Pengukuran Pengaruh Kelengkungan Serat Optik terhadap Rugi Daya Menggunakan Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) Aninda Maharani, Apriani Kusumawardhani Laboratorium Rekayasa Fotonika – Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri – Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Kampus ITS Keputih Sukolilo, Surabaya 60111 Abstrak Pelengkungan dengan radius kurang dari 5mm pada sebuah kabel serat optik sangat berpotensi menimbulkan rugi daya yang cukup serius dan lebih jauh lagi menyebabkan pecahnya serat optik. Oleh karena itu perlu dilakukan pengukuran pengaruh kelengkungan serat optik terhadap rugi daya yang dihasilkan ketika serat optik dilengkungkan. Rugi daya tersebut dapat dievaluasi pada domain waktu menggunakan OTDR. Proses pengambilan data rugi daya akibat pelengkungan (bending loss) dilakukan menggunakan Agilent E6000 Series Mini-OTDR di lokasi pelengkungan 50m dan 75m dengan tiga variasi radius kelengkungan (bending radius) dan lima variasi lilitan. Agilent E6000 Series Mini-OTDR sebelumnya telah dikalibrasi dengan OTDR Yokogawa AQ 7275 di lokasi 75m. Dari eksperimen yang dilakukan, hasil yang diperoleh adalah hubungan linier antara bending loss terhadap jumlah lilitan dan hubungan eksponensial antara bending loss terhadap bending radius. Kata Kunci : Bending Loss, Bending Radius, Jumlah lilitan I. Pendahuluan Penyebab hilangnya energi cahaya di dalam serat optik ada dua macam, yaitu disebabkan oleh bahan inti serat optik tidak cukup jernih dan penyebab kedua adalah cahaya dibelokkan kearah yang salah 1.1 Latar Belakang Rugi daya yang ditimbulkan dengan melengkungkan sepotong pendek serat optik kemungkinan akan lebih besar dari rugi daya total yang timbul pada seluruh kabel serat optik sepanjang 1 km yang dijulurkan secara normal. Lengkungan tajam tersebut harus dihindarkan guna memperoleh kinerja serat optik yang optimal. Bending radius serat optik yang diukur adalah radius paling kecil ketika serat optik dapat dilengkungkan tanpa membuatnya kusut, menghancurkannya ataupun memperpendek umur dari serat optik tersebut. Jika tidak terdapat spesifikasi bending radius minimum, salah satu cara untuk mengamankan serat optik adalah mengasumsikan bending radius long-term low-stress tidak kurang dari 15 kali diameter kabel. Rugi-rugi daya yang terjadi di dalam serat optik dapat dievalusi pada domain waktu dengan menggunakan OTDR. OTDR dapat menganalisis setiap jarak dari insertion loss, reflection, dan loss yang muncul pada setiap titik, serta dapat menampilkan informasi pada layar tampilan. 1.2 Rumusan Permasalahan Dalam proses instalasi jaringan serat optik pada umumnya petugas mengacu pada spesifikasi bending loss yang diberikan oleh produsen produsen. Dalam tugas akhir ini dirumuskan masalah mengenai bagaimana melakukan pengukuran bending loss menggunakan Agilent E6000 Series Mini-OTDR. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah yang perlu ditentukan dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut. 1. Parameter yang diamati dalam pengukuran ini adalah bending loss fungsi bending radius dan bending loss fungsi jumlah lilitan.
2. Serat optik yang digunakan adalah optical cable 9/125 SM-2.0 QO821 1802M. 3. Jenis OTDR yang digunakan adalah OTDR untuk pengukuran rugi daya serat optik single mode. 1.4 Tujuan Tugas akhir ini memiliki tujuan untuk mengukur bending loss serat optik menggunakan OTDR tipe Agilent E6000 Series Mini-OTDR. 1.5 Metodologi Penelitian Metodologi yang dipergunakan dalam pengerjaan tugas akhir ini dapat dilihat pada gambar 1.1. Mulai Perumusan Masalah dan Tujuan Penetuan Parameter Bending Loss, yaitu Jumlah Lilitan dan Bending Radius Analisa Data dan Pembahasan
Sesuai Perumusan Masalah dan Tujuan
T
Y Penyusunan Laporan
Selesai
Gambar 1.1 Diagram Alir Metodologi Penelitian
a. Perumusan Masalah dan Tujuan Tahap perumusan masalah dan tujuan dilakukan pada awal penyusunan laporan tugas akhir untuk memperjelas maksud dari penulisan buku laporan tugas akhir sehingga nantinya keluaran yang diharapkan dapat dicapai. b. Penentuan Parameter Nilai dari bending loss dipengaruhi oleh beberapa parameter sehingga perlu dilakukan penetuan parameter sebelum proses pengambilan data dilakukan untuk memperjelas keluaran apa yang diharapkan. c. Analisa Data dan Pembahasan Untuk mencapai tujuan dari pengukuran bending loss pada serat optik, maka diperlukan analisa terhadap data pengukuran yang telah diperoleh dan membahasnya lebih jauh.
III. Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) adalah suatu instrument optoelektronika yang digunakan untuk mengkarakterisasi serat optik. Suatu OTDR menginjeksikan sejumlah pulsa optis ke dalam serat optik yang diuji. Dari ujung yang sama, cahaya dihamburkan dan dipantulkan kembali dari titik pada serat optik dimana indeks bias berubah.
II. Rugi Daya Akibat Pelengkungan Macrobend adalah pelengkungan serat optik dengan radius yang lebih panjang jika dibandingkan dengan radius serat optik. Redaman ini dapat diketahui dengan menganalisa distribusi modal pada serat optik.
Hal ini ekuivalen dengan tahap dimana time domain reflectometer mengukur pantulan yang disebabkan oleh perubahan impedansi dari serat optik yang dites. Kekuatan dari pulsa yang kembali diukur dan diintegrasikan sebagai fungsi waktu dan diplot sebagai fungsi panjang. OTDR dapat digunakan untuk memperkirakan panjang serat optik dan total atenuasi, termasuk rugi daya akibat penyambungan (splice losses) dan matedconnector losses. OTDR juga dapat digunakan untuk melokalisasi kesalahan, seperti retakan dan untuk mengukur optical return loss.
M eff =
" 2 (n1ka) # ..........................(2.1) "+2
di mana M∞ adalah jumlah moda pada serat optik yang tidak melengkung, k = 2π/λ, R adalah radius pelengkungan, α adalah profil graded index, Δ adalah ! perbedaan indeks bias inti-selubung, dan a adalah radius serat optik. Pada saat serat optik melengkung, medan pada sisi yang luar harus bergerak lebih cepat untuk mengimbangi kecepatan medan di inti. Pada saat kritis dengan jarak Xc dari pusat serat, medan harus bergerak lebih cepat guna menghindari energi teradiasi. Banyaknya modal efektif yang masih dapat terpandu adalah Meff yang diekspresikan pada persamaan matematis berikut ini. Rugi daya pelengkungan terjadi pada saat sinar melalui serat optik yang dilengkungkan, dimana sudut datang sinar lebih kecil dari pada sudut kritis sehingga sinar tidak dipantulkan sempurna tapi dibiaskan.
Gambar 3.1 Informasi Tampilan OTDR [4]
IV. Prosedur Pengukuran Beberapa langkah yang harus dilakukan dalam proses pengambilan data bending loss serat optik menggunakan OTDR adalah sebagai berikut. Menghubungkan serat optik ke OTDR Mengaktifkan OTDR Melakukan pengaturan parameter pada OTDR Melakukan bending serat optik pada lokasi 50m dan 75m dengan radius 5mm, 6mm dan 7mm (1-5 lilitan) Menekan Tombol “Run/Stop” pada OTDR
Gambar 2.1. Perambatan Cahaya dalam Serat Optik
! ! !
[4]
Lengkungan yang tidak tepat ini dapat dikenali selama proses instalasi. Secara empiris, macrobend loss dapat diekspresikan sebagai berikut. # + 2 ..........................(2.2) " bend = 10log a (2# )( ) R$ dimana " = beda indeks bias core dan cladding R = radius pelengkungan ! a = radius inti serat optik 2 (parabolic profile) "= ∞ (step profile)
Menunggu selama 1 menit (sesuai pengaturan awal OTDR) Grafik bending loss terbentuk Grafik pada OTDR disimpan ke memory internal OTDR Gambar 4.1 Langkah-langkah Pengukuran V. Hasil Pengukuran Data hasil pengukuran bending loss serat optik menggunakan OTDR diperlihatkan pada sub bagian 5.1 sampai sub bagian 5.3.
5.1 Tampilan Serat Optik Tanpa Dilengkungkan Pada gambar 5.1 diperlihatkan bahwa terdapat 2 kejadian dimana masing-masing merupakan kejadian reflective yang disebabkan oleh adanya konektor tipe FC di kedua ujung serat optik. Grafik di antara kejadian reflective tersebut bergerak turun karena daya dari cahaya yang dihamburkan dalam serat optik semakin menurun sehubungan dengan jarak yang semakin jauh sehingga OTDR juga akan mendeteksi kejadian tersebut sebagai bentuk pelemahan daya.
6
7
5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
5.516 0.608 1.137 1.625 2.375 3.01 0.175 0.261 0.444 0.418 0.587
2.669 0.344 0.689 0.963 1.202 1.543 0.194 0.248 0.344 0.362 0.493
Dari data bending loss pada tabel 5.1 dapat grafik kalibrasi sehingga dapat diketahui seharusnya nilai bending loss Agilent E6000 Mini-OTDR ketika OTDR Yokogawa AQ menunjukkan angka tertentu.
dibuat berapa Series 7275
Gambar 5.1 Tampilan pada OTDR Serat Optik Tanpa Bending 5.2 Tampilan Serat Optik Setelah Dilengkungkan Gambar 5.2 memperlihatkan adanya slope pada lokasi 26m. Slope ini merupakan bentuk rugi daya yang disebabkan oleh proses pelengkungan serat optik dengan besar bending radius dan jumlah lilitan tertentu.
Gambar 5.3 Grafik Bending Loss terhadapa Jumlah Lilitan 5.4 Hasil Pengukuran Bending Loss Hasil pengukuran bending loss menggunakan prosedur pada gambar 4.1 diperlihatkan pada tabel 5.2. Tabel 5.2 menunjukkan bending loss pada lokasi 50m dan 75m. Tabel 5.2 Data Pengukuran Bending Loss Lokasi 50m dan 75m
Gambar 5.2 Tampilan pada OTDR Serat Optik dengan Bending Radius 5mm dan 1 Lilitan 5.3 Kalibrasi Agilent E6000 Series Mini-OTDR Pada tabel 5.1 ditampilkan hasil pengukuran bending loss menggunakan Agilent E6000 Series Mini-OTDR dan OTDR Yokogawa AQ 7275 untuk tujuan mengkalibrasi Agilent E6000 Series MiniOTDR.
Bending Radius (mm)
5
6
Tabel 5.1 Data Perbandingan
Radius (mm)
Juml. Lilitan
Bending Loss OTDR Yokogawa AQ 7275
5
1 2 3 4
0.945 2.595 3.918 6.216
Bending Loss Agilent E6000 Series MiniOTDR 0.729 1.354 1.65 2.137
7
Juml. Lilitan 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Lokasi 50m
Lokasi 75m
Bending Loss (dB) 0.739 1.363 1.782 2.235 2.756 0.373 0.808 1.118 1.287 1.571 0.217 0.324 0.446 0.493 0.612
Bending Loss (dB) 0.729 1.354 1.65 2.137 2.669 0.344 0.689 0.963 1.202 1.543 0.194 0.248 0.417 0.362 0.493
5.5 Pengolahan Data Data pengukuran yang telah diperoleh kemudian diolah lebih lanjut menggunakan software Microsoft Excel dan Hewlet Packard Trace Viewer.
5.5.1 Pengukuran Bending Loss Terhadap Jumlah Lilitan Data pengukuran bending loss pada tabel 5.2 setelah dianalisa menggunakan metode regresi akan menghasilkan grafik dengan persamaan garis tertentu. Gambar 5.4 merupakan grafik dari bending loss terhadap jumlah lilitan dengan variasi 3 bending radius pada lokasi 50m. Sedangkan gambar 5.4 merupakan grafik hubungan bending loss terhadap jumlah lilitan dengan variasi 3 bending radius untuk lokasi 75m. Nilai error pada gambar 5.4 dan gambar 5.5 menunjukkan seberapa besar data hasil pengukuran menyimpang dari nilai referensi, dimana nilai bending loss terhadap jumlah lilitan memiliki hubungan yang linier.
5.5.2 Bending Loss Terhadap Bending Radius Untuk mengetahui hubungan antara parameter bending loss dan bending radius, maka dibutuhkan analisa menggunakan metode regresi. Pada gambar 5.6 diperlihatkan grafik hasil regresi serta persamaannya.
Gambar 5.6 Grafik Bending Loss Terhadap Bending Radius untuk 5 Variasi Lilitan pada Lokasi 50m Sedangkan nilai bending loss per bending radius pada lokasi 75m diperlihatkan pada gambar 5.7.
Gambar 5.4 Grafik Bending Loss Terhadap Jumlah Lilitan 5 variasi Bending Radius di Lokasi 25m Metode analisa yang sama juga digunakan untuk data pengukuran bending loss pada lokasi 75m. Dari sini nantinya nilai bend loss per jumlah lilitan untuk bending radius tertentu akan diketahui.
Gambar 5.7 Grafik Bending Loss Terhadap Bending Radius untuk 5 Lilitan pada Lokasi 75m Tabel 5.4 Data Bending Loss per Bending Radius Juml. Lilitan
Gambar 5.5 Grafik Bending Loss Terhadap 5 Variasi Bending Radius pada Lokasi 50m Dari grafik pada gambar 5.4 dan gambar 5.5 maka diperoleh data bending loss per jumlah lilitan pada bending radius 5mm, 6mm dan 7mm. Data tersebut dapat dilihat pada table 5.3. Tabel 5.3 Data Bending Loss per Jumlah Lilitan Bending Radius (mm) 5 6 7
Lokasi 50m
Lokasi 75m
Bending Loss/Jumlah Lilitan 0.7752 0.4564 0.2266
Bending Loss/Jumlah Lilitan 0.7938 0.366 0.2004
1 2 3 4 5
Lokasi 50m
Lokasi 75m
Bending Loss/Bending Radius (dB/mm) 8.36 25.74 30.67 49.16 59.54
Bending Loss/Bending Radius (dB/mm) 9.99 42.75 41.19 82.64 86.34
VI. Kesimpulan Dari data pengukuran yang telah diolah, diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut. 1. Telah dilakukan pengukuran bending loss pada serat optik tipe Optical Cable 9/125 SM-2.0 QO821 1802M menggunakan Agilent E6000 Series Mini-OTDR. 2. Agilent E6000 Series Mini-OTDR dapat digunakan untuk menentukan lokasi terjadinya pelengkungan serat optik sehingga memudahkan pengguna untuk melakukan perbaikan. 3. Diketahui bahwa hubungan antara bending loss dan jumlah lilitan adalah linier. 4. Diketahui bahwa hubungan antara bending loss dan bending radius berdasarkan hasil pengukuran adalah eksponensial.
5. Untuk menghindari bending loss lebih dari 0.003 dB/m, maka bending radius yang digunakan adalah lebih dari 7mm (R > 7mm). VII. Daftar Pustaka [1] Allard, C. Frederick, Fiber Optics Handbook for Engineers and Scientists, McGraw-Hill. [2] Brown, T.G, 2000, “Optical Fibers and Fiber Optic Communications”, in Handbook of Optics, Chapter 1, vol IV, pp. 1.44–1.47, OSA Press. McGraw-Hill. [3] Gowar. John, 1987, Optical Communication System, Pentice-Hall of India Private Limited. [4] Hayes, J. and LeCheminant, G. 2002, “Testing Fiber Optic Local Area Networks (LANs)”, in Handbook of Fiber Optic Data Communication, C. DeCusatis (ed.), Chapter 9, p. 336, Academic Press. [5] Hecht. J, 1999, City of Light: The story of Fiber Optics, Oxford University Press. [6] Jenny. R, 2000, Fundamentals of Fiber Optics : An Intriduction for Beginner, Volpi Manufacturing USA Co, New York. Biodata Penulis Nama : Aninda Maharani TTL : Surabaya, 9-1-1987 Alamat : Jl. A. Yani 56C Blitar E-mail :
[email protected] Riwayat Pendidikan 2006-sekarang : Teknik Fisika ITS 2002-2005 : SMAN 1 Blitar 1999-2002 : SMPN 1 Blitar 1993-1999 : SDN Bendogerit 3 Blitar
