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?