Dispersi, Cacat Pulsa dan Laju Informasi

Dispersi, Cacat Pulsa, dan Laju Informasi

Sumber optik dalam sistem komunikasi optik memancarkan panjang-gelombang tunggal ( atau frekuensi tunggal ). Dalam kenyataannya hal ini tidaklah benar. Sumber optik biasanya meradiasikan cahaya dalam suatu jangkauan panjang-gelombang tertentu yang disebut lebar-jalur (linewidth) atau lebar-spektral (spectral width). Makin kecil lebar-jalur maka sumber tersebut semakin koheren. Sumber yang koheren sempurna hanya meradiasikan panjang-gelombang tunggal, sehingga lebar-jalurnya nol dan disebut monokromatis sempurna. Beberapa lebar-jalur tipikal dapat dilihat pada tabel diawah. Konversi antara lebar-spektral dalam panjang-gelombang Δλ dan lebar-bidang dalam frekuensi Δf adalah sebagai berikut :

Lebar Spektral Tipikal Cahaya

Tabel diatas menunjukkan distribusi panjang-gelombang sebuah LED. Panjang-gelombang, atau frekuensi yang terkandung dalam sinyal disebut spektrum. Pada gambar 3.3, panjang-gelombang tengahnya adalah 820 nm ( 0,82 μm ). Lebar-jalur biasanya diukur dari titik setengah-daya, sehingga dalam kasus ini :

Δλ = 30 nm yaitu dari 805 nm sampai dengan 835 nm  dan lebar-bidang fraksional adalah 30 nm / 820 nm (= 0,037 atau 3,7 %).

Menurut tabel, dioda laser lebih koheren daripada LED. Laser zat padat Neodymium Yttrium-aluminium-garnet (Nd : YAG) dan laser gas helium-neon bahkan lebih koheren daripada LED dan LD. Meskipun demikian, ukuran yang kecil serta kebutuhan daya yang rendah pada LED dan LD membuat kedua sumber cahaya ini banyak digunakan dalam sistem komunikasi optis. Lebar-spektral membatasi kapasitas informasi sebuah sistem optis, namun jika batas kapasitas informasi ini masih lebih tinggi daripada kapasitas yang dibutuhkan, maka sifat non-koheren sumber dapat diabaikan.

Dispersi Bahan dan Cacat Pulsa

Pada bahan gelas yang digunakan dalam serat optik, indeks bias n berubah sesuai dengan panjang gelombang. Demikian juga kecepatan gelombang juga berubah sesuai panjang-gelombang. Dispersi merupakan istilah yang dipakai untuk menyatakan sifat perubahan kecepatan sesuai dengan panjang-gelombang. Jika perubahan kecepatan disebabkan oleh sifat bahan, maka efek ini disebut dispersi bahan (material dispersion). Untuk serat dan pemandu-gelombang lain, dispersi juga disebabkan oleh struktur sehingga disebut dispersi pemandu-gelombang (waveguide dispersion).

Gambar disamping menunjukkan pengaruh yang terjadi jika digunakan sumber cahaya yang mempunyai lebar-jalur tidak sama dengan nol. Pulsa yang dihasilkan akan terdiri atas jumlahan pulsa-pulsa yang identik dengan panjang-gelombang yang berbeda ( pada gambar diilustrasikan ada 3 panjang-gelombang ). Pulsa-pulsa ini akan merambat dengan kecepatan yang berbeda dan mencapai ujung serat pada waktu yang berbeda pula. Hal ini akan mengakibatkan pulsa yang diterima mengalami pelebaran, karena pulsa yang diterima adalah jumlahan dari pulsa- pulsa yang membentuk pulsa input. Makin jauh pulsa berjalan, semakin lebar pula pelebaran pulsa yang terjadi.

Dispersi juga mengakibatkan sinyal analog mengalami cacat ( distorsi ). Setelah merambat melalui bahan dispersif, sinyal yang diterima di ujung penerima telah mengalami perubahan bentuk. Variasi sinyal yang berupa perbedaan amplitudo akan menjadi lebih kecil daripada variasi sinyal inputnya. Dispersi semacam ini diilustrasikan pada gambar dibawah ini. 

Pelebaran pulsa membatasi kapasitas informasi sistem. Jika frekuensi modulasi adalah f, periode T = 1 / f, dan sumber cahaya memancarkan panjang-gelombang antara λ₁ dan λ₂. Dari data ini dapat dipertanyakan berapa tunda waktu antara kedatangan panjang-gelombang tercepat dan yang paling lambat