BAB II LANDASAN TEORI. atau plastik yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari

7

LANDASAN TEORI

2.1 Definisi Serat Optik

Kabel serat optik adalah sebuah kabel yang terbuat dari serat kaca atau plastik yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Dari cahaya yang ada di dalam serat optik sulit keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar dari pada indeks bias dari udara. Sumber cahaya yang digunakan adalah laser karena laser mempunyai spectrum yang sangat sempit. Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi. Biasanya serat optik digunakan pada jaringan backbone, namun pada saat ini sudah banyak yang menggunakan serat optik untuk jaringan biasa baik LAN, WAN maupun MAN karena dapat memberikan dampak yang lebih pada kecepatan dan bandwith untuk mengirim data.

Gambar 2.1 Struktur Serat Optik

agustinawijaya.wordpress.som

2.2 Bagian-bagian Kabel Serat Optik

1. Core adalah kaca tipis yang merupakan bagian inti dari serat optik, tempat cahaya dilewatkan. Dibagian ini mengalir informasi yang akan disampaikan dari pengirim ke penerima, bisa berupa data maupun suara dengan berbagai aplikasi dan konten di dalamnya.

2. Cladding adalah lapisan kedua setelah core, sebagai selimut pengaman interferensi dari luar. cladding merupakan batas reflekstif (batas pantulan sinar) bahan nya membuat kualitas cahaya yang memantul kembali ke dalam inti (core) tetap terjaga

3. Buffer atau Coating adalah jaket pelindung mekanis yang melindungi serat optik dari kotoran, goresan, dan kerusakan lainnya dari luar.

2.3 Jenis-jenis Serat Optik

2.3.1 Berdasarkan Mode Yang Dirambat 2.3.1.1 Singlemode

Singlemode memiliki banyak arti dalam teknologi serat optik. Di single mode ini hanya terdapat satu indeks sinar tanpa terpantul yang merambat sepanjang media tersebut dibentang.

Satu buah sinar yang tidak terpantul di media optik tersebut membuat teknologi serat optik yang satu ini hanya sedikit mengalami gangguan dalam perjalanannya. Itupun lebih banyak gangguan yang bersifat dari luar maupun gangguan fisik saja.

Jenis serat optik yang memiliki serat tunggal dengan diamater antara 8.3 - 10 mikro meter (μm) yang mempunyai transmisi satu mode. Singlemode dengan garis tengah (diameter) sempit hanya dapat menyebarkan antara 1310 – 1550 nano meter. Singlemode dapat mentransmisikan di atas rata-rata dan 50 kali lipat jarak dibandingkan multimode. Serat singlemode memiliki core lebih kecil dibandingkan multimode. Core kecil tersebut dan gelombang cahaya tunggal dapat mengurangi distorsi yang diakibatkan overlap cahaya, penyediaan sedikit sinyal atenuasi dan kecepatan transmisi yang tinggi.

Singlemode dapat membawa data dengan bandwidth yang lebih besar dibandingkan multimode. Tapi teknologi ini membutuhkan sumber cahaya dengan lebar spektral yang sangat kecil pula dan ini berarti sistem yang mahal.

Kecepatannya bisa mencapai 50 kali multimode tapi tentu saja biayanya lebih besar. Karena core yang kecil ini bisa menguragi gangguan akibat overlapping dan distorsi.

Gambar 2.2 Serat Optik Singlemode lusynurindah25.blogspot.com/occfiber.com

Secara garis besar tipe serat optik ini memiliki karakteristik sebagai berikut:

 Diameter core lebih kecil 2 – 10 μm (micro meter)dibandingkan diameter cladding.

 Digunakan untuk transmisi jarak jauh, bisa

mencapi 120 km dan mampu menyalurkan data dengan kecepatan bit rate yang sangat tinggi.

 Band pita frekuensi yang lebar, dan penyusutan

transmisi (redaman) sangat kecil.

2.3.1.2Step-Index Multimode

Kebutuhan akan bandwidth lebih lebar lagi. Dapat dilihat bahwa semakin rendah jumlah mode semangkin tinggi bandwidthnya. Idealnya cahaya berpropagasi hanya melalui satu mode saja, yang paralel dengan sumbu/axis serat. Panjang gelombang dari infra merah yang terletak antara 800 sampai dengan 1600 nano meter, yang berarti diameter core 0,8 sampai dengan 1,6 μm. Core mempunyai diameter diantara 2 sampai dengan 10μm, dan cladding telah distandarisasi pada 125 μm.

Redaman dari step index fiber monomode adalah 2 redaman dengan 5 dB/km, dan dengan bandwidth 50 GHz.

Berisi sebuah core besar dengan diameter lebih dari 100 mikro. Hasilnya, beberapa cahaya membuat sinyal digital melewati rute utama (direct route), sedangkan yang lainnya berliku-liku (zig zag) ketika sinar tersebut memantul cladding.

Alternatif jalan kecil ini menyebabkan pengelompokan cahaya yang berbeda yang dikenal sebagai sebuah mode, tiba secara terpisah pada sebuah titik penerima. Kebutuhan untuk meninggalkan jarak antar sinyal untuk mencegah overlap batas bandwith adalah jumlah informasi yang dapat dikirim ke titik penerima. Sebagai konsekuensinya, serat optik tipe ini lebih cocok untuk jarak yang pendek atau singkat.

Gambar 2.3 Serat Optik Step Index Multimode lusynurindah25.blogspot.com/occfiber.com Karakteristik tipe serat optik jenis ini adalah:

 Cahaya merambat dalam beberapa mode, ukuran

diameter intinya berkisar 50μm ( micro meter ) dengan diameter cladding yang tipis.

 Diameter core yang besar digunakan agar

penyambungan kabel lebih mudah dan banyak terjadi dispers.

 Hanya baik digunakan untuk data atau informasi dengan kecepatan rendah dan untuk jarak yang relatif dekat.

2.3.1.3Grade-Index Multimode

Kabel ini terdiri dari core yang mempunyai index bias berkurang sedikit demi sedikit secara step by step mulai dari pusat core sampai batas antara core dengan cladding. Core tersebut terdiri dari lapisan–lapisan gelas, masing-masing lapisan mempunyai index bias yang berbeda. Umumnya diameter core 50μm, dan untuk cladding 125μm.

Berkas cahaya yang merambat melalui kabal ini di belokan sampai propagasinya seajajar dengan sumbu serat.

Ditempat titik pantul tersebut propagasi diarahkan kearah axis serat.

Propagasi gelombang cahaya melalui lapisan luar berjalan lebih jauh dari pada berkas yang hanya melalui lapisan bagian dalam. Tetapi index bias dari lapisan bagian luar adalah lebih kecil, berarti bahwa kecepatan propagasi cahaya bagian luar lebih cepat dari bagian dalam. Oleh karena itu, semua berkas cahaya (mode – mode) menggambarkan pulsa laser yang datang pada waktu yang bersamaan. Dengan cara ini dipersi multipath dapat diusahakan seminim mungkin.

Serat graded index multimode mempunyai redaman mulai dari 3 sampai dengan 10 dB /km dan bandwidth 1 GHz.

Meskipun mempunyai banyak keuntungan, serat graded index multimode sukar pembuatannya dan oleh karena itu harganya menjadi mahal dari pada serat step index multimode.

Berisi sebuah core dimana refraksi indeks mengurangi secara perlahan - lahan dari poros pusat ke luar cladding.

Refraksi indeks tertinggi pada pusat membuat cahaya bergerak lebih perlahan pada porosnya dibandingkan cahaya yang lebih dekat dengan cladding. Alur yang dipendekkan dan kecepatan yang tinggi mengijinkan cahaya di bagian luar untuk sampai ke penerima pada waktu yang sama secara perlahan, tetapi cahaya lurus langsung melalui inti core. Hasilnya sinyal digital mengalami distorsi yang sedikit.

Gambar 2.4 Serat Optik Grade Index Multimode lusynurindah25.blogspot.com/occfiber.com Karakteristik tipe serat optik jenis ini adalah:

 Diameter core antara 30 μm– 60μmsedangkan diameter cladding 100μm– 150μm.

 Merupakan penggabungan single mode dan step index multimode.

 Biasanya untuk jarak transmisi 10 – 20 km untuk informasi jarak menengah seperti pada LAN

2.3.2 Berdasarkan Index Bias Core 2.3.2.1Step Indeks

Pada serat optik step indeks, core memiliki indeks bias yang homogen. Pada serat optik step index (mempunyai index bias cahaya sama) sinar yang menjalar pada sumbu akan sampai pada ujung lainnya dahulu (dispersi) Hal ini dapat terjadi karena lintasan yang melalui poros lebih pendek dibandingkan sinar yang mengalami pemantulan pada dinding serat optik. Sebagai hasilnya terjadi pelebaran pulsa atau dengan kata lain mengurangi lebar bidang frekuensi.

2.3.2.2Graded Indeks

Indeks bias core semakin mendekat ke arah cladding semakin kecil. Jadi pada graded indeks, pusat core memiliki nilai indeks bias yang paling besar.

Serat graded indeks memungkinkan untuk membawa bandwidth yang lebih besar, karena pelebaran pulsa yang terjadi dapat diminimalkan.

2.4 Sistem Komunikasi Serat Optik

TRANSDUCER TRANSDUCER

D ATA P R O C E S S IN G

D ATA P R O C E S S IN G

S U M B E R O P T I K

D E T E K T O R O P T IK

P E N G K O P E L K A N A L

MEDIA TRANSMISI SERAT OPTIK

P E N G K O P E L K A N A L (P e ngirim )

S ua ra , Vide o, D a ta

(P e ne rim a ) S ua ra , Vide o, D a ta

Gambar 2.5 Sistem Komunikasi Serat Optik

Transducer mengubah informasi asli yang berupa suara, video, dan data menjadi sinyal informasi elektrik. Pada data processing, sinyal informasi elektrik disesuaikan agar dapat dimodulasikan pada sumber optik. Sumber optik mengubah sinyal informasi elektrik menjadi sinyal informasi optik berupa cahaya. Sejumlah daya diberikan oleh pengkopel kanal (masukan) sinyal informasi optik dikirim melalui media transmisi serat optik agar sinyal informasi optik dapat diterima pada sisi pengkompel kanal penerima setelah melalui saluran serat optik. Pada detektor optik sinyal informasi optik yang diterima diubah kembali menjadi sinyal informasi elektrik. Dan setelah dimodulasi pada data processing disesuaikan kembali sinyal informasi elektrik diubah menjadi

data informasi aslinya yang berupa suara, video, dan data oleh suatu transducer disisi penerima.

2.5 Beberapa Hal Yang Mempengaruhi Performa Serat Optik 2.5.1 Loss

Yang diakibatkan oleh panjang span fiber dan banyaknya splicing di sepanjang span fiber tersebut. Besarnya loss dari suatu span fiber bisa diukur dengan menggunakan OTDR.

Faktor – faktor penyebab loss :

1. Jenis kabel

Perbedaan panjang gelombang dari jenis serat optik itu sendiri.

2. Cable Attenuation

Pelemahan sinyal selama perjalanan melalui serat optik. Jika sinyal berjalan terlalu jauh, bisa menurun kualitasnya sehingga stasiun penerimanya tidak mampu lagi menginterpretasikannya dan komunikasi akan gagal.

3. Connector loss

Redaman Konektor fiber yang digunakan pada titik-titik dimana fiber berakhir pada pemancar dan penerima. Karena sebuah fiber harus selalu berakhir pada sebuah pemancar di salah satu ujungnya dan pada sebuah penerima di ujung yang lain sehingga terdapat rugi-rugi pada konektor.

4. Splice loss

Redaman pada sambungan ini ditimbulkan sebagai akibat tidak sempurnanya kegiatan penyambungan (splice) sehingga sinar dari serat optik yang satu tidak dapat dirambatkan seluruhnya ke dalam serat yang lainnya.

2.5.2 Dispersi

Dispersi adalah pelebaran pulsa yang terjadi ketika sinyal merambat melalui sepanjang serat optik. Dispersi akan membatasi lebar pita (bandwidth) dari serat optik. Seiring dengan bertambahnya usia serat maka dispersi pada serat optik tersebut semakin jelek, dispersi ada 2 macam:

 Chromatic dispersion (CD), dispersi ini diakibatkan oleh variasi fiber index (karakteristik serat) dengan panjang gelombang, hal ini menimbulkan delay antara panjang gelombang dengan pulsa transmisi cahaya sehingga sinyal yang ditransmisikan menjadi cacat, yang menimbulkan distorsi dan naiknya BER (Bit Error Ratio). Chromatic dispersion bisa diukur dengan menggunakan chromatic dispersion meter. Selain itu mengenai hubungan antara suhu dan chromatic dispersion, adalah salah satu penyebab penurunan kualitas sinyal pada jaringan serat optic yang berfluktuasi yang dipengaruhi oleh suhu kabel serat optik. Chromatic dispersion bisa diatasi dengan

membuat semacam spoel atau gulungan serat optik untuk mengkompensasi cacatnya sinyal yang ditransmisikan.

 Polarization Mode Dispersion (PMD), berubahnya bentuk serat optik yang diakibatkan suhu, kelembaban atau adanya tarikan serat yang bengkok. Dalam hal ini seharusnya serat optik berbentuk bulat dan lurus tapi akibat suhu, kelembaban dan pergeseran bumi bentuk serat optik menjadi tidak bulat (misalnya lonjong) dan bengkok. Faktor lain yang menyebabkan polarization mode dispersion proses pembuatan yang kurang sempurna. Pada fiber optik single mode ,terdiri dari kabel dua mode yang memiliki polarisasi yang sama.

Dalam serat optik yang sempurna sinyal yang dilewatkan pada dua mode ini berjalan pada kecepatan yang sama, tetapi dalam kenyataannya, ketidaksempurnaan fabrikasi membuat sinyal menjadi asimetris dan dapat menyebabkan mode memiliki kecepatan propagasi berbeda. Perbedaan kecepatan ini disebut Differential Group Delay (DGD) dan PMD adalah koefisien statistic normalisasi panjang rata-rata nilai DGD. PMD dapat diminimalisir dengan pemilihan kabel dan instalasi yang baik. Lain dengan CD (chromatic dispensator) yang bisa diatasi dengan

membuat spoel,sedangkan PMD (Polarization Mode Dispersion) tidak dapat diatasi.

2.5.3 Rusaknya Jaket Fiber

Seiring bertambahnya usia serat Jacket Fiber akan semakin jelek, misalnya, mengeras kemudian pecah sehingga serat optik tidak terlindungi dari suhu dan lembab.

2.6 Rugi-rugi Transmisi Serat Optik

Dalam perjalanan sinyal optik dari transmitter menuju receiver akan terjadi redaman cahaya di sepanjang kabel optik, sambungan- sambungan kabel dan konektor-konektor di perangkatnya. Oleh karena itu untuk transmisi jarak jauh diperlukan sebuah atau beberapa repeater yang berfungsi untuk memperkuat gelombang cahaya yang telah mengalami redaman sepanjang perjalanannya.

Ada beberapa komponen yang menjadi bahan pertimbangan dalam suatu jaringan. Salah satunya adalah rugi-rugi transmisi serat optik (attenuation). Rugi-rugi transmisi ini adalah salah satu karakterisktik yang penting dari serat optik. Rugi-rugi ini mengahasilkan penurunan dari cahaya dan juga penurunan bandwidth dari sistem, transmisi informasi yang dibawa, efisien, dan kapasitas sistem secara keseluruhan.

Dari pertimbangan tersebut akan dihasilkan hasil kalkulasi toleransi loss signal dari jaringan serat optik. Hasil kalkulasi ini akan dibandingkan dengan pengujian lapangan yang hingga saat ini masih

dilaksanakan. Metodologi perhitungan matematis dari standart yang ada akan dibandingkan dengan hasil aktual loss signal serat optik menggunakan alat OTDR. OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) merupakan alat yang digunakan untuk mendapatkan gambar secara visual karakteristik dari redaman sebuah serat dalam suatu jaringan.

Gambar 2.6 Alat Ukur OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) OTDR merupakan alat untuk menentukan lokasi dari serat optik yang terputus dan juga dapat digunakan untuk menetukan rugi-rugi (loss) pada tiap sambungan atau konektor.

- Loss Fiber (Lf)

α

^{f= L x Lf}

- Loss Splice (Ls)

α

s = Ns x Ls - Loss Konektor (Lc)

α

c = Ns x Ls

α

^{total =}

α

^f-

α

^{s –}

α

c...(2.1)

Keterangan :

- L = Jarak Kabel (km)

- Lf= Nilai Loss fiber / km (dB) - Ns = Jumlah Splice

- Ls = Nilai Loss Splice / Sambungan (dB) - Ns = Jumlah Konektor

- Ls = Nilai Loss Konektor / konektor (dB)

Power link budget merupakan perhitungan daya yang dilakukan pada suatu sistem transmisi yang didasarkan pada karakteristik saluran redaman serat optik, sumber optik dan sensitivitas detector.

Pr = Pt –

α

^f–

α

^{s –}

α

c...(2.2)

Keterangan :

- Pr = Daya Penerima (dBm) - Pt = Daya Transmit (dBm) -

α

^f= Redaman fiber (dB) -

α

s = Redaman Splice (dB) -

α

c = Redaman Konektor (dB)

Untuk pengukuran dalam satua dBmumumnya direferensikan untuk 1 milliwatt (mW), jadi daya (dBm) = 10 log (power / 1 mW). Sedangkan

pengukuran dalam dB diukur dalam satuan linear (mW) dihitung pada skala log, jadi daya (dB) = 10 log (power).

Rise time budget merupakan metoda untuk menentukan batasan dispersi pada saluran transmisi, tujuannya adalah untuk menganalisis kerja sistem secara keseluruhan dan memenuhi kapasitas kanal yang diinginkan.

t

^f=

D

^.

σ

^λ.

L

^sist...(2.3)

t

^sist2=

t

^tx2+

t

^rx2+

t

^f2

t

^{sist =}

t

^{tx2 |}

t

^{rx2 |}

t

^f_....(2.4)

Keterangan :

t

^f= Rise Time Fiber (ps)

D = Koefisien dispresi (ps/nm.km)

σ

^λ= Lebar Spektral (nm)

L = Jarak (km)

t

^tx= Rise Time Sumber Optik (ps)

t

^rx= Rise Time Detektor Optik (ps)

2.7Keuntungan Dan Kerugian Serat Optik 2.7.1 Keuntungan Serat Optik

1. Kecepatan: menggunakan Laser / LED sebagai sinyal informasi, mengalirkan informasi dengan kecepatan cahaya, dapat menempuh 1000 Km hanya dengan 5 mili second.

2. Bandwidth: serat optik mampu membawa paket-paket dengan kapasitas besar. Seiring dengan perkembangan teknologi, banyak perangkat yang bekerja dengan koneksi 10 Gigabit per second bahkan ada Tera router dengan menggunakan teknologi DWDM.

3. Distance: sinyal-sinyal dapat ditransmisikan lebih jauh tanpa memerlukan perlakuan “refresh” atau “diperkuat”. Untuk jarak

yang mampu dilalui terkait dengan perangkat transmitternya.

4. Resistance: daya tahan kuat terhadap imbas elektromagnetik yang dihasilkan perangkat-perangkat elektronik seperti radio, motor, atau bahkan kabel-kabel transmisi lain di sekelilingnya.

2.7.2 Kerugian Serat Optik

1. Instalasi yang relatif sulit, konversi data listrik ke Cahaya dan sebaliknya yang rumit, perlu peralatan khusus dalam prosedur pemakaian dan pemasangannya.

2. Untuk perbaikan yang kompleks perlu tenaga yang ahli di bidang ini dan biaya yang mahal untuk peralatannya.

3. Sifatnya yang tidak menghantarkan listrik juga merupakan kelemahannya, karena musti memerlukan alat pembangkit listrik eksternal, sehingga tidak dapat memberikan catuan pada pemasangan repeater.

4. Karakteristik transmisi dapat berubah bila terjadi tekanan dari luar yang berlebihan dan bisa menyerap hidrogen yang bisa menyebabkan loss data.