Keuntungan Komunikasi Fiber Optic
● Kapasitas komunikasi yang besar
● Jarak estafet yang jauh
● Kebal terhadap interferensi elektromagnetik
● Sumber daya yang melimpah
● Serat optik yang ringan dan berukuran kecil
Sejarah Singkat Perkembangan Komunikasi Optik
● Lebih dari 2000 tahun yang lalu: Menara suar – lampu, sinyal bendera
● 1880: Telepon optik – komunikasi optik nirkabel
● 1970: Komunikasi serat optik
● 1966: Dr. Kao Kuen, "bapak serat optik", pertama kali mengajukan gagasan komunikasi serat optik.
● 1970: Kapron dari Corning Institution memproduksi serat optik dengan kerugian 20 dB/km.
● 1977: Jalur komersial pertama di Chicago dengan kecepatan 45 Mb/s.
Spektrum Elektromagnetik
Pembiasan/Pemantulan dan Pemantulan Cahaya Internal Total
Karena cahaya merambat dengan kecepatan berbeda pada zat yang berbeda, ketika cahaya merambat dari satu zat ke zat lainnya, pembiasan dan pemantulan terjadi pada antarmuka antara kedua zat tersebut. Selain itu, sudut bias cahaya berubah seiring dengan sudut datangnya cahaya. Ketika sudut cahaya datang mencapai atau melebihi sudut tertentu, cahaya yang dibiaskan menghilang, dan semua cahaya datang dipantulkan kembali; ini adalah refleksi internal total. Bahan yang berbeda membiaskan cahaya dengan panjang gelombang yang sama pada sudut yang berbeda (yaitu bahan yang berbeda memiliki indeks bias yang berbeda), dan bahan yang sama membiaskan cahaya dengan panjang gelombang berbeda pada sudut berbeda. Komunikasi serat optik didasarkan pada prinsip-prinsip ini. Distribusi reflektifitas: Parameter penting yang mengkarakterisasi bahan optik adalah indeks bias, dilambangkan dengan N. Rasio kecepatan cahaya C dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya V dalam suatu bahan adalah indeks bias bahan tersebut.
N＝C/V
Indeks bias kaca kuarsa yang digunakan dalam komunikasi serat optik kira-kira 1,5.
Struktur Serat Optik
Kabel serat optik telanjang umumnya terdiri dari tiga lapisan:
Lapisan pertama: Inti kaca-bias-indeks tinggi (diameter inti umumnya 9-10μm, (mode tunggal) 50 atau 62,5 (multimode).
Lapisan kedua: Lapisan kaca silikon-bias-indeks rendah di tengahnya (diameter umumnya 125μm).
Lapisan ketiga: Lapisan resin penguat terluar.
Pengetahuan Dasar tentang Cahaya
1) Inti: Indeks bias tinggi, digunakan untuk mengirimkan cahaya;
2) Lapisan: Indeks bias rendah, bersama dengan inti, membentuk kondisi untuk refleksi internal total;
3) Jaket: Kekuatan tinggi, tahan benturan lebih besar, dan melindungi serat optik.
Kabel Fiber Optik 3mm Oranye MM Multimode
Mode Tunggal SM Kuning
Dimensi kabel serat optik:
Diameter luar biasanya 125µm (rata-rata rambut manusia adalah 100µm)
Diameter dalam: Mode-tunggal 9µm, Multimode 50/62,5µm
Bukaan Numerik
Tidak semua cahaya yang datang pada permukaan ujung serat optik ditransmisikan melalui serat; hanya kejadian cahaya dalam rentang sudut tertentu yang ditransmisikan. Sudut ini disebut bukaan numerik serat optik. Bukaan numerik yang lebih besar menguntungkan untuk penyambungan serat optik. Bukaan numerik bervariasi antara serat optik yang diproduksi oleh perusahaan yang berbeda.
Jenis Serat Optik
Berdasarkan cara transmisi cahaya di dalam seratnya, serat optik dapat diklasifikasikan menjadi:
Multi-Mode (MM)
Tunggal-Mode (SM)
Serat Multi-Mode: Memiliki inti kaca tengah yang lebih tebal (50 atau 62,5 μm), memungkinkan transmisi beberapa mode cahaya. Namun, penyebaran antar moda sangat signifikan, sehingga membatasi frekuensi sinyal digital yang ditransmisikan, dan keterbatasan ini semakin parah seiring bertambahnya jarak. Misalnya, serat optik 600 MB/km hanya akan memiliki bandwidth 300 MB/km pada jarak 2 km. Oleh karena itu, serat-mode multi memiliki jarak transmisi yang relatif pendek, biasanya hanya beberapa kilometer.
Serat-Mode Tunggal: Memiliki inti kaca tengah yang lebih tipis (biasanya berdiameter 9 atau 10 μm), sehingga hanya memungkinkan satu mode cahaya untuk ditransmisikan. Ini pada dasarnya adalah jenis serat indeks-tahap, tetapi dengan diameter inti yang sangat kecil. Secara teoritis, ini hanya memungkinkan satu jalur cahaya-lurus untuk memasuki serat dan merambat dalam garis lurus di dalam inti. Pelebaran denyut serat minimal. Oleh karena itu, penyebaran antarmodanya sangat kecil, sehingga cocok untuk komunikasi-jarak jauh. Namun, dispersi kromatiknya memainkan peran utama, yang berarti serat mode tunggal memiliki persyaratan tinggi untuk lebar spektral dan stabilitas sumber cahaya, yaitu lebar spektral harus sempit dan stabilitasnya harus baik.
Klasifikasi Serat Optik
Berdasarkan Bahan:
● Fiber Glass: Inti dan kelongsongnya terbuat dari kaca. Kerugian rendah, jarak transmisi panjang, biaya tinggi.
● Serat Silikon dengan Selubung: Inti terbuat dari kaca, lapisannya terbuat dari plastik. Karakteristiknya mirip dengan serat kaca, biaya lebih rendah.
● Serat Plastik: Inti dan kelongsongnya terbuat dari plastik. Kerugian tinggi, jarak transmisi sangat pendek, harga sangat murah. Banyak digunakan pada peralatan rumah tangga, perlengkapan audio, dan-transmisi gambar jarak pendek.
● Berdasarkan Jendela Frekuensi Transmisi Optimal: Serat Mode Tunggal-Konvensional dan Dispersi-Serat Mode Tunggal Bergeser-.
● Konvensional: Produsen serat mengoptimalkan frekuensi transmisi serat untuk panjang gelombang tunggal, misalnya 1300nm.
● Dispersi-Bergeser: Produsen serat mengoptimalkan frekuensi transmisi serat untuk dua panjang gelombang, seperti 1300nm dan 1550nm.
● Bergeser Tiba-tiba: Indeks bias berubah secara tiba-tiba dari inti hingga lapisan kaca. Biaya rendah, dispersi antar moda tinggi. Cocok untuk komunikasi-jarak pendek,-kecepatan rendah, seperti kontrol industri. Namun, serat-mode tunggal memiliki dispersi antar moda yang sangat rendah, sehingga semuanya merupakan serat-indeks bertingkat.
●Serat indeks-bertingkat: Indeks bias secara bertahap menurun dari inti hingga kelongsong, memungkinkan cahaya-mode tinggi merambat secara sinusoidal. Hal ini mengurangi dispersi antar moda, meningkatkan bandwidth serat, dan memperluas jarak transmisi, namun lebih mahal. Kebanyakan serat multimode saat ini adalah serat indeks-bertingkat.