PENGANTAR MATERIAL TEKNIK

KABEL INTERNET FIBER OPTIK

MATERIAL KERAMIK

Rachyandi Nurcahyadi – 1006660251

DEPARTEMEN TEKNIK METALURGI & MATERIAL

UNIVERSITAS INDONESIA

2010

MATERIAL KERAMIK

KABEL INTERNET FIBER OPTIC

Kabel fiber optic merupakan kabel jaringan yang dapat mentransmisi cahaya dimana

kabelnya merupakan berasal dari serat yang terbuat dari kaca yang sangat halus.

Dibandingkan dengan jenis kabel lainnya, kabel ini lebih mahal. Namun, fiber optic memiliki

jangkauan yang lebih jauh dari 550 meter sampai ratusan kilometer, tahan terhadap

interferensi elektromagnetik dan dapat mengirim data pada kecepatan yang lebih tinggi dari

jenis kabel lainnya. Kabel fiber optic tidak membawa sinyal elektrik, seperti kabel lainnya

yang menggunakan kabel tembaga. Sebagai gantinya, sinyal yang mewakili bit tersebut

diubah ke bentuk cahaya.

Kabel fiber optic terdiri dari dua jenis, yang dikenal sebagai single mode dan multi

mode. Kabel single mode dapat menjangkau jarak yang lebih jauh dan hanya mengirim satu

sinyal pada satu waktu. Kabel multimode mengirim sinyal yang berbeda pada saat yang

bersamaan, mengirim data pada sudut refraksi yang berbeda pada saat yang bersamaan,

mengirim data pada susut refraksi yang berbeda. Kabel single mode dapat menjangkau

ratusan kilometer sedangkan kabel multimode biasanya hanya mencapai 550 meter atau

kurang.

Konektor kabel fiber optic terdiri dari dua jenis-konektor model ST yang berbentuk

lingkaran dan konektor SC yang berbentuk persegi. Penggunaan kabel ini harus disesuaikan

dengan jenis perangkat yang anda gunakan karena mereka mungkin berbeda.

Kabel fiber-optic biasanya berhubungan dengan sistem komunikasi seperti telepon,

TV kabel atau Internet. Saluran fiber-optic lines adalah untaian gelas optik murni sehalus

rambut manusia, yang mampu menghantarkan informasi digital dalam jarak jauh. Ia juga

digunakan untuk keperluan pemotretan medis dan inspeksi dalam teknik mesin.

Bagian - Bagian Fiber Optik

Fiber optik terdiri dari serat optik dan bagian pembungkus.

Serat optik terdiri dari 2 bagian, yaitu cladding dan core. Cladding adalah selubung

dari core. Cladding mempunyai indek bias lebih rendah dari pada core akan memantulkan

kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali kedalam core lagi. Efisiensi dari

serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas. Semakin murni bahan

gelas, semakin sedikit cahaya yang diserap oleh serat optik.

1. Core

adalah kaca tipis yang merupakan bagian inti dari fiber optik yang dimana pengiriman

sinar dilakukan.

2. Cladding

adalah materi yang mengelilingi inti yang berfungsi memantulkan sinar kembali ke

dalam inti(core).

3. Buffer Coating

adalah plastic pelapis yang melindungi fiber dari kerusakan.

Sedangkan dalam penngunaannya serat optik akan dilapisi oleh material lainnya yang

berguna untuk melapisi serat fiber. Dimana bagian-bagian yang ditambahkan adalah :

1. Strength material

Adalah material yang digunakan untuk melapisi buffer dan melindungi serat optik agar

tidak terjadi masalah sterching pada saat pemulsaan sinyal elektronik

Gambar penampang serat optik tampak samping serat optik

Gambar penampang serat optik tampak permukaan serat optik

2. Jacket

Adalah bagian yang melindungi serat optik dan material dari lingkungan luar seperti

air, cahaya, dan unsur-unsur lainnya serta gaya abrasi yang dapat membahayakan fiber

optik.

Karakteristik Serat Optik

Kabel optic memiliki karakteristik yang berbeda dengan kabel lainnya. Karkteristik

tersebut adalah :

a) Ukuran kecil

Diameter luar serat optik berkisar antara 100-250 µm. Diameter maksimum setelah

dilapisi/dibungkus dengan plastick/nilon sebagai jaket menjadi ± 1 mm. Ukuran ini masih

sangat kecil dibandingkan dengan konduktor kabel coaxial (1- 10 mm).

b) Ringan

Dibandingkan dengan kabel transmisi biasa (Spesifigravity 9.8) maka specifigravity bahan

silica sebagai serat optik yaitu 2.2, sehingga beratnya menjadi 1/2 – 1/3 berat kabel transmisi

biasa.

c) Lentur

Pada umumnya serat optik tidak akan patah bila dilengkungkan dengan radius 5mm. Oleh

karenanya kabel serat optik mempunyai kelenturan yang sama dengan kabel transmisi biasa,

sehingga teknis pemasangannya tidak jauh berbeda dengan teknik pemasangan kabel biasa.

d) Tidak berkarat

Bahan silica sebagai bahan dasar serat optik mempunyai sifat kimia yang sangat stabil oleh

karenanya tidak mungkin berkarat.

e) Rugi-rugi rendah

Serat optik dengan bahan silica mempunyai rugi-rugi transmisi rendah, besarnya berkisar 2-8

dB/km dengan panjang gelombang 830 nm. Dibandingkan dengan kabel coaksial yang

mempunyai rugi-rugi transmisi sebesar 19 dB/km pada frekuensi 60 Mhz.

f) Kapasitas tinggi

Kapasitas dalam menyalurkan informasi per cross section area sangat besar disamping

mempunyai bandwidth yang lebar (Broadband). Sebagai contoh : Kapasitas penyaluran per

cross section area 100 x dibandngkan dengan multi pair cable dan 10 x dibandingkan dengan

coaxial cable.

g) Bebas induksi

Serat optik menggunakan bahan dasar silica yang pada dasarnya merupakan bahan dielektrik

yang sangat baik dan kebal terhadap induksi elektromagnet dan juga terhadap kilat/petir.

h) Cross Talk rendah

Kemungkinan terjadinya kebocoran sinar antar serat optik sangat kecil, demikian pula

kebocoran akibat masuknya sinar dari luar kemudian ikut merambat dalam serat optik.

i) Tahan temperatur tinggi

Bahan silica mempuyai titik leleh ± 1900º C dan ini sangat jauh diatas titik leleh capper dan

plastik. Sangat ideal bila dipergunakakn sebagai sarana komunikasi pada daerah yang rawan

terhadap tenperatur tinggi.

j) Tidak menimbulkan bunga api

Pada titik sambung tidak mungkin terjadi bunga api (discharge), oleh karenanya sangat ideal

bila digunakan pada tempat-tempat yang peka terhadap ledakan/kebakaran.

k) Tidak dapat dicabangkan

Serat optik mempunyai ukuran sangat kecil/sangat tipis. Oleh karenanya sangat sulit bahkan

tidak mungkin untuk dicabangkan. Bila harus dicabangkan maka harus dilakukan perubahan

terlebih dahulu dari sinyal optik ke sinyal elektrik.

l) Tidak menggunakan bahan tembaga

Serat optik menggunakan bahan silica yang tidak mengandung unsur logam bahkan serat

optik yang menggunakan Multicomponent Glass, unsur campuran logam (copper) sangat

kecil. Tembaga hanya digunakan sebagai pelapis pelidung pada kabel fiber optik untuk

komunikasi kabel laut dan sebagai lewatnya arus DC untuk mencatu tegangan pada repeater-

repeater di bawah laut.

m) Rapuh

Meskipun rapuh, namun masih mempunyai daya peregangan kurang lebih sebesar 5% untuk

menghindarkan kerusakan serat optik pada waktu pemasangan/penarikan, maka pada waktu

disusun menjadi kabel optik diberi penguat

Jenis - Jenis Fiber Optik

Berdasarkan mode yang dirambat :

1. Single-mode fibers

Mempunyai inti yang kecil (berdiameter 0.00035 inch atau 9 micron) dan berfungsi

mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 1300-1550 nanometer). Singlemode

Step Index mempunyai karakteristik sebagai berikut :

Serat optik Singlemode Step Index memiliki diameter core yang sangat kecil

dibandingkan ukuran claddingnya

Ukuran diameter core antara 2 µm – 10µm

Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan sumbu serat optik.

Memiliki redaman yang sangat kecil

Memiliki bandwidth yang lebar

Digunakan untuk transmisi data dengan bit rate tinggi

Dapat digunakan untuk transmisi jarak dekat, menengah dan jauh

2. Multi-mode fibers

Mempunyai inti yang lebih besar(berdiameter 0.0025 inch atau 62.5 micron) dan

berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 850-1300 nanometer).

Multimode Step Index mempunyai karakteristik sebagai berikut :

Indeks bias core konstan.

Ukuran core besar (50mm) dan dilapisi cladding yang sangat tipis.

Penyambungan kabel lebih mudah karena memiliki core yang besar

Sering terjadi dispersi.

Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate rendah

Berdasarkan indeks bias core :

Step indeks 

Bentuk penampang single-mode fibers

Bentuk penampang multi-mode fibers

Pada serat optik step indeks, core memiliki indeks bias yang homogen.

Graded indeks 

Indeks bias core semakin mendekat ke arah cladding semakin kecil. Jadi pada graded

indeks, pusat core memiliki nilai indeks bias yang paling besar. Serat graded indeks

memungkinkan untuk membawa bandwidth yang lebih besar, karena pelebaran pulsa

yang terjadi dapat diminimal

Cara Kerja Fiber 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.

Proses Pembuatan Fiber Optic

Bahan

Kaca serat optik yang hampir selalu dibuat dari silika, namun beberapa bahan lainnya,

seperti fluorozirconate, fluoroaluminate, dan chalcogenide kacamata, lagi digunakan untuk

aplikasi-riak gelombang inframerah. Seperti kacamata lainnya, kacamata ini memiliki

refractive index sekitar 1.5. Biasanya perbedaan antara inti dan cladding adalah kurang dari

satu persen.

Serat optik plastik (POF) yang umumnya langkah-indeks multi-mode serat inti dengan

diameter 0,5 millimeters atau lebih besar. POF biasanya lebih tinggi attenuation co-efficients

dari serat kaca, 1 dB / m atau lebih tinggi, dan ini attenuation tinggi membatasi berbagai POF

berbasis sistem.

Pembuatan

Fiber/serat optic dibuat dari gelas optik yang sangat murni yang mengandung sangat

sedikit sekali pengotor (impurities).Langkah-langkah pembuatannya adalah :

1. Membuat Preform Blank

Gelas untuk preform ini dibuat dengan suatu proses yang disebut dengan Modified

Chemical Vapor Deposition (MCVD). Berikut gambar skematis prosesnya :

Pada proses ini, gas oksigen disuntikkan dalam bentuk gelembung-gelembung ke

larutan silikon klorida (SiCl4), germanium klorida (GeCl4) dan atau larutan kimia lainnya.

Campuran ini harus bersifat presisi dalam sifat fisik maupun optiknya, meliputi : indeks

refraksi, koefisien pemuaian, titik lelehnya dan sebagainya. Uap gas tersebut lalu diarahkan

ke dalam tabung silika atau kuarsa sintetik pada mesin lathe khusus. Saat lathe bekerja, obor

akan digerakkan ke atas dan bawah disisi luar tabung. Panas yang tinggi dari obor tersebut

akan menyebabkan :

Silikon dan germanium bereaksi dengan oksigen, membentuk silikon dioksida (SiO2)

dan germanium dioksida (GeO2).

Silikon dioksida dan germanium dioksida yang berada di dalam tabung akan

menumpuk dan melebur membentuk gelas.

Bahan dan metode pembuatan MCVD serat optik

.

Lathe akan berputar terus menerus untuk membuat coating yang rata dan

konsisten pada blank. Kemurnian dari blank dijaga dengan menggunakan plastik tahan

korosi pada sistem pengaliran gas-nya (blok katup, pipa, segel) dan mengontrol ketat

aliran dan komposisi dari campuran. Proses pembuatan preform blank ini berjalan

otomatis dan membutuhkan waktu beberapa jam. Setelah preform blank dingin,

pengujian kualitas (indeks refraksi) harus dilakukan.

2. Menarik fiber dari preform

Setelah preform blank selesai diuji, preform blank lalu dimasukkan ke fiber drawing

tower.

Proses pemanasan pada lathe untuk mempersiapkan

preform blank

Blank dimasukkan ke dapur grafit (3.542 – 3.992 oF) dan pada ujungnya meleleh

hingga gumpalan lelehan jatuh akibat gravitasi. Saat jatuh, gumpalan tersebut akan

mendingin dan membentuk benang. Operator lalu memasang untaian tersebut melalui suatu

seri coating cup dan UV Curing Oven ke kumparan yang ditarik. Mekanisme tractor secara

perlahan akan menarik serat dari preform blank yang dipanaskan dan secara presisi

dikendalikan menggunakan laser micrometer untuk menentukan diameter serat dan

memberikan informasi kembali pada mekanisme tractor tadi. Serat tersebut ditarik dari blank

dengan kecepatan 10 – 20 m/s dan dijadikan kumparan yang dapat menampung hingga 2.2

km serat optik tersebut.

Diagram fiber drawing tower yang

digunakan untuk menarik fiber glass

optic dari preform blank.

3. Menguji Produk Serat Optik

Pengujian untuk produk akhir serat optik mencakup :

Tensile Strength minimum 100.000 lb/in2.

Profil indeks refraktif menunjukkan numerical aperturedan juga cacat optiknya.

Geometri serat memastikan diameter inti, dimensi cladding, diameter coating

sama.

Attenuation(pelemahan) menentukan tingkat degradasi panjang gelombang

beragam sinyal cahaya setelah jarak tertentu.

Kapasitas informasi yang dibawa (bandwidth) jumlah sinyal yang dapat dibawa

pada suatu saat.

Dispersi kromatik sebaran beragam panjang gelombang cahaya melalui inti

(sangat penting untuk bandwidth).

Temperatur kerja atau jangkauan kelembaban.

Pengaruh temperatur terhadap pelemahan.

Kemampuan untuk mengalirkan cahaya dibawah air penting untuk kabel dibawah

air.

Produk gulungan dari fiber optik

Proses pemanasan pada

lathe untuk mempersiapkan

preform blank

Saat serat telah melewati pengujian tersebut, serat-serat ini dijual ke perusahaan

telepon, perusahaan kabel dan penyedia jaringan. Banyak perusahaan yang saat ini

sedang mengganti sistem lama mereka yang berdasarkan pada kawat tembaga dengan

sistem serat optik untuk meningkatkan kecepatan, kapasitas dan kejernihannya.

Daftar Pustaka

1. Callister, William D. Materials Science and Engineering An Introduction 6th Edition. 2004.

Canada : John Wileys & Sons, Inc.

2. Crisp, John & Elliott, Barry, Introduction to Fiber Optic . 1996. Oxford : Elsevier

3. Hand Book of Optics. 1976. New York: McGraw-Hill

4. http://id.wikipedia.org/wiki/Serat_optik

5. http://dedenthea.wordpress.com/2007/02/17/apa-itu-fiber-optik/

6. http://ewijaya.wordpress.com/2007/09/25/bagaimana-fiber-optic-bekerja/

7. http://pacificcable.com

8. http://glenair.com

9. http://communication.howstuffworks.com/fiber-optic-communications/fiber-optic.htm/

printable

10. http://schools-wikipedia.org