Serat optik adalah 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.
Sejarah
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.
Kronologi Perkembangan Serat Optik
1. 1917 Albert Einstein memperkenalkan teori pancaran terstimulasi dimana jika ada atom dalam tingkatan energi tinggi.
2. 1954 Charles Townes, James Gordon, dan Herbert Zeiger dari
Universitas Columbia USA, mengembangkan maser yaitu penguat gelombang
mikro dengan pancaran terstimulasi, dimana molekul dari gasamonia
memperkuat dan menghasilkan gelombang elektromagnetik. Pekerjaan ini
menghabiskan waktu tiga tahun sejak ide Townes pada tahun 1951 untuk
mengambil manfaat dari osilasi frekuensi tinggi molekular untuk
membangkitkan gelombang dengan panjang gelombang pendek pada gelombang
radio.
3. 1958 Charles Townes dan ahli fisika Arthur Schawlow mempublikasikan
penelitiannya yang menunjukan bahwa maser dapat dibuat untuk
dioperasikan pada daerah infra merah dan spektrum tampak, dan
menjelaskan tentang konsep laser.
4. 1960 Laboratorium Riset Bell dan Ali Javan serta koleganya William
Bennett, Jr., dan Donald Herriott menemukan sebuah pengoperasian secara
berkesinambungan dari laser helium-neon.
5. 1960 Theodore Maiman, seorang fisikawan dan insinyur elektro dari
Hughes Research Laboratories, menemukan sumber laser dengan menggunakan
sebuah kristal batu rubi sintesis sebagai medium.
6. 1961 Peneliti industri Elias Snitzer dan Will Hicks mendemontrasikan
sinar laser yang diarahkan melalui serat gelas yang tipis(serat optik).
Inti serat gelas tersebut cukup kecil yang membuat cahaya hanya dapat
melewati satu bagian saja tetapi banyak ilmuwan menyatakan bahwa serat
tidak cocok untuk komunikasi karena rugi rugi cahaya yang terjadi karena
melewati jarak yang sangat jauh.
7. 1961 Penggunaan laser yang dihasilkan dari batu Rubi untuk keperluan
medis di Charles Campbell of the Institute of Ophthalmology at
Columbia-Presbyterian Medical Center dan Charles Koester of the American
Optical Corporation menggunakan prototipe ruby laser photocoagulator
untuk menghancurkan tumor pada retina pasien.
8. 1962 Tiga group riset terkenal yaitu General Electric, IBM, dan MIT’s
Lincoln Laboratory secara simultan mengembangkan gallium arsenide laser
yang mengkonversikan energi listrk secara langsung ke dalam cahaya
infra merah dan perkembangan selanjutnya digunakan untuk pengembangan CD
dan DVD player serta penggunaan pencetak laser.
9. 1963 Ahli fisika Herbert Kroemer mengajukan ide yaitu
heterostructures, kombinasi dari lebih dari satu semikonduktor dalam
layer-layer untuk mengurangi kebutuhan energi untuk laser dan membantu
untuk dapat bekerja lebih efisien. Heterostructures ini nantinya akan
digunakan pada telepon seluler dan peralatan elektronik lainnya.
10. 1966 Charles Kao dan George Hockham yang melakukan penelitian di
Standard Telecommunications Laboratories Inggris mempublikasikan
penelitiannya tentang kemampuan serat optik dalam mentransmisikan sinar
laser yang sangat sedikit rugi-ruginya dengan menggunakan serat kaca
yang sangat murni. Dari penemuan ini, kemudian para peneliti lebih fokus
pada bagaimana cara memurnikan bahan serat kaca tersebut.
11. 1970 Ilmuwan Corning Glass Works yaitu Donald Keck, Peter Schultz,
dan Robert Maurer melaporkan penemuan serat optik yang memenuhi standar
yang telah ditentukan oleh Kao dan Hockham. Gelas yang paling murni yang
dibuat terdiri atas gabungan silika dalam tahap uap dan mampu
mengurangi rugi-rugi cahaya kurang dari 20 decibelsper kilometer, yang
selanjutnya pada 1972, tim ini menemukan gelas dengan rugi-rugi cahaya
hanya 4 decibels per kilometer. Dan juga pada tahun 1970, Morton Panish
dan Izuo Hayashi dari Bell Laboratories dengan tim Ioffe Physical
Institute dari Leningrad, mendemontrasikan laser semikonduktor yang
dapat dioperasikan pada temperatur ruang. Kedua penemuan tersebut
merupakan terobosan dalam komersialisasi penggunaan fiber optik.
12. 1973 John MacChesney dan Paul O. Connor pada Bell Laboratories
mengembangkan proses pengendapan uap kimia ke bentuk ultratransparent
glass yang kemudian menghasilkan serat optik yang mempunyai rugi-rugi
sangat kecil dan diproduksi secara masal.
13. 1975 Insinyur pada Laser Diode Labs mengembangkan Laser
Semikonduktor, laser komersial pertama yang dapat dioperasikan pada suhu
kamar.
14. 1977 Perusahaan telepon memulai penggunaan serat optik yang membawa
lalu lintas telepon. GTE membuka jalur antara Long Beach dan Artesia,
California, yang menggunakan transmisi LED. Bell Labs mendirikan
sambungan yang sama pada sistem telepon di Chicago dengan jarak 1,5 mil
di bawah tanah yang menghubungkan 2 switching station.
15. 1980 Industri serat optik benar-benar sudah berkibar, sambungan
serat optik telah ada di kota kota besar di Amerika,AT&T mengumumkan
akan menginstal jaringan serat optik yang menghubungkan kota kota
antara Boston dan Washington D.C., kemudian dua tahun kemudian MCI
mengumumkan untuk melakukan hal yang sama. Raksasa-raksasa elektronik
macam ITT atau STL mulai memainkan peranan dalam mendalami riset-riset
serat optik.
16. 1987 David Payne dari Universitas Southampton memperkenalkan optical
amplifiers yang dikotori (dopped) oleh elemen erbium, yang mampu
menaikan sinyal cahaya tanpa harus mengkonversikan terlebih dahulu ke
dalam energi listrik.
17. 1988 Kabel Translantic yang pertama menggunakan serat kaca yang
sangat transparan, dan hanya memerlukan repeateruntuk setiap 40 mil.
18. 1991 Emmanuel Desurvire dari Bell Laboratories serta David Payne dan
P. J. Mears dari Universitas Southampton mendemontrasikan optical
amplifiers yang terintegrasi dengan kabel serat optik tersebut. Dengan
keuntungannya adalah dapat membawa informasi 100 kali lebih cepat dari
pada kabel dengan penguat elektronik (electronic amplifier).
19. 1996 TPC-5 merupakan jenis kabel serat optik yang pertama
menggunakan penguat optik. Kabel ini melewati samudera pasifik mulai
dari San Luis Obispo, California, ke Guam, Hawaii, dan Miyazaki, Jepang,
dan kembali ke Oregon coast dan mampu untuk menangani 320,000 panggilan
telepon.
20. 1997 Serat optik menghubungkan seluruh dunia, Link Around the Globe
(FLAG) menjadi jaringan kabel terpanjang di seluruh dunia yang
menyediakan infrastruktur untuk generasi internet terbaru.
Sistem Komunikasi Serat Optik (SKSO)
Berdasarkan penggunaannya maka SKSO dibagi atas beberapa generasi yaitu :
Generasi pertama (mulai 1975)
Sistem masih sederhana dan menjadi dasar bagi sistem generasi
berikutnya, terdiri dari : alat encoding : mengubah input (misal suara)
menjadi sinyal listrik transmitter : mengubah sinyal listrik menjadi
sinyal gelombang, berupa LED dengan panjang gelombang 0,87 mm. serat
silika : sebagai penghantar sinyal gelombang repeater : sebagai penguat
gelombang yang melemah di perjalanan receiver : mengubah sinyal
gelombang menjadi sinyal listrik, berupa fotodetektor alat decoding :
mengubah sinyal listrik menjadi output (misal suara) Repeater bekerja
melalui beberapa tahap, mula-mula ia mengubah sinyal gelombang yang
sudah melemah menjadi sinyal listrik, kemudian diperkuat dan diubah
kembali menjadi sinyal gelombang. Generasi pertama ini pada tahun 1978
dapat mencapai kapasitas transmisi sebesar 10 Gb.km/s.
Generasi kedua (mulai 1981)
Untuk mengurangi efek dispersi, ukuran teras serat diperkecil agar
menjadi tipe mode tunggal. Indeks bias kulit dibuat sedekat-dekatnya
dengan indeks bias teras. Dengan sendirinya transmitter juga diganti
dengan diode laser, panjang gelombang yang dipancarkannya 1,3 mm. Dengan
modifikasi ini generasi kedua mampu mencapai kapasitas transmisi 100
Gb.km/s, 10 kali lipat lebih besar daripada generasi pertama.
Generasi ketiga (mulai 1982)
Terjadi penyempurnaan pembuatan serat silika dan pembuatan chip diode
laser berpanjang gelombang 1,55 mm. Kemurnian bahan silika ditingkatkan
sehingga transparansinya dapat dibuat untuk panjang gelombang sekitar
1,2 mm sampai 1,6 mm. Penyempurnaan ini meningkatkan kapasitas transmisi
menjadi beberapa ratus Gb.km/s.
Generasi keempat (mulai 1984)
Dimulainya riset dan pengembangan sistem koheren, modulasinya yang
dipakai bukan modulasi intensitas melainkan modulasi frekuensi, sehingga
sinyal yang sudah lemah intensitasnya masih dapat dideteksi. Maka jarak
yang dapat ditempuh, juga kapasitas transmisinya, ikut membesar. Pada
tahun 1984 kapasitasnya sudah dapat menyamai kapasitas sistem deteksi
langsung. Sayang, generasi ini terhambat perkembangannya karena
teknologi piranti sumber dan deteksi modulasi frekuensi masih jauh
tertinggal. Tetapi tidak dapat disangkal bahwa sistem koheren ini punya
potensi untuk maju pesat pada masa-masa yang akan datang.
Generasi kelima (mulai 1989)
Pada generasi ini dikembangkan suatu penguat optik yang menggantikan
fungsi repeater pada generasi-generasi sebelumnya. Sebuah penguat optik
terdiri dari sebuah diode laser InGaAsP (panjang gelombang 1,48 mm) dan
sejumlah serat optik dengan doping erbium (Er) di terasnya. Pada saat
serat ini disinari diode lasernya, atom-atom erbium di dalamnya akan
tereksitasi dan membuat inversi populasi*, sehingga bila ada sinyal
lemah masuk penguat dan lewat di dalam serat, atom-atom itu akan
serentak mengadakan deeksitasi yang disebut emisi terangsang (stimulated
emission) Einstein. Akibatnya sinyal yang sudah melemah akan diperkuat
kembali oleh emisi ini dan diteruskan keluar penguat. Keunggulan penguat
optik ini terhadap repeater adalah tidak terjadinya gangguan terhadap
perjalanan sinyal gelombang, sinyal gelombang tidak perlu diubah jadi
listrik dulu dan seterusnya seperti yang terjadi pada repeater. Dengan
adanya penguat optik ini kapasitas transmisi melonjak hebat sekali. Pada
awal pengembangannya hanya dicapai 400 Gb.km/s, tetapi setahun kemudian
kapasitas transmisi sudah menembus harga 50 ribu Gb.km/s.
Generasi keenam
Pada tahun 1988 Linn F. Mollenauer memelopori sistem komunikasi soliton.
Soliton adalah pulsa gelombang yang terdiri dari banyak komponen
panjang gelombang. Komponen-komponennya memiliki panjang gelombang yang
berbeda hanya sedikit, dan juga bervariasi dalam intensitasnya. Panjang
soliton hanya 10-12 detik dan dapat dibagi menjadi beberapa komponen
yang saling berdekatan, sehingga sinyal-sinyal yang berupa soliton
merupakan informasi yang terdiri dari beberapa saluran sekaligus
(wavelength division multiplexing). Eksperimen menunjukkan bahwa soliton
minimal dapat membawa 5 saluran yang masing-masing membawa informasi
dengan laju 5 Gb/s. Cacah saluran dapat dibuat menjadi dua kali lipat
lebih banyak jika digunakan multiplexing polarisasi, karena setiap
saluran memiliki dua polarisasi yang berbeda. Kapasitas transmisi yang
telah diuji mencapai 35 ribu Gb.km/s.
Cara kerja sistem soliton ini adalah efek Kerr, yaitu sinar-sinar yang
panjang gelombangnya sama akan merambat dengan laju yang berbeda di
dalam suatu bahan jika intensitasnya melebihi suatu harga batas. Efek
ini kemudian digunakan untuk menetralisir efek dispersi, sehingga
soliton tidak akan melebar pada waktu sampai di receiver. Hal ini sangat
menguntungkan karena tingkat kesalahan yang ditimbulkannya amat kecil
bahkan dapat diabaikan. Tampak bahwa penggabungan ciri beberapa generasi
teknologi serat optik akan mampu menghasilkan suatu sistem komunikasi
yang mendekati ideal, yaitu yang memiliki kapasitas transmisi yang
sebesar-besarnya dengan tingkat kesalahan yang sekecil-kecilnya yang
jelas, dunia komunikasi abad 21 mendatang tidak dapat dihindari lagi
akan dirajai oleh teknologi serat optik.
Kelebihan Serat Optik
Dalam penggunaan serat optik ini, terdapat beberapa keuntungan antara lain :
1. Lebar jalur besar dan kemampuan dalam membawa banyak data, dapat
memuat kapasitas informasi yang sangat besar dengan kecepatan transmisi
mencapai gigabit-perdetik dan menghantarkan informasi jarak jauh tanpa
pengulangan
2. Biaya pemasangan dan pengoperasian yang rendah serta tingkat keamanan yang lebih tinggi
3. Ukuran kecil dan ringan, sehingga hemat pemakaian ruang
4. Imun, kekebalan terhadap gangguan elektromagnetik dan gangguan gelombang radio
5. Non-Penghantar, tidak ada tenaga listrik dan percikan api
6. Tidak berkarat
Kabel Serat Optik
Secara garis besar kabel serat optik terdiri dari 2 bagian utama, yaitu
cladding dan core. Cladding adalah selubung dari inti (core). Cladding
mempunyai indek bias lebih rendah dari pada core akan memantulkan
kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali kedalam core lagi.
Dalam aplikasinya serat optik biasanya
diselubungi oleh lapisan resin yang disebut dengan jacket, biasanya
berbahan plastik. Lapisan ini dapat menambah kekuatan untuk kabel serat
optik, walaupun tidak memberikan peningkatan terhadap sifat gelombang
pandu optik pada kabel tersebut. Namun lapisan resin ini dapat menyerap
cahaya dan mencegah kemungkinan terjadinya kebocoran cahaya yang keluar
dari selubung inti. Serta hal ini dapat juga mengurangi cakap silang
(cross talk) yang mungkin terjadi.
Pembagian serat optik dapat dilihat dari 2 macam perbedaan :
1. Berdasarkan mode yang dirambatkan :
Single mode : serat optik dengan inti (core) yang sangat kecil (biasanya
sekitar 8,3 mikron), diameter intinya sangat sempit mendekatipanjang
gelombang sehingga cahaya yang masuk ke dalamnya tidak terpantul-pantul
ke dinding selongsong (cladding). Bahagian inti serat optik single-mode
terbuat dari bahan kaca silika (SiO2) dengan sejumlah kecil kaca
Germania (GeO2) untuk meningkatkan indeks biasnya. Untuk mendapatkan
performa yang baik pada kabel ini, biasanya untuk ukuran selongsongnya
adalah sekitar 15 kali dari ukuran inti (sekitar 125 mikron). Kabel
untuk jenis ini paling mahal, tetapi memiliki pelemahan (kurang dari
0.35dB per kilometer), sehingga memungkinkan kecepatan yang sangat
tinggi dari jarak yang sangat jauh. Standar terbaru untuk kabel ini
adalah ITU-T G.652D, dan G.657.
Multi mode : serat optik dengan diameter core yang agak besar yang
membuat laser di dalamnya akan terpantul-pantul di dinding cladding yang
dapat menyebabkan berkurangnya bandwidth dari serat optik jenis ini.
2. Berdasarkan indeks bias core :
Step indeks : pada serat optik step indeks, core memiliki indeks bias yang homogen.
Graded indeks : indeks bias core semakin mendekat ke arah cladding
semakin kecil. Jadi pada graded indeks, pusat core memiliki nilai indeks
bias yang paling besar. Serat graded indeks memungkinkan untuk membawa
bandwidth yang lebih besar, karena pelebaran pulsa yang terjadi dapat
diminimalkan.
Pelemahan
Pelemahan (Attenuation) cahaya sangat penting diketahui terutama dalam
merancang sistem telekomunikasi serat optik itu sendiri. Pelemahan
cahaya dalam serat optik adalah adanya penurunan rata-rata daya optik
pada kabel serat optik, biasanya diekspresikan dalamdecibel (dB) tanpa
tanda negatif. Berikut ini beberapa hal yang menyumbang kepada pelemahan
cahaya pada serat optik :
Penyerapan (Absorption)
Kehilangan cahaya yang disebabkan adanya kotoran dalam serat optik.
Penyebaran (Scattering)
Kehilangan radiasi (radiative losses)
Reliabilitas dari serat optik dapat ditentukan dengan satuan BER (Bit
error rate). Salah satu ujung serat optik diberi masukan data tertentu
dan ujung yang lain mengolah data itu. Dengan intensitas laser yang
rendah dan dengan panjang serat mencapai beberapa km, maka akan
menghasilkan kesalahan. Jumlah kesalahan persatuan waktu tersebut
dinamakan BER. Dengan diketahuinya BER maka, Jumlah kesalahan pada serat
optik yang sama dengan panjang yang berbeda dapat diperkirakan
besarnya.
Kode warna pada kabel serat optik
Selubung luar
Dalam standarisasinya kode warna dari selubung luar (jacket) kabel serat optik jenis Patch Cord adalah sebagai berikut:
Warna selubung luar/jacket Artinya
Kuning serat optik single-mode
Oren serat optik multi-mode
Aqua Optimal laser 10 giga 50/125 mikrometer serat optik multi-mode
Abu-Abu Kode warna serat optik multi-mode, yang tidak digunakan lagi
Biru Kadang masih digunakan dalam model perancangan
Konektor
Pada kabel serat optik, sambungan ujung terminal atau disebut juga konektor, biasanya memiliki tipe standar seperti berikut:
1. FC (Fiber Connector): 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 dapat diatur, sehingga ketika dipasangkan ke perangkat lain,
akurasinya tidak akan mudah berubah.
2. SC (Subsciber Connector): digunakan untuk kabel single mode, dengan
sistem dicabut-pasang. Konektor ini tidak terlalu mahal, simpel, dan
dapat diatur secara manual serta akurasinya baik bila dipasangkan ke
perangkat lain.
3. ST (Straight Tip): bentuknya seperti bayonet berkunci hampir mirip
dengan konektor BNC. Sangat umum digunakan baik untuk kabel multi mode
maupun single mode. Sangat mudah digunakan baik dipasang maupun dicabut.
4. Biconic: Salah satu konektor yang kali pertama muncul dalam komunikasi fiber optik. Saat ini sangat jarang digunakan.
5. D4: konektor ini hampir mirip dengan FC hanya berbeda ukurannya saja. Perbedaannya sekitar 2 mm pada bagian ferrule-nya.
6. 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.
7. E200
Selanjutnya jenis-jenis konektor tipe kecil:
1. LC
2. SMU
3. SC-DC
Selain itu pada konektor tersebut biasanya menggunakan warna tertentu dengan maksud sebagai berikut:
Warna Konektor Arti Keterangan
Biru Physical Contact (PC), 0° yang paling umum digunkan untuk serat optik single-mode.
Hijau Angle Polished (APC), 8° sudah tidak digunakan lagi untuk serat optik multi-mode
Hitam Physical Contact (PC), 0°
Abu-abu, Krem Physical Contact (PC), 0° serat optik multi-mode
Putih Physical Contact (PC), 0°
Merah Penggunaan khusus
Created by Fairra