4. karakteristik transmisi pd fiber optik€¢ tiga hal yg perlu diperhatikan : 1. apa saja...
TRANSCRIPT
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.
2Edisi Ganjil 2012/2013
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
3Edisi Ganjil 2012/2013
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?
4Edisi Ganjil 2012/2013
p j g3. Seberapa besar pelemahan sinyal tsb?
18/10/2012
3
Pengantar
5Edisi Ganjil 2012/2013
Apa saja??
1. Redaman (Attenuation)2. Penyerapan Material (Absorption)3. Rugi-rugi hamburan (Scattering Losses)g g ( g )4. Rugi-rugi pembengkokan5. Dispersi
6Edisi Ganjil 2012/2013
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.
7Edisi Ganjil 2012/2013
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
8Edisi Ganjil 2012/2013
% p j g
18/10/2012
5
Satuan Redaman
9Edisi Ganjil 2012/2013
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 ?
10Edisi Ganjil 2012/2013
18/10/2012
6
Penyelesaian :
Dayanya := (+12) + (-16) + (-6) + (+8)=-2 dB
Daya outputnya :
2log102
log10
=−
=
dBoutdayaindaya
outdayaGain
11Edisi Ganjil 2012/2013
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
12Edisi Ganjil 2012/2013
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
13Edisi Ganjil 2012/2013
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
14Edisi Ganjil 2012/2013
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.
15Edisi Ganjil 2012/2013
Hamburan/Scattering Rayleigh
• Besarnya hamburan Rayleigh dinyatakan dlm koefisien redaman rayleigh yg besarnya :
• Koefisien ini besarnya dng redaman Rayleigh adlh :
16Edisi Ganjil 2012/2013
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
17Edisi Ganjil 2012/2013
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
18Edisi Ganjil 2012/2013
time domain reflectometer)
18/10/2012
10
Rugi‐rugi lekukan kabel
Macrobend • Akibat lekukan tajam..
19Edisi Ganjil 2012/2013
Rugi‐rugi lekukan kabel
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
20Edisi Ganjil 2012/2013
• 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 :
21Edisi Ganjil 2012/2013
Rugi‐rugi lekukan kabel
• 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.
22Edisi Ganjil 2012/2013
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
23Edisi Ganjil 2012/2013
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)
24Edisi Ganjil 2012/2013
• Atau ISI (Inter Sysmbol Interference)
18/10/2012
13
Efek Dispersi
25Edisi Ganjil 2012/2013
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....
26Edisi Ganjil 2012/2013
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...
27Edisi Ganjil 2012/2013
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
28Edisi Ganjil 2012/2013
18/10/2012
15
Dispersi menyebabkan bit error rate meningkat?
29Edisi Ganjil 2012/2013
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
30Edisi Ganjil 2012/2013
18/10/2012
16
Dispersi pada semua jenis fiber..
31Edisi Ganjil 2012/2013
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
32Edisi Ganjil 2012/2013
• Dimana : k = 2Π/λ sedangkan β adlh konstanta propagasi
18/10/2012
17
Jenis‐jenis Dispersi...
Intramodal/KromatikMaterial + WaveguideMaterial + Waveguide
Intermodal
33Edisi Ganjil 2012/2013
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 :
34Edisi Ganjil 2012/2013
LED : λ emisinya 850nm, dng lebar 40nmLaser : dng lebar 1-2nm
18/10/2012
18
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 :
35Edisi Ganjil 2012/2013
LED : λ emisinya 850nm, dng lebar 40nmLaser : dng lebar 1-2nm
Dispersi Intramodal/Kromatik
• 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
36Edisi Ganjil 2012/2013
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 :
37Edisi Ganjil 2012/2013
Dispersi material pd silica
38Edisi Ganjil 2012/2013
18/10/2012
20
Dispersi material
• Dispersi material dirumuskan :
• L : panjang serat (Km)• Dmat(λ) : faktor dispersi material• σλ : lebar spektrum cahaya LED (nm)
39Edisi Ganjil 2012/2013
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
40Edisi Ganjil 2012/2013
18/10/2012
21
Dispersi material+waveguide
Dispersi material dan waveguide sbg fungsi dr panjang gelombang pd SMF slica
41Edisi Ganjil 2012/2013
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
42Edisi Ganjil 2012/2013
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 :
43Edisi Ganjil 2012/2013
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 :
44Edisi Ganjil 2012/2013
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 :
45Edisi Ganjil 2012/2013
• 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
46Edisi Ganjil 2012/2013
– 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
47Edisi Ganjil 2012/2013
– 1300‐nm‐optimized single mode fiber– Dispersion‐shifted– Dispersion‐flatteded
Optimasi Desain SMF
48Edisi Ganjil 2012/2013
18/10/2012
25
Optimasi Desain SMF
49Edisi Ganjil 2012/2013
Karakteristik Dispersi
50Edisi Ganjil 2012/2013
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
51Edisi Ganjil 2012/2013
45 km dan LED memiliki lebar spectrum 40 nm. Bila serat ini beroperasi pd panjang gelombang 1200 nm, berapakah total dispersi serat?