makalah

BAB I

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

            Kemajuan dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi yang sangat pesat mengakibatkan meningkatnya kebutuhan komunikasi. oleh karena itu diperlukan suatu bahan dan sistem yang dapat memenuhi semua tututan tersebut, disamping penggunaan sistem komunikasi yang sudah ada baik yang menggunakan media transmisi phisik maupun non phisik (radio).

Sistem komunikasi Fiber optik adalah suatu sistem komunikasi yang menggunakan media transmisi phisik berupa fiber optik yang merupakan salah satu sistem komunikasi yang saat ini mampu mengatasi atau memenuhi tantangan-tantangan dan dapat terus dikembangkan untuk berbagai macam komunikasi.

Sistem serat optik mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan kabel biasa yaitu kemampuan untuk membawa data lebih baik daripada kabel biasa, kecepatan serat optik pada data rate lebih besar daripada kabel biasa, dan tidak terpengaruh medan listrik. Dengan kelebihan-kelebihan tersebut maka serat optik sangat ideal untuk jaringan komunikasi.

B.     PERMASALAHAN

Adapun permasalahan yang akan dibahas pada makalah ini sebagai berikut ;

1.      Bagaimana fenomena fisis yang mendasari transmisi cahaya dalam kabel serat optis ?

2.      Parameter apa saja yang mempengaruhi proses transmisi tersebut ?

3.      Bagaimana model yang menjelaskan faktor loss dalam proses perambatan cahaya melalui kabel serat optis ?

C.     HIPOTESIS

Serat optik adalah saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Mode transmisi yang digunakan serat optik terdiri atas Multimode Step Index, Multimode Graded Index, dan Singlemode Step Index.

Serat optis mampu memandu cahaya melewati tempat yang berkelok-kelok dan jauh dengan menggunakan prinsip kerja pantulan total internal selain itu serat optis memiliki efisiensi tinggi.

Beberapa parameter yang mempengaruhi proses transmisi tersebut adalah numerical Apertur, Redaman dan Dispersi.

D.    TUJUAN

Tujuan dari penulisan makalah ini antara lain untuk menganalisa bagaimana fenomena fisis yang mendasari transmisi cahaya dalam kabel serat optis dan factor loss dalam perambatannya serta parameter yang  mempengaruhi proses transmisi tersebut.

E.     METODOLOGI SINGKAT

Dalam membuat dan menyusun makalah ini digunakan langkah-langkah sebagai berikut:

1.      Pengumpulan referensi dan studi pustaka

2.      Perencanaan tulisan

3.      Penulisan serta analisa tulisan

BAB II

METODOLOGI

A.    LANDASAN TEORI

1.      Struktur Fiber Optik

            Stuktur fiber optik biasanya terdiri atas 3 komponen penting, yaitu :

a.       inti (core)

Sebuah batang silinder terbuat dari bahan dielektrik (bahan silika (SiO2), biasanya diberi doping dengan germanium oksida (GeO2) atau fosfor penta oksida (P2O5) untuk menaikan indeks biasnya) yang tidak menghantarkan listrik, inti ini memiliki jari-jari, besarnya sekitar 8 –200 μm dan indeks bias n1, besarnya sekitar 1,5.

b.      lapisan selimut / selubung (cladding )

Material yang melapisi inti, yang terbuat dari bahan dielektrik (silika tanpa atau sedikit doping), kulit memiliki jari-jari sekitar 125 – 400 μm indeks bias-nya n2, besarnya sedikit lebih rendah dari n1.

c.       Jacket (Buffer coating)

Bagian ini merupakan pelindung lapisan inti dan cladding yang terbuat dari bahan plastik yang elastis. Walaupun pada dasarnya cahaya merambat sepanjang inti serat, namun kulit memiliki beberapa fungsi :

a.       Mengurangi loss hamburan pada permukaan inti.

b.      Melindungi serat dari kontaminasi penyerapan permukaan.

c.       Mengurangi cahaya yang loss dari inti ke udara sekitar.

d.      Menambah kekuatan mekanis.

2.      Jenis-jenis Serat Optik

·         Single-mode fibers

Transmisi data melalui single mode hanya menggunakan satu lintasan cahaya yang merambat melalui serat. Metode semacam ini dapat menghindarkan ketidakakuratan yang dapat terjadi dalam penyaluran data. Mempunyai inti yang kecil (berdiameter 0.00035 inch atau 9 micron) dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 1300-1550nanometer).

·         Multi -mode fibers

Pada jenis ini, sautu informasi (data) dibawa melalui beberapa lintasan cahaya yang dijalarkan melalui serat dar ujung ke ujung lainnya. Metode semacam ini dapat mengakibatkan ketidakakuartan data yang dikirim kepada penerima, karena lintasan cahaya yang satu dapat berbeda waktu tempuhnya disbandingkan lintasan yang lain sehingga data yang dikirim menjadi berubah.

Ketika sampai di penerima. Mempunyai inti yang lebih besar(berdiameter 0.0025 inch atau 62.5 micron) dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 850-1300 nanometer).

3.      Sumber Cahaya

Sumber cahaya ini bekerja sebagai pemancar cahaya ke serat optik, Untuk itu harus memnuhi syarat sebgai berikut :

·         Cahayanya harus sedekat mungkin bersifat monokromatis (frekuensinya mendekati tunggal).

·         Memiliki efisiensi kuantum yang tinggi.

·         Berintensitas tinggi sehingga dapat memancarkan energi yang cukup agar dapat mengantisipasi kehilangan energi yang terjadi selama transmisi.

·         Mampu dimodulasi dengan mudah oleh isyarat informasi yang bersifat kecil.

·         Mudah digandengkan dengan serat sehingga tiak terjadi kehilangan energi penggandengan yang berlebihan.

Sumber cahaya yang biasa digunakan pada sistem komunikasi serat optik saat ini adalah yaitu dioda pemancar cahaya /Light Emitting Diode (LED) dan dioda laser Injeksi /Injection Laser Diode (ILD).

BAB III

HASIL DAN ANALISIS

A.    Cara Kerja Serat Optis

Serat optis berfungsi sebagai jalur perambatan cahaya, dimana cahaya yang di bawanya merupakan hasil modulasi gelombang cahaya dari gelombang listrik. Gelombang cahaya ini dibawa oleh serat optis (transmitter)  menuju receiver yang berada diujung serat optis lainnya, di receiver ini gelombang cahaya diubah lagi menjadi sinyal listrik.

Skema arus kerja serat optic seperti diagram di bawah ini

B.     Perambatan Cahaya dalam Serat Optik

Cahaya yang lintasan lurus tentu tidak dapat menyampaikan informasi jika tempat yang dituju jauh dan berkelok-kelok. Untuk itu diperlukan sebuah alat yang dapat memandu cahaya hingga tempat tujuan. Serat optik mempunyai prinsip kerja yang sangat cocok dengan kebutuhan ini.

Serat optik mengirimkan data dengan media cahaya yang merambat melalui serat kaca. Lintasan cahaya yang merambat di dalam serat :

·         Sinar merambat lurus sepanjang sumbu serat tanpa mengalami gangguan.

·         Sinar mengalami refleksi, karena memiliki sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis dan akan merambat sepanjang serat melalui pantulan-pantulan.

·         Sinar akan mengalami refraksi dan tidak akan dirambatkan sepanjang

serat karena memiliki sudut datang yang lebih kecil dari sudut kritis.

Pemanduan cahaya dalam serat optik menggunakan pantulan internal total yang terjadi pada bidang batas antara 2 media dengan indek bias yang berbeda yaitu n₁ dan n₂.  Bila indek bias n₁ dari medium pertama lebih kecil dari indek bias medium kedua, maka sinar akan dibiaskan pada media berindeks bias besar dengan sudut i₂ terhadap garis normal, hubungan antara sudut datang i₁ dan sudut bias i₂ terhadap indeks bias dielektrik dinyatakan oleh hukum Snell:

Dari gambar terlihat bahwa cahaya dibiaskan menjauhi garis normal. Jika sudut datang terus diperbesar sehingga sudut bias sejajar dengan bidang batas (sudut bias 90°) maka apabila sudut datang terus diperbesar setelah sudut bias 90°, maka tidak ada lagi cahaya yang dibiaskan tetapi dipantulkan sempurna. Sudut datang pada saat sudut biasnya 90° disebut sudut kritis dan pada saat ini pemantulan yang terjadi adalah pemantulan total (sempurna).

C.     Parameter yang mempengaruhi Proses Transmisi

1.      Numerical Aperture (NA)

Numerical Aperture merupakan parameter yang merepresentasikan sudut penerimaan maksimum dimana berkas cahaya masih bisa diterima dan merambat didalam inti serat. Sudut penerimaan ini dapat beraneka macam tergantung kepada karakteristik indeks bias inti dan selubung serat optik.

Jika sudut datang berkas cahaya lebih besar dari NA atau sudut kritis maka berkas tidak akan dipantulkan kembali ke dalam serat melainkan akan menembus cladding dan akan keluar dari serat (loss). Semakin besar NA maka semakin banyak jumlah cahaya yang diterima oleh serat. Akan tetapi sebanding dengan kenaikan NA menyebabkan lebar pita berkurang, dan rugi penyebaran serta penyerapan akan bertambah. Oleh karena itu, nilai NA besar hanya baik untuk aplikasi jarak-pendek dengan kecepatan rendah. Besarnya Numerical Aperture (NA) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

Keterangan     :    n₁  = Indeks bias inti

                            n₂  = Indeks bias cladding

                            ∆  = Beda Indeks bias relative

2.      Redaman (Atenuasi)

Redaman atau atenuasi adalah besaran pelemahan energi sinyal informasi dari fiber optik yang dinyatakan dalam dB. Redaman/atenuasi serat optik merupakan karakteristik penting yang harus diperhatikan mengingat kaitannya dalam menentukan jarak pengulang (repeater), jenis pemancar dan penerima optik yang harus digunakan. Besarnya atenuasi atau rugi-rugi daya dinyatakan oleh persamaan berikut :

Keterangan     :      L     = Panjang serat Optik

                              P_in    = Daya yang masuk kedalam serat

                              P_out  = Daya yang keluar dari serat

Redaman serat biasanya disebabkan oleh karena absorpsi, hamburan (scattering) dan mikro-bending. Semakin besar atenuasi berarti semakin sedikit cahaya yang dapat mencapai detektor dan dengan demikian semakin pendek kemungkinan jarak span antar pengulang.

·         Absorbsi

Absorpsi merupakan sifat alami suatu gelas. Pada daerah-daerah tertentu gelas dapat mengabsorpsi 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.

·         Hamburan

Seberkas cahaya yang melalui suatu gelas dengan variasi indeks bias di sepanjang 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.

·         Mikro-bending

Atenuasi lainya adalah atenuasi yang disebabkan 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.

3.      Dispersi

Dispersi adalah pelebaran pulsa yang terjadi ketika sinyal merambat sepanjang serat optik. Dispersi akan membatasi lebar pita (bandwidth) dari serat. Dispersi yang terjadi pada serat secara garis besar ada dua yaitu dispersi intermodal dan dispersi intramodal dikenal dengan nama lain dispersi kromatik disebabkan oleh dispersi material dan dispersi wavegiude.

D.    Faktor loss dalam Proses perambatan Cahaya

Sinar dalam fiber optik berjalan melalui inti dengan secara memantul dari cladding, dan hal ini disebut total internal reflection, karena cladding sama sekali tidak menyerap sinar dari inti. Akan tetapi dikarenakan ketidakmurnian kaca sinyal cahaya akan terdegradasi, ketahanan sinyal tergantung pada kemurnian kaca dan panjang gelombang sinyal.

Faktor loss dapat disebabkan oleh bebrapa factor antara lain sebgai berikut :

1.      Penyebaran Rayleigh

Penyebaran Rayleigh terjadi akibat tidak homogennya indeks bias pada core serat optik. Bila pada serat optis terjadi perubahan indes bias yang lebih pendek daripada sinar yang dirambatkan, maka akan terjadi hamburan

2.      Penyerapan Bahan

Tiga  mekanisme yang berbeda memberikan sumbangan pada factor loss penyerapan pada serat optis penyerapan ini adalah berturut-turut sebagai berikut: Penyerapan Ultraviolet, penyerapan inframerah, dan penyerapan resonansi ion.

3.      Konektor

Konektor  fiber digunakan untuk menyambungkan dua ujung fiber optik, yang digunakan pada titik-titik di mana fiber berakhir pada pemancar dan penerima. Karena sebuah fiber harus selalu berakhir pada sebuah pemancar di salah satu ujungnya dan pada sebuah penerima di ujung yang lain sehingga terdapat rugi pada konektor. Faktor yang mempengaruhi rugi dalam konektor pada suatu panjang kabel, yaitu:

·         Ketidaksesuaian ukuran inti

·         Kesalahan letak inti melintang

·         Pemisahan celah memanjang

·         Pemisahan celah memanjang

·         Kehilangan energi pada celah optis

·         Kesalahan letak sudut

·         Persiapan ujung fiber yang tidak sempurna

·         Kotoran

4.      Penyambungan

Faktor loss yang terjadi akibat penyambungan yang tidak sempurna sehingga sinar dari serat optis yang satu tidak dapat dirambatkan seluruhnya kedalam serat yang lain. Beberapa kesalahan penyambungan yang merupakan factor loss antara lain :

·         Sambungan kedua serat optis membentuk sudut

·         Sumbu kedua serat optis tidak sejajar

·         Sumbu kedua serat optis berimpit namun masih ada celah diantaranya

·         Ada perbedaan ukuran antara kedua serat optis yang disambung

BAB IV

KESIMPULAN

Adapun hasil dari analisis diatas, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1.      Serat optis merupakan transmitter yang membawa informasi dalam bentuk gelombang cahaya yang dapat melibatkan jumlah data yang sangat besar dengan kecepatan tinggi

2.      Perambatan Cahaya didalam serat optis menggunakan prinsip total pantulan internal yang melibatkankan dua sifat dari optik geometri yaitu refleksi dan refraksi.

3.      Parameter-paremeter yang mempengaruhi proses transmisi cahay dalam serat optis antara lain: Numerical Apertur (NA), Redaman (Atenuasi), Dispersi.

Referensi

Cara kerja serat optis.diakses di  http://www.seratoptik.com/?cat=4. Tanggal 3 oktober 2011

Fenomena fisis transmisi cahaya serat optis. http://www.pcmedia.co.id/detail.asp?Id=122

5&Cid=22&Eid=25. Tanggal 3 oktober 2011

Parameter transmisi cahaya pada serat optis. http://netsains.com/2009/10/serat -optik -

untuk-penyalur -cahaya/. Tanggal 3 oktober 2011

Faktor loss dalam proses perambatan chaya serat optik.http://apriphysics.blogspot.com/2008/03/selayang-pandang.html.Tanggal 3 oktober 2011

MAKALAH

TRANSMISI CAHAYA MELALUI SERAT OPTIS

JANARIANI

20020070

2011