24 nm. Kejadian ini disebabkan karena sifat spektroskopi Erbium dimana pada panjang gelombang sekitar 1571 nm, Er 3+ memliki absorpsi dan emisi cross section paling tinggi. Pola spektrum ASE menunjukkan bahwa semakin tinggi daya pompa yang diberikan pada EDFA semakin tinggi daya ASEnya. Hal ini terjadi karena faktor inversi populasinya semakin meningkat, atau jumlah populasi ion-ion erbium pada level energi exited state lebih besar dari yang ada pada level ground state. 5.6 Karakterisasi Gain dan Noise Figure Erbium Doped Fiber Amplifier L Band. Tujuan dari karektrisasi untuk mengetahui besaran rata-rata penguatan dan tingkat kualitas sinyal yang dihasilkan EDFA. Nilai gain dan NF pada EDFA dipengaruhi oleh daya laser pemompa, panjang EDFA, nilai emisi dan absorpsi cross section, panjang gelombang dan daya sinyal masukan. Teknis karakterisasi gain dan noise figure (NF) dilakukan dengan langkah sebagai berikut : a. Melakukan langkah seperti saat karakterisasi EDFA dengan menggunakan rangkaian Gambar 5.9. b. Memasukan sinyal L band -20 dbm konstan dengan daya laser pemompa mw (150 ma arus injeksi). Mencatat sinyal keluaran yang diukur oleh OSA. c. Menghitung gain dan NF dengan menggunakan persamaan (5.1) dan (5.2) [6]. G db 10 log Psignal out Pnoise out Pnoise out Psignal in (5.1) PASE 1 NF(dB) 10log (5.2) h.v s. v.g G

82 62 Psignal out P noise out = daya sinyal keluaran terukur pada OSA ( mw) PASE P noise out = daya ASE yang terukur di OSA (mw) h = konstanta planck = 6, Js v s = frekuensi sinyal input optik (Hz) v = bandwidth frekuensi sinyal (Hz) ; B o = c s s Hz = panjang gelombang sinyal (m) = bandwidth sinyal pada -3 db (nm) Pada Gambar 5.15 diperlihatkan hasil karakterisasi gain dan NF untuk panjang gelombang nm (-20 dbm). Gambar 5.15 Sinyal penguatan EDFA dbm untuk sinyal nm (-20 dbm) Dari Gambar 5.15 diperlihatkan sinyal nm (-20 dbm) telah mengalami penguatan sehingga keluaranya menjadi dbm. Gain dan NF sinyal nm dapat dihitung sebagai berikut : P signal in = dbm = 0.01mW = 10-5 W Psignal out P noise out = dbm = 0.543mW = W P noise out P ASE = dbm = mW = W

83 63 s = nm = m 1 = nm; 2 = nm; = nm nm = 0.5nm Psignal out Pnoise out Pnoise out G = = = P 5 signal in 10 G(dB) = 10 log [G] = 10 log (44.40) = db c Vs = 1.89 x Hz 9 s c ,5.10 v = B o = = 5,94 x Hz 9 9 s s 1589, ,52.10 P NF (db) = 10 log ASE 1 h.v s. v.g G = 10 log = 3.97 db 6, x 1, x 5, x Dengan metoda pengukuran dan perhitungan yang sama, untuk daya pompa konstan 53.6 mw dan sinyal masukan konstan sebesar -20 dbm yang diatur pada rentang panjang gelombang ITU L band, gain dan NF dapat dikarakterisasi. Hasil karakterisasi diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.8]. Pada Gambar 5.16 diperlihatkan pola spektrum ASE keluaran EDFA L band dengan daya pompa konstan 53.6 mw (tanpa sinyal masukan). Gambar 5.16 Pola spektrum ASE EDFA L band (13.5 meter) dengan daya pompa 53.6 mw (tanpa sinyal masukan)

84 64 Panjang gelombang 1570 nm memliki ASE paling tinggi dibandingkan dengan ASE pada panjang gelombang 1610 nm, disebabkan karena pola spektroskopi absorpsi dan emisi cross section erbium L band pada 1570 nm paling tinggi dibandingkan dengan panjang gelombang 1610 nm. Berikutnya pada Gambar 5.17 diperlihatkan pola spektrum gain dan NF EDFA L band pada daya LDP (53.6 mw ) dan sinyal masukan (-20 dbm) konstan. Gambar 5.17 Pola spektrum gain dan NF EDFA L band (13.5 m) dengan daya pompa 53mW pada daya sinyal masukan -20 dbm konstan. Dari Gambar 5.17 ditunjukan bahwa noise figure (NF) selalu lebih besar dari satu, hal ini terjadi karena penguat selalu memberikan tambahan noise selama proses penguatan dan SNR out selalu lebih kecil dari SNR in. Nilai NF yang tinggi menyatakan bahwa signal to noise ratio mengalami degradasi akibat proses amplifikasi (penguatan), sesuai dengan landasan teori persamaan (2.29) [6]. NF = SNR in /SNR out Nilai NF dipengaruhi juga oleh gain (G), frekuensi sinyal masukan (v), dan panjang gelombang sinyal masukan, sesuai dengan landasan teori (2.31) [6]. PASE 1 NF h.v. v.g G Noise figure akan semakin besar apabila frekuensi sinyal masukan (v) semakin kecil atau panjang gelombang sinyal masukan ( ) semakin besar. Gain (G) pada EDFA L band akan semakin kecil seiring dengan peningkatan ( ) sinyal masukan.

85 Analisa Pendahuluan Menggunakan Simulasi Matlab. Dalam penelitian ini, simulasi Matlab digunakan sebagai analisa pendahuluan untuk verifikasi keberhasilan percobaan dilihat dari sudut pandang landasan teori matematis. Sinyal keluaran yang diteliti akibat perubahan daya sinyal masukan maupun daya pompa dalam orde yang sangat kecil dengan jangkah pengukuran yang sangat lebar, sangat sulit sekali untuk dilakukan dalam percobaan. Pendekatan matematis menggunakan simulasi Matlab akan banyak membantu memecahkan persoalan yang tidak mungkin dilakukan dalam percobaan. Hasil karakterisasi percobaan kemudian dimasukan dalam chart hasil simulasi, untuk menentukan kesimpulan performa dari sistem EDFA L band ini. Teknis karakterisasi menggunakan simulasi Matlab dilakukan dengan langkah sebagai berikut : e. Menyiapkan software aplikasi Matlab, dalam penelitian ini digunakan Matlab versi f. Memasukan data parameter EDFA L band yang digunakan sesuai dengan Tabel 2.2. Data parameter ini diambil data spesifikasi teknis aktual EDFA L band yang dikeluarkan dari pihak pabrikan. g. Memecahkan persamaan diferensial (2.24), (2.25) dan (2.26) ke dalam Matlab menggunakan metoda Runge Kutta orde empat [20][21]. h. Menentukan kesimpulan dari chart hasil simulasi dan hasil percobaan. Pada Gambar 5.18 diperlihatkan pola gain terhadap variasi daya sinyal masukan untuk daya pompa tetap 53.6 mw. Daya pompa 53.6 mw dipilih karena merupakan daya pompa terendah untuk eksitasi ion Er 3+. Pada simulasi ini akan menentukan seberapa besar gain EDFA pada daya pompa paling rendah terhadap variasi daya sinyal konstan. Dari Gambar 5.18 terlihat bahwa EDFA akan saturasi pada daya sinyal lebih besar dari -10 dbm. Pada daerah ini ion-ion Er 3+ pada daerah ground state mulai berkurang untuk terjadinya absopsi dan emisi terangsang yang akan menghasilkan sinyal koheren, sehingga terjadi penurunan sinyal keluaran yang mengakibatkan penurunan gain, sesuai dengan persamaan (2.30).

86 L=13.5 Daya pompa 53.6 mw nm Gain (db) Simulasi Percobaan 8 8 Daerah saturasi Daya sinyal (mw) Daya sinyal (dbm) Gambar 5.18 Gain terhadap daya sinyal masukan untuk daya daya pompa 53.6 mw (dekat daerah saturasi). Pada Gambar 5.19 diperlihatkan pola gain terhadap perubahan daya pompa berturut turut 53.6 mw, mw, mw dan mw, untuk variasi sinyal masukan tetap berturut turut -20 dbm, -15 dbm, -10 dbm dan -5 dbm. Peningkatan daya sinyal Ps pada daya pompa P p konstan ataupun peningkatan daya pompa P p pada daya sinyal P s konstan, keduanya mengakibatkan penurunan gain begitu juga sebaliknya akan terjadi peningkatan gain, sesuai dengan persamaan (2.30). Gambar 5.20 diperlihatkan hasil simulasi pola ASE terhadap variasi daya pompa untuk panjang EDFA L band 13.5 meter. Dari Gambar 5.20 diperlihatkan terjadinya peningkatan pola spektrum ASE apabila daya pompa ditingkatkan. Hal ini terjadi karena adanya peningkatan emisi spontan yang menghasilkan sinyal yang tidak koheren dengan sinyal masukan, mengakibatkan terjadinya penurunan sinyal keluaran. Semua perbedaan gain pada Gambar 5.18 sampai Gambar 5.19 disebabkan karena faktor losses akibat splacing, insertion losses komponen optik, dan kopling optik (konektor) yang tidak diperhitungkan dalam simulasi.

87 67 20 L= Gain (db) Input Pump Power (W) Gambar 5.19 Gain terhadap daya pompa untuk variasi sinyal masukan -20dBm, -15 dbm, -10dBm dan -5 dbm -30 L= Daya ASE Input Pump Power (W) Gambar 5.20 ASE terhadap variasi daya pompa

88 68 BAB 6 KESIMPULAN Dalam bab terakhir ini akan dibahas mengenai kesimpulan atas penelitian sistem penguatan optik erbium doped fiber amplifier (EDFA) pada rentang panjang gelombang L band 1570 nm-1610 nm. Dari hasil eksperimen, analisa, dan simulasi untuk panjang erbium doped fiber (EDF) tetap 13.5 meter jenis L band dan laser dioda pemompa 980 nm, dapat disimpulkan sebagai berikut: a. Telah berhasil dilakukan rancang bangun sistem penguatan optik EDFA untuk pengendalian laser diode pumping driver dengan arus injeksi 4 ma- 300 ma dan power meter controller dengan sensitivitas mw pada jangkah pengukuran 30 db. b. Pada daya pompa sebesar 53.6 mw (150 ma arus injeksi) dihasilkan pola amplified spontaneous emission (ASE) rata-rata sebesar dbm. c. Ditunjukan bahwa dengan sinyal masukan konstan -20 dbm pada panjang gelombang L band terstandarisasi badan international telecommunication union (ITU), untuk daya pompa konstan 53.6 mw (150 ma arus injeksi) dihasilkan gain rata-rata sebesar db dan noise figure (NF) rata-rata sebesar 3.95 db. d. Ditunjukan pula bahwa dengan daya pompa sebesar 68,25 mw (180 ma arus injeksi) terhadap daya sinyal masukan konstan 0,01mW (-20 dbm) dihasilkan penguatan terbesar pada panjang gelombang nm sebesar 20,64 db. Hasil penelitian ini secara umum memiliki performa: kemampuan menguatkan sinyal kecil dibawah -30 dbm, memiliki noise figure (NF) dibawah 4 db, memiliki gain 20,64 db dengan 30% penggunaan daya pompa, panjang EDFA pendek, sistem elektronika menggunakan catu daya tunggal (+5 Volt), dan ukuran kemasan prototipe relatif kecil yaitu berukuran 250 mm x 200 mm x 100 mm. 68

89 69 DAFTAR ACUAN [1] Chinlon, Lin. (2006). Broadband optical access networks and fiber-to-the home systems technologies and deployment strategies. England: John Wiley & Sons. [2] Lazorcik, Jay. (2008). Optical Fiber Basic. Lighthouse Chapter SCTE, [3] Keiser, Gerd. (2000). Optical fiber communications. Singapore: McGraw- Hill. [4] A Selvarajan, S Kar, T Srinivas. (2002). Optical Fiber Communication. Singapore: Mc Graw Hill International Edition. [5] Max, Ming-Kang, Liu. (1996). Principles and applications of optical communications. USA: R.R. Donnelley & Sons Company. [6] Beker, P.c., Olsson, N.A., & Simpson, J.R. (1999). Erbium-doped fiber amplifiers fundamentals and technology. USA: Academic Press. [7] Kaminov, Ivan P.(2008). Optical Fiber Telecommunications V: USA: Elsevier. [8] Stewart, WJ., & Love, J.D. (1985). Design Limitation on Tapers and Couplers in Single Mode Fibers. in Proc.ECOC 85, [9] Birks,T.A. (1989). Twist- Induced Tuning in Tapered Fiber Couplers. Appl.Optic, Vol 28, [10] System, Cisco.(2000). Introduction to DWDM Technology. Cisco Systems, Inc. San Jose, [11] Jeff, H. (2002). Wavelenght Division Multiplexing. USA: Prentice Hall. [12] Damask, Jay N. (2005). Polarization Optics In Telecommunication. USA: springer. [13] Chomycz, Bob.(2000). Fiber Optic Installer s field manual. Singapore: McGraw-Hill. [14] Device, Analog.(2000). ADN2830 datasheet. July 23, [15] Device, Analog.(2000). ADN5231 datasheet. July 23,

90 70 [16] Device, Analog.(2000). AD8304 datasheet. July 23, [17] Technologies, Nanovation.(2001). PDDM981 Single Element PIN Detector datasheet. July 23, [18] Technologies, Bookham.(2000). LU980L Mini DIL Uncooled Laser. Maret 21, [19] Limited, Fibercore.(2010). M12 generic datasheet. July 19, [20] Ranjbaran, Mehdi. (2001). Project Simulation Erbium Doped Fiber Amplifier [21] Nur Samijayani, Octarina. (2009). Comparative Analysis of 980 nm and 1480nm Pumping Scheme On C-Band EDFA Using 1530 nm Signal Wavelength

91 71 DAFTAR REFERENSI Agrawal, Govin. P. (1992). Fiber-optic communication systems. Canada: John Wiley & Sons, Inc. Agrawal, D.C. (2003). Fiber optic communication. India: S. Chan & Company Ltd. Bass, Michael., Stryland, Eric W. Van. (2002). Fiber optics handbook: fiber, devices, and system for optical communication. New York: McGraw-Hill. Buxens, A., Poulsen, R.N., Clausen, A.T., & Jeppesen, P. (2008). Gain flattened L- band EDF A based on upgrade C-band EDFA using forward ASE pumping in an EDFA section. Electronics Letters, 36, Desurvire, Emmanuel. (1994). Erbium doped fiber amplifier:principles and applications. Canada: John Wiley & Sons, Inc. Dutta, Achyut K., Dutta, Niloy K., & Fujiwara, Masahito. (2003). WDM technologies: passive optical components. USA: Academic Press. Gistvik, Stefan Nilsson. (2002). Optical fiber theory for communication networks. Sweden: Ericsson Networks Technolgies AB. Hoss, Robert. J. (1990). Fiber optic communications design handbook. New Jersey: Prentice-Hall. Kaminov, Ivan P., Tingye Li, & Willner, Alan E. (2008). Optical fiber telecommunications, A: Components and subsystems. USA: Academic Press. Kaminov, Ivan P., Tingye Li, & Willner, Alan E. (2008). Optical fiber telecommunications, B: Systems and networks. USA: Academic Press. Kaminow, Ivan P., & Koci, Thomas L. (1997). Optical fiber telecommunications IlIA. California: Academic Press. McMahon, David. (2007). MATLAB Demystified. New York : McGraw-Hill ebook. Pramono, Sholeh H., Syahriar, A., & Sardy, S. (2008). Gain and noise figure properties of erbium-doped fiber amplifier (EDFA) with length and pump power variations. International Joint Seminar in Engineering,

92 72 Gambar L1. Rangkaian elektronika mikrokontroler dan TEC

93 73 Gambar L2. Rangkaian elektronika power meter dan laser controller

94 74 Gambar L.3 Jalur tembaga PCB bagian atas

95 75 Gambar L.4 Jalur tembaga PCB bawah

96 76 Gambar L.5 Silkscreen legend PCB jalur atas

97 77 Gambar L.6 Silkscreen legend PCB jalur bawah

98 78 Gambar L.7 Solder mask PCB jalur atas

99 79 Gambar L.8 Solder mask PCB jalur bawah

100 80 Gambar L.9 Bagian tutup dumper komponen optik

101 81 Gambar L.10 Bagian landasan separasi dumper komponen optik

102 82 Gambar L.11 Bagian separasi dumper komponen optik

103 83 Gambar L.12 Sistem integrasi elektronika setelah proses solder dan trouble shooting

104 84 Gambar L.13 Sistem integrasi elektronika dan dumper (komponen optik terlihat dalam dumper)

105 85 Gambar L.14 Flow chart dari alur kerja rangkaian elektronika

106 86 Tabel L.1 Bill of material (BOM) skematik No Used Value Designator Footprint 1 4 1K5 R53 R54 R55 R56 P K8 R12 P-0603 R1 R2 R3 R4 R6 R7 R13 R27 R K R58 R59 R60 R61 R62 R63 R67 R69 R71R73 R74 R75 R78 R79 R81 R82 R85 R86 P M R18 P n C39 C42 P uF/16V C18 C19 C20 C21 C46 C50 ELCO_SMD Mhz XT1 XTAL K7 R76 R80 R83 R87 P-0603 R5 R8 R10 R16 R17 R22 R24 R K R33 R36 R37R40 R41 R44 R64 R65 R68 R70 R72 RB1 RB2RC1 RC2 RD1 RD2 RS1 RS2 RZ1 RZ2 P M R26 P nf C40 C43 CF1 CF2 P uF/16V C15 C22 C49 C53 ELCO_SMD K R11 R19 R20 P K R9 R14 R15 P-0603 P K VR1 VR2 TUNED uF/16V C5 C6 C7 C54 ELCO_SMD pF C13 C14 P K R28 R29 R30 R31 R32 R45 R46 R47 R48R49 R50 R51 R52 R77 R84 P-0603 C9 C10 C11 C16 C17 C23 C24 C n C27 C30 C31 C32 C35C37 C41 C44 C45 C47 C48 C51 C52 C55 CPB1 CPB2 P K R23 P R21 P n C28 P R34 R35 R38 R39 R42 R43 R88 P uF/16V C1 C2 C3 C4 ELCO_SMD 25 2 LDP 980 LD1 LD2 DIP AD820 IC13 IC16 SO AD5231 IC3 TSSOP AD5235 IC10 TSSOP-16

107 87 Tabel L.1 (lanjutan) No Used Value Designator Footprint 29 2 AD8304 IC7 IC8 TSSOP ADN2830 IC11 IC12 IC14 IC15 LFCSP ADN8831 IC5 LFCSP ADR292 IC4 SO ATMega8535 IC1 TQFP/MLF 34 1 DB9/F PCB SC3 DB-9/M 35 2 FDS8928A MOS1 MOS2 SO IN4002 D1 DIODE Inductor L1 L2 L3 L4 L-SMD 38 3 LED LED3 LED4 LED5 2PIN 39 2 LED_Double LED1 LED2 3PIN 40 1 LM35 IC17 TO-92C 41 2 LM324 IC6 IC9 SO MALE_PCB SC1 DC_CONNECT 43 8 NPN T1 T2 T3 T4 T5 T7 T8 T9 SOT PNP T6 T10 T11 T12 T13 SOT SIP3 SW2 SIP SIP6 SC2 SC4 SIP SW1 SW1 SIP TEC TEC1 SQR4X4 TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 TP mm TP7 TP8 TP9 TP10 TP11 TP12 TP13 TP14 TEST_POINT

108 88 Tabel LK.1 Karakterisasi power monitoring AD8304 (V R1 atau V R2 di set pada mw/step) Panjang Gelombang (L Band) 1570 nm 1590 nm 1610 nm Kode Kode Daya Masukan Aktual Tegangan Terukur (V OUT ) (Des) (hex) (mw) (dbm) (mv) (mv) (mv) (mv) B D AF C E FA ,000 1,004 1,003 1, ,100 1,101 1,104 1, C ,200 1,205 1,205 1, ,300 1,303 1,301 1, E ,400 1,405 1,403 1, ,500 1,503 1,502 1, ,600 1,604 1,603 1, A ,700 1,701 1,704 1, C ,800 1,805 1,805 1, DB ,900 1,904 1,902 1, F ,000 2,001 2,005 2, D ,100 2,103 2,102 2, ,200 2,201 2,205 2, F ,300 2,305 2,304 2, ,400 2,405 2,403 2, ,500 2,501 2,505 2, A ,600 2,603 2,602 2, A ,700 2,701 2,705 2, BC ,800 2,805 2,804 2, D ,900 2,905 2,903 2, EE ,000 3,004 3,004 3, ,100 3,105 3,104 3, ,200 3,202 3,202 3, ,300 3,301 3,302 3, ,400 3,403 3,402 3, B ,500 3,504 3,503 3, ,600 3,601 3,604 3, D ,700 3,705 3,705 3, B ,800 3,802 3,803 3, CF ,900 3,901 3,904 3, E ,000 4,005 4,006 4,001

109 89 Tabel LK.2 Karakterisasi laser diode pumping (LDP) LU980L No Arus Panjang R PSET injeksi LDP Gelombang Daya keluaran (Ohm) (ma) (nm) (dbm) (mw) ,298 2,12 1, ,304 3,10 2, ,318 3,71 2, ,323 4,98 3, ,323 5,21 3, ,318 5,50 3, ,337 6,21 4, ,332 6,49 4, ,337 7,05 5, ,329 7,24 5, ,331 7,56 5, ,347 8,02 6, ,341 8,30 6, ,368 8,75 7, ,388 9,36 8, ,385 9,53 8, ,374 9,58 9, ,374 9,85 9, ,407 9,99 9, ,398 10,03 10, ,382 10,37 10, ,375 10,39 10, ,411 10,48 11, ,374 10,53 11, ,421 12,22 16, ,424 13,03 20, ,407 13,84 24, ,500 14,56 28, ,516 15,25 33, ,547 15,90 38, ,552 16,42 43, ,547 16,46 46, ,542 17,18 52, ,535 17,29 53, ,604 17,86 61, ,613 18,12 64, ,622 18,34 68, ,625 18,46 70, ,662 18,85 76,720 Nilai rata -rata (nm) 980,424 Nilai rata -rata (mw/1 ma) 0,387

110 90 Tabel LK.3 Karakterisasi isolator optik L band Opnoti tipe 1S-D NE sinyal masukan -20 dbm pengujian pada rentang L band Sinyal Masukan -20 dbm No Daya Daya Insertion Keluaran Keluaran Loss (nm) (dbm) (db) Nilai rata-rata

111 91 Tabel LK.4a Karakterisasi EDFA L-band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -20 dbm pengujian pada L band ITU grid Arus injeksi (ma) Daya pompa (dbm) Daya pompa (mw) Daya sinyal (dbm) ,290 17,860 18,120 18,340 53,600 61,140 64,830 68, Gain ITU Daya keluaran dan gain No (nm) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (db) ,42-6,45 13,55-2,75 17,25-0,80 19,20 0,64 20,64 2, ,06-6,59 13,41-3,64 16,36-1,52 18,48-0,20 19,80 2, ,71-7,11 12,89-4,24 15,76-2,16 17,84-0,99 19,01 2, ,37-7,69 12,31-4,95 15,05-2,85 17,15-1,60 18,40 2, ,03-8,08 11,92-5,45 14,55-3,49 16,51-2,39 17,61 1, ,69-8,41 11,59-5,88 14,12-3,98 16,02-2,91 17,09 1, ,35-8,56 11,44-6,13 13,87-4,33 15,67-3,28 16,72 1, ,02-8,66 11,34-6,38 13,62-4,68 15,32-3,72 16,28 1, ,69-8,76 11,24-6,56 13,44-4,85 15,15-3,96 16,04 1, ,36-8,79 11,21-6,67 13,33-5,16 14,84-4,15 15,85 1, ,04-8,84 11,16-6,75 13,25-5,33 14,67-4,33 15,67 1, ,73-8,78 11,22-6,84 13,16-5,50 14,50-4,50 15,50 1, ,41-8,82 11,18-6,97 13,03-5,66 14,34-4,71 15,29 1, ,85 11,15-7,09 12,91-5,77 14,23-4,90 15,10 1, ,79-8,93 11,07-7,19 12,81-5,92 14,08-5,13 14,87 1, ,49-8,97 11,03-7,32 12,68-6,10 13,90-5,28 14,72 1, ,19-9,07 10,93-7,44 12,56-6,29 13,71-5,49 14,51 1, ,89-9,23 10,77-7,64 12,36-6,54 13,46-5,77 14,23 1, ,48 10,52-7,95 12,05-6,78 13,22-6,13 13,87 1, ,31-9,71 10,29-8,24 11,76-7,24 12,76-6,51 13,49 1, ,03-9,94 10,06-8,58 11,42-7,57 12,43-6,89 13,11 1, ,74-10,27 9,73-8,98 11,02-7,98 12,02-7,35 12,65 0, ,47-10,74 9,26-9,47 10,53-8,53 11,47-7,88 12,12 0, ,19-11,25 8,75-10,00 10,00-9,20 10,80-8,57 11,43 0, ,92-11,79 8,21-10,65 9,35-9,81 10,19-9,27 10,73 0,84 Gain rata-rata (db) 11,05 13,05 14,48 15,39 ratarata /+10 ma

112 92 Arus injeksi (ma) Daya pompa (dbm) Daya pompa (mw) Daya sinyal (dbm) Tabel LK.4b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -15 dbm pengujian pada ITU grid ,290 17,860 18,120 18,340 53,600 61,140 64,830 68, Gain ITU Daya keluaran dan gain No (nm) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (db) ,42 0,03 15,03 1,80 16,80 3,11 18,11 4,21 19,21 1, ,06-0,86 14,14 1,05 16,05 2,40 17,40 3,56 18,56 1, ,71-1,58 13,42 0,29 15,29 1,82 16,82 2,94 17,94 1, ,37-2,24 12,76-0,32 14,68 1,12 16,12 2,31 17,31 1, ,03-2,81 12,19-0,91 14,09 0,59 15,59 1,78 16,78 1, ,69-3,22 11,78-1,29 13,71 0,08 15,08 1,28 16,28 1, ,35-3,39 11,61-1,56 13,44-0,26 14,74 0,99 15,99 1, ,02-3,58 11,42-1,79 13,21-0,54 14,46 0,66 15,66 1, ,69-3,76 11,24-1,98 13,02-0,68 14,32 0,42 15,42 1, ,36-3,85 11,15-2,15 12,85-0,82 14,18 0,26 15,26 1, ,04-3,92 11,08-2,20 12,80-0,93 14,07 0,09 15,09 1, ,73-3,93 11,07-2,28 12,72-1,09 13,91-0,07 14,93 1, ,41-4,00 11,00-2,24 12,76-1,21 13,79-0,26 14,74 1, ,12 10,88-2,54 12,46-1,35 13,65-0,38 14,62 1, ,79-4,21 10,79-2,66 12,34-1,52 13,48-0,58 14,42 1, ,49-4,25 10,75-2,74 12,26-1,67 13,33-0,73 14,27 1, ,19-4,38 10,62-2,89 12,11-1,80 13,20-0,97 14,03 1, ,89-4,52 10,48-3,10 11,90-1,97 13,03-1,10 13,90 1, ,76 10,24-3,38 11,62-2,31 12,69-1,51 13,49 1, ,31-5,01 9,99-3,62 11,38-2,63 12,37-1,84 13,16 1, ,03-5,24 9,76-3,93 11,07-2,97 12,03-2,21 12,79 1, ,74-5,54 9,46-4,27 10,73-3,35 11,65-2,59 12,41 0, ,47-5,99 9,01-4,75 10,25-3,82 11,18-3,12 11,88 0, ,19-6,46 8,54-5,27 9,73-4,41 10,59-3,73 11,27 0, ,92-7,05 7,95-5,92 9,08-5,08 9,92-4,56 10,44 0,83 Gain rata-rata (db) 11,05 12,65 13,83 14,79 ratarata /+10 ma

113 93 Arus injeksi (ma) Daya pompa (dbm) Daya pompa (mw) Daya sinyal (dbm) Tabel LK.4c Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -10 dbm pengujian pada ITU grid ,290 17,860 18,120 18,340 53,600 61,140 64,830 68, Gain ITU Daya keluaran dan gain No (nm) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (db) ,42 4,52 14,52 5,62 15,62 6,57 16,57 7,23 17,23 0, ,06 3,85 13,85 4,97 14,97 5,85 15,85 6,67 16,67 0, ,71 3,18 13,18 4,37 14,37 5,29 15,29 6,10 16,10 0, ,37 2,55 12,55 3,79 13,79 4,78 14,78 5,58 15,58 1, ,03 1,98 11,98 3,23 13,23 4,23 14,23 5,02 15,02 1, ,69 1,52 11,52 2,74 12,74 3,85 13,85 4,67 14,67 1, ,35 1,29 11,29 2,53 12,53 3,59 13,59 4,42 14,42 1, ,02 1,04 11,04 2,29 12,29 3,26 13,26 4,10 14,10 1, ,69 0,83 10,83 2,06 12,06 3,11 13,11 3,93 13,93 1, ,36 0,69 10,69 1,96 11,96 2,97 12,97 3,77 13,77 1, ,04 0,61 10,61 1,79 11,79 2,86 12,86 3,67 13,67 1, ,73 0,57 10,57 1,76 11,76 2,75 12,75 3,54 13,54 0, ,41 0,44 10,44 1,62 11,62 2,51 12,51 3,33 13,33 0, ,31 10,31 1,49 11,49 2,47 12,47 3,24 13,24 0, ,79 0,24 10,24 1,38 11,38 2,36 12,36 3,10 13,10 0, ,49 0,13 10,13 1,26 11,26 2,21 12,21 2,96 12,96 0, ,19 0,02 10,02 1,13 11,13 2,06 12,06 2,83 12,83 0, ,89-0,12 9,88 0,99 10,99 1,93 11,93 2,60 12,60 0, ,35 9,65 0,71 10,71 1,67 11,67 2,42 12,42 0, ,31-0,59 9,41 0,48 10,48 1,41 11,41 2,14 12,14 0, ,03-0,82 9,18 0,26 10,26 1,15 11,15 1,81 11,81 0, ,74-1,11 8,89-0,09 9,91 0,82 10,82 1,48 11,48 0, ,47-1,51 8,49-0,47 9,53 0,37 10,37 1,08 11,08 0, ,19-1,95 8,05-0,95 9,05-0,07 9,93 0,59 10,59 0, ,92-2,51 7,49-1,53 8,47-0,68 9,32-0,06 9,94 0,82 Gain rata-rata (db) 10,59 11,74 12,69 13,45 ratarata /+10 ma

114 94 Arus injeksi (ma) Daya pompa (dbm) Daya pompa (mw) Daya sinyal (dbm) Tabel LK.4d Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -5 dbm pengujian pada ITU grid ,290 17,860 18,120 18,340 53,600 61,140 64,830 68, Gain ITU Daya keluaran dan gain No (nm) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (db) ,42 7,72 12,72 8,48 13,48 9,05 14,05 9,72 14,72 0, ,06 7,33 12,33 8,11 13,11 8,78 13,78 9,31 14,31 0, ,71 6,89 11,89 7,68 12,68 8,31 13,31 8,84 13,84 0, ,37 6,04 11,04 7,23 12,23 7,87 12,87 8,48 13,48 0, ,03 5,96 10,96 6,78 11,78 7,45 12,45 8,07 13,07 0, ,69 5,58 10,58 6,39 11,39 7,06 12,06 7,66 12,66 0, ,35 5,31 10,31 6,14 11,14 6,77 11,77 7,42 12,42 0, ,02 5,07 10,07 5,89 10,89 6,57 11,57 7,20 12,20 0, ,69 4,86 9,86 5,68 10,68 6,37 11,37 6,95 11,95 0, ,36 4,70 9,70 5,54 10,54 6,25 11,25 6,78 11,78 0, ,04 4,58 9,58 5,40 10,40 6,12 11,12 6,71 11,71 0, ,73 4,49 9,49 5,29 10,29 5,97 10,97 6,54 11,54 0, ,41 4,35 9,35 5,15 10,15 5,81 10,81 6,44 11,44 0, ,02 9,02 5,01 10,01 5,71 10,71 6,36 11,36 0, ,79 4,07 9,07 4,92 9,92 5,62 10,62 6,22 11,22 0, ,49 3,99 8,99 4,79 9,79 5,47 10,47 6,09 11,09 0, ,19 3,89 8,89 4,69 9,69 5,33 10,33 5,98 10,98 0, ,89 3,74 8,74 4,53 9,53 5,21 10,21 5,83 10,83 0, ,51 8,51 4,30 9,30 4,94 9,94 5,61 10,61 0, ,31 3,30 8,30 4,09 9,09 4,76 9,76 5,42 10,42 0, ,03 3,10 8,10 3,87 8,87 4,49 9,49 5,13 10,13 0, ,74 2,81 7,81 3,60 8,60 4,23 9,23 4,87 9,87 0, ,47 2,47 7,47 3,24 8,24 3,92 8,92 4,52 9,52 0, ,19 2,05 7,05 2,83 7,83 3,53 8,53 4,12 9,12 0, ,92 1,63 6,63 2,39 7,39 3,06 8,06 3,68 8,68 0,68 Gain rata-rata (db) 9,46 10,28 10,95 11,56 ratarata /+10 ma

115 95 Tabel LK.5a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya pompa konstan 150 ma (53,6 mw) pengujian pada ITU grid Arus injeksi (ma) Daya pompa (dbm) Daya pompa (mw) Daya sinyal (dbm) ,290 53, gain ratarata /+5dBm ITU Daya keluaran dan gain No (nm) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (db) ,42-6,45 13,55 0,03 15,03 4,52 14,52 7,72 12,72 0, ,06-6,59 13,41-0,86 14,14 3,85 13,85 7,33 12,33 0, ,71-7,11 12,89-1,58 13,42 3,18 13,18 6,89 11,89 0, ,37-7,69 12,31-2,24 12,76 2,55 12,55 6,04 11,04 0, ,03-8,08 11,92-2,81 12,19 1,98 11,98 5,96 10,96 0, ,69-8,41 11,59-3,22 11,78 1,52 11,52 5,58 10,58 0, ,35-8,56 11,44-3,39 11,61 1,29 11,29 5,31 10,31 0, ,02-8,66 11,34-3,58 11,42 1,04 11,04 5,07 10,07 0, ,69-8,76 11,24-3,76 11,24 0,83 10,83 4,86 9,86 0, ,36-8,79 11,21-3,85 11,15 0,69 10,69 4,70 9,70 0, ,04-8,84 11,16-3,92 11,08 0,61 10,61 4,58 9,58 0, ,73-8,78 11,22-3,93 11,07 0,57 10,57 4,49 9,49 0, ,41-8,82 11,18-4,00 11,00 0,44 10,44 4,35 9,35 0, ,85 11,15-4,12 10,88 0,31 10,31 4,02 9,02 0, ,79-8,93 11,07-4,21 10,79 0,24 10,24 4,07 9,07 0, ,49-8,97 11,03-4,25 10,75 0,13 10,13 3,99 8,99 0, ,19-9,07 10,93-4,38 10,62 0,02 10,02 3,89 8,89 0, ,89-9,23 10,77-4,52 10,48-0,12 9,88 3,74 8,74 0, ,48 10,52-4,76 10,24-0,35 9,65 3,51 8,51 0, ,31-9,71 10,29-5,01 9,99-0,59 9,41 3,30 8,30 0, ,03-9,94 10,06-5,24 9,76-0,82 9,18 3,10 8,10 0, ,74-10,27 9,73-5,54 9,46-1,11 8,89 2,81 7,81 0, ,47-10,74 9,26-5,99 9,01-1,51 8,49 2,47 7,47 0, ,19-11,25 8,75-6,46 8,54-1,95 8,05 2,05 7,05 0, ,92-11,79 8,21-7,05 7,95-2,51 7,49 1,63 6,63 0,53 Gain rata-rata (db) 11,05 11,05 10,59 9,46

116 96 Tabel LK.5b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya pompa konstan 160 ma (61,14 mw) pengujian pada ITU grid. Arus injeksi 160 (ma) Daya pompa (dbm) Daya pompa (mw) Daya sinyal (dbm) 17,860 61, gain ratarata /+5dBm ITU Daya keluaran dan gain No (nm) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (db) ,42-2,75 17,25 1,80 16,80 5,62 15,62 8,48 13,48 1, ,06-3,64 16,36 1,05 16,05 4,97 14,97 8,11 13,11 1, ,71-4,24 15,76 0,29 15,29 4,37 14,37 7,68 12,68 1, ,37-4,95 15,05-0,32 14,68 3,79 13,79 7,23 12,23 0, ,03-5,45 14,55-0,91 14,09 3,23 13,23 6,78 11,78 0, ,69-5,88 14,12-1,29 13,71 2,74 12,74 6,39 11,39 0, ,35-6,13 13,87-1,56 13,44 2,53 12,53 6,14 11,14 0, ,02-6,38 13,62-1,79 13,21 2,29 12,29 5,89 10,89 0, ,69-6,56 13,44-1,98 13,02 2,06 12,06 5,68 10,68 0, ,36-6,67 13,33-2,15 12,85 1,96 11,96 5,54 10,54 0, ,04-6,75 13,25-2,20 12,80 1,79 11,79 5,40 10,40 0, ,73-6,84 13,16-2,28 12,72 1,76 11,76 5,29 10,29 0, ,41-6,97 13,03-2,24 12,76 1,62 11,62 5,15 10,15 0, ,09 12,91-2,54 12,46 1,49 11,49 5,01 10,01 0, ,79-7,19 12,81-2,66 12,34 1,38 11,38 4,92 9,92 0, ,49-7,32 12,68-2,74 12,26 1,26 11,26 4,79 9,79 0, ,19-7,44 12,56-2,89 12,11 1,13 11,13 4,69 9,69 0, ,89-7,64 12,36-3,10 11,90 0,99 10,99 4,53 9,53 0, ,95 12,05-3,38 11,62 0,71 10,71 4,30 9,30 0, ,31-8,24 11,76-3,62 11,38 0,48 10,48 4,09 9,09 0, ,03-8,58 11,42-3,93 11,07 0,26 10,26 3,87 8,87 0, ,74-8,98 11,02-4,27 10,73-0,09 9,91 3,60 8,60 0, ,47-9,47 10,53-4,75 10,25-0,47 9,53 3,24 8,24 0, ,19-10,00 10,00-5,27 9,73-0,95 9,05 2,83 7,83 0, ,92-10,65 9,35-5,92 9,08-1,53 8,47 2,39 7,39 0,65 Gain rata-rata (db) 13,05 12,65 11,74 10,28

117 97 Tabel LK.5c Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya pompa konstan 170 ma (64,83 mw) pengujian pada ITU grid Arus injeksi (ma) Daya pompa (dbm) Daya pompa (mw) Daya sinyal (dbm) ,120 64, gain ratarata /+5dB m ITU Daya keluaran dan gain No (dbm (dbm (dbm (dbm (nm) (db) (db) (db) (db) ) ) ) ) (db) ,42-0,80 19,20 3,11 18,11 6,57 16,57 9,05 14,05 1, ,06-1,52 18,48 2,40 17,40 5,85 15,85 8,78 13,78 1, ,71-2,16 17,84 1,82 16,82 5,29 15,29 8,31 13,31 1, ,37-2,85 17,15 1,12 16,12 4,78 14,78 7,87 12,87 1, ,03-3,49 16,51 0,59 15,59 4,23 14,23 7,45 12,45 1, ,69-3,98 16,02 0,08 15,08 3,85 13,85 7,06 12,06 1, ,35-4,33 15,67-0,26 14,74 3,59 13,59 6,77 11,77 1, ,02-4,68 15,32-0,54 14,46 3,26 13,26 6,57 11,57 1, ,69-4,85 15,15-0,68 14,32 3,11 13,11 6,37 11,37 1, ,36-5,16 14,84-0,82 14,18 2,97 12,97 6,25 11,25 1, ,04-5,33 14,67-0,93 14,07 2,86 12,86 6,12 11,12 1, ,73-5,50 14,50-1,09 13,91 2,75 12,75 5,97 10,97 1, ,41-5,66 14,34-1,21 13,79 2,51 12,51 5,81 10,81 1, ,77 14,23-1,35 13,65 2,47 12,47 5,71 10,71 1, ,79-5,92 14,08-1,52 13,48 2,36 12,36 5,62 10,62 1, ,49-6,10 13,90-1,67 13,33 2,21 12,21 5,47 10,47 1, ,19-6,29 13,71-1,80 13,20 2,06 12,06 5,33 10,33 1, ,89-6,54 13,46-1,97 13,03 1,93 11,93 5,21 10,21 1, ,78 13,22-2,31 12,69 1,67 11,67 4,94 9,94 1, ,31-7,24 12,76-2,63 12,37 1,41 11,41 4,76 9,76 1, ,03-7,57 12,43-2,97 12,03 1,15 11,15 4,49 9,49 0, ,74-7,98 12,02-3,35 11,65 0,82 10,82 4,23 9,23 0, ,47-8,53 11,47-3,82 11,18 0,37 10,37 3,92 8,92 0, ,19-9,20 10,80-4,41 10,59-0,07 9,93 3,53 8,53 0, ,92-9,81 10,19-5,08 9,92-0,68 9,32 3,06 8,06 0,71 Gain rata-rata (db) 14,48 13,83 12,69 10,95

118 98 Tabel LK.5d Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya pompa konstan 180 ma (68,25 mw) pengujian pada ITU grid Arus injeksi (ma) Daya pompa (dbm) Daya pompa (mw) Daya sinyal (dbm) ,340 68, gain ratarata /+5dBm ITU Daya keluaran dan gain No (nm) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (dbm) (db) (db) ,42 0,64 20,64 4,21 19,21 7,23 17,23 9,72 14,72 1, ,06-0,20 19,80 3,56 18,56 6,67 16,67 9,31 14,31 1, ,71-0,99 19,01 2,94 17,94 6,10 16,10 8,84 13,84 1, ,37-1,60 18,40 2,31 17,31 5,58 15,58 8,48 13,48 1, ,03-2,39 17,61 1,78 16,78 5,02 15,02 8,07 13,07 1, ,69-2,91 17,09 1,28 16,28 4,67 14,67 7,66 12,66 1, ,35-3,28 16,72 0,99 15,99 4,42 14,42 7,42 12,42 1, ,02-3,72 16,28 0,66 15,66 4,10 14,10 7,20 12,20 1, ,69-3,96 16,04 0,42 15,42 3,93 13,93 6,95 11,95 1, ,36-4,15 15,85 0,26 15,26 3,77 13,77 6,78 11,78 1, ,04-4,33 15,67 0,09 15,09 3,67 13,67 6,71 11,71 1, ,73-4,50 15,50-0,07 14,93 3,54 13,54 6,54 11,54 1, ,41-4,71 15,29-0,26 14,74 3,33 13,33 6,44 11,44 1, ,90 15,10-0,38 14,62 3,24 13,24 6,36 11,36 1, ,79-5,13 14,87-0,58 14,42 3,10 13,10 6,22 11,22 1, ,49-5,28 14,72-0,73 14,27 2,96 12,96 6,09 11,09 1, ,19-5,49 14,51-0,97 14,03 2,83 12,83 5,98 10,98 1, ,89-5,77 14,23-1,10 13,90 2,60 12,60 5,83 10,83 1, ,13 13,87-1,51 13,49 2,42 12,42 5,61 10,61 1, ,31-6,51 13,49-1,84 13,16 2,14 12,14 5,42 10,42 1, ,03-6,89 13,11-2,21 12,79 1,81 11,81 5,13 10,13 0, ,74-7,35 12,65-2,59 12,41 1,48 11,48 4,87 9,87 0, ,47-7,88 12,12-3,12 11,88 1,08 11,08 4,52 9,52 0, ,19-8,57 11,43-3,73 11,27 0,59 10,59 4,12 9,12 0, ,92-9,27 10,73-4,56 10,44-0,06 9,94 3,68 8,68 0,68 Gain rata-rata (db) 15,39 14,79 13,45 11,56

119 99 Tabel LK.6a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter variasi daya sinyal terhadap daya pompa konstan ( 1580,35 nm) 1580,35 nm Daya sinyal Daya Pompa 150 ma 160 ma 170 ma 180 ma Peningkatan dbm dbm dbm dbm gain 53.6 mw mw mw mw rata-rata Daya keluaran dan gain /+10mA dbm mw dbm db dbm db dbm db dbm db db -20 0,010-8,01 11,99-6,02 13,98-4,43 15,57-3,28 16,72 1, ,032-3,09 11,91-1,59 13,41-0,16 14,84 0,88 15,88 1, ,100 1,45 11,45 2,57 12,57 3,61 13,61 4,45 14,45 1,00-5 0,316 5,41 10,41 6,17 11,17 6,84 11,84 7,48 12,48 0,69 Penurunan gain rata-rata /+5 dbm (db) 0,53 0,94 1,24 1,41 Tabel LK.6b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter variasi daya sinyal terhadap daya pompa konstan ( 1590,35 nm) 1590,41 nm Daya sinyal Daya Pompa 150 ma 160 ma 170 ma 180 ma Peningkatan dbm dbm dbm dbm gain 53.6 mw mw mw mw rata-rata Daya keluaran dan gain /+10mA dbm mw dbm db dbm db dbm db dbm db db -20 0,010-8,82 11,18-6,97 13,03-5,66 14,34-4,71 15,29 1, ,032-4,00 11,00-2,24 12,76-1,21 13,79-0,26 14,74 1, ,100 0,44 10,44 1,62 11,62 2,51 12,51 3,33 13,33 0,96-5 0,316 4,35 9,35 5,15 10,15 5,81 10,81 6,44 11,44 0,70 Penurunan gain rata-rata /+5 dbm (db) 0,61 0,96 1,18 1,28

120 100 Tabel LK.7a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter panjang gelombang 1580,35 nm pada daya sumber tetap Daya sumber 1580,35 nm -20 dbm -15 dbm -10 dbm -5 dbm Penurunan Daya pompa 0,010 mw 0,032 mw 0,100 mw 0,316 mw gain rata-rata Daya keluaran dan gain /+5 dbm ma mw dbm db dbm db dbm db dbm db db ,60-8,56 11,44-3,39 11,61 1,29 11,29 5,31 10,31 0, ,14-6,13 13,87-1,56 13,44 2,53 12,53 6,14 11,14 0, ,83-4,33 15,67-0,26 14,74 3,59 13,59 6,77 11,77 1, ,25-3,28 16,72 0,99 15,99 4,42 14,42 7,42 12,42 1,43 Kenaikan gain rata-rata /+10 ma (db) 1,76 1,46 1,04 0,70 Tabel LK.7b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter panjang gelombang 1590,41 nm pada daya sumber tetap Daya Sumber 1590,41 nm -20 dbm -15 dbm -10 dbm -5 dbm Penurunan Daya pompa 0,010 mw 0,032 mw 0,100 mw 0,316 mw gain rata-rata Daya keluaran dan gain /+5dBm ma mw dbm db dbm db dbm db dbm db (db) ,60-8,82 11,18-4,00 11,00 0,44 10,44 4,35 9,35 0, ,14-6,97 13,03-2,24 12,76 1,62 11,62 5,15 10,15 0, ,83-5,66 14,34-1,21 13,79 2,51 12,51 5,81 10,81 1, ,25-4,71 15,29-0,26 14,74 3,33 13,33 6,44 11,44 1,28 Kenaikan gain rata-rata /+10 ma (db) 1,37 1,25 0,96 0,70

121 101 No Tabel LK.8 Karakterisasi ASE, gain, dan NF EDFA L band panjang 13.5 meter pada arus LDP tetap 150 ma daya masukan -20 dbm pengujian pada ITU grid Arus LDP 150 (ma) Daya LDP 17,290 (dbm) Daya LDP 53,600 (mw) Daya Sinyal -20 (dbm) Daya Sinyal 1,00E- 05 (W) ITU L band Daya keluaran ASE Gain NF (nm) (dbm) (W) (dbm) G(dB) (db) ,42-6,45 2,26E-04-36,401 13,55 1, ,06-6,59 2,19E-04-36,407 13,41 1, ,71-7,11 1,95E-04-36,409 12,88 2, ,37-7,69 1,70E-04-36,410 12,30 2, ,03-8,08 1,56E-04-36,411 11,91 3, ,69-8,41 1,44E-04-36,415 11,58 3, ,35-8,56 1,39E-04-36,420 11,43 3, ,02-8,66 1,36E-04-36,425 11,33 3, ,69-8,76 1,33E-04-36,430 11,23 3, ,36-8,79 1,32E-04-36,430 11,20 3, ,04-8,84 1,31E-04-36,433 11,15 3, ,73-8,78 1,32E-04-36,434 11,21 3, ,41-8,82 1,31E-04-36,435 11,17 3, ,10-8,85 1,30E-04-36,438 11,14 3, ,79-8,93 1,28E-04-36,439 11,06 3, ,49-8,97 1,27E-04-36,441 11,02 4, ,19-9,07 1,24E-04-36,440 10,92 4, ,89-9,23 1,19E-04-36,445 10,76 4, ,60-9,48 1,13E-04-36,452 10,51 4, ,31-9,71 1,07E-04-36,464 10,28 4, ,03-9,94 1,01E-04-36,473 10,05 5, ,74-10,27 9,40E-05-36,480 9,72 5, ,47-10,74 8,43E-05-36,510 9,25 5, ,19-11,25 7,50E-05-36,531 8,74 6, ,92-11,79 6,62E-05-36,560 8,20 6,850 Nilai rata-rata -36,45 11,04 3,954

122 102 Tabel LK.9 Spesifikasi frekuensi komunikasi serat optik berdasarkan ITU Grid L-Band C-Band S-Band 100 GHz Grid 50 GHz Offset 100 GHz Grid 50 GHz Offset 100 GHz Grid 50 GHz Offset THz nm THz nm THz nm THz nm THz nm THz nm

123 103 Gambar L.15 Photo percobaan sistem integrasi elektronika dan komponen optik sistem penguatan optik EDFA L band.