4. Karakteristik Transmisi pd Fiber Optik

18/10/2012

4. Karakteristik Transmisi pd Fiber Optik Anhar, MT.

Edisi Ganjil 2012/2013

1

Kompetensi Mahasiswa dapat menjelaskan rugi-rugi dan dispersi yang terjadi pada fiber optik dan menghitung besarnya rugi-rugi dan dispersi tsb.


2

1

18/10/2012

Outline : Pengantar Redaman (Attenuation) Penyerapan y p Material (Absorption) ( p ) Rugi-rugi hamburan (Scattering Losses) • Rugi-rugi pembengkokan • Dispersi • Efek Non linier • • • •


3

Pengantar • Cahaya yg merambat di dlam fiber pasti mengalami gangguan. • Gangguan tsb dpt menurunkan kualitas daya sinyal cahaya di dlm optik optik. • Dlm perencanaan link, menentukan seberapa banyak repeater hrs dipasang. • Tiga hal yg perlu diperhatikan : 1. Apa saja rugi-rugi/redaman sinyal pd optik? 2. Mengapa sinyal optik melemah jika merambat sepanjang p j g fiber? 3. Seberapa besar pelemahan sinyal tsb?


4

2

18/10/2012

Pengantar


5

Apa saja?? 1. 2. 3. 4. 5.

Redaman (Attenuation) Penyerapan Material (Absorption) Rugi-rugi g g hamburan ((Scattering g Losses)) Rugi-rugi pembengkokan Dispersi


6

3

18/10/2012

Redaman

• Redaman pada transmisi optik b berpengaruh h pd d perencanaan lilink, k dibagi menjadi : 1. Penyerapan 2. Rugi-rugi penghamburan 3. Rugi-rugi radiasi.


7

Satuan Redaman • Apa definisi redaman ?? • Perbandingan daya output optik Pout dr fiber dng panjang L terhadap daya input optik Pin. • Rumusnya :

α = 10 log

Pin / Pout L

• Idelnya : • Biasanya : 3 dB/Km, yg artinya : • Daya sinyal optik menurun 50% sepanjang 1 Km dan akan menurun 75% % sepanjang p j g 2 Km.


8

4

18/10/2012

Satuan Redaman

Fungsi redaman thdp panjang gel dr teknologi fiber awal yg memiliki kandungan impuritas air yg tinggi Edisi Ganjil 2012/2013

9

Contoh 1:

Berapakah daya output dari Berapakah daya output dari rangkaian berikut Ini ?


10

5

18/10/2012

Penyelesaian : Dayanya : = (+12) + (-16) + (-6) + (+8) =-2 dB Daya outputnya : Gain = 10 log

daya out daya in

daya out dB 2 daya out daya out − 0,2 = log dB ⇒ 10 −0, 2 = 2 2 daya out 0,63 = ⇒ Daya out = 1,26 2 − 2 = 10 log


11

Contoh 2: Bila daya optik yg dibangkitkan sepanjang 8 km adlh sebesar 120µW dan daya yg diterima adlh 3µW, maka tentukanlah : dlh k k l h 1. Redaman sinyal optik keseluruhan dlm dB 2. Redaman sinyal per km 3. Redaman sinyal keseluruhan utk panjang link 10 km menggunakan fiber yg sama dng dng penyambung/konektor tiap 1 km penyambung/konektor tiap 1 km dimana redaman tiap konektor 1 dB


12

6

18/10/2012

Penyelesaian : • • •

Redaman sinyal optik keseluruhan dlm dB : =10 Log (Pi/Po) = 10 Log (120/3) = 16 dB Redaman sinyal per km : α.L = 16 dB >> α = 16 dB/8 km = 2 dB/km Redaman utk link 10 Km : α = 2 dB/km x 10km = 20 dB Link ini memiliki 9 konektor sehingga total lloss menjadi 9 dB. j di 9 dB Sehingga redaman total adlh : = 20 dB + 9 dB = 29 dB Edisi Ganjil 2012/2013

13

Penyerapan/Absorption • Disebabkan zat kotoran yg tersisa didlm inti yg dpt menyerap sebahagian cahaya. • Kontaminan yg paling serius adlh ion‐ion l dlh hidroksil dan zat‐zat logam. • Pencegahan dpt dilakukan dng perbaikan pd proses manufacturing. • Kandungan kontaminan hrs dpt ditekan sekecil sekecil mungkin. mungkin


14

7

18/10/2012

Hamburan/Scattering Rayleigh • Efek terpencarnya cahaya akibat terjadinya perubahan kecil yg bersifat lokal pd indeks bias bahan inti dan mantel. • Hanya terjadi di lokasi2 tertentu di dlm bahan. • Penyebabnya : – Ketidakmerataan di dalam “adonan” bahan2 pembuat optik. Sulit dihilangkan. – Pergeseran2 kecil pd kerapatan bahan yg terjadi saat silika mulai membeku dan menjadi padat.


15

Hamburan/Scattering Rayleigh • Besarnya hamburan Rayleigh dinyatakan dlm koefisien redaman rayleigh yg besarnya :

• Koefisien ini besarnya dng redaman Rayleigh adlh :


16

8

18/10/2012

Pemantulan Fresnel • Tdk semua bagian dr cahaya yg dtng dng sudut mendekati garis normal akan menembus bidang perbatasan. • Sebahagian dr cahaya tsb akan memantul balik di bidan g perbatasan. perbatasan 2 • Daya terpantul tsb dirumuskan : ⎡ n1 − n2 ⎤

Daya terpantul = ⎢ ⎥ ⎣ n1 + n2 ⎦


17

Memanfaatkan pemantulan fresnel • Utk mengukur panjang serat optik. g y p gg • Mengirimkan cahaya pendek, dan menunggu pantulannya. • Diukur dng menghitung kecepatan permbatan cahaya, interval waktu pengiriman... • Diterapkan secara teknis pd OTDR (optical time domain reflectometer)


18

9

18/10/2012

Rugi‐rugi lekukan kabel Macrobend • Akibat lekukan tajam..


19

Rugi‐rugi lekukan kabel Macrobend • Dapat dirumuskan dng koefisien redaman :

α r = c1 exp(−c2 R) • Dimana R adlh radius fiber dan C1 serta C2 adlh konstanta • Rugi‐rugi yg besar pembengkokan dpt terjadi dng kondisi radius kritis yg dirumuskan : 2

Rc ≅

3n1 λ 4π (n12 − n22 ) 3 / 2

• Rugi ini dpt diminimalkan dng : • Perancangan fiber dng indeks perbendaan pantulan yg besar • Beroprasi pd panjang gel yg pendek Edisi Ganjil 2012/2013

20

10

18/10/2012

Contoh : Sebuah fiber multimode dng indeks bias inti 1,5, perbedaan indeks bias 3% dan bekerja pada panjang gel 0,82µm. Tentukan radius maksimum dimana terjadi rugi‐rugi pembengkokan yg besar dr fiber tsb pembengkokan yg besar dr fiber tsb.

Penyelesaian :


21

Rugi‐rugi lekukan kabel • Microbend (lekukan skala mikro) – Permasalahan yg ditimbulkan = makrobend – Terjadi pd proses manufaktur – Terjadi krn perbedaan laju pemuaian (dan penyusutan) antara serat optik dan lapisan pelindung luar.


22

11

18/10/2012

Latihan Sebuah link fiber optik dng panjang 15 Km memiliki rugi‐rugi sebesar 1,5 dB/Km. Fiber disambung setiap 1 km dng konektor yg memiliki redaman masing‐masing 0,8 dB. Tentukan daya optik minimum yg hrs diberikan ke fiber sehingga daya yg diterima pd detektor sebesar 0,3 µW. Fiber step indeks single mode memiliki indeks bias inti 1,49 dan radius pembengkokan minimum sebesar 10,4mm bila cahaya dng panjang gelombang 1,3µm merambat di dalamnya Bila panjang gelombang cut off fiber adlh 1 15µm dalamnya. Bila panjang gelombang cut off fiber adlh 1,15µm maka tentukanlah perbedaan indeks bias relatifnya.


23

Dispersi.. • Ketika sinyal optik merambat sepanjang fib iia akan fiber, k mengalami l i di distorsi... t i • Distorsi ini menyebabkan dispersi optik... • Apa ya dispersi??? • Pelebaran pulsa cahaya...... • Disebut juga efek pemuaian cahaya.. • Atau ISI (Inter Sysmbol Interference)


24

12

18/10/2012

Efek Dispersi


25

Efek Dispersi • Tiap pulsa akan mengalami pelebaran dan akan bertumpangtindih dng pulsa tetangganya.. • Menyebabkan jmlh bit yg error dlm transmisi digital bertambah... • BER bertambah besar dan S/N juga berpengaruh....


26

13

18/10/2012

Efek Dispersi • Tiap pulsa akan mengalami pelebaran dan akan bertumpangtindih dng pulsa tetangganya.. • Pelebaran ini sangat berpengaruh dng bit rate sinyal..dan ukuran kapasitas informasi.. • Menyebabkan jmlh bit yg error dlm transmisi digital bertambah...


27

Bagaimana pengaruh dispersi dng bandwidth? • Agar pulsa cahaya yg merambat di optik tdk tumpang tindih, bit rate nya hrs lebih kecil dr pulsa yg mengalami pelebaran (diasumsikan pelebaran pulsa bs mencapai 2τ) :

BT ≤

1 2.τ


28

14

18/10/2012

Dispersi menyebabkan bit error rate meningkat?


29

Bagaimana pula dng ukuran kapasitas informasi? Ukuran kapasitas informasi dr fiber disebut........bandwidth‐distance product (MHz Km) (MHz.Km) •Utk fiber step‐index >> 20 MHz.Km •Utk fiber graded‐index >> 2.5 GHz.Km


30

15

18/10/2012

Dispersi pada semua jenis fiber..


31

Apa yg perlu diketahui.... • Utk analisa dispersi, perlu mengetahui group velocities (kecepatan kumpulan) • Group velocity adlh kecepatan pd mana energi utk mode tertentu merambat pd fiber • Dirumuskan : −1

⎛ dβ ⎞ Vg = c⎜ ⎟ dk ⎝ ⎠

• Dimana : k = 2Π/λ sedangkan β adlh konstanta propagasi


32

16

18/10/2012

Jenis‐jenis Dispersi... Intramodal/Kromatik Material + Waveguide Material + Waveguide

Intermodal


33

Dispersi Intramodal/Kromatik • Dpt terjadi pd semua jenis fiber optik tp umumnya terjadi pd SM. • Akibat dr group velocities sbgi fungsi dr panjang gelombang. • Krn tergantung λ, maka dispersi semakin meningkat dng semakin lebarnya spektrum sumber optik. • Contoh : LED : λ emisinya 850nm, dng lebar 40nm Laser : dng lebar 1-2nm Edisi Ganjil 2012/2013

34

17

18/10/2012

Dispersi Intramodal/Kromatik • Dpt terjadi pd semua jenis fiber optik tp umumnya terjadi pd SM. • Akibat dr group velocities sbgi fungsi dr panjang gelombang. • Krn tergantung λ, maka dispersi semakin meningkat dng semakin lebarnya spektrum sumber optik. • Contoh : LED : λ emisinya 850nm, dng lebar 40nm Laser : dng lebar 1-2nm Edisi Ganjil 2012/2013

35

Dispersi Intramodal/Kromatik • Ada 2 jenis : • Material : disebabkan : perubahan indeks bias inti sbg fungsi panjang gel. Panjang gel mempengaruhi group velocities • Waveguide : disebabkan : konstanta β sbg fungsi dr a/λ


36

18

18/10/2012

Dispersi Material • Komponen spektral yg berbeda-beda pd sebuah mode akan merambat pd kec yg berbeda, tergantung λ nya. • Sangat besar pd SM dan sumber LED. • Group delay pd fiber dirumuskan :


37

Dispersi material pd silica


38

19

18/10/2012

Dispersi material • Dispersi material dirumuskan :

• • • • • •

L : panjang serat (Km) Dmat(λ) : faktor dispersi material p y ( ) σλ : lebar spektrum cahaya LED (nm) τmat : group delay c : kec perambatan cahaya n : indeks bias Edisi Ganjil 2012/2013

39

Dispersi waveguide • Menjadi significance pd SMF yg nilainya bs hampir sama dispersi material. hampir sama dispersi material • Pd MMF, dpt diabaikan krn sangat kecil dibanding dispersi material


40

20

18/10/2012

Dispersi material+waveguide Dispersi material dan waveguide sbg fungsi dr panjang gelombang pd SMF slica


41

Dispersi Intermodal • Akibat perbedaan nilai group delay dr masing‐ masing mode pd fiber. • Dispersi ini hampir tdk ada pd SMF • Dirumuskan :

σ int er mod al =


n1Δ L c

42

21

18/10/2012

Pelebaran pulsa pd MMF • Dispersi yg dialami pd MMF : – Dispersi intramodal (dlm hal ini dispermi material) Dispersi intramodal (dlm hal ini dispermi material) – Dispersi intermodal – Dispersi pd SMF hanya intramodal

• Akumulasinya merupakan rms :


43

Optimasi Desain SMF • SMF banyak digunakan krn : – Life time instalasi yg lebih panjang – Redamana rendah – Transfer sinyal dng kualitas tinggi krn tdk adanya dispersi intermodal

• Perlu dipikirkan design yg optimal pd SMF dng memperhatikan memperhatikan :: – Dispersi – Panjang gelombang cutoff – Profile indeks bias Edisi Ganjil 2012/2013

44

22

18/10/2012

Optimasi Desain SMF

1. Dispersi

• Dispersinya harus dikecilkan... • Krn dispersi material lebih dominan dr pd K di i t i l l bih d i d d dispersi waveguide...maka harus dikecilkan atau mendekati nol... • Ingat : 2 • Berarti : d n = 0 dλ2

Akan didapat λ yg meminimalkan dispersi Edisi Ganjil 2012/2013

45

Optimasi Desain SMF

2. Panjang Gel • Panjang gel yg memisahkan daerah kerja SMF d MMF dan MMF. • Dirumuskan : – a : diameter fiber : 2 405 –V V : 2.405


46

23

18/10/2012

Optimasi Desain SMF

3. Profile Indeks Bias • Idenya adalh bgaimana mengatur profile i d k bi indeks bias agar dispersi minimum. di i i i • Salah satunya dng mengubah desain indeks bias inti yg sederhana menjadi lebih rumit. • Yg telah dilakukan adlh : – 1300 1300‐nm‐optimized single mode fiber nm optimized single mode fiber – Dispersion‐shifted – Dispersion‐flatteded Edisi Ganjil 2012/2013

47

Optimasi Desain SMF


48

24

18/10/2012

Optimasi Desain SMF


49

Karakteristik Dispersi


50

25

18/10/2012

Latihan • Serat optik single mode mempunyai harga n1=7,50‐ 2λ‐2+λ2 ((λ dlm mikrometer). Buktikan apakah pd λ ) p p =2 μm terjadi dispersi material yg bernilai nol. Bila tdk, pd λ brp terjadi dispersi material nol? • Serat step indexs dng NA=0,20, n1=1,5 memiliki faktor dispersi material 0,5 μs/nm.km. Dispersi waveguide diabaikan. Serat dibentangkan dng jarak 45 km dan LED memiliki lebar spectrum 40 nm. Bila serat ini beroperasi pd panjang gelombang 1200 nm, berapakah total dispersi serat? Edisi Ganjil 2012/2013

51

26

4. Karakteristik Transmisi pd Fiber Optik

Recommend Documents