Propagasi Cahaya dalam Pandu Gelombang Fiber Optik
A) Pengertian Fiber optik
Fiber
optik (serat optik) adalah suatu
dielektrik waveguide (pandu gelombang) yang beroperasi pada frekuensi optik
atau cahaya. Fiber optik berbentuk silinder dan menyalurkan energi gelombang
elektromagnetik dalam bentuk cahaya di dalam permukaannya dan mengarahkan cahaya
pada sumbu axisnya Hal-hal yang mempengaruhi transmisi dengan waveguide
ditentukan oleh karakteristik bahannya, yang merupakan faktor penting dalam
penyaluran suatu sinyal sepanjang fiber optik.
Serat optik 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.
Stuktur fiber optik biasanya terdiri atas 3 bagian, yaitu
:
a.
Bagian
yang paling utama dinamakan inti (core) Gelombang cahaya yang dikirim akan merambat dan mempunyai
indeks bias lebih besar dari lapisan kedua, dan terbuat dari kaca. Inti (core)
mempunyai diameter yang bervariasi antara 5 – 50 micro meter tergantung jenis
serat optiknya.
b.
Bagian
kedua dinamakan lapisan selimut / selubung (cladding )
Bagian ini mengelilingi bagian inti dan mempunyai indeks
bias lebih kecil dibanding dengan bagian inti, dan terbuat dari kaca.
c.
Bagian
ketiga dinamakan jacket (coating) Bagian ini merupakan pelindung lapisan inti dan selimut
yang terbuat dari bahan plastik elastik.Struktur dari fiber optik ini dapat di
perlihatkan berikut ini :
Gambar Struktur Fiber Optik
Serat
optik merupakan media transmisi atau pandu gelombang cahaya berbentuk silinder
yang dikembangkan diakhir tahun 1960-an sebagai jawaban atas perkembangan
sistem komunikasi yang semakin lama membutuhkan bandwidh yang besar
dengan laju transmisi yang tinggi. Serat optik terbuat dari bahan dielektrik
berbentuk seperti kaca. Di dalam serat inilah energi cahaya yang dibangkitkan
oleh sumber cahaya disalurkan sehingga dapat diterima di ujung unit penerima (receiver).Serat
optik terdiri dari dua jenis yaitu serat optik kabel dan serat optik plastik.
1. serat optik kabel
Serat
optik kabel banyak digunakan untuk transmisi jarak jauh sementara untuk serat
optik plastik hanya digunakan untuk komunikasi jarak pendek. Serat optik banyak
dibuat dari kaca atau bahan silika (SiO2), yang biasanya diberi doping
untuk menaikkan indeks biasnya. Serat optik plastik tidak jauh berbeda dengan
serat optik kabel, hanya saja untuk serat optik kabel dilengkapi dengan kevlar
untuk penguat serat optik.
2.
Serat Optik Plastik
Serat
optik plastik adalah jenis serat optik yang terbuat dari jenis plastik tertentu
dengan indeks bias tertentu. Serat optik plastik kurang banyak digunakan sebagai
media transmisi jarak jauh.
Perkembangan fiber optik saat ini tidak lagi
terpusat pada jaringan telekomunikasi sebagai media transmisi data.
Perkembangan teknologi saat ini juga berpengaruh pada bidang optik. fiber optik
menjadi teknologi alternatif yang dapat menggantikan fungsi kabel konvensional
sebagai pengalir isyarat elektrikal. Dimana fiber optik sekarang telah
dimanfaatkan sebagai sensor atau yang dikenal dengan Fiber Optic Sensor (FOS).
Pemanfaatan fiber optik sebagai sensor memiliki banyak kelebihan dibandingkan
dengan sensor elektrik yang telah dimanfatkan selama ini. Fiber optik memiliki
beberapa kelebihan, termasuk diameter kecil, ringan, tahan terhadap
interferensi elektromagnetik, dapat digunakan dalam lingkungan yang kurang
ramah (seperti di letakkan di tegangan tinggi dan suhu tinggi), sensitivitas
tinggi dan kemampuan untuk merasakan serta mengirimkan informasi (Malla, 2008).
Selain itu fiber optik juga tidak mudah korosi, mempunyai bahan isolasi elektrikal
(tidak membutuhkan kabel listrik), tidak memicu terjadinya kebakaran atau
ledakan akibat dari loncatan elektron seperti halnya pada sensor elektrik.
Sistem sensing (penginderaan) berdasarkan pada fiber
optik telah meningkat penggunaannya dalam telekomunikasi, perangkat listrik,
struktur ruang angkasa dan di bidang medis. Pemanfaatan sensor fiber optik
sekarang ini sudah sangat beragam seperti fiber untuk sensor gas
(Sekimoto et.al., 2000 and Cao and Duan, 2005), kelembaban
(Maddu et.al., 2006), pengukuran suhu (Tam et.al.,
2007), tekanan (Urban et.al., 2010), sensor getaran
(Hariyanto et.al., 2011), perpindahan (Gaikward et.al,
2012 ), dan lain sebagainya.
Pemanfaatan Fiber Optic Sensor (FOS) sebagai sensor
tekanan, temperatur, strain, bertumpu pada kinerja fiber optik
sebagai sensor pergeseran dengan memanfaatkan daerah kerja sensor pergeseran
tersebut. Namun ada pula sensor fiber optik yang memanfaatkan rugi-rugi pada
fiber optik itu sendiri. Rugi-rugi ini terjadi karena terjadinya pelemahan intensitas
cahaya dalam fiber optik karena adanya gangguan, seperti bengkokan (bending).
Karena adanya pelemahan intensitas ini, maka intensitas yang ditangkap
oleh receiverotomatis berkurang. Prinsip inilah yang dapat
dimanfaatkan sebagai sensor. Selain itu ada pelemahan intensitas pada fiber
optik juga dapat dilakukan dengan cara menggores fiber itu sendiri. Saat cahaya
yang lewat pada fiber optik melewati daerah yang tergores, maka sebagian cahaya
akan terhambur keluar dan juga intensitas cahaya yang ditangkap receiver
otomatis juga berkurang. Prinsip ini juga dimanfaatkan untuk sensor fiber
optik, seperti sensor fiber berbasis evanescent wave (sensor
gas, uap, maupun sensor berbasis kimia).
Sumber: Dari berbagai jurnal.
B)
Karakteristik Serat Optik
a. Pemantulan
Internal Total
Ketika
cahaya yang menjalar di dalam bahan transparan yang memiliki perbedaan indeks
bias, sehingga menemui permukaan bahan transparan lainnya, maka dua hal akan
terjadi, yaitu:
1. Sebagian
cahaya dipantulkan, dan
2. Sebagian
cahaya diteruskan ke dalam bahan transparan kedua.
Cahaya
yang diteruskan biasanya berubah arah ketika memasuki bahan kedua, yaitu jika
cahaya masuk dengan sebuah sudut terhadap garis normal permukaan bahan.
Pembelokan cahaya ini timbul karena pembiasan yang bergantung pada kecepatan
cahaya di dalam suatu bahan, dan kecepatannya berbeda di dalam bahan di dalam
bahan dengan indeks bias berbeda. Seberkas sinar datang dari medium pertama
yang mempunyai indeks bias
dengan sudut datang
, sinar itu dibiaskan pada bidang batas
dan masuk ke medium kedua yang mempunyai indeks bias
dengan sudut bias
.
Menurut hukum Snell pembiasan tersebut dapat dituliskan dalam bentuk:
a.
Numerical Aperture
Sinar cahaya yang masuk ke dalam inti serat optik membentuk sudut datang
tertentu terhadap poros serat optik. Sudut yang menuju ke arah permukaan serat
optik, tidak semua akan diteruskan. Tetapi ada syarat tertentu agar sinar yang
datang tersebut dapat diteruskan. Gambar 3 menunjukkan adanya sudut
yang merupakan batas agar sinar dapat melewati
serat optik. Sudut ini disebut Numerical Aperture Sinar tidak dapat
melewati serat optik jika datang dengan sudut lebih besar dari
Sinar ini bisa masuk ke serat optik tetapi
tidak dapat melewati serat optik karena sinar telah diserap oleh cladding.
Sedangkan semua sinar dengan sudut datang kurang dari
dapat masuk dan melewati serat optik, sinar
ini akan mengalami pematulan internal total yang menyebabkan sinar tetap berada
dalam serat optik.
b.
Rugi-Rugi Daya Serat Optik
Daya
yang dibawa oleh cahaya akan mengalami pelemahan (rugirugi/loss) akibat
terjadinya kebocoran atau karena kurangnya kejernihan bahan serat optik.
Besaran pelemahan daya pada serat optik dinyatakan sebagai perbandingan antara
daya pancaran awal terhadap daya yang diterima dan dinyatakan dalam deci-Bell
(dB). Pelemahan daya disebabkan oleh 3 faktor utama yaitu absorpsi,
hamburan (scattering) dan lekukan (bending losses). Gelas yang
merupakan bahan pembuat serat optik biasanya terbentuk dari silicon-dioksida
(SiO2) yang memiliki indeks bias tertentu. Variasi indeks bias
diperoleh dengan menambahkan bahan lain seperti oksida titanium, thallium,
germanium atau boron. Dengan susunan bahan yang tepat maka akan
didapatkan atenuasi yang kecil. Pelemahan energi yang mengakibatkan pelemahan
amplitudo gelombang yang sampai pada penerima menjadi lebih kecil dari pada
amplitudo yang dikirimkan oleh pemancar. Cahaya yang merambat sepanjang serat
optik mengalami penurunan energi secara eksponensial terhadap jaraknya. Jika P(0)
adalah daya optik awal dalam serat (pada z = 0), dan P(z) adalah
daya optik setelah menempuh z, maka diperoleh hubungan sebagai berikut:
P
(z) = P (0)
Dengan
merupakan koefisien atenuasi satuannya km-1, z adalah panjang lintasan
serat optik yang digunakan untuk perjalanan sinar (gelombang elektromagnetik).
Secara ringkas dalam perhitungan atenuasi dalam serat optik dinyatakan dengan decibel
per kilometer (dB/km)
C) Penerapan Fiber optik
LED
(Light Emitting Diode)
Dalam
transmisi serat optik, digunakan sumber cahaya yang monokromatis. Sumber cahaya
yang monokromatis yang digunakan untuk transmisi cahaya serat optik dapat
menggunakan laser, diode laser, atau LED. Penggunaan laser sebagai sumber
cahaya cukup rumit karena menggunakan sumber tegangan yang cukup tinggi dan
pemasangannya harus hati-hati, sehinga digunakan sumber cahaya lain yang
menggunakan sumber tegangan kecil dan pemasangannya mudah yaitu LED atau diode
cahaya. Dioda adalah komponen aktif bersaluran dua. Dioda mempunyai dua elektroda
aktif dimana isyarat dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena
karakteristik satuarah yang dimilikinya. Kesearahan yang dimiliki sebagian
besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling
umum dari diodaadalah untuk memperbolehkan aliran arus
listrik dalam suatu arah yang disebut kondisi panjar maju dan untuk menahan
arus dari arah sebaliknya yang disebut kondisi panjar mundur. Saat ini dioda
yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.
LED (Light Emitting Diode) atau kadang disebut juga diode cahaya adalah
suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren
ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi yang
diketahui bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi
berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika
mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping
yang digunakan adalah galium, arsenik dan phospor. Jenis doping yang berbeda
menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
Warna
yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga
ultraviolet dekat atau inframerah dekat Semikonduktor adalah material dengan
konduktivitas diantara konduktor dan isolator, susunan atom-atomnya membentuk
struktur kristal. Akibat larangan Pauli, yaitu larangan adanya 2 buah elektron
yang berada dalam state yang sama dalam waktu yang sama, sehingga
elektron-elektron dari atom-atom kristal semikonduktor pada tingkat energi yang
hampir sama akan membentuk tingkat-tingkat energi yang sangat berdekatan yang
disebut pita energi. Pita energi yang berhubungan dengan pemancaran cahaya
adalah pita energi valensi dan pita energi konduksi.
Jika
elektron dari pita valensi karena mendapatkan energi maka tereksitasi ke pita
konduksi sehingga tempat kosong yang ditinggalkan oleh
elektron tersebut disebut hole yang dipandang bermuatan positif.
Elektron pada pita konduksi tersebut dapat turun kembali ke pita valensi
mengisi hole, peristiwa ini disebut rekombinasi. Pada peristiwa
rekombinasi akan dipancarkan cahaya bersesuaian dengan selisih kedua pita
energi tersebut.Kondisi untuk transisi tersebut adalah momentum dari elektron
secara ideal harus konstan. Pada Gambar (11.a) elektron mengalami transisi
secara langsung dan mudah dari level energi tinggi ke rendah dan cahaya secara
mudah diradiasikan. Pada Gambar (11.b) momentum juga harus berubah, transisi
elektron menjadi sulit dan probabilitas dari cahaya yang diemisikan lebih
kecil. Proses pada Gambar (11.a) dan (11.b) disebut semi-konduktor transisi
langsung dan transisi tidak langsung.
Gambar
11. Transisi langsung dan tidak langsung
Panjang gelomang yang dipancarkan
bergantung dengan gap energi ;
c
adalah
kecepatan cahaya, h adalah tetapan Planck dan Eg adalah energi
gap antara pita konduksi dan valensi yang merupakan karakteristik dari
material semi- konduktor. Berbagai jenis material semi-konduktor tersedia
sehingga panjang gelombang yang dihasilkan hampir memuat semua spektrum dari
daerah tampak sampai infra-merah dekat.
Pada
LED (Light Emiting Diode), cahaya langsung dipancarkan, sedangkan pada
diode laser lapisan tengah elemen semikonduktor dirancang sebagai zona aktif. Ujung-ujung
zona aktif ini memantulkan dan memperkuat intensitas laser sebelum memancar
keluar. Besar Serat optik plastik banyak dikembangkan sebagai sensor karena
mudah diubah-ubah dan diberi perlakuan, sedangkan serat optik kaca terlalu
rapuh dan ukurannya yang kecil sehingga sulit untuk diberi perlakuan. Serat
optik plastik terdiri dari teras (core), selongsong (cladding),
dan jaket pelindung. Teras dan selongsong dibuat berbeda indeks bias, agar bisa
terjadi pemantulan internal total.
Pemantulan
internal total inilah yang menyebabkan cahaya tetap berada dalam serat optik.
Sementara jaket digunakan untuk melindungi serat optik dari kondisi lingkungan
yang merusak. Jaket pelindung adalah pelindung lapisan teras dan selongsong.
Serat optik diberi jaket pelindung yang kegunaannya untuk menghindari
terjadinya kerusakan yang disebabkan oleh pengaruh luar baik pada saat
penggunaan atau akibat pengaruh lain, bagian ini terlibat dalam memadu cahaya
(Ahmad Mulia Rambe,
2003: 4).
D. Pandu gelombang
Fiber Optik
Pandu gelombang adalah sebuah medium yang digunakan untuk
memandu gelombang, seperti gelombang elektromagnetik atau gelombang suara.
Pandu gelombang yang digunakan berbeda-beda disesuaikan dengan jenis gelombang
yang akan dipandu. Pandu gelombang yang asli dan yang paling umum digunakan
adalah pipa berongga yang terbuat dari logam yang konduktif yang digunakan
untuk membawa gelombang radio berfrekuensi tinggi khususnya gelombang mikro
(microwaves). Pandu gelombang memiliki bentuk geometri yang berbeda-beda yang
dapat menahan energi dalam satu dimensi seperti pandu gelombang yang berbentuk
lempeng (slab waveguide) atau dalam dua dimensi seperti dalam fiber atau channel
waveguide. Selain itu, pandu gelombang yang berbeda digunakan untuk memandu
gelombang dengan frekuensi yang berbeda-beda; contohnya fiber optic digunakan
untuk memandu cahaya (frekuensi tinggi) dan tidak memandu gelombang micro yang
memiliki frekuensi yang lebih rendah dibandingkan dengan cahaya tampak.
Sebuah aturan yang harus diingat adalah lebar dari pandu
gelombang harus memiliki orde yang sama dengan besar dari panjang gelombang
yang akan dipandu. Terdapat beberapa struktur dialam yang bertindak sebagai
pandu gelombang; contohnya sebuah lapisan di lautan yang dapat memandu suara
paus dalam jarak yang sangat jauh.
Pemanduan cahaya dalam pandu gelombang hanya terjadi bila
n2 > n3 ≥ n1 dan tebal lapisan filmnya
harus lebih besar dari tebal terpancungnya. Hal ini disebabkan karena gelombang
optik yang terpandu dalam lapisan film merupakan gelombang optik yang harus
mengalami pemantulan internal total setelah menumbuk bidang batas film-substrat
dan film-kover.
Pada fiber optik, indeks bias inti haruslah lebih besar
daripada indeks bias selubung/selimut, agar berkas cahaya yang masuk dalam
fiber optik mengalami pemantulan dalam total sehingga dapat terpandu sepanjang
fiber optik.
Penggunaan
dari pandu gelombang untuk mentransmisikan sinyal telah diketahui bahkan
sebelum istilah tersebut diciptakan. Fenomena dari gelombang suara yang
dipandukan melalui kawat tegang (taut wire) telah diketahui sejak lama, serta
suara yang dipandukan melalui pipa berongga seperti “cave” atau “medical
stethoscope”. Penggunaan lain dari pandu gelombang adalah mentransmisikan
energy diantara komponen-komponen dari sebuah system seperti peralatan radio,
radar, tau optic. Pandu gelombang merupakan prinsip dasar dari “guided wave
testing (GWT)” yaitu salah satu dari banyak metode dari “non-destructive
evaluation”.
Contoh khusus:
· Fiber optic
mentransmisikan cahaya dan sinyal untuk jarak yang sangat jauh dan dengan laju
sinyal yang tinggi.
· Dalam sebuah oven
microwave, sebuah pandu gelombang mengarahkan energy dari magnetron dimana
gelombang-gelombang dibentuk dalam cooking chamber.
· Dalam sebuah radar,
pandu gelombang mengarahkan gelombang ke antenna, dimana dibutuhkan impedansi
yang sesuai agar transmisi energinya efisien.
· Sebuah pandu
gelombang yang disebut “stripline” dapat dibuat dalam sebuah “printed circuit
board”, dan digunkan untuk mentransmisikan sinyal gelombang mikro dalam sebuah
papan. Pandu gelombang jenis ini sangat mudah untuk di fabrikasi dan memiliki
dimensi yang kecil yang muat dengan “printed circuit board”.
· Pandu gelombang
digunakan dalam instrument ilmiah untuk mengukur sifat-sifat optic, akustik,
dan elastic dari sebuah material dan objek. Pandu gelombang dapat dihubungkan
dengan sampel dengan meletakkannya pada sampel seperti dalam “Medical Ultrasonography”.Gelombang
elektromagnetik yang dipropagasikan sepanjang sumbu pandu gelombang dapat
dijelaskan melalui persamaan gelombang yang diturunkan dari persamaan Maxwell,
dan dimana panjang gelombangnya bergantung terhadap struktur dari pandu
gelombang, dan material yang berada di dalamnya (udara, plastic, vakum, dll),
dan juga frekuensi dari gelombangnya.Distribusi spasial dari medan listrik dan
medan magent yang bergantung waktu di dalam pandu gelombang bergantung terhadap
kondisi pada syarat batas yang ditetapkan oleh bentuk dan material dari pandu
gelombang. Kita anggap pandu gelombang terbuat dari bahan logam konduktor yang
baik sehingga dapat kita anggap sebagai konduktor yang sempurna. Hampir semua
pandu gelombang memiliki tembaga pada bagian dalamnya, ettapi bebebrapa
diantaranya bahkan dilapisi dengan perak atau emas pada bagian dalam (konduktor
yang sangat baik dan tahan terhadap korosi). Sekarang, kondisi pada syarat
batasnya adalah sebgai berikut:
· Gelombang
elektromagentik tidak melewati konduktor, melainkan direfleksikan
· Setiap medan listrik
yang menyentuh konduktor harus berada dalam posisi tegak lurus terhadap sumbu
pansu gelombang.
· Setiap medan magentik
yang berada dalam konduktor harus berada dalam posisi sejajar terhadap sumbu
pandu gelombang.
Kondisi syarat batas
ini menghilangkan solusi persamaan gelombang yang tak terbatas, salah satu yang
tersisa merupakan solusi yang paling mungkin untuk persamaan gelombang dalam
pandu gelombang. Analisis dari solusi yang tersisa pada gelombang elektromagnetik
sangat matematis.
Mode
propagasi dalam sebuah pandu gelombang merupakan salah satu solusi dari
persamaan gelombang, atau dengan kata lain bentuk dari gelombangnya. Karena
“constraint” dari kondisi batas, maka frekuensi dan bentuk dari fungsi
gelombang yang dapat di propagasikan dalam pandu gelombang menjadi terbatas.
Frekuensi terendah dalam mode tertentu yang dapat di propagasikan disebut
“cutoff frequency” dari mode tersebut. Mode dengan “cutoff frequency” terendah
merupakan mode dasar daripandu gelombang
E. Propagasi cahaya
daalm pandu gelombang fiber optik
Gelombang-gelombang dalam ruang terbuka (misalnya cahaya)
dipropagasikan ke semua arah, seperti gelombang speris (bola). Dengan cara ini,
mereka akan kehilangan energinya sebanding dengan kuadrat jaraknya; oleh karena
itu pada jarak R dari sumber besar energinya adalah energy sumber dibagi
dengan R2. Pandu gelombang menahan gelombang untuk
dipropagasikan dalam satu dimensi, sehingga dalam kondisi ideal gelombang tidak
akan kehilangan energinya selama dipropagasikan.
Gelombang cahaya dalam pandu gelombang tertahan karena
total refleksi dari dinding gelombang, sehingga propagasi dalam pandu gelombang
kira-kira dapat digambarkan seperti “zigzag” diantara dinding-dinding pandu
gelombang. Deskripsi ini tepat untuk gelombang elektromagnetik dalam tabung
berongga yang berbentuk persegi atau lingkaran.
Konsep dasar moda terpandu biasanya dijelaskan dengan menggunakan model
sinar optik. Moda tersebut dapat digunakan karena proses pemanduan cahaya dalam
pandu gelombang erat kaitannya dengan fenomena-fenomena sinar optik pada bidang
batas antara dua medium. Gelombang optik yang terpandu dalam pandu gelombang
dalam bentuk moda gelombang optik adalah gelombang optik yang mengalami
pantulan internal total pada kedua bidang batas film-kover dan film-substrat.
Dalam penjabaran mekanisme perambatan cahaya pada serat optik, biasanya dijelaskan berdasarkan teori sinar.
Propagasi cahaya dalam pandu gelombang serat optik terjadi dalam struktur
fiber optik, yaitu inti(core), kulit(cladding), dan jaket(coating). Kulit
terbuat dari silika tanpa atau dengan sedikit doping, indeks bias kulit sedikit
lebih rendah daripada rendah daripada indeks bias teras. Komposisi teras kulit
yang demikian diperlukan agar sinar yang masuk ke dalam dapat terpantul-pantul
secara sempurna sepanjang perjalanannya. Pantulan sempurna hanya dapat terjadi
jika sinar datang dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat dan
sinar datang dengan sudut datang yang melebihi sudut kritiknya, peristiwa fisis
semacam ini sering kita lihat di jalanan pada waktu terik matahari sebagai asap
(mirage).
Fungsi lain dari kulit yang tak kalah pentingnya adalah :
1.
melindungi
teras dari kotoran-kotoran
2.
menaikkan
ketahanan serat terhadap usikan-usikan mekanis
3.
mengurangi
kerugian akibat hamburan oleh diskontinuitas dielektrik di permukaan teras
Pada peristiwa pantulan sempurna oleh kulit, sebetulnya masih disertai juga
oleh rembesan sinar ke dalam kulit. Hal ini dapat menyebabkan kerugian
transmisi dan menyebabkan sinar yang tak sejajar sumbu serat mencapai ujung
seberang lebih dulu, sinar memiliki laju rambat yang lebih besar di dalam kulit
daripada di dalam teras.
Sebuah sinar di dalam serat terdiri dari dua komponen, yaitu komponen
sejajar sumbu dan komponen tegak lurus sumbu. Komponen yang tegak lurus sumbu
berarti tegak lurus pula dengan perbatasan teras kulit. Ternyata hanya sinar
yang komponen tegak lurusnya membentuk gelombang diam (stasioner) yang dapat
menjalar sepanjang serat, kibatnya sinar yang merambat dalam serat cacahnya
terbatas (disebut mode). Di dalam serat yang diameter terasnya kecil (1-2mm)
hanya satu mode saja yang dapat merambat, serat ini disebut serat bermode tunggal.
Di dalam serat semacam ini pantulan sempurna tidak akan
terjadi jika amplitudo sinar melebihi jari-jari teras. Ukuran serat mode tunggal
yang kecil itu tidak menguntungkan, karena terdapat kesulitan mengumpan sinar
masuk ke dalamnya. Ukurannya dapat diperbesar dengan cara membuat indeks bias
terasnya. Serat bermode tunggal biasanya juga dikaitkan dengan panjang
gelombang sinar yang lewat, serat ini menggunakan diode laser sebagai pengumpan
sinarnya, kita tahu bahwa laser memiliki panjang gelombang tunggal sehingga
cocok dengan nama mode tunggal. Penggunaan laser di sini mengakibatkan serat
mampu membawa data dengan laju yang amat cepat dan dengan distorsi yang
minimal.
Serat yang mengijinkan beberapa mode merambat di dalamnya
disebut serat bermode banyak (multimode). Jika indeks bias teras dan
kulit berbeda drastis, disebut indeks-langkah (step-index), setiap mode
yang lewat memiliki jarak tempuh yang berbedabeda. Akibatnya mereka tiba di
ujung seberang pada seberang pada saat yang tidak sama pula, dikatakan terjadi
pelebaran pulsa yang akan menurunkan laju transmisi datanya. Peristiwa dispersi
antar mode ini dapat dikurangi dengan cara membuat indeks bias yang turun
sedikit demi sedikit dari teras sampai ke kulit, serat yang demikian ini
disebut serat dengan graded-index.
Sistem Penyaluran Gelombang
optik
(1) Sistem Propagasi Ruang Bebas
Sistem propagasi ruang secara optik mempunyai keuntungan
dari sifat keserdehanaannya dan pengunaan sistem ini dengan kapasitas kecil
pada saat ini sudah mungkin untuk dilaksanakan.
Gambar. 9.2.1
Diagram Penyaluran Cahaya Untuk Sistem Gelombang Pembawa.
(2) Sistem Penyaluran Melalui Kabel
Ada suatu media bagi penyaluran gelombang oprik seperti
kabel optik yang mempunyai sifat flexibel seperti kabel biasa. Dengan metoda
ini maka penyaluranya tidak lagi terpengaruh oleh keadaan cuaca dll, yang
selalu mempunyai pengaruh terhadap propagasi ruang. Pada saat ini ada 2 tipe
fiber optik bagi pembuatan kabel optik yang mengkin dipergunakan bagi masa
mendatang. Jenis ini adalah : tipe focussing dan tipe clad. Pada tipe focussing
indek bias menuju pusat dari gelas fiber terbagi secara parabolik (parabolically
distributed). Sedangkan untuk tipe clad bagian luar gelas fiber ditutup dengan
gelas fiber lain yang mempunyai indek bias kecil, sehingga sinar tidak keluar
dari gelas fiber disebabkan refleksi total pada permukaan yang mempunyai indek
bias yang tidak merata.
Gambar 9.2.2 Konsep diagram sistem penyaluran cahaya lewat kabel
(3) Sistem penyaluran Optik dengan pancaran
terpimpin (Optical beam guide transmission system).
Pancaran optik yang terpimpin (suatu sistem penyaluran
optik, dimana lensa-lensa optik atau kaca-kaca cermin diatur pada kedudukan
yang teratur bagi keperluan membimbing sinar) mempunyai keuntungan dengan
rendahnya redaman penyaluran (mempunyai redaman kira-kira 0,5 dB/Km).
Gambar 9.2.3 Berkas Cahaya dalam tabung penyalur
Tidak ada komentar:
Posting Komentar