Makalah Aplikasi Fiber Optic

“Numerical Aperture Measurement of Fiber Optic

“Application of Fiber Optic for Medical”

“Application of Fiber Optic for Engineering and Scientist”

“Optical Time Domain Reflectometer (OTDR)”

Disusun untuk memenuhi tugas

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

MAKALAH

Numerical Aperture Measurement of Fiber Optic




“Optical Fiber Sensor”

Disusun untuk memenuhi tugas UAS Optika Serat

Oleh :

Nur Faizatul Jannah (141810201051)

JURUSAN FISIKA


UNIVERSITAS JEMBER

2016

Numerical Aperture Measurement of Fiber Optic”




UAS Optika Serat


NUMERICAL APERTURE

MEASUREMENT OF FIBER OPTIC

BAB 1. PENDAHULUAN

Penemuan serat optik merupakan sebuah penemuan yang luar biasa.

Kemampuannya dalam mentransmisikan data di bidang telekomunikasi masih

belum terkalahkan hingga sekarang. Dengan kecepatan hingga terabit per sekon,

serat optik memungkinkan kita berkomunikasi secara multimedia dengan kualitas

yang sangat baik. Namun, penggunaan serat optik hingga kini masih belum bisa

diterapkan secara luas. Alasannya adalah teknologi ini merupakan termasuk

teknologi yang mahal, sehingga masyarakat umum masih berat dari segi biaya

dalam menggunakan jaringan serat optik ini.

Ada beberapa parameter yang terdapat pada serat optik yang dapat kita

ukur untuk mengetahui kinerja dari serat optik tersebut. Salah satunya adalah

numerical aperture. Dalam tulisan ini akan dijelaskan lebih mendalam mengenai

numerical aperture

BAB 2. ISI

2.1 Serat Optik

Secara umum, struktur serat optik terdiri dari bagian core, cladding, dan

coat. Cahaya yang mengandung informasi akan ditransmisikan melalui bagian

core. Sedangkan bagian coat berfungsi sebagai pelindung bagian core dan

cladding. Untuk lebih jelas tentang struktur serat optik, dapat dilihat gambarnya di

bawah ini

Gambar 2.1 Struktur Serat Optik

2.2 Numerical Aperture

Numerical aperture (NA) dari sebuah serat optik digunakan untuk

mengukur jumlah atau kuantitas cahaya yang dapat ditangkap oleh serat optik

tersebut. NA merupakan sebuah dimensionless number, yaitu sebuah besaran

tanpa unit fisik, hanya murni sebuah bilangan. Secara umum, numerical aperture

(NA) dapat dirumuskan sebagai berikut :

�� = � sin �

Dengan � adalah cone (kerucut) dari sudut penerimaan dan � adalah indeks bias

dari medium cahaya datang.

Untuk lebih jelas tentang NA, ilustrasi dari cahaya masuk dan penurunan

rumusnya dapat dilihat pada gambar 2.2. Pertama, cahaya masuk dari medium

dengan indek bias �� dan sudut kemiringan ��. Karena indeks bias antara medium

datangnya cahaya (��) berbeda dengan indeks bias core (��) maka terjadilah

pembiasan sinar dengan sudut bias sebesar ��. Kejadian tersebut memenuhi

persamaan di bawah ini

�� sin �� = �� sin �� (2.1)

Sinar yang dibiaskan tersebut kemudian menumbuk core-cladding interface. Jika

sudut datang tersebut lebih kecil dari sudut kritis, maka cahaya tersebut akan

dibiaskan kembali. Cahaya yang dibiaskan tersebut disebut dengan istilah

unguided ray. Sedangkan jika sudut datang tersebut lebih besar dari sudut kritis,

maka cahaya akan dipantulkan sempurna. Cahaya yang dipantulkan sempurna ini

disebut dengn istilah guided ray. Nilai dari sudut kritis dapat dicari melalui

persamaan berikut

sin �� =��

�� (2.2)

Dimana �� adalah core indeks dan �� adalah cladding indeks.

Gambar 2.2 Ilustrasi Cahaya Masuk pada Fiber Optic

Dari gambar di atas, nilai dari NA dapat dirumuskan sebagai berikut :

�� =�

�− �� (2.3)

�� = �� sin �� = �� sin �� = �� − ��

� (2.4)

Untuk nilai �� mendekati nilai ��, NA dapat dirumuskan sebagai berikut

�� = ��(2∆) (2.5)

Dengan,

∆=��

�� (2.6)

Umumnya NA pada single-mode fiber adalah 0,1 dan untuk multy-mode fiber

berkisar antara 0,2 sampai 0,3.

BAB 3. KESIMPULAN

Numerical aperture (NA) merupakan karakteristik dari serat optik yang

dapat digunakan untuk mengetahui kemampuan sebuah serat optik dalam

mengumpulkan cahaya.

APPLICATION OF FIBER OPTIC

FOR MEDICAL

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Ilmu Kedokteran dan Teknologi Kedokteran yang berkembang pesat telah

menghasilkan prosedur diagnostik yang cepat dan tepat. Endoskopi merupakan

salah satu teknik pelayanan canggih tersebut. Endoskopi ialah suatu alat yang

digunakan untuk memeriksa organ dalam tubuh (khususnya saluran pencernaan)

secara visual dengan membidik melalui alat tersebut atau melihat melalui layar

monitor, sehingga dapat dilihat sejelas-jelasnya setiap kelainan organ yang

diperiksa. Pemeriksaan endoskopi ini merupakan salah satu sarana penunjang

diagnostik yang cukup handal.

Endoskopi merupakan pemeriksaan rongga tubuh menggunakan endoskop

yang digunakan untuk diagnosis atau penyembuhan. Teknik ini menggunakan

serat optik dan teknologi video sehingga keseluruhan struktur tubuh dapat

diinspeksi secara keseluruhan. Penyembuhan yang dahulunya banyak memakan

resiko melalui operasi, kini dipermudah dengan hadirnya endoskopi yang lebih

aman.

Penggunaan serat optik berkembang sangat pesat. Aplikasi dalam

pengobatan menghasilkan instrumen inovatif yang bermanfaat dalam diagnosis

penyakit, salah satunya yaitu endoskop. Pada dasarnya alat ini adalah sebuah

selang panjang yang ujungnya diberi kamera dan alat-alat medis lainnya. Lalu

selang tersebut dimasukkan ke dalam tubuh. Selain itu, perkembangan serat optik

dalam teknologi komunikasi juga telah menghasilkan perangkat terkait lainnya

seperti modul transceiver dan ethernet converter untuk aplikasi telekomunikasi

serta aplikasi medis lainnya.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan rumusan masalah di atas, dapat dirumuskan beberapa

rumusan masalah sebagai berikut:

1. Apakah yang dimaksud dengan endoskopi?

2. Apa kelebihan endoskopi?

3. Bagaimanakah sejarah perkembangan endoskopi dalam dunia medis?

4. Bagaimana prinsip kerja fiber optic endoskopi?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan yang ingin diperoleh dari pembuatan makalah mengenai

aplikasi fiber optik di dunia medis seperti endoskopi yaitu:

1. Mengetahui apa yang dimaksud dengan endoskopi.

2. Mengetahui kelebihan endoskopi.

3. Mengetahui sejarah perkembangan endoskopi dalam dunia medis.

4. Mengetahui prinsip kerja fiber optic endoskopi.

1.4 Manfaat

Dari beragai macam alat yang telah ada, tidak semua alat dapat digunakan

terus menerus mengikuti perubahan jaman. Dengan mengkaji berbagai teknologi

yang ada terutama teknologi berbasis serat optik, maka diharapkan seluruh civitas

akademika ataupun stakeholder dalam perkembangan teknologi dapat terus

melakukan inovasi. Sehingga dapat dihasilkan berbagai macam teknologi

terbarukan yang menjadi tolak ukur perkembangan teknologi Indonesia.

BAB 2. PEMBAHASAN

2. 1 Endoskopy (Endoscope)

Gambar 2.1 Endoskopi

Endoskop adalah suatu alat yang digunakan untuk memeriksa organ-organ

di dalam badan secara visual, sehingga dapat dilihat sejelas-jelasnya setiap

kelainan yang timbul pada organ yang diperiksa. Jadi jelas bahwa endoskop

adalah suatu alat untuk membantu menegakkan diagnosa. Alat ini digunakan

dalam pemeriksaan endoskopi, berbentuk pipa kecil panjang yang dapat

dimasukkan ke dalam tubuh, misalnya ke lambung atau ke rongga tubuh lainnya.

Di dalam pipa tersebut terdapat dua buah serat optik. Satu untuk menghasilkan

cahaya agar bagian tubuh di depan ujung endoskop terlihat jelas, sedangkan serat

lainnya berfungsi sebagai penghantar gambar yang ditangkap oleh kamera.

Di samping itu, kedua serat optik tersebut, terdapat satu buah bagian lagi

yang bisa digunakan sebagai saluran untuk pemberian obat dan untuk

memasukkan atau mengisap cairan. Selain itu, bagian tersebut juga dapat

dipasangi alat-alat medis seperti gunting kecil, sikat kecil, dan lain-lain. Endoskop

dapat diarahkan ke atas-bawah dan ke kiri-kanan sewaktu dimasukkan ke dalam

tubuh. Mikro-endoskop dapat dimasukkan melalui hidung ke rongga atau

melewati bagian belakang tenggorokan dan saluran eustachius menuju telinga

atau melalui pembuluh darah menuju jantung atau turun melalui saluran

pencernaan dan menuju ke hati dan kantung empedu atau melalui saluran kencing

ke ginjal.

Endoskopi tidak hanya berfungsi sebagai alat periksa tetapi juga untuk

melakukan tindakan medis seperti pengangkatan polip, penjahitan, dan lain-lain.

Selain itu, endoskopi juga dapat digunakan untuk mengambil sampel jaringan jika

dicurigai jaringan tersebut terkena kanker atau gangguan lainnya. Beberapa jenis

gangguan yang dapat dilihat dengan endoskopi antara lain : abses, sirosis biliaris,

perdarahan, bronkhitis, kanker, kista, batu empedu, tumor, polip, tukak, dan lain-

lain.

Prosedur medis yang menggunakan endoskopi mempunyai berbagai

macam nama, tergantung jenis dan organ yang diperiksa. Berikut beberapa

contohnya :

1. Thorakoskopi, pemeriksaan pleura, rongga pleura, mediastinum dan

perikardium (bagian paru-paru dan jantung)

2. Proktoskopi (sigmoidoskopi dan proktosigmoidoskopi), untuk memeriksa

rektum dan kolon sigmoid

3. Laringoskopi, untuk memeriksa laring (salah satu bagian saluran napas)

4. Laparoskopi, untuk melihat lambung, hati, dan organ-organ lain di dalam

rongga perut

5. Gastroskopi, untuk melihat dinding dalam esofagus, lambung, dan usus

halus

6. Sistoskopi, untuk melihat saluran kencing, kandung kencing, dan prostat

7. Kolposkopi, untuk memeriksa vagina dan mulut rahim

8. Kolonoskopi, untuk memeriksa usus besar

9. Bronkhoskopi, untuk melihat trachea dan cabang-cabang bronkhus (bagian

dari saluran napas)

10. Arthoskopi, untuk melihat sendi

2.2 Kelebihan Endoskopi

Endoskopi merupakan metode terbaik untuk mendiagnosis penyakit.

Endoskopi juga dapat digunakan untuk metode terapi. Keuntungan dari endoskopi

adalah sensistivitas yang tinggi serta minimnya radiasi yang dipancarkan.

Endoskopi telah menjadi standar evaluasi dan pengobatan, terutama untuk

kerusakan saluran pencernaan. Prosedur diagnosis dan terapi dapat dijalankan

secara aman dan kompeten.

2.3 Sejarah Perkembangan Endoskopi dalam Dunia Medis

2.3.1 Tahap I : straight rigid tubes

Straight Rigid Tubes atau endoskopi kaku berkembang antara tahun 1795-1932.

Basisnya adalah dengan menggunakan logam yang disinari cahaya lilin.

Endoskopi pada masa ini masih belum banyak digunakan karena peralatan

tersebut yang masih kaku, sehingga belum dapat menjangkau bagian tubuh dalam.

Namun, pada masa akhir periode ini telah cukup banyak perbaikan, antara lain

penggunaan sumber cahaya lampu sebagai pengganti cahaya lilin.

2.3.2 Tahap II : semiflexibel tube endoscopy

Semiflexibel Tube Endoscopy atau endoskopi semi luntur berkembang antara

tahun 1932-1958. Basisnya adalah dengan menggunakan lensa ganda dengan

jarak sangat pendek. Penggunaan lensa ganda ini memudahkan proses diagnosis

karena ukurannya yang kecil sehingga mampu masuk ke bagian tubuh dalam.

Pada akhir tahap ini, peralatan endoskop telah dilengkapi dengan alat perekam.

2.3.3 Tahap III : fiberoptic endoscopy

Endoskopi fiber optik mulai berkembang pada tahun 1958. Sejak tahun ini pula

berkembang baik endoskopi maupun gastroenterologi dengan pesat. Prinsip

kerjanya adalah berupa pemantulan cahaya yang terdapat di dalam alat-alat

tersebut oleh fiberglass dengan diameter 0,0006 inch atau +/- 14 u. Di dalam satu

bundel dengan diameter ± 0,25 inch terdapat 150.000 fiberglass. Transmisi cahaya

dengan menggunakan fiber optik lebih akurat. Selain itu penggunaan fiber yang

tipis memudahkan pengkombinasian dengan alat perekam. Seiring dengan

perkembangan, telah banyak dibuat endoskop berbasis fiber optik dengan variasi

ukuran panjang.

2.4 Prinsip Kerja Fiber Optic Endoskopi

Sebuah endoskop terdiri dari sumber cahaya (meliputi sumber dan catu

daya) dan juga fiber optic yang berfungsi sebagai jalur cahaya menuju bagian

yang diperiksa. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah halogen dan bola

lampu metal-halogen. Bola lampu berfungsi untuk memfokuskan cahaya input

pada permukaan ujung fiberoptik . Sumber cahaya yang tengah dikembangkan

saat ini adalah dari LED (light emitting diode).

Gambar 2.2 Skema Kerja Endoskopi

Sesuai dengan gambar di atas, image bundle berfungsi sebagai elemen yang

mentransmisikan gambar dari dua ujung permukaan fiber menuju pangkal fiber.

Pada pangkal fiber (proximal end) terdapat sebuah sistem lensa yang berfungsi

untuk mentransmisikan gambar dan juga menghubungkan dengan lensa okuler

(untuk pengamatan) ataupun dengan video camera.

BAB 3. PENUTUP

3.1 Kesimpulan

1. Endoskop adalah suatu alat yang digunakan untuk memeriksa organ-organ

di dalam badan secara visual, sehingga dapat dilihat sejelas-jelasnya setiap

kelainan timbul pada organ yang diperiksa.

2. Kelebihan dari endoskopi adalah sensitivitas yang tinggi serta minimnya

radiasi yang dipancarkan

3. Perkembangan sejarah endoskopi terdiri dari tiga tahap, tahap pertama

masih berupa endoskopi kaku, tahap kedua berupa endoskopi semi lentur,

sedangkan tahap ketiga sudah berupa endoskopi fiber optik.

4. Prinsip kerja endoskopi dimulai dengan memasukkan pipa yang terdiri dari

dua buah serat optik ke dalam tubuh. Satu untuk menghasilkan cahaya

agar bagian tubuh di depan ujung endoskop terlihat jelas, sedangkan serat

lainnya berfungsi sebagai penghantar gambar yang ditangkap oleh kamera.

3.2 Saran

Dari beberapa ulasan yang telah dibahas mengenai penggunaan fiber optik

dalam dunia medis, diharapkan pembelajaran tentang fiber otik masih terus

berlanjut. Seperti kegunaan serat optik dalam dunia medis lebih baik diulas lebih

detail sehingga dapat mengembangkan teknologi berbasis serat optik dengan lebih

baik. Dengan demikian, teknologi di bidang medis dapat berkembang dengan

pesat.

APPLICATION OF FIBER OPTIC

FOR ENGINEERING AND

SCIENTIST

BAB 1. PENDAHULUAN

Penemuan serat optik merupakan sebuah penemuan yang luar biasa.

Kemampuannya dalam mentransmisikan data di bidang telekomunikasi masih

belum terkalahkan hingga sekarang. Dengan kecepatan hingga terabit per sekon

yang nyaris mendekati kecepatan cahaya, serat optik memungkinkan kita

berkomunikasi secara multimedia dengan kualitas yang sangat baik. Serat optik

tidak ditemukan semata-mata, namun melalui proses dan riset yang sangat

panjang. Bidang riset tersebut adalah fisika optik.

Sejauh ini banyak sekali aplikasi serat optik dalam kehidupan sehari-hari.

Dalam bidang sains misalnya, serat optik dapat dimanfaatkan untuk pengukuran

suhu, pengukuran tekanan, dan pengukuran jarak. Sementara dalam bidang teknik,

dapat dimanfaatkan sebagai rancang bangun sensor berbasis OTDR untuk

pendeteksian dini retakan pada struktur beton jembatan.

BAB 2. ISI

2.1 Serat Optik

Secara umum, struktur serat optik terdiri dari bagian core, cladding, dan

coat. Cahaya yang mengandung informasi akan ditransmisikan melalui bagian

core. Sedangkan bagian coat berfungsi sebagai pelindung bagian core dan

cladding. Untuk lebih jelas tentang struktur serat optik, dapat dilihat gambarnya di

bawah ini

Gambar 2.1 Struktur Serat Optik

2.2 Aplikasi Serat Optik

Serat optik diaplikasikan diantaranya untuk pengukuran suhu, tekanan,

saringan, sensor untuk mendeteksi keretakan pada struktur beton jembatan dan

masih banyak lagi aplikasi lainnya.

2.2.1 Pengukuran Suhu

Karena indeks bias suatu medium tergantung pada suhu, pengetahuan

tentang distribusi lokal hadir dalam tegangan tinggi, daya tinggi peralatan, seperti

generator dan transformer, teknik SPR (Surface Plasmon Resosnce) dapat

diterapkan untuk merasakan suhu medium.

2.2.2 Pengukuran Tekanan

Sensitivitas sensor regangan tinggi FFPI telah digunakan dalam

pengukuran tekanan gas di mesin pembakaran internal. Banyak mesin dibangun

sehingga unsur seperti katup injektor bahan bakar yang terkena tekanan ruang

bakar melesat ke kepala silinder. Variasi tekanan longitudinal pada baut selama

siklus mesin kira-kira sebanding dengan tekanan ruang bakar sebuah FFPI

epoxied ke dalam lubang di salah satu baut sehingga dapat digunakan untuk mesin

pengukur tekanan.

2.2.3 Pengukuran Saringan

Permukaan yang dipasang tranduser biasanya digunakan untuk parameter

pemantauan seperti ketegangan, suhu, dan tekanan akustik dalam bahan struktural.

Sebuah analisis numerik diberikan pada jarak jauh panjang gelombang divisi

sistem multiplexing transmisi menggunakan serat optik parametrik penguat

(FOPA) Cascades berdasarkan satu model pompa FOPA dengan efek yang

diperhitungkan. Serat optik juga sering digunakan dalam sensor pengukuran jarak.

Sensor tersebut dapat dibangun menggunakan LED, dua serat, dan fototransistor.

2.2.4 Rancang Bangun Sensor Berbasis OTDR untuk Pendeteksian Dini

Retakan pada Struktur Beton Jembatan

Aplikasi ini didukung dan oleh kepentingan dan relevansi pemantauan

keadaan struktur atau infrastruktur bangunan sipil, perkembangan serat optik

sebagai sensor, serta penggunaan OTDR untuk pendayagunaan serat optik sebagai

sensor terdistribusi. Mekanismenya ialah, pertama-tama mendesain dan membuat

distributed fiber optical sensor dengan mengkarakterisasi serat optik single mode

step indeks menggunakan OTDR, dan memodifikasinya untuk digunakan sebagai

distributed fiber optical sensor. Selanjutnya, mendesain dan membangun

prototype sistem monitoring keadaan jembatan yaitu berupa segmen jembatan

yang telah dipasang distributed fiber optical sensor terkoneksi dengan OTDR dan

PC. Kemudian dianalisa rancang bangun sistem yang telah dibuat tersebut.

BAB 3. KESIMPULAN

Bidang sensor serat optik telah maju secara substansial dalam beberapa

tahun ini mengikuti perkembangan yang dibuat dalam teknologi komunikasi

industri. Dalam membuat perubahan signifikan dalam penekanan, penelitian serat

optik harus memiliki lingkungan yang oraktis dengan penerapan serat optik.

OPTICAL TIME DOMAIN

REFLECTOMETER (OTDR)

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Komunikasi merupakan sebuah proses menyampaikan informasi dari

pengirim ke penerima. Pihak-pihak ini bisa berupa individu, komunitas, maupun

antarperangkat. Kebutuhan manusia yang semakin kompleks menyebabkan

komunikasi menjadi sangat penting. Apalagi jika dikaitkan jarak dan waktu, maka

perangkat komunikasi jarak jauh (telekomunikasi) seperti telepon dan internet

sangat diperlukan dalam rangka mendukung proses komunikasi tersebut.

Keunggulan serat optik dalam mentransmisikan data dalam kapasitas yang

besar tidak terlepas dari beberapa kendala yang dapat mengakibatkan

terganggunya proses transmisi. Selain itu proses instalasi dan perawatan kabel

yang tidak sederhana membuat serat optik membutuhkan sebuah manajemen

khusus yang disebut dengan manajemen fiber optik.

Transmisi dengan menggunakan kabel optik mengalami banyak redaman.

Beberapa redaman seperti penyerapan, rugi-rugi hamburan, serta rugi-rugi radiasi

akan berpengaruh terhadap proses transmisi itu sendiri. Oleh karena itu diperlukan

sebuah alat yang digunakan untuk memonitor seberapa besar redaman yang terjadi

di sepanjang saluran kabel optik yang dinamakan dengan OTDR.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan rumusan masalah di atas, dapat dirumuskan beberapa

rumusan masalah sebagai berikut:

5. Apakah yang dimaksud dengan OTDR?

6. Bagaimana prinsip kerja OTDR?

7. Apa saja fungsi OTDR?

8. Bagaimana mekanisme kerja OTDR?

1.3 Tujuan


aplikasi fiber optik di dunia medis seperti endoskopi yaitu:

5. Mengetahui apa yang dimaksud dengan OTDR.

6. Mengetahui prinsip kerja OTDR.

7. Mengetahui fungsi OTDR.

8. Mengetahui mekanisme kerja OTDR.

1.4 Manfaat






terbarukan yang menjadi tolak ukur perkembangan teknologi Indonesia.

BAB 2. PEMBAHASAN

2. 1 Pengertian OTDR

Optical Time Domain Refflectometer atau biasa disingkat menjadi OTDR,

merupakan salah suatu peralatan optoelektronik yang digunakan untuk mengukur

parameter-parameter seperti pelemahan (attenuation), panjang, kehilangan

pencerai dan penyambung dalam sistem telekomunikasi serat optik. OTDR pada

dasarnya terdiri dari satu sumber optik dan satu penerima (receiver), modul

akuisisi data, CPU, media penyimpanan data, dan layar monitor.

Gambar 2.1 OTDR

2.2 Prinsip Kerja OTDR

Prinsip pengukuran OTDR adalah berdasarkan radar optik, dengan

menghantarkan denyutan sumber optik (biasanya laser) ke dalam satu masukan

serat optik yang sedang diuji dan mengukur waktu yang diperlukan untuk dipantul

balik pada penerima. Dengan mengetahui indeks biasan (Index of Refraction, IoR)

serat optik dan waktu pantulan balik yang diperlukan, OTDR dapat menghitung

jarak yang dilalui oleh pantulan denyutan cahaya tadi. Selanjutnya OTDR dapat

juga menentukan kuat pantulan denyutan cahaya dan memberi paparan hasil

pelemahan melawan jarak serat optik yang diuji. Hasil perhitungan OTDR

diberikan dari persamaan berikut :

�� =�

�.

�

2

Dimana :

c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa

t = waktu

n = indeks bias

Hasil pengukuran dari OTDR biasanya ditampilkan dalam representatif

bentuk grafik pada layar monitornya, dari pengukuran dengan OTDR didapatkan

perwakilan ciri-ciri isyarat pemantulan balik bagi suatu serat optik melalui

panjangnya dalam bentuk grafik. Sifat-sifat jaringan serat optik ditentukan dengan

menganalisa amplitudo dan ciri-ciri temporari dalam bentuk gelombang cahaya

penyebaran balik. OTDR memplot ciri-ciri ini dalam bentuk grafik pada hasil

skrin paparannya, dimana untuk jarak ditunjukkan oleh sumbu-x dan sedangkan

isyarat pemantulan balik ditunjukkan pada sumbu-y dalam unit dB. Selanjutnya

informasi seperti pelemahan serat optik, kehilangan pencerai, kehilangan

penyambung dan lokasi kecacatan dapat ditentukan dari hasil paparan ini.

Gambar 2.2 OTDR Trace

2.3 Fungsi OTDR

1. Mengukur Loss per satuan panjang. Loss pada saat instalasi serat optik

mengasumsikan redaman serat optik tertentu dalam loss per satuan

panjang. OTDR dapat mengukur redaman sebelum dan setelah instalasi

sehingga dapat memeriksa adanya ketidaknormalan seperti bengkokan

(bend) atau beban yang tidak diinginkan.

2. Mengevaluasi sambungan dan konektor. Pada saat instalasi OTDR dapat

memastikan apakah redaman sambungan dan konektor masih berada

dalam batas yang diperbolehkan.

3. Fault Location Fault seperti letaknya serat optik atau sambungan dapat

terjadi pada saat atau instalasi atau setelah instalasi, OTDR dapat

menunjukkan lokasi faultnya atau ketidaknormalan tersebut. Hal ini dapat

dilakukan dengan melihat jarak terjadinya end of fiber pada OTDR, jika

kurang dari jarak sebenarnya maka pada jarak tersebut terjadi kebocoran/

kerekatan (asumsi set OTDR benar). End of fiber pada OTDR ditandai

dengan adanya daya < 3 dB (dapat disesuaikan dengan menset) yang

berfluktuasi. OTDR, pulse width, disperse, rise time merupakan domain

waktu, sedangkan bandwidth, merupakan domain frekuensi.

2.4 Mekanisme Kerja OTDR

Umumnya mekanisme kerja OTDR adalah sebagai berikut :

1. Sinyal-sinyal cahaya dimasukkan ke dalam serat optik.

2. Sebagian sinyal dipantulkan kembali dan diterima oleh penerima.

3. Sinyal balik yang diterima akan dinyatakan sebagai loss.

4. Waktu tempuh sinyal digunakan untuk menghitung jarak.

BAB 3. PENUTUP

3.1 Kesimpulan

1. OTDR merupakan salah suatu peralatan optoelektronik yang digunakan

untuk mengukur parameter-parameter seperti pelemahan (attenuation),

panjang, kehilangan pencerai dan penyambung dalam sistem

telekomunikasi serat optik.

2. Prinsip pengukuran OTDR adalah berdasarkan radar optik, dengan

menghantarkan denyutan sumber optik (biasanya laser) ke dalam satu

masukan serat optik yang sedang diuji dan mengukur waktu yang

diperlukan untuk dipantul balik pada penerima.

3. Fungsi OTDR adalah mengukur loss per satuan panjang, mengevaluasi

sambungan dan konektor, dan fault location fault.

5. Mekanisme kerja OTDR ialah sinyal-sinyal cahaya yang dimasukkan ke

dalam serat optik sebagian dipantulkan kembali dan diterima oleh

penerima. Sinyal balik yang diterima dinyatakan sebagai loss, sementara

waktu tempuh sinyal digunakan untuk menghitung jarak.

3.2 Saran

Dari beberapa ulasan yang telah dibahas mengenai fiber optik dan OTDR,

diharapkan pembelajaran tentang fiber otik masih terus berlanjut. Seperti

kegunaan OTDR lebih baik diulas lebih detail sehingga dapat mengembangkan

teknologi berbasis serat optik dengan lebih baik. Dengan demikian, teknologi

dapat berkembang dengan pesat.

OPTICAL FIBER SENSOR

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan negara dengan sumber daya alam yang melimpah

dan sumber daya manusia yang memadai, maka ilmu pengetahuan dan teknologi

di Indonesia harus terus ditingkatkan. Agar tidak tertinggal maupun tergantung

pada negara-negara lain, Indonesia harus berani membuat inovasi-inovasi baru

dalam mengatasi segala permasalahan dalam berbagai bidang, terutama bidang

teknologi. Mulai dari sistem komunikasi, transportasi, bidang kesehatan bahkan

dalam permasalahan sehari-hari yang berkaitan dengan teknologi seperti alat

deteksi dan sensor. Selain itu, Indonesia adalah negara yang rawan bencana alam,

maka perlu penanggulangan ataupun pencegahan bencana secara intensif dengan

bantuan teknologi.

Berkaitan dengan beberapa masalah tersebut, teknologi berbasis serat

optik sebagai sensor tampaknya dapat dijadikan solusi alternatif. Serat optik

merupakan media transmisi cahaya yang dapat diaplikasikan sebagai sensor untuk

pengukuran beragam parameter seperti pergeseran, suhu, tekanan, kelembaban,

laju aliran fluida, laju rotasi, konsentrasi suatu zat, medan Iistrik, medan magnet,

serta analisis kimia. Keunggulan serat optik sebagai suatu sensor antara lain

adalah tidak kontak langsung dengan obyek pengukuran, tidak menggunakan

listrik sebagai isyarat, akurasi pengukuran yang tinggi, relatif kebal terbadap

induksi listrik maupun magnet, dapat dimonitor dari jarak jauh, dapat

dibubungkan dengan sistem komunikasi data melalui perangkat antarmuka

(interface) serta dimensi yang kecil dan ringan. Keuntungan lainnya adalah tahan

terhadap interferensi gelombang elektromagnetik, memiliki sensitivitas tinggi, dan

tahan terhadap korosi serta tahan terhadap suhu tinggi. Serat optik juga

memilikistruktur yang sederhada dan biaya rendah.

Aplikasi serat optik sebagai sensor telah banyak digunakan pada sistem

kontrol di industri, sistem monitoring pada deformasi bahan, strain, temperatur,

tekanan dan berat benda yang bergerak serta masih banyak lagi ragam aplikasi

serat optik sebagai sensor. Untuk mengetahui berbagai manfaat serat optik sebagai

sensor dalam beberapa bidang, maka perlu dikaji berbagai sensor serat optik yang

telah ada. Dengan demikian, diharapkan dapat dilakukan pengembangan maupun

pembuatan inovasi baru berbasis serat optik dalam upaya pengembangan

teknologi di Indonesia.

1.2 Rumusan Masalah

Beberapa permasalahan yang akan dikaji dalam makalah tentang serat

optik sebagai sensor diantaranya:

1. Apakah yang dimaksud dengan sensor?

2. Bagaimanakah karakteristik dari serat optik sehingga dapat dijadikan

sebagai sensor?

3. Apa sajakah sensor aplikatif yang berbasis serat optik dan bagaimana

sistem kerjanya?

1.3 Tujuan


serat optik sebagai sensor yaitu :

1. Mengetahui apa yang dimaksud dengan sensor.

2. Mengetahui karakteristik dari serat optik yang dapat dijadikan sebagai

acuan dalam pembuatan sensor.

3. Mengetahui berbagai jenis sensor aplikatif yang berbasis serat optik dan

sistem kerjanya.

1.4 Manfaat






terbarukan yang menjadi tolak ukur perkembanagn teknologi Indonesia.

BAB 2. PEMBAHASAN

2. 1 Sensor

Sensor adalah suatu peralatan yang digunakan untuk mendeteksi adanya

perubahan parameter fisik, kimia, dan sebagainya. Dengan pengertian lain, sensor

juga dapat dikatakan sebagai peralatan yang digunakan untuk merubah suatu

besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian

listrik tertentu.

Sesuai perkembangan teknologi, sensor dapat dibuat dan dikemas dengan

cara yang lebih ekonomis, mudah, dan lebih konvensional. Secara umum, sensor

dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian berdasarkan fungsi dan kegunaannya,

yaitu:

1. Sensor thermal, untuk mendeteksi gejala perubahan panas atau suhu.

Contohnya: termokopel, RTD, termistor, dan lain-lain.

2. Sensor mekanis, untuk mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti

pergeseran, gerak lurus dan melingkar, tekanan, dan sebagainya. Contohnya:

LVDT, strain gauge, load cell, dan lain-lain.

3. Sensor optik, untuk mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya,

pantulan, ataupun bias cahaya. Contohnya:photo cell, photo diode, dan lain-

lain.

2.2 Serat Optik

Serat optik (optical fibre/fiber optic) merupakan media pandu gelombang

(cahaya) yang bekerja berdasarkan adanya efek pantulan sempurnakarena adanya

perbedaan indeks bias material. Serat optik terdiri dari inti (core) dan pembungkus

(cladding) seperti Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Struktur serat optik

1. Core adalah kaca tipis yang merupakan bagian inti dari serat atau inti fisik

yang mengirim sinyal data optik dari sumber cahaya ke alat penerima yang

berupa untai tunggal kontinyu dari kaca atau plastik. Semakin besar core maka

semakin banyak cahaya yang dapat dilewatkan dalam kabel.

2. Cladding adalah materi yang mengelilingi inti yang berfungsi memantulkan

sinar kembali ke dalam inti(core), atau layer/lapisan serat yang berfungsi

sebagai pembatas energi elektromagnetik yang terlalu besar, gelombang cahaya

dan penyebab pembiasan pada struktur inti. Pembuatan cladding yang cukup

tebal memungkinkan medan serat tidak dipengaruhi oleh perambatan disekitar

bahan sehingga bentuk fisik serat tidak cacat.

3. Buffer Coating adalah plastik pelapis yang melindungi serat dari kerusakan.

lapisan plastik disekitar core dan cladding ini juga berfungsi memperkuat inti

serat, membantu penyerapan dan sebagai pelindung ekstra pada pembengkokan

kabel.

Cahaya akan merambat didalam serat optik karena dipantulkan dengan

sempurna pada batas antarcore dan cladding. Dalam perambatannya cahaya

mengalami pengurangan daya (loss ) akibat adanya penyerapan oleh material fiber

hamburan dan adanya lengkungan (bending); sebagaimana ditunjukkan pada

Gambar 2.2. Bending loss (atau rugi-rugi pembengkokan) merupakan salah satu

dari beberapa sumber loss serat optik. Rugi-rugi ini disebabkan oleh

pembengkokan serat optik melebihi diameter tertentu. Rugi-rugi semacam ini

dalam komunikasi serat optik sangat merugikan. Namun dari sisi lain fenomena

ini dapat dimanfaatkan sebagai sensor.

Gambar 2.2 Makrobending dan Mikrobending

Gelombang cahaya yang merambat didalam serat optik ragam tunggal

(tepatnya: di dalam inti/core serat) akan terdistorsi bila seratnya dilengkungkan.

Kecepatan cahaya yang merambat pada bagian dalam lengkungan hampir lebih

lambat daripada yang bagian luarnya untuk mempertahankan bentuk muka

gelombang. Ini berarti nilai indeks bias inti serat pada bagian tersebut lebih kecil

bila dibandingkan saat serat dalam keadaan lurus. Semakin kecil jari-jari

lengkungan maka nilainya semakin mendekati nilai indeks bias selubung cladding

sehingga makin banyak cahaya yang keluar dari inti serat , atau semakin besar

ruginya. Serat optik memiliki keunggulan yang signifikan dibandingkan media

transmisi kawat konvensional. Keunggulan tersebut antara lain adalah:

1. Rugi transmisi rendah

2. Bandwidth lebar

3. Ukuran kecil dan ringan

4. Tahan gangguan elektromagnetik dan elektrik

2.3 Sensor Berbasis Serat Optik

Terdapat beberapa alat yang telah menerapkan serat optik sebagai sensor

dan dapat dikembangkan lebih lanjut, beberapa diantaranya yaitu:

2.3.1 Sensor Pergeseran

Sensor pergeseran yang dimaksud merupakan aplikasi dari Directional

Coupler serat optik multimode. Desain directional coupler sebagai sensor

pergeseran diperlihatkanpada Gambar 2.3. Prinsip kerja directional coupler

sebagai sensor pergeseran berbasis modulasi intensitas adalah sebagai berikut.

Port sensing directional coupler bertindak sebagai pengumpan sekaligus penerima

berkas cahaya pantulan dari obyek yang berbentuk cermin datar. Pergeseran

cerminakan menyebabkan perubahan daya optik yang diterima oleb port sensing.

Perubahan daya optik tersebut dapat terdeteksi melalui port deteksi.

Gambar 2.3 Susunan alat karakterisasi sensor pergeseran mikro.

Yang diperoleh dari penggunaan alat tersebut berupa data tegangan

keluaran detektor sebagai fungsi pergeseran cermin. Directional coupler serat

optik multimode dapat digunakan sebagai sensor pergeseran sampai orde

mikrometer dengan performansi yang cukup baik (Pramono, 2008).

2.3.2 Sensor Serat Optik untuk Aplikasi Sistem Pengukuran Berat Beban

Berjalan

Sensor serat optik berdasarkan prinsip mikrobending terdiri dari serat optik

dan bending modulator yang menyebabkan terjadinya rugi-rugi daya dan

intensitas cahaya. Performa sensor serat optik ditentukan oleh banyaknya lekukan

yang terjadi pada serat optik sehingga metode modulasi bending diadopsi untuk

menciptakan lekukan secara periodik. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4,

bending modulator berupa papan dengan gerigi berbentuk segitiga pada salah satu

sisinya dan serat optik berada tepat ditengah-tengah antara papan gerigi dan

bantalan karet yang berfungsi untuk menimbulkan efek elastis. Tinggi segitiga 5

mm dengan jarak antarpuncak segitiga 10 mm. Bantalan karet yang digunakan

memiliki tingkat kekerasan (hardness) sebesar 65 point. Dengan adanya gaya F

yang menekan papan maka akan menyebabkan terjadinya mikrobending pada

serat optik. Hal ini mengakibatkan sebagian cahaya dalam serat optik akan keluar

dan menyebabkan intensitasnya menurun. Penurunan intensitas cahaya ini dapat

dideteksi dengan photodiode sehingga gaya tekan yang dialami oleh serat optik

dapat dihitung dengan melihat penurunan respon tegangan keluaran photodiode.

Gambar 2.4 Skema sensor serat optik berbasis mikrobending

Blok diagram sistem weight in motion menggunakan sensor serat optik

ditunjukkan pada Gambar 2.5. Spesifikasi laser diode yang digunakan yaitu

panjang gelombang 1310 nm, daya 2.5 mW, D Pin Code, SM Fiber Pigtailed,

FC/PC. Laser dipandu oleh 500 mA Universal Laser Diode Driver. Sedangkan

photodetector menggunakan InGaAs Photodiode dengan rise time 100, 800 –

1800 nm, FC/PC Coupled. Sebagai data akuisisi digunakan DT9816-S dengan

sampling rate hingga 750 kS/s per channel dan resolusi

ADC 16 bit. Cahaya laser melewati dan dimodulasi oleh sensor serat optik.

Intensitas laser ini kemudian dideteksi oleh photodiode. Adanya faktor

mikrobending menyebabkan terjadi variasi besar intensitas yang merupakan

representasi dari gaya tekan pada sensor serat optik. Dari photodiode, sinyal

mengalami penguatan kemudian sinyal ini dikonversi oleh ADC menjadi sinyal

digital. Sinyal digital ini kemudian diolah oleh komputer dengan cara memasukan

suatu persamaan sehingga didapatkan nilai gaya tekan yang terjadi (Setiono,

2013)

Gambar 2.5 Diagram sistem pengukuran beban menggunakan sensor serat optik

2.3.3 Sensor Suhu

Menurut Bestariyan (2010), sensor suhu yang dimaksud menggunakan serat

optik berstruktur singlemode-multimode-singlemode danoptical time domain

reflectometer (OTDR).Struktur serat optik singlemode-multimode-singlemode

memiliki perkembangan untuk berbagai macam aplikasi sensor. Selain itu, serat

optik termasuk murah dan fabrikasinya mudah. OTDR berguna sebagai alat

monitoring yang portable dan mudah pengoperasiannya.

Sensor suhu dapat bekerja dengan baik untuk setiap panjang serat optik

multimode 5, 6, 7, dan 8 cm dengan panjang gelombang 1310 dan 1550 nm.

Performansi terbaik untuk tiap penggunaan panjang gelombang :

a. Panjang gelombang 1310 nm : panjang serat optik multimode graded index 5

cm dengan sensitivitas 0,06696 dB/°C, linearitas 0,978835, resolusi 1,49x10-

2 °C dan hysteresis 7,18 %.

b. Panjang gelombang 1550 nm : panjang serat optik multimode graded index 5

cm dengan sensitivitas 0,01683 dB/°C, linearitas 0,977525, resolusi 5,94x10-

2 °C dan hysteresis 1,986 %.

2.3.4 Sistem Pengukuran Gejala Fisis Longsor

Prediksi tanah longsor dilakukan dengan megukur 3 variabel penting yaitu

kadar air, pergeseran permukaan tanah dan strain tanah. Pengukuran dilakukan

dengan membuat 3 sensor utama sistem pembacaan dan transmisi data dari lokasi

ke statsium monitoring / pos pengamatan.

Dalam analisisnya menggunakan extensometer opis. Sistem extensometer

optis komersial umumnya terdiri atas sistem sensor yang diinstal dimedan

pengamatan dan tersambung dengan kabel serat optik sebagai serat masukan dan

serat keluaran (lead-in/lead out) serta sistem elektronik terdiri atas sumber cahaya,

sistem deteksi serta sistem pengolahan dan pembacaan data yang berlokasi jauh

dari sistem sensor dan bisa mencapai jarak beberapa kilometer. Sistem pembacaan

data bisa berbasis intensitas cahaya yang diubah sebagai tegangan atau arus; atau

bisa juga berbasis frekuensi cahaya. (Widiyatmoko, 2010).

2.3.5 Sensor Kelembaban

Sensor menggunakan serat optik dengan Cladding gelatin. Polimer seperti

gelatin membengkak karena air mengisi rongga-rongga pada polimer (diameter

rongga membesar), akibatnya akan mengurangi indeks bias polimer, sehingga

indeks bias polimer akan mendekati indeks bias air. Gelatin memiliki pori yang

relatif lebih besar dibandingkan polimer-polimer sintesis. Perubahan sifat optik

(indeks bias) polimer gelatin ketika menyerap uap air dapat dimanfaatkan sebagai

material sensor kelembaban optik. Dalam makalah ini gelatin digunakan sebagai

cladding pengganti bagi serat optik untuk aplikasi probe sensor kelembaban relatif

(RH).

Prinsip kerja sensor kelembaban serat optik ini didasarkan pada fenomena

absorpsi gelombang evanescent pada antarmuka inti serat optik dan cladding

gelatin. Perubahan nilai indeks bias cladding gelatin akan menentukan besarnya

intensitas gelombang evanescent yang terserap, sehingga juga menentukan

intensitas gelombang optik yang terpandu atau ditransmisikan melalui inti serat

optik.

Gambar 2.6 Set-up pengujian respon kelembaban

Data yang diambil dalam pengukuran ini adalah spektrum intensitas

transmisi serat optik. Pertama-tama, data transmisi diambil sebelum serat optik

dilapisi gelatin untuk mendapatkan nilai transmisi acuan (referensi). Transmisi

referensi ini digunakan untuk membandingkan nilai intensitas transmisi cahaya

yang melewati sensor serat optik akibat adanya perlakuan kelembaban.

Lapisan gelatin dapat merespon perubahan kelembaban udara melalui

fenomena swelling ketika menyerap uap air. Daerah respon optik gelatin diketahui

pada spektrum hijau hingga merah (500 nm - 700 nm), dengan respon signifikan

pada pita merah (600 nm - 650 nm). Probe sensor kelembaban serat optik ini

dapat merespon kelembaban dari 42 %R hingga 99%H dengan respon terbaik

pada rentang kelembaban 60%RH hingga 72%R. Sensitivitas probe sensor serat

optik dipengaruhi oleh ketebalan lapisan cladding gelatin, dimana probe dengan

lapisan cladding gelatin lebih tipis memiliki sensitivitas lebih baik karena proses

swelling lebih optimal pada lapisan yang lebih tipis (Maddu, 2006).

BAB 3. PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Beberapa kesimpulan yang diperoleh setelah melakukan pengkajian

mengenai serat oprik sebagai sensor diantaranya:

1. Sensor merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk mendeteksi

adanya perubahan parameter tertentu seperti fisik dan kimia.

2. Serat optikmerupakan media pandu gelombang (cahaya) yang bekerja

berdasarkan adanya efek pantulan sempurna karena adanya perbedaan

indeks bias bahan yang cukup besar.

3. Serat optik dapat digunakan untuk berbagai macam sensor seperti sensor

pergeseran, sensor pengukuran berat beban, sensor suhu, sensor gejala

fisis longsor, dan sensor kelembaban.

3.2 Saran

Dari beberapa ulasan yang telah dibahas mengenai penggunaan serat optik

sebagai sensor, diharapkan mempelajari lebih lanjut tentang serat optik. Seperti

kegunaan serat optik sebagai sensor lebih baik diulas lebih detail sehingga dapat

mengembangkan teknologi berbasis serat optik dengan lebih baik. Dengan

demikian, teknologi Indonesia dapat berkembang lebih pesat.

Makalah Aplikasi Fiber Optic

Science