ii

DAFTAR ISI

COVER..................................................................................................... iDAFTAR ISI............................................................................................iiDAFTAR GAMBAR..............................................................................iiiABSTRAK..............................................................................................ivBAB I PENDAHULUAN........................................................................1

1.1 Latar Belakang........................................................................11.2 Tujuan.....................................................................................11.3 Permasalahan..........................................................................21.4 Batasan Masalah.....................................................................2

BAB II DASAR TEORI...........................................................................32.1 Fiber Optik.....................................................................................32.2 Jenis Fiber Optik............................................................................42.3 Sudut Kritis dan Pemantulan Dalam Total....................................52.4 Pandu Gelombang..........................................................................7

BAB III METODOLOGI.........................................................................83.1 Alat dan Bahan...............................................................................83.2 Skema Alat.....................................................................................83.3 Langkah Kerja................................................................................8

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN..............................124.1 Analisa Data.................................................................................124.2 Grafik...........................................................................................124.3 Pembahasan..................................................................................13

BAB V KESIMPULAN.........................................................................16DAFTAR PUSTAKA.............................................................................17

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Stuktur Fiber Optik.................................................................3

Gambar 2. Step Indeks Singlemode.........................................................4

Gambar 3. Step Indeks Multimode...........................................................5

Gambar 4. Grade Indeks Multimode........................................................5

Gambar 5. Pembiasan Sinar....................Error! Bookmark not defined.

Gambar 6. Skema alat dalam percobaan.Error! Bookmark not defined.

Gambar 7. Flow chart percobaan............................................................11

Gambar 8. Grafik hubungan konsentrasi dengan tegangan output.........12

iv

ABSTRAKTelah dilakukan percobaan pengaruh molaritas larutan KIO3

sebagai pengganti cladding serat optic terhadap nilai tegangan keluaran denagn tujuan untuk mengetahui hubungan antara rugi daya yang diterima terhadap perbedaan konsentrasi. Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan LED sebagai sumber cahaya yang kemudian dihubungkan dengan larutan KIO3 dengan konsentrasi 1 M, 2 M, 3 M dan 4 M serta aquades sebagai pengganti cladding serat optik dan diberi sumber tegangan sebesar 2 Volt. Cahaya dari LED akan ditransmisikan ke dalam fiber optic dengan menerapkan prinsip pandu gelombang dan hukum Snellius. Dimana pemantulan total yang terjadi akan menghasilkan tegangan output yang ditangkap oleh photodiode dan terukur pada multimeter. Dari data yang diperoleh terlihat bahwa tegangan yang masuk tidak sama dengan tegangan keluar. Peristiwa ini terjadi karena serat fiber yang dibengkokan atau microbending menjadikan perubahan pada kinerja sistem komunikasi serat optik. Berdasarkan percobaan dan data yang didapat dibuatlah grafik hubungan konsentrasi larutan terhadap tegangan output dimana didapatkan regresi linier y=-0.002x+0.0092. Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi larutan maka tegangan output semakin kecil dan rugi daya semakin besar.

Kata Kunci— Fiber optic, Hukum Snellius, Molaritas, Rugi Daya.

1

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangMedia komunikasi sangat bermacam-macam, diantaranya

adalah media nirkabel dan media kabel. komunikasi dengan menggunakan media nirkabel dapat dijumpai pada WIFI, bluetooth, Zigbee, inframerah, GSM, CDMA, Wimax, dan lain-lain. Sedangkan komunikasi menggunakan media kabel dapat dijumpai diantaranya adalah kabel UTP pada LAN, kabel telepon dan lain-lain. Penggunaan media kabel dan nirkabel masing-masing memiliki kekurangan dan kelebihan, baik dari sisi faktor loss ataupun jarak yang bisa di tempuh oleh masing-masing media. Seiring perkembangan zaman khususnya di bidang teknologi maka terciptalah media baru yang disebut dengan fiber optik. Fiber optik ini merupakan sejenis kaca murni yang panjang dan tipis dengan berdiameter sebesar rambut manusia. Dalam aplikasi penggunaanya beberapa fiber optik dijadikan satu dalam sebuah tempat yang dinamakan kabel optic (fiber optik). Media ini semakin meluas dan meningkat penggunanya dikarenakan media ini mampu mengirim paket data sampai ratusan kilometer melalui media cahaya, dibanding dengan kabel lain fiber optik mampu mengirim paket data lebih dari 100 kilometer dengan cepat. Oleh karena itu, untuk mengetahui hubungan antara rugi daya yang diterima terhadap perbedaan konsentrasi maka dilakukan percobaan fiber optik ini.

1.2 TujuanTujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui hubungan

antara rugi daya yang diterima terhadap perbedaan konsentrasi.

2

1.3 PermasalahanPermasalahan dari percobaan ini yaitu bagaimana cara

mengetahui hubungan antara rugi daya yang diterima terhadap konsentrasi.

1.4 Batasan MasalahAdapun batasan masalah dalam percobaan ini antara lain

a. Fiber optik yang digunakan dalam percobaan yaitu jenis Step Index Multi-Mode.

b. Larutan yang digunakan yaitu larutan KIO3.

3

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Fiber OptikFiber optic atau serat optik adalah saluran transmisi yang

terbuat dari kaca atau plastic yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari satu tempat ketempat yang lain. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah laser atau LED. Kabel ini berdiameter lebih kurang 120 mikrometer. Cahaya yang ada di dalam serat optik tidak keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara, karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi. Cahaya yang ada dalam serat optic sulit keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar dari pada indeks bias di udara. Sumber cahaya yang digunakan adalah laser. Karena laser mempunyai spectrum yang sangat sempit. Kecepatan transmisi serat optic sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi (Agrawal.1992).

Gambar 2.1 Stuktur Fiber OptikStruktur fiber optic terdiri dari beberapa susunan yaitu

Cladding, Core dan Coating. Core atau inti merupakan serat kaca yang tipis menjadi media cahaya berjalan, sehingga pengiriman

4

cahaya dapat dilakukan. Cladding merupakan lapisan luar yang melindungi inti dan memantulkan kembali cahaya yang terpancar keluar kembali ke dalam inti. Sedangkan coating adalah selubung plastik yang bertujuan melindungi serat dari kerusakan yang diakibatkan dari lengkungan kabel dan gangguan luar (Utami, 1998).

2.2 Jenis Fiber OptikJenis fiber optic ada tiga macam, yaitu: step indeks

singlemode, step indeks multimode dan grade indeks multimode. Step indeks singlemode merupakan fiber optic dengan core yang sangat kecil, diameternya mendekati panjang gelombang sehingga cahaya yang masuk ke dalamnya tidak dipantul-pantulkan ke dinding cladding. Step indeks singlemode ini memiliki diameter corenya sangat kecil, digunakan untuk transmisi jarak jauh (>120 km), bandwidth besar, kecepatan tinggi, penyusutan transmisi kecil, hanya terdapat 1 berkas cahaya yang dapat melewatinya, tidak ada disperse, tidak ada pengaruh indeks bias dan keuntungan dari step indeks single mode ini adalah bandwidth besar, jarak tempuh lebih panjang(Sukiswo, 2002).

Gambar 2.2 Step Indeks SinglemodeStep indeks multimode merupakan fiber optic yang

berdiameter core agak besar yang membuat laser didalamnya akan dipantul-pantulkan ke dinding cladding yang dapat menyebabkan berkurangnya bandwidth. Fiber optic ukuran inti sekitar 50 mm- 125 mm, diameter cladding 125 mm-500mm, diameter core besar untuk menyambungan yang mudah baik digunakan untuk transmisi kecepatan rendah dan jarak tempuh yang pendek. Keuntungan menggunakan fiber optic jenis ini

5

adalah mudah dibuat, serat optic pertama dipasarkan, core tebal dan mudah dalam penyambungan. Kerugian menngunakan fiber ini adalah terjadi disperse, jarak tempuh yang pendek dan transmisi yang berkecepatan rendah(Sukiswo, 2002).

Gambar 2.3 Step Indeks MultimodeFiber optic grade indeks multimode merupakan fiber optic

Dengan diameter core yang besar dan mempunyai cladding yang bertingkat indeks biasnya sehingga dapat menambah bandwidth jika dibandingkan dengan step indeks multimode. Fiber optik grade indeks multimode ini memiliki ciri ciri berdiamter core 30-60mm, cladingnya 100-150mm, penggabungan kabel fiber multimode dan singlemode dan transmisi jarak 10-20 km seperti pada LAN. Kerugian mengggunakan fiber optic jenis ini adalah sukar dalam pembuatannya dan harganya mahal (Sukiswo, 2002).

Gambar 2.4 Grade Indeks Multimode2.3 Hukum Snellius

Jika seberkas cahaya memasuki suatu medium dengan indeks bias yang berbeda, proses pembiasan atau pemantulan cahaya yang terjadi dapat dijelaskan menggunakan hukum Snellius sebagai berikut

n1 sin θ1=n2sin θ2 (2.1)

6

Sesuai dengan hukum Snellius, apabila sinar datang dari medium rapat ke medium renggang, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal. Semakin besar sudut datangnya, maka sudut bias juga akan semakin besar. Dan apabila sinar datang dari medium renggang ke medium rapat, maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal(Giancoli, 2010).

Gambar 2.5 Pembiasan Sinar

2.4 Sudut Kritis dan Pemantulan Dalam TotalSudut sinar diukur berdasarkan garis normal, yaitu garis

yang tegak lurus perbatasan antar medium. Sudut mula-muladan sudut akhir dari perlintasan sinar antar medium ini disebutsudut datang dan sudut bias. emakin besar sudut datangnya, maka sudut bias juga akan semakin besar, hingga sampai pada sudut

datang tertentu sinar yang dibiaskan akan membentuk sudut θ2=

90o terhadap normal. Sudut datang pada keadaan seperti ini

disebut dengan sudut krits (θc)(Giancoli, 2001).

Sudut kritis hanya terjadi jika sinar datang dan medium rapat ke

medium yang lebih renggang. Besarnya sudut kritis (θc)

dinyatakan sebagai berikut:

sin θc=n2

n1

(2.2)

7

Apabila sinar datang dari medium rapat ke medium renggang diperbesar melebihi sudut kritis, maka sinar akan dipantulkan seluruhnya ke medium yang sama (medium rapat). Peristiwa seperti ini dikenal sebagai pemantulan internal total(Giancoli, 2001).

Gambar 2.6 Sudut kritis dan pemantulan dalam total

2.5 Pandu GelombangPandu gelombang adalah sebuah medium yang digunakan

untuk memandu gelombang, seperti gelombang elektromagnetik atau gelombang suara. Pandu gelombang yang digunakan berbeda-beda disesuaikan dengan jenis gelombang yang akan dipandu. Pandu gelombang memiliki bentuk geometri yang berbeda-beda yang dapat menahan energi dalam satu dimensi seperti pandu gelombang yang berbentuk lempeng (slab waveguide) atau dalam dua dimensi seperti dalam fiber atau channel waveguide. Selain itu, pandu gelombang yang berbeda digunakan untuk memandu gelombang dengan frekuensi yang berbeda-beda. Contohnya fiber optik digunakan untuk memandu cahaya (frekuensi tinggi) dan tidak memandu gelombang micro yang memiliki frekuensi yang lebih rendah dibandingkan dengan cahaya tampak. Sebuah aturan yang harus diingat adalah lebar dari pandu gelombang harus memiliki orde yang sama dengan besar dari panjang gelombang yang akan dipandu. Gelombang-gelombang dalam pandu gelombang tertahan karena total refleksi dari dinding gelombang, sehingga propagasi dalam pandu

8

gelombang kira-kira dapat digambarkan seperti “zigzag” diantara dinding-dinding pandu gelombang. Syarat terjadinya pandu gelombang yaitu sudut dari cahaya datang harus lebih besar dibandingkan sudut kritisnya dan indeks bias inti (core) harus lebih besar daripada indeks bias cladding. (Giancoli, 2001).2.6 Rugi Daya

Salah satu redaman yang tidak dapat dicegah dalam sistem komunikasi serat optik adalah bending atau bengkokan. Macrobending terjadi ketika serat optik dibengkokkan dengan jari-jari lebih lebar dibandingkan jari-jari serat optik. Jari-jari bengkokan ketika mulai terjadi perubahan signifikan pada besar rugi-rugimacrobending disebut dengan critical radius. Nilai critical radius dipengaruhi oleh besar jari-jari inti, indeks bias inti, dan indeks bias selubung. Bengkokan pada serat optik akan menyebabkan bagian dalam serat optik termampatkan dan bagian luar menjadi tertarik lebih panjang sehingga kepadatan material berubah. Fenomena ini menyebabkan perubahan indeks bias. Perubahan indeks bias serat optik akan mengakibatkan perubahan lintasan penjalaran suatu sinyal. Perubahan proses penjalaran cahaya pada serat optik karena rugi-rugi macrobending akan mengakibatkan perubahan pada kinerja sistem komunikasi serat optik(Agrawal, 1992).

9

BAB IIIMETODOLOGI

3.1 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan fiber optik adalah power supply, LED, statip, Photodioda, larutan KIO3, SSO U, multimeter, dispalcement, dan aquades. Power supply berfungsi sebagai sumber tegangan, LED berfungsi sebagai sumber cahaya, Photodioda berfungsi untuk mengubah sinyal cahaya menjadi sinyal listrik, larutan KIO3 berfungsi sebagai larutan yang diamati konsentrasinya terhadap tegangan, Multimeter digunakan sebagai untuk mengetahui nilai tegangan.

3.2 Skema Alat

Adapun skema alat dalam percobaan ini seperti berikut.

10

(a) (b)

Gambar 3.1 Rangkaian alat percobaan(a) Dengan aquades(b) Dengan larutan KIO3

3.3 Langkah Kerja

Pada percobaan ini langkah pertama yang dilakukan yaitu alat dan bahan disiapkan kemudian dirangkai seperti pada gambar skema rangkaian percobaan di atas. Selanjutnya ditentukan massa KIO3 dengan variasi konsentrasi 1 M, 2 M, 3 M dan 4 M. Penentuan massa KIO3 dihitung dengan menggunakan persamaan

M=massaMr

×1000

volume (ml)

Dimana dari perhitugan tersebut didapatkan massa KIO3 sebesar 128,34 gram. Setelah didapatkan massa dari KIO3, kemudian dilakukan proses pengenceran untuk menetukan volume untuk membuat larutan KIO3 dengan konsentrasi 1 M, 2 M dan 3 M

11

dimana untuk KIO3 4 M volumenya 150 mL dengan menggunakan persamaan

M 1V 1=M2 V 2

Selanjutnya fiber optik dimasukkan ke dalam aquades 150 mL dan LED dinyalakan. Tegangan keluaran yang diterima photodioda dicatat dengan menggunakan multimeter dengan tegangan masukan 2 Volt. Kemudian fiber optik dimasukkan ke dalam larutan KIO3 4 M dan diukur tegangan keluaran yang diterima photodioda dengan multimeter. Hal yang sama juga dilakukan untuk larutan KIO3 3 M, 2 M dan 1 M. Pengukuran tegangan keluaran ini dilakukan pengulangan sebanyak 5 kali untuk masing-masing konsentrasi. Secara sistematis langkah percobaan di atas disajikan dalam diagram alur percobaan berikut

12

Gambar 3.2 Flowchart percobaan

13

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Pengamatan nilai tegangan keluaran pada multimeter dilakukan sebanyak 5 kali untuk setiap variasi konsentrasi larutan KIO3 yaitu 1 Molar, 2 Molar, 3 Molar dan 4 Molar serta aquades. Setelah dilakukan pengamatan bentuk sinyal didapatkan data seperti pada tabel 4.1.

4.1 Analisa DataTabel 4.1 Data hasil Voutput untuk setiap variasi konsentrasi larutan

LarutanVouput (Volt)

Rata-rata1 2 3 4 5

Aquades 0.0094 0.0095 0.0096 0.0091 0.0093 0.00938

1 Molar 0.0072 0.007 0.007 0.0069 0.0073 0.00708

2 Molar 0.0055 0.005 0.0057 0.0055 0.006 0.00554

3 Molar 0.0024 0.0024 0.0022 0.0025 0.0023 0.00236

4 Molar 0.0016 0.0017 0.0017 0.0018 0.0015 0.00166

4.2 Grafik

Gambar 4.1 Grafik hubungan konsentrasi dengan tegangan output

14

4.3 PembahasanPada percobaan fiber optic ini dilakukan percobaan pengaruh

molaritas larutan KIO3 terhadap nilai tegangan keluaran dengan tujuan untuk mengetahui hubungan antara rugi daya yang diterima terhadap perbedaan konsentrasi. Pada percobaan ini digunakan tegangan input sebesar 2 Volt serta digunakan LED sebagai sumber cahaya ynag dirangkai dengan fiber optic, photodioda dan multimeter. Percobaan ini digunakan larutan KIO3 dengan variasi konsentasi yaitu 1 M, 2 M, 3 M dan 4 M. Selain itu juga digunakan aquades sebagai larutannya. Berdasarkan variasi-variasi tersebut dilakukan pengamatan terhadap perbedaan konsentrasi larutan dengan tegangan outputnya.

Pada percobaan ini digunakan fiber optik FD-620-10 serat plastik multimode step index. Alasan digunakan fiber optik jenis ini karena fiber optik jenis ini berharga lebih murah dibandingkan dengan fiber optik jenis single mode serta jumlah informasi sinyal yang lebih banyak dibandingkan dengan fiber optik jenis single mode. Proses penjalaran gelombang cahaya dalam fiber optik didasarkan pada Hukum Snellius. Dimana penjalaran atau perambatan cahaya dimulai dari LED menuju ke photodiode yang akan mengubah sensor cahaya kebesaran listrik dan cahaya ini merambat melalui bagian core dari fiber optik. Perambatan cahaya dapat terjadi karena adanya perbedaaan indeks bias medium. Pada percobaan ini menggunakan prinsip pandu gelombang, dimana pandu gelombang. Pada percobaan ini ketika fiber optik dimasukkan ke dalam larutan, bagian cladding dari fiber optic dilepas sehingga yang berfungsi sebagai cladding adalah larutan.

Pada percobaan ini menggunakan prinsip pandu gelombang. Dimana syarat terjadinya pandu gelombang yaitu indeks bias core harus lebih besar dari indeks bias cladding serta besar sudut

15

datang harus lebih besar daripada sudut kritis. Sudut kritis berperan sangat penting di dalam prinsip kerja serat optik. Sudut kritis merupakan sudut datang yang menyebabkan sudut biasnya 90°. Saat cahaya merambat menuju bidang perbatasan dengan sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis, maka cahaya tersebut akn dipantulkan kembali oleh bidang perbatasan ke dalam bahan pertama (core). Pada peristiwa inilah terjadi pemantulan dalam total. Dan sudut kritis hanya bisa terjadi saat cahaya melewati medium rapat menuju ke medium renggang. Tetapi apabila cahaya yang merambat memiliki sudut datang kurang dari sudut kritis, maka cahaya akan dibiaskan keluar dari bahan pertama (core).

Pada saat bagian cladding dari fiber optik dan dimasukkan ke dalam larutan, maka larutanlah yang berfungsi sebagai cladding. Dimana semakin besar konsentrasi dari larutan maka struktur molekul-molekul di dalam larutan semakin rapat. Konsentrasi larutan yang semakin besar juga membuat selisih indeks bias core dan cladding (dalam hal ini larutan) semakin kecil. Selisih nilai indeks bias core dan cladding yang kecil membuat sudut kritis semakin besar, sedangkan sudut cahaya semakin kecil sehingga kemungkinan cahaya yang datang untuk dipantulkan juga semakin kecil.

Saat fiber optik dilengkungkan, sebagian cahaya dibiaskan keluar dari core melewati cladding dikarenakan sudut datangnya kurang dari sudut kritis. Sehingga cahaya dari LED merambat dalam fiber optik dan melewati larutan dengan konsentrasi yang tinggi maka cahaya tidak sepenuhnya dipantulkan melainkan ada sebagian cahaya yang dibiaskan. Sehingga pada keadaan ini tidak terjadi pemamtulan dalam total dikarenakan adanya cahaya yang dibiaskan ke dalam larutan. Dikarenakan tidak semua cahaya dari

16

LED dipantulkan dalam total (ada cahaya yang dibiaskan) maka intensitas cahaya yang diterima oleh photodiode juga kecil. Cahaya datang yang tidak dipantulkan secara sempurna membuat terjadinya kehilangan daya, atau biasa disebut rugi daya.

Hal ini berpengaruh terhadap besar nilai tegangan keluaran yang terukur pada multimeter. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan didapatkan tegangan output rata-rata untuk masing-masing variasi konsentrasi larutan yaitu, aquades 0.00938 mV, KIO3 1 M 0.00708 mV, KIO3 2 M 0.00554 mV, KIO3 3 M 0.00236 mV dan KIO3 4 M 0.00166 mV. Hal ini juga terlihat dari grafik yang terbetuk dari hubungan konsentrasi larutan terhadap tegangan outputnya. Sehingga terlihat bahwa semakin tinggi konsentrasi larutan maka semakin kecil tegangan keluaran yang terbaca pada multimeter.

Pada saat fiber optik yang dimasukkan ke dalam larutan maka ada bagian dari fiber optik yang mengalami pembengkokan. Hal ini menyebabkan bagian dalam serat optik termampatkan dan bagian luar menjadi tertarik lebih panjang sehingga kepadatan material berubah. Fenomena ini menyebabkan perubahan indeks bias yang dihasilkan oleh pantulan internal total didalam serat optik. Perubahan indeks bias serat optik akan mengakibatkan perubahan lintasan penjalaran suatu sinyal yang menjalar di dalam serat optik. Perubahan proses penjalaran cahaya pada serat optik karena rugi-rugi daya yang diterima atau macrobending akan mengakibatkan perubahan pada kinerja serat optik selama percobaan dilakukan.

17

BAB VKESIMPULAN

Berdasarkan percobaan dan analisa data yang telah dilakukan diketahui bahwa hubungan antara rugi daya terhadap perbedaan konsentrasi adalah saling berbanding terbalik. Dimana semakin tinggi konsentrasi (molaritas) larutan maka rugi daya semakin besar.

18

DAFTAR PUSTAKA

Agrawal. P Govind.1992.“Fiber optic communication system fourth edition” WILEY : Newyork.

Utami P .Hestty.1998.“Mengenal cahaya dan optik’’Ganesa : Jakarta.Sukiswo, ST. 2002. “Buku Ajar Jaringan Telekomunikasi”. Semarang : Universitas

Diponegoro.Giancoli, Douglas C. 2001.“Physics Second Edition”. California: Thomson Brooks/Cole.