Dielectric Waveguide and Optical Fiber KELOMPOK 6 Nasrul Fatah (0906556332) Anggiat Bernard (0906632285) Arthur Panjaitan (0906632316) Christopher Gerson (0906632335)

Dielectric Waveguide Dielectric: sebuah material yang bukan logam, tidak bersifat konduktif. Contoh:fiber glass Dielectric waveguide: waveguide yang terbuat dari bahan dielektrik, yang dikelilingi dengan bahan dielektrik yang lain. seperti, udara, kaca, plastik Note : A metallic waveguide filled with a dielectric material is not a dielectric waveguide.

Dielectric slab waveguide

Dielectric Waveguide Untuk menghilangkan rugi-rugi daya yang besar pada waveguide logam, digunakan bahan dielectric sebagai waveguide. Cara kerja hampir sama dengan waveguide logam, hanya saja pemantulan terjadi di bidang perbatasan antara dua bahan dielectric Daya pada waveguide tidak sepenuhnya terkurung, sebagian berhasil “merembes” keluar bidang batas

Pemantulan sempurna harus didapatkan, sehingga θi harus lebih besar dari θi(critical)

Pembiasannya (Hukum Snell) dapat ditulis menjadi: Di material nonmagnetik dapat ditulis:

Contoh soal (7.5) = 19.5° Jawab: n= 3.00 εr =9 n1=3.00 A slab of dielectric with index of refraction 3.00 is suspended in air. What is the relative permittivity of the dielectric? At what angle from a normal to the boundary will light be totally reflected within dielectric? Jawab: n= 3.00 εr =9 n1=3.00 n2=1.00 (di udara) = 19.5°

Gelombang dipantulkan di titik A, di titik B, dan mencapai titik C Gelombang sebelum mengenai titik A: setelah mengenai titik A: sebelum mengenai titik B: setelah mengenai titik B: Di titik C: Figure 7-15 (p. 363) (a) The wavefront for a supported propagation mode must have the same phase at points A and C. (b) An expanded view of the problem’s geometry.

Fasa dari Ec harus sama dengan 0 atau integral multiple dari 2π radians, jadi:

TE Mode Magnitude dari ΓTE =1 dan fasanya: Untuk media nonmagnetik dapat dituliskan: Dengan memasukkan fasa ke persamaan: Menggunakan hukum Snell pembiasan: Maka didapatkan:

Figure 7-16 (p. 365) (a) The dielectric waveguide TE modes for a 50-mm-thick dielectric of r = 4 operating at 4.5 GHz. The bold line plots the value of the right side of (7.86) on the vertical axis against the angle. The other lines plot the value of the left side of (7.86) on the vertical axis versus angle for different values of m. (b) TE mode plots at m 0 for several different frequencies.

TM Mode Untuk media nonmagnetik dapat dituliskan: Maka didapatkan:

Field Equations Kita ingin merepresentasikan Ey sebagai fungsi dari x. Persamaan ini bergantung apakah modenya genap atau ganjil. Sebagai catatan, medan pada x=±a/2 adalah bukan nol. Melainkan berattenuasi ke dalam media sekitar. Untuk mode genap: Untuk mode ganjil:

Field Equations Attenuasi di medium 2 adalah: Dengan propagasi di arah +z, dapat ditulis: Sehingga kecepatan propagasinya:

OPTICAL FIBER Fiber optik adalah salah satu media terbaik dalam sistem transmisi. Pemakaian fiber optik dapat meminimalisasi kelemahan-kelemahan yang ada pada sistem transmisi sebelumnya, yaitu kabel tembaga. Pemakaian optical fiber Saluran telepon Kabel televisi LAN

Beberapa aplikasi optical fiber Kabel untuk Local Area Network (LAN)

Beberapa aplikasi optical fiber Kabel Televisi Fiber optik untuk link telepon

Struktur Fiber Optik Index Bias core > cladding 125 -240 μm Polyethylene atau Kevlar 5 – 200 μm Index Bias core > cladding

Struktur Fiber Optik Serat core dan cladding biasanya berasal dari bahan silikon dioksida. Garis Merah menunjukkan penyebaran sinyal sepanjang core akibat refleksi internal yang terjadi antara batas core dan cladding

Kelebihan Fiber Optik Karena bekerja pada frekuensi optik, sehingga memiliki kapabilitas yang lebih baik dalam membawa informasi. Lebih ringan, kecil dan fleksibel Tidak terpengaruh oleh gangguan gel. Elektromagnetik. Memiliki besar atenuasi yang lebih kecil dan tidak dipengaruhi frekuensinya.

Karakteristik penyebaran sinyal Tidak seluruh penyebaran sinyal dapat ditunjukkan berdasarkan geometris optiknya, karena terdapat beberapa penetrasi suatu medan ke daerah cladding yang geometris optiknya tidak terlihat. Step Index Fiber menunjukkan karakteristik perubahan n secara mendadak nf nc

Karakteristik penyebaran sinyal Masing – masing akan menunjukkan penyebarannya, dan fiber optik didesain sebagai single mode fiber. Hal ini menunjukkan Step - indeks fiber optik memiliki hubungan dengan panjang λ : Dengan k = 2.405 (fungsi Zeroth-order Bessel)

Karakteristik penyebaran sinyal Untuk yang multimode fiber, besar banyaknya penyebaran adalah :

Contoh Soal (drill 7.8) Anggap kita ingin menunjang single mode di 850 nm dalam 4000 μm rad dengan indeksnya 1,465. Berapa besar indeks claddingnya? Jawab : ( penyelesaian di papan tulis )

Gambar satu dan dua gelombang datang Numerical Aperture Gambar satu dan dua gelombang datang Satu gelombang sinar akan digambarkan Gambar dua gelombang datang

Awal mula mendapatkan numerical Aperture (1) ketika =>

Awal mula mendapatkan numerical Aperture ketika Mensubstitusi ke (1)..

Numerical Aperture ketika Sehingga :

Contoh Soal Drill 7.9 Tentukan besar sudut datang dan Numerical Aperture dari fiber di soal sebelumnya! Jawab : ( Penyelesaian di papan tulis )

Signal Degradation Dispersi yaitu : pelebaran pulsa yang terjadi ketika sinyal merambat melalui sepanjang serat optik Tiap-tiap bagian dari gelombang yang merambat pada serat optik akan merambat dengan sudut yang berbeda, sehingga kecepatan perambantannya juga berbeda. Saat gelombang terkumpul pada ujung dari serat optik maka gelombang tersebut akan menyebar keluar serat dengan kecepatan yang berbeda-beda. Effect diatas dinamakan “intermodal dispersion”, nilainya dinyatakan dengan seberapa banyak gelombang yang menyebar dalam satuan waktu (nm) ketika gelombnag tersebut telah merambat sejauh 1 km

Tiap sumber cahaya pasti memiliki bandwidth sehingga diperoleh 2 penyebab terjadinya signal degradation. Yaitu : 1. Waveguide dipersion kecepatan rambat gelombang merupakan fungsi dari frekwensi, sedangkan semua sumber cahaya (yang disini berfungsi sebagai pembawa energi) pasti mempunyai bandwidth (rentang frekwensi), sehingga tiap gelombang akan menyebar (akibat perbedaan kecepatan) yang menyebabkan terjadinya signal degradation, hal ini dinamakan dengan “waveguide dispersion”

2. Material dispersion secara umum pada material optic, indeks refraksi juga merupakan fungsi dari frekwensi, perbedaan indeks refraksi ini juga akan menyebabkan penyebaran gelombang yang memicu terjadinya signaldegradation pada optical bandwidth, kedua faktor penyebab terjadinya signal degradtin diatas disebut “chromatic dispersion” yang menunjukkan banyaknya gelombang yang menyebar tiap nanosecond per nanometer ketika signal subad merambat sejauh 1 km

Attenuation Perambatan cahaya sepanjang serat optik akan menyebabkan adanya kehilangan daya akibat interaksi dengan material fiber 2 mekanisme dasar dari prosees kehilangan daya ini yaitu 1. electronic and vibrational absortion electronic absortion : terjadinyaperpindahan elekron dari energi yang lebih rendah ke energi yang lebih tinggi vibrational absortion : terjadinya vibrasi electron pada gelombang yang merambat, kehilangan energi akan terjadi ketika energi photonic pada gelombang sesuai dengan energi vibrasi 2. scatering : disebabkan oleh penyebaran yang yang tidak sempurna pada kisi-kisi kristal dari gelombang yang merambat

Besarnya attenuasi: Semakin besar atenuasi berarti semakin sedikit cahaya yang dapat mencapai detektor dan dengan demikian semakin pendek kemungkinan jarak span antar pengulang.

Graded –index fiber Mengumpulkan sumber cahaya ke diameter yang kecil (pada single mode step indeks fiber) cukup sulit dilakukan, sedangkan memperbesar diameter(pada multimode fiber) akan menyebabkan intermodal dispersion. Untuk meminimalkan dispersi dalam multimode, digunakan graded index fiber. Serat graded indeks memungkinkan untuk membawa bandwidth yang lebih besar, karena pelebaran pulsa yang terjadi dapat diminimalkan.