kapasitas besar dengan keandalan yang tinggi.
Sistem komunikasi serat optik memiliki kekurangan yang dapat menghambat pengiriman informasi. Terhambatnya pengiriman informasi ini biasanya disebabkan oleh rugi-rugi daya (loss) pada serat optik. Salah satu sebab terjadinya rugi daya pada serat optik adalah adanya pengaruh panas terhadap kabel serat optik.Berdasarkan penelitian Tegar Bestariyan pada tahun 2011 memotivasi penulis untuk mengembangkan penelitian sejenis dengan menggunakan tipe serat optik yang berbeda dan perlakuan yang berbeda pula. Penulis melakukan pengamatan terhadap rugi-rugi daya pada kabel serat optik apabila di berikan perlakuan tertentu terutama perlakuan radiasi panas/kalor dengan memvariasi waktu. Berbeda dari penelitian sebelumnya yang hanya berdasar pada pengaruh suhu panas terhadap rugi daya serat optik jenis plastik tipe (FD 620-10) maka pada penelitian ini ditekankan pada tipe serat optik yang berbeda yakni serat optik jenis silika dengan tipe SMF 28 terhadap variasi lama waktu.
Perlakuan pada serat optik pada penelitian ini berbeda dengan penelitian sebelumnya, mengingat pada penelitian sebelumnya jenis serat optik plastik rentan rusak hanya pada suhu 800C-850C, maka pada penelitian ini menggunakan metode kontrol lama waktu dan pemberian suhu di atas 850C dengan peralatan yang lebih valid terhadap serat optik jenis silika. Di harapkan setelah di ketahui rentang suhu panas yang di berikan pada serat optik silika, dapat menunjukkan perbedaan
yang signifikan pada jenis serat optik yang sebelumnya. Pada penelitian ini penulis mengamati pengaruh pemberian panas/kalor terhadap serat optik jenis silika. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian terjadinya rugi daya akibat pemanasan pada kabel serat optik. Pengurangan daya yang terjadi akan mengakibatkan komunikasi pada serat optik akan terhambat.
KAJIAN PUSTAKA SERAT OPTIK
Serat optik adalah suatu pemandu gelombang cahaya (light wave guide) yang berupa kabel tembus pandang (transparan), yang mana penampang dari kabel tersebut terdiri dari 3 bagian, yaitu: bagian tengah yang disebut Core, bagian pelindung disebut Cladding dan bagian luar disebut
Coating
. Bahan serat optik dibuat dari bahan silica murni, baik sebagai core maupun clading. Dalam pengunaannya beberapa serat optik dijadikan satu dalam sebuah tempat yang dinamakan kabel serat optik dan digunakan untuk mengantarkan data digital yang berupa sinar dalam jarak yang sangat jauh. Di dalam serat inilah energi cahaya yang dibangkitkan oleh sumber cahaya disalurkan sehingga dapat diterima di ujung unit penerima (Catur E, 2002).Perambatan Sinar dalam kabel serat optik sebagai media transmisi pada suatu sistem komunikasi didasarkan pada hukum Snellius untuk perambatan cahaya pada media transparan seperti pada kaca yang terbuat dari kuartz kualitas tinggi dan dibentuk dari dua lapisan utama yaitu lapisan inti yang biasanya disebut core terletak pada lapisan yang paling dalam dengan
indeks bias n1 dan dilapisi oleh cladding dengan
indeks bias n2 yang lebih kecil dari n1.
Dewasa ini ada 3 jenis serat optik yang populer pemanfatannya pada sistem komunikasi serat optik yaitu:
1. Serat optik Multimode Step Index, serat optik ini pada dasarnya mempunyai diameter core yang besar (50 – 400 um) dibandingkan dengan diameter cladding (125 – 500 um).
2. Serat optik Multimode Graded Index, serat optik ini dibuat dengan menggunakan bahan multi component glass atau dapat juga dengan silica glass baik untuk core maupun claddingnya. 3. Serat optik Singlemode Index
Serat singlemode, terlihat pada gambar bahwa index bias akan berubah dengan segera pada batas antara core dan cladding (step index). Bahannya terbuat dari silica glass baik untuk cladding maupun corenya.
Gambar 1. Serat Optik Step Index Multimode, Graded Index Multimode, Singlemode.
THERMO-OPTIK
Efek Thermo-optik adalah modulasi yang berkenaan dengan panas indeks refraksi suatu material. Indeks-Refraksi suatu material dapat diatur sebagai fungsi koefisien thermo-opticnya (Gokul, 2006). Efek thermo-optic yang murni dari temperatur bergantung pada indeks bias secara penuh digunakan untuk mengontrol berkas cahaya dan gelombang optik disamping efek elektro-optik (Rubiyanto, 2003).
SENSOR DIRECTIONAL COUPLER
Serat optik dapat digunakan untuk penginderaan apapun seperti halnya untuk mengukur suhu, regangan, tekanan dan jumlah lain dengan memodifikasi serat optik sehingga kuantitas yang akan diukur memodulasi intensitas, fase, polarisasi, panjang gelombang atau waktu transit cahaya dalam serat (Dekker, 2002:3). Sensor bervariasi intensitas cahaya mulai yang paling sederhana, karena hanya sumber yang sederhana dan detektor diperlukan. Sensor serat optik ini dalam mekanisme penginderaannya terhadap gangguan luar maupun dalam menggunakan prinsip pandu gelombang pada serat optik.
Saat ini, sensor optik dapat diklasifikasikan tergantung pada bahan serat yang berbeda atau struktur serat, seperti sensor tradisonal, SMF, serat birefringence, yang lantanum doped fiber dan serat sub-panjang gelombang dan mikro serat optik (Yonghao Xu, 2007).
Salah satu keunikan sensor berbasis serat optik adalah kemampuan penginderaan yang terdistribusi, dalam artian bahwa beberapa titik daerah sensor dapat
diindera secara bersamaan oleh serat optik singlemode, kemampuan ini tidak hanya dapat mengurangi biaya, namun juga membuat sensor menjadi sangat baik (J. Thompson, 2000). Keuntungan dari sensor serat optik meliputi gangguan elektromagnetik, sensitivitas tinggi, ringan, ukuran kecil, lingkungan kekasaran, kapasitas multiplexing, distribusi (Dapeng Zhou, 2010:7).
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini bersifat eksperimental, jenis serat optik yang digunakan adalah jenis singlemode. Cahaya dari Optical Laser Source dengan pembangkitan panjang gelombang () = 1310 nm dilewatkan serat optik yang dipanaskan. Sinyal keluaran dari Optical Power Meter ditampilkan dalam bentuk nilai daya keluaran (Po).
Dalam mencari data langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Pengesetan Instrumen, pada pengesetan instrument
ini peneliti merangkai alat-alat seperti Optical Laser Source (Loss Test) sebagai inputnya dengan Optical Power Meter sebagai outputnya. Setelah kedua set tersebut terpasang barulah memasang directional coupler (yang digunakan serat optik jenis singlemode SMF-28) melewati konektor serat optik. Adapun termometer digital di letakkan mendekati pemanas dan serat optik.
2. Pengkalibrasian Instrumen, setelah semua alat-alat terpasang, langkah selanjutnya adalah mengkalibrasi instrumen dengan cara menghidupkan Set Optical Laser Source dan Optical Power Meter dengan pembangkitan panjang gelombang 1.310 nm. Setelah itu meletakkan serat optik SMF-28 pada pemanas sekaligus menempelkan termometer digital dalam pemanas setelah dihidupkan.
3. Pengambilan Data, dalam penelitian ini data yang akan dicari adalah nilai keluaran yang berbentuk daya keluaran (dBm) dari Set Optical Power Meter dan waktu (menit) yang di perlukan dalam kenaikan suhu (0C) pada pemanas yang dilewati serat optik SMF- 28. Nilai suhu dan waktu yang diambil adalah ketika perubahan daya keluaran terlihat signifikan. Waktu dan tempat pengambilan data penelitian ini dilakukan pada bulan Maret sampai bulan April 2013.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil dari penelitian ini diperoleh data daya keluaran (dBm), kenaikan suhu panas (oC) dan besar waktu (menit) yang dibutuhkan pada perubahan rugi daya. Data nilai keluaran daya keluaran/Po dari nilai masukan panjang gelombang 1.310 nm dan analisisnya disajikan dalam Gambar 2.
Gambar 2. Grafik Hubungan Antara Waktu (menit) , Suhu (0C), dan Daya Keluaran (dBm)
Setelah ditarik grafik maka data selanjutnya dihitung loss total dengan menggunakan rumus rugi daya(loss/atenuasi).
Oleh karena pada awal pengambilan data diketahui nilai daya masukan dan nilai daya keluaran muncul dalam satuan dBm, maka sebelum data dihitung loss totalnya, satuan daya harus dikonversi terlebih dahulu dalam satuan (Watt) menggunakan persamaan sebagai berikut,
Persamaan di atas digunakan untuk menghitung besarnya loss total (dB) akibat variasi suhu yang diberikan pada fiber optik. Hasilnya dapat ditarik grafik hubungan antara suhu, dan loss sebagai berikut.
Gambar 3. Grafik Hubungan antara Suhu (0C) dengan Loss(dB)
Langkah awal dari proses penganalisan data adalah menghitung ralat dari masing-masing data yang telah diperoleh. Ralat yang digunakan adalah kuadrat terkecil, dimana nilai ralatnya Ra = 0,045% dan Rb= 0,34%. Kemudian setelah nilai ralat diketahui, data nilai keluaran di konversi dari satuan dBm menjadi watt seperti perumusan diatas. Grafik pada Gambar 3, menunjukkan hubungan yang linier antara suhu dengan rugi daya total (loss total) yang dianalisis menggunakan formula atenuasi. Dalam grafik terlihat gradien/kemiringan garis menggambarkan nilai loss setiap 10C sebesar 0,003 dB/0C atau nilai koefisien loss sebesar 0,003 dB/0C. Hal ini menunjukkan semakin besar suhu maka semakin besar pula loss totalnya.
Pada hasil penelitian juga terlihat jelas pengaruh pemanasan serat optik singlemode jenis silika SMF-28 terhadap rugi dayanya. Dari sajian analisis grafik menggambarkan hubungan linier antara suhu dengan rugi daya total (loss total) yang dianalisis menggunakan formula atenuasi. Dalam grafik terlihat gradien/kemiringan garis menggambarkan nilai loss setiap 10C sebesar 0,003 dB/0C atau nilai koefisien loss sebesar 0,003 dB/0C. Hal ini menunjukkan semakin besar suhu maka semakin besar pula loss totalnya. Demikian terjadi karena suhu mempengaruhi perubahan bentuk partikel, dimana bentuk partikel dari silica semakin besar sehingga indek bias pada serat optik silika mengalami perubahan.
Adanya perubahan suhu yang semakin panas, mengakibatkan indek bias pada fiber optik semakin kecil. Dengan indeks bias semakin kecil pada core, maka perambatan sinar semakin besar yang keluar dari core, sehingga loss yang terjadi semakin tinggi. Perbedaan indeks bias yang semakin kecil membuat pemantulan inter total terjadi secara tidak sempurna. Hal ini disebabkan kalor yang diberikan pada suatu bahan akan berpengaruh pada daya hantar bahan itu sendiri, ketika bahan dipanasi akan mengalami proses pemuaian bahan, sehingga daya hantarnya juga akan berkurang (Widiprianto Bakti). Pengaruh pemanasan inilah yang menyebabkan penyusutan (rugi) daya yang dikirimkan, akibatnya sinyal masukan kurang maksimal. Pengurangan daya yang terjadi akan mengakibatkan komunikasi pada serat optik akan terhambat. Pemberian perlakuan panas kepada serat optik menyebabkan perubahan pada struktur serat optik. Ketika kabel serat optik diberi panas, kabel menyerap panas tersebut sehingga menyebabkan pemuaian. Pemuaian yang terjadi pada kabel menyebabkan kabel mengalami perubahan struktur dan indeks bias. Perubahan struktur diindeks bias pada serat optik menyebabkan transmisi sinyal tidak sempurna.
Adapun penyebab lain nilai loss berkurang adalah karena pada serat optik yang terbuat dari silika dengan suhu normal memiliki suatu susunan yang tidak teratur atau disebut juga ketakteraturan submikroskopik (misalnya rongga-rongga) yang secara permanen terbentuk didalam serat optik. Ketakteraturan ini terjadi pada proses fabrikasi serat optik yang dimana pada bentuk plastis ( antara cair dan padat) dilakukan tegangan atau tarikan agar didapatkan bentuk seperti kabel. Ketika berkas-berkas cahaya melewati serat optik dan mengenai ketakteraturan tersebut, maka cahaya yang melewati tersebut akan terdifraksikan. Proses difraksi mengakibatkan cahaya menyebar kesegala arah, beberapa cahaya terdifraksi terus merambat dan sebagian lagi lolos ke cladding (Hidayat, 2011).
Berdasarkan perbedaan nilai loss terhadap suhu, dapat dibuat suatu sensor temperatur dengan menghubungkan nilai loss dengan pengaruh suhu dingin terhadap serat optik. Apabila suatu nilai loss besar dari titik acuan, dalam hal ini titik acuan diambil pada suhu panas, maka telah terjadi kenaikan suhu pada lingkungan. Aplikasi sistem sensor ini sesuai apabila dipergunakan pada mesin pemanas masa mendatang.
PENUTUP
Kabel serat optik silika jenis singlemode tipe SMF-28 yang digunakan mengalami perubahan ketika diberi perlakuan pemanasan. Hal ini terlihat dari loss yang dihasilkan pada saat kabel serat optik mengalami kenaikan ketika diberi perlakuan panas, artinya pengaruh suhu panas terhadap nilai loss pada serat optik SMF-28. Semakin tinggi suhu, semakin besar pula nilai loss yang terukur. Untuk peneliti selanjutnya disarankan agar lebih mengutamakan pemberian perlakuan pemanasan bisa ditingkatkan (menggunakan suhu lebih tinggi).
DAFTAR RUJUKAN
Bestariyan, Tegar. 2011. Rancang Bangun Sensor Suhu Menggunakan Serat Optik Berstruktur Singlemode-Multimode-Singlemode
menggunakan Optical Time Domain Reflectometer. Jurnal Rekayasa Fotonika. (Online) http://digilib.its.ac.id/ITS- Undergraduate-3100011044244/16099 . Diakses tanggal 30 Desember 2011.
Zhou, Dapeng. 2010. Optical Fiber Sensors forTemperature and Strain Measurement. A thesis requirement for the degree of Doctor of Philosophy in Physics, (Online). http://uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/10012 /5655/1/ Zhou_Dapeng.pdf. Diakses tanggal 12 Mei 2012
Thompson, Brian. 2002 . Fiber Optic Sensors. Pennsylvania : The Pennsylvania State Universit University Press: Pennsylvania. Binarti, Candra. 2011. Aplikasi Multimode Fiber
Coupler Sebagai Sistem Sensor Suhu Dengan Menggunakan Probe Baja. Jurnal Sains danTeknologi (Online)
http://simalum.unair.ac.id/detail.
php?param=NDIwMzg7MDg=. Diakses
tanggal 12 Januari 2012.
Gosciniak, Jacek. 2009. Thermo-Optic Control Of Dielectric-Loaded Plasmonic Waveguide Components. Journal of Physics, Vol 18, No.2, 31 Desember 2009 Hal 5-11.
Wilson, Jhon. 2004 . Sensor Technology Handbook. 2nd Edition. Newnes is an imprint of Elsevier : USA
Kasap, S., O. 2001. Optoelectronics and Photonic. New Jersey : Prentice-Hall.
Gokul.14 Juni 2006.Summary of Citing Internet Sites. Physics Forum Discussion List, (Online), (http://www.physicsforums.com/showthread. php?t=123784), diakses 14 Mei 2012 Kuswanto, Heru. 2009 . Bahan, Karakter, dan Fabrikasi
Fiber Optik: Pengantar. Yogyakarta, e-book (online) http://staff.uny.ac.id, diaakses 26 Maret 2012.
Catur, E.W., Kusworo, Adi.2002.Perancangan dan Realisasi Transceiver-Receiver Dengan Medium Serat Optik Untuk Transmisi Data. BerakalaFisika. Vol. 5, No. 1, Januari 2002 Hal 1-4.
Fauzi, Nurman. Tanpa tahun. Rugi-rugi pada Serat Optik.(Online) Error! Hyperlink reference not valid.. Diakses tanggal 02 November 2011.
Hamid Abdulah, Budianto Anwar, Karyono. 1999.Serat Optik Sebagai Tranduser Arus Listrik. Jurnal Fisika Indonesia,(No 9, Voll.III.Edisi Maret 1999) Hal 23-35.