SERAT OPTIK ( FIBER OPTIK )

Serat optik (fiber optik ) adalah suatu pemandu gelombang cahaya ( light wave guide ) yang  berupa suatu kabel tembus pandang ( Transparant ) yang mana penampang dari kabel tersebut terdiri dari dua bagian yaitu : bagian tengah yang disebut “ core” dan bagian luar yang disebut “ cladding”. Cladding pada serat optik membungkus atau mengelilingi core.adapun bentuk penampang dari core dapat bermacam-macam, antara lain : pipih, segitiga, segi empat,segi banyak atau berbentuk lingkaran.

Serat optik merupakan suatu saluran transmisi yang membawa gelombang yang disalurkan merupakan gelombang cahaya. Sehingga dalam analisis serat optik digunakan pendekatan sifat cahaya. Lebar bidang sinyal yang disalurkan tergantung dari diameter serat optik, semakin kecil diameter serat optik maka akan semakin sempit lebar bidangnya. Kerugian yang timbul dalam suatu serat optik antara lain karena dispersi ( penghamburan ) da pembiasan.

Berikut adalah beberapa tahap sejarah perkembangan teknologi serat optik :

1.      Generasi Pertama ( 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 0,87 μm.

·         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.

2.      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 1,3 μm.

- Kapasitas transmisi menjadi 100 Gb.km/s.

3.      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.

4.      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.

5.      Generasi Ke- Lima ( mulai tahun 1989)

v  Dikembangkan suatu penguat optik yang menggantikan fungsi repeater pada

generasi-generasi sebelumnya.

v  Pada awal pengembangannya kapasitas transmisi hanya dicapai 400 Gb.km/s

tetapi setahun kemudian kapasitas transmisinya sudah menembus 50.000

               Gb.km/s !

6.      Generasi Ke- Enam ?

v  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.

v  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).

v  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.

v  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.

Struktur Serat Optik

Dalam struktur serat optik dibagi menjadi tiga bagian utama,

yaitu sebagai berikut :

a)      Inti (core).

Inti terbuat dari bahan kuarsa berkualitas sangat tinggi dan tidak

mengalami korosi. Bentuk penampang core serat optik ada yang berbentuk ellips dan adapula yang berbentuk lingkaran. Inti memiliki diameter 5 μm – 200 μm.

b)      Selubung kulit (cladding).

Selubung kulit terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias lebih kecil

dari inti sehingga hubungan indeks bias antara inti dan selubung kulit

akan mempengaruhi perambatan cahaya pada inti.

c)      Jaket/pembungkus (coating).

Sekeliling inti dan selubung kulit dibalut dengan plastik yang berfungsi

untuk melindungi serat optik dari kerusakan, seperti goresan, kotoran

dan lainnya.

Jenis Serat Optik

Berdasarkan mode penjalarannya, serat optik dibagi menjadi dua

macam, yaitu :

1             )      serat optik mode tunggal (single-mode optical fiber), dan

2             )      serat optik mode jamak (multimode optical fiber).

Sedangkan, menurut susunan indeks biasnya, serat optik terdiri

atas dua macam, yaitu :

  a. Serat optik mode jamak indeks undak (Step Index, SI), dan

  b. serat optik mode jamak indeks berangsur (Graded Index, GRIN).

        Ø Serat Optik Mode Tunggal

 Serat optik mode tunggal hanya menjalarkan satu mode berkas cahaya. Struktur serat optik mode tunggal ditunjukkan pada Gambar di bawah.

Susutan total serat optik mode tunggal sangat kecil, yaitu sekitar 0,2 dB/km, sehingga serat optik ini sesuai untuk sistem komunikasi jarak jauh dengan kapasitas yang besar.

Serat Optik Mode Jamak Indeks Undak (SI)

Serat optik mode jamak indeks undak terdiri dari inti (core) dengan indeks bias n1 dan dikelilingi oleh selubung kulit (cladding) dengan indeks bias n2 (Gambar 3). Sudut kritis θc untuk serat optik mode jamak indeks undak, yang diberikan oleh persamaan berikut :

Perubahan indeks bias Δ merupakan nilai serat yang diberikan oleh persamaan :

∆ = r1-n2/n1

Nilai ini selalu positif, karena n1 harus lebih besar daripada n2, agar sudut kritis ada. Khususnya, Δ pada orde 0,01

Karena indeks bias dari inti adalah konstan dan kecepatan dari setiap mode adalah sama, serta jarak yang ditempuh oleh masing-masing mode adalah berbeda, maka akan ada perbedaan waktu perambatan. Karena cahaya dari serat yang berinti lebih besar adalah gabungan dari beberapa ratus mode yang berbeda maka sebuah pulsa akan melebar selama transmisi.

Serat Optik Mode Jamak Indeks Berangsur (GRIN)

Keuntungan Sistem Serat Optik

Mengapa sistem serat optik dikatakan merevolusi dunia telekomunikiasi? Ini karena dibandingkan dengan sistem konvensional menggunakan kabel logam (tembaga) biasa, serat optik memiliki:

1.      Less expensive – Beberapa mil kabel optik dapat dibuat lebih murah dari kabel tembaga dengan panjang yang sama.

2.      Thinner – Serat optik dapat dibuat dengan diameter lebih kecil (ukuran diameter kulit dari serat sekitar 100 μm dan total diameter ditambah dengan jaket pelindung sekitar 1 – 2 mm) daripada kabel tembaga, dan juga karena serat optik membawa light (cahaya) maka tentunya memiliki light weight (berat yang ringan). Maka kabel serat optik mengambil tempat yang lebih kecil di dalam tanah.

3.      Higher carrying capacity – Karena serat optik lebih tipis dari kabel tembaga maka kebanyakan serat optik dapat dibundel ke dalam sebuah kabel dengan diameter tertentu maka beberapa jalur telepon dapat berada pada kabel yang sama atau lebih banyak saluran televisi pada TV cable dapat melalui kabel. Serat optik juga memiliki bandwidth yang besar (1 dan 100 GHz, untuk multimode dan single-mode sepanjang 1 Km).

4.       Less signal degradation – Sinyal yang loss pada serat optik lebih kecil (kurang dari 1 dB/km pada rentang panjang gelombang yang lebar) dibandingkan dengan kabel tembaga.

5.      Light signals – Tidak seperti sinyal listrik pada kabel tembaga, sinyal cahaya dari satu serat optik tidak berinterferensi dengan sinyal cahaya pada serat optik yang lainnya di dalam kabel yang sama, juga tidak ada interferensi elektromagnetik. Ini berarti meningkatkan kualitas percakapan telepon atau penerimaan TV. Juga tidak ada

6.       Low Power – Karena sinyal pada serat optik mengalami loss yang rendah, transmitter dengan daya yang rendah dapat digunakan dibandingkan dengan sistem kabel tembaga yang membutuhkan tegangan listrik yang tinggi, hal ini jelas dapat mengurangi biaya yang dibutuhkan.

7.       Digital signals – Serat optik secara ideal cocok untuk membawa informasi digital dimana berguna secara khsusus pada jaringan komputer.

8.       Non-flammable – Karena tidak ada arus listrik yang melalui serat optik, maka tidak ada resiko bahaya api.

9.      Flexibile – Karena serat optik sangat fleksibel dan dapat mengirim dan menerima cahaya, maka digunakan pada kebanyakan kamera digital fleksibel untuk tujuan :

-           Medical Imaging – pada bronchoscopes, endoscopes, laparoscope, colonofiberscope (dapat dimasukkan ke dalam tubuh manusia (misal usus) sehingga citranya dapat dilihat langsung dari luar tubuh). ƒ

-          Mechanical imaging – memeriksa pengelasan didalam pipa dan mesin ƒ

-          Plumbing – memeriksa sewer lines

KELEMAHAN FIBER OPTIK

1.      Sukar membuat terminal pada kabel serat.

2.      tidak seperti pada kawat logam, penyambungan serat harus menggunakan teknik serta ketelitian yang tinggi,

3.      Serat optik tidak dapat menyalurkan energi elektrik, pengulang harus dicatu secara lokal atau dicatu secara remote menggunakan kabel elekrik terpisah.

4.      Intensitas energi cahaya yang dipancarkan oleh pemancar optik dapat merusak retina mata secara permanen jika pada saat instalasi tidak dilakukan hati-hati.