Serat optik adalah merupakan saluran
transmisi atau sejenis kabel yang terbuat dari
kaca atau
plastik yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut, dan dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal
cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah
laser atau
LED. Kabel ini berdiameter lebih kurang 120 mikrometer. Cahaya yang ada di dalam
serat
optik tidak keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada
indeks bias dari udara, karena laser mempunyai spektrum yang sangat
sempit. Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat
bagus digunakan sebagai saluran komunikasi.
Perkembangan teknologi serat optik saat ini, telah dapat menghasilkan pelemahan (attenuation) kurang dari 20 decibels (dB)/km.
Dengan lebar jalur (bandwidth) yang besar sehingga kemampuan dalam
mentransmisikan data menjadi lebih banyak dan cepat dibandingan dengan
penggunaan kabel konvensional. Dengan demikian serat optik sangat cocok
digunakan terutama dalam aplikasi sistem
telekomunikasi. Pada prinsipnya serat optik memantulkan dan membiaskan sejumlah cahaya yang merambat didalamnya.
Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan
penyusun gelas/kaca. Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya
yang diserap oleh serat optik.
Sistem Komunikasi Serat Optik (SKSO)
Berdasarkan penggunaannya maka SKSO dibagi atas beberapa generasi yaitu :
Generasi pertama (mulai 1975)
Sistem masih sederhana dan menjadi dasar bagi sistem generasi
berikutnya, terdiri dari : alat encoding : mengubah input (misal suara)
menjadi sinyal listrik transmitter : mengubah sinyal listrik menjadi
sinyal gelombang, berupa LED dengan panjang gelombang 0,87 mm. serat
silika : sebagai penghantar sinyal gelombang
repeater :
sebagai penguat gelombang yang melemah di perjalanan receiver :
mengubah sinyal gelombang menjadi sinyal listrik, berupa fotodetektor
alat decoding : mengubah sinyal listrik menjadi output (misal suara)
Repeater bekerja melalui beberapa tahap, mula-mula ia mengubah sinyal
gelombang yang sudah melemah menjadi sinyal listrik, kemudian diperkuat
dan diubah kembali menjadi sinyal gelombang. Generasi pertama ini pada
tahun 1978 dapat mencapai kapasitas transmisi sebesar 10 Gb.
km/s.
Generasi kedua (mulai 1981)
Untuk mengurangi efek dispersi, ukuran teras serat diperkecil agar
menjadi tipe mode tunggal. Indeks bias kulit dibuat sedekat-dekatnya
dengan indeks bias teras. Dengan sendirinya transmitter juga diganti
dengan
diode laser,
panjang gelombang yang dipancarkannya 1,3 mm. Dengan modifikasi ini
generasi kedua mampu mencapai kapasitas transmisi 100 Gb.km/s, 10 kali
lipat lebih besar daripada generasi pertama.
Generasi ketiga (mulai 1982)
Terjadi penyempurnaan pembuatan serat silika dan pembuatan chip diode
laser berpanjang gelombang 1,55 mm. Kemurnian bahan silika ditingkatkan
sehingga transparansinya dapat dibuat untuk panjang gelombang sekitar
1,2 mm sampai 1,6 mm. Penyempurnaan ini meningkatkan kapasitas transmisi
menjadi beberapa ratus Gb.km/s.
Generasi keempat (mulai 1984)
Dimulainya riset dan pengembangan sistem koheren, modulasinya yang
dipakai bukan modulasi intensitas melainkan modulasi frekuensi, sehingga
sinyal yang sudah lemah intensitasnya masih dapat dideteksi. Maka jarak
yang dapat ditempuh, juga kapasitas transmisinya, ikut membesar. Pada
tahun 1984 kapasitasnya sudah dapat menyamai kapasitas sistem deteksi
langsung. Sayang, generasi ini terhambat perkembangannya karena
teknologi piranti sumber dan deteksi modulasi frekuensi masih jauh
tertinggal. Tetapi tidak dapat disangkal bahwa sistem koheren ini punya
potensi untuk maju pesat pada masa-masa yang akan datang.
Generasi kelima (mulai 1989)
Pada generasi ini dikembangkan suatu penguat optik yang menggantikan
fungsi repeater pada generasi-generasi sebelumnya. Sebuah penguat optik
terdiri dari sebuah diode laser InGaAsP (panjang gelombang 1,48 mm) dan
sejumlah serat optik dengan doping erbium (Er) di terasnya. Pada saat
serat ini disinari
diode
lasernya, atom-atom erbium di dalamnya akan tereksitasi dan membuat
inversi populasi*, sehingga bila ada sinyal lemah masuk penguat dan
lewat di dalam serat, atom-atom itu akan serentak mengadakan deeksitasi
yang disebut emisi terangsang (stimulated emission)
Einstein.
Akibatnya sinyal yang sudah melemah akan diperkuat kembali oleh emisi
ini dan diteruskan keluar penguat. Keunggulan penguat optik ini terhadap
repeater adalah tidak terjadinya gangguan terhadap perjalanan sinyal
gelombang, sinyal gelombang tidak perlu diubah jadi listrik dulu dan
seterusnya seperti yang terjadi pada repeater. Dengan adanya penguat
optik ini kapasitas transmisi melonjak hebat sekali. Pada awal
pengembangannya hanya dicapai 400 Gb.km/s, tetapi setahun kemudian
kapasitas transmisi sudah menembus harga 50 ribu Gb.km/s.
Generasi keenam
Pada tahun 1988 Linn F. Mollenauer memelopori sistem komunikasi
soliton.
Soliton adalah pulsa gelombang yang terdiri dari banyak komponen
panjang gelombang. Komponen-komponennya memiliki panjang gelombang yang
berbeda hanya sedikit, dan juga bervariasi dalam intensitasnya. Panjang
soliton hanya 10-12 detik dan dapat dibagi menjadi beberapa komponen
yang saling berdekatan, sehingga sinyal-sinyal yang berupa soliton
merupakan informasi yang terdiri dari beberapa saluran sekaligus (
wavelength division multiplexing).
Eksperimen menunjukkan bahwa soliton minimal dapat membawa 5 saluran
yang masing-masing membawa informasi dengan laju 5 Gb/s. Cacah saluran
dapat dibuat menjadi dua kali lipat lebih banyak jika dibunakan
multiplexing polarisasi, karena setiap saluran memiliki dua polarisasi
yang berbeda. Kapasitas transmisi yang telah diuji mencapai 35 ribu
Gb.km/s.
Cara kerja sistem soliton ini adalah efek Kerr, yaitu sinar-sinar
yang panjang gelombangnya sama akan merambat dengan laju yang berbeda di
dalam suatu bahan jika intensitasnya melebihi suatu harga batas. Efek
ini kemudian digunakan untuk menetralisir efek dispersi, sehingga
soliton tidak akan melebar pada waktu sampai di receiver. Hal ini sangat
menguntungkan karena tingkat kesalahan yang ditimbulkannya amat kecil
bahkan dapat diabaikan. Tampak bahwa penggabungan ciri beberapa generasi
teknologi serat optik akan mampu menghasilkan suatu sistem komunikasi
yang mendekati ideal, yaitu yang memiliki kapasitas transmisi yang
sebesar-besarnya dengan tingkat kesalahan yang sekecil-kecilnya yang
jelas, dunia komunikasi abad 21 mendatang tidak dapat dihindari lagi
akan dirajai oleh teknologi serat optik.
Kelebihan Serat Optik
Dalam penggunaan serat optik ini, terdapat beberapa keuntungan antara lain:
- Lebar jalur besar dan kemampuan dalam membawa banyak data, dapat memuat kapasitas informasi yang sangat besar dengan kecepatan transmisi mencapai gigabit-per detik dan menghantarkan informasi jarak jauh tanpa pengulangan
- Biaya pemasangan dan pengoperasian yang rendah serta tingkat keamanan yang lebih tinggi
- Ukuran kecil dan ringan, sehingga hemat pemakaian ruang
- Imun, kekebalan terhadap gangguan elektromagnetik dan gangguan gelombang radio
- Non-Penghantar, tidak ada tenaga listrik dan percikan api
- Tidak berkarat
Kabel Serat Optik
Secara garis besar
kabel serat optik terdiri dari 2 bagian utama, yaitu
cladding dan
core [4].
Cladding adalah selubung dari inti (core). Cladding mempunyai indek bias lebih rendah dari pada
core akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali kedalam core lagi.
Bagian-bagian serat optik jenis
single mode
Dalam aplikasinya serat optik biasanya diselubungi oleh lapisan
resin yang disebut dengan
jacket, biasanya berbahan
plastik.
Lapisan ini dapat menambah kekuatan untuk kabel serat optik, walaupun
tidak memberikan peningkatan terhadap sifat gelombang pandu optik pada
kabel tersebut. Namun lapisan resin ini dapat menyerap cahaya dan
mencegah kemungkinan terjadinya kebocoran cahaya yang keluar dari
selubung inti. Serta hal ini dapat juga mengurangi
cakap silang (
cross talk) yang mungkin terjadi.
Pembagian serat optik dapat dilihat dari 2 macam perbedaan :
1. Berdasarkan mode yang dirambatkan :
- Single mode : serat optik dengan inti (core) yang sangat kecil (biasanya sekitar 8,3 mikron), diameter intinya sangat sempit mendekati panjang gelombang sehingga cahaya yang masuk ke dalamnya tidak terpantul-pantul ke dinding selongsong (cladding). Bahagian inti serat optik single-mode terbuat dari bahan kaca silika (SiO2) dengan sejumlah kecil kaca Germania
(GeO2) untuk meningkatkan indeks biasnya. Untuk mendapatkan performa
yang baik pada kabel ini, biasanya untuk ukuran selongsongnya adalah
sekitar 15 kali dari ukuran inti (sekitar 125 mikron). Kabel untuk jenis
ini paling mahal, tetapi memiliki pelemahan (kurang dari 0.35dB per
kilometer), sehingga memungkinkan kecepatan yang sangat tinggi dari
jarak yang sangat jauh. Standar terbaru untuk kabel ini adalah ITU-T
G.652D, dan G.657.
- Multi mode : serat optik dengan diameter core yang agak
besar yang membuat laser di dalamnya akan terpantul-pantul di dinding
cladding yang dapat menyebabkan berkurangnya bandwidth dari serat optik
jenis ini.
2. Berdasarkan indeks bias core :
- Step indeks : 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 diminimalkan.
Kabel serat optik
Pelemahan
Pelemahan (
Attenuation)
cahaya
sangat penting diketahui terutama dalam merancang sistem telekomunikasi
serat optik itu sendiri. Pelemahan cahaya dalam serat optik adalah
adanya penurunan rata-rata daya optik pada kabel serat optik, biasanya
diekspresikan dalam
decibel (dB) tanpa tanda negatif. Berikut ini beberapa hal yang menyumbang kepada pelemahan cahaya pada serat optik:
- Penyerapan (Absorption)
Kehilangan cahaya yang disebabkan adanya kotoran dalam serat optik.
- Penyebaran (Scattering)
- Kehilangan radiasi (radiative losses)
Reliabilitas dari serat optik dapat ditentukan dengan satuan
BER (
Bit error rate).
Salah satu ujung serat optik diberi masukan data tertentu dan ujung
yang lain mengolah data itu. Dengan intensitas laser yang rendah dan
dengan panjang serat mencapai beberapa km, maka akan menghasilkan
kesalahan. Jumlah kesalahan persatuan waktu tersebut dinamakan BER.
Dengan diketahuinya BER maka, Jumlah kesalahan pada serat optik yang
sama dengan panjang yang berbeda dapat diperkirakan besarnya.
Kode warna pada kabel serat optik
Selubung luar
Dalam standarisasinya kode warna dari selubung luar (
jacket) kabel serat optik jenis
Patch Cord adalah sebagai berikut:
Warna selubung luar/jacket |
Artinya |
Kuning |
serat optik single-mode |
Oren |
serat optik multi-mode |
Aqua |
Optimal laser 10 giga 50/125 mikrometer serat optik multi-mode |
Abu-Abu |
Kode warna serat optik multi-mode, yang tidak digunakan lagi |
Biru |
Kadang masih digunakan dalam model perancangan |
Konektor
Pada kabel serat optik, sambungan ujung terminal atau disebut juga konektor, biasanya memiliki tipe standar seperti berikut:
- FC (Fiber Connector): digunakan untuk kabel single mode dengan
akurasi yang sangat tinggi dalam menghubungkan kabel dengan transmitter
maupun receiver. Konektor ini menggunakan sistem drat ulir dengan posisi
yang dapat diatur, sehingga ketika dipasangkan ke perangkat lain,
akurasinya tidak akan mudah berubah.
- SC (Subsciber Connector): digunakan untuk kabel single mode, dengan
sistem dicabut-pasang. Konektor ini tidak terlalu mahal, simpel, dan
dapat diatur secara manual serta akurasinya baik bila dipasangkan ke
perangkat lain.
- ST (Straight Tip): bentuknya seperti bayonet berkunci hampir mirip
dengan konektor BNC. Sangat umum digunakan baik untuk kabel multi mode
maupun single mode. Sangat mudah digunakan baik dipasang maupun dicabut.
- Biconic: Salah satu konektor yang kali pertama muncul dalam komunikasi fiber optik. Saat ini sangat jarang digunakan.
- D4: konektor ini hampir mirip dengan FC hanya berbeda ukurannya saja. Perbedaannya sekitar 2 mm pada bagian ferrule-nya.
- SMA: konektor ini merupakan pendahulu dari konektor ST yang
sama-sama menggunakan penutup dan pelindung. Namun seiring dengan
berkembangnya ST konektor, maka konektor ini sudah tidak berkembang lagi
penggunaannya.
- E200
Selanjutnya jenis-jenis konektor tipe kecil:
- LC
- SMU
- SC-DC
Selain itu pada konektor tersebut biasanya menggunakan warna tertentu dengan maksud sebagai berikut:
Warna Konektor |
Arti |
Keterangan |
Biru |
Physical Contact (PC), 0° |
yang paling umum digunkan untuk serat optik single-mode. |
Hijau |
Angle Polished (APC), 8° |
sudah tidak digunakan lagi untuk serat optik multi-mode |
Hitam |
Physical Contact (PC), 0° |
|
Abu-abu, |
Krem |
Physical Contact (PC), 0° |
serat optik multi-mode |
Putih |
Physical Contact (PC), 0° |
|
Merah |
|
Penggunaan khusus |