BAB II BAGIAN - BAGIAN SISTEM OPTOELEKTRONIS Pembahasan bagian-bagian sistem Optoelektronis disini mulai dengan yang paling mendasar hingga yang telah berkembang teknologi fabrikasinya untuk memudahkan pemahaman asas fungsi dan wataknya sebelum yang makin dalam kenyataannya. II. 1. SISTEM OPTOELEKTRONIS Kata sistem mengandung satu kesatuan pengertian. Penilaian terhadap suatu sistem antara lain meliputi : macam sistem, unjuk-kerja sistem, dan hasil kerja sistem. Model sistem dapat digambarkan dengan diagram kotak pada Gambar 2.1. Isi kotak menunjukkan sifat atau fungsi sistem yang menanggapi/mengolah masukan menjadi keluaran.
masukan
sistem
keluaran
Gambar 2.1 Diagram Kotak Model Sistem Optoelektronis Dalam praktek, penInjauan terhadap suatu sistem bukanlah diarahkan pada komponen pembentuknya secara sendiri - sendiri, melainkan pada hasil kerja berbagai yang terlibat, secara bersama-sama. Jadi dapat dikatakan bahwa suatu sistern adalah kesatuan berbagai komponen yang terkait secara fungsional, serta secara keseluruhan membentuk fungsi tertentu. Pengertian tersebut secara fungsional dapat diartikan terhubung secara fisis, non-fisis, maupun keduanya, bersama-sama. Sistem optoelektronis adalah kesatuan berbagai komponen optoelektronika yang saling terkait secara fungsional serta secara keseluruhan membentuk fungsi optoelektronis tertentu. Fungsi - fungsi yang dapat terbentuk antara lain : fungsi komunikasi, fungsi kendali dan fungsi pengukuran.
Bagian-bagian bagian dasar sistem optoelektronis optoelektro adalah : (1) Subsistern pemancaran pe isyarat; (2) Subsistem pengolahan isyarat; dan (3) Subsistem penerimaan pene isyarat. II. 2. SUBSISTEM PEMANCARAN ISYARAT Bagian ini memerlukan rlukan masukan elektrik dan memberikan memberikan keluaran optis sehingga membentuk berbagai sumber elektroluminesens. Meskipun demikian dalam sistem em optoelektronis hanya ada dua macam yang cocok untuk digunakan. Alasannya menyangkut baik faktor teknis, antara lain konstruksi konst sederhana, unjuk-kerja kerja bai baik, efisien dan sebagainya, maupun faktor nonteknis, terutama untuk untuk pertimbangan tentang biaya/harga. Kedua macam sumber elektroluminesens tersebut adalah diode pancar cahaya (Light Emitting Diode,, LED) dan laser suntikan (Injection ( ection Laser Diode Diode, ILD atau laser diode). Bentuk dan ukuran LED maupun ILD dibuat kompak (kecil) sehingga cocok untuk digunakan bersama rsama serat optis sebagai media penyaluran isyarat cahayanya. Bahan kedua komponen relatif sama, namun konfigurasinya berbeda. LED inframerah yang banyak digunakan dalam sistem optoelektronis semacam dengan LED biasa yang banyak digunakan, tetapi dengan konstruksi konstruksi dan cara pembuatannya yang lebih cermat agar daya puncak cahayanya berada pada kawasan inframerah.. LED lebih cocok digunakan untuk komunikasi jarak pendek karena daya cahaya keluarannya yang kecil berkas cahayanya yang melebar. Diode laser lebih cocok ocok digunakan untuk komunikasi jarak jauh. Daya keluaran cahayanya lebih besar, sifat cahayanya koheren (hanya mempunyai panjang-gelombang gelombang dan satu fase) dan berkas cahayanya relatif mengumpul. Sifat Sifat penyebaran cahayanya d dapat dilukiskan pada Gambar 2.2.
Diode laser mempunyai pola pancaran menyamping yang lebih sempit sehingga kerugian gandengannya lebih kecil dibandingkan dengan LED. Dengan demikian efisiensi gandengannya lebih tinggi. Di samping beberapa keunggulan diode laser dibanding dengan LED, ada beberapa kelemahannya, antara lain : 1) harga diode laser lebih tinggi, 2) lebih peka terhadap perubahan suhu. (dalam penggunaannya, laser memerlukan untai kompensasi untuk menjaga agar unjuk-kerjanya tetap optimun. Hal mi menyebabkan untai menjadi lebih kompleks dan keandalannya berkurang), dan 3) umur laser lebih pendek daripada LED pada kondisi kerja normal. Cahaya keluaran LED relatif berbanding lurus dengan arus masukannya. Dengan yang demikian maka LED Iebih cocok untuk menyalurkan isyarat analog; untuk jarak dan pesat modulasi yang rendah (di bawah 50 MHz). Pada pesat modulasi yang modulasi dengan isyarat analog kurang menguntungkan karena adanya penyebaran sehingga menimbulkan cacat. Baik LED maupun diode laser cocok untuk operasi pengiriman data digital. Tanggapan waktu laser lebih cepat sehingga laser dapat digunakan dengan pesat modulasi yang tinggi (di atas 50 MHz). Diode Pancar Cahaya (Light Emitting Diode, LED) Dasar kerja LED yang digunakan dalam bidang optoelektronika sama dengan LED biasa. Beberapa persyaratan khusus harus dipenuhi oleh LED jenis ini, misalnya cahaya yang terpancar harus lebih banyak, maka konstruksinya Iebih kompleks. Proses pemancaran cahaya pada LED dan ILD secara singkat adalah sebagai berikut : Jika suatu sambungan P-N diberi prasikap maju maka elektron akan terdorong ke arah sambungan dan mengadakan penggabungan/rekombinasi dengan lubang yang datang dan arah yang berlawanan. Elektron bermuatan negatif sedangkan lubang bermuatan positif. Jika bahan semikonduktor yang digunakan adalah jenis tertentu, pada saat proses penggabungan berlangsung akan dilepaskan tenaga dalam bentuk foton. Foton yang dihasilkan akan lepas dalam bentuk cahaya. Bahan yang digunakan disesuaikan dengan cahaya yang diinginkan; cahaya tampak atau sinar inframerah. Sebagai contoh: bahan GaAIAs menghasilkan radiasi
sinar inframerah dan bahan an GaAsP menghasilkan radiasi merah. Gam ambar 2.3 melukiskan proses tersebut.
Gambar 2.3 Teori Terjadinya cahaya pada LED Pemilihan jenis LED disesuaikan dengan detektor dan serat optis yang akan digunakan bersama. Hal ini sangat penting karena serat optis memiliki penyusutan daya isyarat yang berbeda untuk berbagai panjang-gelombang. panjang gelombang. Detektor akan lebih peka terhadap cahaya dengan panjang-gelombang panjang tertentu dibandingkan dingkan dengan panjang-gelombang lainnya. Terdapat dua jenis LED yang sering dijumpai yaitu jenis LED pancar permukaan (surface surface emitter LED) LED dan jenis LED pancar pinggir (edge edge emitter LED LED). LED jenis pancar permukaan Iebih umum digunakan, karena pancaran pancaran cahayanya relatif lebih baik. k. Kelemahannya adalah kerugian gandengannya lebih leb besar. Kedua jenis LED ini dibahas lebih lanjut berikut ini.
LED Pancar Permukaan Di antara beberapa jenis LED pancar permukaan, yang banyak digunakan adalah Burrus, karena cukup efisien. Struktur Diode Burrus tampak pada Gambar 2.4 berikut.
Gambar 2.4 Struktur LED Burrus
Daerah pancaran pada Substrat GaAs dibentuk lekukan (berbentuk lubang kawah) memperbaiki pola pancar dan mempertinggi efisiensi si gandengan, karena di hadapan pancaran dipasang sepotong serat optis yang dilekatkan pada permukaan LED. Pemasangan sepotong serat optis yang dinamakan “ekor-babi” “ekor (pigtail) ini juga mempermudah penggadengan dengan piranti lain. lain. Ujung persambungan ekor ekorbabi ini cukup rapuh sehingga ga komponen ini kurang andal. Kerusakan pada bagian dalam piranti ini akan merusak seluruh fungsi LED tersebut. Di samping dengan pemasangan serat optis, efisiensi gandengan dapat ditingkatkan dengan memberi lensa berbentuk kubah pada perrnukaan perrnukaan LED. Cahaya akan terpusat tegak lurus daerah pancaran. Pemberian lensa ini mempertinggi biaya pembuatan sehingga harga piranti menjadi menjad tinggi, narnun daya yang dapat disalurkan ke serat optis meningkat. LED Pancar Pinggir Struktur LED jems pancar pmggir pmggir berbeda dengan LED jenis pancar permukaan. Pola pancar cahaya LED ini mengumpul sehingga cocok digunakan
dengan serat optis yang bergaris tengah kecil. Struktur LED pancar pinggir tampak pada Gambar 2.5 berikut.
Gambar 2.5 Struktu Struktur LED Pancar Pinggir
Diode Laser Suntikan (Injection Laser Diode) Dewasa ini dikenal beberapa macam laser, antara lain la laser gas, laser zat padat, laser semihantar. Jems laser bahan semihantar adalah yang paling cocok digunakan dengan serat optis karena karena ukuran kecil, aras tegangan yang relatif rendah, dan harga yang lebih rendah daripada jems lain. Laser sernihantar yang banyak digunakan adalah jenis laser suntikan. Struktur dasar laser suntikan dilukiskan seperti pada Gambar 2.7
Gambar 2.6 Struktur Laser Suntikan
Gambar 2.7 Contoh Watak Laser Suntikan
Dalam daerah di bawah nilai a arus ambangnya, ILD bersifat seperti LED; yaitu mempunyai spektrum yang lebar. Di atas arus ambangnya ILD mulai berosilasi pada satu panjang-gelombang. gelombang. Bila ILD diberi prasikap yang sesuai, lubang dan elektron akan an bergerak menuju daerah aktif/sambungan aktif/sambungan dan penggabungan yang terjadi menghasilkan tenaga/foton. Sebagian foton terkuning di dalam daerah aktif oleh pinggir dinding yang berlaku sebagai seba cermin. Foton di daerah aktif ini terpantul bolak bolakbalik sehingga dapat memacu terjadinya elektron bebas lagi sehingga hingga terjadi penggabungan dan terpancar foton lagi. Jadi foton pertama merangsang foton foton-foton kedua dan seterusnya, sehmgga terjadi penguatan. penguatan. Untuk mempertahankan keadaan ini dibutuhkan arus prasikap yang konstan dan cukup besar. Arus ini terus terus-menerus mendorong pembawa muatan ke daerah aktif, tempat foton terkurung. Penyuntikan muatan pembawa ini berlangsung terus sehingga cahaya yang diperoleh oleh bertambah kuat dan konstan. Bila pada pinggir gir dinding yang berlaku sebagai cermin pemantul diberi lubang maka sebagian cahaya akan memancar keluar dengan berkas yang sempit dan tenaga besar. Berkas laser ini bersifat koheren dan memancar lurus. Arus prasikap rasikap harus diusahakan tetap di atas nilai ambangnya untuk menjaga berkas cahaya keluaran yang tetap. Arus ambang ini sangat peka terhadap perubahan suhu
sehingga
penerapannya
kemantapan kerjanya.
diperlukan
untai
kompensasi
untuk
menjaga
Pemancaran Isyarat Dengan LED Pemancar Pada Subbab terdahulu telah dipaparkan secara smgkat sumber sumber-sumber elektroluminesens.
Pada
penerapannya
sebagai
pernancar
rnasih
diperlukan
komponen atau untai lain sebagai pendukung kerja komponen utarnanya, yaitu LED atau laser. Untai ntai pendukung tersebut antara lain: untai antarmuka, penguat, dan penghubung. Secara sederhana untai pemancar dapat digambarkan dalam diagram kotak pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8. Diagram kotak rangkaian pemancar Data analog atau digital dimasuk dimasukkan kan ke dalam sistem melalui untai antarmuka yang digambarkan pada kotak pertama. Data digital dimasukkan melalui antarmuka nalar (Iogika) untuk disesuaikan aras tegangannya dengan aras (level) yang diperlukan oleh untai berikutnya. Fungsi untai antarmuka antara antara lain rnenyangkut pengubahan aras tegangan dan pengubahan isyarat analog-ke-digital. analog digital. Sedangkan pada pengolahan isyarat analog, antar muka menyangkut masalah penyesuaian impedans dengan untai berikutnya. Kotak berikutnya berisi untai penguat arus dan pendorong pendorong LED. Agar dapat bekerja normal maka LED diberi prasikap (bias) yang sesuai, dan dilindungi terhadap pengaruh ibahan suhu dengan untai dan teknik-teknik teknik teknik tertentu. Agar isyarat cukup kuat sehingga IU menimbulkan variasi aras keluaran LED, maka isyarat i at diperlakukan sebagai saklar bekerjanya sesuai dengan variasi isyarat masukannya (untuk digital).
Kotak terakhir pada Gambar 2.8 tersebut terdin atas LED sebagai sebag komponen pokok sumber gelombang pembawa dan penghubung (connector) dengan peralatan berikutnya. nya. Kedua komponen tersebut dapat berupa komponen diskret atau komponen terpadu. Bentuk terpadu lebih menguntungkan karena mempunyai efisiensi gandengan yang tinggi. Dengan Laser Pemancar Laser dapat dimodulasi baik rnenggunakan isyarat analog maupun digital. dig Berdasarkan wataknya, jenis laser pemancar lebih cocok untuk pengaman data digital dengan pesat yang tinggi. Untai sistem laser pemancar lebih kompleks daripada LED pemancar. Arus ambang laser sangat peka terhadap perubahan suhu. Untuk menjaga keman kemantapan kerjanya diberi untai kompensasi kompen yang dapat berupa untai umpan-balik. balik. C Contoh susunan sistem laser pemancar ancar pada Gambar 2.9.
Gambar ambar 2.9 Diagram kotak rangkaian laser pemancar dengan sistem umpan balik.
Data digital yang ditampung di dalam penyangga digunakan untuk memodulasi arus diode laser. Sumber arus prasikap digunakan untuk memberi prasikap diode laser. Besar arus prasikap diatur oleh pembatas arus dan hasil keluaran untai penguat galat (error amplifier). Masukan penguat galat dari untai umpan – balik dan komponen arus DC dari untai. II. 3. SUBSISTEM PENGOLAHAN ISYARAT Disini akan dimulai dengan asas-asas pengolahan isyarat elektrik pada umumnya dan dilanjutkan dengan isyarat optoelektronis pada khususnya. Perlu difahami benar, bahwa pada dasarnya isyarat optis atau cahaya dihasilkan oleh sumbernya dengan panjang-gelombang atau frekuensi tertentu. Dengan demikian pengolahan isyarat ini terjadi pada amplitude atau intensitasnya. Pengolahan dapat langsung pada isyarat optis dalarn bentuk pengubahan atau modulasi intensitas cahaya yang keluar dan sumbernya. Modulasi berlangsung melalui perubahan data elektrik yang membangkitkan isyarat optis ini. Bentuk modulasi sesuai dengan bentuk perubahan daya elektrik pencatunya. Bentuk yang dimaksud tidak lain adalah bentuk mformasi yang akan dibawa oleh isyarat optis hasil modulasi dan ada dua macam bentuk informasi, yaitu analog dan . II-3.1. Ragam Modulasi Pengolahan isyarat analog Dalarn
sistem
optoelektronis,
gelombang
cahaya
digunakan
sebagai
gelombang pembawa. Isyarat yang dibawanya dapat berupa isyarat audio, isyarat gambar, atau data digital. Modulasi LED dan laser dapat dIlakukan dengan dua cara : cara langsung dan tak Iangsung. Modulasi dengan cara langsung dilakukan dengan menggunakan isyarat pemodulasi sehingga cahaya keluaran dalam bentuk termodulasi. Modulasi cara tak langsung menggunakan modulator “electronics” atau “magnetooptics”. Komponen modulator terbuat dan bahan dengan indeks bias dapat diubah-ubah dengan menerapkan medan elektrik atau medan magnetik. Modulator “electrooptics” menghasilkan modulasi fase, modulator “magnetooptics” menghasilkan modulasi amplitude. Modulasi langsung lebih cocok untuk frekuensi rendah, sedangkan modulasi tak langsung lebih cocok untuk frekuensi tinggi (7 -11 GHz). Pada modulasi amplitude, agar tidak terjadi cacat maka amplitude maksimum isyarat pemodulasi tidak diperkenankan melebihi amplitude gelombang pembawa
perbandingan tersebut dinyatakan dalam indeks modulasi, yang nilainya antara 0 100%. Pada proses pengambilan kembali isyarat asli, cahaya diterima oleh fotodetektor yang kemudian diubah menjadi arus elektrik untuk proses selanjutnya. Perlu diingat, intensitas cahaya adalah daya sehingga tidak dapat negatif. Modulasi frekuensi disebut juga modulasi anguler atau modulasi fase. Pada modulasi frekuensi, amplitude isyarat pemodulasi menentukan seberapa jauh pergeseran frekuensi pembawa dan frekuensi tak termodulasinya. Pergeseran frekuensi ini disebut juga ayunan frekuensi (frequency swing). Gelombang termodulasi frekuensi diperoleh dan sumber gelombang pembawa yang frekuensinya diubah-ubah dengan masukan tegangan yang berubah. Sumber gelombang tersebut adalah osilator khusus yang frekuensi keluarannya dikendalikan oleh aras tegangan masukannya; yaitu yang disebut osilator terkendali tegangan (VCO = Voltage Controlled Oscilator). Pada proses demodulasi, kira-kira 25% amplitude gelombang masukan dieliminasi dengan pembatas/pemotong agar derau yang menumpang pada gelombang tersebut terpotong. Demodulator terdiri atas untai pengubah frekuensi-ketegangan, pembatas, pemotong dan pemulih isyarat ke bentuk aslinya. Gambar 2.11 melukiskan ragamragam gelombang terkait pada modulasi AM dan FM.
Gambar 2.11 Ragam – ragam gelombang modulasi Sistem modulasi yang lain adalah modulasi lebar denyut. Pada sistem ini amplitude dan frekuensi gelombang pembawa konstan dengan lebar denyut yang bervariasi. Gelombang pembawa berupa gelombang kotak. Isyarat pemodulasi mengubah-ubah ubah lebar denyut kotak tersebut. Kerja sistem modulasi lebar denyut
(Pulse Width Modulation, PWM) digunakan digunakan pada gambar 2.12 yang tidak berbeda dengan pada isyarat optis.
Gambar 2.12 Modulai Lebar Denyut Pengolahan Isyarat Digital Komunikasi data adalah pengalihan pengalih informasi formasi dalam format runtun denyut (digital) dengan peralatan elektronis atau optoelektronis. Istilah umum komunika komunikasi data ditemukan pada sistern komputer, omputer, yaitu komunikasi komu kasi antar komputer dengan piranti masukan/keluaran. Namun proses ini juga digunakan dalam bentuk biner. Isyarat digital lebih unggul diband dibandingkan dengan isyarat analog terutama karena lebih tahan terhadap derau, pengolahannya lebih leb mudah dan dapat disimpan di dalam pengingat dalam bentuk biner. Sering pengolahan isyarat analog dilakukan dengan cara digital. Untuk ini isyarat analog diubah menjadi bentuk digital dengan menggunakan pengubah analog analogke-digital digital (ADC) dan sesudah pengolahan, isyarat diubah lagi ke bentuk analog dengan menggunakan pengubah digital-ke-analog digital (DAC). Komunikasi isyarat yarat digital menggunakan sistem sandi. Beberapa sistem sandi yang sekarang rang banyak digunakan adalah : sandi Baudot (untuk komunikasi unikasi teleks), ASCII dan EBCDIC C hingga sandi-sandi sandi sandi canggih terakhir, seperti pada CDMA (Code Division Multiple ecess). Masing-masing Masing sandi mempunyai jumlah bit tertentu. Sandi karakter dibentuk dan bit dengan susunan yang berbeda. Pada pengirimannya, sandi karakter tersebut biasanya ditambah dengan bit-bit bit bit baru lagi. Penambahan bit bit-bit baru tersebut digunakan n untuk keperluan koreksi pesan yang dibawa oleh runtun sandi tersebut. Sering terjadi kepesatan pengolahan isyarat digital Iebih tinggi dan pada kepesatan
transmisinya.
Dalam
hal
demikian
diperlukan
penyangga
untuk
menyimpan/mengumpulkan /mengumpulkan data untuk sementara sebelum diolah untuk menempatkan datanya. Seperti halnya pada sistem modulasi analog, pada sistem modulasi digital juga dilakukan parameter-parameter parameter amplitude, fase, dan frekuensi isyarat pembawa
dengan metode penyaklaran (switching). Amplitude diubah keadaan dari “on” ke off” of dan sebaliknya. Sistem ini disebut “on-off-keyed. “on keyed. OKK”, seperti tampak pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Isyarat “ON-OFF-Keyed “ON (OOK)
Bila pengubahan dilakukan terhadap fase gelombang pembawa yaitu dengan mengubah fase sebesar 1800 0 setiap pergantian keadaan arus tegangan data, si sistem ini disebut “phase-shift shift keying, PSK” seperti tampak pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Isyarat Termodulasi PSK
Sistem modulasi yang lain adalah “Frequency Shift Keying, FSK”. Pada sistem ini frekuensi gelombang pembawa pemba diubah-ubah ubah bervariasi antara dua keadaan frekuensi sesuaii dengan data yang memodulasi. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah atau dua Bila menggunakan menggunakan dua buah osilator, sakl saklar penghubung berpindah setiap kali terjadi pergantian aras data. Sistem FSK modulasi tampak pak pada gambar 2.15 berikut ini.
Gambar 2.15 Sistem modulasi FSK
Disamping ketiga sistem tersebut, masih terdapat system lain, yaitu modulasi denyut sandi (Pulse Coded Modulation, PCM). Pada system ini isyarat analog di dicuplik dan diubah menjadi sandi-sandi sandi digital. Isyarat analog akan dapat diperoleh kembali dengan baik apabila frekuensi pencuplikan uplikan minimum dua kali frekuensi maksimum isyarat analog yang dicuplik (teorema Nyquist). Misalnya isyarat suara manusia yang berada berada pada bidang 0 — 4000 Hz diperlukan frekuensi ekuensi pencuplikan minimum setinggi 8000 Hz agar suara dapat diperoleh kembali dengan balk setelah proses demodulasi. Contoh teknik modulasi intensitas (IM = intensity Modulation) tampak pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Hidrofon serat, gelombang akustik mengenai membrane yang menempel pada ujung bebas serat, sehingga cahaya yang diterima dari serat pengirim berubah – ubah sesuai intensitas gelombang.
II-3.2. Sistem Penyaluran Isyarat Penyaluran isyarat analog maupun digital dapat dilakukan dengan cara simpleks, dupleks, dupleks penuh, atau multipleks. Pada cara simpleks, komunikasi hanya dapat dilakukan ke satu arah. Salah satu ujung sebagai smber data dan ujung yang lain sebagai penerima data. Pada cara dupleks, komunikasi dapat dilakukan dua arah. Cara setengah dupleks menggunakan satu jalur untuk berkomunikasi pada kedua arah secara bergantian. Dengan unakan cara dupleks penuh komunikasi dapat dilakukan secara serentak pada dua arah. Hal ini dilakukan dengan menggunakan dua jalur penghubung yang pada masing-masing ujungnya terdapat baik pesawat pengirim maupun penerima. Bila dua pesan atau lebih akan dilewatkan rnelalui sam jalur, maka dilakukan penjamakan (multiplexing). Pengiriman dilakukan bergantian di antara sumber-sumber isyarat. Jenis penjamakan yang umum digunakan adalah: 1. Penjamakan Pembagian Frekuensi (Frequency Division Multiplexing, FDM); lebih cocok digunakan pada frekuensi radio. 2. Penjamakan Pembagian Waktu (Time Division Multiplexing, TDM); bila kemampuan sarana penggantian sumber isyarat jauh lebih tinggi dan vaniasi isyaratnya. 3. Penjamakan
Pembagian
Panjang-gelombang
(Wavelength
Division
Multiplexing, WDM); khusus untuk isyarat cahaya dengan warna-warna monokromatis berbeda dan pninsipnya sama dengan FDM Baik TDM maupun WDM cocok digunakan untuk penjamakan pada sistem serat optis. II-3.3. Pengantarmukaan (Interfacing) Antarmuka dapat antara pemancar dan penerima cahaya yang saling berjauhan, sehingga berfungsi sebagai pemandu cahaya. Dapat pula untuk pemancar dan penerima yang saling berhadapan, untuk memberikan isolasi elektris antara keduanya. Boleh juga sekedar menjadi penyambungan atau penerus dua atau lebih pemandu cahaya
Serat Optis Pemandu Serat optis berbentuk seperti benang, lentur dan terbuat da dan n bahan plasti plastik atau gelas tembus pandang yang digunakan untuk menyalurkan gelombang cahaya. Konstruksi serat optis secara garis besar adalah sebagai berikut: Teras serat optis terbuat dan gelas atau plastik. Di bagian luar teras terdapat lapisan dan bahan yang sama tetapi dengan indeks deks bias yang lebih kecil, yang disebut selimut (cladding). Susunan inii diselubungi lagi dengan bahan pelindung dan penguat sampai beberapa lapis. Terdapat tiga jenis dasar susunan teras-selimut, teras selimut, yaitu teras plastik selimut plastik, tik, teras gelas selimut gelas dan teras gelas selimut seli plastik. Konstruksi serat optis tampak pada gambar 2.17. Ukuran panjang serat optis secara umum dibuat 1 km tanpa sambungan. Garis tengah teras dan selimut menentukan watak optis dan fisis berat. Garis Ga tengah Iuarnya bervariasi antara 0,1 - 1,5 mm; garis tengah selimut antara 125-750 125 µm; m; dan gar garis tengah teras berada antara 5 - 600 µm.
Gambar. 2.17 Konstruksi serat optis Lebar bidang serat optis leb lebih tinggi ggi daripada kabel koaksial. Pada kab kabel koaksial, lebar bidang berbanding berband g terbalik dengan kuadrat panjangnya. Pada serat optis lebar-bidang bidang berbanding terbalik dengan panjang saja (<1000 m), sedangkan untuk panjang Iebih dari 1000 m lebarbidang berbanding berband g terbalik dengan akar panjangnya. Optoisolator Optoisolator tersusun atas pasangan pembangkit pe bangkit cahaya dan fotodetektor, dengan fluks cahaya tergandeng secara optis melalui isolator elektrik. Isolator ini dapat
berupa udara, a, plastik, gelas, atau serat optis. Piranti Piranti optoisolator bekerja sebagai rele. Sumber tegangan yang rendah dapat mengendalikan sumber tegangan yang tinggi tanpa membahayakan piranti lain. la Watak yang penting komponen ini yang harus diketahui antara lain : hambatan isolasi, kapasitas isolasi, kemampuan dadal (batas maksimum tegangan tegangan yang dapat diisolasi) dan nisbah alih arusnya snya (current transfer ratio). Lambang optoisolator tampak seperti Gambar 2.18 berikut ini. in
Gambar 2.18 Optosiaolator Penyambungan (splicing) Penyambungan dua kawat logam dapat dilasanakan sangat muda mudah dengan cara saling melilitkannya. elilitkannya. Penyambungan serat optis sebaliknya, lebih sukar dilakukan karena : hati1) garis tengah serat optis sangat kecil sehingga penyambungan harus sangat hati hati dan. 2) hasil penyambungan harus rapi dan tepat benar agar daya yang disalurkan disalurkan tak banyak yang hilang.
Gambar 2.19 Penyambungan serat optis secara mekanis a. secara ketat ;
b. secara longgar
Gambar 2.20 Penyambungan serat optis secara pelaburan
Terdapat dua metode penyambungan penyambungan serat optis, yaitu dengan cara mekanis dan dengan cara peleburan. Penyambungan secara mekanis menggunakan piranti penyambung yang mengklem bersama kedua ujung serat. Pada penyambungan cara peleburan kedua ujung serat saling ditempelkan dan dipanaskan sehingga sehingga kedua ujung tersebut melebur dan menyatu. Hasil penyambungan cara peleburan lebih baik namun lebih sukar melakukannya. Contoh penyambungan serat optis tampak pada gambar 2. 19 dan 2.20 di atas.
Gambar 2.21 Penghubung (connector) Penghubung (connector) nector) Piranti penghubung digunakan untuk menghubungkan ujung serat optis dengan saluran keluaran pemancar atau ujung serat optis dengan saluran masukan penerima. Penghubung inii dibuat sangat teliti agar rugi-rugi rugi rugi daya pada komponen penyambung ini sekecil mungkin. ungkin. Contoh piranti penyambung tampak pada Gambar 2.20 di atas.
Bentuk luar penghubung optis hamp hampirr sama dengan penghubung untuk piranti elektronis lain yang menggunakan kawat tembaga. Namun struktur st ktur bagian dalamnya cukup p rumit dan dibutuhkan ketelitian yang tinggi dalam pembuatannya. Terdapat dua macam dasar penghubung yaitu: jenis penghubung Iangsung dan jenis penghubung bung lensa, yang tampak pada Gambar 2.22 dan 2.23 berikut ini. in
Gambar 2.22 Penghubung langsung
II. 4. SUBSISTEM PENERIMAAN ISYARAT OPTIS Pada sistem pemancar, isyara isyarat elektrik ik diubah menjadi isyarat cahaya dengan tujuan antara lain agar jarak jangkauan bertambah jauh, dan pengaruh derau yang disebabkan oleh medan magnet dapat dihindari dihinda sejauh mungkin. Pada sistem penerim ma, cahaya yang diterima a oleh detektor diubah kem kembali menjadi isyarat elektrik agar mudah udah diolah lebih lanjut dan diketahui pesan yang dibawanya. Isyarat yang mencapai mencapa detektor secara umum telah ditumpangi derau yang berasal di berbagai sumber. Pengolahan data setelah diterima termasuk pemisahan derau tersebut. Detektor harus cukup peka terhadap cahaya yang lemah, mempunyai tanggapan dengan lebar-bidang bidang yang cukup lebar, dan harus ha s tetap mantap kerjanya
terhadap pengaruh perubahan suhu. Detektor yang umum u um digunakan adalah jenis fotodiode PIN, “avalanche photodiode, photodiode, APD”, dan fototransistor. Fototransistor mempunyai penguatan yang tinggi, namun lebar-bidang lebar bidang tanggapan frekuens frekuensinya lebih sempit daripada fotodiode. APD digunakan pada komunikasi jarak-jauh, jarak jauh, karena mempunyai kepekaan yang tinggi. PIN lebih banyak digunakan dalam komunikasi jarak pendek
karena kemudahan kerjanya
dan
pertimbangan biaya.
Di samp samping
keunggulannya, APD mempunyai beberapa segi kelemahan antara lain: membutuhkan tegangan prasikap yang tinggi untuk bekerja normal, yaitu kurang lebih leb h 400 vvolt dibanding dengan 40 volt untuk PIN; membangkitkan derau yang besar; serta memerlukan untai umpanbalik untuk kompensasi pengaruh perubahan suhu terhadap kepekaannya. Faktor penting yang mempengaruhi kepekaan adalah derau. Derau adalah semua bentuk tenaga/isyarat tenag yang tak diinginkan kan yang terbawa bersama tenaga isyarat pokok. Istilah yang sering digunakan untuk menujukkan enujukkan hubungan derau dengan isyarat pokok adalah nisbah isyarat-derau isyarat (Signal-to-Noise Ratio, SNR,, S/N) dan pesat galat bit (Bit Error Rate, BER). ER). SNR memberi perbandingan isyarat terhadap total bit yang diterima. Semakin kecil nilai BER semakin tinggi mutu mut isyaratnya. II.4.1. Fotodiode PIN Struktur fotodiode inii adalah Positif Positif-Instrinsik-Negatif Negatif (PIN), yaitu susunan bahan semihantar positif dan an negatif yang disisipi bahan semihantar murn murni. Cahaya yang masuk diarahkan pada bahan yang murni mu ini.
Gambar 2.23 Proses pengubahan cahaya menjadi arus listrik
Cara kerja fotodiode PIN adalah berkebalikan dengan kerja LED. Foton yang mengenai daerah sambungan akan membangkitkan bangkitkan muatan pembawa yang akan menimbulkan bulkan arus yang akan mengalir melalui diode. Foton diserap oleh elektron pada bidang valensi sehingga gga tenaga elektron bertambah, dan terjadilah aliran elektrik. Jika cahaya dihilangkan maka a arus elektrik berhenti. Pada proses inii tak terjadi penguatan sehingga pada penerapannya ya PIN masih harus ha s diberi untai penguat. Gambar 2.26 melukiskan proses pengubahan engubahan cahaya menjadi arus elektrik.
Gambar 2.24 Untai dasar fotodiode
II.4.2. Fotodiode guguran (APD) Kelebihanan an fotodiode guguran dibandingkan dengan PIN di antaranya adalah terjadinya penguatan nguatan arus elektrik. Penguatan inii terjadi akibat tabrakan ion ion-ion yang mendahului sehingga gga makin lama makin mak banyak yang terlibat, dan jumlah pembawa muatan bertambah. Hal inii terjadi karena diterapkannya tegangan balik yang tinggi ke dekat tegangan dadalnya. lnya. Dasar kerja APD tampak pada pad Gambar 2.25 berikut.
Gambar 2.25 Dasar kerja APD II.4.3. Fototransistor Cahaya masuk melalui basis transistor membangkitkan muatan pembawa dan mengaktifkan an transistor. Keunggulan piranti inii dibandingkan dengan diode PIN adalah terjadinya jadinya penguatan penguata arus yang mengalir melalui kolektor atau em miter. Peroleh (gain) fototransistor lebih tinggi daripada APD, namun relatif lebih kompleks dibanding dengan fotodiode, untuk memperoleh penguatan ya yang lebih tinggi.
