SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK Submitted by Dadiek Pranindito ST, MT,. SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TELEMATIKA TELKOM PURWOKERTO

Review Perkuliahan Sebelumnya Elec-trical Circuit Rx Elec-trical Circuit Tx Serat Optik DDF Optical Transmitter Optical Receiver Driver Sumber Optik Detektor Main Amplifier

SKSO dan Teori Perambatan Cahaya Topik Pembahasan Chapter 1 Overview SKSO Pertemuan Ke 3 dan 4 SKSO dan Teori Perambatan Cahaya Chapter 2 Perambatan Cahaya Chapter 3 Jenis Fiber Optik Click the words to explore Press <-- to go back Press Esc to stop

Chapter 1 Overview SKSO Susunan Serat Optik Kabel Serat Optik Kode Warna

Susunan Serat Optik (1) Coating Core Cladding 9/50/62.5 mm Coating Cladding Core 125 mm Susunan serat optik dari lapisan paling dalam adalah : Core : dengan diameter antara 9/50/62,5 µm Cladding : dengan diameter 125 µm Coating : primary coating dengan diameter 250 µm

Susunan Serat Optik (2) Core ( Inti Serat ) berfungsi untuk menentukan cahaya merambat dari satu ujung ke ujung lainnya Terbuat dari bahan kuarsa atau silika Merupakan bagian utama, karena perambatan cahaya melintas pada bagian ini. Memiliki diameter dari 9/50/62,5 µm

Susunan Serat Optik (3) Cladding ( Selimut ) berfungsi sebagai cermin, yakni memantulkan cahaya agar dapat merambat ke ujung lainnya. Terbuat dari bahan kuarsa atau silika dengan nilai indeks bias lebih kecil dari Core. Merupakan selubung dari Core. Hubungan indeks bias antara Core dan cladding akan mempengaruhi perambatan cahaya pada Core ( berpengaruh terhadap besarnya sudut Kritis). Memiliki diameter 125 mm.

Susunan Serat Optik (4) Coating berfungsi sebagai pelindung mekanis sebagai pengkodean warna Terbuat dari bahan plastik Berfungsi untuk melindungi core dan cladding dari kerusakan

Kabel Serat Optik Cladding Core Primary coating Kevlar thread 125 mm Core 9/50/62,5 mm Primary coating 250 mm Kevlar thread Jacket 3000 mm / 3 mm Secondary coating (fiber bundle)

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 brikut Warna Serat Warna Tabung

Chapter 2 Perambatan Cahaya Teori Perambatan Cahaya Sudut Kritis Total Internal Reflection (TIR) Numerical Aperture

Ilustrasi Perambatan Cahaya

Teori Perambatan Cahaya Hukum Optik (snellius) : Cahaya merambat lurus dalam suatu medium. Cahaya dapat diubah arahnya dengan menggunakan kaca / permukaan licin Cahaya yang dipantulkan ke cermin membentuk sudut datang yang sama dengan sudut pantul.

Pemantulan (reflection) Cahaya merambat lurus dalam suatu medium Garis normal Sinar datang Sudut datang Sinar pantul Sudut pantul Permukaan licin kaca

Pembiasan (Refraksi) - 1 Bila cahaya merambat dari satu medium ke medium lain (dengan indeks bias yang berbeda), maka akan dibiaskan. Garis normal Sinar datang Sudut datang udara Permukaan air air Sinar bias Sudut bias

Pembiasan (Refraksi) - 2 Ada dua kondisi dalam pembiasan, yaitu : Bila sinar datang dari medium tipis ke medium lebih padat, maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal. Dalam hal ini, sudut bias lebih kecil daripada sudut datang.

Pembiasan (Refraksi) - 3 Bila sinar datang dari medium padat ke medium lebih tipis, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal. Dalam hal ini, sudut bias lebih besar daripada sudut datang.

n = c/v Indeks Bias Indeks Bias (Refractive Index) Definisi : Indeks bias yaitu perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa terhadap kecepatan perambatan cahaya dalam suatu medium. n = c/v dimana : n = indeks bias c = kecepatan perambatan cahaya di ruang hampa ( 3x108 m/s) V = kecepatan perambatan cahaya di medium

sin i . ni = sin r . nr atau sin i / sin r = nr / ni Hukum Snellius Hukum Snellius Sinar bias Garis normal Sinar datang Sudut datang Sudut bias Permukaan air Udara (ni) Air (nr)  i  r sin i . ni = sin r . nr atau sin i / sin r = nr / ni

Latihan Penjalaran cahaya dari media gelas membentuk sudut i1 = 530. sudut ini diukur antara berkas sinar dengan permukaan gelas. Pada saat penjalaran cahaya, berkas cahaya ada yang dibiaskan dan ada yang dipantulkan. Jika berkas bias dan pantul saling membentuk sudut 900. Tentukan indeks bias gelas? Tentukan juga sudut kritisnya?

Sudut Kritis Sudut datang cahaya dengan kondisi dimana harga diperbesar sampai suatu nilai tertentu; sehingga seluruh cahaya yang datang akan dipantulkan secara total, hal demikian merupakan kondisi ideal untuk mentransmisikan cahaya dalam serat optik. Sudut datang yang mengakibatkan sudut bias sebesar 900. Sudut datang yang menyebabkan sinar bias merambat sejajar dengan permukaan.

Latihan Seberkas Sinar Cahaya bergerak di dalam suatu bahan transparan yang memiliki indeks bias 1,51 dan datang mendekati bidang perbatasan menuju bahan kedua yang memiliki indeks bias 1,46. Hitunglah sudut sinar kritis untuk sinar agar arah rambatnya di dalam bahan kedua menjadi sejajar bidang perbatasan ?

Pola Perambatan Cahaya Permukaan air udara air n1 > n2 Garis normal i1 r1 i1 < r1 Sinar bias r2 i2 i2 < r2 r3 i3 Sudut kritis i3 < r3 = 90 0 ; i3 = Sudut kritis Sinar pantul i4 = r4 Sinar datang

Total Internal Refletion Ic = Critical angle Dengan mengatur Ic, maka akan diperoleh I2 = 90º Jika I2 = 90º, maka cahaya yang direfraksikan tidak berjalan melalui material kedua ( n2 ), tetapi merambat melalui permukaan ( batas n1 dan n2 ).

Rumus Sudut Kritis Dengan memperhatikan rumus : Sehingga : Sin I1 / Sin I2 = n2 / n1 Dengan memperhatikan rumus : Jika : I2 = 90º  Sin I2 = 1, sehingga : Sin I1 = n2 / n1 Jika cahaya merambat dengan sudut datang (I1) dan sudut bias (I2) sebesar 90º, maka I1 disebut sudut kritis (Ic). Sehingga : Sin Ic = n2 / n1 atau Sin-1 (n2 / n1)

Perambatan cahaya secara TIR Dalam keadaan ini : Tidak ada cahaya yang direfraksikan bila I1 > Ic. Cahaya datang direflesikan saat sudut datang lebih besar dari Ic. Kondisi ini disebut sebagai Total Internal Reflection, yang dapat terjadi hanya saat cahaya bergerak dari material dengan n lebih besar ke material dengan n lebih kecil. Bila cahaya memasuki salah satu ujung serat optik, Sebagian besar cahaya terkurung didalam fiber dan akan dituntun ke ujung jauh. Serat optik disebut sebagai penuntun cahaya (light guide) Cahaya tetap berada dalam serat karena dipantulkan secara total oleh permukaan sebelah dalam serat. Pantulan dalam total ( Total Internal Reflection ) dapat terjadi bila dipenuhi dua hal : Indek bias inti (n1) lebih besar dari cladding (n2) Sudut masuk cahaya harus lebih besar dari sudut kritis. Coating Core Cladding

Perambatan Cahaya Dalam Serat Optik (1) Garis normal Daerah Pelepasan n2 B Cladding n0 n1 Core Garis normal C Pada ABC dapat diperoleh sudut I1 = 90º - IC A Sinar Datang n0 = 1 I0 = Sudut masuk luar Sinar memasuki inti pada titik A dengan sudut bias I1, dipantulkan pada titik B dengan sudut IC

Perambatan Cahaya Dalam Serat Optik (2) Sin I1 = Sin ( 90º - IC ) = Cos IC Sin I0 = n1 / n0 Cos IC Nilai maksimum kritis untuk sudut masuk luar I0 adalah : n1 n2 Dengan menggunakan Teorema Pythagoras maka didapat : Nilai maksimum dari sudut luar, yang mana cahaya akan merambat didalam serat : Sudut ini dinamakan sudut penerimaan

Kerucut Penerimaan Dengan memutar sudut penerimaan didapat kerucut penerimaan Kerucut penerimaan yang diperoleh dengan memutar sudut penerimaan terhadap sumbu serat. Setiap cahaya yang diarahkan ke ujung serat di dalam kerucut akan diterima dan diteruskan ke ujung jauh. Kerucut penerimaan disebut sebagai celah numerik (Numerical Aperture = NA)

Numerical Aperture (NA) Dimana : NA = Numerical Aparture n1 = Indeks bias core n2 = Indeks bias cladding n0 = Indeks bias pelepasan Jika n0 = 1, maka : I0 = Kerucut penerimaan = arc Sin NA

Latihan Hitung NA dari serat optik step index n1 = 1,48 dan n2 = 1,46. Tentukan juga sudut masuk maksimum (I0) jika media di luarnya adalah udara dengan n0 = 1. n0 = 1 n1 = 1,48 n2 = 1,46

Perambatan Cahaya dlm Serat Optik Coating Sinar 3 adalah cahaya yang mengalami refraksi dan tidak akan dirambatkan sepanjang Core karena memiliki sudut datang yang lebih kecil dari sudut kritis. 3 Sinar 2 adalah cahaya yang mengalami refleksi, karena memiliki sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis. 2 Sinar 1 adalah cahaya yang merambat lurus sepanjang Core tanpa mengalami refleksi/refraksi. 1 Core Cladding

Chapter 3 Jenis Fiber Optik Serat Optik Multimode Step-Index Serat Optik Multimode Graded-Index Serat Optik Singlemode Step-Index

Multimode Step Index Karakteristik : n2 Harga Indeks bias Core konstan Profil Indeks bias n2 n1 Karakteristik : Harga Indeks bias Core konstan Ukuran Core 50 ~ 125 m dan dilapisi cladding yang sangat tipis Banyak terjadi Dispersi Lebar pita frekuensi terbatas/sempit Digunakan untuk jarak pendek dengan kecepatan bit rendah Penyambungan kabel lebih mudah dan harga relatif murah

Multimode Step Index n2 n1 Karakteristik : Profil Indeks bias Karakteristik : Core terdiri dari beberapa lapisan yang memiliki indeks bias berbeda. Ukuran diameter Core 30 ~ 60 mm dan dilapisi cladding 100 ~ 150 mm. Dispersi lebih kecil dibandingkan MMSI. Lebar pita frekuensi besar/lebar. Digunakan untuk jarak menengah dengan kecepatan bit lebih tinggi. Faktor pembuatan lebih sulit dan harga relatif mahal.

Multimode Graded Index Profil Indeks bias n2 n1 Karakteristik : Core memiliki indeks bias dengan harga yang konstan. Ukuran diameter Core 2 ~ 10 mm dan dilapisi cladding 50 ~ 125 mm. Dispersi lebih kecil dan redaman lebih kecil < 2 dB/km. Lebar pita frekuensi besar/lebar. Digunakan untuk jarak jauh dengan kecepatan bit lebih tinggi. Faktor penyambungan lebih sulit dan harga mahal.

Thank You Dadiek Pranindito dadiek@st3telkom.ac.id dadiekpranindito@gmail.com