Fiber Optik

Fiber optic adalah sebuah kaca murni yang panjang dan tipis serta berdiameter sebesar rambut manusia. Dan dalam pengunaannya beberapa fiber optik dijadikan satu dalam sebuah tempat yang dinamakan kabel optik dan digunakan untuk mengantarkan data digital yang berupa sinar dalam jarak yang sangat jauh.
 

Bagian-bagian fiber optic :
Fiber optik umumnya digunakan dalam sistem telekomunikasi serta dalam pencahayaan, sensor, dan optik pencitraan. 

Fiber optik terdiri dari 2 bagian, yaitu cladding dan core.  

Cladding adalah selubung dari core. Cladding mempunyai indeks bias lebih rendah dari pada core akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali kedalam core lagi. Efisiensi dari fiber optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas. Semakin murni bahan gelas tersebut maka akan semakin sedikit cahaya yang diserap oleh fiber optik.
Fiber optik sangat halus sehingga jika tertusuk olehnya akan sampai ke pembuluh darah. Hal ini tentunya akan mengganggu peradaran darah di tubuh kita. Oleh karena itu, perlu berhati-hati agar jangan sampai fiber optik melukai anggota tubuh kita.

Jenis-jenis fiber optic :
1. Single-mode fibersMempunyai inti yang kecil (berdiameter 0.00035 inch atau 9 micron) dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 1300-1550 nanometer)

2. Multi-mode fibersMempunyai inti yang lebih besar(berdiameter 0.0025 inch atau 62.5 micron) dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 850-1300 nanometer)

Cara Kerja Fiber OptikSinar dalam fiber optik berjalan melalui inti dengan secara memantul dari cladding, dan hal ini disebut total internal reflection, karena cladding sama sekali tidak menyerap sinar dari inti. Akan tetapi dikarenakan ketidakmurnian kaca sinyal cahaya akan terdegradasi, ketahanan sinyal tergantung pada kemurnian kaca dan panjang gelombang sinyal.

Keuntungan Fiber OptikMurah : jika dibandingkan dengan kabel tembaga dalam panjang yang sama.

Lebih tipis: mempunyai diameter yang lebih kecil daripada kabel tembaga.

Kapasitas lebih besar.

Sinyal degradasi lebih kecil.

Tidak mudah terbakar : tidak mengalirkan listrik. 

Fleksibel. 

Sinyal digital. 

Pemanfaatan Fiber Optik

Jumlah teknologi fiber optik ternyata tidak sedikit. Mulai dari teknologi kabelnya, teknologi perambatan cahayanya, teknologi pelindung kabelnya, teknologi penembakan cahayanya, dan banyak lagi teknologi pendukung lainnya, sehingga membuat pengguna bebas menentukan.  Jika memerlukan teknologi fiber yang bisa memberikan bandwidth sangat besar dengan jarak tempuh yang jauh, jangan sampai Anda salah memilih. Pilih saja kabel dan perangkat fiber optik yang menyediakan komunikasi secara single mode. Selain itu, banyak lagi faktor lain yang cukup penting untuk diteliti sebelum membeli dan menggunakannya, karena investasi dalam teknologi fiber optik tidaklah murah.

Di Indonesia sendiri belum banyak penyedia layanan komunikasi yang menggunakan teknologi fiber optik karena melihat beberapa kendala, di antaranya infrastruktur yang sangat mahal. Hal ini tentunya akan menghambat perkembangan teknologi itu sendiri. Jika sebagian masyarakat Indonesia sudah banyak yang memanfaatkan fiber optik, tentu kecepatan pengiriman data melalui jaringan internet akan semakin cepat, berkomunikasi suara (VOIP) dapat dilakukan di depan komputer dengan biaya sangat murah, dapat melakukan video conference dengan rekan bisnis baik di dalam maupun di luar negeri. Jarak tidak lagi menjadi suatu hambatan yang berarti untuk berkomunikasi. 

Sejarah Fiber Optic

Penggunaan cahaya sebagai pembawa informasi sebenarnya sudah banyak digunakan sejak zaman dahulu, baru sekitar tahun 1930-an para ilmuwan Jerman mengawali eksperimen untuk mentransmisikan cahaya melalui bahan yang bernama serat optik. Percobaan ini juga masih tergolong cukup primitif karena hasil yang dicapai tidak bisa langsung dimanfaatkan, namun harus melalui perkembangan dan penyempurnaan lebih lanjut lagi. Perkembangan selanjutnya adalah ketika para ilmuawan Inggris pada tahun 1958 mengusulkan prototipe serat optik yang sampai sekarang dipakai yaitu yang terdiri atas gelas inti yang dibungkus oleh gelas lainnya. Sekitar awal tahun 1960-an perubahan fantastis terjadi di Asia yaitu ketika para ilmuwan Jepang berhasil membuat jenis serat optik yang mampu mentransmisikan gambar.

Di lain pihak para ilmuwan selain mencoba untuk memandu cahaya melewati gelas (serat optik) namun juga mencoba untuk ”menjinakkan” cahaya. Kerja keras itupun berhasil ketika sekitar 1959 laser ditemukan. Laser beroperasi pada daerah frekuensi tampak sekitar 1014 Hertz-15 Hertz atau ratusan ribu kali frekuensi gelombang mikro.

Pada awalnya peralatan penghasil sinar laser masih serba besar dan merepotkan. Selain tidak efisien, ia baru dapat berfungsi pada suhu sangat rendah. Laser juga belum terpancar lurus. Pada kondisi cahaya sangat cerah pun, pancarannya gampang meliuk-liuk mengikuti kepadatan atmosfer. Waktu itu, sebuah pancaran laser dalam jarak 1 km, bisa tiba di tujuan akhir pada banyak titik dengan simpangan jarak hingga hitungan meter.

Sekitar tahun 60-an ditemukan serat optik yang kemurniannya sangat tinggi, kurang dari 1 bagian dalam sejuta. Dalam bahasa sehari-hari artinya serat yang sangat bening dan tidak menghantar listrik ini sedemikian murninya, sehingga konon, seandainya air laut itu semurni serat optik, dengan pencahayaan cukup mata normal akan dapat menonton lalu-lalangnya penghuni dasar Samudera Pasifik.

Seperti halnya laser, serat optik pun harus melalui tahap-tahap pengembangan awal. Sebagaimana medium transmisi cahaya, ia sangat tidak efisien. Hingga tahun 1968 atau berselang dua tahun setelah serat optik pertama kali diramalkan akan menjadi pemandu cahaya, tingkat atenuasi (kehilangan)-nya masih 20 dB/km. Melalui pengembangan dalam teknologi material, serat optik mengalami pemurnian, dehidran dan lain-lain. Secara perlahan tapi pasti atenuasinya mencapai tingkat di bawah 1 dB/km.

 

 

Tipe-tipe Fiber Optik

Seperti telah dijelaskan pada bagian sebelumnya, ada tiga tipe fiber optik yang umumnya digunakan untuk komunikasi data yaitu: Single-mode,  mutimode graded-index, dan multimode step-index. 

a. Singlemode

Jenis fiber optik yang memiliki fiber tunggal dengan diamater antara 8.3  - 10 mikron yang mempunyai transmisi satu mode. Singlemode dengan garis tengah (diameter) sempit hanya dapat menyebarkan antara 1310 – 1550 nano meter. Singlemode dapat mentransmisikan di atas rata-rata dan 50 kali lipat jarak dibandingkan multimode.  Fiber singlemode memiliki core lebih kecil dibandingkan multimode.  Core kecil tersebut dan gelombang cahaya tunggal  dapat mengurangi distorsi  yang diakibatkan overlap  cahaya, penyediaan sedikit sinyal atenuasi  dan kecepatan transmisi yang tinggi.

Secara garis besar tipe fiber optik ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

• Diameter core lebih kecil dibandingkan diameter cladding.
• Digunakan untuk transmisi jarak jauh, bisa mencapi 120 km, band frekuensi lebar, dan penyusutan transmisi sangat kecil.

b. Grade-index multimode

Berisi sebuah core dimana refraksi indeks mengurangi secara perlahan -lahan  dari poros pusat ke luar cladding. Refraksi indeks tertinggi pada pusat membuat cahaya bergerak lebih perlahan pada porosnya dibandingkan  cahaya yang lebih dekat dengan cladding.  Alur yang dipendekkan dan kecepatan yang tinggi mengijinkan cahaya di bagian luar untuk sampai ke penerima pada waktu yang sama secara perlahan tetapi cahaya lurus langsung melalui inti core. Hasilnya sinyal digital mengalami distorsi yang sedikit.

Ciri-ciri tipe fiber optik jenis ini adalah:

• Diameter corenya antara 30 mm – 60 mm sedangkan diameter claddingnya 100 mm – 150 mm
• Merupakan penggabungan fiber single mode dan fiber multimode step index
• Biasanya untuk jarak transmisi 10 – 20 km à pentransmisian  informasi jarak menengah seperti pada LAN

c. Step-index multimode
Berisi sebuah core besar dengan diameter lebih dari 100 mikron. Hasilnya, beberapa cahaya membuat sinyal digital melewati rute utama (direct route), sedangkan  yang lainnya berliku-liku (zig zag) ketika sinar tersebut memantul cladding. Alternatif jalan kecil ini menyebabkan pengelompokan cahaya yang berbeda yang dikenal sebagai sebuah mode, tiba secara terpisah pada sebuah titik penerima. Kebutuhan untuk meninggalkan jarak antar sinyal untuk mencegah overlap batas bandwith adalah jumlah informasi yang dapat dikirim ke titik penerima. Sebagai konsekuensinya, fiber optik tipe ini lebih cocok untuk jarak yang pendek/singkat.

Ciri-ciri tipe fiber optik jenis ini adalah:

• Ukuran intinya berkisar 50 mm – 125 mm dengan diameter cladding 125 mm – 500 mm
• Diameter core yang besar digunakan agar penyambungan kabel lebih mudah
• Hanya baik digunakan untuk data atau informasi dengan kecepatan rendah dan untuk jarak yang relatif dekat.

Konektor dan Piranti pendukung Fiber Optik

a. Jenis-jenis Kabel

Desain kabel fiber optik cukup banyak tersedia untuk berbagai keperluan. Dua desain kabel yang paling umum digunakan adalah:

• Loose tube cable: Kabel jenis ini umumnya dirancang dalam bentuk modular, di mana satu buah kabel terdapat 12 buah core fiber bahkan bisa mencapai lebih dari 200 core. Setiap core dilapisi oleh lapisan plastik yang diberi warna-warna berbeda. Pemberian warna tersebut berfungsi sebagai penanda core-core di dalamnya agar mudah dikenali dan diatur. Selain itu, lapisan plastik tersebut juga berfungsi sebagai pelindung core fiber-nya. Yang menjadi ciri khas dari kabel ini adalah terdapatnya lapisan gel pada setiap lapisan kabelnya. Gel ini bertujuan untuk menahan rembesan air ke dalam core.
• Tight-buffered cable
  Kabel jenis ini tidak memiliki lapisan pelindung sebanyak kabel loose tube. Dalam desain kabel ini, material penyangga seperti plastik, besi, baja, dan banyak lagi, secara fisik berhubungan langsung dengan serat optiknya. Dengan kata lain, tidak banyak pernak-pernik pelindung yang merepotkan penggunanya memasang. Desain kabel seperti ini sangat cocok untuk digunakan sebagai “jumper cable” yang menghubungkan antara kabel outdoor dengan terminasi-terminasi di dalam ruangan atau langsung ke perangkat jaringan penggunanya. Selain itu, kabel ini juga banyak digunakan untuk cabling di dalam ruangan seperti menghubungkan antar perangkat jaringan, menghubungkan antar ruangan pada satu gedung, dan lain sebagainya

b. Konektor

 
Konektor adalah sebuah alat mekanik yang menjulang pada ujung sebuah fiber optik, sumber cahaya, dan penerima sinyal. Hal itu juga mengijinkan untuk menggabungkan dengan alat yang serupa. Pemancar (transmitter) mengirimkan informasi secara jelas dari fiber optik melalui sebuah konektor. Konektor harus menyalakan dan mengumpulkan cahaya, mudah dipasang maupun dilepaskan dari peralatan. Konektor juga berfungsi untuk menyambung atau memutuskan koneksi.

Ada beberapa jenis konektor yang sering digunakan dalam teknologi fiber optik 

• 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.
• FC: 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 bisa diatur, sehingga ketika dipasangkan ke perangkat, akurasinya tidak akan mudah berubah.
• SC: Digunakan untuk kabel single mode dan bisa dicopot pasang. Konektor ini tidak terlalu mahal, simpel, dan dapat diatur secara manual akurasinya dengan perangkat.
• 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.
• ST: Bentuknya seperti bayonet berkunci hampir mirip dengan konektor BNC. Sangat umum digunakan baik untuk multi mode maupun single mode kabel. Sangat mudah digunakan baik dipasang maupun dicabut.

 

c. OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)

Alat ini berfungsi untuk mengetahui pada jarak berapa dari sebuah sistem jaringan fiber optik darat yang mengalami putus kabel optik, untuk pemeriksaan menggunakan OTDR ini dilakukan di beberapa Manhole yang terletak dipinggir jalan yang menjadi jalur fiber optik darat. Sedangkan alat monitoring fiber optik yang membentang dilaut berupa NMS (Network Management System) disebut X-Terminal berupa Personal Computer yang terhubung ke Router dan sistem STM (Syncronous Transfer Mode) pada perangkat fiber optik sehingga pemutusan kabel fiber optik di laut bisa dipantau, sedangkan untuk perbaikan putusnya kabel fiber optik laut menggunakan robot.

 

d. Modem (Modulasi/Demodulasi)

Piranti yang berfungsi sebagai Modem adalah Modem ZAT-16 berfungsi sebagai multiplexer untuk data sampai 16 kanal dengan menggunakan interface RS-232-C  V.24 / V.28 pada inputnya dan sepasang fiber optik pada ouputnya. Penggunaan modem  ZAT  16 ini akan mampu menghasilkan menghasilkan jangkauan transmisi hingga 16 km dan dengan menggunakan protokol asinkronisasi mampu mengirimkan data dengan kecepatan transmisi dar 300 bps sampai 24kbps. Jika menggunakan protokol sinkronisasi akan mampu menghasilkan data dengan kecepatan transmisi dari 300 bps sampai dengan 57600 bps. Kemampuan ini telah direkomendasi oleh CCITT ( Commite Consultatif Telegraphique et Telephonique).

 

Teknologi Fiber Optik

Sistem komunikasi data fiber optik menggunakan laser LED (Light-Emitting Diode)  sebagai sumber pembawa gelombang optik dan Fiber Optic Multimode Graded Index sebagai media transmisi. Sedangkan untuk modem (modulasi dan demodulasi) digunakan modem ZAT-16 dengan interface RS-232-C  V.24 / V.28 dan protokol asinkronous sebagai penghubung antara komputer dan piranti-pirantinya.

a. Perambatan cahaya pada fiber optik 

Penemuan fiber optik sebagai media transmisi pada suatu sistem komunikasi didasarkan pada hukum Snellius untuk perambatan cahaya pada media transparan seperti pada kaca yang terbuat dari kuartz berkualitas tinggi dan dibentuk dari dua lapisan utama yaitu lapisan  inti yang biasanya disebut corecladding dengan indeks bias n2 yang lebih kecil dari n1. terletak pada lapisan yang paling dalam dengan indeks bias  n1 dan dilapisi oleh

Jika seberkas sinar masuk pada suatu ujung fiber optik (media yang transparan) dengan sudut kritis dan sinar itu datang darimedium yang mempunyai indeks bias lebih kecil dari udara menuju inti fiber optik (kuartz murni) yang mempunyai indeks bias yang lebih besar maka seluruh sinar akan merambat sepanjang inti (core) fiber optik menuju ujung yang satu (Hukum Snellius).

b. Transmitter (Pengirim) 

Transmitter terdiri dari 2 bagian yaitu :

• Rangkaian elektrik berfungsi untuk mengkonversi dari sinyal digital menjadi sinyal analog, selanjutnya data tersebut disisipkan ke dalam sinyal gelombang optik yang telah termodulasi
• Sumber gelombang optik berupa sinar Laser Diode (LD) dan LED (light emmiting diode) yang pemakaiannya disesuaikan dengan sistem komunikasi yang diperlukan.
• Laser Diode (LD) dapat digunakan untuk sistem komunikasi optik yang sangat jauh seperti Sistem Komunikasi Kabel Laut (SKKL) dan Sistem Komunikasi Fiber Optik (SKSO), oleh karena laser LD memiliki karakteristik yang handal, dimana dapat memancarkan daya dengan intensitas yang tinggi, stabil, hampir monokromatis, terfokus, dan merambat dengan kecepatan sangat tinggi sehingga dapat menempuh jarak sangat jauh. Pembuatannya sangat sulit karena memerlukan spesifikasi tertentu sehingga harganyapun mahal. Jadi LD tidak ekonomis dan tidak efisien jika digunakan untuk sistem komunikasi jarak dekat dan pada trafik kurang padat.

Light Emmiting Diode (LED)   digunakan  untuk sistem komunikasi jarak sedang dan dekat agar sistem dapat ekonomis dan efektif, karena Light Emmiting Diode lebih mudah pembuatannya, sehingga harganya pun lebih murah.

Ilustrasi komunikasi data menggunakan fiber optik.

c. Receiver (Penerima)

Receiver terdiri dari 2 bagian yaitu detektor penerima dan rangakaian elektrik.

1. Detektor penerima berfungsi untuk menangkap cahaya yang berupa gelombang optik pembawa informasi, yang dapat berupa PIN diode atau APD (Avalance Photo Diode), pemilihannya tergantung keperluan sistem komunikasinya.

• Untuk melakukan komunikasi jarak jauh digunakan detektor APD yang mampu bekerja pada panjang gelombang 1300 nano meter, 1500 nano meter serta 1550 nano meter dengan  kualitas yang baik.
• Untuk melakukan komunikasi jarak pendek akan lebih efisien jika menggunakan detektor PIN diode, karena PIN diode sangat baik digunakan untuk bit rate rendah dan sensitivitasnya tinggi untuk LED.

2. Rangkaian elektrik berfungsi untuk mengkonversi cahaya pembawa informasi informasi yang dibawa dengan melakukan regenerasi timing, regenerasi pulse serta konversi sinyal elektrik ke sinyal digital dan sebaliknya dalam interface V.28.

d. Atenuasi

Atenuasi adalah besaran pelemahan energi sinyal informasi dari fiber optik yangdinyatakan dalam dB. Atenuasi disebabkanoleh 3 faktor utama yaitu absorpsi, hamburan (scattering) dan mikro-bending.Gelas merupakan bahan pembuat fiber optik yang umumnya terbentuk dari silikon-dioksida ( SiO2). Variasi indeks bias diperoleh dengan cara menambahkan bahan lain seperti titanium, thallium, germanium atau boron. Dengan susunan bahan yang tepat maka akan diperoleh atenuasi sekecil mungkin. Atenuasi menyebabkan pelemahan energi sehingga amplitudo gelombang yang sampai pada penerima menjadi lebih kecil dibandingkan dengan amplitudo yang dikirimkan oleh pemancar.

1. Absorpsi.

Pada daerah-daerah tertentu gelas dapat mengabsorpsi sebagian besar cahaya, seperti pada daerah ultraviolet. Hal ini disebabkan oleh adanya gerakan elektron yang kuat. Demikian juga untuk daerah inframerah, terjadi absorpsi yang besar. Hal ini disebabkan adanya getaran ikatan kimia. Oleh karena itu sebaiknya penggunaan fiber optik harus menjauhi daerah ultraviolet dan inframerah. Penyebab absorpsi lain adanya transmisi ion-ion logam dan ion OH. Ion OH ini ternyata memberikan sumbangan absorpsi yang cukup besar. Semakin lama usia suatu fiber maka bisa diduga akan semakin banyak ion OH di dalamnya yang menyebabkan kualitas fiber menurun.

2. Hamburan

Seberkas cahaya yang melewati suatu gelas dengan variasi indeks bias disepanjang gelas tersebut, maka sebagian energinya akan hilang dihamburkan oleh benda-benda kecil yang terdapat dalam gelas. Munculnya hamburan disebabkan oleh tumbukan cahaya dengan partikel tersebut, dinamakan hamburan Rayleigh. Hamburan  Rayleigh memberikan loss akibat hamburan sangat kecil dibandingkan dengan loss fiber optik multimode. Karena itu fiber optik singlemode lebih baik mutunya sebagai media transmisi dibandingkan dengan fiber optik multimode.

3. Mikro-bending

Mikro-bending adalah pembengkokan fiber optik untuk memenuhi persyaratan ruangan. Namun pembengkokan dapat pula terjadi secara tidak sengaja, misalnya fiber optik yang mendapat tekanan cukup keras sehingga cahaya yang merambat di dalamnya akan berbelok dari arah transmisi dan hilang. Hal ini akan menyebabkan adanya atenuasi.

e. Karakteristik Transmisi

 
Sifat transmisi dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Informasi yang akan ditransmisikan berupa data dalam bentuk digital, sedangkan sinyal pembawa carrier yang akan melewati media transmisi fiber optik berupa sinyal analog.
2. Untuk itu diperlukan proses modulasi dan demodulasi yaitu proses yang mengubah data digital menjadi analog dan sebaliknya menggunakan sebuah Modem dengan pirantinya.
3. Fiber optik yang digunakan sebagai media transmisi adalah fiber optik multimode graded index.

sumber : fiber optik 
             fiber optik
              fiber optik
              fiber optik
              fiber optik