ANALISIS RUGI-RUGI PADA SISTEM TRANSMISI SERAT OPTIK Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana (S-I) pada Departemen Teknik Elektro Oleh : FIRMAN PANE 080422047 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
ANALISIS RUGI-RUGI PADA SISTEM TRANSMISI SERAT OPTIK Disusun Oleh : FIRMAN PANE 080422047 Disetujui dan disahkan oleh: Pembimbing Tugas Akhir, IR. M. ZULFIN, MT NIP. 19640125.199103.1.001 Diketahui oleh: Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU PROF. DR. IR. USMAN BAAFAI NIP. 19461022.197302.1.001 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
ANALISIS RUGI-RUGI PADA SISTEM TRANSMISI SERAT OPTIK Oleh: FIRMAN PANE NIM : 080422047 Tugas Akhir ini diajukan untuk memperlengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada Tanggal 28 Bulan Desember Tahun 2010 di depan penguji: 1. Ketua Penguji : Ali Hanafiah Rambe, ST. MT 2. Anggota Penguji : Ir. Arman Sani, MT 3. Anggota Penguji : Rahmad Fauzi, ST. MT Diketahui oleh: Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro, Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir Prof. Dr. Ir.Usman Baafai Ir. M. Zulfin, MT NIP: 194610221973021001 NIP: 196401251991031001
ABSTRAK Fiber optik atau serat optik adalah medium penghantar yang terbuat dari serabut-serabut kaca yang tipis. Ukurannya seperti diameter rambut manusia. Proses pengiriman data atau informasi sangat cepat. Disamping itu bandwidthnya juga sangat besar sehingga kebutuhan pelanggan bisa terpenuhi. Rugi-rugi pada transmisi serat optik bisa diakibatkan oleh perbedaan garis tengah inti dan apertur numerik, rugi rugi celah, rugi-rugi akibat pemantulan Fresnel, rugi rugi akibat redaman (attenuasi) dan rugi rugi akibat pembengkokan yang terjadi pada serat optik. Dari hasil analisis rugi-rugi pada sistem transmisi serat optik ini diperoleh bahwa rugi rugi akibat perbedaan garis tengah inti dan apertur numerik sebesar - 0,3128 db, rugi rugi celah karena selisih posisi sebesar - 0,209447 db, rugirugi akibat pemantulan Fresnel sebesar - 0,022745 db, rugi-rugi akibat redaman sebesar α = 0,315 db.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa oleh berkatnya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Tugas Akhir ini yang berjudul ANALISIS RUGI RUGI PADA SISTEM TRANSMISI SERAT OPTIK penulis persembahkan kepada yang teristimewa Ayahanda M Pane, Spd dan Ibunda M Siahaan yang telah membesarkan, mendidik, dan memberikan kasih sayang yang tidak akan pernah habis kepada penulis sampai akhir hayat mereka. Juga kepada abang dan kakak penulis yang tersayang, Thamrin H Pane, Sannur Pane SPd, Jinton Pane ST, Donal H Pane SE, Rudolf M Pane ST, dan adik penulis Suprianto Pane yang selalu memberikan doa dan motivasi kepada penulis. Selama penulisan Tugas Akhir ini hingga menyelesaikannya, penulis banyak mendapat bantuan dan dukungan serta masukan dari banyak pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan ribuan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Prof. DR. Ir. Usman Baafai dan Rahmad Fauzi ST, MT, selaku Ketua Pelaksana Harian dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 2. Bapak Ir. M. Zulfin, MT selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah banyak membantu dalam penulisan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Zahiful Bahri sebagai Dosen Wali penulis yang telah memberikan dukungan moril kepada penulis.
4. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Elektro, khususnya pada Konsentrasi Teknik Telekomunikasi yaitu Bapak Ir. Arman Sani MT, Bapak Maksum Pinem ST, MT, Bapak Ali H Rambe ST, MT, yang telah memberikan banyak inspirasi, pelajaran moral dan spiritual serta masukan dan motivasi bagi penulis untuk selalu menjadi lebih baik. 5. Seluruh Karyawan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 6. Keluarga Besar PT. Telkom khususnya Bapak Sofian, Bapak Yermon dan Bapak Firman yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan tugas Akhir ini. 7. Yang tersayang Novalina Butar-Butar, terima kasih telah memberikan doa, dukungan, dan perhatian demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. 8. Sahabat-sahabat seperjuangan untuk mencapai tujuan bersama menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 9. Serta semua pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Berbagai usaha telah penulis lakukan demi terselesaikannya Tugas Akhir ini dengan baik, tetapi penulis menyadari akan kekurangan dan keterbatasan penulis. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan penulis. Medan, Oktober 2010 Penulis, FIRMAN PANE NIM. 080422047
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR LAMPIRAN... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Metode Penulisan... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II CAHAYA 2.1 Pendahuluan... 5 2.2 Gelombang Elektromagnetik... 5 2.2.1 Prinsip Gelombang Elektromagnetik... 8 2.2.2 Spektrum Gelombang Elektromagnetik... 9 2.2.3 Spektrum Elektromagnetik. 12 2.3 Cahaya Optik... 13
2.3.1 Dispersi Cahaya... 14 2.3.2 Difraksi... 15 2.4 Pemantulan Cahaya... 16 2.4.1 Hukum Pemantulan Cahaya... 17 2.4.2 Sudut Kritis... 17 2.4.3 Pemantulan Internal Sempurna... 19 2.4.4 Pemantulan Total... 21 2.5 Pembiasan Cahaya... 21 2.5.1 Indeks Bias... 23 2.5.2 Hukum Pembiasan Cahaya ( Hukum Snellius )... 27 BAB III SINGLE MODE FIBER 3.1 Pendahuluan... 29 3.2 Perutean Panjang Gelombang... 30 3.3 Splicing (Penyambungan)... 31 3.3.1 Fusion Splices ( Penyambungan Lebur )... 31 3.3.2 Mechanical Spilces ( Penyambungan Mekanis )... 33 3.4 Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF)... 35 3.5 Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF)... 35 3.6 Panjang Gelombang Serat Optik. 35 3.7 Propagasi Cahaya di dalam Serat Optik... 37 3.7.1 Memasukkan Cahaya ke dalam Serat Optik... 39 3.7.2 Kerucut Penerimaan... 39 3.8 Rugi Rugi Penyambungan... 40
3.8.1 Garis Tengah Inti... 41 3.8.2 Apertur Numerik ( NA )... 42 3.8.3 Rugi Celah... 45 3.8.4 Permasalahan Selisih Posisi... 46 3.9 Dispersi Single Mode Fiber... 49 3.9.1 Modus Serat Optik... 50 3.9.2 Banyak Modus di Dalam Serat Optik... 51 3.10 Redaman (Attenuasi)... 52 3.11 Penyerapan (Absorbtion) pada Serat Optik... 54 3.11.1 Pemantulan Fresnel... 55 3.11.2 Memanfaatkan Pemantulan Fresnel... 57 3.12 Lekukan Kabel ( Bending )... 58 BAB IV ANALISIS RUGI-RUGI PADA SISTEM TRANSMISI SERAT OPTIK 4.1 Pendahuluan... 63 4.2 Analisis Perhitungan Rugi Rugi Akibat Perbedaan Garis Tengah Inti dan Apertur Numerik... 63 4.3 Analisis Perhitungan Rugi-rugi Akibat Selisih Celah... 65 4.4 Analisis Perhitungan Rugi Akibat Pemantulan Fresnel... 66 4.5 Analisis Perhitungan Rugi Akibat Redaman... 67 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan... 77 5.2 Saran... 77 DAFTAR PUSTAKA... 78 DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Spektrum Gelombang Elektromagnetik... 9 Gambar 2.2 Spektrum Gelombang... 12 Gambar 2.3 Cahaya merambat kesegala arah dengan lurus... 14 Gambar 2.4 Dispersi Cahaya... 14 Gambar 2.5 Difraksi Cahaya... 15 Gambar 2.6 Pemantulan Teratur... 16 Gambar 2.7 Pemantulan Baur... 16 Gambar 2.8 Pemantulan Cahaya... 17 Gambar 2.9 Pemantulan Internal Sempurna... 20 Gambar 2.10 Pembiasan Cahaya... 21 Gambar 2.11 Cahaya Mendekati Garis Normal... 22 Gambar 2.12 Cahaya Menjauhi Garis Normal... 22 Gambar 2.13 Cahaya Berubah Kecepatannya... 25 Gambar 2.14 Cahaya Mengalami Pembiasan ( Patah )... 26 Gambar 2.15 Penjelasan Istilah-Istilah... 27 Gambar 3.1 Struktur Serat Optik... 30 Gambar 3.2 Langkah-langkah Penyambungan Serat Optik... 33 Gambar 3.3 Penyambungan Mekanik Pita... 34 Gambar 3.4 Jendela-jendela pada Spektrum Inframerah untuk Komunikasi Serat Optik... 36 Gambar 3.5 Cahaya Merambat Melalui Serangkaian Pemantulan... 37 Gambar 3.6 Cahaya Masuk ke Mantel Saat Pemantulan... 38 Gambar 3.7 Cahaya Menyebar Keluar dari Ujung Output Serat Optik 39 Gambar 3.8 Sudut Penerimaan
(Nilai maksimum yang dapat diterima serat optik)... 40 Gambar 3.9 Rugi-Rugi Daya karena Ukuran Inti yang Tidak Sama... 41 Gambar 3.10 Rugi Daya karena Perbedaan Apertur Numerik... 44 Gambar 3.11 Rugi Celah... 46 Gambar 3.12 Selisih Posisi Sumbu... 47 Gambar 3.13 Rugi Eksentrisitas Inti... 48 Gambar 3.14 Selisih Posisi Angular... 49 Gambar 3.15 Sinar B tiba lebih dulu... 50 Gambar 3.16 Pulsa Cahaya Memuai... 50 Gambar 3.17 Grafik Hasil Pengukuran Redaman... 53 Gambar 3.18 Pemantulan Fresnel... 56 Gambar 3.19 Pemantulan Fresnel di setiap Bidang Batas... 57 Gambar 3.20 Keadaan Normal... 59 Gambar 3.21 Lekukan Tajam Berakibat Buruk... 59 Gambar 3.22 Jari Jari Aman Terkecil (dalam ukuran sebenarnya)... 60 Gambar 3.23 Lekukan ditampilkan dalam ukuran sebenarnya (dapat mengakibatkan kerusakan pada serat)... 61 Gambar 3.24 Perbedaan Laju Penyusutan... 61 Gambar 4.1 Grafik Hasil Pengukuran Redaman... 67 Gambar 4.2 Tampilan Hasil Data dari Grafik FO... 68 DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spektrum dan Panjang Gelombang... 13 Tabel 2.2 Indeks Bias Beberapa Medium yang berbeda... 24 Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Redaman Menggunakan OTDR... 71 Tabel 4.2 Standar Rugi-Rugi Serat Optik... 75 Tabel 4.3 Analisis Rugi-Rugi Serat optik... 76
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Pengukuran Redaman FO Core 11 Lampiran 2 Pengukuran Redaman FO Core 12 Lampiran 3 Data Hasil Pengukuran Menggunakan OTDR