Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik

(1)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009.

BAHAN SIDANG TUGAS AKHIR

ANALISIS KINERJA AWG ( ARRAYED WAVEGUIDE GRATINGS)

PADA KOMUNIKASI SERAT OPTIK

O

L

E

H

050402101

RIFQI FIRDAUS

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ANALISIS KINERJA AWG ( ARRAYED WAVEGUIDE

GRATINGS ) PADA KOMUNIKASI SERAT OPTIK

Oleh :

050402101

RIFQI FIRDAUS

Disetujui oleh:

Pembimbing,

NIP. 131945356

IR. M. ZULFIN, MT

Diketahui oleh:

a.n Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

NIP. 130365322

Rahmad Fauzi ST, MT

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. ABSTRAK

Pertumbuhan aplikasi bandwidth yang beraneka ragam besarnya seperti (

video phone, teleconference, still image, dan lain – lain ) dibutuhkan media transmisi

yang dapat memenuhi kebutuhan tersebut. Disamping memiliki bandwidth yang

besar serat optik juga memiliki redaman yang kecil saat melewatkan sinyal. Oleh

karena itu serat optik menjadi pilihan utama backbone jaringan telekomunikasi saat

ini.

Namun untuk dapat melakukan penggabungan kanal – kanal komunikasi

yang banyak dengan media serat optik tidaklah mudah. Disamping itu juga untuk

mengurangi jumlah amplifier dijaringan dibutuhkan suatu cara yang kompleks,

sehingga jaringan dapat melayani beban tanpa harus memasang banyak amplifier.

Oleh karena itu, WDM menjadi suatu solusi karena dapat memultipleks

sinyak ke dalam saluran serat optik tunggal dan dapat mengurangi amplifier.

Hasil analisis yang dilakukan menunjukkan bahwa dengan menekan order

difraksi yaitu dari 49 menjadi 33 maka spasi kanal juga akan meningkat dari 100

GHz menjadi 150 GHz. Penurunan order difraksi tersebut, akan dapat meningkatkan

jumlah kanal transmisi. Bila spasi kanal dirubah – ubah yaitu dari 100 GHz menjadi

150 GHz, maka selisih panjang waveguide yang dihubungkan ke kisi- kisi AWG

akan memiliki besar yang tidak terpaut satu sama lainnya yaitu dari 0,03236684 µm

(4)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat

dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang berjudul

“ANALISIS KINERJA AWG ( ARRAYED WAVEGUIDE GRATINGS ) PADA

KOMUNIKASI SERAT OPTIK”. Adapun Tugas Akhir ini dibuat untuk memenuhi

syarat kesarjanaan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara.

Selama penulisan Tugas Akhir ini hingga menyelesaikannya, penulis banyak

mendapat bantuan dan dukungan serta masukan dalam penulisan Tugas Akhir dari

banyak pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Ayahanda Rustam Dahrul dan Ibunda Suwarni Aisyah yang telah

membesarkan dan memberikan kasih sayang yang tulus kepada penulis.

Kakak penulis Rahmah Ramadhani, ST dan abang penulis Aswad Mulya

,Amd yang selalu menyayangi, adik tersayang penulis Ridha Fauzi yang

selalu memberi bantuan dan doa kepada penulis.

2. Bapak Ir. M. Zulfin, MT dan Dosen Pembimbing penulis yang telah sangat

banyak membantu dalam penulisan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Soeharwinto, ST, MT sebagai Dosen Wali penulis yang telah

(5)

4. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT ( Alm ), dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT,

selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen Teknik Elektro Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Teman-teman stambuk 2005, Ricky, Hary, Sujek, Rizky, Lutfi, Prindi,

Andika, Rudi, Gifari, Harpen, Putra, Khairil, Azwar, Iqri, Umar, Diana, Ami,

Tachi, Dewi, Toe (Yona), Zainul, Anisa, Chici, Aprik, Megi, Dedi , Muti,

Daniel, Eternal, Mika, Samuel, Lemuel, Erisa, Once, Kristina dan

teman-teman yang belum disebut namanya yang selama ini menjadi teman-teman diskusi di

kampus.

7. Syarifah Anda Yani yang selalu memberi dukungan, perhatian, dan doanya

kepada penulis selama penulisan Tugas Akhir ini.

8. Teman-teman seperjuangan, Alfi, Dadang, Fahri, dan Ardhi yang selalu

mendukung, membantu, dan menghibur penulis.

Berbagai usaha telah penulis lakukan demi terselesaikannya Tugas Akhir ini

dengan baik, tetapi penulis menyadari akan kekurangan dan keterbatasan penulis.

Oleh karena itu, saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan

(6)

Akhir kata penulis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi

pembaca dan penulis.

Medan, 13 Juni 2009

Penulis,

(7)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GRAFIK... xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1

1.2Rumusan Masalah ... 2

1.3Tujuan Penulisan ... 2

1.4Batasan Masalah ... 3

1.5Metodologi Penulisan ... 3

1.6Sistematika Penulisan ... 4

(8)

2.2 Perutean Panjang Gelombang ... 8

2.3 Teknologi WDM ... 8

2.3.1 Add – Drop Multiplekser ... 9

2.3.2 Interference Filter pada WDM ... 9

2.4 SISTEM DWDM ... 12

2.4.1 Prinsip Kerja DWDM ... 13

2.4.2 Komponen penting pada DWDM ... 14

2.4.3 Pemantulan dan Pentransmisian FBG ... 18

2.5 Channel Spacing ... 19

2.6 SISTEM CWDM ... 20

2.6.1 Prinsip Kerja CWDM ... 21

2.6.2 Perbedaan Antara CWDM dan DWDM ... 21

2.7 WDM Sebagai Sistem Cross – Connect Switching ... 23

BAB III SISTEM ARRAYED WAVEGUIDE GRATINGS 3.1 Pendahuluan ... 25

3.2 Maksimum Jumlah Kanal Panjang Gelombang ... 27

(9)

3.4 Percobaan Young ... 28

3.5 Pola Interferensi dari Tiga atau Lebih Sumber Berjarak Sama ... 30

3.6 Difraksi Cahaya ... 32

3.7 Dampak Penambahan Jumlah Celah ... 33

3.8 Maksima Utama ... 34

3.9 Minima dan Maksima Kedua... 35

3.10 Susunan Spektrum Kisi ... 36

3.11 Prinsip Kerja AWG ... 37

3.12 Keunggulan Sistem AWG ... 45

3.13 Parameter Kinerja AWG ... 46

BAB IV ANALISIS PEHITUNGAN KINERJA AWG ( ARRAYED WAVEGUIDE GRATINGS ) PADA KOMUNIKASI SERAT OPTIK 4.1 Umum ... 48

4.2 Perhitungan Kecepatan Grup ( Vg ) ... 49

4.3 Perhitungan Order Kisi Difraksi ( m ) ... 50

(10)

4.5 Analisis Hasil Perhitungan ... 54

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 56

5.2 Saran ... 57

DAFTAR PUSTAKA ... 58

(11)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem Wavelength Division Multiplexing ... 7

Gambar 2.2 Interference Filter pada WDM ... 10

Gambar 2.3 Demultiplekser 40 Kanal dengan Pemisahan ke Dalam Blok – Blok Kanal ... 11

Gambar 2.4 Star coupler ... 13

Gambar 2.5 Fiber Bragg Gratings ... 16

Gambar 2.6 Optical circulator dan FBG ... 17

Gambar 2.7 Proses Pemantulan dan Pentransmisian gelombang Cahaya Pada FBG ... 18

Gambar 2.8 Channel Spacing DWDM Fiber Bragg Grating ... 20

Gambar 2.9 Jarak Antar Kanal Pada DWDM ... 22

Gambar 2.10 Jarak Antar Kanal pada CWDM ... 23

Gambar 2.11 Optical Cross – Connect ... 24

Gambar 3.1 Modul AWG ( Arrayed Waveguide Gratings ) ... 25

(12)

Gambar 3.3 Celah Ganda... ... 29

Gambar 3.4 Pola Cahaya pada 2,3 dan 4 Celah... 30

Gambar 3.5 Pola Intensitas Untuk 2,3 dan 4 Celah.. ... 31

Gambar 3.6 Dampak Pertambahan Jumlah Celah ... 33

Gambar 3.7 Maksima Utama dan Kedua pada 3 Celah... ... 34

Gambar 3.8 Kisi Difraksi (a) Kisi Tanpa Lensa (b) Kisi Dengan Lensa Pemfokus... ... 34

Gambar 3.9 Maksima Utama, Minima dan Maksima Kedua Pada N = 6.. ... 35

Gambar 3.10 Maksima Kedua pada N = 20 ... 36

Gambar 3.11 Pola Cahaya yang Dihasilkan Kisi... ... 37

Gambar 3.12 Prinsip Kerja AWG.. ... 37

Gambar 3.13 Geometri output kopler pada AWG ... 40

(13)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbedaan Antara DWDM dan CWDM ... 22

Tabel 4.1 Rekapitulasi Perhitungan m, L∆ , Vg, dan λC =1,553µm ... 51

Tabel 4.2 Rekapitulasi Perhitungan m dan ∆λ_ch ... 52

(14)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. DAFTAR GRAFIK

Tabel 4.1 m Vs ∆λ_ch ... 52

(15)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Semakin beragamnya layanan informasi, tuntutan kehandalan jaringan yang

memadai, dan persaingan antar pemberi layanan telekomunikasi yang semakin ketat

berakibat pada meningkatnya tuntutan sistem transmisi yang memiliki kapasitas

bandwidth besar dan kualitas yang tinggi.

Antisipasi kebutuhan bandwidth yang besar ini telah diupayakan dengan

meningkatkan kualitas media transmisi yang digunakan, diantaranya dengan

menggunakan serat optik. Serat optik digunakan sebagai media transmisi pilihan,

karena memiliki beberapa keunggulan, antara lain ; memiliki bandwidth yang besar,

redaman transmisi kecil, ukuran kecil, dan tidak terpengaruh oleh gelombang

elektromagnetik.

Saat ini muncul teknologi untuk memanfaatkan bandwidth serat optik yang

besar ini dengan metode penjamakan. Pada komunikasi serat optis terdapat beberapa

metode penjamakan, yaitu TDM (Tim Division Multiplexing) dan WDM

(Wavelength Division Multiplexing) yang selanjutnya berkembang menjadi DWDM

(Dense Wavelength Division Multiplexing). Dalam sistem DWDM dikenal sebuah

aplikasi sistem pembagi spektrum panjang gelombang pada pentransmisiannya.

(16)

ini dapat melakukan multiplexing dan demultipleksing dengan jumlah kanal yang

sangat besar dengan rugi yang relatif kecil. Aplikasi sistem AWG ini sangat krusial

dalam pentransmisian sinyal melalui serat optik. Dengan pemanfaatan sistem AWG

ini, maka perbaikan dalam pentransmisian sinyal menggunakan serat optik akan

menjadi lebih baik.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, dirumuskan beberapa permasalahan antara lain:

1. Bagaimana prinsip kerja sistem DWDM dalam komunikasi melalui serat

optik.

2. Bagaimana prinsip kerja dari sistem AWG pada aplikasi sistem DWDM.

3. Apa saja yang menjadi parameter kerja dari sistem AWG.

4. Bagaimana menghitung kinerja sistem AWG, yaitu menghitung order difraksi

( m ), dan selisih panjang array ( ∆L ).

5. Apa saja pengaruh order difaksi dan selisih panjang array terhadap sistem

AWG.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini yaitu :

(17)

2. Melakukan analisis perhitungan kinerja AWG ( Arrayed Waveguide

Gratings) yaitu : jumlah order difraksi ( m ) dan selisih panjang arrayed

waveguide (∆L).

1.4 Batasan Masalah

Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada tugas akhir ini, maka

penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini

diperbuat supaya isi dan pembahasan dari tugas akhir ini menjadi lebih terarah dan

dapat mencapai hasil yang diharapkan. Adapun batasan masalah pada penulisan

Tugas Akhir ini adalah:

1. Hanya membahas pada sistem DWDM.

2. Tidak membahas jenis – jenis material yang membangun AWG dan

perbedaan karakteristiknya.

3. Tidak membahas rangkaian elektronik yang membangun sistem.

4. Hanya membahas untuk transmisi single mode fiber.

5. Hanya membahas sebagian kinerja pada sistem AWG, yaitu :

menghitung selisih panjang array waveguide ( ∆L ) dan order difraksi

( m ).

1.5 Metodologi Penulisan

(18)

1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan

dengan topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang

dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel,

jurnal, internet dan lain-lain.

2. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas

akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak

departemen Teknik Elektro USU.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis

menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar

belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat

penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : SISTEM WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING

Bab ini menjelaskan tentang penjelasan dan paparan dari sistem

WDM, serta prinsip kerja sistem WDM.

BAB III : SISTEM ARRAYED WAVEGUIDE GRATINGS

Bab ini menjelaskan tentang sistem AWG itu sendiri, memaparkan

(19)

BAB IV : ANALISIS KINERJA AWG PADA KOMUNIKASI SERAT

OPTIK

Bab ini menjelaskan tentang penganalisaan kinerja sistem AWG

pada aplikasi DWDM.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil analisis.

DAFTAR PUSTAKA

(20)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. BAB II

SISTEM WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING

2.1 Pendahuluan

Teknologi WDM ( Wavelength Division Multiplexing ) yang merupakan cikal

bakal lahirnya DWDM ( Dense Wavelength Division Multiplexing ) berkembang dari

keterbatasan yang ada pada sistem serat optik, dimana pertumbuhan trafik pada

sejumlah jaringan backbone mengalami percepatan yang tinggi, sehingga kapasitas

jaringan tersebut terpenuhi dengan cepatnya. Hal ini menjadi dasar pemikiran untuk

memanfaatkan jaringan yang ada dibandingkan membangun jaringan baru.

Teknologi WDM pada dasarnya adalah teknologi transportasi untuk

menyalurkan berbagai jenis trafik (data, suara, dan video) secara transparan, dengan

menggunakan panjang gelombang (λ) yang berbeda-beda dalam suatu fiber tunggal

secara bersamaan. Implementasi WDM dapat diterapkan baik pada jaringan long

haul (jarak jauh) maupun untuk aplikasi short haul (jarak dekat)[3].

Pada Gambar 2.1 ditunjukkan sebuah contoh sistem WDM. Delapan sinyal

optik dengan panjang gelombang yang berbeda – beda yang berasal dari kanal-kanal

transmisi langsung dimultipleksing. Sinyal – sinyal tersebut dibawa keluar dari

multiplekser pada sebuah fiber tunggal. Di tengah pentransmisian terjadi sebuah

add-drop multiplekser yang meruting 1 panjang gelombang λ₄ke titik tujuan dan

(21)

Gambar 2.1 Sistem Wavelength Division Multiplexing[9]

Pada sisi kanan terdapat 8 sinyal yang dipisahkan dalam sebuah

demultiplekser dan dirutekan ke setiap penerima masing – masing. Receiver bersifat

color-blind dalam merespon secara sama untuk semua panjang gelombang. Receiver

dapat mendeteksi semua panjang gelombang yang masuk. Ini artinya, bahwa sinyal –

sinyal tersebut harus benar – benar terpisah pada bagian multiplekser, karena jika

terjadi perbedaan panjang gelombang antar 2 atau lebih yang masuk, maka pada

keluaran receiver akan dianggap sebagai sebuah noise. Sebagai contoh, jika λ₅

masuk pada receiver 6, maka receiver secara bersamaan akan memasukkan λ₅ pada

kanal 6 sebagai λ6. Ini menyebabkan terjadinya interferensi dengan sinyal λ6 yang

(22)

Add - drop multiplekser ialah sebuah multiplekser yang berfungsi untuk

mengeluarkan 1 atau lebih panjang gelombang dari gabungan transmisi sinyal optik.

Add – drop multiplekser dapat melakukan drop ke suatu lokasi tujuan. Ia juga dapat

melakukan add sinyal tersebut, sehingga dapat ditransmisikan kembali pada mid

point station. Pada Gambar 2.1 dapat kita lihat penambahan sinyal λ₄ setelah sinyal

tersebut di-drop terlebih dahulu[9].

2.2 Perutean Panjang Gelombang

Fungsi lain dari sebuah demultiplekser ialah sebagai pengorganisir

gelombang cahaya. Demultiplekser optik melakukan perutean gelombang cahaya

dari panjang gelombang yang berbeda – beda ke dalam setiap receiver tujuan masing

– masing[9].

Perutean gelombang cahaya ini dapat kita lihat pada Gambar 2.1, yaitu

terdapat 1 – 8 gelombang cahaya menuju 1 – 8 kanal receiver masing – masing.

Receiver tersebut dapat berupa titik optic connection maupun cable connection[9].

2.3 Teknologi WDM

Interference filter dan teknologi lainnya dapat digunakan untuk memisahkan

dan menggabungkan panjang gelombang dalam system WDM. Beberapa pendekatan

sedang dilakukan untuk aplikasi WDM saat ini. Beberapa teknologi WDM muncul

dengan keuntungan tersendiri, namun masih belum dipublikasikan. Walaupun

teknologi tersebut bekerja dengan cara yang berbeda, namun pada proses

(23)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. 2.3.1 Add – Drop Multiplekser

Sebuah demultiplekser secara penuh melakukan pemisahan terhadap panjang

gelombang ke dalam kanal fiber keluaran, tetapi perkembangan selanjutnya tentu kita

ingin membagi hanya 1 atau 2 gelombang cahaya dari gabungan transmisi

gelombang[9].

Cahaya yang ditransmisikan akan diteruskan menuju lokasi tujuan yang

diinginkan. Tugas inilah yang dilakukan oleh sebuah add – drop multiplekser, seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 2.1[9].

2.3.2 Interference Filter pada WDM

Penggunaan interference filter pada WDM membutuhkan cahaya input yang

kemudian akan diteruskan ke dalam filter. Sebuah lensa memfokuskan cahaya yang

berasal dari input dan kemudian meneruskan ke satu atau banyak filter. Beberapa

interference filter dapat membagi sebanyak 6 gelombang seri seperti yang

(24)

Gambar 2.2 Interference Filter pada WDM[9]

Filter Pertama mentransmisikan gelombang λ₁ dan memantulkan gelombang

lainnya. Sisa gelombang tersebut dilewatkan pada filter kedua, dimana gelombang

2

λ ditransmisikan dan memantulkan 4 gelombang lainnya. Pada paparan ini dapat

kita lihat bahwa, kita membutuhkan sebanyak n – 1 filter untuk menangani n kanal

optik[9].

Konsep interference filter ialah simple and straight forward, namun filter ini

tidak sempurna. Meskipun memantulkan gelombang, secara virtual terjadi tabrakan

cahaya antar gelombang. Beberapa gelombang dapat hilang. Jika kita bekerja pada

jumlah kanal 16, maka akan menghasilkan rugi – rugi yang lebih besar dibandingkan

untuk 8 kanal transmisi[9].

Untuk mengurangi rugi – rugi tersebut, maka sinyal optik ini dibagi ke dalam

(25)

menunjukkan sebuah pembangunan sistem dengan menggunakan high pass filter dan

low pass filter. Pada Gambar 2.3 tersebut pertama – tama cahaya masukkan

dilewatkan ke sebuah high pass filter dan memantulkan gelombang cahaya lain yang

lebih rendah dari λ₇. Gelombang yang terpendek tadi akan diteruskan ke sebuah low

pass filter dan memantulkan cahaya yang lebih panjang dari λ₉. λ₁- λ₈ akan

diteruskan ke sebuah demultiplekser 8 kanal[9].

Gambar 2.3 Demultiplekser 40 Kanal dengan Pemisahan ke Dalam Blok – Blok Kanal[9]

Panjang gelombang λ₁₇- λ₄₀ diteruskan ke low pass filter dan memantulkan

gelombang cahaya yang lebih besar dari λ₂₄. Kanal λ₁₇- λ₂₄langsung diteruskan ke

demultiplekser 8 kanal[9].

Sistem WDM dibagi menjadi 2 segmen : DWDM ( Dense Wavelength

Division Multiplexing ) dan CWDM ( Coarse Wavelength Division Multiplexing).

(26)

menggunakan beberapa panjang gelombang cahaya pada sebuah serat optik, tetapi

kedua teknologi tersebut berbeda pada jarak antar pajang gelombang, jumlah kanal,

dan kemampuan untuk memperkuat sinyal pada medium optik[3].

2.4 Sistem DWDM

DWDM merupakan suatu teknik transmisi yang memanfaatkan cahaya

dengan panjang gelombang yang berbeda-beda sebagai kanal-kanal informasi,

sehingga setelah dilakukan proses memultipleksi seluruh panjang gelombang

tersebut dapat ditransmisikan melalui sebuah serat optik.

Teknologi DWDM adalah teknologi dengan memanfaatkan sistem SDH

(Synchoronous Digital Hierarchy) yang sudah ada dengan memultiplekskan

sumber-sumber sinyal yang ada. Menurut definisinya, teknologi DWDM dinyatakan sebagai

suatu teknologi jaringan transportasi yang memiliki kemampuan untuk membawa

sejumlah panjang gelombang (4, 8, 16, 32, dan seterusnya) dalam satu fiber tunggal.

Artinya, apabila dalam satu fiber itu dipakai empat gelombang, maka kecepatan

transmisinya menjadi 4x10 Gbs (kecepatan awal dengan menggunakan teknologi

SDH)[3].

Jenis filter yang umum dipergunakan di dalam sistem DWDM ini antara lain

Fiber Bragg Gratings (FBG) dan Array Waveguide Filters (AWG). Komponen

berikutnya adalah serat optik dengan dispersi yang rendah, dimana karakteristik

demikian sangat diperlukan mengingat dispersi secara langsung berkaitan dengan

(27)

untuk aplikasi tersebut adalah EDFA. Berikut ini adalah Gambar 2.4 tentang konsep

star coupler.

Gambar 2.4 Star coupler[14].

Peralatan WDM ada yang bersifat pasif dan ada yang bersifat aktif. Peralatan

aktif yaitu filter, penguat dan sumber cahaya. Diantaranya peralatan WDM juga

dapat berfungsi sebagai pembagi ( splitting ) dan penggabung (combining ) sinar

optik. Pada dasarnya, sebagian besar peralatan WDM pasif seperti coupler, star

coupler, dan lainnya adalah merupakan konsep star coupler yang dapat melakukan

penggabungan dan pembagi cahaya.

Pada Gambar 2.4 menunjukkan star coupler secara umum. Dalam aplikasi

yang lebih luas star coupler dapat menggabungkan pancaran cahaya dari dua atau

lebih masukan serat dan membaginya ke dalam bermacam – macam keluaran serat.

Pada umumnya pembagian dikerjakan secara sama pada semua panjang gelombang,

maka tiap – tiap N keluaran akan menerima 1/N daya masukan. Daya optik dari satu

N port masukkan dibagi secara sama ke dalam N port keluaran [14].

2.4.1 Prinsip Kerja DWDM

Pada dasarnya, teknologi WDM (awal adanya teknologi DWDM) memiliki

prinsip kerja yang sama dengan media transmisi yang lain dalam mengirimkan

(28)

suatu kabel atau serat optik dapat dilakukan pengiriman banyak informasi secara

bersamaan melalui kanal yang berbeda. Setiap kanal ini dibedakan dengan

menggunakan prinsip perbedaan panjang gelombang (wavelength) yang dikirimkan

oleh sumber informasi. Sinyal informasi yang dikirimkan awalnya diubah menjadi

panjang gelombang yang sesuai dengan panjang gelombang yang tersedia pada kabel

serat optik kemudian dimultipleksikan pada satu fiber. Dengan teknologi DWDM ini,

pada satu serat optik dapat tersedia beberapa panjang gelombang yang berbeda

sebagai media transmisi yang biasa disebut dengan kanal[3].

2.4.2 Komponen penting pada DWDM

Pada teknologi DWDM terdapat beberapa komponen utama yang harus ada

untuk mengoperasikan DWDM dan agar sesuai dengan standar kanal ITU, sehingga

teknologi ini dapat diaplikasikan pada beberapa jaringan optik seperti SONET dan

yang lainnya. Komponen-komponennya adalah sebagai berikut[3]:

1. Transmitter yaitu komponen yang mengirimkan sinyal informasi dengan

dimultipleksikan pada sistem DWDM. Sinyal dari transmitter ini akan dimultipleks

untuk dapat ditansmisikan.

2. Receiver yaitu komponen yang menerima sinyal informasi dari demultiplekser

untuk dapat dipisah berdasarkan informasi originalnya.

3. DWDM terminal multiplekser. Terminal Mux sebenarnya terdiri dari transponder

converting wavelength untuk setiap sinyal panjang gelombang tertentu yang akan

dibawa. Transponder converting wavelength menerima sinyal input optik (sebagai

(29)

sinyal optik dan mengirimkan kembali sinyal tersebut menggunakan pita laser 1550

nm. Terminal Mux juga terdiri dari multiplekser optic yang mengubah sinyal 1550

nm dan menempatkannya pada suatu fiber SMF( Single Mode Fibre) -28.

4. Intermediate optical terminal (amplifier). Komponen ini merupakan perangkat

penguat jarak jauh yang menguatkan sinyal dengan banyak panjang gelombang yang

dikirim sampai sejauh 140 km atau lebih. Diagnostic optical dan telemetry

dimasukkan di sekitar daerah amplifier ini untuk mendeteksi adanya kerusakan dan

pelemahan pada serat. Pada proses pengiriman sinyal informasi pasti terdapat

atenuasi dan dispersi pada sinyal informasi yang dapat melemahkan sinyal. Oleh

karena itu harus dikuatkan.

Sistem yang biasa dipakai pada fiber amplifier ini adalah sistem EDFA

(Erbium Doped Fiber Amplifier ), namun karena bandwidth dari EDFA ini sangat

kecil yaitu 30 nm (1530 nm-1560 nm) dan minimum atenuasi terletak pada 1500 nm

sampai 1600 nm. Kemudian digunakan DBFA (Dual Band Fiber Amplifier) dengan

bandwidth 1528 nm hingga 1610 nm. Kedua jenis penguat ini termasuk jenis EBFA

(Extended Band Filter Amplifier) dengan penguatan yang tinggi[16], saturasi yang

lambat dan noise yang rendah. Teknologi amplifier optik yang lain adalah sistem

Raman Amplifier yang merupakan pengembangan dari sistem EDFA.

5. DWDM terminal Demux. Terminal ini mengubah sinyal dengan banyak panjang

gelombang menjadi sinyal dengan hanya 1 panjang gelombang dan mengeluarkannya

ke dalam beberapa fiber yang berbeda untuk masing-masing client untuk dideteksi.

Sebenarnya demultiplexing ini bertindak pasif, kecuali untuk beberapa telemetry

(30)

demultiplekser ini yaitu terdapat couplers (penggabung dan pemisah power

wavelength) berupa Fiber Bragg Grating. Berikut ini adalah Gambar 2.5

Menunjukkan Fiber Bragg Gratings.

Gambar 2.5 Fiber Bragg Gratings[3].

Fiber bragg gratings ( FBG ) dapat dikelompokkan ke dalam interference

filter, tetapi ia memiliki perbedaan fungsi yang signifikan. Secara umum FBG

memantulkan sebuah gelombang yang dipilih dan melewatkan gelombang yang

lainnya. Jika pada interference filter, ia melewatkan gelombang yang dipilih dan

memantulkan gelombang lainnya[9].

Fiber bragg gratings juga merupakan sebuah serat optik yang dicampurkan

kisi – kisi ke dalamnya. Sebagai fiber, bragg gratings sangat mudah untuk

digabungkan dengan serat optik lainnya. Pada Gambar 2.5 dan 2.6 dapat kita lihat

funsi dan penggunaan optical circulator dalam diantara input , FBG dan port

reflected ( output ). Terdapat 3 port yang mengizinkan pentransmisian cahaya dari

port 1 ke port 2, dan dari port 2 ke port 3. Ini artinya bahwa, ada cahaya yang

(31)

3. Berikut ini adalah Gambar 2.6 yang menunjukkan proses pemantulan dan

[image:31.595.116.524.135.477.2]

pentransmisian pada FBG denga bantuan optical ciculator[9].

Gambar 2.6 Optical circulator dan FBG[9].

Pada Gambar 2.6 pantulan gelombang cahaya λ₈ yang berasal dari FBG

kemudian diteruskan pada port 3. Untuk gelombang λ₁-λ₇ akan dilewatkan oleh

FBG. Jika terdapat banyak port, maka optical circulator harus menjaga agar

pentransmisian cahaya hanya satu jalur lintasan[9].

6. Optikal supervisory channel( OSC ). Ini merupakan tambahan panjang gelombang

yang selalu ada di antara 1310 nm-1510 nm. OSC membawa informasi optik multi

wavelength sama halnya dengan kondisi jarak jauh pada terminal optik atau daerah

(32)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. 2.4.3 Pemantulan dan Pentrasnmisian pada FBG

Panjang gelombang memiliki peran yang penting dalam pentransmisian

cahaya melalui serat optik. Masing - masing jalur memantulkan beberapa cahaya dari

sekumpulan gelombang cahaya. Jika panjang gelombang adalah 2 kali spasi kisi pada

serat, maka cahaya tersebut akan sefasa dan terjadi interfereni yang saling

membangun.

Panjang gelombang yang dipilih harus 2 kali spasi kisi dalam FBG, karena

gelombang cahaya yang memasuki daerah tersebut akan mengalami 2 kali proses,

yaitu saat memasuki FBG dan ketika mengalami pemantulan kembali. Berikut ini

adalah Gambar 2.7 yang menunjukkan proses pemantulan dan pentranmisian

[image:32.595.144.491.342.625.2]

gelombang cahaya pada FBG[9].

(33)

Cahaya yang melewati kisi dapat dihitung jika kita memasukkan indeks

refraktif ke dalam persamaan. Jika D adalah spasi kisi, n adalah indeks refraktif pada

kaca, maka panjang gelombang yang terpantulkan adalah[9] :

gratings

λ = 2nD……….……….……….……(2.1)

Sebagai contoh, jika spasi kisi adalah 0,5 µmdan indeks refraktif sebesar 1,47, maka panjang gelombang yang terpantulkan sebesar 1,47 µm. Kita dapat menghitung panjang gelombang pantulan terhadap pengaruh spasi kisinya secara

tepat. Dengan catatan kita harus mengetahui secara pasti nilai dari indeks refraktif

dan spasi kanalnya[9].

2.5 Channel Spacing

Channel spacing menentukan sistem performansi dari DWDM. Standar

channel spacing dari ITU adalah 50 GHz sampai 500 GHz (100 GHz akhir-akhir ini

sering digunakan)[16]. Spacing (jarak) ini membuat kanal dapat dipakai dengan

memperhatikan batasan-batasan fiber amplifier. Channel spacing bergantung pada

sistem komponen yang dipakai.

Channel spacing merupakan sistem frekuensi minimum yang memisahkan 2

sinyal yang dimultipleksikan. Atau biasa disebut sebagai perbedaan panjang

gelombang diantara 2 sinyal yang ditransmisikan. Optical Amplifier dan kemampuan

penerima untuk membedakan sinyal menjadi penentu dari spacing pada 2 gelombang

yang berdekatan.

Pada perkembangan selanjutnya sistem DWDM berusaha untuk menambah

(34)

informasi. Salah satunya adalah dengan memperkecil channel spacing tanpa adanya

suatu interferensi dari pada sinyal pada satu fiber optik tersebut. Dengan demikian,

hal ini sangat bergantung pada sistem komponen yang digunakan. Salah satu

contohnya adalah pada demultiplekser DWDM yang harus memenuhi beberapa

kriterja di antaranya adalah bahwa Demux harus stabil pada setiap waktu dan pada

berbagai suhu, harus memiliki penguatan yang relatif besar pada suatu daerah

frekuensi tertentu dan dapat tetap memisahkan sinyal informasi, sehingga tidak

terjadi interferensi antar sinyal. Sistem yang sebelumnya sudah dijelaskan yaitu FBG

[image:34.595.109.474.313.553.2]

(Fiber Bragg Grating) mampu memberikan spacing channel tertentu seperti pada

Gambar 2.8.

0.5 nm Channel Spacing DWDM Fiber Bragg Grating

Gambar 2.8 Channel Spacing DWDM Fiber Bragg Grating[16].

2.6 Sistem CWDM

Konsep Coarse Wavelength Division Multiplexing (CDWM) ialah

(35)

Tujuan utama teknologi ini adalah menekan biaya investasi dan biaya operasi

teknologi DWDM terutama untuk area metro[3].

DWDM memang berimbas pada biaya. Dengan pertimbangan utama

tingginya biaya dan diikuti oleh alasan kebutuhan variasi layanan dan kebutuhan

jarak tempuh yang pendek (terkait pada kebutuhan sumber laser) membuat

implementasi DWDM membutuhkan biaya yang mahal. Solusi untuk permasalahan

ini adalah konsep Coarse Wavelength Division Multiplexing (CDWM)[3].

2.6.1 Prinsip CWDM

Prinsip kerja dasar dari CDWM adalah sama dengan prinsip kerja umum

teknologi DWDM yaitu mentransmisikan kombinasi sejumlah panjang gelombang

yang berbeda dengan menggunakan perangkat multipleks panjang gelombang optik

dalam satu fiber. Pada sisi penerima terjadi proses kebalikannya, dimana panjang

gelombang tersebut dikembalikan ke sinyal asalnya[3].

2.6.2 Perbedaan Antara CWDM dan DWDM

Perbedaan yang paling mendasar antara CWDM dan DWDM terletak pada

jarak antar kanal dan area operasi panjang gelombangnya (band frekuensi). CWDM

memanfaatkan jarak antar kanal 0.2 nm yang lebih memberi ruang kepada sistem

untuk toleran terhadap dispersi. Hal ini berkaitan langsung dengan teknologi

perangkat multipleks ( terutama laser dan filter ) yang akan diimplementasikan dalam

sistem, dimana untuk jarak antar kanal yang semakin presisi (DWDM = 0,2 nm s/d

(36)

Tabel 2.1 Perbedaan Antara CWDM dan DWDM[3].

No Parameter CWDM DWDM

1 Channel Spacing 0,2 nm 0,2 s.d 1,2 nm

2 Band Frekuensi 1290 s.d 1610 nm 1470 s.d 1610 nm

3 Type Fibre Optimal ITU – T G.652, G.653, G.655 ITU – T G.655

4 Aplikasi Point to point, chain, ring, mesh Point to point, chain, ring mesh

5 Area implementasi optimal Metro Jarak jauh

6 Ukuran perangkat Lebih kecil Lebih besar

7 OLA ( Regenerator ) Tidak ada Ada

8 Power Consumption Lebih rendah ( 15 % ) Lebih Tinggi

9 Laser Device Lebih murah Lebih mahal

10 Filter Lebih sedikit Lebih banyak

Jarak antar kanal merupakan jarak antara dua panjang gelombang yang

dialokasikan sebagai referensi. Semakin sempit jarak antar kanal, maka akan

semakin besar jumlah panjang gelombang yang dapat ditampung. Jarak antar kanal

yang paling umum digunakan oleh para pengguna DWDM saat ini adalah: 0,2 nm s/d

1,2 nm, sedangkan untuk CWDM tetap 0.2 nm. Deskripsi jarak antar kanal adalah

seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.9 dan Gambar 2.10[3].

(37)

Gambar 2.10 Jarak Antar Kanal pada CWDM[3].

Pada DWDM dibutuhkan laser transmiter yang lebih stabil dan presisi

daripada yang dibutuhkan pada CWDM. Artinya, DWDM menempati level teknologi

yang lebih tinggi dari CWDM. Pada sistem DWDM laser yang digunakan adalah

sistem DFB yang menggunakan teknologi tinggi dengan toleransi panjang

gelombang sekitar 0,1 nm (presisi dan sangat sempit) dan mengakibatkan temperatur

tinggi, sehingga membutuhan sistem pendingin. Sedangkan pada sistem CWDM

sekitar ( 2-3 ) nm tanpa sistem pendingin dan membutuhkan konsumsi daya yang

lebih kecil (hanya sekitar 15% dibanding DWDM). Demikian pula terjadi pada

sistem filter diantara keduanya. Tentunya hal ini menimbulkan perbedaan biaya yang

sangat signifikan[3].

2.7 WDM Sebagai Sistem Cross – Connect Switching

WDM tidak hanya dapat melakukan proses multipleksing dan

demultipleksing yang baik, tetapi WDM juga dapat melakukan optical cross –

connect switching. Gambar 2.11 menunjukkan proses optical cross – connect

switching. Sinyal dilewatkan pada N input ke M output yang mungkin. Proses

switching ini disebut sebagai cross – connect atau switching fabrics. Sistem cross –

(38)

Optical cross – connect merupakan sistem baru dalam dunia telekomunikasi.

Ia dapat melakukan transfer sinyal optik secara bersamaan dengan kecepatan tinggi

pada input dan output-nya. Sistem ini hanya dapat mengatasi untuk jumlah switching

yang terbatas yaitu 8 x 8 dengan 8 input dan 8 output. Sistem cross – connect ini

dalam pengembangannya sudah mampu melakukan switching dengan kapasitas 1000

input dan output, namun belum dipublikasikan dan masih dilakukan di laboratorium

serta lembaga penelitian komersial. Berikut ini adalah Gambar 2.11 yang

[image:38.595.160.460.305.523.2]

menunjukkan sistem optical cross – connect.

(39)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. BAB III

SISTEM ARRAYED WAVEGUIDE GRATINGS

3.1Pendahuluan

Pengenalan tentang sistem AWG sudah menjadi revolusi dari sistem

telekomunikasi. AWG membuat blok - blok untuk penanganan sistem yang rumit

seperti ; optical attenuator ( VOA ), thermo-optic switch, DWDM channel monitor,

[image:39.595.121.446.338.577.2]

dynamic gain equalizer, dan lain - lain. Biasanya modul AWG ditunjukkan seperti

Gambar 3.1.

Fibre Chip-Coupling

Module pre-test

Gambar 3.1 Modul AWG ( Arrayed Waveguide Gratings )[16].

Sistem DWDM mampu untuk melakukan multiplexing dan demultiplexing

yang terangkum dalam sistem AWG. Multiplekser AWG dikenal dengan nama

wavelength division multiplexer ( WDM ) dan demultiplekser AWG dikenal dengan Housing

Connectors Fan-out boxes

Strains relieves Electric Wiring

(40)

sebutan wavelength division demultiplexer ( WDDM ). Sinyal optik dibangkitkan

oleh dioda laser ( LDS ) menjadi panjang gelombang monokromatik yang serial 2,

2, … N, ( tanpa sebuah standar rentang panjang gelombang ) dan keluar sebanyak N

serat ke dalam sebuah WDM. Sinyal input dalam WDM dikombinasikan menjadi

sebuah sinyal output polikromatik, proses ini dikenal dengan nama multiplexing.

Fiber optik dapat melakukan multiplexing dengan bandwidth yang sangat besar. Pada

saat multiplexing sinyal polikromatik dijadikan sebuah sinyal tunggal pada transmisi

melalui fiber optik. Pada WDM sinyal polikromatik tersebut dipisahkan menjadi

panjang gelombang tunggal yang bersesuaian, dan diidentifikasi sebagai serial pada

kanal, proses ini dikenal dengan nama demultiplexing. Panjang gelombang tersebut

distandarisasikan oleh International Telecommunications Union ( ITU ) untuk

jaringan DWDM. Komponen WDM yang penting lainnya seperti ; optical add/drop

multiplexers ( OADM ), optical cross connect switches ( OXC ) , dan optical

amplifier seperti erbium doped fiber amplifier ( EDFAs ).

Sistem WDM harus dirancang sesuai dengan panjang gelombang dari kanal

yang bersesuian dengan standar kanal ITU. Contohnya, 40 kanal AWG dengan band

100 GHz digunakan untuk aplikasi DWDM yang telah memiliki center wavelength

sebesar 1553 nm. Operasi WDM dirancang pada ITU grid frequencies sama baiknya

dengan melakukan multipleksing pada frekuensi ( 200 GHz, 500 GHz,....)[16]. Pada

jaringan jarak jauh ( yaitu lebih dari ratusan kilometer ), penguatan optik menjadi

sebuah keperluan. Ini dikarenakan penambahan rugi - rugi karena penambahan jarak

transmisi. Bagaimanapun juga, penambahan penguatan optik dapat meningkatkan

(41)

dapat mengurangi kanal. Pada transmisi jarak jauh selain rumit, faktor biaya juga

harus diperhitungkan. Dalam jaringan optik metro ( tipe di atas 100 km ), ini seperti

sebuah kanal trafik yang akan mentransmisikan banyak add/drop lokasi sebelum

sampai ke tujuan. Oleh karena itu, penguatan peralatan relatif menjadi sebuah faktor

kritis dalam jaringan DWDM.

3.2 Maksimum jumlah kanal panjang gelombang

Maksimum jumlah kanal panjang gelombang N bergantung pada FSR, dimana

FSR ≥N untuk mencegah overlapping pada daerah spektral[8].

N<

λ λ

∆

. .

.

m n

n

g v c

…………..………....……...………( 3.1 )

dari persamaan di atas didapat parameter m , parameter ini diharapkan bernilai kecil

yang digunakan untuk meningkatkan jumlah kanal panjang gelombang .

3.3Perbedaan Fasa dan Koherensi Fasa

Apabila dua gelombang atau lebih yang berfrekuensi dan memiliki panjang

gelombang yang sama tetapi berbeda fasa bergabung, gelombang yang dihasilkan

merupakan gelombang harmonik yang amplitudonya bergantung pada perbedaan

fasenya. Jika perbedaan fasa 00 atau keliapatan 3600, maka gelombang akan sefasa

dan berintrferensi secara saling menguatkan. Amplitudo yang dihasilkan merupakan

penjumlahan amplitudo masing – masing, sehingga intensitasnya akan

(42)

1800 atau kelipatannyam, maka gelombangnya akan berbeda fasa dan berinterferensi

saling melemahkan. Amplitudo yang dihasilkan merupakan perbedaan masing –

masing gelombang dan intensitasnya akan menjadi minimum [18].

3.4 Percobaan Young

Cahaya dari sumber yang berbeda sangat jauh dari sifat koheren, sehingga

tidak dapat menghasilkan interferensi cahaya dengan pola yang teratur. Salah satu

cara untuk memiliki dua sumber cahaya koheren dapat diperoleh dengan

menggunakan satu sumber cahaya kemudian membagi sumber cahaya tersebut sesuai

yang diinginkan. Prinsip ini digunakan oleh Thomas Young untuk memperoleh dua

sumber cahaya koheren dengan pola interferensi dua celah [7], [18].Berikut ini

[image:42.595.160.475.389.609.2]

adalah Gambar 3.2 tentang konsep percobaan Young.

Gambar 3.2 Percobaan Young [8]

Dalam percobaannya yang terkenalnya yaitu dua sumber cahaya yang

koheren dihasilkan dengan menerangi dua celah sejajar dengan sumber cahaya

(43)

Gambar 3.3 Celah Ganda [16]

Pola interferensi dapat diamati pada layar yang jauh dari celah, yang

dipisahkan dengan jarak d. Pada jarak yang sangat jauh dari celah, garis – garis dari

kedua celah ke satu titik P di layar hampir sejajar, dengan perbedaan lintasan kira –

kira d sinθ, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.3 dengan demikian interferensi

maksimum ( maksima utama ) pada suatu sudut [7], [18] yaitu :

d sinθ = mλ, m=0,1,2,…. …....………….………( 3.2)

sedangkan interferensi minimum terjadi di [8], [16] :

d sinθ = ( m + 2

1 )λ, m=0,1,2,… …....………( 3.3 )

perbedaan fase δ di titik P adalah 2πλ kali perbedaan lintasan d sinθ [8], [16] :

λπ

δ = 2 d sinθ………...………...………..( 3.4 )

Jarak ym yang diukur di sepanjang layar dari titik tengah ke titik terang ke-m

seperti Gambar 3.3 dihubungkan oleh sudut θ. Karena sudut tersebut sangat kecil,

jarak yang diukur di sepanjang layar titik terang ke-m yaitu[16] :

dsinθ=

L dym

(44)

Karena titik terang tersebut berjarak sama pada layar, maka jarak antara dua titik

terang (maksima utama ) berurutan yaitu [18] :

ym= m

d L

λ _{………..………..………..( 3.6 )}

3.5Pola Interferensi dari Tiga atau Lebih Sumber Berjarak Sama

Jika kita memiliki tiga sumber atau lebih yang berjarak sama dan sefasa satu

sama lain, pola intensitas pada layar yang jauh akan serupa dengan pola yang

diberikan oleh dua sumber, tetapi ada beberapa perbedaan penting yaitu ; kedudukan

mksima utama di layar adalah sama tanpa memandang berapa banyak sumber yang

kita miliki, tetapi maksima ini memiliki intensitas yang lebih terang dan lebih tajam

jika terdapat banyak sumber [1], [7], [18]. Beikut ini Gambar 3.4 tentang pola cahaya

[image:44.595.111.439.402.650.2]

pada 2,3 dan 4 celah.

(45)

Bila celah ditambah, maka maksima – maksima utama yang dihasilkannya

lebih kuat dan lebih sempit daripada maksima dua sumber. Maksima ini terjadi di

titik – titik perbedaan lintasan di antara sumber yang berdekatan nol atau sebesar

bilangan bulat panjang gelombang. Jika kita memiliki empat sumber yang berjarak

sama dan sefasa, maksima utama tetap diberikan oleh persamaan ( 3.2 ). Tetapi

maksima ini lebih besar intensitasnya dan lebih sempit dan terdapat dua maksima

sekunder diantara setiap maksima utama yang berdekatan [1], [18].

Gambar 3.4 menunjukkan pola intensitas untuk dua sumber, tiga sumber dan

empat sumber. Di sini dapat dilihat pola penajaman maksima utama utama dan

[image:45.595.159.516.357.577.2]

penyempitannya [1]. Gambar 3.5 menunjukkan pola intensitas untuk 2,3 dan 4 celah.

Gambar 3.5 Pola intensitas untuk 2,3 dan 4 celah [18].

Pada Gambar 3.5 I0 merupakan intensitas akibat setiap sumber yang bekerja

sendiri – sendiri. Untuk tiga sumber, maksima utama lebih tajam dan lebih besar

intensitasnya dari pada dua sumber dan terdapat maksimum sekunder yang sangat

(46)

sekunder diantara setiap pasang maksima utama, bahkan maksima utama lebih

sempit [1], [18].

Untuk N sumber, intensitas maksima utma sama dengan N2 kali intensitas

akibat sumbr tunggal. Minimum pertama terjadi pada sudut fase δ =3600 /N,

terdapat N-2 maksima sekunder diantara setiap pasang maksima utama [1], [18].

Maksima sekunder ini sangat lemah dibandingkan dengan maksima utama. Begitu

jumlah sumber meningkat, maka maksima utama menjadi lebih tajam dan lebih besar

intensitasnya dan intensitas maksima sekunder dapat diabaikan jika dibandingkan

dengan intensitas maksima utama [18].

3.6Difraksi Cahaya

Difraksi adalah pembelokan gelombang di sekitar sudut yang terjadi apabila

sebagian muka gelombang dipotong oleh halangan atau rintangan [18].

Pada pembahasan tentang pola interferensi yang dihasilkan oleh dua celah

atau lebih, dianggap celah tersebut sangat sempit, sehingga dapat dianggap celah

tersebut sebagai sumber garis gelombang [1], [18]. Dengan demikian, intensitas

akibat satu celah yang bekerja sendiri akan sama dengan ( I0 ) pada sembarang titik

layar P di layar yang tidak tergantung pada sudut θ yang dibuat antara sinar dengan

titik P dan garis normal diantara celah dan layarnya. Apabila celah tidak sempit,

intensitas pada layar akan bergantung pada sudutnya, biasanya intensitas menurun

(47)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. 3.7Dampak Penambahan Jumlah Celah

Pada Gambar 3.6 terlihat pola yang dihasilkan satu, dua, tiga atau lebih celah

[image:47.595.162.497.165.463.2]

yang mempunyai lebar sama.

Gambar 3.6 Dampak pertambahan jumlah celah [1].

Perkembangan yang paling mencolok pada Gambar 3.6 ialah dengan

bertambahnya jumlah celah, maka akan terjadi penyempitan pada maksima utama.

Dengan pertambahan celah yang lebih banyak, maka ketajaman dari maksima utama

bertambah dengan cepat dan polanya menjadi seperti garis sempit ( lihat Gambar 3.6

( f ) ) [1], [18]. Berikut adalah Gambar 3.7 yang menunjukkan Maksima utama dan

(48)

Gambar 3.7 Maksima utama dan kedua pada 3 celah [1].

Gambar 3.7 menunjukkan kurva intensitas pada kasus tiga celah. Intensitas

maksima kedua 11,1 persen dari maksima utama [1].

3.8Maksima Utama

Perhatikan gelombang cahaya datar yang dating secara normal pada kisi yang

ditunjukkan pada Gambar 3.8 dan anggap bahwa lebar celah sangat sempit, sehingga

setiap celah menghasilkan berkas yang terdifraksi meluas [18]. Fungsi lensa

cembung untuk memfokuskan cahaya agar intensitasnya maksimum pada kisi [7].

Berikut ini adalah Gambar 3.8 tentang kisi difraksi.

Gambar 3.8 Kisi Difraksi (a) Kisi Tanpa Lensa (b) Kisi dengan Lensa

(49)

Pola interferensi yang dihasilkan pada layer yang jauh dari kisi tersebut ialah

pola akibat banyak sumber cahaya yang berjarak sama. Maksima interferensi yang

berada pada sudut θ yaitu [1], [7], [18] :

d sinθ = mλ, m=0,1,2,… ………....………( 3.7 )

Dengan m merupakan bilangan orde difraksi. Kedudukan maksima utama

tidak bergantung pada jumlah sumbernya, tetapi bergantung pada banyak sumber

yang ada, sehingga semakin tajam dan semakin besar intensitas maksimumnya [18].

3.9 Minima dan Maksima Kedua

Di antara dua maksima utama yang berdekatan terdapat N-1 titik yang

berintensitas nol ( minima ). Dua minima yang bersebelahan dengan maksima utama

tersebar dengan jarak dua kali satu sama lain [1]. Di antara minima – minima

terdapat intensitas yang muncul kembali ( maksima ). Tetapi maksima kedua yang

dihasilkan mempunyai intensitas lebih kecil dari pada maksima utama. Gambar 3.9

menunjukkan Maksima utama, minima dan maksima kedua pada N = 6.

(50)

Gambar 3.9 menunjukkan grafik enam celah dengan kuantitas sin2 Nγ dan

γ N

sin , serta juga hasil baginya yang memberikan sebaran intensitas di dalam pola

interferensi [1], maka intensitas dari maksima utama N2 bernilai 36. Maksima kedua

terlihat juga dalam Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Maksima kedua pada N = 20 [1]

Jika jumlah celah bertambah, maka jumlah maksima kedua juga bertambah

dengan persamaan N-2. Gambar 3.10 menunjukkan kurva interferensi pada N = 20,

dalam kejadian ini terdapat 18 maksima kedua diantara tiap pasangan maksima

utama, maksima kedua pada Gambar 3.12 tidak kelihatan karena intensitasnya tidak

cukup kuat untuk ditunjukkan [1].

3.10 Susunan Spektrum Kisi

Maksima utama yang telah dibahas tersebut berupa garis spektrum, sebab

ketika sumber cahaya melewati celah sempit, maka cahaya menjadi terang pada

layar. Garis ini akan paralel menurut aturan kisi jika celah juga bersusunan paralel.

(51)

ditunjukkan pada persamaan 3.3 dan 3.8 [1], [18]. Gambar 3.11 menunjukkan pola

[image:51.595.200.473.140.304.2]

cahaya yang dihasilkan kisi.

Gambar 3.11 Pola cahaya yang dihasilkan kisi [1]

Pada persamaan umum tersebut dimasukkan cahaya input pada kisi dengan

sudut i,maka persamaan akan menjadi [1]:

(

i θ

)

mλ

d sin +sin = ………..………..………..( 3.8)

3.11 Prinsip kerja AWG

AWG dapat melakukan multipleksing dan demultipleksing pada jumlah

[image:51.595.242.431.540.643.2]

panjang gelombang yang banyak. Prinsip kerjanya seperti pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Prinsip Kerja AWG[17].

(52)

Cahaya propagasi pada masukkan waveguide didifraksikan pada slab pertama

dan digabungkan dalam arrayed waveguide oleh FSZ. Array Waveguide dirancang

untuk panjang optik yang berbeda - beda antara array waveguide yang berdekatan,

oleh karena itu perubahan fasa akan terjadi di cabang arrayed. Selisih antara panjang

array waveguide ( L ) adalah seharusnya konstan pada array yang bersesuaian Jika

masukkan panjang gelombang diatur dari pusat panjang gelombang, maka fasa akan

berubah dalam cabang array. Hal ini dapat dilihat dari persamaan (3.9 )[8]:

d n n m n d kn n Ld k d d s c g c s g = ∆ = λλ λ

θ _{………..………..………..( 3.9 )}

Dimana :

θ = Sudut difraksi

L

∆ = Selisih panjang array waveguide

m = Order difraksi

ng = Indeks bias grup

nc = indeks bias pada array waveguide

ns = indeks bias pada slab

k = Konstanta coupling

Karena panjang gelombang berbeda pada waveguide yang berdekatan, fasa

berubah meningkat secara linier dari masukan ke keluaran array waveguide, yang

(53)

slab pertama. Pada persamaan ( 3.11 ) menunjukkan pengaruh L∆ terhadap

perubahan fasa θ gelombang.

Karena

c c L

n m

λ∆

= , maka didapatkan persamaan ( 3.11 ) [8]: ……...…( 3.10 )

c s

g

d n

L n

d d

λ λ

θ ∆

= ………..……….……….( 3.11 )

Letak titik fokus pada ujung keluaran waveguide bergantung pada panjang

gelombang λ sinyal, sebab tergantung terhadap delay fasa pada tiap – tiap arrayed

waveguide, yang diberikan oleh persamaan :

Delay fase =

λ L

∆ _{...( 3.12 )}

Letak keluaran waveguide pada image plane memperkenankan pemisahan

ruang pada panjang gelombang yang berbeda [7], [8], [9]. Hal ini dapat kita lihat

[image:53.595.115.397.464.700.2]

pada Gambar 3.13.

(54)

Keterangan :

L

∆ = Perbedaan antara array waveguide yang bersesuaian

d = Jarak antar waveguide pada bagian input lensa cembung

x

∆ = Jarak antar waveguide pada bagian output FPR

θ = Sudut saat difraksi berkas maksimum

Lf = Focus length

Arrayed waveguide gratings terdiri dari arrayed waveguide yang dikopling

dengan 2 slab. Perbedaan panajng waveguide yang berdekatan dinotasikan dengan

L

∆ . Struktur ini menghasilkan perubahan fasa yang bergantung pada panjang

gelombangnya. Arrayed waveguide bekerja sebagai kisi difraksi cembung [8].

Konstanta perbedaan panjang jalur antara waveguide yang berdekatan

L

∆ dihubungkan ke orde m kisi difraksi. Pada slab masukkan, x adalah jarak antar

waveguide masukan, d merupakan jarak antar waveguide keluaran dengan radius

kelengkungan ( panjang fokus ) Lf yang bersesuaian dengan sudut difraksi θ_i pada

slab.

Dalam daerah slab keluaran, x adalah jarak antar waveguide keluaran, d

adalah jarak antar waveguide masukan dengan radius kelengkungan Lf yang sesuai

terhadap sudut difraksi keluaran θ0.

Dari kondisi kesesuaian fasa, persamaan kisi yaitu[12] :

( )

λ θ β

( )

λ β

( )

λ θ π

β _c dsin + _c ∆L+ _c dsin ₀ =2m …..………...……….( 3.13 )

Dengan β adalah konstanta propagasi daerah slab dan arrayed waveguide, λ_c

adalah center wavelength.

(55)

Dengan mensubtitusi persamaan ( 3.13 ) dan ( 3.14 ) , diperoleh [12]:

( )

λ βλ β

( )

λ π β m Lf dx L Lf dx c c

c + ∆ − =2 ……...………...………….( 3.15 )

π

βλc∆L=2m ………..………...……….….( 3.16 )

Atau [10], [11], [12]:

m L n_c c ∆ =

λ ……….………...………( 3.17 )

Dengan nc adalah indeks refraksi efektif pada arrayed waveguide ( nc = β /k, k

adalah urutan gelombang dalam ruang hampa FPR ).

Difraksi angular merupakan hubungan antara sudut difraksi dan frekuensi f,

diperoleh dengan penurunan Persamaan ( 3.13 ). Dengan sudutnya θ_i =θ₀ =θ,

hasilnya yaitu [11], [12] :

g s g c dcn n n m df

dθ λ2

−

= ………..……….( 3.18 )

λ λdn d n

n_g = _c − _c/ ………..………..( 3.19 )

Dimana :

ns = indeks efektif slab

ng = indeks bias grup dari waveguide

c = Cepat rambat cahaya di ruang hampa

Setiap jalur mempunyai frekuensi kerja yang priodik, jaraknya ditunjukkan

sebagai FSR ( Free Spectral Range ), dimana :

FSR= N f∆ ≈λ_c /m………..………..…………..………..( 3.20 )

(56)

)

(n_s +∆n_s

(

)

(

)

(

)

FSR f c m d n n L n n

d_i _i _c _c _s _s _o

+ + = ∆ + + ∆ ∆ +

+ sin 1

sinθ θ ……..( 3.21 )

Dimana :

ns + ∆ns & nc +∆nc = Indeks refraksi efektif pada slab dan kanal arrayed

waveguide. Pada frekuensi f + FSR, indeks bias tersebut bisa diganti dengan

Persamaan [11], [12] :

FSR d f cdn FSR df dn

n c c

c λ 2 − = =

∆ ………..……….………( 3.22 )

FSR d f cdn FSR df dn

n_s s s

λ

2

− = =

∆ ……….…..………( 3.23 )

Dengan demikian Persamaan FRS menjadi [11], [12] :

FSR =

(

i o

)

s s

c

c d d

d dn n L d dn n c θ θ λ λ λ

λ  sin + sin

     − + ∆     

 − ……....…..( 3.24 )

Pada persamaan ( 3.13 ), kita asumsikan bahwa FSR relatif lebih kecil dari f dan

menganggap f( f + FSR ) sebagai f2 karena ∆L>>

(

dsinθ_i +dsinθ_o

)

, maka

λ λdn_s /d

− dianggap ng, maka Persamaannya menjadi [11], [12] :

FSR =

(

i o

)

g L d d

n c θ θ sin sin + +

∆ ………..………....……….( 3.25 )

Persamaan

(

dsinθ_i +dsinθ_o

)

menunjukkan bahwa FSR bergantung kepada port

masukkan dan keluaran, Karena θ_i +θ_o =0, maka :

FSR =

L n

c

g∆

(57)

Untuk memperoleh chromatic dispersion, penggabungan panjang gelombang

pusat, jarak antar kanal ( channel spacing ), dan free spectral range dapat digunakan

sebuah strategi rancangan sederhana. Rancangan awal dengan menentukan panjang

penyebaran d dari keluaran waveguide pada image plane. Jarak ini secara total

memberikan efek crosstalk ,sehingga untuk mendapatkan crosstalk yang diinginkan,

maka d harus diatur sedemikian rupa. Lebar waveguide dapat ditentukan sehingga

antara input dan output adalah sebuah single mode. Besar frekuensi Lf pada keluaran

FPR dapat diperkirakan sesuai dengan persamaan berikut[17]:

Lf = ch FPR m n x d λ ∆ ∆ . . .

………..…….………...( 3.27 )

Dengan θ diperoleh dari persamaan[17] :

………..…..………….…………...( 3.28 )

Dimana m =

FSR c

V λ

∆ adalah order kisi difraksi. Spasi kanal ∆λchharus besar sehingga

dapat menampung rentang operasi waveguide yang diperlukan. Spasi waveguide d

ditentukan sekecil mungkin untuk meminimalisir efesiensi coupling FPR pada AWG.

Pentransmisian WDM melalui single mode fibre dapat dilihat pada gambar 3.14.

a FPR eff d n L n m − ∆

= λ0

(58)

[image:58.595.140.496.87.341.2]

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. Gambar 3.14 Pentransmisian WDM[5].

Pada Gambar 3.14 dapat dilihat pentransmisian WDM melalui single mode

fibre pada jaringan WAN, MAN , dan LAN. Sebagai contoh ; data informasi yang

ditransmisikan ialah berupa gelombang cahaya dengan panjang gelombang yang

berbeda – beda. Untuk pentransmisian jaringan WAN menuju MAN, AWG dapat

melakukan Drop panjang gelombang yang diinginkan ke tujuan di jaringan MAN

tanpa menganggu informasi yang lainnya. Jika informasi tersebut tidak ingin di-Drop

pada jaringan MAN , maka AWG cukup melewatkan informasi tersebut pada

jaringan WAN dengan sistem cross connect.

3.12 Keunggulan Sistem AWG

1) AWG adalah salah satu dari sekian banyak perangkat yang diakui dan telah

terbukti sebagai perangkat multipleks dan demultipleks pada komunikasi

(59)

2) AWG telah terbukti secara tepat untuk melakukan demultipleksing sinyal

optik dalam jumlah yang sangat besar dengan insertion loss yang rendah.

3) AWG memiliki stabilitas yang tinggi dan dengan biaya perancangan yang

murah.

4) AWG juga merupakan salah satu perangkat yang digunakan sebagai

demultipleksing panjang gelombang optik pada sisten OCDMA ( Optical

Code Division Multiple Access), sebab AWG dapat digabungkan dengan

komponen lain untuk membuat add/drop multiplexer agar dapat disalurkan

menjadi panjang gelombang tunggal pada jaringan biasa dan hubungan

silang (cross conection) pada router.

5) AWG juga bersifat fleksibel untuk memilih jumlah kanal dan spasi kanal

yang dibutuhkan.

6) Biaya pemakaian sistem AWG tidak tergantung besaran harga panjang

gelombang yang dihitung oleh filter dielektrik, sehingga sistem ini sangat

tepat untuk aplikasi wilayah metropolitan.

3.13 Parameter kinerja AWG

1. Selisih Panjang Array ( ∆L )

Perbedaan panjang gelombang yang berada pada arrayed waveguide yang

(60)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. g

c

n m

L= λ

∆ atau

c V m L= .λC. g

∆ [15]………..….…….………..( 3.29 )

Dimana :

m = Order difraksi

c = Panjang gelombang pusat

ng = index grup

c = Cepat rambat cahaya di ruang hampa

2. Order Difraksi ( m )

Integral multiple ( oder difraksi ) ini diharapkan dapat bernilai kecil, sehingga

dapat meningkatkan jumlah kanal panjang gelombang. Integral multiple dapat

dicari dengan rumus :

m =

FSR c

V

λ

∆ [15]………...………..…( 3.30 )

Dimana :

Vc = Frekuensi Koresponden ( Hz )

(61)

Rifqi Firdaus : Analisis Kinerja AWG (Arrayed Waveguide Gratings) Pada Komunikasi Serat Optik, 2009. BAB IV

ANALISIS KINERJA ARRAYED WAVEGUIDE GRATINGS PADA

KOMUNIKASI SERAT OPTIK

4.3. Umum

Tugas Akhir ini menganalisis kinerja AWG ( Arrayed Waveguide Gratings )

dalam aplikasi komunikasi serat optik. Kinerja yang dianalisis dalam Tugas Akhir ini

adalah panjang dari array waveguide yang bersesuaian ( L∆ ) dan order dari array

(m ).

Parameter yang tetap dalam perhitungan kinerja AWG ini adalah:

1. Panjang gelombang untuk bahan silika adalah λ= 1,276 µm [15].

2. Cepat rambat gelombang di ruang bebas adala c = 3 x 108 m.

3. Konstanta propagasi adalah β =

λπ 2

[15], sehinggaβ = ₆

10 276 , 1

14 , 3 2

x x

β = 4,9216 x 10-6 m-1.

Pada sistem AWG, harus diketahui kecepatan dari grup array ( Vg ), dimana Vg

akan bernilai sama jika melalui sebuah medium tanpa dispersi. Vp akan besifat bebas

terhadap pengaruh kecepatan sudut ω, namun dalam sebuah medium yang