Dasar Sistem Komunikasi Optik

Komunikasi dapatlah diartikan pentransferan informasi dari satu pihak ke pihak yang lain. Transfer informasi ini dilakukan dengan memodulasikan informasi pada gelombang elektromagnetik yang bertindak sebagai pembawa (carrier) sinyal informasi tersebut. Selanjutnya setelah tiba di tujuan, maka untuk memperoleh informasi yang asli dilakukan demodulasi.

Suatu komunikasi dikatakan berhasil atau sukses apabila dapat memuat informasi yang banyak dalam sekali pengiriman perdetiknya dan jarak yang dapat ditempuh oleh sinyal tersebut sehingga sinyal dapat diterima sesuai dengan terkirim. Serat optik merupakan salah satu alternatif sebagai media transmisi komunikasi yang cukup handal, karena ia memiliki keunggulan dibanding media lainnya.

Sistem komunikasi serat optis memanfaatkan cahaya sebagai gelombang pembawa informsi yang akan dikirimkan. Pada bagian pengirim isyarat informasi diubah menjadi isyarat optis. Lalu diteruskan ke kanal informasi yang juga terbuat dari serat optis bertugas sebagai pemandu gelombang. Sesampainya di penerima berkas cahaya ditangkap oleh detektor cahaya, yang berfungsi mengubah besaran optis menjadi besaran elektris. Di sini cahaya mengalami pelebaran dan pelemahan, disebabkan karena ketakmurnian bahan serat, yang menyerap serta menyebarkan cahaya.

Cahaya yang telah mengalami pelebaran dan pelemahan itu dapat dipulihkan kembali dengan memakai piranti pengulang elektronis, yang ditempatkan pada jarak tertentu. Prinsip kerja piranti ini adalah mengubah cahaya yang datang ke bentuk elektris kemudian diperkuat dan diubah kembali ke bentuk asal (cahaya). Akan tetapi hal ini dianggap kurang praktis, karena dapat menyebabkan kesalahan tambahan, membatasi pesat transmisi dan lebar bidang serta relatif mahal.

Perkembangan teknologi yang begitu pesat telah memunculkan penguat serat terdadah erbium (Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA). Penguat ini dapat mengurangi ketergantungan terhadap piranti pengulang yang biasa digunakan. Fungsi EDFA dalam sistem komunikasi optis adalah :

• Penguat daya, berfungsi meningkatkan daya terpancar dari pengirim.
• Pengulang, dipasang di tempat-tempat tertentu.
• Penguat awal, berfungsi meningkatkan sensitivitas penerima.
• Dengan menggunakan EDFA akan diperoleh pembangkitan sinyal dengan faktor yang lebih besar dan dapat membawa data dengan pesat bit yang lebih tinggi dibanding pengulang elektronik.

Dasar Sistem Komunikasi Optik

Sistem komunikasi serat optik pada umumnya terdiri dari pemancar, media transmisi dan penerima. Pada sisi pengirim, informsi yang akan dikirimkan terlebih dahulu diubah ke bentuk isyarat listrik oleh sebuah tranduser sebelum ditransmisikan. Oleh modulator informasi yang terdapat dalam isyarat listrik tersebut diubah lagi ke format yang sesuai. Sejumlah daya diberikan pengirim ke kanal informasi oleh pengkopel kanal (masukan) agar isyarat termodulasi dapat diteima pada sisi penerima. Pengkopel kanal (keluaran) memberi daya kanala informasi ke detektor. Isyarat termodulasi diubah oleh fotodetektor menjadi isyarat listrik. Dan setelah dipisahkan dari pembawanya, isyarat listrik diubah menjadi isyarat aslinya oleh suatu transduser.

Keunggulan dan Kelemahan Serat Optik

Ada beberapa keunggulan serat optik di banding media transmisi lainnya, yaitu :

1. Lebar bidang yang luas, sehingga sanggup menampung informasi yang besar.
2. Bentuk yang sangat kecil dan murah.
3. Tidak terpengaruh oleh medan elektris dan medan magnetis.
4. Isyarat dalam kabel terjamin keamanannya.
5. Karena di dalam serat tidak terdapat tenaga listrik, maka tidak akan terjadi ledakan maupun percikan api. Di samping itu serat tahan terhadap gas beracun, bahan kimia dan air, sehingga cocok ditanam dalam tanah.
6. Substan sangat rendah, sehingga memperkecil jumlah sambungan dan jumlah pengulang.

Di samping kelebihan yang telah disebutkan di atas, serat optik juga mempunyai beberapa kelemahan di antaranya, yaitu :

1. Sulit membuat terminal pada kabel serat
2. Penyambungan serat harus menggunakan teknik dan ketelitian yang tinggi.
3. Proses Pembuatan Serat.

Proses pembuatan serat berhubungan erat dengan pemilihan bahan serat. Ada beberapa sifat yang harus diperhatikan dalam pemilihan bahan ini yaitu :

1. Bahan serat harus transparan pada panjang gelombang tertentu, agar dapat merambatkan cahaya dengan efisien.
2. Perbedaan indeks bias inti dan kulit harus kecil dan kedua bahan harus mudah bersatu.
3. Fleksibel dapat ditarik panjang dan tipis.

Metode Pembuatan Serat Terdadah Erbium

1. Teknik fase uap (Vapour Phase Technique)

Merupakan suatu teknik yang mendadahkan erbium fase uap ke dalam inti serat. Erbium dipanaskan sampai titik tertentu agat diperoleh tekanan uap kerja yang sesuai. Kemudian uap dialirkan ke dalam serat, dan selanjutnya diendapkan. Terdapat dua metode dalam teknik fase uap ini.

Pertama menggunakan ruang pendadah terisi erbium. Pengendapan selubung dilakukan dengan cara biasa, tetapi selama pengendapan inti, SICl(sub)4, GeCl(sub)4, dan O(sub)2 ditempatkan pada bagian bawah tabung. Ruang pendadah dipanasi secara konstan untuk mengalirkan erbium. Konsentrasi erbium dapat dikendalikan dengan pengaturan suhu ruang pendadah.

Sedangkan metode kedua menggunakan spon silika yang terisi erbium guna menggantikan ruang pendadah serta memberikan kemampuan pendadahan erbium yang lebih baik.

2. Teknik fase cair (Liquid Phase Technique)

Teknik ini mendadahkan erbium fase cair ke dalam serat. Di sini lapisan selubung diendapkan ke dalam tabung landasan dengan cara biasa, sedangkan pengendapan inti dilakukan pada suhu yang lebih rendah, dengan demikian lapisan ini tidak terpuntir secara penuh. Selanjutnya lapisan berpori direndam dalam larutan erbium encer agar pori-pori tersebut terisi. Kemudian dikeringkan dan dilebur ke dalam lapisan kaca jernih. Lalu tabung dimasukkan dalam bentukan dengan cara biasa. Teknik ini juga dapat digunakan untuk berbagai bahan yang didasarkan pada silika berpori.

Penguat Serat Terdadah Erbium

Serat optik akan memiliki unjukkerja yang maksimum bila bekerja pada daerah panjang gelombang 1500nm-1600nm. Pada daerah ini serat optik hanya mengalami rugi-rugi sebesar 0,2 dB/km. Penguat serat optik terdadah erbium merupakan yang paling tepat untuk bekerja di daerah panjang gelombang tersebut. Dan hal ini telah dibuktikan oleh Saito dan kawan-kawan pada tahun 1992 dengan menggunakan EDFA telah memperoleh hasil yang memuaskan, dengan cara mentransmisikan sinyal 2,5 GB/s sejauh 45000 km atau dapat dikatakan juga diperoleh kapasitas informasi sebesar 11 Tb.km/s.

Prinsip Dasar Penguatan Pada Penguat Serat Terdadah Erbium

Pada dasarnya mirip dengan prinsip kerja laser, di mana transisi elektron yang mula-mula menempati tingkat energi yang lebih tinggi menuju ke tingkat yang lebih rendah. Dan tentu saja elektron di tingkat yang lebih tinggi haruslah lebih banyak dibandingkan pada tingkat rendah, atau lebih dikenal dengan inversi populasi. Dengan demikian perpindahan itu akan memancarkan cahaya dengan intensitas yang tinggi.

Pemilihan Bidang Pemompaan

Bidang pemompaan EDFA terdiri atas 3 macam yaitu 800 nm, 980 nm, dan 1480 nm. Ketiganya berkaitan erat dengan transisi serapan dari tingkat dasar ke tingkat pengeksitasian. Apabila dipompa pada bidang pemompa 800 nm akan menyebabkan turunnya efisiensi pemompaan. Hal ini disebabkan karena bidang pemompa 800 nm berada pada daerah penyerapan spontan yang diperkuat (Absortion Spontaneous Amplified, ESA). Pada bidang 980 nm, EDFA dipandang sebagai sistem laser 3 tingkat yaitu elektron-elektron Erbium di tingkat dasar dieksitasi ke tingkat pengeksitasian, lalu meluruh secara nonradioaktif dengan cepat ke tingkat atas. Sedangkan pada bidang pemompa 1480 nm, EDFA dapat dikatakan sebagai sistem laser 2 tingkat di mana elektron-elektron Erbium dieksitasi secara langsung dari tingkat dasar ke tingkat atas dan penguatan terjadi pada saat kembalinya elektron dari tingkat atas ke tingkat dasar.

Komponen Penyusun Penguat Serat Terdadah Erbium

Pada dasarnya komponen penyusun penguat serat terdadah erbium adalah sebagai berikut:

A. Serat terdadah erbium

Serat terdadah erbium merupakan serat yang sama dengan serat optik transmisi biasa. Perbedaannya terletak pada inti serat, karena telah didadah ion erbium.

B. Sumber Cahaya Pemompa

Sumber cahaya pemompa berupa dioda yang ditera pada panjang gelombang yang bersesuaian dengan tingkat energi ion erbium (800 nm, 980 nm, dan 1480 nm). Di sini cenderung dipergunakan laser, disebabkan oleh beberapa hal, yaitu:

• Perarahan. Laser dapat memancarkan radiasi dalam perarahan yang besar dengan sudut divergensi kecil. Hal ini bermakna energi yang dibawa laser dapat dikumpulkan dan difokuskan pada daerah yang kecil.
• Lebar saluran. Lebar saluran yang dimiliki relatif kecil, tapi dapat memuat banyak mode (Koherens dan Monokromatik)

Oleh karena itu dipilihlah laser sebagai sumber cahaya pemommpa. Pada umumnya terdapat 3 sumber cahaya pemompa yang cocok untuk dipergunakan, yaitu :

1. Laser Ti sapphire. Laser ini mempunyai efisiensi yang tinggi dan penalaan pancaran yang cukup baik yaitu pada 700 - 1050 nm. Bagian inti piranti ini berupa kristal sappphire (Al2O3) yang didadah dengan Titanium. Di samping itu sapphire mempunyai tingkat ambang kerusakan optik yang tinggi dan konduktivitas termal yang baik.
2. Laser InGaAs-GaSa 0,98mm. Pancaran laser Gallium Arsenide dapat mencapai panjang gelombang 0,98 mm apabila menggunakan lapisan aktif jenis single strained quantum well (sumur kuantum aliran tunggal). Laser sumur kuantum memiliki sebuah lapisan tipis, lebar sumur umumnya lebih kecil daripada 10 nm, dan bandgap (celah-bidang) dikelilingi oleh sebuah penghalang. Oleh karena itu, panjang gelombang pelaseran ditentukan oleh lebar sumur dan perbedaan celah-bidang antara sumur dan penghalang. Dan apabila sumur membuat aliran, maka dapat mengubah struktur bidang serta mengubah panjang gelombang pelaseran.
3. Laser InPGaAsP-InP 1,48mm. Laser yang dapat menyediakan daya keluaran tinggi adalah laser berbasis InP. Laser jenis ini mmpunyai tingkat ambang kerusakan optik yang lebih tinggi dibanding laser berbasis GaAs. Untuk laser daya tinggi, pengurangan tahanan termal dalam piranti merupakan hal yang sangat penting. Pengurangan dapat dilakukan dengan cara menambah panjang piranti, dilain pihak hal ini mengakibatkan berkurangnya efisiensi, sebagai pemecahannya dibuatlah panjang piranti yang optimum bagi daya keluaran maksimum.

C. Kopler jenis WDM

Cahaya sinyal masukan dan cahaya pemompa digabung ke dalam serat terdadah erbium dengan kopler jenis penjamakan panjang gelombang (Wavelength Divission Mulpelxing Coupler, WDM Coupler). Kopler jenis ini mentransmisikan panjang gelombang yang berbeda dalam satu serat.

Di samping itu juga memudahkan dalam penjamakan dan pengawa-jamakan panjang gelombang yang berbeda. Pada pengkopelan kanal jenis WDM, kapasitas total kanal yang dapat dilayani dalam suatu hubungan terkait erat dengan adanya rugi-rugi sisipan, refleksi yang ditimbulkan serta cakap silang yang diberikan oleh kopler.

Terdapat 3 macam teknologi pembuatan kopler WDM yaitu : Kopler difusi WDM, Kopler WDM berbasis tapis elektrik dan Kopler WDM berbasis jeruji.

D. Isolator Optik

Dalam hal ini digunakan isolator optik yang tidak sensitif, yang mempunyai maksud untuk menjaga kestabilan operasi penguat dengan mencegah sinyal optik yang tidak diinginkan terpantul dari komponen yang ada seperti sambungan, konektor ataupun tapis.

E. Tapis Pelewat Bidang Optik

Tapis pelewat bidang optik dipasang pada bagian akhir penguat yang bertujuan untuk menghilangkan pancaran spontan terkuatkan. Pancaran spontan terkuatkan ini dapat muncul pada puncak perolehan dengan panjang gelombang sekitar 1535nm.

Unjuk kerja Penguat Optik Terdadah Erbium

Sifat utama yang harus dimiliki oleh penguat optik adalah perolehan bersihnya. Perolehan penguat terdadah erbium adalah lebih besar dari 20dB.

Penguat serat terdadah erbium memerlukan laser pompa yang berdaya keluaran tinggi dan suplai arus prasikap yang lebih tinggi ke piranti. Laser pompa dan spektrum perolehan dari penguat serat harus berada di sekitar panjang gelombang tertentu. Untuk penguat terdadah erbium memerlukan panjang gelombang 800nm, 980nm atau 1480nm dan spektrum perolehannya dapat meluas dalam jangkauan 1525-1565nm.

Daya keluaran yang dihasilkan hanya beberapa miliwatt yang diperoleh dalam daerah jenuh, dan merupakan ambang batas daya keluaran yang telah ditentukan oleh daya pompa optik.

Distorsi intermodulasi dan cakap silang terinduksi keluaran jenuh dalam sistem WDM dapat terjadi pada ketiga kelas penguat, akan tetapi hal ini terjadi pada skala waktu yang berbeda. Kecepatan penguat serat terdadah erbium ditentukan oleh waktu nyala (life time) 14 ms dan cakap silang antar kanal dapat diabaikan untuk data kecepatan tinggi dengan pengkodean yang sesuai/benar.

Aplikasi Penguat Optik Terdadah Erbium

Dengan sekian banyak keunggulan yang telah dipaparkan di atas, maka penggunaan serta aplikasi dari penguat optik terdadah erbium pun makin meluas, di antaranya seperti di bawah ini :

• Transmisi optik jarak jauh. Untuk komunikasi jarak jauh diperlukan suatu sistem pentransmisian yang baik. Pemakaian EDFA di sini dapat mereduksi jumlah pengulang. Di samping itu meningkatkan daya terpancar di sisi pengirim serta memperbaiki sensitivitas di sisi penerima.
• Penguatan kanal jamak. EDFA mampu melakukan penguatan sinyal secara simultan, cakap silang antar kanal yang rendah, dan semua ini merupakan keuntungan tersendiri dalam sistem kanal jamak.