Jaringan Komputer menggunakan Fiber Optik

Salah satu teknologi yang digunakan dalam membangun suatu sistem jaringan komputer dan masih terus dalam tahap pengembangan adalah teknologi serat optik. Teknologi serat optik dikembangkan sebagai upaya untuk terus meningkatkan kinerja sistem jaringan komputer. Sistem jaringan komputer yang ideal adalah suatu jaringan komunikasi yang mampu mentransfer data dalam kapasitas besar dengan kecepatan tinggi tanpa mengalami gangguan. Teknologi serat optik dikembangkan untuk mendekatkan diri pada tujuan ini. 

Serat optik menggunakan cahaya untuk mengirimkan informasi (data). Cahaya yang membawa informasi dapat dipandu melalui serat optik berdasarkan fenomena fisika yang disebut total internal reflection (pemantulan sempurna). Secara tinjauan cahaya sebagai gelombang elektromagnetik, informasi dibawa sebagai kumpulan gelombang-gelombang elektro-magnetik terpandu yang disebut mode. Serat optik terbagi menjadi 2 tipe yaitu single mode dan multi mode. Secara umum system komunikasi serat optik terdiri dari : transmitter, serat optik sebagai saluran informasi dan receiver. Pada transmitter terdapat modulator, carrier source dan channel coupler, pada saluran informasi serat optik terdapat repeater dan sambungan sedangkan pada receiver terdapat photo detector, amplifier dan data processing. Sebagai sumber cahaya untuk sistem komunikasi serat optik digunakan LED atau Laser Diode (LD).

Sejarah Perkembangan Fiber Optic

Penggunaan cahaya sebagai pembawa informasi sebenarnya sudah banyak digunakan sejak zaman dahulu, namun baru sekitar tahun 1930-an para ilmuwan Jerman mengawali eksperimen untuk mentransmisikan cahaya melalui bahan yang bernama fiber optik. Percobaan ini juga masih tergolong cukup primitif karena hasil yang dicapai tidak bisa langsung dimanfaatkan, namun harus melalui perkembangan dan penyempurnaan lebih lanjut lagi. Perkembangan selanjutnya adalah ketika para ilmuwan Inggris pada tahun 1958 mengusulkan prototype fiber optik yang sampai sekarang dipakai, yaitu yang terdiri atas gelas inti yang dibungkus oleh gelas lainnya. Sekitar awal tahun 1960-an, perubahan fantastis terjadi di Asia, yaitu ketika para ilmuwan Jepang berhasil membuat jenis fiber optik yang mampu mentransmisikan gambar.

Di lain pihak, para ilmuwan selain mencoba untuk memandu cahaya melewati gelas (fiber optik) juga mencoba untuk “menjinakkan” cahaya. Kerja keras itu pun berhasil ketika sekitar 1959 laser ditemukan. Laser beroperasi pada daerah frekuensi tampak sekitar 15 Hertz – 1014 Hertz atau ratusan ribu kali frekuensi gelombang mikro. Pada awalnya, peralatan penghasil sinar laser masih serba besar dan merepotkan. Selain tidak efisien, ia baru dapat berfungsi pada suhu sangat rendah. Laser juga belum terpancar lurus. Pada kondisi cahaya sangat cerah pun, pancarannya gampang meliuk-liuk mengikuti kepadatan atmosfer. Waktu itu, sebuah pancaran laser dalam jarak 1 km, bisa tiba di tujuan akhir pada banyak titik dengan simpangan jarak hingga hitungan meter. Sekitar tahun 1960-an ditemukan fiber optik yang kemurniannya sangat tinggi, kurang dari satu bagian dalam sejuta.

Dalam bahasa sehari-hari artinya serat yang sangat bening dan tidak menghantar listrik ini sedemikian murninya, sehingga konon, seandainya air laut itu semurni serat optik, dengan pencahayaan yang cukup kita dapat menonton lalu-lalangnya penghuni dasar Samudera Pasifik. Seperti halnya laser, fiber optik pun harus melalui tahap-tahap pengembangan awal. Sebagaimana medium transmisi cahaya, ia sangat tidak efisien. Hingga tahun 1968 atau berselang dua tahun setelah fiber optik pertama kali diramalkan akan menjadi pemandu cahaya, tingkat atenuasi (kehilangan)-nya masih 20 dB/km. Melalui pengembangan dalam teknologi material, fiber optik mengalami pemurnian, dehidran (pengeringan), dan lain-lain. Secara perlahan tapi pasti atenuasinya mencapai tingkat dibawah 1 dB/km. Tahun 1980-an, bendera lomba industri fiber optik benar-benar sudah berkibar. Nama-nama besar di dunia pengembangan fiber optik bermunculan. Charles K. Kao diakui dunia sebagai salah seorang perintis utama. Dari Jepang, muncul Yasuharu Suematsu. Raksasa-raksasa elektronik macam ITT dan STL jelas punya banyak sekali peranan dalam mendalami riset-riset fiber optik. Berdasarkan penggunaannya, maka sistem komunikasi serat optik (SKSO) dibagi menjadi 6 tahap generasi, yaitu seperti diuraikan di bawah ini. 

Generasi Pertama (mulai 1975)

Sistem masih sederhana dan menjadi dasar bagi sistem generasi berikutnya, terdiri dari alatencoding yang mengubah input (misal suara) menjadi sinyal listrik, transmitter yang mengubah sinyal listrik menjadi sinyal gelombang berupa LED dengan panjang gelombang 0,87 mm, serat silika sebagai penghantar sinyal gelombang, repeater sebagai penguat gelombang yang melemah di perjalanan,receiver yang mengubah sinyal gelombang menjadi sinyal listrik berupa fotodetector, dan alatdecoding yang mengubah sinyal listrik menjadi output (misal suara).

Repeater bekerja melalui beberapa tahap, mula-mula ia mengubah sinyal gelombang yang sudah melemah menjadi sinyal listrik, kemudian diperkuat dan diubah kembali menjadi sinyal gelombang. Generasi pertama ini pada tahun 1978 mencapai kapasitas transmisi sebesar 10 Gb.km/s.

Generasi Kedua (mulai 1981)

Untuk mengurangi efek dispersi, ukuran teras serat diperkecil agar menjadi tipe mode tunggal. Indeks bias kulit dibuat sedekat-dekatnya dengan indeks bias teras. Dengan sendirinya, transmitterjuga diganti dengan diode laser dan panjang gelombang yang dipancarkannya 1,3 mm. dengan modifikasi ini, generasi kedua mampu mencapai kapasitas transmisi 100 Gb.km/s, 10 kali lipat lebih besar daripada generasi pertama.

Generasi Ketiga (mulai 1982)

Terjadi penyempurnaan pembuatan serat silika dan pembuatan chip diode laser berpanjang gelombang 1,55 mm. kemurnian bahan silika ditingkatkan sehingga transparansinya dapat dibuat untuk panjang gelombang sekitar 1,2 mm sampai 1,6 mm. Penyempurnaan ini meningkatkan kapasitas transmisi menjadi beberapa ratus Gb.km/s.

Generasi Keempat (mulai 1984)

Dimulainya riset dan pengembangan sistem koheren, modulasinya yang dipakai bukan modulasi intensitas, melainkan modulasi frekuensi, sehingga sinyal yang sudah lemah intensitasnya masih dapat dideteksi dan jarak yang ditempuh, juga kapasitas transmisinya ikut membesar. Pada tahun 1984, kapasitasnya sudah dapat menyamai kapasitas sistem deteksi langsung. Sayang, generasi ini terhambat perkembangannya karena teknologi peranti sumber dan deteksi modulasi frekuensi masih jauh tertinggal. Tetapi, tidak dapat disangkal bahwa sistem koheren ini punya potensi untuk maju pesat pada masa-masa yang akan datang.

Generasi Kelima (mulai 1989)

Pada generasi ini, dikembangkan suatu penguat optik yang menggantikan fungsi repeater pada generasi-generasi sebelumnya. Sebuah penguat optik terdiri dari sebuah diode laser InGaAsP (panjang gelombang 1,48 mm) dan sejumlah fiber optik dengan doping erbium (Er) di terasnya. Pada saat serat ini disinari diode lasernya, atom-atom erbium di dalamnya akan tereksitasi dan membuat inversi populasi, sehingga bila ada sinyal lemah masuk penguat dan lewat di dalam serat, atom-atom itu akan serentak mengadakan deeksitasi yang disebut emisi terangsang (stimulated emission) Einstein. Akibatnya, sinyal yang sudah melemah akan diperkuat kembali oleh emisi ini dan diteruskan keluar penguat. Keunggulan penguat optik ini terhadap repeater adalah tidak terjadinya gangguan terhadap perjalanan sinyal gelombang, sinyal gelombang tidak perlu diubah jadi listrik dulu dan seterusnya, seperti yang terjadi pada repeater. Dengan adanya penguat optik ini, kapasitas transmisi melonjak hebat sekali. Pada awal pengembanganya hanya dicapai 400 Gb.km/s, tetapi setahun kemudian, kapasitas transmisi sudah menembus harga 50 ribu Gb.km/s.

Generasi Keenam (mulai 1988)

Pada tahun 1988, Linn F. Mollenauer memelopori sistem komunikasi soliton. Soliton adalah pulsa gelombang yang terdiri dari banyak komponen panjang gelombang. Komponen-komponennya memiliki panjang gelombang yang berbeda hanya sedikit dan juga bervariasi dalam intensitasnya. Panjang soliton hanya 10-12 detik dan dapat dibagi menjadi beberapa komponen yang saling berdekatan, sehingga sinyal-sinyal yang berupa soliton merupakan informasi yang terdiri dari beberapa saluran sekaligus (wavelength division multiplexing). Eksperimen menunjukkan bahwa soliton minimal dapat membawa lima saluran yang masing-masing membawa informasi dengan laju 5 Gb.km/s. Cacah saluran dapat dibuat menjadi dua kali lipat lebih banyak jika dibuatkan multiplexing polarisasi karena setiap saluran memiliki dua polarisasi yang berbeda. Kapasitas transmisi yang telah diuji mencapai 35 ribu Gb.km/s.

Cara kerja sistem soliton ini adalah efek Kerr, yaitu sinar-sinar yang panjang gelombangnya sama akan merambat dengan laju yang berbeda di dalam suatu bahan jika intensitasnya melebihi suatu harga batas. Efek ini kemudian digunakan untuk menetralisir efek dispersi, sehingga soliton tidak akan melebar pada waktu sampai di receiver. Hal ini sangat menguntungkan karena tingkat kesalahan yang ditimbulkannya amat kecil bahkan dapat diabaikan. Tampak bahwa penggabungan ciri beberapa generasi teknologi fiber optik akan mampu menghasilkan suatu sistem komunikasi yang mendekati ideal, yaitu yang memiliki kapasitas transmisi yang sebesar-besarnya dengan tingkat kesalahan yang sekecil-kecilnya. Yang jelas, pada masa mendatang dunia komunikasi, tidak dapat dihindari lagi, akan dirajai oleh teknologi fiber optik.

Struktur, Bentuk dan Macam Jenis Fiber Optik 

Sebagai media transmisi yang berfungsi untuk menyalurkan data dalam bentuk cahaya, maka serat optik harus dibuat dari semacam bahan kaca (atau plastik). m, suatu nilai yang sangatmm sampai 125 mDiameter serat optik berkisar antara 2  kecil. Dalam upaya untuk memperoleh kinerja yang baik, biasanya serat ultra pure fused silika adalah bahan yang sering digunakan sebagai bahan pembuat serat optik karena memiliki loss kecil.

Serat optik berbentuk silinder yang terdiri dari tiga bagian yaitu bagian core, cladding, dan jacket (pembungkus) (lihat gambar). Core adalah bagian terdalam yang terdiri dari satu serat atau lebih, serat inilah yang merupakan jalur bagi sinyal cahaya. Tiap serat dikelilingi oleh cladding dan kemudian ditutupi oleh coating. Bagian terluar adalah jacket yang berfungsi melindungi serat optik dari pengaruh luar, seperti kelembapan udara, abrasi dan kerusakan.

Pada dasarnya serat optik merupakan suatu kesatuan yang terdiri dari komponen-komponen pendukung yang membentuk suatu sistem. Hal ini dikarenakan informasi (data) yang akan ditransmisikan dalam serat optik berupa cahaya, sehingga sebelum informasi disalurkan terlebih dahulu informasi tersebut diubah bentuknya menjadi cahaya.

Pada umumnya sistem transmisi serat optik terdiri tiga bagian yaitu dari sumber cahaya, media transmisi dan detektor. Sumber cahaya adalah bagian dari sistem yang mengubah sinyal listrik menjadi sinyal cahaya yang sesuai. Tugas ini biasanya dilakukan oleh LED (Light Emitting Diode) atau bisa juga menggunakan dioda laser, yaitu dioda yang dapat memancarkan sinar laser. Media transmisi dijalankan oleh serat optik. Sebagai detektor digunakan photo-diode yaitu dioda yang dapat menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi sinyal listrik yang sesuai. Penyaluran data melalui serat optik dapat digambarkan sebagai berikut: data berupa sinyal listrik diubah menjadi cahaya yang sesuai oleh LED sebagai sumber cahaya, kemudian cahaya berisi data tadi merambat di dalam serat optik sebagai media transmisi menuju ke penerima berupa photodioda sebagai detektor dan mngubah cahaya menjadi sinyal listrik yang sesuai.

Bagian Fiber Optik

Fiber optik dibuat dari silikon dan germanium bereaksi dengan oksigen membentuk SiO2 dan GeO2.SiO2 dan GeO2 menyatu dan membentuk kaca Serat optik terdiri dari 3 bagian, yaitu :

1.    Core adalah kaca tipis yang merupakan bagian inti dari fiber optik yang dimana  pengiriman sinar dilakukan

2.    Cladding adalah materi yang mengelilingi inti yang berfungsi memantulkan sinar kembali ke dalam inti(core).

3.    Buffer Coating adalah plastic pelapis yang melindungi fiber dari kerusakan.

Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas. Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya yang diserap oleh serat optik.

Tipe Fiber Optik

Berdasarkan faktor struktur dan properti sistem transmisi yang sekarang banyak diimplementasikan, teknologi fiber optik terbagi atas dua type yaitu:

Single mode fiber optik

Single mode fiber optik memiliki banyak arti dalam teknologi fiber optik. Dilihat dari faktor properti sistem transmisinya, single mode adalah sebuah sistem transmisi data berwujud cahaya yang didalamnya hanya terdapat satu buah indeks sinar tanpa terpantul yang merambat sepanjang media tersebut dibentang. Satu buah sinar yang tidak terpantul di dalam media optik tersebut membuat teknologi fiber optik yang satu ini hanya sedikit mengalami gangguan dalam perjalanannya. Itu pun lebih banyak gangguan yang berasal dari luar maupun gangguan fisik saja.

Single mode dilihat dari segi strukturalnya merupakan teknologi fiber optik yang bekerja menggunakan inti (core) serat fiber yang berukuran sangat kecil yang diameternya berkisar 8 sampai 10 mikrometer. Single mode dapat membawa data dengan bandwidth yang lebih besar dibandingkan dengan multi mode fiber optiks, tetapi teknologi ini membutuhkan sumber cahaya dengan lebar spektral yang sangat kecil pula dan ini berarti sebuah sistem yang mahal. Single mode dapat membawa data dengan lebih cepat dan 50 kali lebih jauh dibandingkan dengan multi mode.

Transmisi data melalui single mode hanya menggunakan satu lintasan cahaya yang merambat melalui serat. Metode semacam ini dapat menghindarkan ketidakakuratan yang dapat terjadi dalam penyaluran data. Diameter serat yang diperlukan haruslah cukup kecil untuk mendukung metode ini yaitu sekitar 3 – 10 mm. Cahaya yang diperlukan haruslah cahaya dengan koherensi dan intensitas tinggi yaitu laser, sehingga diperlukan suatu sumber cahaya yang mampu menghasilkan cahaya yang sangat tajam (koheren dan berintensitas tinggi) yang memerlukan teknologi tinggi.

Multi mode fiber optik

Sesuai dengan nama yang disandangnya, teknologi ini memiliki kelebihan dan kekurangan yang diakibatkan dari banyaknya jumlah sinyal cahaya yang berada di dalam media fiber optik-nya. Sinar yang berada di dalamnya sudah pasti lebih dari satu buah. Multi mode fiber optik merupakan teknologi transmisi data melalui media serat optik dengan menggunakan beberapa buah indeks cahaya di dalamya. Cahaya yang dibawanya tersebut akan mengalami pemantulan berkali-kali hingga sampai di tujuan akhirnya.

Pada jenis ini, suatu informasi (data) dibawa melalui beberapa lintasan cahaya yang dijalarkan melalui serat dari satu ujung ke ujung lainnya. Metode semacam ini dapat mengakibatkan ketidakakuran data yang dikirimkan kepada penerima, karena lintasan cahaya yang satu dapat berbeda waktu tempuhnya dibandingkan lintasan yang lain sehingga data yang dikirim menjadi berubah ketika sampai di penerima. Transmisi data jenis ini menggunakan diameter serat (core) sekitar 50 mm, dan cladding sekitar 125 mm.

Sinyal cahaya dalam teknologi Multi mode fiber optik dapat dihasilkan hingga 100 mode cahaya. Banyaknya mode yang dapat dihasilkan oleh teknologi ini bergantung dari besar kecilnya ukuran core fiber-nya dan sebuah parameter yang diberi nama Numerical Aperture (NA). Seiring dengan semakin besarnya ukuran core dan membesarnya NA, maka jumlah mode di dalam komunikasi ini juga bertambah.

Ukuran core kabel Multi mode secara umum adalah berkisar antara 50 sampai dengan 100 mikrometer. Biasanya ukuran NA yang terdapat di dalam kabel Multi mode pada umumnya adalah berkisar antara 0,20 hingga 0,29. Dengan ukuran yang besar dan NA yang tinggi, maka terciptalah teknologi fiber optik Multi mode ini.

Berdasarkan indeks bias core :
1.    Step indeks : pada serat optik step indeks, core memiliki indeks bias yang homogen.
2.    Graded indeks : indeks bias core semakin mendekat ke arah cladding semakin kecil. Jadi pada graded indeks, pusat core memiliki nilai indeks bias yang paling besar. Serat graded indeks memungkinkan untuk membawa bandwidth yang lebih besar, karena pelebaran pulsa yang terjadi dapat diminimalkan.

Aplikasi Serat Optik (Fiber Optic)

Penggunaan serat optik (fiber optic) secara umum tidak ada sampai tahun 1970 dapat saat Corning Glass Works dapat memproduksi serat optik (fiber optic) dengan ketipisan 20 dB/km. Sudah diakui bahwa serat optik (fiber optic) akan memungkinkan bagi transmisi telekomunikasi hanya bila gelas bisa dibuat begitu murni sehingga ketipisannya mencapai 20 dB/km atau kurang dari itu. Ini berarti 1% cahaya akan tersisa setelah menempuh 1 km.

Ketipisan serat optik (fiber optic) saat ini berkisar dari 0,5 dB/km tergantung pada serat optik (fiber optic) yang dipakai. Batas ketipisan berdasar pada aplikasi yang dimainkan. Aplikasi komunikasi serat optik (fiber optic) telah dengan melaju pesat, sejak pemasangan sistem serat optik (fiber optic) komersial pertama 1977. Perusahan-perusahaan telepon sudah memulai sejak awal, mengganti sistem kawat tembaga mereka yang lama dengan jalur serat optik (fiber optic). Perusahaan-perusahaan telepon masa kini mengunakan serat optik (fiber optic) diseluruh sistem mereka sebagai arsitektur tulang punggung(backbone) dan sebagai sistem telekomunikasi telepon hubungan jarak jauh antar kota. Perusahaaan-perusahan TV Kabel (Cable TV) yang lagi marak di masa ini juga sudah mulai mengintegrasikan serat optik (fiber optic) di dalam sistem kabel mereka. 

Jalur-jalur utama yang menghubungkan kantor-kantor pusat kebanyakkan telah diganti dengan serat optik (fiber optic). Beberapa provider telah mulai bereksperimen dengan serat optik (fiber optic) ke pinggiran jalan menggunakan serat optik (fiber optic) / hibrida koaksial. Hibrida semacam ini memungkinkan adanya intregasi serat optik (fiber optic) dan koaksial dilokasi yang dekat. Lokasi ini, yang disebut Node, akan menyediakan penerima optis yang mengubah implus-implus cahaya ke sinyal elektronik. Sinyal tersebut kemudihan disalurkan ke rumah-rumah pribadi melalui kabel koaksial.

Local Area Network (LAN) adalah group kolektif komputer, atau sistem komputer, yang dihubungkan satu dengan yang lain yang memungkinkan dijalankannya database atau perangkat lunak (software) program bersama. Universitas, gedung perkantoraan dan pabrik industri, cuma sebagian kecil saja diantara sekalian pengguna yang memanfaatkan serat optik (fiber optic) dalam sistem LAN mereka. Perusahaan-perusahaan listrik merupakan kelompok yang baru muncul yang mulai memanfaatkan fiber optik dalam sistem komunikasi mereka. Hampir semua pabrik, listik sudah memiliki sistem komunikasi serat optik (fiber optic) yang digunakan untuk memonitor sistem jaringan listriknya.

sumber : prakom.lipi.go.id