BAB II DASAR TEORI
2.1 Umum
Teknologi telekomunikasi yang berkembang begitu pesat, memberikan dampak yang besar pada perkembangan teknologi informasi di era masyarakat modern ini. Salah satu solusi untuk mengatasi perkembangan teknologi informasi ini adalah dengan menggunakan
teknologi serat optik. Teknologi serat optik adalah suatu teknologi komunikasi yang menggunakan media cahaya sebagai penyalur informasi. Pada teknologi ini terjadi perubahan
informasi yang biasanya berbentuk sinyal listrik menjadi sinyal cahaya yang kemudian disalurkan melalui kabel serat optik dan diterima pada sisi penerima untuk diubah kembali menjadi sinyal listrik. Akan tetapi pada saat serat optik dipilih sebagai media transmisi, maka
perlu dilakukan suatu perhitungan dan analisis power budget (anggaran daya) sebelum serat optik digunakan dalam sebuah jaringan telekomunikasi agar suatu sistem komunikasi optik
dapat berjalan dengan baik dan lancar, seperti adanya rugi-rugi transmisi (loss) pada kabel serat optik yang dapat menurunkan kualitas transmisi. Analisis ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui kelayakan suatu jaringan dalam mengirim informasi.
2.2 Serat Optik
Serat optik merupakan helaian optik murni yang sangat tipis terbuat dari kaca atau plastik yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut dan dapat membawa data informasi untuk jarak jauh. Helain tipis ini tersusun dalam suatu bundelan yang dinamakan
Bagian-bagian dari serat optik biasanya terdiri dari inti (core) yaitu kaca tipis yang berada di tengah serat yang digunakan sebagai jalan cahaya, bagian ini terbuat dari bahan
kaca dengan kualiitas yang sangat tinggi. Pembungkus (cladding) yaitu bagian optikal terluar yang mengelilingi inti yang berfungsi untuk memantulkan cahaya kembali ke inti dan terbuat
dari gelas. Jaket penyangga (coating) yang berfungsi melindungi serat dari temperatur dan
kerusakan, bagian ini merupakan pelindung lapisan inti dan selimut yang terbuat dari bahan plastik seperti yang terlihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bagian-bagian Serat Optik
Di dalam serat optik ini energi cahaya dibangkitkan oleh sumber cahaya disalurkan sehingga dapat diterima di ujung unit penerima (receiver) [1]. Sumber cahaya yang paling
umum digunakan adalah Light Emitting Diode (LED) dan Light Amplication by Stimulated
Emission of Radition (LASER). LED umunya digunakan untuk transmisi jarak pendek
2.2.1 Jenis Serat Optik
Untuk keperluan yang berbeda-beda, serat optik dibuat dalam dua jenis utama yang
berbeda, yaitu single-mode fibers dan multi-mode fibers [2].
1. Single-mode fibers
Jenis serat optik ini mempunyai inti sangat kecil (berdiameter sekitar antara 8-10 mikron) dan berfungsi mengirimkan sinar laser infamerah (panjang gelombang 1300-1550 nanometer). Karena dimensinya yang sangat kecil maka hanya satu sinyal yang merambat
dalam setiap serat, perambatan sinyal ini terjadi di bagin inti (core) dari serat optik sehingga membuat terjadinya sedikit dispersi pulsa dan jenis serat ini cocok untuk komunikasi serat
optik jarak jauh[2].
Gambar 2.2 Kabel serat optik single-mode
2. Multi-mode fibers
Jenis serat optik ini mempunyai ukuran inti yang lebih besar (berdiameter 6,35x10-5 meter atau 63,5 mikron) dan berfungsi mentransmisikan cahaya inframerah (panjang
Gambar 2.3 Kabel serat optik multi-mode
2.2.2 Perambatan Cahaya
Perambatan cahaya di sepanjang serat optik terjadi karena pemantulan internal sinar
optik yang terjadi pada perbatasan inti (core) dan pembungkus (cladding). Pemantulan ini disebabkan oleh adanya perbedaan indeks bias antara inti (core) dan pembungkus (cladding). Jika seberkas cahaya memasuki suatu medium dengan indeks bias yang berbeda, proses
pembiasan atau pemantulan cahaya yang terjadi dapat dijelaskan menggunakan hukum Snellius seperti pada Persamaan (2.1) [4] :
n1 sin Φ1 = n2 sin Φ2 (2.1) Di mana: n1 dan n2 secara berturut-turut adalah nilai indeks bias dari bahan pertama dan
dari bahan kedua, sedangkan Φ1 dan Φ2 secara berturut-turut adalah sudut datang dan sudut
bias. Maka jika sudut datang Φ1 diperbesar (didalam bahan pertama), maka sinar bias akan
semakin menjauhi normal. Bila sinar bias mencapai bidang batas kedua medium (besarnya
sudut Φ2 mencapai 90o), maka sudut datang yang menyebabkan terjadinya hal ini disebut
sudut kritis. Sudut kritis adalah sudut antara sinar datang terhadap garis normal dimana sinar
tersebut akan dibiaskan dengan sudut Φ2 = 900, sehingga kita dapat menghitung nilai sudut
kritis dengan mengambil nilai sudut bias sebesar 900 dan memasukkanya kedalam Persamaan
(2.1) diperoleh Persamaan (2.2) [4] [5] :
Gambar 2.4 (a) menunjukkan sinar datang dari medium pertama menuju medium kedua dengan sudut datang i1. Pada bidang batas sinar datang sebagian dipantulkan dengan sudut
pantul i1 dan sebagian lain dibiaskan dengan sudut bias i2.
Apabila sinar datang dengan sudut i1 yang melewati bidang batas dua medium dengan
n2<n1 dibiaskan dengan sudut 90°, maka sudut datang inilah yang disebut dengan sudut
kritis (Φkritis), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 (b).
Gambar 2.4 (c) menunjukkan bahwa sudut datang i1 lebih besar daripada sudut kritis, sehingga sinar tidak lagi dibiaskan, tetapi akan terjadi pemantulan total seperti pada Gambar 2.4 [4].
Gambar 2.4 Proses Pemantulan dan Pembiasan Cahaya
2.3Rugi-rugi Serat Optik
Pada umumnya rugi-rugi serat optik dibagi berdasarkan rugi-rugi tersebut ditimbulkan, yaitu :
a. Rugi-rugi yang timbul dari bahan serat optik itu sendiri.
Gambar 2.5 Rugi-rugi serat optik
2.3.1 Rugi-rugi yang timbul dari bahan serat optik itu sendiri
Umumnya, hilangnya energi cahaya di dalam serat optik disebabkan oleh dua hal yaitu: inti dari bahan serat optik yang kotor (tidak cukup jernih) dan cahaya yang dibelokkan kearah yang salah [5].
2.3.1.1 Rugi-rugi Absorpsi (penyerapan)
Rugi-rugi absorpsi (penyerapan) terjadi karena dua faktor yaitu penyerapan yang
terjadi dari luar dan penyerapan yang terjadi dari dalam. Penyerapan yang terjadi dari luar disebabkan oleh zat pengotor yang masih tersisa di dalam bahan inti yang akan menyerap sebagian dari energi cahaya yang merambat di dalam serat optik. Ion-ion hidroksil (-OH) dan
zat-zat logam (besi dan sebagainya) bila terkontaminasi dapat menimbulkan efek yang paling serius, sedangkan faktor yang kedua penyerapan dari dalam disebabkan bahan pembuat serat
2.3.1.2 Rugi-rugi Pancaran Rayleigh
Pancaran Rayleigh (Rayleigh scatter) adalah efek terpencarnya cahaya akibat
terjadinya perubahan kecil yang bersifat lokal pada indeks bias bahan inti dan bahan mantel, bersifat lokal karena perubahan hanya terjadi pada lokasi-lokasi tertentu saja didalam bahan
dan ukuran daerah yang terkena pengaruh perubahan ini sangat kecil yaitu kurang dari satu panjang gelombang cahaya yang terhambur.
Ada dua hal yang menyebabkan terjadinya fenomena ini dan keduanya timbul di
dalam proses manufaktur. Pertama adalah adanya ketidakrataan di dalam adonan bahan-bahan pembuat serat optik. Ketidakrataan dalam jumlah yang sangat kecil dan bersifat acak
mustahil untuk sepenuhnya dihilangkan. Kedua adalah adanya pergeseran-pergeseran kecil pada kerapatan bahan yang biasanya terjadi saat kaca silika mulai membeku menjadi padat. Salah satu lokasi kelemahan ini dan efek pancaran rayleigh yang ditimbulkannya
diilustrasikan dalam Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Cahaya terpencar kesegala arah
Dalam Gambar 2.6 di atas diperlihatkan bahwa cahaya terpecah dan terpencar ke
segala arah. Semua komponen pancaran sinar yang kini merambat dengan sudut datang kurang dari sudut kritis akan dapat menembus mantel dan hilang sebagai rugi daya. Intensitas
paling kecil atau frekuensi tertinggi akan paling besar terkena dampak pancaran ini. Pencaran
rayleigh ini berbanding terbalik dengan panjang gelombang sehingga nilai rugi-rugi ini akan
berkurang seiring dengan pertambahan panjang gelombang [5][6].
2.3.2 Rugi-rugi yang timbul serat optik sebagai media transmisi 2.3.2.1 Rugi-rugi Pembengkokan (Bending Losses)
Serat optik cenderung memancarkan daya setiap kali dibengkokkan. Pada umumnya
terdapat 2 tipe pembengkokkan yang mungkin ditemui yaitu: macrobending dan
microbending. Macrobending adalah pembengkokan serat optik dengan radius yang panjang
bila dibandingkan dengan radius serat optik. Sedangkan microbending adalah
pembengkokan-pembengkokan kecil pada serat optik akibat ketidakseragaman dalam pembentukan serat atau akibat adanya tekanan yang tidak seragam pada saat pengkabelan
atau disebabkan oleh cacat yang bentuknya tidak sesuai standar dalam radius inti atau yang diciptakan oleh kabel serat dan disebabkan akibat tekanan mekanik atau sewaktu proses fabrikasi. Hal ini meyebabkan terjadinya loss dimana cahaya dengan sudut yang lebih besar
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8 salah satu cara untuk menguranginya adalah dengan menggunakan jacket yang tahan terhadap tekanan. Pada Gambar 2.7 menunjukkan
perambatan cahaya pada single mode dengan sudut θ menjadi θ’[7][8].
Gambar 2.8 Microbending loss
Menurut rekomendasi ITU-T, 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. Besarnya koefisien ini bukan merupakan nilai yang mutlak, karena juga harus mempertimbangkan proses pabrikasi, desain komposisi serat, dan desain kabel. Untuk itu
terdapat range redaman yang masih diijinkan yaitu 0.3 - 0.4 dB/km untuk panjang gelombang 1310 nm dan 0.17 - 0.25 dB/km untuk panjang gelombang 1550 nm. Selain itu, koefisien redaman mungkin juga dipengaruhi spektrum panjang gelombang yang diperoleh dari hasil
pengukuran pada panjang gelombang yang berbeda [2].
Redaman (α) sinyal atau rugi-rugi serat optik didefenisikan sebagai perbandingan
antara daya output optik (Pout) terhadap daya input optik (Pin) sepanjang serat L. Seperti Persamaan (2.3) [8]:
α = log ( ) dB/km (2.3)
dimana :
L = Panjang serat optik (km) Pin = Daya input optik (Watt)
Pout = Daya output optik (Watt)
2.3.2.2Rugi-rugi Penyambungan (Splicing Loss)
Pada umumnya terdapat tiga masalah utama di dalam proses menyambung dua serat
optik yaitu: pertama tipe serat harus saling kompatibel, kedua ujung kedua serat harus diletakkan sedekat-dekatnya dengan satu sama lainnya hingga tidak ada gap (celah) diantara
keduanya, dan yang ketiga posisi kedua serat harus saling bersesuaian seakurat mungkin di titik persambungan [5]. Rugi-rugi yang timbul karena adanya gap antara dua serat optik yang disambung terjadi karena dimensi serat optik yang demikian kecil sehingga penyambungan
menjadi tidak tepat sehingga sinar dari bahan serat optik ke serat optik lainnya tidak dapat dirambatkan seluruhnya.
Tujuan ketika menghubungkan dua serat adalah untuk menggabungkan cahaya yang dibawa dalam salah satu serat ke dalam inti dari serat lainnya yang dikenal dengan sedikit mungkin loss dan dalam melakukan penyambungan serat optik maka dibutuhkan beberapa
mekanisme splicing.
Penyambungan menurut sifatnya dibedakan menjadi : 1. Sambungan permanen
2. Sambungan tak permanen
1. Sambungan permanen, sambungan ini juga dikenal sebagai spliced connecton dan
separable connection, sambungan ini pada umumnya digunakan untuk
menyambungkan dua buah serat optik. Teknik yang digunakan adalah teknik Fusion
Splice. Alat untuk penyambungan tipe ini dinamakan splicer seperti ditunjukkan pada
Gambar 2.9 Alat ukur splicing
Penyambungan dengan menggunakan metode lebur (fusion splice) dilakukan dengan meleburkan ujung-ujung dari serat optik yang akan disambungkan dengan
menggunakan laser. Laser ini dihasilkan oleh dua buah elektroda yang dialiri listrik sehingga melepaskan elektron. Panas yang ditimbulkan laser ini cukup tinggi sehingga dalam waktu sebentar saja dapat menyatukan kedua ujung serat optik.
Penyambungan dengan metode ini dapat menghasilkan sambungan dengan loss yang sangat kecil (umumnya kurang dari 0,06 dB menurut estimasi pengukuran alat
tersebut).
2. Sambungan tak permanen, umumnya digunakan untuk menghubungkan serat optik
dengan perangkat agar mudah dilepas dan dipasang lagi. Untuk sambungan tipe ini
menggunakan alat yang disebut konektor patchcord. Ada beberapa jenis konektor optik, diantaranya tipe FC, SC, LC, E-2000 dan lain sebagainya seperti digambarkan
Gambar 2.10 konektor
2.3.2.3 Rugi-rugi Kopling
Rugi-rugi kopling ini adalah rugi-rugi yang terjadi akibat adanya ruang kosong/udara
(celah) antara serat optik dengan sumber optik dan antara serat optik dan detektor cahaya. Rugi-rugi kopling ini terjadi karena tidak seluruh energi yang diradiasikan oleh sumber optik
tidak bisa diterima oleh detektor optik dengan sempurna. Rugi-rugi kopling ini biasanya terjadi pada konektor serat optik dan sering kali diabaikan. Rugi-rugi ini dipengaruhi oleh refleksi fresnel dimana bila cahaya masuk suatu bidang tembus secara tegak lurus, akan ada
sebagian kecil cahaya yang akan direfleksikan [10].
2.4Konektor
Konektor adalah peralatan mekanik yang ditempatkan di akhir kabel serat optik, sumber cahaya, receiver, atau kerangka mesin yang berfungsi sebagi penghubung serat.
Komponen ini memungkinkan data dikirimkan ke tujuan-tujuan yang berbeda dan memungkinkan pula disambungkanya perangkat-perangkat baru ke sistem yang telah ada.
merupakan titik kunci konektor dapat dibongkar pasang, tetapi konektor optik lebih sulit untuk dirancang dan dibuat dibandingkan dengan sambungn-sambungan splice mekanik.
Syarat-syarat konektor yang baik adalah [1][2][5]:
1. Kehilangan daya cukup rendah. Konektor yang dibentuk harus menjamin dari kesalahan
penyambungan dan dapat meminimumkan kesalahan secara langsung.
2. Kemampuan pengulangan. Efisiensi kopling tidak berubah jika tidak ada penyesuaian ulang.
3. Dapat diprediksi, artinya konektor memiliki efisiensi yang sama jika beberapa konektor sejenis dikombinasi.
4. Umurnya panjang. Tidak ada penurunan efisiensi dalam waktu yang lama. 5. Bahan konektor kuat terhadap tekanan.
6. Kompatibel dengan lingkungan. Penyambungan dapat dilakukan pada variasi temperatur,
tekanan tinggi, getaran, kelembaban dan kotoran. 7. Mudah mendapatkannya.
8. Pemasangan mudah menggunkannya.
2.5 POP (Point of Presence)
POP (Point of Presence) merupakan titik yang digunakan untuk menghubungkan antara user dengan jaringan ICON+. Untuk penentuan lokasi yang akan digunakan, POP ini
ditentukan jarak yang paling dekat dengan lokasi pelanggan. POP bisa berupa Shelter, ODC (Optical Distribution Cabinet) atau ruangan khusus di dalam area kantor PLN baik itu GITET, GI, Kadist, APJ, UPJ dan kantor PLN lainnya. POP akan menghubungkan user
dengan jaringan backbone yang mengkombinasikan perangkat IP dengan perangkat berbasis SDH (Synchronous Digital Hierarchy)/ SONET (Synchronous Optical Network). Jalur
masih ada backup dari jalur yang lain. Link user yang bervariasi layanannya diambil dari POP ICON+ yang sudah terhubung dengan backbone ICON+. Di POP, terdapat berbagai
macam perangkat jaringan seperti SDH, PDH, Router, Switch, dan lain-lain [12].
2.6Alat Ukur Transmisi Optik
Terdapat beberapa jenis alat ukur karakteristik optik yaitu alat ukur Optical Time
Domain Reflectometer (OTDR) dan Power Meter [2].
2.5.1 Optical Time Domain Reflector (OTDR)
Optical time domain reflector (OTDR) adalah suatu peralatan
digunakan untuk mengukur parameter-parameter seperti pelemahan (attenuation), jarak, dan penyambung (splicing), dalam sistem digunakan untuk mengukur dan mengetest dari serat optik seperti yang terlihat pada
Gambar 2.11 [12]. Dalam hal ini, metode ini lebih unggul dengan metode lain untuk mengukur redaman, rugi konektor dan lokasi yang mengalami redaman [7]. Alat-alat seperti
ini digunakan untuk menentukan lokasi-lokasi cacat serat secara cepat dan mudah ketimbang menyediakan analisis detail sistem, dan oleh karenanya lebih banyak dijumpai di lingkungan perbaikkan dari pada instalasi baru.
Terdapat 4 parameter yang dapat di ukur pada OTDR yaitu: 1. Jarak
Dalam hal ini OTDR dapat menentukan titik lokasi dalam suatu link, ujung link atau patahan.
2. Loss
OTDR dapat menentukan loss untuk masing-masing splice atau total loss dari ujung ke ujung dalam suatu link.
OTDR dapat menentukan Atenuasi (redaman) dari serat dalam suatu link. 4. Refleksi
OTDR dapat menunjukan besarnya refleksi (return loss) dari suatu event [12].
Adapun beberapa fungsi dari OTDR yaitu: 1. Mengukur loss per satuan panjang.
Loss pada saat Instalasi serat optik mengasumsikan redaman serat optik tertentu
dalam loss persatuan panjang. OTDR dapat mengukur redaman sebelum dan setelah instalasi sehingga dapat memeriksa adanya ketidaknormalan seperti bengkokan
(bending) atau beban yang tidak diinginkan. Hal ini dapat dilakukan dengan cara sesuai dengan Persamaan (2.4):
X[dBW] = A [dB].α.L [dB] (2.4)
X = Besarnya daya untuk jarak L
A = Daya awal yang diberikan OTDR ke serat optik untuk OTDR mini, (Amax adalah
31 dBw)
α = Redaman (dB/km)
L = Panjang
Sehingga dengan membaca grafik X dan L, akan didapat α (redaman), dan dengan membandiingkannya dengan loss budget akan dapat disimpulkan apakah telah terjadi
ketidaknormalan.
2. Mengevaluasi sambungan dan konektor
Pada saat instalasi OTDR dapat memastikan apakah redaman sambungan dan
Fault seperti letaknya serat optik atau sambungan dapat terjadi pada saat atau setelah
instalasi, OTDR dapat menunjukkan lokasi fault-nya atau ketidaknormalan tersebut.
Hal ini dapat dilakukan dengan melihat jarak terjadinya end of fiber pada OTDR, jika kurang dari jarak sebenarnya maka pada jarak tersebut terjadi kebocoran/keretakan
(asumsi set OTDR benar). End of fiber pada OTDR ditandai dengan adanya daya < 3 dB (dapat disesuaikan dengan menset) yang berfluktuasi. OTDR, pulse
width, dispersi, rise time merupakan domain waktu, sedangkan bandwidth,
merupakan domain frekuensi [13].
Gambar 2.11 OTDR
2.5.2 Power Meter
Power meter optical adalah peralatan penting untuk pengukuran daya dalam sistem
komunikasi serat optik. Pengukuran daya adalah salah satu dasar pengukuran serat optik
Power meter dipakai untuk mengukur total loss dalam sebuah link optik baik saat instalasi
(uji akhir) atau pemeliharaan. Nilai untuk pengukuran rugi -rugi dengan daya pada sisi kirim
(sumber) atau daya pada akhir penerima yang berbeda–beda. Jenis optical power meter menggunakan bahan semikonduktor photodetector seperti Silicon (Si), Germanium (Ge), atau
detector digunakan pada daerah panjang gelombang 850 nm, sedangkan Ge dan InGaAs
detector adalah jenis yang digunakan pada daerah panjang gelombang 1310 and 1550 nm [4].
2.6 Link Power Budget
Power budget merupakan hal yang paling penting untuk sistem transmisi optik. Dengan
mengurangkan seluruh redaman optik pada sistem daya yang dikirimkan transmitter, untuk perencanaan sistem serat optik harus dipastikan bahwa sistem tersebut harus mempunyai
daya yang cukup untuk mengemudikan receiver pada level yang diinginkan. Parameter – parameter link budget antara lain daya transmitter, redaman konektor, redaman splice
(sambungan), redaman serat optik dan daya receiver [4].
