Kamis, 08 Maret 2012

Jaringan komputer edisi 3


FIBER OPTIC


Perkembangan teknologi serat optik saat ini, telah dapat menghasilkan pelemahan (attenuation) kurang dari 20 decibels (dB)/km. Dengan lebar jalur (bandwidth) yang besar sehingga kemampuan dalam mentransmisikan data menjadi lebih banyak dan cepat dibandingan dengan penggunaan kabel konvensional. Dengan demikian serat optik sangat cocok digunakan terutama dalam aplikasi sistem telekomunikasi. Pada prinsipnya serat optik memantulkan dan membiaskan sejumlah cahaya yang merambat didalamnya. Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas/kaca. Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya yang diserap oleh serat optik.


Perkembangan Serat Optik
  • 1917 Albert Einstein memperkenalkan teori pancaran terstimulasi dimana jika ada atom dalam tingkatan energi tinggi
  • 1954 Charles Townes, James Gordon, dan Herbert Zeiger dari Universitas Columbia USA, mengembangkan maser yaitu penguat gelombang mikro dengan pancaran terstimulasi, dimana molekul dari gasamonia memperkuat dan menghasilkan gelombang elektromagnetik. Pekerjaan ini menghabiskan waktu tiga tahun sejak ide Townes pada tahun 1951 untuk mengambil manfaat dari osilasi frekuensi tinggi molekular untuk membangkitkan gelombang dengan panjang gelombang pendek pada gelombang radio.
  • 1958 Charles Townes dan ahli fisika Arthur Schawlow mempublikasikan penelitiannya yang menunjukan bahwa maser dapat dibuat untuk dioperasikan pada daerah infra merah dan spektrum tampak, dan menjelaskan tentang konsep laser.
  • 1960 Laboratorium Riset Bell dan Ali Javan serta koleganya William Bennett, Jr., dan Donald Herriott menemukan sebuah pengoperasian secara berkesinambungan dari laser helium-neon.
  • 1960 Theodore Maiman, seorang fisikawan dan insinyur elektro dari Hughes Research Laboratories, menemukan sumber laser dengan menggunakan sebuah kristal batu rubi sintesis sebagai medium.
  • 1961 Peneliti industri Elias Snitzer dan Will Hicks mendemontrasikan sinar laser yang diarahkan melalui serat gelas yang tipis(serat optik). Inti serat gelas tersebut cukup kecil yang membuat cahaya hanya dapat melewati satu bagian saja tetapi banyak ilmuwan menyatakan bahwa serat tidak cocok untuk komunikasi karena rugi rugi cahaya yang terjadi karena melewati jarak yang sangat jauh.
  • 1961 Penggunaan laser yang dihasilkan dari batu Rubi untuk keperluan medis di Charles Campbell of the Institute of Ophthalmology at Columbia-Presbyterian Medical Center dan Charles Koester of the American Optical Corporation menggunakan prototipe ruby laser photocoagulator untuk menghancurkan tumor pada retina pasien.
  • 1962 Tiga group riset terkenal yaitu General Electric, IBM, dan MIT’s Lincoln Laboratory secara simultan mengembangkan gallium arsenide laser yang mengkonversikan energi listrk secara langsung ke dalam cahaya infra merah dan perkembangan selanjutnya digunakan untuk pengembangan CD dan DVD player serta penggunaan pencetak laser.
  • 1963 Ahli fisika Herbert Kroemer mengajukan ide yaitu heterostructures, kombinasi dari lebih dari satu semikonduktor dalam layer-layer untuk mengurangi kebutuhan energi untuk laser dan membantu untuk dapat bekerja lebih efisien. Heterostructures ini nantinya akan digunakan pada telepon seluler dan peralatan elektronik lainnya.
  • 1966 Charles Kao dan George Hockham yang melakukan penelitian di Standard Telecommunications Laboratories Inggris mempublikasikan penelitiannya tentang kemampuan serat optik dalam mentransmisikan sinar laser yang sangat sedikit rugi-ruginya dengan menggunakan serat kaca yang sangat murni. Dari penemuan ini, kemudian para peneliti lebih fokus pada bagaimana cara memurnikan bahan serat kaca tersebut.
  • 1970 Ilmuwan Corning Glass Works yaitu Donald Keck, Peter Schultz, dan Robert Maurer melaporkan penemuan serat optik yang memenuhi standar yang telah ditentukan oleh Kao dan Hockham. Gelas yang paling murni yang dibuat terdiri atas gabungan silika dalam tahap uap dan mampu mengurangi rugi-rugi cahaya kurang dari 20 decibels per kilometer, yang selanjutnya pada 1972, tim ini menemukan gelas dengan rugi-rugi cahaya hanya 4 decibels per kilometer. Dan juga pada tahun 1970, Morton Panish dan Izuo Hayashi dari Bell Laboratories dengan tim Ioffe Physical Institute dari Leningrad, mendemontrasikan laser semikonduktor yang dapat dioperasikan pada temperatur ruang. Kedua penemuan tersebut merupakan terobosan dalam komersialisasi penggunaan fiber optik.
  • 1973 John MacChesney dan Paul O. Connor pada Bell Laboratories mengembangkan proses pengendapan uap kimia ke bentuk ultratransparent glass yang kemudian menghasilkan serat optik yang mempunyai rugi-rugi sangat kecil dan diproduksi secara masal.

Proses pengendapan uap kimia untuk memodifikasi serat optik
  • 1975 Insinyur pada Laser Diode Labs mengembangkan Laser Semikonduktor, laser komersial pertama yang dapat dioperasikan pada suhu kamar.
  • 1977 Perusahaan telepon memulai penggunaan serat optik yang membawa lalu lintas telepon. GTE membuka jalur antara Long Beach dan Artesia, California, yang menggunakan transmisi LED. Bell Labs mendirikan sambungan yang sama pada sistem telepon di Chicago dengan jarak 1,5 mil di bawah tanah yang menghubungkan 2 switching station.
  • 1980 Industri serat optik benar-benar sudah berkibar, sambungan serat optik telah ada di kota kota besar di Amerika, AT&T mengumumkan akan menginstal jaringan serat optik yang menghubungkan kota kota antara Boston dan Washington D.C., kemudian dua tahun kemudian MCI mengumumkan untuk melakukan hal yang sama. Raksasa-raksasa elektronik macam ITT atau STL mulai memainkan peranan dalam mendalami riset-riset serat optik.
  • 1987 David Payne dari Universitas Southampton memperkenalkan optical amplifiers yang dikotori (dopped) oleh elemen erbium, yang mampu menaikan sinyal cahaya tanpa harus mengkonversikan terlebih dahulu ke dalam energi listrik.
  • 1988 Kabel Translantic yang pertama menggunakan serat kaca yang sangat transparan, dan hanya memerlukan repeater untuk setiap 40 mil.
  • 1991 Emmanuel Desurvire dari Bell Laboratories serta David Payne dan P. J. Mears dari Universitas Southampton mendemontrasikan optical amplifiers yang terintegrasi dengan kabel serat optik tersebut. Dengan keuntungannya adalah dapat membawa informasi 100 kali lebih cepat dari pada kabel dengan penguat elektronik (electronic amplifier).
  • 1996 TPC-5 merupakan jenis kabel serat optik yang pertama menggunakan penguat optik. Kabel ini melewati samudera pasifik mulai dari San Luis Obispo, California, ke Guam, Hawaii, dan Miyazaki, Jepang, dan kembali ke Oregon coast dan mampu untuk menangani 320,000 panggilan telepon.
  • 1997 Serat optik menghubungkan seluruh dunia, Link Around the Globe (FLAG) menjadi jaringan kabel terpanjang di seluruh dunia yang menyediakan infrastruktur untuk generasi internet terbaru
Kabel Serat Optik
Secara garis besar kabel serat optik terdiri dari 2 bagian utama, yaitu cladding dan core [4]. Cladding adalah selubung dari inti (core). Cladding mempunyai indek bias lebih rendah dari pada core akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali kedalam core lagi.

Fiber optik adalah teknologi perkabelan terkini yang memiliki kecepatan sangat tinggi. Kabel fiber optic bentuknya sama dengan kabel coaxcial. Jenis kabel ini tidak menggunakan tembaga (cooper), melainkan serat optik. Dimana sinyal yang dialirkan berupa berkas cahaya. Mampu mengirimkan bandwidth lebih banyak. Banyak digunakan untuk komunikasi antar Backbone, LAN dengan kecepatan tinggi. Pada pusat kebel terdapat inti kaca yang merupakan tempat cahaya akan berpropagasi.
Dalam aplikasinya serat optik biasanya diselubungi oleh lapisan resin yang disebut dengan jacket, biasanya berbahan plastik. Lapisan ini dapat menambah kekuatan untuk kabel serat optik, walaupun tidak memberikan peningkatan terhadap sifat gelombang pandu optik pada kabel tersebut. Namun lapisan resin ini dapat menyerap cahaya dan mencegah kemungkinan terjadinya kebocoran cahaya yang keluar dari selubung inti. Serta hal ini dapat juga mengurangi cakap silang (cross talk) yang mungkin terjadi.
Berdasarkan jumlah sumber cahaya yang masuk pada core Fiber Optic, kabel ini dibagi menjadi 2 yaitu:
·         Multimode
Jumlah sumber lebih dari 1. Menggunakan diameter core dengan ukuran 50 micron – 100 micron. Sehingga membuat laser di dalamnya akan terpantul-pantul di dinding cladding yang dapat menyebabkan berkurangnya bandwidth dari serat optik jenis ini.
·         Single mode
Jumlah sumber 1. Menggunakan diameter core dengan ukuran 2 – 8 micron, diameter intinya sangat sempit mendekati panjang gelombang sehingga cahaya yang masuk ke dalamnya tidak terpantul-pantul ke dinding selongsong (cladding). Bahagian inti serat optik single-mode terbuat dari bahan kaca silika (SiO2) dengan sejumlah kecil kaca Germania (GeO2) untuk meningkatkan indeks biasnya. Untuk mendapatkan performa yang baik pada kabel ini, biasanya untuk ukuran selongsongnya adalah sekitar 15 kali dari ukuran inti (sekitar 125 mikron). Kabel untuk jenis ini paling mahal, tetapi memiliki pelemahan (kurang dari 0.35dB per kilometer), sehingga memungkinkan kecepatan yang sangat tinggi dari jarak yang sangat jauh. Standar terbaru untuk kabel ini adalah ITU-T G.652D, dan G.657.

Untuk serat optik (fiber optic), indeks bias core lebih besar dari indeks bias cladding. Sinar-sinar yang akan dipandu oleh serat optik (fiber optic) harus dimasukan ke dalam core serat optik (fiber optic) melalui ujungnya, dengan cara diusahakan sinar tersebut datang setegak lurus mungkin terhadap pemampang core serat optik (fiber optic), agar sinar tersebut masuk ke dalam core kemudian datang ke cladding dengan sudut datang sebesar mungkin sehingga sinar tersebut datang dari core ke cladding dengan sudut datang yang lebih besarv dari sudut kritisnya, yang mana akan menghasilkan pemantulan sempurna pada bidang batas core cladding. Sinar pantul ini akan berjalan menyeberangi core menuju cladding yang ada diseberangnya dengan sudut datang yang relative sama dengan sudut datang yang pertama tadi, yang mana besarnya lebih besar dari sudut kritis.
Akibatnya sinar ini akan dipantulkan kembali masuk ke dalam core, menyeberangi core, menuju cladding diseberangnya, dipantulkan lagi demikian seterusnya sehingga sinar tersebut praktis tidak pernah ada yang dibiaskan keluar dari serat optik (fiber optic), dan bisa dikatakan semua cahaya yang dimasukan ke dalam serat optik (fiber optic) tersebut dari ujung yang satu akan dikeluarkan lagi pada ujung yang lain tanpa ada yang bocor. Untuk serat optik (fiber optic) jenis step index, jalannya sinar adalah patah-patah dan sedangkan untuk jenis grade index, jalannya sinar adalah tidak patah-patah melainkan berbentuk garis lengkung.

Berdasarkan indeks bias core, kabel fiber optic dibagi 2 yaitu :
  • Step indeks : pada serat optik step indeks, core memiliki indeks bias yang homogen.
  • Graded indeks : indeks bias core semakin mendekat ke arah cladding semakin kecil. Jadi pada graded indeks, pusat core memiliki nilai indeks bias yang paling besar. Serat graded indeks memungkinkan untuk membawa bandwidth yang lebih besar, karena pelebaran pulsa yang terjadi dapat diminimalkan.
Kode warna pada kabel serat optik
1.      Selubung luar
Dalam standarisasinya kode warna dari selubung luar (jacket) kabel serat optik jenis Patch Cord adalah sebagai berikut:
Warna selubung luar/jacket
Artinya
Kuning
serat optik single-mode
Oren
serat optik multi-mode
Aqua
Optimal laser 10 giga 50/125 mikrometer serat optik multi-mode
Abu-Abu
Kode warna serat optik multi-mode, yang tidak digunakan lagi
Biru
Kadang masih digunakan dalam model perancangan

2.      Konektor
Warna tertentu pada konektor :
Warna
Konektor
Arti
Keterangan
Biru
Physical Contact (PC), 0°
yang paling umum digunkan untuk serat optik single-mode.
Hijau
Angle Polished (APC), 8°
sudah tidak digunakan lagi untuk serat optik multi-mode
Hitam
Physical Contact (PC), 0°

Abu-abu,
Krem
Physical Contact (PC), 0°
serat optik multi-mode
Putih
Physical Contact (PC), 0°

Merah

Penggunaan khusus





Memiliki tipe standar seperti berikut:
·         FC (Fiber Connector): digunakan untuk kabel single mode dengan akurasi yang sangat tinggi dalam menghubungkan kabel dengan transmitter maupun receiver. Konektor ini menggunakan sistem drat ulir dengan posisi yang dapat diatur, sehingga ketika dipasangkan ke perangkat lain, akurasinya tidak akan mudah berubah.
·         SC (Subsciber Connector): digunakan untuk kabel single mode, dengan sistem dicabut-pasang. Konektor ini tidak terlalu mahal, simpel, dan dapat diatur secara manual serta akurasinya baik bila dipasangkan ke perangkat lain.
·         ST (Straight Tip): bentuknya seperti bayonet berkunci hampir mirip dengan konektor BNC. Sangat umum digunakan baik untuk kabel multi mode maupun single mode. Sangat mudah digunakan baik dipasang maupun dicabut.
·         Biconic: Salah satu konektor yang kali pertama muncul dalam komunikasi fiber optik. Saat ini sangat jarang digunakan.
·         D4: konektor ini hampir mirip dengan FC hanya berbeda ukurannya saja. Perbedaannya sekitar 2 mm pada bagian ferrule-nya.
·         SMA: konektor ini merupakan pendahulu dari konektor ST yang sama-sama menggunakan penutup dan pelindung. Namun seiring dengan berkembangnya ST konektor, maka konektor ini sudah tidak berkembang lagi penggunaannya.
Sistem Komunikasi Fiber optik
Sistem serat optik (fiber optic) sama dengan sistem kawat tembaga yang digantikan serat optiknya (fiber optic). Perbedaanya adalah dalam serat optiknya (fiber optic) menggunakan getar cahaya untuk mengirimkan atau menukar informasi melalui jalur fiber dan bukannya menggunakan getar listik untuk mengirimkan informasi melalui jalur tembaga. Pada komponen-komponen dalam rangkaian serat optik (fiber optic), pada ujung sistem tersebut ada trasmitter (penggirim informasi). Ini adalah tempat dari mana informasi berasal yang kemudian menjalar ke jalur serat optik (fiber optic). Transmitter menerima informasi getaran elektronik yang disandikan yang datang dari kawat tembaga. Informasi ini kemudian di proses dan diterjemahkan ke dalam getaran yang disandikan secara sama pula. Sebuah Light Emitting Diode (LED) atau Injection Laser Diode (ILD) bisa dipakai untuk membangkitkan getaran cahaya. Dengan menggunakan lensa, getaran cahaya tersebut disalurkan ke dalam alat jalur serat optic (fiber optic) dimana mereka bertransmisi sendiri melalui jalur.
Atau dapat dikelompokkan sebagai berikut :
·         Transmitter berupa Laser Diode ( LD ) dan Light Emmiting Diode (LED)
·         Media transmisi berupa fiber optik
·         Receiver yang merupakan detektor penerima digunakan PIN dan APD.

1.      Transmitter
Transmitter terdiri dari 2 bagian yaitu :
·         Rangkaian elektrik berfungsi untuk mengkonversi sinyal digital menjadi sinyal analog, selanjutnya data tersebut ditumpangkan kedalam sinyal gelombang optik yang telah termodulasi
·         Sumber gelombang optik berupa sinar Laser Diode (LD) dan LED (light emmiting diode) yang pemakaiannya disesuaikan dengan sistem komunikasi yang diperlukan.
o   Laser Diode dapat digunakan untuk sistem komunikasi optik yang sangat jauh seperti Sistem Komunikasi Kabel Laut (SKKL) dan Sistem Komunikasi Serat Optik (SKSO), karena laser LD mempunyai karakteristik yang handal yaitu dapat memancarkan daya dengan intensitas yang tinggi, stabil, hampir monokromatis, terfokus, dan merambat dengan kecepatan sangat tinggi, sehingga dapat menempuh jarak sangat jauh. Pembuatannya sangat sukar karena memerlukan spesifikasi tertentu sehingga harganya pun mahal. Jadi LD tidak ekonomis dan tidak efisien jika digunakan untuk sistem komunikasi jarak dekat dan pada trafik kurang padat.
o   LED digunakan untuk sistem komunikasi jarak sedang dan dekat agar sistem dapat ekonomis dan efektif karena LED lebih mudah pembuatanya, sehingga harganya pun lebih murah.

2.      Receiver
Receiver atau bagian penerima terdiri dari 2 bagian yaitu detektor penerima dan rangakaian elektrik. Detektor penerima berfungsi untuk mengkap cahaya yang berupa gelombang optik pembawa informasi, dapat berupa PIN diode atau APD (Avalance Photo Diode) pemilihannya tergantung keperluan sistem komunikasinya.
·         Untuk komunikasi jarak jauh digunakan detektor APD yang dapat bekerja pada panjang gelombang 1300 nm, 1500 nm serta 1550 nm dengan kualitas yang baik. Artinya detektor APD mempunyai sensitivitas dan response yang tinggi terhadap sinar laser LD sebagai pembawa gelombang optik informasi.
·         Untuk komunikasi jarak pendek lebih efisien jika menggunakan ditektor PIN diode, karena PIN baik digunakan untuk bit rate rendah dan sensitivitasnya tinggi untukLED.
Sumber cahaya LD terlihat memiliki daya lebih besar, stabil, konstan pada bit rateberapapun, sedangkan sumber cahaya LED mempunyai daya pancar yang lebih kecil dan pada bit rate 100 Mbps dayanya mulai menurun. Detektor penerima PIN bereaksi baik pada bit rate rendah tetapi kurang sensitif bila bit rate dinaikan.
Detektor penerima APD lebih sensitif pada bit rate tinggi. Untuk transmisi jarak jauh diperlukan daya pancar yang lebih besar dan sensitifitas yang tinggi, sistem fiber optik akan menggunakan laser LD sebagai sumber cahaya dan APD sebagai detektor penerima. Sedangkan untuk transmisi jarak dekat cukup digunakan LED sebagai sumber optik dan PIN sebagai ditektor penerima. Rangkaian elektrik berfungsi untuk mengkonversi cahaya pembawa informasi terhadap data informasi terhadap data informasi yang dibawa dengan melakukan regenerasi timing, regenerasi pulse serta konversi sinyal elektrik ke dalam interface V.28 yang berupa sinyal digital dan sebaliknya.

ATENUASI
Atenuasi adalah besaran pelemahan energi sinyal informasi dari fiber optik yang dinyatakan dalam dB dan disebabkan oleh 3 faktor utama yaitu absorpsi, hamburan (scattering) dan mikro-bending. Gelas yang merupakan bahan pembuat fiber optik biasanya terbentuk dari silicon-dioksida (SiO2). Variasi indeks bisa diperoleh dengan menambahkan bahan lain seperti titanium, thallium, germanium atau boron. Dengan susunan bahan yang tepat maka akan didapatkan atenuasi yang sekecil mungkin. Atenuasi menyebabkan pelemahan energi sehingga amplitudo gelombang yang sampai pada penerima menjadi lebih kecil dari pada amplitudo yang dikirimkan oleh pemancar.
Hal-hal yang mempengaruhi terjadinya atenuasi :
·         Absorpsi
·         Hamburan
·         Mikro bending

1.      Absorpsi.
Absorpsi merupakan sifat alami suatu gelas. Pada daerah-daerah tertentu gelas dapatmengabsorpsi sebagian besar cahaya seperti pada daerah ultraviolet. Hal ini disebabkan oleh adanya gerakan elektron yang kuat. Demikian pula untuk daerah inframerah, terjadi absorpsi yang besar. Ini disebabkan adanya getaran ikatan kimia. Oleh karena itu sebaiknya penggunaan fiber optik harus menjauhi daerah ultraviolet dan inframerah. Penyebab absorpsi lain adanya transmisi ion-ion logam dan ion OH. Ion OH ini ternyata memberikan sumbangan absorpsi yang cukup besar. Semakin lama usia suatu fiber maka bisa diduga akan semakin banyak ion OH di dalamnya yang menyebabkan kualitas fiber menurun.
2.      Hamburan
Seberkas cahaya yang melalui suatu gelas dengan variasi indeks bias disepanjang gelas tadi, sebagian energinya akan hilang dihamburkan oleh benda benda kecil yang ada di dalam gelas. Hamburan yang disebabkan oleh tumbukan cahaya dengan partikel tersebut dinamakan hamburan Rayleigh. Besarnya hamburan Rayleigh ini berbanding terbalik dengan pangkat empat dari pangjang gelombang cahaya yaitu : 1/λ . Sehingga dapat disimpulkan untuk lamda kecil, hamburan Rayleigh besar dan sebaliknya. Hamburan Rayleigh memberikan loss akibat hamburan sangat kecil dibandingkan dengan loss fiber optik multimode. Karena itu fiber optik singlemode lebih baik mutunya sebagai media transmisi dibandingkan dengan fiber optik multimode.
3.      Mikro-bending
Mikro-bending yaitu pembengkokan fiber optik untuk memenuhi persyaratan ruangan. Namun pembengkokan dapat pula terjadi secara tidak sengaja seperti misalnya fiber optik yang mendapat tekanan cukup keras sehingga cahaya yang merambat di dalamnya akan berbelok dari arah transmisi dan hilang. Hal ini tentu saja menyebabkan atenuasi.

Kelebihan fiber optic
Dalam penggunaan serat optik ini, terdapat beberapa keuntungan antara lain :
·         Lebar jalur besar dan kemampuan dalam membawa banyak data, dapat memuat kapasitas informasi yang sangat besar dengan kecepatan transmisi mencapai gigabit-per detik dan menghantarkan informasi jarak jauh tanpa pengulangan
·         Biaya pemasangan dan pengoperasian yang rendah serta tingkat keamanan yang lebih tinggi
·         Ukuran kecil dan ringan, sehingga hemat pemakaian ruang
·         Imun, kekebalan terhadap gangguan elektromagnetik dan gangguan gelombang radio
·         Non-Penghantar, tidak ada tenaga listrik dan percikan api
·         Tidak berkarat


(untuk file dokumen (eks .docx), silahkan lihat pada menu download, link fiber optik...)
 
Sumber
Haag, Staphen, Maeve Cummings, Alan I Rea, JR. 2004. Computing Concepts. The International edition. McGraw –Hill.
http://id.wikipedia.org. serat optik. Diakses pada 5 Maret 2012.
Mochamad Wahyudi. Mengenal teknologi kabel serat optik (fiber optic). Bina Sarana Informatika. http://www.bsi.ac.id, diakses pada 5 maret 2012.
Rob flickernger, dkk. 2007. Jaringan wireless di dunia berkembang. Ebook, http://wndw.net, Licensi Creative Commons Attribution Sharelike 3.0


Tidak ada komentar:

Poskan Komentar