Apa yang anda ketahui tentang Modulasi Cahaya ?

Modulasi Cahaya

Pada teori modern, diketahui bahwa 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 :

dimana : Keterangan

Dari persamaan dasar diatas, dapat diturunkan 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.