Degradasi Sinyal PDF [PDF]

Citation preview

DEGRADASI SINYAL SERAT OPTIK



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK



Degradasi sinyal sepanjang serat optik :  Penurunan daya (atenuasi)  Penurunan lebar pita (dispersi)



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI) Besaran atenuasi (atau rugi-rugi) :  Pin  10  α  . log  L  Pout 



dB



km



dengan : L  panjang serat optik



Pin  daya yang memasuki serat optik Pout  daya yang keluar dari serat optik



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI) Grafik atenuasi vs. panjang gelombang :



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI) Atenuasi disebabkan oleh :     



Absorpsi Hamburan Radiasi keluar Rugi pada bidang batas inti-selubung Rugi Fresnel



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI) ABSORPSI : Mekanisme absorpsi :  Cacat atom dalam gelas  Absorpsi ekstrinsik oleh ketidakmurnian  Absorpsi intrinsik oleh atom-atom sendiri Cacat atom :  Molekul yang hilang, penumpukan molekul, dsb  Radiasi nuklir (biasanya sedikit tapi dapat besar)



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI)



ABSORPSI : Ketidakmurnian :  Paling dominan  Disebabkan oleh atom Fe, Cr, Co, Cu, dan gugus OH¯ h.ν  konst.    exp  4.63 λ



Daerah ultra violet : α uv  exp



Daerah infra merah :



 αir  exp   48.48 λ



dB



km



dB



km



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI)



HAMBURAN : Hamburan disebabkan oleh :   



Variasi mikroskopik pada kerapatan Fluktuasi komposisi Struktur yang tidak homogen atau cacat dalam fabrikasi



Untuk gelas komponen tunggal :



β ham 



8 . π3 3. λ4



. (n 2  1) 2 . k b . Tf . β T







8 . π3 3. λ4



. n . p . k b . Tf . β T 8



2



k b  konstanta Boltzmann β T  kompresibilitas isotermal p  koefisien fotoelastik



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI)



HAMBURAN : Untuk gelas multikomponen :



β ham 



8 . π3 3. λ4



. (δn ) . δV 2 2



Dalam dB : (10 . log e) . β ham  4.343 . β ham



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI) HAMBURAN : Daerah panjang gelombang untuk komukasi serat optik :  0.8 – 1.1 μm (generasi pertama)  1.3 μm (dispersi terkecil  generasi kedua)  1.6 μm (atenuasi terkecil  generasi ketiga)



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI) RADIASI : Rugi radiasi disebabkan oleh “kegagalan” pantulan dalam total karena adanya lengkungan atau bengkokan :  Macrobending loss (bending loss) : jari-jari kelengkungan >> jari-jari inti serat optik  Microbending loss : jari-jari kelengkungan ≳ jari-jari inti serat optik



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI)



RADIASI : Macrobending :



Jumlah mode : N  N . {1  α  2 . [ 2 a  ( 3 ) 2 3 ]} eff  2αΔ R 2 n2 k R N   α α 2 . (n1 k a) 2 . Δ



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI) RADIASI : Microbending : Kerut-kerut di sepanjang serat optik, disebabkan oleh :  



Ketidakrataan pada fabrikasi Tekanan lateral yang tidak uniform



Akibatnya : kopling daya antar mode



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI)



RUGI PADA BIDANG BATAS INTI-SELUBUNG : Ditentukan oleh :  



Kualitas bidang batas Kualitas bahan selubung



Dinyatakan dengan : T  (1  b ) η  b b dengan : b b  rugi bidang batas



η  jumlah pantulan per satuan panjang υ'  tan 2a



a  jari - jari inti serat



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI)



RUGI FRESNEL : Terjadi pada setiap bidang batas antara gelas/silika dan udara (permukaan pangkal dan ujung serat, coupler, dsb.) Besarnya setiap kali untuk batas gelas (n =1,5) udara(n=1):



-10 . log [1  (



) ]  0.18 dB



1.5  1.0 2 1.5  1.0



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI) “GENERASI KETIGA” :



Untuk mengatasi atenuasi lebih lanjut : 



Repeater konvensional



C E



E C



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN DAYA (ATENUASI) “GENERASI KETIGA” : Untuk mengatasi atenuasi lebih lanjut : 



Bahan inti serat optik disuntiki erbium :



gelas  erbium



0.98



1.48



μm



μm emisi terangsang



Emisi terangsang : 1.52 – 1.56 μm



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) Dispersi = penguraian warna ? Pembiasan : n 0 . sin θ 0  n1 . sin θ1 c n1  c1 c  kecepatan cahaya dalam ruang hampa c1  kecepatan cahaya dalam bahan



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) Sifat bahan :



n1  n1 λ   c1  c1 λ  atau n1  n1 ν  λ  panjang gelombang cahaya ν  frekuensi cahaya



n0



DISPERSI = perbedaan kecepatan karena perbedaan panjang gelombang



n1 λ 



θ0



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) Kecepatan gelombang :  



Kecepatan fasa Kecepatan grup



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) KECEPATAN FASA : Diperoleh dari : cos (ω.t   .z)  konstan



z



cos (ω.t   .z) Kecepatan fasa dinyatakan : v  dz   f dt 



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) KECEPATAN FASA : Superposisi dua (atau lebih) gelombang dengan frekuensi yang sedikit berbeda :



cos (ω. t   .z)  cos [(   ).t  (    ).z]  2 . cos [(  2 ).t  (   2 ).z]. cos [ 2 .t  2 .z]  2 . cos (ω. t   .z) . cos 12 (ω. t   .z)



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) KECEPATAN GRUP : Kecepatan grup dinyatakan :



vg 



dz d  dt d



Dispersi : efek dari banyak gelombang  vg



cos (ω.t   .z)



ω  Δω



1 2



(ω.t   .z)



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) Jenis dispersi :  



Dispersi intra mode Dispersi antar mode/ dispersi inter mode



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Terjadi dalam satu mode karena perbedaan waktu tunda antara gelombang-gelombang penyusun mode tersebut Terdiri dari :  Dispersi material  Dispersi pemandu gelombang



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Frekuensi sudut : ω  2 π c  c k dengan k  2 π λ λ 1 dω dk dβ   Kecepatan grup : v g  c c  dβ dβ  dk  Waktu tempuh



2 L L dβ λ L dβ : τ    g v g c dk 2  c dλ



L  panjang serat optik



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Jika panjang gelombang cahaya tersebar dalam rentang Δλ , perbedaan waktu tempuh (= pelebaran pulsa) : Δτg 



dτ g dλ



Δλ



Biasanya lebar spektral sumber cahaya dinyatakan dalam 2 harga rms σλ : dτ g Lσ  dβ 2 d β σg 



dλ



σλ  



 2 λ  λ 2  2 c  dλ dλ  λ



Didefinisikan : dispersi = pelebaran pulsa  maka :



1 dτ g D L dλ



ns



km.nm



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Dispersi material : Silica :



Konstanta perambatan untuk gelombang datar : 2  n λ  β



λ



Waktu tempuh karena dispersi material : λ 2 L dβ τ g, mat  



2  c dλ L dn   n  λ  c dλ 



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Dispersi material : Grafik Dmat vs. panjang gelombang :



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Dispersi material : Pelebaran pulsa : α  dτ g, mat σ mat λ dλ L d 2n   λ 2 σ λ  D mat λ  L σ λ c dλ Contoh :



LED GaAlAs : σ λ  40 nm, λ  800 nm  σ mat  4.4 ns km



Silika murni : σ mat  0 untuk λ  1.27 μm  komunikasi serat optik generasi 2 (λ  1.27 μm)



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Dispersi pemandu gelombang : Indeks bias dianggap tidak tergantung pada konstanta 2 2 propagasi yang ternormalisasi : β2  n2 ua k2 b 1    2 2 V n  n   1 2 2 2 2 dengan : u  k1  β 2  n1 k1  λ



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Dispersi pemandu gelombang : Untuk beda indeks bias yang kecil β β β k  n2 k  n2 k  n2 b .  n1  n 2 n1  n 2 n1  n 2 atau : β  n 2 k (b Δ  1)



  n  n2  Δ  1  1 n1  



:



Waktu tempuh karena dispersi pemandu gelombang : L dβ L  dkb   τ pg   n 2  n 2 Δ c dk c  dk 



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Dispersi pemandu gelombang : Frekuensi yang ternormalisasi :



υ  k a (n1  n 2 ) 2  k a [(n1  n 2 ) n 2 2



 k a n2 2 Δ



2



1



n1  n 2 n2



untuk Δ  1



sehingga : d(kb) d( a n υ b2 Δ ) dυ d(υ b) 2  .  dk dυ dk dυ



]



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Dispersi pemandu gelombang : L d(υ b)  atau : τ pg  n 2  n 2 Δ c dυ  2 dengan : d(υ b)   2 J υ (u a)  b 1   dυ  J υ  1 (u a) . J υ  1 (u a) 



DEGRADASI SINYAL SEPANJANG SERAT OPTIK 



PENURUNAN LEBAR PITA (DISPERSI) DISPERSI INTRA MODE : Dispersi pemandu gelombang :



Grafik



d(υ b) vs. dυ



υ :



Pada serat optik multimode : Dpg