FiberOptics(serat optik)

Oleh:Ichwan Yelfianhar(dirangkum dari berbagai sumber)

Bahan fiberoptics(serat optik)

Seratoptikterbuatdaribahandielektrikberbentuksepertikaca(glass).Didalamseratinilahenergicahayayangdibangkitkanolehsumbercahayadisalurkan(ditransmisikan)sehinggadapatditerimadiujungunitpenerima(receiver).

Strukturseratoptikpadaumumnyaterdiridari3bagianyaitu:

1. Bagianinti(core) gelombangcahayayangdikirimkanakanmerambatdanmempunyaiindeksbiaslebihbesardarilapisankedua.Terbuatdarikaca(glass)yangberdiameterantara2~125mm,dalamhalinitergantungdarijenisseratoptiknya.

2. Lapisanselimut(Cladding)mengelilingibagianintidanmempunyaiindeksbiaslebihkecildibandingkandenganbagianinti.Terbuatdarikacayangberdiameterantara5~250mm,jugatergantungdarijenisseratoptiknya.

3. Lapisanjaket(Coating)merupakanpelindunglapisanintidanselimutyangterbuatdaribahanplastikyangelastis

Jenis JenisKabelSeratOptik

Menurutjenisnya,kabelseratoptikdibedakanmenjadi3macam:a.SingleModeFiber

Padasinglemodefiber,indexbiasakanberubahdengansegerapadabatasantaracoredancladding(stepindex).

Bahannyaterbuatdarisilicaglassbaikuntukcladdingmaupuncorenya.

Diametercorejauhlebihkecil10mm)dibandingkandengandiametercladding,konstruksidemikiandibuatuntukmengurangirugirugitransmisiakibatadanyafading.

Sangatbaikdigunakanuntukmenyalurkaninformasijarakjauhkarenadisampingrugirugitransmisiyangkeciljugamempunyaibandfrkuensiyanglebar.Misalnyauntukukuran10/125mm,padapanjanggelombangcahaya1300nm,redamanmaksimumnya0,4 0,5dB/kmdanlebarbandfrekwensiminimumuntuk1kmsebesar10GHz.

Perambatancahayadalamsinglemodefiberadalahsebagaiberikut:

Singlemodefiberdapatjugadibuatdenganindexbiasyangberubahsecaraperlahanlahan(gradedindex).

b.MultimodeStepIndexFiber

Seratoptikinipadadasarnyamempunyaidiametercoreyangbesar(50 400um)dibandingkandengandiametercladding(125 500um).

Samahalnyadengansinglemodefiber,padaseratoptikiniterjadiperubahanindexbiasdengansegera(stepindex)padabatasantaracoredancladding.

Diametercoreyangbesar(50 400um)digunakanuntukmenaikkaneffisiensicouplingpadasumbercahayayangtidakkoherensepertiLED.

Jenisseratoptikinitidakpopulerkarenameskipunkadarsilicanyaditingkatkan,rugirugidispersisewaktutransmittetapbesar,sehinggahanyabaikdigunakanuntukmenyalurkandata/informasidengankecepatanrendahdanjarakrelatifdekat.

Berdasarkanhasilpenelitian,penambahanprosentasebahansilicapadaseratoptikiniakanmeningkatkanpenampilan(performance).Perambatangelombangpadamultimodestepindexfibersebagaiberikut:

c.MultimodeGradedindex

Multimodegradedindexdibuatdenganmenggunakanbahanmulticomponentglassataudapatjugadengansilicaglassbaikuntukcoremaupuncladdingnya.

Padaseratoptiktipeini,indeksbiasberubahsecaraperlahanlahan(gradedindexmultimode).

Indeksbiasintiberubahmengecilperlahanmulaidaripusatcoresampaibatasantaracoredengancladding.

Makinmengecilnyaindeksbiasinimenyebabkankecepatanrambatcahayaakansemakintinggidanakanberakibatdispersiwaktuantaraberbagaimodecahayayangmerambatakanberkurangdanpadaakhirnyasemuamodecahayaakantibapadawaktuyangbersamaandipenerima(ujungseratoptik).

DiametercorejenisseratoptikinilebihkecildibandingkandengandiametercorejenisseratopticMultimodeStepIndex,yaitu30 60umuntukcoredan100 150umuntukcladdingnya.

BiayapembuatanjenisseratoptikinisangattinggibiladibandingkandenganjenisSinglemode.

Rugirugitransmisiminimumadalahsebesar0,70dB/kmpadapanjanggelombang1,18umdanlebarbandfrekwensi150MHzsampaidengan2GHz.

OlehkarenanyajenisseratoptikinisangatidealuntukmenyalurkaninformasipadajarakmenengahdenganmenggunakansumbercahayaLEDmaupunLASER,disampingjugapenyambungannyayangrelatifmudah.

Perambatangelombangcahayapadajenisseratoptikinisebagaiberikut:

SaatiniadaempatmacamtipeyangseringdigunakanberdasarkanITUT(International TelecommunicationUnionTelecommunicationStandardizationsector)yangdahuludikenaldenganCCITTyaitu:1) G.652 StandarSingleModeFiber2) G.653 Dispersionshiftedsinglemodefiber3) G.653 Characteristicsofcutoffshiftedmodefibercable4) G.655 DispertionshiftednonzeroDispertionfiber.

TipefiberG.652adalahtipefiberyangseringdigunakansaatinidansemuatipedaritipefiberyangadasekaranginimenyesuaikandengantypeG.652.SaatinitipedarijenisfibersinglemodeinidapatdigunakanpadaSTM1(155Mbit/s)untukmencakupjaraklebihdari1280kmtanpamenggunakanrepeater(pengulang/penguat)danpadaSTM4(622Mbit/s)digunakanuntukjaraklebihdari160kmdenganmemakaiamplifierfiberoptik.MenurutITUTjarakyangdapatdicakupuntukSTM16adalahsebesar160km,tetapijaraktersebuthanyadapatdicapaidenganmenggunakanpostamplifier(penguat)opticdanpreamplifiersedangkanuntukSTM64jarakyangdapatdicakupadalahsebesar40 80km.

KarakteristikSeratOptika. Numerical Aperture (NA) Numerical Aperture merupakan parameter yang

merepresentasikan sudut penerimaan maksimum dimanaberkas cahaya masih bisa diterima dan merambat didalam intiserat. Sudut penerimaan ini dapat beraneka macamtergantung kepada karakteristik indeks bias inti dan selubungserat optik.

Jika sudut datang berkas cahaya lebih besar dari NAatau sudut kritis, maka berkas tidak akan dipantulkankembali ke dalam serat melainkan akan menembuscladding dan akan keluar dari serat.

Semakin besar NA maka semakin banyak jumlahcahaya yang diterima oleh serat.

Akan tetapi sebanding dengan kenaikan NAmenyebabkan lebar pita berkurang, dan rugipenyebaran serta penyerapan akan bertambah.

Oleh karena itu, nilai NA besar hanya baik untukaplikasi jarakpendek dengan kecepatan rendah.Besarnya Numerical Aperture (NA) dapat dihitungdengan menggunakan persamaan berikut :

b. Redaman Redaman/atenuasi serat optik merupakankarakteristik penting yang harus diperhatikanmengingat kaitannya dalam menentukan jarakpengulang (repeater), jenis pemancar danpenerima optik yang harus digunakan. Besarnyaatenuasi atau rugirugi daya dinyatakan olehpersamaan berikut :

Redamanseratbiasanyadisebabkanolehkarenapenyerapan/absorpsienergisinyalolehbahan,efekscattering/penghamburandanpengaruhradiasi/pembengkokan.Semakinbesaratenuasiberartisemakinsedikitcahayayangdapatmencapaidetektordandengandemikiansemakinpendekkemungkinanjarakspanantarpengulang.

c.Dispersi

Dispersiadalahpelebaranpulsayangterjadiketikasinyalmerambatmelaluisepanjang seratoptik.Dispersiakanmembatasilebarpita(bandwidth)dariserat.Dispersiyangterjadipadaseratsecaragarisbesaradaduayaitudispersiintermodaldandispersiintramodaldikenaldengannamalaindispersikromatikdisebabkanolehdispersimaterialdandispersiwavegiude.

KeuntunganSeratOptik1. Mempunyailebarpitafrekuensi(bandwithyanglebar) Frekuensipembawa

optikbekerjapadadaerahfrekuensiyangtinggiyaitusekitar10^13Hzsampaidengan10^16Hz,sehinggainformasiyangdibawaakanmenjadibanyak.

2. Redamansangatrendahdibandingkandengankabelyangterbuatdaritembaga,terutamapadafrekuensiyangmempunyaipanjanggelombangsekitar1300nmyaitu0,2dB/km.

3. ebalterhadapgangguangelombangelektromagnet.Fiberoptikterbuatdarikacaatauplastikyangmerupakanisolator,berartibebasdariinterferensimedanmagnet,frekuensiradiodangangguanlistrik.

4. Dapatmenyalurkaninformasidigitaldengankecepatantinggi.Kemampuanfiberoptik dalammenyalurkansinyalfrekuensitinggi,sangatcocokuntukpengirimansinyaldigital padasistemmultipleksdigitaldengankecepatanbeberapaMbit/shinggaGbit/s.

5. Ukurandanberatfiberoptikkecildanringan. Diameterintifiberoptikberukuruanmicrosehinggapemakaianruanganlebihekonomis.

6. Tidakmengalirkanaruslistrik Terbuatdarikacaatauplastiksehinggatidakdapatdialiriaruslistrik(terhindardariterjadinyahubunganpendek)

7. Sistemdapatdiandalkan(20 30tahun)danmudahpemeliharaannya.

KerugianSeratOptik

1. Konstruksifiberoptiklemahsehinggadalampemakaiannyadiperlukanlapisanpenguatsebagaiproteksi.

2. Karakteristiktransmisidapatberubahbilaterjaditekanandariluaryangberlebihan

3. Tidakdapatdialiriaruslistrik,sehinggatidakdapatmemberikancatuanpadapemasanganrepeater.