Mengenal Sistem Komunikasi Optik: Revolusi dalam Transmisi Data

Komunikasi serat optik merupakan suatu metode untuk mentransmisikan sebuah informasi dari satu tempat ke tempat yang lain dengan mengirimkan sinar atau cahaya melalui serat optik. Cahaya ini membentuk gelombang elktromagnetik yang dimana termodulasi untuk membawa informasi.

Komunikasi serat optik yang pertama kalinya dikembangkan pada tahun 1970an, serat optik ini telah merevolusi industri telekomunikasi serta menjadikannya peran penting dalam munculnyaera informasi. Karena keunggulannya, jika dibandingkan dengan transmisi listrik, sebagian besar dari serat optik telah menggantikan jaringan inti dari kawat tembaga di negara maju.

Serat optik juga sudah digunakan oleh berbagai perusahaan-perusahaan telekomunikasi untuk mengirimkan sinyal telepon, komunikasi Internet, dan sinyal televisi kabel. Para peneliti di laboratorium Bell telah melakukan percobaan internet dan mencapai kecepatan lebih dari 100 petabit × kilometer per detik dengan menggunakan serat optik dalam berkomunikasi.

Proses komunikasi serat optik meliputi beberapa langkah-langkah dasar sebagai berikut:

1. Membuat sinyal optik yang melibatkan penggunaan pemancar,biasanya dari suatu sinyal listrik
2. Menyampaikan sinyal disepanjang fiber, memastikan bahwa sinyal tersebut tidak terlalu menyimpang atau lemah
3. Menerima sinyal optik
4. Mengubah menjadi sinyal Listrik

Serat optik digunakan oleh perusahaan-perusahaan telekomunikasi untuk mengirimkan sinyal telepon, komunikasi internet dan sinyal Tv kabel. Karena pelemahan dan gangguannya jauh lebih rendah, serat optik memiliki banyak keuntungan lebih dibandingkan dengan kawat tembaga yaitu dalam aplikasi jarak jauh dan permintaan tinggi. Namun, pembangunan infrastruktur di dalam kota relatif sulit dan memakan waktu yang cukup lama, dan sistem serat optik yang kompleks dan mahal untuk menginstal dan pengoprasiannya. Karena kesulitan-kesulitan ini, sistem komunikasi serat optik telah diprioritaskan untuk diinstal pada aplikasi jarak jauh, di mana orang-orang dapat menggunakan secara maksimal dengan kapasitas transmisi serta mengimbangi peningkatan biaya.

Sejak tahun 2000, harga untuk komunikasi serat optik telah turun jauh. Harga untuk memasang kabel serat optik ke daerah perumahan atau perkantoran saat ini telah menjadi lebih hemat biaya jika dibandingkan dengan pemasangan jaringan menggunkan kabel tembaga. harga ini telah turun dengan biaya $850 per pelanggan. Jika dibandingkan dengan Amerika Serikat, biaya nya lebih rendah di negara-negara seperti Belanda, dimana menggali biaya rendah namun kepadatan rumah cukup tinggi.

Sejak tahun 1990, ketika sistem amplifikasi optik menjadi tersedia secara komersial, industri telekomunikasi telah meletakkan jaringan yang sangat luas seperti antarkota dan melintasi samudra. Pada tahun 2002, jaringan interkontinental 250.000 km dari kabel komunikasi bawah laut dengan kapasitas 2.56 Tb per detik selesai, dan meskipun jaringan tertentu dengan kapasitas yang istimewa informasi, laporan investasi telekomunikasi menunjukkan bahwa kapasitas jaringan yang telah meningkat secara dramatis sejak tahun 2004.

Sejarah

Pada tahun 1880, Alexander Graham Bell dan asistennya Charles Sumner Tainter menciptakan prekursor awal untuk komunikasi serat optik, Fotofon, dan Laboratorium Volta Bell yang baru didirikan di Washington, D. c. Bell dianggap merupakan penemuan yang paling penting. Perangkat ini sangat memungkinkan untuk transmisi suara pada sinar cahaya. Pada tanggal 3 juni 1880, Bell dilakukan transmisi telepon nirkabel pertama di dunia di antara dua bangunan, beberapa 213 meter.[4][5] Karena penggunaan dari media transmisi atmosfer, Fotofon tidak akan terbukti praktis hingga kemajuan dalam laser dan teknologi serat optik diizinkan transportasi yang aman dari cahaya. Penggunaan praktis Fotofon yang pertama datang dalam sistem komunikasi militer beberapa dekade kemudian.

Pada tahun 1954, Harold Hopskins dan Narinder Singh Kapany menunjukkan bahwa gulungan serat kaca memungkinkan cahaya dapat atau untuk ditransmisikan. Awalnya hal itu dianggap bahwa cahaya hanya dapat melintasi hanya dalam media lurus.

Pada tahun 1966, Charles K. Kao dan George Hockham mengusulkan bahwa serat optik di Laboratorium STC(STL) di Harlow, Inggris, ketika mereka menunjukkan bahwa kerugian 1.000 dB per kilometer ada di dalam kaca (dibandingkan dengan 5-10 dB/km pada kabel coaxial) adalah karena kontaminan, yang berpotensi dapat dihapus.

Serat optik juga telah berhasil dikembangkan pada tahun 1970 oleh Corning Glass Works, dengan pelemahan yang cukup rendah untuk tujuan komunikasi (sekitar 20 dB/km), dan pada saat yang sama GaAs Laser semikonduktor dikembangkan dengan kompak dan oleh karena itu cocok untuk transmisi cahaya melalui kabel serat optik untuk jarak jauh.
Setelah periode penelitian mulai dari tahun 1975, komersial pertama serat optik sistem komunikasi yang dikembangkan, yang beroperasi pada panjang gelombang sekitar 0,8 µm dan digunakan GaAs laser semikonduktor. Ini generasi pertama sistem dioperasikan pada bit rate 45 Mbps dengan repeater jarak hingga 10 km. Segera pada tanggal 22 April 1977, Telepon Umum dan Elektronik yang dikirim pertama hidup lalu lintas telepon melalui serat optik pada 6 Mbit/s throughput di Long Beach, California.

Pada oktober 1973, Corning Glass menandatangani kontrak pembangunan dengan CSELT dan Pirelli yang bertujuan untuk menguji serat optik di lingkungan perkotaan: pada bulan September 1977, kedua kabel ini dilakukan tes seri atau secara bersamaan, dinamakan COS-2, secara eksperimental ditempatkan di dua baris (9 km) di Turin, untuk yang pertama kalinya di kota besar, dengan kecepatan 140 Mbit/s.
Generasi kedua dari komunikasi serat optik telah dikembangkan untuk penggunaan komersial pada awal tahun 1980-an, yang dioperasikan pada 1,3 µm, dan digunakan laser semikonduktor InGaAsP. Sistem awalnya dibatasi oleh serat dispersi multi mode dan pada tahun 1981 serat mode single diketahui untuk meningkatkan kinerja sistem, namun konektor praktis mampu bekerja dengan serat single mode yang dimana terbukti sulit untuk berkembang.

Pada tahun 1984, mereka telah mengembangkan kabel serat optik yang akan membantu lebih lanjut terhadap kemajuan mereka menuju pembuatan kabel serat optik yang akan mengelilingi dunia. Penyedia layanan SaskTel di Kanada telah menyelesaikan pembangunan jaringan komersial serat optik terpanjang di dunia, yang meliputi 3,268 km dan dihubungkan 52 masyarakat.[7] pada tahun 1987, sistem ini beroperasi pada tarif bit hingga 1.7 GB per detik dengan repeater jarak hingga 50 km.
Kabel telepon Transatlantic yang pertama menggunakan serat optik TAT-8, berdasarkan Desurvire teknologi dioptimalkan oleh laser amplifikasi. Kemudian ia pergi ke dalam operasi pada tahun 1988.

Generasi ketiga sistem serat optik yang dioperasikan pada 1,55 µm dan memiliki kerugian sekitar 0,2 dB/km. Perkembangan ini didorong oleh penemuan Indium gallium arsenide dan pengembangan Indium Gallium Arsenide fotodioda oleh Pearsall. Insinyur yang sebelumnya mengatasi kesulitan dengan Dispersi pada panjang gelombang menggunakan InGaAsP konvensional laser semikonduktor. Para ilmuwan juga mengatasi kesulitan ini dengan menggunakan serat dispersi bergeser yang dirancang untuk memiliki minimal dispersi di level 1,55 µm atau dengan membatasi laser spektrum tunggal mode longitudinal. Perkembangan ini akhirnya diperbolehkan sistem generasi ketiga untuk beroperasi secara komersial pada 2,5 Gbit per detik dengan repeater jarak lebih dari 100 km.

Generasi keempat dari sistem komunikasi serat optik yang digunakan adalah amplifikasi optik untuk mengurangi kebutuhan repeater dan divisi multiplek panjang gelombang untuk meningkatkan kapasitas data. Kedua perbaikan ini menyebabkan sebuah revolusi yang mengakibatkan dua kali lipat dari kapasitas sistem setiap enam bulan mulai dari tahun 1992 sampai dengan bit rate 10 Tb per detik dicapai pada tahun 2001. Pada tahun 2006 bit-rate dari 14 Tbit/s telah mencapai lebih dari satu 160 km baris menggunakan optical amplifier.

Berfokus pada pembangunan untuk generasi kelima dari komunikasi serat optik yaitu dengan memperpanjang rentang panjang gelombang yang lebih dari yang sistem WDM untuk dapat beroperasi. Panjang gelombang konvensional, yang dikenal sebagai C band, meliputi panjang gelombang kisaran 1.53-1.57 µm, dan serat keling yang memiliki jendela rendah menjanjikan perpanjangan yang berkisar 1,30-1.65 µm. Perkembangan lainnya termasuk konsep “Soliton Optik”, pulsa yang mempertahankan bentuk mereka dengan menangkal efek dispersi dengan efek nonlinier dari serat dengan menggunakan pulsa dari bentuk tertentu.

Pada akhir 1990-an hingga tahun 2000, promotor industri dan penelitian perusahaan seperti KMI, dan RHK diprediksi mengalami peningkatan besar dalam permintaan untuk bandwidth karena dengan adanya peningkatan penggunaan Internet, dan bandwidth komersialisasi dari berbagai layanan intensif konsumen, seperti video on demand. Data lalu lintas Internet protokol meningkat secara eksponensial, pada tingkat yang lebih cepat daripada kompleksitas sirkuit terpadu meningkat di bawah Hukum Moore. Dari kegagalan dot-com bubble, sampai tahun 2006, namun, tren utama dalam industri ini telah konsolidasi perusahaan dan offshoring manufaktur untuk mengurangi biaya. Perusahaan seperti Verizon dan AT&T telah mengambil keuntungan tinggi dari komunikasi serat optik untuk memberikan berbagai data dan layanan broadband ke perumahan pelanggan.

Teknologi

Sistem komunikasi serat optik modern pada umumnya termasuk pemancar optik untuk mengkonversi sinyal listrik menjadi sinyal optik untuk mengirim ke serat optik, kabel yang berisi kumpulan dari beberapa serat optik yang disalurkan melalui saluran bawah tanah dan bangunan, beberapa jenis amplifier, dan penerima optik untuk memulihkan sinyal seperti sinyal listrik. Informasi yang dikirimkan biasanya informasi digital yang dihasilkan oleh komputer, Sistim Telepon, dan perusahaan Televisi kabel.

Pemancar

Dalam bentuk yang paling sederhana, sebuah LED adalah pantulan bias p-n junction, memancarkan cahaya melalui emisi spontan, sebuah fenomena yang disebut sebagai elektroluminescence. Cahaya yang dipancarkan adalah koheren dengan relatif lebar spektral lebar 30-60 nm. Transmisi lampu LED juga tidak efisien, dengan hanya sekitar 1% [kutipan diperlukan] dari daya input, atau sekitar 100 microwatts, akhirnya diubah menjadi listrik yang telah digabungkan ke dalam serat optik. Namun, karena desain yang relatif sederhana, Led sangat berguna untuk biaya aplikasi rendah.

Penerima

Komponen utama dari sebuah penerima optik adalah sensor cahaya atau fotodetektor, yang dimana dapat mengubah cahaya menjadi listrik dengan menggunakan efek fotolistrik. Sensor Cahaya utama untuk telekomunikasi terbuat dari Indium gallium arsenide sensor cahaya yang biasanya semikonduktor berbasis photodiode. Beberapa jenis dari diode memiliki p-n diode, p-di photodiode dan avalanche photodiode. Logam Semikonduktoe Logam(MSM) sensor cahaya juga digunakan karena kesesuaian mereka untuk sirkuit integrasi dalam regenerator dan panjang gelombang-divisi multipleks.
Jenis Kabel Fiber.

Kabel serat optik ini terdiri dari inti, cladding dan penyangga (pelindung lapisan luar), di mana cladding memandu cahaya sepanjang inti dengan menggunakan metode refleksi internal total. Inti dan cladding (yang memiliki lebihindek bias rendah) yang biasanya terbuat dari kaca silika dengan kualitas tinggi, meskipun mereka berdua bisa terbuat dari plastik juga. Menghubungkan dua serat optik dilakukan dengan fusion splicing atau penyambungan mekanik dan membutuhkan keahlian khusus dan teknologi interkoneksi karena presisi mikroskopis yang diperlukan untuk menyelaraskan inti serat.

Dua jenis utama dari serat optik yang digunakan dalam komunikasi optik seperti serat optik multi mode dan serat optik mode tunggal. Sebuah serat optik multi mode memiliki inti yang lebih besar (≥ 50 mikrometer), yang memungkinkan kurang tepat, pemancar dan penerima lebih murah untuk terhubung ke semua konektor juga lebih murah. Namun serat multi mode memperkenalkan distorsi multi mode, yang sering membatasi bandwidth dan panjang link. Selain itu, karena konten dopant bentuknya yang lebih tinggi, serat multi-mode juga biasanya mahal dan menunjukkan atenuasi tinggi. Inti dari serat mode tunggal lebih kecil (<10 mikrometer) dan memerlukan komponen lebih mahal dan metodeinterkoneksi, tetapi memungkinkan kinerja lebih lama dan performa link lebih tinggi.

Kesimpulan
Sistem komunikasi optik merupakan sebuah revolusi dalam dunia transmisi data yang menawarkan kecepatan tinggi, kapasitas besar, dan ketahanan terhadap gangguan elektromagnetik. Dengan menggunakan serat optik sebagai media transmisi, teknologi ini mampu mentransfer data dalam jumlah besar dengan efisiensi yang lebih baik dibandingkan kabel tembaga. Meskipun masih menghadapi tantangan seperti biaya instalasi yang tinggi dan kompleksitas perawatan, perkembangan teknologi terus mendorong inovasi dalam komunikasi optik. Penerapan sistem ini dalam berbagai bidang, seperti telekomunikasi, internet broadband, industri medis, dan pertahanan, semakin memperkuat perannya dalam membentuk masa depan konektivitas global. Dengan demikian, komunikasi optik akan terus menjadi tulang punggung dalam evolusi teknologi informasi dan komunikasi di era digital.