daftar isi - Universitas Sumatera Utara

BAB II
SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK
2.1 Pendahuluan
Sistem komunikasi pada serat optik didasarkan pada sebuah pemahaman atau
prinsip bahwa cahaya pada medium kaca dapat menghantarkan informasi untuk jarak
yang lebih jauh dibandingkan dengan sinyal elektrik yang dihantarkan oleh medium
transmisi yang berupa kabel tembaga ataupun medium transmisi yang berupa
gelombang radio pada sistem komunikasi wireless (nirkabel). Bahkan pada saat
sekarang ini, serat optik digabungkan atau dikombinasikan dengan perangkat
elektronik yang canggih dapat membuat kabel serat optik mengirimkan sinyal
gelombang cahaya yang sudah didigitalisasi sejauh ratusan kilometer tanpa harus
mengalami proses penguatan, dan dengan beberapa loss transmisi, interferensi yang
kecil dan potensibel bandwidth yang lebar, serat optik hampir merupakan sebuah
media transmisi ideal. Standar rugi-rugi yang diperbolehkan dalam penyambungan
adalah 1,5 dB [1].
2.2 Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan
medan magnet dan medan listrik secara berurutan, dimana arah getaran vektor medan
listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Terjadinya gelombang eletromagnetik
yaitu pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet ini
dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang
telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh
Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai hukum Ampere. Kedua medan
magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan (meginduksi) medan
listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi
elektromagnetik. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh
Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Hendry. Hukum
induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai hukum faraday Hendry [2].
Dari kedua prinsip dasar magnet tersebut, dengan mempertimbangkan konsep
simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu
usulan yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat
Universitas Sumatera Utara
menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan
demikian Maxwell mengusahakan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu
dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga adalah medan listrik yang
berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini
yang dikemukankan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari
rumusan hukum Ampere-Maxwell [2].
Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan tersebut, Maxweell
melihat adanya suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat
membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, medan listrik
yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses
ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan magnet dan medan
listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara serempak
merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala
gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektomagnetik karena
terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang [2].
Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi
elektromagnetik . Radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama
dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat
bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh
kecepatan (kecepatan cahaya, panjang gelombang, dan frekuensi). Propagasi
gelombang elektromagnetik biasanya terdiri dari frekuensi, panjang gelombang dan
cepat rambat gelombang [2].
Secara teori, Hertz menyadari bahwa gelombang elektomagnetik yang
dinyatakan Maxwell merupakan gabungan dari gelombang listrik dan gelombang
magnetik secara saling tegak lurus. Begitu pula dengan arah geraknya, karena
gelombang tersebut menggantungkan gelombang listrik, maka Hertz mencoba
membuktikan keberadaan gelombang elektormagnetik tersebut melalui keberadaan
gelombang listriknya yang diradiasikan oleh rangkaian pemancar [2].
Hertz mencoba membuat rangkaian pemancar sederhana dengan bantuan
trafo untuk memperkuat tegangan dan kapasitor sebagai penampung muantannya.
Karena ada arus pergeseran pada gap pemancar, diharapkan ada radiasi gelombang
elektromagnetik yang akan dipancarkan. Karena secara teori dari percikan yang
muncul akan dihasilkan gelombang elektromagnetik, tetapi pada rangkaian loop
Universitas Sumatera Utara
penerima yang hanya berupa kawat berbentuk lingkaran yang tanpa diberikan
sumber tegangan apapun, ternyata muncul percikan listrik pada gapnya. Ini
membuktikan bahwa ada listrik yang mengalir melalui radiasi suatu benda yang
akhirnya terhantarkan ke loop. Karena merasa belum puas Hertz mencoba untuk
menghitung frekuensi pada loop. Frekuensi yang dihasilkan sama dengan frekuensi
pancar. Ini artinya lisrtik pada loop berasal dari pemancar itu sendiri. Dengan
demikian terbuktilah adanya radiasi grlombang elektromagnetik Maxwell. Percobaan
Hertz ini juga memicu penemu telegram kabel dan radio oleh Marconi. Rangkaian
ini ada dalam kaca quartz untuk menghindari sinar UV [3].
2.3 Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Susunan semua bentuk gelombang elektromagnrtik berdasarkan panjang
gelombang
dan
frekuensinya disebut
spektrum elektromagnetik.
Spektrum
elektromagnetik disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan
meter) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang
tinggi dan rendah dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi
yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti
radiasi X-ray dan Gamma Ray. Contoh spektrum gelombang elektromagnetik
ditunjukkan pada Gambar 2.1 [3].
Gambar 2.1 Spektrum Gelombang Elektromagnetik
1. Gelombang Radio
Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau
frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau
sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai 30 kHz ke atas dan dikelompokkan
berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan
listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini
Universitas Sumatera Utara
dibangkitkan oleh rangkain elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini
dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula. Kita tidak dapat mendengar
radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi
gelombang menjadi energi bunyi [3].
2. Gelombang Mikro
Gelombang mikro (microwaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi
paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan
muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang
mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat.
Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan
dengan cepat dan ekonomis. Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat
RADAR (Radio Detection and Ranging). RADAR berarti mencari dan menetukan
jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Karena cepat rambat
gelombang elektromagnetik = c dalam satuan m/s, maka dengan mengamati selang
waktu antara pemancar dengan penerima [3].
3. Sinar Inframerah
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz. Jika
diperiksa spektrum yang dihasilakn oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang
dihubungkan pada miliamperemeter, maka jarum amperemeter sedikit diatas ujung
spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum
merah itu disebut radiasi inframerah. Sinar inframerah di hasilkan oleh elektron
dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda dipanaskan. Jadi setiap benda
panas pasti memancarkan sinar inrfamerah. Jumlah sinar inframerah yang
dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda [3].
4. Cahaya Tampak
Cahaya tampak sebagai radiasi elekromagnetik yang paling dikenal oleh kita
dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang ektromagnetik yang
dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung
warnanya mulai dari panjang gelombang 0.000004m cahaya violet (ungu) sampai
0.000007m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya salah satunya adalah penggunaan
laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran [3].
Universitas Sumatera Utara
5. Sinar Ultraviolet
Sinar ultaraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016
Hz atau dalam daerah panjang gelombang 0.0000001m-0.000001m gelombang ini
dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama
yang memancarkan sinar uktraviolet dipermukaan bumi, lapisan ozon yang ada
dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan
meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakannya kehidupan mahluk hidup
di bumi [3].
6. Sinar X
Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz samapai 20 Hz, panjang
gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm. Meski seperti itu tetapi sinar X
mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa
centimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm [3].
7. Sinar Gamma
Sinar gamma mempunyai frekuensi 10 Hz atau panjang gelombang 10 cm.
Daya tembus paling besar yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh
jaringan tubuh [3].
2.4 Spektrum Elektromagnetik
Spektrum optik cahaya adalah bagian dari spekrtum elektromagnetik yang
tampak oleh manusia. Radiasi elektromagnetik dalam rentang panjang gelombang ini
disebut sebagai cahaya tampak atau cahaya saja. Tidak ada batasan yang tepat dari
spektrum optik, mata normal manusia akan dapat menerima panjang gelombang dari
400 sampai 700 nm, meskipun beberapa orang dapat menerima panjang gelombang
dari 380 sampai 780 nm. Mata yang telah beradaptasi dengan cahaya biasanya
memiliki sensitivitas maksimum di sekitar 555 nm, di wilayah hijau dari spektrum
optik. Warna percampuran seperti pink atau ungu didapat jika mencampurkan
beberapa panjang gelombang.
Meskipun spektrum optik adalah spektrum yang kontinu sehingga tidak ada batas
yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya. Tabel 2.1 menunjukkan batas
kira-kira warna-warna spektrum [4].
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Spektrum dan Panjang Gelombang
No
Warna
Panjang Gelombang
1
Ungu
380-450 nm
2
Biru
450-495 nm
3
Hijau
495-570 nm
4
Kuning
570-590 nm
5
Jingga
590-620 nm
6
Merah
620-750 nm
2.5 Panjang Gelombang
Panjang gelombang adalah sebuah jarak antara satuan berulang dari sebuah pola
gelombang. Biasanya memiliki denotasi huruf Yunani lambda. Dalam sebuah
gelombang sinus, panjang gelombang adalah jarak antara puncak ke puncak. Axisx
mewakilkan panjang gelombang, dan I mewakilkan kuantitas yang bervariasi
(misalnya tekanan udara untuk sebuah gelombang suara atau kekuatan listrik atau
medan magnet untuk cahaya), pada suatu titik dalam fungsi waktu x. Panjang
gelombang memiliki hubungan inverse terhadap waktu, jumlah puncak untuk
melewati sebuah titik dalam sebuah waktu yang di berikan [4].
Panjang gelombang sama dengan kecepatan jenis gelombang dibagi oleh
frekuensi gelombang. Ketika berhadapan dengan radiasi elektromagnetik dalam
ruang hampa, kecepatan ini adalah kecepatan cahaya c, untuk sinyal (gelombang) di
udara, ini merupakan kecepatan suara di udara, panjang gelombang ditunjukkan pada
Gambar 2.2 [5].
Gambar 2.2 Panjang Gelombang
Universitas Sumatera Utara
2.6 Prinsip Dasar Komunikasi Serat Optik
Serat optik bekerja berdasarkan hukum snellius tentang pemantulan sempurna.
Pemantulan cahaya atau pembiasaan cahaya yang terjadi sangat bergantung pada saat
cahaya menyentuh permukaan atau masuk ke inti serat fiber optic. Salah satu contoh
tentang adanya pembiasaan cahaya ini, misalnya pada saat kita sedang berada di tepi
danau ketika kita melihat ikan dan mahluk hidup lainnya berada di bawah permukaan
air. Sekilas akan terlihat bahwa danau tersebut sepertinya dangkal dan air tenang,
namun apa yang kita lihat tentang kedalaman air danau tersebut berbeda dengan
keadaan yang sebenarnya. Begitu juga tentang keberadaan ikan dan mahluk hidup
lainnya, pada saat kita melihat, belum tentu mahluk hidup tersebut berada pada posisi
sebenarnya. Hal ini terjadi karena adanya pembiasaan cahaya, dimana menurut ilmu
fisika tentang cahaya, jika cahaya jatuh pada medium yang berbeda indeks biasnya,
cahaya tersebut akan dibiaskan dan sudut datang dari sinar laser yang dikirimkan
pada serat optik dapat memungkinkan untuk mengatur seberapa efisiensi sinar laser
tersebut sampai pada tujuan. Gelombang cahaya di arahkan melalui inti dari fiber
optic tersebut, sama seperti gelombang radio yang diarahkan melalui kabel koaksial.
Sinar laser pada serat optik di arahkan hingga ke ujung dari fiber optic tersebut
dengan memanfaatkan prinsip dari pemantulan cahaya di dalam inti serat optik [5].
Perkembangan teknologi telekomunikasi memungkinkan penyediaan sarana
telekomunikasi dalam biaya relatif rendah, mutu pelayanan tinggi, cepat, aman, dan
juga kapasitas besar dalam menyalurkan informasi. Seiring dengan perkembangan
telekomunikasi yang cepat maka kemampuan sistem transmisi dengan menggunakan
teknologi serat optik semakin dikembangkan, sehingga dapat menggeser penggunaan
sistem transmisi konvensional dimasa mendatang, terutama untuk transmisi jarak
jauh. Dampak dari perkembangan teknologi ini adalah perubahan jaringan analog
menjadi jaringan digital baik dalam sistem switching maupun dalam sistem
transmisinya. Hal ini akan meningkatkan kualitas dan kuantitas informasi yang
dikirim, serta biaya operasi dan pemeliharaan lebih ekonomis. Sebagai sarana
transmisi dalam jaringan digital, serat optik berperan sebagai pemandu gelombang
cahaya. Serat optik dari bahan gelas atau silika dengan ukuran kecil dan sangat
ringan dapat mengirimkan informasi dalam jumlah besar dengan rugi-rugi relatif
rendah. Dalam sistem komunikasi serat optik, informasi diubah menjadi sinyal optik
(cahaya) dengan menggunakan sumber cahaya LED atau Diode Laser. Kemudian
Universitas Sumatera Utara
dengan dasar hukum pemantulan sempurna, sinyal optik yang berisi informasi
dilewatkan sepanjang serat sampai pada penerima, selanjutnya detektor optik akan
mengubah sinyal optik tersebut menjadi sinyal listrik kembali [5].
2.6.1 Pemantulan Sempurna
Pematulan dalam sistem komunikasi serat optik yang digunakan adalah
pemantulan sempurna. Perambatan cahaya dalam serat optik dapat merambat dalam
medium dengan tiga cara yaitu :
a. Merambat Lurus
b. Dibiaskan
c. Pemantulan
Pemantulan cahaya dalam serat optik ditunjukkan pada Gambar 2.3, yaitu
pada saat refraksi, sudut kritis dan pemantulan sempurna [6].
Gambar 2.3 Pemantulan dan Pembiasan Cahaya
Pemantulan (refraksi) secara umumnya dapat ditunjukkan pada Gambar 2.4. Pada
refraksi ini medium yang digunakan adalah cermin. Cahaya yang dipantulkan
melalui cermin dapat dilihat pada sudut datang dan sudut refraksi seperti pada
gambar.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Pemantulan (Refleksi) Pada Cermin
Cahaya yang bergerak dari materi dengan indeks bias lebih besar (padat) ke
materi dengan indeks bias lebih kecil (tipis) maka akan bergerak menjauhi sumbu
tegak lurus (garis normal). Sudut datang lebih kecil daripada sudut bias. Cahaya yang
bergerak dari materi dengan indeks bias lebih kecil (tipis) ke materi dengan indeks
bias lebih besar (padat) maka akan bergerak mendekati sumbu tegak lurus (garis
normal). Sudut datang lebih besar daripada sudut bias. Pembiasan pada cahaya
ditunjukkan pada Gambar 2.5 [6].
Gambar 2.5 Pembiasan (Refraksi)
Universitas Sumatera Utara
Refractive Index (Indeks bias)
Bila gelombang cahaya merambat melalui material, tidak dalam vacum, maka
kecepatannya lebih kecil dibandingkan dalam vacum.
V = c/n.........................................................(2.1)
atau
n = c/V.........................................................(2.2)
Dimana:
c
=
kecepatan cahaya dalam vacum (3 x 108 m/s).
n
=
refractive index (index of refraction) atau indeks bias.
V
=
kecepatan rambat cahaya dalam material.
Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari 1 dan nilainya untuk beberapa zat
ditunjukkan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Indeks Bias Medium
Medium
N = c/v
Udara Hampa
1.0000
Udara pada STP
1.0003
Air
1.333
Es
1.31
Alkohol
1.36
Gliserol
1.48
Benzena
1.50
Kaca Kuarsa Lebur
1.46
Kaca Korona
1.52
Api cahaya/kaca flintana
1.58
Lucite atau plexiglass
1.51
Garam dapur/ Natrium Klorida
1.53
Berlian
2.42
Universitas Sumatera Utara
2.6.2 Hukum Snnelius
Hukum Snnelius digunakan sebagai hukum dasar dari prinsip pembiasaan
cahaya atau optik. Hal ini dapat ditunjukkan pada Gambar 2.4. Pada gambar ini
tampak bahwa nilai-nilai dari indeks. Pada hukun Snnelius ini dapat disampaikan
tiga bagian penting dari pengertian hukum Snnelius yaitu [7]:
a. Cahaya merambat lurus dalam suatu medium
b. Cahaya dapat dirubah arahnya dengan menggunakan kaca atau
permukaan licin
c. Cahaya yang dipantulkan ke cermin membentuk sudut datang yang
sama dengan sudut pantul.
Gambar 2.6 Hukum Snnelius
n = c/v
Dimana :
n
: Indeks bias
v
: Kecepatan perambatan cahaya di medium
c
: Kecepatan perambatan cahaya diruang hampa
Ada dua kondisi dalam pembiasan yaitu :
Universitas Sumatera Utara
1. Bila sinar datang dari medium tipis kemedium lebih padat, maka sinar akan di
biaskan mendekati garis normal. Dalam hal ini sudut bias lebih kecil dari sudut
datang.
2. Bila sinar datang dari medium padat kemedium lebih tipis, maka sinar akan
dibiaskan menjauhi garis normal. Dalam hal ini sudut bias lebih besar dari sudut
datang.
Sudut kritis dalam pembiasaan adalah sudut datang cahaya dengan kondisi
dimana harga diperbesar samapai suatu nilai tertentu sehingga seluruh cahaya datang
dipantulkan
secara
total,
hal
demikian
merupakan
kondisi
ideal
untuk
mentransmisikan cahaya dalam serat optik [7].
2.6.3. Perambatan Cahaya
Perambatan cahaya terdiri dari beberapa mode dalam medium yang sama
yaitu ;
a.
Cahaya dapat merambat dalam serat optik melalui sejumlah lintasan yang
berbeda.
b.
Lintasan cahaya yang berbeda-beda ini disebut mode dari suatu serat
optik.
c.
Ukuruan diameter core menentukan jumlah mode yang ada dalam suatu
serat optik.
d.
Serat optik yang memiliki lebih dari satu mode disebut serat optik
multimode.
e.
Serat optik yang mempunyai hanya satu mode saja diesbut serat optik
single mode. Serat optik single mode memiliki ukuran core lebih kecil.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Propagasi Cahaya Pada Serat Optik
Perambatan cahaya pada komunikasi serat optik ditunjukkan pada Gambar
2.7. Perambatan cahaya atau propgasi cahaya dapat dilakukan dalam beberapa
bentuk bagian. Pada Gambar 2.7 ini ditunjukkan bahwa propagasi cahaya dibiasakan
dan dipantulkan pada sebuah bentuk kerucut [7].
2.6.4. Konfigurasi Dasar Serat Optik
Konfigurasi dasar serat optik dapat ditunjukkan pada Gambar 2.8 .
Gambar 2.8 Konfigurasi Dasar Serat Optik
Universitas Sumatera Utara
Prinsip instalasi kabel serat optik tidak berbeda dengan instalasi kabel tembaga,
namun ada hal-hal khusus dalam instalasinya, antara lain;
1. Penyediaan slack kabel.
2. hati-hatian dalam penarikan
3. Alat sambung dan toolkit khusus
4. Diperlukan kabel rol (cable reel)
5. Gunakan kabel otpik sesuai spesifikasi
2.7 Struktur dan Jenis Serat Optik
Struktur dasar serat optik terdiri dari beberapa bagian yaitu, core, cladding
dan coating atau buffer. Setiap bagian memiliki fungsinya masing-masing.
1.
Core
Core merupakan inti dari serat optik yang terbuat dari bahan kuarsa dengan kualitas
sangat tinggi. Merupakan bagian utama dari serat optik karena perambatan cahaya
sebenarnya terjadi pada bagian ini. Memiliki diameter 10 mm-50 mm, dan ukuran
core sangat mempengaruhi karateristik serat optik [8].
2.
Cladding
Cladding ini terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias lebih kecil dari core dan
merupakan selubung dari core. Hubungan indeks bias cladding dan core akan
mempengaruhi perambatan cahaya pada core (mempengaruhi besarnya sudut kritis)
[8].
3.
Coating
Coating terbuat dari bahan plastik dan berfungsi untuk melindungi serat optik dari
kerusakan. Struktur dasar serat optic dapat ditunjukkan pada Gambar 2.9 [8].
Gambar 2.9 Struktur Dasar Serat Optik
Universitas Sumatera Utara
Jenis-jenis serat optik dapat dapat dibedakan menjadi beberapa bagian,
diantaranya adalah [8]:
a. Step Index Multimode
-
Index core konstan
-
Ukuran core besar dan dilapisi cladding yang sangat tipis
-
Penyabungan kabel lebih mudah karena memiliki core yang besar
-
Terjadi disperse
-
Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate rendah
Pada gambar di bawah ini dapat dilihat bahwa index core yang digunakan adalah
tetap atau konstan dengan ukuran core besar, kemudian penyambungan untuk jenis
optik ini terbilang mudah. Jenis Serat optik step index dapat ditunjukkan pada
Gambar 2.10 [8].
Gambar 2.10 Serat Optik Step Indeks[12]
b. Graded Indeks Multimode
Cahaya merambat karena difraksi yang terajdi pada core sehingga
rambatan cahaya sejajar dengan sumbu serat [8].
Gambar 2.11 Jenis Serat Optik Graded Indeks Multimode
Universitas Sumatera Utara
Core terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias yang berbeda,
indeks bias tertinggi terdapat pada pusat core dan berangsur-angsur turun sampai
kebatas core cladding dan dispersi dalam jenis serat optik ini minimum. Jenis serat
optik gradded indeks multimode ditunjukkan pada Gambar 2.11 [8].
c. Step Indeks Multimode
Serat optik SI Singlemode memiliki diameter core yang sangat kecil
dibandingkan ukuran claddingnya. Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja
yaitu sejajar dengan sumbu serat optik. Digunakan untuk transmisi data dengan bit
rate tinggi. Jenis serat optik Step Indeks Multimode ditunjukkan pada Gambar 2.12
[8].
Gambar 2.12 Jenis Serat Optik Step Indeks Multimode
2.8 Penyambungan Serat Optik
Penyambungan serat optik pada dasarnya dilakukan berdasarkan standar dari
setiap perudahaan yang menggunakannya. Pada Tugas Akhir ini penulis membuat
penelitian penyambungan serat optik berdasarkan standar perusahaan PT.TELKOM
[8].
Penyambungan yang dilakukan sesuai standar perusahan adalah per tiga
kilometer atau satu span. Setiap satu span maka terjadi sambungan dan kotak
penyambungan di namakan handhold [8].
Jika terjadi sambungan di luar satu span hal tersebut diakibatkan adanya
kerusakan pada kabel optik. Kerusakan tersebut dapat disebabkan karena penggalian
atau karena ketahanan kabel tersebut [8].
Universitas Sumatera Utara
2.8.1 Sistem Penyambungan Serat Optik
Pada dasarnya sistem penyambungan serat optik dilakukan sesuai standart diatas.
Selain hal tersebut penyambungan juga terjadi karena adanya kerusakan pada serat
optik tersebut. Sistem penyambungan serat optik ini perlu memperhatikan beberapa
hal penting. Penyambungan fiber optic harus dilakukan dengan extra hati-hati,
karena bentuk serat-serat optik yang sangat halus sehingga dibutuhkan ketelitian.
Terminasi kabel optik adalah menghubungkan serat optik dari ujung kabel dengan
pach panel, melalui elemen pigtail dan konektor. Cara terminasi kabel serat optik
dengan menggunakan End closure, pig dan konektor. Sambungan
dengan
pigtail disimpan di dalam end closur. Bila
konektor
serat optik
yang terpasang
didalam Cabinet adalah 96 buah, maka jumlah sambungan serat optik juga 96 buah.
Metoda terminasi ini mempunyai kapasitas besar, tetapi harganya lebih mahal
dibandingkan dengan cara terminasi yang lainnya. Prosedur terminasi kabel serat
optik meliputi hal-hal yang harus diperhatikan
dalam pekerjaan terminasi Kabel
Optik [9].
a. Penanganan kabel optik pada saat membuat lengkungan tidak boleh melebihi
bending radius kabel yang diijinkan.
b. Jaga kebersihan adaptor dan konektor dari kotoran dan debu.
c. Hati-hati jangan mengganggu kabel dan peralatan transmisi yang sedang operasi.
Perangkat ini digunakan untuk melindungi serat optik saat ditanam dibawah
tanah. Dalam sistem penyambungan peralatan ini digunakan setelah penyambungan
fiber terlaksana dengan baik. Jika hasil penyambungan baik, maka dapat diberikan
pengaman seperti closure. Bentuk Closure ditunjukkan pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Closure Serat Optik
Universitas Sumatera Utara
2.8.2 Alat dan Bahan Penyambungan Serat Optik
Penyambungan fiber optic dilakukan dengan menggunakan beberapa perangkat
penting, yaitu :
a. Stripper (Pemotong manual)
b. Holder (pemotong lebih akurat, dapat menetapkan standar redaman yang
terkecil)
c. Fusion Splicing (penyambung)
d. Alkohol (pembersih)
e. Closure (wadah penyambungan kabel)
2.8.3 Cara Penyambungan Serat Optik
Penyambungan fiber optik harus dilakukan dengan extra hati-hati, karena bentuk
serat-serat optik yang sangat halus sehingga dibutuhkan ketelitian. Untuk melakukan
penyambungan harus mengikuti tahap-tahap berikut ini [9]:
1. Fiber optic disusun secara rapi sesuai dengan urutan pewarnaan.
2. Kemudian fiber optic diukur sesuai dengan pajang yang dibutuhkan
3. Selanjutnya fiber dibersihkan menggunakan Alkohol guna menghindari debu
yang menempel pada fiber ketika melakukan pengukuran atau penyusunan fiber
sesuai urutan warna.
4. Setelah fiber bersih maka dilakukan penyambungan menggunakan alat yang telah
disediakan.
5. Hasil penyambungan yang baik dapat dilihat dari alat yang digunakan pada saat
penyambungan, pada umumnya standar rugi-rugi penyambungan yang baik
adalah 0.15 dB, jika hasil redaman penyambungan diperoleh di bawah nilai
standart maka penyambungan yang dilakukan dapat dikatakan dalam kondisi
baik.
6. Jika hasil penyambungan baik, maka dapat diberikan pengaman seperti closure.
Cara penyambungan serat optik yang lebih jelas dapat ditunjukkan pada
Gambar 2.14. Gambar ini menjelaskan secara langsung sistem dan cara yang benar
dalam melakukan penyambungan FO.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14 Penyabungan Serat Optik
2.9 Pengukuran Redaman Serat Optik
Pada sistem transmisi serat optik seperti ditunjukkan pada Gambar 2.15
cahaya yang merambat sepanjang serat optik akan mengalami peredaman, sehingga
di ujung jauh (sisi penerima) kekuatan cahaya akan menjadi lemah. Disisi lain
kekuatan cahaya dari dioda laser terbatas dan foto dioda memiliki sensitifitas tertentu
untuk dapat mendeteksi sinyal optik. Oleh karena itu untuk dapat mengoperasikan
sistem telekomunikasi, rugi-rugi optik (total loss) harus dibuat pada level yang lebih
rendah dari level total loss yang diperbolehkan [10].
Gambar 2.15 Sistem Transmisi Serat Optik
Universitas Sumatera Utara
Level rugi-rugi optik yang diperbolehkan sudah ditentukan untuk masingmasing sistem telekomunikasi, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.3 [10].
Tabel 2.3 STM-4 Loss Limit
1310 nm
29,5 db
3,0 db
1,0 db
1-2-3
25,5 db
5. Pemeliharaan margin
* 2,5 db
6. Line loss yang diperbolehkan 23 db
1. Transmission loss
2. Sistem margin
3. FDP loss
4. Line loss
1550 nm
29,5 db
3,0 db
1,0 db
1-2-3
25,5 db
* 2,5 db
23 db
Rugi-rugi transmisi atau Transmission loss terlihat pada Gambar 2.14
Transmission loss
= Intra OfficeLoss + Line Loss
Intra Office loss
= Margin sistem + FDP Loss
FDP loss
= Optik Jumper Cord + Connector Loss
Line loss
= Cable Loss + Splicing Loss + Maintenance Margin
Dalam pelaksanaan uji akhir kabel optik dimaksudkan untuk mengukur besarnya
line loss, yaitu total loss cable link yang merupakan penjumlahan dari cable loss,
splicing loss dan connector loss. Demikian juga setiap sambungan harus diukur nilai
lossnya apakah masih di bawah standar nilai splicing loss yang diperbolehkan
ditunjukkan pada Gambar 2.16 [11].
Gambar 2.16 Transmission Loss
Universitas Sumatera Utara
2.9.1 Sistem Pengukuran Redaman Serat Optik
Pengukuran redaman fiber optic menggunakan alat ukur OTDR (Optical
Time Domain Reflectometer). Sebelum melakukan pengukuran terlebih dahulu
dilakukan pengaturan pada OTDR. OTDR merupakan salah satu peralatan utama
yang digunakan dalam uji akhir kabel serat optik. Dengan OTDR memungkinkan
sebuah link bisa diukur dari satu ujung. OTDR
dipakai
untuk
mendapatkan
gambaran visual dari redaman serat optik sepanjang sebuah link yang diplot pada
sebuah layar dengan jarak digambarkan pada sumbu X dan redaman pada sumbu Y.
Bentuk grafik hasil pengukuran dapat ditunjukkan seperti Gambar 2.17 [11].
Gambar 2.17 Tampilan Redaman Optik
OTDR memancarkan pulsa-pulsa cahaya dari sebuah sumber dioda laser ke
dalam serat optik, sebagian sinyal dibalikan ke OTDR, sinyal diarahkan melalui
sebuah coupler ke detektor optik dimana sinyal tersebut diubah menjadi sinyal listrik
dan ditampilkan pada layar CRT. OTDR mengukur sinyal balik terhadap waktu.
Waktu tempuh dikalikan dengan kecepatan cahaya dalam serat digunakan untuk
menghitung jarak atau l = (v x t) / 2. Tampilan OTDR menggambarkan daya relatif
dari sinyal balik terhadap jarak [11].
Universitas Sumatera Utara
2.9.2 Cara Mengukur Redaman Serat Optik
Karakteristik penting dari link yang diukur adalah:
a. Jarak, yaitu jarak kabel optik yang selesai diinstalasi.
b. Lokasi retak pada link, ujung link atau patahan.
c. Loss tiap sambungan dan loss total antara dua titik.
Gambar dibawah ini merupakan contoh hasil pengukuran menggunakan
OTDR dan dapat ditunjukan setiap sambungan yang terjadi dan patahan optik juga
dapat ditunjukkan pada Gambar 2.18.
Hal-hal yang harus diperhatikan dalam mempergunakan OTDR adalah
sebagai berikut [11]:
a. Jangan melihat laser secara langsung, karena berbahaya bagi mata.
b. Konektor harus bersih, agar diperoleh hasil yang benar.
c. Tegangan catuan yang diijinkan.
d. Penanganan kabel konektor.
e. Kondisi lingkungan alat.
f. Kemampuan spesifik dari peralatan.
Gambar 2.18 Alat Pemotong FO
Agar OTDR dapat bekerja dengan baik, harus dihindari hal-hal sebagai berikut:
1. Vibrasi yang kuat.
2. Kelembaman yang tinggi atau kotor (debu).
3. Dihadapkan langsung ke matahari.
4. Daerah gas reaktif.
Dalam mengoperasikan OTDR, sebelum pengukuran perlu dilakukan setting
beberapa parameter meliputi:
Universitas Sumatera Utara
a. Setting IOR (indeks bias).
b. Pemilihan panjang gelombang laser.
c. Pemilihan rentang jarak (distance range).
d. Pemilihan lebar pulsa.
e. Setting Attenuation.
f. On/Off laser.
Urutan Operasi Pengukuran Rugi-rugi (Loss) Serat Optik::
a. Tekan priview
b. Ubah rentang jarak (Distance Range), bila ujung jauh serat optik yang
diukur tidak tampak.
c. Tekan (start/stop) , memulai proses averaging.
d. Pengukuran loss antara dua titik.
e. Pengukuran loss sambungan.
Sebelum melakukan pengukuran dengan OTDR, maka perlu dilakukan setting
sebagai berikut:
a. Rentang jarak (Distance range)
b. Lebar Pulsa (Pulse Width)
c. Indeks bias (IOR)
d. Gain (Att)
e. Panjang gelombang
2.10 Multiplexing
Multiplexing adalah teknik menggabungkan beberapa sinyal secara
bersamaan pada suatu saluran transmisi. Di sis i penerima, pemisahan gabungan
sinyal tersebut sesuai dengan tujuan masing-masing disebut demultiplexing. Dala m
multiplexing, perangkat yang digunakan disebut multiplexer atau disebut juga dengan
ist ilah Transceiver/Mux. Receiver atau perangkat yang melakukan demultiplexing
disebut demultiplxer atau disebut juga dengan istilah Demux [12].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.19 Mult iplexing
Fungsi Multiplxer secara umum mengko mbinasikan (me-multiplex) data dari n input
dan mentransmisikan melalui kapasitas data link yang t inggi. Demultiplxer berfungs i
menerima aliran data yang di-multiplex (pemisah / demult iplex dari data tersebut
tergantung pada saluran) dan mengirimnya ke line out yang diminta. Proese kerja
mult iplexing ditunjukkan pada Gambar 2.19. Multiplexing terdiri dari beberapa jenis,
antara lain sebagai berikut [12]:
1. Time Division Multiplexing (TDM)
2. Frequency Division Multipxing (FDM)
3. Wavelength Division Multipleing (WDM)
2.10.1 Time Division Multiplexing
Time Division Multiplexing merupakan sebuah proses pentransmis ian
beberapa sinya l informasi yang hanya melalui satu kanal transmisi dengan masingmasing sinyal ditransmisikan pada periode waktu tertentu.
Akan ada beberapa sinyal informasi yang akan masuk kedalam Multiplexer
dari TDM, sinyal-sinyal tersebut memiliki bit rate yang rendah dengan sumber sinya l
yang berbeda-beda. Ket ika sinyal tersebut memasuki Multiplexer, maka sinyal akan
melalui sebuah s wicth rotary yang menyebabkan sinyal informasi yang sebelumnya
telah disampling itu akan dibuat berubah-ubah tiap det iknya. Hasil Output dari
switch ini merupakan gelo mbang PAM yang mengandung sample-sample dari sinya l
informasi yang periodik terhadap waktu.
Setelah melaui multiplex, sinyal kemudian ditransmisi dengan membagi-bag i
sample informasi berdasarkan (Hold Time/Jumlah kanal). Kanal transmisi in i
merupakan sebuah kanal dengan rangkaian yang disinkronisasikan. Kanal sinkron in i
dibutuhkan untuk membangun t iap kelo mpok sample dan membagi sample-sample
Universitas Sumatera Utara
tepat kedalam frame. Ketika sinyal transmisi memasuki demult iplexer, gabungan
sinyal yang ber-bit-rate tinggi (sinyal transmisi) dibagi-bagi kembali menjadi sinyal
informasi seperti sinyal informasi awal yang ber-bit-rate rendah. Kemudian akan d i
rotary switch pula disana yang akan mengarahkan sinyal-sinyal ke tujuna masingmasing dari sinyal itu. Pada multiplxer terdapat filt er yang berfungsi melewatkan
sinyal dengan frekuensi rendah, dan pada demultiplexer akan terdapat filt er yang
bertujuan untuk mendapatkan sinya l keluaran yang akan sama dengan sinya l
informasi inputnya [12].
Gelo mbang suara dari percakapan telepon di sample sekali 125msec, dan
setiap sample diconvert menjadi 8 bit data digital. Dengan menggunakan teknik ini,
kecepatan transmis i 64000 bit/sec dibutuhkan untuk mentransmisikan suara tersebut.
T1 line sebenarnya merupakan sebuah channel yang mampu mentransmisikan pada
kecepatan 1,544 Mbit/sec. Kecepatan transmisi ini lebih lebar di bandingkan kabe l
telepon pada umumnya, sehingga TDM digunakan untuk mengijinkan sebuah T1 line
untuk membawa 24 sinyal suara yang berbeda. Dengan satu frame terdiri dari 193
bit, sehingga kecepata tiap framenya 125µs [12].
Tipa frame tersebut kemudian dibagi menjadi 24 slot sinyal suara dan 8 bit
digital code. TDM digunakan karena alasan biaya, semakin sedikit kabel yang
digunakan dan semakin simple receiver yang dapat dipakai utnuk mentransmisikan
data dari banyak sumber untuk banyak tujuan membuat TDM lebih murah
dibandingkan yang lain. TDM ini juga menggunakan bandwidth yang lebih sedikit
daripada Frequency Division Multipxing (FDM). Dengan lebar bandwidth yang
kecil, membuat bitrate semakin cepat, namun daya yang digunakan semakin besar
[12].
2.10.2 Frequency Division Multiplexing (FDM)
Frequency Division Multiplexing adalah menggabungkan banyak salura n
input menjadi sebuah saluran output berdasarkan frekuensi. Jadi total bandwidth dar i
keseluruhan saluran dibagi menjadi sub-sub saluran o leh frekuensi. Tiap sinya l
modulasi memerlukan band width center tertentu sekitar frekuensi carriernya,
dinyatakan sebagai suatu saluran. Sinyal input baik analog maupun digital akan
ditransmisikan melalui medium dengan sinyal analog. Pada sistem FDM, umumnya
Universitas Sumatera Utara
terdiri dari dua peralatan terminal dan penguat ulang saluran transmisi (repeater
transmission line) [12].
1.
Peralatan Terminal (Terminal Equiipment)
Peralatan terminal terdiri dari bagian yang mengirimkan sinyal frekuensi ke
repeater dan bagian penerima yang menerima sinyal tersebut dan mengubahnya
kembali menjadi frekuensi semula [12].
2.
Peralatan Penguat Ulang (Repeater Equipment)
Repeater equipment terdiri dari penguat dan equalizer yang fungsinya
masing-masing untuk mengko mpensi redaman dan kecepatan redaman sewaktu
transmisi melewat i saluran antara kedua repeater masing-masing. [12]
2.10.3 Wavelength Division Multiplxing (WDM)
Dalam ko munikasi serat optik, WDM adalah tekno logi yang multiplexing
mult i carrier optik sinyal pada satu serat optik dengan menggunakan berbagai
panjang gelo mbang (warna) dari sinar laser untuk membawa sinyal yang berbeda.
Hal ini memungkinkan untuk memultiplexing, di samping memungkinkan
komunikasi directional lebih dari satu saluran, ini biasanya disebut Wavelngth
Division Multiplexing (WDM).
Wavelength Division Multiplexing adalah ist ilah umum yang diterapkan pada
sebuah carrier optik yaitu panjang gelo mbang, sedangkan frequency division
multiplexing biasanya diterapkan ke operator radio. Dalam hal ini panjang
gelo mbang dan frekuensi berbanding terbalik, serta radio cahaya adalah kedua
bentuk radiasi elektromagnet ik [13].
Universitas Sumatera Utara