Sejarah Perkembangan Teknologi Serat 0ptik

Pada tahun 1880 Alexander Graham Bell menciptakan sebuah sistem komunikasi cahaya yang disebut photo-phone dengan menggunakan cahaya matahari yang dipantulkan dari sebuah cermin suara termodulasi tipis untuk membawa percakapan, pada penerima cahaya matahari termodulasi mengenai sebuah foto kondukting selselenium, yang merubahnya menjadi arus listrik, sebuah penerima telepon melengkapi sistem.

Photo-phone tidak pernah mencapai sukses komersial, walaupun sistem tersebut bekerja cukup baik.

Penerobosan besar yang membawa pada teknologi komunikasi serat optik dengan kapasitas tinggi adalah penemuan Laser pada tahun 1960, namun pada tahun tersebut kunci utama di dalam sistem serat praktis belum ditemukan yaitu serat yang efisien.

Baru pada tahun 1970 serat dengan loss yang rendah dikembangkan dan komunikasi serat optik menjadi praktis (Serat optik yang digunakan berbentuk silinder seperti kawat pada umumnya, terdiri dari inti serat (core) yang dibungkus oleh kulit (cladding) dan keduanya dilindungi oleh jaket pelindung (buffer coating)). Ini terjadi hanya 100 tahun setelah John Tyndall, seorang fisikawan Inggris, mendemonstrasikan kepada Royal Society bahwa cahaya dapat dipandu sepanjang kurva aliran air. Dipandunya cahaya oleh sebuah serat optik dan oleh aliran air adalah peristiwa dari fenomena yang sama yaitu total internal reflection.

Teknologi serat optik selalu berhadapan dengan masalah bagaimana caranya agar lebih banyak informasi yang dapat dibawa, lebih cepat dan lebih jauh penyampaiannya dengan tingkat kesalahan yang sekecil-kecilnya. Informasi yang dibawa berupa sinyal digital, digunakan besaran kapasitas transmisi diukur dalam 1 Gb.km/s yang artinya 1 milyar bit dapat disampaikan tiap detik melalui jarak 1 km.

Berikut adalah beberapa tahap sejarah perkembangan teknologi Serat Optik:

Generasi Petama (mulai tahun 1970)
Sistem masih sederhana dan menjadi dasar bagi sistem generasi berikutnya terdiri dari :

• Encoding : Mengubah input (misal suara) menjadi sinyal listrik.
• Transmitter : Mengubah sinyal listrik menjadi gelombang cahaya termodulasi, berupa LED dengan panjang gelombang 0,87µm.
• Serat Silika : Sebagai pengantar gelombang cahaya.
• Repeater : Sebagai penguat gelombang cahaya yang melemah di jalan.
• Receiver : Mengubah gelombang cahaya termodulasi menjadi sinyal listrik, berupa foto-detektor.
• Decoding : Mengubah sinyal listrik menjadi ouput (misal: suara).
• Repeater bekerja dengan merubah gelombang cahaya menjadi sinyal listrik kemudian diperkuat secara elektronik dan diubah kembali menjadi gelombang cahaya.
• Pada tahun 1978 dapat mencapai kapasitas transmisi 10 Gb.km/s.

Generasi Ke-Dua (mulai tahun 1981)

• Untuk mengurangi efek dispersi, ukuran inti serat diperkecil.
• Indeks bias kulit dibuat sedekat-dekatnya dengan indeks bias inti.
• Menggunakan diode laser, panjang gelombang yang dipancarkan 1,3µm.
• Kapasitas transmisi menjadi 100 Gb.km/s.

Generasi Ke-Tiga (mulai tahun 1982)

• Penyempurnaan pembuatan serat silika.
• Pembuatan chip diode laser berpanjang gelombang 1,55 µm.
• Kemurniaan bahan silika ditingkatkan sehingga transparansinya dapat dibuat untuk panjang gelombang sekitar 1,2 µm sampai 1,6 µm.
• Kapasitas transmisi menjadi beberapa ratus Gb.km/s.

Generasi Ke-Empat (mulai tahun 1984)

• Dimulainya riset dan pengembangan sistem koheren, modulasinya bukan modulasi intensitas melainkan modulasi frekuensi, sehingga sinyal yang sudah lemah intensitasnya masih dapat dideteksi, maka jarak yang dapat ditempuh, juga kapasitas transmisinya, ikut membesar.
• Pada tahun 1984 kapasitasnya sudah dapat menyamai kapasitas sistem deteksi langsung (modulasi intensitas).
• Terhambat perkembangannya karena teknologi piranti sumber dan deteksi modulasi frekuensi masih jauh tertinggal.

Generasi Ke-Lima (mulai tahun 1989)

• Dikembangkan suatu penguat optik yang menggantikan fungsi repeater pada generasi-generasi sebelumnya.
• Pada awal pengembangannya kapasitas transmisi hanya dicapai 400 Gb.km/s tetapi setahun kemudian kapasitas transmisinya sudah menembus 50.000 Gb.km/s.

Generasi Ke- Enam.

• Pada tahun 1988 Linn F. Mollenauer mempelopori sistem komunikasi optik soliton. Soliton adalah pulsa gelombang yang terdiri dari banyak komponen panjang gelombang yang berbeda hanya sedikit dan juga bervariasi dalam intensitasnya.
• Panjang soliton hanya 10-12 detik dan dapat dibagi menjadi beberapa komponen yang saling berdekatan, sehingga sinyal-sinyal yang berupa soliton merupakan informasi yang terdiri dari beberapa saluran sekaligus (wavelength division multiplexing).
• Eksprimen menunjukkan bahwa soliton minimal dapat membawa 5 saluran yang masing-masing membawa informasi dengan laju 5 Gb/s. Kapasitas transmisi yang telah diuji mencapai 35.000 Gb.km/s.
• Cara kerja sistem soliton ini adalah efek Kerr, yaitu sinar-sinar yang panjang gelombangnya sama akan merambat dengan laju yang berbeda di dalam suatu bahan jika intensitasnya melebihi suatu harga batas. Efek ini kemudian digunakan untuk menetralisir efek dispersi, sehingga soliton tidak melebar pada waktu sampai di receiver. Hal ini sangat menguntungkan karena tingkat kesalahan yang ditimbulkannya amat kecil bahkan dapat diabaikan.

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.

Struktur Serat Optik

Serat merupakan salah satu diantara stasiun transmisi fisik yang menyalurkan informasi menggunakan gelombang cahaya. Dalam hal merencanakan penggunaan serat optic pada berbagai aplikasi saluran komunikasi perlu dipertimbangkan dari pemakaian bermacam– macam serat optik.

Struktur dari Serat Optik terdiri dari suatu yang transparan dengan indeks bias dikelilingi oleh lapisan selimut yang transparan dengan indeks bias lebih rendah dari indeks bias inti atau n2.

Struktur serat pada umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu :

Bagian inti (Core)

Merupakan bagian utama dari serat optic karena perambatan cahaya sebenarnya terjadi pada bagian ini.Terbuat dari bahan kuarsa (kaca) dengan kualitas yang sangat tinggi yang berdiameter antara 2- 125 um.Ukuran Core sangat mempengaruhi karakteristik serat optic tergantung dari jenis serat optiknya.

Lapisan selimut (Cladding)

Merupakan selubung dari core Terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias lebih kecil dari core Berdiameter antara 5 – 20 µm, tergantung dari jenis serat optriknya. Hubungan indeks bias antara core dan cladding akan mempengaruhi perambatan cahaya pada core (mempengaruhi sudut kritis)

Lapisan jaket (Cloating)

Merupakan perlindungan lapisan inti dan selimut terbuat dari bahan plastik yang elastis

Susunan Serat Optik

Rugi-rugi Dalam Serat Optik

Serat optik, sering mengalami gangguan dari kabel serat optik itu sendiri yang berupa rugi – rugi.

Rugi – rugi tersebut adalah:

1. Rugi – rugi penghamburan Rayleigh


Rugi ini terjadi karena adanya variasi kerapatan optik dan campuran – campurannya sehingga membentuk facet – facet yang memantulkan dan membiaskan serta menghamburkan sebagian kecil cahaya yang melewatinya

2. Rugi – rugi penyerapan (Absorbtion Loss)


Terjadinya akibat adanya ion Oh dalam inti, sehingga cahaya yang melewatinya terganggu.

3. Rugi –rugi pembengkokan (Bending Loss)


Terjadi karena akibat adanya pembengkokan. Ada dua macam rugi pembengkokan, yaitu :

a. Micro Bending Loss : yang disebabkan karena pembengkokan mikro didalam inti serat optik
b. Bending Loss : yang disebabkan karena adanya belokan tajam/lengkungan pada saat instalasi


4. Rugi – rugi Freshnel (Freshnel Reflection)

Disebabkan karena adanya celah udara, sehingga cahaya harus melewati dua interface yang memantul sebagian,karena perubahan indeks bias dari inti udara ke inti lagi.

Jumlah rugi – rugi maksimum dalam system komunikasi serat optik yang diijinkan dapat ditemukan oleh selisih daya optik yang dipancarkan oleh sumber optik di pemancar dengan daya optik yang dideteksi oleh detector optik sipenerima. Selisih tersebut lebih dikenal dengan istilah power budget.

Metode perhitungan power budget digunakan untuk mendapatkan nilai maksimum lintasan serta optik yang menjamin Bit Error Rate (BER) dalam keadaan yang buruk.

Dimana :
Pt = Daya output pemancar (dB)
Pr = Daya input penerima (Sensitivitas receiver) (dB)

Sensitivitas receiver menyatakan daya yang dapat dideteksi oleh receiver. Sensitivitas receiver akan tergantung pada harga BER tertentu. Untuk BER10 berarti rata – rata suatu kesalahan yang dilakukan dalam satu juta bit. Sistem gelombang cahaya pada umumnya memiliki BER 10.

Desain suatu system komunikasi serat optik harus menyisakan suatu system gain dan margin. Perbedaan antara daya output pemancar dengan sensitivitas receiver disebut dengan System gain (GS). Margin berguna untuk mengkompensasi degrasi dan fluktuasi system. Harga margin berkisar antara 3dB sampai 10 dB.

Redaman yang ditimbulkan oleh serat optik, slice dan konector mempunyai spesifikasi tersendiri. Besarnya redaman serat optik per kilometer adalah 0,4dB/km, besarnya redaman dikonektor adalah 0,5 dB dan besarnya redaman disambungkan adalah 0,2dB/km.

Loss total adalah suatu system komunikasi serta optik merupakan penjumlahan sequensial dari kontribusi loss tiap komponen dalam lintasan optik dan dirumuskan :

Loss total = GS + m
Dimana :
GS = Sistem gain (dB)
M = margin untuk rugi yang tak terduga (dB)

Serat Optik

Serat optik adalah salah satu media transmisi yang dapat menyalurkan informasi dengan kapasitas besar dengan keandalan yang tinggi.

Berlainan dengan media transmisi lainnya, maka pada serat optik gelombang pembawanya tidak merupakan gelombang elektromagnet atau listrik, akan tetapi merupakan sinar/cahaya laser.

Sistem telekomunikasi ini sebenarnya sudah diteliti sejak lama, tetapi karena banyaknya kesulitan atau hambatan yang timbul terutama di dalam usaha menghilangkan kotoran dalam pembuatan serat optik. Kotoran di dalam serat optik dapat mengakibatkan rugi-rugi transmisi dan dispersi yang tidak sempurna.

Sebagaimana namanya maka serat optik dibuat dari gelas silika dengan penampang berbentuk lingkaran atau bentuk-bentuk lainnya. Pembuatan serat optik dilakukan dengan cara menarik bahan gelas kental-cair sehingga dapat diperoleh serabut/serat gelas dengan penampang tertentu. Proses ini dikerjakan dalam keadaan bahan gelas yang panas.

Yang terpenting dalam pembuatan serat optik adalah menjaga agar perbandingan relatif antara bermacam lapisan tidak berubah sebagai akibat tarikan. Proses pembungkusan seperti pemberian bahan pelindung atau proses pembuatan satu ikat kabel yang terdiri atas beberapa buah hingga ratusan kabel pengerjaannya tidak berbeda dengan pembuatan kabel biasa.

Keunggulan Transmisi Serat Optik

Sistem transmisi serat optik ini dibandingkan dengan teknologi transmisi yang lain mempunyai beberapa kelebihan, antara lain :

1. Redaman transmisi yang kecil.

Sistem telekomunikasi serat optik mempunyai redaman transmisi per km relatif kecil dibandingkan dengan transmisi lainnya, seperti kabel coaxial ataupun kabel PCM. Ini berarti serat optik sangat sesuai untuk dipergunakan pada telekomunikasi jarak jauh, sebab hanya membutuhkan repeater yang jumlahnya lebih sedikit.

2. Bidang frekuensi yang lebar

Secara teoritis serat optik dapat dipergunakan dengan kecepatan yang tinggi, hingga mencapai beberapa Gigabit/detik. Dengan demikian sistem ini dapat dipergunakan untuk membawa sinyal informasi dalam jumlah yang besar hanya dalam satu buah serat optik yang halus.

3. Ukurannya kecil dan ringan

Dengan demikian sangat memudahkan pengangkutan pemasangan di lokasi. Misalnya dapat dipasang dengan kabel lama, tanpa harus membuat lubang polongan yang baru.

4. Tidak ada interferensi

Hal ini disebabkan sistem transmisi serat optik mempergunakan sinar/cahaya laser sebagai gelombang pembawanya. Sebagai akibatnya akan bebas dari cakap silang (cross talk) yang sering terjadi pada kabel biasa. Atau dengan perkataan lain kualitas transmisi atau telekomunikasi yang dihasilkan lebih baik dibandingkan transmisi dengan kabel. Dengan tidak terjadinya interferensi akan memungkinkan kabel serat optik dipasang pada jaringan tenaga listrik tegangan tinggi (high voltage) tanpa khawatir adanya gangguan yang disebabkan oleh tegangan tinggi.

5. Kelebihan lain

Adanya isolasi antara pengirim (transmitter) dan penerimanya (receiver), tidak ada ground loop serta tidak akan terjadi hubungan api pada saat kontak atau terputusnya serat optik. Dengan demikian sangat aman dipasang di tempat-tempat yang mudah terbakar. Seperti pada industri minyak, kimia, dan sebagainya.


Prinsip Kerja Transmisi pada Serat Optik

Berlainan dengan telekomunikasi yang mempergunakan gelombang elektromagnet maka pada serat optik gelombang cahayalah yang bertugas membawa sinyal informasi.

Pertama-tama microphone merubah sinyal suara menjadi sinyal listrik. Kemudian sinyal listrik ini dibawa oleh gelombang pembawa cahaya melalui serat optik dari pengirim (transmitter) menuju alat penerima (receiver) yang terletak pada ujung lainnya dari serat.

Modulasi gelombang cahaya ini dapat dilakukan dengan merubah sinyal listrik termodulasi menjadi gelombang cahaya pada transmitter dan kemudian merubahnya kembali menjadi sinyal listrik pada receiver.

Pada receiver sinyal listrik dapat dirubah kembali menjadi gelombang suara.
Tugas untuk merubah sinyal listrik ke gelombang cahaya atau kebalikannya dapat dilakukan oleh komponen elektronik yang dikenal dengan nama komponen optoelectronic pada setiap ujung serat optik.

Dalam perjalanannya dari transmitter menuju ke receiver akan terjadi redaman cahaya di sepanjang kabel serat optik dan konektor-konektornya (sambungan). Karena itu bila jarak ini terlalu jauh akan diperlukan sebuah atau beberapa repeater yang bertugas untuk memperkuat gelombang cahaya yang telah mengalami redaman.


Jenis Serat Optik

Berdasarkan sifat karakteristiknya maka jenis serat optik secara garis besar dapat dibagi menjadi 2 yaitu :

1. Multimode

Pada jenis serat optik ini penjalaran cahaya dari satu ujung ke ujung lainnya terjadi dengan melalui beberapa lintasan cahaya, karena itu disebut multimode. Diameter inti (core) sesuai dengan rekomendasi dari CCITT G.651 sebesar 50 mm dan dilapisi oleh jaket selubung (cladding) dengan diameter 125 mm.

Berdasarkan susunan index biasnya serat optik multimode memiliki dua profil yaitu graded index dan step index. Pada serat graded index, serat optik mempunyai index bias cahaya yang merupakan fungsi dari jarak terhadap sumbu/poros serat optik.

Dengan demikian cahaya yang menjalar melalui beberapa lintasan pada akhirnya akan sampai pada ujung lainnya pada waktu yang bersamaan. Berlainan dengan graded index, maka pada serat optik step index (mempunyai index bias cahaya sama) sinar yang menjalar pada sumbu akan sampai pada ujung lainnya dahulu (dispersi)

Hal ini dapat terjadi karena lintasan yang melalui poros lebih pendek dibandingkan sinar yang mengalami pemantulan pada dinding serat optik. Sebagai hasilnya terjadi pelebaran pulsa atau dengan kata lain mengurangi lebar bidang frekuensi. Oleh karena itu secara praktis hanya serat optik graded index sajalah yang dipergunakan sebagai saluran transmisi serat optik multimode.

2. Single Mode

Serat optik single mode/monomode mempunyai diameter inti (core) yang sangat kecil 3 – 10 m m, sehingga hanya satu berkas cahaya saja yang dapat melaluinya. Oleh karena hanya satu berkas cahaya maka tidak ada pengaruh index bias terhadap perjalanan cahaya atau pengaruh perbedaan waktu sampainya cahaya dari ujung satu sampai ke ujung yang lainnya (tidak terjadi dispersi).

Dengan demikian serat optik singlemode sering dipergunakan pada sistem transmisi serat optik jarak jauh atau luar kota (long haul transmission system). Sedangkan graded index dipergunakan untuk jaringan telekomunikasi lokal (local network).