KONSEP PERAMBATAN CAHAYA

Transkripsi

1 AGENDA : 1 KONSEP PERAMBATAN CAHAYA 2 JENIS SERAT OPTIK 3 STRUKTUR SERAT OPTIK 4 JENIS KABEL DAN KODE WARNA 5 PARAMETER KABEL OPTIK 6 FUNGSI ELEMEN SKSO MENU OAN Page : 1

2 Cahaya merambat dalam suatu medium dengan tiga cara : Merambat Lurus. Dibiaskan. Dipantulkan. Page : 2

3 HUKUM Snellius n1 Sin i = n2 Sin r Garis normal r1 r2 r3 = 90 0 n2 [ udara ] Bd bt n1 [ air ] i1 i3 i2 n1 > n2 i4 r4 i1 i2 i3 i4 < r1 < r2 < r3 = 90 0 ; i3 = Sudut kritis = r4 Page : 3

4 Perambatan cahaya dalam serat optik 3 coating cladding 2 1 core Sinar merambat lurus sepanjang sumbu serat tanpa mengalami refleksi/refraksi Sinar mengalami refleksi total karena memiliki sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis dan akan merambat sepanjang serat melalui pantulan-pantulan. Sinar akan mengalami refraksi dan tidak akan dirambatkan sepanjang serat karena memiliki sudut datang yang lebih kecil dari sudut kritis MENU DKSO Page : 4

5 Step index multimode (SI MM) Graded index multimode (GI MM) Step index singlemode (SI SM) Page : 5

6 Step Index Multimode (SI MM) Profil indeks bias 50 m 125 m n 2 n 1 Indeks bias core konstan. Ukuran core besar (50 m) dan dilapisi cladding yang sangat tipis. Penyambungan kabel lebih mudah karena memiliki core yang besar. terjadi dispersi. Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate rendah. Page : 6

7 Serat optik grade index multimode (GI MM) 50 m 125 m profil index bias Core terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias yang berbeda, indeks bias tertinggi terdapat pada pusat core dan berangsur-angsur turun sampai ke batas corecladding, Cahaya merambat karena difraksi yang terjadi pada core sehigga rambatan cahaya sejajar dengan sumbu serat, Dispersi minimum, Harganya lebih mahal dari serat optik SI karena proses pembuatannya lebih sulit. Page : 7

8 PROPAGASI CAHAYA MULTI MODE GRADED INDEX Masing-masing kecepatan berbeda tetapi sampainya bareng Page : 8

9 Serat optik step index single mode (SI SM) 9 m 125 m profil indeks bias Serat optik SI monomode memiliki diameter core yang sangat kecil dibandingkan ukuran claddingnya. Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan sumbu serat optik. Digunakan untuk transmisi data dengan bit rate tinggi. Page : 9

10 PERBANDINGAN SIMM, GIMM DAN SISM SI MM GI MM SI SM Diameter core besar Digunakan untuk jarak pendek Core terdiri dari sejumlah lapisan Digunakan untuk jarak jauh Diameter core yang sangat kecil Digunakan untuk jarak sangat jauh Harga murah Harga mahal Harga sedang MENU DKSO Page : 10

11 Susunan Serat Optik Macam Serat Optik Page : 11

12 Susunan Serat Optik core cladding coating Struktur Dasar Serat Optik Core (Inti) Cladding (lapisan) Coating (jaket) Gambar 1: Struktur Dasar Serat Optik Core (inti) : berfungsi untuk menentukan cahaya merambat dari satu ujung ke ujung lainnya. Cladding (lapisan) : berfungsi sebagai cermin, yakni memantulkan cahaya agar dapat merambat ke ujung lainnya. Coating (jaket) : berfungsi sebagai pelindung mekanis sebagai pengkodean warna. Indek bias (n) Core selalu lebih besar daripada indek bias Cladding (Nc > Nd) Page : 12

13 KETERANGAN : Core Terbuat dari bahan kuarsa dengan kualitas sangat tinggi Merupakan bagian utama dari serat optik karena perambatan cahaya sebenarnya terjadi pada bagian ini. Memiliki diameter 10 mm ~ 50 mm. ukuran core sangat mempengaruhi karakteristik serat optik. Cladding Terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias lebih kecil dari core Merupakan selubung dari core Hubungan indeks bias antara core dan cladding akan mempengaruhi perambatan cahaya pada core (mempengaruhi besarnya sudut kritis). Coating Terbuat dari bahan plastik. Berfungsi untuk melindungi serat optik dari kerusakan. Page : 13

14 Macam Serat Optik menurut susunannya : a. Single core b. Ribbon core cladding coating Single Core Ribbon MENU DKSO Page : 14

15 Jenis Kabel Serat Optik Kode Warna pada Serat Optik Penandaan Kabel Serat Optik Page : 15

16 KABEL SERAT OPTIK Ada dua jenis kabel optik, yaitu : 1. PIPA LONGGAR (Loose Tube). Serat optik ditempatkan di dalam pipa longgar (loose tube) yang terbuat dari bahan PBTP (Polybutylene Terepthalete) dan berisi jelly. Saat ini sebuah kabel optik maksimum mempunyai kapasitas 8 loose tube, di mana setiap loose tube berisi 12 serat optik. 2. ALUR (Slot) Serat optik ditempatkan pada alur (slot) di dalam silinder yang terbuat dari bahan PE (Polyethyiene). Pada saat di Jepang telah dibuat kabel jenis slot dengan kapasitas serat dan serat. Page : 16

17 Penampang Kabel Optik Jenis Loose Tube Page : 17

18 Penampang Kabel Optik Jenis Slot Page : 18

19 KONSTRUKSI KABEL OPTIK Sesuai dengan konstruksinya kabel optik terdiri dari : a. Kabel duct b. Kabel tanah c. Kabel atas tanah d. Kabel rumah Page : 19

20 Konstruksi Dasar Kabel Optik Duct Page : 20

21 Dipasang Dalam SUBDUCT Dipasang Dalam SUBDUCT Konstruksi Dasar Kabel Optik Bawah Tanah Page : 21

22 Konstruksi dasar Kabel Optik Atas Tanah Page : 22

23 SINGLE FIBRE DESIGN Konstruksi Dasar Kabel Rumah (2 s/d 6 fiber) Page : 23

24 Konstruksi Dasar Kabel Rumah (8 s/d 12 fiber) Page : 24

25 KABEL LAUT KABEL LAUT DOUBLE ARMOUR KABEL LAUT SINGLE ARMOUR Page : 25

26 Karakteristik Mekanis : 1. Fiber Bending (tekukan Serat) Tekukan serat yang berlebihan (terlalu kecil) dapat mengakibatkan bertambahnya optical loss. 20 D 2. Cable Bending (tekukan Kabel) Tekukan kabel pada saat instalasi harus di jaga agar tidak terlalu kecil, karena hal ini dapat memerusak serat sehingga menambah optical loss. Min 20 D 3. Tensile Strength Tensile strength yang berlebihan dapat merusakan kabel atau serat. 4. Crush Crush atau tekanan yang berlebihan dapat mengakibatkan serat retak / patah, sehingga dapat menaikkan optical loss 5. Impact Impact adalah beban dengan berat tertentu yang dijatuhkan dan mengenai kabel optik. Berat beban yang berlebihan dapat mengakibatkan serat retak / patah, sehingga dapat menaikkan optical loss. 6. Cable Torsion Torsi yang diberikan kepada kabel dapat merusak selubung kabel dan serat Page : 26

27 Kode warna serat Biru Oranye Hijau Coklat Abu-abu Putih Merah Hitam Kuning Ungu Pink Turquoise Page : 27

28 Kode warna tabung Page : 28

29 Penandaan Kabel Serat Optik Kabel Optik harus diberi tanda pengenal yang tidak mudah hilang yang tertera pada kulit kabel di sepanjang kabel. Adapun tanda pengenal tersebut meliputi : - Nama pabrik pembuat - Tahun pembuatan * Tipe serat optik : - SM = Single Mode - GI = Graded Indeks - SI = Step Index * Pemakaian kabel optik : - D = Duct - A = Aerial - B = Buried - S = Submarine - I = Indoor Page : 29

30 * Jenis kabel optik : - LT = Loose tube - SC = Slotted core - TB = Tight Buffered * Struktur penguat : - SS = Solid Steel Core - WS = Standred Wire Steel - GRP = Glass Reinforced Plastik Panjang tanda pengenal kabel termasuk nama pabrik dan tahun pembuatan adalah satu meter. Contoh: SM-D-LT SS 6-3T 2Q Length mark Length mark SMD-LT SS6-3T 2Q, adalah tanda pengenal kabel optik single mode untuk pemakaian duct dengan jenis loose tube, struktur penguatnya Solid State Core, jumlah serat adalah 6 dengan 3 buah loose tube dan juga mempunyai 2 quad kabel tembaga MENU DKSO Page : 30

31 a nm Optimized Fibre and Cable Characteristics Rec. ITU-T G.652 b. Dispersion Shifted Fibre and Cable Characteristics c nm Optimized Fibre and Cable Characteristics d. Rugi rugi serat optik Page : 31

32 a nm Optimized Fibre and Cable Characteristics Rec. ITU-T G.652 Table I.A Typical Fibre Construction Number Characteristic Value 1 Fibre type Single mode Mode Field diameter 9.3 ± 0.5 m 2 (1310 nm) 3 Mode field concentricity error Not exceed 1 m 4 Cladding diameter 125 ± 2 m 5 Cladding non circularity < 2% Page : 32

33 Table II.A Typical Optical Fibre Cable Characteristics Number Characteristic Value 1 Maximum Attenuation at 1310 nm 0.4 db/km 2 Maximum Attenuation at 1550 nm 0.3 db/km* 3 Maximum chromatic dispersion at 1310 nm 3.5 ps/ (nm.km) 4 Maximum chromatic dispersion at 1550 nm 20 ps/ (nm.km) 5 Min. Bending radius at full tensile strength 20 x cable OD 6 Maximum cut-off wavelength at 1310 nm ( cc ) 1270 nm 7 Zero Dispersion Wavelength ( 0 ) nm 8 Slope at Zero Dispersion Wavelength (S 0 ) ps/ (nm² km) Note (*): For some applications, the maximum attenuation at 1550 nm region could be as small as 0.25 db/km. Page : 33

34 b. Dispersion Shifted Fibre and Cable Characteristics Table I.B Typical Fibre Construction Number Characteristic Value 1 Fibre type Single mode 2 Mode Field diameter ± 0.5 m (1550 nm) 3 Mode field concentricity error Not exceed 1 m 4 Cladding diameter 125 ± 2 m 5 Cladding non circularity < 2% Table II.B Typical Optical Fibre Cable Characteristics Number Characteristic Value 1 Maximum Attenuation at 1310 nm 0.4 db/km 2 Maximum Attenuation at 1550 nm 0.25 db/km* 3 Maximum chromatic dispersion at 1550 nm 3.5 ps/ (nm.km) 4 Min. Bending radius at full tensile strength 20 x cable OD 5 Zero Dispersion Wavelength ( 0 ) 1550 ± 15 nm 6 Slope at Zero Dispersion Wavelength (S 0 ) ps/ (nm² km) Page : 34

35 c nm Optimized Fibre and Cable Characteristics Table I.C Typical Fibre Construction Number Characteristic Value 1 Fibre type Single mode Mode Field diameter 9.3 ± 0.5 m 2 (1310 nm) 3 Mode field concentricity error Not exceed 1 m 4 Cladding diameter 125 ± 2 m 5 Cladding non circularity < 2% Page : 35

36 Table II.C Typical Optical Fibre Cable Characteristics Number Characteristic Value 1 Maximum Attenuation at 1310 nm 0.4 db/km 2 Maximum Attenuation at 1550 nm 0.2 db/km* 3 Maximum chromatic dispersion at 1310 nm 3.5 ps/ (nm.km) 4 Maximum chromatic dispersion at 1550 nm 20 ps/ (nm.km) 5 Min. Bending radius at full tensile strength 20 x cable OD 6 Maximum cut-off wavelength at 1550 nm 1530 nm region ( cc ) 7 Maximum Dispersion-slope at 1550 nm Wavelength 0.06 ps/(nm²km) Page : 36

37 Rugi-rugi Serat Optik Coupling loss with emitting element Pressure from the side (Lateral pressure) Rayleigh scattering Splicing loss Daya kirim Daya tr Fresnel reflection Absorbtion loss Scattering due to structure disuniformity Micro bending loss Fresnel reflection Coupling loss with receiving element Radiation loss due to bends Page : 37

38 DISPERSI Dispersi dapat didefinisikan sebagai lebar pulsa cahaya output yang dihasilkan oleh sebuah pulsa input ideal dengan lebar mendekati nol. Pulsa-pulsa yang melebar dapat menyatu dengan pulsa yang terdahulu dan berikutnya. Dispersi pada FO a) DISPERSI ANTAR MODE (Intermodel Dispersion) b) DISPERSI BAHAN (chromatic Dispersion) Page : 38

39 DISPERSI ANTAR MODE (Intermodel Dispersion) Terjadi karena banyaknya mode dalam sebuah serat Waktu tempuh masing-masing mode berbeda Pulsa yang diterima adalah penjumlahan dari pulsa-pulsa mode, dimana masing-masing diperlambat dengan waktu yang berbeda. Keterlambatan total yang terpendek adalah yang merambat lurus. Dispersi sangat berpengaruh pada serat multi mode. Page : 39

40 DISPERSI BAHAN (chromatic Dispersion) Disebabkan karena cahaya yang masuk kedalam serat terdiri dari beberapa panjang gelombang. Dispersi ini berhubungan lebar spektrum panjang gelombang Dispersi ini umumnya diberikan dalam bentuk : ps/km.nm Pada serat optik single mode, dispersi ini yang berpengaruh. MENU DKSO Page : 40

41 KOMPOSISI DASAR SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK light source repeater detector optical fiber optical fiber E/O o/e e/o O/E Konversi sinyal electric optic Media transmisi sinyal optik Konversi sinyal optic elec optic Media transmisi sinyal optik Konversi sinyal optic electric Type : L E D LASER Type : Multimode Singlemode Type : Multimode Singlemode Type : P I N A P D LED : Light Emitting Diode LASER : Light Amplification by Stimulation Emission of Radiation PIN : Positive Intrinsic Negative APD : Avalanche Photo Diode Page : 41

42 SUMBER OPTIK Sumber optik pada sistim transmisi serat optik berfungsi sebagai pengubah besaran sinyal listrik / elektris menjadi sinyal cahaya (E/O converter). Tedapat dua jenis sumber optik yaitu LED dan Diode Laser. Pemilihan dari sumber cahaya yang akan digunakan bergantung pada bit rate data yang akan ditransmisikan dan pertimbangan ekonomi (harga dari sumber optik). Page : 42

43 LED (Light Emitting Diode) * LED merupakan diode semikonduktor yang memancarkan cahaya karena mekanisme emisi spontan. * Terdapat dua jenis LED yaitu Surface Emitting LED dan Edge Emitting LED, edge emitting led memiliki efisiensi coupling ke serat yang lebih tinggi. * LED mengubah besaran arus menjadi besaran intensitas cahaya dan karakteristik arus/daya pancar optik memiliki fungsi yang linear. * Cahaya yang dipancarkan LED bersifat tidak koheren yang akan menyebabkan dispersi chromatic sehingga LED hanya cocok untuk transmisi data dengan bit rate rendah sampai sedang. * Daya keluaran optik LED adalah -33 dbm s/d -10 dbm. * LED memiliki lebar spektral (spectral width) nm pada panjang gelombang 850 nm dan nm pada panjang gelombang 1300 nm. Page : 43

44 Diode LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) * Diode laser merupakan diode semikonduktor yang memancarkan cahaya karena mekanisme pancaran/ emisi terstimulasi (stimulated emmision). * Cahaya yang dipancarkan oleh diode laser bersifat koheren. * Diode laser memiliki lebar spektral yang lebih sempit (s/d 1 nm) jika dibandingkan dengan LED sehingga dispersi chromatic dapat ditekan. * Diode laser diterapkan untuk transmisi data dengan bit rate tinggi. * Daya keluaran optik dari diode laser adalah -12 s/d + 3 dbm. * Karakteristik arus kemudi daya optik diode laser tidak linear. * Kinerja (keluaran daya optik, panjang gelombang, umur) dari diode laser sangat dipengaruhi oleh temperatur operasi. Page : 44

45 Detektor Optik / Photodetector * Photodetector berfungsi mengubah variasi intensitas optik/ cahaya menjadi variasi arus listrik. * Karena perangkat ini berada di ujung depan dari penerima optik maka photodetector harusmemiliki kinerja yang tinggi. * Persyaratan kinerja yang harus dipenuhi oleh photo diode meliputi : - Memiliki sensitivitas tinggi, - Memiliki lebar-bidang atau kecepatan response/ tanggapan yang cukup untuk mengakomodasi bit rate data yang diterima, - Hanya memberikan noise tambahan minimum - Tidak peka terhadap perubahan suhu. Page : 45

46 * Pada sistim transmisi serat optik digunakan dua jenis photodetector yaitu : - Diode PIN/ FET (Positive Intrinsic Negative/ Field Effect Transistor) - APD (Avalanche Photo-Diode). * Photodiode dioperasikan pada prategangan balik. * Cahaya yang diterima akan diubah menjadi arus listrik, pada tahanan RL arus tersebut diubah menjadi besaran tegangan. * Perbandingan arus yang dihasilkan photodetector terhadap daya optical yang diterima disebut Sensitivitas optik dan dinyatakan dalam satuan A/W. * Sensitivitas suatu photodetector sangat bergantung pada panjang gelombang operasi dan bahan photodetector. MENU DKSO Page : 46