SIMULASI PERAMBATAN CAHAYA TIPE SINAR SKEW DAN SINAR MERIDIONAL

PADA SERAT OPTIK MODE JAMAK

Aditya Dharma Putra (L2F002545)Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang

ABSTRAK

Kompetisi di segala bidang semakin meningkat. Perkembangan teknologi informasi membuat batas wilayah menjadi semakin dekat. Apalagi dengan masuknya era perdagangan bebas, membuat persaingan akan semakin ketat.

Persaingan ini akan melanda disegala bidang, termasuk bidang telekomunikasi. Hanya industri telekomunikasi dengan pelayanan terbaik yang mampu bertahan, karena di bidang ini persaingan ada pada pelayanan jasa.

Pada 30 tahun belakangan ini, telah dikembangkan sebuah teknologi baru yang menawarkan kecepatan data yang lebih besar untuk jarak yang lebih jauh dengan harga yang lebih rendah daripada sistem kawat tembaga. Teknologi baru ini adalah serat optik.

Serat optik menggunakan cahaya untuk mengirim informasi (data). Cahaya yang membawa informasi dapat dipandu melalui serat optik berdasarkan fenomena fisika yang disebut pemantulan sempurna. Berdasarkan hal tersebut, menurut lintasan pemantulannya, ada dua tipe perambatan cahaya yaitu Sinar Skew dan Sinar Meridional.Kata Kunci : serat optik, cahaya, pemantulan sempurna, Sinar Skew, Sinar Meridional

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar belakangKompetisi di segala bidang semakin meningkat.

Perkembangan teknologi informasi membuat batas wilayah menjadi semakin dekat. Apalagi dengan masuknya era perdagangan bebas, membuat persaingan akan semakin ketat.

Persaingan ini akan melanda disegala bidang, termasuk bidang telekomunikasi. Hanya industri telekomunikasi dengan pelayanan terbaik yang mampu bertahan, karena di bidang ini persaingan ada pada pelayanan jasa.

Dalam usaha untuk meningkatkan pelayanan yang baik maka perusahaan harus dapat mengefektifkan dan meningkatkan sumber daya yang dimilikinya, serta harus melakukan pengurangan biaya-biaya yang tidak diperlukan, Untuk meningkatkan produktifitas, efisiensi, efektifitas dari sumber daya yang dimiliki harus didukung oleh sistem informasi yang selalu tersedia, cepat dan tepat untuk mengambil kebijakan selanjutnya.

Pemenuhan permintaan jasa telekomunikasi yang semakin beragam memerlukan kemampuan akses tinggi dari jaringan lokal. Keterbatasan jaringan lokal metalik yang digunakan saat ini dapat diatasi dengan penggunaan serat optik yang mempunyai pita yang lebih lebar, redaman kecil dan laju bit lebih tinggi.

1.2 TujuanTujuan dari tugas akhir ini mengetahui konsep

perambatan cahaya pada serat optik berdasarkan fenomena fisika yang disebut pemantulan sempurna (total internal reflection) dengan menyimulasikan dua tipe perambatan, yaitu Sinar Skew dan Sinar Meridional.

1.3 Pembatasan MasalahBatasan – batasan masalah dalam tugas akhir yang

didukung oleh simulasi menggunakan pemrograman Delphi 7.2 ini adalah:1. Penulis hanya membahas cahaya yang merambat

sempurna di dalam serat optik atau cahaya yang berapa dalam jangkauan kerucut penerimaan (acceptance cone).

2. Tidak membahas modulasi masukan pesan menjadi sinyal listrik pada pemodulasi di sisi pengirim ataupun

demodulasi sinyal listrik menjadi keluaran pesan pada pemroses sinyal di sisi penerima.

3. Tidak membahas penguatan oleh penguat operasional di tengah-tengah transmisi serat optik.

4. Permukaan batas antara inti dan selimut pada serat optik dianggap sempurna atau ideal sehingga tidak membahas kerugian akibat pentransmisian.

5. Hanya membahas serat optik mode jamak.

II. SERAT OPTIK

2.1 Struktur Serat OptikAda tiga bagian dalam sebuah serat optik, yaitu inti

(core), selimut (cladding) dan jaket (coating).Inti atau core merupakan bagian utama berfungsi

untuk menentukan cahaya merambat dari satu ujung ke ujung lainnya. Inti terbuat dari bahan kuarsa dengan kualitas sangat tinggi dan memiliki diameter 10mm sampai dengan 50mm.

Selimut atau cladding merupakan selubung dari core yang berfungsi sebagai cermin, yakni memantulkan cahaya agar dapat meranbat ke ujung lainnya. Selimut terbuat dari bahan gelas dengan indeks bias lebih kecil dari inti.

Jaket atau coating terbuat dari plastik dan berfungsi untuk melindungi serat optik dari kerusakan.

Gambar 2.1 Struktur serat optik

2.2 Jenis Serat OptikPada serat optik, cahaya dapat merambat melalui

sejumlah lintasan yang berbeda. Lintasan cahaya yang berbeda-beda ini disebut mode dari suatu serat optik. Ukuran diameter inti menentukan jumlah mode yang ada dalam suatu

1

serat optik. Serat optik yang memiliki lebih dari satu mode disebut serat optik mode jamak. Sedangkan serat optik yang hanya memiliki satu mode disebut serat optik mode tunggal.

Gambar 2.2 Jenis serat optik menurut lintasan cahayanya

Serat optik mode jamak step index memiliki indeks bias inti yang konstan, ukuran inti yang besar dan dilapisi selimut yang sangat tipis. Karena ukurannya yang besar maka penyambungan kabel akan lebih mudah. Namun karena terjadi dispersi yang besar dan transmisi data dengan laju bit yang rendah, maka jenis ini hanya digunakan untuk jarak pendek. Sedangkan pada serat optik mode jamak graded index, inti terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang mempunyai indeks bias yang berbeda. Indeks bias tertinggi terdapat pada inti lapis pertama yang berangsur-angsur turun sampai ke batas inti-selimut. Pada serat optik jenis ini, cahaya merambat karena difraksi yang terjadi pada inti sehingga rambatan cahaya sejajar dengan sumbu serat. Karena perambatannya yang seperti ini maka dispersi minimum.

Serat optik mode tunggal memiliki diameter inti yang sangat kecil jika dibandingkan ukuran selimutnya sehingga cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan sumbu serat optik. Karena itu maka serat optik jenis ini biasa digunakan untuk transmisi data dengan laju bit tinggi.

2.3 Sistem Komunikasi Serat OptikSistem komunikasi serat optik terdiri dari sisi

pengirim , kanal informasi dan sisi penerima.

Gambar 2.3 Sistem Komunikasi Serat Optik

2.4 Pemantulan Sempurna pada Kanal Informasi Serat Optik

Sebuah sinar cahaya yang berada diantara dua material transparan yang memiliki indeks bias berbeda dalam sebuah serat optik dikatakan mengalami pemantulan sempurna (total internal reflection) apabila:1. Apabila pantulan sinar berasal dari material yang

mempunyai indeks bias lebih besar (indeks bias inti lebih besar dari indeks bias selimut).

2. Apabila sudut sinar masuk ( 0θ ) lebih kecil dari

max0θ , seperti ditunjukan oleh gambar 2.4 berikut.

Gambar 2.4 Pemantulan cahaya pada serat optik

Sinar dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu tipe sinar Meridional dan tipe sinar Skew. Tipe sinar Meridional adalah jika pantulan yang dibuat memotong poros atau sumbu dari serat optik, sementara sinar Skew adalah jika pantulan tidak pernah memotong sumbu dari serat optik walaupun jalan pantulannya searah tipe sinar Meridional. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.5 dibawah ini.

Gambar 2.5 Perbandingan Sinar Meridional dan Sinar Skew

2.5 Perhitungan Parameter-Parameter dalam Serat OptikAgar dapat merambat sempurna di dalam serat

optik, cahaya yang masuk harus berada dalam jangkauan kerucut penerimaan (acceptance cone) yang artinya sudut cahaya masuk mesti lebih kecil daripada sudut max0θ atau

sudut tangkap.

2

Gambar 2.6 Cahaya masuk ke dalam serat optikBesarnya max0θ tiap serat optik berbeda-beda.

Oleh karena itu, kemampuan sebuah serat untuk dapat menangkap cahaya juga berbeda-beda. Ukuran kemampuannya disebut numeric aperture (NA).

2122

10 )(maxsin clnnnNA −=×= θ

…. (pers. 2.1)Karena medium dimana cahaya memasuki serat

adalah udara maka n = 1, sehingga diperoleh:maxsin 0θ=NA

….. (pers 2.2) Masuk ke dalam serat optik, akan terjadi pembiasan

karena indeks bias inti yang berbeda dengan indeks bias udara. Apabila sudut masuk adalah max0θ atau sudut masuk pada batas kerucut penerimaan, maka sudut pembiasan disebut sudut kritis ( cθ ). Pada sudut pembiasan

yang lebih besar dari cθ , cahaya yang menyentuh selimut tidak akan dipantulkan melainkan akan terus dibiaskan keluar dari inti.

cnn θθ sinmaxsin 10 ×=× ….. (pers 2.3)

Gambar 2.7 Pemantulan dan pembiasan cahaya di dalam serat optik

Untuk sudut yang lebih kecil daripada cθ , cahaya yang menyentuh selimut akan dipantulkan kembali. Kali ini yang menjadi acuan adalah sudut yang terbentuk antara selimut dan garis normal yaitu 1φ .

)90(1801 cθφ +−= ….. (pers 2.4)

Dalam simulasi ini, yang menjadi parameter masukan adalah numeric aperture dan nilai indeks bias inti lapis pertama ( 1n ). Oleh karena itu yang ditentukan adalah nilai indeks bias selimut maksimal agar cahaya dapat dipantulkan. Dengan mengikuti hukum Snell didapat hubungan seperti dibawah ini.

90sinmaxsin 11 ×=× clnn φ….. (pers 2.5)

Pada inti, terkadang tidak hanya ada 1 lapis. Oleh karena itu terdapat indeks bias inti yang kompleks artinya belum tentu sama pada tiap lapisannya.

nnnnn φφφ sin.....sinsin 2211 ×==×=×….. (pers 2.6)

Untuk menghitung frekuensi normalisasi (V) dan perubahan fasa (δ ) pada inti dengan lapis tunggal, persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut.

V = 2122

1 )(2clnna −×⋅

λπ

….. (pers 2.7)

δ = λ

π Sn ⋅⋅ 21

….. (pers 2.8)Sedangkan pada inti dengan lapis jamak, indeks bias inti dirata-ratakan sehingga didapat persamaan seperti berikut ini.

V = 2122 )(2

clr nna −×⋅λ

π

….. (pers 2.9)

δ = λ

π Snr ⋅⋅ 2

…. (pers 2.10)

Dimana:

1n = indeks bias inti lapis pertama

rn = indeks bias rata-rata inti

cln = indeks bias selimuta = jari-jari intiλ = panjang gelombangS = jarak tempuh gelombang

III. PERANCANGAN PROGRAM

3.1 Simulasi Perambatan Cahaya dengan Tampilan 2 Dimensi

Pada simulasi ini akan diperlihatkan bagaimana cahaya merambat di dalam serat optik apabila dilihat dalam tampilan 2 dimensi. Simulasi ini akan menerapkan program yang dapat menggambarkan jalannya cahaya pada serat optik dengan variasi pada nilai numerical aperture, jumlah sumber cahaya, jumlah layer pada serat optik serta nilai masing-masing indeks biasnya sehingga menghasilkan step index maupun graded index. Perambatan cahaya yang terjadi disini kesemuanya adalah berbentuk sinar meridional, yaitu sinar yang jalur pantulannya memotong poros atau sumbu dari serat optik.

Sinar yang masuk ke dalam serat optik terlebih dahulu melewati kerucut penerimaan (acceptance cone), dimana sinar yang masuk ke dalam sudut tangkap-nya (

max0θ ) diteruskan menembus inti yang kemudian memantul kembali ketika sinar tersebut sampai di selimut serat optik. Sementara untuk sinar yang berada diluar sudut tangkap akan diteruskan menembus inti namun akan dibiaskan ketika sinar tersebut sampai di selimut serat optik. Namun, simulasi ini hanya menggambarkan sinar yang masuk ke dalam sudut tangkap. Oleh karena itu, parameter masukan pertama adalah numeric aperture. Dimana numeric aperture adalah hasil perkalian antara indeks bias udara dengan sinus dari sudut tangkap kerucut penerimaan. Sehingga dengan masukan awal nilai numeric aperture, sudut tangkap dapat dihitung.

Parameter masukan kedua adalah panjang gelombang, yang digunakan untuk dapat menghitung frekuensi normalisasi dan perubahan fasa. Sedangkan parameter masukan ketiga yaitu jumlah sumber cahaya, berfungsi memvisualisasikan perambatan cahaya dimana jumlah sinar yang digunakan terbatas pada 1, 3, 5, 7 dan 9 sinar. Untuk yang berjumlah 1, sinar akan merambat lurus

3

dengan 0θ = 0 . Untuk yang berjumlah 3, sebuah sinar akan merambat lurus sedangkan 2 sinar lainnya berada pada sudut

max0θ . Untuk yang berjumlah 5, sebuah sinar merambat

lurus, 2 buah berada pada sudut max0θ , sedangkan 2 lainnya berada diantaranya. Begitu pula pada jumlah sinar 7

dan 9, sehingga pembagian posisi sinar adalah 1

max)( 2 0

−nθ

.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.1 dibawah ini.

Gambar 3.1(a) Visualisasi perambatan cahaya dengan 1 buah sinar

(b) Visualisasi perambatan cahaya dengan 3 buah sinar

(c) Visualisasi perambatan cahaya dengan 5 buah sinar

(d) Visualisasi perambatan cahaya dengan 7 buah sinar

(e) Visualisasi perambatan cahaya dengan 9 buah sinar

Parameter masukan keempat yaitu posisi Y awal. Fungsinya adalah mengatur letak sinar yang masuk ke dalam inti. Untuk posisi Y = 0, maka sinar masuk melalui sumbu atau poros serat optik. Selain itu, maka sinar masuk tidak pada sumbu serat optik. Untuk nilai positif, letak sinar masuk diatas sumbu serat sedangkan untuk nilai negatif, letak sinar masuk dibawah sumbu serat optik.

Parameter masukan kelima adalah X maksimum, maksudnya adalah untuk penyekalaan. Dimana makin kecil nilai X maksimum maka skala untuk sumbu X akan semakin kecil sehingga pengamatan akan lebih teliti.

Dari dasar teori diketahui bahwa pada graded index, inti terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang mempunyai indeks bias yang berbeda. Indeks bias tertinggi terdapat pada inti lapis pertama yang berangsur-angsur turun sampai ke batas inti-selimut. Untuk menyimulasikannya, maka diberikan masukan jumlah lapisan pada inti, nilai indeks bias serta ketebalan pada masing-masing lapisan.Setelah menentukan masukan untuk parameter-parameter diatas, dengan menekan tombol eksekusi (pada program ini disimbolkan dengan tombol “V”), maka program akan mendapatkan hasil nilai max0θ , nilai indeks bias selimut maksimal, jari-jari inti, indeks bias rata-rata inti, frekuensi normalisasi dan perubahan fasa. Selain itu, program juga mengecek apakah data yang dimasukkan sudah sesuai semisal apakah nilai indeks bias inti pada suatu lapisan yang dimasukkan sudah lebih besar daripada indeks bias selimut atau apakah penulisan tanda koma sudah sesuai dengan pengaturan bahasa pada sistem operasi komputer yang dipakai. Sebagai contoh, untuk komputer yang menggunakan bahasa Indonesia maka koma tetap ditulis koma ( , ), sedangkan untuk bahasa Inggris-Amerika maka koma ditulis

titik ( . ). Apabila semua masukan sudah benar, tekan tombol “Simulasi” untuk melihat tampilan perambatan cahayanya.

Gambar 3.2 Diagram alir program simulasi perambatan cahaya dengantampilan 2 dimensi

3.2 Simulasi Perambatan Cahaya dengan Tampilan 3 Dimensi

Simulasi yang kedua adalah simulasi perambatan cahaya dengan tampilan 3 dimensi. Hasil simulasi ini adalah tampilan 3 dimensi yang dapat diputar ke berbagai arah dengan mengatur sumbu x, y dan z. Simulasi ini bertujuan membandingkan perambatan cahaya tipe Meridional dan Skew.

Pada simulasi ini, serat optik digambarkan adalah sebuah tabung dengan panjang tabung (sumbu x) dan sudut awal (sudut antara sumbu y dan z) sebagai masukan sementara jari-jari lingkaran bernilai 1 (satu). Sinar yang masuk terletak pada pinggir daerah serat optik tepatnya pada titik y = 1. Hal ini dimaksudkan agar perambatan tipe skew dapat terjadi, karena apabila sinar masuk dari poros serat optik maka ketika sinar diteruskan akan selalu memantul sepanjang sumbu serat optik yang berarti memiliki perambatan tipe sinar meridional.

Gambar 3.3 Diagram alir program simulasi perambatan

cahaya dengantampilan 3 dimensi4

IV. ANALISIS PROGRAM

4.1 Analisis Simulasi Perambatan Cahaya dengan Tampilan 2 Dimensi

Pada simulasi ini akan diperlihatkan bagaimana cahaya merambat di dalam serat optik apabila dilihat dalam tampilan 2 dimensi. Perambatan cahaya yang terjadi disini kesemuanya adalah berbentuk sinar meridional, yaitu sinar yang jalur pantulannya memotong poros atau sumbu dari serat optik.

Simulasi ini dapat dijalankan dengan memasukkan parameter parameter yang ada dan akan didapatkan hasil nilai

max0θ , nilai indeks bias selimut maksimal, jari-jari inti, indeks bias rata-rata inti, frekuensi normalisasi dan perubahan fasa.

Gambar 4.1 Tampilan awal program pertama

Untuk menganalisis perhitungan untuk inti lapis jamak, diberi masukan sebagai berikut: jumlah sumber cahaya = 3, posisi Y awal = 0, panjang gelombang = 380nm, ketebalan masing-masing lapisan pada inti = 1mm dan nilai X maksimum = 10000. Variasi terjadi pada numeric aperture (NA), jumlah lapisan pada inti dan indeks bias (n) masing-masing lapisannya. Variasi masukan akan diberikan pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.1 Variasi masukan untuk analisis perhitungan untuk inti lapis jamak

Masukandata ke

NA Jum-lah

Lapis1n 2n 3n 4n 5n 6n 7n

1 0.2 3 2 1.995 1.99 - - - -2 0.3 3 2 1.99 1.98 - - - -3 0.5 3 2 1.99 1.98 - - - -4 0.5 5 2 1.99 1.97 1.95 1.94 - -5 0.5 7 2 1.99 1.98 1.97 1.96 1.95 1.946 0.5 7 2 1.97 1.94 1.95 1.99 1.96 1.98

Gambar 4.2 Tampilan Program untuk Lapis Jamak Masukan Data ke-1

Gambar 4.3 Tampilan Program untuk Lapis Jamak Masukan Data ke-2

Gambar 4.4 Tampilan Program untuk Lapis Jamak Masukan Data ke-3

Gambar 4.5 Tampilan Program untuk Lapis Jamak Masukan Data ke-4

Gambar 4.6 Tampilan Program untuk Lapis Jamak Masukan Data ke-5

5

Gambar 4.7 Tampilan Program untuk Lapis Jamak Masukan Data ke-6

Tabel 4.2 Hasil simulasi untuk analisis perhitungan untuk inti lapis jamak

*Keterangan: terjadi pembulatan sampai dengan 7 digit di belakang koma

Dilihat dari bentuk gelombang, perambatan serat optik akan semakin baik apabila jumlah lapisan inti semakin banyak dan jika antara indeks bias inti dengan indeks bias selimut maksimal semakin sedikit selisih nilainya. Hal ini dapat diamati dari pantulan yang semakin sedikit pada sepanjang jarak yang sama. Secara logika, memang semakin banyak lapisan maka akan terjadi banyak pembiasan pada inti serat optik. Oleh karena itu jarak sinar untuk sampai ke selimut semakin jauh.

Tabel 4.3 Penentuan indeks bias untuk mencari perambatan terbaikNo. NA

1n cln * clnn −1 *100

1

1 ×−n

nn cl%

1. 0.2 1.2 1.18321 0.01679 1.40%2. 0.2 1.3 1.28452 0.01548 1.19%3. 0.2 1.5 1.48660 0.01340 0.89%4. 0.2 1.6 1.58745 0.01255 0.78%5. 0.2 1.75 1.73853 0.01147 0.65%6. 0.2 1.9 1.88944 0.01056 0.55%7. 0.2 2 1.98997 0.01003 0.50%8. 0.2 2.5 2.49199 0.00801 0.32%9. 0.2 3 2.99332 0.00668 0.22%10. 0.2 4 3.99500 0.00500 0.12%11. 0.5 1.2 1.09087 0.10913 9.09%12. 0.5 1.3 1.20000 0.10000 7.70%13. 0.5 1.5 1.41421 0.08579 5.72%14. 0.5 1.6 1.51987 0.08013 5.00%15. 0.5 1.75 1.67705 0.07295 4.17%16. 0.5 1.9 1.83303 0.06697 3.52%17. 0.5 2 1.93649 0.06351 3.18%18. 0.5 2.5 2.44949 0.05051 2.02%19. 0.5 3 2.95804 0.04196 1.40%20. 0.5 4 3.96863 0.03137 0.78%

*Keterangan: dibulatkan hingga 5 digit di belakang koma

Dari tabel 4.3 diatas dapat diambil kesimpulan dengan melihat selisih indeks bias inti dengan indeks bias selimut maksimal. Yang pertama adalah bahwa semakin kecil nilai numeric aperture (NA), maka perambatan akan semakin baik. Kemudian, dalam nilai numeric aperture yang sama, semakin besar nilai indeks bias inti lapis pertama ( 1n ) maka semakin baik perambatannya.

Simulasi berikut ini akan membuktikan kesimpulan yang telah didapatkan. Oleh karena itu masih memakai parameter-parameter seperti diatas yaitu dua nilai numerical aperture (NA) yaitu 0.2 dan 0.5, dua nilai indeks bias inti lapis pertama ( 1n ) yaitu 1.2 dan 4, panjang gelombang 380nm, posisi sumbu Y awal = 0, sumbu X maksimum = 100000 dan jari-jari inti yang sama untuk setiap simulasinya yaitu 7mm.

Dalam membentuk step indeks hanya dibutuhkan 1 lapisan inti, diujikan dengan hanya 3 sumber cahaya agar lalu lintasnya tidak terlalu padat. Empat simulasinya dapat terlihat pada gambar 4.8 sampai dengan 4.11 dibawah ini.

Gambar 4.8 Tampilan Program untuk Simulasi Step Index

dengan NA=0.2 dan 1n =1.2

Gambar 4.9 Tampilan Program untuk Simulasi Step Index dengan NA=0.2 dan 1n =4

6

Masukan

data ke:max0θ

(dalam radian)*

maxcln*

Jari-jari inti

(nm)rn

1 0.2013579 1.9899749 3 1.995

2 0.3046927 1.9773720 3 1.99

3 0.5235988 1.9364917 3 1.99

4 0.5235988 1.9364917 5 1.97

5 0.5235988 1.9364917 7 1.97

6 0.5235988 1.9364917 7 1.97

Gambar 4.10 Tampilan Program untuk Simulasi Step Index dengan NA=0.5 dan 1n =1.2

Gambar 4.11 Tampilan Program untuk Simulasi Step Index dengan NA=0.5 dan 1n =4

Dari empat simulasi diatas makin membuktikan bahwa untuk mendapatkan perambatan serat optik terbaik,

faktor yang menentukan adalah

×−

%1001

1n

clnn, semakin

kecil nilainya maka perambatan akan semakin baik.Selain itu, pada tabel 4.3 didapat bahwa pada

NA=0.2, 1n =1.6 dan NA=0.5, 1n =4 memiliki nilai

×−

%1001

1n

clnn yang sama yaitu 0,78% dan didapati juga

pada NA=0.2, 1n =1.2 dan NA=0.5, 1n =3 memiliki nilai

×−

%1001

1n

clnn yang sama pula yaitu 1.40%. Keunikan

tersebut diujikan pada simulasi yang ditunjukkan pada gambar 4.12 sampai dengan 4.14 dibawah ini.

Gambar 4.12 Tampilan Program untuk Simulasi Step Index dengan NA=0.2 dan 1n =1.6

Gambar 4.12 Tampilan Program untuk Simulasi Step Index dengan NA=0.5 dan 1n =4

Gambar 4.13 Tampilan Program untuk Simulasi Step Index dengan NA=0.2 dan 1n =1.2

Gambar 4.14 Tampilan Program untuk Simulasi Step Index dengan NA=0.5 dan 1n =3

Dari pengujian diatas dapat disimpulkan pada step

index, untuk nilai

×

−%100

1

1

nnn cl yang sama maka

perambatannya akan sama dan untuk setiap 1n

NA yang sama

maka perambatannya akan sama.Untuk simulasi graded index, pengujian

menggunakan 7 lapisan dengan 5 sumber cahaya, panjang gelombang 380nm, posisi sumbu Y awal = 0, sumbu X maksimum = 100000 dan jari-jari inti yang sama untuk setiap simulasinya yaitu 7mm yang berarti 1mm per lapisan.

Dari dasar teori diketahui bahwa pada graded index, inti terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang mempunyai indeks bias yang berbeda. Indeks bias tertinggi terdapat pada inti lapis pertama yang berangsur-angsur turun sampai ke batas inti-selimut. Ini bisa diartikan untuk mendapatkan

7

graded index, selisih antar indeks bias inti tiap-tiap lapisnya harus sama. Dikarenakan disini memakai 7 lapis maka selisih antara indeks bias inti lapis pertama dengan indeks bias selimut maksimal harus mendekati faktor dari 7. Dengan menggunakan tabel 4.5 didapatkan pada NA=0.2, 1n =1.5 dan

NA=0.5, 1n =2 mempunyai nilai clnn −1 berturut-turut 0.01340 dan 0.06351yang berarti indeks bias antar lapisan inti mesti berselisih 0.002 dan 0.01. Ini semata-mata agar indeks bias inti lapis terakhir tidak mempunyai selisih yang lebih besar dari selisih indeks bias inti lapisan lainnya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.4 Data simulasi graded indexContoh

keNA

1n 2n 3n 4n 5n 6n 7n1 0.2 1.5 1.498 1.496 1.494 1.492 1.490 1.4882 0.5 2 1.99 1.98 1.97 1.96 1.95 1.94

Gambar 4.15 Tampilan Program untuk Simulasi Graded Index dengan NA=0.2 dan 1n =1.5

Gambar 4.16 Tampilan Program untuk Simulasi Graded Index dengan NA=0.5 dan 1n =2

Pada gambar 4.15, graded index yang terjadi tidak sebaik pada gambar 4.16. ini disebabkan selisih indeks bias inti lapis terakhir dengan indeks bias selimut maksimal, berbeda jauh dengan selisih indeks bias inti antar lapisnya. Pada gambar 4.16, walaupun selisih indeks bias inti lapis terakhir dengan indeks bias selimut maksimal, berbeda dengan selisih indeks bias inti antar lapisnya namun perbedaan itu tidak terlalu jauh. Kesimpulannya, untuk membentuk graded index yang sempurna, selisih indeks bias inti antar lapisnya maupun antara indeks bias inti lapis terakhir dengan indeks bias selimut maksimal adalah sama.

4.2. Analisis Simulasi Perambatan Cahaya dengan

Tampilan 3 Dimensi

Berbeda dengan 2 dimensi, dalam penggambaran 3 dimensi ada tiga sumbu yang harus diperhitungkan yaitu x, y dan z. Oleh karena perbedaan antara sinar meridional dan sinar skew hanya terletak pada kemiringan sudut antara y dan z maka pada simulasi ini masukan sudut awal adalah sudut antara y dan z ( yzθ ), seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.17. Dengan inti lapis tunggal, tanpa memperhitungkan indeks bias inti dan selimut, disimulasikan sinar yang masuk dari bagian pinggir serat optik akan memantul terus menerus sepanjang serat. Pengamatan akan lebih difokuskan pada jumlah pemantulan untuk satu masukan panjang serat dan koordinat x, y dan z pada titik dimana terjadi pemantulan.

Gambar 4.17 Arah vektor y dan z

Perambatan sinar skew dapat terjadi karena cahaya dari kerucut penerimaan masuk dari bagian pinggir serat optik dan tidak pernah memotong poros atau sumbu serat optik. Namun, bukan berarti cahaya yang masuk dari bagian pinggir serat optik akan selalu membentuk sinar skew. Dengan memberi masukan sudut awal 90 , maka perambatan terjadi secara meridional. Ini dibuktikan pada simulasi yang ditunjukkan oleh gambar 4.18 dan 4.19 dibawah ini.

Gambar 4.18 Perambatan sinar meridional

Gambar 4.19 Perambatan sinar meridional dilihat dari sudut berbeda

8

Dari gambar 4.18 dan 4.19 diatas dibuktikan bahwa dengan memberi masukan sudut awal 90 , maka perambatan akan terjadi secara sinar meridional.

Untuk sudut awal selain 90 , maka akan membentuk perambatan yang terjadi adalah tipe sinar skew. Hal ini dibuktikan oleh simulasi dibawah ini dengan sudut awal 10 dan 30 .

Gambar 4.20 Perambatan sinar skew dengan sudut awal 10 dan panjang pipa = 2

Gambar 4.21 Perambatan sinar skew dengan sudut awal 10 dan panjang pipa = 4

Gambar 4.22 Perambatan sinar skew dengan sudut awal 30 dan panjang pipa = 2

Gambar 4.23 Perambatan sinar skew dengan sudut awal 30 dan panjang pipa = 4

Dari keempat gambar diatas jelaslah bahwa perambatan sinar skew terjadi dikarenakan sudut awal, yaitu sudut antara y dan z ( yzθ ) tidak sama dengan 90 sehingga pantulan tidak pernah memotong sumbu dari serat optik walaupun jalan pantulannya searah tipe sinar meridional.

V. PENUTUP

5.1 KesimpulanDari hasil pengujian dan analisa program yang telah dibuat maka dapat disimpulkan bahwa:

1. Semakin besar nilai panjang gelombang, maka semakin kecil nilai frekuensi normalisasi dan perubahan fasa.

2. Pada inti dengan lapis tunggal, dimana indeks bias rata-rata inti sama dengan indeks bias inti lapis pertama, perbedaan numeric aperture mempengaruhi frekuensi normalisasi namun tidak pada perubahan fasa asalkan indeks bias inti dan panjang gelombang tetap dan sedangkan jikalau nilai numeric aperture tetap tidak akan terjadi perubahan pada frekuensi normalisasi walaupun indeks bias inti diubah. Hal ini dikarenakan nilai indeks bias rata-rata inti kuadrat dikurangi indeks bias selimut maksimal kuadrat tidak berubah.

3. Pada inti dengan lapis jamak, semakin besar selisih antara indeks bias rata-rata inti dengan indeks bias selimut maksimal maka frekuensi normalisasi semakin besar.dan semakin besar indeks bias rata-rata inti maka perubahan fasa semakin besar.

4. Dilihat dari bentuk gelombang, perambatan serat optik akan semakin baik apabila jumlah lapisan inti semakin banyak dan jika antara indeks bias inti dengan indeks bias selimut maksimal semakin sedikit selisih nilainya. Hal ini dapat diamati dari pantulan yang semakin sedikit pada sepanjang jarak yang sama.

5. Semakin kecil nilai numeric aperture maka nilai indeks bias selimut maksimal semakin besar dan perambatan cahaya pada inti serat optik akan semakin baik Dalam nilai numeric aperture yang sama, semakin besar nilai indeks bias inti lapis pertama ( 1n ) maka semakin baik perambatannya.

6. Pada step index, untuk nilai

×

−%100

1

1

nnn cl dan

nilai 1n

NA yang sama maka perambatannya akan sama.

7. Untuk membentuk graded index yang sempurna, selisih indeks bias inti antar lapisannya maupun antara indeks

9

bias inti lapis terakhir dengan indeks bias selimut maksimal adalah sama.

8. Perambatan sinar skew dapat terjadi karena cahaya dari kerucut penerimaan (acceptance cone) masuk dari bagian pinggir serat optik. Namun, bukan berarti cahaya yang masuk dari bagian pinggir serat optik akan selalu membentuk sinar skew. Dengan memberi masukan sudut awal yaitu sudut antara y dan z ( yzθ ) adalah 90 , maka perambatan terjadi secara meridional. Selain itu, maka perambatan skew akan terjadi karena pantulan tidak pernah memotong sumbu dari serat optik walaupun jalan pantulannya searah tipe sinar meridional.

5.2 SaranSebagai penutup, penulis ingin menyampaikan

saran–saran sebagai berikut :

1. Tidak seperti pada simulasi 2 dimensi, pada simulasi 3 dimensi tidak mempergunakan indeks bias, jumlah sumber cahaya dan jumlah lapisan pada inti. Oleh karena itu, bagi yang ingin melanjutkan tugas akhir seperti ini, dapat menambahkannya pada bagian tersebut.

2. Untuk yang ingin mengambil tugas akhir simulasi serat optik, dapat menambahkan konfigurasinya dari sisi pengirim yaitu pemodulasi, pembawa dan penggandeng kanal dan sisi penerima seperti detektor cahaya, penguat dan pemroses sinyal.

DAFTAR PUSTAKA

1. Benfold, Ben, FOSP User Guide, http://benfold.com/bensstuff/fosp /htmlguide.htm , Desember 2007.

2. Endra, Pengenalan Sistem Komunikasi Serat Optik, http://lab.binus.ac.id/pk/artikel.asp, Oktober 2007.

3. Fernando, Xavier, Guided Propagation Along the Optical Fiber, http://www.ee.ryeson.ca/ ~courses/ele885/pres3-fiber.pdf, November 2007.

4. Keiser, Gerd, Optical Fiber Communication, McGraw-Hill International Edition, New York, 1983.

5. ......................., Fiber Optic: Theory and Application, http://www.burle.com/cgi-bin/

byteserver.pl/pdf/100r.pdf, November 2007.6. ......................, Konsep Dasar Komunikasi Serat Optik,

PT Telkom, November 2005.7. ......................, Optical Fibers and Imaging,

http://etd.lib.fsu.edu/theses/available/...../unrestricted/09_psm_chapter2.pdf, Maret 2008.

8. ......................, Serat Optik,http://id.wikipedia.org/wiki/serat_optik, November 2007.

Aditya Dharma Putra - L2F002545

Lahir di Jakarta, 25 Juli 1984 Menempuh pendidikan formal di SDN Duren Sawit 07 (1990-1996), SLTPN 135 Jakarta (1996-1999), SMUN 61 Jakarta (1999-2001) dan SMUN 53 Jakarta (2001-2002). Saat ini masih tercatat sebagai Mahasiswa Jurusan

Teknik Elektro Undip Semarang, konsentrasi Elektronika Telekomunikasi.

Semarang, 8 April 2008

Pembimbing I Pembimbing II

Darjat., S.T, M.TNIP. 132 231 135

Budi Setiyono, S.T., M.T.NIP. 132 283 184

10