KOMUNIKASI SERAT OPTIK

KOMUNIKASI SERAT OPTIK

OLEH :PUTU RUSDI ARIAWAN

NIM : 0804405050

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANABUKIT - JIMBARAN

2010

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan yang Maha Esa, karena berkat rahmat dankarunia – Nya paper ini dapat terselesaikan. Penyusunan paper ini merupakan pengganti ujian akhir semester mata kuliahbahan listrik program sarjana (S1) Fakultas Teknik Jurusan Teknik ElektroUniversitas Udayana. Adapun judul paper ini adalah: “KOMUNIKASI SERATOPTIK”. Saya menyadari bahwa apa yang tersusun dalam paper ini jauh dariapa yangdiharapkan secara ilmiah. Hal ini disebabkan karena keterbatasan kemampuan,pengetahuan, dan pengalaman yang saya miliki. Maka dari itu, kritik, saran,bimbingan, dan petunjuk – petunjuk dari semua pihak sangat saya harapkan gunakelengkapan dan penyempurnaan paper ini. Penyusunan paper ini tidak akan berhasil dengan baik tanpa adanya bantuandan dukungan dari berbagai pihak secara langsung maupun tidak langsung. Olehkarena itu, saya mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada BapakIr. I Ketut Wijaya, selaku dosen mata kuliah bahan listrik yang telah memberikanbimbingan dan nasehat selama penyusunan paper ini, dan kepada semua teman-teman saya yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan paper ini. Akhir kata, saya harapkan paper ini dapat bermanfaat bagi semua pihakkhususnya mahasiswa jurusan teknik elektro dan bagi perkembangan ilmuteknologi informasi.

Penyusun

PUTU RUSDI ARIAWAN

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ..........................................................................

DAFTAR

ISI ...................................................

.......................................

BAB I. PENDAHULUAN2.1

Pengantar .................................................................2.2 Rumusan masalah ...................................................2.3 Tujuan penyusunan paper .......................................

BAB II. KONSEP DASAR KOMUNIKASI OPTIK2.1 Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik ....................2.2 Sifat Cahaya ............................................................2.3 Komponen Utama Komunikasi Serat Optik ...........2.4 Dipersi, Distorsi Pulsa, dan Laju Informasi ............

BAB III. DISPERSI MEMBATASI KAPASITAS INFORMASISISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK ......................

BAB IV.

ANALISA PENGARUH DISPERSI PADA TRANSMISI

SERAT OPTIK ..........................................

........................

BAB V. KESIMPULAN ....................................................

DAFTAR PUSTAKA

PUTU RUSDI ARIAWAN

Halaman

i

ii

133

46917

30

32

37

ii

1.1 Pengantar

BAB IPENDAHULUAN

Komunikasi telah menjadi kebutuhan pokok dalam dunia modern.Kebutuhan untuk saling berhubungan dan bertukar informasi satu dengan yanglain tanpa mempedulikan jarak, apakah hanya berjarak beberapa meter saja(interkom), ribuan kilometer (interlokal), ataupun jutaan kilometer (di angkasaluar). Upaya manusia untuk menyelenggarakan telekomunikasi telah lama tercatatdalam sejarah peradabannya. Namun perkembangan yang nyata baru terjadi dalamabad terakhir ini, sebagai hasil perkembangan teknologi elektronika.

Komunikasi data yang berkembang dengan pesat dewasa ini sesuai dengankemajuan teknologi dalam bidang telekomunikasi dunia yang sedang maju denganpesat serta pengaruh era globasasi dan arus informasi yang sangat diperlukan olehmasyarakat modern. Kemajuan perekonomian serta majunya teknologitelekomunikasi merupakan titik tolak dan potensi besar untuk dapat meningkatkandan mewujudkan berbagai jenis pelayanan komunikasi yang lebih canggih untukkomunikasi suara, vidio dan data

Akhir-akhir ini permintaan masyarakat modern akan kebutuhan komunikasidata dengan pesat. Untuk mentransfer data dalam jumlah besar dan memerlukankeakuratan dan juga yang mampu menjaga kerahasian data tersebut. Keunggulanfiber optik sebagai media transmisi terutama mampu meningkatkan pelayanansistem komunikasi data, seperti peningkatan jumlah kanal yang tersedia,kemampuan mentransfer data dengan kecepatan mega bit /second, terjaminnyakerahasiaan data yang dikirimkan, sehingga pembicaraan tidak dapat disadap,tidak terganggu oleh gelombang elektromagnetik, petir atau cuaca.

Di dalam sistem telekomunikasi, keterbatasan utama yang sudah menjadi halumum adalah spektrum dan bandwidth. Namun adanya keterbatasan tidak selaluberdampak buruk khususnya pada perkembangan di bidang telekomunikasi, Hal menarik dari penggunaan cahaya di dalam sistem komunikasi serat optik adalah

fakta bahwa semakin tinggi frekuensi dari suatu gelombang pembawa (carrier),

PUTU RUSDI ARIAWAN 1

maka bandwidth atau kapasitas transmisinya pun akan semakin besar pula. Hal iniberdasarkan perhitungan dimana bandwidth suatu sistem secara teoritissebesar10% dari frekuensi gelombang pembawanya. Dengan demikian, suatu sistemkomunikasi serat optik dengan panjang-gelombang sebesar 1550 nm, yangmerupakan cahaya tak tampak, secara teoritis dapat memiliki bandwidth sebesar

1,93 x 1013Hz (19,3 Thz).

Pada prakteknya, belum ada suatu sistem memiliki bandwidth yang mendekati nilai teroritisnya tersebut. Hal ini disebabkan oleh keterbatasan dariserat optik itu sendiri, dimana semakin besar informasi yang dibawanya,makaakan semakin rentan pula media tersebut menyebabkan dispersi sinyal, suatukeadaan dimana pulsa-pulsa cahaya mengalami pelebaran yang dapatmengakibatkan tumpah tindihnya pulsa-pulsa tersebut di sisi penerima sehinggainformasi yang dikirimkan sulit untuk dideteksi. Akan tetapi seiring dengankemajuan teknologi, sebuah gelombang pembawa mampu mengangkut informasisampai puluhan Gbps (Gigabit per second) sebagai benih sistem berkapasitasterabit bahkan petabit secara keseluruhan.

Besarnya bandwidth yang mencapai nilai fantastis pada beberapa sistem

bukanlahhal yang mubazir mengingatpermintaan akan sambungantelekomunikasi dewasa ini menunjukkan gejala yang semakin tinggi saja. Halutama yang mempercepat hal tersebut adalah berkembangnya aplikasi internet,dimana suatu studi menunjukkan sambungan telepon internasional meningkatdalam tingkatan 8-10% setiap tahunnya, sementara trafik untuk internetmengalami peningkatan lebih dari 85% untuk jangka waktu yang sama.

PUTU RUSDI ARIAWAN

2

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan dalam paper ini dititikberatkan mengenai dispersi ataupelebaran pulsa pada sistem komunikasi serat optik yang dapat mengganggukelancaran komunikasi.

1.3 Tujuan Penyusunan Paper

1.3.1 Tujuan UmumTujuan umum penyusunan paper ini adalah membahas tentangsistem komunikasi serat optik dan mengetahui kerugian-kerugianyang terjadi akibat adanya pelebaran pulsa sedangkan

1.3.2 Tujuan KhususTujuan khusus penyusunan paper ini adalah untuk memenuhi tugasmata kuliah Bahan Listrik yang sedang dijalani oleh penyusun.


BAB IIKONSEP DASAR KOMUNIKASI OPTIK

2.1 Dasar Sistem Komunikasi Optik

Sistem komunikasi yang menggunakan transmisi serat optik harus mengubah

sinyal-sinyal listrik menjadi sinyal cahaya pada sisi pengirim dan mengubahsinyal cahaya menjadi sinyal listrik pada sisi penerima.

Sistem komunikasi optik secara umum digambarkan dalam diagram blokseperti Gambar 1.1.

pengirim

pengkopelkanal

pesan asli

modulator

sumberpembawa

kanalinformasi

penerima

pengkopelkanal

pesankeluaran

pemrosessinyal

detektor

Gambar 1.1 Diagram blok sistem komunikasi secara umum

Dari gambar di atas dapat diuraikan bagian-bagian sistem komunikasi optik

sebagai berikut:1. Pesan asli

Pesan asli atau informasi yang akan dikirim terdiri atas berbagai bentuk fisik.

Dalam pengiriman ini pesan asli diubah kedalam bentuk isyarat listrik oleh


suatu tranduser sebelum ditransmisikan untuk komunikasi elektronik ataukomunikasi optik.

2. ModulatorModulator berfungsi mengubah isyarat listrik kedalam format yang sesuai,dan menyatakan isyarat tersebut kedalam gelombang yang dibangkitkan olehsumber pembawa.

3. Sumber pembawaGelombang pembawa dihasilkan oleh sebuah osilator optik. Dalamkomunikasi optik sebagai osilator dipakai Laser Diode (LD), atau LightEmiting Diode (LED).

4. Pengkopel kanal (masukan)Pengkopel berfungsi untuk memberikan daya dari pengirim ke kanalinformasi.

5. Kanal informasiKanal informasi atau kanal pemandu dari serat optik memiliki kapasitaskanal yang tinggi, penyusutan daya yang rendah, dimensinya kecil danringan.

6. Pengkopel kanal (keluaran)Pengkopel kanal memberikan daya dari kanal informasi ke detektor.

7. DetektorDetektor berfungsi mengubah isyarat termodulasi yaitu gelombang cahayamenjadi isyarat listrik oleh suatu fotodetektor.

8. Pesan keluaranSelain dipisahkan dari pembawanya, isyarat listrik tersebut diubah menjadiisyarat aslinya oleh suatu tranduser.

Jadi, pada sistem komunikasi serat optik, bentuk pesan asli yang berasal dari

sisi pengirim harus diubah terlebih dahulu ke dalam bentuk sinyal cahaya yangkemudian akan dikirimkan oleh sumber pembawa atau pemandu gelombangcahaya ke suatu detektor cahaya pada sisi penerima, kemudian akan diubah lagi dari sinyal cahaya ke dalam bentuk sinyal suara.

PUTU RUSDI ARIAWAN

5

2.2 Sifat Cahaya

2.2.1 Cahaya bersifat sebagai gelombang

Sifat gelombang dari cahaya digunakan untuk menganalisis bagaimanaberkas optik merambat lewat serat optik. Hasil analisis ini menunjukkanbagaimana syarat yang diperlukan agar cahaya dipandu oleh serat.

Banyak fenomena cahaya dapat diterangkan bila cahaya dinyatakan sebagaigelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi osilasi yang sangat tinggi

kira-kira 1014Hz. Frekuensi, panjang gelombang dan spektrum optik terlihat padaGambar 2.1.

Gambar 2.1 Spektrum optik. Garis merah menunjukkan panjang gelombangyang digunakan dalam komunikasi serat optik

Semua gelombang elektromagnetik mempunyai medan magnetik danelektrik, dan merambat dengan sangat cepat. Di dalam ruang hampa, gelombang

elektromagnetik merambat dengan kecepatan c = 3 x 108m/s

yang sesuai

dengan perambatan gelombang di atmosfer. Panjang gelombang berkas cahayadiberikan oleh :

PUT

U RUSDI ARIAWANλ =Vf

6

Dengan v = kecepatan berkas cahaya di dalam mediaf = frekuensi

Frekuensi ditentukan oleh sumber pemancar dan tidak berubah bila cahaya

berjalan dari satu bahan ke bahan lain.

Cahaya merupaka gelombang elektromagetik. Gelombang elektromagnetik yang berjalan sepanjang arah z terlihat pada gambar 2.2.

MedanElektrik z

Gambar 2.2 Medan elektrik untuk gelombang yang berjalan dalam arah z,

pada tiga waktu yang berbeda.

Medan elektrik untuk gelombang pada Gambar 2.2 dapat ditulis sebagai

berikut:E = E0sin ( ω t – k z )

Dengan E = medan dielektrik

E0 = amplitudeω = 2 π f ( radian / detik)f = frekuensi (Hz)k = faktor propagasi ( ω / v )z = arahv = kecepatan fase gelombang

(2-1)

Faktor ( ω t – k z ) adalah pergeseran fase akibat perjalanan sepanjang z.

Gelombang bidang adalah gelombang yang fasenya sama pada permukaan planar. Dalam contoh ini, fasenya sama pada setiap bidang yang mempunyai

nilaiz tetap, sehingga persamaan (2-1) menyatakan gelombang bidang.


Bila gelombang kehilangan tenaga pada saat berpropagasi, maka persamaan

(2-1) dan Gambar 2.2 harus dimodifikasi. Persamaan yang telah di modifikasiadalah : E = E0e-αz sin ( ω t – k z ) (2-2)

dengan α adalah koefisien penyusutan.

Di dalam media merugi, medan elektrik sepertipada Gambar 2.3.

MedanElektrik

z

Gambar 2.3 Penyusutan pada gelombang berjalan. Garis putus-putusmenunjukkan kurva faktor exponen ( -αz )

Hal ini menunjukkan terdapatnya rugi daya dalam perjalanan gelombangdari

sumber ke penerima.

2.2.2 Cahaya bersifat sebagai partikel

Kadang-kadang cahaya bersifat sebagai partikel-partikel kecil yang disebut

photon. Teori partikel menerangkan pembangkitan cahaya oleh sumber optik,seperti diode pancar cahaya. Laser dan diode laser. Teori ini juga menerangkandeteksi cahaya dengan konversi radiasi optik menjadi arus listrik.

Energi sebuah photon adalah:

W = h f Joule

dengan h = tetapan Planck = 6,626 x 10-19J.

Satuan energi yang lain adalah elektron-volt (eV). Satu elektron volt adalah

energi kinetik yang diperlukan oleh sebuah elektron bila dipercepat oleh beda

potensial 1 volt. Relasi antara elektron volt dan Joule adalah 1eV = 1,6 x 10–19J.

Sifat cahaya sebagai partikel tidak dijelaskan lebih lanjut dalam paper ini.


2.3 Komponen Utama Komunikasi Serat Optik

2.3.1 Pemandu Gelombang Serat Optik

a. Konfigurasi Serat OptikSerat optik adalah sebuah pemandu gelombang dari dielektrik yang bekerja

pada frekuensi optikal. Struktur serat optik berbentuk silinder terdiri dari inti

(core) dengan indeks bias (n1) dan dilindungi oleh selubung (cladding) yang

mempunyai indeks bias (n2) lebih rendah dari n1,( n2< n1) Struktur serat optik

diperlihatkan pada Gambar 3.1

Gambar 3.1 Struktur Serat Optik

Serat optik yang digunakan umumnya ada dua macam yaitu:1. Indeks bias inti rata, type ini sering disebut serat step-indesk. Ada dua

jenis serat step-indeks yaitu step-indeks monomode dan step-indeksmultimode. Mono-mode hanya merambatkan satu mode gelombangterbimbing, sedang multimode merambatkan banyak mode.

2. Indeks bias inti tak rata (berangsur berkurang dari sumbu serat), type inidisebut serat graded-indeks multimode. Serat ini merambatkan banyakmode.

b. Sudut Penerimaan dan Tingkat Numeris.Geometri transmisi sinar cahaya ke dalam serat optik terlihat pada Gambar

3.2di bawah yang menunjukkan suatu sinar meridional dengan sudut kritis фc

pada antar muka teras-kulit di dalam serat.

PUTU RUSDI ARIAWAN

9

kronis

Penerimaan

Sudutseparuhθa

θ

фc

teras

Kulit

Gambar 3.2 Sudut penerimaan фa pada saat mentransmisikan

cahaya ke serat optik

Terlihat bahwa sinar masuk teras serat dengan sudut фa terhadap sumbu serat

dan dibiaskan pada antar muka udara teras-kulit pada sudut kritis. Sehingga setiap

sinar yang masuk teras dengan sudut lebih besar daripada фaakan ditransmisikan

ke antar muka-teras kulit pada sudut lebih kecil daripada фcdan tidak mengalami

pantulan internal lokal ( фa> фc). Agar sinar ditransmisikan dengan

pantulaninternal total di dalam teras, maka sinar harus datang pada teras di dalam konis

penerimaan yang ditentukan oleh sudut separoh konis фa.

Hubungan antara sudut penerimaan dan indeks bias ketiga media (teras, kulit,

udara) dinyatakan dengan tingkap numeris (numerical aperture, NA).

Dengan menggunakan hukum Snell dan relasi trigonometris dalam perhitungan, diperoleh:

NA = n0Sin фa = (

n12 - n22 ) ½

PUTU RUSDI ARIAWAN(3-1)

10

2.3.2 Sumber Cahaya

Sumber cahaya untuk serat optik bekerja sebagai pemancar cahaya yangmembawa informasi. Sumber tersebut harus memenuhi beberapa persyaratan yangdiperlukan. Pertama, cahaya yang dihasilkan harus bersifat mendekatimonokhromatis (berfrekuensi tunggal). Kedua, sumber tersebut harus mempunyaikeluaran cahaya yang berintensitas tinggi, sehingga mampu mengatasi rugi-rugiyang dijumpai pada transmisi sepanjang serat. Ketiga, sumber cahaya harusmudah dimodulasi oleh isyarat informasi. Yang terakhir, sumber cahaya harusberukuran kecil, ringkas dan mudah diubungkan dengan serat, sehingga tidakmengakibatkan rugi-rugi sambungan yang besar.

Sumber cahaya yang biasa digunakan pada sistem komunikasi serta optiksampai saat ini ada dua macam:

1. Diode Pancar Cahaya ( Light Emitting Diode, LED )2. Diode Laser Injeksi ( Injection Laser Diode, ILD )

Intensitas cahaya yang dihasilkan LED adalah rendah, sehingga biasanyahanya digunakan untuk sistem serat optik jarak pendek, misalnya pada pesawatterbang, gedung-gedung, dan sebagainya. Laser dapat menghasilkan cahayadengan intensitas tinggi dan koheren sehingga sesuai untuk digunakan pada sistemkomunikasi jarak jauh.

1. Light Emitting Diode (LED)LED adalah suatu semikonduktor sambungan p-n yang memancarkan cahaya

apabila diberi prasikap maju, seperti terlihat pada Gambar 3.3.

I

UNTAI

+ V –

P N SAMBUNGAN P–N

PUTU RUSDI ARIAWAN

Gambar 3.3 Untai LED

11

Cara kerja LED adalah sebagai berikut:Semikonduktor tipe-n memiliki sejumlah elektron bebas, sedangkan

semikonduktor tipe-p memiliki sejumlah lubang bebas. Jika semikonduktortipe-n dan tipe-p disambungkan akan terbentuk suatu penghalang tenaga. Baik lubangbebas maupun elektron bebas tidak memiliki cukup tenaga untuk melewatipenghalang tersebut untuk berekombinasi. Apabila diberikan suatu teganganmaju, maka besarnya penghalang tenaga akan turun, sehingga elektron bebas danlubang bebas memiliki cukup tenaga untuk berpindah melewati sambungan. Jikaelektron bebas dan lubang bebas tadi bertemu, maka elektron akan turun kebidang valensi dan kemudian berekombinasi dengan lubang bebas tersebut.Tenaga yang dilepaskan pada peristiwa itu akan diubah menjadi tenaga optikdalam bentuk foton.

Besarnya foton yang dipancarkan adalah:W = h . f

Dengan h : konstanta Planck = 6,626 x 10-34

f : frekuensi gelombang yang dipancarkan

Dengan demikian panjang-gelombang yang dipancarkan adalah

(3-2)

λ =

h . cWg

(3-3)

Dengan λ : panjang–gelombang dalamWg : tenaga celah bidang dalam joule

Dengan bahan dan campuran yang berbeda-beda maka dapat diperolehtenaga celah bidang yang berbeda-beda pula sehingga diperoleh LED denganberagam panjang gelombang.

Karakteristik Kerja LED adalah sebagai berikut:Daya optik yang dihasilkan LED berbanding lurus dengan arus penggerak

maju yang diberikan padanya. Tidak semua daya optik yang dihasilkan LEDtersebut dapat masuk ke serat optik, oleh karena adanya keterbatasan tingkapnumeris serat optik akan mengurangi daya yang disalurkan melalui serat.


Karakteristik LED yang lain adalah waktu bangkit (rise time, tr) yang sangat

singkat. Waktu bangkit didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan keluarannyauntuk berubah dari 10% menjadi 90% nilai akhir jika masukannya adalah fungsiundak (Gambar 3.4).

90%

10%

Ragam gelombang arus masukan Ragam gelombang arus masukan

Gambar 3.4 Waktu Bangkit

Waktu bangkit ini penting untuk komunikasi dngan isyarat digital. Hubungan

lebarbidang elektrik 3-dB dengan waktu bangkit, tr adalah:

f 3-dB = 0,35 / tr. (3-4)

Nilai trLED ini biasanya berkisar dari beberapa nanodetik sampai 250

nanodetik.

Spektrum optik sumber cahaya yang akan secara langsung mempengaruhidispersi bahan dan dispersi pemandu gelombang. Kedua jenis dispersi ini akanmengakibatkan pelebaran pulsa dan pelebaran pulsa ini bertambah secara linierdengan lebar spektral sumber. Untuk λ = 0,8 μm – 0,9 μm, lebar spektral LEDadalah 20nm – 50nm.

LED sangat handal dan awet bila dioperasikan dalam batas-batas daya,tegangan, arus dan suhu yang telah ditentukan oleh pabriknya. Umur LED adalahlamanya pemakaian sampai dayanya berkurang hingga setengah nilai awalnya.

Umur LED yang baik bisa mencapai 105jam bahkan lebih. LED bisa bekerja pada

suhu antara –65oC dan 125oC.


Dari uraian tersebut dapat disimpulkan bahwa LED cocok untuk komunikai

jarak pendek sampai menengah dengan pesat data yang tidak begitu tinggi.

2. Injection Laser Diode ( ILD )

Laser adalah sumber gelombang elektromagnetik koheren (berfrekuensitunggal, sefase, terarah dan terpolarisasi) yang memancarkan gelombang padafrekuensi infra merah dan cahaya tampak. Dari bermacam jenis laser, jenis lasersemikonduktor adalah yang paling cocok digunakan dengan serat optik karenaukurannya kecil, arus tegangannya rendah dan harganya yang lebih murah. Lasersemikonduktor yang banyak digunakan untuk serat optik adalah ILD.

Diode laser injeksi mempunyai berbagai kelebihan dibanding dengan LED,

antara lain: daya keluaran ILD lebih tinggi sehingga cocok untuk komunikasi jarak

jauh efisiensi kopling ILD lebih besar sehingga kebutuhan pengulang untuk

komunikasi jarak jauh lebih sedikit. lebarbidang cahaya keluaran sangat sempit sehingga cahayanya lebih

koheren. tanggapan waktunya lebih cepat sehingga pesat modulasinya lebih

tinggi.

2.3.3 Detektor Cahaya

Prinsip kerja detektor cahya adalah mendeteksi gelombang cahaya yangdatang dan mengubahnya menjadi isyarat listrik yang berisi isyarat informasi yangdikirim. Arus listrik tersebut kemudian diperkuat untuk selanjutnya diolahsehingga diperoleh kembali isyarat informasi yang dikirimkan.

Ada dua mekanisme pendeteksian cahaya, yaitu:1. efek fotoelektrik luar ( External Photoelectric Effect )2. efek fotoelektrik dalam ( Internal Photoelectric Effect )

PUTU RUSDI ARIAWAN

14

Pada efek fotoelektrik luar, elektron dibebaskan dari permukaan suatu logam

yang pada saat menyerap tenaga dari aliran foton yang datang. Piranti yangbekerja dengan prinsip ini antara lain: fotodiode hampa dan tabungphotomultiplier.

Pada efek fotoelektrik dalam, pembawa muatan bebas, baik elektron maupunlubang diperoleh pada saat penyerapan foton yang datang. Piranti yangmenggunakan prinsip ini adalah adalah piranti sambungan semikonduktor, seperti:fotodiode P-N, fotodiode PIN (Positive Intrinsic Negative) dan fotodiode guguran(Avalanche Photodiode, APD). Piranti fotodetektor yang umum digunakan dalamkomunkasi serat optik adalah fotodiode PIN dan APD.

Tiga karakteristik yang penting diketahui pada suatu fotodetektor, yaitu:1. ketanggapan ( Responsitivity, ρ )2. tanggapan spektral ( Spektral response )3. waktu bangkit ( rise time, tr)

Ketanggapan adalah perbandingan arus keluaran dengan daya optik masukan,atau dengan persamaan: ρ = i / p

Dengan ρ = ketanggapan (ampere/watt)i = arus keluaran detektor (ampere)p = daya optik masukan (watt)

(3-5)

Tanggapan spektral adalah kurve ketanggapan detektor sebagai fungsi

panjang-gelombang. Ketanggapan ini dipengaruhi oleh panjang-gelombangoperasi sistem, oleh karena itu untuk 2 rentang panjang-gelombang yang berbeda,yang mana susutan serat sangat rendah, maka harus digunakan detektor cahayayang berlainan.

Untuk waktu bangkit, tr, sama seperti LED dan LD, lebar bidang modulasi

3-dB pada detektor adalah:

f 3-dB = 0,35 / tr.

PUTU RUSDI ARIAWAN

(3-6)

15

Fotodiode PIN dan karakteristiknyaJenis ini adalah yang paling banyak digunakan dalam sistem komunikasi

serat opti. Fotodiode ini mempunyai lapisan semikonduktor intrinsik di antarabagian P dan N (gambar.5.1)

I

V–

+

P I -+

N

RL V

Gambar 3.5Fotodiode PIN

Pada lapisan intrinsik ini tidak ada muatan bebas, sehingga resistansinya

besar. Akibatnya sebagian besar tegangan diode berada pada lapisan ini dan didalamnya terjadi gaya elektrik yang kuat. Lapisan instrinsik ini cukup lebarsehingga kemungkinan besar foton yang datang akan diserap ke dalamnya.

Selain ketiga karakteristik yang disebutkan sebelumnya, karakteristik lain

yang juga penting pada detektor cahaya PIN adalah adanya arus gelap yaitu arusbalik yang kecil yan mengalir melalui periskap balik diode. Arus gelap ini terjadikarena pembangkitan panas dari pembawa muatan bebas. Arus gelap ini terjadipada setiap diode, dikenal dengan arus bocor balik. Arus gelap ini tergantung padasuhu. Arus gelap harus diperhitungkan pada perancangan sistem komunikasiisyarat optik yang kecil, karena akan menyebabkan tak terdeteksinya isyarat optikyang kecil oleh detektor. Oleh karena arus yang dibangkitkannya akan tertutupoleh arus gelap tersebut. Diode PIN dengan bahan Silikon memiliki arus gelapterkecil dan yang berbahan Germanium memiliki arus gelap terbesar.

P

UTU RUSDI ARIAWAN

16

2.4 Dispersi, Distorsi Pulsa dan Laju Informasi

Dalam prakteknya sumber optik tidak hanya memancarkan cahaya padasatu

panjang-gelombang (frekuensi) saja, tetapi pada suatu rentang panjang-gelombangyang disebut lebar spektral. Makin kecil lebar spektral, sumber semakin koheren.Sumber yang memancarkan cahaya pada satu panjang-gelombang (lebar-spektralnol) adalah monokhromatis sempurna. Lebar spektral khas untuk sumber-sumberyang umum, terlihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Lebar spektral sumber-sumber yang khas.

Sumber

diode pancar cahaya ( LED )

diode laser ( LD )

laser Nd : YAG

laser HeNe

Lebar Spektral ( ∆ λ )

20 - 100 nm

1 – 5 nm

0,1 nm

0,002 nm

Konversi antara lebar spektral (Δλ) dalam panjang-gelombang dan lebar-

bidang frekuensi Δf adalah: Δf . λ =

Δλ . f (4-1)

dengan f : frekuensi tengahλ : panjang-gelombang tengah

Menurut Tabel 4.1 diode laser lebih koheren daripada LED. Sedangkan laser

zat padat Neodymium Ytrium-Alumunium Garnet ( Nd:YAG) dan Laser Helium– Neon (HeNe) lebih koheren daripada diode laser. Tetapi sumber LED dan LDlebih praktis untuk sistem serat karena ukuran kecil dan kebutuhan daya kecil,meskipun lebar spektralnya lebih besar.

Gambar 4.1 adalah plot distribusi panjang-gelombang daya yang dipancarkan

oleh suatu LED.

1,0

0,5

0780 800 820 840 860

Panjang Gelombang (nm)

Gambar 4.1 Spektrum suatu LED

Terlihat bahwa panjang-gelombang tengah 820 nm ( 0,82 μm ). Lebarspektral ( lebar titik separoh daya ) Δ λ = 30 nm ( 805 – 835 nm ). Lebarbidangfraksional : 30 / 820 = 0,037 ( 3,7% ).

2.4.1 Dispersi Bahan dan Cacat Pulsa

Indeks bias bahan serat optik berubah terhadap perubahan panjang-gelombang. Berdasarkan hubungan antara kecepatan-gelombang (ν) dan indeksbias (n) yang dapat ditulis dengan

ν = с / n , maka kecepatan-

gelombang juga berubah terhadap perubahan panjang-gelombang. Sifat perubahankecepatan yang disebabkan oleh sifat bahan disebut dengan dispersi bahan. Untukbeberapa serat dan pemandu gelombang, dispersi juga dapat disebabkan olehstrukturnya. Dispersi ini disebut dengan dispersi pemandu gelombang.

Misalkan suatu sumber riil (lebar bidang non zero) memancarkan pulsacahaya kedalam serat kaca dispersif. Pulsa tadi berisi sejumlah pulsa-pulsaidentik, dengan panjang-gelombang berbeda (gambar 4.2). Beberapa pulsa yang

berjalan dengan kecepatan yang berbeda akan mencapai ujung serat pada waktu


yang berbeda. Bila pulsa-pulsa tadi dijumlahkan, maka akan dihasilkan pulsa yangmelebar.

1

0,5

Pulsa Masukan

Δλ0,5

Pulsa Keluaran

1

τ + Δ τ

λ1

λ2

λ3

Waktu

λ1

λ2

λ3

Waktu

Gambar 4.2 Pelebaran pulsa yang disebabkan olehpropagasi melewati bahan dispersif.

Pulsa lengkap berisi panjang-gelombang λ1, λ2, dan λ3masing-masing

berjalan dengan kecepatan yang berbeda.

Distorsi sinyal yang terjadi selama propagasi di sepanjang serat optikbiasanya disebabkan oleh dispersi. Dispersi menyebabkan pulsa cahaya semakinmelebar, sehingga dapat menutupi pulsa yang bersebelahan. Akibatnya penerimatidak dapat membeda-bedakan pulsa tersebut. Kejadian ini disebut intersymbol

interference (ISI). Pengaruh ISI tersebut dapat memperkecil lebar pita(bandwidth) sistem transmisi serat optik. Jadi dispersi merupakan pembataskapasitas informasi serat optik.

Dispersi juga mengakibatkan cacat atau kerugian amplitude pada sinyal

analog. Gambar 4.3 menunjukkan bentuk gelombang analog yang berpropagasi

PUTU RUSDI ARIAWAN19

pada tiga panjang-gelombang yang berbeda. Setelah berjalan melewati mediadispersif, ketiga panjang-gelombang ini saling dijumlahkan. Variasi sinyal yang diterima amplitudonya lebih rendah daripada variasi sinyal masukan. Dispersiftifak mengubah daya rerata atau frekuensi modulasi, tetapi mengurangi variasisinyal.

Sinyal Masukan

λ1

λ2

λ3

Waktu

λ1

λ2

λ3

Sinyal Keluaran

Waktu

Gambar 4.3 Dispersi mengakibatkan kerugian amplitude pada sinyal analog.

Pada hal informasi yang dipancarkan terkandung di dalam perubahanini,

sehingga penyusutannya sangat mengganggu. Hal ini dapat dianggap sebagaipelebaran puncak-sinyal (perendahan amplitude) dan pengisian lembah(penaikkan levelnya). Perluasan yang berlebihan akan menyebabkan hilangnyavariasi sinyal.

PUTU RUSDI ARIAWAN

20

Cacat yang disebabkan oleh dispersi bahan (pemandu gelombang) dapatdikurangi dengan menggunakan sumber-sumber dengan lebarbidang yang sempit(pemancar yang lebih koheren).

Indeks bias kaca silikon dioksida murni (SiO2) yang digunakan untuk seratoptik mempunyai ketergantungan terhadap panjang-gelombang (gambar 4.4).Indeks bias berkurang dengan bertambahnya panjang-gelombang, sehingga lerengkurva negatif (gambar 4.4a). Besaran lereng berubah dengan panjang-gelombang.Pada panjang-gelombang tertentu (λ0) ada titik balik (infleksi) pada kurva

indeks

bias. Megnitude lereng minimum pada λ0ini (gambar 4.4b). Maka lereng

lurva (b)

adalah 0 pada λ0(gambar 4.4c) yang merupakan derivatif kedua indeks bias

terhadap panjang-gelombang. Untuk silika murni, indeks bias mendekati 1,45 dan

titik balik mendekati 1,3 μm. Doping SiO2dengan sedikit bahan lain misalnya

dengan GeO2 akan menggeser sedikit kurva indeks.

0

1,45

Indeks bias,n

(λo)

(a)

2

n =

d n

d λ

(λo)

(b)

n =dnd2λ

0(λo)λ(c)

Gambar 4.4 (a) Ketergantungan indeks bias terhadap panjang-

gelombang untuk kaca silikon SiO2; (b) Derivatif (lereng) kurva

(a)

;(c)

(lereng) kurva (b).

PUTU RUSDI ARIAWAN

21

2.4.2 Pelebaran Pulsa

Misalkan τ = waktu yang diperlukan pulsa untuk berjalan pada lintasan

sepanjang L. Gambar 4.5 menunjukkan plot waktu-lintas persatuan panjang (τ / L)sebagai fungsi panjang-gelombang. Untuk media nondispersif waktu-lintas tidaktergantung pada panjang-gelombang (Gambar 4.5a). Sedang untuk media bahandispersif, waktu-lintas tergantung pada panjang-gelombang (Gambar 4.5b).

τ/L τ/L

(τ/L)1

(τ/L)2

λ1

Δ λ

Δ (τ/L)Δ λ1

λ2

Panjang gelombang( a )

Panjang gelombang( b )

Gambar 4.5 Waktu-lintas persatuan panjang untuk media nondispersif ( a )dan media dispersif ( b )

Misalkan suatu pulsa mempunyai panjang-gelombang terpendek λ1 dan

terpanjang λ2. Lebar spektral sumber:

Δ λ = λ2 - λ1

Semua panjang-gelombang antara λ1 dan λ2 akan mengikuti yang tercepat

dan mendahului yang paling lambat.

Besaran yang penting adalah perbedaan waktu-lintas persatuan panjang

untuk dua panjang-gelombang ekstrim.

Besaran ini dinotasikan dengan Δ (λ/L) :

Δ (λ/L) = (λ/L)2 – (λ/L)1

PUTU RUSDI ARIAWAN

(4-1)

22

dengan (λ/L)1 dan (λ/L)2 adalah pelebaran pulsa per panjang satuan untuk

panjang-gelombang λ1 dan λ2.

pelebaran pulsa yang sebenarnya adalah :

Δλ =

=

λ2 –λ1

L Δ(λ/L)

Durasi pulsa didefinisikan sebagai interval waktu dimana daya optik naik

dari separoh nilai puncak hingga waktu turun ke separoh nilai puncak (fullduration half maximum, FDHM). Hal ini diperlihatkan pada Gambar 4.2.

Lereng kurva λ/L dinotasikan dengan: Δ λ

(λ/L)΄=Δ ( λ/L )

Δ λ(4-2)

Analisis menunjukkan bahwa

– λ d2 n

(λ/L)΄ = =

c d λ2

– λ n``

c(4-3)

Dengan menggabungkan persamaan (4-2) dan (4-3) diperoleh:

Δ (λ/L) = – λ n΄΄ Δλ / c

yang menunjukkan bagaimana pelebaran pulsa bergantung pada indeks bias.

Dispersi bahan didefinisikan sebagai:

M = λ n΄΄ / c

Maka pelebaran pulsa per panjang satuan dapat ditulis

Δ (λ/L) = – λ / c n΄΄ Δλ

= – M Δλ(4-4)

Dispersi bahan sebagai fungsi panjang-gelombang ruang bebas terlihatpada

Gambar 4.6. Kurva M serupa dengan kurva n΄΄ (gambar 4.6c) karena Msebanding dengan n΄΄.


M p s

nm x km

24020016012080400 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

Panjang-gelombang ( nm )

Gambar 4.6 Dispersi bahan untuk Silika murni

Tanda negatif pada persamaan (4-4) menyatakan bahwa pelebaran pulsaadalah negatif bila M positif, karena Δλ selalu positif. Ini berarti bahwa

(λ/L)1kk>kk(λ/L)2 , yakni waktu-lintas untuk panjang-gelombang yang lebih

pendek (λ1) lebih lama daripada waktu-lintas untuk panjang-gelombang

yanglebih panjang. Menurut Gambar 4.6 hal ini terjadi untuk silika murni padapanjang-gelombang dibawah 1,3 μm yang mana M positif. Bila M negatif maka pelebaran pulsa adalah positif dan panjang-gelombang yang lebih pendek akanmelintas lebih cepat daripada panjang-gelombang yang lebih panjang. Haliniterjadi silika murni pada panjang-gelombang di atas 1,3 μm.

Pada panjang-gelombang 1,3 μm, dispersi bahan bernilai nol untuksilika

murni. Maka tidak terjadi pelebaran pulsa akibat dispersi bahan pada panjang-gelombang ini. Dengan doping penambahan sedikit penyusun lain pada silika)dapat mengubah panjang-gelombang dispersi nol kira-kira 0,1 μm.

PUTU RUSDI ARIAWAN

24

2.4.2 Laju Informasi

Pelebaran pulsa membatasi kapasitas informasi bagi setiap sistem transmisi.

Untuk perhitungan numeris akan ditinjau pelebaran pulsa yang dibangkitkan oleh dispersi bahan.

Pertama ditinjau berkas cahaya yang termodulasi secara sinusiode(Gambar4.3 ). Frekuensi modulasinya adalah f dan periodenya adalah T = 1/ f.Misalkan bahwa sumber meradiasikan gelombang optik antara λ1 dan λ2.

Yang menjadi pertanyaan adalah berapakah tundaan antara panjang-gelombang yang paling cepat dan paling lambat yang masih dapat diterima.

Gambar 4.7 menunjukkan daya yang diterima pada λ1 dan λ2 bila tundaan

sama dengan separoh periode modulasi, yakni:

Δ τ = T / 2 (2-15)

TΔ τ

Daya Total

Gambar 4.7 Penghapusan modulasi bila dua panjang-gelombang pembawamempunyai tundaan separoh periode modulasi Δ τ = T / 2

Dengan tundaan sebesar ini, maka modulasi akan terhapus bila keduagelombang ditambahkan. Daya termodulasi yang dibawa pada panjang-gelombang antara λ1 dan λ2 mempunyai tundaan yang lebih kecil daripada T/2,dan akan dihapus sebagian, sehingga mengakibatkan perubahan isyarat yagn kecil

pada penerima. Maka frekuensi modulasi dibatasi oleh:


f =1T ≤

12 Δ τ

(4-5)

Frekuensi atas dari persamaan ini merupakan pendekatan lebar bidang 3-dB

(frekuensi modulasi yang mana daya isyarat berkurang menjadi separoh).Pendekatan yang lebih analitis memberikan hadil bahwa:

f =1

2,27 Δ τ

=0,44Δ τ (4-6)

Hasil ini menganggap bahwa tanggapan impuls Gaussian pada serat. Maka

lebarbidang optik f3-dB= ( 2 Δ τ ) –1dan batas frekuensi x

panjang adalah:

1f3-dB x L = 2 Δ (τ/L ) (4-7)

Penyusutan media transmisi sebagai fungsi frekuensi modulasi terlihat pada

Gambar 4.8.

L a + 5

L a + 4

L a + 3

L a + 2

L a + 1

0 0,4 0,8 1,2

Gambar 4.7 Ketergantungan rugi terhadap frekuensi

modulasi La adalah rugi tetap P

U

TU RUSDI ARIAWAN

26

Rugi total (dB) = La + Lf

dengan :La : rugi tetap akibat serapan (absorpsi) dan hamburan (scattering)Lf : rugi yang bergantung pada frekuensi modulasi (akibat pelebaran pulsa)

Untuk tanggapan Gaussian, Lf dapat dimodelkan sebagai berikut:

Lf = – 10 log { exp [– 0,693 ( )2] }

f3dB

untuk f << f3dB, Lf dapat diabaikan.

(4-8)

Dari persamaan di atas, ruginya adalah 1,5 dB pada frekuensi 0,71 f-3dB ,

maka f 1,5 dB = 0,71 f 3-dB

Lebar bidang optik 1,5 dB ini penting karena akan dibuktikan bahwafrekuensi ini sesuai dengan frekuensi yang mana daya listrik berkurang menjadiseparoh pada penerima,

Maka: f 1,5 dB(optik)

Karena f 3-dB (optik)Maka f 3-dB

(elektrik)

==

=

=

f 3-dB (elektris)

0,71 f 3-dB (optik )( 2 Δ τ )1

0,352 Δ (τ/L )

(4-9)

(4-10)

T

Ditinjau sinyal digital RZ (return to zero) pada Gambar 4.8

T2

1 1

Waktu

1 0 1

0

1/ T Frekuensi

2 / T

Gambar 4.8 Sinyal RZ dan spektrum dayanya


Kurva putus-putus adalah sinusoide pendekatan.Daerah yang diarsir menunjukkan lebar bidang transmisi yang diperlukan.Waktu untuk 1 bit adalah T detik. Laju datanya adalah:

R = bps. Durasi pulsa =

T/21T

Berdasarkan sinusiode pendekatan maka isyarat RZ ini bisa ditransmisikan

oleh sistem yang mempunyai lebarbidang 1/T Hz, karena hampir semua dayasinyal mempunyai frekuensi dibawah frekuensi ini.

Dengan menggunakan frekuensi 3-dB elektrik (persamaan 4-10) sebagailebarbidang sistem, maka:

RRZ = 1/T = f 3-dB (elektrik)

Atau RRZ x L = 0,35Δ (τ/L )

(4-11)

Hasil ini juga dapat diperoleh dengan menganggap bahwa pelebaran

pulsayang diperkenankan = 70% dari durasi pulsa. Karena durasi pulsa RZ = T/2,maka

Δ τ = 0,7 T/2 , maka R = 1/T = 0,35/Δ τ

Sehingga pulsa-pulsa yang berdekatan akan dapat dipisahkan dengan baik,bila pelebaran pulsa lebih kecil dari 35% dari slot waktu. Bila hal ini tidakdipenuhi maka akan mengakibatkan inteferensi antar simbol.

Untuk sinyal digital NRZ ( non return to zero ) pada Gambar 2.9.

0 1 / 2TFrekuensi

1 / T

Gambar 2.9 Sinyal NRZ dan spektrum dayanya


Waktu yang diperlukan untuk 1 bit adalah T detik. Berdasarkan sinusiode

pendekatan maka lebarbidang transmisi yang diperlukan adalah 1/2T ( separohdari sitem RZ )

Hal ini disebabkan karena pulsa-pulsa NRZ panjangnya 2x pulsa RZ danlebarbidang berbanding terbalik dengan durasi pulsa. Dapat disimpulkan bahwalaju data yang diperkenankan adalah R = 1/T = 2f dengan f : lebarbidangsistem.

Dengan menggunakan lebarbidang 3-dB elektrik maka:

RNRZ = 2 f 3-dB (elektrik) =

0,7/ Δ τ

Atau RNRZ x L = 0,7Δ (τ/L )

(4-12)

Jadi pelebaran pulsa yang diperkenankan adalah 70% dari durasi pulsa.

Distorsi sinyal yang terjadi selama propagasi di sepanjang serat optik

biasanya disebabkan oleh dispersi. Dispersi menyebabkan pulsa cahaya semakinmelebar, sehingga dapat menutupi pulsa yang bersebelahan. Akibatnya penerimatidak dapat membeda-bedakan pulsa tersebut. Kejadian ini disebut intersymbol

interference (ISI). Pengaruh ISI tersebut dapat memperkecil lebar pita(bandwidth) sistem transmisi serat optik. Jadi dispersi merupakan pembataskapasitas informasi serat optik.

P

U

T

U

R

U

S

DI ARIAWAN

29

BAB IV

DISPERSI MEMBATASI KAPASITAS INFORMASI SISTEMTRANSMISI SERAT OPTIK

Kalau diperhatikan yang menjadi kinerja sistem komunikasi serat optik

adalah masalah rugi-rugi transmisi dan keterbatasan lebar pita transmisi(bandwidth). Rugi-rugi transmisi serat optik disebabkan banyak faktor antara lain:rugi-rugi hamburan, sambungan, absorsi material, lengkungan dan rugi-rugikopling.

Sedangkan keterbatasan lebar pita disebabkan oleh pelebaran pulsa (dispersi)

di serat optik. Dispersi didefinisikan sebagai pelebaran pulsa yang merupakanfungsi panjang-gelombang dan diukur dalam piko second, per nano meter, per kilometer ( ps/nm.Km ). Dispersi dapat menyebabkan sinyal yang dikirimkanmengalami distorsi di sepanjang transmisi serat optik. Akibatnya penerima tidakdapat membeda-bedakan pulsa yang bersebelahan. Kejadian ini yang disebutintersymbol interference (ISI). Sehingga dapat dikatakan bahwa dispersimerupakan pembatas maksimum lebar pita transmisi serat optik atau pembataskapasitas informasi sistem transmisi serat optik.

Ada dua jenis dispersi yaitu: dispersi intermodal dan intramodal. Dispersi

intermode akibat dari mode-mode yang berbeda merambat di serat optikmultimode. Sedangkan dispersi intramodal disebabkan beberapa panjang-gelombang yang dipancarkan oleh sumber cahayadengan kecepatan berbeda yangmerambat di serat optik. Karena dispersi intramode terkadi di serat single mode,maka disebut juga dispersi kromatik.

Secara umum konstanta propagasi β adalah fungsi frekuensi dan dapat

diekspansi melalui deret Taylor pada frekuensi tengah ωo yaitu:ω

β(ω) = n(ω)c =

βo+ β1(ω – ωo) + ½ β2(ω – ωo) +.....

PUTU RUSDI ARIAWAN

(5-1)

30

Besaran pada suku kedua (β1) menunjukkan bahwa pulsa merambat dengankecepatan lebih rrendah dari c / n(ω). Sedangkan Besaran pada suku ketiga yakniβ2 =

d2β / dω2 disebut parameter dispersi kecepatan grup (group velocity

dispersion = GVD ).

Parameter β1 dan β2 mempunyai hubungan dengan indeks bias yakni:

(5-2)

(5-3)dengan:

Parameter D menyatakan dispersi yang mempunyai fungsi satuan ps.nm-1

.Km-1dan merupakan fungsi dari panjang-gelombang λ. Kalau diperhatikan pada

persamaan (3) bahwa β2 merupakan fungsi dispersi. Sehingga dapat

dikatakan dispersi menyebabkan pelebaran pulsa selama propagasi di sepanjang serat optik.Oleh karena itu dispersi kecepatan grup (β2)merupakan pembatas pentingkapasitas informasi serat optik.

Analisa dispersi pada serat optik akan dibahas pada bab berikutnya, yaitu

mengenai penggunaan formula perhitungan variabel-variabel yang ada sehinggadapat diketahui variabel atau faktor yang mempengaruhinya.

PUTU RUSDI ARIAWAN

31

BAB IV

ANALISA PENGARUH DISPERSI PADA TRANSMISI SERAT OPTIK

Persamaan propagasi soliton di serat optik single mode tanpa rugi-rugi (α=0)

digambarkan oleh persamaan non linier Schrödinger (NLS) yaitu:

(6-1)

Pada persamaan (6-1), suku kedua menggambarkan pengaruh dispersi dansuku ketiga pengaruh non linier. Pada pembahasan ini hanya ditinjau pengaruhdispersi pada serat optik. Bila faktor non linier diabaikan γ = 0 pada persamaan(6-1), maka propagasi pulsa hanya dipengaruhi oleh dispersi (GVD) danpersamaannya menjadi:

(6-2)Persamaan ini mirip persamaan gelombang linier (persamaan differensial

parsial linier). Persamaan tersebut dapat diselesaikan dengan menggunakanmetode Fourier. Jika û ( z,ω ) adalah transformasi Fourier dari U ( z,T ) yaitu:

(6-3)maka bila kedua ruas persamaan (5-2) ditransformasi, diperoleh:

(6-4)

PUTU RUSDI ARIAWAN

32

Dengan pengerjaan berikut:

diperoleh solusi:(6-5)

dengan û ( 0,ω ) adalah transformasi Fourier dari sinyal yang datang pada z=0 :

(6-6)

Persamaan (6-5) menunjukkan bahwa perubahan karena GVD tergantungpada frekuensi dan jarak propagasi. Dengan substitusi persamaan (6-5) ke dalampersamaa (6-3), maka persamaan umum dari persamaan (6-2) adalah:

U ( z,T ) = ½π û (0,ω) exp

( i/2 β2ω2z + i ω T ) d ω

Sebagai contoh, pulsa Gaussian yang datang dinyatakan oleh:

(6-7)

(6-8)

dengan Toadalah setengah lebar pulsa (pada titik intensitas 1/ e). Dalampraktekbiasanya digunakan lebar penuh pada setengah maximum (FWHM) sebagai

pengganti To. Untuk pulsa Gaussian, keduanya mempunyai hubungan sebagai

berikut:

(6-9)

Bila persamaan (6-8) disubstitusi ke dalam persamaan (6-6), maka diperoleh:

(6-10)selanjutnya persamaan (6-10) dikerjakan sebagai berikkut:

PU

TU

RUSDI ARIAWAN

33

sekarang diperkenalkan:

sehingga

(6-11)

Dengan menggunakan cara yang sama, jika persamaan (6-11) disubstitusi ke

dalam persamaan (5-9) diperoleh:

dengan cara yang sama seperti di atas, akan diperoleh solusi sebagai berikut:

(6-12)

Ternyata persamaan (6-12) tetap menyatakan bentuk pulsa Gaussian selamapropagasi, tetapi lebarnya bertambah yakni:

(6-13)

dengan panjang dispersi LD= To2/ |β2|. Persamaan (6-13)

menunjukkanbahwa dispersi (GVD) menyebabkan pelebaran pulsa. Besarnya pelebaran pulsadipengaruhi oleh panjang dispersi LD . Pada z = LD , pulsa Gaussian

melebar

dengan faktor √2. Pengaruh perubahan jarak terhadap amplitudo (magnitude)pulsa Gaussian dapat dilihat pada Tabel 5-1.

Gambar 6.1 menunjukkan pengaruh pelebaran pulsa untuk pulsa Gaussian

pada jarak propagasi z = 0 s/d 5 LD.Sedang pada gambar

menunjukkan

pengaruh dispersi dalam bentuk 3 dimensi.


Tabel 6-1 Besarnya magnitudo pelebaran pulsa terhadap jarak propagasi

No Jarak Propagasi Magnitude Pelebaran Pulsa

1

2

3

4

5

Z = LD

Z = 2LD

Z = 3LD

Z = 4LD

Z = 5LD

1,4142

2,2361

3,1622

4,1231

5,0990

Gambar 6.1 Pengaruh pelebaran pulsa (dispersi) di serat

optik

pada jarak z = 0 s/d 5 LD

PU

TU

RU

SD

I

AR

IA

WA

N

Gambar 6.2 Pengaruh pelebaran pulsa (dispersi) untuk Gaussianterhadap jarak propagasi dalam bentuk 3 dimensi.

Dari yang telah dipaparkan diatas , dapat diketahui bahwa jarak propagasi

dan frekuensi gelombang berpengaruh terhadap pelebaran pulsa.PU

TU

RU

SD

I

AR

IA

WA

N

BAB V

KESIMPULAN

Dari pembahasan – pembahasan yang telah diuraikan dan berdasarkan

sumber teori yang ada, maka dapat disimpulkan hal – hal sebagai berikut:

1. Untuk komunikasi jarak jauh dan kecepatan tinggi 565 Mbps, mediatransmisi fiber optik memberikan solusi harga yang ekonomis, sangat ringan,ukuran kecil, instalasi relatif mudah dan murah jika dibandingkan terhadapmisi sistem komunikasi yang dirancang.

2. Teknik penumpangan informasi pada frekuensi cahaya tidak jauh berbedadengan teknik modulasi yang kita kenal pada teknik radio. Cara yang palingsederhana dengan menyala-matikan sumber cahaya sesuai dengan bitinformasi yang masuk. Tentunya diperlukan waktu nyala-mati yang sangatcepat, dalam orde piko detik, untuk memperoleh kecepatan pengiriman datadalam orde ratusan Mbps. Cara lainnya yaitu dengan membedakan frekuensicahaya yang dipancarkan untuk merepresentasikan bit 0 dan 1.

3. Informasi yang akan ditransmisikan berupa data dalam bentuk digitalsedangkan bentuk sinyal pembawa carrier yang akan melewati mediatransmisi fiber optik berupa sinyal analog untuk itu diperlukan prosesmodulasi dan demodulasi yaitu proses yang mengubah data digital ke analogdan juga proses sebaliknya dengan menggunakan sebuah Modem denganpirantinya.

4. Semakin tinggi frekuensi dari suatu gelombang pembawa (carrier), makabandwidth atau kapasitas transmisinya pun akan semakin besar pula. Hal iniberdasarkan perhitungan dimana bandwidth suatu sistem secara teoritissebesar 10% dari frekuensi pembawanya.

5. Semakin besar informasi yang dibawanya, maka akan semakin rentan pulamedia tersebut menyebabkan dispersi sinyal, suatu keadaan dimana pulsa-pulsa cahaya mengalami pelebaran yang dapat mengakibatkan tumpangtindihnya pulsa-pulsa tersebut di sisi penerima sehingga informasi yangdikirimkan sulit untuk dideteksi.

PU

TU RUSDI ARIAWAN

37

DAFTAR PUSTAKA

Senior, John M., Optical Fiber Communications , Prentice Hall , 1992.

Muhaimin, Drs, Bahan-Bahan Listrik Untuk Politeknik, cet. I, PT. PRADNYAPARAMITA, Jakarta, 1993.

Antono Budi , Optoelektronika, PT. Raja Grafindo Persada, Jakarta, 1992.

Waluyo, Ir, MT., Karya Ilmiah: Analisa Pengaruh Dispersi Pada Serat Optik,majalah BISTEK, Edisi 04/TH.VI/APRIL 1998 – ISSN 1854–4395

Internet Explorer, Elektro Indonesia : Komunikasi Data Visual Basic

PUTU RUSDI ARIAWAN

BIODATA PENULIS

Nama

TTL

Agama

: Putu Rusdi Ariawan

: Denpasar. 19 April 1990

: Hindu

PUTU RUSDI ARIAWAN

Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana

Email : [email protected]

www.facebook.com/turusdi

KOMUNIKASI SERAT OPTIK

Documents

Transcript of KOMUNIKASI SERAT OPTIK