cahaya merupakan gelombang
yang dapat memiliki sifat-sifat seperti pembiasan, pemantulan, interferensi,
difraksi, dan polarisasi. Perambatan cahaya dapat
dianalisis secara mendetail menggunakan teori gelombang elektromagnetik. Teori
ini untuk menjelaskan cahaya dalam frekuensi, panjang gelombang, dan fasa.
Teori lain yang berkembang berhubungan dengan cahaya adalah teori kuantum
cahaya atau disebut juga teori Foton. Teori ini memandang cahaya sebagai
perambatan paket energi yang disebut foton. Energi yang dikandung dalam tiap
foton dihubungkan dengan frekuensi dari cahaya adalah:
Ep=h.f
dimana : Ep adalah energi foton (Joule)
h adalah
konstanta Planck (6,626.10-34 Joule-s)
f adalah frekuensi (Hertz)
Teori foton ini digunakan dalam analisis
dan menjelaskan tentang pembangkitan dan deteksi cahaya. Hal ini sangat
membantu dalam menggambarkan transformasi cahaya ke dalam arus elektron
(elektrik) dan sebaliknya.
Modulasi Optik
Modulasi adalah suatu proses
penumpangan sinyal-sinyal informasi ke dalam sinyal pembawa (carrier), sehingga
dapat ditransmisikan ke tujuan. Modulasi optik atau modulasi cahaya adalah
teknik modulasi yang menggunakan berkas cahaya berupa pulsa pulsa cahaya
sebagai sinyal pembawa informasi. Berkas cahaya yang digunakan disini adalah
berkas cahaya yang dihasilkan oleh suatu sumber cahaya (laser atau LED).
Dibandingkan dengan modulasi konvensional, modulasi cahaya memiliki keunggulan
dalam hal ketahanan terhadap derau yang sangat tinggi, karena sinyal tidak
dipengaruhi medan elektromagnet. Di samping itu, sistem ini memungkinkan
adanya bitrate hingga mencapai ratusan gigabit per detik. Dalam modulasi optik,
sinyal dapat dimodulasi amplitudonya yang dikenal dengan modulasi intensitas
(Intensity Modulation) berupa Amplitudo Shift Keying (ASK) / On-Off Keying
(OOK). Selain itu, berkas cahaya dapat juga dimodulasi frekuensinya atau lebih
tepat modulasi panjang gelombang (Wavelength Modulation). Dan yang ketiga adalah
dimodulasi fasanya (Phasa Modulation).
Teknik Modulasi Optik
Dalam modulasi optik koheren, sinyal cahaya yang
dimodulasikan dapat direpresentasikan dalam bentuk rumus besaran elektrik. Adapun rumus dasar besaran tersebut dapat didefinisikan
Tiga macam
teknik modulasi optik :
1. Amplitude Shift Keying (ASK) atau disebut juga On-Off
Keying (OOK) yang memodulasi sinyal optik dengan perubahan amplitudo antara “0”
dan “1” sementara frekuensi konstan dan tak ada lompatan fasa.
2. Frequency Shift Keying (FSK) yan
memodulasi sinyal optik dengan perubahan Frekuensi w1 (
omega 1) dan w2 ( omega 2)
danmewakili sinyal biner, sementara amplitudo konstan dan tak terjadi lompatan
fasa.
3. Phase Shift Keying (PSK) yang
memodulasi sinyal optik berdasarkan perubahan fasa menurut gelombang sinus:
dimana beta adalah indeks modulasi dan adalah frekuensi
modulasi omega M
Modulator Optik
Modulator
optik berfungsi memodulasi cahaya dengan cara mengubah-ubah amplitude,
frikuensi, fasa, atau intensitas cahaya sehingga mampu membawa sinyal info.
Berdasarkan tempat terjadinya modulasi, ada 2 macam modulasi optik, sehingga
dengan sendirinya ada 2 macam modulator, yaitu modulator internal (internal
modulator) dan modulator eksternal (external modulator). Modulator internal
memodulasi cahaya di dalam perangkat sumber cahayanya, sedangkan modulator
eksternal memodulasi cahaya di luar perangkat sumber cahayanya. Berdasarkan
interaksi antara sinyal masukan dengan media interaksi optik,
maka terdapat tiga jenis modulator ekstern yaitu elektro-optik,
magneto-optik, dan akusto-optik. Tetapi di dalam Tugas Akhir ini dibatasi hanya
menggunakan modulator elektro-optik tepatnya interferometer Mach Zehnder
sebagai pemodulasi cahaya.
Modulator Internal (Sumber Cahaya)
Ada dua sumber cahaya yang dikenal dalam komunikasi
optik: Light Emitting Diode (LED) dan Illuminating Laser Diode (ILD) yang lebih
sering disebut laser. Perbandingan karakteristik
LED dan LASER:
a. Light Emitting Diode (LED):
1. Daya optik keluaran rendah.
2. Penguatan cahaya tidak ada.
3. Stabil terhadap suhu.
4. Disipasi panas kecil.
5. Arus pacu kecil.
6. Lifetime lebih sedikit.
7. Tidak compatible dengan fiber optik single mode sehingga
tidak cocok untuk komunikasi jarak jauh (long
haul).
b. Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation (LASER):
1. Daya optik keluaran besar.
2. Terdapat penguatan cahaya.
3. Kurang stabil terhadap suhu.
4. Disipasi panas besar.
5. Arus pacu besar.
6. Lifetime lebih lama.
7. Kompatible dengan fiber optik jenis
single mode sehingga sangat cocok digunakan untuk komunikasi jarak jauh. Dari
perbandingan karakteristik di atas, maka diperoleh bahwa LASER mempunyai
kriteria yang lebih baik dan lebih cocok untuk sistem yang digunakan daripada
LED sebagai sumber cahaya.
Modulator Eksternal
Modulator eksternal yang digunakan dalam Tugas Akhir
ini adalah elektro-optik yang memanfaatkan interaksi sinyal elektrik dengan
media interaksi. Interaksi yang terjadi pada elektro-optik ini adalah
terjadinya perubahan indek bias media interaksi akibat pengaruh medan elektrik
yang diberikan kepada media interaksi tersebut. Jika medan elektrik diberikan
kepada media interaksi optik maka distribusi elektron pada media interaksi akan
terdistorsi dan terpolarisasi sehingga menyebabkan indeks bias media interaksi
berubah secara isotropik sehingga akan mengubah karakteristik pandu gelombang
optik atau karakteristik media interaksi. Dengan berubahnya karakteristik
tersebut maka mode perambatan berkas akan berubah baik berupa perubahan fasa
ataupun panjang gelombang. Pengaruh medan elektrik pada perubahan indeks bias
media interaksi menghasilkan dua macam interaksi elektro-optik yaitu : Efek
Pockels yang merupakan efek linier elektro-optik pada media interaksi zat
padat. Efek Kerr yang merupakan efek kuadrat elektro-optik pada media interaksi
yang umumnya berupa zat cair.
