BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik Sistem komunikasi optik adalah suatu sistem komunikasi yang media transmisinya menggunakan serat optik. Pada prinsipnya sistem komunikasi serat optik terdiri dari pengirim yaitu berupa Laser Diode atau Laser LED, media transmisi yaitu serat optik dan penerima yaitu detektor optik. Pada sistem komunikasi serat optik dipergunakan sinyal listrik sebagai sinyal masukan, yang oleh sumber optik diubah menjadi sinyal optik. Sinyal optik ini yang kemudian disalurkan melalui serat optik dan pada ujung penerima diubah kembali menjadi sinyal listrik oleh detektor optik. Sistem komunikasi optik secara umum seperti terlihat pada gambar 2.1 terdiri dari : 1. Sumber informasi Sumber informasi adalah pesan atau informasi asli yang akan disampaikan ke tujuan. 5
2. Pemancar Optik Pemancar (transmitter) mengubah sinyal informasi listrik menjadi sinyal optik yang sesuai. 3. Media Perantara Media perantaranya adalah berupa kabel serat optik. Kabel serat optik ini terdiri dari satu atau beberapa serat optik yang berfungsi sebagai pemandu gelombang sinyal optik. 4. Penerima Optik Penerima optik berfungsi menerima informasi yang dikirimkan dari sumber cahaya melalui kabel serat optik, dan kemudian mengubahnya kembali ke dalam bentuk sinyal listrik untuk disampaikan ke tujuan. 5. Tujuan Informasi yang dikirimkan sampai di tujuan. Sumber Informasi Tujuan Serat Optik Pemancar Optik Penerima Optik Gambar 2.1 Dasar Sistem Komunikasi Optik 2.2 Struktur Dasar Serat Optik Struktur dasar dari serat optik pada umumnya seperti terlihat pada gambar 2.2 terdiri dari 3 bagian, yaitu: 6
1. Inti atau Core berfungsi sebagai pemandu gelombang untuk menyalurkan cahaya informasi. 2. Lapisan selubung atau Cladding berfungsi untuk menjaga agar cahaya tetap berada pada inti. 3. Lapisan pelindung atau Coating yang fungsinya adalah melindungi lapisan di dalamnya dari tekanan mekanis. Gambar 2.2 Struktur Dasar Serat Optik 2.3 Jenis Jenis Serat Optik Berdasarkan karakteristiknya maka jenis serat optik secara umum dapat dibagi menjadi 3, yaitu : a. Serat optik moda tunggal step indeks Serat optik moda tunggal atau single mode mempunyai diameter inti sekitar 8 12 µm serta selubung 125 µm. Redaman yang terjadi pada serat ini diisyaratkan dibawah 0,5 db/km pada panjang gelombang 1310 nm, dan dibawah 0,2 db/km pada panjang gelombang 1550 nm. Memiliki lebar pita frekuensi 50 7
GHz. Serat optik moda tunggal step indeks dapat dilihat pada gambar 2.3. Indeks Profil n2 n1 2a Gambar 2.3 Serat Optik Moda Tunggal Step Indeks b. Serat optik moda jamak step indeks Pada serat jenis moda jamak step indeks memiliki diameter inti 50 200 µm dengan diameter selubung sekitar 125 400 nm. Redaman yang dihasilkan oleh serat jenis ini sekitar 5 30 db/km dan memiliki lebar pita frekuensi 10 100 MHz. Panjang gelombang yang digunakan 850 nm, 1310 nm. Seperti terlihat pada gambar 2.4. Indeks Profil n2 n1 2a Gambar 2.4 Serat Optik Moda Jamak Step Indeks c. Serat optik moda jamak graded indeks Diameter inti dari serat optik moda jamak graded indeks adalah 50-100 µm sedang diameter selubungnya 125-140 µm. Redaman pada serat ini diisyaratkan di bawah 2 db/km pada panjang gelombang 850 nm dan dibawah 0,5 db/km pada panjang gelombang 1310 nm. Memiliki lebar pita frekuensi 1 GHz. Serat optik moda jamak graded indeks dapat dilihat pada gambar 2.5. 8
Indeks Profil n2 n1 r = a r = 0 Gambar 2.5 Serat Optik Moda Jamak Graded Indeks 2.4 Kelebihan dan Kekurangan Serat Optik Serat optik memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan dibandingkan dengan media transmisi lainnya, diantaranya adalah : Kelebihan serat optik adalah : 1. Memiliki bandwidth yang sangat lebar sehingga mampu membawa informasi dengan kapasitas yang besar. Dalam sistem digital dapat mencapai 10 13 Hz 10 16 Hz, sehingga dapat membawa informasi yang sangat besar setara dengan 3000 saluran sambungan telepon. 2. Serat optik memiliki redaman yang sangat kecil dibandingkan dengan kabel yang terbuat dari tembaga ( copper ). Besar redaman tergantung dari jenis serat optik yang digunakan. 3. Bebas dari pengaruh medan listrik ( Electrical Isolation ). 4. Ukuran fisik yang kecil dan ringan memudahkan dalam penanganan dan instalasi. Kekurangan serat optik adalah : 1. Biaya yang cenderung mahal. 9
2. Penyambungan serat optik agak sulit, memerlukan teknik dan ketelitian yang sangat tinggi. 3. Intensitas cahaya yang di pancarkan dapat merusak mata, jika kurang berhati hati saat instalasi. 2.5 Degradasi Sinyal Serat Optik Sinyal cahaya yang merambat dalam serat optik akan mengalami penurunan kualitas (degradasi) antara lain redaman dan pelebaran pulsa. 2.5.1 Redaman atau Attenuasi Redaman menyebabkan kekuatan signal melemah. Redaman serat optik di sebabkan oleh 3 hal, yaitu : a. Absorpsi / penyerapan, disebabkan penyerapan energi cahaya oleh material serat. Penyerapan pada serat optik terjadi karena adanya ion OH dalam inti atau pun cacat dalam komposisi serat dan ketidakmurnian atom dari bahan serat. b. Scattering / hamburan, terjadi karena adanya variasi dari kerapatan bahan dan ketidakhomogenan struktur akibat cacat yang terjadi pada proses pembuatan serat optik. c. Bending Loss, disebabkan karena pembengkokan fiber yang membuat cahaya tidak dapat dipantulkan sempurna oleh selubung (cladding). Bending loss dibagi menjadi 2, yaitu : Macrobending dan Microbending. 10
2.5.2 Pelebaran pulsa atau Dispersi Dispersi adalah pelebaran pulsa yang disebabkan oleh perbedaan kecepatan dan lintasan gelombang cahaya dalam fiber. Ada 2 jenis dispersi, yaitu : a. Dispersi Intermodal Dispersi intermodal disebabkan karena perbedaan waktu antara moda yang satu dengan moda yang lain dalam mencapai ujung serat. b. Dispersi Intramodal Dispersi intramodal atau dispersi kromatik terjadi karena ketidak monokromatisan cahaya. 2.6 Sumber Cahaya Sumber cahaya yang umum digunakan pada komunikasi optik adalah Laser LED (Light Emmitting Diode) dan Laser Diode. Syarat sumber cahaya yang baik adalah : 1. Cahaya yang dikeluarkan bersifat monokromatik ( satu frekuensi ). 2. Intensitas besar, untuk mengatasi susut daya, mudah di modulasi. 2.6.1 Laser LED ( Light Emitting Diode ) Laser LED merupakan sumber optik yang memancarkan cahaya dengan arah sedikit menyebar dan biasa digunakan serat optik moda jamak. Cara kerja Laser LED adalah dengan Spontaneous Emission, yaitu elektron yang dieksitasi dari level ground akan langsung kembali ke level ground sambil melepaskan cahaya. Gambar 2.6 adalah dasar kerja dari Laser LED. 11
Gambar 2.6 Dasar Kerja Laser LED 2.6.2 Laser Diode Laser adalah sumber gelombang elektromagnetik koheren yang memancarkan gelombang pada frekuensi infra merah dan cahaya tampak. Cara kerja LASER adalah dengan menaikkan level energi pada elektron dengan suatu rangsangan ( eksitasi ), kemudian akan terus berada pada level eksitasi sampai populasi dilevel tersebut melebihi populasi di level ground. Setelah itu suatu rangsangan akan menyebabkan semua elektron kembali ke level ground sambil melepaskan cahaya dalam intensitas yang besar. Laser diode ini dapat di gunakan untuk SKKL dan SKSO karena mempunyai karakteristik yang handal yang dapat memancarkan daya dengan intensitas yang tinggi, stabil, hamper monokromatis, terfokus, dan merambat dengan kerapatan yang sangat tinggi sehingga dapat menempuh jarak jauh. Gambar 2.7 Dasar Kerja Laser Diode 12
2.7 Detektor Optik Detektor optik pada dasarnya merupakan suatu alat pengindera daya optik yang jatuh padanya dan mengubahnya menjadi bentuk sinyal listrik. Dalam sistem komunikasi serat optik ada dua jenis detektor optik yang biasa digunakan yaitu : PIN ( Positive Intrinsic Negative ) dan APD ( Avalanche Photo Diode ). Material detektor tergantung pada spesifikasi panjang gelombang laser. Karakteristik detektor berbeda untuk panjang gelombang yang berbeda, sehingga panjang gelombang laser mempengaruhi penampilan detektor yang dipergunakan. Material yang umum digunakan pada detektor optik adalah Germanium, silikon dan InGaAs. Syarat yang harus dipenuhi oleh detektor optik adalah : 1. Mempunyai sensitivitas yang baik di daerah panjang gelombang sinyal optik yang dipergunakan. 2. Handal serta noise yang rendah. 3. Umur pakai yang panjang dan harga yang relatif murah. 13