4. Karakteristik Transmisi pd Fiber Optik - Anhar, ST., MT

4. Karakteristik Transmisi pd 

Fiber Optik 

Anhar, MT. 

Edisi Ganjil 2012/2013 

Kompetensi 

Mahasiswa dapat menjelaskan rugi-rugi 

dan dispersi yang terjadi pada fiber optik 

dan menghitung besarnya rugi-rugi dan 

dispersi tsb. 


1 

2 

18/10/2012 

1

Outline : 

• Pengantar 

• Redaman (Attenuation) 

• Penyerapan y p Material (Absorption) 

( p ) 

• Rugi-rugi hamburan (Scattering 

Losses) 

• Rugi-rugi pembengkokan 

• Dispersi 

• Efek Non linier 


Pengantar 

• Cahaya yg merambat di dlam fiber pasti mengalami 

gangguan. 

• Gangguan tsb dpt menurunkan kualitas daya sinyal 

cahaya di dlm optik optik. 

• Dlm perencanaan link, menentukan seberapa 

banyak repeater hrs dipasang. 

• Tiga hal yg perlu diperhatikan : 

1. Apa saja rugi-rugi/redaman sinyal pd optik? 

2. Mengapa sinyal optik melemah jika merambat 

sepanjang p j g fiber? 

3. Seberapa besar pelemahan sinyal tsb? 


3 

4 

18/10/2012 

2

Pengantar 


Apa saja?? 

1. Redaman (Attenuation) 

2. Penyerapan Material (Absorption) 

3. Rugi-rugi g g hamburan ( (Scattering g Losses) ) 

4. Rugi-rugi pembengkokan 

5. Dispersi 


5 

6 

18/10/2012 

3

Redaman 

• Redaman pada transmisi optik 

bberpengaruh h pd d perencanaan li link, k 

dibagi menjadi : 

1. Penyerapan 

2. Rugi-rugi penghamburan 

3. Rugi-rugi radiasi. 


Satuan Redaman 

• Apa definisi redaman ?? 

• Perbandingan daya output optik Pout dr fiber dng 

panjang L terhadap daya input optik Pin. • Rumusnya : 

α = 10log 

• Idelnya : 

• Biasanya : 3 dB/Km, yg artinya : 

• Daya sinyal optik menurun 50% sepanjang 1 Km 

dan akan menurun 75% % sepanjang p j g 

2 Km. 


Pin Pout 

/ 

L 

7 

8 

18/10/2012 

4

Satuan Redaman 

Fungsi redaman thdp panjang gel dr teknologi fiber awal 

yg memiliki kandungan impuritas air yg tinggi 


Contoh 1: 

Berapakah daya output dari 

rangkaian berikut Ini ? 


9 

10 

18/10/2012 

5

Penyelesaian : 

Dayanya : 

= (+12) + (-16) + (-6) + (+8) 

=-2 dB 

Daya outputnya : 

daya out 

Gain = 10log 

daya in 

daya out 

− 2 = 10log 

dB 

2 

daya out 

−0, 

2 daya out 

− 0, 

2 = log dB ⇒10 

= 

2 

2 

daya out 

0, 

63 = ⇒ Daya out = 1, 

26 

2 


Contoh 2: 

Bila daya optik yg dibangkitkan sepanjang 8 

km adlh sebesar 120µW dan daya yg diterima 

adlh dlh 3µW, maka k tentukanlah k l h: 

1. Redaman sinyal optik keseluruhan dlm dB 

2. Redaman sinyal per km 

3. Redaman sinyal keseluruhan utk panjang 

link 10 km menggunakan fiber yg sama 

dng penyambung/konektor tiap 1 km 

dimana redaman tiap konektor 1 dB 


11 

12 

18/10/2012 

6


• Redaman sinyal optik keseluruhan dlm dB : 

=10 Log (Pi/Po) = 10 Log (120/3) 

= 16 dB 

• Redaman sinyal per km : 

α.L = 16 dB >> α = 16 dB/8 km = 2 dB/km 

• Redaman utk link 10 Km : 

α = 2 dB/km x 10km = 20 dB 

Link ini memiliki 9 konektor sehingga total 

lloss menjadi jdi99 dB dB. 

Sehingga redaman total adlh : 

= 20 dB + 9 dB = 29 dB 


Penyerapan/Absorption 

• Disebabkan zat kotoran yg tersisa didlm inti 

yg dpt menyerap sebahagian cahaya. 

• Kontaminan yg paling l serius adlh dlh ion‐ion 

hidroksil dan zat‐zat logam. 

• Pencegahan dpt dilakukan dng perbaikan 

pd proses manufacturing. 

• Kandungan kontaminan hrs dpt ditekan 

sekecil mungkin mungkin. 


13 

14 

18/10/2012 

7

Hamburan/Scattering Rayleigh 

• Efek terpencarnya cahaya akibat terjadinya perubahan kecil yg 

bersifat lokal pd indeks bias bahan inti dan mantel. 

• Hanya terjadi di lokasi2 tertentu di dlm bahan. 

• Penyebabnya : 

– Ketidakmerataan di dalam “adonan” bahan2 pembuat 

optik. Sulit dihilangkan. 

– Pergeseran2 kecil pd kerapatan bahan yg terjadi saat silika 

mulai membeku dan menjadi padat. 


Hamburan/Scattering Rayleigh 

• Besarnya hamburan Rayleigh dinyatakan dlm koefisien 

redaman rayleigh yg besarnya : 

• Koefisien ini besarnya dng redaman Rayleigh adlh : 


15 

16 

18/10/2012 

8

Pemantulan Fresnel 

• Tdk semua bagian dr cahaya yg dtng dng sudut mendekati 

garis normal akan menembus bidang perbatasan. 

• Sebahagian dr cahaya tsb akan memantul balik di bidan g 

perbatasan perbatasan. 

• Daya terpantul tsb dirumuskan : 2 


⎡n1 

− n 

Daya terpantul = ⎢ 

⎣n1 

+ n 

Memanfaatkan pemantulan fresnel 

• Utk mengukur panjang serat optik. 

• Mengirimkan g cahaya y pendek, p dan menunggu gg 

pantulannya. 

• Diukur dng menghitung kecepatan permbatan 

cahaya, interval waktu pengiriman... 

• Diterapkan secara teknis pd OTDR (optical 

time domain reflectometer) 


17 

18 

2 

2 

⎤ 

⎥ 

⎦ 

18/10/2012 

9

Rugi‐rugi lekukan kabel 

Macrobend 

• Akibat lekukan tajam.. 



Macrobend 

• Dapat dirumuskan dng koefisien redaman : 

α = c 

r 

1 exp( −c2 

R) 

• Dimana R adlh radius fiber dan C1 serta C2 adlh 

konstanta 

• Rugi‐rugi yg besar pembengkokan dpt terjadi dng kondisi 

radius kritis yg dirumuskan : 

2 


R c 

3n 

λ 

≅ 

4π 

( 

n − n ) 

1 

2 

1 

2 

2 

3/ 

2 

• Rugi ini dpt diminimalkan dng : 

• Perancangan fiber dng indeks perbendaan pantulan yg 

besar 

• Beroprasi pd panjang gel yg pendek 

19 

20 

18/10/2012 

10

Contoh : 

Sebuah fiber multimode dng indeks bias inti 1,5, perbedaan 

indeks bias 3% dan bekerja pada panjang gel 0,82µm. 

Tentukan radius maksimum dimana terjadi rugi‐rugi 

pembengkokan yg besar dr fiber tsb tsb. 




• Microbend (lekukan skala mikro) 

– Permasalahan yg ditimbulkan = makrobend 

– Terjadi pd proses manufaktur 

– Terjadi krn perbedaan laju pemuaian (dan 

penyusutan) antara serat optik dan lapisan 

pelindung luar. 


21 

22 

18/10/2012 

11

Latihan 

Sebuah link fiber optik dng panjang 15 Km memiliki rugi‐rugi 

sebesar 1,5 dB/Km. Fiber disambung setiap 1 km dng 

konektor yg memiliki redaman masing‐masing 0,8 dB. 

Tentukan daya optik minimum yg hrs diberikan ke fiber 

sehingga daya yg diterima pd detektor sebesar 0,3 µW. 

Fiber step indeks single mode memiliki indeks bias inti 1,49 

dan radius pembengkokan minimum sebesar 10,4mm bila 

cahaya dng panjang gelombang 1,3µm merambat di 

dalamnya dalamnya. Bila panjang gelombang cut off fiber adlh 11,15µm 15µm 

maka tentukanlah perbedaan indeks bias relatifnya. 


Dispersi.. 

• Ketika sinyal optik merambat sepanjang 

fib fiber, iia akan k mengalami l i di distorsi... t i 

• Distorsi ini menyebabkan dispersi optik... 

• Apa ya dispersi??? 

• Pelebaran pulsa cahaya...... 

• Disebut juga efek pemuaian cahaya.. 

•• Atau ISI (Inter Sysmbol Interference) 


23 

24 

18/10/2012 

12

Efek Dispersi 


Efek Dispersi 

• Tiap pulsa akan mengalami pelebaran dan 

akan bertumpangtindih dng pulsa 

tetangganya.. 

• Menyebabkan jmlh bit yg error dlm transmisi 

digital bertambah... 

• BER bertambah besar dan S/N juga 

berpengaruh.... 


25 

26 

18/10/2012 

13

Efek Dispersi 

• Tiap pulsa akan mengalami pelebaran dan 

akan bertumpangtindih dng pulsa 

tetangganya.. 

• Pelebaran ini sangat berpengaruh dng bit 

rate sinyal..dan ukuran kapasitas informasi.. 

• Menyebabkan jmlh bit yg error dlm transmisi 

digital bertambah... 


Bagaimana pengaruh dispersi dng bandwidth? 

• Agar pulsa cahaya yg merambat di optik tdk 

tumpang tindih, bit rate nya hrs lebih kecil dr 

pulsa yg mengalami pelebaran 

(diasumsikan pelebaran pulsa bs mencapai 

2τ) : 

BT 

≤ 

1 

2τ. 


27 

28 

18/10/2012 

14

Dispersi menyebabkan bit error rate meningkat? 


Bagaimana pula dng ukuran kapasitas informasi? 

Ukuran kapasitas informasi dr fiber 

disebut........bandwidth‐distance product 

(MHz (MHz.Km) Km) 

•Utk fiber step‐index >> 20 MHz.Km 

•Utk fiber graded‐index >> 2.5 GHz.Km 


29 

30 

18/10/2012 

15

Dispersi pada semua jenis fiber.. 


Apa yg perlu diketahui.... 

• Utk analisa dispersi, perlu mengetahui 

group velocities (kecepatan kumpulan) 

• Group velocity adlh kecepatan pd mana 

energi utk mode tertentu merambat pd fiber 

• Dirumuskan : −1 

V g 

⎛ 

= c⎜ 

⎝ 

dβ 

⎞ 

⎟ 

dk ⎠ 

• Dimana : k = 2Π/λ sedangkan β adlh 

konstanta propagasi 


31 

32 

18/10/2012 

16

Jenis‐jenis Dispersi... 

Intramodal/Kromatik 

Material + Waveguide 


Intermodal 

Dispersi Intramodal/Kromatik 

• Dpt terjadi pd semua jenis fiber optik tp 

umumnya terjadi pd SM. 

• Akibat dr group velocities sbgi fungsi dr 

panjang gelombang. 

• Krn tergantung λ, maka dispersi semakin 

meningkat dng semakin lebarnya spektrum 

sumber optik. 

• Contoh : 

� LED : λ emisinya 850nm, dng lebar 

40nm 

� Laser : dng lebar 1-2nm 


33 

34 

18/10/2012 

17


• Dpt terjadi pd semua jenis fiber optik tp 

umumnya terjadi pd SM. 

• Akibat dr group velocities sbgi fungsi dr 

panjang gelombang. 

• Krn tergantung λ, maka dispersi semakin 

meningkat dng semakin lebarnya spektrum 

sumber optik. 

• Contoh : 

� LED : λ emisinya 850nm, dng lebar 

40nm 

� Laser : dng lebar 1-2nm 



• Ada 2 jenis : 

• Material : 

disebabkan : perubahan indeks bias inti 

sbg fungsi panjang gel. Panjang gel 

mempengaruhi group velocities 

• Waveguide : 

disebabkan : konstanta β sbg fungsi dr 

a/λ 


35 

36 

18/10/2012 

18

Dispersi Material 

• Komponen spektral yg berbeda-beda pd 

sebuah mode akan merambat pd kec yg 

berbeda, tergantung λ nya. 

• Sangat besar pd SM dan sumber LED. 

• Group delay pd fiber dirumuskan : 


Dispersi material pd silica 


37 

38 

18/10/2012 

19

Dispersi material 

• Dispersi material dirumuskan : 

• L : panjang serat (Km) 

• Dmat(λ) : faktor dispersi material 

• σ λ : lebar spektrum p cahaya y LED (nm) ( ) 

• τmat : group delay 

• c : kec perambatan cahaya 

• n : indeks bias 


Dispersi waveguide 

• Menjadi significance pd SMF yg nilainya bs 

hampir sama dispersi material. material 

• Pd MMF, dpt diabaikan krn sangat kecil 

dibanding dispersi material 


39 

40 

18/10/2012 

20

Dispersi material+waveguide 

Dispersi material dan waveguide sbg fungsi dr 

panjang gelombang pd SMF slica 


Dispersi Intermodal 

• Akibat perbedaan nilai group delay dr masing‐ 

masing mode pd fiber. 

• Dispersi ini hampir tdk ada pd SMF 

• Dirumuskan : 

σ 

int 

er mod al 

n Δ 

c 

= 1 


L 

41 

42 

18/10/2012 

21

Pelebaran pulsa pd MMF 

• Dispersi yg dialami pd MMF : 

– Dispersi intramodal (dlm hal ini dispermi material) 

– Dispersi intermodal 

– Dispersi pd SMF hanya intramodal 

• Akumulasinya merupakan rms : 


Optimasi Desain SMF 

• SMF banyak digunakan krn : 

– Life time instalasi yg lebih panjang 

– Redamana rendah 

– Transfer sinyal dng kualitas tinggi krn tdk adanya 

dispersi intermodal 

• Perlu dipikirkan design yg optimal pd SMF dng 

memperhatikan : 

– Dispersi 

– Panjang gelombang cutoff 

– Profile indeks bias 


43 

44 

18/10/2012 

22


1. Dispersi 

• Dispersinya harus dikecilkan... 

• KKrn dispersi di i material t i ll lebih bih dominan d i dr d pd d 

dispersi waveguide...maka harus dikecilkan 

atau mendekati nol... 

• Ingat : 

2 

• Berarti : d n 

= 0 2 

dλ 



2. Panjang Gel 

Akan didapat λ yg 

meminimalkan dispersi 

• Panjang gel yg memisahkan daerah kerja SMF 

ddan MMF. MMF 

• Dirumuskan : 

– a : diameter fiber 

– V : 22.405 405 


45 

46 

18/10/2012 

23


3. Profile Indeks Bias 

• Idenya adalh bgaimana mengatur profile 

iindeks d k bi bias agar dispersi di i minimum. i i 

• Salah satunya dng mengubah desain indeks 

bias inti yg sederhana menjadi lebih rumit. 

• Yg telah dilakukan adlh : 

– 1300 1300‐nm‐optimized nm optimized single mode fiber 

– Dispersion‐shifted 

– Dispersion‐flatteded 




47 

48 

18/10/2012 

24



Karakteristik Dispersi 


49 

50 

18/10/2012 

25

Latihan 

• Serat optik single mode mempunyai harga n1=7,50‐ 2λ ‐2 +λ2 (λ ( dlm mikrometer). ) Buktikan apakah p ppd 

λ =2 

μm terjadi dispersi material yg bernilai nol. Bila tdk, 

pd λ brp terjadi dispersi material nol? 

• Serat step indexs dng NA=0,20, n1=1,5 memiliki 

faktor dispersi material 0,5 μs/nm.km. Dispersi 

waveguide diabaikan. Serat dibentangkan dng jarak 

45 km dan LED memiliki lebar spectrum 40 nm. Bila 

serat ini beroperasi pd panjang gelombang 1200 nm, 

berapakah total dispersi serat? 


51 

18/10/2012 

26

4. Karakteristik Transmisi pd Fiber Optik - Anhar, ST., MT

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?