K.S.O
SIGNAL DEGRADATIONSIGNAL DEGRADATION
Degradasi sinyal dalam fiber:
Redaman (Attenuation) Dispersion
Redaman (Attenuation) diklasifikasikan:
•Absorpsi
•Scattering loss •Efek geometri
LIGHT-MATTER INTERACTION EFFECT
Attenuation Dispersion Nonlinearity Reflectance Waveform after 1000 km Transmitted data waveformAttenuation
Dispersion
Nonliniarity
SIGNAL ATTENUATION & DISTORTION
• What are the loss or signal attenuation mechanism in a fiber?Signal attenuation (fiber loss) largely determines the maximum repeaterless separation between optical transmitter & receiver.
• Why & to what degree do optical signals get distorted as they propagate down a fiber? Signal distortion cause that optical pulses to broaden as they travel along a fiber, the overlap between neighboring pulses, creating errors in the receiver output, resulting in the limitation of information-carrying capacity of a fiber.
ATTENUATION (FIBER LOSS)
Z=0 P(0) mW Z= l l p e P l P( ) (0) mWz
pe
P
z
P
(
)
(
0
)
] km / 1 [ 343 . 4 ) ( ) 0 ( log 10 ] dB/km [ p l P P l ATTENUATION (FIBER LOSS)
• Fiber loss in dB/km
•
Where [dBm] or dB milliwat is 10log (P[mW]).
]
km
[
]
dB/km
[
]
dBm
)[
0
(
]
dBm
)[
(
l
P
l
P
Z = 0 P(0)[dBm] Z = l P(0) mWABSORPSI
Rugi-rugi absorpsi:
• Intrisik
• Ekstrinsik
ABSORPSI
Intrinsik:
• Sifat alamiah gelas menyerap cahaya
• Intrinsic absorption (fundamental lower limit): electronic absorption band (UV region) & atomic bond vibration band (IR region) in basic SiO2.
• Sangat kuat pd daerah ultra violet tdk berpengaruh pd siskom optik
• Pada daerah inframerah terjadi puncak pd 7 μm dan 12 μm.
ABSORPSI
Ekstrinsik:
• Ketidakmurnian fiber.
• Jenis : ion transition metal dan ion OH
• Fe, Cu, V, Co, Ni, Mn, Cr menyerap secara kuat pd daerah yg dinginkan
• Ketidak lengkapan pengisian sel elektron dalam, penyerapan cahaya
mengakibatkan elektron bergerak dr level energi rendah ke level lebih tinggi.
ABSORPSI
Kerusakan atom:
• Ketidak sempurnaan struktur atom seperti kehilangan molekul, cluster kerapatan tinggi grup atom, atau kerusakan oksigen dalam struktur gelas.
• Umumnya rugi-rugi ini dapat diabaikan dibandingkan dengan intrinsik dan ekstrinsik.
• Rugi-rugi ini signifikan jika terjadi radiasi nuklir yg tinggi, misalnya di reaktor nuklir saat terjadi ledakan nuklir.
ABSORPTION VS SCATTERING LOSS
Both are linear effects that lead to “attenuation”. Rayleigh scattering effects dominate much more than absorption (in lower wavelengths, but decreases with wavelength)
SCATTERING LOSS
Small (compared to wavelength) variation in material density, chemical
composition, and structural inhomogeneity scatter light in other directions and
absorb energy from guided optical wave.
The essential mechanism is the Rayleigh scattering. Since the black body
radiation classically is proportional to
(this is true for wavelength typically
greater than 5 micrometer), the attenuation coefficient due to Rayleigh
scattering is approximately proportional to
. This seems to me not precise,
where the attenuation of fibers at 1.3 & 1.55 micrometer can be exactly
predicted with Planck’s formula & can not be described with Rayleigh-Jeans
law.
4
4
SCATTERING LOSS
Therefore it’s believed that the more accurate formula for scattering loss is
1 5 ) exp( T k hc B scat e Temperatur : , JK 10 3806 . 1 Js, 10 626 . 6 34 k 23 -1 T h B
BENDING LOSS
Macrobending Loss
: The curvature of
the bend is much larger than fiber
diameter. Lightwave suffers sever loss
due to radiation of the evanescent field
in the cladding region. As the radius of
the curvature decreases, the loss
increases exponentially until it reaches
at a certain critical radius. For any
radius a bit smaller than this point, the
losses suddenly becomes extremely
large. Higher order modes radiate
away faster than lower order modes.
BENDING LOSS
Microbending Loss:
microscopic
bends of the fiber axis that can arise
when the fibers are incorporated into
cables. The power is dissipated
through the microbended fiber,
because of the repetitive coupling of
energy between guided modes & the
leaky or radiation modes in the fiber.
DISPERSION
Dispersi dalam komunikasi serat optik adalah proses pelebaran pulsa optik ketika mereka berjalan melewati serat optik. Penyebaran ini terjadi karena kecepatan pulsa optik tidak sama. Ketidaksamaan ini disebabkan oleh indeks bias yang berbeda.
Group velocity: kecepatan energi suatu modus tertentu bergerak sepanjang fiber. Gejala yang mengakibatkan terjadinya pelebaran pulsa disebut dispersi.
DISPERSI
Ada 3 (tiga) jenis dispersi pada fiber optic:
1. Intermodal dispersion
2. Intramodal dispersion
3. Total dispersion
INTERMODAL DISPERSION
Dispersi yang terjadi karena tiap mode dalam fiber optik memiliki jarak dan jalur perambatan yang berbeda, sehingga ketika sampai di photodetector, mereka tidak bersamaan. Dispersi modal hanya terjadi pada multi mode fiber. Pada single mode fiber hal ini dapat diatasi. Karena single mode hanya memiliki satu jalur
INTERMODAL DISPERSION
Penyebab Intermodal dispersion:
Dua buah sinar yang merambat ke dalam serat optik akan memasuki serat optik pada saat bersamaan dan memiliki kecepatan perambatan yang sama, namun terjadi perbedaan jarak tempuh antara sinar A dan sinar B, yang mengakibatkan pulsa cahaya yang dibentuk oleh kedua sinar ‘memuai’ di dalam serat optik. Efek pemuaian ini disebut dengan dispersi.
Cahaya dari sumber masuk ke dalam serat optik multimode dirambatkan dalam beberapa mode. Setiap mode menempuh alur yang berbeda-beda, ada yang
merambat sejajar sumbu inti dan ada pula yang merambat zigzag. Dengan demikian Jarak yang ditempuh oleh tiap mode akan berbeda-beda. Jarak terpendek adalah yang sejajar dengan sumbu inti. Karena kecepatan tiap mode sama, maka tiap mode akan mempunyai waktu tempuh yang berbeda.
INTERMODAL DISPERSION
Kecepatan perambatan cahaya di dalam serat optik ditentukan oleh indeks bias. Rumus untuk menentukan kecepatan ini adalah:
Solusi untuk Intermodal dispersion:
• Mengubah indeks bias secara kontinu dan progresif, dari bagian pusat inti hingga ke bagian pinggirannya
• Bagian pusat inti akan memiliki indeks bias tertinggi, dan semakin menjauhi pusat ke arah pinggir, indeks bias akan terus turun hingga mencapai nilai terendah di permukaan inti.
• Dengan demikian, sinar – sinar yang merambat melewati jalur yang berada di pinggiran inti akan merambat lebih cepat dibandingkan dengan sinar –sinar yang menempuh jalur di dekat pusat inti.
bias indeks hampa ruang di cahaya kecepatan bahan dalam di cahaya kecepatan
INTERMODAL DISPERSION
• Pada tiap – tiap perbatasan dua lapisan yang berbeda, indeks bias akan berubah dan sinar akan mengalami sedikit pembiasan ( pembelokan ) dari arah rambatan sebelumnya • Pada akhirnya, sinar akan mendekati permukaan inti dengan sudut datang yang melampui
sudut kritis, dan terjadilah pemantulan sempurna
• Saat telah melewati pusat inti, sinar akan kembali memasuki lapisan-lapisan dengan indeks bias yang semakin kecil, dan proses sebelumnya akan berulang kembali
• Demikianlah seterusnya, sehingga sinar akan merambat melalui sebuah jalur yang berbentuk kurva ( melengkung ) di dalam serat optik
INTRAMODAL DISPERSION
•
Intermode – antar mode
INTRAMODAL DISPERSION
Intramodal dispersion = Group Velocity Dispersion (GVD) = Chromatic dispersion
Material dispersion Waveguide dispersion
Intramodal
/
Chromatic
dispersion
MATERIAL DISPERSION
• Material dispersion berasal dari fakta bahwa indeks bias fiber optik berubah sesuai dengan panjang gelombangnya (Keiser, 1990). Ketika indeks bias berbeda, kecepatan perambatan juga berbeda. Karena sebuah transmitter tidak mungkin menghasilkan satu panjang gelombang saja (pasti memiliki lebar spektrum), maka sinyal optik pasti akan terdispersi ketika melewati fiber optik.
• Material dispersoin Terjadi karena variasi indeks bias bahan inti yang merupakan fungsi panjang gelombang, serupa dengan efek prisma menguraikan spektrum,
akibatnya terjadi kecepatan grup berbeda setiap mode yang tergantung pada panjang gelombang, selanjutnya mengakibatkan terjadinya pelebaran pulsa .
WAVEGUIDE DISPERSION
Waveguide Dispersion. Prinsipnya sama seperti material dispersion. Ada sinyal optik yang masuk ke cladding. Karena indeks bias cladding berbeda dengan indeks bias core, maka kecepatannya akan berbeda. Sehingga tidak sampai ke photodetector secara berbarengan. Dispersi ini hanya signifikan pada single mode fiber.
• Terjadi karena tidak semua cahaya yang diterima detektor melalui inti, tetapi sebagian cahaya merambat melalui kulit.
• Besarnya dispersi pandu gelombang tergantung pada rancangan fiber, karena konstanta propagasi β merupakan fungsi 1/λ.
• Untuk penyederhanaan dlm perhitungan diasumsikan bhw indeks bias material tidak tergantung pada panjang gelombang.
DISPERSION & ISI (INTER SYMBOL INTERFERENCE)
A measure of information capacity of an optical fiber for digital
transmission is usually specified by the bandwidth distance product
(GHz.km)
For multi-mode step index fiber this quantity is about 20 MHz.km, for graded index fiber is about 2.5 GHz.km & for single mode fibers are higher than 10 GHz.km
INTRAMODAL DISPERSION
As we have seen from Input/output signal relationship in optical fiber, the output is
proportional to the delayed version of the input signal, and the delay is inversely proportional to the group velocity of the wave. Since the propagation constant, ß(ω), is frequency
dependent over band width sitting at the center frequency , at each frequency, we have one propagation constant resulting in a specific delay time. As the output signal is
collectively represented by group velocity & group delay this phenomenon is called
intramodal dispersion or Group Velocity Dispersion (GVD). This phenomenon arises due to a finite bandwidth of the optical source, dependency of refractive index on the
wavelength and the modal dependency of the group velocity.
In the case of optical pulse propagation down the fiber, GVD causes pulse broadening, leading to Inter Symbol Interference (ISI).
