Karakteristik Transmisi Serat Optik Prinsipkerja transmisi serat optic adalah sebagai berikut : 1 2
Cahaya Cahaya dari dari suatu suatu sumber sumber masuk masuk kesi kesilin linder der kaca kaca atau atau plastik plastik core core.. Berkas Berkas cahaya cahaya dipant dipantulk ulkan an dan dipropag dipropagasik asikan an sepanjang sepanjang serat, serat, sedangka sedangkan n sebagian sebagian lagi diserap oleh material sekitarnya.
Serat Serat optik optik mentran mentransmi smisika sikan n berkas berkas cahaya cahaya yang yang ditand ditandai ai dengan dengan sebuah sebuah sinyal sinyal dengan dengan memakai total internal reflection. efleksi jenis ini terjadi pada berbagai media transparan yang yang memilik memilikii indeks indeks refraks refraksii lebih lebih tinggi tinggi diband dibanding ingkan kan media media diseke disekelili lilingn ngnya ya.!e .!edia dia transmisi serat optik memiliki karakteristik untuk membedakan jenis serat optik yang akan digunakan pada transmisi optik. Beberapa transmisi optik sebagai berikut :
Redaman (Atenuasi) eda edama man n "aten "atenua uasi# si# serat serat optic optic meru merupa paka kan n kara karakt kteri eristi stik k pent pentin ing g yang yang haru haruss diperha diperhatik tikan an mengin mengingat gat kaitan kaitannya nya dalam dalam menent menentuka ukan n jarak jarak pengul pengulang ang (repeater), (repeater), jeni jeniss pemancar dan penerima optik yang harus digunakan.edaman sinyal cahaya yang merambat di sepanjang serat merupakan pertimbangan penting dalam desain sebuah sistem komunikasi optic, karena menentukan peran utama dalam menentukan jarak transmisi maksimum antara pemancar dan penerima. $eti $etika ka sina sinarr mele% mele%ati ati medi mediaa fibe fiberr akan akan meng mengal alami ami penu penuru runa nan n daya daya akib akibat at reda redama man, n, pembiasan dan efek lainnya. Semakin besar atenuasi berarti semakin sedikit cahaya yang dapat mencapai detektor dan dengan demikian semakin pendek kemungkinan jarak span antar pengulang. &aktor'faktor yang menimbulkan terjadinya redaman pada transmisi fiber optik antara lain : 1. Absorption "Penyerapan# Absorption "Penyerapan# &aktor penyerapan terjadi
karena
dua
kemungkinan
yaitu
AbsorptionEkstrinsik dan Absorption Absorption Intristik . (ntuk AbsorptionEkstrinsik terja terjadi di karen karenaa impunity dala dalam m fibe fiberr sepe sepert rtii : Besi Besi,, cobalt , ion ion )*, )*, dsb. dsb. Sedangkan Sedangkan Absorption Intristik disebabkan disebabkan interaksi bahan pembuat fiber itu sendiri. 2. Scattering "*amburan# "*amburan# *amburan umumnya terjadi karena tidak homogennya struktur fiber optic, kerapatan "density "density## yang tidak merapa dan yang terakhir adalah komposisi yang tidak fluktuasi. +. Bending "pembengkokan# "pembengkokan#
da
dua
jenis
bending
"Pembengkokan#
yaitu
macro macroben bendin ding g
dan
microbending Macrobending .Macrobending adalah adalah pembengkokan serat optic dengan radius yang yang panjan panjang g bila bila diband dibanding ingkan kan dengan dengan radius radius serat serat optic. optic. Microbending Microbending adal adalah ah
pemb pemben engk gkok okan an'p 'pem embe beng ngko koka kan n
keci kecill
pada pada
sera seratt
opti optik k
akib akibat at
ketidakseragaman dalam pembentukan serat atau akibat adanya tekanan yang tidak seragam pada saat pengkabelan. Salah satu cara untuk menguranginya adalah dengan menggunakan jacket menggunakan jacket yang yang tahan terhadap tekanan. edaman "
∝
¿
sinyal atau rugi'rugi serat optik didefinisikan sebagai
perbandingan antara daya output optik "P out# terhadap gaya input optik "P in# sepanjang serat "-#, dimana dapat ditunjukkan pada persamaan : 10 Pin log dB / km ∝= L Pout
( )
dimana : Panjang serat optic "km# Pin /aya 0nput )ptik "att# "att# Pout /aya )utput )ptik "att# "att# ∝
edaman
!enurut !enurut rekomendasi rekomendasi 0(', 0(', kabel serat optik harus mempunyai mempunyai koefisien koefisien redaman redaman 3,4dB5km untuk panjang gelombang 1+13 nm dan 3,6 dB5km untuk panjang gelombang 1443nm 1443nm.. api api besarny besarnyaa koefis koefisien ien ini bukan bukan merupa merupakan kan nilai nilai yang yang mutlak mutlak,, karena karena harus harus mempertimbangkan proses pabrikasi, desain komposisi fiber dan desain kabel.
Absorpsi Material
bsorp bsorpsi si materia materiall merupa merupakan kan rugi'ru rugi'rugi gi "losses "losses## yang yang diseba disebabka bkan n oleh oleh kompos komposisi isi material dan proses fabrikasi dari serat optic, yang menyebabkan menyebabkan disipasi panas akibat daya optik yang dikirim pada pandu gelombang "a7eguide#. &akt &aktor or peny penyer erap apan an terj terjad adii kare karena na dua dua kemu kemung ngki kina nan n yait yaitu u AbsorptionEkstrinsik dan Absorption Intristik . (ntuk AbsorptionEkstrinsik (ntuk AbsorptionEkstrinsik terjadi karena impunity dalam impunity dalam fiber seperti : Besi, cobalt , ion ion )*, )*, dsb. dsb. Sedan Sedangk gkan an Absorption Intristik disebabkan disebabkan interaksi bahan pembuat fiber itu sendiri.
o
Absorpsi Intrinsik
Sebuah kaca silica murni memiliki sedikit absorpsi intrinsic akibat dari struktur dasar material pada area near'infrared. Bagaimana pun, kaca silica memiliki 2 mekanisme absorpsi intrinsic utama pada panjang gelombang optic yang menyebabkan range absorpsi intrinsic pada panjang gelombang antara 3,8 sampai 1,9 m, seperti yang diilustrasikan pada gambar 1, yang memperlihatkan redaman optis terhadap karakteristik panjang gelombangnya untuk kaca silica murni.
;ambar 1. Spektrum redaman untuk rugi'rugi intrinsic pada kaca silica murni ";e)2'Si)2# 0ni dapat diamati bah%a ada tepi penyerapan mendasar, puncak yang berpusat di daerah panjang gelombang ultra7iolet.*al ini disebabkan stimulasi transisi elektron dalam kaca dengan eksitasi energi yang lebih tinggi.,2m#, P') "8,1m#, B') "9,2m# dan ;e') "11m# dengan kaca.$arenanya, sekitar 1,4m diatas ekor dari puncak, absorpsi far'infrared menyebabkan sebagian besar kaca silica mengalami rugi' rugi "losses#. Bagaimana pun, efek dari kedua proses dapat diminimalkan dengan memilih komposisi yang tepat untuk inti "core# dan selubung "cladding# nya. Sebagai contoh, pada bebarapa kaca non' oksida seperti fluoride dan chloride, puncak absorpsi inframerah terjadi pada panjang gelombang yang lebih jauhpada area far'infrared "hingga 43m#, memberikan redaman yang
lebih sedikit untuk transmisi panjang gelombang yang lebih jauh dibanding kaca oksida "o?ide glass#. o
Absorpsi Ekstrinsik
Pada praktik nya serat optic dibuat menggunakan teknik peleburan kon7iensional, sumber utama dari redaman sinyal adalah absorpsi ekstrinsik akibat transisi dari ketidakmurnian elemen logam.Beberapa ketidak murnian logam ini ditemukan pada bahan yang ada pada tabel 1, bersama dengan rugi'rugi absorpsi diakibatkan salah satu bagian pada 13>.*arus dicatat bah%a beberapa ketidak murnian, seperti krom dan tembaga, pada kondisi 7alensi terburuknya dapat menyebabkan redama hingga 1 dB5km pada area near'infrared. abel 1 @ ugi'rugi bsorpsi akibat ketidakmurnian ion logam pada kaca, bersama dengan puncak absorpsinya pada setiap panjang gelombang
Bagaimana pun, rugi'rugi ekstrinsik lain juga diakibat oleh air "sebagai hidroksil atau ion )*# yang tercampur pada kaca. $umpulan hidroksil ini terikat pada struktur kaca dan memiliki regangan 7ibrasi dasar yang terjadi pada panjang gelombang antara 2,9 dan 6.2 m tergantung posisinya pada jaringan kaca.Aibrasi dasar ini terlihat hamper harmonim pada panjang gelombang 1.+8 ,3.>4 dan 3.92m, seperti yang terlihat pada gambar 2 mengenai spektrum absorpsi dari kumpulan hidroksil pada silica.
;ambar 2 @ Spektrum absorpsi dari kumpulan hidroksil ")*# pada silica
-ebih lanjut, kombinasi antara o7ertones dan 7ibrasi dasar Si)2 terjadi pada 1.26, 1.1+ dan 3.88m, melengkapi spektrum absorpsi pada gambar 2. /apat juga diamati pada gabmar 2 bah%a pita absorpsi signifikan terjadi pada area diba%ah 1m,di o7ertone kedua pada 3.>4m yang menyebabkan redaman hampir 1 dB5km untuk 1 ppm hidroksil. Pada panjang gelombang terjauh o7ertone pertama bernilai 1.+8+ m dan pitasisi "sideband# nya pada 1.26m merupakan penyerap terkuat memberikan redaman hingga antara 2 dB5km ppm dan 6 dB5km ppm.
;ambar + @ Spektrum redaman yang terukur dari sebuah serat optis mode tunggal dengan rugi'rugi ultra rendah
Sejak hampir semua resonan memiliki puncak yang curam, jendela sempit muncul pada area panjang gelombang terjauh berkisar antara 1.+1 dan 1.44 m yang secara esensi tidak terkena efek absorpsi )* sesaat ketika le7el ketidak murnian dikurangi hingga diba%ah 1?13 9.Situasi ini digambarkan pada gambar +, yang menunjukkan spektrum redaman dari serat optic mode tunggal redaman rendah "lo%'loss single'mode fiber# produksi tahun 1>9>.
;ambar 6 @ Spektrum redaman serat optis : lo%'%ater'peak fiber dibandingkan dengan standard single'mode dan nonero'dispersion shifted fiber
/apat diamati ba%ah redaman terendah serat optic ini terjadi pada panjang gelombang 1.44m, harus dicatat bah%a rugi'rugi transmisi pada serat optic silica murni mode tunggal redaman rendah saat ini tercatat sebesar 3.1686 dB5km pada panjang gelombang yang sedikit lebih jauh yaitu 1.49 m. alaupun umumnya, rugi'rugi pada serat optic mode tunggal modern akibat )*yang berada pada nilai 1.+8+ m berhasil dikurangi diba%ah 1 dB5km, tetapi masih membatasi kerja pada jarak yang signifikan terhadap jendela rugi'rugi antara 1.+1 dan 1.44 m. Perkembangan saat ini, bagaimana pun, telah berhasil memproduksi tipe serat optic yang re7olusioner dimana puncaknya pada 1.+8+m tadi telah dikurangi secara permanen hingga le7el dimana secara 7irtual tereliminasi. Spektrum redaman untuk serat optis puncak air rendah "lo%'%ater'peak fiber# atau serat optic kering, ditunjukan pada gambar 6 dengan perbandingannya terhadap standard single'mode fiber "SS!&#.
•
Rugi-rugi akibat hamburan linier (Linear Sattering Losses)
!ekanisme hamburan linier menyebabkan pengiriman sebagian atau seluruh daya optis yang terdapat pada satu mode propagasi yang harusnya dikirim secara linier "proporsional terhadap mode daya# menjadi mode yang lain. Proses ini sering menyebabkan redaman pada cahaya yang dikirimkan dimana sebagian cahaya tersebut bocor atau teradiasi tetapi tidak terpropagasi pada inti serat, tetapi bersumber dari serat itu sendiri. *arus dicatat bah%a dengan seluruh proses linier, tidak ada perubahan frekuensi akibat hamburan. *amburan linier dikategorikan ke dalam dua tipe : hamburan ayleigh dan !ie. $eduanya dihasilkan dari property fisik non'ideal dari pembuat serat yang sangat sulit dan, pada beberapa kasus, tidak mungkin dihilangkan keberadaannya.
o
!amburan Ra"leigh (Ra"leigh Sattering)
*amburan ayleigh adalah mekanisme rugi'rugi intrinsic yang dominan pada jendela absorpsi rendah antara ekor dari absorpsi ultra7iolet dan infrared./ihasilkan dari ketidak homogenan acak dari alam yang terjadi pada sakala kecil dibandingkan dengan panjang gelombang cahaya. $etidak homogenan ini dilihat sebagai fluktuasi indeksi bias dan muncul
akibat dari 7ariasi kepadatan dan komposisi yang membeku kedalam serat kaca pada saat pendinginan. Aariasi komposisi dapat diperbaiki dengan perbaikan fabrikasi, tetapi fluktuasi indeks bias akibat pembekuan dari ketidak homogenan densitas adalah dasar dan tidak mungkin dihindari. *amburan akibat dari fluktuasi densitas, yang terjadi ke semua arah, menghasilkan redaman proporsional sebesar 15 6 berikut adalah rumus hamburan scattering. (ntuk komponen serat kaca tunggal diberikan oleh:
"1.1# /imana D adalah koefisien hamburan ayleigh, adalah panjang gelombang optis, n adalah indeks bias medium, p adalah koefisien rata'rata fotoelastis, E c adalah kemampuan kompresi isothermal pada sembarang suhu & dan $ adalah konstanta Boltmann. Sembarang suhu didefinsikan sebagai suhu dimana serat kaca mencapai kondisi kesetimbangan isothermal dan sangat berkaitan dengan suhu anneal. -ebih lanjut, koefisien hamburan ayleigh juga berkaitan dengan factor rugi'rugi transmisi dari serat optic F berhubungan dengan:
"1.2# /imana - merupakan panjang serat optic. =elas terlihat dari persamaan pertama bah%a komponen utama dari hamburan ayleigh sangat kuat berkurang dengan beroperasi pada panjang gelombang terjauh yang memungkinkan. Seperti yang dijelaskan pada contoh 2.
Secara teori, redaman akibat hamburan ayleigh pada kaca silica pada panjang gelombang 3.G+, 1.33 dan 1.+3 m, dari contoh diatas masing'masing adalah 4.2, 3.8 dan 3.+ dB5km. *asil teoritis ini sejalan dengan hasil eksperimen yang telah dilakukan. Sebagai contoh, nilai hamburan ayleigh terkecil yang pernah dilaporkan dari kaca silica pada panjang gelombang 3.G+28 m adalah +.> dB5km. Bagaimana pun, nilai 6.8 dB5km dan 4.6 dB5km juga pernah dilaporkan terjadi. Prediksi redaman dari hamburan ayleigh terhadap panjang gelombang ditunjukan oelh garis putus'putus pada karakteristik redaman yang terlihat pada gambar 1 dan +. o
!amburan Mie (Mie Sattering)
*amburan linier juga dapat terjadi pada ketidak homogenan yang dibandingkan dengan ukuran panjang gelombang terpandu.0ni merupakan hasil dari ketidak sempurnaan struktur silindris dari pandu gelombang dan dapat mengakibatkan ketidak sempurnaan serat optis seperti kejanggalan antar muka inti'selubung, perbedaan indeks bias inti'selubung sepanjang serat optis, fluktuasi diameter, regangan dan bubbles.$etika hamburan akibat ketidak homogenan
ukuran lebih dari 513,
intensitas hamburan yang
memiliki
ketergantungan anguler bisa sangat besar. *amburan yang dihasilkan dari ketidak homogenan utamanya pada arah maju dan disebut hamburan !ie.ergantung dari material serat optis, desain dan pembuatan, hamburan !ie dapat menyebabkan rugi'rugi yang signifikan. $etidak homogenan ini dapat dikurangi dengan cara : a# !enghilangkan ketidak sempurnaan akbiat proses pembuatan serat kacaH b# Secara hati'hati mengendalikan ekstrusi dan pelapisan serat optis c# !enambahkan arahan serat optis dengan meningkatkan perbedaan indeks bias relati7e /engan cara'cara tersebut memungkinkan untuk mengurangi hamburan !ie hingga le7el yang tak berarti.
Rugi-rugi hamburan non-linier (#onlinear Sattering Loss)
Pandu gelombang optic tidak selalu bersifat sebagai kanal yang sepenuhnya linier dimana menaikan ouput daya optis agar seimbang terhadap input daya optis. Beberapa efek nolinier terjadi, yang dalam kasus ini hamburan yang menyebabkan redaman tidak seimbang, umumnya pada le7el daya optic yang tinggi. *amburan nonlinier ini menyebabkan daya optis dari satu mode akan dikirimkan ke arah depan atau belakang yang sama, atau mode lain, pada frekuensi berbeda. Secara kritis bergantung pada kepadatan daya optis terhadap serat optik dan hanya kana menjadi signifikan diatas batas le7el daya.
ipe hamburan nonlinier yang utama pada serat optik adalah *amburan Brillouin erstimulasi "Stimulated
Brillouin
Scattering# dan
*amburan aman erstimulasi
"Stimulated aman Scattering#, keduanya hanya dapat diamati pada le7el densitas po%er yang tinggi pada serat optis panjang dengan mode tunggal. !ekanisme hamburan ini faktanya memberikan Penguatan ";ain# optis tetapi j uga mengubah frekuensinya, oleh karena itu berkontribusi juga terhadap redaman untuk transmisi cahaya pada panjang gelombang yang spesifik. Bagaimana pun, harus dicatat bah%a fenomena nonlinier tersebut dapat digunakan untuk memberikan penguatan optis dalam konteks dari teknik penyatuan optik ")ptical 0ntegration echniIue#. o
!amburan $rillouin Terstimulasi (Stimulated $rillouin Sattering)
*amburan Brillouin erstimulasi "Stimulated Brillouin Scattering# dapat dianggap sebagai modulasi cahaya melalui 7ibrasi panas molekul pada serat optis. Cahaya yang terhamburkan terlihat sebagai pitapinggir "sideband# atas dan ba%ah yang terpisah dari cahaya datang oleh modulasi frekuensi. 0nsiden foton dalam proses hamburan ini menghasilkan phonon J frekuensi akustik serta foton yang tersebar. 0ni menghasilkan pergeseran frekuensi optik yang ber7ariasi dengan sudut hamburan karena frekuensi gelombang suara ber7ariasi dengan panjang gelombang akustik. Pergeseran frekuensi maksimum di arah belakang, berkurang menjadi nol pada arah depan, membuat SBS utamanya sebagai proses mundur "back%ard process#. Seperti yang ditunjukkan sebelumnya, hamburan Brillouin hanya signifikan melebihi ambang batas kepadatan daya . /engan asumsi bah%a kondisi polarisasi cahaya yang ditransmisikan tidak dipertahankan, ditunjukan bah%a ambang batas daya P B diberikan oleh: "1.+# /imana d dan masing'masing adalah diameter inti serat dan panjang gelombang yang bekerja, kedua nya diukur dalam micrometer, K dB adalah redaman serat optis dalam satuan decibel per kilometer dan 7 adalah lebarpita sumber "cth. 0njeksi laser# dalam gigahert. Persamaan yang diberikan oleh "1.+# memungkinkan penentuan dari ambang batas daya optis yang harus diluncurkan kedalam serat optik mode tunggal sebelum SBS terjadi. "lihat contoh +.+#
o
!amburan Raman Terstimulasi (Stimulated Raman Sattering)
*amburan aman erstimulasi "Stimulated aman Scattering# mirip dengan SBS kecuali bah%a foton optis frekuensi tinggi yang dihasilkan pada proses hamburan bukan foton akustik seperti pada SBS. Selain itu, SS dapat terjadi baik pada arah depan dan belakang dari serat optis, dan dapat mempunyai ambang batas daya optis hingga besarnya tiga kali leibh tinggi dari orde ambang batas Brillouin pada serat optis tertentu. !enggunakan kriteria yang sama seperti spesifikasi dari ambang hamburan Brillouin diberikan oleh persamaan "1.+#, /apat dilihat bah%a ambang batas daya optis untuk SS P pada serat optis mode tunggal panjang diberikan oleh: "1.6# /imana d, dan K dB sama seperti persamaan "1.+#.
Pada contoh +.+, mbang batas Brilliouin terjadi pada le7el daya optic sekitar 83 m saat ambang batas aman diperkirakan 19 kali lebih besar. )leh karena itu jelas bah%a rugi'rugi yang diperkenalkan oleh hamburan nonlinier dapat dihindari dengan menggunakan le7el sinyal optik cocok "cth. Bekerja diba%ah ambang batas daya optik#. Bagaimana pun, harus dicatat bah%a ambang batas Brillouin yang tercatat terjadi pada daya optis serendah 13 m pada serat optis mode tunggal. Lamun, ini masih merupakan le7el daya yang tinggi untuk komunikasi optis dan dapat dengan mudah dihindari. SBS dan SS biasanya tidak diamati pada serat optis mode ganda karena diameter inti nya yang relatif besar membuat ambang batas daya optik nya sangat tinggi. -ebih lanjut, harus juga dicatat bah%a ambang batas daya optik untuk kedua mekanisme hamburan ini dapat juga ditingkatkan dengan penyesuaian yang cocok dari parameter di persamaan "1.+# dan "1.6#. /alam konteks ini, operasi pada panjang gelombang terpanjang mungkin menguntungkan meskipun ini juga diimbangi
dengan redaman serat yang berkurang "dari hamburan ayleigh dan absorpsi materi# biasanya diperoleh.
Rugi-rugi akibat lekukan serat (%iber bend loss)
Serat optis mengalami rugi'rugi radiasi pada lekukan atau lengkungan dari jalurnya. *al ini disebabkan energi pada medan e7anescent pada lekukan mendahului kecepatan cahaya dalam selubung dan dan karenanya mekanisme panduan "guidance# terhambat, yang menyebabkan energi cahaya dipancarkan dari serat optik. Sebuah ilustrasi dari situasi ini diperlihatkan oleh gambar 4. Bagian dari mode yang berada diluar lekukan harus bergerak lebih cepat dari yang didalam sehingga didapatkan gelombangdepan "%a7efront# yang tegak lurus terhadap arah propagasinya. $arenanya, bagian dari mode dalam selubung perlu bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya dalam medium tersebut. $arena ini tidak mungkin, energi yang berkaitan dengan bagian dari mode ini hilang melalui pancaran. ugi'rugi ini dapat secara umum di%akili oleh koefisien redaman pancar yang memiliki rumus:
/imana merupakan jari'jari kelengkungan dari lekukan serat dan c 1, c2 adalah konstanta yang independen terhadap . -ebih jauh, rugi'rugi lekukan yang besar sering terjadi pada serat optis mode ganda pada jari'jari kelengkungan kritis c yang dapat diperkirakan dari:
"1.4# /apat juga diamati dari rumus yang diberikan pada persamaan "1.4# bah%a potensi rugi'rugi lekukan'makro "macrobending# dapat dikurangi dengan cara: a# !erancang serat optis dengan perbedaan indeks bias relatif yang besarH b# Bekerja pada panjang gelombang terpendek yang memungkinkanH
;ambar 4 @ 0lustrasi dari rugi'rugi pancar pada lekukan serat. Bagian dari mode pada selubung diluar garis panah putus'putus mungkin diperlukan untuk bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya untuk mempertahankan sebuah bidang %a7efront. $arena tidak bisa melakukan ini, energi yang berada di bagian mode tersebut terpancar keluar.
$riteria diatas untuk mengurangi rugi'rugi lekukan juga dapat diterapkan pada serat optik mode tunggal. Salah satu teorinya, berdasarkan konsep dari mode tunggal Iuasi'terpandu "single mode Iuasi'guided#, memberikan persamaan dimana jari'jari kelengkungan kritis untuk serat mode tunggal cs dapat diperkirakan sebagai:
"1.G# /imana c adalah panjang gelombang cutoff untuk serat optik mode tunggal. Sekali lagi, untuk serat optik mode tunggal yang spesifik "cth. Perbedaan indeks bias relatif yang tetap dan panjang gelombang cutoff#, panjang gelombang kritis dari radiasi pancaran cahaya menjadi pendek secara progresif saat jari'jari lekukan berkurang.
Contoh +.6 menunjukan bah%a jari'jari kelengkungan kritis untuk mode terpandu dapat dibuat sangat kecil "cth. >Mm#, %alaupun ini dapat bertentangan dengan desain yang diharapkan dan karakteristik kerjanya. Lamun, untuk sebagian besar tujuan praktis, jari'jari kelengkungan kritis relatif kecil "bahkan pada kasus ketika mempertimbangkan lebar panjang gelombang pada serat optik mode tunggal, didapat sekitar +6m# untuk menghindari redaman parah dari mode pandu pada lekukan serat. Bagaimana pun, mode propagasi yang dekat dengan cutoff, yang sudah tidak lagi terpandu penuh "fully guided# dengan inti serat, dapat memancarkan secara substansial kelengkungan jari'jari yang besar.
&ispersi
/ispersi adalah pelebaran pulsa yang terjadi ketika sinyal merambat melalui sepanjang serat optic yang disebabkan oleh keterbatasan material dan efek linear seperti polarisasi, material, dan lainnya. &aktor dispersi ini akan mempengaruhi kualitas sinyal yang akan ditransmisikan dalam jaringan. /ispersiakan menyebabkan pulsa'pulsa cahaya memuai dan menjadi lebih lebar, sehingga pada akhirnya mengakibatkan pulsa'pulsa tersebut saling tumpang tindih dengan satu sama lain. Peristi%a yang digambarkan pada gambar G, dimana dapat diamati bah%a setiap pulsa yang melebar dan mendahului yang lain, justru menjadi tidak dapat dibedakan oleh masukan penerima.
dispersi sinyal sendiri membatasi maksimum lebarpita yang didapat dengan serat optik tertentu ke titik dimana masing'masing simbol tidak lagi dapat dibedakan. anpa tumpang tindih cahaya pulsa di atas sambungan serat optik bit rate digital B harus kurang dari durasi pulsa kebalikan "2N# pelebaran "reciprocal of broadened# melalui dispersi. Sehingga:
"1.9# 0ni mengasumsikan bah%a pelebaran pulsa akibat dispersi kanal dalah N yang menentukan durasi masukan pulsa yang juga N. $arenanya persamaan "1.9# memberikan estimasi konser7atif dari maksimum bit rate yang mungkin didapat dari sambungan fiber optik sebagai 152N.
"1.8# *arus dicatat bah%a sumber tertentu memberikan istilah konstan dalam pembilang dari Persamaan "1.8# sebagai 3.24. Lamun, kita mengambil estimasi yang diberikan sedikit lebih konser7atif , mengikuti )lshansky dan ;ambling et al. Persamaan "1.8# memberikan perkiraan yang cukup bagus untuk bentuk pulsa lain yang mungkin terjadi pada kanal hasil dari 7ariasi mekanisme dispersi pada fiber. =uga, O dapat diasumsikan menunjukan respons impuls rms pada kanal.
;ambar G @ 0lustrasi menggunakan pola bit digital 1311 dari pelebaran pulsa cahaya yang dikirim pada serat optik : a# input serat optikH b# output serat optik pada jarak - 1H c# output fiber pada jarak -2 -1
$on7ersi dari bit rate ke lebarpita dalam hert tergantung dari penggunaan format pengkodean digital. (ntuk konduktor logam ketika kode nonreturn'to'ero dipakai, le7el biner 1 ditahan sepanjang periode bit N. /alam kasus ini terdapat dua periode bit dalam satu panjang gelombang "cth. 2 bit per detik per hert#, seperti yang ditunjukan pada gambar 9. $arenanya maksimum lebarpita B adalah setengah dari maksimum data rate atau:
"1.># Bagaimana pun, ketika kode return'to'ero dilibatkan, seperti pada gambar 9b, le7el biner 1 muncul pada bagian "biasanya setangah# dari periode bit. (ntuk skema pensinyalan data rate
sama dengan lebarpita dalam hert "cth. 1 bit per detik per hert# dan karena itu B B. -ebarpita B untuk konduktor logam juga didefiniskan dengan titik kelistrikan +dB "cth. &rekuensi saat dimana daya listrik menurun setengah terhadap nilai maksimum konstan nya#. Bagaimana pun, ketika lebarpita optik + dB dari serat optik dianggap sangat besar dibanding +dB lebarpita listrik. $arenanya, ketika batasan lebarpita dari serat optik akibat dispersi dinyatakan "cth. -ebarpita optik B opt#, biasanya berkaitan dengan return'to'ero code di mana band%idth dalam hert dianggap sama dengan bit rate digital. /alam konteks dispersi, band%idth dinyatakan dalam bab ini akan mengikuti kriteria umum ini kecuali dinyatakan lain. ;ambar 1.> menunjukan tiga struktur umum serat optic, yaitu multimode step inde?, multimode grad inde? dan single'mode step inde?, sedangkan diagram yang menggambarkan pelebaran pulsa masing'masing terkait dengan setiap jenis serat. /apat juga diamati bah%a serat optic mode ganda step inde? memiliki dipersi paling besar dari pulsa cahaya terkirim dan serat optic mode ganda grade inde? memberikan tingkat kinerja yang tinggi. Pada akhirnya, serat optic mode tunggal memberikan pelebaran pulsa minimum dan karenanya mampu mengirimkan lebarpita yang sangat besar yang saat ini berada pada area gigahert, sedangkan transmisi 7ia serat optic mode ganda biasanya dibatasi lebarpita sekitar sepuluh megahert. Bagaimana pun, jumlah pelebaran pulsa tergantung dari jarak pengiriman pulsa pada serat optic, dank arena itu untuk setiap sambungan serat optic pembatasan band%idth yang digunakan ditentukan oleh jarak antara repeater regenerati7e "cth. =arak jarak pulsa cahaya bergerak sebelum dilarutkan. =adi pengukuran properti disperse dari suatu serat optic biasanya dinyatakan sebagai %aktu pelebaran pulsa terhadap panjang dari serat optic "cth. Ls5km#.
;ambar 1.> @ /iagram skema menunjukan sebuah serat optic mode ganda step indeks, mode ganda grade inde? dan mode tunggal step indeks, dan menggambarkan pelebaran pulsa akibat disperse intermodal pada masing'masing serat optic
$arena itu, jumlah dari sinyal pulsa optis yang dapat dikirimkan pada selang %aktu tertentu, dan karena itu serat optic memiliki kapasitas memba%a informasi, dibatasi oleh jumlah pulsa terdispersi per unit panjang. /engan tidak adanya mode coupling dan filtering, pelebaran pulsa meningkat secara linier terhadap panjang serat optic dan dan dengan demikian lebar pita berbanding terbalik dengan jarak. *al ini mengarahkan pada adposi parameter yang lebih berguna untuk kapasitas memba%a'informasi "information'carrying capacity# dari serat optic yang diketahui sebagai hasil perkalian silang "cross'product# panjang dengan band%idth "B)P ? -#.
/alam rangka untuk mengapresiasi alasan untuk jumlah yang berbeda dari pelebaran pulsa dalam berbagai jenis serat optic, perlu untuk mempertimbangkan keterlibatan mekanisme disperse dan =enis dispersi pada serat optik yang disebabkan oleh mekanisme yang berbeda, yaitu :
1. /ispersi 0ntermodal Cahaya dari sumber masuk ke dalam serat optik multimode dirambatkan dalam beberapa mode.Setiap mode ada yang merambat sejajar sumbu inti da nada pula yang merambat igag. /engan demikian jarak yang ditempuh oleh tiap mode akan berbeda'beda. /ispersi intermodal disebut juga pelebaran pulsa. Pengaruh dispersi intermodal pada sinyal dapat dilihat pada gambar berikut ini :
;ambar 1.13 ' Pengaruh dispersi intermodal pada sinyal
2. /ispersi $romatik50ntramodal /ispersi kromatik atau 0ntramodal bisa terjadi disemua tipe serat optic dan dihasil dari finite spectral line%idth pada sumber optis. Sejak sumber optik tidak memancarkan hanya satu frekuensi tetapi sebuah band frekuensi "dalam hal ini injeksi laser sesuai dengan hanya sepersekian persen dari frekuensi pusat, sedangkan untuk -
o
/ispersi !aterial
/ispersi material terjadi karena indeks bias ber7ariasi sebagai fungsi panjang gelombang optik. Salah satu dispersi yang paling dominan dalam jaringan optik adalah dispersi kromatik.
;ambar 1.11 ' $arakteristik /ispersi Pada serat single mode
kibat pengaruh dispersi kromatik maka digunakan /C& " Dispersion Compensating Fiber # sebagai pengkompensasi akumulasi dispersi./C& merupakan serat optik dengan panjang
tertentu yang dibuat dari material yang memiliki koefisien dispersi kromatik yang khusus pada panjang gelombang operasinya. $oefisien dispersinya kromatik ini bernilai negatif dan bernilai lebih besar per unit panjangnya dibandingkan dengan koefisien dispersi dari serat optik yang digunakan sistem. /engan karakteristik ini, maka panjang /C& yang cukup pendek dapat mengkompensasi akumulasi dispersi kromatik pada serat optik yang digunakan sistem. Penyebaran pulsa akibat disperse material bisa didapat dengan menganggap adanya kumpulan delay N g pada serat optic yang merupakan kebalikan dari kumpulan kecepatan 7 g didefinisikan oleh persamaan pada bab sebelumnya. $arena itu grup delay diberikan oleh:
"1.13# /imana n1 adalah indeks bias dari material inti. /elay pulsa N m akibat disperse material pada serat optic dengan panjang - adalah:
"1.11# (ntuk sumber dengan lebar spektrum rms "O # dan panjang gelombang rata'rata , pelebaran pulsa rms "root mean sIuare# akbiat disperse material Om bisa didapat dari penguraian persamaan 1.11 dalam deret aylor tentang dimana:
"1.12# Sebagai istilah pertama dalam persamaan. "+.14# biasanya mendominasi, terutama untuk sumber operasi selama rentang panjang gelombang 3.8'3.> m, maka:
"1.1+#
/ikarenakan penyebaran pulsa juga dapat die7aluasi dengan menganggap dependensi dari N m terhadap , dimana dari persamaan 1.11:
"1.16# )leh karena itu, dengan mengganti persamaan yang didapat dari 1.16 ke persamaan 1.1+, pelebaran pulsa akibat disperse material diberikan oleh:
"1.14# 2
/ispersi material untuk serat optic sering juga disebut sebagai nilai untuk
d λ ∨¿ 2 2 ¿ λ d n 1 /¿ atau
2
secara sederhana
d λ ∨¿ 2 ¿ d n 1 /¿ .
Bagaimana pun, itu dapat diberikan dalam hal parameter ! dispersi material yang didefinisikan sebagai:
"1.1G# dan yang sering dinyatakan dalam satuan ps nm'1 km'1.
;ambar 1.12 @ Parameter disperse material untuk silica murni sebagai fungsi panjang gelombang. ;ambar 1.12 menunjukan 7ariasi dari parameter ! untuk disperse material dengan panjang gelombang untuk kaca silica murni. /apat dilihat bah%a disperse material cenderung nol di daerah panjang gelombang yang lebih panjang sekitar 1.+m "untuk kaca silica murni#. *al ini memberikan insentif tambahan "tidak hanya redaman yang rendah# untuk operasi pada panjang gelombang di mana dispersi material dapat diminimalkan. =uga, penggunaan laser injeksi dengan lebar spektral sempit daripada -
•
/ispersi Bumbung ;elombang "a!egide Dispersion# /ispersi ini terjadi akibat dari karakteristik perambatan mode sebagai fungsi perbandingan antara jari'jari inti serat dan panjang gelombang. !emandu gelombang "%a7eguiding# pada serat optik juga dapat membuat dispersi kromatik. 0ni hasil dari
7ariasi kecepatan grup dengan panjang gelombang untuk mode tertentu. !engingat teori pendekatan cahaya, itu setara dengan sudut antara sinar dan sumbu serat optik ber7ariasi dengan panjang gelombang yang kemudian mengarah ke 7ariasi dalam %aktu transmisi untuk sinar, dan karenanya dispersi terjadi. (ntuk single mode yang konstanta propagasi adalah E, serat optik memiliki dispersi pandu gelombang saat 2
d β ≠ 0 2 dλ
. Serat optik mode ganda, di mana mayoritas mode merambat jauh dari
cutoff, hampir bebas dari dispersi pandu gelombang dan umumnya diabaikan dibandingkan dengan dispersi bahan "Q3.1 to 3.2 ns kmR1#. Lamun, dengan serat single'mode di mana efek dari mekanisme dispersi yang berbeda tidak mudah untuk memisahkan, dispersi pandu gelombang mungkin signifikan.
•
/ispersi !ode Polarisasi Penyebab utamanya adalah ketidaksimetrisan bentuk serat optik akibat adanya tekanan saat pengkabelan, ataupun saat instalasi. /ispersi mode polarisasi pun akan meningkat dengan bertambahnya usia kabel optik.
;ambar + : /ispersi !ode Polarisasi
