Fiber Optic

LANDASAN TEORI

A. Pengertian Serat Optik(Fiber Optik)

Serat optic (Fiber Optik) adalah saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau plastik  yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut, dan dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ketempat lain. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah laser atau LED. Kabel ini berdiameter lebih kurang 120 mikrometer. Cahaya yang ada di dalam serat  optik tidak keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara,karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Kecepatan transmis serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi.

Perkembangan teknologi serat optik saat ini, telah dapat menghasilkan pelemahan (attenuation) kurang dari 20 decibels (dB)/km. Dengan lebar jalur (bandwidth) yang besar sehingga kemampuan dalam mentransmisikan data menjadi lebih banyak dan cepat di bandingan dengan penggunaan kabel konvensional. Dengan demikian serat optik sangat cocok digunakan terutamadalam aplikasi system telekomunikasi. Pada prinsipnya serat optik memantulkan dan membiaskan sejumlah cahaya yang merambat didalamnya.Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas/kaca. Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya yang diserapoleh serat optik.Fiber optic merupakan media yang paling canggih dalam hal pengiriman data.Kabel FO(fiber optic cable) terbuat dari bahan kaca yang dibungkus kulit pelindung yang berfungsi sebagai protektor bahan kaca FO yang rapuh.

B. Sejarah Serat Optik (Fiber Optik)

Sejarah Serat optic, sekitar tahun 1930-an para ilmuwan Jerman mengawali eksperimen untuk mentran smisikan cahaya melalui bahan yangbernama serat optik. Percobaan ini juga masih tergolong cukup primitif karena hasil yang dicapai tidak bisa langsung dimanfaatkan, namun harus melalui perkembangan dan penyempurnaan lebih lanjut lagi. Perkembangan selanjutnya adalah ketika para ilmuawanInggris pada tahun 1958 mengusulkan prototipe serat optik yang sampai sekarang dipakai yaitu yang terdiri atas gelas inti yang dibungkus oleh gelas lainnya. Sekitar awal tahun1960-an perubahan fantastis terjadi di Asia yaitu ketika para ilmuwan Jepang berhasil membuat jenis serat optik yang mampu mentrans misikan gambar.Di lain pihak para ilmuwan selain mencoba untuk memandu cahaya melewati gelas (serat optik) namun juga mencoba untuk ”menjinakkan” cahaya. Kerja keras itu pun berhasil ketika sekitar 1959 laser ditemukan. Laser beroperasi pada daerah frekuensi tampak sekitar 1014 Hertz-15 Hertz atau ratusan ribukali frekuensi gelombang mikro.Pada awalnya peralatan penghasil sinar laser masih serba besar dan merepotkan. Selain tidak efisien, ia baru dapat berfungsi pada suhu sangat rendah.

Laser juga belum terpancar lurus. Pada kondisi cahaya sangat cerahpun, pancarannya gampang meliuk-liuk mengikuti kepadatan atmosfer.Waktu itu, sebuah pancaran laser dalam jarak 1 km, bisa tiba di tujuan akhir pada banyak titik dengan simpangan jarak hingga hitungan meter.Sekitar tahun 60-an ditemukan serat optik yang kemurniannya sangat tinggi,kurang dari 1 bagian dalam sejuta. Dalam bahasa sehari-hari artinya serat yang sangat bening dan tidak menghantar listrik ini sedemikian murninya,sehingga konon, seandainya air laut itu semurni serat optik, denganpencahayaan cukup mata normal akan dapat menonton lalu-lalangnyapenghuni dasar Samudera Pasifik.Seperti halnya laser, serat optik pun harus melalui tahap-tahap ppengembangan awal. Sebagaimana medium transmisi cahaya, ia sangat tidak efisien. Hingga tahun 1968 atau berselang dua tahun setelah serat optik pertama kali diramalkan akan menjadi pemandu cahaya, tingkat atenuasi(kehilangan)-nya masih 20 dB/km. Melalui pengembangan dalam teknologimaterial, serat optik mengalami pemurnian, dehidran dan lain-lain. Secaraperlahan tapi pasti atenuasinya mencapai tingkat di bawah 1 dB/km.

1.   Generasi pertama

Sistem masih sederhana dan menjadi dasar bagi sistem generasi berikutnya,terdiri dari alat encoding mengubah input (misal suara) menjadi sinyal listrik transmitter mengubah sinyal listrik menjadi sinyal gelombang, berupa LED dengan panjang gelombang 0,87mm.serat silica sebagai penghantar sinyal gelombang repeater sebagai penguat gelombang yangmelemah di perjalanan receiver mengubah sinyal gelombang menjadi sinyal listrik, berupa fotodetektor alat decoding mengubah sinyal listrik menjadi output (misal suara) Repeater bekerja melalui beberapa tahap, mula-mula iamengubah sinyal gelombang yang sudah melemah menjadi sinyal listrik,kemudian diperkuat dan diubah kembali menjadi sinyal gelombang. Generasi pertama ini pada tahun 1978 dapat mencapai kapasitas transmisi sebesar 10Gb.km/s.

2.   Generasi kedua

Untuk mengurangi efek dispersi, ukuran teras serat diperkecil agar menjaditipe mode tunggal. Indeks bias kulit dibuat sedekat-dekatnya dengan indeksbias teras. Dengan sendirinya transmitter juga diganti dengan diode laser,panjang gelombang yang dipancarkannya 1,3 mm. Dengan modifikasi inigenerasi kedua mampu mencapai kapasitas transmisi 100 Gb.km/s, 10 kalilipat lebih besar daripada generasi pertama.

3.   Generasi ketiga

Terjadi penyempurnaan pembuatan serat silika dan pembuatan chip diodelaser berpanjang gelombang 1,55 mm. Kemurnian bahan silika di tingkatkan sehingga transparansinya dapat dibuat untuk panjang gelombang sekitar 1,2mm sampai 1,6 mm. Penyempurnaan ini meningkatkan kapasitas transmisi menjadi beberapa ratus Gb.km/s.

4.   Generasi keempat

Dimulainya riset dan pengembangan sistem koheren, modulasinya yang dipakai 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.Sayang, generasi ini terhambat perkembangannya karena teknologi pirantisumber dan deteksi modulasi frekuensi masih jauh tertinggal. Tetapi tidak dapat disangkal bahwa sistem koheren ini punya potensi untuk maju pesat pada masa-masa yang akan datang.

5.   Generasi kelima

Pada generasi ini dikembangkan suatu penguat optik yang menggantikan fungsi repeater pada generasi-generasi sebelumnya. Dengan adanya penguat optik ini kapasitas transmisi melonjak hebat sekali. Pada awal pengembangannya hanya dicapai 400 Gb.km/s, tetapi setahun kemudiankapasitas transmisi sudah menembus harga 50 ribu Gb.km/s.

6.   Generasi keenam

Pada tahun 1988 Linn F. Mollenauer memelopori sistem komunikasi soliton.Soliton adalah pulsa gelombang yang terdiri dari banyak komponen panjang gelombang. Komponen-komponennya memiliki 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).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.Eksperimen menunjukkan bahwa soliton minimal dapat membawa 5 saluran yang masing-masing membawa informasi dengan laju 5 Gb/s. Cacah saluran dapat dibuat menjadi dua kali lipat lebih banyak jika dibunakan multiplexing polarisasi, karena setiap saluran memiliki dua polarisasi yang berbeda.Kapasitas transmisi yang telah diuji mencapai 35 ribu Gb.km/s.Efek ini kemudian digunakan untuk menetralisir efek dispersi, sehinggasoliton tidak akan melebar pada waktu sampai di receiver. Hal ini sangat menguntungkan karena tingkat kesalahan yang di timbulkan nya amat kecil bahkan dapat diabaikan. Tampak bahwa penggabungan ciri beberapa generasi teknologi serat optik akan mampu menghasilkan suatu system komunikasi yang mendekati ideal, yaitu yang memiliki kapasitas transmisi yang sebesar-besarnya dengan tingkat kesalahan yang sekecil-kecilnya yang jelas, dunia komunikasi abad 21 mendatang tidak dapat dihindari lagi akan dirajai oleh teknologi serat optik.

C. Keuntungan Serat Optik(Fiber Optik)

1.   Lebar jalur besar dan kemampuan dalam membawa banyak data, dapat memuat kapasitas informasi yang sangat besar dengan kecepatan transmisi mencapai gigabit -perdetik  dan menghantarkan informasi jarak jauh tanpa pengulangan

2.   Biaya pemasangan dan pengoperasian yang rendah serta tingkat keamanan yang lebih tinggi

3.   Ukuran kecil dan ringan, sehingga hemat pemakaian ruang

4.   Imun,kekebalan terhadap gangguan elektromagnetik  dan gangguangelombang radio .

5.   Non-Penghantar, tidak ada tenaga listrik  dan percikan api 

6.   Tidak  berkarat  

D. Kabel Serat Optik(Fiber Optik)

Secara garis besar kabel serat optik terdiri dari 2 bagian utama, yaitu cladding dan core Cladding adalah selubung dari inti (core). Cladding mempunyai indek bias lebih rendah dari pada core akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali kedalam core lagi.

1.   Berdasarkan mode yang dirambatkan

a.    Single mode: serat optik dengan inti (core) yang sangat kecil (biasanya sekitar 8,3 mikron), diameter intinya sangat sempit mendekati panjang gelombang sehingga cahaya yang masuk ke dalamnya tidak terpantul-pantul ke dinding selongsong (cladding). Bahagian inti serat optik single-mode terbuat dari bahan kaca silika (SiO2) dengan sejumlah kecil kaca Germania (GeO2) untuk meningkatkan indeks biasnya.Untuk mendapatkan performa yang baik pada kabel ini, biasanya untuk ukuran selongsong nya adalah sekitar 15 kali dari ukuran inti(sekitar 125 mikron). Kabel untuk jenis ini paling mahal, tetapimemiliki pelemahan (kurang dari 0.35dB per kilometer), sehingga memungkinkan kecepatan yang sangat tinggi dari jarak yang sangat jauh. Standar terbaru untuk kabel ini adalah ITU-T G.652D danG.657D Kabel single mode dapat menjangkau ratusan kilometre.

b.   Multi mode : serat optik dengan diameter core yang agak besar yang membuat laser di dalamnya akan terpantul di dinding cladding yang dapat menyebabkan berkurangnya bandwidth dari serat optik jenis ini. 

2.   Pelemahan(Attenuation)

Pelemahan (Attenuation) cahaya sangat penting diketahui terutama dalam merancang sistem telekomunikasi serat optik itu sendiri. Pelemahan cahaya dalam serat optik adalah adanya penurunan rata-rata daya optik pada kabel serat optik, biasanya diekspresikan dalam decibel (dB) tanpa tanda negatif. Berikut ini beberapa hal yang menyumbang kepada pelemahan cahaya pada serat optic.

a.    Penyerapan (Absorption)Kehilangan cahaya yang disebabkan adanya kotoran dalam serat optic.

b.   Penyebaran (Scattering).

c.    Kehilangan radiasi (radiative losses).

Reliabilitas dari serat optik dapat ditentukan dengan satuan BER (Bit errorrate). Salah satu ujung serat optik diberi masukan data tertentu dan ujungyang lain mengolah data itu. Dengan intensitas laser yang rendah dan denganpanjang serat mencapai beberapa km, maka akan menghasilkan kesalahan.Jumlah kesalahan persatuan waktu tersebut dinamakan BER. Dengandiketahuinya BER maka, Jumlah kesalahan pada serat optik yang sama denganpanjang yang berbeda dapat diperkirakan besarnya.

3.   Arti Warna Kabel Selubung Luar Fiber Optik

Dalam standarisasinya kode warna dari selubung luar (jacket) kabel serat optik jenis Patch Cord adalah sebagai berikut:

Tabel 2.2 Warna selubung luar fiber optik

4.      Konektor

Pada kabel serat optic (Fiber Optik), sambungan ujung terminal atau disebut juga konektor, biasanya memiliki tipe standar seperti berikut:

a.    FC (Fiber Connector): digunakan untuk kabel single mode dengan akurasi yang sangat tinggi dalam menghubungkan kabel dengan transmitter maupun receiver. Konektor ini menggunakan sistem drat ulir dengan posisi yang dapat diatur, sehingga ketika dipasangkan keperangkat lain, akurasinya tidak akan mudah berubah.

b.   SC (Subsciber Connector): digunakan untuk kabel single mode, dengan sistem dicabut-pasang. Konektor ini tidak terlalu mahal, simpel, dan dapat diatur secara manual serta akurasinya baik bila dipasangkan keperangkat lain.

c.    ST (Straight Tip): bentuknya seperti bayonet berkunci hampir mirip dengan konektor BNC. Sangat umum digunakan baik untuk kabel multimode maupun single mode. Sangat mudah digunakan baik dipasangmaupun dicabut.

d.   Biconic: Salah satu konektor yang kali pertama muncul dalam komunikasi fiber optik. Saat ini sangat jarang digunakan.

e.    D4: konektor ini hampir mirip dengan FC hanya berbeda ukurannyasaja. Perbedaannya sekitar 2 mm pada bagian ferrule-nya.

f.    SMA: konektor ini merupakan pendahulu dari konektor ST yang sama-sama menggunakan penutup dan pelindung. Namun seiring denganberkembangnya ST konektor, maka konektor ini sudah tidak berkembang lagi penggunaannya.

5.      jenis-jenis konektor tipe kecil:

pada konektor tersebut biasanya menggunakan warna tertentudengan maksud sebagai berikut:

Tabel 2.3 Warna Konektor

6.      Jenis Kabel Fiber Optik :

a.       Kabel Fiber Optic Single-mode fibers Kabel fiber optic tipe ini mempunyai inti yang kecil (berdiameter 0.00035 inch atau 9micron) dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 1300-1550 nanometer)

Gambar 2.4 kabel fiber optik single mode

b.      Kabel Fiber Optic Multi-mode fibers Kabel Fiber optic tipe ini mempunyai inti yang lebih besar (berdiameter 0.0025 inchatau 62.5 micron) dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjanggelombang 850-1300 nanometer

 

Gambar 2.5 kabel fiber optik multi mode

7.      Kode warna

Untuk memudahkan instalasi, coating masing-masing serat diberi warna. Demikian pula dengan selongsong kabel baik pada jenis loose tube maupun pada slotted cable. Kode warna tertera pada gambar

Gambar 2.6 Urutan Kode Warna Serat Optik

E. Alat Sambung

1.     FUSION SPLICER

Gambar 2.7 Fusion Splicer

Penyambungan kabel optik dikenal dengan istilah splicing, Dalam penyambungan fiber optic diperlukan alat khusus yaitu splicer . Terdapat 2 metode dalam penyambungan optik yaitu : fusion splicing dan mechanical splicing. Fusion splicing memiliki redaman lebih kecil yaitu sekitar 0.1 dBm dibanding Mechanical splicing yang mencapai 0.5 sampai 0.75 dB di setiap sambungan nya. Fusion splicing melakukan penyambungan dengan cara menyelaraskan meluruskan kedua ujung serat optik yang ingin disambung, memanaskan dan melebur nya hingga menjadi 1 bagian yang tersambung. Fusion splicer menggunakan laser yang ada pada alat fusion splicer serat yang ingin disambung. Seiring canggih nya teknologi terdapat fusion splicer yang mampu melakukan splicing sampai 24 core bersamaan.

F. Alat Ukur

1.      Optical Time Domain Reflectometer (OTDR)

Gambar 2.8 OTDR

OTDR suatu peralatan optoelektronik yang digunakan untuk mengukur parameter-parameter seperti pelemahan (attenuation), panjang,kehilangan pencerai dan penyambung, dalam sistem telekomunikasi serat optik. OTDR pada dasarnya terdiri dari satu sumber optik dan satu penerima (receiver), modul akuisisi data, CPU, media penyimpanan data, dan layar monitor Dengan OTDR seorang engineer dapat mengetahui kualitas dari fiber optic, besar redaman sepanjang lintasan fiber optik, sampai lokasi putus nya kabel (berapa jauh dari lokasi pengukuran) yang sangat berguna bila terjadi putus kabel optic

2.      Optical Power Meter

Gambar 2.9 Optical Power Meter

Digunakan untuk mengukur panjang gelombang dan power dari sinyal optik. Dari informasi power yang di terima, seorang engineer dapat mengetahui apakah kualitas power masih dalam spesifikasi perangkat yang digunakan atau tidak. Dan dapat digunakan untuk mensegmentasi permasalahan untuk mentrace apakah sumber masalah dari SFP yang power nya sudah lemah, dari Patch cord yang ber masalah, dari core yang berada pada ODF / OTB atau dari lintasan optic yang membentang di luar sana.