rugi-rugi pada serat optik bermode tunggal dan …/rugi... · hasil penelitian menunjukkan nilai...
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
RUGI-RUGI PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK
DENGAN SEBARAN INDEKS BIAS UNDAKAN AKIBAT
PELILITAN PADA SILINDER SECARA MALAR
Disusun oleh:
HARSONO
S 910209007
TESIS
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Magister Sains Ilmu Fisika
PROGRAM STUDI ILMU FISIKA FAKULTAS PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2010
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
RUGI-RUGI PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK
DENGAN SEBARAN INDEKS BIAS UNDAKAN AKIBAT
PELILITAN PADA SILINDER SECARA MALAR
Disusun Oleh :
Harsono:
NIM. S910209007
Telah Disetujui Oleh Tim Pembimbing
Dewan Pembimbing :
Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal
Pembimbing I Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D ..................... ..../8/2010
NIP. 196805081997921001
Pembimbing II Drs. Cari, M.A., M.Sc., Ph.D. ..................... ..../8/2010
NIP. 196103061985031002
Mengetahui
Ketua Program Studi Ilmu Fisika
Drs. Cari, MA., M.Sc., Ph.D
NIP. 196103061985031002
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tesis saya yang berjudul ” RUGI-RUGI
PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK DENGAN
SEBARAN INDEKS BIAS UNDAKAN AKIBAT PELILITAN PADA
SILINDER SECARA MALAR ” model sevenbending dengan variasi jari-jari 1,0 –
4,0 cm belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar Magister Sains Ilmu Fisika di
suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis
atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah
ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, September 2010
HARSONO
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
RUGI-RUGI PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK
DENGAN PERBEDAAN MODEBIAS UNDAKAN AKIBAT
PELILITAN SILINDER SECARA MALAR
HARSONO
Program Studi Ilmu Fisika. Fakultas Pascasarjana. Universitas Sebelas Maret
Surakarta 2010
Pembimbing I : Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D. Pembimbing II : Drs. Cari, M.A., M.Sc., Ph.D.
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian rugi-rugi pada serat optik bermode tunggal dan
jamak dengan perbedaan modebias undakan akibat pelilitan silinder secara malar menggunakan model tujuh bengkokan dengan variasi jari-jari 1,0 – 4,0 cm menggunakan panjang gelombang 632,8 nm. Penelitian dilakukan dimulai dengan membuat set up alat tujuh bengkokan, kemudian set up alat ini digunakan untuk mengetahui pengaruh bengkokan pada serat optik setelah dilakukan pergeseran sudut putar dan jumlah lilitan/putaran. Hasil penelitian menunjukkan nilai rugi-rugi (atenuasi) meningkat seiring pertambahan sudut putar dan jumlah lilitan/putaran. Nilai rugi-rugi semakin besar apabila jari-jari bengkokan semakin kecil. Kata kunci : serat optik bermode tunggal, serat optik bermode jamak, tujuh
bengkokan, rugi-rugi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
BENDING LOOSSES OF FIBER OPTIC SINGLE MODE FIBER (SMF) STEP INDEX AND MULTI MODE FIBER (MMF) STEP INDEX
BY CONSEQUENCE TURN AROUND ANGLES
HARSONO
Physics Program, Post Graduate Study Program. Sebelas Maret University,
Surakarta 2010
Advisor I : Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D.
Advisor II : Drs. Cari, M.A., M.Sc., Ph.D.
ABSTRACT A research has been conducted to investigate the loss value of single mode
fiber optic (smf) 28E step index, multi mode fiber (mmf) step index as result of macro bending with different angles on variation of seven bending diameter 1.0 cm – 4.0 cm using laser diode source that has 632.8 nm. At fist step, seven bending instrument are formed to observe the influence of bending to fiber optic transmission after different rotation with different angles and number of coil are applied. The result of the research shows that the attenuation loss by increasing number of coils. The loss value is larger if the bending diameter decreases. The attenuation loss increases by decreasing the bending diameter Keywords : fiber optic single mode step index, multi mode step index, bending
diameter, coil, attenuation loss.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
PERSEMBAHAN
Kepada Ibu-ku
Kepada kakak dan adik
Kepada Istri dan anak-anakku
Kepada Almamater-ku Pascasarjana UNS
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
MOTTO
…sesungguhnya Allah tidak mengubah keadaan suatu kaum sehingga mereka
mengubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri… (QS Ar Ra’d: 11)
“Maka nikmat Tuhan kamu yang manakah yang kamu dustakan?”
(QS Ar Rahman : 13)
“ Sebaik baik manusia adalah orang yang paling bermanfaat bagi orang lain”
(Hadist Nabi, diriwayatkan Ath-Thabrani dari Jabir r.a)
Manusia yang paling lemah adalah orang yang tidak mampu mencari teman.
Namun yang paling lemah dari itu ialah orang yang mendapatkan
banyak teman tetapi menyia-nyiakannya (Ali bin Abu Thalib)
Yakinlah bahwa dunia ini adalah tempat cobaan, ujian, tantangan, dan kesedihan.
Karena itu, terimalah apa adanya dan mintalah pertolongan kepada Allah, dan
ketahuilah, bahwa kesulitan itu akan membuka pendengaran,
penglihatan, menghidupkan hati, mendewasakan jiwa,
mengingatkan hamba, dan menambah pahala
(Dr. Aidh Al Qarni, La Tahzan : 511)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Segala puji hanya bagi Allah SWT pemilik alam semesta. sholawat dan salam
selalu terucap kepada junjungan Rasulullah Muhammad SAW.
Dengan karunia Allah SWT akhirnya penelitian Tesis dengan judul ” RUGI-
RUGI PADA SERAT OPTIK BERMODE TUNGGAL DAN JAMAK
DENGAN SEBARAN INDEKS BIAS UNDAKAN AKIBAT PELILITAN
PADA SILINDER SECARA MALAR” dapat diselesaikan dengan baik. Tentu atas
bantuan beberapa pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah
memberikan arahan dan motivasi penulis.
Penulis ucapkan terima kasih kepada :
1. Drs. Cari, M.A., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Program Studi Ilmu Fisika
Program Pascasarjana UNS dan pembimbing kedua yang telah banyak
memberikan bimbingan dalam penyusunan Tesis ini
2. Drs. Harjana, M.Si., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNS
3. Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D. selaku pembimbing pertama yang telah
banyak memberikan bimbingan dan arahan sehingga Tesis ini dapat
diselesaikan.
4. Ibuku yang telah mendidik dan membesarkan dengan penuh kasih
sayang. Terimakasih atas segala pengorbanan dan keridhaannya,
semoga Allah membalas dengan Surga. Amin.
5. Kakak dan adik yang saya sayangi semoga Allah selalu menjadi
penuntun langkah kita. Amin.
6. Istri dan kedua anakku yang dengan kesabaran dan ketulusan
mendampingi selama belajar dan penelitiannya, Semoga Allah SWT
memberikan ketabahan dan karunia yang tak ternilai. Amin!
7. Teman satu bimbingan (Pak Goris, Mbak Ika, Mbak Mayang, mbak
Esti, Mas Joko, Mas Sartono, Mas Ridho dan Mas Aris ), semoga kita
dapat kembali bertemu dalam satu tim.
8. Teman satu angkatan I tahun 2009 (Pak Syamsurizal, Pak Goris, Pak
Bangun Sartono, Pak Badrul Wajdi, Pak Agus Cahyana, Pak Darman,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
Mbak Theresia A Soares, Mbak Lily Maysari Anggraini, Pak Hadi dan
Mas Christian AD. Malu rasanya belum banyak manfaat dariku buat
kalian, teman-temanku yang baik.
9. Semua angkatan. Terutama adik-adik angkatan yang berkenan
membantu penelitian ini. Semoga sukses selalu!
Semoga bermanfaat dan dilanjutkan penelitian berikutnya.
Surakarta, September 2010 Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN .................................................... ii
HALAMAN PERNYATAAN.. ................................................... iii
HALAMAN ABSTRAK ............................................................. iv
HALAMAN ABSTRACT ............................................................. v
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................. vi
HALAMAN MOTTO .................................................................. vii
KATA PENGANTAR ................................................................. viii
DAFTAR ISI ................................................................................ x
LAMPIRAN ................................................................................. xiii
DAFTAR TABEL ........................................................................ xvi
DAFTAR GAMBAR ................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah ........................................................ 1
B. Perumusan Masalah ............................................................... 2
C. Batasan Masalah .................................................................... 4
D. Tujuan Penelitian ................................................................... 4
E. Manfaat Penelitian ................................................................. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
A. Indeks Bias ............................................................................. 6
B. Pemantulan dan Pembiasan ................................................... 7
C. Serat Optik ............................................................................. 10
1. Struktur Serat Optik ........................................................ 11
2. Jenis Serat Optik…………………………………………. 12
a. Serat Optik Bermode Tunggal dengan Sebaran Indeks
Bias…... ..................................................................... 12
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
b. Serat Optik Bermode Jamak dengan Sebaran Indeks
Bias… ........................................................................ 13
c. Serat optik Bermode Jamak dengan nilai Sebaran
Indeks Bias (Graded Index). ...................................... 13
3. Karakteristik Transmisi pada Serat Optik……………… 14
a. Modus Transmisi…… ............................................... 14
b. Numerical Aperture…… ........................................... 14
4. Perambatan Cahaya……………………………………. . 16
5. Perambatan Cahaya dalam Serat optik bermode tunggal 19
6. Rugi-Rugi Daya pada Serat Optik……………………….. 22
a. Absorbsi ..................................................................... 23
b. Hamburan Reyleigh .................................................... 23
c. Pemantulan Fresnel ................................................... 24
d. Rugi-Rugi Pembengkokan ......................................... 24
1) Macro Bending/Pembengkokan Makro ............... 25
2) Micro Bending/Pembengkokan Mikro ................. 27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................ 31
B. Alat dan Bahan ....................................................................... 31
1. Alat .............................................................................. 31
2. Bahan ............................................................................... 31
C. Metode Penelitian .................................................................. 32
1. Persiapan Alat dan Bahan ................................................ 34
2. Set up alat Tujuh Bengkokan ........................................... 36
a. Penggunaan Laser ...................................................... 36
b. Penggunaan Optical Chopper .................................... 37
c. Penggunaan detektor .................................................. 37
d. Penggunaan oscilloscope............................ ............... 38
3. Pengambilan Data................................................ ............ 38
4. Pengolahan Data.................................................. ............ 40
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
5. Analisa Data......................................................... ............ 40
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian ..................................................................... 41
1. Hasil pada Oscilloscope ................................................. 43
2. Efek Putaran terhadap Tegangan……………………… 47
3. Pengolahan Data dari Tegangan Oscilloscope menjadi
Bentuk deci-Bell............................................................ 49
4. Pengaruh Sudut Putaran terhadap Rugi-rugi Optik........ 49
B. Analisis .................................................................................. 53
1. Pengaruh Pembengkokan terhadap Tegangan................. 53
2. Pengaruh Pembengkokan terhadap Rugi-Rugi............... 55
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan ............................................................................ 56
B. Saran ...................................................................................... 56
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 58
LAMPIRAN ................................................................................................
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
LAMPIRAN
LAMPIRAN I : Hasil Pengukuran Beda Potensial terhadap Jumlah
Putaran pada Serat Optik Bermode Jamak untuk
Tujuh Bengkokan.. ........................................................ 61
LAMPIRAN II : Hasil Pengukuran Beda Potensial terhadap Jumlah
Putaran pada Serat Optik Bermode Tunggal untuk
Tujuh Bengkokan .......................................................... 64
LAMPIRAN III : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan
Diameter 4,0 cm ............................................................ 67
LAMPIRAN IV : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan
Diameter 3,5 cm ............................................................ 69
LAMPIRAN V : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan
Diameter 3,0 cm ............................................................ 71
LAMPIRAN VI : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan
Diameter 2,5 cm ............................................................ 73
LAMPIRAN VII : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan
Diameter 2,0 cm ............................................................ 75
LAMPIRAN VIII : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan
Diameter 1,5 cm ............................................................ 77
LAMPIRAN IX : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Jamak dengan
Diameter 1,0 cm ............................................................ 79
LAMPIRAN X : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan
Diameter 4,0 cm………………………………… ........ 81
LAMPIRAN XI : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan
Diameter 3,5 cm………………………………………. 83
LAMPIRAN XII : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan
Diameter 3,0 cm………………………………………. 85
LAMPIRAN XIII : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan
Diameter 2,5 cm………………………………………. 87
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiv
LAMPIRAN XIV : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan
Diameter 2,0 cm………………………………………. 89
LAMPIRAN XV : Hasil Perhitungan Serat Optik Bermode Tunggal dengan
Diameter 1,5 cm………………………………………. 91
LAMPIRAN XVI : Hasil Perhitungan Serat OPtik Bermode Tunggal dengan
Diameter 1,0 cm………………………………………. 93
LAMPIRAN XVII: Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan
1 sampai 5 putaran…………………………………… 95
LAMPIRAN XVIII:Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan
1 sampai 5 putaran…………………………………… 96
LAMPIRAN XIX : Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
4,0 cm………… ............................................................ 97
LAMPIRAN XX : Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
3,5 cm………… ............................................................ 98
LAMPIRAN XXI : Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
3,0 cm………… ............................................................ 99
LAMPIRAN XXII: Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
2,5 cm………… ............................................................ 100
LAMPIRAN XXIII: Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
2,0 cm ............................................................................ 101
LAMPIRAN XXIV: Grafik Serat Optik Bermode Jamak dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
1,5 cm………… ............................................................ 102
LAMPIRAN XXV : Grafik Serart Optik Bermode Jamak dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
1,0 cm………… ............................................................ 103
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
LAMPIRAN XXVI: Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
4,0 cm………… .......................................................... 104
LAMPIRAN XXVII: Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan
sudut putan 0o sampai 720o pada diameter bending
3,5 cm………… .......................................................... 105
LAMPIRAN XXVIII: Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
3,0 cm………… .......................................................... 106
LAMPIRAN XXIX: Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
2,5 cm………… .......................................................... 107
LAMPIRAN XXX : Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
2,0 cm………… .......................................................... 108
LAMPIRAN XXXI: Grafik Serat Optik Bermode Tunggal dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
1,5 cm………… .......................................................... 109
LAMPIRAN XXXII: Grafik Serat OPtik Bermode Tunggal dibending dengan
sudut putar 0o sampai 720o pada diameter bending
1,0 cm………… .......................................................... 110
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Numerical Aperture (NA) pada serat optik bermode jamak.. 15
Tabel 4.1.a. Hubungan antara diameter bending terhadap jumlah putaran
Pada serat optik bermode jamak dengan variasi diameter
untuk 1 Sampai 5 putaran…………………………............ 46
Tabel 4.1.b. Hubungan antara diameter bending terhadap jumlah putaran
Pada serat optik bermode tunggal dengan variasi diameter
untuk 1 Sampai 5 putaran...................................................... 46
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvii
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gmb 1.1. Grafik intensitas keluaran pada bengkokan serat optik
smf-28 dengan TLS (Alim S, 2006)...............................
2
Gmb 1.2. Grafik rugi-rugi bengkokan serat optik smf-28 (Alim
S, 2006)……………………………………………..… 3
Gmb 2.1. Pembiasan dan Pemantulan cahaya pada bidang batas
antara dua medium optik……………………………… 7
Gmb 2.2. Sinar datang dari medium lebih rapat (kaca) menuju
medium kurang rapat (air).............................................. 8
Gmb 2.3. Gambar pergeseran fase dari komponen pemantulan
gelombang normal (dN) dan gelombang paralel
(sejajar) (dr) terhadap bidang batas untuk perambatan
cahaya dari kaca menuju air (n=1,5 dan fC = 52o)
dengan interval nilai sudut dari nol sampai p/2 - fC
saat fC = 90o)................................................................. 9
Gmb 2.4. Bagian-bagian serat optik……….................................... 11
Gmb 2.5. Serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks
bias.………………………………….………………… 12
Gmb 2.6. Serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks
bias…………………………………………………….. 12
Gmb 2.7. Serat optik bermode jamak dengan sebaran nilai
indeks bias (graded index)……………………………. 13
Gmb 2.8. Sudut dimana sinar dapat diterima oleh serat optik….. 14
Gmb 2.9. Gelombang cahaya merambat sepanjang pandu
gelombang serat optik, perubahan fase dihasilkan oleh
keduanya setelah melalui médium serat dan terpantul
didalamnya……………………………………………. 16
Gmb 2.10. Distribusi medan listrik untuk beberapa jenis urutan
potongan pandu dalam penampang sejajar 18
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xviii
pandugelombang…………………………….………
…
Gmb 2.11. Distribusi cahaya dalam serat optik bermode tunggal
pada sembarang panjang gelombang. Untuk distribusi
Gaussan, MFD dinyatakan dengn 1/r2 terhadap energi
optik................................................................................ 19
Gmb 2.12. Dua polarisasi pada mode HE11 pada serat optik
bermode tunggal.................…........................................ 20
Gmb 2.13. Atenuasi serat optik terhadap fungsi panjang
gelombang dihasilkan 0,5 dB/km pada 1300 nm dan
0,3 dB/km pada 1550 nm untuk jenis serat optik mode
tunggal. Pada serat optik ini terjadi puncak atenuasi
diantara panjang gelombang 1400 nm yang
diakibatkan dari penyerapan molekul air....................... 22
Gmb 2.14. Pembelokan sinar di dalam inti serat optik dengan
variasi sudut sinar datang............................................... 24
Gmb 2.15. Sketsa dasr kurva pandu gelombang optik……………. 25
Gmb 2.16. Peristiwa rugi-rugi akibat pembengkokan mikro……... 26
Gmb 2.17. Eksperimen rugi-rugi daya serat optik pada bebeerapa
persamaan da percobaan sebagai fungsi dari jari-jari
pembengkokan………………………………………… 27
Gmb 2.18. Eksperimen rugi-rugi daya serat optik beberapa
panjang gelombang sebagai fungsi dari jari-jari
pembengkokan…..………….......................................... 29
Gmb 3.1. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian
karakteristik rugi-rugi serat optik akibat
pembengkokan makro dengan model pelilitan............... 31
Gmb 3.2. Skema pembengkokan serat optik dari sumber dan
diterima detector………………………………………. 32
Gmb 3.3. Skema penelitian kajian rugi-rugi macro bending fiber
optic dengan model sevenbending.................................. 33
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xix
Gmb 3.4.a. Silinder tak bercelah……………………………........... 34
Gmb 3.4.b
. Silinder bercelah……………………………………..... 34
Gmb 3.5. Skema pembendingan serat optik (a) silinder tanpa
celah (b) silinder bercelah.............................................. 34
Gmb 3.6. Laser klasse-2 DIN 58126.............................................. 35
Gmb 3.7.a. Pengatur frekuensi.......................................................... 36
Gmb 3.7.b Optical chopper.............................................................. 36
Gmb 3.8. Oscilloscope Yokagawa DL 1520.................................. 37
Gmb 4.1. Skema pembendingan serat optik secara lengkap…....... 42
Gmb 4.2. Grafik tegangan sumber sinyal setelah dicacah dengan
optical chopper………………………………………......... 42
Gmb 4.3. Grafik tegangan sumber sinyal yang tidak dilewatkan
pencacah......................................................................... 43
Gmb 4.4. Tegangan oleh pembengkokan dengan diameter
pembengkokan serat optik 4,0 cm...............………........ 44
Gmb 4.5. Tegangan oleh pembengkok sinar laser tidak pas pada
intinya..............……………………………………....... 44
Gmb 4.6.a. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik
multi mode dengan pembengkokan (bending) terhadap
variasi jumlah putaran (1 sampai 5) putaran)................. 47
Gmb 4.6.b
.
Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik
single mode dengan pembengkokan (bending)
terhadap variasi jumlah putaran (1 sampai 5 putaran)... 48
Gmb 4.7.a. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik
multi mode dengan pembengkokan (bending) terhadap
variasi sudut putaran (0o sampai dengan 360o)……….. 49
Gmb 4.7.b
.
Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik
multi mode dengan pembengkokan (bending) terhadap
variasi sudut putaran (360o sampai dengan 720o............ 50
Gmb 4.8.a. . Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik 51
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xx
single mode dengan pembengkokan (bending)
terhadap variasi sudut putaran (0o sampai dengan 360o)
Gmb 4.8.a. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik
single mode dengan pembengkokan (bending)
terhadap variasi sudut putaran (360o sampai dengan
720o)............................................................................... 51
Gmb 4.9. Sinar yang tidak dapat masuk ke dalam inti serat optik
karena kesalahan pemotongan………………................ 54
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user 1
ABSTRAK Harsono, S910209007. 2010. “Rugi-rugi pada Serat Optik Bermode Tunggal dan Jamak dengan Sebaran Indeks Bias Undakan Akibat Pelilitan pada Silinder secara Malar. Pembimbing I : Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D. Pembimbing II : Drs. Cari, M.A., Ph.D. Tesis : Program Studi Ilmu Fisika, Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Tujuan yang dicapai dalam penelitian yaitu : 1) dapat membuat set up alat yang dapat digunakan untuk mencari nilai rugi-rugi akibat pembengkokan yang dikonversi dengan sudut putar dari 0o sampai dengan 720o dan jumlah putaran ( 1 sampai dengan 5 putaran). 2) mengetahui pengaruh diameter bengkokan 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm pada fiber optik Multi Mode Fiber dan Single Mode Fiber terhadap nilai rugi-rugi dengan panjang gelombang 632,8 nanometer dan sumber cahaya dari laser He-Ne. 3) mengetahui perbedaan rugi-rugi (atenuasi) karena variasi diameter tujuh bengkokan sudut putar antara 0o sampai dengan 720o dengan menggunakan sumber cahaya dari laser He-Ne yang memiliki panjang gelombang 632,8 nm. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Oktober 2009 sampai dengan bulan Februari 2010. Alat dan bahan yang digunakan sebagian besar telah disediakan di laboratorium optik jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) UNS seperti Laser Klasse-2 DIN 58126, menghasilkan pancaran sinar dengan panjang gelombang 632,8 nm berwarna merah, Oscilloscop Yokogawa DL 1520, optical Chopper 3501, Detektor, serat optik (Multimode dan Singlemode). Prinsip kerja yang dilakukan dalam penelitian ini adalah melakukan pembengkokan serat optik yang terbuat dari gelas dengan diameter bengkokan 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm. Alat bengkokan digunakan dari pipa paralon dan pipa aluminium yang mudah diperoleh dan cenderung silindernya rata. Sedangkan sumber cahaya digunakan sinar laser He Ne dengan panang gelombang 632,8 nm menggunakan sumber energi listrik 220 volt. Alat pembengkok dirancang agar dapat dilakukan proses pembengkokan melalui perubahan besarnya sudut putar mulai 0o sampai dengan 720o dan selama proses perubahan sudut tersebut diharapkan serat optik tidak mengalami pengenduran dalam lilitannya.
Setelah dilakukan penelitian diperoleh hasil sebagai berikut : 1) multi mode fiber lebih mudah dalam perambatan sinar laser dibandingkan dengan menggunakan serat optik single mode fiber. 2) semakin kecil diameter pembengkokan menimbulkan rugi-rugi yang makin besar. 3) semakin besar nilai sudut putar akan menimbulkan rugi-rugi yang makin besar pula. 4) makin besar jumlah putaran, maka rugi-rugi yang makin besar.
Kata kunci : serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks bias, serat optik bermode jamak
dengan sebaran indeks bias, diameter pembengkok, lilitan, rugi-rugi atenuasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user 2
ABSTRACT
Harsono, S910209007. 2010. “The attenuation of single mode fiber step index and
multi mode step index were to result by the diameter bending with difference of many coil and turning angle. The first Commission of Supervision : Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D. The second supervision is Drs. Cari, M.A., Ph.D. Thesis: Science Physics Program, Postgraduate Program of Sebelas Maret University, Surakarta.
This study is aimed to comprehend : 1) can to fabricated of many set up instrument for used looking for value attenuation to result by turning angle from 0o to 720o and many coil ( 1 to 5 coil). 2) to influence diameter bending 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm, and 1,0 cm for multi mode fiber and single mode fiber concerning to the attenuation value with wavelength 632,8 nanometer and used light resources laser He-Ne. 3) To know difference the attenuation by result of variation seven bending diameter used light resources laser He-Ne it have wavelength 632,8 nanometer.
The research was carried from October 2009 to February 2010. The material and instrument used to prepare in optic laboratory physics majors the Mathematics and Science Program of Sebelas Maret University for example laser klasse-2 DIN 58126, to produce red light wavelength 632,8 nanometer, Oscilloscope Yokogawa DL 1520, optical chopper 3501, detector, fiber optic (multimode and single mode). The principle of working research was bending glass fiber optic with diameter bending 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm and 1,0 cm. The material diameter bending is used from paralon and aluminum tube. The light resources used laser He-Ne with wave length 632,8 nm and electrical power 220 volt. The bending instruments for used simple make difference turning angle from 0o to 720o as long as to process of change angle hoped no happen slacken in the coil.
The product of research was : 1) multi mode fiber optic step index more simple to light propagation laser than single mode fiber optic step index. 2) more and more small of diameter bending to result bigger value attenuation. 3) more and more bigger value turning angle to the result value more bigger. 4) more and more bigger coil to result value bigger attenuation.
Keywords : fiber optic single mode step index, multi mode step index, bending diameter, coil,
attenuation loss.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Serat optik adalah saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik yang
digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain.
Sinyal cahaya yang biasa ditransmisikan adalah laser, karena laser mempunyai
spektrum yang sangat sempit. Cahaya dalam serat optik sulit keluar karena dalam
serat optik mengalami pemantulan sempurna. Kecepatan transmisi serat optik sangat
tinggi sehingga sangat baik digunakan sebagai saluran komunikasi. Komponen dari
serat optik terdiri dari 2 bagian pokok, yaitu cladding dan core. Core adalah inti,
sedangkan cladding adalah selubung dari core. Cladding mempunyai indeks bias
lebih rendah dari pada core. Struktur demikian memungkinkan terjadinya fenomena
pemantulan sempurna. Selisih indeks bias antara core dan cladding akan
menentukan besarnya jari-jari minimum fiber optik boleh dibengkokkan tanpa
menimbulkan rugi-rugi (Farrel; 2002).
Hal yang berpengaruh dalam transmisi sinyal pada serat optik adalah sifat
bahan serat optik tersebut. Sifat yang dimaksud meliputi proses pemantulan dan
pembiasan sinyal di dalam serat optik tergantung pada indeks bias bahan yang
dipakai dalam serat optik tersebut. Selain sifat bahan, redaman/attenuasi menjadi
masalah tersendiri dalam penyaluran sinyal. Di antara bentuk redaman yang sering
terjadi ketika proses instalasi kabel/kontruksi kabel adalah pembengkokan/bending.
Tidak semua pembengkokan menyebabkan terjadinya redaman. Serat optik
mengalami redaman/rugi-rugi sinyal ketika dibengkokkan pada jari-jari tertentu.
Sinyal yang teredam di tengah perjalanan menuju receiver menyebabkan penurunan
kualitas sinyal yang diterima oleh konsumen ketika menggunakan jasa.
Penerapan ini memanfaatkan fakta terjadinya kenaikan rugi-rugi di dalam
serat optik yang dibengkokkan. Sinyal gelombang elektromagnetik dibangkitkan dari
sumber yang biasanya berupa laser dilewatkan melalui serat optik menuju receiver.
Gangguan berupa pembengkokan yang terjadi di tengah perjalanannya menuju
receiver menyebabkan kenaikan rugi-rugi (losse).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
Rugi-rugi akibat pembengkokan pada fiber optik dibedakan menjadi dua
macam yaitu, macro bending (pembengkokan makro) dan micro bending
(pembengkokan mikro). Rugi-rugi karena pembengkokan makro terjadi bila sinar
atau cahaya melalui fiber optik yang dibengkokkan dengan jari-jari lebih lebar
dibandingkan dengan diameter serart optik. Sedangkan pembengkokan mikro terjadi
karena ketidakrataan pada permukaan batas antara inti dan selubung secara acak pada
serat optik. Nilai rugi-rugi untuk tiap serat optik adalah khas, nilai rugi-rugi ini
dipengaruhi oleh selisih indeks bias antara core dan cladding (Gerd; 2000).
Berdasarkan hasil penelitian bengkokan serat optik smf-28 untuk panjang 3
meter diperoleh grafik seperti gambar 1.1. :
0 10 20 30 40 50 60 70
0
100
200
300
400
smf-28
Inte
nsita
s B
engk
okan
(m
ikro
wat
t)
Jari-jari (mm)
Gambar 1.1. grafik intensitas keluaran pada bengkokan serat optik
smf-28 dengan sumber TLS (Alim S,. 2006)
Serta grafik hubungan antara rugi-rugi bengkokan (dB) terhadap jari-jari (mm)
diperoleh seperti terlihat gambar 1.2. :
0 10 20 30 40 50 60 703
6
9
12
15
18
21
smf-28
Rug
i-rug
i Ben
gkok
an (
dB)
Jari-jari (mm)
Gambar 1.2. grafik rugi-rugi bengkokan serat optik smf-28 (Alim S,. 2006)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
Alim melakukan pelilitan serat optik dengan satu lingkaran penuh, ternyata
menghasilkan nilai rugi-rugi (atenuasi) pada jari-jari pembengkokan 5 mm
selanjutnya secara berangsur serat optik diberikan pembengkokan jari-jari sampai 65
mm. Atenuasi terlihat sangat jelas pada pembengkokan antara jari-jari 5 mm sampai
10 mm.
Pembengkokan dilakukan dengan tujuh mode ukuran yang merupakan
alternatif yang memungkinkan timbulnya perbedaan nilai intensitas energi sinar laser
yang berasal dari sumber terhadap intensitas energi setelah dikenai pembengkokan
makro. Selanjutnya atas pertimbangan pembengkokan serat optik mendekati jari-jari
kritis, maka ukuran bengkokan yang menimbulkan perbedaan dengan interval harga
0,5 cm dari ukuran terbesar 4,0 cm sampai terkecil 1,0 cm. Berdasarkan perbedaan
diameter ukuran pembending tersebut, maka serat optik yang dililitkan pada masing-
masing ukuran dikenai pembendingan dengan sudut putar dari 10o sampai 720o dan
setiap interval 10o dilakukan pengukuran beda potensial yang terbaca oleh
oscilloscope.
B. Perumusan masalah
Selanjutnya peneliti mencoba untuk melakukan pembengkokan makro
terhadap serat optik bermode jamak dan bermode tunggal dengan sebaran indeks bias
undakan dengan perubahan jumlah lilitan dan sudut putar untuk variasi diameter
pembengkok yang disusun dengan perumusan sebagai berikut :
1. Apakah besarnya diameter pembengkok serat optik bermode jamak dan
bermode tunggal mempengaruhi nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser ?
2. Apakah banyaknya lilitan serat optik bermode jamak dan bermode tunggal akan
menimbulkan rugi-rugi (atenuasi) energi pancar sinar laser untuk beberapa
variasi diameter pembengkok ?
3. Apakah besarnya sudut pelilitan serat optik bermode jamak dan bermode
tunggal akan menimbulkan rugi-rugi (atenuasi) energi pancar sinar laser untuk
beberapa variasi diameter pembengkok ?
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
4. Apakah terdapat perbedaan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser antara
serat optik bermode jamak dan bermode tunggal untuk variasi diameter
pembengkok, banyaknya lilitan dan besarnya sudut putar ?
C. Batasan Masalah
Penelitian ini dilakukan dengan batasan masalah sebagai berikut:
1. Serat optik yang digunakan adalah jenis serat optik bermode tunggal corning
smf-28E dengan sebaran indeks bias undakan dan serat optik bermode jamak
inficor-300 dengan sebaran indeks bias dari instrument serat optik.
2. Pembengkokan makro dilakukan dengan model tujuh diameter, yaitu : 4,0 cm,
3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm. Bahan pembengkok terbuat
dari paralon, aluminium dan kertas karton tebal.
3. Jumlah lilitan untuk setiap ukuran diameter pembengkok dilakukan sebanyak
lima lilitan dengan tidak menimbulkan perubahan posisi kedua ujung serat optik.
4. Besarnya sudut putar diatur dengan interval 10o dari posisi serat optik dalam
keadaan lurus sampai pada sudut putar 720o.
5. Sinar laser yang ditransmisikan dalam serat optik adalah sinar dengan panjang
gelombang 632,8 nanometer dari laser He-Ne.
6. Frekuensi putaran optical chopper digunakan untuk setiap kali penelitian adalah
99,00 Hz.
D. Tujuan Penelitian
Setelah dilakukan penelitian ini diharapkan rumusan masalah dapat
diselesaikan, sehingga sistematika tujuan penelitian disusun sebagai berikut :
1. Menentukan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk variasi diameter
pembengkok serat optik bermode jamak dan bermode tunggal.
2. Menentukan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk variasi banyaknya
lilitan serat optik bermode jamak dan bermode tunggal.
3. Menentukan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk variasi besarnya
sudut putar serat optik bermode jamak dan bermode tunggal.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
4. Menentukan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk serat optik
bermode jamak dengan bermode tunggal dalam variasi diameter, banyaknya
lilitan dan besarnya sudut putar.
E. Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Menambah informasi dan wawasan tentang set up alat tujuh bengkokan, yang
dibuat dengan menggunakan kertas karton, pipa paralon, dan atau pipa silinder
aluminium.
2. Mengetahui karakteristik nilai rugi-rugi pada serat optik bermode jamak dan
bermode tunggal menggunakan set up alat tujuh bengkokan, dengan variasi jari-
jari bengkokan 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm. 1,5 cm dan 1,0 cm
menggunakan sumber sinar laser yang berisi gas helium dan neon (Laser He-Ne)
dengan warna merah dan panjang gelombang 632,8 nm.
3. Mengetahui proses pentransmisian sinar laser dan perbedaan nilai beda potensial
output terhadap beda potensial inputnya yang mengalami pengurangan akibat
pembengkokan dengan variasi diameter dan variasi sudut putar dari 0o sampai
dengan 720o atau jumlah lilitan/putaran.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Indeks Bias
Perambatan cahaya dalam ruang hampa udara memiliki laju kecepatan c
kemudian setelah memasuki medium tertentu akan berubah kecepatannya menjadi v.
Ketika cahaya merambat di dalam suatu bahan, kecepatannya akan turun sebesar
suatu faktor yang ditentukan oleh karakteristik bahan yang dinamakan indeks bias
(n). Indeks bias merupakan perbandingan (rasio) antara kecepatan cahaya di ruang
hampa terhadap kecepatan cahaya di dalam bahan seperti dinyatakan oleh : � = Ê剖 (2.1)
Indeks bias suatu bahan optik besarnya tergantung pada panjang
gelombang. Fenomena bagian ini seperti ditunjukkan pada pembiasan pada prisma.
Jika gelombang datar merambat dalam medium sama akan menghasilkan indeks bias
n(l). Konstanta perambatan untuk gelombang ini dinyatakan dengan persamaan : 诡= �牵Ê (2.2)
Turunan konstanta perambatan terhadap w dinyatakan sebagai berikut :
Ţ Ţ牵= 囊Ê足� + 卉Ţ�Ţ牵卒 (2.3)
Jika pada umumnya variasi indeks bias dipengaruhi panjang gelombang,
maka dapat dikembangkan hubungan n pada lo dari pada w, lo merupakan panjang
gelombang yang dihasilkan pada ruang hampa udara. �l难= 规 (2.4)
Selanjutnya diperoleh :
Ţ�Ţ牵= Ţ�Ţl钳Ţl钳Ţ牵 = Ţ�Ţl钳足能挠ƴÊ牵潜卒 (2.5)
Oleh karena itu persamaan 2.5. menjadi :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
Ţ Ţ牵= 囊Ê足� − l难Ţ�Ţl钳卒 (2.6)
c merupakan kecepatan rambat gelombang cahaya dalam ruang hampa dan n adalah
indeks bias bahan (Lee, 1986).
Hubungan antara panjang gelombang dalam ruang hampa (l), panjang
gelombang dalam medium tertentu (lm), dan frekuensi gelombang memiliki harga
yang konstan yaitu f dapat dinyatakan dengan :
l= Êg (2.7)
l= 剖g (2.8)
lm = l� (2.9)
l panjang gelombang sinar dalam ruang hampa, lm panjnag gelombang sinar yang
masuk dalam medium tertentu, dan n indeks bias medium yang digunakan dalam
perambatan sinar.
B. Pemantulan dan Pembiasan
Bila seberkas cahaya datang dari medium yang lebih rapat ke medium yang
kurang rapat maka cahaya akan mengalami dua kemungkinan pemantulan dan atau
pembiasan (gambar 2.1). Pemantulan cahaya terjadi apabila suatu sinar mengenai
batas antara dua médium kemudian sinar dipantulkan pada médium yang sama. Sinar
yang mengenai permukaan bidang pantul yang datar akan menghasilkan sudut pantul
yang sama besar dengan sudut datangnya. Sinar akan dibiaskan melalui bidang batas
antara dua médium, apabila sinar mengenai médium yang berbeda dan diteruskan ke
dalam medium yang berbeda tersebut dengan sudut yang proporsional terhadap
besarnya indeks bias medium yang dilaluinya. Jika medium yang dilalui sinar lebih
renggang maka sinar akan menjauhi garis normal bidang batas. Tetapi jika sinar
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
masuk pada medium yang lebih rapat terhadap medium semula, maka sinar yang
dibiaskan akan mendekati garis normal bidang (Pedrotti, 1993).
2211 ff SinnSinn = (2.10)
Dengan 1n adalah Indeks bias medium 1, n2 adalah Indeks bias
medium 2, ∅1 adalah sudut antara sinar datang dan garis normal, ∅2 adalah sudut
antara sinar bias dan garis normal
Gambar 2.1. Pembiasan dan pemantulan cahaya pada bidang batas antara dua medium optik (Keiser, 2000).
Pada Gambar 2.1 dapat dilihat adanya dua medium dengan indeks bias nı
dan n2, dimana n1 > n2 (indeks bias medium pertama lebih besar dari indeks bias
medium kedua). Sinar datang dari medium pertama berindeks bias nı menuju
medium kedua dengan indeks bias n2. Sebagian sinar yang mengenai bidang batas
akan mengalami pemantulan dan sebagian yang lain mengalami pembiasan. Sinar
datang dipantulkan dengan sudut yang sama besar dengan sudut sinar datang 1f dan
sinar bias dibiaskan menjauhi garis normal dengan sudut 2f . Pemantulan internal
sudut kritis terjadi ketika sinar bias sejajar dengan bidang batas medium 2f (sudut 2f
mencapai 90˚), maka sudut 1q tersebut dinamakan sudut kritis ( Cf ). Pernyataan
tersebut dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
nn 21>
n 1 q 1
f2
f1
n 2
Sinar di biaskan menjauhi garis
normal
Garis Normal normal
Batas medium
Sinar datang Sinar dipantulkan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
sin∅披= �潜�前 (2.11)
Sinar datang dari médium �囊 lebih rapat (kaca) menuju ke médium �挠
kurang rapat (air) akan menghasilkan tiga bentukan sinar yang diteruskan seperti
tergambar berikut.
Gambar 2.2. Sinar datang dari medium lebih rapat (kaca) menuju medium kurang rapat (air). (a) Sudut datang lebih kecil dari sudut kritis, maka sinar akan
dibiaskan menjauhi garis normal (b) Sinar datang sama dengan sudut kritis, maka sinar akan dibiaskan
sejajar bidang batas (c) Sinar datang lebih besar dari sudut kritis, maka sinar akan
dipantulkan sempurna
Pada saat cahaya mengalami pemantulan total, maka akan terjadi
pergeseran fase (d). Pergeseran fase ini tergantung pada sudut datang (f1) yang
dinyatakan dengan persamaan : ∅囊< ƴ挠− ∅披 (2.12)
Perhitungan nilai pergeseran fase dari komponen pemantulan gelombang
normal (dN) dan gelombang paralel (dP) dinyatakan dengan persamaan :
棍龟旗蠕挠 = 税�潜Ê2ú潜∅前能囊�ú平�∅前 (2.13)
棍龟旗孺挠 = �税�潜Ê2ú潜∅前能囊ú平�∅前 (2.14)
∅囊
�囊
�挠
(瑰)囊 (规)囊∅囊> ∅Ê
∅囊
�挠
�囊
∅囊 < ∅Ê
∅挠
(逛)∅囊
�挠
�囊
∅囊=∅Ê
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
Untuk n = �前�潜, perbandingan kedua nilai medium hantar cahaya.
Gambar 2.3. Gambar pergeseran fase dari komponen pemantulan gelombang normal (dN) dan gelombang paralel (sejajar) (dP) terhadap bidang batas untuk perambatan cahaya dari kaca menuju ke air (n = 1,5 dan fC = 52o) dengan interval nilai sudut dari nol sampai
:弥石∅键 saat fC = 90o. Prinsip dasar optik ini sekarang digunakan untuk menggambarkan besarnya daya
optik yang ditransmisikan sepanjang serat optik (Keiser, 2000).
Konsep utama dari struktur pemandu gelombang optik (optic wave guide)
adalah suatu medium dari bahan material dielektrik dengan indeks bias tertentu
berupa lempengan atau potongan atau silinder yang dilapisi dengan medium
dielektrik yang indeks biasnya lebih rendah sebagai saluran cahaya yang memandu
cahaya internal total yang berulang-ulang pada bidang batas sehingga cahaya tetap
dalam medium yang memiliki indeks bias lebih besar (Saleh; 1991).
C. Serat Optik
Penelitian dan perkembangan dalam teknologi terpadu optik seperti yang
terlihat saat ini tidak dapat dilepaskan adanya terobosan teknologi dalam produksi
Per
gese
ran
fase
(de
raja
d)
f1 (derajad)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
serat optik dari yang semula memiliki rugi-rugi tinggi menjadi seperti sekarang yang
memiliki rugi-rugi terhadap intensitasnya relatif rendah. Penurunan kerugian inilah
menjadi daya tarik yang besar untuk digunakan dalam transmisi sistem komunikasi.
Keunggulan serat optik sebagai media transmisi terutama mampu
meningkatkan pelayanan sistem komunikasi data, seperti peningkatan jumlah kanal
yang tersedia, kemampuan mentransfer data dengan kecepatan mega bit /second,
terjaminnya kerahasiaan data yang dikirimkan sehingga pembicaraan tidak dapat
mengalami perkembangan yang sangat begitu pesat disadap, tidak terganggu oleh
gelombang elektromagnetik, petir atau cuaca
Ukuran yang kecil dan bobot cahaya pada serat optik juga membuat hal itu
yang sangat diinginkan untuk menggantikan jaringan dengan kawat secara
konvensional di udara karena jaringan di udara memerlukan biaya yang sangat besar.
Serat optik dapat juga digunakan untuk menggantikan kawat logam dalam jaringan
dibawah tanah maupun di dalam bangunan-bangunan, perkembangan yang telah
digunakan untuk telepon dan sistem komunikasi data ( Lee, 1986).
Serat optik adalah suatu dielektrik waveguide yang beroperasi pada
frekuensi optik atau cahaya. Serat optik berbentuk silinder yang panjang terbuat dari
kaca atau plastik dan menyalurkan energi gelombang elektromagnetik dalam bentuk
cahaya di dalam permukaannya dan mengarahkan cahaya pada sumbu aksisnya. Hal-
hal yang mempengaruhi transmisi energi gelombang yang melaluinya seperti laser
atau gelombang cahaya lainnya dengan waveguide ditentukan oleh sifat bahan dan
bentuk geometrinya, yang merupakan faktor penting dalam penyaluran suatu sinyal
sepanjang serat optik (Lee, 1986).
1. Struktur Serat Optik
Stuktur serat optik biasanya terdiri atas 3 bagian, yaitu inti (core), selubung
atau selimut (cladding), dan jaket pengaman (coating). Masing-masing bagian akan
dijabarkan seperti berikut dan gambar/ struktur skemanya bagian-bagiannya dapat
dilihat pada gambar 2.4. yaitu :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
Gambar 2.4. Bagian-bagian serat optik (Farrel, 2002)
a. Inti (core) adalah bagian terdalam serat optik merupakan lapisan dielektrikum
mempunyai diameter yang bervariasi antara 5 – 50 mm tergantung jenis serat
optiknya.
b. Selimut/selubung (cladding) adalah bagian terluar serat yang berfungsi
mempertahankan gelombang tetap di dalam inti, mempunyai indeks bias lebih kecil
dibanding dengan bagian inti.
c. Jaket (coating/buffer) adalah pelindung lapisan inti dan selimut yang terbuat
dari bahan plastik atau nilon (Saleh, 1991).
2. Jenis Serat Optik
Jenis-jenis serat optik ada 3, yaitu serat optik bermode tunggal dengan
sebaran indeks bias, serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks bias, serat
optik bermode jamak dengan nilai sebaran (multi mode fiber gradded index).
a. Serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks bias
Serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks bias umumnya terbuat
dari bahan gelas silika (SiO2). Ukuran core atau intinya adalah 8 - 12 mm sedangkan
diameter cladding-nya 125 mm (Gambar 2.5). Dalam fiber jenis ini hanya satu berkas
cahaya (satu mode) yang dapat melaluinya (Saleh; 1991).
Gambar 2.5. Serat optik bermode tunggal dengan sebaran indeks bias (Keiser; 2000)
coating cladding
core
8-12 mm 125 mm
nc
nc
nf
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
b. Serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks bias
Serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks bias terbuat dari bahan
gelas silica (SiO2). Ukuran intinya 50 - 200 mm, diameter selubungnya 125 - 400mm
(Gambar 2.6). Diameter core lebih besar dari serat optik bermode tunggal sehingga
banyak mode yang dapat melaluinya.
Jenis serat ini disebut serat optik bermode jamak karena cahaya yang
merambat dari satu ujung ke ujung lainnya, terjadi dengan melalui beberapa lintasan
cahaya. Diameter inti (core) sebesar 50 mm - 200 mm dan diameter selubung
(cladding) 125 mm - 400 mm.
c. Serat optik bermode jamak dengan nilai sebaran indeks bias (gradded index)
Serat optik bermode jamak dengan sebaran nilai indeks bias (graded index)
biasanya terbuat dari multi component glass & silica glass tapi dapat juga terbuat
dari bahan lainnya. Ukuran intinya 50 - 100 mm dan diameter selubungnya 125 - 140
mm.
Gambar 2. 7 Serat optik bermode jamak dengan nilai sebaran indeks bias (Saleh; 1991)
Gambar 2.6. Serat optik bermode jamak dengan sebaran indeks bias (Saleh ; 1991)
nc
nc
nf 50-200 mm 125-400 mm
50-100 mm
125-140 m
nf
n
nc
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Serat optik bermode jamak graded index (Gambar 2.7) mempunyai indeks
bias yang merupakan fungsi dari jarak terhadap sumbu/poros serat optik. Sehingga
sinar akan dibiaskan secara bertingkat-tingkat menjauhi selubung dan mendekati
sumbu inti serat optik, dengan demikian cahaya yang menjalar melalui beberapa
lintasan pada akhirnya akan sampai pada ujung lainnya pada waktu yang bersamaan.
3. Karakteristik Transmisi pada Serat Optik
a. Modus Transmisi
Modus transmisi merupakan pola-pola tertentu yang dibentuk gelombang
cahaya dalam metode transmisi yang merambat dalam serat optik. Gelombang
cahaya terdiri dari sekumpulan gelombang elektromagnetik (EM) yang energinya
merambat tanpa memerlukan medium. Gelombang elektromagnetik memiliki
komponen medan listrik dan medan magnet dan masing-masing komponen
membentuk pola-pola tertentu dalam serat optik.
Sebuah serat optik yang dapat melewatkan lebih dari satu modus transmisi
disebut sebagai serat optik bermode jamak. Sebuah serat optik hanya dapat
mengakomodir modus dalam jumlah yang terbatas. Hal ini dikarenakan tiap-tiap
modus adalah sepasang pola medan listrik dan medan magnet memiliki ukuran fisik
tertentu. Ukuran inti serat optik menentukan seberapa banyak modus yang dapat
lewat di dalamnya (Crisp, 2005).
b. Numerical Aperture
Sinar cahaya yang masuk ke dalam inti serat optik membentuk sudut datang
tertentu terhadap poros serat optik. Sudut yang menuju ke arah permukaan serat optik
(nudara = 1), tidak semua akan diteruskan. Tetapi ada syarat tertentu agar sinar yang
datang tersebut dapat diteruskan. Gambar 2.8 menunjukkan adanya sudut dimana
sinar diterima oleh serat optik yang disebut sebagai Numerical Aperture.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
Gambar 2.8. Sudut dimana sinar dapat diterima oleh serat optik
Sinar tidak dapat diterima jika melebihi wilayah θmax. Karena sinar yang
masuk memiliki sudut datang lebih besar dari θmax sehingga sinar tersebut masuk
namun tidak dapat berlanjut dan keluar. Sedangkan semua sinar yang berada di
wilayah θmax dapat masuk ke dalam serat optik, dengan batas kritis sejauh θmax.
Sudut kritis (�披) sinar laser yang melalui bagian inti terhadap selubung
dinyatakan dengan : �披= Þa�能囊足�潜�前卒 (2.15)
Selanjutnya persamaan sinar masuk dari udara menuju ke serat optik sesuai dengan
hukum Snellius : �sa��ƅt = �囊sa��披, n adalah indeks bias udara = 1, n1 adalah indeks
bias inti, n2 adalah indeks bias selubung (cladding). sin�ƅt = �囊sin�披= �囊纵1 − 规os挠�披邹囊挠
= �囊释1 − 足�潜�前卒挠恃前潜= �囊足�前潜能�潜潜�前潜 卒前潜= 纵�囊挠− �挠挠邹前潜 (2.16)
sa��ƅt pada serat optik disebut celah numeris atau numerical aperture (NA), maka
NA = 纵�囊挠− �挠挠邹前潜. Perbedaan indeks bias inti-selubung 纵�Ê21 − �Ê评tŢ邹= 纵∆�邹= 试�前潜能�潜潜守挠�前潜 ≈ �前能�潜�前 .
Sehingga �囊∆= �囊− �挠, maka �挠= �囊纵1 − ∆邹
q max
qi
nudara = 1
3
21
cladding
cladding
core n1
qr (Sudut kritis)
1
2 3
900
1 Cahaya yang diserap ke cladding
2 Cahaya yang masuk dengan sudut kritis
3 Cahaya yang merambat ke dalamcore
q max
qc
Daerah dimana sinar dapat diterimaoleh serat optik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
NA = 走�囊挠− 揍�囊纵1 − ∆邹租挠奏前潜= 纵�囊挠− �囊挠+ �囊挠2∆ − �囊挠∆挠邹前潜 = 纵�囊挠2∆ − �囊挠∆挠邹前潜 (2.17)
Karena ∆≪ 1, sehingga nilai ∆挠 harganya semakin sangat kecil, maka dapat
diabaikan atau ∆挠≈ 0. Selanjutnya :
NA = �囊√2∆ (2.18)
Perkiraan nilai pada ruas kanan dipengaruhi oleh nilai ∆, biasanya harga ∆
dipengaruhi oleh jenis serat optiknya. Untuk serat optik bermode jamak nilainya
antara 1% sampai 3%, sedangkan serat optik bermode tunggal antara 0,2% sampai
1% (Keiser, 2000).
Tabel 3.1.Numerical aperture (NA) pada serat optik bermode jamak (Keiser, 2000)
Diameter Core (µm)
Diameter Cladding (µm)
Numerical Aperture (NA)
50.0 125 0.19 - 0.25 62.5 125 0.27 - 0.31 85.0 125 0.25 - 0.30 100 140 0.25 - 0.30
4. Perambatan Cahaya
Perambatan cahaya di dalam serat optik ditunjukkan secara geometris
proses pemantulan gelombang cahaya pada permukaan zat antara. Terdapat dua
sinar, yaitu sinar 1 dan sinar 2 yang diasosiasikan kedua cahaya adalah identik.
Kedua sinar merambat dengan ketentuan sudut datang � < �披= ƴ挠− �披.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Gambar 2.9. Gelombang cahaya merambat sepanjang pandu gelombang serat optik,
perubahan fase dihasilkan oleh keduanya setelah melalui medium serat dan terpantul didalamnya (Keiser, 2000)
Perubahan fase gelombang dihasilkan ketika sinar 1 merambat dari titik A
menuju B dikurangi perubahan fase pada sinar 2 diantara titik C dan D harus berbeda
karena pelipatan bulat oleh 2p. Perubahan fase dinyatakan dengan lambang ∆.
∆= 诡囊s = �囊诡s= �囊2挥s l世 (2.19)
k1 = konstanta perambatan dalam medium dengan indeks bias n1, k = k1/n1 konstanta
perambatan pada ruang bebas, s = jarak perjalanan gelombang dalam zat.
Perubahan fase gelombang tidak dihasilkan langsung dari perambatan
gelombang tetapi diakibatkan pada pemantulan gelombang dari permukaan
dielektrikum. Perjalanan sinar dari titik A ke titik B, sinar 1 menghasilkan jarak s1 =
d/sinq, karena sinq = d/s1 di dalam zat, dan melalui dua perubahan fase d pada titik
pemantulannya. Pada proses perhitungan perubahan fase dimulai dengan menghitung
jarak titik A ke D yang dinyatakan dengan persamaan 故雇呻呻呻呻= 纵圭 tan�⁄ 邹− tan�.
Selanjutnya jarak antara C sampai D dinyatakan dengan s2.
s挠= 故雇呻呻呻呻cos � = 纵规os挠� − sa�挠�邹圭/ sin � (2.20)
Syarat perambatan gelombang dapat ditulis :
挠ƴ�前企 纵s囊− s挠邹+ 2磺= 2挥0 (2.21)
A
B
C
D
d
n1
n2
n2 q
q
s1
s2 Sinar2 Sinar1
Fase gelombang turun
Fase gelombang naik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
m = 0, 1, 2, 3, ….. Substitusi dari pernyataan untuk s1 dan s2 ke dalam persamaan
(2.20) akan dihasilkan :
挠ƴ�前企 诅Ţú平�u− 族试Ê2ú潜u能ú平�潜u守Ţ虐Ƽōu 祖阻+ 2磺= 2挥0 (2.22)
Persamaan ini dapat diturunkan menjadi :
挠ƴ�前Ţú平�u企 + 磺= 挥0 (2.23)
Mempertimbangkan komponen normal oleh gelombang listrik pada bidang
datar menghasilkan melalui persamaan 棍龟旗蠕挠 = 税�潜Ê2ú潜∅前能囊�ú平�∅前 , maka pergeseran fase
pantulannya dihasilkan :
磺= − 2逛辊规tan遵瞬Ê2ú潜u能试�潜潜 �前潜世 守虐Ƽōu 昨 (2.24)
Tanda negatif berarti gelombang dalam medium akan mengalami pengurangan atau
tidak mengalami penumbuhan gelombang. Substiusi persamaan (2.24) ke dalam
persamaan (2.23) menghasilkan bentuk persamaan :
挠ƴ�前Ţ虐Ƽōu企 − 挥0= 2逛辊规tan遵瞬Ê2ú潜u能试�潜潜 �前潜世 守虐Ƽōu 昨 (2.25)
atau dapat ditulis menjadi :
tan足ƴ�前Ţú平�u企 − ƴƅ挠卒= 遵瞬�前潜Ê2ú潜u能�潜潜�前ú平�u 昨 (2.26)
Jadi persamaan ini akan terpenuhi untuk gelombang cahaya yang merambat dengan
sudut datang q dalam bahan dielektrikum oleh pandugelombang.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
Gambar 2.10. Distribusi medan listrik untuk beberapa jenis urutan potongan pandu
dalam penampang sejajar pandugelombang (Keiser,2000).
Pada gambar 2.10. Pandu gelombang yang terdiri dari dielektrikum yang
memiliki indeks bias n1 indeks bias core (inti) < n2 indeks bias cladding (selubung).
Bentuk sederhana dari pandu gelombang optik seperti model penguatan gelombang
yang dapat merambat tegak dalam serat optik. Kenyataannya bahwa bagian
melintang pandu gelombang sejajar sama seperti bagian potongan melintang serat
optik sepanjang sumbunya. Pada gambar in ditunjukkan pola beberapa potong
perpindahan energi listrik dengan orde lemah (Transverse Electric/TE) yang
penyelesaiannya menggunakan persamaan Maxwell untuk pandu gelombang datar.
Orde suatu mode sama dengan jumlah pandu melalui medan hampa udara.
Persamaan Maxwell mendasari rambatan gelombang dalam serat optik yang
membentuk mode naik ataupun turun, selanjutnya penentuan bentuk rambatan
gelombang tersebut dipengaruhi oleh factor b. Suatu mode pandu gelombang
terbentuk memenuhi factor b dengan harga toleransi : �挠诡 矢慌 矢�囊诡 (2.27)
n1 dan n2 berturut turut adalah indeks bias inti dan selubung, k = 2p/l (Keiser,2000).
5. Perambatan Cahaya dalam Serat optik bermode tunggal
Distribusi secara geometris perambatan cahaya dalam serat optik bermode
tunggal lebih baik daripada melalui diameter ini dan numerical aperture (NA),
pernyataan ini penting dalam memperkirakan nilai karakterisasi serat optik bermode
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
tunggal ini. Parameter dasar serat optik bermode tunggal disebut mode field diameter
(MFD) dilambangkan dengan mode LP01. Mode field diameter (MFD) dapat
dianalogikan sebagai inti diameter dalam serat optik bermode jamak, kecuali dalam
serat optik bermode tunggal tidak semua perambatan cahaya melalui intinya.
Gambar 2.11. Distribusi cahaya dalam serat optik bermode tunggal pada sembarang panjang gelombang. Untuk distribusi Gaussian, MFD dinyatakan dengan 1/r2 terhadap energi optik
Pertimbangan dasar dalam metode ini adalah melalui pendekatan distribusi
kuat medan listrik, selanjutnya dinyatakan dalam persamaan gaussian sebagai
berikut.
刮纵辊邹= 刮难硅bD纵−辊挠 灌难挠⁄ 邹 (2.28)
辊adalah radius, E0 adalah kuat medan listrik pada pusat jari-jari, W0 adalah lebar dari
distribusi kuat medan listrik. Selanjutnya untuk menentukan lebar mode kuat medan
(mode field diameter atau MFD) digunakan 2W0 dua kali e-1 radius dalam kuat
medan listrik optik besarnya sama dengan e-2 radius tenaga optik. Nilai lebar mode
medan (2W0) pada mode LP01 dapat ditentukan dengan persamaan :
2灌难= 2释挠董 1遣扔钳 琵潜纵1邹Ţ1董 1琵潜纵1邹Ţ1扔钳 恃囊挠世 (2.29)
E( r ) menunjukkan distribusi kuat medan listrik pada mode LP01.
E(r)
2a r =0
E0
e-2 E0
Mode Field
Diameter 2W0
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
Bentuk mode gelombang yang terpolarisasi di dalam serat optik
digambarkan secara melintang terhadap sumbu kartesius, maka arah polarisasi
digambarkan sebagai berikut.
Gambar 2.12. Dua polarisasi pada mode HE11 pada serat optik bermode tunggal (Keiser,2000)
Serat optik yang ideal menghasilkan putaran simetri yang sempurna, dua
mode mengalami penurunan dengan konstanta perambatan gelombang yang sama (
kx = ky ), dan beberapa tingkatan polarisasi dalam serat optik didorong untuk tidak
mengalami perubahan. Pada kenyatannya dalam serat optik terdapat
ketidaksempurnaan, seperti faktor tekanan yang tidak simetris, inti yang tidak bulat,
dan perbedaan indeks bias. Penyebaran mode dipengaruhi perbedaan kecepatan dan
perbedaan indeks bias efektif yang dinyatakan dengan bias ganda (birefringence). 顾g = �仆− �铺 (2.30)
Persamaan tersebut dapat ditulis sebagai berikut : 慌= 诡难试�仆− �铺守 (2.31)
Untuk k0 = 2p/l konstanta perambatan gelombang dalam ruang hampa udara.
Jika perbedaan fase dikalikan dengan 2p, maka mode gelombang akan
terjadi perubahan pada polarisasinya awalnya. Panjang denyutan gelombang
dinyatakan dengan persamaan (Keiser, 2000) 拐篇= 2挥慌⁄ (2.32)
Y Y
X X
nX nY
Mode horisontal Mode vertikal
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
6. Rugi-rugi daya pada serat optik
Energi atau daya yang dibawa oleh cahaya akan mengalami pelemahan
(rugi-rugi/loss) akibat terjadinya kebocoran atau karena kurangnya kejernihan bahan
serat optik. Besaran pelemahan energi sinyal informasi dari fiber optik yang biasa
dinyatakan perbandingan antara daya pancaran awal terhadap daya yang diterima
dinyatakan dalam deci-Bell (dB) disebabkan oleh 3 faktor utama yaitu absorpsi,
hamburan (scattering) dan bending losses. Gelas yang merupakan bahan pembuat
fiber optik biasanya terbentuk dari silicon-dioksida (SiO2). Variasi indeks bias
diperoleh dengan menambahkan bahan lain seperti oksida titanium, thallium,
germanium atau boron. Dengan susunan bahan yang tepat maka akan didapatkan
atenuasi yang kecil. Atenuasi menyebabkan pelemahan energi sehingga amplitudo
gelombang yang sampai pada penerima menjadi lebih kecil dari pada amplitudo yang
dikirimkan oleh pemancar (Senior; 1992).
Cahaya yang merambat sepanjang serat optik mengalami penurunan energi
secara eksponensial terhadap jaraknya. Jika P(0) adalah tenaga optik awal dalam
serat (pada z = 0), selanjutnya P(z) tenaga optik setelah menempuh z, maka
selanjutnya dinyatakan dengan rumus :
官纵过邹= 官(0)硅能崎孺莆 (Keiser, 2000) (2.33)
�篇= 囊拼Ô�族篇(难)篇(拼)祖 (2.34)
αP merupakan koefisien atenuasi satuannya km-1, z adalah panjang lintasan atau
ketebalan serat optik yang digunakan untuk perjalanan sinar (gelombang
elektromagnetik). Secara ringkas dalam perhitungan atenuasi dalam serat optik
dinyatakan dengan decibel per kilometer (dB/km). Parameter secara umum
digambarkan rugi-rugi serat optik atau atenuasi serat optik sebagai berikut :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
Gambar 2.13 Atenuasi serat optik terhadap fungsi panjang gelombang dihasilkan 0,5 dB/km pada 1300 nm dan 0,3 dB/km pada 1550 nm untuk jenis serat optik mode tunggal. Pada serat optik ini terjadi puncak atenuasi diantara panjang gelombang 1400 nm yang diakibatkan dari penyerapan molekul air (Keiser, 2000)
Beberapa hal yang menyebabkan terjadinya atenuasi dalam serat optik
absorbsi, pancaran Reyleigh, pemantulan Fresnel, rugi-rugi karena pembengkokan.
Penjabarkan dari masing-masing adalah sebagai berikut :
a. Absorpsi
Zat pengotor (impurity) apapun yang masih tersisa di dalam bahan inti akan
menyerap sebagian dari energi cahaya yang merambat di dalam serat optik.
Kontaminan yang menimbulkan efek paling serius adalah ion-ion hidroksil (OH) dan
zat-zat logam. Ion-ion hidroksil yang merupakan wujud lain dari air akan menyerap
energi gelombang dengan panjang gelombang 1380 nm, sedangkan zat-zat logam
akan menyerap energi gelombang dengan berbagai nilai panjang tertentu (Saleh,
1991).
b. Hamburan Rayleigh
Hamburan Rayleigh (Rayleigh scatter) adalah efek terpencarnya cahaya
akibat terjadinya perubahan kecil yang bersifat lokal pada indeks bias bahan inti dan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
bahan mantel. Dikatakan bersifat lokal karena perubahan hanya terjadi di lokasi-
lokasi tertentu saja di dalam bahan, dan ukuran daerah yang terkena pengaruh
perubahan ini sangat kecil, yaitu kurang dari satu panjang gelombang cahaya.
Terdapat dua hal yang menyebabkan terjadinya fenomena ini, dan keduanya
timbul di dalam proses manufaktur. Sebab pertama adalah terdapatnya ketidak
merataan di dalam adonan bahan-bahan pembuat serat optik. Ketidakrataan dalam
jumlah yang sangat kecil dan bersifat acak mustahil untuk sepenuhnya dihilangkan.
Penyebab kedua adalah pergeseran-pergeseran kecil pada kerapatan bahan yang
biasanya terjadi saat kaca silika mulai membeku menjadi padat (Saleh, 1991).
c. Pemantulan Fresnel
Ketika sinar cahaya menumbuk sebuah bintik perubahan indeks bias dan
terpencar ke segala arah, komponen pencaran yang merambat dengan sudut datang
mendekati garis normal (900) akan lewat begitu saja menembus bidang perbatasan.
Akan tetapi tidak semua bagian dari cahaya yang datang dengan sudut mendekati
garis normal akan menembus bidang perbatasan. Sebagian kecil dari cahaya itu akan
terpantul balik di bidang perbatasan.
Efek ini dapat menjadi masalah bagi cahaya yang meninggalkan ujung
output serat optik. Di titik ini, terjadi perubahan seketika dari indeks bias inti ke
indeks bias yang ada di luar serat optik. Efek yang sama juga terjadi pada arah yang
berlawanan. Sebagian kecil dari cahaya yang datang dan hendak memasuki serat
optik terpantul balik oleh bidang perbatasan udara-inti (John Crisp, 2005).
d. Rugi-Rugi Pembengkokan
Bending yaitu pembengkokan fiber optik yang menyebabkan cahaya yang
merambat pada fiber optik berbelok dari arah transmisi dan hilang. Sebagai contoh,
pada fiber optik yang mendapat tekanan cukup keras dapat menyebabkan ukuran
diameter fiber optik menjadi berbeda dari diameter semula, sehingga mempengaruhi
sifat transmisi cahaya di dalamnya (Farrel; 2002).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
Rugi-rugi akibat pelengkungan fiber optik dibedakan menjadi dua macam yaitu :
1) Macro bending/pembengkokan makro
Rugi-rugi Macrobending terjadi ketika sinar atau cahaya melalui serat optik
yang dilengkungkan dengan jari-jari lebih lebar dibandingkan dengan diameter serat
optik sehingga menyebabkan rugi-rugi seperti pada gambar berikut.
Gambar 2.14. Pembelokan sinar di dalam inti serat optik dengan variasi sudut sinar datang (Andre, 2006)
Gambar 2.10. memperlihatkan secara fisis mode gelombang yang merambat
pada bengkokan serat optik. Berdasarkan prinsip pemantulan dan pembiasan cahaya,
sudut sinar datang yang lebih kecil daripada sudut kritis ( f1 dan f2 < fcritis ), maka
mode cahaya tidak dipantulkan secara sempurna melainkan lebih banyak dibiaskan
keluar dari inti serat optik. Sedangkan untuk sinar yang membentuk sudut datang
lebih besar dari sudut kritis ( f3 ≥ fcritis ), maka sebagian besar mode cahaya akan
dipantulkan kembali masuk ke dalam selubung seperti halnya prinsip pemantulan
total. Kondisi ini mengakibatkan perubahan moda. Jumlah radiasi optik dari
lengkungan serat tergantung kekuatan medan dan kelengkungan jari-jari R
(Andre,2006).
f1
f2
f3
Cladding
Core
R
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
Gambar 2.15. Sketsa dasar kurva pandu gelombang optik (Keiser, 2000)
Pada gambar 2.15 menunjukkan serat optik yang dibengkokan dengan
kelengkungan R, medan akan mengikuti sepanjang kelengkungan dalam inti serat
optik tersebut yang mengakibatkan terbentuk mode paling rendah. Pada jarak kritis xc
dari pusat kelengkungan serat optik, gelombang memiliki kecepatan gerak lebih
tinggi yang merambat dalam bagian intinya (Keiser, 2000)
Untuk memperkecil perubahan mode perlu diperhatikan nilai-nilai mode
efektif, yaitu nilai dimana cahaya akan tetap dipandu oleh kelengkungan kabel serat
optik pada jari-jari a. 棺乒gg实棺捧醉f石崎嫩挠挠崎∆纂挠t片十足 脑挠�潜 片卒潜遣嘴最 (2.35) 棺捧 实 崎崎嫩挠纵�囊诡逛邹挠 棺捧 adalah jumlah total mode lengkungan dalam serat lurus, α adalah profil graded
indek, ∆ adalah perbedaan indeks bias, R adalah jarak pusat kelengkungan dan 诡实挠ƴl
adalah konstanta perambatan gelombang (Keiser, 2000).
Pembengkokan serat optik menimbulkan rugi-rugi perambatan gelombang
karena kecepatan cahaya di dalam posisi pembengkokan tersebut mengalami
peningkatan dan energi cahaya menyebar dari lintasan perambatannya. Koefisien
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
atenuasi yang diakibatkan rugi-rugi pembengkokan dinyatakan dengan persamaan
sebagai berikut : �1 = 规囊硅bD纵−规挠观邹 (2.36)
R adalah jari-jari kelengkungan bengkokan serat, c1 dan c2 konstanta yang
pembuatan serat optik dan panjang gelombang serta tidak tergantung R.
Rugi-rugi bengkokan serat optik akan nampak menjadi amat besar atau
signifikan, jika sampai pada jari-jari kritis. Sebaliknya jika lebih besar dari jari-jari
kritis kerugian bengkokan serat optik cenderung tidak ada ataupun sedikit
kerugiannya. Oleh karena itu parameter kerugian bengkokan serat optik dapat
diamati dari kurva rugi-rugi bengkokan terhadap perubahan jari-jari kelengkungan.
Jari-jari kritis atau critical radius adalah jari-jari bengkokan mendekati
pertambahan nilai rugi-rugi yang cepat. Jari-jari kritis pada multi mode dirumuskan
(Farrel; 2002):
观Ê = 脑�前潜l恼ƴ侍�前潜能�潜潜市遣潜⁄ (2.37)
Besarnya nilai rugi-rugi dapat dipengaruhi oleh selisih indeks bias. Nilai numerical
aperture yang besar akan menghasilkan nilai jari-jari kritis (Rc) dan nilai rugi-rugi
yang kecil.
2) Micro bending/pembengkokan mikro
Pembengkokan mikro terjadi karena ketidakrataan pada permukaan batas
antara inti dan selubung secara acak atau random pada fiber optik karena proses
pengkabelan ataupun ketika proses penarikan saat instalasi seperti terlihat pada
Gambar 2. 16.
Gambar 2. 16. Peristiwa rugi-rugi akibat pembengkokan mikro (Farrel; 2002)
External Force
cladding
cladding
core
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
Penelitian mengenai hubungan rugi-rugi daya serat optik hubungannya
dengan jari-jari pembengkokan dan bending loss (rugi-rugi bengkokan) telah
dilakukan di Pusat Penerapan Optoelektronik, Institut Teknologi Dublin, Ireland.
Hasil penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.17 (Wang, 2005).
(a)
(b)
Gambar 2. 17. Eksperimen rugi-rugi daya serat optik pada beberapa persamaan dan percobaan sebagai fungsi dari jari-jari pembengkokan (Wang,2005)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
Gambar 2.12. (a) dan (b) dapat dilihat bahwa semakin besar radius pembending,
maka kerugian intensitas gelombang makin kecil. Grafik yang memperlihatkan
perubahan yang sangat signifikan dengan menggunakan model sederhana.
Kuat medan magnet pada permukaan cladding dalam pembengkokkan serat
dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : 慧婆纵b,裹邹= 囊挠ƴ董 侍雇婆纵簧邹顾平试贯婆守+ 寡婆纵簧邹故平试贯婆守市嫩捧能捧 硅bD纵− a簧裹邹圭斤(Wang, 2005) (2.38)
贯纵b,簧邹= 收 片挠 潜�桑潜寿挠脑世族慌挠+ 簧挠− 诡挠�婆挠足1 + 挠铺片卒祖, 顾平 dan 故平 berturut-turut
merupakan fungsi tak nyata. Untuk batasan permukaan yang sangat jauh, terdapat
hubungan diantara 雇屁纵簧邹 dan 寡屁纵簧邹, yaitu 寡屁纵簧邹= − ǥ雇屁纵簧邹. Untuk setiap
permukaan yang berdekatan, menurut kondisi batas medan yang kontinu, didapatkan
persamaan sebagai berikut :
醉雇婆纵簧邹顾平侍贯婆试b婆,簧守市+ 寡婆纵簧邹故平侍贯婆试b婆,簧守市= 雇婆嫩囊纵簧邹顾平侍贯婆嫩囊试b婆,簧守市+ 寡婆嫩囊纵簧邹故平侍贯婆嫩囊试b婆,簧守市雇婆纵簧邹顾平烛侍贯婆试b婆,簧守市+ 寡婆纵簧邹故平烛侍贯婆试b婆,簧守市= 雇婆嫩囊纵簧邹顾平烛侍贯婆嫩囊试b婆,簧守市+ 寡婆嫩囊纵簧邹故平烛侍贯婆嫩囊试b婆,簧守市 (Wang, 2005) (2.39)
Berdasarkan pada kondisi batasan antara permukaan selimut (cladding) pertama dan
permukaan inti (core), kita dapatkan persamaan : 寡囊纵簧邹= ƴ走啤批腮揍撇前纵铺前,祁邹租嫩霹腮揍撇前纵铺前,祁邹租奏纵齐潜嫩祁潜邹前潜⁄ 硅bD侍−逛纵黄挠+ 簧挠邹囊挠⁄ 市 dan dengan
teori ketidakpastian, koefisien kerugian pembengkokan dapat ditentukan dengan
persamaan sebagai berikut : 2� = − 2 匹潜挠ƴ脐瓢潜匹前潜纵t齐邹挂0足董 寡囊纵簧邹故平揍贯挠纵0,簧邹圭簧租嫩捧能捧 卒 (Wang, 2005) (2.40)
Penelitian lainnya mengenai hubungan rugi-rugi daya serat optik
hubungannya dengan jari-jari pembengkokan dan panjang gelombang di Departemen
Fisika Universitas Aviero, Santiago. Hasil penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.
18.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
Gambar 2. 18. Eksperimen rugi-rugi daya serat optik pada beberapa
panjang gelombang sebagai fungsi dari jari-jari pembengkokan (Andre, 2006)
Dari Gambar 2.18 dapat diamati bahwa rugi-rugi serat optik tergantung pada
panjang gelombang. Dapat diamati pula puncak periodik kerugian pada spektrum
yang berbeda untuk jari-jari pembengkokan yang berbeda. Fenomena ini dapat
dijelaskan karena adanya refleksi yang terjadi antarmuka antara lapisan cladding dan
udara (Andre, dkk, 2006)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian mengenai rugi-rugi bengkokan fiber optik jenis multimode step
index dan singlemode fiber optic – E-28 dengan variasi diameter pembengkokan 4,0
cm, 3,5 cm, 3,0 cm, dan 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm dilakukan di
Laboratorium Optik Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret. Jangka waktu
pelaksanaan dari penelitian ini adalah dari bulan Oktober 2009 sampai Februari
2010.
B. Alat dan Bahan :
Alat dan bahan yang digunakan sebagian besar telah disediakan di
laboratorium optik jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
(MIPA) UNS seperti Laser Klasse-2 DIN 58126, menghasilkan pancaran sinar
dengan panjang gelombang 632,8 nm berwarna merah, Oscilloscop Yokogawa DL
1520, optical Chopper3501, Detektor, serat optik (Multimode dan Singlemode).
Sedangkan alat dan bahan lainnya diusahakan dari luar laboratorium. Adapun secara
lengkap alat dan bahan yang diperlukan dapat dirinci sebagai berikut :
1. Alat
a. Laser Klasse-2 DIN 58126, 632,8 nm
b. Osilloscope Yokogawa DL1520
c. Optical Chopper 3501
d. Detektor
2. Bahan
a. Fiber Optik Bermode Jamak dengan Sebaran Indeks Bias
b. Fiber Optik Bermode Tunggal dengan Sebaran-E28
c. Pipa Paralon dan pipa Aluminium sesuai ukuran diameter
d. Busa/Gabus
e. Lak ban atau double tape
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
Berikut ini adalah alat-alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian :
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Gambar 3.1 Alat-alat yang digunakan dalam penelitian karakteristik rugi-rugi
serat optik akibat pembengkokan makro dengan model lilit. (a) Set up alat pembending dilengkapi statif dari logam, (b) Holder serat optik penerima sinar laser, (c) Penangkap sinar Laser (detektor), (d) Holder serat optik penyampai ke oscilloscope, (e) Busur derajad 360o dan holder serat optik, (f) Seting alat lengkap
C. Metode Penelitian
Prinsip kerja yang dilakukan dalam penelitian ini adalah melakukan
pembengkokan serat optik yang terbuat dari gelas dengan diameter bengkokan 4,0
cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm. Alat bengkokan digunakan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
dari pipa paralon dan pipa aluminium yang mudah diperoleh dan cenderung
silindernya rata. Sedangkan sumber cahaya digunakan sinar laser He Ne dengan
panang gelombang 632,8 nm menggunakan sumber energi listrik 220 volt. Alat
pembengkok dirancang agar dapat dilakukan proses pembengkokan melalui
perubahan besarnya sudut putar mulai 0o sampai dengan 720o dan selama proses
perubahan sudut tersebut diharapkan serat optik tidak mengalami pengenduran dalam
lilitannya. Proses pembengkokan serat optik bermode jamak dan serat optik bermode
tunggal dapat dijelaskan dengan ilustrasi gambar sebagai berikut.
Gambar 3.2. Skema pembengkokan serat optik dari sumber dan diterima detektor
Alat-alat yang diperlukan dibuat diatas papan yang kuat agar dapat
menahan goncangan atau getaran. Papan yang dimaksud dapat terbuat dari meja kayu
permanen dan diatasnya diberi papan acrylic (mika) dilengkapi dengan pengatur
sekerup kedudukan sinar yang masuk ke dalam serat optik. Serat optik yang telah
dipotong melintang menggunakan silet tajam dimasukkan dalam holder serat optik
yang terletak dekat sumber maupun detektor. Jika serat optik telah terpasang dengan
tepat, maka pengatur jalannya sinar agar dapat terputus-putus (optical chopper)
diatur dalam frekuensi 99,0 Hz. Selanjutnya sinar laser dinyalakan dan diamati pada
detektor apakah sinyal sudah tampak membentuk gelombang dengan nilai potensial
yang maksimum pada saat serat optik sebelum divariasi sudut putarnya (dalam
keadaan lurus). Serat optik ditempelkan pada alat pembending dengan menggunakan
selotip, selanjutnya pembendingan yang menggunakan variasi jumlah lilitan dan
variasi sudut putar dapat dilakukan. Penelitian ini dibagi dalam 2 langkah kerja,
yaitu: set up alat model sevenbending dan pengambilan data. Tahap-tahap yang akan
dilakukan dapat dilihat pada gambar 3.3 :
Sumber Cahaya
Pembengkokan Detektor/Oschilloscop
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
Gambar. 3.3. Skema penelitian kajian rugi-rugi pembengkokan makro serat optik dengan model tujuh bengkokan
Penjelasan dalam langkah-langkah yang dinyatakan dalam skema di atas
adalah sebagai berikut :
1. Persiapan Alat dan Bahan
Persiapan alat adalah dengan mengumpulkan alat-alat yang akan digunakan
dalam penelitian ini. Diantaranya; Laser Klasse-2 DIN 58126 panjang gelombang
632,8 nanometer semua alat sudah ada di laboratorium Optik jurusan Fisika MIPA
UNS. Peneliti dapat memakai alat-alat tersebut dengan sepengetahuan pihak jurusan.
Serat optik yang telah dimasukkan dalam holder dan diatur posisi serat agar
dapat secara tetap dan tepat menerima sinar laser dari sumbernya serta mendistribusi
cahaya laser yang akan melalui pembendingan serta selanjutnya diterima oleh
oschilloscop.
Persiapan bahan adalah dengan mengumpulkan bahan-bahan yang akan
digunakan dalam penelitian ini. Serat optik bermode jamak dan bermode tunggal
Set up alat Sevenbending
Pengambilan data
Pengolahan data
Kesimpulan
Persiapan Alat dan Bahan
Analisa data
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
dililitkan pada silinder paralon dan silinder aluminium yang disiapkan seperti pada
gambar berikut.
Gambar 3.4.a. Silider tak bercelah Gambar 3.4.b. silinder bercelah
Proses pembendingan secara skematik untuk silinder yang tak bercelah
dengan silinder yang bercelah seperti gambar 3.5.
Gambar 3.5. Skema pembendingan serat optik (a) silinder tanpa celah dan (b) silinder bercelah
Silinder yang tidak bercelah digunakan pembendingan serat optik dibagian
luarnya dan seratnya kelihatan, sehingga dapat diamati jika terjadi kondisi serat
dalam keadaan menggelantung (kendor). Sedangkan yang bercelah, serat optik
dililitkan pada silinder bagian dalam kemudian ditutup dengan silinder bercelah yang
diharapkan tidak terjadi gejala serat menggelantung (kendor).
(a) (b)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
2. Set up alat tujuh bengkokan
Set up alat tujuh bengkokan dibagi menjadi beberapa bagian; bagian
pertama yaitu membuat alat pembengkok dari silinder paralon dan silinder
aluminium yang diberi celah dan dilingkupi dengan paralon pelindung guna menjaga
fiber tetap terbending secara teratur, sebagai komponen utama alat-alat ini dikerjakan
penulis di Magelang, karena keterbatasan penulis untuk dapat aktif kuliah hanya hari
Jum’at dan Sabtu. Bagian kedua, membuat set up alat tujuh bengkokan mengunakan
papan multiplek sebagai meja dan dilengkapi busur derajad dari 0o sampai 360o yang
digunakan untuk mencari besarnya rugi-rugi dalam penelitian ini. Bagian ketiga,
membuat meja yang digunakan untuk menempatkan alat-alat optik supaya aman dari
gerakan-gerakan agar tidak terjadi perubahan posisi alat-alat optik tersebut saat
dilakukan penelitian. Di laboratorium jurusan Optik telah tersedia meja besar yang
dapat meredam getaran-getaran yang akan digunakan untuk mengambil data yang
dilengkapi dengan meja acrilic tempat chopper dan detektor yang digunakan untuk
penghantaran serat optik.
a. Penggunaan laser
Laser sebagai sumber cahaya yang akan dilewatkan pada fiber optik,
memiliki sifat monokromatik. Laser yang digunakan adalah laser jenis He-Ne dengan
panjang gelombang 632,8 nanometer. Panjang gelombang 632,8 nm termasuk
panjang gelombang yang cukup besar, sehingga pemakaian panjang gelombang ini
bagus digunakan pada serat optik bermode jamak dan serat optik bermode tunggal
jenis E-28.
Gambar 3.6. laser klasse-2 DIN 58126
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
Laser ini ditempatkan di atas papan yang terbuat dari acrylic dengan kedudukan yang
dapat diatur dengan menggunakan sekerup dan dijaga agar tahan goncangan atau
gerakan yang mengakibatkan perubahan sudut kritis cahaya sinar laser yang masuk.
Sehingga pembacaan beda potensial pada oscilloscop akan berubah.
b. Penggunaan optical chopper
Optical chopper digunakan untuk memotong-motong sinar laser, sehingga
sinar laser yang dilewatkan optical chopper ada yang terhalang dan ada yang
melewatinya, pengaturan terhadap frekuensi dikendalikan dengan pengatur chopper
yang dapat diset nilai perputaran kipas tersebut. Tujuan membuat pola terhalang dan
tidak terhalang adalah untuk memudahkan oscilloscope menerima data dalam bentuk
pulsa-pulsa. Optical chopper dapat diatur kecepatan putar dengan mengatur besarnya
frekuensi, frekuensi yang digunakan sebesar 99,0 Hz pada gambar 3.7.a. dan gambar
3.7.b.
Gambar 3.7.a. pengatur frekuensi Gambar 3.7.b. optical chopper
c. Penggunaan detektor
Detektor ini digunakan untuk menerima sinyal cahaya yang sudah
dilewatkan melalui fiber optik, detektor sangat besar perannya karena sinyal cahaya
yang diterima berupa energi photon (Ephoton) selanjutnya diubah menjadi energi listrik
(Elistrik) langsung dihubungkan dengan oscilloscope dengan menggunakan kabel
konektor. Detektor ini sangat sensitif terhadap cahaya oleh karena itu pada saat
penelitian ruangan harus dalam keadaan gelap. Detektor dilengkapi dengan holder
yang dapat diatur agar sinar yang masuk dan keluar serat optik dapat secara
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
38
maksimal diterima dan dilewatkannya. Proses penerimaan gelombang cahaya
kurang maksimal dari detektor, maka gelombang yang terbaca dalam oschilloscope
akan kecil, namun sebaliknya potensial gelombang akan bernilai tinggi.
d. Penggunaan oscilloscope
Oscilloscope yang digunakan adalah Oscilloscope digital. Fungsi
Oscilloscope adalah untuk membaca data (mencatat gelombang listrik secara visual
pada suatu layar) dan keluarannya dalam bentuk grafik disertai harga dalam nilai
beda potensial dari puncak ke puncak (peak to peak). Oscilloscope diset untuk
menghasilkan grafik berbentuk kotak-kotak dan di set pula skalanya sesuai dengan
kebutuhan penelitian. Gelombang yang diterima berupa energi cahaya, selanjutnya
divisualisasikan dalam beda potensial yang dilambangkan nilai dari puncak ke
puncak gelombang (peak to peak voltage atau VPP ). Untuk menyimpan data dalam
bentuk grafik digunakan disket.
Gambar 3.8. Osilloscope Yokogawa DL1520
3. Pengambilan Data
Setelah set up alat selesai dirangkai, maka serat optik dipasangkan melalui
celah sempit agar dapat dijaga serat optik dalam keadaan terentang sempurna pada
meja set up alat tujuh bengkokan. Hal berikutnya yang dilakukan adalah pemfokusan
cahaya untuk memaksimalkan cahaya yang masuk dalam serat optik, langkah ini
dikendalikan pada sekerup pemegang Laser Klasse-2 agar tepat dapat menghasilkan
sinar melalui tengah-tengah dari lensa masuk ke serat optik. Sebelum pengambilan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
39
data dilakukan, dipastikan bahwa pemasangan fiber optik pada alat tujuh bengkokan
telah dilakukan secara benar. Kemudian serat optik dilewatkan pada silinder kecil
(mengambil alat dari selongsong bolpoit) dan dijepit menggunakan selotip listrik
berwarna hitam pada silinder paralon atau silinder aluminium dan kemudian diputar
dengan interval sudut 10o selanjutnya perubahan beda potensial yang terbaca pada
Osciloscop dicatat. Penelitian ini akan dipengaruhi pula oleh beberapa faktor, yaitu :
a. Gerakan/getaran saat penelitian. Gerakan yang cukup besar akan
mempengaruhi terhadap focus sinar laser yang masuk ke dalam serat optik. Gerakan
yang mempengaruhi getaran pada meja penopang penelitian akan mengakibatkan
sinyal yang tampak pada osciloscop tidak dapat tenang atau terjadi gelombang
berjalan dengan puncak gelombang yang selalu berubah sehingga menimbulkan
harga beda potensial yang mudah berubah. Pengambilan data harus dilakukan
dengan hati-hati baik peneliti ataupun peserta lain yang berada disekitar proses
penelitian, agar set up alat tujuh bengkokan tidak terpengaruh gerakan.
b. Pemotongan serat optik. Untuk memotong serat optik digunakan silet kecil,
tajam dan proses memotongnya harus tegak lurus menyilang terhadap posisi panjang
serat, agar intinya tidak pecah, serta permukaan serat optik terpotong rata. Hal ini
bertujuan agar sinar laser yang masuk maupun keluar dari serat optik mengalami
pemantulan sempurna sesuai dengan sudut kritis yang telah diatur atau disesuaikan
dengan posisi dari sumber sinar lasernya.
c. Penempatan serat optik pada detektor harus berhati-hati dan diusahakan tepat
pada fokus kelengkungan detektor dan dijepit dengan cara memutar skrup agar posisi
serat optik tidak mengalami perubahan penerimaan gelombang sinar laser, begitu
juga dalam menghantarkan untuk diterima oleh receiver yang kemudian
digambarkan dalam sinyal energi pulsa pada osciloscop karena gerakan sinar dapat
masuk secara maksimal.
d. Pengamatan terhadap posisi tegangan maksimum dan saat kondisi gelombang
berjalan dalam keadaan harganya stabil atau tidak terjadi loncatan harga yangg
dikarenakan kesalahan pengamatan agar mendapatkan sinyal yang diperlukan. Maka
modal utama penelita diantaranya kesabaran untuk menanti posisi sinyal saat naik
pada keadaan maksimim dan selanjutnya akan turun ke harga yang lebih rendah.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
40
Pada saat inilah kita harus dengan cermat dan hati-hati menentukan harga tegangan
yang akan dibaca. Jika ternyata telah lewat terhadap harga maksimum, maka harus
mengulang keadaan yang sama disaaat terjadi kenaikan tegangan lagi. Selanjutnya
pada posisi harga yang telah diharapkan, maka segera melakukan penyimpanan data
melalui disket yang telah disiapkan pada perangkat osciloscop.
4. Pengolahan Data
Setelah mendapatkan data berupa grafik pada oscilloscope, maka dapat
dicatat besarnya beda potensial yang diterima setelah melalui pembendingan. Data
yang telah dicatat sesuai dengan variasi diameter bending, sudut putar yang
keduanya akan menghasilkan hubungan antara rugi-rugi (atenuasi) dalam satuan dB
(deciBell) terhadap jumlah putaran (n) dan rugi-rugi (atenuasi) dalam satuan dB
(deciBell) terhadap besarnya sudut putaran (αo). Selanjutnya dengan bantuan
pengolahan menggunakan excell untuk memperoleh perhitungan yang akurat dan
ditranfer ke dalam sistem origin-5 maka sudah dapat diketahui tren grafik yang
muncul. Pengolahan data dilakukan dengan memperhitungkan terhadap nilai-nilai
atenusi yang diperoleh dengan rumus yang relevan, selanjutnya mencocokan grafik
yang di dapat dengan perhitungan manual maupun dengan jurnal-jurnal internasional
yang mendukung.
5. Analisa Data
Pembahasan pada penelitian ini adalah pada faktor variasi jumlah lilitan dan
besarnya sudut putar yang menyebabkan rugi-rugi transmisi fiber optik akibat
pembengkokan makro dengan menggunakan panjang gelombang sebesar 632,8
nanometer untuk variasi diameter pembengkok. Data yang diperoleh dalam bentuk
grafik kemudian dianalisis tren grafik yang terbentuk. Grafik akan menunjukkan
rugi-rugi transmisi cahaya dari fiber optik, apabila grafik yang menunjukkan adanya
penurunan atau terjadi kebocoran dalam melakukan penelitian, sehingga
memunculkan pulsa sinusoida dengan puncak gelombang yang makin meningkat
kerugiannya atau puncak sesudahnya nilainya lebih rendah dari sebelumnya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pembengkokan
(bending) pada serat optik bermode jamak dan serat optik bermode tunggal yang
dililitkan pada silinder dengan diameter tertentu dilengkapi dengan jarum penunjuk
untuk menentukan interval perputaran 10o yang menggunakan variasi sudut putar
dari 0o sampai 720o. Alat ini terdiri dari beberapa komponen penting yaitu laser
dengan sumber cahaya merah yang memiliki panjang gelombang 632,8 nm sebagai
sumber sinyal gelombang elektromagnetik, optical chopper sebagai pencacah cahaya
laser (sinyal), receiver (detektor) sebagai pendeteksi sinyal (penerima sinyal),
oscilloscope digital sebagai visualisator sinyal hasil dan tempat pembengkokan serat
optik (meja pembengkokan) yang dilengkapi dengan busur derajad melingkar.
Gambar 4.1. Sinyal cahaya yang dihasilkan oleh laser (B) memiliki panjang
gelombang 632,8 nm dan merupakan cahaya monokromatik. Cahaya laser tersebut
sebelum masuk ke dalam serat optik (H) dicacah oleh optical chopper (A) dengan
frekuensi 99 Hz, dimana dengan frekuensi sebesar ini sinyal yang diterima
oscilloscope menjadi stabil.
Gambar 4.1. Skema Pembengkokan serat optik secara lengkap
Setelah dicacah, sinyal cahaya melewati micropotitioner yang dilengkapi
dengan lensa pemfokus (C). Kemudian cahaya yang fokus ini dilewatkan pada serat
optik yang ditempelkan pada silinder pembending (D). Setelah melalui lilitan,
gelombang elektromagnetik tersebut sampai pada ujung serat optik yang dikunci oleh
B
A C D E
F
G
H
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
42
mikropotitioner (E) dan sinyal cahaya diterima oleh receiver (F). Receiver
dihubungkan dengan oscilloscope (G) menggunakan kabel penghubung. Gambar
grafik yang muncul pada layar oscilloscope disimpan menggunakan disket. Data
yang tersimpan dalam disket berupa gambar seperti yang ditunjukkan Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Grafik tegangan sumber sinyal setelah dicacah dengan optical chopper
Gambar 4.2. memperlihatkan grafik tegangan sumber sinyal setelah
dicacah dengan optical chopper. Sinyal yang melewati optical chopper yang sedang
beroperasi akan secara periodik akan mengalami keadaan terhalang dan tidak
terhalang secara bergantian terus-menerus sehingga sinyal sepeti dicacah. Sinyal
yang dicacah terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam serat optik maka pada layar
oscilloscope nampak grafik tegangan dengan puncak-puncaknya. Sedangkan sinyal
yang tidak dilewatkan pencacah terlihat lurus tanpa puncak-puncak tegangan seperti
ditunjukkan dalam gambar 4.3.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
43
Gambar 4.3. Grafik tegangan sumber sinyal yang tidak dilewatkan pencacah
Grafik tegangan terlihat garis lurus tidak membentuk puncak-puncak gelombang,
karena sinyal tidak dilewatkan pencacah (optical chopper) yang beroperasi dalam
frekuensi 99,0 Hz.
1. Hasil pada oscilloscope
Oscilloscope merupakan perangkat yang dipakai untuk menampilkan
tegangan dalam bentuk grafik. Dalam penelitian ini, tegangan awal yang masuk ke
dalam oscilloscope berbeda-beda tergantung pada banyaknya cahaya yang masuk ke
dalam serat optik. Hal yang berpengaruh dalam perbedaan banyaknya cahaya yang
masuk ke dalam ujung serat optik adalah potongan serat optik dan fokus cahaya yang
masuk ke dalamnya. Apabila cahaya yang masuk ke dalam serat optik banyak maka
tegangan yang masuk oscilloscope banyak pula. Pada layar oscilloscope nampak
gambar 4.4.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
44
Gambar 4. 4. Tegangan oleh pembengkokan dengan diameter pembengkok serat optik 4,0 cm
Gambar 4.5. Tegangan oleh pembengkok sinar laser tidak pas pada intinya (core)
Gambar 4.4 menunjukkan tegangan awal serat optik yang akan dilakukan
pembengkokan pada jari-jari pembengkokan 4,0 cm. Pada saat pengambilan data,
Oscilloscope diset dengan skala 50 mV (1). Tegangan yang diterima receiver adalah
(1)
(2) (3)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
45
banyaknya kotak/div (3) dikali dengan skala sebesar 50 mV. Pada gambar telihat 3
kotak yaitu 3 x 50 mV, sehingga jumlah tegangan awal sebesar 150 mV. Besarnya
tegangan ini dimunculkan langsung dengan angka (2) pada layar osciloscope berupa
data puncak ke puncak (peak to peak).
Pada gambar 4.5. menunjukkan tegangan awal sinar laser yang masuk ke
serat optik tidak tepat pada posisi intinya (core). Kejadian ini akan mengakibatkan
pulsa gelombang yang diterima oleh receiver kurang maksimal. Keadaan ini dapat
diakibatkan proses pemotongan yang tidak tepat melintang atau memotong serat
optik dengan pemotong yang tidak tajam atau posisi pengaturan receiver yang belum
tepat ke posisi penerimaan sinyal rambatan gelombang sinar laser.
Pada layar oscilloscope tampak pula besarnya nilai frekuensi sebesar 100
Hz. Nilai ini berbeda dengan frekuensi pada optical chopper yang ditetapkan sebesar
99,00 Hz. Pada dasarnya penggunaan frekuensi tidak mempengaruhi data keluaran
tegangan yang diterima receiver. Frekuensi ditetapkan untuk menstabilkan
gelombang agar grafik gelombang pada layar oscilloscope tidak berjalan sehingga
mudah untuk dibaca.
Data tegangan awal merupakan nilai tertinggi dan paling stabil ketika serat
optik dilewatkan dan direkatkan pada silinder pembending yang dapat berupa
paralon dan aluminium sebelum dilakukan pembengkokan dengan interval 10o
dengan variasi pembendingan dari 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm
dan 1,0 cm. Jadi pembengkokan terjadi karena serat optik pada yang telah rekatkan
pada silinder pembending akan diputar sesuai dengan variasi sudut hingga lima kali
lilitan.
Pemutaran pada silinder mengakibatkan terjadinya perubahan beda
potensial sinar laser yang melalui serat optik yang akan dibaca pada grafik
oscilloscope. Serat optik yang dikategorikan dalam serat optik bermode jamak dan
serat optik bermode tunggal masing-masing memiliki perbedaan dalam perubahan
beda potensial. Tabel 4. 1 menunjukkan tegangan awal dan tegangan setelah
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
46
mengalami pembengkokan dengan dilakukan pelilitan dari satu hingga lima kali
putaran dari masing-masing variasi diameter.
Tabel 4.1.a. Hubungan diameter pembengkok terhadap jumlah putaran pada serat optik bermode jamak dengan variasi diameter untuk 1 sampai 5 putaran
No. Urt. Diameter Putaran-0
Putaran-1
Putaran-2
Putaran-3
Putaran-4
Putaran-5
Bending (mV) (mV) (mV) (mV) (mV) (mV) 1 4.0 680 672 656 608 588 504 2 3.5 680 544 504 520 544 520 3 3.0 680 552 512 520 504 480 4 2.5 680 520 496 504 472 456 5 2.0 680 496 464 480 472 464 6 1.5 680 488 464 472 400 392 7 1.0 680 472 416 400 392 376
Tabel 4.1.b. Hubungan diameter pembengkok terhadap jumlah putaran pada serat optik
bermode tunggal dengan variasi diameter untuk 1 sampai 5 putaran.
No. Urt. Diameter Putaran-0
Putaran-1
Putaran-2
Putaran-3
Putaran-4
Putaran-5
Bending (mV) (mV) (mV) (mV) (mV) (mV) 1 4.0 11.2 6.8 5.2 3.6 2.4 2.0 2 3.5 11.2 6.0 4.8 3.2 1.6 1.0 3 3.0 11.2 5.6 4.0 2.8 1.0 0.8 4 2.5 11.2 4.8 2.4 1.6 0.8 0.8 5 2.0 11.2 4.0 2.0 1.6 0.8 0.8 6 1.5 11.2 2.8 2.0 1.2 0.8 0.8 7 1.0 11.2 2.4 1.6 1.0 0.8 0.8
Sinyal cahaya dari laser dilewatkan pada serat optik yang lurus sebelum
dilakukan pembengkokan berupa putaran, maka tegangan awal dicatat terlebih
dahulu. Selanjutnya dilakukan pelilitan pada masing-masing diameter silinder dari
mulai satu kali hingga lima kali. Untuk masing-masing putaran dicatat beda potensial
yang terbaca pada osciloscop. Dari Tabel 4.1.a dan 4.1.b. terlihat bahwa nilai
tegangan awal pada serat optik bermode jamak terhadap serat optik bermode tunggal.
Perbedaan ini dipengaruhi oleh pemfokusan cahaya masuk pada serat optik serat
optik bermode tunggal hanya sedikit mode yang dapat masuk dibandingkan dengan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
47
serat optik bermode jamak. Serat optik bermode tunggal memililki inti serat (core)
sebesar 8 - 12 mm yang lebih kecil sekitar 1/6 dari diameter inti serat optik bermode
jamak. Diameter inti serat optik bermode tunggal yang kecil, maka akan membatasi
jumlah cahaya masuk ke dalamnya.
2. Efek putaran terhadap tegangan
Pelilitan pada serat optik pada silinder menyebabkan perubahan beda
potensial yang diterima receiver dan terdeteksi pada osciloscop. Perubahan ini
merupakan rugi-rugi (atenuasi) akibat dari pembengkokan yang dapat dibuat grafik.
Sumbu mendatar menyatakan diameter pembengkokan (cm) dan sumbu tegak
sebagai kerugian (atenuasi) dalam satuan dB.
Gambar 4. 6 (a) menunjukkan grafik serat optik bermode jamak sedangkan
gambar 4.6. (b) menunjukkan grafik pada serat optik bermode tunggal. Keduanya
dilakukan untuk diameter 4,0 cm sampai 1,0 cm dengan interval diameter 0,5 cm.
0 1 2 3 4 5
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
D = 4,0 cm D = 3,5 cm D = 3,0 cm D = 2,5 cm D = 2,0 cm D = 1,5 cm D = 1,0 cm
dB (
Ate
nuas
i)
n (Jumlah Lilitan)
Gambar 4.6. a. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik bermode jamak dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi jumlah putaran (1 sampai 5 putaran)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
48
0 1 2 3 4 5-12.5
-10.0
-7.5
-5.0
-2.5
0.0
D = 4,0 cm D = 3,5 cm D = 3,0 cm D = 2,5 cm D = 2,0 cm D = 1,5 cm D = 1,0 cm
dB (
Ate
nuas
i)
n (Jumlah Putaran)
Gambar 4.6. b. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik bermode tunggal dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi jumlah putaran (1 sampai 5putaran)
Pada Gambar 4.6 (a) terlihat bahwa serat optik bermode jamak mengalami
kerugian yang makin besar pada lilitan pertama sampai lilitan kelima. Hal iini
diakibatkan makin banyak lilitan, maka makin banyak sinar yang mengalami
pembiasan keluar dari serat optik bagian intinya, sehingga sinar yang dipantulkan
sempurna jumlahnya makin sedikit. Pada diameter pembengkokan 3,5 cm saat
pelilitan keempat mengalami kerugian menurun. Hal ini diakibatkan pada proses
tersebut serat optik mengalami sedikit pengenduran, sehingga terjadi kebocoran
energi dari sinar laser. Pada umumnya dari tujuh pembengkokan mempunyai
karakteristik tersendiri dalam penurunan tegangannya dan rata-rata mengalami rugi-
rugi yang makin membesar.
Pada Gambar 4.6 (b) terlihat bahwa serat optik bermode tunggal mengalami
kerugian yang makin besar pada lilitan pertama hingga lilitan kelima. Hal ini
ditunjukkan oleh ketujuh diameter pembending (sevenbending) rata-rata mengalami
rugi-rugi yang makin lama makin membesar.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
49
Secara umum serat optik yang dibengkokkan dengan diameter kecil akan
mengalami rugi-rugi yang makin besar sesuai dengan banyaknya jumlah
putaran/lilitan. Pada diameter pembengkok kecil sinar akan banyak yang dibiaskan
keluar dari inti serat optik, maka sinar yang dipantulkan sempurna akan berkurang.
Begiru juga serat optik yang makin banyak dililitkan dengan diameter kecil, maka
sinar yang dipantulkan sempurna juga makin berkurang. Akibatnya gelombang
cahaya yang diterima detektor akan lebih sedikit dibandingkan saat dipancarkan dari
sumbernya.
3. Pengolahan data dari tegangan oscilloscope menjadi bentuk deci-Bell
Nilai rugi-rugi dihitung dari penurunan tegangan sinyal yang diterima oleh
receiver. Nilai rugi-rugi ini dapat dicari dalam bentuk deci-Bell menggunakan
persamaan 4. 1 dengan asumsi bahwa tegangan sebanding dengan arus.
2
1
P
PLogdB = (4.1)
Dengan P1 adalah Daya awal yang diterima (Watt), P2 adalah daya yang diterima
dalam satuan (Watt) dan dB adalah deci-Bell (satuan atenuasi).
Konsep deci-Bell diterapkan untuk membandingkan daya yang diberikan
sebagai input dengan daya yang dihasilkan oleh sebuah rangkaian tertentu.
Persamaan 4.1 menunjukkan hubungan antara rugi-rugi daya optik dengan
perbandingan daya awal dan daya yang diterima oleh receiver.
4. Pengaruh sudut putaran terhadap rugi-rugi optik
Serat optik yang dibengkokan dengan variasi sudut putar (αo) dapat
ditunjukkan pada gambar 4.6.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
50
-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400
-2.0
-1.6
-1.2
-0.8
-0.4
0.0
D=2,5 cm D=1,5 cm D=1,0 cm
dB (
Ate
nuas
i = r
ugi-r
ugi)
Sudut Putar (ao)
Gambar 4.7. a. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik bermode jamak dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi sudut putaran (0o sampai dengan 360o )
350 400 450 500 550 600 650 700 750
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
D=2,5 cm D=1,5 cm D=1,0 cm
dB (
Ate
nuas
i = r
ugi-r
ugi)
Sudut Putar (ao)
Gambar 4.7. b. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik bermode jamak dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi sudut putaran (360o sampai dengan 720o)
Gambar 4.7 (a) serat optik jenis bermode jamak untuk diameter
pembending 2,5 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm yang tergabung dalam tujuh bengkokan,
memberikan sampel pengaruh perubahan kenaikan sudut putar dari 0o sampai 360o
terhadap nilai-nilai rugi-rugi (atenuasi) yang makin besar secara signifikan. Untuk
ukuran diameter bending yang makin kecil menghasilkan nilai atenuasi yang makin
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
51
besar. Pada diameter pembengkok 1,5 cm pada sudut 160o samapi dengan 360o
mengalami pengenduran serat optik saat dilakukan pembengkokan, sehingga
menghasilkan rugi-rugi yang lebih kecil dibandingkan diameter pembengkok 4,0 cm.
Gambar 4.7 (b) serat optik bermode jamak antara sudut putar 360o sampai
720o pada diameter pembending 2,5 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm terlihat semakin kecil
diameter bendingnya, maka mengakibatkan gelombang yang ditransmisikan dan
diterima oleh detector menjadi makin besar nilai atenuasi dan semakin besar sudut
putar mengakibatkan nilai kerugiannya (atenuasi) mengalami kenaikan juga. Pada
diameter pembengkok 1,5 cm dari 360o sampai dengan 720o mengalami
pengenduruan serat optik saat dilakukan pembengkokan. Hal ini mengakibatkan nilai
rugi-rugi lebih rendah dibandingkan dengan diameter pembengkok 4,0 cm.
-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400
-4.0
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
D=4,0 cm D=1,5 cm D=1,0 cm
dB (
Ate
nuas
i = r
ugi-r
ugi)
Sudut Putar (ao)
Gambar 4.8. a. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik bermode tunggal dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi sudut putaran (0o sampai dengan 360o )
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
52
350 400 450 500 550 600 650 700 750-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
D=4,0 cm D=1,5 cm D=1,0 cm
dB (
Ate
nuas
i = r
ugi-r
ugi)
Sudut Putar (ao)
Gambar 4.8. b. Grafik hubungan rugi-rugi (atenuasi) pada serat optik bermode tunggal dengan pembengkokan (bending) terhadap variasi sudut putaran (360o sampai dengan 720o )
Gambar 4.8 (a) pada serat optik bremode tunggal diambil sampel ukuran
diameter 4,0 cm, 1,5 cm dan 1,0 cm memperlihatkan hubungan antara nilai kenaikan
sudut putar terhadap atenuasi (rugi-rugi) untuk diameter bending yang besar maupun
kecil memperlihatkan kecenderungan mengalami gejala yang sama, yaitu makin
besar sudut putar mengakibatkan kenaikan rugi-rugi (atenuasi) intensitas sinar laser.
Gambar 4.8 (b) pada serat optik bermode tunggal untuk sudut putar 360o
sampai 720o terlihat diameter pembending dengan ukuran besar (4,0 cm) maupun
diameter bending kecil (1,0 cm) mengalami kenaikan atenuasi (rugi-rugi) secara
signifikan, yaitu grafik memperlihatkan kecenderungan nilai kerugian meningkat
dengan harga yang hamper sama.
Secara umum serat optik bermode jamak dan bermode tunggal jika dikenai
kenaikan sudut putar akan mengakibatkan kenaikan atenuasi (rugi-rugi) dan semakin
kecil diameter pembending akan meningkatkan nilai atenuasi (rugi-rugi).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
53
B. Analisis
1. Pengaruh pembengkokan terhadap tegangan
Serat optik bermode jamak merupakan serat yang memiliki ukuran inti
(core) 50 - 200 mm dan diameter selubungnya 125 – 400 mm, sehingga mudah untuk
dilewati sinar laser dengan panjang gelombang 632,8 nanometer yang berwarna
merah. Pada serat ini sinar yang lewat sedikit mengalami kebocoran untuk sampai
pada detektor yang kemudian diamati menggunakan osciloscop. Artinya sinar yang
melalui serat optik bermode jamak dapat menghantarkan gelombang sangat banyak
meskipun melalui gangguan berupa pembendingan secara makro.
Serat optik bermode tunggal merupakan serat yang memiliki inti berukuran
sangat kecil dan diameternya berkisar 8 sampai 12 mikrometer. Dengan ukuran inti
serat yang kecil, sinar yang mampu dilewatkannya hanyalah satu mode sinar saja.
Pembengkokan pada serat optik bermode tunggal dapat menyebabkan timbulnya rugi
daya yang cukup serius, dan lebih jauh lagi kemungkinan terjadinya kerusakan
mekanis (pecahnya serat optik).
Sudut datang sinar dan posisi di mana sinar pertama kali mengenai bahan
inti serat menentukan jalur yang akan dilalui oleh sinar di dalam serat optik. Ketika
berada dalam serat optik, pada prinsipnya cahaya akan merambat dengan
kemungkinan sebagai berikut:
a. Sinar tidak pernah menyentuh sumbu serat optik ketika merambat di dalam inti
serat.
b. Sinar mengalami refleksi total karena memiliki sudut datang lebih besar dari
sudut kritis dan akan merambat sepanjang erat melalui pantulan-pantulan.
c. Sinar merambat lurus sepanjang sumbu serat tanpa refleksi/refraksi.
d. Sinar mengalami refraksi dan tidak akan dirambatkan sepanjang serat optik
karena memiliki sudut datang lebih kecil dari sudut kritis.
Sinar yang merambat dalam serat optik bermode tunggal bukanlah panjang
gelombang tunggal. Laser yang dipakai dalam penelitian membangkitkan cahaya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
54
yang menduduki kisaran panjang gelombang tertentu, bukan hanya membangkitkan
satu panjang gelombang saja.
Dalam kasus pembengkokan serat optik bermode tunggal, sinar mengalami
refraksi dan tidak akan dirambatkan di dalam serat optik karena sudut datang sinar
lebih kecil dari sudut kritis. Akan tetapi pada kenyataannya seiring dengan
bertambahnya pembengkokan/tekanan pada bengkokan, tegangan tidak hilang
seluruhnya, melainkan hanya turun saja. Hal ini berkaitan dengan kemampuan serat
optik untuk memerangkap sinar cahaya yang datang, yaitu Numerical Apperture.
Sinar yang mencoba masuk ke dalam serat optik datang tidak terfokus pada satu
sudut datang saja.
Dalam hal perbedaan tegangan awal, faktor pemotongan ujung serat optik
berpengaruh lebih dominan dalam mempengaruhi masuknya sinar ke dalam serat
optik. Pemotongan ujung serat optik yang tidak tepat, menyebabkan permukaan
bekas pemotongan serat tidak rata. Sebagai akibatnya sinar tidak bisa masuk ke
dalam serat optik (Gambar 4.9).
Gambar 4.9. Sinar yang tidak dapat masuk ke dalam inti serat optik
karena kesalahan pemotongan
Berkas sinar A dapat masuk ke dalam inti serat optik karena sudut datang θ1
lebih kecil dari sudut kritis. Sedangkan berkas sinar B tidak bisa masuk ke dalam
serat optik dan dipantulkan oleh permukaan serat karena sudut datang θ2 lebih besar
dari sudut kritis. Untuk memotong serat optik dengan hasil permukaan yang rata
dibutuhkan alat pemotong khusus yang di Lab. Optik Fisika FMIPA UNS belum
tersedia.
n
n
q1 q2
A
B
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
55
2. Pengaruh pembengkokan terhadap rugi-rugi
Pembengkokan pada serat optik dilakukan dengan melilitkan serat optik
pada silinder paralon, silinder aluminium, dan silinder yang terbuat dari potongan
karton tebal dengan variasi diameter 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm,
dan 1,0 cm. Selanjutnya dilakukan simulasi untuk hubungan antara jumlah lilitan
terhadap nilai rugi-rugi (dB) dan rugi-rugi (dB) terhadap besarnya sudut putar (αo).
Selanjutnya diamati perubahan tegangan tertinggi dan yang paling stabil yang
diterima receiver dicatat sebagai tegangan awal. Pada dasarnya perlakuan yang
demikian sudah menimbulkan rugi-rugi, apalagi dilakukan pembendingan dengan
sudut putar atau jumlah lilitan akan semakin tampak perubahan pada nilai-nilai
atenuasinya.
Ketika dibengkokkan, serat optik mengalami rugi-rugi akibat tekanan
(stres) disepanjang lekukan. Pada daerah yang dibengkokkan, indeks bias inti
mengalami distorsi. Nilai indeks bias yang terdistorsi ini sangat tergantung pada
besar jari-jari kelengkungannya seperti yang diberikan oleh persamaan 2.22. Sisi
sebelah dalam serat optik yang mengalami pembengkokan akan mempunyai indeks
bias yang lebih besar dari sisi luarnya. Banyaknya berkas sinar yang lolos dari inti
serat saat berkas sinar mengenai bidang batas inti-selimut dengan sudut datang yang
lebih kecil dari sudut kritisnya akan semakin bertambah dengan semakin kecilnya
indeks bias separuh bagian luar serat optik. Dengan melilitkan serat optik 2 lilitan,
maka lekukan sepanjang serat optik semakin banyak dan rugi-rugi yang dialami
semakin besar pula.
Dispersi kromatik juga ikut menyumbang timbulnya rugi-rugi pada serat
optik. Seperti telah disampaikan sebelumnya bahwa sinar yang mampu dilewatkan
oleh serat optik bermode tunggal hanya 1 berkas saja (1 gelombang), namun pada
kenyataannya berkas sinar yang masuk serat optik menduduki sebuah kisaran
panjang gelombang. Beberapa komponen panjang gelombang pada spektrum cahaya
tersebut akan merambat dengan kecepatan yang sedikit berbeda di dalam serat optik.
Akibatnya, pulsa cahaya akan memuai karena terjadi dispersi kromatik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
56
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian penentuan rugi-rugi pada serat optik bermode
jamak dan serat optik bermode tunggal menggunakan sumber cahaya sinar laser
menggunakan gas helium dan neon (He-Ne) dengan panjang gelombang 632.8
nanometer, dengan set up alat pembengkokan makro 1 dan 5 lilitan pada variasi
diameter pembengkokan 4,0 cm, 3,5 cm, 3,0 cm, 2,5 cm, 2,0 cm, 1,5 cm dan 1,0cm,
maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Terdapat perbedaan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk variasi
diameter pembengkokan serat optik bermode jamak dan bermode tunggal.
Diameter pembengkok makin kecil, maka nilai atenuasinya makin besar.
2. Terdapat perbedaan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk variasi
banyaknya lilitan serat optik bermode jamak dan bermode tunggal. Banyaknya
jumlah lilitan makin banyak, maka nilai atenuasinya makin besar.
3. Terdapat perbedaan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk variasi
besarnya sudut putar serat optik bermode jamak dan bermode tunggal. Besarnya
sudut putar makin besar, maka nilai atenuasinya makin besar.
4. Terdapat perbedaan nilai rugi-rugi (atenuasi) energi sinar laser untuk variasi
jenis serat optik yang digunakan. Serat optik bermode tunggal lebih besar nilai
atenuasinya dibandingkan serat optik bermode jamak.
B. Saran
Beberapa saran untuk pengembangan terhadap hasil penelitian yang masih
sangat sederhana ini, yaitu :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
57
1. Penelitian lanjutan menggunakan bahan pembending yang tidak licin dan
berbahan lunak dan padat agar serat optik dapat mudah menempel pada silinder
pembending.
2. Proses pembendingan pada serat optik dalam proses penyimpanan atau dalam
penggunaan transmisi sinyal sebaiknya dilakukan dengan diameter pembending
yang besar, agar dapat ditekan tingkat kerugian yang mengakibatkan sejumlah
sinyal yang ditransmisikan menjadi tidak sempurna.
3. Dalam penggunaan transmisi sinyal melalui serat optik sebaiknya dihindari
untuk membuat lilitan yang terlalu banyak. Hal ini akan mengakibatkan tingkat
kerugian (atenuasi) makin besar.
4. Jika serat optik difungsikan secara maksimal dalam transmisi gelombang cahaya
atau gelombang elektromagnetik, maka sebaiknya direntangkan dalam keadaan
lurus atau dihindari kondisi serat dalam keadaan meniscus atau melengkung.
Dengan kata lain serat optik diusahakan agar tidak terjadi sudut putaran. Sudut
putaran yang makin besar akan menimbulkan kerugian sinyal yang makin besar.
5. Pemotongan serat optik yang diperlukan sesuai dengan kebutuhan sebaiknya
dilakukan dengan alat yang sangat tajam dan pemotongan dilakukan dengan
posisi menyilang tegak lurus terhadap badan silinder serat optik dan diusahakan
permukaannya rata dan inti serat optik tidak pecah.
6. Membuat set up tujuh bengkokan alat pengbengkok yang berbasis
mikrokontroler sehingga pada proses penelitian dapat mengurangi gerakan saat
memutar silinder pembending sesuai dengan sudut putar.