▼

Tuesday, November 25, 2025

Memahami prinsip kerja dan teknologi fiber optic.

 




1. Gambaran umum singkat

Fiber optic mentransmisikan informasi dengan pulsa cahaya yang merambat melalui inti (core) kaca atau plastik. Karena memakai cahaya, sistem ini menawarkan bandwidth sangat besar, latensi rendah, dan imun terhadap gangguan elektromagnetik.


2. Prinsip fisika dasar — Total Internal Reflection

  • Cahaya akan tetap dipandu dalam inti serat karena indeks bias inti (core) lebih tinggi daripada cladding.

  • Jika sudut datang relatif terhadap batas core–cladding lebih besar dari kritikal angle, maka cahaya dipantulkan penuh kembali ke dalam core — itulah total internal reflection.

  • Kondisi ini memungkinkan pulsa cahaya merambat jauh dengan sedikit keluar dari inti.


3. Mode transmisi — single-mode vs multi-mode

  • Single-mode (SMF): core kecil (~8–10 µm). Hanya satu mode (jalur gelombang) yang dominan → sangat sedikit modal dispersion → cocok jarak jauh dan kecepatan tinggi.

  • Multi-mode (MMF): core besar (50 atau 62.5 µm). Banyak mode cahaya merambat → terjadi modal dispersion (pulses menyebar) → membatasi jarak/kecepatan. MMF murah untuk jarak pendek.


4. Penyebab pemburukan sinyal (loss & distortion)

  1. Attenuation (redaman) — penurunan daya cahaya per satuan panjang (dB/km). Disebabkan oleh absorpsi material dan scattering (Rayleigh scattering pada panjang gelombang pendek).

  2. Dispersion (dispersi) — pelebaran pulsa cahaya sehingga simbol dapat saling tumpang tindih:

    • Modal dispersion (MMF) — perbedaan waktu tempuh antar mode.

    • Chromatic dispersion (SMF & MMF) — komponen spektrum cahaya merambat berbeda kecepatan.

    • Polarization mode dispersion (PMD) — perbedaan antar polarisasi (penting di kecepatan sangat tinggi).

  3. Connector & splice loss — kehilangan di konektor atau sambungan (disebabkan penyelarasan buruk, kotoran, permukaan tidak rata).

  4. Return loss / Fresnel reflection — pantulan balik pada ujung serat atau konektor yang dapat mengganggu pemancar.


5. Komponen sistem & cara kerjanya

  1. Transmitter

    • Mengubah sinyal listrik menjadi pulsa cahaya.

    • Perangkat: LED (umumnya MMF, jarak pendek) atau laser diode / DFB / VCSEL (SMF atau MMF berkecepatan tinggi).

  2. Kabel serat (fiber)

    • Struktur: core, cladding, buffer/coating, strength members, outer jacket.

    • Tipe pemasangan: loose-tube (outdoor), tight-buffered (indoor), armored, aerial, direct-burial.

  3. Connector & Adapter

    • Standard: LC, SC, ST, FC, MPO/MTP. Kebersihan dan alignment kritis.

  4. Splice

    • Fusion splice (melelehkan ujung) — loss rendah, andal.

    • Mechanical splice — mudah, sedikit lebih loss.

  5. Receiver

    • Photodiode (PIN atau APD) mengubah cahaya kembali menjadi sinyal listrik. APD lebih sensitif tetapi memerlukan bias lebih tinggi.

  6. Perangkat aktif & pasif tambahan

    • Optical amplifiers (EDFA, Raman) — menguatkan sinyal optik tanpa konversi ke listrik.

    • WDM (Wavelength Division Multiplexing) — gabungkan beberapa panjang gelombang pada satu serat (CWDM, DWDM).

    • Mux/Demux, OADM, ROADMs — untuk routing channel optik.

    • PON (Passive Optical Network): OLT → splitter pasif → ONT (FTTx).


6. Modulation & Multiplexing (mengisi kapasitas serat)

  1. Modulasi sederhana: on-off keying (OOK), NRZ, RZ — memvariasikan intensitas/format pulsa.

  2. Modulasi lanjutan: QPSK, QAM, PSK — digunakan dalam coherent optics untuk efisiensi spektral lebih tinggi.

  3. WDM (Wavelength Division Multiplexing)

    • CWDM (coarse) — kanal lebih jarang → murah, jangkauan metro.

    • DWDM (dense) — kanal rapat → kapasitas sangat besar (puluhan–ratusan channel).

  4. Space Division Multiplexing (SDM) — menggunakan banyak core atau banyak mode untuk meningkatkan kapasitas (research/advanced).


7. Amplifikasi optik & deteksi koheren

  • EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier): populer di 1550 nm untuk long-haul; memperkuat sinyal optik langsung.

  • Raman amplifier: memanfaatkan efek Raman pada serat — dapat dipakai bersama EDFA.

  • Coherent detection: teknik di mana sinyal optik dikombinasikan dengan local oscillator lalu dideteksi secara koheren → memungkinkan modulasi fase/kompleks (QPSK, QAM) dan kompensasi dispersion digital pada receiver. Penting untuk kapasitas tinggi dan jarak jauh.


8. Access networks: PON & FTTH

  • PON (Passive Optical Network): satu port OLT dibagi secara pasif via splitter ke banyak pelanggan (ONT). Varian: EPON, GPON, XGS-PON, NG-PON2.

  • Kelebihan: efisien biaya di area berpenduduk, tanpa perangkat aktif di jalur distribusi.

  • Perhatikan: pembagian bandwidth dan perencanaan split ratio (1:16, 1:32, 1:64) berpengaruh pada performa.


9. Pengujian & monitoring

  • OTDR (Optical Time Domain Reflectometer): mengukur profil serat, lokasi splice/break, loss segment.

  • Power meter + light source: pengukuran loss end-to-end untuk verifikasi link.

  • VFL (Visual Fault Locator): laser visible untuk menemukan break atau bend dekat.

  • In-line monitoring & performance counters: BER, SNR, Rx power, per-channel power (pada WDM).


10. Perhitungan dasar — link budget (konsep)

Link budget memastikan sinyal di receiver cukup kuat:

Komponen:

  • P_tx = daya output transmitter (dBm)

  • L_fiber = attenuasi serat (dB/km) × panjang (km)

  • L_connector = total loss konektor & splice (dB)

  • P_rx = daya di receiver = P_tx - L_fiber - L_connector - margin

  • Receiver sensitivity = level minimum yang masih bisa mendeteksi (dBm)
    Syarat: P_rx ≥ receiver sensitivity

Contoh (konsep saja): jika P_tx = 0 dBm, receiver sensitivity = -28 dBm, connector loss = 2 dB, attenuasi = 0.35 dB/km, margin operasional = 3 dB → jarak ≈ (0 - (-28) - 2 - 3) / 0.35 ≈ 65 km (ilustrasi sederhana; angka dapat bervariasi menurut perangkat).


11. Keamanan & keselamatan kerja

  • Jangan melihat langsung ke ujung kabel yang aktif — laser tidak terlihat tetap berbahaya untuk mata.

  • Tangani serat sisa (fragmen kaca) dengan sarung tangan; buang dengan cara aman.

  • Gunakan goggles saat splicing/cleaving bila perlu.

  • Ikuti prosedur keselamatan saat bekerja di duct/tiang/lingkungan listrik.


12. Keunggulan & keterbatasan

Keunggulan

  • Bandwidth tinggi, latency rendah, imun EMI, jangkauan jauh, bobot ringan.

Keterbatasan

  • Biaya awal (perangkat, splicing), kebutuhan teknisi terlatih, serat rapuh terhadap tekukan ekstrim, alat pengukuran relatif mahal.


13. Tren & teknologi masa kini

  • Coherent optical systems untuk kapasitas tinggi (400G, 800G dan lebih).

  • Silicon photonics: integrasi komponen fotonik di chip silikon → mengurangi biaya modul optik.

  • Space Division Multiplexing (SDM): multi-core fiber / multi-mode advanced untuk skala kapasitas.

  • Automated/programmable optical networks (SDN-controlled optical layer & ROADM) untuk manajemen dinamis.

  • Peningkatan PON: XGS-PON, NG-PON2 untuk simetri up/down lebih tinggi.


14. Diagram sederhana (alur dari sinyal listrik → optik → listrik)

[ Perangkat Elektrik ] --elektrik--> [ Transmitter (laser/LED) ]
     →   Pulsa cahaya →  [ Fiber: core/cladding (splicing, WDM, amplifier) ]  
     →   Pulsa cahaya →  [ Receiver (photodiode) ] --listrik--> [ Perangkat Elektrik ]


15. Rekomendasi praktis singkat

  • Untuk backbone/antara gedung → pakai Single-Mode OS2 + modul SFP/SFP+ SM pada panjang gelombang yang cocok (1310/1550 nm).

  • Untuk LAN/data center internal (jarak pendek) → pakai OM3/OM4 MMF + transceiver MM.

  • Selalu rencanakan link budget, dokumentasi kabel, label, dan simpan cadangan serat.

  • Lakukan pengujian end-to-end (power meter) dan OTDR untuk verifikasi setelah instalasi.

at

No comments:

Post a Comment