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
(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:
Posting Komentar