Analisis Pergeseran ¼ λ Distributed Feedback Laser Dioda (DFB LD) pada Serat Optik

(1)

ANALISIS PERGESERAN ¼ λ DISTRIBUTED FEEDBACK LASER DIODA (DFB LD) PADA SERAT OPTIK

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan

pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

OLEH :

REVI YANA SIBAGARIANG

NIM. 120422033

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITES SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

(3)

ABSTRAK

Dalam teknologi yang semakin meningkat khususnya pada bidang

telekomunikasi yaitu dengan menggunakan teknologi serat optik. Teknologi serat

optik merupakan media trasmisi yang menyediakan bandwidth besar pengiriman data

dengan rugi-rugi yang semakin kecil.

Pada Tugas Akhir menjelaskan analisa pergeseran /4 yang arah rambat

gelombang cahaya laser Distributed Feedback (DFB) yang menunjukkan nilai

panjang gelombang semakin menjauh dari nilai panjang gelombang 1550 nm,

diakibatkan oleh perubahan mode order yang sesuai dengan arah rambatnya dan

berpengaruh terhadap redamannya.

Dari penggunaan rumus panjang gelombang yang dihasilkan pada sumber

cahaya serat optik diketahui nilai pada pergeseran /4, panjang gelombang yang

dihasilkan 1550,04 – 1549,96 dengan redaman yang diperoleh dari grafik sekitar 0,2

dB/km ini menyatakan bahwa pergeseran /4lebih bagus dalam pengiriman data pada

serat optik akibat redaman yang kecil.

(4)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang

telah melimpahkan Kasih dan AnugrahNya, sehingga Tugas Akhir yang berjudul

“Analisis pergeseran ¼ Distributed Feedback Laser Dioda (DFB LD) pada serat optik dapat diselesaikan.

Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam

menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Sarjana (S-1) Teknik Elektro di

Universitas Sumatera Utara (USU). Di dalam Tugas Akhir ini berisi tentang

bagaimana hubungan panjang gelombang dengan redaman pada serat optik. Selain

itu, buku ini juga memuat teori, dan data-data yang diperoleh dari hasil analisis.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari

kesempurnaan. Hal ini karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman yang

dimiliki penulis. Dengan segala kerendahan hati, penulis sangat mengharapkan kritik

dan saran yang membangun sehingga pada nantinya dapat memperbaiki Tugas Akhir

ini dan mengembangkannya di kemudian hari. Semoga karya ini dapat memberikan

manfaat bagi pembaca.

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang tulus kepada

semua pihak yang telah membantu pengerjaan Tugas Akhir ini, yaitu

1. Kepada orangtuaku ayahanda R.Sibagariang dan ibunda N.Aritonang yang

sangat saya cintai dan hormati yang tak henti-hentinya memberikan dukungan,

doa, nasehat, dan motivasi hingga sampai detik ini penulis tetap kuat dan

bersemangat dalam menyelesaikan studi dan juga kakak,bang dan adek-adek yang

memberi ku semangat.

2. Bapak zulfin,ST,MT selaku Pembimbing yang telah memberikan bimbingan,

masukan, saran, kritikan, motivasi, keluangan waktu, kesabaran, dan bantuan

selama penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Kepada Bapak Penguji yang memberikan saran dan kritikan yang membangun

(5)

4. Seluruh Dosen Pengajar di Departemen Teknik Elektro yang telah memberikan

ilmunya yang berguna selam penulis menempuh perkuliahan di Universitas

Sumatera Utara (USU) tercinta. Semoga ilmu dapat digunakan untuk hal-hal yang

bermanfaat.

5. Seluruh bagian Administrasi Departemen Elektro yang memberikan

kemudahn untuk memperlancar perkuliahan dan pengursan Tugas Akhir ini.

6. Semua teman-teman kuliah di Ekstensi Teknik Elektro 2012 baik konsentrasi

Telekomunikasi maupun Energi.

7. Semua teman-teman seperjuangan dan terkhusus kawan (Doris lumban batu,

Ricca simbolon, evina sitanggang, anisa sembiring dan semua teman-teman) atas

motivasi dalam membantu yang selalu menyemangati, masukan, dan dukungan

yang telah diberikan.

Medan , juli 2015 Penulis

(6)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK ………. i

KATA PENGANTAR ……...……….. ii

DAFTAR ISI ………. iv

DAFTAR GAMBAR …….……… vii

DAFTAR TABEL ………. ix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………..………. 1

1.2 Perumusan Masalah ………..……. 2

1.3 Tujuan Penelitian ………..………. 2

1.4 Batasan Masalah …...………..…...….. 2

1.5 Metodologi Penulisan ……….…...………..……….... 2

1.6 Sistematika Penulisan …...………..…………. 3

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian dan sejarah serat optik ……….. 4

2.2 Stuktur Serat Optik ……….. 10

2.3 Tipe Jenis Serat Optik ……….. 12

2.3.1 Serat Optik Singlemode ……….. 13

2.3.2 Serat Optik Multimode ……….. 14

2.3.3 Serat Optik MultiMode Step Index ……….. 15

2.3.4 Serat Optik Multimode Graded Index……….. 16

2.3.5 Serat Optik Singlemode Step Index ……….. 17

2.4 Sumber cahaya pada serat optik ……….. 18

2.4.1 LED (Ligth Emitting Diode) ……….. 19

(7)

2.5 Prinsip Kerja Laser ……….. 25

2.6 Jenis Laser ……….. 25

2.6.1 Distributed Bragg Reflector ……….. 26

2.6.2 Distributed feedback ……….. 27

2.6.2.1 Indek bias serat optik ………. 30

2.6.2.2 Panjang kisi efektif ……….. 32

2.6.2.3 Panjang gelombang bragg ……….. 32

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum ……… 34

3.2 Struktur Laser DFB ……….. 34

3.3 Mode Order(M) serat optik ……….. 36

3.4 Parameter Serat Optik ……….. 37

3.4.1 Redaman ………. 38

BAB IV ANALISA DATA 4.1 Pergeseran ¼ Distributed Feedback (DFB) ……….. 37

4.2 Data Perhitungan panjang gelombang ……….. 37

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ………... 47

5.2 Saran ………... 47

DAFTAR PUSTAKA ……….. x

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Blok Diagram Sistem Komunikasi Serat Optik ………. 9

Gambar 2.2 Stuktur Serat optik ... 10

Gambar 2.3 Perambatan Gelombang pada Single-Mode Fiber ………. 13

Gambar 2.4 Perambatan Gelombang pada Multi-Mode Fiber ………. 14

Gambar 2.5 Serat Optik Multi mode Step Index ……….. 15

Gambar 2.6 Transisi langsung dan Transisi tidak langsung ……….. 20

Gambar 2.7 Mekanisme energi Laser ……….. 21

Gambar 2.8 Skema rongga Laser ……….. 23

Gambar 2.9 Struktur Laser DFB dan Spektrum ……….. 27

Gambar 2.10 laser DFB frekuensi selektif ……….. 29

Gambar 2.11 Indeks bias ………..…….. 30

Gambar 2.12 Pemantulan Dinding Serat Optik ………... 31

Gambar 2.13 gelombang Bragg ………...….. 32

Gambar 3.1 Struktur lapisan Distributed feedback(DFB) ……….. 35

Gambar 3.2 Lapisan Aktif InGaAsp ……….. 35

Gambar 3.3 Mode order gelombang ……….. 35

Gambar 3.4 Mode order (M) pada arah melintang dan membujur ……… 36

Gambar 3.5 Pergeseran λ/4 pada laser DFB ……….. 37

Gambar 3.6 Hubungan Redaman dan Panjang Gelombang ………. 38

(9)

Gambar 4.2 Hubungan panjang gelombang Dengan Pergeseran ……… 41

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil Panjang Gelombang ( ) ……… 41

(11)

ABSTRAK

Dalam teknologi yang semakin meningkat khususnya pada bidang

telekomunikasi yaitu dengan menggunakan teknologi serat optik. Teknologi serat

optik merupakan media trasmisi yang menyediakan bandwidth besar pengiriman data

dengan rugi-rugi yang semakin kecil.

Pada Tugas Akhir menjelaskan analisa pergeseran /4 yang arah rambat

gelombang cahaya laser Distributed Feedback (DFB) yang menunjukkan nilai

panjang gelombang semakin menjauh dari nilai panjang gelombang 1550 nm,

diakibatkan oleh perubahan mode order yang sesuai dengan arah rambatnya dan

berpengaruh terhadap redamannya.

Dari penggunaan rumus panjang gelombang yang dihasilkan pada sumber

cahaya serat optik diketahui nilai pada pergeseran /4, panjang gelombang yang

dihasilkan 1550,04 – 1549,96 dengan redaman yang diperoleh dari grafik sekitar 0,2

dB/km ini menyatakan bahwa pergeseran /4lebih bagus dalam pengiriman data pada

serat optik akibat redaman yang kecil.

(12)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Semakin majunya perkembangan teknologi di bidang telekomunikasi

khususnya pada transmisi kabel yang membutuhkan kabel-kabel yang lebih kecil

yaitu teknologi fiber optik. Teknologi fiber optik merupakan media transmisi yang

menyediakan bandwidth besar yang tidak dipengaruhi interferensi gelombang

elektromagnetik dan rugi-rugi minimal dalam pengiriman data. Serat optik

mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Sumber serat optik

ada dua yaitu LED digunakan untuk transmisi cahaya jarak dekat sedangkan laser

digunakan untuk transmisi cahaya jarak jauh, laser juga dibagi dua yaitu DFB

(distributed feedback) dan DBR (distributed-Bragg reflektor). Pada pembahasan tugas

akhir ini tentang transmisi sumber cahaya pada serat optik khusunya pada laser DFB.

Laser DFB menunjukkan bahwa rongga yang paling rendah dan memilih panjang

gelombang paling besar pada saat terjadinya pemantulan Bragg, karena pemantulan

Bragg terjadi secara efektif di sepanjang gelombang Bragg. Di dalam laser DBR

dirancang panjang gelombang untuk menghasilkan tujuan yang lebih bagus. Pada sisi

lain, laser DFB tanpa terpisahkan mempunyai two-mode yang dimiliki. Pergeseran

fasa yang sesuai dengan seperempat panjang gelombang (1/4 )pada two-mode yang digunakan pada single mode disepanjang gelombang Bragg yang dipengaruhi mode

order pada serat optik [1].

Struktur yang terbaik untuk yang stabil pada laser frekuensi tunggal adalah

seperempat gelombang yang digeser laser DFB. Dalam struktur, pergeseran fasa

disatukan di pusat laser dengan dua lapisan anti-reflection (AR) [1]. Fasa adalah ½ π

merupakan sudut yang paling rendah dari gain yang diperoleh dari main mode

panjang gelombang Bragg, dan keuntungan perbedaan antara gain di central mode

dan sisi paling dekat mode mempunyai nilai yang paling besar Karena gain besar

(13)

lebih bagus dari pada desain laser konvensional DFB dalam kaitannya pada single

mode stabil pada multi Gbit/s kecepatan modulasi.

Maka pada Tugas Akhir ini penulis membahas tentang analisis pergeseran ¼ panjang gelombang Distributed Feedback Laser dioda (DBF LD) Pada serat optik.

1.2 Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah bagaimana pengaruh

pergeseran ¼ panjang gelombang dengan menggunakan mode order pada serat optik

dan pergeseran ¼ panjang gelombang pada redaman.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan pada Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisis pengaruh dampak

pergeseran ¼ panjang gelombang pada redaman serat optik.

1.4 Batasan Masalah

Untuk membatasi materi pada tugas akhir ini, perlu membuat batasan masalah

yang akan dibahas. Hal ini diperbuat agar pembahasan dari tugas akhir ini lebih

terfokus dan mencapai hasil yang diharapkan.

a. Hanya membahas tentang perubahan mode order untuk menghasilkan panjang

gelombang dan hubungan panjang gelombang dengan redaman pada dioda laser

DFB pada serat optik.

b. Tidak membahas prinsip kerja serat optik secara menyeluruhan.

1.5 Metodologi Penulisan

Terdapat beberapa Metode yang digunakan dalam penelitian tugas akhir

yang dilakukan penulis adalah sebagai berikut :

(14)

Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan lain

yang terkait serta dari layanan internet berupa jurnal-jurnal penelitian.

2. Studi Analisa

Pada bagian ini hasil data yang diperoleh dari rumus-rumus yang berlaku dan

mengetahui apakah rumus tersebut dapat mengahasilkan nilai tersebut.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran secara ringkas, maka sistematika penulisan

disusun sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang

masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah,

metodologi penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Bab ini membahas tentang tinjauan pustaka terkait dengan judul Tugas

Akhir yang diangkat.

BAB III : METODOLOGI

Bab ini membahas tentang metode-metode yang digunakan untuk

menghasilkan panjang gelombangnya.

BAB IV : ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas tentang analisis data yang diperoleh dari hasil

perhitungan yang telah dilakukan.

BAB V : PENUTUP

(15)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pengertian dan Serajah Serat optik

Serat optik adalah saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik

yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat

lain. Cahaya yang ada di dalam serat optik sulit keluar karena indeks bias dari kaca

lebih besar daripada indeks bias dari udara. Sumber cahaya yang digunakan adalah

laser karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Kecepatan transmisi

serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran

komunikasi. Serat optik umumnya digunakan dalam sistem telekomunikasi serta

dalam pencahayaan, sensor, dan optik pencitraan. Efisiensi dari serat optik

ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas. Semakin murni bahan gelas,

semakin sedikit cahaya yang diserap oleh serat optik.

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 foto-kondukting selselenium, yang merubahnya menjadi arus listrik, sebuah

penerima telepon melengkapi sistem. Photo-phone 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.

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

(16)

(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 olehsebuah serat optik dan

oleh aliran air adalah peristiwa dari fenomena yang sama yaitu total internal

reflection.

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 [2].

Berikut adalah beberapa tahap sejarah perkembangan teknologi serat optik

[2]:

1. Generasi pertama (mulai tahun 1970)

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 0,87µm.

c) Serat Silika : 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)

g) Repeater bekerja dengan merubah gelombang cahaya menjadi sinyal

listrik kemudian diperkuat secara elektronik dan diubah kembali menjadi

gelombang cahaya.

h) Pada tahun 1978 dapat mencapai kapasitas transmisi 10 Gb.km/s.

2. Generasi ke-dua (mulai tahun 1981)

(17)

b) Indeks bias kulit dibuat sedekat-dekatnya dengan indeks bias inti.

c) Menggunakan dioda laser, panjang gelombang yang dipancarkan 1,3µm.

d) Kapasitas transmisi menjadi 100 Gb.km/s.

3. Generasi ke-tiga (mulai tahun 1982)

a) Penyempurnaan pembuatan serat silika.

b) Pembuatan chip diode laser berpanjang gelombang 1,55 µm.

c) Kemurniaan bahan silika ditingkatkan sehingga transparansinya dapat

dibuat untuk panjang gelombang sekitar 1,2 µm sampai 1,6 µm

d) Kapasitas transmisi menjadi ratusan Gb.km/s.

4. Generasi ke-empat (mulai tahun 1984)

a) Dimulainya riset dan pengembangan sistem koheren, modulasinya bukan

modulasi intensitas melainkan modulasi frekuensi, sehingga sinyal yang

sudah lemah intensitasnya masih dapat dideteksi, maka jarak yang dapat

ditempuh dan kapasitas transmisinya ikut membesar.

b) Pada tahun 1984 kapasitasnya sudah dapat menyamai kapasitas sistem deteksi

langsung (modulasi intensitas).

c) Terhambat perkembangannya karena teknologi piranti sumber dan deteksi

modulasi frekuensi masih jauh tertinggal

5. Generasi ke-lima (mulai tahun 1989)

a) Dikembangkan suatu penguat optik yang menggantikan fungsi repeater

pada generasi-generasi sebelumnya.

b) Pada awal pengembangannya kapasitas transmisi hanya dicapai 400

Gb.km/s tetapi setahun kemudian kapasitas transmisinya sudah menembus

50.000 Gb.km/s

6. Generasi ke-enam

a) Pada tahun 1988 Linn F. Mollenauer mempelopori sistem komunikasi

optik soliton. Soliton adalah pulsa gelombang yang terdiri dari banyak

komponen panjang gelombang yang berbeda hanya sedikit dan juga

(18)

b) Panjang soliton hanya 10-12 detik dan dapat dibagi menjadi beberapa

komponen yang saling berdekatan, sehingga sinyal-sinyal yang

berupasoliton merupakan informasi yang terdiri dari beberapa saluran

sekaligus (wavelength division multiplexing).

c) Eksprimen menunjukkan bahwa soliton minimal dapat membawa 5 saluran

yang masing-masing membawa informasi dengan laju 5 Gb/s. Kapasitas

transmisi yang telah diuji mencapai 35.000 Gb km/s.

d) Cara kerja sistem soliton ini adalah efek Kerr, yaitu sinar-sinar yang

panjang gelombangnya sama akan merambat dengan laju yang berbeda di

dalam suatu bahan jika intensitasnya melebihi suatu harga batas. Efek ini

kemudian digunakan untuk menetralisir efek dispersi, sehingga soliton tidak

melebar pada waktu sampai di penerima (receiver). Hal ini sangat

menguntungkan karena tingkat kesalahan yang ditimbulkannya amat kecil

bahkan dapat diabaikan [2][3].

Sistem Komunikasi Serat Optik Serat optik memiliki keunggulan yang

signifikan dibandingkan media transmisi kawat konvensional.

Keunggulan tersebut antara lain adalah [2]:

1. Rugi transmisi rendah

2. Bandwidth lebar

3. Ukuran kecil dan ringan

4. Tahan gangguan elektromagnetik dan elektrik

Sedangkan kerugian menggunakan serat optik sebagai media transmisi yaitu:

1. Konstruksi fiber optik lemah sehingga dalam pemakaiannya diperlukan lapisan

penguat sebagai proteksi

2. Karakteristik transmisi dapat berubah bila terjadi tekanan dari luar yang

berlebihan.

3. Tidak dapat dialiri arus listrik, sehingga tidak dapat memberikan catuan pada

pemasangan repeater.

Untuk itu biasanya serat optik digunakan untuk media transmisi sinyal digital.

(19)

pilihan antara step index atau graded index. Pemilihan ini tergantung jenis sumber

cahaya yang digunakan dan besarnya dispersi maksimum yang diijinkan.Untuk

sumber cahaya LED (Light Emitting Diode), biasanya digunakan serat multi-mode,

meskipun LED jenis edge emitting bisa digunakan dengan serat single-mode dengan

laju sampai 560 Mbps sepanjang beberapa kilometer.Untuk Laser dioda, bisa

digunakan single-mode atau multimode.Serat single-mode mampu menyediakan

produk laju data-jarak yang sangat bagus (mampu mencapai 30 Gbps.km).

Teknologi serat optik adalah suatu teknologi komunikasi yang menggunakan

media cahaya sebagai penyalur informasi.Pada teknologi ini terjadi perubahan

informasi yang biasanya berbentuk sinyal elektris menjadi sinyal optik (cahaya), yang

kemudian disalurkan melalui kabel serat optik dan diterima pada sisi penerima untuk

diubah kembali menjadi sinyal elektris.

Sistem Komunikasi serat optik secara umum dapat dilihat seperti Gambar 2.1

yaitu terdiri dari pemancar sebagai sumber pengirim informasi, detektor penerima

informasi, dan media transmisi sebagai sarana untuk melewatkannya. Pengirim

bertugas untuk mengolah informasi yang akan disampaikan agar dapat dilewatkan

melalui suatu media sehingga informasi tersebut dapat sampai dan diterima dengan

baik dan benar ditujuan/penerima. Perangkat yang ada di penerima bertugas untuk

menterjemahkan informasi kiriman tersebut sehingga maksud dari informasi dapat

dimengerti. Pada sistem komunikasi serat optik, sinyal informasi diubah ke signal

listrik lalu diubah lagi ke optik/cahaya. Sinyal ini kemudian di lewatkan melalui serat

optik yang setelah sampai di penerima nanti, cahaya tersebut diubah kembali ke

(20)

Gambar 2.1 Blok diagram sistem komunikasi Serat Optik

Konsep dasar serat optik sangat penting di pelajari dan dapat

dimanfaatkan terutama dalam komunikasi. Dalam komunikasi serat optik konsep

dasar yang digunakan dengan transmisi cahaya, Dimana pengubahan antara sinyal

elektrik menjadi sinyal cahaya dalam menyalurkan informasi disepanjang serat optik.

Maka konsepnya berupa cahaya, optik, serat, dan aplikasi lain serat.

Prinsip kerja dari serat optik ini adalah sinyal awal/source yang berbentuk

sinyal listrik ini pada transmitter diubah oleh transducer elektro optik (Dioda/Laser

Dioda) menjadi gelombang cahaya yang kemudian ditransmisikan melalui kabel serat

optik menuju penerima/receiver yang terletak pada ujung lainnya dari serat optik,

pada penerima/receiver sinyal optik ini diubah oleh transducer Optoelektronik (Photo

Dioda/Avalanche Photo Dioda) menjadi sinyal elektris kembali. Dalam perjalanan

sinyal optik dari transmitter menuju receiver akan terjadi redaman cahaya di

sepanjang kabel optik, sambungan-sambungan kabel dan konektor-konektor di

perangkatnya, oleh karena itu jika jarak transmisinya jauh maka diperlukan sebuah

atau beberapa repeater yang berfungsi untuk memperkuat gelombang cahaya yang

telah mengalami redaman sepanjang perjalanannya.

2.2 Struktur Dasar Serat Optik

Sebuah serat optik terdiri atas core (inti), cladding (kulit), coating

(21)

2.2 Elemen dasar sebuah kabel serat optik adalah cladding dan core. Cahaya yang

disalurkan merambat pada core, dimana pola rambatannya mengikuti pola cahaya

masuk lalu cahaya dipantulkan oleh cladding sepanjang saluran [3].

Gambar 2.2 Stuktur serat optik

Spesifikasi dari setiap bagian pada Gambar 2.2 antara lain adalah sebagai

berikut:

a. Core (inti Kabel) berfungsi untuk menyalurkan cahaya dari satu ujung ke ujung

lainnya. Core yaitu elemen pertama dari fiber optik yang merupakan konduktor

sebenarnya yaitu sebuah batang silinder terbuat dari bahan dielektrik (bahan silika

(SiO2), biasanya diberi doping dengan germanium oksida (GeO2) atau fosfor

penta oksida (P2O5) untuk menaikan indeks biasnya) yang tidak menghantarkan

listrik. Inti memiliki diameter antara 3 – 200 µm. Ketebalan dari core merupakan

hal yang penting, karena menentukan karakteristik dari kabel. Core (inti) dari

serat optik terbuat dari material kristal kaca kelas tinggi dan indeks bias core

besarnya sekitar 1,5.

b. Cladding berfungsi sebagai cermin yaitu memantulkan cahaya agar dapat

merambat ke ujung lainnya. Cladding yaitu lapisan selimut/selubung yang

dilapiskan pada core yang memiliki diameter antara 125 – 250 µm. Cladding juga

terbuat dari gelas tetapi indeks bias nya lebih kecil dari indeks bias core.

Hubungan antara kedua indeks dibuat kritis karena untuk memungkinkan

terjadinya pemantulan total dari berkas cahaya yang merambat berada dibawah

sudut kritis sewaktu dilewatkan sepanjang serat optik.

c. Coating berfungsi sebagai pelindung mekanis yang melindungi serat optik dari

(22)

pelindung lapisan inti dan selimut yang terbuat dari bahan plastik elastis (PVC)

yang berfungsi untuk melindungi serat optik dari tekanan luar.

d. Streng thening serat berfungsi sebagai serat yang menguatkan bagian dalam kabel

sehingga tidak mudah putus dan terbuat dari bahan serat kain sejenis benang yang

sangat banyak dan memiliki ketahanan yang sangat baik.

e. Jacket kabel berfungsi sebagai pelindung keseluruhan bagian dalam kabel serat

optik serta didalamnya terdapat tanda pengenal dan terbuat dari bahan PVC.

Cahaya merambat sepanjang inti serat tanpa lapisan material kulit, namun

kulit memiliki beberapa fungsi [3] :

1. Mengurangi loss hamburan pada permukaan inti.

2. Melindungi serat dari kontaminasi penyerapan permukaan.

3. Mengurangi cahaya yang loss dari inti ke udara sekitar

4. Menambah kekuatan mekanis.

2.3 Tipe Jenis Serat Optik

Pada prinsipnya, transmisi cahaya dalam fiber sama dengan pada pandu

gelombang dielektrik planar, kecuali bentuk geometrinya. Dalam kedua jenis pandu

gelombang cahaya merambat dalam bentuk modus-modus. Masing-masing modus

menjalar sepanjang sumbu pandu gelombang dengan suatu konstanta perambatan dan

kecepatan group dengan mempertahankan distribusi ruang transversalnya dan

polarisasinya. Bila diameter core-nya kecil maka hanya satu modus yang

diperbolehkan dan fiber disebut dengan single-mode fiber.

Salah satu masalah yang berkaitan dengan perambatan cahaya dalam fiber

multi mode adalah ditimbulkan dari perbedaan kecepatan group dari masing-masing

modus akibatnya pulsa akan melebar sepanjang fiber. Efek ini dikenal sebagai modal

dispersion (dispersi modus), yaitu batas kecepatan dimana pulsa-pulsa dapat dikirim

tanpa saling tumpang tindih (over lapping). Modal dispersion dapat dikurangi dengan

gradien indeks bias dari core, yang mempunyai nilai maksimum pada pusatnya dan

(23)

fiber, dimana pada fiber konvensional indeks bias core dan cladding adalah konstan

(step-index fiber).

Jenis – jenis Serat Optik menurut perambatannya ada 2 bagian yaitu [4]:

2.3.1 Serat Optik Singlemode

Serat optik merupakan saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau

plastik yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke

tempat lain.

Single mode fiber mempunyai inti sangat kecil (yang memiliki diameter

sekitar 9x10-6 meter atau 9 mikro meter), perambatan gelombang pada sistem

single-mode fibers ini akan terlihat pada Gambar 2.3 cahaya yang merambat secara paralel

di tengah membuat terjadinya sedikit dispersi pulsa. Single-mode 29 fibers

mentransmisikan cahaya laser infra merah (panjang gelombang 1300 - 1550 nm).

Jenis serat ini digunakan untuk mentransmisikan satu sinyal dalam setiap serat. Serat

ini sering dipakai dalam pesawat telepon dan TV kabel [4].

Gambar 2.3 Perambatan gelombang pada single-mode fiber

Pada serat optik single mode terdapat empat macam tipe yang sering

digunakan berdasarkan ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication Standardization Sector) yang dahulu dikenal dengan CCITT

yaitu[3]:

1. G.652 - Standar Single Mode Fiber

2. G.653 –Dispersion-Shifted Single Mode Fiber

3. G.653 –Characteristics of Cut-Off Shifted Mode Fiber Cable

(24)

Untuk mendukung sistem yang mentransmisikan informasi dengan kapasitas

tinggi, pemilihan serat optik yang tepat sebagai media transmisi juga diperhatikan.

Ada dua tipe serat optik yang digunakan pada sistem DWDM, yaitu[2]:

1. Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF)

Serat optik Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF) merupakan rekomendasi

ITU-T seri G.652. NDSF memiliki nilai koefisien dispersi kromatik mendekati nol di

daerah panjang gelombang 1310 nm .

2. Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF)

Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF) merupakan jenis fiber yang

sesuai dengan rekomendasi ITU-T seri G.655 dengan range panjang gelombang 1255

– 1650 nm. NZDSF memiliki nilai dispersi tidak nol namun juga tidak lebar di daerah panjang gelombang 1550 nm dibandingkan dengan nilai koefisien dispersi kromatik

pada serat optik Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF).

2.3.2 Serat Optik Multimode

Multi-mode fiber mempunyai ukuran inti lebih besar ( berdiameter sekitar

6,35 x 10-5 meter atau 63,5 mikro meter) dan mentransmisikan cahaya inframerah

(panjang gelombang 850 – 1300 nm) dari lampu light-emitting diode (LED) dan

perambatan gelombang yang terjadi pada sistem multi-mode fiber ini akan terlihat

seperti pada Gambar 2.4 Serat ini digunakan untuk mentransmisikan banyak sinyal

dalam setiap serat dan sering digunakan pada jaringan komputer dan Local Area

Networks (LAN) [4].

Gambar 2.4 Perambatan gelombang pada multi-mode fiber

(25)

2.3.3 Serat Optik Multimode Step Index

Suatu step-index fiber dispesifikasi oleh indeks bias core n1 dan cladding n2

yang diameternya a dan b. Perbedaan nilai indeks bias core dan cladding sangat kecil

sehingga fraksi perubahan indeks bias sangat kecil [4]:

∆ = << 1 (2.1)

Dimana : n1 = nclad n2 = ncore

Kebanyakan fiber yang digunakan dalam sistem komunikasi optik terbuat dari

bahan gelas silika (SiO2) dengan kemurnian kimiawi yang tinggi. Perubahan kecil

dari indeks bias dapat dibuat dengan penambahan konsentrasi material doping yang

rendah (seperti titanium, germanium atau boron). Indeks bias n1 berada dalam rentang

1,44 sampai 1,46 bergantung pada panjang gelombang. Tipikal nilai dari Δ adalah

antara 0,001 dan 0,02. Suatu berkas cahaya datang dari udara kedalam fiber menjadi

suatu berkas yang terpandu, jika datang dengan sudut θ terhadap sumbu fiber lebih

kecil [4].

θ c = cos-1 (n1 / n2) (2.2)

Keadaan bagaimana cahaya dipandu dapat dilihat untuk berkas-berkas

meridional (berkas-berkas di dalam bidang yang memotong sumbu serat optik)

seperti pada Gambar 2.5 berkas-berkas ini memotong sumbu serat optik dan

memantul dalam bidang yang sama tanpa adanya perubahan sudut datang (seperti

dalam kasus pandu gelombang planar). Serat optik multi mode step index dimana

indeks bias core konstan, Ukuran core antara 50 – 125 mm dan dilapisi cladding yang

tipis. Penyambungan kabel lebih mudah karena memiliki core yang besar, Banyak

terjadi disperse, Lebar pita frekuensi terbatas/sempit, hanya digunakan untuk jarak

(26)

Gambar 2.5 Serat optik multi modesStep index

2.3.4 Serat Optik Multimode Graded Index

Graded-index fiber adalah suatu metode yang sederhana untuk mengurangi

efek pelebaran pulsa yang disebabkan oleh perbedaan kecepatan group dari

modus-modus dalam multi mode fiber, mempunyai indeks bias yang bervariasi, yaitu nilai

tertinggi pada pusat dan berkurang secara gradual dan mempunyai nilai terendah

pada cladding, sebagai berikut [4] :

1. Core 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.

2. Ukuran diameter core antara 30 – 60 mm.

3. Cahaya merambat karena difraksi yang terjadi pada core sehingga rambatan

cahaya sejajar dengan sumbu serat.

4. Dispersi lebih kecil dibanding dengan Multimode Step Index.

5. Digunakan untuk jarak menengah dan lebar pita frekuensi besar.

6. Harga relatif mahal dari SI, karena faktor pembuatannya lebih sulit.

2.3.5 Serat Optik Singlemode Step Index

Serat optik ini memiliki karakteristik dimana Serat optik single mode

memiliki diameter core antara 2 – 10 mm dan sangat kecil dibandingkan dengan

ukuran claddingnya, Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar

(27)

frekuensi yang sangat lebar, digunakan untuk jarak jauh dan mampu menyalurkan

data dengan kecepatan bit rate yang tinggi.

2.4 Sumber Cahaya pada Serat Optik

Banyak tipe dari sumber cahaya yang digunakan sistem serat optik, dalam

bentuk LED dan laser [5]. Pemancar optik dasar mengubah sinyal listrik menjadi

cahaya termodulasi untuk pengiriman melalui serat optik. Perangkat yang paling

umum digunakan sebagai sumber cahaya di pemancar optik dioda ringan. Sumber

cahaya serat optik membuat penggunaan yang baik ini, seperti memancarkan cahaya

dioda memancarkan relatif besar daerah dan digunakan untuk jarak moderat. Serat

optik sumber cahaya terbukti ekonomis. Sebuah sumber cahaya serat optik perangkat

dipasang pada sebuah paket yang memungkinkan serat optik untuk pasangan cahaya

sebanyak mungkin ke dalam serat. Dalam beberapa kasus lensa bulat kecil juga

dipasang untuk mengumpulkan dan memfokuskan cahaya ke setiap kemungkinan

serat. Dioda cahaya LED dan dioda cahaya inframerah beroperasi di bagian spektrum

elektromagnetik. Gelombang operasi mereka dipilih sesuai dengan kebutuhan.

Sumber cahaya serat optik dapat diandalkan dan yang paling umum digunakan oleh

panjang gelombang sumber cahaya serat optik saat ini adalah 850-1.300 nanometer

atau dalam beberapa kasus bahkan 1500 nanometer [6]. Kebanyakan sumber cahaya

adalah tidak berfrekuensi tunggal, melainkan memancarkan cahaya pada beberapa

frekuensi pada sebuah jalur atau bagian dari spektrum, yang mungkin cukup lebar.

Beberapa sumber seperti lampu ionisasi gas, dioda-dioda yang memancarkan cahaya

(light emitting diode) LED dan LASER, memancarkan cahaya dalam bagian

spektrum yang jauh lebih sempit. Tetapi bahkan sumber-sumber ini pun tidak bersifat

monochromatis sepenuhnya, karena masih juga memancar pada beberapa frekuensi

pada jalur yang sempit. Pemancar-pemancar tersebut harus mempunyai suatu

keluaran cahaya yang berintensitas tinggi, sehingga dapat dipancarkan energi yang

cukup untuk mengatasi rugi-rugi yang dijumpai dalam transmisi di sepanjang fiber.

(28)

cahaya tersebut haruslah kecil, ringkas (compact), dan dapat dengan mudah

digandengkan ke serat. jenis sumber cahaya diantranya ada dua jenis sumber optik

yang sering digunakan [6].

2.4.1 LED (Light Emitting Diode)

Dalam transmisi serat optik digunakan sumber cahaya yang monokromatis.

Sumber cahaya yang monokromatis yang digunakan untuk transmisi cahaya serat

optik dapat menggunakan laser, diode laser, atau LED. Penggunaan laser sebagai

sumber cahaya cukup rumit karena menggunakansumber tegangan yang cukup tinggi

dan pemasangannya harus hati-hati. Dioda adalah komponen aktif bersaluran dua,

dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat dapat mengalir dan kebanyakan

dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Kesearahan yang

dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan.

Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan aliran arus listrik

dalam suatu arah yang disebutkondisi panjar maju dan untuk menahan arus dari arah

sebaliknya yang disebut kondisi panjar mundur. Saat ini dioda yang paling umum

dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.

LED (Light Emitting Diode) atau kadang disebut juga diode cahaya adalah

suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren

ketika diberi tegangan maju. Bagian ini termasuk bentuk elektroluminesensi yang

diketahui bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi

berupa energi panas dan energi cahaya [7]. LED dibuat agar lebih efisien jika

mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisicahaya pada semikonduktor, doping

yang digunakan adalah galium, arsenik dan phosphor [7]. Jenis doping yang berbeda

menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. Warna yang dihasilkan bergantung

pada bahan semikonduktor yang dipakai dan bisa juga ultraviolet dekat atau

inframerah dekat Semikonduktor adalah material dengan konduktivitas diantara

(29)

mengalami transisi secaralangsung dan mudah dari level energi tinggi ke rendah dan

cahaya secara mudah diradiasikan, momentum juga harus berubah, transisi elektron

menjadi sulit dan probabilitas dari cahaya yang diemisikan lebih kecil. Pada Gambar

2.6a dan 2.6b menunjukkan proses yang disebut semi-konduktor transisi langsung

dan transisi tidak langsung [7].

Gambar 2.6 Transisi langsung dan Transisi tidak langsung

Panjang gelomang yang dipancarkan ( ) bergantung dengan gap energi antara

pita konduksi dan pita valensi yang Persamaannya [7]:

= =

(2.3)

Karakteristik dari LED diantaranya [7] :

1. Umumnya memakai kabel serat optik multimode.

2. Sirkit lebih sederhana.

3. Harganya lebih murah.

4. Cahaya yang dipancarkan LED bersifat tidak koheren yang akan

menyebabkan dispersi chromatic sehingga LED hanya cocok untuk transmisi

data dengan bit rate rendah sampai sedang (Untuk komunikasi berkecepatan <

200 Mb/s).

5. Daya keluaran optik LED adalah -30 ~ -10 dBm.

6. LED memiliki lebar spectral (spectral width) 30–50 nm pada panjang

(30)

2.4.2 Laser (Light amplification by stimulated emission of radiation)

Laser adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of

Radiation. Laser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat

lurus. Laser bekerja pada spektrum infra merah sampai ultra ungu. Proses laser pada

dasarnya adalah proses interaksi gelombang elektromagnetik dengan atom-atom

materi, yaitu penggandaan intensitas cahaya yang dihasilkan dari proses transisi

dalam atom di dalam materi, untuk dapat mengetahui bagaimana sumber cahaya ini

bekerja maka terlebih dahulu perlu diketahui keadaan energi yang terdapat didalam

suatu atom. Menurut teori kuantum, keadaan energi dari suatu atom ditentukan oleh

keadaan energi dari elektron-elektronnya. Salah satu contoh yang sederhana dari

prinsip kerja laser adalah sistem dua tingkat energi untuk hidrogen seperti pada

Gambar 2.7 yang menyatakan dimana E1 adalahtingkat energi normal (ground state)

[image:30.612.163.484.371.497.2]

dan E2 adalah tingkat energi tereksitasi (excitingstate) [8].

Gambar 2.7 Mekanisme energi laser

Mula-mula dalam keadaan normal atom berada di E1 (tingkat energi normal)

lalu diganggu, misalnya dengan cara dialiri arus listrik sehingga energinya naik ke E2

(tingkat energi tereksitasi). Setelah berada dalam tingkat energi tereksitasi, maka

atom akan berusaha kembali ke keadaan normalnya, yaitu menuju ke E1 . Sewaktu

menuju E1 dari E2 inilah dipancarkan sinar laser dalam bentuk emisi spontan

(spontaneous emission). Dalam keadaan kesetimbang termal maka jumlah atom di

tingkat tereksitasi (2N) akan sama jumlahnya dengan jumlah atom di tingkat energi

(31)

Pada waktu perpindahan menuju keadaan normal maka perubahan jumlah

atomnya memenuhi Persamaan [8]:

N2/ N1= Exp (-ΔE/kT) (2.4)

Dengan : k = konstanta Bolzman ( 1,38 x 10−23 J/K)

T = Temperatur ( °K)

ΔE = E1– E2

Sedangkan energi fotonnya memenuhi persamaan :

h = E2–E1 (2.5)

dengan : h = konstanta Plank ( 6,6261 x10-34 J.s)

= frekuensi energi foton

Dalam sistem tersebut photon dengan arah dan energi yang sama akan

bolak-balik dan membentuk photon baru yang energi dan arahnya juga sama, sehingga pada

suatu saat setelah terkumpul energi yang besar kumpulan photon ini akan melewati

bagian cermin kedua dan inilah yang keluar sebagai laser. Memang tidak semua laser

yang ada mempergunakan cermin-cermin untuk menstimulasi pembentukan foton

baru, akan tetapi penjelasan diatas merupakan gambaran secara umum terjadinya

laser.

Laser juga merupakan sebuah alat yang menggunakan efek mekanika

kuantum, pancaran terstimulasi, untuk menghasilkan sebuah cahaya yang koherens

dari medium "lasing" yang dikontrol kemurnian, ukuran dan bentuknya. Pengeluaran

dari laser dapat berkelanjutan dan dengan amplituda-konstan (dikenal sebagai CW

atau gelombang berkelanjutan), atau detak, dengan menggunakan teknik Q-switching,

modelocking, atau gain-switching. Sebuah medium laser juga dapat berfungsi sebagai

amplifier optikal. Signal yang diperkuat dapat menjadi sangat mirip dengan signal

input dalam istilah panjang gelombang fase dan polarisasi, ini tentunya penting dalam

komunikasi optikal lase berarti memproduksi cahaya koherens, dan merupakan

(32)

Komponen penting sebuah laser adalah laser resonator atau laser cavity. Laser

cavity terdiri dari 3 komponen penting yaitu medium, pemompa energi dan sepasang

cermin. Medium mengandung atom-atom yang mempunyai tingkat energi metastabil

yang dapat dieksitasi dengan menyerap energi dari luar. Pada Gambar 2.8

menunjukkan bahwa medium ini dapat berupa cat cair, gas maupun zat padat yang

dikategorikan laser cat (dye laser), laser diode (zat padat) dan laser CO2 (laser gas)

[image:32.612.199.480.249.365.2]

[9].

Gambar 2.8 Skema rongga laser

Dalam rongga laser cahaya yang diemisikan atom-atom akan bolak-balik

karena dipantulkan oleh kedua cermin, cahaya ini akan membentuk sebuah

gelombang berdiri (standing wave) yang menentukan karakteristik frekuensi dan

panjang gelombang laser yang dihasilkan.

Adapun karakteristik laser yaitu [9]:

1. Umumnya menggunakan kabel optik single mode.

2. Response time < 1 nano detik.

3. Cahaya yang dipancarkan oleh dioda laser bersifat koheren.

4. Diode laser memiliki lebar spektral yang lebih sempit (~1 nm) jika dibandingkan

dengan LED sehingga dispersi chromatic dapat ditekan.

5. Diode laser diterapkan untuk transmisi data dengan bit rate tinggi (Untuk

komunikasi berkecepatan diatas 200 Mb/s)

(33)

7. Kinerja (keluaran daya optik, panjang gelombang, umur) dari diode laser sangat

dipengaruhi oleh temperatur operasi.

Laser merupakan sumber optik yang koheren. Bahan dasarnya berupa gas, cairan,

kristal dan semikonduktor. Komunikasi jarak jauh memerlukan laser monomode

(single mode) diantaranya sebagai berikut [9]:

1. DFB : Distributed Feedback Laser

2. DBR : Distributed Bragg Reflector Laser

2.5 Prinsip Kerja Laser

Laser dihasilkan dari proses relaksasi electron, pada saat proses ini maka

sejumlah foton akan dilepaskan berbeda dengan cahaya senter. Emisi pada laser

terjadi dengan teratur sedangkan pada lampu senter emisi terjadi secara acak. Pada

laser emisi akan menghasilkan cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu,

berbeda dengan lampu senter emisi akan mengasilkan cahaya dengan banyak panjang

gelombang. Proses yang terjadi adalah elektron pada keadaan ground state (pada pita

valensi) mendapat energi kemudian statusnya naik menuju pita konduksi ( keadaan

eksitasi) kemudian elektron tersebut kembali ke keadaan awal (ground state) diikuti

dengan beberapa foton yang terlepas.

Kemudian energi yang dibawa cukup besar maka dibutuhkan sebuah resonator,

resonator ini dapat berupa lensa atau cermin yang sering digunakan adalah lensa dan

cermin. Ketika di dalam resonator maka foton-foton tersebut akan saling memantul

terhadap dinding resonator sehingga cukup kuat untuk meninggalkan resonator

tersebut. Laser cukup kuat digunakan sebagai alat pemotong misalnya adalah laser

CO2 yang kuat adalah tingkat pelebaranya rendah dan energi fotonnya tinggi [9].

2.6 Jenis Laser

Jenis laser berdasarkan arah rambatnya dibagi atas dua yaitu diantaranya DBR

(34)

2.6.1 Distributed Bragg Reflector (DBR)

Distributed Bragg Reflektor Laser (DBR) adalah jenis laser yang frekuensi

diode laser dengan frekuensi tunggal. Struktur laser DBR dibuat dengan fitur

permukaan yang mendefinisikan monolitik, satu modus ridge waveguide yang

menjalankan seluruh panjang perangkat. Sebuah rongga resonan didefinisikan oleh

cermin DBR sangat reflektif pada salah satu ujungnya, dan reflektifitas rendah

dibelah keluar segi di ujung. Dalam rongga bagian punggung keuntungan, di mana

saat ini disuntikkan untuk menghasilkan mode penguat spasial tunggal [10]. DBR

dirancang untuk mencerminkan cahaya membujur tunggal. Akibatnya, laser

beroperasi pada modus spasial dan longitudinal tunggal. Laser memancarkan dari

segi keluar berlawanan. DBR selama sekitar kisaran 2 nm dengan mengubah arus

atau suhu. Koefisien suhu sekitar 0,07 nm / K, dan koefisien saat ini adalah sekitar

0,003 nm / mA sehingga laser DBR stabil pada noise yang rendah [11]. Ketika

dioperasikan dengan arus listrik rendah pada suhu konstan memancarkan arus laser

DBR memiliki linewidth kurang dari 10 MHz. Tingkat daya biasanya dapat berjalan

hingga beberapa ratus mwatt.

Laser DBR hampir sama dengan laser DFB, Kedua menunjukkan linewidth

sempit dan operasi frekuensi tunggal yang stabil [12]. Namun, lokasi dari elemen

umpan balik (kisi-kisinya) menyebabkan DBR dan DFB memiliki karakteristik

operasional yang berbeda. Karena kisi-kisi didistribusikan sepanjang area gain di

DFB kisi dan mendapatkan kondisi area yang sama seperti perangkat disetel dengan

arus dan suhu. DFB dapat menunjukkan tuning berbagai kontinu 2 nm atau lebih.

Namun, pada rentang saat ini atau temperatur yang cukup panjang, panjang

gelombang yang dipancarkan akan tiba-tiba melompat ke gelombang yang lebih

panjang meninggalkan celah di kisaran tuning [13].

Karena laser DBR memiliki area kisi pasif karakteristik penyetelannya

berbeda dengan daerah gain. Peningkatan arus di area gain menyebabkan pergeseran

merah dalam output laser karena pemanasan. Kurva reflektifitas dari kisi pasif tidak

(35)

gelombang yang lebih panjang, dan pada akhirnya akan mendorong pergeseran

cahaya biru terputus panjang gelombang untuk menemukan gain yang lebih tinggi.

Pergeseran cahaya biru memastikan bahwa karakteristik panjang gelombang akan

terulang dengan meningkatnya suhu atau arus, dan tidak ada kesenjangan akan terjadi

di tuning.

2.6.2 Distributed Feedback (DFB)

Suatu diode laser dapat berosilasi dalam bermacam-macam panjang

gelombang pada suatu rentangan tertentu secara serentak dan ini dinamakan mode

longitudinal. Mode longitudinal berhubungan dengan gelombang berdiri yang timbul

karena cahaya resonator terpantul-pantul ke muka dan ke belakang [13]. Sedangkan

mode-mode dalam arah normal terhadap arah perambatan dinamakan mode

transversal.

Pada penggunaan serat optik model tunggal diperlukan suatu laser yang

membangkitkan cahaya pada panjang gelombang yang tunggal. Laser tersebut harus

mampu menekan mode-mode samping sehingga menghasilkan keluaran pada mode

tunggal. Suatu pendekatan alternatif adalah dengan menggunakan rongga laser yang

hanya mempunyai resonansi tunggal dalam lebar bidang penguatan. Ini dapat

disediakan oleh struktur Distributed Feedback (DFB). Dalam struktur tersebut umpan

balik disediakan oleh suatu gangguan periodik sepanjang pemandu gelombang

lapisan aktif. Umpan balik tersebut lebih baik dari pada penempatan pemantul pada

bagian akhir pemandu gelombang seperti dalam laser-laser biasa. Gambar 2.9a

(36)

[image:36.612.200.479.87.213.2] [image:36.612.203.471.111.408.2]

Gambar 2.9a Stuktur Laser DFB

Gambar 2.9b Spektrum laser DFB

Dalam laser DFB struktur periode terdistribusi sepanjang daerah aktif laser,

terlihat dalam gambar diatas. Kelebihan resonator tipe ini dibandingkan resonator

permukaan rata seperti pada laser injeksi biasa adalah berkurangnya sensitivitas

frekuensi terhadap perubahan daya dan suhu laser. Dengan demikian stabilitasnya

lebih baik dari pada laser biasa. Kelebihan dalam hal stabilitas frekuensi ini harus

dibayar dengan proses fabrikasi yang sangat kompleks.

Untuk kecepatan tinggi pada jarak yang jauh pada komunikasi menggunakan

single mode laser, dimana harus mengamati single longitudinal mode dan single

transverse mode. kemudian, lebar spectrum cahaya sangat kecil. Sesuatu yang

menarik dari laser dengan hanya satu longitudinal mode adalah lebar L dari

kapasitasnya memberikan point pada separatis frekuensi, tipe dari laser dikonfigurasi

(37)

menunjukkan corrugated grating yang terdapat pada layer active yang terdapat pada

[image:37.612.206.476.125.315.2]

daerah active region [14].

Gambar 2.10 Laser frekuensi-selektif pada DFB

Laser DFB dengan mode melintang dan membujur dapat diketahui pajang

gelombangnya dengan Persamaan [14]:

= B ± (m+ ) (2.6)

dimana : B = panjang gelombang bragg =(1550)

ne= indeks bias efektif serat optik

Le= panjang kisi efektif =(10000 µm)

m= mode order (0,1,2,…..)

2.6.2.1Indeks Bias Serat Optik

Hukum Snellius sangat kita pahami bersama dengan mudah karena memang

rumusannya yang sangat mudah dimengerti. Hukum Snellius adalah rumus

matematika yang memberikan hubungan antara sudut datang dan sudut bias pada

cahaya atau gelombang lainnya yang melalui batas antara dua medium isotropik

berbeda, seperti udara dan gelas. Hukum ini menyebabkan bahwa “sinus sudut datang

(38)

Pemanduan cahaya pada Gambar 2.11 dalam serat optik menggunakan pantulan

internal total yang terjadi pada bidang batas antara 2 media dengan indek bias yang

berbeda yaitu n1 dan n2. Bila indek bias medium pertama (n1) lebih kecil dari indek

bias mediumkedua (n2), maka sinar akan dibiaskan pada media berindeks bias besar

dengan sudut i2terhadap garis normal, hubungan antara sudut datang i1 dan sudut bias

[image:38.612.207.434.207.424.2]

i2 terhadapindeks bias dielektrik dinyatakan oleh hukum Snellius [6].

Gambar 2.11 Sinar cahaya pada antar muka indeks bias

Perumusan matematis hukum Snellius [6]:

=

(2.7)

Atau

n1sin θ1 = n2sin θ (2.8)

atau

(39)

Lambang θ1dan θ2 merujuk pada sudut datang dan sudut bias,v1 dan v2 pada kecepatan cahaya sinar datang dan sinar bias. Lambang n1 menunjuk pada indeks bias

medium yang dilalui sinar datang, sedangkan n2 adalah indeks bias medium yang

dilalui sinar bias. Pada Gambar 2.12 menunjukkan bahwa sudut datang > sudut kritis

maka akan terjadi pemantulan sempurna. Hal inilah yang terjadi dalam serat optik,

dimana gelombang cahaya menjalar dengan mengalami pemantulan-pemantulan

sempurna dari dinding seratnya (cladding) yang indeks refraksinya lebih kecil

[image:39.612.170.466.253.385.2]

daripada indeks refraksi inti seratnya (core) [14].

Gambar 2.12 Pemantulan dinding Serat Optik

Gambar 2.13 sebenarnya terlihat bahwa tanpa diberi cladding pun (artinya

n2=1) akan terjadi pemantulan-pemantulan yang sempurna. Tetapi hal ini dihindarkan

karena justru harga n1 dan n2 harus berbeda hanya sedikit agar pengiriman dapat

terlaksana untuk band yang lebar dan jarak yang jauh tanpa terjadi distorsi.

2.6.2.2Panjang Kisi Efektif

Panjang kisi efektif pada serat optik sepanjang 10000 nm, dimana pada

panjang kisi yang baik dalam serat optik dan tingkat pemantulannya yang bagus

(40)

2.6.2.3 Panjang Gelombang Bragg

Sebuah fiber Bragg Grating (FBG) adalah sebuah variasi periode dari indeks

refraktif yang ada pada sebagian panjang fiber optik. Fiber Bragg Grating (FBG)

merupakan suatu jenis reflektor (Bragg) yang terdistribusi dalam bentuk

segmen-segmen atau kisi dalam serat optik. FBG memantulkan beberapa panjang gelombang

cahaya tertentu dan meneruskan sisanya, dimana hal ini dapat terjadi karena adanya

penambahan suatu variasi periodik terhadap indeks bias core serat optik. Dengan

karakteristik yang dimilikinya tersebut, FBG dapat difungsikan sebagai filter optik

(optical filter) yakni untuk menghalangi panjang gelombang cahaya tertentu yang

diinginkan atau sebagai reflektor panjang gelombang cahaya spesifik. Gambar 2.13

menunjukkan periodeΛ yang dimiliki oleh sebuah fiber bragg grating. Grating (kisi)

berarti kumpulan ruang teratur yang pada dasarnya merupakan elemen indentik dan

pararel yang dipandang cahaya sebagai reflektor. Pada gambar diatas gtratingnya

[image:40.612.159.484.397.468.2]

adalah uniform, sehingga Λ periode bragggratingnya adalah konstan [11].

Gambar 2.13 Panjang gelombang bragg

Adanya grating tersebut di dalam fiber menyebabkan fiber bragg grating

merefleksikan panjang gelombang cahaya yang hanya memenuhi kondisi bragg dan

(41)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Umum

Pada Bab II telah diketahui tentang landasan teori yang diperlukan dalam

pengerjaan Tugas Akhir ini. Landasan teori tersebut mencakup hal dasar pada

pengertian dalam rumusan panjang gelombang yang mempengaruhi mode order pada

serat optik.

Untuk menganalisis pergeseran 1/4 panjang gelombang dengan menggunakan

pengaruh pada mode order dengan mengetahui mode order pada serat optik. Dimana

mode order merupakan bilangan berubah-ubah yang diberikan pada pergeseran yang

dianalisa yang telah ditentukan arah rambatnya secara konstan, untuk itu tidak

diperlukan daerah yang akan diukur karena dilakukan secara menyeluruh pada

gelombang serat optik, sebagai berikut

1. Struktur bahan DFB Laser

2. Mode Order yang telah ditentukan

3. Parameter yang mempengaruhi

3.2 Struktur bahan DFB Laser

Pemahaman tentang mode order pada cahaya laser DFB serat optik harus

mengetahui susunan dari pada bahan sumber cahaya serat optik yang ditunjukkan

pada Gambar 3.1 struktur lapisan dari bahan InGaAsp /Inp. Ada tiga lapisan

quaternary (Q), lapisan waveguide (Q1), lapisan aktif (Q2), dan lapisan buffer

(penyangga) (Q3). Ketebalan lapisan dilambangkan oleh t, d dan h. Panjang

gelombang celah pita (bandgap) energi diasumsikan yaitu 1,3 µm; 1,55 µm; dan 1,3

(42)

[image:42.612.158.475.92.230.2]

Gambar 3.1 Struktur lapisan Distributed Feedback (DFB)

Dalam lapisan aktif akan terjadi perambatan cahaya yang terdapat panjang

gelombang yang akan dapat menyalurkan cahaya dari awal pengiriman sampai pada

penerima yang tunjukkan pada Gambar 3.2 yang merupakan pusat dari pada kerja

serat optik.

Gambar 3.2 Lapisan aktif pada InGaAsp

Gelombang pada lapisan aktif layer dan Mode order terdapat pada lapisan

[image:42.612.165.481.357.538.2]

(43)

[image:43.612.145.500.84.299.2]

Gambar 3.3 Mode order pada lapisan aktif InGaAsp

3.3 Mode Order

Untuk menentukan mode order dapat di tentukan dengan mengetahui arah

rambat dari pada gelombang cahaya pada serat optik. Mode order pada DFB laser

yang berbentuk melintang dan membujur yang terdapat disekitar panjang gelombang

bragg ( B).

Mode order yang berbentuk melintang adalah mode yang terbentuk antara

perpaduan lapisan dielectric dengan lapisan yang berbeda dari dioda laser. Arah

melintang dapat digambarkan oleh indeks mode bilangan bulat (p, q).

Mode Order untuk membujur yang menghasilkan keluaran frekuensi tunggal,

yang mungkin dicapai dengan mengurangi panjangnya di resonator sedemikian

sehingga frekwensi yang mengatur jarak antara sudut membujur bersebelahan

melebihi lebar spektral memperbesar medium. Lebih baik mendekati untuk mencapai

single-frequency operasi melibatkan penggunaan dari reflektor dibagi-bagikan (Bragg

gratings) sebagai pengganti permukaan kristal yang dibelah yang bertindak sebagai

(44)

dibagi-bagikan permukaan kristal adalah antireflection ( AR) yang dilapisi untuk

[image:44.612.191.491.130.408.2]

memperkecil cerminan/pemantulan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Mode Order (m) pada arah melintang dan membujur

Terdapat tiga perbedaan arah mode ordernya yaitu :

Untuk m = 0 arah rambatnya ( )

Untuk m = 1 arah rambatnya ( )

Untuk m = 2 arah rambatnya

Untuk m = 3, 4 dan seterusnya sama dengan untuk m = 2 karena panjang gelombang

( ) lebih besar 1.

(45)

[image:45.612.192.450.82.301.2]

Gambar 3.5 Pergeseran ¼ panjang gelombang pada laser DFB

Spektrum Keluaran secara simetris membagi-bagikan di sekitar Panjang

gelombang Bragg di dalam DFB diode laser diidealkan. Di dalam

distributed-feedback (DFB) laser, panjang gelombang selector dibentuk keseluruh daerah efektif.

3.4 Parameter Serat Optik

Untuk menganalisa pergeseran 1/4 panjang gelombang pada laser DFB serat

optik harus melihat dari grafik redaman pada serat optik menurut ITU-T G.0653E

(46)

[image:46.612.176.502.88.336.2]

Gambar 3.7 Hubungan Redaman dengan panjang gelombang pada serat optik

3.4.1 Redaman

Cahaya yang merambat dalam serat optik intensitasnya akan berkurang,

pengurangan intensitas ini disebut atenuasi. Atenuasi disebabkan oleh penyerapan

cahaya oleh bahan material serat optik serta penghamburan cahaya. Besarnya atenuasi

tergantung jarak yang ditempuh dan karakteristik bahan serat optik. Bagian ini akan

di lihat panjang gelombang dengan perubahan mode order pada setiap penelitiannya,

sehingga di cocokkan dengan panjang gelombang yang di hasilkan dengan grafik

(47)

BAB IV

HASIL PEMBAHASAN

4.1 Pergeseran ¼ λ Distributed Feedback (DFB)

Pada panjang gelombang yang digeser 1/4 panjang gelombang pada lapisan aktif

[image:47.612.192.487.242.451.2]

yang ditunjukkan pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Pada saat mengalami Pergeseran 1/4 panjang gelombang

Sehingga dalam mencari pergeseran (panjang gelombang) pada serat optik

yang digunakan pada cahaya laser DFB dengan mengunakan rumus pada persamaan

(3.4)

4.2 Data Perhitungan Panjang Gelombang

Untuk menghasil nilai panjang gelombang maka pengaruh mode order yang

sangat begitu penting pada analisa data tersebut, agar meghasilkan panjang

(48)

melihat seberapa jauh pergeseran panjang gelombangnya. Maka dapat dihitung untuk

m= 0,1,2,3,4 adalah sebagai berikut:

Untuk m = 0

= B ± (m+ )

= B ± (0+ )

= B ± ( )

= B ±

maka perhitungannya sebagai berikut;

= 1550 x 10-9

±

= 1550 x 10-9

±

= 1550 x 10-9

± 0,04004 x10-10

= 1550 x 10-9

± 00,4004 x10-9

= (1550 ± 00,4004) x 10-9 untuk sebelah kiri m = 0 adalah

= (1550 - 00,4004) x 10-9

= (154λ,5λλ6) x 10-9 m

= 154λ,5λλ6 nm

untuk sebelah kanan pada m = 0 adalah

= (1550 +00,4004) x 10-9

= (1550,04004) x 10-9 m

= 1550,04004 nm

untuk menghitung mode order 1,2,3 dan 4 sama dengan menghitung mode order 0

(49)

[image:49.612.163.477.125.256.2]

Tabel 4.1 Hasil panjang gelombang (nm)

M Pergeseran yang di hasilkan (nm)

0 1/4 1550,04 – 1549,96

1 3/4 1550,12 – 1549,88

2 5/4 1550,20 – 1549,80

3 7/4 1550,28 – 1549,72

4 9/4 1550,36 – 1549,64

Dari Tabel 4.1 dapat digambarkan grafik pada Gambar 4.2 yang terdapat pada

Lampiran A .

Gambar 4.2 Hubungan Panjang gelombang terhadap pergeserannya

Dari Tabel 4.1 dan Gambar 4.2 dapat dianalisa bahwa pada saat 1/4 (0.25)

nilai yang di hasilkan pada sisi kiri/negatif sebesar 154λ.λ6 nm dan pada sisi kiri/

positif sebesar 1550.04 pada saat mode (m) dalam keadaan 0, sedangkan pada saat

mode =1 nilai yang di hasilkan pada sisi kiri dan kanan yaitu (1549.88 – 1550.12)

[image:49.612.118.523.310.550.2]

(50)

mangalami pergeseran yaitu 5/4 , untuk m= 3 pergeseran nya dihasilkan 7/4

maka panjang gelombang yang di hasilkan dari perhitungan asalah (1550,28 –

154λ,72) nm dan untuk m = 4 dengan pergeseran λ/4 dihasilkan panjang

gelombangnya sebesar (1550,36 –154λ,64) nm. Semakin besar pergeseran (panjang

gelombang) maka panjang gelombang yang di hasilkan semakin menjauhi dari

panjang gelombang yang telah direkomendasikan dari 1550 nm.

Untuk Hubungan antara panjang gelombang dengan redaman yang dapat

ditunjukkan sebelumnya pada Gambar 3.7 sesuai standar ITU-T G.0653E grafik

panjang gelombang dengan redaman. Dapat diperkirakan hubungan panjang

gelombang yang digeser pada panjang gelombang dan redaman yang di hasilkan

[image:50.612.119.509.374.504.2]

dapat di lihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hubungan panjang gelombang dengan redaman

M Pergeseran yang di hasilkan (nm) Redaman (dB)

0 1/4 1550,04 – 1549,96 0.2

1 3/4 1550,12 – 1549,88 0.22

2 5/4 1550,20 – 1549,80 0.23

3 7/4 1550,28 – 1549,72 0.24

4 9/4 1550,36 – 1549,64 0.25

Dapat ditunjukkan dalam hubungan panjang gelombang dengan redaman

(51)

[image:51.612.121.517.87.339.2]

Gambar 4.3 Hubungan Panjang Gelombang dengan Redaman (dB)

Dari Tabel 4.2 dan Gambar 4.3 dapat di analisa bahwa pada pada panjang

gelombang yang pergeserannya 1/4 (0.25) pada di hasilkan bahwa redamannya 0.2 dB/km dan pada pergeseran 3/4 (0.75) maka redamannya di hasilkan 0.22 dB/km untuk pergeseran 5/4 redaman diperoleh sebesar 0,23 dB/km, pergeseran 7/4 redaman 0,24 dB/km dan pergeseran λ/4 redaman 0,25 dB/km, maka dalam hal ini bahwa semakin besar pergeseran panjang gelombangnya ( ) maka redaman yang di hasilkan semakin besar, maka untuk pergeseran 1/4 lebih bagus dari pergeseran

(52)

BAB V