03/10/2012
1
3. Struktur Fiber Optik
Anhar, MT.
1Edisi Ganjil 2012/2013
2Edisi Ganjil 2012/2013
Outline :
• Bentuk geometrik optik• Konsep mode• Fiber optik step indeks• Fiber graded-indexs• Bahan penyusun optik• Sifat mekanis fiber
03/10/2012
2
3Edisi Ganjil 2012/2013
Bentuk Geometrik Optik• Bumbung gelombang (waveguide) yg beroperasi pd
frekuensi optik.• Biasanya berbentuk silinder, dimana cahaya
merambat paralel dng sumbunya.• Sekumpulan gel elektromagnetik yg terbimbing
disebut mode.
4Edisi Ganjil 2012/2013
Cladding
• Memiliki indeks bias << dr inti.• Berfungsi :
1. Mengurangi rugi hamburan2. Menambah kekuatan fiber secara mekanis3. Mencegah inti dr kontaminasi.
03/10/2012
3
5Edisi Ganjil 2012/2013
Jenis-jenis Fiber
Berdasarkan jmlh mode :• Single mode• Multi mode
Berdasarkan indeks bias• Step indexs• Graded indexs
6Edisi Ganjil 2012/2013
Jenis-jenis Fiber
03/10/2012
4
7Edisi Ganjil 2012/2013
Jenis-jenis Fiber
8Edisi Ganjil 2012/2013
Fiber Step Indeks
• Indeks bias inti konstan dng indeks bias cladding yg rebih rendah
• Cladding umumnya silika murni• Core didoping dng germanium utk
meningkatkan indeks biasnya• Indeks perbedaan inti-cladding (typically 0.3-
1.0%) dirumuskan :
2)(sin.
)1(
12/12
221,0
12
nnnnNA
nn
Max
03/10/2012
5
9Edisi Ganjil 2012/2013
Fiber Step Indeks
)(
)()(
2
1
claddingarncorearn
rn
10Edisi Ganjil 2012/2013
Fiber Step Indeks
)()2( 22
21
22 nnaV
• Fiber step indeks dpt multimode atau single mode tergantung pd kondisi cut offnya.
• Kondisi cut off yg berpengaruh adalah V (frekuensi normalisasi yg dirumuskan dng :
• Batasan cut off dpt ditentukan dng pers. :
• Jmlh mode yg masuk ke fiber dpt dihub dng V dng pers. :
405,2))(2( 2/122
21
2 nnaV
2))(2(
22/12
2212
22 VnnaM
03/10/2012
6
11Edisi Ganjil 2012/2013
Fiber Step Indeks (Aliran Daya)
• Merupakan besarnya bagian daya yg mengalir pd inti dan cladding yg diberikan oleh suatu mode tertentu.
• Total daya cladding rata-rata hubungannya dng banyaknya mode adlh :
2/1
34
M
PP
tot
clad
12Edisi Ganjil 2012/2013
step indeks single mode vs multimode
+ Single Mode• Dispersi intermodal yg rendah (pelebaran
pulsa yg kecil)• Bandwidth yg besar
- Multi mode• Dispersi intermodal yg besar
+ Multi mode• NA yg besar• Konektor optik yg lebih toleran• Bisa menggunakan LED yg harganya lebih
murah
03/10/2012
7
13Edisi Ganjil 2012/2013
Contoh :
Sebuah fiber optik step indeks multimode dng diameter inter 80 µm dan perbedaan indeks relatif 1,5% beroperasi pd panjang gelombang 0,85 µm. Jika Indeks bias inti 1,48, tentukanlah :a) Frekuensi normalisasi fiberb) Jml mode dlm fiber
Penyelesaian :
14Edisi Ganjil 2012/2013
Fiber Graded indexs
• Indeks bias inti menurun secara kontinu dng jarak radial r dr pusat fiber
• Tetapi konstant thd cladding
• Konstanta α : ukuran indeks profile• Konstanta a : radius inti• Konstanta r : jarak radial ke pusat fiber
03/10/2012
8
15Edisi Ganjil 2012/2013
Indeks profile graded indexs
Jika α=~, maka step indexsJika α=2, maka parabolaJika α=1, maka rektangular
16Edisi Ganjil 2012/2013
Nilai NA dr graded indexs
• Lebih kompleks dr step indeks• Merupakan fungsi dr posisi sepanjang permukaan inti• Didefiniskan dng rumus :
03/10/2012
9
17Edisi Ganjil 2012/2013
Jmlh Mode pd Graded Indexs
• Sangat kompleks krn indeks bias yg tdk konstant
• Melalui analisasi yg dilakukan dng metode WKB (Wenzel, Kramers, Brilloun) dirumuskan menjadi :
• Jika :
• Maka :
18Edisi Ganjil 2012/2013
Contoh :
Fiber graded indexs memiliki inti dng bentuk indeks profile parabola berdiameter 50µm dan nilai NA sebesar 0,2. Tentukan jumlah mode terbimbing yg merambat pd fiber bila fiber memiliki panjang gelombang 1µm.
Penyelesaian :
03/10/2012
10
19Edisi Ganjil 2012/2013
Material Penyusun Fiber
Material fiber haruslah memiliki karakteristik:• Panjang, tipis dan fleksibel• Cukup transparan sehingga cahaya dpt merambat dng
baik• Indeks biasnya sesuai dng persyaratan yg dibutuhkan
utk inti dan cladding
20Edisi Ganjil 2012/2013
Glass Fiber
• Umumnya terbuat dr silica, SiO2• Indeks biasnya 1,48 pd 850 nm
Bacaan Lanjutan :Optical Fiber Comm., Gerd Keiser, bab 2, poin 2.7 hal 59.
03/10/2012
11
21Edisi Ganjil 2012/2013
Latihan
Tentukanlah ukuran diameter dari serat optik yang memiliki jumlah modus sebesar 252 dan bekerja pada panjang gelombang 1200 nm. Cahaya masuk ke dalam serat dimana indeks bias n1=1,48 dan n2=1,46.
Tentukan panjang gelombang minimum yang dapat digunakan agar serat optik step indeks bekerja single mode bila memiliki diameter 5μm, n1=1,45 dan ∆ =0,002.
Tentukan frekuensi normalisasi 0,82µmfiber step indexs yg memiliki radius inti 25µm, n1=1,48 dan n2=1,46.berapa banyak mode yg merambat pd fiber tsb? Berapa persen daya optik yg mengalir ke cladding?