BAB II SERAT OPTIK
2.1 Umum
Pada tahun 1880 Alexander Graham Bell menciptakan sebuah sistem komunikasi cahaya yang disebut photo-phone dengan menggunakan cahaya matahari yang dipantulkan dari sebuah cermin suara-termodulasi tipis untuk membawa percakapan, pada penerima cahaya matahari termodulasi mengenai sebuah fotokondukting sel-selenium, yang merubahnya menjadi arus listrik, sebuah penerima telepon melengkapi sistem. Photophone tidak pernah mencapai sukses komersial, walaupun sistem tersebut bekerja cukup baik. Penerobosan besar yang membawa pada teknologi komunikasi serat optik dengan kapasitas tinggi adalah penemuan Laser pada tahun 1960, namun pada tahun tersebut kunci utama di dalam sistem serat praktis belum ditemukan yaitu serat yang efisien. Baru pada tahun 1970 serat dengan loss yang rendah dikembangkan dan komunikasi serat optik menjadi praktis. Serat optik yang digunakan berbentuk silinder seperti kawat pada umumnya, terdiri dari inti serat (core) yang dibungkus oleh kulit (cladding) dan keduanya dilindungi oleh jaket pelindung (buffer coating). Ini terjadi hanya 100 tahun setelah John Tyndall, seorang fisikawan Inggris, mendemonstrasikan kepada Royal Society bahwa cahaya dapat dipandu sepanjang kurva aliran air. Dipandunya cahaya oleh sebuah serat optik dan oleh aliran air adalah peristiwa dari fenomena yang sama yaitu total internal reflection. 5 Universitas Sumatera Utara
Teknologi serat optik selalu berhadapan dengan masalah bagaimana caranya agar lebih banyak informasi yang dapat dibawa, lebih cepat dan lebih jauh penyampaiannya dengan tingkat kesalahan yang sekecil-kecilnya. Informasi yang dibawa berupa sinyal digital, digunakan besaran kapasitas transmisi diukur dalam 1 Gb.km/s yang artinya 1 milyar bit dapat disampaikan tiap detik melalui jarak 1 km. Berikut adalah beberapa tahap sejarah perkembangan teknologi serat optik: 1. Generasi Petama ( mulai tahun 1970) 2. Sistem masih sederhana dan menjadi dasar bagi sistem generasi berikutnya terdiri dari : a. Encoding: Mengubah input (misal suara) menjadi sinyal listrik. b. Transmitter: Mengubah sinyal listrik menjadi gelombang cahaya termodulasi, berupa LED dengan panjang gelombang 0, 87 μm. c. Serat Silica: Sebagai pengantar gelombang cahaya. d. Repeater: Sebagai penguat gelombang cahaya yang melemah di jalan. e. Receiver: Mengubah gelombang cahaya termodulasi menjadi sinyal listrik, berupa foto-detektor. f. Decoding: Mengubah sinyal listrik menjadi ouput (misal suara). 3. Repeater bekerja dengan merubah gelombang cahaya menjadi sinyal listrik kemudian diperkuat secara elektronik dan diubah kembali menjadi gelombang cahaya. 4. Pada tahun 1978 dapat mencapai kapasitas transmisi 10 Gb.km/s.
6 Universitas Sumatera Utara
2.2 Struktur Dasar Kabel Serat Optik
Serat optik terbuat dari bahan dielektrik yang berbentuk seperti kaca (glass). Di dalam serat inilah energi listrik diubah menjadi cahaya yang akan ditransmisikan sehingga dapat diterima di ujung unit penerima (receiver) melalui transducer. Pada Gambar 2.1 dapat dilihat struktur dasar kabel serat optik[1].
Gambar 2.1 Struktur Dasar Kabel Serat Optik
Struktur serat optik terdiri dari[1]: 1. Inti (core) Bagian yang paling utama dinamakan bagian inti (core), dimana gelombang cahaya yang dikirimkan akan merambat dan mempunyai indeks bias lebih besar dari lapisan kedua. Terbuat dari kaca (glass) yang berdiameter antara 2μm-125μm, dalam hal ini tergantung dari jenis serat optiknya. 2. Cladding Cladding berfungsi sebagai cermin yaitu memantulkan cahaya agar dapat merambat ke ujung lainnya. Dengan adanya cladding ini cahaya dapat merambat dalam core serat optik. Cladding terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias yang lebih kecil dari core. Cladding merupakan selubung dari core. Diameter cladding antara 5μm-250μm, hubungan indeks bias antara core dan cladding akan
7 Universitas Sumatera Utara
mempengaruhi perambatan cahaya pada core, (yaitu mempengaruhi besarnya sudut kritis). 3. Jaket (coating) Coating berfungsi sebagai pelindung mekanis pada serat optik dan identitas kode warna terbuat dari bahan plastik. Berfungsi untuk melindungi serat optik dari kerusakan.
2.3 Jenis-jenis Serat Optik
Berdasarkan keperluan yang berbeda-beda, maka serat optik dibuat dalam dua jenis utama yang berbeda, yaitu single-mode fibers dan multi-mode fibers.
1. Single-mode Fibers Single-mode Fibers mempunyai inti sangat kecil (yang memiliki diameter sekitar 9x10-6 meter atau 9 mikro meter), pada Gambar 2.2 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem single-mode fibers[1]. SMF (single-mode fibers) bekerja oleh light source laser diode yang berfungsi menkonversi sinyal elektrik menjadi sinyal cahaya. LD cocok digunakan untuk aplikasi jarak jauh beserta data rates yang tinggi, serta diaplikasikan pada panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm. Jenis serat ini digunakan untuk mentransmisikan satu sinyal dalam setiap serat. Serat ini sering dipakai dalam pesawat telepon dan TV (televisi) kabel. Pada Gambar 2.2 dapat dilihat perambatan gelombang cahaya pada Singel-mode Fibers. 8 Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Perambatan Gelombang pada Single-mode Fibers
2. Multi-mode Fibers Multi-mode Fibers mempunyai ukuran inti lebih besar (berdiameter sekitar 6,35x10-5 meter atau 63,5 mikro meter) dan mentransmisikan cahaya inframerah (panjang gelombang 850-1300 nm) dari lampu light-emitting diodes (LED) dan pada Gambar 2.3 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem multi-mode fibers[1]. Serat ini digunakan untuk mentransmisikan banyak sinyal dalam setiap serat dan sering digunakan pada jaringan komputer dan Local Area Networks (LAN).
Gambar 2.3 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Fibers
Multi-mode Fibers di kelompokkan menjadi dua, yaitu:
9 Universitas Sumatera Utara
a) Multi-mode Graded Index Fibers Pada jenis serat optik ini, core multi-mode graded index fibers 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 core-cladding. Akibatnya dispersi waktu berbagai mode cahaya yang merambat berkurang sehingga cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaan. Pada Gambar 2.4 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem multi-mode graded index fibers[1].
Gambar 2.4 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Graded Index Fibers
Pada multi-mode graded index fibers ini, cahaya merambat karena difraksi yang terjadi pada core sehingga rambatan cahaya sejajar dengan sumbu serat. Dispersi minimum sehingga baik jika digunakan untuk jarak menengah. Memiliki ukuran diameter core antara 30-60 μm, lebih kecil dari multi-mode step index fibers. Dan dibuat dari bahan silica glass dengan harga yang lebih mahal dari serat optik multi-mode step index fibers karena proses pembuatannya lebih sulit[1].
b)Multi-mode Step Index Fibers
10 Universitas Sumatera Utara
Serat optik ini pada dasarnya mempunyai diameter core yang besarnya 50 400 µm dan diameter cladding sebesar 125-500 µm, terlihat seperti pada Gambar 2.5. Pada serat optik ini terjadi perubahan indeks bias dengan segera atau lazim dimana dengan diameter core yang besar digunakan untuk menikkan efisiensi coupling pada sumber cahaya yang tidak koheren seperti LED. Atenuasi pada saat pengiriman tetap besar, sehingga hanya baik digunakan untuk menyalurkan data dengan kecepatan rendah dan jarak dekat[1].
Gambar 2.5 Prinsip Kerja Serat Optik Multi-mode Step Index Fibers
2.4 Sistem Relay Serat Optik
Sistem relay serat optik terdiri dari transmitter (membuat dan menulis dalam sandi sinyal cahaya), serat optik (menghubungkan sinyal cahaya), regenerator optik (diperlukan untuk menaikkan sinyal jika serat digunakan pada jarak yang jauh) dan receiver optik (menerima dan menguraikan sandi sinyal cahaya)[4].
11 Universitas Sumatera Utara
2.4.1 Transmitter Transmitter berfungsi untuk menerima dan mengarahkan cahaya melalui peralatan optikal kemudian dirubah ke dalam rangkaian yang benar. Secara fisik transmitter mirip dengan serat optik dan biasanya mempunyai lensa untuk memfokuskan cahaya ke dalam serat. Pada dasarnya transmitter mengubah input sinyal listrik ke dalam modulasi cahaya untuk transmisi serat optik. Bergantung pada kealamian sinyal, hasil cahaya termodulasi mungkin akan berjalan on-off atau linier dengan intensitas bervariasi. Peralatan yang paling sering digunakan sebagai sumber cahaya transmitter adalah Light Emitting Diode (LED) dan Laser Diode (LD)[4].
2.4.2 Konektor Konektor adalah peralatan mekanik yang ditempatkan di ujung akhir kabel serat optik, sumber cahaya, receiver, atau kerangka mesin. Pada transmitter menyediakan informasi cahaya penjuru (bearing light) dari kabel serat optik melalui konektor. Konektor harus mengarahkan dan mengumpulkan cahaya. Konektor juga harus dapat dipasang dan dilepas dengan mudah dari peralatan. Hal ini merupakan titik kunci. Konektor dapat dibongkar-pasang. Dengan fitur ini konektor menjadi berbeda dengan sambungan (splice)[4]. Untuk memastikan didapatkannya rugi yang rendah, konektor harus menghilangkan efek-efek pergeseran sudut dan lateral dan juga menjaga bahwa kedua ujung fiber akan saling menutup dengan sempurna. Bermacam-macam rancangan telah digunakan untuk membuat konektor-konektor semacam ini, di mana sebagian 12 Universitas Sumatera Utara
adalah lebih berhasil dari pada yang lain. Konektor optik merupakan salah satu perlengkapan kabel serat optik yang berfungsi sebagai penghubung serat[4]. Konektor ini mirip dengan konektor listrik dalam hal fungsi dan tampilan luar tetapi konektor pada serat optik memiliki ketelitian yang lebih tinggi. Konektor menandai sebuah tempat dalam sambungan data serat optik setempat dimana daya sinyal dapat hilang dan BER (Bit Error Rate) atau keandalan dapat dipengaruhi oleh koneksi mekanik. Konektor yang digunakan dengan kabel serat optik kaca[4]: 1. Bionik, salah satu jenis konektor yang paling awal digunakan dalam sambungan data serat optik. Konektor bionik memiliki selongsong tirus (tapered sleeve) yang merupakan harga mati untuk kabel serat optik. Ketika steker ini dimasukkan ke dalam akhir tirus stop kontak berarti menempatkan kabel serat optik dalam posisi tepat. Dengan konektor ini, tutup tepat di atas landasannya, sisanya terpandu cincin dan memutar masuk ke dalam selongsong tergulung untuk menjamin koneksi. Konektor jenis ini sekarang jarang digunakan. 2. D4, konektor ini sangat mirip dengan konektor FC (Fiber Connector) dalam hal berkas pemasangannya, penguncian dan penyelesaian PC (Physical Contact) nya. Perbedaan utamanya adalah diameter landasan 2,0 mm, aslinya didesain oleh Nippon Electric Corp. 3. FC/PC, digunakan untuk kabel single-mode fibers. Konektor ini menawarkan penempatan yang sangat tepat untuk kabel single-mode fibers, menanggapi pancaran sumber optik transmitter dan detector optic receiver. Konektor ini mengistimewakan
13 Universitas Sumatera Utara
posisi yang dapat dilokasikan derajatnya dan sebuah stop kontak tergulung. Konektor ini dapat ditarik dan didorong dengan tab pengunci. 4. SMA, pendahulu konektor ST (Straight Tip). Konektor ini mengistimewakan tutup tergulung dan perumahan. 5. ST, suatu jenis bayonet terkunci mirip dengan konektor BNC (Bayonet Neil Concelmen). Konektor ini digunakan baik untuk kabel single-mode fibers maupun multi-mode fibers. Konektor ini digunakan secara luas karena mempunyai kemampuan yang baik dalam hal memasukkan maupun mengeluarkannya dari kabel serat optik dengan cepat dan mudah. Metode penempatannya juga mudah. Ada dua versi konektor ini, yaitu ST dan ST2. Kedua konektor ini terkunci dan memuat pegas serta dapat ditarik dan diputar. 6. Konektor Kabel Serat Optik, konektor ini digunakan secara eksklusif untuk kabel serat optik guna menekan harga dan mempermudah penerapannya. Sering digunakan pada penerapan dengan tanpa penggosokan atau epoxy (sambungan dari suatu komposisi dengan satu oksigen dan dua atom karbon dalam ikatan segitiga).
2.4.3 Penyambungan (Splicing) Sambungan (splice) adalah peralatan untuk menghubungkan satu kabel sarat optik dengan yang lainnya secara permanen. Splice merupakan perlengkapan tetap yang menyambung konektor. Meskipun demikian beberapa penjualan (vendor) menawarkan penyambungan yang dapat terhubung secara tidak permanen sehingga
14 Universitas Sumatera Utara
dapat diputus untuk perbaikan atau penyusunan kembali.Istilah sambungan ini dapat membingungkan[4]. Kabel serat optik mungkin mempunyai sambungan bersama untuk sejumlah alasan. Salah satunya adalah untuk mendapatkan sambungan panjang partikular. Penginstal jaringan kerja mungkin mempunyai penemuan inventaris beberapa kabel serat optik, tetapi tidak ada yang cukup panjang untuk memuaskan permintaan panjang sambungan. Hal ini terjadi karena pabrik kabel hanya menawarkan kabel dengan panjang terbatas.Biasanya 1 km sampai 6 km. penginstalan sambungan 10 km dapat dikerjakan dengan beberapa sambungan bersama. Penginstal akan puas atas keperluan jarak dan tidak perlu membeli kabel serat optik yang baru. Splice diminta pada pintu masuk dalam bangunan, pengawatan tertutup, pemasang, dan secara harfiah sebagai titik perantara antara transmitter dan receiver[4]. Pada pandangan pertama akan terpikir bahwa penyambungan dua kabel secara serat optik bersama adalah seperti menghubungkan dua kawat. Padahal, syarat untuk sambungan serat optik dan sambungan kawat sangat berbeda. Dua sambungan tembaga dapat digabungkan dengan solder atau dengan konektor yang mempunyai kerut atau terpatri ke kawat. Tujuannya adalah untuk menciptakan kontak mendalam antara dua titik kontak untuk mendapatkan sedikit garis hambatan melintas persimpangan. Di pihak lain, menghubungakan dua kabel serat optik memerlukan penjajaran yang tepat untuk pasangan inti serat atau titik di dalam kabel single-mode fibers. Hal ini diminta sehingga semua cahaya yang berdekatan dipasangkan dari satu kabel serat
15 Universitas Sumatera Utara
optik melintasi persimpangan ke kabel serat optik lainnya. Kebutuhan akan ketepatan penjajaran menciptakan tantangan bagi desainer sambungan. Ada dua jenis prinsip sambungan[4]: 1. Sambungan Fusi, menggunakan pancaran listrik untuk mematri dua kabel serat optik bersama-sama. Teknik ini memerlukan orang yang ahli dan berpengalaman karena penjajaran kabel serat optik membutuhkan komputer terkontrol untuk mencapai kerugian sesedikit mungkin yaitu 0,05 dB. Teknik ini memerlukan biaya tinggi. 2. Sambungan Mekanik, semuanya menggunakan elemen biasa.Teknik ini lebih mudah diterapkan di lapangan, memerlukan sedikit atau tanpa peralatan dan menawarkan kerugian sekitar 0,2 dB.
2.4.4 Receiver Optical receiver (penerima optik) seperti pelaut di dek kapal penerima sinyal. Receiver
optik
berfungsi
mengambil
sinyal
cahaya
digital
yang masuk,
menguraikannya dan mengirim sinyal listrik ke komputer lain, televisi atau telepon. Receiver menggunakan fotosel fotodioda untuk mendeteksi cahaya. Pada dasarnya receiver optik mengubah modulasi cahaya yang datang dari serat optik kembali ke bentuk asalnya. Karena jumlah cahaya pada serat optik sangat kecil, receiver optik biasanya menggunakan penguat internal yang tinggi. Oleh karena itu receiver optik dapat dengan mudah diisi kembali. Untuk alasan ini maka penting dilakukan untuk hanya menggunakan ukuran serat yang sesuai dengan sistem yang diberikan.
16 Universitas Sumatera Utara
Sebagai contoh, pasangan transmitter/receiver didesain untuk penggunaan single-mode fibers, tetapi digunakan dengan multi-mode fibers sehingga sejumlah besar cahaya pada keluaran serat akan memenuhi receiver dan kemudian menyebabkan beberapa distorsi sinyal keluaran (kelebihan sumber cahaya). Begitu juga jika pasangan transmitter/receiver yang didesain untuk multimode fibers digunakan pada single-mode fibers maka tidak cukup cahaya yang dapat mencapai receiver. Hasil keluaran terlalu banyak atau tidak ada sinyal sama sekali. “Ketidaksesuaian” receiver baru dipertimbangkan jika ada cukup banyak kehilangan dalam serat dengan tambahan 5-10 dB pasangan cahaya ke dalam serat multi-mode fibers hanya digunakan untuk memberikan kesempatan untuk mencapai operasi yang pantas. Meskipun begitu, ini merupakan kasus yang ekstrim dan tidak normal[4].
2.4.5 Konsep Kerugian dalam Serat Optik Kerugian di sini terjadi karena cahaya berjalan melewati serat. Mengingat cahaya menempuh jarak puluhan kilometer atau lebih, maka kemurnian kaca pada inti serat harus sangat tinggi. Inti serat optik terbuat dari kaca sangat murni yang memiliki sedikit kerugian. Untuk menilai kemurnian kaca digunakan sistem perbandingan dengan kaca jendela biasa. Kaca jendela yang bening, dapat melewatkan cahaya dengan bebas, memiliki ketebalan 0,25 sampai 0,5 cm. bagian tembus pandang. Dalam kasus ini, cahaya yang melewati pinggiran dan masuk ke kaca, melewati beberapa centimeter. Jadi hanya sedikit cahaya yang mampu melewati puluhan kilometer kaca jendela[4].
17 Universitas Sumatera Utara
Kerugian merupakan hasil utama dari perambatan acak dan penyerapan ketidakmurnian kaca. Sumber kerugian yang lain dalam serat disebabkan karena bengkok yang berlebihan yang mana menyebabkan cahaya meninggalkan area inti serat. Semakin kecil radius pembengkokan, semakin kecil kerugian. Oleh karena itu pembengkokan di sepanjang kabel serat optik harus memiliki radius sekecil mungkin[4].
2.4.6 Lebar Jalur Serat Optik Jenis lebar jalur untuk serat optik yang umum memiliki jangkauan sedikit MHz per km untuk inti serat yang sangat besar. Standart multi-mode fibers adalah ratusan MHz per km, sedangkan untuk single-mode fibers adalah ribuan MHz per km. Dengan bertambahnya panjang serat maka lebar jalurnya akan berkurang secara proporsional. Sebagai contoh, kabel serat yang dapat mendukung lebar jalur 500 MHz pada jarak 1 km hanya mampu mendukung 250 MHz pada jarak 2 km dan 100 MHz pada jarak 5 km[5]. Karena single-mode fibers sebagai lebar jalur tinggi, faktor pengurangan lebar jalur sebagai fungsi panjang ini tidak menjadi masalah utama ketika menggunakan serat jenis ini. Meskipun demikian, harus diperhatikan ketika menggunakan multi-mode fibers, apakah digunakan sebagai lebar jalur maksimum atau digunakan dalam jangkauan sinyal sistem transmisi titik ke titik[5].
2.5 Redaman Serat Optik Tahanan dari konduktor tembaga menyebabkan hilangnya sebagian dari energi listrik yang mengalir dari suatu kabel. Core dari kabel serat optik menyerap 18 Universitas Sumatera Utara
sebagian dari energi cahaya. Hal ini dinyatakan dalam redaman kabel. Satuan yang digunakan untuk redaman serat optik adalah dB/km. Redaman tergantung dari beberapa keadaan. Tetapi yang utama adalah bahwa redaman tergantung pada panjang gelombang dari cahaya yang digunakan[5]. Menurut rekomendasi ITU-T G.0653E, kabel serat optik harus mempunyai koefisien redaman 0,5 dB/km untuk panjang gelombang 1310 nm dan 0,4 dB/km untuk panjang gelombang 1550 nm. Tapi besarnya koefisien ini bukan merupakan nilai yang mutlak, karena harus mempertimbangkan proses pabrikasi, desain & komposisi fiber, dan desain kabel. Untuk itu terdapat range redaman yang masih diizinkan yaitu 0,3 sampai 0,4 dB/km untuk panjang gelombang 1310 nm dan 0,17 sampai 0,25 dB/km, untuk panjang gelombang 1550. Selain itu, koefisien redaman mungkin juga dipengaruhi spektrum panjang gelombang yang diperoleh dari hasil pengukuran pada panjang gelombang yang berbeda[5]. Redaman itu dapat terjadi karena adanya dua faktor yaitu faktor intrinsik dan faktor ekstrinsik.
2.5.1 Faktor Intrinsik Ada beberapa faktor intrinsik dari serat optik yang menyebabkan redaman, yaitu[5]:
2.5.1.1 Absorption (penyerapan) Peristiwa ini terjadi akibat ketidak murnian bahan fiber optik yang digunakan. Bila cahaya menabrak sebuah partikel dari unsur yang tidak murni maka sebagian 19 Universitas Sumatera Utara
dari cahaya tersebut akan terserap. Gambar 2.6 menunjukkan rugi-rugi penyerapan pada serat optik.
Gambar 2.6 Rugi-rugi Penyerapan
Rugi-rugi ini analog dengan disipasi daya pada kabel tembaga, dimana serat optik menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi panas. Untuk mengatasinya digunakan kaca yang benar-benar murni yang diperkirakan kemurniannya sampai 99,9999%. Namun rugi-rugi absorpsi antara 1 dan 1000 dB/km tetap saja lumayan besar. Ada tiga faktor yang turut menimbulkan rugi absorpsi pada serat optik yaitu absorpsi ultraviolet, absorpsi inframerah, dan absorpsi resonansi ion. 1. Absorpsi ultraviolet, disebabkan oleh elektron valensi dari bahan silica. Cahaya mengionisasi elektron valensi tersebut menjadi konduktor. Ionisasi tersebut sama saja dengan rugi cahaya total dan tentu saja menimbulkan rugi-rugi transmisi pada serat optik. 2. Absorpsi inframerah, adalah hasil dari penyerapan photon-photon cahaya oleh atom-atom molekul inti kaca. Ini menyebabkan photon bergetar secara acak dan menyebabkan panas. 3. Absorpsi resonansi ion (Gambar 2.7), disebabkan oleh ion-ion OH pada bahan penyusunnya. Ion OH ini terdapat pada molekul air yang terperangkap pada kaca saat
20 Universitas Sumatera Utara
proses pembuatannya. Absorpsi ion juga dapat disebabkan oleh molekul besi, tembaga, dan chromium.
Gambar 2.7 Molekul-molekul air yang terdapat dalam inti Glass[5].
2.5.1.2 Scattering (penghamburan) Terjadi akibat adanya berkas cahaya yang merambat dalam materi dipancarkan/dihamburkan ke segala arah dikarenakan struktur materi yang tidak murni. Biasanya scattering ini terjadi pada lokasi-lokasi tertentu saja di dalam bahan, dan ukuran daerah yang terkena pengaruh perubahan efek terpencarnya cahaya sangat kecil, yaitu kurang dari satu panjang gelombang cahaya.
2.5.1.3 Rugi-rugi pada Core dan Cladding Struktur serat optik terdiri dari 3 komponen yaitu core, cladding dan coating. Masing-masing bagian serat optik ini terbentuk dari berbagai macam material yang berbeda. Meskipun inti maupun cladding memiliki bahan penyusun dasar yang sama, namun inti memiliki indeks bias yang lebih besar dari cladding dengan adanya bahan aditif yang ditambahkan dalam material penyusun inti. Akan tetapi secara alami, material-material penyusun inti maupun cladding memiliki dampak terhadap transmisi sinyal dalam serat optik. Mengingat bahan21 Universitas Sumatera Utara
bahan penyusun kedua bagian ini memiliki karakteristik tersendiri, maka baik core maupun cladding juga memiliki komponen pelemahan sinyal. Pelemahan sinyal atau rugi-rugi pada core dan cladding adalah berbeda, hal ini disebabkan karena berbedanya bahan penyusun core dan cladding itu sendiri.
2.5.1.4 Bending (pembengkokan) Pada saat pemasangan serat optik pada suatu saluran transmisi akan ada beberapa kondisi yang akan mengubah keadaan fisik dari serat optik tersebut. Misalnya adalah kondisi lapangan/daerah yang berkelok-kelok dan mengharuskan kabel dipasang dengan pembelokan. Selain itu, tekanan secara fisis dari lingkungan maupun kesalahan instalasi juga akan berpengaruh dalam mengubah kondisi fisik serat optik. Perubahan fisik ini biasa disebut bending dan terdiri dari dua jenis macrobending dan microbending: a. Macrobending Pembengkokan makro (Gambar 2.8) adalah pembengkokan kabel optik dengan radius pembengkokan yang mempengaruhi banyaknya pelemahan sinyal yang berpropagasi dalam inti. Adanya pembengkokan dengan radius pembengkokan lebih besar dari radius inti serat optik mengakibatkan sebagian sinyal hilang terutama dalam pembengkokan serat optik.
22 Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Rugi-rugi Pembengkokan Makro[5]
2.5.2 Faktor Ekstrinsik Ada beberapa faktor ekstrinsik dari serat optik yang menyebabkan redaman, yaitu[5]:
2.5.2.1 Microbending Pembengkokan mikro (Gambar 2.9) berasal dari keadaan kabel yang tidak sempurna akibat berbagai pengaruh dari luar kabel, seperti tekanan dari luar, ataupun ketidaksempurnaan bentuk inti dalam kabel optik tersebut. Adanya perubahan radius inti berakibat sama seperti halnya pembengkokan mikro dimana sinyal yang berpropagasi akan hilang pada saat berpropagasi.
Gambar 2.9 Pembengkokan Mikro pada Serat Optik akibat tekanan dari luar kabel[5]
23 Universitas Sumatera Utara
Pembengkokan mikro yang diakibatkan oleh tekanan dari luar kabel diantisipasi dengan mempergunakan pembungkus yang lebih kuat dan tidak sensitif terhadap pengaruh eksternal.
2.5.2.2 Copling Losses Pada kabel serat optik, coupling losses dapat terjadi pada tiga tipe sambungan optik, yaitu: sambungan light source-to-fiber, sambungan fiber-to-fiber, dan sambungan fiber-to-photodetector. Rugi-rugi sambungan lebih sering disebabkan pada salah satu masalah-masalah penyambungan yang bias terjadi pada saluran lateral misalignment, longitudinal misalignment dan sudut angular misalignment. Ditunjukkan pada Gambar 2.10[5]. . (a)
(b)
(c) Gambar 2.10 Coupling loses: a) longitudinal misalignment b) lateral misalignment c) angular misalignment
Kesemua jenis misalignment ini memiliki prinsip yang sama, yaitu inti dari serat optik pengirim dengan seat optik penerima tidak bertemu dengan keadaan yang sempurna. Hal ini menunjukkan bahwa rugi-rugi daya yang diakibatkan oleh 24 Universitas Sumatera Utara
misalignment bukan karena perbedaan karakteristik serat optik, namun lebih mengacu kepada kesalahan mekanis yang sangat mungkin terjadi pada instalasi serat optik dalam suatu saluran transmisi. Masing-masing misalignment memiliki parameter yang berbeda-beda sehingga perhitungan rugi-rugi setiap misalignment juga berbedabeda.
2.5.2.3 Rugi-rugi pada Konektor dan Splice Suatu saluran transmisi serat optik pasti akan tersambung dengan komponenkomponen lainnya. Komponen tersebut antara lain adalah konektor antar serat optik, konektor serat optik dengan komponen lain seperti sumber cahaya atau penerima. Konektor dalam sambungan serat optik bersifat tidak permanen sehingga dapat dibongkar apabila sudah tidak memenuhi kebutuhan. Splice pada dasarnya merupakan penyambung antar serat optik, namun sifat sambungan yang mempergunakan splice adalah permanen. Selain konektor dan splice juga ada komponen lain yang mungkin ditemui dalam sambungan serat optik, yaitu repaired splice yang merupakan splice yang diperbaiki dari splice sebelumnya yang mengalami kerusakan atau gangguan lain. Gambar 2.11 menunjukkan splice pada 2 buah fiber optic[8].
Gambar 2.11 Splice pada 2 buah Serat Optik
25 Universitas Sumatera Utara
Konektor dan splice keduanya memiliki kontribusi terhadap rugi-rugi pada transmisi sinyal optik pada serat. Sinyal yang berpropagasi dan melalui komponenkomponen ini akan mengalami penurunan daya. Pemilihan konektor yang tidak tepat dapat mengakibatkan pemakaian amplifier yang sangat banyak, hal inilah yang mengakibatkan biaya bertambah.
2.5.2.4 Frasnel Reflection Faktor lainnya yang turut memberikan sumbangan rugi-rugi pada suatu transmisi serat optik adalah fresnel reflection. Fresnel reflection ini merupakan fenomena yang terjadi akibat penggunaan konektor dalam menyambung dua buah serat optik. Pada umumnya, saat instalasi, dua kabel yang dihubungkan oleh konektor tersebut tidak dihubungkan secara langsung namun diberi sedikit jarak. Jarak antar dua serat optik ini memberikan rongga udara diantaranya. Hal ini menyebabkan meskipun kedua serat optik memiliki indeks bias yang sama, tetap aka nada daya yang dipantulkan kembali kearah kabel pengirim karena ada beda indeks antara inti dari serat optik dengan udara.
2.6
Link Power Budget
Dalam suatu komunikasi serat optik, kita tidak akan lepas dari perhatian power budget. Sistem komunikasi optik akan berjalan baik dan lancar apabila tidak kekurangan power budget dan rise time budget. RTB (Rise Time Budget) bertujuan
26 Universitas Sumatera Utara
untuk menjamin agar sistem transmisi dapat menyediakan bandwidth yang mencukupi pada bit rate yang diinginkan. RTB berkaitan erat dengan batasan dispersi suatu sinyal yang dilewatkan pada serat optik, dan tentunya berpengaruh pada kapasitas kanal yang diinginkan dari sistem optik. Power budget merupakan suatu hal yang sangat menentukan apakah suatu sistem komunikasi optik dapat berjalan dengan baik atau tidak. Karena power budget menjamin agar penerima dapat menerima daya optik sinyal yang diperlukan untuk mendapatkan bit error rate (BER) yang diinginkan. Perhitungan dan analisis power budget merupakan salah satu metode untuk mengetahui performansi suatu jaringan. Hal ini dikarenakan metode ini dapat digunakan untuk melihat kelayakan suatu jaringan untuk mengirimkan sinyal dari pengirim sampai ke penerima atau dari central office terminal (COT) sampai ke remote terminal (RT). Tujuan dilakukannya perhitungan power budget adalah untuk menentukan apakah komponen dan parameter desain yang dipilih dapat menghasilkan daya sinyal di penerima sesuai dengan tuntutan persyaratan performansi yang diinginkan. Desain suatu sistem dapat memenuhi persyaratan apabila system gain (Gs) lebih besar atau sama dengan total rugi-rugi. Daya yang diterima lebih kecil dari daya saturasi yang dapat mengakibatkan distorsi di penerima. Desain link transmisi optik ditentukan oleh bit rate informasi yang ditransmisikan, panjang link total dan BER yang diinginkan. Bit rate dan panjang link total menentukan karakteristik serat optik, tipe sumber optik (pengirim) dan tipe detector optik (penerima) yang digunakan. Dengan mengetahui ketiga komponen tersebut, power budget dapat 27 Universitas Sumatera Utara
dihitung sehingga dapat diperoleh jarak transmisi maksimum antara pengirim dan penerima.
28 Universitas Sumatera Utara
