03/10/2012
3. Struktur Fiber Optik Anhar, MT.
Edisi Ganjil 2012/2013
1
Outline : • • • • • •
Bentuk geometrik optik Konsep mode Fiber optik step indeks Fiber graded-indexs Bahan penyusun optik Sifat mekanis fiber
Edisi Ganjil 2012/2013
2
1
03/10/2012
Bentuk Geometrik Optik • Bumbung gelombang (waveguide) yg beroperasi pd frekuensi optik. • Biasanya berbentuk silinder, dimana cahaya merambat paralel dng sumbunya. • Sekumpulan gel elektromagnetik yg terbimbing disebut mode.
Edisi Ganjil 2012/2013
3
Cladding • Memiliki indeks bias << dr inti. • Berfungsi : 1. Mengurangi rugi hamburan 2. Menambah kekuatan fiber secara mekanis 3. Mencegah inti dr kontaminasi.
Edisi Ganjil 2012/2013
4
2
03/10/2012
Jenis-jenis Fiber
Berdasarkan jmlh mode : • Single mode • Multi mode
Berdasarkan indeks bias • Step indexs • Graded indexs
Edisi Ganjil 2012/2013
5
Jenis-jenis Fiber
Edisi Ganjil 2012/2013
6
3
03/10/2012
Jenis-jenis Fiber
Edisi Ganjil 2012/2013
7
Fiber Step Indeks • Indeks bias inti konstan dng indeks bias cladding yg rebih rendah • Cladding umumnya silika murni • Core didoping dng germanium utk meningkatkan indeks biasnya • Indeks perbedaan inti-cladding (typically 0.31.0%) dirumuskan :
n2 n1 (1 ) NA n. sin 0, Max (n12 n22 )1/ 2 n1 2 Edisi Ganjil 2012/2013
8
4
03/10/2012
Fiber Step Indeks
n1 r a (core) n (r ) n2 r a (cladding ) Edisi Ganjil 2012/2013
9
Fiber Step Indeks • Fiber step indeks dpt multimode atau single mode tergantung pd kondisi cut offnya. • Kondisi cut off yg berpengaruh adalah V (frekuensi normalisasi yg dirumuskan dng :
V2 (
2a 2 2 ) ( n1 n22 )
• Batasan cut off dpt ditentukan dng pers. :
V2 (
2a 2 )( n1 n22 )1/ 2 2,405
• Jmlh mode yg masuk ke fiber dpt dihub dng V dng pers. :
2 2 a 2 2 V2 2 1/ 2 M ( 2 )(n1 n2 ) 2 Edisi Ganjil 2012/2013
10
5
03/10/2012
Fiber Step Indeks (Aliran Daya) • Merupakan besarnya bagian daya yg mengalir pd inti dan cladding yg diberikan oleh suatu mode tertentu. • Total daya cladding rata-rata hubungannya dng banyaknya mode adlh :
4 1 / 2 Pclad M P tot 3
Edisi Ganjil 2012/2013
11
step indeks single mode vs multimode + Single Mode • Dispersi intermodal yg rendah (pelebaran pulsa yg kecil) • Bandwidth yg besar - Multi mode • Dispersi intermodal yg besar + Multi mode • NA yg besar • Konektor optik yg lebih toleran • Bisa menggunakan LED yg harganya lebih murah
Edisi Ganjil 2012/2013
12
6
03/10/2012
Contoh : Sebuah fiber optik step indeks multimode dng diameter inter 80 µm dan perbedaan indeks relatif 1,5% beroperasi pd panjang gelombang 0,85 µm. Jika Indeks bias inti 1,48, tentukanlah : a) Frekuensi normalisasi fiber b) Jml mode dlm fiber Penyelesaian :
Edisi Ganjil 2012/2013
13
Fiber Graded indexs • Indeks bias inti menurun secara kontinu dng jarak radial r dr pusat fiber • Tetapi konstant thd cladding
• Konstanta α : ukuran indeks profile • Konstanta a : radius inti • Konstanta r : jarak radial ke pusat fiber Edisi Ganjil 2012/2013
14
7
03/10/2012
Indeks profile graded indexs
Jika α=~, maka step indexs Jika α=2, maka parabola Jika α=1, maka rektangular
Edisi Ganjil 2012/2013
15
Nilai NA dr graded indexs • Lebih kompleks dr step indeks • Merupakan fungsi dr posisi sepanjang permukaan inti • Didefiniskan dng rumus :
Edisi Ganjil 2012/2013
16
8
03/10/2012
Jmlh Mode pd Graded Indexs • Sangat kompleks krn indeks bias yg tdk konstant • Melalui analisasi yg dilakukan dng metode WKB (Wenzel, Kramers, Brilloun) dirumuskan menjadi :
• Jika :
• Maka :
Edisi Ganjil 2012/2013
17
Contoh : Fiber graded indexs memiliki inti dng bentuk indeks profile parabola berdiameter 50µm dan nilai NA sebesar 0,2. Tentukan jumlah mode terbimbing yg merambat pd fiber bila fiber memiliki panjang gelombang 1µm. Penyelesaian :
Edisi Ganjil 2012/2013
18
9
03/10/2012
Material Penyusun Fiber Material fiber haruslah memiliki karakteristik: • Panjang, tipis dan fleksibel • Cukup transparan sehingga cahaya dpt merambat dng baik • Indeks biasnya sesuai dng persyaratan yg dibutuhkan utk inti dan cladding
Edisi Ganjil 2012/2013
19
Glass Fiber • Umumnya terbuat dr silica, SiO2 • Indeks biasnya 1,48 pd 850 nm
Bacaan Lanjutan : Optical Fiber Comm., Gerd Keiser, bab 2, poin 2.7 hal 59.
Edisi Ganjil 2012/2013
20
10
03/10/2012
Latihan Tentukanlah ukuran diameter dari serat optik yang memiliki jumlah modus sebesar 252 dan bekerja pada panjang gelombang 1200 nm. Cahaya masuk ke dalam serat dimana indeks bias n1=1,48 dan n2=1,46. Tentukan panjang gelombang minimum yang dapat digunakan agar serat optik step indeks bekerja single mode bila memiliki diameter 5μm, n1=1,45 dan ∆ =0,002. Tentukan frekuensi normalisasi 0,82µmfiber step indexs yg memiliki radius inti 25µm, n1=1,48 dan n2=1,46.berapa banyak mode yg merambat pd fiber tsb? Berapa persen daya optik yg mengalir ke cladding? Edisi Ganjil 2012/2013
21
11
