TINJAUAN PUSTAKA
C. Serat Optik
6. Rugi-rugi daya pada serat optik
Energi atau daya yang dibawa oleh cahaya akan mengalami pelemahan (rugi-rugi/loss) akibat terjadinya kebocoran atau karena kurangnya kejernihan bahan serat optik. Besaran pelemahan energi sinyal informasi dari fiber optik yang biasa dinyatakan perbandingan antara daya pancaran awal terhadap daya yang diterima dinyatakan dalam deci-Bell (dB) disebabkan oleh 3 faktor utama yaitu absorpsi, hamburan (scattering) dan bending losses. Gelas yang merupakan bahan pembuat fiber optik biasanya terbentuk dari silicon-dioksida (SiO2). Variasi indeks bias diperoleh dengan menambahkan bahan lain seperti oksida titanium, thallium,
germanium atau boron. Dengan susunan bahan yang tepat maka akan didapatkan
atenuasi yang kecil. Atenuasi menyebabkan pelemahan energi sehingga amplitudo gelombang yang sampai pada penerima menjadi lebih kecil dari pada amplitudo yang dikirimkan oleh pemancar (Senior; 1992).
Cahaya yang merambat sepanjang serat optik mengalami penurunan energi secara eksponensial terhadap jaraknya. Jika P(0) adalah tenaga optik awal dalam serat (pada z = 0), selanjutnya P(z) tenaga optik setelah menempuh z, maka selanjutnya dinyatakan dengan rumus :
= (0) (Keiser, 2000) (2.33)
� = Ô ( )( ) (2.34)
αP merupakan koefisien atenuasi satuannya km-1, z adalah panjang lintasan atau ketebalan serat optik yang digunakan untuk perjalanan sinar (gelombang elektromagnetik). Secara ringkas dalam perhitungan atenuasi dalam serat optik dinyatakan dengan decibel per kilometer (dB/km). Parameter secara umum digambarkan rugi-rugi serat optik atau atenuasi serat optik sebagai berikut :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
Gambar 2.13 Atenuasi serat optik terhadap fungsi panjang gelombang dihasilkan 0,5 dB/km pada 1300 nm dan 0,3 dB/km pada 1550 nm untuk jenis serat optik mode tunggal. Pada serat optik ini terjadi puncak atenuasi diantara panjang gelombang 1400 nm yang diakibatkan dari
penyerapan molekul air (Keiser, 2000)
Beberapa hal yang menyebabkan terjadinya atenuasi dalam serat optik absorbsi, pancaran Reyleigh, pemantulan Fresnel, rugi-rugi karena pembengkokan. Penjabarkan dari masing-masing adalah sebagai berikut :
a. Absorpsi
Zat pengotor (impurity) apapun yang masih tersisa di dalam bahan inti akan menyerap sebagian dari energi cahaya yang merambat di dalam serat optik. Kontaminan yang menimbulkan efek paling serius adalah ion-ion hidroksil (OH) dan zat-zat logam. Ion-ion hidroksil yang merupakan wujud lain dari air akan menyerap energi gelombang dengan panjang gelombang 1380 nm, sedangkan zat-zat logam akan menyerap energi gelombang dengan berbagai nilai panjang tertentu (Saleh, 1991).
b. Hamburan Rayleigh
Hamburan Rayleigh (Rayleigh scatter) adalah efek terpencarnya cahaya akibat terjadinya perubahan kecil yang bersifat lokal pada indeks bias bahan inti dan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
bahan mantel. Dikatakan bersifat lokal karena perubahan hanya terjadi di lokasi-lokasi tertentu saja di dalam bahan, dan ukuran daerah yang terkena pengaruh perubahan ini sangat kecil, yaitu kurang dari satu panjang gelombang cahaya.
Terdapat dua hal yang menyebabkan terjadinya fenomena ini, dan keduanya timbul di dalam proses manufaktur. Sebab pertama adalah terdapatnya ketidak merataan di dalam adonan bahan-bahan pembuat serat optik. Ketidakrataan dalam jumlah yang sangat kecil dan bersifat acak mustahil untuk sepenuhnya dihilangkan. Penyebab kedua adalah pergeseran-pergeseran kecil pada kerapatan bahan yang biasanya terjadi saat kaca silika mulai membeku menjadi padat (Saleh, 1991).
c. Pemantulan Fresnel
Ketika sinar cahaya menumbuk sebuah bintik perubahan indeks bias dan terpencar ke segala arah, komponen pencaran yang merambat dengan sudut datang mendekati garis normal (900) akan lewat begitu saja menembus bidang perbatasan. Akan tetapi tidak semua bagian dari cahaya yang datang dengan sudut mendekati garis normal akan menembus bidang perbatasan. Sebagian kecil dari cahaya itu akan terpantul balik di bidang perbatasan.
Efek ini dapat menjadi masalah bagi cahaya yang meninggalkan ujung
output serat optik. Di titik ini, terjadi perubahan seketika dari indeks bias inti ke
indeks bias yang ada di luar serat optik. Efek yang sama juga terjadi pada arah yang berlawanan. Sebagian kecil dari cahaya yang datang dan hendak memasuki serat optik terpantul balik oleh bidang perbatasan udara-inti (John Crisp, 2005).
d. Rugi-Rugi Pembengkokan
Bending yaitu pembengkokan fiber optik yang menyebabkan cahaya yang
merambat pada fiber optik berbelok dari arah transmisi dan hilang. Sebagai contoh, pada fiber optik yang mendapat tekanan cukup keras dapat menyebabkan ukuran diameter fiber optik menjadi berbeda dari diameter semula, sehingga mempengaruhi sifat transmisi cahaya di dalamnya (Farrel; 2002).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
Rugi-rugi akibat pelengkungan fiber optik dibedakan menjadi dua macam yaitu : 1) Macro bending/pembengkokan makro
Rugi-rugi Macrobending terjadi ketika sinar atau cahaya melalui serat optik yang dilengkungkan dengan jari-jari lebih lebar dibandingkan dengan diameter serat optik sehingga menyebabkan rugi-rugi seperti pada gambar berikut.
Gambar 2.14. Pembelokan sinar di dalam inti serat optik dengan variasi sudut sinar datang (Andre, 2006)
Gambar 2.10. memperlihatkan secara fisis mode gelombang yang merambat pada bengkokan serat optik. Berdasarkan prinsip pemantulan dan pembiasan cahaya, sudut sinar datang yang lebih kecil daripada sudut kritis ( f1 dan f2 < fcritis ), maka mode cahaya tidak dipantulkan secara sempurna melainkan lebih banyak dibiaskan keluar dari inti serat optik. Sedangkan untuk sinar yang membentuk sudut datang lebih besar dari sudut kritis ( f3 ≥ fcritis ), maka sebagian besar mode cahaya akan dipantulkan kembali masuk ke dalam selubung seperti halnya prinsip pemantulan total. Kondisi ini mengakibatkan perubahan moda. Jumlah radiasi optik dari lengkungan serat tergantung kekuatan medan dan kelengkungan jari-jari R (Andre,2006). f1 f2 f3 Cladding Core R
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
Gambar 2.15. Sketsa dasar kurva pandu gelombang optik (Keiser, 2000)
Pada gambar 2.15 menunjukkan serat optik yang dibengkokan dengan kelengkungan R, medan akan mengikuti sepanjang kelengkungan dalam inti serat
optik tersebut yang mengakibatkan terbentuk mode paling rendah. Pada jarak kritis xc
dari pusat kelengkungan serat optik, gelombang memiliki kecepatan gerak lebih tinggi yang merambat dalam bagian intinya (Keiser, 2000)
Untuk memperkecil perubahan mode perlu diperhatikan nilai-nilai mode efektif, yaitu nilai dimana cahaya akan tetap dipandu oleh kelengkungan kabel serat optik pada jari-jari a.
gg ∆ t (2.35)
adalah jumlah total mode lengkungan dalam serat lurus, α adalah profil graded indek, ∆ adalah perbedaan indeks bias, R adalah jarak pusat kelengkungan dan
ƴ
l adalah konstanta perambatan gelombang (Keiser, 2000).
Pembengkokan serat optik menimbulkan rugi-rugi perambatan gelombang karena kecepatan cahaya di dalam posisi pembengkokan tersebut mengalami peningkatan dan energi cahaya menyebar dari lintasan perambatannya. Koefisien
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user