UNIVERSITAS INDONESIA RANCANG BANGUN …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20296546-T29743-Rancang bangun.pdf · 4.1.1.2 Potensiometer Digital 1024 posisi AD5231 ... 5.7 Analisa Pendahuluan

Universitas Indonesia

UNIVERSITAS INDONESIA

RANCANG BANGUN SISTEM PENGUATAN OPTIK ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER (EDFA) PADA RENTANG

PANJANG GELOMBANG L BAND

TESIS

NAMA: ANWAR MUJADIN NPM: 0906577570

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

DEPOK JUNI 2011

Rancang bangun..., Anwar Mujadin, FT UI, 2011


UNIVERSITAS INDONESIA

RANCANG BANGUN SISTEM PENGUATAN OPTIK ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER (EDFA) PADA RENTANG

PANJANG GELOMBANG L BAND

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik

NAMA: ANWAR MUJADIN NPM: 0906577570

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

KEKHUSUSAN OPTOELEKTRONIKA DAN APLIKASI LASER

DEPOK JUNI 2011



HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS

Tesis ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar

Nama : Anwar Mujadin

NPM : 0906577570

ii


2


HALAMAN PENGESAHAN

Tesis ini diajukan oleh :


NPM : 0906577570

Program Studi : Teknik Elektro

Judul Tesis : Rancang Bangun Sistem Penguatan Optik

Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) pada

Rentang Panjang Gelombang L Band.

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai

bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Magister Teknik

pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

DEWAN PENGUJI

Ditetapkan di : Depok

Tanggal : 28 Juni 2011

iii


3


KATA PENGANTAR/UCAPAN TERIMAKASIH

Segala puji dan syukur atas kehadirat Allah SWT berkat, rahmat dan

hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul

Rancang Bangun Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier

(EDFA) Pada Rentang Panjang Gelombang L Band . Penulisan Tesis ini

merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan strata dua (S2)

Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Penulis

mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya atas segala bantuan dan petunjuk

yang diberikan selama penyelesaian tesis ini khususnya kepada :

1. Ibu Dr. Ir. Retno Wigajatri P., MT , selaku dosen pembimbing I yang telah

dengan sabar menuntun penulis untuk menyelesaikan tesis ini.

2. Bapak Dr. Ary Syahriar, selaku dosen pembimbing II yang telah

memberikan kepercayaan untuk menyelesaikan kegiatan penelitian BPPT

yang sinergi dengan tesis penulis.

3. Kepada kedua orang tua penulis, yang selalu mendoakan keselamatan dan

kesejahteraan kami sekeluarga semua.

4. Kepada istri dan ke-tiga anak penulis, yang selalu pengertian walaupun

waktu keluarga telah habis selama kuliah.

5. Pihak SDM Universitas Al Azhar, yang telah memberikan kesempatan dan

peluang untuk melanjutkan studi kejenjang pendidikan yang lebih tinggi.

6. Kelompok peneliti photonik, direktorat PTIK BPPT yang telah

memberikan kepercayaan dan keleluasaan pemakaian instrumen optik

yang canggih dan mahal.

Depok, 28 Juni 2011

Penulis

iv


4


HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan

dibawah ini :


NPM : 0906577570

Program Studi : Opto-elektonika dan Aplikasi Laser

Departemen : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik

Jenis Karya : Tesis

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

Rancang Bangun Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier

(EDFA) pada Rentang Panjang Gelombang L Band

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,

mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database),

merawat, dan mempublikasikan tesis saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis/pencipta dan sebagai hak cipta.

Demikianlah pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada tanggal : 28 Juni 2011

v


5


ABSTRAK

Nama : Anwar Mujadin Program Studi : Opto-elektonika dan Aplikasi Laser Departemen : Teknik Elektro Judul : Rancang Bangun Sistem Penguatan Optik

Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) pada Rentang Panjang Gelombang L Band.

Erbium doped fiber amplifier (EDFA) menjadi kunci utama komponen dense wavelength division multiplexing (DWDM) dalam sistem komunikasi fiber optik.

EDFA L band relatif bekerja pada inversi populasi rendah dimana energi absorpsi dan emisi bekerja pada level energi konvensional dengan menghasilkan penguatan positip. Pola daya laser diode pumping (LDP) menjadi bagian terpenting dalam pengaturan EDFA L band, khususnya untuk menentukan penguatan tinggi dengan noise yang rendah. Dalam penelitian ini dikembangkan sebuah rangkaian elektronika menggunakan komponen high end technology dengan stabilitas dan akurasi tinggi dengan fitur: laser diode pumping (LDP), termo electric cooler (TEC) dan power meter diatas sebuah rangkaian kompak printed circuit board (PCB) terintegrasi.

EDFA diatur pada forward pumping dengan satu buah LDP 980 nm. Panjang EDFA yang digunakan berukuran 13.5 meter, nilai ini dipilih untuk mengefisienkan daya LDP agar didapat daya keluaran penguatan yang maksimum terhadap daya sinyal masukan minimum. Prototipe dikarakterisasi kemudian diverifikasi menggunakan analisa numerik Matlab untuk menentukan performa sistem penguatan optik EDFA secara keseluruhan.

Parameter unjuk kerja seperti gain dan noise figure (NF) dapat diperoleh dengan mengubah daya laser pompa berturut-turut 53.6 mW, 61.1 mW, 64.83 mW dan 68.25 mW dengan sinyal masukan berturut-turut -20 dBm, -15 dBm, -10 dBm dan -5 dBm. Hasil eksperimen menunjukan bahwa sinyal masukan terkecil -20 dBm dapat dikuatkan hingga diatas 3 dB dengan noise figure (NF) rata-rata dibawah 4 dB.

Kata kunci : Rangkaian high stability laser diode pumping, penguatan optik, noise figure (NF), EDFA L Band.

vi


6


ABSTRACT

Name : Anwar Mujadin Study Program : Opto-electronic and Laser Aplications Department : Electrical Engineering Title : The Development of Erbium Doped Fiber

Amplifier (EDFA) at L Band Region.

Erbium doped fiber amplifiers (EDFA) have become major key components for dense wavelength division multiplexing (DWDM) optical fiber communication systems.

An L-band EDFA operates in a relatively low population inversion that a positive net gain is produced for L-band signals while energy absorption occurs at the conventional band. Therefore, pumping scheme has become major issues in L band EDFA to obtain high gain and low noise figure (NF) as well as pump power efficiency. In this research we have developed a high stability and accuracy circuit using high end technology components, the feature such as: laser diode pumping, thermo electric cooler and power meter on a compact printed circuit board (PCB).

EDFA was regulated at forward pumping using simple single pump structure with 980 nm pump laser and short L band EDFA. Length of EDFA is 13.5 meters were used, the purpose is to get short L band length but with efficient pumping power to get good gain output at several pumping and signal power. Prototype has characterized and verified using numerical analysis Matlab to determine performance of EDFA system overall.

The performance parameter such as gain, NF and output power was taken at L band ITU wavelength standard with four different laser diode pumping powers of 53.6 mW, 61.1 mW, 64.83 mW and 68.25 mW respectively. A range of different input signal power ranging was used of -20 dBm, -15dBm, -10 dBm and -5 dBm respectively. Experimentally, the lowest power at -20 dBm can be amplified up to 3 dB within lowest noise figure bellow 4 dB.

Key Words : High stability laser diode pumping circuitry, optical amplified, noise figure, EDFA L Band.

vii


7


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL........................................................................................ i HALAMAN PERNYATAAN ORSINALITAS............................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN......................................................................... iii

KATA PENGANTAR/UCAPAN TERIMAKASIH..................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS..... v

AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ABSTRAK........................................................................................................ vi

ABSTRACT......................................................................................................

vii

DAFTAR ISI.................................................................................................... viii

DAFTAR TABEL............................................................................................ xi

DAFTAR GAMBAR....................................................................................... xii

DAFTAR SINGKATAN................................................................................. xv

DAFTAR SIMBOL ..................................................................................

xvi

DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................

xvii

1. PENDAHULUAN...................................................................................... 1

1.1

Latar Belakang..................................................................................... 1

1.2

Perumusan Masalah.............................................................................. 3

1.3

Tujuan Penelitian.................................................................................. 3

1.4

Manfaat Penelitian............................................................................... 4

1.5

Batasan Penelitian................................................................................ 4

1.6

Sistimatika Pembahasan....................................................................... 5

2. TINJAUAN TEORI................................................................................... 6

2.1

Parameter dan Karakterisasi Fiber yang di-Doping Erbium

6

2.1.1 Level Energi Erbium .................................................. 6

2.1.2 Absorpsi dan Emisi Cross Section.............................................. 7

2.1.3 Amplifikasi Sistem Atomik Tiga Tingkat EDFA....................... 8

2.1.4 Inversi populasi dan Waktu Tinggal ... 9

2.1.5 Parameter Overlap .. 11

2.1.6 Amplified Spontaneous Emission (ASE), Gain dan

12

Noise Figure (NF) 2.1.7 Simulasi Matlab .. 15

2.2

Konfigurasi Setup Sistem Penguatan Optik Erbium Doped .. 17

Fiber Amplifier 2.2.1 Pemilihan laser pemompa ... 19

2.2.2 Fused Fiber Coupler (FFC) ................................................... 21

2.2.3 Wave Length Division Multiplexing Fused Fiber Coupler

23

2.3.3 Isolator Optik ....................................................... 24

viii


8


2.3

Parameter Pengukuran dan Perhitungan Besaran Optik ..... 25 2.3.1 Daya dalam Sitem Optik

25

2.3.2 Perhitungan Losses dan Attenuation . 26 2.3.3 Perhitungan Signal to Noise Ratio (SNR) .. 26 2.3.4 Perhitungan Optical Return Loss (ORL)

27

3. METODE PENELITIAN........................................................................ 3.1

Pencarian Referensi ............ 28 3.2

Waktu dan Tempat Penelitian .................................................... 28 3.3

Mekanisme Pengumpulan Data ............................................. 29 3.3.1 Pengambilan Data Pengujian Sistem Integrasi Elektronika...... 29 3.3.2 Pengambilan Data Karakterisasi Komponen Optik ............ 29 3.3.3 Pengambilan Data Hasil Pengujian Karakterisasi Performa . 29 Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier L Band

3.4

Analisa Data ......... 30

4. RANCANG BANGUN SISTEM PENGUATAN OPTIK ERBIUM . 31 DOPED FIBER AMPLIFIER PADA RENTANG PANJANG GELOMBANG L BAND

4.1

Rancang Bangun Sistem Kontrol Elektronika

31 4.1.1 Uji Coba Rangkaian Elektronika diatas Project Board ............ 33 4.1.1.1 Rangkaian Laser Diode Driver ADN2830.................... 33 4.1.1.2 Potensiometer Digital 1024 posisi AD5231.................. 35 4.1.1.3 Rangkaian Power Meter AD8304................................. 37 4.1.2 Rancang Bangun Rangkaian Skematik Elektronika .............. 39 4.1.3 Rancang Bangun Layout Printed Circuit Board .. 39

4.2

Rancang Bangun Sistem Dumper Komponen Optik .......... 41 4.3

Rancang Bangun Susunan Komponen Optik dalam Dumper . 42

5. PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM PENGUATAN OPTIK . 44 ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER PADA RENTANG PANJANG GELOMBANG L BAND

5.1

Perhitungan Nilai Seting Komponen Pengendali Laser 980 nm......... 44 5.2

Karakterisasi Power Meter .......................................... 45 5.3

Karakterisasi Komponen Optik dalam Penguatan Optik Erbium .. . 47 Doped Fiber Amplifier Pada Rentang Panjang Gelombang L Band 5.3.1 Karakterisasi Laser pemompa 980 nm .............................. 47 5.3.2 Karakterisasi Isolator Optik L band . 50

5.4

Karakterisasi Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber ....... 52 Amplifier Pada Rentang Panjang Gelombang L Band 5.4.1 Karakterisasi Gain Penguatan Optik Erbium Doped Fiber

54 Amplifier dengan Variasi Daya Pompa

ix


9


5.4.2 Karakterisasi Gain Penguatan Optik Erbium Doped Fiber

56

Amplifier dengan Variasi Daya Sinyal 5.4.3 Karakterisasi Gain Erbium Doped Fiber Amplifier dengan .. 57

Variasi Panjang gelombang 5.5

Pengukuran Amplified Spontaneous Emission (ASE) ... 60

5.6

Karakterisasi Gain dan Noise Figure Erbium Doped Fiber .. 61 Amplifier L Band

5.7

Analisa Pendahuluan Menggunakan Simulasi Matlab

65

6. KESIMPULAN......................................................................................... 68

DAFTAR ACUAN . 70

Lampiran Hasil Rancang Bangun Sistem Penguatan Optik . 72 Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) Pada Rentang Panjang Gelombang L Band

Lampiran Hasil Karakterisasi Sistem Penguatan Optik . ... 88 Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) Pada Rentang Panjang Gelombang L Band

x


10


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Absorpsi ( abs) dan emisi ( abs) cross section pada transisi... 4I13/2

4I15/2 dalam Er3+ untuk berbagai gelas utama 8

Tabel 2.2 Harga parameter EDFA yang digunakan dalam simulasi .. Matlab .

16

Tabel 4.1 Intruksi perintah 24 bit serial data word AD5231....................... 36

Tabel 4.2 Tabel kebenaran perintah dan operasi AD5231.......................... 37

Tabel 4.3 Variasi parameter nilai untuk metoda intercept.......................... 38

Tabel LR.1 Bill of Material (BOM) skematik sistem hardware EDFA .. 86

Tabel LK.1 Karakterisasi power monitoring AD8304 (VR1 atau VR2) .. di-set pada 0.001mW/step.

88

Tabel LK.2 Karakterisasi laser dioda pumping (LDP) LU980L .. 89

Tabel LK.3 Karakterisasi isolator optik L band (Opnoti tipe .. 1S-D-15-250-1-1-NE sinyal masukan -20 dBm pengujian pada rentang L band.

90

Tabel LK.4a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya

sinyal konstan -20 dBm pengujian pada L band ITU. 91

Tabel LK.4b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya


Tabel LK.4c Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya


Tabel LK.4d Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya


Tabel LK.5a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya ... pompa konstan 150 mA (53.6 mW) pengujian pada ITU.

95

Tabel LK.5b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya ... pompa konstan 160 mA (61.14 mW) pengujian pada ITU.

96

Tabel LK.5c Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya ... pompa konstan 170 mA (64.83 mW) pengujian pada ITU.

97

xi


11


Tabel LK.5d Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk

daya pompa konstan 180 mA (68.25 mW) pengujian pada ITU.

98

Tabel LK.6a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter variasi daya... sinyal terhadap daya pompa konstan pada 1580.35 nm

99

Tabel LK.6b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter variasi daya... sinyal terhadap daya pompa konstan pada 1590.41 nm

99

Tabel LK.7a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter daya sinyal

konstan terhadap variasi daya pompa pada 1580.35 nm 100

Tabel LK.7b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter daya sinyal

konstan terhadap variasi daya pompa pada 1590.41 nm 100

Tabel LK.8 Karakterisasi ASE, gain , dan NF EDFA L band panjang 13.5 meter daya sinyal pada arus LDP tetap 150 mA daya sinyal -20 dBm pengujian pada ITU Grid.

101

Tael LK.9 Spesifikasi kanal frekuensi komunikasi serat optik berdasarkan ITU Grid

102

xii


12


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur level energi Erbium berikut notasi energinya

6

Gambar 2.2 Proses absorpsi, emisi spontan, emisi terangsang . 7

Gambar 2.3 Sistem atomik tiga tingkat untuk model amplifikasi EDFA . 9

Gambar 2.4 Garis melintang mode optis overlap pada sebuah distribusi

Ion erbium 12

Gambar 2.5 Konfigurasi setup EDFA dengan cara a) forward pumping .. b) backward pumping c) bidirectional pumping.

18

Gambar 2.6 Pola spektroskopi ASE pada EDFA . . 18

Gambar 2.7 Level eksitasi dan panjang gelombang ion Er3+ ............... 19

Gambar 2.8 Performa uncooled 980nm mini DIL .. 20

Gambar 2.9 Fused Fiber Coupler (FFC) .. 21

Gambar 2.10 Distribusi daya fused fiber coupler (FFC) . 22

Gambar 2.11 Daya sebagai fungsi dan panjang tarikan dengan rentang gelombang 980nm dan 1580nm

23

Gambar 2.12 Disain isolator optik untuk lintasan optik yang menjalar . maju (foward) dan balik (backward).

24

Gambar 2.13 Pengukuran power loss pada fiber .. .. 26

Gambar 3.1 Peralatan optik milik lab Photonik PTIK BPPT . ..............

28

Gambar 4.1 Diagram blok rangkaian integrasi elektronika

32

Gambar 4.2 Uji coba rangkaian elektronika diatas project board .. 33

Gambar 4.3 Rangkaian laser driver pada current boosting mode untuk . arus injeksi maksimum 40 mA (IBIAS).

34

Gambar 4.4 Diagram blok AD5231 digitas potensiometer [15] . 36

Gambar 4.5 Power meter dengan metoda lowering intercept [16]

38

Gambar 4.6 Screen shoot rangkaian rancang bangun skematik elektronika 39

xiii


13


Gambar 4.7 Screen shoot perancangan layout PCB ..

40

Gambar 4.8 Dumper komponen optik setelah di susun .. .. 41

Gambar 4.9 Konfigurasi komponen optik dalam dumper . 43

Gambar 5.1 Konfigurasi karakterisasi power meter .

45

Gambar 5.2 Grafik hasil karakterisasi power meter daya masukan ..... (mW) terhadap tegangan keluaran Vout (mV).

46

Gambar 5.3 Konfigurasi karakterisasi LDP 980 nm

48

Gambar 5.4 Grafik hasil karakterisasi LDP 980 nm (LU980L) arus .. injeksi (mA) terhadap daya keluaran (mW).

49

Gambar 5.5 Screen shoot pola daya LDP pada saat lasing di 26mA . 49

Gambar 5.6 Screen shoot pola daya LDP dengan arus injeksi 150 mA

50

Gambar 5.7 Konfigurasi karakterisasi isolator optik

51

Gambar 5.8 Screen shoot hasil karakterisasi isolator optik dengan . metode synchronize.

52

Gambar 5.9 Konfigurasi karaterisasi EDFA L band dengan konfigurasi

forward pumping. 53

Gambar 5.10 Pola gain EDFA variasi daya pompa terhadap daya sinyal .. konstan -20dBm, -15 dBm, -10 dBm dan -5 dBm.

55

Gambar 5.11 Pola gain EDFA , variasi daya sinyal terhadap daya pompa..... konstan 53.6 mW, 61.14 mW, 64.83 mW, 68.25 mW

57

Gambar 5.12 Pola gain EDFA , variasi daya sinyal terhadap daya pompa..... konstan pada panjang gelombang 1580.35nm dan 1590.41nm

58

Gambar 5.13 Pola gain EDFA , daya sinyal konstan terhadap variasi daya

pompa pada panjang gelombang 1580.35 nm dan 1590.41nm 59

Gambar 5.14 Pola spektrum ASE Lband EDFA 13.5 m daya pompa 53.6.. mw (150 mA arus injeksi)

60

Gambar 5.15 Sinyal penguatan EDFA -2.65 dBm untuk sinyal 1589.52nm... (-20 dBm)

62

xiv


14


Gambar 5.16 Pola spektrum ASE EDFA L band (13.5 m) dengan daya .. 53.6 mW (tanpa sinyal masukan)

63

Gambar 5.17 Pola spektrum gain dan NF EDFA L band (13.5m) dengan

daya pompa 53mW pada daya sinyal -20 dBm konstan 64

Gambar 5.18 Gain terhadap daya sinyal masukan untuk daya daya .. pompa 53.6 mW (dekat daerah saturasi).

66

Gambar 5.19 Gain terhadap daya pompa untuk variasi sinyal masukan . 20dBm, -15 dBm, -10dBm dan -5 dBm

67

Gambar 5.20 ASE terhadap variasi daya pompa ..

67

Gambar L.1 Rangkaian elektronika mikrokontroler dan TEC ..

72

Gambar L.2 Rangkain elektronika power meter dan laser controller .. 73

Gambar L.3 Jalur tembaga PCB bagian atas . 74

Gambar L.4 Jalur tembaga PCB bagian bawah . 75

Gambar L.5 Silkscreen legend PCB jalur atas . 76

Gambar L.6 Silkscreen legend PCB jalur bawah. . 77

Gambar L.7 Solder mask PCB jalur atas

78

Gambar L.8 Solder mask PCB jalur bawah ... 79

Gambar L.9 Bagian tutup dumper komponen optik

80

Gambar L.10 Bagian landasan sparasi dumper komponen optik

81

Gambar L.11 Bagian sparasi dumper komponen optik

82

Gambar L.12 Sistem integrasi elektronika setelah proses solder dan trouble. shooting.

83

Gambar L.13 Sistem integrasi elektronika dan dumper (komponen optik . terlihat dalam dumper).

84

Gambar L.14 Flow chart dan alur kerja rangkaian elektronika

85

Gambar L.15 Photo percobaan sistem integrasi elektronika dan komponen... optik sistem penguatan optik EDFA L band

103

xv


15


DAFTAR SINGKATAN

ASE Amplified Spontaneous Emission

C-Band Conventional Band

CW Continues Wave

DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing

EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier

FBG Fiber Bragg Grating

FFC Fuse Fiber Coupler

FRA Fiber Raman Amplifier

IC Integrated Circuit

IOA Integrated Optical Amplifier

ITU International Telecommunication Union

L-Band Long Band

LDP Laser Diode Pumping

IL Insertion Loss

LD Laser Diode

LED Light Emitting Diode

MPD Monitor Photo Diode

OA Optical Amplifier

OI Optical Isolator

OSA Optical Spectrum Analyzer

PCB Printed Circuit Board

SLA Semiconductor Laser Amplifier

SMF Single Mode Fiber

TLS Tunable Laser Source

TC Tap Coupler

WDM Wavelength Division Multiplexing

WSC Wavelength Selector Coupler

xvi


16


DAFTAR SIMBOL

E1,E2,E3 Tingkatan energi (1,2,3) berturut turut

h Konstanta Plank

v Frekuensi sinyal (cahaya)

I

Intensitas medan cahaya

Fluk photon

absI

Intensitas cahaya absorpsi

em I

Intensitas cahaya emisi

21

Cross section emisi

12

Cross section absorpsi 4I15/2 Ground state (tingkatan 1) 4I13/2 metastable state (tingkatan 2) 4I11/2 unstable state (tingkatan 3)

A32 A21 Emisi spontan 3 ke 2, Emisi spontan dan 2 ke 1

W12 dan W21 Sinyal datang dan emisi terangsang sinyal

pv

, vs

Frekuensi pompa dan frekuensi sinyal

p , s

Fluk photon pompa dan Fluk photon sinyal

(a)p

Laju absorpsi pompa dari tingkat 1 ke tingkat 3

(a)s

Laju absorpsi sinyal dari tingkat 1 ke tingkat 2

(e)p

Laju emisi pompa dari tingkat 3 ke 1

(e)s

Laju emisi sinyal dari tingkat 2 ke 1

32

Probalitas transisi dari tingkat 3 ke 2

21

Probalitas transisi dari tingkat 2 ke 1

32

dan 21 Waktu tinggal tingkat 3 ke 2 dan tingkat 2 ke 1

N1,N2,N3 Laju perubahan populasi ion di tingkat 1, 2, dan 3

Faktor overlap

effA

Luas efektif cross sectional

w

Ukuran spot (Gaussian beam)

xvii


17


DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1

Hasil Rancang Bangun .. . 72

Rangkaian elektronika mikrokontroler dan TEC .. .. 72

Rangkain elektronika power meter dan laser controller .. 73

Jalur tembaga PCB bagian atas . 74

Jalur tembaga PCB bagian bawah . 75

Silkscreen legend PCB jalur atas

76

Silkscreen legend PCB jalur bawah.

77

Solder mask PCB jalur atas .. 78

Solder mask PCB jalur bawah .. 79

Bagian tutup dumper komponen optik .. 80

Bagian landasan sparasi dumper komponen optik .. 81

Bagian sparasi dumper komponen optik .. 82

Sistem integrasi elektronika setelah proses solder dan trouble shooting.

83

Sistem integrasi elektronika dan dumper (komponen optik

terlihat dalam dumper). 84

Flow chart dari alur kerja rangkaian elektronika

85

Bill of Material (BOM) skematik . 86

Lampiran 2

Data Hasil Karakterisasi

88

Karakterisasi power monitoring AD8304 (VR1 atau VR2) diatur pada 0.001mW/step.

88

Karakterisasi laser dioda pumping (LDP) LU980L

89

Karakterisasi isolator optic L band Opnoti . 90

xviii


18


Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter daya

sinyal (-20 dBm) pengujian pada L band ITU.

91


sinyal (-15 dBm) pengujian pada L band ITU. 92





Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter pada .. untuk daya pompa konstan 150 mA (53.6 mW) pengujian pada ITU

95

Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter pada .. untuk daya pompa konstan 160 mA (61.14 mW) pengujian pada ITU.

96

Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter pada . untuk daya pompa konstan 170 mA (64.83 mW) pengujian pada ITU.

97

Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter pada .. untuk daya pompa konstan 180 mA (68.25 mW) pengujian pada ITU.

98

Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5, variasi daya

sinyal terhadap daya pompa konstan ( 1580.35 nm) 99

Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5, variasi daya ........ sinyal terhadap daya pompa konstan ( 1590.41 nm)

99

Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5, variasi daya . pompa terhadap variasi daya sinyal konstan ( 1580.35 nm)

100

Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5, variasi daya

pompa terhadap variasi daya sinyal konstan ( 1590.41 nm) 100

Karakterisasi ASE, gain dan NF EDFA L band panjang

13.5 meter pada arus LDP tetap 150 mA daya sinyal -20 dBm Pengujian pada ITU Grid.

101

xix


1


BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem komunikasi serat optik merupakan jaringan komunikasi yang paling

populer saat ini khususnya untuk jaringan komunikasi ring metro. Seiring dengan

kebutuhan informasi yang serba cepat dan akurat, saluran serat optik menjadi pilihan

utama bagi para penyedia layanan komunikasi (provider), karena serat optik ini

mampu menyalurkan data dalam orde giga bit per second (Gbps) hingga tera bit

per second (Tbps) pada frekuensi optik antara 0,3 THz - 30.000 THz. Berdasarkan

panjang gelombang optis yang digunakan, komunikasi serat optik dibagi dalam

tiga kelompok kanal yaitu S band (1450 nm-1530 nm), C band (1530 nm-1570

nm) dan L band (1570 nm-1620 nm) sesuai badan standarisasi international

telecommunication union (ITU) [1]. Tiga kelompok kanal frekuensi komunikasi

serat optik berdasarkan ITU diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.9].

Sinyal optik dalam saluran transmitter optik akan mengalami pelemahan

pada rentang jarak tertentu, sehingga diperlukan repeater untuk memperkuat dan

memperbaiki sinyal tersebut. Untuk mengatasi hal ini, banyak usaha telah

dilakukan, sehingga diperoleh suatu repeater yang serba optik yaitu sinyal optik

yang sudah lemah tidak dikonversi lagi ke listrik melainkan langsung diperkuat

secara optical amplifier sehingga diperoleh sinyal yang kuat tanpa mengalami

degradasi akibat konversi.

Para ahli telah melakukan penelitian terkait dengan repeater secara optik

ini, akhirnya pada dekade 80-an, ditemukan teknologi penguatan optik

menggunakan aktif medium doped fiber amplifer (DFA). DFA bekerja

berdasarkan pengalihan energi photon konvesional dari tingkatan energi sebuah

atom maupun ion (kristalin). Sinyal lemah yang melewati aktif medium kemudian

dicampur dengan sinyal photon pemompa, sehingga aktif medium ini akan

menghasilkan cahaya emisi terangsang yang koheren dengan panjang gelombang

sinyal. Emisi terangsang ini akhirnya akan mengakibatkan amflipikasi sinyal

masukan di jalur keluaran DFA ini.

Penelitian para ahli dilanjutkan lagi dengan mencari solusi bahan aktif,

media serat (gelas) dan sinyal pemompanya. Akhirnya ditemukanlah aktif medium

1


2


.

yang di-doping bahan utama ion kristalin erbium (Er3+) dan beberapa bahan host

gelas, termasuk dengan sinyal pemompanya yaitu 980 nm atau 1480 nm.

Kemudian DFA ini dikenal dengan nama erbium doped fiber (EDF) [2].

Bahan aktif EDF akan memberikan penguatan sinyal apabila diberi energi

photon dengan panjang gelombang 980 nm atau 1480 nm yang dihasilkan laser

diode pumping (LDP), energi tersebut akan menaikkan ion-ion erbium dari tingkat

energi ground state ke tingkat excited state. Ion-ion pada tingkat energi excited

state membentuk inversi populasi kumpulan ion yang siap runtuh kembali ke

tingkat ground state. Ion akan runtuh secara spontan dengan melepaskan cahaya

yang mempunyai frekuensi dan fasa yang sama dengan sinyal masukan. Inversi

populasi mempunyai masa lifetime tergantung jenis dan bahan doping dan host

glass. Penguatan yang dihasilkan oleh EDF sangat dipengaruhi oleh dua parameter

utama yaitu absorption cross section ( a) sebagai parameter yang menunjukkan

tingkat absorpsi EDF terhadap daya pompa yang dikenakannya dan emission cross

section ( e) adalah tingkat penguatan yang dihasilkan oleh medium [3].

Perlu diluruskan presepsi kesalahan publik mengenai kata EDF dan EDFA.

EDF adalah serat optik yang telah di-doping dengan erbium, sedangkan EDFA

adalah sistem penguatan optik berbasis EDF yang di dalamnya terdapat

komponen optik pasif dan aktif pendukung, rangkaian elektronika pengendali dan

catu daya. Sebagain besar pihak pabrikan yang mengeluarkan data teknis dengan

kata EDFA padahal yang mereka jual adalah hanya serat optik EDF saja. Saat

ini, EDF tidak hanya digunakan sebagai penguat melainkan banyak digunakan

sebagai sensor optik.

Beberapa penelitian telah dilakukan terkait dengan setup sistem penguatan

optik EDFA ini terutama dari penempatan LDP. Pada umumnya terdapat tiga

konfigurasi setup EDFA yaitu: forward pumping, backward pumping, dan

bidirectional pumping. Ketiga konfigurasi setup EDFA memiliki penggunaan

komponen yang sama seperti: EDF, LDP, wavelength division multiplexing

(WDM), optical isolator (OI), fused coupler (FC), dan sistem integrasi elektronika.

Sistem integrasi elektronika terdiri dari mikrokontroler, adjustable LDP current

pumping, power meter dan thermo electric cooler (TEC). Sinyal keluaran dari


3


setiap kanal sistem penguatan optik EDFA memiliki amplified spontaneous

emission (ASE) yang unik. Gain yang dihasilkan dipengaruhi oleh empat

parameter yaitu: panjang EDF, panjang gelombang sinyal masukan, daya sinyal

masukan, dan daya sinyal pompa [4].

Rancang bangun sistem penguatan optik EDFA perlu biaya yang sangat

mahal, termasuk pengadaan tools dan optical instrument yang digunakan. Untuk

melengkapi sistem integrasi elektronika pada sistem komunikasi optik EDFA, di

pasaran lepas tersedia hardware elektronika berupa Evaluation Board (EB) yang

dijual terpisah-pisah yang dijual dengan harga yang mahal juga.

Di Indonesia, selama ini sistem penguatan optik EDFA dilakukan hanya

sebatas simulasi, walaupun ada hanya sebatas pengaturan LDP saja. Rancang

bangun sistem penguatan optik EDFA dibutuhkan pemikiran yang matang dalam

pengadaan barang dan pengerjaan (hemat biaya). Pengadaan EB hanya membuang

biaya, karena setelah penelitian selesai EB ini tidak bisa dijadikan prototipe.

Pengadaan EB dapat dieliminasi, namun demikian dibutuhkan persiapan yang

relatif lama, pertama manual book EB harus dibongkar untuk meneliti kelayakan

rangkaian elektronik, fitur teknologi, ketersediaan komponen di pasaran lepas, dan

kecocokan dengan komponen aktif optik pendukungnya.

Rancang bangun sistem penguatan optik EDFA dalam penelitian ini,

seluruhnya tanpa pembelian EB khususnya pada bagian: pengendalian LDP, TEC,

potensiometer digital, dan power meter monitoring. Urutan penelitian rancang

bangun sistem penguatan optik EDFA pada rentang panjang gelombang L band ini

terdiri dari tiga bagian utama yaitu: rancang bangun sistem kontrol elektronik,

rancang bangun sistem dumper optik dan rancang bangun konfigurasi komponen

optik EDFA dalam dumper optik. Penelitian diakhiri dengan karakterisasi

performa EDFA untuk EDF jenis L band panjang 13.5 meter. Performa utama

EDFA adalah menentukan gain dan noise figure (NF) yang diuji pada variasi

panjang gelombang sinyal masukan, variasi daya sinyal masukan, dan variasi daya

pompa.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang hendak dipelajari dan dianalisa pada penelitian ini


4


adalah:

a. Rancang bangun sistem pendukung EDFA terdiri dari rancang bangun

kontrol elektronik, rancang bangun sistem dumper optik dan rancang

bangun konfigurasi komponen optik EDFA dalam dumper optik.

b. Karakterisasi: LDP 980 nm, power meter, dan komponen optik pasif.

c. Hubungan gain dan NF terhadap panjang EDF yang telah ditentukan

untuk komposisi: panjang gelombang sinyal masukan (L band ITU grid),

panjang gelombang dominan, daya masukan dan daya sinyal pemompa.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah :

a. Mempelajari rancang bangun sistem penguatan optik EDFA berbasis

mikrokontroler.

b. Mempelajari karakterisasi komponen pendukung sistem penguatan optik

EDFA termasuk komponen optik pasif, komponen optik aktif, dan

komponen elektronika pengendali.

d. Mempelajari karakterisasi gain, noise figure (NF), dari panjang EDF yang

telah ditentukan, terhadap komposisi panjang gelombang sinyal masukan,

daya masukan dan daya sinyal pemompa.

e. Membuat prototipe sistem penguatan optik EDFA kedalam kemasan

berorientasi produk.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah

sebagai berikut:

a. Memahami optimasi sistem EDFA pada panjang EDF yang telah

ditentukan terhadap variasi: panjang gelombang sinyal masukan, daya

sinyal masukan, dan daya sinyal pompa.

b. Didapatkan daya kualitatif gain dan noise figure (NF) sesuai standar

yang ditetapkan ITU.

c. Hasil penelitian mempunyai nilai jual kompetitif dengan divais yang

sama yang ada di pasaran pada saat ini.


5


1.5 Batasan Penelitian

Penelitian dibatasi dalam beberapa aspek utama yaitu:

a. Rancang bangun sistem penguatan optik EDFA menggunakan: 13.5

meter panjang EDF jenis L band, konfigurasi dibangun secara forward

pumping dengan satu jenis laser pemompa yaitu laser dioda 980 nm.

b. Menggunakan mikrokontroler ATMega8535, komponen elektronik

pengendali optik menggunakan komponen pabrikan Analog Device.

c. Analisa pendahuluan disimulasikan menggunakan Matlab pada panjang

gelombang sinyal masukan dominan 1580.35 nm, daya sinyal dan

pompa divariasikan untuk mencari optimasi besaran gain .

d. Teknik pengendalian daya laser pemompa dilakukan dengan mengatur

arus injeksi berturut-turut dari 150 mA, 160 mA, 170 mA dan 180 mA,

sehingga menghasilkan daya pompa berturut-turut 53.6 mW, 61.14

mW , 64.83 mW dan 68.25 mW .

e. Sinyal masukan L band pada rentang ITU grid L band 1570 nm sampai

1610 nm disimulasikan dengan satu instumen tunenable laser source

(TLS), dengan sinyal masukan simulasi berturut-turut -20 dBm, -15

dBm, -10 dBm dan -5 dBm. Sinyal keluaran dimonitor oleh satu

instrumen optical spectrum analyzer (OSA).

1.6 Sismatika Pembahasan

Sistimatika pembahasan dalam penelitian ini dibagi dalam 6 bab. Pada Bab

1 akan diterangkan uraian dan latar belakang melakukan penelitian, masalah dan

perumusannya, tujuan dan manfaat penelitian, batasan penelitian, dan sistimatika

pembahasan. Bab 2 berisikan tinjauan pustaka mengenai karakteristik serat optik

yang di-doping erbium dengan model matematisnya, komponen pasif optik

pendukung EDFA dan teknik pembacaan daya dalam sistem optik. Pada Bab 3

dibahas metode penelitian mengenai pencarian referensi, tempat penelitian,

mekanisme pengumpulan data, dan pengambilan data hasil pengujian. Bab 4 berisi

rancang bangun sistem penguatan optik EDFA terutama dalam menjelaskan sistem

optik dan elektronik. Pada Bab 5 dibahas karakterisasi dan pembahasan hasil


6


eksperimen. Bab 6 sebagai penutup berisikan kesimpulan.

BAB 2 TINJAUAN TEORI

Dalam tinjauan teori ini akan dibahas mengenai landasan teori komponen

yang digunakan dalam merancang bangun rangkaian sistem penguat optik EDFA,

secara garis besar tinjauan teori dibagi dalam empat yaitu: teori dasar karakteristik

dan parameter fiber yang di-doping Erbium, komponen optik pasif pendukung

EDFA, teknik pengukuran dan tatacara pembacaan daya optik, dan terakhir adalah

pengukuran dan perhitungan parameter penguatan EDFA seperti ASE, gain, dan

noise figure (NF).

2.1 Parameter dan Karakteristik Fiber yang di-Doping Erbium

Dalam subbab ini akan dibahas mengenai sifat fiber yang di-doping erbium

terutama mengenai absorpsi dan emisi cross section, life time, gain, ASE dan

noise figure (NF).

2.1.1 Level Energi Ion Erbium

Struktur level energi ion Erbium berikut notasinya ditunjukan pada Gambar

2.1 berikut [6].


7


Gambar 2.1 Struktur level energi Erbium berikut notasi energinya [6].

2.1.2 Absorpsi dan Emisi Cross Section

Cross section merupakan parameter yang menyatakan kemampuan suatu

ion untuk mengabsorpsi atau mengemisi cahaya, dua keadaan tersebut mempunyai

hubungan dengan energi El dan E2 (El<E2). Probabilitas transisi untuk

mengabsorpsi suatu photon dari energi E2E1 adalah sebanding dengan cross

section absorpsi 12

dan untuk emisi photon adalah sebanding dengan cross

section emisi 21 . Diantara 2 tingkat energi tersebut memiliki perbedaan energi Eg

= E2-E1. Bila ada energi photon sebesar hv (dimana h = konstanta planck, v =

frekuensi cahaya) diserap oleh ion Er3+ (terangsang), ion akan dieksitasi kedalam

energi tingkat tertinggi E2, proses ini didefinisikan sebagai absorpsi terangsang.

Eksitasi ion tidak berlangsung lama dan akan kembali ke tingkat normal E1,

dengan mengemisi energi yang sama dengan frekuensi photon, proses ini

didefinisikan sebagai emisi terangsang. Proses absorpsi dan emisi dapat

menghasilkan transisi ion dari satu tingkat ke tingkat lain. Adapun hubungan

transisi ion-ion tersebut ditunjukan dalam Gambar 2.2 [6].

Gambar 2.2 (a) Proses absorpsi. (b) Proses emisi spontan. (c) Emisi terangsang [6].

Intensitas cahaya dari energi photon per unit area per unit waktu, untuk flux

photon , didefinisikan oleh:

I=hv

(2.1)

Probalitas transisi untuk absorpsi dan emisi dari energi photon secara proposonal

terdapat dalam absorpsi 12

dan emisi 21

cross section. intensitas cahaya absorpsi

dan emisi ion dengan intensitas cahaya datang I didefinisikan sebagai:

E2

E1

E2

E1

hv

hv

(a)

(b)

E2

E1

hv

(c)

hv

hv

6


8


abs 12I = I

(2.2)

em 21I = I

(2.3)

laju absorpsi dan emisi dalam sejumlah photon didefinisikan sebagai :

abs 12N =

(2.4)

em 21N =

(2.5)

Kemudian untuk koleksi ion yang telah diidentifikasi dengan population N1 dan

N 2, total perubahan intensitas cahaya adalah [6]:

em abs 2 21 1 12I=I -I =(N -N )I

(2.6)

Absorpsi ( 12 ) dan emisi ( 21 ) cross section pada transisi 4I13/2 4I15/2

dalam Er3+ untuk berbagai gelas utama ditunjukan pada Tabel 2.1 [6].

Tabel 2.1. Absorpsi ( 12 ) dan emisi ( 21 ) cross section pada transisi 4I13/2

4I15/2 dalam Er3+ untuk berbagai gelas utama [6].

Host Glass (Gelas Utama) Wavelength

12

21

(nm) x10-21

cm2

x10-211

cm2

Al-P silica 1531 6,60 5,70 Silicate L-22

1536

5,80

7,27

F1uorophosphate L11

1533

6,99

7,16

F1uorophosphate L14

1532

5,76

5,79

F1uorozirconate F88

1531

4,98

4,95

GeO2-Si02

1530

7,9±0,3

6,7±0,3

Al2O3-SiO2

1530

5,1±0,6

4,4±0,6

GeO2-Al2O3-SiO2

1530

4,7±1,0

4,4±1,0

2.1.3 Amplifikasi Sistem Atomik Tiga Tingkat Erbium Doped Fiber

Sistem atomik tiga tingkat amplifikasi dari erbium doped fiber (EDF)

ditentukan oleh struktur tiga tingkat energi dari ion Er3+. Gambar 2.3 diperlihatkan

sistem atomik tiga tingkat untuk model amplifikasi EDF [6]. Jumlah populasi

dalam masing-masing tingkat diberi label N1, N2, dan N3. Tiap tingkat

sesungguhnya adalah kumpulan space energi yang dinamakan multiplet [6]. Tiga

tingkat energi dari ion Er 3+ adalah: 4I15/2 ground state diberi label 1, 4I13/2


9


metastable state diberi label 2 dan 4I11/2 unstable state diberi label 3.

Untuk proses amplifikasi, beberapa populasi dari ion erbium pada tingkat 1

perlu di eksitasi ke tingkat tinggi ( tingkat 2 dan tingkat 3), diperlukan pompa

photon untuk mengeksitasi ion erbium dari tingkat 1 ke tingkat lebih tinggi. Ion

erbium dari tingkat 1 akan tereksitasi ke tingkat 3 bila diberi cahaya pemompa

980 nm.

Ion erbium yang dieksitasi ke tingkat atas dapat kembali ke tingkat lebih

rendah dengan menghasilkan cahaya emisi. Cahaya emisi dapat terjadi melalui

dua proses, dikenal sebagai emisi spontan (A32 , A21 ) dan emisi terangsang (W21 ).

4 I11/2

4 I13/2

4 I15/21

3

2

R31

A21

A32

W12

W21

R13

Pump 980 nm

Gambar 2.3 Sistem atomik tiga tingkat untuk model amplifikasi EDF [6].

Emisi terangsang (W21) menghasilkan cahaya koheren yang sama dengan

frekuensi sinyal photon (W12), photon akan dipancarkan pada arah dan frekuensi

yang sama dengan sinyal photon sehingga terjadi amplifikasi sinyal photon.

2.1.4 Inversi Populasi dan Waktu Tinggal

Emisi terangsang dapat melebihi batas serapan hanya ketika N2 >N1.

Kondisi ini disebut dengan inversi populasi. Ion yang telah tereksitasi ke tingkat

tertinggi, kemudian akan saling berinteraksi dengan sinyal photon dan

dipancarkan sebagai emisi terangsang. Flux photon dari cahaya pompa pada

frequency pv

pada transisi dari tingkat 1 ke tingkat 3, dinotasikan dengan p .

Jumlah photon per unit waktu per unit area, flux photon dari sinyal cahaya pada


10


frekuensi sv

dari transisi tingkat 1 ke tingkat 2 dinotasikan dengan s . Laju

absorpsi adalah kemampuan untuk menyerap photon per unit area cross section.

Laju absorpsi pompa dari tingkat 1 ke tingkat 3 dinotasikan dengan (a)p

dan laju

absorpsi dari tingkat 1 ke tingkat 2 dinotasikan sebagai (a)s . Laju emisi adalah

kemampuan untuk memancarkan foton per unit area cross section, terdiri dari

emisi pompa (e)p

dan emisi sinyal (e)s . Probalitas transisi dari tingkat 3 ke tingkat

2 dinotasikan 32 , dan juga untuk probalitas transisi dari tingkat 2 ke tingkat 1

dinotasikan sebagai 21 , kedua transisi ini tergantung pada waktu tinggal dari

tingkat 2 secara relatif ke tingkat1 dinotasikan 21 dan waktu tinggal tingkat 3

secara relatif ke tingkat 2 dinotasikan 32 . Transisi probalitas dan waktu tinggal

masing-masing tingkat antara tingkat 1 dan tingkat 2 dinotasikan dengan

21 211

sedangkan untuk tingkat 3 dan 2 dinotasikan sebagai 32 321 . Laju

perubahan populasi ion ditingkat 1,2,3 berturut turut dinotasikan sebagai N1,N2

dan N3. Persamaan laju perubahan populasi dalam sistem atomik tiga tingkat

dapat di formulasikan sebagai [6] :

(e) (a) (a) (e)121 2 2 s 1 s s 1 p 3 p p

dN= N +(N -N ) -(N -N )

dt

(2.7)

(a) (e)221 2 1 s 2 s s 32 3

dN=- N +(N -N ) + N

dt (2.8)

(a) (e)332 3 1 p 3 p p

dN=- N +(N -N )

dt (2.9)

Jumlah populasi dalam tingkat 1 akan dikurangi oleh penyerapan tingkat paling

tinggi ( (a)p dan (a)

s ), dan ditambah oleh emisi dari tingkat tertinggi ( (e)p dan (e)

s ).

Persamaan dapat disederhanakan dengan asumsi bahwa pada tingkat yang sama,

laju emisi dan laju absorpsi adalah sama, sehingga persamaan laju populasi emisi

untuk sistem tiga tingkat atomik ditulis sebagai:

a a121 2 2 1 s s 1 3 p p

dN= N +(N -N ) -(N -N )

dt

(2.10)


11


a221 2 1 2 s s 32 3

dN=- N +(N -N ) + N

dt

(2.11)

a332 3 1 3 p p

dN=- N +(N -N )

dt

(2.12)

Agar ditemukan angka dari populasi pada masing-masing tingkat, maka harus

diselidiki pada kondisi steady state. Pada keadaan steady state dapat dihitung laju

populasi, dimana semua turunan terhadap waktu adalah nol sehingga akan didapat

jumlah populasi pada waktu tertentu dengan persamaan:

31 2 dNdN dN

= = =0dt dt dt

(2.13)

Total populasi N didefinisikan sebagai :

1 2 3N N N N

(2.14)

Jumlah populasi fluk photon pompa dan medan sinyal di formulasikan berikut:

s p21 21

s p21 21

(e) (e)s p

1 (a) (e) (a) (e)s s p p

+ +1N = N

( + ) + ( + ) +1

(2.15)

s p

21 21

s p21 21

(a) (a)s p

2 (a) (e) (a) (e)s s p p

+N = N

( + ) + ( + ) +1 (2.16)

2.1.5 Parameter Overlap

Parameter Overlap didefinisikan sebagai mode optis terjadinya tumpang

tindih antara distribusi intensitas optis dengan distribusi ion erbium [6]. Parameter

ini diperhitungkan karena mode optis ini terlibat dalam merangsang transisi

absorpsi dan emisi ion Er3+. Potongan melintang mode optis overlap pada sebuah

distribusi ion erbium diperlihatkan pada Gambar 2.4 berikut.


12


Gambar 2.4 Potongan melintang mode optis overlap pada sebuah distribusi ion erbium [6].

Dari Gambar 2.4 terlihat bahwa terjadi perluasan mode optis dari inti serat optis

ke dalam cladding. Besaran faktor overlap

ditentukan oleh jari-jari inti serat

dan ukuran spot w ( berkas Gaussian ). Faktor overlap didefinisikan sebagai:

2

2

R-w=(1-e )

(2.17)

Rata-rata medan intensitas melalui EDFA diformulasikan sebagai:

eff

PI=

A

(2.18)

Dimana 2effA = R

adalah derah efektif cross sectional EDFA, I medan

intensitas, dan P adalah medan daya pada sumbu z (panjang EDFA).

2.1.6 Amplified Spontaneous Emission (ASE) Gain, dan Noise Figure (NF).

Untuk mode serat tunggal pada potongan melintang dengan dua polarisasi

yang berbeda pada frekuensi v, daya noise dalam sebuah bandwidth v sepadan

dengan emisi spontan [6], persamaanya adalah :

0ASEP =2hv v

(2.19)

Persamaan propagasi daya ASE dalam arah medan ASE adalah:

0 R r

Erbium ion

distribution

Mode field intensity

N


13


(e) (a) 0 (e)ASE2 1 ASE ASE 2

dP (v)=(N (v)-N (v)) P (v) + P (v)N (v)

dz

(2.20)

Jumlah populasi dalam tingkat 2 berbanding lurus degan intensitas pompa dan

ASE. Bila diketahui I

hv

, mode medan cahaya dan distribusi ion terhadap

sinyal, pompa dan ASE diformulasikan sebagai :

21 2121s p

s vj p

21 2121s p

s p

(a) (a)(a)vj ps

ASE jj

2 (a) (e) (a) (e)(a) (e)vj vj p ps s

ASE jjvj

I + I (v )+ Ihv hv hvN = N

( + ) ( + )( + )I + I (v )+ I +1

hv hv hv

(2.21)

Dimana ASE jI (v ) adalah intensitas sinyal ASE pada frequesi jv , intensitas sinyal

sI , intensitas sinyal pI dan intensitas ASE ASEI . ASE dibagi ke dalam komponen

daya dalam bandwidth jv , titik tengah dari jv . Dimana jv adalah frekuensi

panjang gelombang lain yang juga ikut diamplifikasi pada sinyal ASE. Untuk

menentukan populasi tingkat 2 ditinjau dari emisi pompa, emisi sinyal, dan daya

ASE dengan mempertimbangkan sebagai faktor overlap, mode medan cahaya

dan distribusi ion erbium diformulasikan sebagai:

21 2121

s j p

21 2121

s p

(a) (a)(a)vj ps

s s vj ASE j p pjeff eff eff

2 (a) (e) (a) (e)(a) (e)vj vj p ps s

s s vj ASE j p pjeff eff j eff

P + P (v )+ PA hv A hv A hv

N = N( + ) ( + )( + )

P + P (v )+ P +1A hv A hv A hv

(2.22)

Setiap daya ASE ASE jP (v ) dikomposisikan pada arah perambatan maju +ASE jP (v )

dan mundur -ASE jP (v ) dengan persamaan:

+ -

ASE j ASE j ASE jP (v )=P (v )+P (v )

(2.23)

Untuk menghasilkan formulasi praktis dengan mempertimbangkan loss

yang terjadi dalam erbium doped fiber (disebabkan oleh tidak kesempurnaan

bahan serat, terkontaminasi bahan lain) dinotasikan berturut-turut sebagai


14


s (losses sinyal), p (losses pompa) dan vj (losses ASE). Sinyal, pompa, ASE

arah maju dan ASE arah mundur dalam medan daya cahaya didefinisikan sebagai

[6]:

s (e) (a)2 1 -s s s s s s

dP=(N -N ) P P

dz

(2.24)

p (e) (a)-2 p 1 p p p p p

dP=(N -N ) P P

dz

(2.25)

+ASE j (e) (a) + (e) +

2 1vj vj s ASE j 2 vj s vj ASE j

dP (v )=(N -N ) P (v )+N hv v- P (v )

dz

(2.26)

-ASE j (e) (a) - (e) +

2 1vj vj s ASE j 2 vj s vj ASE j

dP (v )=-(N -N ) P (v )-N hv v+ P (v )

dz

(2.27)

Parameter overlap digunakan untuk mendapatkan sinyal dan ASE. Daya

ASE dalam kanal titik tengah jv

akan diasumsikan menjadi satu sinyal propagasi

dalam arah maju maupun mundur. Kanal frekuensi jv

sangat kecil, sehingga

cross section secara esensial adalah konstan melewati jv

[6].

Karakteristik lain untuk mengukur performa dari EDFA adalah efisiensi

daya konversi yaitu menghitung rasio daya sinyal terhadap daya pompa sepanjang

serat EDF [6].

Merujuk pada persamaan (2.24) efisiensi daya konversi dihitung dengan:

out in

in out

s S

P P

P - Px100%

P - P (2.28)

Sumber utama derau (noise) dalam EDFA adalah emisi spontan dari

transisi antara tingkatan energi atas (tingkat 2 atau tingkat 3) ke tingkatan energi

dasar (ground state). Sepanjang jalur penguatan, emisi spontan akan menjalani

penguatan yang sama halnya dengan sinyal yang akan dikuatkan oleh EDFA.

Noise figure (NF) suatu penguat optik adalah mengukur rasio daya sinyal terhadap

daya derau (signal to noise ratio) untuk sinyal yang dilewatkan pada suatu

penguat, atau perbandingan antara signal to noise ratio pada sisi masukan (SNRin)


15


terhadap signal to noise ratio pada sisi keluaran (SNRout) suatu penguat [6].

NF = SNRin/SNRout (2.29)

Noise figure akan selalu lebih besar dari satu, hal ini terjadi karena suatu

kenyataan bahwa penguat selalu memberikan tambahan noise selama proses

penguatan dan SNRout selalu lebih kecil dari SNRin. Nilai noise figure biasanya

ditunjukkan dalam satuan dB. Nilai NF yang tinggi menyatakan bahwa signal to

noise ratio mengalami degradasi akibat proses amplifikasi. Gain dan noise figure

dapat juga dinyatakan secara praktis dalam bentuk persamaan (2.30) dan (2.31) [6]

signal out noise out noise out

signal in

P P PG dB 10log

P (2.30)

ASEP 1NF

h.v. v.G G (2.31)

Psignal out+Pnoise out = daya sinyal keluaran terukur pada OSA ( mW)

PASE = Pnoise out = daya ASE yang terukur di OSA (mW)

h = konstanta planck = 6,626.10-34 Js

v s = frekuensi sinyal masukan (Hz)

v = bandwidth frekuensi sinyal (Hz) = Bo =

Hz

s = panjang gelombang sinyal (m); = bandwidth sinyal -3 dB

2.1.7 Simulasi Matlab

Pada penelitian ini, persamaan matematis (2.24) dan (2.25) akan

disimulasikan secara analisa numerik menggunakan Matlab untuk mendapatkan

analisa pendahuluan dari EDFA L band seperti:

a. Hubungan gain EDFA terhadap variasi daya pompa dengan daya

sinyal konstan pada satu panjang gelombang (1580.35 nm).

b. Hubungan gain EDFA terhadap perubahan variasi daya sinyal dengan

daya pompa konstan pada satu panjang gelombang (1580.35 nm)

c. Hubungan gain EDFA terhadap perubahan daya sinyal keluaran dan

daya sinyal masukan.


16


Simulasi Matlab digunakan sebagai tools verifikasi dan investigasi untuk

menentukan kesimpulan tingkat keberhasilan hasil percobaan dalam penelitian

sistem penguatan optik EDFA pada rentang panjang gelombang L band ini.

Beberapa harga parameter dalam simulasi Matlab EDFA diperlihatkan

pada Tabel 2.2 berikut [6][19].

Tabel 2.2 Harga parameter EDFA yang digunakan dalam simulasi Matlab [6][19]

Parameter Harga/ukuran/keterangan

Bahan dan tipe mode serat GeO2-SiO2 fiber, single mode

step index fiber

Sinyal masukan ( ) 1580.35 nm

Diameter inti serat 7 micrometer

Diameter cladding 125 micrometer

Indek bias inti serat (n1) 1,47

Numerical aperture (NA) 0.39

Perbedaan Refraktif indek ( n) 0.05

Background Loss 0.014 dB/km

Overlap factor p untuk 980nm = 0.6365

s untuk 1580.35nm = 0.4039

Kosentrasi ion erbium 19.8x1023

(m-3)

Waktu tinggal ( 21) 10 ms

Absorpsi dan emisi cross section

transisi dari erbium

untuk sinyal pompa 980 nm

p(a)=: 4.5x1025 m2;

p(e) = 0

untuk sinyal sumber 1580.35 nm

s(a)= 1.69x1024 m2;

s(e) = 1.77x1024m2


17


2.2 Konfigurasi Setup Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier

Bagian besar dari setup penguatan optik erbium doped fiber amplifier

(EDFA) terdiri dari: erbium doped fiber (EDF), satu atau lebih laser diode

pumping (LDP), wave length division multiplexing (WDM), optical isolator (OI),

fused coupler (FC), dan sistem integrasi elektronika controller berikut driver.

WDM berfungsi untuk memasukkan kombinasi laser pemompa 980 nm dan sinyal

masukan ke dalam EDF untuk dikuatkan. FC berfungsi sebagai pembagi sinyal,

sedangkan OI berfungsi untuk mencegah pemantulan sinyal yang telah diperkuat

kembali ke dalam divais yang akan menambah noise dan menurunkan efesiensi.

Secara umum konfigurasi setup sistem penguatan optik EDFA terdiri dari

tiga model. Cahaya laser pemompa diinjeksikan ke fiber dalam arah yang sama

dengan arah sinyal masuk, maka model ini disebut dengan forward pumping

yang ditunjukkan oleh Gambar 2.5a. Bila arah cahaya laser pemompa berlawanan

dengan arah sinyal masuk seperti dalam Gambar 2.5b, maka model ini disebut

dengan backward pumping. Bila kombinasi keduanya diatas diaplikasikan

bersama-sama, maka model ini disebut dengan bidirectional pumping, yang

ditunjukkan oleh Gambar 2.5c [6].

(a)

(b)

EDF

EDF


18


(c)

Gambar 2.5 Konfigurasi setup EDFA dengan cara, (a) forward pumping, (b) backward pumping, (c) bidirectional pumping [7].

Bidirectional pumping memiliki gain resultan yang lebih besar diantara

ketiganya. Forward pumping memiliki noise performance yang baik namun

memiliki gain yang paling kecil. Disamping itu pumping dengan 980 nm lebih

baik dibandingkan dengan pumping 1480 nm, karena pumping ini memiliki noise

yang lebih kecil dan dapat mencapai populasi inversi yang lebih besar [6].

Bila sinyal keluaran dimonitor oleh optical spectrum analyzer (OSA), pola

spektroskopi amplified spontaneous emission (ASE) akan muncul sesuai dengan

tipe erbium doped fiber (EDF) yang digunakan. Pola spektroskopi gain ASE pada

EDFA diperlihatkan pada Gambar 2.6 berikut [7].

Gambar 2.6 Pola spektroskopi ASE pada EDFA [7].

EDF


19


2.2.1 Pemilihan Laser Pemompa

Komponen penting yang paling diperlukan dalam setup sistem EDFA

adalah sumber pompa untuk menyediakan enegi eksitasi pada panjang gelombang

yang bersesuaian, pompa ini dikenal juga dengan erbium pump band. Pada

awalnya laser pemompa EDFA adalah sebuah dye laser pump ion Argon pada

panjang gelombang 514 nm dan 670 nm, laser ini berukuran besar, komplek,

mahal dan memiliki practial optical bench yang sangat besar. Teknologi semakin

maju dan akhirnya kini laser pemompa EDFA beralih ke laser diode pumping

(LDP) yang memiliki: efisiensi tinggi, kompak, daya tahan lama dan harganya

cukup murah dibandingkan teknologi laser pemompa ion Argon. Laser saat ini

compatible dengan semiconductor diode laser technology, dengan panjang

gelombang 980nm dan 1480 nm yang cocok digunakan untuk setup sistem EDFA

dalam komunikasi optik. Pada dasarnya Erbium memiliki panjang gelombang

eksitasi 514.5 nm, 532 nm, 650 nm, 800 nm, 980 nm dan 1480 nm kesemua

panjang gelombang berhubungan dengan perbedaan energi antara antara ground

state ( 4I15/2 ) dengan ke enam level eksitasi dari ion Er3+

. Pada Gambar 2.7

diperlihatkan level eksitasi dan panjang gelombang ion Er3+ [7].

Gambar 2.7 Level eksitasi dan panjang gelombang ion Er3+ [7].

Laser pemompa 980 nm memiliki inversi populasi yang lebih banyak

sehingga memiliki NF yang kecil, sedangkan laser pemompa 1480 nm memiliki


20


inversi populasi yang lebih sedikit tetapi lebih efisien dalam menkonversi photon.

Sehingga penguatan EDFA akan lebih besar bila menggunakan laser pemompa

980 nm daripada laser pemompa 1480 nm [7].

Dalam penelitian ini laser pemompa yang dipilih adalah laser pemompa

uncooled LU980L 980 nm mini DIL 8 pin dengan karakteristik diperlihatkan pada

Gambar 2.8 [7].

Gambar 2.8 Performa uncooled 980nm mini DIL [7].

Laser pemompa ini memiliki arus threshold pada arus 26 mA. Rangkaian

integrasi elektonika akan mengatur arus yang masuk ke laser pemompa ini,

dimana arus injeksi diatur dibawah atau di atas arus lasing. Laser pemompa akan

bekerja pada tegangan antara 0.9 Volt sampai dengan 1.2 Volt dengan kebutuhan

arus ±500 mA [7].


21


2.2.2 Fused Fiber Coupler

Fused fiber coupler (FFC) adalah proses teknologi penyatuan dua (couple)

serat optik yang mengalami pemanasan dan penarikan (fusing) dalam satuan

waktu. Pemanasan dua serat optik ini bertujuan untuk mendekatkan kedua inti

serat optik agar terjadi perpindahan medan evanescent yang sempurna, sedangkan

penarikan bertujuan untuk mendapatkan ukuran nilai coupling yang diinginkan

melalui proses wave guide coupler. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.9,

proses pembuatan FFC diawali dengan menggandengkan dan melilitkan dua buah

serat optik jenis single mode fiber, yaitu fiber 1 dan fiber 2. Cahaya dengan

panjang gelombang dan daya tertentu dimasukan pada masukan 1 sementara

masukan 2 dibiarkan terbuka, keluaran 1 dan keluaran 2 dari fiber 1 dan fiber 2 di

monitor oleh optical spectrum analyzer (OSA) kemudian dipanaskan sambil ditarik

sampai mendapatkan nilai coupling yang diinginkan [8].

Gambar 2.9 Fused fiber coupler (FFC) [8]

Sepanjang perambatan, daya tersebut akan merambat pada cladding dan

masuk pada inti fiber 2 yang diakibatkan oleh medan evanescent, dimana daya

akan terdistribusi dengan pola seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.10 [9].

Pemanasan dan penarikan dihentikan setelah mendapatkan coupling daya yang

diinginkan, titik 3 dB adalah titik dimana distribusi daya tepat terbagi dua sama

rata sebesar 50% disetiap keluaran. Pada produk sebenarnya, salah satu masukan

bisa dipotong (diterminasi) kemudian FFC di kemas dengan selubung logam

sepanjang L.


22


Gambar 2.10 Distribusi daya fused fibre coupler [9].

Di pasaran lepas, FFC banyak di jual dengan beraneka ragam coupling

ratio (spliter), ragam coupling ratio FFC diperlihatkan pada Tabel 2.3 [9]. Pada

penelitian ini FFC yang digunakan adalah FFC dengan rasio 95%-5% dan 99%-

1%, FFC 95%-5% digunakan untuk menyalurkan dan mendeteksi sinyal masukan

sedangkan FFC 99%-1% digunakan untuk menyalurkan dan mendeteksi sinyal

keluaran akhir penguatan EDFA.

Tabel 2.3 FFC dengan berbagai macam prosentasi coupling ratio [9].

Coupling Ratio

Keluaran1 Keluaran 2

99% 1%

95% 5%

90% 10%

50% 50%

Keluaran 1

Keluaran 2


23


2.2.3 Wavelength Division Multiplexing Fused Fiber Coupler

Proses pembuatan wavelength division multiplexing fused fiber coupler

(WDM) sama seperti komponen fuse coupler yang telah diterangkan sebelumnya,

perbedaanya hanya terletak pada jenis bahan fiber yang digunakan dan fungsi.

WDM coupler digunakan sebagai penggabung daya dan pemisah panjang

gelombang, diperlukan beberapa parameter yang saling mendukung, yaitu jari-jari

inti, perbedaan indeks bias antara inti dan selubung, panjang gelombang, panjang

kopling, panjang arah propagasi, dan jarak antara dua inti serat. WDM Coupler

pada setup EDFA pada penelitian ini adalah untuk menggabungkan sinyal 980 nm

LDP dengan sinyal input L band ITU.

Pada Gambar 2.11 diperlihatkan perpaduan antara dua rentang panjang

gelombang 980 nm dan 1580 nm, dengan parameter indek bias inti 1.458, selisih

inti dan selubung 5 m, panjang arah propagasi 10 mm. Hubungan fasa kedua

pandu gelombang dipengaruhi oleh arah propagasi z pada jarak nilai kz = /2

dimana semua daya dialirkan dari pandu gelombang pertama ke pandu

gelombang kedua, dan sebaliknya hingga pada jarak kz =

[10][11]. Aplikasi

WDM terletak pada pemilihan parameter karakteristik pandu gelombang serta

pengaturan koefisien kopling agar diperoleh karakteristik WDM pada rentang

panjang gelombang tertentu.

Gambar 2.11 Daya sebagai fungsi dari panjang tarikan dengan rentang panjang gelombang 980 nm dan 1580 nm [10][11]


24


2.2.4 Isolator Optik

Isolator optik adalah suatu piranti optik yang hanya memperbolehkan

sinyal optik menjalar dalam satu arah [12]. Dalam arah menjalar maju (forward),

sinyal optik yang keluar dari fiber disejajarkan (collimated) dengan menggunakan

lensa graded index (GRIN) kemudian melewati birefringent rutile (TiD2). berkas

sinyal optik ordinary dan extraordinary yang keluar dari material ini diteruskan

melalui Faraday rotator yang terdiri atas Yittrium Iron Garnet (YIG) dan kristal

Y3Fe5D12 yang dikelilingi oleh magnit permanen. Polarisasi berkas sinyal optik

yang melewati Faraday rotator sudutnya diputar 45° dari sumbu polarisasi, dan

selanjutnya dilewatkan pada piranti birefringent kedua yang menggabungkan

berkas tersebut untuk dilewatkan pada ujung keluaran serat optik. Berkas sinyal

optik yang menjalar kearah balik (backward) akan dipisahkan menjadi dua berkas,

berkas ordinary dan extraordinary. Berkas sinyal optik tersebut akan diputar sudut

polarisasinya oleh Faraday rotator menjadi 90° dari polarisasi masukannya, dan

selanjutnya dilewatkan pada piranti birefringent kedua. Berkas yang menjalar

secara divergen tersebut tidak dapat terfokus pada ujung serat optik masukan,

sehingga berkas balik tidak dapat masuk kedalam serat optik. Pada Gambar 2.12

diperlihatkan disain dari sebuah isolator optik [12].

Gambar 2.12 Disain isolator optik untuk lintasan optik yang menjalar maju (Forward) dan balik (Backward) [12].


25


2.3 Parameter Pengukuran dan Perhitungan dalam Besaran Optik

Dalam subbab ini dijelaskan tatacara pengukuran dan perhitungan besaran

optik seperti: Daya optik, perhitungan losses dan attenuation, dan perhitungan

optical return loss (ORL).

2.3.1 Daya optik

Pengukuran daya optik digunakan untuk menentukan seberapa besar

kekutan penguatan cahaya atau seberapa besar kekuatan cahaya yang hilang dalam

link fiber optik. Unit pengukuran daya cahaya menggunakan milliwatt (mW) atau

dBm. dBm ditentukan sebagai daya decibel (dB) dalam satu milliWatt (mW). dBm

mempresentasikan harga mutlak daya, sedangkan dB adalah rasio dua harga daya

untuk mempresentasikan penguatan atau pelemahan (atenuasi). Decibel (dB)

adalah sebuah unit logaritmis basis sepuluh untuk mempresentasikan rasio sebuah

jumlah fisik (daya atau intensitas) relatif kepada referensi yang telah ditentukan

[13].

Sebagai ilustrasi, sebuah laser mengeluarkan daya 2 mW (sama dengan 3

dBm). Sebuah EDFA mempunyai penguatan 2 kali (sama dengan 3 dB) atau

dengan kata lain 3 dB adalah penguatan 2 kali.

Hubungan antara mW dan dBm ditunjukan pada persamaan (2.32) dan (2.33) [13].

dBm/10mW 10

(2.32)

10P

dBm 10log ( )1mW

(2.33)

Sedangkan hubungan antara penguatan atau pelemahan dalam dB ditunjukan pada

persamaan (2.34) dan (2.35) [13].

OUT

IN

PG(dB) 10log( )

P (2.34)

G dB /10OUT INP P .10

(2.35)

dimana P OUT = daya setelah mengalami penguatan atau pelemahan


26


PIN = daya awal sebelum mengalami penguatan atau pelemahan.

G(dB) = gain dalam dB.

Bila POUT lebih kecil dari PIN maka telah terjadi pelemahan dan hasilnya selalu

akan negatif, misal pelemahan di inisialkan dengan Losses L(dB) maka daya

losses dapat ditunjukan pada persamaan (2.36) atau (2.37) [13]:

L(dB) = - G(dB) = IN

OUT

P10log

P

(2.36)

IN OUTL dB P dBm P dBm

(2.37)

2.3.2 Perhitungan Losses dan Attenuation

Dalam pengukuran daya istilah losses dengan attenuation keduanya

memiliki presepsi yang sama yaitu terjadinya pengurangan nilai daya keluaran

dari sumber daya awal (daya masukan), losses biasanya dibicarakan pada objek

dalam sistem sedangkan attenuation berbicara pada subjek penyebabnya. Pada

Gambar 2.13 diperlihatkan pengukuran fiber power losses, daya masukan

menggunakan TLS dan daya keluaran di monitor oleh OSA [13].

0.1mV (-10dBm)

0.05mV (-13dBm)

Sumber cahaya (TLS AQ4321) Power meter (OSA AQ6317)

Pengujian Serat optik

Gambar 2.13. Pengukuran power losses pada fiber [13].

Pada Gambar 2.13 ditunjukan bahwa daya yang terbaca oleh OSA lebih

kecil dari daya awal yang dikeluarkan oleh TLS, artinya serat optik memiliki

attenuation 3 dB, atau dikatakan sistem optik tersebut mempunyai losses 3 dB.


27


2.3.3 Perhitungan Signal to Noise Ratio (SNR)

Signal to noise ratio (SNR) adalah perhitungan perbandingan daya rata-rata

sinyal informasi (PSignal) dengan daya rata-rata sinyal noise (PNoise). SNR sering di

ekpresikan menggunakan skala logaritmis decibel yang ditunjukan pada

persamaan (2.38) [13] :

SignaldB 10 Signal Noise

Noise

PSNR 10log P (dB) P (dB)

P (2.38)

2.3.4 Perhitungan Optical Return Loss (ORL)

ORL adalah perhitungan perbandingan daya optik yang di refleksikan (PRef)

dengan daya sumber cahaya semula (P Source). Untuk mengukur ORL digunakan

instrumen optical time division reflectometer (OTDR). Nilai ORL adalah nilai

logaritmis rasio dalam decibel yang di ekspresikan oleh persamaan (2.39) [13].

ORL (dB) = 10 log (PRef/Psource) (2.39)

Refleksi optik disebabkan karena terjadinya efek Rayleigh scattering, oleh

bahan fiber itu sendiri dengan sumber cahaya sistem laser, efek Rayleigh muncul

pada ujung fiber, konektor, dan WDM coupler. Untuk menghindari efek refleksi

umumnya dipasang komponen optik isolator, yang telah dibahas di subbab

sebelumnya.


28


BAB 3 METODE PENELITIAN

Dalam metodologi penelitian ini akan dibahas mengenai langkah dan

strategi menyelesaikan penelitian. Metode penelitian ini dibagi dalam beberapa

kriteria diantaranya mengenai: pencarian referensi, waktu dan tempat penelitian,

mekanisme pengumpulan data, dan yang terakhir ditutup dengan analisa data.

3.1. Pencarian Referensi

Pencarian referensi ditujukan untuk mengumpulkan data yang berhubungan

dengan rancang bangun sistem penguatan optik EDFA pada rentang panjang

gelombang L band, seperti mengumpulkan data: produk EDFA yang ada

dipasaran, sistem pendukung hardware (komponen optik dan elektronika), dan

sistem pendukung software penunjang rancang bangun.

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian a.

Semua kegiatan penelitian dilakukan di laboratorium Photonik PTIK BPPT.

Laboratorium ini memiliki peralatan dan instrumen optik seperti yang

diperlihatkan pada Gambar 3.1.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Gambar 3.1 Peralatan optik milik laboratorium PTIK BPPT seperti: (a) mesin splicer, (b) tang kupas fiber, (c) mesin potong fiber (d)attenuator

(d) attenuator, (e) TLS (f) OSA

28


29


3.3 Mekanisme Pengumpulan Data

Pengumpulan data akan dilakukan sepenuhnya melalui hasil eksperimen.

Mekanisme pengumpulan data dibagi dalam beberapa kriteria diantaranya:

pengambilan data hasil pengujian sistem elektronika, pengambilan data hasil

karakterisasi komponen optik, dan yang terakhir pengambilan data hasil pengujian

perangkat EDFA (hasil integrasi elektronika dan sistem optik).

3.3.1 Pengambilan Data Hasil Pengujian Sistem Integrasi Elektronika

Pengambilan data hasil pengujian sitem integrasi elektronika dilakukan

sebagai berikut:

a. Pengujian laser driver, data yang diamati adalah perubahan variabel data

nilai resistansi potensiometer digital RPSET terhadap perubahan daya

keluaran laser pemompa.

b. Pengujian rangkaian power meter, yaitu dengan mengamati perubahan

variabel data nilai resistansi potensiometer terhadap sensitivitas (jangkah

ukur) V OUT sebagai keluaran. TLS di set pada daerah kerja ITU pada

rentang panjang gelombang L band. Selanjutnya hasil pengujian akan

dibandingkan linieritasnya dengan hasil ukur OSA.

3.3.2 Pengambilan Data Hasil Pengujian Karakterisasi Komponen Optik.

Pengambilan data hasil pengujian karakterisasi komponen optik

dilakukan sebagai berikut:

a. Karakterisasi laser diode, data yang diamati adalah perubahan variabel

nilai resistansi potensiometer digital RPSET, besaran injeksi arus ke laser

pemompa, dan daya laser pemompa yang dihasilkan.

b. Karakterisasi isolator optik, data yang diamati adalah daya sinyal keluaran

setelah melewati isolator (menentukan insertion loss). Karakterisasi

dilakukan dengan mengatur panjang gelombang L band (TLS) melewati

isolator kemudian daya keluaran dimonitor dengan OSA.

3.3.3 Pengambilan Data Hasil Pengujian Karakterisasi Performa EDFA.


30


Pengambilan data hasil pengujian karakterisasi performa EDFA dilakukan

sebagai berikut:

a. Pengukuran ASE, data yang diamati adalah perubahan variabel data arus

injeksi dan daya laser pemompa terhadap perubahan ASE yang

dikeluarkan. Pengukuran dilakukan tanpa sinyal masukan L band.

b. Pengukuran gain, data yang diamati adalah perubahan variabel daya sinyal

masukan pada daya laser pemompa konstan dan daya sinyal masukan

konstan.

c. Perhitungan noise figure (NF), dihitung setelah pengambilan data hasil

pengukuran variable gain dan ASE selesai dilakukan.

3.4 Analisa Data

Setelah pengambilan data lengkap dan terpenuhi, akan didapatkan ilustrasi

analisa data sebagai perumusan masalah sebagai berikut:

a. Hasil karakterisasi baik komponen elektronik maupun optik akan

menentukan parameter performa EDFA secara keseluruhan, komponen

yang tidak masuk dalam kriteria akan didiskualifikasi. Kriteria yang

dipertimbangkan adalah sensitivitas, kestabilan dan isertion loss.

b. Menentukan nilai optimal arus injeksi terhadap perubahan daya laser

pemompa. Menentukan nilai optimal gain dan ASE, untuk variasi daya

sinyal masukan dan daya pompa. Optimasi dilakukan pada panjang EDFA

tetap (13.5 meter).

c. Menentukan nilai noise figure (NF) setelah pengambilan data gain dan

ASE didapat. Menentukan peningkatan-penurunan gain rata-rata akibat

peningkatan-penurunan daya pompa maupun daya sinyal. Menentukan

daya pompa dan daya sinyal pada daerah saturasi EDFA.

d. Membuktikan persamaan (2.30) dan (2.31). Daya sinyal masukan yang

semakin bertambah besar akan menghasilkan gain yang semakin kecil

dengan NF yang semakin besar.

e. Hasil karakterisasi diverifikasi menggunakan analisa numerik

menggunakan Matlab untuk menentukan tingkat keberhasilan hasil

karakterisasi.


31


BAB 4 RANCANG BANGUN

SISTEM PENGUATAN OPTIK ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER PADA RENTANG PANJANG GELOMBANG L BAND

Rancang bangun penguatan optik erbium doped fiber amplifier ( EDFA)

dibagi dalam tiga kategori yaitu rancang bangun sistem kontrol elektronik,

rancang bangun sistem dumper optik dan rancang bangun susunan konfigurasi

komponen optik EDFA dalam dumper optik. Dumper optik adalah sebuah tempat

terbuat dari plastik untuk menyusun konfigurasi komponen optik yang telah

disambung agar kemasan EDFA lebih kompak dan mudah dirawat atau diperbaiki.

4.1 Rancang Bangun Sistem Kontrol Elektronik.

Rancang bangun sistem kontrol elektronik terdiri dari beberapa tahapan

antara lain: uji coba rangkaian elektronika diatas project board, disain skematik,

terakhir proses pembuatan layout PCB.

Rancang bangun sistem kontrol elektronik diawali dengan pembuatan

diagram blok keseluruhan rangkaian sebagai konsep awal untuk menentukan fitur

alat. Diagram blok keseluruhan rangkaian sistem kontrol elektronik diperlihatkan

pada Gambar 4.1.

Prinsip kerja rangkaian utama elektronik dari diagram blok dijelaskan

sebagai berikut:

a. Blok Laser driver, arus injeksi ke LDP dikendalikan oleh digital

potensiometer, daya dari laser kemudian di indra oleh photodioda, arus

dari photodioda dikonversi kebentuk tegangan kemudian masuk

kesaluran AD/C mikrokontroler. Mikrokontroler mengendalikan LDP

pada lup tertutup sesuai dengan daya yang diinginkan pengguna.

b. Blok thermo electric cooler (TEC), LDP dipompa pada arus

maksimum, LDP menjadi panas, terdeteksi oleh thermistor, perubahan

tegangan thermistor diindra oleh mikrokontroler sebagai perubahan

suhu LDP melalui pin AD/C. Digital potensiometer diaktifkan untuk

mengendalikan peltier TEC, laju pendingin diatur oleh mikrokontroler

dengan mengendalikan digital potensiometer ke pengendali TEC .

31


32


ADJUST CURRENT PUMP 1

PWM

ADJUST CURRENT PUMP 2

THERMISTOR

PELTIER

TEC CURRENT

Gambar 4.1 Diagram blok rangkaian integrasi elektronika


33


4.1.1 Uji Coba Rangkaian Elektronik di atas Project Board.

Setelah mendapatkan rangkaian elektronika referensi dan komponen

elektronika yang dibutuhkan, dibuat rangkaiannya di atas project board, untuk

kemudian diuji kemampuannya seperti ditunjukan pada Gambar 4.2 berikut.

Gambar 4.2 Rangkaian elektronika di atas project board.

Uji coba rangkaian elektronika menggunakan empat buah project board,

dan satu buah sumber daya tunggal 5V/6A. Rangkaian elektronika disusun secara

bertahap mulai dari rangkaian laser driver, rangkaian sistem pendingin TEC

(optional), rangkaian power meter, dan sistem kendali mikrokontroler. Sistem

elektronika dan pemilihan komponen utama dalam operasi EDFA akan dirangkai

sebagai berikut :

4.1.1.1 Rangkaian Laser Diode Driver ADN2830

Rangkaian laser diode driver disusun pada mode current boosting. Mode

ini dipilih karena arus injeksi dapat diatur dari 4 mA - 400 mA secara berkala.

Rangkaian laser driver pada mode current boosting untuk arus injeksi maksimum

400 mA (IBIAS) diperlihatkan pada Gambar 4.3 berikut [14]:


34


Laser diode (LD) dan monitoring photo diode (MPD) terletak dalam

kemasan mini DIL laser diode pumping 980 nm, arus pengindraan dari MPD akan

diumpan-balikan ke ADN2830 untuk mengontrol daya dari LD.

Gambar 4.3 Rangkaian laser driver pada current boosting mode untuk arus injeksi maksimum 400mA (IBIAS) [14].

. ADN2830 menggunakan sistem automatic power control (APC) untuk

mengendalikan kestabilan daya LD terhadap waktu dan kompensasi suhu. Daya

keluaran dari LD dikontrol oleh resistor RPSET yang dihubungkan antara pin PSET

dan ground. Pin PSET akan dijaga konstan sebesar 1.23V. Nilai resistansi RPSET

dapat dihitung dengan formulasi berikut [14]:

PSET

AV

1.23VR =

I (4.1)

Dimana IAV adalah arus rata-rata (average) photodioda.


35


ADN2830 memiliki dua aktif alarm yaitu DEGRADE dan FAIL. Resistor

RASET digunakan untuk mengatur batasan arus injeksi yang dikehendaki

sedangkan pin DEGRADE dan pin FAIL digunakan sebagai indikator batasan

arus injeksi tersebut. Pin DEGRADE akan berlogika tinggi (+5V) apabila arus

injeksi telah mencapai 90% dari arus maksimum. Pin FAIL akan berlogika tinggi

(+5V) apabila arus injeksi telah melebihi arus maksimum. Untuk menghitung nilai

resistansi RASET dapat dihitung dengan formulasi sebagai berikut [14]:

FAILASET ASET

ASET

I 1.23VI = ; R =

Nx200 I (4.2)

I FAIL adalah batasan arus injeksi maksimum yang dikehendaki, IASET adalah arus

listrik yang melewati R ASET dan N adalah jumlah chip ADN2830 yang dipasang

parallel ( satu chip AD2830 dapat mengendalikan LD dengan arus maksimum

200mA). Pada penelitian ini resistor RPSET digantikan oleh sebuah potensiometer

digital AD5231, sedangkan RASET cukup diatur sekali menggunakan

potensiometer konvensional sebesar 10 k , kemudian digantikan oleh resistor

tetap serial parallel. Rancangan lengkap dari rangkaian laser diode driver

ADN2830 diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.2]

4.1.1.2 Potensiometer Digital 1024 Posisi AD5231

AD5231 adalah sebuah chip potensiometer digital yang dapat diprogram

melalui protokol serial peripheral interface (SPI). Chip ini diprogram dengan cara

scratchpad, dimana nilai resistansi 50 k dicacah kedalam 1024 langkah, setiap

langkah memiliki resistansi sebesar [15]:

Dalam mode scratchpad programming, hasil seting dapat diprogram

secara langsung ke register RDAC antara terminal W-A dan terminal W-B untuk

menghasilkan nilai resistansi yang diinginkan. Hasil programming disimpan

kedalam electrical eresable memory (EEMEM) secara permanen. Pada Gambar

4.4 diperlihatkan diagram blok dari AD5231 digital potensiometer [15].


36


Scratchpad register dapat diprogram menggunakan representatif data

word. Penyimpanan scatchpad pada EEMEM membutuhkan waktu sekitar 25ms,

pin ready (pin RDY) akan berlogika rendah apabila proses penyimpanan data

pada EEMEM selesai. Pin write protect (pin WP) bila diberi logika rendah

(ground) akan menonaktifkan penulisan ke EEMEM. Nilai register RDAC dapat

disegarkan kembali dengan membuat pin preset (pin PR) diberi logika rendah

sesaat (10ms).

Adapun intruksi perintah dalam format 24 serial data word diperlihatkan

pada Tabel 4.1, sedangkan pada Tabel 4.2 diperlihatkan tabel kebenaran perintah

dan operasi dari AD5231 [15].

Gambar 4.4 Diagram blok AD5231 digital potensiometer [15].

Tabel 4.1 Intruksi perintah 24 bit serial data word AD5231 [15].

AD5231 diprogram dengan 4 kabel SPI yang kompatible dengan digital interface

yaitu serial data input (SDI), serial data output (SDO), chips select (CS) dan

clock (CLK). Format serial data word protokol SPI terdiri dari 24 bit diantaranya:

command bits (bit C0-C3), address bits (A3-A0), data bits (D0-D9) untuk RDAC,

dan data bits (D0-D15) untuk EEMEM. Adapun intruksi perintah format 24 serial

data word diperlihatkan pada Tabel 4.1, sedangkan pada Tabel 4.2 diperlihatkan

tabel kebenaran perintah dan operasi dari AD5231 [15].


37


Tabel 4.2 Tabel kebenaran perintah dan operasi AD5231 [15].

Rancangan lengkap dari rangkaian potensiometer Digital 1024 Posisi

AD5231diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.2].

4.1.1.3 Rangkaian Power Meter AD8304

AD8304 adalah sebuah chip power meter digital yang mampu pengindra

perubahan arus photodiode dalam jangkah ukur pA (piko Ampere). Rangkaian

power meter AD8304 menggunakan metoda lowering the intercept yang memiliki

sensitivitas pengukuran photodioda lebih akurat dengan penggunaan komponen

yang lebih sedikit. Pihak pabrikan memberikan rangkaian elektronik bersama

tabel variasi parameter, yang diperlihatkan pada Gambar 4.5 dan Tabel 4.3 [16].

Dari hasil percobaan, pemilihan parameter 400mV/dekade dengan

sensitivitas pengukuran arus photodioda IZ = 10 pA pada konfigurasi nilai RA, RB

dan RZ berturut turut 9.76K , 8.2K , dan 50K , sangat sesuai untuk

mendapatkan sensitivitas pengukuran daya optik dengan resolusi perhitungan

AD/C mikrokontroler 10 bit 4096 langkah. Tegangan VOUT = 400 mV/decade

kemudian diturunkan dengan variable resistor pembagi tegangan 100 kali VR1 dan

V R2.


38


Gambar 4.5 Power meter dengan metoda lowering the intercept [16].

Tabel 4.3 Variasi parameter nilai untuk metoda lowering intercept [16].

Tegangan Vout dapat dihitung dengan formulasi [16]:

LOGZ PDOUT Y 10 REF

Z LOG Z LOG Z

RR IV = G V x x log +V x

R +R I R +R (4.3)

Dimana:

ALOG

B

RG = 1 + dan R = 5 k

R (4.4)

Rancangan lengkap dari rangkaian Powermeter AD83041 dengan metode

metoda lowering the intercept diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.2].


39


4.1.2 Rancang Bangun Rangkaian Skematik Elektronika

Rangkaian elektronika referensi yang telah lulus uji kebenaranya diatas

project board, selanjutnya dipindahkan kedalam rancang bangun software aplikasi

CAD. Software CAD dalam desain Printed Circuit Board (PCB) pada penelitian

ini menggunakan software CAD elektronika Protel 99SE. Pada Gambar 4.6

diperlihatkan screen shoot untuk rancang bangun rangkaian skematik elektronika

pengendali EDFA. Rancang bangun rangkaian skematik elektronika dalam

penelitian ini dibagi dua skematik yaitu rangkaian elektronika MCU dengan TEC

controller yang diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.1] dan skematik rangkaian

elektronika power meter dengan laser controller yang diperlihatkan pada

[Gambar L.2].

Gambar 4.6 Screen shoot rangkaian rancang bangun skematik elektronika pengendali EDFA.

4.1.3 Rancang Bangun Layout Printed Circuit Board

Masih menggunakan software Protel 99SE rancang bangun rangkaian

elektronika yang telah selesai kemudian di compile menghasilkan file bill of

material (BOM) yang berisikan keterangan part type, designator, footprint dan

total komponen yang digunakan. BOM hasil rancang bangun layout PCB

diperlihatkan pada lampiran [Tabel LR.1]. Compiler juga menghasilkan file


40


berektensi *.net yang akan di downloding ke PCB untuk menghasilkan layout

PCB.

Sebelum melakukan autoroute pengguna terlebih dahulu perlu mengisi

setting aturan terutama mengenai lebar track PCB, jarak track ke track, ukuran via

(trough hole) dan power plane untuk grounding, kemudian dilanjutkan dengan

menyusun tata letak komponen secara optimal. Autoroute akan dimulai setelah

me-download file berekstensi *.net yang dituju. Pada Gambar 4.7 diperlihatkan

screen shoot rancang bangun layout PCB.

Rancang bangun layout PCB dalam penelitian ini dibagi dalam enam

separasi cetakan yaitu cetakan jalur PCB bagian atas seperti yang diperlihatkan

pada lampiran [Gambar L.3], cetakan jalur PCB bagian bawah [Gambar L.4],

cetakan silkscreen legend PCB [Gambar L.5], cetakan silkscreen legend PCB jalur

bawah [Gambar L.6], cetakan solder mask PCB jalur atas [Gambar L.7], dan

yang terakhir cetakan solder mask PCB jalur bawah yang diperlihatkan pada

lampiran [Gambar L.8].

Gambar 4.7 Screen shoot perancangan layout PCB.

Komponen elektronika dipasang (disolder) pada PCB dimulai dari

komponen yang berukuran kecil kemudian dilanjutkan dengan komponen yang


41


berukuran besar. Penyolderan dilakukan di atas meja anti statis, saat penyolderan

tangan peneliti harus menggunakan wrist strap anti statis. Setelah komponen

terpasang, board PCB dicuci dengan cairan isopropyl alcohol untuk

menghilangkan sisa pasta solder. Bentuk board PCB finishing diperlihatkan pada

lampiran [Gambar L.13]. Pada penelitian ini mikrokontroler diprogram

menggunakan low level languange (assembler) dengan menggunakan perantara

development software AVR Studio 4.0. Flow chart pemrograman diperlihatkan

pada lampiran [Gambar L.14].

4.2 Rancang Bangun Sistem Dumper Komponen Optik

Dumper adalah sebuah tempat untuk menyusun konfigurasi komponen

optik yang telah disambung agar kemasan EDFA lebih kompak dan mudah di

rawat atau diperbaiki. Perancangan sudut lekukan dumper komponen optik

berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, yang memiliki bending losses tidak

terlalu signifikan yaitu sekitar 0.5 dB [13]. Dumper dibuat sendiri dari bahan

plastik yang terdiri dari tiga bagian utama yaitu bagian tutup dumper yang

diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.9], bagian landasan separasi yang

diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.10], dan bagian separasi yang

diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.11].

Ketiga bagian sistem dumper disusun sehingga berbentuk seperti

penggulung benang seperti Gambar 4.8 berikut.

Gambar 4.8 Dumper komponen optik setelah disusun.


42


4.3 Rancang Bangun Susunan Komponen Optik dalam Dumper.

Rancang bangun susunan komponen optik dalam dumper diperlukan agar

komponen optik yang telah disambung (splacing) diletakan pada posisi yang

benar, artinya gulungan dan lintasan fiber menuju ke setiap separasi dumper

mengikuti aturan lekukan dan tidak menimbulkan lekukan berlebih, agar fiber

optik tidak rusak atau kehilangan daya akibat bending loss. Body kemasan

FC,WDM dan isolator (ISO) diletakan tepat ditengah-tengah bagian datar dumper.

Hasil percobaan integrasi antara rangkaian elektronika dengan komponen optik

sebelum masuk dalam dumper diperlihatkan pada lampiran [Gambar L.15].

Dumper terdiri dari tiga bagian yaitu lapis bawah, lapis tengah dan lapis

atas. Konfigurasi lengkap susunan komponen optik dalam dumper diperlihatkan

pada Gambar 4.9 dengan penjelasan sebagai berikut:

a. Lapis bawah dumper ditempatkan komponen optik: pigtail 1 (PT1), fused

coupler 1 (FC1), photodiode 1 (PD1) dan isolator 1 (ISO1). Serat optik PD1

digulung searah jarum jam, sedangkan serat optik untuk PT1, PC1 dan ISO1

digulung berlawanan arah jarum jam, kemudian ujung keluaran ISO1 akan

masuk kedalam celah separasi menuju ke lapis tengah dumper. Ujung PT1

digunakan sebagai sinyal masukan.

b. Lapis tengah dumper ditempatkan komponen optik: laser diode 1(LD1),

wavelength division multiplexer 1(WDM1), EDFA L band, wavelength

division multiplexer 2 (WDM2), dan laser diode 2 (LD2). Serat optik LD1,

WDM1, EDFA, dan WDM2 digulung berlawanan arah jarum jam, sedangkan

untuk fiber optik LD2 digulung searah jarum jam. Ujung keluaran WDM2

akan masuk kedalam celah separasi menuju ke lapis atas dumper.

c. Lapis atas dumper ditempatkan komponen optik: isolator 2 (ISO2,) fused

coupler 2 (FC2), photodiode 2 (PD2) dan pigtail 2 (PT2). Serat optik PD2

digulung searah jarum jam, sedangkan serat optik untuk ISO2, FC2 dan PT2

digulung berlawanan arah jarum jam, ujung keluaran PT2 diletakan sebagai

sinyal keluaran.

Dalam penelitian ini setup EDFA menggunakan konfigurasi codirectional

pumping dengan LD2 dan WDM2 tidak terpasang. Sistem integrasi elektronika

dengan dumper diperlihatkan pada Gambar 4.9 berikut.


43


Gambar 4.9 Sistem integrasi elektronika dengan dumper


44


BAB 5 PENGUJIAN DAN ANALISA

RANCANG BANGUN SISTEM PENGUATAN OPTIK ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIER (EDFA)

PADA RENTANG PANJANG GELOMBANG L BAND

Dalam bab ini akan dibahas mengenai pengambilan data karakterisasi dan

pembahasannya yang dibagi dalam tiga kategori. Kategori pertama adalah

perhitungan nilai seting komponen vital pengendali laser pemompa, kategori

kedua berisikan teknis karakterisasi komponen optik secara individual, dan

kategori ketiga ditekankan pada teknis pengambilan data performa dari sistem

penguatan optik EDFA pada rentang panjang gelombang L band.

5.1 Perhitungan Nilai Komponen Pengendali Laser 980 nm.

Chip pengendali laser pemompa 980 nm tidak berdiri sendiri, perlu

komponen pasif pendukung tambahan (diluar chip). Perhitungan ditujukan untuk

mencari ukuran nilai komponen pendukung tersebut pada jangkah pengendalian

yang tepat. Dalam penelitian ini pengendali arus injeksi laser pemompa 980 nm

menggunakan chip ADN2830. Chip ini dipilih karena memiliki fitur komponen

pasif pendukung (di luar chip) lebih sederhana [14]. Nilai komponen pasif yang

harus dihitung oleh pengguna adalah RPSET dan RASET seperti yang di tunjukan

dalam lampiran [Gambar L.2]. Pada pengendalian otomatis RPSET digantikan oleh

potensiometer linier digital, dan RASET digantikan oleh komponen tetap serial-

parallel (R78, R79, R80 atau R85, R86, R87) seperti yang di tunjukan dalam

lampiran [Gambar L.2]. Arus injeksi pengendalian diatur dari 4 mA - 300 mA.

I ASET adalah arus yang melewati RPSET, N adalah jumlah chip (ADN2830 yang

digunakan), Imak adalah arus pengendalian maksimum chip ADN2830 dan Ibiastrip

adalah arus injeksi mirror. RPSET dan RASET di hitung sebagai berikut [14].

RPSET = 1.23V/0,05 mA = 24.6 k

mak

biastripASET

I 300 mAI 750 uA

N x I 2 x 200 mA

ASETASET

1.23V 1.23R 17,6 k

I 750 uA


45


5.2 Karakterisasi Power Meter

Tujuan dari karakterisasi ini adalah untuk mencari nilai komponen

kepresisian pengukuran chip pengendali power meter melalui eksperimen. Dalam

penelitian ini pengendali power meter digunakan chip ADN8304. Chip ini dipilih

karena memiliki fitur komponen pasif pendukung (di luar chip) lebih sederhana

dengan kepresisian tinggi. Konfigurasi nilai RA, RB dan RZ diberikan sesuai dengan

pilihan default 400mV/decade [15]. Komponen pasif yang harus diatur oleh

pengguna adalah V R1 atau VR2 seperti yang di tunjukan dalam lampiran [Gambar

L.2].

Pin VOUT merupakan pin keluaran chip hasil konversi pengindraan dari

bentuk intensitas cahaya ke bentuk tegangan listrik. VR1 atau VR2 dikonfigurasikan

sebagai pembagi tegangan 100 kali untuk mendapatkan nilai sensitivitas skala

pembacaan V OUT = 0.001 mW/4 mV/step. Nilai besaran 4 mV disesuaikan dengan

tegangan pembacaan AD/C 10 bit mikrokontroler sebesar 4 mV/step yang dihitung

sebagai berikut:

V 4.096V 4.096VREF 4 mV/step10BIT 1024Resolusi 2

Setup konfigurasi karakterisasi power meter diperlihatkan pada Gambar 5.1

Gambar 5.1 Konfigurasi karakterisasi power meter.


46


Teknis karakterisasi power meter dilakukan dengan langkah sebagai

berikut:

a. Menghubungkan TLS di-set pada panjang gelombang 1590 nm (titik

tengah ITU L band) dengan daya -20 dBm (daya maksimum TLS) dengan

attenuator 10 dB (simulasi sinyal input -30 dBm).

b. Menghubungkan photodiode, potensiometer (VR1 atau VR2) sesuai dengan

lampiran [Gambar L.2], dan menghubungkan pin VOUT dengan voltmeter.

Dilanjutkan dengan memutar potensiometer (VR1 atau VR2) agar

pembacaan voltmeter V OUT = 4 mV. Kemudian TLS di-set dengan +10

dBm (0 dBm melalui attenuator), memastikan pembacaan VOUT = 4,096

mV di voltmeter.

c. Karaterisasi power meter dimulai dengan mengatur daya keluaran

berturut-turut dari -30 dBm sampai 0 dBm pada panjang gelombang 1570

nm, 1590 nm, dan 1610 nm.

Hasil karakterisasi power meter diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.1]

Hubungan antara daya sinyal masukan dan tegangan VOUT diperlihatkan pada

Gambar 5.2 berikut.

Gambar 5.2 Grafik hasil karakterisasi power meter daya masukan (mW) terhadap tegangan keluaran VOUT (mV).

y= 4000x


47


Dari hasil karakterisasi lampiran [Tabel LK.1], kesalahan relatif pembacaan

antara 1mV-5mV atau setara dengan kesalahan relatif 0.001mW- 0.002mW.

Kesalahan relatif ini disebabkan oleh sensitivitas ukur dari voltmeter. Photodiode

PDDM981 ini memiliki band spektral pada cakupan panjang gelombang 1100

nm-1650 nm dengan responsivitas 0.8 mA/mW [16]. Responsivitas adalah satuan

perbandingan antara arus listrik yang dikeluarkan terhadap daya dari intensitas

cahaya yang diterima. Karena L band memiliki panjang gelombang yang sempit

(1570 nm- 1610 nm) terhadap cakupan spectral band photodiode itu sendiri,

photodiode akan merespon daerah spektral L band pada responsivitas yang sama.

Dari hasil percobaan terbukti, power meter untuk panjang gelombang 1570 nm,

1590 nm dan 1610 nm, untuk daya yang sama memiliki tegangan keluaran

(VOUT) hampir sama.

5.3 Karakterisasi Komponen Optik dalam Sistem Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier Pada Rentang Panjang Gelombang L Band.

Karakterisasi komponen erbium doped fiber amplifier (EDFA) difokuskan

pada karakterisasi laser pemompa 980 nm dan isolator optik.

5.3.1 Karakterisasi Laser Pemompa 980 nm

Tujuan karakterisasi dari laser pemompa ini adalah untuk menentukan nilai

arus injeksi terhadap daya keluaran dari LDP 980 nm. Laser pemompa 980nm

yang akan dikarakterisasi adalah tipe LU980L dual in line (DIL) package

uncooled laser pumping. Laser ini dipilih karena selain ukuranya kecil, laser ini

memiliki daya keluaran besar (200mW/500mA) [17]. Pada Gambar 5.3

diperlihatkan konfigurasi karakterisasi LDP 980 nm beserta peralatan ukur

pendukung .


48


Gambar 5.3 Konfigurasi karakterisasi LDP 980 nm

Pengambilan data karakterisasi dilakukan secara manual tanpa

mikrokontroler, pengaturan arus injeksi ke laser pemompa dilakukan dengan

memutar potensiometer linear RPSET (diterangkan dalam subbab 5.1). Data hasil

karakterisasi manual ini nantinya akan dijadikan referensi dasar pengendalian

cerdas oleh mikrokontroler.

Teknis karakterisasi laser pemompa 980 nm dilakukan dengan langkah

sebagai berikut :

a. Menghubungkan serat optik LDP 980 nm ke instrumen monitor (OSA).

b. Menghubungkan pin kaki LDP 980 nm yang bersesuaian pada chip

pengendali ADN2830 sesuai dengan lampiran [Gambar L.2].

c. Menghubungkan pin IBIAS monitoring dengan amperemeter sesuai dengan

lampiran [Gambar L.2]. kemudian memutar RPSET secara berkala untuk

pengaturan arus injeksi dari 4 mA

180 mA.

d. Mencatat perubahan RPSET, arus injeksi ke LDP, dan power output LDP

pada OSA (mW atau dBm).

Karakterisasi LDP 980 nm secara lengkap diperlihatkan pada lampiran

[Tabel LK.2], tampilan grafik hasil karakterisasi diperlihatkan pada Gambar 5.4

berikut.


49


Gambar 5.4 Grafik hasil karakterisasi LDP 980 nm ( LU980L) arus injeksi (mA) terhadap daya keluaran (mW).

Hubungan antara arus injeksi dan daya keluaran LDP adalah linier dengan

gradien 0.436 mW/mA.

Pada Gambar 5.5 diperlihatkan screen shoot pola daya dari LDP yang

lasing di 26 mA.

Gambar 5.5 Screen shoot pola daya LDP pada saat lasing di 26mA .

Pada Gambar 5.6 diperlihatkan screen shoot pola daya dari LDP dengan

arus injeksi di 150 mA.

y= 0.436 x


50


Gambar 5.6 Screen shoot pola daya LDP dengan arus injeksi 150 mA .

Kestabilan daya keluaran dari LDP dipengaruhi oleh suhu dari body laser.

Semakin besar arus injeksi maka semakin besar disipasi daya (panas). Penggunaan

daya LDP dibawah 50% dari daya maksimum memungkinkan kestabilan daya

akan dipertahankan stabil.

5.3.2 Karakterisasi Isolator Optik L Band .

Tujuan karakterisasi dari isolator optik ini adalah untuk menentukan

insertion loss daya yang merambat melewati isolator pada panjang gelombang L

band. Isolator optik yang dikarekterisasi adalah isolator optik Opnoti L band tipe

IS-D-15-250-1-1-NE. Isolator ini dipilih karena memiliki ukuran kecil agar bisa

dikemas dalam dumper optik. Karakterisasi isolator menggunakan metoda

synchronize, metoda ini dipilih agar titik pengukuran lebih cepat dan akurat

dibandingkan dengan cara manual. Metode synchronize adalah dengan cara

menghubungkan instrumen ukur (OSA AQ6317) dan instrumen sumber cahaya

(TLS AQ4321) dengan kabel komunikasi data general purpose interface bus

(GPIB), OSA dijadikan master device dan TLS dijadikan slave device. OSA akan

mengendalikan TLS untuk merubah panjang gelombang pada daerah L band

dengan span panjang gelombang yang diset oleh pengguna. Pada Gambar 5.7


51


diperlihatkan konfigurasi karakterisasi isolator optik beserta instrumen pendukung

dengan metoda synchronize.

Gambar 5.7 Konfigurasi karakterisasi isolator optik

Teknis karakterisasi isolator optik L band dilakukan dengan langkah

sebagai berikut :

a. Menyambungkan ujung fiber isolator optik, ujung sinyal masukan

dihubungkan dengan TLS dan ujung yang lain dihubungkan dengan OSA

(Body isolator optik mempunyai tanda anak panah untuk menunjukan arah

propagasi cahaya).

b. Menghidupkan TLS, di-set pada daya -20 dBm (daya maksimum). OSA di-

set pada posisi synchronize, dengan memasukan nilai START 1570 nm,

nilai STOP 1620 nm, nilai SPAN 1 nm ( titik pengukuran

karakterisasi adalah (1620-1570)/1 = 50 data).

c. Menekan tombol synchronize pada OSA.

Hasil karakterisasi isolator optik secara lengkap diperlihatkan pada

lampiran [Tabel LK.3], screen shoot pola daya output isolator optik di perlihatkan

pada Gambar 5.8 berikut.


52


Gambar 5.8 Screen shoot hasil karakterisasi isolator optik dengan metode synchronize.

Dari hasil karakterisasi, isolator optik L band Opnoti tipe I5-D-15-250-

1-1-NE memiliki output daya keluaran rata-rata -20,86 dBm, sehingga isolator

optik ini memiliki insertion loss sebesar 0,86 dB. Insertion loss diakibatkan oleh

pengaruh dispersi dari lensa grade index atau terjadi sebagian penyerapan daya

oleh lensa polarisasi yang ada di dalam isolator optik [12].

5.4 Karakterisasi Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier pada Rentang Panjang Gelombang L Band.

Tujuan dari karakterisasi penguatan optik EDFA L band adalah untuk

melihat pola gain terhadap: variasi daya sinyal masukan, variasi daya pompa, dan

variasi panjang gelombang sinyal masukan. Pengukuran ASE dan perhitungan NF

diperoleh dari satu panjang gelombang sinyal masukan yang telah ditentukan.

Eksperimen pertama kali dimulai dengan potongan EDFA L band panjang 15

meter, setiap penyambungan dengan komponen optik lainnya (WDM atau FC)

EDFA akan terpotong 3 cm di mesin potong. Interaksi percobaan dilakukan terus

menerus untuk berbagai macam percobaan dengan resiko EDFA akan terpotong 3

cm setiap kali penyambungan. Panjang EDFA L band 13.5 meter dipilih karena

merupakan potongan panjang terakhir keberhasilan hasil eksperimen.


53


Eksperimen dilakukan secara manual (tanpa menggunakan

mikrokontroler), selanjutnya data dari hasil karakterisasi akan dijadikan referensi

pengendalian cerdas menggunakan mikrokontroler. Pada Gambar 5.9

diperlihatkan konfigurasi karakterisasi EDFA L band.

Gambar 5.9 Konfigurasi karakterisasi EDFA L band dengan konfigurasi forward pumping.

Teknis karakterisasi EDFA L band dilakukan dengan langkah berikut:

a. Memposisikan RPSET pada nilai resistansi paling besar (25k ). Semua

power meter diatur pada posisi pembacaan 4 mV/0.001 mW. Memastikan

arah isolator optik searah dengan arah propagasi sinyal masukan.

b. Menghubungkan (FC1) ke sinyal keluaran TLS, menghubungkan sinyal

keluaran FC2 99% ke sinyal masukan OSA.

c. Mengatur R PSET secara bertahap (mengatur injeksi arus) agar daya laser

pemompa menghasilkan pola ASE yang rata pada daerah L band. Mencatat


54


RPSET, arus injeksi (mA) dan daya laser pemompa saat ASE rata (gain

rata).

d. Mengatur panjang gelombang sinyal masukan ITU L band (TLS) dengan

daya masukan berturut-turut -20 dBm, -15 dBm, -10 dBm dan -5 dBm.

Mencatat semua nilai gain dan menghitung NF pada setiap titik

pengukuran.

Dengan konfigurasi pengambilan data yang sama, dihasilkan variasi karakterisasi

EDFA L band antara lain :

5.4.1 Karakterisasi Gain Pada Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier dengan Variasi Daya Pompa

Tujuan dari karakterisasi ini adalah untuk mengetahui pola gain pada daya

sinyal konstan terhadap variasi daya pompa, pada panjang gelombang ITU L

band.

Data hasil karakterisasi EDFA pada rentang panjang gelombang L band

ITU untuk daya sinyal masukan konstan berturut-turut -20 dBm (0,010 mW), -15

dBm (0,032 mW), -10 dBm (0,100 mW) dan -5 dBm (0,316 mW), terhadap

variasi daya pompa berturut-turut 150 mA (53,60 mW), 160 mA (61,14 mW),

170 mA (64,83 mW) dan 180 mA (68,25 mW), diperlihatkan pada lampiran

[Tabel LK.4a, Tabel LK.4b, Tabel LK.4c, dan Tabel LK.4d]. Pola gain hasil

karakterisasi diperlihatkan pada Gambar 5.10 berikut.

(a)


55


(b)

(c)

(d)

Gambar 5.10 Pola gain EDFA, variasi daya pompa terhadap daya sumber konstan: (a) -20dBm (b)-15 dBm (c)-10dBm dan (d)-5 dBm

Dari persamaan (2.4) dan (2.18), laju absorpsi terangsang sinyal (a)s

lebih

besar daripada laju absorpsi pompa (a)p ,

mengakibatkan populasi ion di

tingkatan 2 berkurang seiring dengan peningkatan flux photon sinyal s , fluk


56


photon sinyal s berbanding lurus dengan daya sinyal Ps. Peningkatan daya sinyal

P s dengan daya pompa tetap mengakibatkan penurunan gain (2.30).

5.4.2 Karakterisasi Gain Penguatan Optik Erbium Doped Fiber Amplifier dengan Variasi Daya Sinyal

Tujuan dari karakterisasi ini adalah untuk mengetahui pola gain EDFA dari

variasi daya sinyal terhadap daya pompa konstan, pada panjang gelombang ITU L

band.

Data hasil karakterisasi EDFA pada rentang panjang gelombang L band

ITU untuk variasi daya sinyal berturut-turut -20 dBm (0,010 mW), -15 dBm

(0,032 mW), -10 dBm (0,100 mW) dan -5 dBm (0,316 mW) terhadap daya pompa

konstan berturut-turut 150 mA (53,60 mW), 160 mA (61,14 mW), 170 mA (64,83

mW) dan 180 mA (68,25 mW), diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.5a, Tabel

LK.5b, Tabel LK.5c, dan Tabel LK.5d]. Pola gain hasil karakterisasi

diperlihatkan pada Gambar 5.11 berikut.

(a)

(b)


57


(c)

(d)

Gambar 5.11 Pola gain EDFA, variasi daya sinyal masukan terhadap daya pompa konstan pada: (a) 150 mA (53,60 mW) (b) 160 mA (61,14 mW)

(c) 170 mA (64,83 mW) (d) 180 mA (68,25 mW)

Dari persamaan (2.4) dan (2.18), apabila laju absorpsi terangsang pompa (a)p

lebih besar daripada laju absorpsi sinyal (a)s

mengakibatkan terjadinya

peningkatan populasi ion di tingkatan 2 dan penurunan populasi ion di tingkatan

1. Penurunan populasi ion di tingkatan 1 menyebabkan penurunan laju absorpsi

sinyal terangsang (a)s . Populasi ion pada tingkatan 2 akan runtuh menghasilkan

emisi spontan berupa ASE noise dengan panjang gelombang yang tidak koheren

dengan sinyal masukan. Peningkatan ASE noise mengakibatkan penurunan gain.

5.4.3 Karakterisasi Gain Erbium Doped Fiber Amplifier dengan Variasi Panjang Gelombang

Tujuan dari karakterisasi ini adalah untuk mengetahui pola gain EDFA

dari variasi daya sinyal terhadap daya pompa konstan, juga pada daya sinyal


58


terhadap variasi daya pompa, pada panjang gelombang ITU L band 1580,35 nm

dan 1590,41 nm. Kedua panjang gelombang ini dipilih karena merupakan panjang

gelombang dominan yang sering digunakan dalam sistem komunikasi optik ITU

L band.

Data hasil karakterisasi EDFA pada panjang gelombang 1580,35 nm dan

1590,41 nm untuk variasi daya sinyal berturut-turut -20 dBm (0,010 mW), -15

dBm (0,032 mW), -10 dBm (0,100 mW) dan -5 dBm (0,316 mW) terhadap daya

pompa konstan berturut-turut 150 mA (53,60 mW), 160 mA (61,14 mW), 170

mA(64,83 mW) dan 180 mA (68,25 mW), diperlihatkan pada lampiran [Tabel

LK.6a dan Tabel LK.6b]. Pola gain hasil karakterisasi diperlihatkan pada Gambar

5.12.

(a)

(b) Gambar 5.12 Pola gain EDFA, variasi daya sinyal masukan(sumber) terhadap daya pompa konstan pada panjang gelombang: (a) 1580,35nm (b) 1590,41 nm


59


Data hasil karakterisasi EDFA pada panjang gelombang 1580,35 nm dan

1590,41 nm untuk sinyal masukan konstan berturut-turut -20 dBm (0,010 mW), -

15 dBm (0,032 mW), -10 dBm (0,100 mW) dan -5 dBm (0,316 mW) terhadap

variasi daya pompa berturut-turut 150 mA (53,60 mW), 160 mA (61,14 mW), 170

mA(64,83 mW) dan 180 mA (68,25 mW), diperlihatkan pada lampiran [Tabel

LK.7a dan Tabel LK.7b]. Pola gain hasil karakterisasi diperlihatkan pada Gambar

5.13.

(a)

(b)

Gambar 5.13 Pola gain EDFA, daya sinyal masukan (sumber) konstan terhadap variasi daya pompa pada panjang gelombang: (a) 1580,35nm (b) 1590,41 nm

Dari persamaan (2.4) dan (2.18), flux photon sinyal s

berbanding

terbalik dengan frekuensi sinyal sv ,

atau berbanding lurus dengan panjang

gelombang sinyal. Peningkatan panjang gelombang sinyal mengakibatkan


60


peningkatan s dan daya sinyal Ps. Peningkatan daya sinyal Ps pada daya pompa

P p konstan ataupun peningkatan daya pompa Pp pada daya sinyal Ps konstan,

keduanya mengakibatkan penurunan gain (2.30). Besaran gain dari EDFA

tergantung dari cross section pada setiap panjang gelombang EDFA L band.

5.5 Pengukuran Amplified Spontaneous Emission (ASE)

Teknis pengukuran sama seperti menggunakan langkah sub 5.3, tetapi

pada pengukuran ASE tidak ada sinyal masukan. Tujuan dari karakterisasi ini

adalah untuk mengetahui karakter ASE noise. Pengukuran ASE dilakukan pada

satu panjang gelombang L band 1598.64 nm. Panjang gelombang ini dipilih

karena terletak pada titik tengah panjang gelombang L band untuk mempermudah

investigasi pengukuran. Daya pompa dipilih pada 150 mA (53.6 mW) karena

menghasilkan pola ASE flat pada layar monitor OSA. Pada Gambar 5.14

diperlihatkan pola spektrum ASE flat dari EDFA L band dengan daya pompa 53.6

mW (150 mA arus injeksi), menghasilkan inversi populasi dengan ASE rata-rata -

37.66 dBm.

Gambar 5.14 Pola spektrum ASE rata L-band EDFA (13.5 meter) dengan daya pompa 53.6 mW (150 mA arus injeksi)


61


ASE rata disebabkan oleh nilai ambang (threshold) penguatan untuk

populasi inversi pada level enegi 1 dan 2 adalah sama, dengan pemompaan

ambang sama persatuan luas pada bandwidth gelombang L band. Puncak ASE

untuk seluruh panjang EDFA dan daya pompa yang diberikan terjadi pada panjang

gelombang 1571,24 nm. Kejadian ini disebabkan karena sifat spektroskopi

Erbium dimana pada panjang gelombang sekitar 1571 nm, Er3+ memliki absorpsi

dan emisi cross section paling tinggi. Pola spektrum ASE menunjukkan bahwa

semakin tinggi daya pompa yang diberikan pada EDFA semakin tinggi daya ASE-

nya. Hal ini terjadi karena faktor inversi populasinya semakin meningkat, atau

jumlah populasi ion-ion erbium pada level energi exited state lebih besar dari yang

ada pada level ground state.

5.6 Karakterisasi Gain dan Noise Figure Erbium Doped Fiber Amplifier L Band.

Tujuan dari karektrisasi untuk mengetahui besaran rata-rata penguatan dan

tingkat kualitas sinyal yang dihasilkan EDFA. Nilai gain dan NF pada EDFA

dipengaruhi oleh daya laser pemompa, panjang EDFA, nilai emisi dan absorpsi

cross section, panjang gelombang dan daya sinyal masukan.

Teknis karakterisasi gain dan noise figure (NF) dilakukan dengan langkah

sebagai berikut :

a. Melakukan langkah seperti saat karakterisasi EDFA dengan menggunakan

rangkaian Gambar 5.9.

b. Memasukan sinyal L band -20 dBm konstan dengan daya laser pemompa

53.60 mW (150 mA arus injeksi). Mencatat sinyal keluaran yang diukur

oleh OSA.

c. Menghitung gain dan NF dengan menggunakan persamaan (5.1) dan (5.2)

[6].

signal out noise out noise out

signal in

P P PG dB 10log

P (5.1)

ASE

s

P 1NF(dB) 10log

h.v . v.G G (5.2)


62


signal out noise outP P

= daya sinyal keluaran terukur pada OSA ( mW)

ASE noise out P P = daya ASE yang terukur di OSA (mW)

h = konstanta planck = 6,626.10-34 Js

vs = frekuensi sinyal input optik (Hz)

v = bandwidth frekuensi sinyal (Hz) ; Bo = s s

cHz

= panjang gelombang sinyal (m)

= bandwidth sinyal pada -3 dB (nm)

Pada Gambar 5.15 diperlihatkan hasil karakterisasi gain dan NF untuk

panjang gelombang 1589.52 nm (-20 dBm).

Gambar 5.15 Sinyal penguatan EDFA -2.65 dBm untuk sinyal 1589.52 nm (-20 dBm)

Dari Gambar 5.15 diperlihatkan sinyal 1589.52 nm (-20 dBm) telah

mengalami penguatan sehingga keluaranya menjadi -2.65 dBm. Gain dan NF

sinyal 1589.52 nm dapat dihitung sebagai berikut :

signal inP = -20.00 dBm = 0.01mW = 10-5 W

signal out noise outP P

= -2.65 dBm = 0.543mW = 543.10-6 W

noise out ASE P P = -40.05 dBm = 0.000099mW = 99. 10-6 W


63


s = 1589.52nm = 1589.52 10-9m

1 = 1589.02nm; 2 = 1590.02nm; =1590.02nm-1589.02nm = 0.5nm

G = signal out noise out noise out

signal in

P P P

P

= 6 6

5543.10 99.10

10

= 44.40

G(dB) = 10 log [G] = 10 log (44.40) = 16.47 dB 8

s 9s

c 3.10V

1589.52.10= 1.89 x 1014 Hz

v = Bo = 8 9

9 9s s

c 3.10 0,5.10

1589,52.10 1589,52.10

= 5,94 x 1010 Hz

NF (dB) = 10 log ASE

s

P 1

h.v . v.G G

= 10 log 6

34 14 1099.10 1

44.406,626.10 1,89.10 5,94.10 44.40x x x = 3.97 dB

Dengan metoda pengukuran dan perhitungan yang sama, untuk daya

pompa konstan 53.6 mW dan sinyal masukan konstan sebesar -20 dBm yang

diatur pada rentang panjang gelombang ITU L band, gain dan NF dapat

dikarakterisasi. Hasil karakterisasi diperlihatkan pada lampiran [Tabel LK.8].

Pada Gambar 5.16 diperlihatkan pola spektrum ASE keluaran EDFA L

band dengan daya pompa konstan 53.6 mW (tanpa sinyal masukan).

Gambar 5.16 Pola spektrum ASE EDFA L band (13.5 meter) dengan daya pompa 53.6 mW (tanpa sinyal masukan)


64


Panjang gelombang 1570 nm memliki ASE paling tinggi dibandingkan dengan

ASE pada panjang gelombang 1610 nm, disebabkan karena pola spektroskopi

absorpsi dan emisi cross section erbium L band pada 1570 nm paling tinggi

dibandingkan dengan panjang gelombang 1610 nm. Berikutnya pada Gambar

5.17 diperlihatkan pola spektrum gain dan NF EDFA L band pada daya LDP

(53.6 mW ) dan sinyal masukan (-20 dBm) konstan.

Gambar 5.17 Pola spektrum gain dan NF EDFA L band (13.5 m) dengan daya pompa 53mW pada daya sinyal masukan -20 dBm konstan.

Dari Gambar 5.17 ditunjukan bahwa noise figure (NF) selalu lebih besar dari

satu, hal ini terjadi karena penguat selalu memberikan tambahan noise selama proses

penguatan dan SNRout selalu lebih kecil dari SNRin. Nilai NF yang tinggi menyatakan

bahwa signal to noise ratio mengalami degradasi akibat proses amplifikasi

(penguatan), sesuai dengan landasan teori persamaan (2.29) [6].

NF = SNRin/SNRout

Nilai NF dipengaruhi juga oleh gain (G), frekuensi sinyal masukan (v), dan

panjang gelombang sinyal masukan, sesuai dengan landasan teori (2.31) [6].

ASEP 1NF

h.v. v.G G

Noise figure akan semakin besar apabila frekuensi sinyal masukan (v) semakin

kecil atau panjang gelombang sinyal masukan ( ) semakin besar. Gain (G) pada

EDFA L band akan semakin kecil seiring dengan peningkatan ( ) sinyal masukan.


65


5.7 Analisa Pendahuluan Menggunakan Simulasi Matlab.

Dalam penelitian ini, simulasi Matlab digunakan sebagai analisa

pendahuluan untuk verifikasi keberhasilan percobaan dilihat dari sudut pandang

landasan teori matematis. Sinyal keluaran yang diteliti akibat perubahan daya

sinyal masukan maupun daya pompa dalam orde yang sangat kecil dengan

jangkah pengukuran yang sangat lebar, sangat sulit sekali untuk dilakukan dalam

percobaan. Pendekatan matematis menggunakan simulasi Matlab akan banyak

membantu memecahkan persoalan yang tidak mungkin dilakukan dalam

percobaan. Hasil karakterisasi percobaan kemudian dimasukan dalam chart hasil

simulasi, untuk menentukan kesimpulan performa dari sistem EDFA L band ini.

Teknis karakterisasi menggunakan simulasi Matlab dilakukan dengan

langkah sebagai berikut :

e. Menyiapkan software aplikasi Matlab, dalam penelitian ini digunakan

Matlab versi 2009.

f. Memasukan data parameter EDFA L band yang digunakan sesuai dengan

Tabel 2.2. Data parameter ini diambil data spesifikasi teknis aktual EDFA

L band yang dikeluarkan dari pihak pabrikan.

g. Memecahkan persamaan diferensial (2.24), (2.25) dan (2.26) ke dalam

Matlab menggunakan metoda Runge Kutta orde empat [20][21].

h. Menentukan kesimpulan dari chart hasil simulasi dan hasil percobaan.

Pada Gambar 5.18 diperlihatkan pola gain terhadap variasi daya sinyal

masukan untuk daya pompa tetap 53.6 mW. Daya pompa 53.6 mW dipilih karena

merupakan daya pompa terendah untuk eksitasi ion Er3+. Pada simulasi ini akan

menentukan seberapa besar gain EDFA pada daya pompa paling rendah terhadap

variasi daya sinyal konstan. Dari Gambar 5.18 terlihat bahwa EDFA akan saturasi

pada daya sinyal lebih besar dari -10 dBm. Pada daerah ini ion-ion Er3+ pada

daerah ground state mulai berkurang untuk terjadinya absopsi dan emisi

terangsang yang akan menghasilkan sinyal koheren, sehingga terjadi penurunan

sinyal keluaran yang mengakibatkan penurunan gain, sesuai dengan persamaan

(2.30).


66


-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 106

7

8

9

10

11

12

Daya sinyal (mW)

Gai

n (d

B)

L=13.5

Daerah saturasi

Daya pompa 53.6 mW

1580.35 nm

Percobaan

Simulasi

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10Daya sinyal (dBm)

8

9

10

11

12

7

Gambar 5.18 Gain terhadap daya sinyal masukan untuk daya daya pompa 53.6 mW (dekat daerah saturasi).

Pada Gambar 5.19 diperlihatkan pola gain terhadap perubahan daya

pompa berturut turut 53.6 mW, 61.14 mW, 64.83 mW dan 68. 25 mW, untuk

variasi sinyal masukan tetap berturut turut -20 dBm, -15 dBm, -10 dBm dan -5

dBm. Peningkatan daya sinyal Ps pada daya pompa Pp konstan ataupun

peningkatan daya pompa Pp pada daya sinyal Ps konstan, keduanya

mengakibatkan penurunan gain begitu juga sebaliknya akan terjadi peningkatan

gain, sesuai dengan persamaan (2.30).

Gambar 5.20 diperlihatkan hasil simulasi pola ASE terhadap variasi daya

pompa untuk panjang EDFA L band 13.5 meter. Dari Gambar 5.20 diperlihatkan

terjadinya peningkatan pola spektrum ASE apabila daya pompa ditingkatkan. Hal

ini terjadi karena adanya peningkatan emisi spontan yang menghasilkan sinyal

yang tidak koheren dengan sinyal masukan, mengakibatkan terjadinya penurunan

sinyal keluaran.

Semua perbedaan gain pada Gambar 5.18 sampai Gambar 5.19 disebabkan

karena faktor losses akibat splacing, insertion losses komponen optik, dan kopling

optik (konektor) yang tidak diperhitungkan dalam simulasi.


67


0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-40

-30

-20

-10

0

10

20

Input Pump Power (W)

Gai

n (d

B)

L=13.5

Gambar 5.19 Gain terhadap daya pompa untuk variasi sinyal masukan -20dBm, -15 dBm, -10dBm dan -5 dBm

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

Input Pump Power (W)

Day

a A

SE

L=13.5

Gambar 5.20 ASE terhadap variasi daya pompa


68


BAB 6 KESIMPULAN

Dalam bab terakhir ini akan dibahas mengenai kesimpulan atas penelitian

sistem penguatan optik erbium doped fiber amplifier (EDFA) pada rentang

panjang gelombang L band 1570 nm-1610 nm.

Dari hasil eksperimen, analisa, dan simulasi untuk panjang erbium doped

fiber (EDF) tetap 13.5 meter jenis L band dan laser dioda pemompa 980 nm,

dapat disimpulkan sebagai berikut:

a. Telah berhasil dilakukan rancang bangun sistem penguatan optik EDFA

untuk pengendalian laser diode pumping driver dengan arus injeksi 4 mA-

300 mA dan power meter controller dengan sensitivitas 0.001 mW pada

jangkah pengukuran 30 dB.

b. Pada daya pompa sebesar 53.6 mW (150 mA arus injeksi) dihasilkan pola

amplified spontaneous emission (ASE) rata-rata sebesar -36.45 dBm.

c. Ditunjukan bahwa dengan sinyal masukan konstan -20 dBm pada panjang

gelombang L band terstandarisasi badan international telecommunication

union (ITU), untuk daya pompa konstan 53.6 mW (150 mA arus injeksi)

dihasilkan gain rata-rata sebesar 11.04 dB dan noise figure (NF) rata-rata

sebesar 3.95 dB.

d. Ditunjukan pula bahwa dengan daya pompa sebesar 68,25 mW (180 mA

arus injeksi) terhadap daya sinyal masukan konstan 0,01mW (-20 dBm)

dihasilkan penguatan terbesar pada panjang gelombang 1570.42 nm

sebesar 20,64 dB.

Hasil penelitian ini secara umum memiliki performa: kemampuan

menguatkan sinyal kecil dibawah -30 dBm, memiliki noise figure (NF) dibawah 4

dB, memiliki gain 20,64 dB dengan 30% penggunaan daya pompa, panjang

EDFA pendek, sistem elektronika menggunakan catu daya tunggal (+5 Volt), dan

ukuran kemasan prototipe relatif kecil yaitu berukuran 250 mm x 200 mm x 100

mm.

68


69


DAFTAR ACUAN

[1]

Chinlon, Lin. (2006). Broadband optical access networks and fiber-to-the

home systems technologies and deployment strategies. England: John Wiley

& Sons.

[2]

Lazorcik, Jay. (2008). Optical Fiber Basic. Lighthouse Chapter SCTE, 23-

24.

[3]

Keiser, Gerd. (2000). Optical fiber communications. Singapore: McGraw-

Hill.

[4]

A Selvarajan, S Kar, T Srinivas. (2002). Optical Fiber Communication.

Singapore: Mc Graw Hill International Edition.

[5]

Max, Ming-Kang, Liu. (1996). Principles and applications of optical

communications. USA: R.R. Donnelley & Sons Company.

[6]

Beker, P.c., Olsson, N.A., & Simpson, J.R. (1999). Erbium-doped fiber

amplifiers fundamentals and technology. USA: Academic Press.

[7]

Kaminov, Ivan P.(2008). Optical Fiber Telecommunications V:107-110.

USA: Elsevier.

[8]

Stewart, WJ., & Love, J.D. (1985). Design Limitation on Tapers and

Couplers in Single Mode Fibers . in Proc.ECOC 85, 559-562.

[9]

Birks,T.A. (1989). Twist- Induced Tuning in Tapered Fiber Couplers.

Appl.Optic, Vol 28, 4226-4233.

[10] System, Cisco.(2000). Introduction to DWDM Technology. Cisco Systems,

Inc. San Jose, 20-25.

[11]

Jeff, H. (2002). Wavelenght Division Multiplexing. USA: Prentice Hall.

[12]

Damask, Jay N. (2005). Polarization Optics In Telecommunication.

USA: springer.

[13]

Chomycz, Bob.(2000). Fiber Optic Installer s field manual. Singapore:

McGraw-Hill.

[14]

Device, Analog .(2000). ADN2830 datasheet. July 23, 2010. http://_

www.alldatasheet.com.

[15]

Device, Analog .(2000). ADN5231 datasheet. July 23, 2010. http://_

www.alldatasheet.com.


http://www.alldatasheet.com


70


[16]

Device, Analog .(2000). AD8304 datasheet. July 23, 2010. http://_

www.analog.com.

[17]

Technologies, Nanovation .(2001). PDDM981 Single Element PIN Detector

datasheet. July 23, 2010. http://www.alldatasheet.com.

[18]

Technologies, Bookham .(2000). LU980L Mini DIL Uncooled Laser. Maret

21, 2010. http://www.alldatasheet.com.

[19]

Limited, Fibercore .(2010). M12 generic datasheet. July 19, 2010.

http://www.fibercore.com.

[20]

Ranjbaran, Mehdi. (2001). Project Simulation Erbium Doped Fiber

Amplifier. 22-27.

[21]

Nur Samijayani, Octarina. (2009). Comparative Analysis of 980 nm and

1480nm Pumping Scheme On C-Band EDFA Using 1530 nm Signal

Wavelength. 50-54.


http://www.analog.com



http://www.fibercore.com

71


DAFTAR REFERENSI

Agrawal, Govin. P. (1992). Fiber-optic communication systems. Canada: John Wiley

& Sons, Inc.

Agrawal, D.C. (2003). Fiber optic communication. India: S. Chan & Company Ltd.

Bass, Michael., Stryland, Eric W. Van. (2002). Fiber optics handbook: fiber, devices,

and system for optical communication. New York: McGraw-Hill.

Buxens, A., Poulsen, R.N., Clausen, A.T., & Jeppesen, P. (2008). Gain flattened L-

band EDF A based on upgrade C-band EDFA using forward ASE pumping in

an EDFA section. Electronics Letters, 36, 821-823.

Desurvire, Emmanuel. (1994). Erbium doped fiber amplifier:Principles and

applications. Canada: John Wiley & Sons, Inc.

Dutta, Achyut K., Dutta, Niloy K., & Fujiwara, Masahito. (2003). WDM

technologies: passive optical components. USA: Academic Press.

Gistvik, Stefan Nilsson. (2002). Optical fiber theory for communication networks.

Sweden: Ericsson Networks Technolgies AB.

Hoss, Robert. J. (1990). Fiber optic communications design handbook. New Jersey:

Prentice-Hall.

Kaminov, Ivan P., Tingye Li, & Willner, Alan E. (2008). Optical fiber

telecommunications, A: Components and subsystems. USA: Academic Press.

Kaminov, Ivan P., Tingye Li, & Willner, Alan E. (2008). Optical fiber

telecommunications, B: Systems and networks. USA: Academic Press.

Kaminow, Ivan P., & Koci, Thomas L. (1997). Optical fiber telecommunications

IlIA. California: Academic Press.

McMahon, David. (2007). MATLAB Demystified. New York : McGraw-Hill eBook.

Pramono, Sholeh H., Syahriar, A., & Sardy, S. (2008). Gain and noise figure

properties of erbium-doped fiber amplifier (EDFA) with length and pump

power variations. International Joint Seminar in Engineering, 83-86.


72


Gambar L1. Rangkaian elektronika mikrokontroler dan TEC


73


Gambar L2. Rangkaian elektronika power meter dan laser controller


74


Gambar L.3 Jalur tembaga PCB bagian atas


75


Gambar L.4 Jalur tembaga PCB bawah


76


Gambar L.5 Silkscreen legend PCB jalur atas


77


Gambar L.6 Silkscreen legend PCB jalur bawah


78


Gambar L.7 Solder mask PCB jalur atas


79


Gambar L.8 Solder mask PCB jalur bawah


80


Gambar L.9 Bagian tutup dumper komponen optik


81


Gambar L.10 Bagian landasan separasi dumper komponen optik


82


Gambar L.11 Bagian separasi dumper komponen optik


83


Gambar L.12 Sistem integrasi elektronika setelah proses solder dan trouble shooting


84


Gambar L.13 Sistem integrasi elektronika dan dumper (komponen optik terlihat dalam dumper)


85


Gambar L.14 Flow chart dari alur kerja rangkaian elektronika


86


Tabel L.1 Bill of material (BOM) skematik

No Used Value Designator Footprint

1 4 1K5 R53 R54 R55 R56 P-0603

2 1 1K8 R12 P-0603

3 27 1K

R1 R2 R3 R4 R6 R7 R13 R27 R57

P-0603

R58 R59 R60 R61 R62 R63 R67 R69

R71R73 R74 R75 R78 R79 R81 R82

R85 R86

4 1 1M R18 P-0603

5 2 1n C39 C42 P-0603

6 6 1uF/16V C18 C19 C20 C21 C46 C50 ELCO_SMD

7 1 4.00 Mhz XT1 XTAL1

8 4 4K7 R76 R80 R83 R87 P-0603

9 29 10K

R5 R8 R10 R16 R17 R22 R24 R25

P-0603

R33 R36 R37R40 R41 R44 R64 R65

R68 R70 R72 RB1 RB2RC1 RC2

RD1 RD2 RS1 RS2 RZ1 RZ2

10 1 10 M R26 P-0603

11 4 10 nF C40 C43 CF1 CF2 P-0603

12 6 10uF/16V C15 C22 C49 C53 ELCO_SMD

13 3 15K R11 R19 R20 P-0603

14 3 20K R9 R14 R15 P-0603 P-0603

15 2 20K VR1 VR2 TUNED

16 4 22uF/16V C5 C6 C7 C54 ELCO_SMD

17 2 33pF C13 C14 P-0603

18 15 100K R28 R29 R30 R31 R32 R45 R46

P-0603

R47 R48R49 R50 R51 R52 R77 R84

19 24 100n

C9 C10 C11 C16 C17 C23 C24 C25

P-0603

C27 C30 C31 C32 C35C37 C41 C44

C45 C47 C48 C51 C52 C55

CPB1 CPB2

20 1 150K R23 P-0603

21 1 180 R21 P-0603

22 1 200n C28 P-0603

23 7 470 R34 R35 R38 R39 R42 R43 R88 P-0603

24 4 470uF/16V C1 C2 C3 C4 ELCO_SMD

25 2 LDP 980 LD1 LD2 DIP8

26 2 AD820 IC13 IC16 SO-8

27 1 AD5231 IC3 TSSOP-16

28 1 AD5235 IC10 TSSOP-16


87


Tabel L.1 (lanjutan)

No Used Value Designator Footprint

29 2 AD8304 IC7 IC8 TSSOP-14

30 4 ADN2830 IC11 IC12 IC14 IC15 LFCSP-32

31 1 ADN8831 IC5 LFCSP-32

32 1 ADR292 IC4 SO-8

33 1 ATMega8535 IC1 TQFP/MLF

34 1 DB9/F PCB SC3 DB-9/M

35 2 FDS8928A MOS1 MOS2 SO-8

36 1 IN4002 D1 DIODE0.4

37 4 Inductor L1 L2 L3 L4 L-SMD

38 3 LED LED3 LED4 LED5 2PIN

39 2 LED_Double LED1 LED2 3PIN

40 1 LM35 IC17 TO-92C

41 2 LM324 IC6 IC9 SO-14

42 1 MALE_PCB SC1 DC_CONNECT

43 8 NPN T1 T2 T3 T4 T5 T7 T8 T9 SOT-23

44 5 PNP T6 T10 T11 T12 T13 SOT-23

45 1 SIP3 SW2 SIP3

46 2 SIP6 SC2 SC4 SIP6

47 1 SW1 SW1 SIP2

48 1 TEC TEC1 SQR4X4

49 14 1.5mm TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 TP6

TEST_POINT

TP7 TP8 TP9 TP10 TP11 TP12

TP13 TP14


88


Tabel LK.1 Karakterisasi power monitoring AD8304 (VR1 atau VR2 di set pada 0.001 mW/step)

Panjang Gelombang (L Band) 1570 nm 1590 nm 1610 nm

Kode Kode Daya Masukan Aktual Tegangan Terukur (VOUT)

(Des) (hex) (mW) (dBm) (mV) (mV) (mV) (mV) 1 001 0.001 -30.000 4 5 9 7 25 019 0.025 -16.021 100 103 102 104 50 032 0.050 -13.010 200 201 205 203

75 04B 0.075 -11.249 300 305 304 304 100 064 0.100 -10.000 400 405 403 403 125 07D 0.125 -9.031 500 504 504 501 150 096 0.150 -8.239 600 605 604 603 175 0AF 0.175 -7.570 700 702 702 702 200 0C8 0.200 -6.990 800 801 802 803 225 0E1 0.225 -6.478 900 903 902 901 250 0FA 0.250 -6.021 1,000 1,004 1,003 1,003 275 113 0.275 -5.607 1,100 1,101 1,104 1,103 300 12C 0.300 -5.229 1,200 1,205 1,205 1,201 325 145 0.325 -4.881 1,300 1,303 1,301 1,302 350 15E 0.350 -4.559 1,400 1,405 1,403 1,404 375 177 0.375 -4.260 1,500 1,503 1,502 1,501 400 190 0.400 -3.979 1,600 1,604 1,603 1,603 425 1A9 0.425 -3.716 1,700 1,701 1,704 1,703 450 1C2 0.450 -3.468 1,800 1,805 1,805 1,801 475 1DB 0.475 -3.233 1,900 1,904 1,902 1,904 500 1F4 0.500 -3.010 2,000 2,001 2,005 2,001 525 20D 0.525 -2.798 2,100 2,103 2,102 2,104 550 226 0.550 -2.596 2,200 2,201 2,205 2,203 575 23F 0.575 -2.403 2,300 2,305 2,304 2,304 600 258 0.600 -2.218 2,400 2,405 2,403 2,403 625 271 0.625 -2.041 2,500 2,501 2,505 2,503 650 28A 0.650 -1.871 2,600 2,603 2,602 2,604 675 2A3 0.675 -1.707 2,700 2,701 2,705 2,703 700 2BC 0.700 -1.549 2,800 2,805 2,804 2,804 725 2D5 0.725 -1.397 2,900 2,905 2,903 2,903 750 2EE 0.750 -1.249 3,000 3,004 3,004 3,001 775 307 0.775 -1.107 3,100 3,105 3,104 3,103 800 320 0.800 -0.969 3,200 3,202 3,202 3,202 825 339 0.825 -0.835 3,300 3,301 3,302 3,303 850 352 0.850 -0.706 3,400 3,403 3,402 3,401 875 36B 0.875 -0.580 3,500 3,504 3,503 3,503 900 384 0.900 -0.458 3,600 3,601 3,604 3,603 925 39D 0.925 -0.339 3,700 3,705 3,705 3,701 950 3B6 0.950 -0.223 3,800 3,802 3,803 3,803 975 3CF 0.975 -0.110 3,900 3,901 3,904 3,902

1000 3E8 1.000 0.000 4,000 4,005 4,006 4,001


89


Tabel LK.2 Karakterisasi laser diode pumping (LDP) LU980L

No RPSET

Arus Panjang Daya keluaran

injeksi LDP Gelombang

(Ohm) (mA) (nm) (dBm) (mW)

1 24.000 26 980,298 2,12 1,629 2 23.150 27 980,304 3,10 2,045

3 22.300 28 980,318 3,71 2,353 4 21.550 29 980,323 4,98 3,147 5 20.700 30 980,323 5,21 3,318

6 19.900 31 980,318 5,50 3,549 7 19.150 32 980,337 6,21 4,177 8 18.250 33 980,332 6,49 4,461

9 17.500 34 980,337 7,05 5,070 10 16.750 35 980,329 7,24 5,303 11 15.500 36 980,331 7,56 5,707

12 15.000 37 980,347 8,02 6,340 13 14.250 38 980,341 8,30 6,769 15 12.650 40 980,368 8,75 7,501

16 11.850 41 980,388 9,36 8,628 17 11.100 42 980,385 9,53 8,975 18 10.300 43 980,374 9,58 9,074

19 9.550 44 980,374 9,85 9,663 20 8.750 45 980,407 9,99 9,986 21 7.850 46 980,398 10,03 10,090

22 7.100 47 980,382 10,37 10,890 23 6.350 48 980,375 10,39 10,950 24 5.450 49 980,411 10,48 11,180

25 4.650 50 980,374 10,53 11,310 26 4.250 60 980,421 12,22 16,690 27 3.900 70 980,424 13,03 20,110

28 3.500 80 980,407 13,84 24,220 29 3.150 90 980,500 14,56 28,560 30 2.750 100 980,516 15,25 33,530

31 2.400 110 980,547 15,90 38,860 32 2.250 120 980,552 16,42 43,830 33 1.950 130 980,547 16,46 46,130

34 1.650 140 980,542 17,18 52,180 35 1.300 150 980,535 17,29 53,600 36 1.100 160 980,604 17,86 61,140

37 750 170 980,613 18,12 64,830 38 455 180 980,622 18,34 68,250 39 160 190 980,625 18,46 70,210

40 110 200 980,662 18,85 76,720 Nilai rata -rata (nm) 980,424

Nilai rata -rata (mW/1 mA)

0,387


90


Tabel LK.3 Karakterisasi isolator optik L band Opnoti tipe 1S-D-15-250-1-1-NE sinyal masukan -20 dBm

pengujian pada rentang L band

No

Sinyal Masukan -20 dBm

Daya Daya Insertion

Keluaran Keluaran Loss

(nm) (dBm) (dB) 1 1570.42 -20.81 0.81

2 1572.06 -20.82 0.82

3 1573.71 -20.82 0.82

4 1575.37 -20.95 0.95

5 1577.03 -20.90 0.90

6 1578.69 -20.91 0.91

7 1580.35 -20.81 0.81

8 1582.02 -20.83 0.83

9 1583.69 -20.84 0.84

10 1585.36 -20.82 0.82

11 1587.04 -20.90 0.90

12 1588.73 -20.92 0.92

13 1590.41 -20.97 0.97

14 1592.10 -20.84 0.84

15 1593.79 -20.86 0.86

16 1595.49 -20.82 0.82

17 1597.19 -20.81 0.81

18 1598.89 -20.87 0.87

19 1600.60 -20.92 0.92

20 1602.31 -20.92 0.92

21 1604.03 -20.97 0.97

22 1605.74 -20.83 0.83

23 1607.47 -20.85 0.85

24 1609.19 -20.81 0.81

25 1610.92 -20.82 0.82

Nilai rata-rata -20.86 0.86


91


Tabel LK.4a Karakterisasi EDFA L-band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -20 dBm pengujian pada L band ITU grid

Arus injeksi 150 160 170 180

(mA)

Daya pompa

17,290 17,860 18,120 18,340 Gain

(dBm)

Daya pompa 53,600 61,140 64,830 68,250

rata-rata

(mW)

Daya sinyal -20 -20 -20 -20

/+10 mA

(dBm)

No ITU Daya keluaran dan gain

(nm) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dB) 1 1570,42 -6,45 13,55 -2,75 17,25 -0,80 19,20 0,64 20,64 2,36

3 1572,06 -6,59 13,41 -3,64 16,36 -1,52 18,48 -0,20 19,80 2,13

5 1573,71 -7,11 12,89 -4,24 15,76 -2,16 17,84 -0,99 19,01 2,04

7 1575,37 -7,69 12,31 -4,95 15,05 -2,85 17,15 -1,60 18,40 2,03

9 1577,03 -8,08 11,92 -5,45 14,55 -3,49 16,51 -2,39 17,61 1,90

11 1578,69 -8,41 11,59 -5,88 14,12 -3,98 16,02 -2,91 17,09 1,83

13 1580,35 -8,56 11,44 -6,13 13,87 -4,33 15,67 -3,28 16,72 1,76

15 1582,02 -8,66 11,34 -6,38 13,62 -4,68 15,32 -3,72 16,28 1,65

17 1583,69 -8,76 11,24 -6,56 13,44 -4,85 15,15 -3,96 16,04 1,60

19 1585,36 -8,79 11,21 -6,67 13,33 -5,16 14,84 -4,15 15,85 1,55

21 1587,04 -8,84 11,16 -6,75 13,25 -5,33 14,67 -4,33 15,67 1,50

23 1588,73 -8,78 11,22 -6,84 13,16 -5,50 14,50 -4,50 15,50 1,43

25 1590,41 -8,82 11,18 -6,97 13,03 -5,66 14,34 -4,71 15,29 1,37

27 1592.10 -8,85 11,15 -7,09 12,91 -5,77 14,23 -4,90 15,10 1,32

29 1593,79 -8,93 11,07 -7,19 12,81 -5,92 14,08 -5,13 14,87 1,27

31 1595,49 -8,97 11,03 -7,32 12,68 -6,10 13,90 -5,28 14,72 1,23

33 1597,19 -9,07 10,93 -7,44 12,56 -6,29 13,71 -5,49 14,51 1,19

35 1598,89 -9,23 10,77 -7,64 12,36 -6,54 13,46 -5,77 14,23 1,15

37 1600.60 -9,48 10,52 -7,95 12,05 -6,78 13,22 -6,13 13,87 1,12

39 1602,31 -9,71 10,29 -8,24 11,76 -7,24 12,76 -6,51 13,49 1,07

41 1604,03 -9,94 10,06 -8,58 11,42 -7,57 12,43 -6,89 13,11 1,02

43 1605,74 -10,27 9,73 -8,98 11,02 -7,98 12,02 -7,35 12,65 0,97

45 1607,47 -10,74 9,26 -9,47 10,53 -8,53 11,47 -7,88 12,12 0,95

47 1609,19 -11,25 8,75 -10,00 10,00 -9,20 10,80 -8,57 11,43 0,89

49 1610,92 -11,79 8,21 -10,65 9,35 -9,81 10,19 -9,27 10,73 0,84

Gain rata-rata (dB) 11,05

13,05

14,48

15,39


92


Tabel LK.4b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -15 dBm pengujian pada ITU grid

Arus injeksi 150 160 170 180

(mA)

Daya pompa

17,290 17,860 18,120 18,340 Gain

(dBm)

Daya pompa 53,600 61,140 64,830 68,250

rata-rata

(mW)

Daya sinyal -15 -15 -15 -15

/+10 mA

(dBm)


(nm) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dB) 1 1570,42 0,03 15,03 1,80 16,80 3,11 18,11 4,21 19,21 1,39

3 1572,06 -0,86 14,14 1,05 16,05 2,40 17,40 3,56 18,56 1,47

5 1573,71 -1,58 13,42 0,29 15,29 1,82 16,82 2,94 17,94 1,51

7 1575,37 -2,24 12,76 -0,32 14,68 1,12 16,12 2,31 17,31 1,52

9 1577,03 -2,81 12,19 -0,91 14,09 0,59 15,59 1,78 16,78 1,53

11 1578,69 -3,22 11,78 -1,29 13,71 0,08 15,08 1,28 16,28 1,50

13 1580,35 -3,39 11,61 -1,56 13,44 -0,26 14,74 0,99 15,99 1,46

15 1582,02 -3,58 11,42 -1,79 13,21 -0,54 14,46 0,66 15,66 1,41

17 1583,69 -3,76 11,24 -1,98 13,02 -0,68 14,32 0,42 15,42 1,39

19 1585,36 -3,85 11,15 -2,15 12,85 -0,82 14,18 0,26 15,26 1,37

21 1587,04 -3,92 11,08 -2,20 12,80 -0,93 14,07 0,09 15,09 1,34

23 1588,73 -3,93 11,07 -2,28 12,72 -1,09 13,91 -0,07 14,93 1,29

25 1590,41 -4,00 11,00 -2,24 12,76 -1,21 13,79 -0,26 14,74 1,25

27 1592.10 -4,12 10,88 -2,54 12,46 -1,35 13,65 -0,38 14,62 1,25

29 1593,79 -4,21 10,79 -2,66 12,34 -1,52 13,48 -0,58 14,42 1,21

31 1595,49 -4,25 10,75 -2,74 12,26 -1,67 13,33 -0,73 14,27 1,17

33 1597,19 -4,38 10,62 -2,89 12,11 -1,80 13,20 -0,97 14,03 1,14

35 1598,89 -4,52 10,48 -3,10 11,90 -1,97 13,03 -1,10 13,90 1,14

37 1600.60 -4,76 10,24 -3,38 11,62 -2,31 12,69 -1,51 13,49 1,08

39 1602,31 -5,01 9,99 -3,62 11,38 -2,63 12,37 -1,84 13,16 1,06

41 1604,03 -5,24 9,76 -3,93 11,07 -2,97 12,03 -2,21 12,79 1,01

43 1605,74 -5,54 9,46 -4,27 10,73 -3,35 11,65 -2,59 12,41 0,98

45 1607,47 -5,99 9,01 -4,75 10,25 -3,82 11,18 -3,12 11,88 0,96

47 1609,19 -6,46 8,54 -5,27 9,73 -4,41 10,59 -3,73 11,27 0,91

49 1610,92 -7,05 7,95 -5,92 9,08 -5,08 9,92 -4,56 10,44 0,83


12,65

13,83

14,79


93


Tabel LK.4c Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -10 dBm pengujian pada ITU grid

Arus injeksi 150 160 170 180

(mA)

Daya pompa

17,290 17,860 18,120 18,340 Gain

(dBm)

Daya pompa 53,600 61,140 64,830 68,250

rata-rata

(mW)

Daya sinyal -10 -10 -10 -10

/+10 mA

(dBm)



3 1572,06 3,85 13,85 4,97 14,97 5,85 15,85 6,67 16,67 0,94

5 1573,71 3,18 13,18 4,37 14,37 5,29 15,29 6,10 16,10 0,97

7 1575,37 2,55 12,55 3,79 13,79 4,78 14,78 5,58 15,58 1,01

9 1577,03 1,98 11,98 3,23 13,23 4,23 14,23 5,02 15,02 1,01

11 1578,69 1,52 11,52 2,74 12,74 3,85 13,85 4,67 14,67 1,05

13 1580,35 1,29 11,29 2,53 12,53 3,59 13,59 4,42 14,42 1,04

15 1582,02 1,04 11,04 2,29 12,29 3,26 13,26 4,10 14,10 1,02

17 1583,69 0,83 10,83 2,06 12,06 3,11 13,11 3,93 13,93 1,03

19 1585,36 0,69 10,69 1,96 11,96 2,97 12,97 3,77 13,77 1,03

21 1587,04 0,61 10,61 1,79 11,79 2,86 12,86 3,67 13,67 1,02

23 1588,73 0,57 10,57 1,76 11,76 2,75 12,75 3,54 13,54 0,99

25 1590,41 0,44 10,44 1,62 11,62 2,51 12,51 3,33 13,33 0,96

27 1592.10 0,31 10,31 1,49 11,49 2,47 12,47 3,24 13,24 0,98

29 1593,79 0,24 10,24 1,38 11,38 2,36 12,36 3,10 13,10 0,95

31 1595,49 0,13 10,13 1,26 11,26 2,21 12,21 2,96 12,96 0,94

33 1597,19 0,02 10,02 1,13 11,13 2,06 12,06 2,83 12,83 0,94

35 1598,89 -0,12 9,88 0,99 10,99 1,93 11,93 2,60 12,60 0,91

37 1600.60 -0,35 9,65 0,71 10,71 1,67 11,67 2,42 12,42 0,92

39 1602,31 -0,59 9,41 0,48 10,48 1,41 11,41 2,14 12,14 0,91

41 1604,03 -0,82 9,18 0,26 10,26 1,15 11,15 1,81 11,81 0,88

43 1605,74 -1,11 8,89 -0,09 9,91 0,82 10,82 1,48 11,48 0,86

45 1607,47 -1,51 8,49 -0,47 9,53 0,37 10,37 1,08 11,08 0,86

47 1609,19 -1,95 8,05 -0,95 9,05 -0,07 9,93 0,59 10,59 0,85

49 1610,92 -2,51 7,49 -1,53 8,47 -0,68 9,32 -0,06 9,94 0,82


11,74

12,69

13,45


94


Tabel LK.4d Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya sinyal konstan -5 dBm pengujian pada ITU grid

Arus injeksi 150 160 170 180

(mA)

Daya pompa

17,290 17,860 18,120 18,340 Gain

(dBm)

Daya pompa 53,600 61,140 64,830 68,250

rata-rata

(mW)

Daya sinyal -5 -5 -5 -5

/+10 mA

(dBm)



3 1572,06 7,33 12,33 8,11 13,11 8,78 13,78 9,31 14,31 0,66

5 1573,71 6,89 11,89 7,68 12,68 8,31 13,31 8,84 13,84 0,65

7 1575,37 6,04 11,04 7,23 12,23 7,87 12,87 8,48 13,48 0,81

9 1577,03 5,96 10,96 6,78 11,78 7,45 12,45 8,07 13,07 0,70

11 1578,69 5,58 10,58 6,39 11,39 7,06 12,06 7,66 12,66 0,69

13 1580,35 5,31 10,31 6,14 11,14 6,77 11,77 7,42 12,42 0,70

15 1582,02 5,07 10,07 5,89 10,89 6,57 11,57 7,20 12,20 0,71

17 1583,69 4,86 9,86 5,68 10,68 6,37 11,37 6,95 11,95 0,70

19 1585,36 4,70 9,70 5,54 10,54 6,25 11,25 6,78 11,78 0,69

21 1587,04 4,58 9,58 5,40 10,40 6,12 11,12 6,71 11,71 0,71

23 1588,73 4,49 9,49 5,29 10,29 5,97 10,97 6,54 11,54 0,68

25 1590,41 4,35 9,35 5,15 10,15 5,81 10,81 6,44 11,44 0,70

27 1592.10 4,02 9,02 5,01 10,01 5,71 10,71 6,36 11,36 0,78

29 1593,79 4,07 9,07 4,92 9,92 5,62 10,62 6,22 11,22 0,72

31 1595,49 3,99 8,99 4,79 9,79 5,47 10,47 6,09 11,09 0,70

33 1597,19 3,89 8,89 4,69 9,69 5,33 10,33 5,98 10,98 0,70

35 1598,89 3,74 8,74 4,53 9,53 5,21 10,21 5,83 10,83 0,70

37 1600.60 3,51 8,51 4,30 9,30 4,94 9,94 5,61 10,61 0,70

39 1602,31 3,30 8,30 4,09 9,09 4,76 9,76 5,42 10,42 0,71

41 1604,03 3,10 8,10 3,87 8,87 4,49 9,49 5,13 10,13 0,68

43 1605,74 2,81 7,81 3,60 8,60 4,23 9,23 4,87 9,87 0,69

45 1607,47 2,47 7,47 3,24 8,24 3,92 8,92 4,52 9,52 0,68

47 1609,19 2,05 7,05 2,83 7,83 3,53 8,53 4,12 9,12 0,69

49 1610,92 1,63 6,63 2,39 7,39 3,06 8,06 3,68 8,68 0,68


10,28

10,95

11,56


95


Tabel LK.5a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya pompa konstan 150 mA (53,6 mW) pengujian pada ITU grid

Arus injeksi 150

(mA)

Daya pompa

17,290

(dBm) gain

Daya pompa 53,600

rata-rata

(mW) /+5dBm

Daya sinyal -20 -15 -10 -5

(dBm)

No

ITU Daya keluaran dan gain

(nm) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dB) 1 1570,42 -6,45 13,55 0,03 15,03 4,52 14,52 7,72 12,72 0,28

3 1572,06 -6,59 13,41 -0,86 14,14 3,85 13,85 7,33 12,33 0,36

5 1573,71 -7,11 12,89 -1,58 13,42 3,18 13,18 6,89 11,89 0,33

7 1575,37 -7,69 12,31 -2,24 12,76 2,55 12,55 6,04 11,04 0,42

9 1577,03 -8,08 11,92 -2,81 12,19 1,98 11,98 5,96 10,96 0,32

11 1578,69 -8,41 11,59 -3,22 11,78 1,52 11,52 5,58 10,58 0,34

13 1580,35 -8,56 11,44 -3,39 11,61 1,29 11,29 5,31 10,31 0,38

15 1582,02 -8,66 11,34 -3,58 11,42 1,04 11,04 5,07 10,07 0,42

17 1583,69 -8,76 11,24 -3,76 11,24 0,83 10,83 4,86 9,86 0,46

19 1585,36 -8,79 11,21 -3,85 11,15 0,69 10,69 4,70 9,70 0,50

21 1587,04 -8,84 11,16 -3,92 11,08 0,61 10,61 4,58 9,58 0,53

23 1588,73 -8,78 11,22 -3,93 11,07 0,57 10,57 4,49 9,49 0,58

25 1590,41 -8,82 11,18 -4,00 11,00 0,44 10,44 4,35 9,35 0,61

27 1592.10 -8,85 11,15 -4,12 10,88 0,31 10,31 4,02 9,02 0,71

29 1593,79 -8,93 11,07 -4,21 10,79 0,24 10,24 4,07 9,07 0,67

31 1595,49 -8,97 11,03 -4,25 10,75 0,13 10,13 3,99 8,99 0,68

33 1597,19 -9,07 10,93 -4,38 10,62 0,02 10,02 3,89 8,89 0,68

35 1598,89 -9,23 10,77 -4,52 10,48 -0,12 9,88 3,74 8,74 0,68

37 1600.60 -9,48 10,52 -4,76 10,24 -0,35 9,65 3,51 8,51 0,67

39 1602,31 -9,71 10,29 -5,01 9,99 -0,59 9,41 3,30 8,30 0,66

41 1604,03 -9,94 10,06 -5,24 9,76 -0,82 9,18 3,10 8,10 0,65

43 1605,74 -10,27 9,73 -5,54 9,46 -1,11 8,89 2,81 7,81 0,64

45 1607,47 -10,74 9,26 -5,99 9,01 -1,51 8,49 2,47 7,47 0,60

47 1609,19 -11,25 8,75 -6,46 8,54 -1,95 8,05 2,05 7,05 0,57

49 1610,92 -11,79 8,21 -7,05 7,95 -2,51 7,49 1,63 6,63 0,53


11,05

10,59

9,46


96


Tabel LK.5b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya pompa konstan 160 mA (61,14 mW) pengujian pada ITU grid

. Arus injeksi

160

(mA)

Daya pompa

17,860

(dBm) gain

Daya pompa 61,140

rata-rata

(mW) /+5dBm

Daya sinyal -20 -15 -10 -5

(dBm)

No


(nm) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dBm) (dB) (dB) 1 1570,42 -2,75 17,25 1,80 16,80 5,62 15,62 8,48 13,48 1,26

3 1572,06 -3,64 16,36 1,05 16,05 4,97 14,97 8,11 13,11 1,08

5 1573,71 -4,24 15,76 0,29 15,29 4,37 14,37 7,68 12,68 1,03

7 1575,37 -4,95 15,05 -0,32 14,68 3,79 13,79 7,23 12,23 0,94

9 1577,03 -5,45 14,55 -0,91 14,09 3,23 13,23 6,78 11,78 0,92

11 1578,69 -5,88 14,12 -1,29 13,71 2,74 12,74 6,39 11,39 0,91

13 1580,35 -6,13 13,87 -1,56 13,44 2,53 12,53 6,14 11,14 0,91

15 1582,02 -6,38 13,62 -1,79 13,21 2,29 12,29 5,89 10,89 0,91

17 1583,69 -6,56 13,44 -1,98 13,02 2,06 12,06 5,68 10,68 0,92

19 1585,36 -6,67 13,33 -2,15 12,85 1,96 11,96 5,54 10,54 0,93

21 1587,04 -6,75 13,25 -2,20 12,80 1,79 11,79 5,40 10,40 0,95

23 1588,73 -6,84 13,16 -2,28 12,72 1,76 11,76 5,29 10,29 0,96

25 1590,41 -6,97 13,03 -2,24 12,76 1,62 11,62 5,15 10,15 0,96

27 1592.10 -7,09 12,91 -2,54 12,46 1,49 11,49 5,01 10,01 0,97

29 1593,79 -7,19 12,81 -2,66 12,34 1,38 11,38 4,92 9,92 0,96

31 1595,49 -7,32 12,68 -2,74 12,26 1,26 11,26 4,79 9,79 0,96

33 1597,19 -7,44 12,56 -2,89 12,11 1,13 11,13 4,69 9,69 0,96

35 1598,89 -7,64 12,36 -3,10 11,90 0,99 10,99 4,53 9,53 0,94

37 1600.60 -7,95 12,05 -3,38 11,62 0,71 10,71 4,30 9,30 0,92

39 1602,31 -8,24 11,76 -3,62 11,38 0,48 10,48 4,09 9,09 0,89

41 1604,03 -8,58 11,42 -3,93 11,07 0,26 10,26 3,87 8,87 0,85

43 1605,74 -8,98 11,02 -4,27 10,73 -0,09 9,91 3,60 8,60 0,81

45 1607,47 -9,47 10,53 -4,75 10,25 -0,47 9,53 3,24 8,24 0,76

47 1609,19 -10,00 10,00 -5,27 9,73 -0,95 9,05 2,83 7,83 0,72

49 1610,92 -10,65 9,35 -5,92 9,08 -1,53 8,47 2,39 7,39 0,65


12,65

11,74

10,28


97


Tabel LK.5c Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya pompa konstan 170 mA (64,83 mW) pengujian pada ITU grid

Arus injeksi 170

(mA)

Daya pompa

18,120

(dBm) gain

Daya pompa 64,830

rata-rata

(mW) /+5dB

m

Daya sinyal -20 -15 -10 -5

(dBm)

No


(nm) (dBm

) (dB)

(dBm)

(dB) (dBm

) (dB)

(dBm)

(dB) (dB)

1 1570,42 -0,80 19,20 3,11 18,11 6,57 16,57 9,05 14,05 1,72

3 1572,06 -1,52 18,48 2,40 17,40 5,85 15,85 8,78 13,78 1,57

5 1573,71 -2,16 17,84 1,82 16,82 5,29 15,29 8,31 13,31 1,51

7 1575,37 -2,85 17,15 1,12 16,12 4,78 14,78 7,87 12,87 1,43

9 1577,03 -3,49 16,51 0,59 15,59 4,23 14,23 7,45 12,45 1,35

11 1578,69 -3,98 16,02 0,08 15,08 3,85 13,85 7,06 12,06 1,32

13 1580,35 -4,33 15,67 -0,26 14,74 3,59 13,59 6,77 11,77 1,30

15 1582,02 -4,68 15,32 -0,54 14,46 3,26 13,26 6,57 11,57 1,25

17 1583,69 -4,85 15,15 -0,68 14,32 3,11 13,11 6,37 11,37 1,26

19 1585,36 -5,16 14,84 -0,82 14,18 2,97 12,97 6,25 11,25 1,20

21 1587,04 -5,33 14,67 -0,93 14,07 2,86 12,86 6,12 11,12 1,18

23 1588,73 -5,50 14,50 -1,09 13,91 2,75 12,75 5,97 10,97 1,18

25 1590,41 -5,66 14,34 -1,21 13,79 2,51 12,51 5,81 10,81 1,18

27 1592.10 -5,77 14,23 -1,35 13,65 2,47 12,47 5,71 10,71 1,17

29 1593,79 -5,92 14,08 -1,52 13,48 2,36 12,36 5,62 10,62 1,15

31 1595,49 -6,10 13,90 -1,67 13,33 2,21 12,21 5,47 10,47 1,14

33 1597,19 -6,29 13,71 -1,80 13,20 2,06 12,06 5,33 10,33 1,13

35 1598,89 -6,54 13,46 -1,97 13,03 1,93 11,93 5,21 10,21 1,08

37 1600.60 -6,78 13,22 -2,31 12,69 1,67 11,67 4,94 9,94 1,09

39 1602,31 -7,24 12,76 -2,63 12,37 1,41 11,41 4,76 9,76 1,00

41 1604,03 -7,57 12,43 -2,97 12,03 1,15 11,15 4,49 9,49 0,98

43 1605,74 -7,98 12,02 -3,35 11,65 0,82 10,82 4,23 9,23 0,93

45 1607,47 -8,53 11,47 -3,82 11,18 0,37 10,37 3,92 8,92 0,85

47 1609,19 -9,20 10,80 -4,41 10,59 -0,07 9,93 3,53 8,53 0,76

49 1610,92 -9,81 10,19 -5,08 9,92 -0,68 9,32 3,06 8,06 0,71


13,83

12,69

10,95


98


Tabel LK.5d Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter untuk daya pompa konstan 180 mA (68,25 mW) pengujian pada ITU grid

Arus injeksi 180

(mA)

Daya pompa

18,340

(dBm) gain

Daya pompa 68,250

rata-rata

(mW) /+5dBm

Daya sinyal -20 -15 -10 -5

(dBm)

No



3 1572,06 -0,20 19,80 3,56 18,56 6,67 16,67 9,31 14,31 1,83

5 1573,71 -0,99 19,01 2,94 17,94 6,10 16,10 8,84 13,84 1,72

7 1575,37 -1,60 18,40 2,31 17,31 5,58 15,58 8,48 13,48 1,64

9 1577,03 -2,39 17,61 1,78 16,78 5,02 15,02 8,07 13,07 1,51

11 1578,69 -2,91 17,09 1,28 16,28 4,67 14,67 7,66 12,66 1,48

13 1580,35 -3,28 16,72 0,99 15,99 4,42 14,42 7,42 12,42 1,43

15 1582,02 -3,72 16,28 0,66 15,66 4,10 14,10 7,20 12,20 1,36

17 1583,69 -3,96 16,04 0,42 15,42 3,93 13,93 6,95 11,95 1,36

19 1585,36 -4,15 15,85 0,26 15,26 3,77 13,77 6,78 11,78 1,36

21 1587,04 -4,33 15,67 0,09 15,09 3,67 13,67 6,71 11,71 1,32

23 1588,73 -4,50 15,50 -0,07 14,93 3,54 13,54 6,54 11,54 1,32

25 1590,41 -4,71 15,29 -0,26 14,74 3,33 13,33 6,44 11,44 1,28

27 1592.10 -4,90 15,10 -0,38 14,62 3,24 13,24 6,36 11,36 1,25

29 1593,79 -5,13 14,87 -0,58 14,42 3,10 13,10 6,22 11,22 1,22

31 1595,49 -5,28 14,72 -0,73 14,27 2,96 12,96 6,09 11,09 1,21

33 1597,19 -5,49 14,51 -0,97 14,03 2,83 12,83 5,98 10,98 1,18

35 1598,89 -5,77 14,23 -1,10 13,90 2,60 12,60 5,83 10,83 1,13

37 1600.60 -6,13 13,87 -1,51 13,49 2,42 12,42 5,61 10,61 1,09

39 1602,31 -6,51 13,49 -1,84 13,16 2,14 12,14 5,42 10,42 1,02

41 1604,03 -6,89 13,11 -2,21 12,79 1,81 11,81 5,13 10,13 0,99

43 1605,74 -7,35 12,65 -2,59 12,41 1,48 11,48 4,87 9,87 0,93

45 1607,47 -7,88 12,12 -3,12 11,88 1,08 11,08 4,52 9,52 0,87

47 1609,19 -8,57 11,43 -3,73 11,27 0,59 10,59 4,12 9,12 0,77

49 1610,92 -9,27 10,73 -4,56 10,44 -0,06 9,94 3,68 8,68 0,68


14,79

13,45

11,56


99


Tabel LK.6a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter variasi daya sinyal terhadap daya pompa konstan ( 1580,35 nm)

1580,35 nm

Daya Pompa

150 mA 160 mA 170 mA 180 mA Peningkatan

17.29 dBm 17.86 dBm 18.12 dBm 18.34 dBm gain

53.6 mW 61.14 mW 64.83 mW 68.25 mW rata-rata

Daya Daya keluaran dan gain

/+10mA

sinyal

dBm mW dBm dB dBm dB dBm dB dBm dB dB

-20 0,010 -8,01 11,99 -6,02 13,98 -4,43 15,57 -3,28 16,72 1,58

-15 0,032 -3,09 11,91 -1,59 13,41 -0,16 14,84 0,88 15,88 1,32

-10 0,100 1,45 11,45 2,57 12,57 3,61 13,61 4,45 14,45 1,00

-5 0,316 5,41 10,41 6,17 11,17 6,84 11,84 7,48 12,48 0,69

Penurunan gain 0,53

0,94

1,24

1,41

rata-rata /+5 dBm (dB)

Tabel LK.6b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter variasi daya sinyal terhadap daya pompa konstan ( 1590,35 nm)

1590,41 nm

Daya Pompa

150 mA 160 mA 170 mA 180 mA Peningkatan

17.29 dBm 17.86 dBm 18.12 dBm 18.34 dBm gain

53.6 mW 61.14 mW 64.83 mW 68.25 mW rata-rata

Daya Daya keluaran dan gain

/+10mA

sinyal

dBm mW dBm dB dBm dB dBm dB dBm dB dB

-20 0,010 -8,82 11,18 -6,97 13,03 -5,66 14,34 -4,71 15,29 1,37

-15 0,032 -4,00 11,00 -2,24 12,76 -1,21 13,79 -0,26 14,74 1,25

-10 0,100 0,44 10,44 1,62 11,62 2,51 12,51 3,33 13,33 0,96

-5 0,316 4,35 9,35 5,15 10,15 5,81 10,81 6,44 11,44 0,70

Penurunan gain 0,61

0,96

1,18

1,28

rata-rata /+5 dBm (dB)


100


Tabel LK.7a Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter panjang gelombang 1580,35 nm pada daya sumber tetap

Daya sumber

1580,35 nm -20 dBm -15 dBm -10 dBm -5 dBm Penurunan

0,010 mW 0,032 mW 0,100 mW 0,316 mW gain

Daya pompa Daya keluaran dan gain rata-rata /+5 dBm

mA mW dBm dB dBm dB dBm dB dBm dB dB

150 53,60 -8,56 11,44 -3,39 11,61 1,29 11,29 5,31 10,31 0,38

160 61,14 -6,13 13,87 -1,56 13,44 2,53 12,53 6,14 11,14 0,91

170 64,83 -4,33 15,67 -0,26 14,74 3,59 13,59 6,77 11,77 1,30

180 68,25 -3,28 16,72 0,99 15,99 4,42 14,42 7,42 12,42 1,43

Kenaikan gain 1,76

1,46

1,04

0,70

rata-rata /+10 mA (dB)

Tabel LK.7b Karakterisasi EDFA L band panjang 13.5 meter panjang gelombang 1590,41 nm pada daya sumber tetap

Daya Sumber

1590,41 nm -20 dBm -15 dBm -10 dBm -5 dBm Penurunan

0,010 mW 0,032 mW 0,100 mW 0,316 mW gain

Daya pompa Daya keluaran dan gain rata-rata /+5dBm

mA mW dBm dB dBm dB dBm dB dBm dB (dB)

150 53,60 -8,82 11,18 -4,00 11,00 0,44 10,44 4,35 9,35 0,61

160 61,14 -6,97 13,03 -2,24 12,76 1,62 11,62 5,15 10,15 0,96

170 64,83 -5,66 14,34 -1,21 13,79 2,51 12,51 5,81 10,81 1,18

180 68,25 -4,71 15,29 -0,26 14,74 3,33 13,33 6,44 11,44 1,28

Kenaikan gain 1,37

1,25

0,96

0,70

rata-rata /+10 mA (dB)


101


Tabel LK.8 Karakterisasi ASE, gain, dan NF EDFA L band panjang 13.5 meter pada arus LDP tetap 150 mA

daya masukan -20 dBm pengujian pada ITU grid

No

Arus LDP 150 (mA)

ASE Gain NF

Daya LDP 17,290 (dBm)

Daya LDP 53,600 (mW)

Daya Sinyal -20 (dBm)

Daya Sinyal 1,00E-

05 (W)

ITU L band Daya keluaran

(nm) (dBm) (W) (dBm) G(dB) (dB)

1 1570,42 -6,45 2,26E-04 -36,401 13,55 1,333

3 1572,06 -6,59 2,19E-04 -36,407 13,41 1,480

5 1573,71 -7,11 1,95E-04 -36,409 12,88 2,012

7 1575,37 -7,69 1,70E-04 -36,410 12,30 2,605

9 1577,03 -8,08 1,56E-04 -36,411 11,91 3,008

11 1578,69 -8,41 1,44E-04 -36,415 11,58 3,348

13 1580,35 -8,56 1,39E-04 -36,420 11,43 3,507

15 1582,02 -8,66 1,36E-04 -36,425 11,33 3,615

17 1583,69 -8,76 1,33E-04 -36,430 11,23 3,724

19 1585,36 -8,79 1,32E-04 -36,430 11,20 3,767

21 1587,04 -8,84 1,31E-04 -36,433 11,15 3,828

23 1588,73 -8,78 1,32E-04 -36,434 11,21 3,780

25 1590,41 -8,82 1,31E-04 -36,435 11,17 3,833

27 1592,10 -8,85 1,30E-04 -36,438 11,14 3,873

29 1593,79 -8,93 1,28E-04 -36,439 11,06 3,966

31 1595,49 -8,97 1,27E-04 -36,441 11,02 4,017

33 1597,19 -9,07 1,24E-04 -36,440 10,92 4,132

35 1598,89 -9,23 1,19E-04 -36,445 10,76 4,301

37 1600,60 -9,48 1,13E-04 -36,452 10,51 4,558

39 1602,31 -9,71 1,07E-04 -36,464 10,28 4,790

41 1604,03 -9,94 1,01E-04 -36,473 10,05 5,025

43 1605,74 -10,27 9,40E-05 -36,480 9,72 5,363

45 1607,47 -10,74 8,43E-05 -36,510 9,25 5,819

47 1609,19 -11,25 7,50E-05 -36,531 8,74 6,323

49 1610,92 -11,79 6,62E-05 -36,560 8,20 6,850

Nilai rata-rata -36,45 11,04 3,954


102


Tabel LK.9 Spesifikasi frekuensi komunikasi serat optik berdasarkan ITU Grid

L-Band C-Band S-Band 100 GHz Grid 50 GHz Offset 100 GHz Grid 50 GHz Offset 100 GHz Grid 50 GHz Offset

THz nm THz nm THz nm THz nm THz nm THz nm 1 186.00 1611.79 186.05 1611.35 191.00 1569.59 191.05 1569.18 196.00 1529.55 196.05 1529.16 2 186.10 1610.92 186.15 1610.49 191.10 1568.77 191.15 1568.36 196.10 1528.77 196.15 1528.38 3 186.20 1610.06 186.25 1609.62 191.20 1567.95 191.25 1567.54 196.20 1527.99 196.25 1527.60 4 186.30 1609.19 186.35 1608.76 191.30 1567.13 191.35 1566.72 196.30 1527.22 196.35 1526.83 5 186.40 1608.33 186.45 1607.90 191.40 1566.31 191.45 1565.90 196.40 1526.44 196.45 1526.05 6 186.50 1607.47 186.55 1607.04 191.50 1565.50 191.55 1565.09 196.50 1525.66 196.55 1525.27 7 186.60 1606.60 186.65 1606.17 191.60 1564.68 191.65 1564.27 196.60 1524.89 196.65 1524.50 8 186.70 1605.74 186.75 1605.31 191.70 1563.86 191.75 1563.45 196.70 1524.11 196.75 1523.72 9 186.80 1604.88 186.85 1604.46 191.80 1563.05 191.85 1562.64 196.80 1523.34 196.85 1522.95 10 186.90 1604.03 186.95 1603.60 191.90 1562.23 191.95 1561.83 196.90 1522.56 196.95 1522.18 11 187.00 1603.17 187.05 1602.74 192.00 1561.42 192.05 1561.01 197.00 1521.79 197.05 1521.40 12 187.10 1602.31 187.15 1601.88 192.10 1560.61 192.15 1560.20 197.10 1521.02 197.15 1520.63 13 187.20 1601.46 187.25 1601.03 192.20 1559.79 192.25 1559.39 197.20 1520.25 197.25 1519.86 14 187.30 1600.60 187.35 1600.17 192.30 1558.98 192.35 1558.58 197.30 1519.48 197.35 1519.09 15 187.40 1599.75 187.45 1599.32 192.40 1558.17 192.45 1557.77 197.40 1518.71 197.45 1518.32 16 187.50 1598.89 187.55 1598.47 192.50 1557.36 192.55 1556.96 197.50 1517.94 197.55 1517.55 17 187.60 1598.04 187.65 1597.62 192.60 1556.55 192.65 1556.15 197.60 1517.17 197.65 1516.78 18 187.70 1597.19 187.75 1596.76 192.70 1555.75 192.75 1555.34 197.70 1516.40 197.75 1516.02 19 187.80 1596.34 187.85 1595.91 192.80 1554.94 192.85 1554.54 197.80 1515.63 197.85 1515.25 20 187.90 1595.49 187.95 1595.06 192.90 1554.13 192.95 1553.73 197.90 1514.87 197.95 1514.49 21 188.00 1594.64 188.05 1594.22 193.00 1553.33 193.05 1552.93 198.00 1514.10 198.05 1513.72 22 188.10 1593.79 188.15 1593.37 193.10 1552.52 193.15 1552.12 198.10 1513.34 198.15 1512.96 23 188.20 1592.95 188.25 1592.52 193.20 1551.72 193.25 1551.32 198.20 1512.58 198.25 1512.19 24 188.30 1592.10 188.35 1591.68 193.30 1550.92 193.35 1550.52 198.30 1511.81 198.35 1511.43 25 188.40 1591.26 188.45 1590.83 193.40 1550.12 193.45 1549.72 198.40 1511.05 198.45 1510.67 26 188.50 1590.41 188.55 1589.99 193.50 1549.32 193.55 1548.91 198.50 1510.29 198.55 1509.91 27 188.60 1589.57 188.65 1589.15 193.60 1548.51 193.65 1548.11 198.60 1509.53 198.65 1509.15 28 188.70 1588.73 188.75 1588.30 193.70 1547.72 193.75 1547.32 198.70 1508.77 198.75 1508.39 29 188.80 1587.88 188.85 1587.46 193.80 1546.92 193.85 1546.52 198.80 1508.01 198.85 1507.63 30 188.90 1587.04 188.95 1586.62 193.90 1546.12 193.95 1545.72 198.90 1507.25 198.95 1506.87 31 189.00 1586.20 189.05 1585.78 194.00 1545.32 194.05 1544.92 199.00 1506.49 199.05 1506.12 32 189.10 1585.36 189.15 1584.95 194.10 1544.53 194.15 1544.13 199.10 1505.74 199.15 1505.36 33 189.20 1584.53 189.25 1584.11 194.20 1543.73 194.25 1543.33 199.20 1504.98 199.25 1504.60 34 189.30 1583.69 189.35 1583.27 194.30 1542.94 194.35 1542.54 199.30 1504.23 199.35 1503.85 35 189.40 1582.85 189.45 1582.44 194.40 1542.14 194.45 1541.75 199.40 1503.47 199.45 1503.10 36 189.50 1582.02 189.55 1581.60 194.50 1541.35 194.55 1540.95 199.50 1502.72 199.55 1502.34 37 189.60 1581.18 189.65 1580.77 194.60 1540.56 194.65 1540.16 199.60 1501.97 199.65 1501.59 38 189.70 1580.35 189.75 1579.93 194.70 1539.77 194.75 1539.37 199.70 1501.21 199.75 1500.84 39 189.80 1579.52 189.85 1579.10 194.80 1538.98 194.85 1538.58 199.80 1500.46 199.85 1500.09 40 189.90 1578.69 189.95 1578.27 194.90 1538.19 194.95 1537.79 199.90 1499.71 199.95 1499.34 41 190.00 1577.86 190.05 1577.44 195.00 1537.40 195.05 1537.00 200.00 1498.96 200.05 1498.59 42 190.10 1577.03 190.15 1576.61 195.10 1536.61 195.15 1536.22 200.10 1498.21 200.15 1497.84 43 190.20 1576.20 190.25 1575.78 195.20 1535.82 195.25 1535.43 200.20 1497.46 200.25 1497.09 44 190.30 1575.37 190.35 1574.95 195.30 1535.04 195.35 1534.64 200.30 1496.72 200.35 1496.34 45 190.40 1574.54 190.45 1574.13 195.40 1534.25 195.45 1533.86 200.40 1495.97 200.45 1495.60 46 190.50 1573.71 190.55 1573.30 195.50 1533.47 195.55 1533.07 200.50 1495.22 200.55 1494.85 47 190.60 1572.89 190.65 1572.48 195.60 1532.68 195.65 1532.29 200.60 1494.48 200.65 1494.11 48 190.70 1572.06 190.75 1571.65 195.70 1531.90 195.75 1531.51 200.70 1493.73 200.75 1493.36 49 190.80 1571.24 190.85 1570.83 195.80 1531.12 195.85 1530.72 200.80 1492.99 200.85 1492.62 50 190.90 1570.42 190.95 1570.01 195.90 1530.33 195.95 1529.94 200.90 1492.25 200.95 1491.88


103


Gambar L.15 Photo percobaan sistem integrasi elektronika dan komponen optik sistem penguatan optik EDFA L band.


Documents

UNIVERSITAS INDONESIA RANCANG BANGUN …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20296546-T29743-Rancang bangun.pdf · 4.1.1.2 Potensiometer Digital 1024 posisi AD5231 ... 5.7 Analisa Pendahuluan