SEKILAS MENGENAI SERAT OPTIS (FIBER OPTIC)

SEKILAS MENGENAI SERAT OPTIS
(FIBER OPTIC)



Kelebihan kabel serat optis dibandingkan dengan kabel tembaga, yaitu:
1. Kecepatan: Jaringan serat optis bekerja pada kecepatan yang lebih tinggi sampai pada tingkat Gigabit per detik nya.
2. Bandwidth: Mempunyai kapasitas dan atau bandwidth yang lebih besar
3. Jarak: Sinyal dapat ditransmisikan lebih jauh tanpa harus membutuhkan repeater.
4. Resistan/Daya Tahan: Lebih tahan terhadap derau elektromagnetis seperti radio, mesin, atau kabel-kabel lain yang berdekatan.
5. Pemeliharaan: Kabel serat optis membutuhkan biaya pemeliharaan yang lebih murah.

Pada saat ini terlihat bahwa serat optis secara mantap menggantikan kabel-kabel tembaga untuk transmisi sinyal-sinyal komunikasi. Kabel serat optis terbentang dengan jarak yang panjang antara sistem telepon lokal sebagai jaringan tulang punggung (backbone). Sistem serat optis lainnya digunakan oleh layanan televisi kabel, kampus universitas, gedung-gedung perkantoran, pabrik-pabrik, dan perusahaan-perusahaan listrik.

Sistem serat optis mirip dengan kabel tembaga. Perbedaannya adalah serat optis menggunakan pulsa-pulsa cahaya untuk mengirimkan informasi melewati lintasan serat optis dibandingkan dengan menggunakan pulsa-pulsa elektronik yang mengirimkan informasi pada jalur kabel tembaga. Melihat komponen-komponen dalam suatu rantai serat optis akan memberikan penjelasan bagaimana suatu sistem serat optis ini bekerja jika dihubungkan dengan sistem berbasis kabel tembaga.

Pada salah satu sisi sistem adalah transmitter, tempat asal informasi dalam saluran serat optis. Transmitter menerima informasi dalam bentuk kode-kode pulsa listrik yang datang dari kabel tembaga, lalu sinyal ini diproses dan diterjemahkan ke pulsa-pulsa cahaya yang ekivalen. LED (Light Emitting Diode) atau ILD (Injection Laser Diode) dapat digunakan untuk menghasilkan pulsa-pulsa cahaya. Dengan suatu lensa, pulsa-pulsa cahaya tersebut disalurkan menuju media serat optis dimana nantinya sinyal tersebut merambat didalam saluran tersebut.

Bayangkanlah kabel serat optis dengan gulungan kertas karton yang panjang yang bagian dalamnya dilapisi kaca. Jika kita nyalakan suatu senter pada satu sisi, kita akan dapat melihat cahaya tersebut pada sisi jauh lainnya, walaupun gulungan karton tersebut dibengkokkan hingga membentuk suatu sudut.

Pulsa-pulsa cahaya berpindah dengan mudahnya di dalam saluran serat optis yang disebabkan oleh sebuah prinsip yang dikenal sebagai pantulan internal total (total internal reflection). Prinsip pantulan internal total ini menyatakan bahwa “ketika sudut datang melebihi suatu nilai kritis, cahaya tidak akan dapat keluar dari kaca, malahan cahaya akan memantul kembali”. Ketika prinsip ini diterapkan ke konstruksi untaian serat optis, hal ini akan memungkinkan untuk mengirinkan informasi dalam saluran serat optis dalam bentuk pulsa-pulsa cahaya tadi.

Ada 3 tipe kabel serat optis yang umumnya digunakan: single mode, multimode, dan serat optis plastik (POF, Plastic Optical Fiber).

Kaca transparan atau juga serat plastik memungkinkan cahaya untuk dipandu dari dari satu sisi menuju sisi lainnya dengan rugi (loss) minimal.


Gambar 1 Pemantulan Internal Total

Gambar 2 Skema sistem komunikasi serat optis

Serat optis berfungsi sebagai pemandu cahaya, memandu cahaya yang dimasukkan di satu sisi kabel menuju sisi lainnya. Sumber cahaya dapat berupa diode pemancar cahaya (LED) atau Laser.

Sumber cahaya adalah pulsa hidup (ON) atau mati (OFF), dan penerima sensitif cahaya di sisi lainnya mengubah pulsa-pulsa tersebut kembali menjadi digital satu atau nol dari sinyal aslinya.

Walaupun cahaya Laser yang bersinar melalui suatu serat optis, tetap akan menderita pelemahan daya yang terutama diakibatkan oleh penyebaran (dispersion) dan hamburan (scattering), yang terjadi dalam serat itu sendiri. Lebih cepat fluktuasinya Laser, lebih besar resiko penyebarannya. Penguat cahaya, yang disebut repeater, mungkin saja dibutuhkan untuk memulihkan sinyal pada penggunaan tertentu.

Sementara serat optis semakin murah dari waktu ke waktu, panjang kabel tembaga yang ekivalen biayanya juga lebih rendah tapi tidak untuk kapasitasnya. Konektor kabel serat optis dan perlengkapan lainnya yang dibutuhkan tetap masih lebih mahal dibandingkan dengan kabel tembaga.

Ada dua model serat optis, yaitu kabel single mode dan multimode. Single mode merupakan serat kaca tunggal dengan diameter 8,3 sampai 10 micrometer yang hanya mempunyai satu mode transmisi. Serat single mode relatif lebih kecil diamaternya, yang hanya satu mode yang dirambatkan, biasanya 1310 nm atau 1550 nm, membawa bandwidth yang lebih besar dibandingkan dengan serat multimode, tetapi membutuhkan sumber cahaya lebar spektral yang lebih sempit. Nama lainnya dari serat single mode adalah serat optis mono-mode, serat single mode, pemandu gelombang optis single mode, serat uni-mode.

Serat single mode akan memberikan kecepatan transmisi yang lebih besar yang sampai 50 kalinya dibandingkan multimode, tetapi biayanya juga lebih besar. Serat single mode mempunyai core yang lebih kecil dari multimode. Core yang kecil dan gelombang cahaya yang single sebenarnya menghilangkan distorsi yang disebabkan oleh pulsa-pulsa cahaya yang overlap, sehingga menghasilkan pelemahan sinyal terkecil dan kecepatan transmisi yang paling tinggi daripada tipe serat kabel lainnya.

Serat optis single mode merupakan serat optis yang hanya mode tingkat rendah yang dapat merambat, yaitu di panjang gelombang berkisar 1300 nm sampai 1320 nm.

Gambar 3 Serat single mode

Kabel multimode dibuat dari serat kaca yang umumnya diameter berkisar 50 μm sampai 100 μm untuk komponen pembawa cahaya (umumnya 62,5 μm). POF merupakan kabel berbasis plastik yang lebih baru yang menjanjikan unjuk kerja mirip dengan kaca untuk jarak yang sangat dekat, tetapi biaya yang lebih murah.
Serat multimode memberikan bandwidth yang lebih tinggi untuk jarak menengah. Gelombang cahaya dihamburkan menjadi sejumlah lintasan atau mode sehingga sinyal-sinyal ini berjalan sepanjang core kabel yang biasanya 850 atau 1300 nm. Contoh diameter core serat optis multimode adalah 50; 62,5 dan 100 μm. Bagaimanapun untuk jarak kabel yang panjang (lebih besar dari 3000 kaki = 914,4 m), cahaya dengan lintasan jamak dapat mengakibatkan distorsi sinyal di sisi penerima, menghasilkan transmisi data yang tidak bersih dan tidak lengkap.

Gambar 4 Serat multimode

Penggunaan serat optis belum ada sampai 1970 pada saat Corning Glass Works bisa membuat suatu serat dengan rugi daya 20 dB/km. Saat ini disadari bahwa serat optis akan mungkin digunakan untuk telekomunikasi jika hanya kaca dapat dikembangkan menjadi sangat murni, sehingga pelemahan hanya 20 dB/km atau lebih kecil lagi. Sehingga dengan begitu cahaya akan tetap bertahan setelah berjalan 1 km. Saat ini, pelemahan serat optis berkisar dari 0,20 dB/km sampai 1000 dB/km tergantung dari serat optis yang digunakan. Batas-batas pelemahan tersebut didasarkan pada tujuan penggunaannya.

Penggunaan komunikasi serat optis telah meningkat di kecepatannya semenjak pemasangan komersial pertamanya di tahun 1977. Perusahaan-perusahaan telepon yang memulainya lebih awal, menggantikan sistem kabel tembaga lama dengan saluran serat optis. Perusahaan-perusahaan telepon saat ini menggunakan serat optis di sepanjang sistem mereka sebagai arsitektur backbone dan hubungan jarak jauh di antara sistem-sistem telepon kota mereka.

Perusahaan TV kabel juga telah mulai menyertakan serat optis ke dalam sistem kabel mereka. Saluran trunk yang menghubungkan kantor-kantor pusat telah digantikan dengan serat optis secara menyeluruh. Beberapa penyedia/provider telah memulai percobaan dengan serat optis sampai batas terakhir menggunakan suatu hibrid serat/koaksial. Hibrid seperti ini memungkinkan penggabungan dari serat dan koaksial di suatu lokasi yang berdekatan. Lokasi ini, disebut sebuah node, akan menyediakan penerima optis yang mengubah impuls-impuls cahaya kembali ke sinyal-sinyal elektris. Sinyal-sinyal tersebut kemudian dapat dialirkan ke rumah masing-masing pelanggan lewat kabel koaksial.

Jaringan area lokal (LAN) merupakan sekumpulan kelompok komputer atau sistem komputer saling ketersambungan, memungkinkan untuk berbagi perangkat lunak program atau database. Tempat-tempat kursus, universitas, gedung perkantoran, pabrik-pabrik industri sebagai contoh kecilnya, semuanya menggunakan serat optis untuk membangun sistem LAN mereka.
Perusahaan-perusahaan kelistrikan merupakan pihak selanjutnya yang telah memulai memberdayakan serat optis dalam sistem komunikasinya. Banyak dari mereka sudah menggunakan sistem komunikasi serat optis yang sudah ada untuk memonitor sistem jaringan listrik mereka.

Serat (Fiber)

Beberapa milyar bit dapat ditransmisikan per detiknya melalui sebuah link serat optis dalam jaringan komersial, cukup untuk membawa sejumlah puluhan ribu panggilan telepon. Serat setebal rambut terdiri dari dua lapisan konsentrik, kaca silica kemurnian tinggi dan cladding yang ditutup oleh sarung pelindung. Berkas-berkas cahaya termodulasi menjadi pulsa-pulsa digital dengan Laser atau LED berpindah sepanjang core tanpa menembus cladding.

Gambar 5 Konstruksi kabel serat optis

Cahaya tetap tertahan dalam core karena cladding memiliki indeks pembiasan (suatu ukuran kemampuan untuk membengkokkan cahaya) yang lebih rendah. Penyempurnaan pada serat optis bersamaan dengan pengembangan diode dan Laser baru, mungkin saja suatu hari nanti jaringan komersial serat optis akan bisa membawa triliunan bit-bit data setiap detiknya.

Pemantulan internal total menahan cahaya dalam serat optis, karena cladding memiliki indeks pembiasan yang lebih rendah, berkas-berkas cahaya memantul kembali ke core jika mengenai cladding dengan sudut yang kecil (garis merah). Suatu berkas yang melebihi suatu sudut kritis tertentu terlempar dari serat (garis kuning).

Gambar 6 Pemantulan internal total

Serat Multmode Step Indeks


Serat multimode step indeks mempunyai core yang besar, sampai 100 μm diameternya. Akibatnya beberapa berkas cahaya yang membawa pulsa digital dapat berjalan dengan rute lurus/langsung, sedangkan yang lainnya zigzag karena terpantul-pantul oleh cladding. Altenatif-altenatif lintasan ini mengakibatkan kelompok-kelompok yang berbeda dari berkas-berkas cahaya, yang disebut mode-mode, akan sampai di titik penerima secara terpisah-pisah. Pulsa hasil dari mode-mode berbeda mulai untuk memencar, kehilangan bentuk awalnya. Kebutuhan untuk memberikan jarak antara pulsa-pulsa untuk menghindari tumpang-tindih (overlap) merupakan batasan terhadap jumlah informasi yang dapat dikirimkan. Konsekuensinya, serat optis tipe ini sangat cocok untuk transmisi jarak pendek. Contohnya untuk peralatan-peralatan rumah sakit.

Serat multimode graded indeks terdiri dari core yang indeks pembiasannya berkurang secara bertingkat dari pusat aksis (koordinat) menuju cladding. Indeks pembiasan yang lebih tinggi di pusat membuat berkas cahaya yang bergerak di pusat lebih lambat dibandingkan dengan cladding. Jadi, dibandingkan berzigzagnya di cladding, karena indeks yang bertingkat tadi, cahaya yang ada di core berkurva secara helis sehingga mengurangi jarak tempuhnya. Lintasan yang diperpendek dan kecepatan yang lebih tinggi memungkinkan cahaya pada batas luar untuk sampai di penerima pada waktu yang hampir bersamaan dengan yang lebih lambat tapi berkas-berkas cahaya tersebut merambat lurus di pusat core. Hasilnya: pulsa-pulsa digital mengalami dispersi yang lebih sedikit.

Gambar 7 Serat optis multimode graded index

Serat Single Mode


Serat single mode mempunyai core yang sempit (8 μm atau kurang) dan indeks pembiasan antara core dan cladding berubah lebih sedikit dibandingkan dengan serat multimode. Jadinya, cahaya berjalan paralel terhadap aksis, menghasilkan dispersi (penyebaran) pulsa yang lebih sedikit. Jaringan telepon dan TV kabel memasang jutaan kilometer serat single mode ini setiap tahunnya.

Gambar 8 Serat optis single mode

DASAR-DASAR DESAIN KABEL SERAT OPTIS

Ada dua desain dasar kabel serat optis, yaitu kabel pipa longgar (loose tube cable), yang banyak digunakan untuk pemasangan luar area gedung di Amerika Utara, dan kabel Buffer Ketat (tight buffered cable), yang terutama digunakan di dalam gedung. Desain modular dari kabel pipa longgar biasanya sampai 12 fiber untuk per pipa/tube buffer nya dengan maksimum setiap kabel serat optis bisa membawa lebih dari 200 fiber. Kabel pipa longgar dapat semuanya bahan dielektrik atau ada tambahan pelindung. Kabel pipa buffer ketat memperbolehkan turunnya kelompok-kelompok serat (drop-off) di titik-titik pertengahan, tanpa menganggu pipa-pipa (tube) terproteksi buffer lainnya yang ditujukan ke lokasi-lokasi lain. Desain pipa longgar ini juga membantu identifikasi dan pengerjaan serat di dalam sistem.

Kabel serat optis tunggal buffer ketat digunakan sebagai pigtail, patch cord (sepotong serat optis yang pendek) dan jumper untuk menghubungkan kabel pipa longgar secara langsung ke transmitter opto-elektronis, receiver, dan komponen-komponen aktif atau pasif lainnya.

Kabel serat jamak (multi fiber) buffer ketat juga tersedia dan digunakan terutama untuk routing altenatif dan penanganan sederhana di dalam pergedungan.


1. Kabel Pipa Longgar (Loose Tube Cable)

Dalam suatu desain kabel pipa longgar, plastik berkode warna menopang rangka pipa serat dan melindungi serat-serat optis. Suatu bahan berisikan gel berfungsi untuk menahan rembesan air. Panjang serat yang berlebih (relatif terhadap panjang pipa) dimaksudkan untuk melindungi serat dari tekanan-tekanan pada saat pemasangan dan beban dari lingkungan sekitar penanaman kabel tersebut. Pipa buffer dipelintirkan pada suatu dielektrik atau pusat baja, yang berfungsi sebagai suatu elemen anti-pelengkungan .


Gambar 9 Kabel Serat Optis Pipa Longgar (Loose Tube)


Pusat kabel biasanya menggunakan benang aramid, yang berfungsi sebagai bagian utama dari daya rentang. Selubung polietilen membungkus core. Jika armor/pelindung diperlukan, suatu lembar baja bergelombang dibentuk di sekitar suatu kabel tunggal yang terbungkus dengan suatu tambahan pembungkus/jaket di atas armor/pelindungnya. Kabel-kabel pipa longgar biasanya digunakan untuk pemasangan luar kabel udara, duct, atau pun pemasangan langsung dalam tanah.

2. Kabel Buffer Ketat (Tight Buffered Cable)


Dengan rancangan kabel buffer ketat, bahan buffernya bersentuhan langsung dengan serat. Perancangan ini sesuai untuk kabel-kabel penghubung (jumper) yang menghubungkan kabel-kabel FO luar ke perangkat terminal, dan juga untuk saling menghubungkan berbagai macam perangkat dalam suatu jaringan yang besar.


Gambar 9 Kabel Serat Optis Buffer Ketat (Tight Buffer)

Gambar 10 Kabel Serat Optis Buffer Ketat (Tight Tube)
Untuk serat jamak, kabel buffer ketat sering digunakan untuk dalam gedung, riser, gedung umum, dan untuk plenum.

Rancangan buffer ketat menyediakan suatu struktur kabel yang bergelombang kasar untuk melindungi helaian serat tunggal selama proses penanganan, routing, dan proses penyambungan. Sekumpulan benang-benang yang kuat berfungsi untuk menahan pengaruh regangan terhadap serat.

Sama seperti kabel pipa longgar, spesifikasi optis untuk kabel buffer ketat juga memenuhi level unjuk kerja (performance) yang tinggi untuk semua serat pada kondisi cakupan suhu kerja dan kondisi normal serat.

Tipe-tipe Konektor

Ada beberapa bentuk konektor serat optis yang umumnya digunakan di pasaran. Berikut di bawah ini beberapa contohnya.

SC
LC
Biconics
Deutsch 1000
ST
FC
MU
LX-5


Gambar 11 Model-model konektor serat optis (1)
Gambar 12 Model-model konektor serat optis (2)
MACAM-MACAM KABEL SERAT OPTIS
Ada beberapa macam contoh kabel serat optis yang ada dipasarandan ditawarkan oleh beberap vendor, dibawah ini saya paparkan beberapa contohnya beserta gambar.

Kabel Distribusi

Kabel distribusi serat optis (kumpulan kabel-kabel serat optis yang kompak) membungkus masing-masing serat terbuffer 900 μm sehingga mengurangi ukuran dan biaya kalau dibandingkan dengan kabel berhamburan (breakeout). Konektor-konektor mungkin saja dipasang secara langsung dalam serat terbuffer 900 μm di lokasi kotak (box) breakeout. Penghematan tempat (OFNR) memungkinkan kabel ini untuk dipasang walapun jenis kabel breakeout yang digunakan. FIS akan langsung dihubungkan langsung ke dalam serat 900 µm atau membentuk ujung serat 3 mm yang terbungkus jaket sebelum konektornya dipasang.

Gambar 13 Kabel distribusi serat optis (1)

Gambar 14 Kabel distribusi serat optis (2)

Buffer Ketat Indoor/Outdoor
FIS sekarang menawarkan kabel buffer ketat tipe indoor/outdoor untuk versi tipe Riser dan Plenum. Kabel-kabel ini fleksibel, mudah dan sederhana pemasangannya. Karena kabel ini tidak menggunakan gel, konektor-konektor dapat langsung diterminasi ke serat tanpa harus kesulitan menggunakan perlengkapan breakeout. Hal ini memungkinkan suatu kemudahan dan pemasangan keseluruhan yang lebih murah. Cakupan suhu -40oC sampai +85oC.

Gambar 15 Kabel Buffer Ketat Indoor/Outdoor

Kabel Breakeout Indoor/Outdoor


Kabel model breakeout tipe indoor/outdoor miliknya FIS mudah untuk dipasang dan sederhana untuk diterminasi tanpa harus membutuhkan peralatan fanout. Kabel berkarakter kasar dan tahan lama ini merupakan jenis OFNR sehingga dapat digunakan untuk indoor selain itu juga mempunyai cakupan suhu kerja -40oC sampai +80oC dan tahan terhadap jamur, air, dan sinar UV. Sehingga juga dapat digunakan untuk outdoor. Kabel jenis ini standarnya datang dengan subunit 2,5 mm dan tersedia dalam versi plenum.

Gambar 16 Kabel Breakeout Indoor/Outdoor FIS

Sistem Kabel Corning→ Kabel LST Freedm
Kabel Corning FREEDM®LST™ merupakan jenis OFNR, tahan UV, dan air sehingga bisa untuk indoor/outdoor. Inovasi DRY™ kabel dengan tahan airnya mengeliminasi kebutuhan bahan tradisional lainnya memungkinkan persiapan yang lebih efisien dan perlengkapan yang lebih ringan. Tersedia dalam 62,5µm, 50µm, single mode, dan versi hibrid.

Gambar 17 Kabel Corning FREEDM®LST™

Krone Kabel Pipa Longgar Kering Indoor/Outdoor

Inovasi Krone kabel pipa longgar indoor/outdoor dirancang untuk memenuhi semua kekakuan yang diperlukan untuk pemasangan lingkungan luar, dan kelas tahan api yang diperlukan dalam gedung. Kabel-kabel ini menghilangkan bahan pengisi gel dari kabel tradisional jenis pipa longgar dengan pengganti suatu polimer penyerap super.

Gambar 18 Kabel Krone pipa longgar kering
Kabel Pipa Longgar

Kabel pipa longgar dirancang untuk tahan suhu luar dan kondisi kelembaban tinggi. Serat ini dipaket secara longgar didalam pipa yang diisi buffer gel untuk menahan air. Disarankan untuk penggunaan di antara gedung yang tidak terlindung dari elemen-elemen luar. Kabel pipa longgar dibatasi untuk tidak digunakan dalam gedung atau diperbolehkan masuk sampai pada batas 50 kaki.

Gambar 19 Kabel pipa longgar
Kabel Udara (Self Supporting)
Kabel udara menyediakan kemudahan pemasangan dan mengurangi waktu serta biaya. Gambar kabel udara di atas memperlihatkan bahwa kabel udara mudah untuk dipisahkan serat dan pembawanya. Mencakup suhu kerja -55oC sampai 85oC.


Gambar 20 Kabel udara

Kabel Hibrid & KompositKabel hibrid menawarkan beberapa keuntungan yang menarik sebagai kabel indoor/outdoor standard, dengan kenyamanan pada saat pemasangan serat multimode dan single mode semuanya bersamaan dalam satu tarikan. Kabel komposit menawarkan serat optis dengan 14 kawat logam solid yang cocok untuk beragam kegunaan meliputi daya listrik, grounding, dan kontrol-kontrol elektronis lainnya.


Gambar 21 Kabel hibrid
Armored Cable
Kabel armored dapat digunakan sebagai pelindung dari hewat pengerat pada penanaman langsung tanah jika diperlukan. Kabel ini tidak diisi gel dan dapat juga digunakan untuk di udara. Pelindung armor dapat dibuang untuk meninggalkan bagian dalam saja sehingga cocok untuk penggunaan indoor atau pun outdoor. Cakupan suhu -40oC sampai 85oC.


Gambar 22 Kabel armored

Low Smoke &Zero Halogen (LSZH)
Kabel jenis LSZH ditawarkan sebagai altenatif pilihan untuk penggunaan bebas halogen. Lebih sedikit asam, dan lebih lambat untuk berkarat, sehingga mereka cocok dan merupakan pilihan bagus untuk banyak penggunaan internasional. Ditawarkan dalam berbagai model baik simplex, duplex, dan rancangan 1,6 mm. Kabel ini merupakan kelas Riser dan tidak berisikan gel, yang membuatnya tidak memerlukan titik-titik penyambungan yang terpisah sehingga perangkat-perangkat terminasi dan waktu kerja bisa lebih berkurang. Kabel ini dapat jalan lewat Riser secara langsung ke hub jaringan atau penyambungan terselubung untuk interkoneksi.


Source: http://arcelect.com/fibercable.htmGambar 23 Kabel LSZH





Terima Kasih