4. Karakteristik Transmisi pd Fiber Optik€¢ Tiga hal yg perlu diperhatikan : 1. Apa saja rugi-rugi/redaman sinyal pd optik? 2. Mengapa sinyal optik melemah jika merambat sepanjang

18/10/2012

1

4. Karakteristik Transmisi pd

Fiber Optik

Anhar, MT.

1Edisi Ganjil 2012/2013

Kompetensi

Mahasiswa dapat menjelaskan rugi-rugi dan dispersi yang terjadi pada fiber optikdan dispersi yang terjadi pada fiber optik dan menghitung besarnya rugi-rugi dan dispersi tsb.


18/10/2012

2

Outline :

• Pengantar• Redaman (Attenuation)• Penyerapan Material (Absorption)y p ( 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 optikcahaya di dlm 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 fiber?


p j g3. Seberapa besar pelemahan sinyal tsb?

18/10/2012

3

Pengantar


Apa saja??

1. Redaman (Attenuation)2. Penyerapan Material (Absorption)3. Rugi-rugi hamburan (Scattering Losses)g g ( g )4. Rugi-rugi pembengkokan5. Dispersi


18/10/2012

4

Redaman

• Redaman pada transmisi optik b h d li kberpengaruh pd perencanaan link, dibagi menjadi :1. Penyerapan2. Rugi-rugi penghamburan3. Rugi-rugi radiasi.


Satuan Redaman

• Apa definisi redaman ??• Perbandingan daya output optik Pout dr fiber dng

panjang L terhadap daya input optik Pin.• Rumusnya :• Rumusnya :

• Idelnya :• Biasanya : 3 dB/Km, yg artinya :• Daya sinyal optik menurun 50% sepanjang 1 Km

dan akan menurun 75% sepanjang 2 Km.

LPP outin /log10=α


% p j g

18/10/2012

5

Satuan Redaman


Fungsi redaman thdp panjang gel dr teknologi fiber awal yg memiliki kandungan impuritas air yg tinggi

Contoh 1:

Berapakah daya output dariBerapakah daya output dari rangkaian berikut Ini ?


18/10/2012

6

Penyelesaian :

Dayanya := (+12) + (-16) + (-6) + (+8)=-2 dB

Daya outputnya :

2log102

log10

=−

=

dBoutdayaindaya

outdayaGain


26,12

63,0

210

2log2,0 2,0

=⇒=

=⇒=− −

outDayaoutdaya

outdayadBoutdaya

Contoh 2:

Bila daya optik yg dibangkitkan sepanjang 8 km adlh sebesar 120µW dan daya yg diterima dlh k k l hadlh 3µW, maka tentukanlah :1. Redaman sinyal optik keseluruhan dlm dB2. Redaman sinyal per km3. Redaman sinyal keseluruhan utk panjang

link 10 km menggunakan fiber yg sama dng penyambung/konektor tiap 1 km


dng penyambung/konektor tiap 1 km dimana redaman tiap konektor 1 dB

18/10/2012

7

Penyelesaian :

• 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 dBLink ini memiliki 9 konektor sehingga total l j di 9 dB


loss menjadi 9 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.

l dlh• Kontaminan yg paling serius adlh ion‐ion hidroksil dan zat‐zat logam.

• Pencegahan dpt dilakukan dng perbaikan pd proses manufacturing.

• Kandungan kontaminan hrs dpt ditekan sekecil mungkin


sekecil mungkin.

18/10/2012

8

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 :


18/10/2012

9

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 perbatasanperbatasan.

• Daya terpantul tsb dirumuskan : 2

21

21⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−

=nnnnterpantulDaya


Memanfaatkan pemantulan fresnel

• Utk mengukur panjang serat optik.• Mengirimkan cahaya pendek, dan menunggu g y p ggpantulannya.

• Diukur dng menghitung kecepatan permbatan cahaya, interval waktu pengiriman...

• Diterapkan secara teknis pd OTDR (optical


time domain reflectometer)

18/10/2012

10

Rugi‐rugi lekukan kabel

Macrobend • Akibat lekukan tajam..



Macrobend • Dapat dirumuskan dng koefisien redaman :

)exp( 21 Rccr −=α

• Dimana R adlh radius fiber dan C1 serta C2 adlh konstanta

• Rugi‐rugi yg besar pembengkokan dpt terjadi dng kondisi radius kritis yg dirumuskan :

2/322

21

21

)(43

nnnRc −

≅π

λ


• Rugi ini dpt diminimalkan dng :• Perancangan fiber dng indeks perbendaan pantulan yg besar

• Beroprasi pd panjang gel yg pendek

21 )(

18/10/2012

11

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 tsbpembengkokan yg besar dr fiber tsb.

Penyelesaian :



• 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.


18/10/2012

12

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 Bila panjang gelombang cut off fiber adlh 1 15µm


dalamnya. Bila panjang gelombang cut off fiber adlh 1,15µm maka tentukanlah perbedaan indeks bias relatifnya.

Dispersi..

• Ketika sinyal optik merambat sepanjang fib i k l i di t ifiber, ia akan mengalami distorsi...

• Distorsi ini menyebabkan dispersi optik...• Apa ya dispersi???• Pelebaran pulsa cahaya......• Disebut juga efek pemuaian cahaya..• Atau ISI (Inter Sysmbol Interference)


• Atau ISI (Inter Sysmbol Interference)

18/10/2012

13

Efek Dispersi


Efek Dispersi

• Tiap pulsa akan mengalami pelebaran dan akan bertumpangtindih dng pulsa tetangganya..tetangganya..

• Menyebabkan jmlh bit yg error dlm transmisi digital bertambah...

• BER bertambah besar dan S/N juga berpengaruh....


18/10/2012

14

Efek Dispersi

• Tiap pulsa akan mengalami pelebaran dan akan bertumpangtindih dng pulsa tetangganya..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 pelebaranpulsa yg mengalami pelebaran (diasumsikan pelebaran pulsa bs mencapai 2τ) :

τ.21

≤TB


18/10/2012

15

Dispersi menyebabkan bit error rate meningkat?


Bagaimana pula dng ukuran kapasitas informasi?

Ukuran kapasitas informasi dr fiber disebut........bandwidth‐distance product (MHz Km)(MHz.Km)

•Utk fiber step‐index >> 20 MHz.Km•Utk fiber graded‐index >> 2.5 GHz.Km


18/10/2012

16

Dispersi pada semua jenis fiber..


Apa yg perlu diketahui....

• Utk analisa dispersi, perlu mengetahui group velocities (kecepatan kumpulan)

• Group velocity adlh kecepatan pd manaGroup velocity adlh kecepatan pd mana energi utk mode tertentu merambat pd fiber

• Dirumuskan : 1−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

dkdcVgβ


• Dimana : k = 2Π/λ sedangkan β adlh konstanta propagasi

18/10/2012

17

Jenis‐jenis Dispersi...

Intramodal/KromatikMaterial + WaveguideMaterial + Waveguide

Intermodal


Dispersi Intramodal/Kromatik

• Dpt terjadi pd semua jenis fiber optik tp umumnya terjadi pd SM.

• Akibat dr group velocities sbgi fungsi drAkibat 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 40nmLaser : dng lebar 1-2nm

18/10/2012

18


• Dpt terjadi pd semua jenis fiber optik tp umumnya terjadi pd SM.

• Akibat dr group velocities sbgi fungsi drAkibat 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 40nmLaser : dng lebar 1-2nm


• Ada 2 jenis :• Material :

disebabkan : perubahan indeks bias intidisebabkan : perubahan indeks bias inti sbg fungsi panjang gel. Panjang gel mempengaruhi group velocities

• Waveguide :disebabkan : konstanta β sbg fungsi dr a/λ


18/10/2012

19

Dispersi Material

• Komponen spektral yg berbeda-beda pd sebuah mode akan merambat pd kec yg berbeda, tergantung λ nya.berbeda, tergantung λ nya.

• Sangat besar pd SM dan sumber LED.• Group delay pd fiber dirumuskan :


Dispersi material pd silica


18/10/2012

20

Dispersi material

• Dispersi material dirumuskan :

• L : panjang serat (Km)• Dmat(λ) : faktor dispersi material• σλ : lebar spektrum cahaya LED (nm)


λ p y ( )• τmat : group delay • c : kec perambatan cahaya• n : indeks bias

Dispersi waveguide

• Menjadi significance pd SMF yg nilainya bs hampir sama dispersi materialhampir sama dispersi material.

• Pd MMF, dpt diabaikan krn sangat kecil dibanding dispersi material


18/10/2012

21

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 :

Lnaler

Δ= 1

modintσ


caler modint

18/10/2012

22

Pelebaran pulsa pd MMF

• Dispersi yg dialami pd MMF :– Dispersi intramodal (dlm hal ini dispermi material)– 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 :


memperhatikan :– Dispersi– Panjang gelombang cutoff– Profile indeks bias

18/10/2012

23

Optimasi Desain SMF

• Dispersinya harus dikecilkan...K di i t i l l bih d i d d

1. Dispersi

• Krn dispersi material lebih dominan dr pd dispersi waveguide...maka harus dikecilkan atau mendekati nol...

• Ingat :


• Berarti : 02

2

=λdnd

Akan didapat λ yg meminimalkan dispersi

Optimasi Desain SMF

• Panjang gel yg memisahkan daerah kerja SMF d MMF

2. Panjang Gel

dan MMF.• Dirumuskan :

– a : diameter fiberV : 2 405


– V : 2.405

18/10/2012

24

Optimasi Desain SMF

• Idenya adalh bgaimana mengatur profile i d k bi di i i i

3. Profile Indeks Bias

indeks bias agar dispersi minimum.• Salah satunya dng mengubah desain indeks bias inti yg sederhana menjadi lebih rumit.

• Yg telah dilakukan adlh :1300 nm optimized single mode fiber


– 1300‐nm‐optimized single mode fiber– Dispersion‐shifted– Dispersion‐flatteded

Optimasi Desain SMF


18/10/2012

25

Optimasi Desain SMF


Karakteristik Dispersi


18/10/2012

26

Latihan

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

Documents

4. Karakteristik Transmisi pd Fiber Optik€¢ Tiga hal yg perlu diperhatikan : 1. Apa saja rugi-rugi/redaman sinyal pd optik? 2. Mengapa sinyal optik melemah jika merambat sepanjang