Jbptunikompp Gdl Zenymuttaq 15026 3 Bab2

5/11/2018 Jbptunikompp Gdl Zenymuttaq 15026 3 Bab2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/jbptunikompp-gdl-zenymuttaq-15026-3-bab2 1/33

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Perambatan Cahaya

Bila gelombang cahaya merambat melalui material, tidak dalam ruang

hampa, maka kecepatannya akan lebih kecil. Sesuai dengan rumus :

V = c/n, atau n = c/V

Di mana :

n = Refractive index atau indeks bias.

V = Kecepatan rambat cahaya dalam material.

Yang menunjukan bahwa indeks bias suatu medium tak lain ialah

perbandingan antara keceptan cahaya dalam hampa udara dengan keceptannya

dalam medium yang bersangkutan.

Cahaya dapat merambat dalam suatu medium dengan tiga cara yaitu

merambat lurus, dibiaskan dan dipantulkan.

Bab II Dasar Teori 4



Gambar 2.1. Pemantulan dan Pembiasan Cahaya

Cahaya yang bergerak dari materi dengan indeks bias lebih besar ke materi

dengan indeks bias lebih kecil, maka akan bergerak menjauhi sumbu tegak lurus

(garis normal), dengan sudut datang lebih kecil dari pada sudut bias. Sedangkan

cahaya yang bergerak dari materi dengan indeks bias lebih kecil ke materi dengan

indeks bias lebih besar, maka akan bergerak mendekati sumbu tegak lurus (garis

normal), dengan sudut datang lebih besar daripada sudut bias.

Besar sudut dari cahaya yang direfleksikan akan tergantung dari besarnya

sudut datang. Dengan mengatur besarnya sudut datang i sehingga diperoleh sudut

r = 90º, maka cahaya tidak akan direfraksikan melalui material kedua (n2), tetapi

merambat melalui permukaan (batas n1 dan n2).

2.2 Serat Optik

Serat optik adalah suatu jenis penghantar yang mempunyai band width yang

lebih besar dibandingkan dengan jenis penghantar lain.

Sebuah serat optik terdiri atas core(inti ), cladding (kulit ),

coating (pelindung ), strengthening serat dan cable jacket (kulit kabel). Elemen

dasar sebuah kabel serat optik adalah cladding dan core. Cahaya yang disalurkan

merambat pada core, dimana pola rambatannya mengikuti pola cahaya masuk lalu

cahaya dipantulkan oleh cladding sepanjang saluran.

Gambar di bawah ini memperlihatkan struktur dasar sebuah kabel serat optik

secara umum.

Bab II Dasar Teori

5



Gambar 2.2. Serat optik

Spesifikasi dari setiap bagian gambar diatas antara lain adalah sebagai berikut.

a. Core

berfungsi untuk menyalurkan cahaya dari satu ujung ke ujung

lainnya;

terbuat dari bahan kuarsa dengan kualitas sangat tinggi;

memiliki diameter 8 μm ~ 100 μm. Ukuran core sangat

mempengaruhi karakteristik serat optik;

indek bias (n) core selalu lebih besar dari pada indeks bias cladding

(Nc > Nd).

b. Cladding

berfungsi sebagai cermin yaitu memantulkan cahaya agar dapat

merambat ke ujung lainnya;

terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias lebih kecil dari core dan

merupakan selubung dari core;

hubungan indeks bias antara core dan cladding akan mempengaruhi

perambatan cahaya pada core.

Bab II Dasar Teori

6



c. Coating

berfungsi sebagai pelindung mekanis yang melindungi serat optik

dari kerusakan dan sebagai pengkodean warna pada serat optik;

terbuat dari bahan plastik.

d. Strengthening serat

berfungsi sebagai serat yang menguatkan bagian dalam kabel

sehingga tidak mudah putus;

terbuat dari bahan serat kain sejenis benang yang sangat banyak dan

memiliki ketahanan yang sangat baik.

e. Jacket kabel

berfungsi sebagai pelindung keseluruhan bagian dalam kabel serat

optik serta didalamnya terdapat tanda pengenal;

terbuat dari bahan PVC.

2.3 Jenis Serat Optik

Berdasarkan sifat dan karakteristiknya maka jenis serat optik secara garis

besar dapat dibagi menjadi 2 yaitu :

2.3.a Single Mode

Serat optik single mode/monomode mempunyai diameter inti (core) yang

sangat kecil 3 – 10 mm, sehingga hanya satu berkas cahaya, saja yang dapat

melaluinya. Oleh karena hanya satu berkas cahaya maka tidak ada pengaruh

indeks bias terhadap perjalanan cahaya atau pengaruh perbedaan waktu sampainya

cahaya dari ujung satu sampai ke ujung yang lainnya (tidak terjadi dispersi).

Bab II Dasar Teori

7



Dengan demikian serat optik singlemode sering dipergunakan pada sistem

transmisi serat optik jarak jauh atau luar kota (long haul transmission system).

Sedangkan graded index dipergunakan untuk jaringan telekomunikasi lokal (local

network ).

Karakteristik jenis serat optik Single mode antara lain ;

Memiliki diameter core yang sangat kecil dibandingkan dengan

ukuran cladingnya.

Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan

sumbu serat optik

Digunakan untuk data dengan bit rate tinggi.

2.3.b Multimode

Pada jenis serat optik ini penjalaran cahaya dari satu ujung ke ujung

lainnya terjadi dengan melalui beberapa lintasan cahaya, karena itu disebut

multimode. Diameter inti (core) sesuai dengan rekomendasi dari CCITT G.651

sebesar 50 mm dan dilapisi oleh jaket selubung (cladding) dengan diameter 125

mm. Sedangkan berdasarkan susunan indeks biasnya serat optik multimode

memiliki dua profil yaitu graded index dan step indeks.

Pada serat graded indeks, serat optik mempunyai indeks bias cahaya yang

merupakan fungsi dari jarak terhadap sumbu/poros serat optik. Dengan demikian

cahaya yang menjalar melalui beberapa lintasan pada akhirnya akan sampai pada

ujung lainnya pada waktu yang bersamaan.

Berlainan dengan graded index, maka pada serat optik step index

(mempunyai index bias cahaya sama) sinar yang menjalar pada sumbu akan

Bab II Dasar Teori

8



sampai pada ujung lainnya terlebih 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. Oleh karena itu secara

praktis hanya serat optik graded index saja yang dipergunakan sebagai saluran

transmisi pada serat optik multimode.

Karakteristik jenis serat optik Multimode antara lain ;

Indeks bias core konstan.

Ukuran core besar (50-200 mm) dan dilapisi clading yang sangat

tipis.

Penyambungan core lebih mudah karena memiliki core yang besar.

Terjadi dispersi.

Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate

yang rendah.

Tabel 2.1 Perbandingan jarak repeater antara serat optik multimode

dan singlemode

Bit rate

( Mbit/dt )

Jarak repeater

multimode ( Km )

Jarak repeater

singlemode ( Km )

140

280

420

565

30

20

15

10

50

35

33

31

Bab II Dasar Teori

9



2.4 Perbandingan jenis serat optik berdasarkan karakteristiknya;

2.4.a Step Indeks Single Mode

• Memiliki diameter core yang sangat kecil dibandingkan dengan

ukuran cladingnya.

• Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan

sumbu fiber optic.

• Digunakan untuk data dengan bit rate tinggi.

Gambar 2.3 Step Indeks Single Mode

2.4.b Step Indeks Multi Mode

• Indeks bias core konstan.

• Ukuran core besar (50-200 μm) dan dilapisi clading yang sangat

tipis.

• Penyambungan core lebih mudah karena memiliki core yang besar.

• Terjadi dispersi.

• Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate

yang rendah.

Bab II Dasar Teori

10



Gambar 2.4. Step Indeks Multi Mode

2.4.c Graded Indeks Multi Mode

• Core terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias

yang berbeda.

• Indeks bias tertinggi terdapat pada pusat core dan turun sampai

dengan batas core dan clading.

• Cahaya merambat karena difraksi yang tejadi pada core sehingga

rambatan cahaya sejajar dengan sumbu fiber optic.

• Masing-masing kecepatan cahaya tiap lapisan gelas berbeda,tetapi

sampainya bersamaan.

• Dispersi minimum.

• Harganya lebih mahal dari Step Indeks karena proses

pembuatannya lebih sulit.

Gambar 2.5. Graded Indeks Multi Mode

Bab II Dasar Teori

11



2.5 Redaman Serat Optik

Redaman serat optik dinyatakan dengan satuan dB/km. Macam-macam

redaman serat optik adalah sebagai berikut.

Rayleigh Scatering , yaitu redaman dari gelombang pendek yang

diakibatkan oleh struktur kaca yang tidak teratur. Struktur ini akan

memindahkan sebagian dari berkas cahaya yang seharusnya merambat

langsung melalui serat optik;

Mikrobending terjadi akibat tekanan mekanik sewaktu proses

penarikan;

Absorption yaitu redaman untuk panjang gelombang yang tinggi

(diatas 1600 nm) yang disebabkan oleh penyerapan dari gelas;

Dispersi yaitu redaman yang disebabkan oleh pulsa-pulsa yang

ditransmisikan pada ujung serat optik sebagai akibat dari panjang

perambatan.

2.6 Sistem Transmisi Serat Optik

Sistem transmisi serat optik terdiri atas komponen-komponen sebagai

berikut.

2.6.a Transmitter Optik

Transmitter berfungsi mengubah sinyal elektris menjadi sinyal

optik/cahaya. Ada dua jenis pemancar optik yang sering digunakan pada sistem

transmisi serat optik yaitu Light Emitting Diode (LED) dan SemiconductorLaser

Bab II Dasar Teori

12



Diode (LD). Transmitter terdiri atas sumber cahaya seperti diperlihatkan pada

Gambar 2.6

KANALINPUT

DATA SUMBER CAHAYA

Gambar 2.6. Skema pemancar sistem optik

2.6.b . Kabel Serat Optik

Berikut ini beberapa karakteristik kabel serat optik.

berupa selubung serat optik gelas dengan ukuran yang sangat kecil,

dengan diameter 5 mikrometer s/d 250 mikrometer,

terbuat dari material kelas tinggi yang bebas air,

berfungsi memandu cahaya/jalan cahaya dari pengirim ke penerima.

2.6.c Receiver Optik

Receiver optik adalah perangkat yang bertugas untuk mengubah sinyal optik

menjadi informasi di penerima. Receiver ini langsung mengubah pulsa optik

mejadi pulsa elektrik secara langsung. Seperti diperlihatkan pada Gambar 2.7.

KANAL OUTPUT

REPEATER DATADETEKTOR

OPTIK

Gambar 2.7. Skema penerima sistem optik

Untuk keperluan deteksi sinyal multi Gbps, meningkatnya noise bandwidth

akan membatasi sensitivitas receiver . Untuk meningkatkan sensitivitas receiver ,

dapat digunakan Avalanche Photo Diode (APD) dan Forward Error Correction.

Bab II Dasar Teori

13



Avalanche Photo Diode dapat meningkatkan sensitivitas receiver hingga 10 dB

sedangkan Forward Error Correction dapat meningkatkan sensitivitas receiver

hingga 4 dB lebih.

2.7 Prinsip Kerja Transmisi Pada Serat Optik

Berbeda dengan sistem transmisi yang menggunakan gelombang

elektromagnetik, pada sistem transmisi serat optik yang bertugas membawa sinyal

informasi adalah gelombang cahaya. Berikut ini adalah proses yang terjadi pada

sistem transmisi serat optik dengan sinyal yang ditransmisikan berupa sinyal

suara.

Pertama-tama mikrofon mengubah sinyal suara menjadi sinyal listrik.

Sinyal listrik ini kemudian dibawa oleh gelombang cahaya melalui serat optik

dari pengirim (transmitter ) menuju alat penerima (receiver ) yang terletak pada

ujung lain dari serat. Sinyal listrik termodulasi diubah menjadi gelombang cahaya

pada transmitter dan kemudian diubah kembali menjadi sinyal listrik pada

receiver . Pada receiver sinyal listrik diubah menjadi gelombang suara.

Tugas untuk mengubah sinyal listrik ke gelombang cahaya atau sebaliknya

dapat dilakukan dengan menggunakan komponen elektronik yag dikenal dengan

nama Optoelectronic pada setiap ujung serat optik.

Prinsip kerja transmisi pada serat optik dapat dilihat pada blok diagram

berikut :

Bab II Dasar Teori

14



Sumber OptikKabel Serat

OptikDetektor Optik

Rangkaian

Elektronik

Multiplex Digital

Rangkaian

Elektronik

DeMultiplex Digital

Gambar 2.8. Blok diagram prinsip kerja transmisi pada serat optik

Berikut ini penjelasan dari blok diagram di atas.

pada arah kirim, input sinyal yang berasal dari perangkat multiplex

digital akan diteruskan ke rangkaian elektronik untuk menjalani perbaikan

karakteristik dan mengubah kode sinyal yang masuk tersebut menjadi

binary;

selanjutnya sinyal binary tersebut diteruskan ke rangkaian sumber

optik, dimana dalam rangkaian ini sinyal binary dengan daya listrik akan

diubah menjadi sinyal dengan daya optik;

dari sumber optik, kemudian sinyal akan diteruskan ke detektor optik

melalui kabel serat optik;

pada arah terima, sinyal dengan daya optik yang diterima dari

sumber optik melalui kabel serat optik akan diubah menjadi sinyal dengan

daya listrik;

selanjutnya sinyal dengan daya listrik tersebut diteruskan ke

rangkaian elektronik untuk didekodekan kembali ke sinyal;

Bab II Dasar Teori

15



dari rangkaian elektronik, sinyal tersebut diteruskan ke demultipleks

digital.

Dalam perjalanan dari transmiter menuju ke receiver akan terjadi

redaman/rugi cahaya di sepanjang kabel serat optik dan konektor-konektornya.

Oleh sebab itu, bila jarak antara transmiter dan receiver ini terlalu jauh akan

diperlukan sebuah atau beberapa perangkat pengulang (regenerative repeater )

yang bertugas untuk memperkuat gelombang cahaya yang telah mengalami

redaman.

2.8 Sumber Optik ( Light Source )

Sumber cahaya serat optik bekerja sebagai pemancar-pemancar cahaya

yang harus memenuhi beberapa persyaratan yang diperlukan berikut ini.

1. Cahaya yang dipancarkannya harus bersifat monokromatis (berfrekuensi

tunggal)

Pada umumnya sumber cahaya tidak berfrekuensi tunggal, melainkan

memancarkan cahaya pada beberapa frekuensi. Beberapa sumber cahaya

seperti lampu-lampu ionisasi gas, dioda-dioda yang memancarkan cahaya,

dan laser dioda memancarkan cahaya dalam bagian spektrum frekuensi

yang sempit. Namun, sumber-sumber ini pun tidak bersifat monokromatis

sepenuhnya karena masih juga memancar pada beberapa frekuensi dalam

bagian spektrum yang sempit tersebut

Bab II Dasar Teori

16



2. Intensitas Cahaya Yang Tinggi

Pemancar-pemancar tersebut dapat memancarkan cahaya berintensitas

tinggi, sehingga dapat dipancarkan energi yang cukup untuk mengatasi

rugi-rugi yang dijumpai pada transmisi sepanjang serat optik.

3. Sumber-sumber cahaya harus mampu untuk dimodulasi dengan mudah

4. Minimnya Rugi-Rugi

Pemancar-pemancar cahaya tersebut harus berukuran kecil, ringkas

dan dapat dengan mudah digandengkan dengan serat-serat optik sehingga

tidak terjadi rugi-rugi penggandengan yang berlebihan .

5. Pembuatannya Ekonomis

Biaya pembuatan, pemasangan, dan peletakannya tidak mahal atau bersifat

ekonomis.

Sumber optik pada sistem transmisi fiber optik berfungsi sebagai pengubah

besaran sinyal listrik / elektris menjadi sinyal cahaya (E/O converter ). Pemilihan

dari sumber cahaya yang akan digunakan bergantung pada bit rate data yang akan

ditransmisikan.Tedapat dua jenis light source,antara lain :

2.8.a LED (Light Emitting Diode)

LED merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya karena

mekanisme emisi spontan. Terdapat dua jenis LED yaitu Surface Emitting Led

dan Edge Emitting Led . Edge Emitting Led memiliki efisiensi coupling ke fiber

optik yang lebih tinggi. LED mengubah besaran arus menjadi besaran intensitas

cahaya dan karakteristik arus/daya pancar optik memiliki fungsi yang linear.

Cahaya yang dipancarkan LED bersifat tidak koheren yang akan menyebabkan

Bab II Dasar Teori

17



dispersi chromatic sehingga LED hanya cocok untuk transmisi data dengan bit

rate rendah sampai sedang. Daya keluaran optik LED adalah -33 dBm s/d -10

dBm. LED memiliki lebar spektral (spectral width) 30-50 nm pada panjang

gelombang 850 nm dan 50-150 nm pada panjang gelombang 1300 nm.

Proses modulasi yang diterapkan pada LED adalah modulasi intensitas.

Pulsa-pulsa listrik (diwakili dengan kondisi ada arus/tidak ada arus) secara

langsung diubah menjadi pulsa-pulsa optic/ cahaya (diwakili dengan ada/ tidaknya

pancaran cahaya).

2.8.b Diode laser ( Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation)

Laser adalah sumber gelombang elektromagnetik koheren yang

memancarkan gelombang pada frekuensi infra merah dan cahaya tampak.

Koheren dalam hal ini adalah berfrekuensi tunggal, seface, dan terpolarisasi.

Dioda Laser (mempunyai berbagai kelebihan dibandingkan dengan LED antara

lain :

1. Efisiensi kopling dioda laser injeksi lebih besar sehingga

kebutuhan pengulang untuk kominikasi jarak jauh lebih sedikit.

2. Daya keluaran dioda laser injeksi lebih tinggi sehingga cocok

untuk komunikasi jarak jauh.

3. Lebar bidang cahaya keluaran sangat sempit sehingga cahaya lebih

koheren.

4. Tanggapan waktunya lebih cepat sehingga pesat modulasinya lebih

tinggi.

Bab II Dasar Teori

18



Dioda laser merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya

karena mekanisme pancaran/emisi terstimulasi ( stimulated emmision). Cahaya

yang dipancarkan oleh dioda laser bersifat koheren. diode laser memiliki lebar

spektral yang lebih sempit (s/d 1 nm) jika dibandingkan dengan LED sehingga

dispersi chromatic dapat ditekan. Diode laser diterapkan untuk transmisi data

dengan bit rate tinggi. Daya keluaran optic dari dioda laser adalah -12 s/d + 3

dBm. Karakteristik arus kemudi daya optik dioda laser tidak linear. Kinerja

( keluaran daya optik, panjang gelombang, umur ) dari dioda laser sangat

dipengaruhi oleh temperatur operasi.

Efek laser ( light amplification by simulated emission of radiation ) telah

diperoleh dengan menggunakan bermacam-macam jenis bahan yang berbeda,

termasuk gas, cairan-cairan, dan benda-benda padat. Jenis laser yang digunakan

untuk komunikasi fiber optik ialah laser semikonduktor.

Laser semikonduktor adalah suatu jenis laser padat yang khusus, dimana

kerja laser terjadi di dalam sambungan dioda semikonduktor dari jenis yang sama

seperti yang dipakai untuk LED. Bila arus dibiarkan melalui suatu sambungan

dioda, cahaya akan dipancarkan dengan emisi spontan pada suatu frekuensi atau

panjang gelombang, yang ditentukan oleh celah jalur energi dari bahan

semikonduktor tersebut. Bila pada dioda semacam ini suatu tingkat arus kritis

telah dilampaui, populasi pembawa-pembawa minoritas pada kedua sisi

sambungan mulai bertumbukan dengan pembawa-pembawa minoritas yang telah

terangsang. Tumbukan-tumbukan ini mengakibatkan sedikit peningkatan pada

tingkat energi ionisasi, yang pada efeknya membuat pembawa jadi tidak stabil,

Bab II Dasar Teori

19



sehingga pembawa itu berkombinasi kembali dengan pembawa dari jenis yang

berlawanan pada tingkat yang sedikit lebih tinggi.

2.9 Repeater

Berfungsi untuk menguatkan kembali pulsa-pulsa cahaya yang dikirimkan.

Untuk hubungan yang sangat jauh, pulsa cahaya yang dikirimkan akan mengalami

loss yang besar sehingga apabila diteruskan tidak dapat dideteksi oleh

photodetector, maka untuk itu diperlukan repeater. Pada umumnya digunakan

untuk komunikasi serat optik antar kota yang membutuhkan repeater setiap 50

km. Repeater terlebih dahulu mengubah pulsa cahaya menjadi listrik kemudian

sinyal listrik tersebut diperkuat dan baru diubah kembali menjadi pulsa cahaya

untuk dikirimkan.

2.10 Detektor Optik

Photodetector berfungsi mengubah variasi intensitas optik/cahaya menjadi

variasi arus listrik. Photodioda dioperasikan pada pra-tegangan balik. Cahaya

yang diterima akan diubah menjadi arus listrik, pada tahanan RL arus tersebut

diubah menjadi besaran tegangan. Perbandingan arus yang dihasilkan

photodetector terhadap daya optical yang diterima disebut sensitivitas optik.

Sensitivitas suatu photodetector sangat bergantung pada panjang gelombang

operasi dan bahan photodetector.

Bab II Dasar Teori

20



Gambar 2.9. rangkaian photo dioda

Pada sistim transmisi serat optik digunakan dua jenis photodetector yaitu :

1. Dioda PIN/ FET ( Positive Intrinsic Negative/ Field Effect

Transistor )

2. APD ( Avalanche photo diode).

Karena perangkat ini berada di depan dari penerima optik maka

photodetector harus memiliki kinerja yang tinggi. Persyaratan kinerja yang harus

dipenuhi oleh photodioda meliputi :

• Memiliki sensitivitas tinggi,

• Memiliki lebar bidang atau kecepatan yang cukup untuk

mengakomodasi bit rate data yang diterima,

• Hanya memberikan noise tambahan minimum,

• Tidak peka terhadap perubahan suhu.

Detector Optik atau photodetector berfungsi mengubah variasi intensitas cahaya

menjadi arus listrik yang berisi isyarat informasi yang dikirim.

Pada sistem transmisi serat optik digunakan dua jenis detector optik yaitu

diode PIN/FET dan fotodiode Avalance

2.10.a Diode PIN / FET

Bab II Dasar Teori

21



Dioda PIN / FET ( positive Intrinsic Negative / Field Effect Transistor ).

Jenis ini adalah yang banyak dipakai dalam sistem komunikasi serat optik.

Fotodiode PIN mempunyai lapisan semikonduktor intrinsik diantara bagian P dan

N. seperti terlihat pada gambar :

Gambar 2.10. Fotodiode PIN

Pada lapisan intrinsic ini tidak ada muatan bebas, sehingga resistansinya

besar. Akibatnya sebagian besar tegangan dioda berada pada lapisan ini dan

didalamnya terjadi gaya elektrik yang kuat.

Bab II Dasar Teori

22



Kecepatan tanggapan foto diode ini dibatasi oleh waktu transit, yaitu

waktu yang diperlukan muatan bebas untuk melintasi daerah kosong ( depletion ).

Kecepatan gerak muatan bebas berbanding lurus dengan besar tegangan balik,

sehingga makin besar tegangan maka waktu transit makin pendek, atau dengan

kata lain fotodiode ini makin responsif .

Karakteristik yang lain yang juga penting pada detector cahaya PIN

adalah arus gelap ( dark current ) yaitu arus balik ( reverse Current ) yang kecil

yang mengalir melalui prasikap balik ( reverse bias ) diode. Arus gelap ini terjadi

karena pembangkitan panas dari pembawa muatan bebas ( free charge current ).

2.10.b Fotodiode Avalanche

Fotodiode Avalanche Photodiode ( APD ) adalah detector sambungan

semikonduktor yang memiliki perolehan dalam ( internal gain ). Dengan adanya

perolehan dalam ini maka APD memiliki tanggapan yang lebih baik dari

fotodiode PIN.

Perolehan dalam ini sebanding dengan tegangan balik, jika tegangan balik

makin besar maka perolehan dalam makin besar. Kecepatan tanggapan fotodiode

guguran juga dibatasi oleh waktu transit dan tetapan waktu RC seperti f otodiode

PIN.

Fotodiode Avalanche Photodiode punya lineritas yang sangat baik untuk

daya optic lebih kecil dari 1 μW sampai beberapa microwatt. Untuk daya optic > 1

μW biasanya memakai fotodiode PIN.

Perolehan APD ini dipengaruhi oleh suhu, semakin tinggi suhu maka

perolehannya akan semakin menurun. Hal ini terjadi karena lintasan bebas merata

Bab II Dasar Teori

23



antar tumbukan lebih pendek pada suhu yang tinggi. Banyak pembawa muatan

tidak mendapat kesempatan mencapai kecepatan yang diperlukan untuk

menghasilkan muatan-muatan sekunder. Pada penerima yang memakai fotodiode

APD ini memerlukan untai kompensasi suhu bila beroperasi pada rentang suhu

yang lebar.

2.11 Jenis – Jenis Redaman Pada Serat Optik

Sifat – sifat dari serat optic sangat menentukan jarak antara titik transmisi

dengan titik dimana sinyal harus dideteksi. Karena sistem didesain untuk

beroperasi pada berbagai jarak, sinyal output optic dari sistem telah disesuaikan

untuk melengkapi sifat – sifat serat optik. Ada bebarapa jenis redaman yang

mempengaruhi penggunaan serat optik yaitu:

1. Redaman karakteristik serat optik

2. Redaman sambungan

3. Redaman konektor

2.11.a Redaman Karakteristik Serat Optik

Redaman karakteristik serat optik tergantung dari panjang gelombang

cahaya yang digunakan. Untuk panjang gelombang antara 700 sampai 1650 nm,

besarnya redaman berkurang dan untuk panjang gelombang diatas 1700 nm

redaman betambah lagi. Redaman karakteristik serat optic biasnya diberikan oleh

pabrik dalam satuan dB/km.

2.11.b Redaman Sambungan

Bab II Dasar Teori

24



Kabel serat optik biasanya dibuat dengan panjang antara 1 km sampai

dengan 5 km, oleh karena itu diperlukan beberapa kabel yang harus

disambungkan untuk menghubungkan antar transmisi. Besarnya redaman

sambungan tergantung dari teknik penyambungan yang digunakan dan besarnya

redaman antara 0,1 sampai 0,5 dB.

2.11.c Redaman Konektor

Konektor optik adalah perangkat mekanik yang berfungsi untuk

menghubungkan serat optic secara meyakinkan, dengan disekrup secara bersama-

sama,. Sehingga core dari kedua ujung tersebut akan tersambung menjadi satu,

namun demikian tidak dapat dihindarkan adanya redaman konektor.

Konektor optik digunakan oleh system transmisi sehingga memungkinkan

unit – unit optic yang terdapat pada system tersebut dapat dipindah atau diganti

untuk keperluan pengukuran dalam penanggulangan gangguan

2.12 Dispersi

Pulsa yang disalurkan melalui fiber optik di ujung terima yang lain akan

mengalami pelebaran dan penyebaran sebagai akibat dari panjang perambatan,

pelebaran ini disebut dengan dispersi. Dispersi disebabakan oleh dua faktor yaitu

dispersi inter modal dan dispersi intra modal.

Dispersi inter modal dikarenakan mode yang berbeda memiliki kecepatan

yang berbeda pula, sehingga ada waktu tunda antar node. Jadi modenya dibedakan

oleh sudut penerimaan sinar terhadap sumbu inti. Sedangkan dispersi intra modal

di karenakan oleh pelebaran pulsa pada fiber jenis single mode. Hal tersebut di

Bab II Dasar Teori

25



sebabakan oleh kecepatan yang merupakan fungsi panjang gelombang. Jadi

panjang gelombang akan mempengaruhi peningkatan dispersi sinyal dari lebar

spektral sumber optik

Dalam prakteknya sumber optik tidak hanya memancarkan cahaya pada

satu panjang gelombang ( frekuensi ) saja, tetapi pada suatu rentang panjang

gelombang yang disebut lebar spectral. Yang mana lebar spectral ini apabila

semakin kecil maka sumber semakin koheren.

Sedangkan apabila terjadi dispersi pada pengiriman sinyal optik maka

akan menyebabkan terjadinya distorsi ( penyerapan ) pada bentuk sinyal. Dispersi

pada serat optik akan menyebabkan terjadinya pelebaran pulsa cahaya yang

dikirim sepanjang serat dan jika diamati setiap pulsa, pulsa tersebut akan melebar

dan menumpuk dengan yang lainnya bahlan menjadikan tidak dapat dibedakan

pada perangkat penerima. Pengaruh ini dikenal dengan interferensi intersimbol

yang akan menambah jumlah pulsa yang salah. Disamping itu dispersi juga

membatasi maksimum lebar pita frekuensi. Sehingga untuk menghindari

penumpukan pulsa – pulsa cahaya pada hubungan sistem optik maka

dipersyaratkan kecepatan bit rate (Br ) harus lebih kecil atau paling tidak sama

dengan dua kali pelebaran dispersi pulsa.

Secara garis besar dispersi yang terjadi pada serat optic ada dua jenis yaitu :

• Dispersi inter modal

• Dispersi intra modal

2.12.a Dispersi Inter Modal

Bab II Dasar Teori

26



Dispersi ini terjadi hasil dari perbedaan kelambatan perambatan cahaya

diantara mode – mode dalam multimode. Mode – mode yang berbeda yang

merupakan pulsa dalam serat multimode merambat sepanjang kanal pada

sekumpulan kecepatan yang berbeda, sehingga lebar pulsa output bergantung pada

saat pengiriman dari mode – mode yang cepat dan yang lambat. Mekanisme

disperse ini membuat perbedaan yang mendasar pada semua disperse untuk tiga

jenis serat. Banyaknya lintsan cahaya yang merambat melalui serat pada bagian –

bagian yang berbeda, sehingga setiap bagian mempunyai panjang yang berbeda,

karena itu setiap mode mempunyai waktu perambatan yang berbeda.

2.12.b Dispersi Intra Modal

Dispersi ini terjadi pada semua jenis serat optik. Dispersi ini terjadi dari

hasil terbatasnya spectrum frekuensi dari sumber optik. Karena setiap sumber

optik yang tidak memancarkan suatu frekuensi akan tetapi merupakan beberapa

lebar pita frekuensi, kemudian dalam perambatan terjadi kelambatan diantara

spectrum frekuensi yang berbeda. Dispersi terdiri dari dispersi material dan

dispersi wave guide, yang merupakan penyebab utama pengaruh distorsi pada

serat optik jenis single mode atau multi mode.

2.13 Perambatan Cahaya Dalam Serat Optik

Teknologi fiber optik maju pesat dan sedang berkembang pemamfatannya

untuk sistem teknologi telekomunikasi maju dan handal. Penemuan fiber optik

sebagai media transmisi pada suatu sistem komunikasi didasarkan pada hukum

Snellius untuk perambatan cahaya pada media transparan seperti pada kaca yang

Bab II Dasar Teori

27



terbuat dari kuartz kualitas tinggi dan dibentuk dari dua lapisan utama yaitu

lapisan inti yang biasanya disebut core terletak pada lapisan yang paling dalam

dengan indeks bias n1 dan dilapisi oleh cladding dengan indeks bias n2 yang

lebih kecil dari n1.

Menurut hukum Snellius jika seberkas sinar masuk pada suatu ujung fiber

optik (media yang transparan) dengan sudut kritis dan sinar itu datang dari

medium yang mempunyai indeks bias lebih kecil dari udara menuju inti fiber

optik yang mempunyai indeks bias yang lebih besar maka seluruh sinar akan

merambat sepanjang inti (core) fiber optik menuju ujung yang satu.

Konsep perambatan cahaya di dalam serat optik, dapat ditinjau dengan

teori optik geometrik dimana cahaya dipandang sebagai sinar yang memenuhi

hukum-hukum geometrik cahaya (pemantulan dan pembiasan).

• Tinjauan Optik Geometrik

1. Memberikan gambaran yang jelas dari perambatan cahaya

sepanjang serat optik.

2. Dua tipe sinar dapat merambat sepanjang serat optik yaitu sinar

meridian dimana sinar merambat memotong sumbu serat optik dan

skew ray dimana sinar merambat tidak melalui sumbu serat optik.

3. Sinar-sinar Meridian dapat diklasifikasikan menjadi bound dan

unbound rays, lihat gambar 2.11

Bab II Dasar Teori

28



.

Gambar 2.11. Perambatan dua sinar yang memotong sumbu serat optik.

Pada gambar 2.11 serat optik adalah jenis single mode, dimana indeks

bias, n1, lebih besar dari indek bias kulit, n2, Unbound rays dibiaskan keluar dari

inti, sedangkan bound rays akan terus menerus dipantulkan dan merambat

sepanjang inti, dianggap permukaan batas antara inti dan kulit sempurna/ideal

(namun akibat ketidak-sempurnaan ketidak sempurnaan permukaan batas antara

inti dan 4kulit maka akhirnya sinar akan keluar dari serat). Secara umum sinar-

sinar meridian (mengikuti hukum pemantulan dan pembiasan).

4. Bound rays di dalam serat optik disebabkan oleh pemantulan

sempurna, dimana agar peristiwa ini terjadi maka sinar yang

memasuki serat harus memotong perbatasan inti - kulit dengan

sudut lebih besar dari sudut kritis, θc, sehingga sinar dapat

merambat sepanjang serat. Lihat gambar 2.12 di bawah ini :

Bab II Dasar Teori

29



Gambar 2.12. Pemantulan sinar yang memotong perbatasan inti-kulit.

Sudut θa adalah sudut maksimum sinar yang memasuki serat agar sinar

dapat tetap merambat sepanjang serat (dipandu), sudut ini disebut sudut tangkap

(acceptance angle). Lihat gambar 2.13 di bawah ini :

Gambar 2.13. Perambatan sinar yang dipandu.

Numerical aperture (NA) adalah ukuran kemampuan sebuah serat untuk

menangkap cahaya, juga dipakai untuk mendefenisikan acceptance cone dari

Bab II Dasar Teori

30



sebuah serat optik. Dengan menggunakan hukum Snellius NA dari serat adalah

(2.1)

Karena medium dimana tempat cahaya memasuki serat umumnya adalah udara

maka n0 = 1 sehingga NA = sin θa. NA digunakan untuk mengukur source-

tofiber power coupling efficiencies, NA yang besar menyatakan source-to-fiber

power-coupling efficiencies yang tinggi. Nilai NA biasanya sekitar 0,20 sampai

0,29 untuk serat gelas, serat plastik memiliki NA yang lebih tinggi dapat melebihi

0,5.

2.14 Perhitungan Link Bandwidth

Perhitungan link bandwidth bertujuan untuk menentukan efek Band

limiting terhadap span-distance (antara titik transmiter dan receiver). Bandwidth

antara titik transmiter dan receiver harus lebih besar dari pada bit rate yang

ditransmisikan pada saluran tersebut. Perhitungan jarak untuk kondisi di atas

adalah :

D =( )[ ] ( )

BR

dmt BRt dwdx2

12222

/7785.0 λ ∆+−(2.2)

Keterangan :

D : jarak terminal antar terminal tanpa Band Limiting (km)

BR : bit rate (bit per second)

t dw : rise time optical source dan optical detector (detik/km)

Bab II Dasar Teori

31



t dx : dispersi lain selain komponen serat optik (detik)

t dm : dispersi material (detik/km)

λ ∆ : spectral width (nm)

Perhitungan untuk analisa link bandwidth adalah sebagai berikut :

D r st D D += (2.3)

t D : jarak antar perangkat (panjang serat optik) ditambah dengan margin ( km ).

s D : jarak antar perangkat (panjang sreat optik) (km ).

r D : panjang kabel yang disediakan untuk perbaikan ( km ).

µ : ketelitian pengukuran panjang kabel ( km ).

r t =

)(

350

Mbps BR untuk sinyal return to zero (RZ) (2.4)

r t : rise time total saluran (detik)

Dispersi material saluran serat optik;

r t = 1,087t dm (Ps/nm/km) x Δλ (nm) x Di (km) x 10 3− (2.5)

Total rise time ;

tot r t , (ns) = 1,1 22

2

2

2... rnr r t t t +++ (2.6)

BW =tot r

t ,

350 (2.7)

2.15 Perhitungan Link Power Budget

Perhitungan ini berfungsi untuk mengetahui span distance (jarak antar

node) berdasarkan kondisi parameter terburuk.

Span distance dihitung menggunakan rumus berikut:

Bab II Dasar Teori

32



)(kmSD = ( )kmdm L

L N L N MRP P

f

s scct

/

−−−

(2.8)

Keterangan :

t P : daya yang dipancarkan pada saluran serat optik (dbw)

MRP : daya minimum yang diterima (kondisi terburuk) (dbw)

N ccL : jumlah konektor x loss per konektror (db)

N s sL : jumlah splice x loss per splice (db)

L f : redaman pada kondisi minimal (db/km)

Untuk mengetahui daya maksimum dan minimum yang diterima, dapat

menggunakan persamaan-persamaan sebagai berikut.

max P = bcbcr

P σ 2,+ (2.9)

Keterangan :

bcr P , : daya maksimum pada saat transmisi (dbm)

bcσ : loss fiber dalam keadaan baik (dbm)

P wcwcr P σ 2

,min−= (2.10)

Keterangan :

wcr P

, : daya minimum pada saat transmisi (dbm)

wcσ : loss fiber dalam keadaan buruk (dbm)

Sedangkan untuk mengetahui besarnya daya rata-rata maksimum dan

minimum yang diterima dapat digunakan persamaan sebagai berikut :

bc saluran EDFAt r LG P P

,max,max,−+= (2.11)

Keterangan :

Bab II Dasar Teori

33



max,t P : daya pancar maksimum (dbm)

EDFAG : gain (db)

bc saluran L

, : loss yang terjadi dalam saluran dalam keadaan baik (db/km)

wc saluran EDFAt r LG P P

,min,min,−+= (2.12)

Keterangan :

min,t P : daya pancar minimum (dbn)

EDFAG : gain (db)

wc saluran L

, : loss yang terjadi dalam saluran dalam keadaan buruk (db/km)

Persamaan 3.10 dan 3.11 digunakan untuk mengetahui berapa daya rata-

rata maksimum dan minimum yang diterima dalam sistem transmisi tersebut

setelah mengalami loss dari saluran.

2.16 Kinerja Sistem Total

Perhitungan ini dilakukan bertujuan untuk membandingkan antara

perancangan sistem jaringan yang baru dengan jaringan yang sudah terpasang.

a. Excess Power

Adalah daya yang dihitung setelah loss dan margin operasi.

P wee P σ 2±= (2.13)

Keterangan :

P : daya di transmitter (db/km)

weσ : loss fiber dalam keadaan baik (dbm)

b. Margin Saturasi ( Msat )

Adalah margin daya penerima dan level daya saturasi penerima ( Psat ).

Bab II Dasar Teori

34



M bc pr maksr sat maksr sat sat P P P P .,, 2σ +−=−= (2.14)

Keterangan :

sat P : daya minimum over load (dbm)

maksr P

, : daya maksimum rata-rata yang diterima pada saat

transmisi (dbm)


c. Dynamic Range ( DR )

Adalah range dari daya optik yang diterima terhadap penerima.

Terdapat 2 dynamic range, yaitu:

1. Dynamic range requered (DR)req adalah dynamic range yang

dibutuhkan sistem terpasang atau yang akan di pasang.

Persamaanya adalah sebagi berikut;

( ) ( ) wc pt sist reqd DR DR ,4minPr maxPr σ +−== (2.15)

Keterangan :

maksr P , : daya maksimum rata-rata yang diterima pada saat

transmisi (dbm)

minPr : daya minimum rata-rata yang diterima pada saat transmisi

(dbm)

wc,σ : loss fiber dalam keadaan baik (dbm)

2. Dynamic range specification ( DR )spec adalah dynamic range

berdasarkan spesifikasi teknis peralatan. Persamaannya adalah

sebagai berikut;

Bab II Dasar Teori

35



( ) ( ) MRP wc sat spec MRP P DR σ 2+−= (2.16)

Keterangan :


MRP : daya minimum yang diterima (kondisi terburuk) (dbw)

d. Operation probability ( OP )

Adalah derajat kepastian (probabilitas) untuk operasi yang

memuaskan.

( )wc

P OP e

σ

=min (2.17)

Keterangan :

wc,σ : loss fiber dalam keadaan baik (dbm)

P : daya di transmitter (db/km)

Dengan mengetahui ( OP )sat dapat ditentukan probabilitas seluruh nilai

gain.

( )bc pr

maksr sat

sat

P P OP

,

,

σ

−= (2.18)

Keterangan :


maksr P , : daya maksimum rata-rata yang diterima pada saat

transmisi (dbm)


Bab II Dasar Teori

36

Documents

Jbptunikompp Gdl Zenymuttaq 15026 3 Bab2