SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK
advertisement
SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK Submitted by Dadiek Pranindito ST, MT,. SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TELEMATIKA TELKOM PURWOKERTO LOGO Topik Pembahasan Chapter 1 Overview SKSO Pertemuan Ke -2 SKSO dan Teori Perambatan Cahaya Click the words to explore Press <-- to go back Press Esc to stop Chapter 2 Perambatan Cahaya Chapter 3 Jenis Fiber Optik Chapter 1 Overview SKSO 1. Perkembangan SKSO 2. Konsep Sistem Komunikasi Serat Optik 3. Susunan Serat Optik LOGO Perkembangan SKSO (1) Perkembangan SKSO (2) Generasi Sistem Komunikasi Serat Optik Bit rate-distance product BL, di mana B adalah bit rate transmisi dan L adalah spasi repeater, adalah ukuran kapasitas transmisi link serat optic. • Generasi pertama beroperasi di 850 nm dengan serat multimode dan bit rate 45 s.d. 140 Mbps dengan spasi repeater 10 km. • Berikutnya penggunaan serat Single Mode memungkinkan bit rate 155 Mbps, 622 Mbps, hingga 2,5 Gbps dengan spasi repeater 40 km. • Sistem 1550 nm memberikan kapasitas sampai 10 Gbps dengan spasi repeater hingga 90 km pada 2,5 Gbps. Sistem Komunikasi Serat Optik (1) DDF Driver Serat Optik Electrical Circuit Tx Optical Transmitter Sumber Detektor Optik Optik Main Amplifier DDF Electrical Circuit Rx Optical Receiver Sistem Komunikasi Serat Optik (2) SKSO Terdiri dari : 1. Pemancar/Sumber Optik ( Optical Transmitter ) • LED ( Light Emitting Diode ) atau Diode LASER ( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ) • Electrical Circuit Transmit 2. Serat Optik ( Optical Fiber ) sebagai Media • Dibuat dari serat kaca dengan diameter dalam mikrometer. 3. Penerima Optik ( Optical Receiver ) • Diode PIN (Positive Intrinsic Negative), atau APD (Avalanche Photo Diode). • Electrical Circuit Receive Sistem Komunikasi Serat Optik (3) Fungsi : 1. Sisi Pengirim Memperbaiki karakteristik dan menggabungkan sinyal-sinyal input. Mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik 2. Sisi Penerima Mengubah sinyal optik menjadi sinyal listrik. Memisahkan dan memperbaiki karakteristik sinyal input. Aplikasi Jaringan SKSO Gambar berikut adalah salah satu contoh konfigurasi jaringan optik untuk Wide Area Network (WAN), regional network, dan local network dengan node yang berbeda-beda Susunan Serat Optik (1) 2~125 mm 5~250 mm Core Coating Cladding Susunan serat optik dari lapisan paling dalam adalah : Core : dengan diameter antara 2 s/d 125µm Cladding : dengan diameter antara 5 s/d 250µm Coating (jaket). Susunan Serat Optik (2) 1. Core ( Inti Serat ) berfungsi untuk menentukan cahaya merambat dari satu ujung ke ujung lainnya • Terbuat dari bahan kuarsa atau silika • Merupakan bagian utama, karena perambatan cahaya melintas pada bagian ini. • Memiliki diameter dari 2 mm ~ 125 mm Susunan Serat Optik (3) 2. Cladding ( Selimut ) berfungsi sebagai cermin, yakni memantulkan cahaya agar dapat merambat ke ujung lainnya. • Terbuat dari bahan kuarsa atau silika dengan nilai indeks bias lebih kecil dari Core. • Merupakan selubung dari Core. • Hubungan indeks bias antara Core dan cladding akan mempengaruhi perambatan cahaya pada Core ( berpengaruh terhadap besarnya sudut Kritis). • Memiliki diameter dari 5 mm ~ 250 mm. Susunan Serat Optik (4) 3. Coating ( Jaket ) berfungsi sebagai pelindung mekanis sebagai pengkodean warna • Terbuat dari bahan plastik • Berfungsi untuk melindungi core dan cladding dari kerusakan Chapter 2 Perambatan Cahaya 1. 2. 3. 4. Teori Perambatan Cahaya Sudut Kritis Total Internal Reflection (TIR) Numerical Aperture LOGO Ilustrasi Perambatan Cahaya Teori Perambatan Cahaya Hukum Optik (snellius) : • Cahaya merambat lurus dalam suatu medium. • Cahaya dapat diubah arahnya dengan menggunakan kaca / permukaan licin • Cahaya yang dipantulkan ke cermin membentuk sudut datang yang sama dengan sudut pantul. Pemantulan (reflection) Cahaya merambat lurus dalam suatu medium Garis normal Sinar datang Sinar pantul Sudut datang Sudut pantul Permukaan licin kaca Pembiasan (Refraksi) - 1 Bila cahaya merambat dari satu medium ke medium lain (dengan indeks bias yang berbeda), maka akan dibiaskan. Garis normal Sinar datang Sudut datang udara Permukaan air air Sudut bias Sinar bias Pembiasan (Refraksi) - 2 Ada dua kondisi dalam pembiasan, yaitu : 1. Bila sinar datang dari medium tipis ke medium lebih padat, maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal. Dalam hal ini, sudut bias lebih kecil daripada sudut datang. Pembiasan (Refraksi) - 3 1. Bila sinar datang dari medium padat ke medium lebih tipis, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal. Dalam hal ini, sudut bias lebih besar daripada sudut datang. Indeks Bias Indeks Bias (Refractive Index) Definisi : Indeks bias yaitu perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa terhadap kecepatan perambatan cahaya dalam suatu medium. n = c/v dimana : n = indeks bias c = kecepatan perambatan cahaya di ruang hampa ( 3x108 m/s) V = kecepatan perambatan cahaya di medium Hukum Snellius Hukum Snellius sin i . ni = sin r . nr Garis normal Sinar datang atau sin i / sin r = nr / ni Sudut datang i Permukaan air Udara (ni) Air (nr) r Sudut bias Sinar bias Latihan Penjalaran cahaya dari media gelas membentuk sudut i1 = 530. sudut ini diukur antara berkas sinar dengan permukaan gelas. Pada saat penjalaran cahaya, berkas cahaya ada yang dibiaskan dan ada yang dipantulkan. Jika berkas bias dan pantul saling membentuk sudut 900. Tentukan indeks bias gelas? Tentukan juga sudut kritisnya? Sudut Kritis Sudut datang cahaya dengan kondisi dimana harga diperbesar sampai suatu nilai tertentu; sehingga seluruh cahaya yang datang akan dipantulkan secara total, hal demikian merupakan kondisi ideal untuk mentransmisikan cahaya dalam serat optik. • Sudut datang yang mengakibatkan sudut bias sebesar 900. • Sudut datang yang menyebabkan sinar bias merambat sejajar dengan permukaan. Latihan Seberkas Sinar Cahaya bergerak di dalam suatu bahan transparan yang memiliki indeks bias 1,51 dan datang mendekati bidang perbatasan menuju bahan kedua yang memiliki indeks bias 1,46. Hitunglah sudut sinar kritis untuk sinar agar arah rambatnya di dalam bahan kedua menjadi sejajar bidang perbatasan ? Pola Perambatan Cahaya n1 > n2 Garis normal i1 < r1 i2 < r2 i3 < r3 = 90 0 Sinar bias ; i3 = Sudut kritis i4 = r4 r2 r1 r3 udara Permukaan air air Sudut kritis i3 i2 i1 Sinar pantul Sinar datang Total Internal Refletion Ic = Critical angle • Dengan mengatur Ic, maka akan diperoleh I2 = 90º • Jika I2 = 90º, maka cahaya yang direfraksikan tidak berjalan melalui material kedua ( n2 ), tetapi merambat melalui permukaan ( batas n1 dan n2 ). Rumus Sudut Kritis Dengan memperhatikan rumus : Sin I1 / Sin I2 = n2 / n1 Jika : I2 = 90º Sin I2 = 1, sehingga : Sin I1 = n2 / n1 Jika cahaya merambat dengan sudut datang (I1) dan sudut bias (I2) sebesar 90º, maka I1 disebut sudut kritis (Ic). Sehingga : Sin Ic = n2 / n1 atau Sin-1 (n2 / n1) Perambatan cahaya secara TIR Dalam keadaan ini : • Tidak ada cahaya yang direfraksikan bila I1 > Ic. • Cahaya datang direflesikan saat sudut datang lebih besar dari Ic. Kondisi ini disebut sebagai Total Internal Reflection, yang dapat terjadi hanya saat cahaya bergerak dari material dengan n lebih besar ke material dengan n lebih kecil. • Bila cahaya memasuki salah satu ujung serat optik, Sebagian besar cahaya terkurung didalam fiber dan akan dituntun ke ujung jauh. • Serat optik disebut sebagai penuntun cahaya (light guide) Cahaya tetap berada dalam serat karena dipantulkan secara total oleh permukaan sebelah dalam serat. • Pantulan dalam total ( Total Internal Reflection ) dapat terjadi bila dipenuhi dua hal : 1. Indek bias inti (n1) lebih besar dari cladding (n2) 2. Sudut masuk cahaya harus lebih besar dari sudut kritis. Coating Core Cladding Perambatan Cahaya Dalam Serat Optik (1) Garis normal Daerah Pelepasan B I2 n0 I1 Garis normal I0 A IC IC C n2 Cladding n1 Core n2 Cladding Sinar Datang • n0 = 1 • I0 = Sudut masuk luar • Sinar memasuki inti pada titik A dengan sudut bias I1, dipantulkan pada titik B dengan sudut IC • Pada ABC dapat diperoleh sudut I1 = 90º - IC Perambatan Cahaya Dalam Serat Optik (2) Sin I1 = Sin ( 90º - IC ) = Cos IC Sin I0 = n1 / n0 Cos IC Nilai maksimum kritis untuk sudut masuk luar I0 adalah : n1 IC n1 n 2 2 2 n2 n1 n 2 cos I C n1 2 Dengan menggunakan Teorema Pythagoras maka didapat : Nilai maksimum dari sudut luar, yang mana cahaya akan merambat didalam serat : I 0 ( maks ) n 2 n 2 2 Sin -1 1 n0 Sudut ini dinamakan sudut penerimaan 2 Kerucut Penerimaan Dengan memutar sudut penerimaan didapat kerucut penerimaan Kerucut penerimaan yang diperoleh dengan memutar sudut penerimaan terhadap sumbu serat. Setiap cahaya yang diarahkan ke ujung serat di dalam kerucut akan diterima dan diteruskan ke ujung jauh. Kerucut penerimaan disebut sebagai celah numerik (Numerical Aperture = NA) n n2 1 n0 2 NA Sin I 0 ( maks ) 2 Numerical Aperture (NA) n0 n2 I0 n1 n1 n 2 NA n0 2 Dimana : NA = Numerical Aparture n1 = Indeks bias core n2 = Indeks bias cladding n0 = Indeks bias pelepasan 2 Jika n0 = 1, maka : NA n1 n 2 2 2 I0 = Kerucut penerimaan = arc Sin NA Latihan Hitung NA dari serat optik step index n1 = 1,48 dan n2 = 1,46. Tentukan juga sudut masuk maksimum (I0) jika media di luarnya adalah udara dengan n0 = 1. n0 = 1 I0 n2 = 1,46 n1 = 1,48 Perambatan Cahaya dlm Serat Optik Coating 3 2 1 Core Cladding Sinar 1 adalah cahaya yang merambat lurus sepanjang Core tanpa mengalami refleksi/refraksi. Sinar 2 adalah cahaya yang mengalami refleksi, karena memiliki sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis. Sinar 3 adalah cahaya yang mengalami refraksi dan tidak akan dirambatkan sepanjang Core karena memiliki sudut datang yang lebih kecil dari sudut kritis. Chapter 3 Jenis Fiber Optik 1. Serat Optik Multimode Step-Index 2. Serat Optik Multimode Graded-Index 3. Serat Optik Singlemode Step-Index LOGO Multimode Step Index Profil Indeks bias n2 n1 Karakteristik : • Harga Indeks bias Core konstan • Ukuran Core 50 ~ 125 mm dan dilapisi cladding yang sangat tipis • Banyak terjadi Dispersi • Lebar pita frekuensi terbatas/sempit • Digunakan untuk jarak pendek dengan kecepatan bit rendah • Penyambungan kabel lebih mudah dan harga relatif murah Multimode Step Index Profil Indeks bias n2 n1 Karakteristik : • Core terdiri dari beberapa lapisan yang memiliki indeks bias berbeda. • Ukuran diameter Core 30 ~ 60 mm dan dilapisi cladding 100 ~ 150 mm. • Dispersi lebih kecil dibandingkan MMSI. • Lebar pita frekuensi besar/lebar. • Digunakan untuk jarak menengah dengan kecepatan bit lebih tinggi. • Faktor pembuatan lebih sulit dan harga relatif mahal. Multimode Graded Index Profil Indeks bias n2 n1 Karakteristik : • Core memiliki indeks bias dengan harga yang konstan. • Ukuran diameter Core 2 ~ 10 mm dan dilapisi cladding 50 ~ 125 mm. • Dispersi lebih kecil dan redaman lebih kecil < 2 dB/km. • Lebar pita frekuensi besar/lebar. • Digunakan untuk jarak jauh dengan kecepatan bit lebih tinggi. • Faktor penyambungan lebih sulit dan harga mahal. Thank You Dadiek Pranindito [email protected] LOGO [email protected]
