ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi
OLEH:
M. RIZKI ZULIANDRI 07 0402 017
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK Oleh :
M. Rizki Zuliandri 07 0402 017
Disetujui oleh : Pembimbing,
Ir. M. Zulfin, MT 19640125 199103 1001
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si 19540531 198601 1002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK
Oleh : M. Rizki Zuliandri
NIM : 07 0402 017
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 12 bulan Maret tahun 2014 di depan penguji :
1) Ali Hanafiah Rambe, ST, MT : Ketua Penguji : ……… 2) Rahmad Fauzi, ST, MT : Anggota Penguji : ………
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
(Ir. M. Zulfin, MT) NIP : 19640125 199103 1001
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK
Oleh : M. Rizki Zuliandri
NIM : 07 0402 017
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 12 bulan Maret tahun 2014 di depan penguji
1) Ali Hanafiah Rambe, ST, MT : Ketua Penguji 2) Rahmad Fauzi, ST, MT : Anggota Penguji
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
(Ir. M. Zulfin, MT) NIP : 19640125 199103 1001
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
ABSTRAK
Serat optik merupakan media transmisi yang banyak digunakan untuk
jaringan lokal. Seiring dengan peningkatan dan pengembangan penggunaan kabel
serat optik sebagai media transmisi, maka sering juga terjadi faktor hilangnya
informasi yang diakibatkan oleh rugi-rugi yang terjadi di sepanjang kabel serat
diantaranya adalah hamburan rayleigh.
Pada pembahasan Tugas Akhir akan dianalisis hamburan rayleighpada serat optik single-mode fibers dan multi-mode fibers pada panjang gelombang tertentu.
Setelah dilakukan perhitungan didapat bahwa besarnya nilai rayleigh
berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Nilai rayleigh pada panjang gelombang 0,850 m (inframerah) dengan konstanta C= adalah
1,340 dB/km. Sedangkan untuk panjang gelombang 1,550 m dengan konstanta C=
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, atas rahmat dan
karunia-Nya dan Nabi Muhammad SAW, sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir ini sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pendidikan
sarjana strata satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:
“ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK”
Penulisan Tugas Akhir ini dapat berlangsung dengan baik karena adanya
dukungan dari beberapa pihak, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan banyak
terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. M. Zulfin, MT, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas
nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Penasehat Akademis penulis,
atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT,
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST, MT dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT,
selaku dosen Penguji Tugas Akhir ini.
5. Stivani Ismawira Sinambela, S.Pd, MA, atas keonaran dan ulahnya selama
ini yang telah menghibur, menyemangati dan memotivasi penulis selama
6. Kedua orang tua tercinta dan adik penulis, Papa ( Drs. Masri, M.Si ), Mama
( Zuhairiah, S.Pd ), adik ( Rizka Amalia Putri ), yang selalu tiada henti
memberi sumbangsih yang sangat berharga dan tentunya sangat dibutuhkan.
7. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas segala bantuannya.
8. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro, Indra Rizkiawan, Fernadi, Yovi
Hamdani, Dion, Fuad, Ikbal, Yuli, Louis, Nicholas, Bayu Iqbal Siregar,
Kukuh, Leo, Lamhot, Recky, Yohakim, Ihsan, Fitri, Arynda, Frans dan
seluruh Mahasiswa Teknik Elektro stambuk 2007 dan 2008.
9. Abangda Senior, Gabe, Royden, Teuku, Azhari, Antonius, Kibar, habibi,
dan seluruh Alumni Mahasiswa Teknik Elektro stambuk 2005 dan 2006.
10. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak sekali
kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan
kritik dengan tujuan mendekati kesempurnaan dan mengembangkan kajian dalam
bidang ini sangat penulis harapkan.
Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini dapat berguna untuk menambah
wawasan dan wacana bagi rekan-rekan Mahasiswa.
Medan, Februari 2014
Penulis,
DAFTAR ISI
ABSTRAK... i
KATA PENGANTAR... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR... vii
DAFTAR TABEL ... viii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah... 1
1.3 Tujuan Penulisam ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Metodologi Penulisan ... 2
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II SERAT OPTIK ... 5
2.1Umum ... 5
2.2 Struktur Dasar Kabel Serat Optik... 7
2.3 Jenis-jenis Serat Optik ... 8
2.4 Sistem RelaySerat Optik ... 11
2.4.2 Konektor ... 12
2.4.3 Penyambungan (Splicing) ... 14
2.4.4 Receiver... 16
2.4.5 Konsep Kerugian dalam Serat Optik ... 17
2.4.6 Lebar Jalur Serat Optik ... 18
2.5 Redaman Serat Optik... 18
2.5.1 Faktor Intrinsik... 19
2.5.1.1 Absorption (penyerapan)... 19
2.5.1.2 Scattering (penghamburan)... 21
2.5.1.3 Rugi-rugi pada Coredan Cladding... 21
2.5.1.4 Bending (pembengkokan) ... 22
2.5.2 Faktor Ekstrinsik... 23
2.5.2.1 Microbending... 23
2.5.2.2 Copling Losses... 24
2.5.2.3 Rugi-rugi pada Konektor dan Splice... 25
2.5.2.4 Frasnel Reflection... 26
2.6 Link Power Budget... 26
BAB III RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK... 29
3.1 Cara Kerja Serat Transmisi Optik ... 29
3.1.3 Indeks Bias ... 30
3.1.4 Hukum Snellius ... 31
3.1.5 Sudut Kritis ... 33
3.1.6 Pemantulan InternalSempurna... 34
3.2 Rayleighpada Transmisi Serat Optik ... 36
3.3 Metode Perhitungan... 39
BAB IV ANALISIS RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK... 40
4.1 Umum ... 40
4.2 Analisis Rayleigh pada Transmisi Serat Optik ... 40
4.3 Hasil Analisis ... 45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 47
5.1 Kesimpulan ... 47
5.1 Saran ... 47
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1Struktur Dasar Kabel Serat Optik ... 7
Gambar 2.2Perambatan Gelombang pada Single-mode Fibers... 9
Gambar 2.3Perambatan Gelombang pada Multi-mode Fibers... 9
Gambar 2.4Perambatan Gelombang pada Multi-mode Graded Index Fibers... 10
Gambar 2.5Prinsip Kerja Serat Optik Multi-mode Step Index Fibers... 11
Gambar 2.6Rugi-rugi penyerapan ... 20
Gambar 2.7Molekul-molekul air yang terdapat dalam inti Glass[5].... 21
Gambar 2.8Rugi-rugi Pembengkokan Makro[5] ... 23
Gambar 2.9Pembengkokan Mikro pada Serat Optik akibat tekanan dari luar kabel[5] ... 23
Gambar 2.10Coupling loses: a) longitudinal misalignmentb) lateral misalignmentc)angular misalignment... 24
Gambar 2.11Splicepada 2 buah Serat Optik ... 25
Gambar 3.1Pemantulan Cahaya Menurut Hukum Snellius... 32
Gambar 3.2Pemantulan InternalSempurna ... 35
Gambar 3.3Cahaya dapat Merambat Melalui Serangkaian Pemantulan di dalam Serat Optik... 36
Gambar 3.4Hamburan akibat penghalang yang besar... 37
DAFTAR TABEL
ABSTRAK
Serat optik merupakan media transmisi yang banyak digunakan untuk
jaringan lokal. Seiring dengan peningkatan dan pengembangan penggunaan kabel
serat optik sebagai media transmisi, maka sering juga terjadi faktor hilangnya
informasi yang diakibatkan oleh rugi-rugi yang terjadi di sepanjang kabel serat
diantaranya adalah hamburan rayleigh.
Pada pembahasan Tugas Akhir akan dianalisis hamburan rayleighpada serat optik single-mode fibers dan multi-mode fibers pada panjang gelombang tertentu.
Setelah dilakukan perhitungan didapat bahwa besarnya nilai rayleigh
berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Nilai rayleigh pada panjang gelombang 0,850 m (inframerah) dengan konstanta C= adalah
1,340 dB/km. Sedangkan untuk panjang gelombang 1,550 m dengan konstanta C=
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Perkembangan teknologi telekomunikasi dewasa ini mengalami kemajuan
yang sangat cepat. Ini diakibatkan adanya permintaan dan peningkatan kebutuhan
akan informasi, yang terus memacu para pengembang teknologi memberikan suatu
sistem yang handal dan efisien, baik dari segi kualitas maupun kuantitas dalam arti
bahwa sistem tersebut dapat menyalurkan informasi ke manapun juga tanpa
membutuhkan waktu yang lama.
Seiring dengan peningkatan dan pengembangan penggunaan kabel serat optik
sebagai media transmisi, maka sering juga terjadi faktor hilangnya informasi yang
diakibatkan oleh rugi-rugi yang terjadi di sepanjang kabel serat optik, salah satu dari
rugi-rugi tersebut adalah hamburan rayleigh yang diakibatkan oleh
ketidaksempurnaan pada bahan, seperti tidak homogennya indeks bias, tidak
sempurnanya atom pembentuk, dan terbawanya atom-atom lain dalam serat optik.
Ketidakhomogenan indeks bias dalam serat optik akan menimbulkan hamburan sinar
(berpencarnya sinar) yang dinamakan dengan hamburan rayleigh.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka terdapat beberapa masalah yang dapat
1. Bagaimana pengaruh parameter indeks bias pada rugi-rugi rayleigh.
2. Apa saja faktor penyebab terjadinya rugi-rugi serat optik.
3. Apa saja pengaruh rayleighterhadap berkas sinyal cahaya.
1.3 Tujuan Penulisam
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisis rayleigh
pada transmisi serat optik.
1.4 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas pada Tugas Akhir ini,
maka penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini
diperbuat agar isi dan pembahasan dari Tugas Akhir ini menjadi lebih terarah dan
mencapai hasil yang diharapkan. Adapun batasan-batasan masalah dalam Tugas
Akhir sebagai berikut:
1. Parameter yang diamati dalam pengukuran ini hanya menghitung rayleigh
pada serat optik.
2. Tidak membahas rangkaian elektronika yang membangun perangkat.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penulisan Tugas
Akhir ini adalah :
Tugas Akhir ini dari buku-buku refrensi baik yang dimiliki oleh penulis atau
di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet, dan lain-lain.
2. Studi perhitungan, yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap kinerja
sistem yang dibahas dalam Tugas Akhir ini.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini, secara singkat
dapat diuraikan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang
masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, tinjauan
pustaka, metode penulisan dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.
BAB II DASAR TEORI
Bab ini berisi teori umum mengenai serat optik, jenis-jenis, redaman,
dll.
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini berisi tentang pembahasan persamaan yang digunakan dalam
perhitungan rayleigh.
BAB IV ANALISA DATA
Bab ini berisi tentang hasil perhitungan dan Analisis Rayleigh pada
BAB V PENUTUP
Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil Analisis Rayleigh pada Transmisi Serat Optik serta saran-saran yang diperlukan dalam pembuatan
BAB II
SERAT OPTIK
2.1 Umum
Pada tahun 1880 Alexander Graham Bell menciptakan sebuah sistem
komunikasi cahaya yang disebut photo-phonedengan menggunakan cahaya matahari
yang dipantulkan dari sebuah cermin suara-termodulasi tipis untuk membawa
percakapan, pada penerima cahaya matahari termodulasi mengenai sebuah
foto-kondukting sel-selenium, yang merubahnya menjadi arus listrik, sebuah penerima
telepon melengkapi sistem. Photophone 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. Baru 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 dibungkus
oleh kulit (cladding) dan keduanya dilindungi oleh jaket pelindung (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 oleh sebuah serat optik dan oleh aliran air adalah
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.
Berikut adalah beberapa tahap sejarah perkembangan teknologi serat optik:
1. Generasi Petama ( mulai tahun 1970)
2. 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, 87 μm.
c. Serat Silica: 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).
3. Repeater bekerja dengan merubah gelombang cahaya menjadi sinyal listrik
kemudian diperkuat secara elektronik dan diubah kembali menjadi gelombang
cahaya.
2.2 Struktur Dasar Kabel Serat Optik
Serat optik terbuat dari bahan dielektrik yang berbentuk seperti kaca (glass).
Di dalam serat inilah energi listrik diubah menjadi cahaya yang akan ditransmisikan
[image:20.612.220.418.254.307.2]sehingga dapat diterima di ujung unit penerima (receiver) melalui transducer. Pada
Gambar 2.1 dapat dilihat struktur dasar kabel serat optik[1].
Gambar 2.1 Struktur Dasar Kabel Serat Optik
Struktur serat optik terdiri dari[1]:
1. Inti (core)
Bagian yang paling utama dinamakan bagian inti (core), dimana gelombang
cahaya yang dikirimkan akan merambat dan mempunyai indeks bias lebih besar dari
lapisan kedua. Terbuat dari kaca (glass) yang berdiameter antara 2μm-125μm, dalam
hal ini tergantung dari jenis serat optiknya.
2. Cladding
Cladding berfungsi sebagai cermin yaitu memantulkan cahaya agar dapat
merambat ke ujung lainnya. Dengan adanya cladding ini cahaya dapat merambat
dalam core serat optik. Cladding terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias yang
lebih kecil dari core. Cladding merupakan selubung dari core. Diameter cladding
mempengaruhi perambatan cahaya pada core, (yaitu mempengaruhi besarnya sudut
kritis).
3. Jaket (coating)
Coating berfungsi sebagai pelindung mekanis pada serat optik dan identitas
kode warna terbuat dari bahan plastik. Berfungsi untuk melindungi serat optik dari
kerusakan.
2.3 Jenis-jenis Serat Optik
Berdasarkan keperluan yang berbeda-beda, maka serat optik dibuat dalam dua
jenis utama yang berbeda, yaitu single-mode fibers dan multi-mode fibers.
1. Single-mode Fibers
Single-mode Fibers mempunyai inti sangat kecil (yang memiliki diameter
sekitar 9x10-6 meter atau 9 mikro meter), pada Gambar 2.2 dapat dilihat bagaimana
perambatan gelombang terjadi pada sistem single-mode fibers[1]. SMF (single-mode
fibers) bekerja oleh light source laser diode yang berfungsi menkonversi sinyal
elektrik menjadi sinyal cahaya. LD cocok digunakan untuk aplikasi jarak jauh beserta
data rates yang tinggi, serta diaplikasikan pada panjang gelombang 1310 nm, 1490
nm dan 1550 nm. Jenis serat ini digunakan untuk mentransmisikan satu sinyal dalam
setiap serat. Serat ini sering dipakai dalam pesawat telepon dan TV (televisi) kabel.
Gambar 2.2 Perambatan Gelombang pada Single-mode Fibers
2. Multi-mode Fibers
Multi-mode Fibers mempunyai ukuran inti lebih besar (berdiameter sekitar
6,35x10-5 meter atau 63,5 mikro meter) dan mentransmisikan cahaya inframerah
(panjang gelombang 850-1300 nm) dari lampu light-emitting diodes (LED) dan pada
Gambar 2.3 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem
multi-mode fibers[1]. Serat ini digunakan untuk mentransmisikan banyak sinyal
dalam setiap serat dan sering digunakan pada jaringan komputer dan Local Area
[image:22.612.120.523.494.587.2]Networks (LAN).
Gambar 2.3 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Fibers
a) Multi-mode Graded Index Fibers
Pada jenis serat optik ini, core multi-mode graded index fibers 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.
Akibatnya dispersi waktu berbagai modecahaya yang merambat berkurang sehingga
cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaan. Pada Gambar 2.4 dapat dilihat
bagaimana perambatan gelombang terjadi pada sistem multi-mode graded index
[image:23.612.131.498.303.404.2]fibers[1].
Gambar 2.4 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Graded Index Fibers
Pada multi-mode graded index fibers ini, cahaya merambat karena difraksi
yang terjadi pada core sehingga rambatan cahaya sejajar dengan sumbu serat.
Dispersi minimum sehingga baik jika digunakan untuk jarak menengah. Memiliki
ukuran diameter core antara 30-60 μm, lebih kecil dari multi-mode step index fibers.
Dan dibuat dari bahan silica glass dengan harga yang lebih mahal dari serat optik
multi-mode step index fiberskarena proses pembuatannya lebih sulit[1].
Serat optik ini pada dasarnya mempunyai diameter core yang besarnya 50
-400 µm dan diameter cladding sebesar 125-500 µm, terlihat seperti pada Gambar 2.5.
Pada serat optik ini terjadi perubahan indeks bias dengan segera atau lazim dimana
dengan diameter core yang besar digunakan untuk menikkan efisiensi coupling pada
sumber cahaya yang tidak koheren seperti LED. Atenuasi pada saat pengiriman tetap
besar, sehingga hanya baik digunakan untuk menyalurkan data dengan kecepatan
[image:24.612.118.561.306.424.2]rendah dan jarak dekat[1].
Gambar 2.5 Prinsip Kerja Serat Optik Multi-mode Step Index Fibers
2.4 Sistem RelaySerat Optik
Sistem relayserat optik terdiri dari transmitter (membuat dan menulis dalam
sandi sinyal cahaya), serat optik (menghubungkan sinyal cahaya), regenerator optik
(diperlukan untuk menaikkan sinyal jika serat digunakan pada jarak yang jauh) dan
2.4.1 Transmitter
Transmitter berfungsi untuk menerima dan mengarahkan cahaya melalui
peralatan optikal kemudian dirubah ke dalam rangkaian yang benar. Secara fisik
transmitter mirip dengan serat optik dan biasanya mempunyai lensa untuk
memfokuskan cahaya ke dalam serat.
Pada dasarnya transmitter mengubah input sinyal listrik ke dalam modulasi
cahaya untuk transmisi serat optik. Bergantung pada kealamian sinyal, hasil cahaya
termodulasi mungkin akan berjalan on-off atau linier dengan intensitas bervariasi.
Peralatan yang paling sering digunakan sebagai sumber cahaya transmitter adalah
Light Emitting Diode (LED) dan Laser Diode (LD)[4].
2.4.2 Konektor
Konektor adalah peralatan mekanik yang ditempatkan di ujung akhir kabel
serat optik, sumber cahaya, receiver, atau kerangka mesin. Pada transmitter
menyediakan informasi cahaya penjuru (bearing light) dari kabel serat optik melalui
konektor. Konektor harus mengarahkan dan mengumpulkan cahaya. Konektor juga
harus dapat dipasang dan dilepas dengan mudah dari peralatan. Hal ini merupakan
titik kunci. Konektor dapat dibongkar-pasang. Dengan fitur ini konektor menjadi
berbeda dengan sambungan (splice)[4].
Untuk memastikan didapatkannya rugi yang rendah, konektor harus
menghilangkan efek-efek pergeseran sudut dan lateral dan juga menjaga bahwa kedua
adalah lebih berhasil dari pada yang lain. Konektor optik merupakan salah satu
perlengkapan kabel serat optik yang berfungsi sebagai penghubung serat[4].
Konektor ini mirip dengan konektor listrik dalam hal fungsi dan tampilan luar
tetapi konektor pada serat optik memiliki ketelitian yang lebih tinggi. Konektor
menandai sebuah tempat dalam sambungan data serat optik setempat dimana daya
sinyal dapat hilang dan BER (Bit Error Rate) atau keandalan dapat dipengaruhi oleh
koneksi mekanik. Konektor yang digunakan dengan kabel serat optik kaca[4]:
1. Bionik, salah satu jenis konektor yang paling awal digunakan dalam sambungan
data serat optik. Konektor bionik memiliki selongsong tirus (tapered sleeve) yang
merupakan harga mati untuk kabel serat optik. Ketika steker ini dimasukkan ke dalam
akhir tirus stop kontak berarti menempatkan kabel serat optik dalam posisi tepat.
Dengan konektor ini, tutup tepat di atas landasannya, sisanya terpandu cincin dan
memutar masuk ke dalam selongsong tergulung untuk menjamin koneksi. Konektor
jenis ini sekarang jarang digunakan.
2. D4, konektor ini sangat mirip dengan konektor FC (Fiber Connector) dalam hal
berkas pemasangannya, penguncian dan penyelesaian PC (Physical Contact) nya.
Perbedaan utamanya adalah diameter landasan 2,0 mm, aslinya didesain oleh Nippon
Electric Corp.
3. FC/PC, digunakan untuk kabel single-mode fibers. Konektor ini menawarkan
penempatan yang sangat tepat untuk kabel single-mode fibers, menanggapi pancaran
posisi yang dapat dilokasikan derajatnya dan sebuah stop kontak tergulung. Konektor
ini dapat ditarik dan didorong dengan tab pengunci.
4. SMA, pendahulu konektor ST (Straight Tip). Konektor ini mengistimewakan tutup
tergulung dan perumahan.
5. ST, suatu jenis bayonet terkunci mirip dengan konektor BNC (Bayonet Neil
Concelmen). Konektor ini digunakan baik untuk kabel single-mode fibers maupun
multi-mode fibers. Konektor ini digunakan secara luas karena mempunyai
kemampuan yang baik dalam hal memasukkan maupun mengeluarkannya dari kabel
serat optik dengan cepat dan mudah. Metode penempatannya juga mudah. Ada dua
versi konektor ini, yaitu ST dan ST2. Kedua konektor ini terkunci dan memuat pegas
serta dapat ditarik dan diputar.
6. Konektor Kabel Serat Optik, konektor ini digunakan secara eksklusif untuk kabel
serat optik guna menekan harga dan mempermudah penerapannya. Sering digunakan
pada penerapan dengan tanpa penggosokan atau epoxy (sambungan dari suatu
komposisi dengan satu oksigen dan dua atom karbon dalam ikatan segitiga).
2.4.3 Penyambungan (Splicing)
Sambungan (splice) adalah peralatan untuk menghubungkan satu kabel sarat
optik dengan yang lainnya secara permanen. Splice merupakan perlengkapan tetap
yang menyambung konektor. Meskipun demikian beberapa penjualan (vendor)
dapat diputus untuk perbaikan atau penyusunan kembali.Istilah sambungan ini dapat
membingungkan[4].
Kabel serat optik mungkin mempunyai sambungan bersama untuk sejumlah
alasan. Salah satunya adalah untuk mendapatkan sambungan panjang partikular.
Penginstal jaringan kerja mungkin mempunyai penemuan inventaris beberapa kabel
serat optik, tetapi tidak ada yang cukup panjang untuk memuaskan permintaan
panjang sambungan. Hal ini terjadi karena pabrik kabel hanya menawarkan kabel
dengan panjang terbatas.Biasanya 1 km sampai 6 km. penginstalan sambungan 10 km
dapat dikerjakan dengan beberapa sambungan bersama. Penginstal akan puas atas
keperluan jarak dan tidak perlu membeli kabel serat optik yang baru. Splice diminta
pada pintu masuk dalam bangunan, pengawatan tertutup, pemasang, dan secara
harfiah sebagai titik perantara antara transmitterdan receiver[4].
Pada pandangan pertama akan terpikir bahwa penyambungan dua kabel secara
serat optik bersama adalah seperti menghubungkan dua kawat. Padahal, syarat untuk
sambungan serat optik dan sambungan kawat sangat berbeda. Dua sambungan
tembaga dapat digabungkan dengan solder atau dengan konektor yang mempunyai
kerut atau terpatri ke kawat. Tujuannya adalah untuk menciptakan kontak mendalam
antara dua titik kontak untuk mendapatkan sedikit garis hambatan melintas
persimpangan.
Di pihak lain, menghubungakan dua kabel serat optik memerlukan penjajaran
yang tepat untuk pasangan inti serat atau titik di dalam kabel single-mode fibers. Hal
optik melintasi persimpangan ke kabel serat optik lainnya. Kebutuhan akan ketepatan
penjajaran menciptakan tantangan bagi desainer sambungan.
Ada dua jenis prinsip sambungan[4]:
1. Sambungan Fusi, menggunakan pancaran listrik untuk mematri dua kabel serat
optik bersama-sama. Teknik ini memerlukan orang yang ahli dan berpengalaman
karena penjajaran kabel serat optik membutuhkan komputer terkontrol untuk
mencapai kerugian sesedikit mungkin yaitu 0,05 dB. Teknik ini memerlukan biaya
tinggi.
2. Sambungan Mekanik, semuanya menggunakan elemen biasa.Teknik ini lebih
mudah diterapkan di lapangan, memerlukan sedikit atau tanpa peralatan dan
menawarkan kerugian sekitar 0,2 dB.
2.4.4 Receiver
Optical receiver (penerima optik) seperti pelaut di dek kapal penerima sinyal.
Receiver optik berfungsi mengambil sinyal cahaya digital yang masuk,
menguraikannya dan mengirim sinyal listrik ke komputer lain, televisi atau telepon.
Receiver menggunakan fotosel fotodioda untuk mendeteksi cahaya. Pada dasarnya
receiver optik mengubah modulasi cahaya yang datang dari serat optik kembali ke
bentuk asalnya. Karena jumlah cahaya pada serat optik sangat kecil, receiver optik
biasanya menggunakan penguat internal yang tinggi. Oleh karena itu receiver optik
dapat dengan mudah diisi kembali. Untuk alasan ini maka penting dilakukan untuk
Sebagai contoh, pasangan transmitter/receiver didesain untuk penggunaan
single-mode fibers, tetapi digunakan dengan multi-mode fibers sehingga sejumlah
besar cahaya pada keluaran serat akan memenuhi receiver dan kemudian
menyebabkan beberapa distorsi sinyal keluaran (kelebihan sumber cahaya).
Begitu juga jika pasangan transmitter/receiver yang didesain untuk
multi-mode fibers digunakan pada single-mode fibers maka tidak cukup cahaya yang dapat
mencapai receiver. Hasil keluaran terlalu banyak atau tidak ada sinyal sama sekali.
“Ketidaksesuaian” receiver baru dipertimbangkan jika ada cukup banyak kehilangan
dalam serat dengan tambahan 5-10 dB pasangan cahaya ke dalam serat multi-mode
fibers hanya digunakan untuk memberikan kesempatan untuk mencapai operasi yang
pantas. Meskipun begitu, ini merupakan kasus yang ekstrim dan tidak normal[4].
2.4.5 Konsep Kerugian dalam Serat Optik
Kerugian di sini terjadi karena cahaya berjalan melewati serat. Mengingat
cahaya menempuh jarak puluhan kilometer atau lebih, maka kemurnian kaca pada inti
serat harus sangat tinggi. Inti serat optik terbuat dari kaca sangat murni yang memiliki
sedikit kerugian. Untuk menilai kemurnian kaca digunakan sistem perbandingan
dengan kaca jendela biasa. Kaca jendela yang bening, dapat melewatkan cahaya
dengan bebas, memiliki ketebalan 0,25 sampai 0,5 cm. bagian tembus pandang.
Dalam kasus ini, cahaya yang melewati pinggiran dan masuk ke kaca, melewati
beberapa centimeter. Jadi hanya sedikit cahaya yang mampu melewati puluhan
Kerugian merupakan hasil utama dari perambatan acak dan penyerapan
ketidakmurnian kaca. Sumber kerugian yang lain dalam serat disebabkan karena
bengkok yang berlebihan yang mana menyebabkan cahaya meninggalkan area inti
serat. Semakin kecil radius pembengkokan, semakin kecil kerugian. Oleh karena itu
pembengkokan di sepanjang kabel serat optik harus memiliki radius sekecil
mungkin[4].
2.4.6 Lebar Jalur Serat Optik
Jenis lebar jalur untuk serat optik yang umum memiliki jangkauan sedikit
MHz per km untuk inti serat yang sangat besar. Standart multi-mode fibers adalah
ratusan MHz per km, sedangkan untuk single-mode fibers adalah ribuan MHz per km.
Dengan bertambahnya panjang serat maka lebar jalurnya akan berkurang secara
proporsional. Sebagai contoh, kabel serat yang dapat mendukung lebar jalur 500 MHz
pada jarak 1 km hanya mampu mendukung 250 MHz pada jarak 2 km dan 100 MHz
pada jarak 5 km[5]. Karena single-mode fibers sebagai lebar jalur tinggi, faktor
pengurangan lebar jalur sebagai fungsi panjang ini tidak menjadi masalah utama
ketika menggunakan serat jenis ini. Meskipun demikian, harus diperhatikan ketika
menggunakan multi-mode fibers, apakah digunakan sebagai lebar jalur maksimum
atau digunakan dalam jangkauan sinyal sistem transmisi titik ke titik[5].
2.5 Redaman Serat Optik
sebagian dari energi cahaya. Hal ini dinyatakan dalam redaman kabel. Satuan yang
digunakan untuk redaman serat optik adalah dB/km. Redaman tergantung dari
beberapa keadaan. Tetapi yang utama adalah bahwa redaman tergantung pada
panjang gelombang dari cahaya yang digunakan[5].
Menurut rekomendasi ITU-T G.0653E, kabel serat optik harus mempunyai
koefisien redaman 0,5 dB/km untuk panjang gelombang 1310 nm dan 0,4 dB/km
untuk panjang gelombang 1550 nm. Tapi besarnya koefisien ini bukan merupakan
nilai yang mutlak, karena harus mempertimbangkan proses pabrikasi, desain &
komposisi fiber, dan desain kabel. Untuk itu terdapat range redaman yang masih
diizinkan yaitu 0,3 sampai 0,4 dB/km untuk panjang gelombang 1310 nm dan 0,17
sampai 0,25 dB/km, untuk panjang gelombang 1550. Selain itu, koefisien redaman
mungkin juga dipengaruhi spektrum panjang gelombang yang diperoleh dari hasil
pengukuran pada panjang gelombang yang berbeda[5].
Redaman itu dapat terjadi karena adanya dua faktor yaitu faktor intrinsik dan
faktor ekstrinsik.
2.5.1 Faktor Intrinsik
Ada beberapa faktor intrinsik dari serat optik yang menyebabkan redaman,
yaitu[5]:
2.5.1.1Absorption (penyerapan)
Peristiwa ini terjadi akibat ketidak murnian bahan fiber optik yang digunakan.
dari cahaya tersebut akan terserap. Gambar 2.6 menunjukkan rugi-rugi penyerapan
[image:33.612.191.491.142.209.2]pada serat optik.
Gambar 2.6 Rugi-rugi Penyerapan
Rugi-rugi ini analog dengan disipasi daya pada kabel tembaga, dimana serat
optik menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi panas. Untuk mengatasinya
digunakan kaca yang benar-benar murni yang diperkirakan kemurniannya sampai
99,9999%. Namun rugi-rugi absorpsi antara 1 dan 1000 dB/km tetap saja lumayan
besar. Ada tiga faktor yang turut menimbulkan rugi absorpsi pada serat optik yaitu
absorpsi ultraviolet, absorpsi inframerah, danabsorpsi resonansi ion.
1. Absorpsi ultraviolet, disebabkan oleh elektron valensi dari bahan silica. Cahaya
mengionisasi elektron valensi tersebut menjadi konduktor. Ionisasi tersebut sama saja
dengan rugi cahaya total dan tentu saja menimbulkan rugi-rugi transmisi pada serat
optik.
2. Absorpsi inframerah, adalah hasil dari penyerapan photon-photon cahaya oleh
atom-atom molekul inti kaca. Ini menyebabkan photon bergetar secara acak dan
menyebabkan panas.
3. Absorpsi resonansi ion (Gambar 2.7), disebabkan oleh ion-ion OH pada bahan
proses pembuatannya. Absorpsi ion juga dapat disebabkan oleh molekul besi,
[image:34.612.199.427.146.204.2]tembaga, dan chromium.
Gambar 2.7 Molekul-molekul air yang terdapat dalam inti Glass[5].
2.5.1.2Scattering (penghamburan)
Terjadi akibat adanya berkas cahaya yang merambat dalam materi
dipancarkan/dihamburkan ke segala arah dikarenakan struktur materi yang tidak
murni. Biasanya scattering ini terjadi pada lokasi-lokasi tertentu saja di dalam bahan,
dan ukuran daerah yang terkena pengaruh perubahan efek terpencarnya cahaya sangat
kecil, yaitu kurang dari satu panjang gelombang cahaya.
2.5.1.3 Rugi-rugi pada Coredan Cladding
Struktur serat optik terdiri dari 3 komponen yaitu core, cladding dancoating.
Masing-masing bagian serat optik ini terbentuk dari berbagai macam material yang
berbeda. Meskipun inti maupun claddingmemiliki bahan penyusun dasar yang sama,
namun inti memiliki indeks bias yang lebih besar dari claddingdengan adanya bahan
aditif yang ditambahkan dalam material penyusun inti.
Akan tetapi secara alami, material-material penyusun inti maupun cladding
bahan-bahan penyusun kedua bagian ini memiliki karakteristik tersendiri, maka baik core
maupun cladding juga memiliki komponen pelemahan sinyal. Pelemahan sinyal atau
rugi-rugi pada core dan cladding adalah berbeda, hal ini disebabkan karena
berbedanya bahan penyusun coredan cladding itu sendiri.
2.5.1.4Bending (pembengkokan)
Pada saat pemasangan serat optik pada suatu saluran transmisi akan ada
beberapa kondisi yang akan mengubah keadaan fisik dari serat optik tersebut.
Misalnya adalah kondisi lapangan/daerah yang berkelok-kelok dan mengharuskan
kabel dipasang dengan pembelokan. Selain itu, tekanan secara fisis dari lingkungan
maupun kesalahan instalasi juga akan berpengaruh dalam mengubah kondisi fisik
serat optik.
Perubahan fisik ini biasa disebut bending dan terdiri dari dua jenis
macrobending dan microbending:
a. Macrobending
Pembengkokan makro (Gambar 2.8) adalah pembengkokan kabel optik
dengan radius pembengkokan yang mempengaruhi banyaknya pelemahan
sinyal yang berpropagasi dalam inti. Adanya pembengkokan dengan radius
pembengkokan lebih besar dari radius inti serat optik mengakibatkan sebagian
Gambar 2.8 Rugi-rugi Pembengkokan Makro[5]
2.5.2 Faktor Ekstrinsik
Ada beberapa faktor ekstrinsik dari serat optik yang menyebabkan redaman,
yaitu[5]:
2.5.2.1Microbending
Pembengkokan mikro (Gambar 2.9) berasal dari keadaan kabel yang tidak
sempurna akibat berbagai pengaruh dari luar kabel, seperti tekanan dari luar, ataupun
ketidaksempurnaan bentuk inti dalam kabel optik tersebut. Adanya perubahan radius
inti berakibat sama seperti halnya pembengkokan mikro dimana sinyal yang
berpropagasi akan hilang pada saat berpropagasi.
[image:36.612.231.448.556.614.2]Pembengkokan mikro yang diakibatkan oleh tekanan dari luar kabel
diantisipasi dengan mempergunakan pembungkus yang lebih kuat dan tidak sensitif
terhadap pengaruh eksternal.
2.5.2.2Copling Losses
Pada kabel serat optik, coupling losses dapat terjadi pada tiga tipe sambungan
optik, yaitu: sambungan light source-to-fiber, sambungan fiber-to-fiber, dan
sambungan fiber-to-photodetector. Rugi-rugi sambungan lebih sering disebabkan
pada salah satu masalah-masalah penyambungan yang bias terjadi pada saluran
lateral misalignment, longitudinal misalignment dan sudut angular misalignment.
Ditunjukkan pada Gambar 2.10[5].
.
(a) (b)
[image:37.612.117.511.377.536.2](c)
Gambar 2.10Coupling loses: a)longitudinal misalignmentb) lateral misalignment
c)angular misalignment
Kesemua jenis misalignment ini memiliki prinsip yang sama, yaitu inti dari
misalignment bukan karena perbedaan karakteristik serat optik, namun lebih mengacu
kepada kesalahan mekanis yang sangat mungkin terjadi pada instalasi serat optik
dalam suatu saluran transmisi. Masing-masing misalignment memiliki parameter
yang berbeda-beda sehingga perhitungan rugi-rugi setiap misalignmentjuga
berbeda-beda.
2.5.2.3 Rugi-rugi pada Konektor dan Splice
Suatu saluran transmisi serat optik pasti akan tersambung dengan
komponen-komponen lainnya. Komponen tersebut antara lain adalah konektor antar serat optik,
konektor serat optik dengan komponen lain seperti sumber cahaya atau penerima.
Konektor dalam sambungan serat optik bersifat tidak permanen sehingga dapat
dibongkar apabila sudah tidak memenuhi kebutuhan. Splice pada dasarnya
merupakan penyambung antar serat optik, namun sifat sambungan yang
mempergunakan splice adalah permanen. Selain konektor dan splice juga ada
komponen lain yang mungkin ditemui dalam sambungan serat optik, yaitu repaired
[image:38.612.145.542.568.653.2]splice yang merupakan splice yang diperbaiki dari splice sebelumnya yang mengalami kerusakan atau gangguan lain. Gambar 2.11 menunjukkan splice pada 2 buah fiber optic[8].
Konektor dan splice keduanya memiliki kontribusi terhadap rugi-rugi pada
transmisi sinyal optik pada serat. Sinyal yang berpropagasi dan melalui
komponen-komponen ini akan mengalami penurunan daya. Pemilihan konektor yang tidak tepat
dapat mengakibatkan pemakaian amplifier yang sangat banyak, hal inilah yang
mengakibatkan biaya bertambah.
2.5.2.4Frasnel Reflection
Faktor lainnya yang turut memberikan sumbangan rugi-rugi pada suatu
transmisi serat optik adalah fresnel reflection. Fresnel reflection ini merupakan
fenomena yang terjadi akibat penggunaan konektor dalam menyambung dua buah
serat optik. Pada umumnya, saat instalasi, dua kabel yang dihubungkan oleh konektor
tersebut tidak dihubungkan secara langsung namun diberi sedikit jarak. Jarak antar
dua serat optik ini memberikan rongga udara diantaranya. Hal ini menyebabkan
meskipun kedua serat optik memiliki indeks bias yang sama, tetap aka nada daya
yang dipantulkan kembali kearah kabel pengirim karena ada beda indeks antara inti
dari serat optik dengan udara.
2.6 Link Power Budget
Dalam suatu komunikasi serat optik, kita tidak akan lepas dari perhatian
power budget. Sistem komunikasi optik akan berjalan baik dan lancar apabila tidak
untuk menjamin agar sistem transmisi dapat menyediakan bandwidth yang
mencukupi pada bit rate yang diinginkan. RTB berkaitan erat dengan batasan
dispersi suatu sinyal yang dilewatkan pada serat optik, dan tentunya berpengaruh
pada kapasitas kanal yang diinginkan dari sistem optik.
Power budget merupakan suatu hal yang sangat menentukan apakah suatu
sistem komunikasi optik dapat berjalan dengan baik atau tidak. Karena power budget
menjamin agar penerima dapat menerima daya optik sinyal yang diperlukan untuk
mendapatkan bit error rate (BER) yang diinginkan.
Perhitungan dan analisis power budget merupakan salah satu metode untuk
mengetahui performansi suatu jaringan. Hal ini dikarenakan metode ini dapat
digunakan untuk melihat kelayakan suatu jaringan untuk mengirimkan sinyal dari
pengirim sampai ke penerima atau dari central office terminal (COT) sampai ke
remote terminal (RT). Tujuan dilakukannya perhitungan power budget adalah untuk
menentukan apakah komponen dan parameter desain yang dipilih dapat
menghasilkan daya sinyal di penerima sesuai dengan tuntutan persyaratan
performansi yang diinginkan.
Desain suatu sistem dapat memenuhi persyaratan apabila system gain (Gs)
lebih besar atau sama dengan total rugi-rugi. Daya yang diterima lebih kecil dari
daya saturasi yang dapat mengakibatkan distorsi di penerima. Desain link transmisi
optik ditentukan oleh bit rate informasi yang ditransmisikan, panjang link total dan
BER yang diinginkan. Bit rate dan panjang link total menentukan karakteristik serat
optik, tipe sumber optik (pengirim) dan tipe detector optik (penerima) yang
dihitung sehingga dapat diperoleh jarak transmisi maksimum antara pengirim dan
BAB III
RAYLEIGHPADA TRANSMISI SERAT OPTIK
3.1 Cara Kerja Serat Transmisi Optik
Ada beberapa cara kerja sistem transmisi serat optik yang akan dijelaskan,
diantaranya pengiriman data dengan media cahaya, sistem relay, konsep kerugian,
dan lebar jalur pada serat optik[1].
3.1.1 Transmisi Cahaya pada Serat Optik
Jika cahaya hendak dipancarkan ke sasaran yang lurus, hal itu dapat
dilakukan dengan menyorotkan cahaya ke sasaran yang dituju karena cahaya
merambat lurus. Tetapi bagaimana jika cahaya hendak dipancarkan melalui daerah
yang berbelok-belok ataupun berupa lintasan yang rumit, seperti di bawah tanah atau
lubang yang kecil. Untuk mengatasi hal ini maka diperlukan suatu sistem yang
bekerja seperti cermin tetapi memiliki efisiensi tinggi. Sistem pemantulan inilah yang
merupakan prinsip dasar serat optik[2].
Serat optik akan mengirimkan data dengan media cahaya dalam serat optik
yang merambat melewati inti dengan pemantulan (memantul dari dinding
pembungkus atau cladding) yang tetap. Prinsip ini disebut total pantulan internal.
Karena cladding tidak menyerap cahaya dari inti maka cahaya dapat melintasi jarak
yang cukup jauh. Walaupun begitu ada beberapa cahaya yang mengalami kerugian
ketidakmurnian kaca. Besarnya kerugian cahaya tergantung kemurnian kaca dan
panjang gelombang cahaya yang ditransmisikan[2].
3.1.2 Perambatan Cahaya dalam Serat Optik
Pada dasarnya cahaya dapat merambat lurus atau memantul di dalam core
serat optik, pemantulan cahaya terjadi karena indeks bias core lebih besar
dibandingkan indeks bias cladding. Pola perambatan cahaya dalam serat optik
sebagai berikut sinar merambat lurus sepanjang sumbu serat tanpa mengalami
refleksi atau refraksi. Sinar datang mengalami refleksi total karena memiliki sudut
datang yang lebih besar dari sudut kritis dan akan merambat sepanjang serat melalui
pantulan-pantulan. Refraksi (pembiasan cahaya) adalah peristiwa penyimpangan atau
pembelokan cahaya karena melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya.
Sinar akan mengalami refraksi dan tidak akan dirambatkan sepanjang serat karena
memiliki sudut datang yang lebih kecil dari sudut kritis[2].
3.1.3 Indeks Bias
Ketika cahaya merambat di dalam suatu bahan yang jernih, kecepatannya
akan turun sebesar suatu faktor yang ditentukan oleh karakteristik bahan yang
dinamakan indeks bias. Dengan kata lain indeks bias adalah pebandingan antara
kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di dalam bahan.
Sebagian besar bahan yang digunakan untuk membuat serat optik memiliki nilai
Karena indeks bias sebenarnya merupakan nilai perbandingan (rasio) antara
kecepatan cahaya di dalam ruang hampa terhadap kecepatan cahaya didalam bahan,
maka besaran indeks bias tidak memiliki satuan. Indeks bias berperan sebagai faktor
pembagi dalam menentukan kecepatan cahaya di dalam suatu bahan, hal ini berarti
bahwa semakin rendah nilai indeks bias maka semakin tinggi kecepatan cahaya di
dalam bahan terkait3. Hubungan indeks bias terhadap kecepatan cahaya adalah
sebagai berikut: indeks bias rendah = kecepatan cahaya tinggi.
3.1.4 Hukum Snellius
Sudut satu arah perambatan sinar cahaya diukur dengan mengacu ke garis
normal bidang perbatasan antara kedua bahan. Garis normal adalah sebuah garis
yang mengarah tegak lurus terhadap permukaan bidang perbatasan. Sudut yang
dibentuk oleh arah sinar datang ke bidang perbatasan (terhadap garis normal) dan
sudut yang dibentuk oleh arah sinar meninggalkan bidang perbatasan (terhadap garis
normal) secara berturut-turut disebut sebagai sudut datang dan sudut bias sinar
cahaya. Pada Gambar 3.1 menunjukkan bagaimana pemantulan cahaya terjadi
Gambar 3.1 Pemantulan Cahaya Menurut Hukum Snellius
Terlihat bahwa sudut bias akan lebih besar dari sudut datang ketika cahaya
merambat dari bahan yang berindeks bias besar ke bahan lainnya yang berindeks bias
lebih kecil. Willebrord Snellius, seorang astronom berkebangsaan Belanda yang
hidup di abad ke-17, menemukan bahwa terdapat suatu hubungan matematis antara
indeks bias kedua bahan dengan nilai sinus dari sudut-sudut sinar. Ia merumuskan
hukum matematika ini pada tahun 1621. Hukum Snellius menyatakan bahwa[3]:
Dimana n1 dan n2 secara berturut-turut adalah nilai indeks bias bahan pertama dan
bahan kedua, sedangkan θ1dan θ2secara berturut-turut adalah sudut datang dan sudut
bias.
Terdapat empat variabel matematika di dalam persamaan di atas, sehingga
dengan mengetahui tiga diantaranya saja kita dapat menentukan nilai variabel
keempat. Dengan demikian, besarnya pembiasan (pembekokan arah cahaya) yang
terjadi dapat dihitung dengan menggunkan Hukum Snellius.
3.1.5 Sudut Kritis
Sudut perambatan sinar sinar cahaya akan bertambah jika sinar memasuki
sebuah bahan dengan indeks bias yang lebih kecil. Jika sudut datang sinar (di dalam
bahan pertama) menuju bidang perbatasan terus diperbesar, akan tercapai suatu titik
dimana sudut bias menjadi bernilai 900 dan sinar akan merambat sejajar dengan
bidang perbatasan di dalam bahan kedua. Sudut datang yang menyebabkan terjadinya
hal ini disebut sebagai sudut kritis. Kita dapat menghitung nilai sudut kritis dengan
mengambil nilai sudut bias sebesar 900. Persamaan Hukum Snellius[3]:
n1sin θ1= n2sin 900…...……….…….(3.2)
Karena nilai sin 900 adalah 1, maka dapat disusun kembali persamaan di atas untuk
mendapatkan sin θ1dan kemudian nilai sudut θ1 (yang dalam kasus ini adalah sudut
………...……….……….(3.3)
3.1.6 Pemantulan InternalSempurna
Sudut kritis diberi nama demikian karena sudut ini memang berperan sangat
penting (kritis) di dalam prinsip kerja serat optik. Jika cahaya merambat dengan
sudut datang yang kurang dari sudut kritis, maka cahaya akan dibiaskan keluar dari
bahan pertama sebagaimana telah kita ketahui dari penjelasan-penjelasan
sebelumnya.
Akan tetapi, jika cahaya merambat menuju bidang perbatasan dengan sudut
datang yang lebih besar dari sudut kritis, maka cahaya tersebut akan dipantulkan
kembali (oleh bidang perbatasan) ke dalam bahan pertama. Dalam kasus ini, bidang
perbatasan hanya berperan sebagai sebuah bidang pantul (‘cermin’). Efek semacam
ini disebut sebagai pemantulan internal sempurna (total internal reflection/TIR).
Apabila sudut datang sinar lebih besar dari sudut kritis, maka sinar akan
dipantulkan balik ke dalam bahan pertama melalui proses yang telah dikenal sebagai
pemantulan internal sempurna. Setiap cahaya yang ditembakkan menuju bidang
perbatasan dengan sudut datang lebih besar dari sudut kritis akan merambat
sepenuhnya di dalam serat optik. Gambar 3.2 adalah gambar perjalanan cahaya
Gambar 3.2 PemantulanInternalSempurna
Efek ini merupakan jawaban bagi pertanyaan mengenai bagaimana cahaya
dapat ‘dikurung’ di dalam serat optik. Jika serat optik memiliki sisi-sisi yang saling
sejajar, dan dibungkus oleh sebuah bahan lainnya (mantel) dengan indeks bias yang
lebih kecil, maka cahaya dapat dibuat selalu terpantul balik di bidang perbatasan
serat mantel dengan sudut yang tetap.
Setiap sinar cahaya yang ditembakkan menuju bidang perbatasan dengan
sudut datang lebih besar dari sudut kritis akan merambat sepenuhnya di dalam serat
Gambar 3.3 Cahaya dapat Merambat Melalui Serangkaian Pemantulan di dalam
Serat Optik
3.2 Rayleighpada Transmisi Serat Optik
Dalam pembuatan serat optik, sering kali terjadi ketidaksempurnaan pada
bahan, seperti tidak homogennya indeks bias, tidak sempurnanya atom pembentuk,
dan terbawanya atom-atom lain dalam serat optik. Ketidakhomogenan indeks bias
dalam serat optik akan menimbulkan hamburan sinar (berpencarnya sinar) yang
dinamakan dengan hamburan rayleigh.
Peristiwa ini terjadi karena adanya berkas cahaya yang meengenai suatu
materi dalam serat optik yang kemudian menghamburkan/memancarkan
berkas-berkas cahaya tersebut ke segala arah. Hal ini disebabkan ketidakhomogenan materi
yang terdapat dalam serat optik tersebut yang mempunyai sifat menghamburkan
Seberkas cahaya yang melalui suatu gelas dengan variasi indeks bias
disepanjang gelas tadi, sebagian energinya akan hilang dihamburkan oleh benda
benda kecil yang ada di dalam gelas. Hamburan yang disebabkan oleh tumbukan
[image:50.612.168.472.224.307.2]cahaya dengan partikel tersebut dinamakan hamburan rayleigh ditunjukkan pada
Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Hamburan akibat penghalang yang besar
Rugi-rugi ini berasal dari variasi mikroskopik pada kepadatan material. Pada
dasarnya, serat optik terbentuk dari beberapa molekul. Keberadaan molekul pada
serat optik ini memiliki kepadatan molekul yang lebih padat pada suatu daerah
dibanding dengan daerah lainnya. Adanya perbedaan ini menimbulkan variasi indeks
bias pada serat optik dalam jarak tertentu yang relatif kecil dibanding dengan panjang
gelombang. Variasi indeks bias ini menyebabkan hamburan dari cahaya tersebut.
Penyebaran rayleighterjadi sebagai akibat tidakhomogennya indeks bias pada
core serat optik. Bilamana pada core serat optik terjadi perubahan indeks bias yang
lebih pendek daripada panjang gelombang sinar yang dirambatkan, maka akan terjadi
Gambar 3.5 Penyebaran Rayleigh
Persamaan yang digunakan untuk penyebaran rayleigh, sebagai berikut[5]:
.……….………….….(3.4)
Dimana : = Rugi-rugi Rayleigh(dB)
= Koefisien kemampatan Isothermis bahan
n = Indeks bias inti
= KonstantaBoltzman
Tf = Suhu dimana fluktuasi kerapatan melebur dalam Glass
λ = Panjang gelombang (µm)
Menurut Govind P. Agrawal dalam bukunya, persamaan diatas disederhanakan
menjadi[6]:
Dimana konstanta C berkisar 0.7–0.9 (dB/km)µm4 tergantung pada konstituen inti
serat[6].
3.3 Metode Perhitungan
Untuk menganalisis rayleigh pada Transmisi Serat Optik, dilakukan metode
perhitungan dengan mengubah panjang gelombang dan konstanta C agar menjadi
perbandingan pada panjang gelombang berapa nilai hamburan rayleigh yang terkecil
supaya dapat diketahui serat optik manakah yang memilik kualitas yang paling baik
BAB IV
ANALISIS RAYLEIGH PADA TRANSMISI
SERAT OPTIK
4.1 Umum
Tugas akhir ini menganalisis rayleigh pada transmisi serat optik untuk
mengetahui kualitas serat optik sebagai media transmisi pada panjang gelombang
tertentu, serat optik yang dianalisis adalah multi-mode fibers dengan panjang
gelombang 850 nm dan 1300 nm serta single-mode fibersdengan panjang gelombang
1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm dan nilai konstanta C = 0.7 (dB/km)µm4, 0.8
(dB/km)µm4dan 0.9 (dB/km)µm4.
4.2 Analisis Rayleigh pada Transmisi Serat Optik
Untuk menghitungi rayleigh pada transmisi serat optik menggunakan
persamaan (3.5). Berikut ini akan dihitung rayleighpada transmisi serat optik dengan
panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm (single-mode fibers)serta
multi-mode fibers dengan panjang gelombang 850 nm dan 1300 nm, dengan nilai C= 0.7
(dB/km)µm4, 0.8 (dB/km)µm4dan 0.9 (dB/km)µm4.
panjang gelombang 850 nm dan 1300 nm
a. fiber optic multi modedengan panjang gelombang 850 nm
= 1,340 dB/km
b. Untuk panjang gelombang 1300 nm
= 0,245 dB/km
2. Untuk konstanta C= )µm4fiber optic multi mode dengan panjang
gelombang 850 nm dan 1300 nm
a. Untuk fiber optic multi modedengan panjang gelombang 850 nm
= 1,523 dB/km
b. Untuk panjang gelombang 1300 nm
3. Untuk konstanta C= )µm4, fiber optic multi mode dengan
panjang gelombang 850 nm dan 1300 nm
a. Untuk fiber optic multi modedengan panjang gelombang 850 nm
= 1,724 dB/km
b. Untuk panjang gelombang 1300 nm
= 0,312 dB/km
4. Untuk konstanta C= )µm4, fiber optic single mode dengan
panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm.
a. fiber optic single modedengan panjang gelombang 1310 nm
= 0,238 dB/km
= 0,142 dB/km
c. Untuk panjang gelombang 1550 nm
= 0,121 dB/km
5. Untuk Konstanta C= )µm4, fiber optic single mode dengan
panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm.
a. fiber optic single modedengan panjang gelombang 1310 nm
= 0,272 dB/km
b. Untuk panjang gelombang 1490 nm
= 0,162 dB/km
c. Untuk panjang gelombang 1550 nm
6. Untuk konstanta C= )µm4, fiber optic single mode dengan
panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm dan 1550 nm.
a. fiber optic single modedengan panjang gelombang 1310 nm
= 0,306 dB/km
b. Untuk panjang gelombang 1490 nm
= 0,182 dB/km
c. Untuk panjang gelombang 1550 nm
= 0,155 dB/km
Tabel 4.1 memperlihatkan hasil perhitungan rayleigh pada transmisi serat
optik pada fiber optic single-mode dengan panjang gelombang 1310 nm, 1490 nm
dan 1550 nm dan fiber optic multi-mode dengan panjang gelombang 850 nm dan
Tabel 4.1Rayleighpada Transmisi Serat Optik
4.3 Hasil Analisis
Dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan (3.5), didapat bahwa
besarnya nilai rayleigh berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Nilai
rayleigh pada panjang gelombang 0,850 m (inframerah) dengan konstanta C=
adalah 1,340 dB/km. Sedangkan untuk panjang gelombang 1,550
m dengan konstanta C= m4 nilai rayleigh pada transmisi serat optik
adalah 0,121 dB/km. Dari tabel diatas, (single-mode fibers) memberikan loss akibat
hamburan sangat kecil dibandingkan dengan lossserat optik multi-mode fibers.
Panjang
Gelombang
m)
Nilai Rayleigh
dengan Konstanta
C = µm4
Nilai Rayleigh
dengan Konstanta
C= µm4
Nilai Rayleigh
dengan Konstanta
C= µm4
0,850 1,340 dB/km 1,523 dB/km 1,724 dB/km
1,300 0,245 dB/km 0,280 dB/km 0,312 dB/km
1,310 0,238 dB/km 0,272 dB/km 0,306 dB/km
1,490 0,142 dB/km 0,162 dB/km 0,182 dB/km
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa serat optik single-mode fibers
lebih baik kualitasnya sebagai media transmisi dibandingkan dengan serat optik
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil analisa didapatkan kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut:
1. Besarnya nilai hamburan rayleigh berbanding terbalik dengan panjang
gelombang. Semakin besar panjang gelombang, maka hamburanrayleigh-nya
semakin kecil. Sebaliknya jika nilai panjang gelombang kecil, makanya
hamburan rayleighsuatu transmisi serat optik akan semakin besar.
2. Serat optik single-mode fibers memiliki kualitas lebih baik sebagai media
transmisi serat optik dibanding dengan serat optik multi-mode fibers karena
serat optik single-mode fibersmemiliki panjang gelombang yang lebih besar
dibandingkan dengan multi-mode fibers dengan begitu loss akibat hamburan
rayleighserat optik single-mode fibers akan lebih kecil dibandingkan dengan
serat optik multi-mode fibers.
5.2 Saran
Untuk meningkatkan kualitas Tugas Akhir ini, saran-saran yang bias
1. Sebaiknya dilakukan pengukuran langsung hamburan rayleigh dengan
menggunakan alat, agar dapat dibandingkan hasil perhitungan dengan hasil
pengukuran.
2. Untuk mengurangi loss akibat hamburan rayleigh, sebaiknya menggunakan
DAFTAR PUSTAKA
[1] Rogers, Alan. 2001. Understanding Optical Fiber Communications, Artech House, Norwood.
[2] Nugraha, Andi Rahman. 1997. Serat Optik. Edisi Pertama. Penerbit Andi. Yogyakarta. Hal 3-5, 17-21, 34-37.
[3] Crisp, John and Barry Elliott. 2006. Serat Optik : Sebuah Pengantar. Edisi Ketiga. Penerbit Erlangga. Jakarta. Hal 15-19, 33-35, 186-189, 191-200.
[4] Coolen, John and Dennis Roddy. 1993. Komunikasi Elektronika Jilid 2. Edisi Ketiga. Penerbit Erlangga. Jakarta. Hal 733-786.
[5] Keiser, Gerd. 2000. Optical Fiber Communicationsí. Edisi Ketiga. Penerbit McGraw Hill. Singapore. Hal 92, 325, 536-544.
[6] G.P, Agrawal. 2002. Fiber-Optic Communication Systems. New York, USA. Hlm. 56.
[7] Diakses pada tanggal 27 desember 2013.
http://id.wikipedia.org/wiki/seratoptik/
[8] Fauzi, Nurman. 2008. Surabaya.
![Gambar 2.1 dapat dilihat struktur dasar kabel serat optik[1].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/82983.7598/20.612.220.418.254.307/gambar-dapat-dilihat-struktur-dasar-kabel-serat-optik.webp)
![Gambar 2.7 Molekul-molekul air yang terdapat dalam inti Glass[5].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/82983.7598/34.612.199.427.146.204/gambar-molekul-molekul-yang-terdapat-dalam-inti-glass.webp)
![Gambar 2.8 Rugi-rugi Pembengkokan Makro[5]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/82983.7598/36.612.231.448.556.614/gambar-rugi-rugi-pembengkokan-makro.webp)
