Docstoc

DEGRADASI SINYAL OPTIK

Document Sample
DEGRADASI SINYAL OPTIK Powered By Docstoc
					DEGRADASI SINYAL
 PD FIBER OPTIK

  Ref : Keiser, Palais
           Degradasi sinyal :

• Degradasi sinyal dlm fiber :
  – Redaman
  – Dispersi
• Redaman diklasifikasikan :
  –   Absorpsi
  –   Hamburan Raleigh
  –   Efek geometri
  –   Loss inti dan kulit
                       Absorpsi

• Rugi-rugi absorpsi :
  – Kerusakan atom
  – Intrisik
  – Ekstrinsik
• Kerusakan atom
  – Ketidak sempurnaan struktur atom spt kehilangan
    molekul, cluster kerapatan tinggi grup atom, atau
    kerusakan oksigen dlm struktur gelas.
  – Umumnya rugi-rugi ini dpt diabaikan dibandingkan
    dgn karena intrinsik dan ekstrinsik.
  – Rugi-rugi ini signifikan jika terjadi radiasi nuklir yg
    tinggi, misalnya di reaktor nuklir saat terjadi ledakan
    nuklir.
                 Absorpsi
• Intrinsik :
   – Sifat alamiah gelas menyerap cahaya
   – Sangat kuat pd daerah ultra violet  tdk
     berpengaruh pd siskom optik
   – Pd daerah inframerah terjadi puncak pd 7 μm
     dan 12 μm.
   – Energi panas     atom-atom bergerak     SiO
     berkontraksi & meregang/vibrasi
Absorpsi daerah UV :

 Hukum Urbach :
                        α uv = Ce    E / E0


                       C dan EO : konstanta empiris
                       E : energi photon

                                                   4 , 63
                           154,2 x                                    dB/Km
                   α uv =             × 10 − 2 e    λ
                          46,6 x + 60
                    x : bagian molekul GeO2

 Absorpsi daerah IR :

                                                            −48, 48

     Utk GeO2-SiO2 :      α IR = 7,81×1011 × e                λ        dB/Km
                  Absorpsi
• Ekstrinsik
  – Ketidak murnian sumber utama rugi-rugi fiber.
  – Jenis : ion transition metal dan ion OH
  – Fe, Cu, V, Co, Ni, Mn, Cr menyerap secara kuat pd
    daerah yg dinginkan
  – Ketidak lengkapan pengisian sel elektron dalam,
    penyerapan cahaya mengakibatkan elektron bergerak
    dr level energi rendah ke level lebih tinggi.
  – Redaman OH paling signifikan pd 1,37 μm, 1,23 μm,
    0,95 μm
Karakteristik
redaman fiber
silika diberikan
doping GeO2
Perbandingan absorbsi inframerah krn bahan doping pd low-loss
silica fiber.
             Hamburan Rayleigh

• Terjadi krn gel bergerak mel media yg terdapat
  benda hambur yg < 1 λ
• Saat pabrikasi gelas cair panas molekul bebas
  bergerak
• Pd saat cairan dingin gerakan berkurang
• Pd saat padat mol acak membeku         variasi
  kepadatan      variasi indeks bias setempat
  hamburan.
• Penyebab hamburan lain :
  – Bahan fiber terdiri dr lebih dr satu oksida    fluktuasi
    konsentrasi oksida penyusun
  – Ketidak homogenan bahan yg dicampurkan dlm gelas
    selama pabrikasi      antar muka inti-kulit kasar, benda
    hambur > λ optik      dpt dikendalikan pd saat
    pabrikasi.




                  Raleigh scattering
Redaman krn hamburan sebanding dng λ-4.


 Gelas komponen tunggal :

                             8π 3 2
                   α scat         (    )
                            = 4 n − 1 k BT f β T
                             3λ
                                       2
                                                    Neper/Km

       atau                  8π 3 8 2
                   α scat   = 4 n p k BT f β T      Neper/Km
                             3λ
     kB : Konstanta Boltzman = 1,380 x 10-23 J/OK
     βT : Isothermal compressibility bahan
     Tf : Suhu fictive/lebur
     p : koefisien photoelastic
Utk gelas multi komponen :


                  8π 3
                          ( )
               α = 4 δn 2 δV
                  3λ
                          2
                                             Neper/Km


                                2                 2
                          ⎛ ∂n ⎞           ⎛ ∂n ⎞
               (δn )
                                         m
                  2 2
                        = ⎜ ⎟ (δρ ) + ∑ ⎜        ⎟ (δCi )2
                                   2
                          ⎜ ∂ρ ⎟           ⎜     ⎟
                          ⎝ ⎠         i =1 ⎝ ∂Ci ⎠



          δρ : fluktuasi kepadatan
          δCi : fluktuasi konsentrasi komponen gelas

 Nilai fluktuasi komposisi dan kepadatan umumnya tidak
 diketahui dan ditetapkan dr data hamburan percobaan
                                     Redaman pd fiber GI-MM tertentu




Redaman pd fiber fiber SM tertentu
                     Efek Geometri

• Bengkokan/lengkungan               redaman :
  – Makroskopi
     • berukuran besar dibanding diameter fiber
     • Misalnya fiber dibelokan pojok
  – Mikroskopi
     •   fluktuasi jari-jari ukurankecil berulang
     •   berukuran kecil dibanding diameter fiber
     •   Terjadi secara random
     •   Dpt bertambah saat pengkabelan
             Mode fundamental dlm fiber lengkung

                                                                         −3
                                         20λ       ⎛              λ ⎞
Jari-jari kritis single mode :   RC =              ⎜ 2,748 − 0,996 ⎟
                                      (2
                                                )
                                            2 3/ 2 ⎜
                                      n1 − n2      ⎝              λC ⎟
                                                                     ⎠

                                                3n1λ
Jari-jari kritis multi mode :    RC =
                                            (
                                          4π n − n
                                                2
                                                1       )
                                                       2 3/ 2
                                                       2
Gloge : jumlah modus effektif


                      ⎧ α + 2 ⎡ 2a ⎛ 3 ⎞ 2 / 3 ⎤ ⎫
                      ⎪                          ⎪
        M eff   = M ∞ ⎨1 −     ⎢ +⎜         ⎟ ⎥⎬
                      ⎪    2αΔ ⎢ R ⎜ 2n2 kR ⎟ ⎥ ⎪
                                   ⎝        ⎠ ⎦⎭
                      ⎩        ⎣
                  α
        M∞ =            (n1ka )2 Δ   : Jml total mode dlm fiber lurus
                 α +2

      k = 2π/λ : konstanta propagasi gelombang
Microbending : fluktuasi jari-jari ukurankecil berulang
dr lengkungan sumbu fiber
Compressible jacket mengurangi microbending krn
tekanan dr luar
              Loss Inti dan Kulit
Inti dan kulit terbuat dr bahan yang berbeda
komposisinya       memiliki kofisien redaman berbeda
(α1 utk inti dan α2 utk kulit).
Jika pengaruh kopling moda diabaikan, loss SI fiber
mode (v,m) :                     P         P
                     α vm = α1 core + α 2 clad
                                  P         P
                      Pclad       P
      karena                = 1 − core
                       P           P
                     α vm = α1 + (α1 − α 2 ) clad
                                            P
       maka
                                             P
 Loss total dr fiber diperoleh dr penjumlahan semua moda
 dr tiap bagian daya setiap moda

Pd fiber GI, koef redaman pd jarak r dr sumbu
                                            n 2 (0) − n 2 (r )
                   α (r ) = α1 + (α 2 − α1 ) 2
                                              n (0) − n2  2
                 Dispersi
• Group velocity : kecepatan energi suatu moda
  tertentu bergerak sepanjang fiber.
• Perbedaan kec grup mengakibatkan perbedaan
  waktu tiba energi di tujuan shg mengakibatkan
  terjadinya pelebaran pulsa.
• Gejala yg mengakibatkan terjadinya pelebaran
  pulsa disebut dispersi.
• Jenis dispersi :
   – Intramodal
      • Material
      • waveguide
   – Intermodal, hanya terjadi pd MM fiber
                       Group delay

    Time delay atau Group delay per satuan panjang :

             τg  1 1 dβ   λ2 dβ
               =  =     =
              L Vg c dk 2πc dλ
                            −1
                   ⎛ dβ ⎞
             Vg = c⎜    ⎟        : kec energi dlm pulsa yg
                   ⎝ dk ⎠        merambat sepanjang fiber
Dimana :     k = 2π / λ

              L : jarak yg dicapai oleh pulsa
              β : konstanta propagasi sepanjang sumbu fiber
                                                     dτ g
Selisih Total delay sepanjang fiber L :       δτ =          δλ
                                                     dλ
Pelebaran pulsa dpt didekati dgn lebar pulsa rms :


                      dτ g  Lσ λ          ⎛ dβ     d 2β ⎞
               σg =    σλ =               ⎜ 2λ
                                          ⎜ dλ + λ2 2 ⎟
                    dλ      2πc           ⎝        dλ ⎟ ⎠

                     1 dτ g
 Dispersi :       D=
                     L dλ
Satuan : picosecond per kilometer per nanometer
                       Dispersi material

•   Dikenal juga sbg dispersi kromatis atau spektral.
•   Terjadi karena variasi indeks bias bahan inti yg merupakan
    fungsi panjang gelombang, serupa dng efek prisma
    menguraikan spektrum, akibatnya terjadi kec grup berbeda
    setiap moda yg tergantung pd panjang gelombang,
    selanjutnya mengakibatkan terjadinya pelebaran pulsa .
                        τg  1 dβ
           Karena         =
                        L c dk
                           2πn(λ )
            dan         β=
                                  λ
                                 L⎛     dn ⎞
           Maka :       τ mat   = ⎜n −λ    ⎟
                                 c⎝     dλ ⎠
Pelebaran pulsa dr suatu sumber yg memiliki lebar
spektral σλ karena dispersi material :



           dτ mat        L d 2n
   σ mat =         σλ = − λ 2 σ λ = Dmat (λ )Lσ λ
             dλ          c dλ
                  1 d 2n
   Dmat (λ ) = − λ 2            : Dispersi material
                  c dλ
Variasi indeks bias silika sbg fungsi panjang gelombang
Dispersi material silika
murni dan GeO2-SiO2
sbg fungsi panjang
gelombang
   Dispersi pandu gelombang

• Terjadi karena tidak semua cahaya yang
  diterima detektor melalui inti, tetapi sebagian
  cahaya merambat melalui kulit.
• Besarnya dispersi pandu gelombang tergantung
  pada rancangan fiber, karena konstanta
  propagasi β merupakan fungsi a/λ.
• Utk penyederhanaan dlm perhitungan
  diasumsikan bhw indeks bias material tidak
  tergantung pada panjang gelombang.
      Konstanta propagasi normalisasi :          b=
                                                    (β / k ) 2
                                                               − n2
                                                                  2


                                                         n12 − n2
                                                                2



                      Utk ∆ <<<                  b=
                                                    (β / k ) − n2
                                                        n1 − n2
                             atau                β = n2 k (bΔ + 1)
      Group delay krn dispersi pandu gelombang :

                                           L dβ L ⎡         d (kb ) ⎤
                                  τ wg   =     = ⎢n2 + n2 Δ
                                           c dk c ⎣           dk ⎥  ⎦
           Utk ∆ <<               V = ka n12 − n2 ≅ kan2 2Δ
                                                2


                                          L⎡          d (Vb ) ⎤
                                  τ wg   = ⎢n2 + n2 Δ
                                                       dV ⎥
                  maka
                                          c⎣                  ⎦
Utk fiber MM dispersi PG << dispersi material       dispersi PG dpt diabaikan
Pelebaran pulsa karena dispersi pandu gelombang :


                 dτ wg
   σ wg = σ λ            = σ λ LDwg (λ )
                  dλ
             V         dτ wg   n2 LΔσ λ d 2 (Vb )
   σ wg = − σ λ             =−         V
           λ             dV       cλ     dV 2
   Dwg (λ ) : Dispersi pandu gelombang
Grafik d(Vb)/dV sbg fungsi V fiber SI utk berbagai LP moda
Parameter b dan turunanannya thd V modus LP01
sbg fungsi V
           Distorsi sinyal pd fiber SM
Dispersi pandu gelombang dan dispersi material pd SM
memiliki nilai dlm orde yg hampir sama.




 Contoh besarnya dispersi material dan PG sbg fungsi
 panjang gelombang pd fiber SM silika
              Dispersi antar modus
 •   Merupakan hasil dr perbedaan nilai group delay (kec
     group axial) dr setiap modus individual pd satu frekuensi.



                                                                   Tmax

                                                                   Tmin




                                   L


Pelebaran pulsa krn dispersi                                n1ΔL
antar modus :                  σ mod − si = Tmax − Tmin   =
                                                              c
             Pelebaran Pulsa pd Fiber GI

•   Keuntungan profil indeks bias gradual adalah menawarkan
    propagasi MM pd inti yg relatif besar dan kemungkinan
    distorsi delay antar modus yg rendah.
•   Karena indeks bias dibagian luar inti lebih rendah dr pd di
    pusat inti maka cahaya akan merambat lebih cepat di bagian
    luar inti dr pd di pusat inti. V = c/n

      Pelebaran pulsa krn dispersi antar modus (untuk α = 2) :

                                              n1Δ2 L
                               σ mod − gi   =
                                                8c
                                              Δ
                  atau         σ mod − gi   = σ mod − si
                                              8
Pelebaran pulsa pd fiber MM :



           σ= σ         2
                       i mod   +σ   2
                                    a mod

           σ i mod :     Pelebaran pulsa krn dispersi intramodus

           σ a mod :     Pelebaran pulsa krn dispersi antarmodus

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Stats:
views:286
posted:1/5/2011
language:Indonesian
pages:35
Description: this papaer explain about degradation signal optic. I hope this paper can be useful