Google Pengaruh Bentuk Pulsa Optik dan Lebar Pita Laser terhadap Penurunan Dayanya di Sepanjang Serat Optik Moda Tunggal | Dark Wizard of Scientist

June 14, 2013

Pengaruh Bentuk Pulsa Optik dan Lebar Pita Laser terhadap Penurunan Dayanya di Sepanjang Serat Optik Moda Tunggal

Serat Optik

Sistem komunikasi serat optik, yaitu sistem komunikasi yang menggunakan serat optik sebagai media transmisinya, mulai dikembangkan pada tahun 1978. Sistem komunikasi serat optik mempunyai keunggulan dibandingkan dengan sistem komunikasi yang lain, diantaranya adalah bandwidth yang jauh lebih besar, serta atenuasi yang lebih rendah. Walaupun demikian, sistem komunikasi serat optik masih memiliki kekurangan, diantaranya pulsa laser pembawa informasi (pulsa optik) rentan terhadap dispersi. Hal ini ditandai oleh melebarnya pulsa di sepanjang serat optik yang berdampak pada turunnya daya pulsa optik tersebut. Pelebaran pulsa yang terjadi sangat bergantung pada panjang gelombang laser pembawa yang digunakan.
Usaha meminimalkan pelebaran pulsa optik telah dicoba dengan memperkecil diameter serat optik, dengan dugaan bahwa penyebab pelebaran pulsa adalah terlalu lebarnya diameter serat optik (jenis serat optik ini disebut serat optik moda jamak), sehingga mengakibatkan banyaknya moda-moda yang membawa pulsa informasi. Kemudian, para ilmuwan berhasil membuat serat optik dengan diameter yang jauh lebih kecil (disebut serat optik moda tunggal) sehingga pulsa hanya dapat dirambatkan oleh satu moda saja. Tetapi, eksperimen membuktikan pelebaran pulsa tetap saja terjadi [Payne dan Gambling, 1975; Cohen dan Lin, 1977]. Masih adanya pelebaran pulsa tersebut disebabkan oleh kebergantungan indeks bias bahan penyusun serat optik terhadap frekuensi penyusun pulsa dan disebabkan juga oleh struktur geometri serat optik, dispersi yang terjadi disebut sebagai dispersi material dan dispersi geometri. Oleh karena itu, dalam makalah ini akan dipelajari usaha-usaha untuk meminimalkan dispersi yang disebabkan pengaruh frekuensi penyusun pulsa dan struktur geometri serat, dengan mengubah-ubah bentuk pulsa sehingga diperoleh bentuk pulsa yang dapat meminimalkan pengaruh dispersi.

Serat Optik Moda Tunggal

Sistem komunikasi serat optik berkembang setelah laser berhasil dibangkitkan untuk yang pertama kalinya, yaitu setelah tahun 1960. Secara umum, sistem komunikasi serat optik tersusun atas 3 komponen pokok [Agrawal, 1992], yaitu pemancar (transmitter), media transmisi, dan penerima (receiver). Pada pemancar, sinyal informasi yang tersusun atas pulsa listrik ditumpangkan (dimodulasikan) ke dalam laser yang dipancarkan dalam bentuk pulsa optik. Media transmisi digunakan sebagai tempat perambatan pulsa optik menuju penerima. Pada penerima, pulsa optik yang berisi informasi diubah kembali menjadi pulsa listrik, sehingga informasi tersebut sampai ke tempat tujuan. Serat optik dibuat dari bahan dasar silika yang berbentuk dua silinder sesumbu. Silinder bagian dalam disebut lapisan inti (core) dengan indeks bias n1, sedangkan silinder bagian luar disebut lapisan kulit (cladding) dengan indeks bias n2.

Moda-moda pada Serat Optik

Laser sebagai gelombang optik pembawa sinyal informasi yang dirambatkan di sepanjang serat optik merupakan salah satu bentuk dari gelombang elektromagnetik, sehingga perambatannya dapat dijelaskan menggunakan persamaan Maxwell. Dalam perambatannya sepanjang serat optik, gelombang elektromagnetik dapat dipisah menjadi dua vektor medan yaitu clip_image002(vektor medan listrik dan vektor medan magnet) searah sumbu-z, sehingga komponen medan listrik dan magnetnya dapat dinyatakan sebagai EZ dan HZ. Perambatan berkas laser termodulasi sepanjang serat optik, energinya dapat terdistribusi dalam beragam cara tergantung pada besar diameter lapisan inti. Ragam distribusi energi tersebut selanjutnya disebut moda gelombang optik.
clip_image004
Moda-moda yang terjadi dalam serat optik ditunjukkan oleh HEmn atau EHmn, moda HEmn terjadi bila Ez > Hz, sedangkan moda EHmn terjadi bila Hz > Ez. Moda-moda yang dapat terjadi dinyatakan dalam variabel tak berdimensi (variabel ternornamilasi) berikut ini [Lee, 1986]
moda EHmn clip_image006,
moda HEmn clip_image008,
moda TE0n clip_image010,
moda TM0n clip_image012,
…..(2.1a), (2.1b), (2.1c), (2.1d)
dengan
clip_image014, …..(2.2)
adalah frekuensi ternormalisasi.
clip_image016, …..(2.3)
tetapan propagasi ternomalisasi.
Keterangan
l = panjang gelombang laser (mm)
n1 = indek bias lapisan inti
n2 = indek bias lapisan kulit
D = beda indek bias relatif = clip_image018
N = indek moda
Pada Gambar 2.1 diperlihatkan grafik antara b sebagai fungsi V untuk beberapa moda gelombang yang terpandu dalam serat optik.
Gambar 2.1 Grafik konstanta propagasi ternomalisasi (b) sebagai fungsi frekuensi ternomalisasi (v) untuk beberapa moda gelombang terpandu dalam serat optik [Yuwana, 1999].
Karena pada makalah ini yang dipelajari adalah serat optik moda tunggal, maka moda gelombang yang dipelajari selanjutnya hanya HE11.

Dispersi pada Serat Optik Moda Tunggal

Dispersi menyebabkan pelebaran pulsa optik yang merambat di sepanjang serat optik sehingga berakibat menurunnya daya pulsa optik. Secara umum, dispersi yang terjadi pada serat optik ada dua macam, yaitu dispersi intermodal dan dispersi intramodal. Dispersi intermodal disebabkan oleh penggunaan serat optik moda jamak yang dapat dihilangkan dengan memakai serat optik moda tunggal, sedangkan dispersi intramodal terdiri atas atas dispersi material dan dispersi geometri.
Pada serat optik moda tunggal tidak terjadi lagi penurunan daya pulsa optik yang diakibatkan oleh dispersi intermodal seperti pada serat optik moda jamak, karena serat optik moda tunggal hanya dapat memandu satu moda saja. Dispersi yang terjadi pada serat optik moda tunggal disebabkan kebergantungan indek bias serat optik terhadap panjang gelombang laser, yang dinyatakan dalam persamaan Sellmeier berikut ini [Agrawal, 1992].
clip_image020
…..(2.4)
Sedangkan besarnya dispersi material DM dan dispersi geometri DW dinyatakan dalam
clip_image022, …..(2.5)
clip_image024 …..(2.6)
dengan clip_image026 …..(2.7)
KAPPA Volume 2 – Nomor 2 Juli 2001
Penjumlahan dispersi material dan dispersi geometri menghasilkan dispersi total (DT),
DT = DM + DW, …..(2.8)
dengan
clip_image028 …..(2.9)

Perambatan Pulsa Optik dalam Serat Optik Moda Tunggal

Visualisasi perambatan pulsa optik di sepanjang serat optik moda tunggal dapat dilakukan dengan menggambar grafik dari persamaan berikut [Agrawal, 1992]
clip_image030 . …..(2.10)
Keterangan
F(w,s) : persamaan spektrum dari bentuk pulsa.
s : lebar spektrum pulsa (Hz)
b2 : tetapan dispersi ((ps)2/km)
Persamaan di atas dapat digunakan untuk menghitung perambatan daya pulsa untuk berbagai bentuk pulsa optik, seperti pulsa gaussian, eksponensial, dan lorentzian.

Perambatan Daya Berbagai Bentuk Pulsa

Pada pembahasan berikut ini, akan dijelaskan keterkaitan antara bentuk pulsa dan lebar pita laser (Dl) pada penurunan dayanya dalam membawa informasi di sepanjang serat optik moda tunggal. Data yang diperlukan perhitungan adalah tetapan dispersi (b2) dan tetapan spektrum (s). Harga b2 diperoleh bila dispersi total serat optik telah diketahui melalui metode numerik beda terpusat orde satu maupun orde dua [Yuwana, 1999]. Hubungan keduanya ditunjukkan dalam Pers.(2.9), sedangkan s diperoleh dari [Agrawal, 1992]
clip_image032. …..(3.1)
clip_image035
Harga b dan s yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 3.1.
clip_image036

Karakteristik spektrum pulsa

Untuk memvisualisasikan perambatan pulsa sepanjang serat optik, terlebih dulu ditentukan spektrum dari pulsa masukan pada z=0, dari Pers.(2.10) untuk berbagai persamaan spektrum pulsa di bawah ini. [Yuwana, 1999]
1. Pulsa aussian,clip_image038 …..(3.2a)
2.
Volume 2 – Nomor 2 Juli 2001 KAPPA
Pulsa lorentzian,clip_image040 …..(3.2b)
3. Pulsa eksponensial,clip_image042 …..(3.2c)
Besaran s merupakan lebar spektrum pulsa untuk masing-masing bentuk pulsa [Ekkelenkamp, 1985], yang dinyatakan dalam
clip_image044 …..(3.3)
Secara umum, bentuk spektrum pulsa dari F(z=0,t) ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Dengan menggunakan harga b2 dan s yang diperoleh dari Tabel 3.1 dan Pers.(3.3), dapat diplot grafik spektrum pulsa dari ketiga bentuk pulsa pada Pers.(3.2a), Pers.(3.2b), dan Pers.(3.2c) untuk tiga kombinasi Dl, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2.
clip_image048
Pada Gambar 3.2, telah digambar grafik spektrum pulsa gaussian, lorentzian, dan eksponensial untuk l=1,35mm dengan Dl=0,5nm, Dl=1nm, dan Dl=2nm. Untuk masing-masing Dl, terlihat bahwa lebar spektrum (s) tidak sama untuk ketiga bentuk pulsa. Perbedaan lebar spektrum tersebut dapat dijelaskan melalui Pers.(3.3), yang menunjukkan bahwa besar s tidak sama untuk F(w,s) atau bentuk pulsa yang berbeda.
26 Lila Yuwana
Dari Gambar 3.2 dapat diketahui bahwa untuk bentuk pulsa sama, dengan Dl semakin besar, menyebabkan lebar spektrum pulsa semakin besar pula. Keadaan ini dapat dijelaskan melalui Pers.(3.1), yaitu dengan semakin besar Dl yang digunakan, maka tetapan spektrum (s) akan semakin besar pula. Dengan mensubstitusi s ke Pers.(3.3), diperoleh s akan semakin besar pula. Keterkaitan antara lebar spektrum dengan pelebaran daya pulsa yang terjadi di sepanjang serat optik akan dibahas selanjutnya.
Penggambaran spektrum dari berbagai bentuk pulsa pada Gambar 3.2 dilakukan melalui pemrograman secara numerik melalui metode integral Gauss Hermit dengan nilai Dl sebagai masukan program.
Pengaruh Bentuk Pulsa Optik 27

Pengaruh spektrum pulsa terhadap penurunan dayanya di sepanjang serat optik moda tunggal

Untuk mengetahui hubungan antara besar daya pulsa yang merambat di sepanjang serat optik moda tunggal dengan spektrum pulsa, perlu dilakukan penggambaran perambatan daya untuk masing-masing spektrum pulsa dalam domain waktu di sepanjang sumbu z, P(z,t), yang dapat diperoleh melalui Pers.(2.10) dengan F(w,s) diperoleh dari persamaan ketiga bentuk pulsa pada Pers.(3.2a), Pers.(3.2b), dan Pers.(3.2c) untuk harga Dl tertentu.
Grafik secara tiga dimensi untuk pulsa gaussian, pulsa lorentzian, dan pulsa eksponensial pada z = 0 sampai 80 km dengan harga Dl pada Tabel 3.1 untuk a = 3 mm dan D = 5.10-3 diperlihatkan dalam Gambar 3.3.
clip_image050
Gambar 3.3 menujukkan bahwa masing-masing bentuk pulsa dengan harga Dl tertentu mengalami penurunan daya berbeda-beda. Pada Tabel 3.2 ditunjukkan prosentase penurunan daya pulsa dan lebar spektrumnya untuk berbagai bentuk pulsa dengan harga Dl tertentu. Prosentase penurunan daya (% P) pulsa diperoleh dari % P = (1 - P(80,0)) x 100%, dengan P(80,0) adalah daya pada jarak 80 km untuk lebar pulsa (t) pada P puncak, sehingga t = 0.
Dari pengamatan terhadap Tabel 3.2 dan Gambar 3.3 dapat diketahui keterkaitan antara penurunan daya dengan bentuk pulsa optik serta panjang gelombang laser berikut ini.
a. Hubungan antara prosentase penurunan daya dan bentuk pulsa optik
Untuk bentuk pulsa optik yang berbeda, yaitu pulsa gaussian, pulsa lorentzian, dan pulsa eksponensial (Gambar 3.3), diperoleh prosentase penurunan daya pulsa yang berbeda juga. Secara umum, prosentase penurunan daya pulsa eksponensial adalah yang paling kecil dan prosentase penurunan daya pulsa lorentzian yang terbesar pada harga Dl yang sama. Untuk menjelaskan peristiwa ini, dicoba dengan menggambar grafik spektrum ketiga bentuk pulsa optik untuk harga l sebesar 1,35mm untuk berbagai Dl dan dibandingkan penurunan dayanya disepanjang serat optik dalam dua dimensi, yaitu daya pulsa sebagai ordinat dan jarak perambatan sebagai absis, Gambar 3.4.
clip_image060

Pengaruh Bentuk Pulsa Optik 29
clip_image065
Gambar 3.4 menunjukkan bahwa untuk l=1,35mm dan Dl tertentu, semakin sempit spektrum pulsa, maka penurunan daya pulsa semakin kecil. Besar harga spektrum pulsa pada Gambar 3.4 tersebut ditentukan oleh nilai s, yang diperoleh dari Pers.(3.3). Persamaan tersebut menghasilkan harga yang s berbeda untuk bentuk pulsa yang berbeda (F(w,s) berbeda). Dari Tabel 3.2 dapat diketahui bahwa s pulsa eksponensial paling kecil dan s pulsa lorentzian paling besar. Dan dari Tabel 3.2 juga, dapat ditunjukkan bahwa untuk l yang lain dengan harga Dl, pulsa eksponensial mempunyai prosentase penurunan daya pulsa yang paling kecil di antara dua pulsa lainnya. Jadi, prosentase penurunan daya pulsa untuk berbagai bentuk pulsa dengan harga Dl tertentu tergantung pada lebar spektrum pulsa (s). Semakin kecil s maka semakin kecil pula prosentase penurunan daya pulsa. Demikian pula sebaliknya, semakin besar s, prosentase penurunan daya pulsa juga semakin besar.
b. Hubungan antara prosentase penurunan daya pulsa dan lebar pita laser (Dl)
Hubungan antara prosentase penurunan daya pulsa dan lebar pita laser (Dl) dapat diketahui dari Gambar 3.4 untuk masing-masing pulsa. Misalnya, untuk pulsa gaussian, hubungan antara prosentase penurunan daya pulsa dan Dl, semakin besar Dl, maka prosentase penurunan daya yang dialami pulsa gaussian semakin besar pula.
Ketergantungan prosentase penurunan daya pulsa terhadap Dl dapat dijelaskan dari Pers.(3.1) dan Pers.(3.3). Dari kedua persamaan tersebut, dengan semakin besar Dl yang digunakan, maka harga tetapan spektrum (s) semakin besar. Dan dengan menerapkan metode numerik integral Gauss Hermit pada Pers. (3.3), dapat diketahui bahwa semakin besar s, maka lebar spektrum pulsa (s) juga semakin besar. Peristiwa semakin besarnya harga s untuk Dl tertentu, diiringi oleh semakin besarnya prosentase penurunan daya pulsa seperti ditunjukkan pada Gambar 3.4.
KAPPA Volume 2 – Nomor 2 Juli 2001
Gambar 3.4 menunjukkan bahwa dengan semakin besar Dl yang digunakan, maka prosentase penurunan daya pulsa juga semakin besar. Kecenderungan ini juga dialami oleh pulsa lorentzian dan eksponensial, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3. Jadi, pemakaian Dl yang semakin kecil sangat menguntungkan karena dalam perambatannya, suatu pulsa akan mengalami penurunan daya yang semakin sedikit pula.

Disusun Oleh : Elsa F Sinaga | Indra J.P Nababan | Janner | Rizky Julia Sartika | Syahril Tahir
Technorati Tags: ,,,,,Sains,Fisika
Share this post

4 comments

  1. mf gk bs komen sesuai topik soalx gk ngerti.., aja sekedar lapor aja klo sy hadir :), salam hangat :)

    ReplyDelete
    Replies
    1. salam kenal :) Terimkasih sdh berkunjung.
      blognya memang beginian isinya. file2 tugas aja kebetulan daripada dihapus :D

      Delete

Comment & suggestion....

:) :-) :)) =)) :( :-( :(( :d :-d @-) :p :o :>) (o) [-( :-? (p) :-s (m) 8-) :-t :-b b-( :-# =p~ :-$ (b) (f) x-) (k) (h) (c) cheer

 
© 2013 Dark Wizard of Scientist
Original Designed by BlogThietKe Cooperated with Duy Pham
Released under Creative Commons 3.0 CC BY-NC 3.0
Posts RSS Comments RSS
Back to top