Fiber Optic: Single mode

Kabel fiber optik single mode adalah jenis kabel yang dirancang untuk mempertahankan integritas data spasial dan spektrum dari masing-masing sinyal optik dengan jarak yang jauh. Kabel ini khusus didesain untuk mengirimkan data melalui satu jalur cahaya (mode). Diameter inti (core) serat optik single mode sangat kecil, biasanya berukuran antara 8,3 hingga 10 mikron. Sumber cahaya yang digunakan pada kabel single mode adalah laser. Cahaya laser dengan panjang gelombang tertentu (biasanya 1310 nm atau 1550 nm) diinjeksikan ke dalam inti kabel. Sebaran nano untuk single mode ini memiliki garis tengah yang sempit dan mampu menyebarkan antara 1310-1550 nano.

Cara Kerja

Cahaya laser diinjeksikan ke dalam inti kabel. Cahaya ini merambat melalui inti dengan cara pemantulan internal total (total internal reflection), di mana cahaya terus memantul dari cladding (lapisan kaca yang mengelilingi inti) dan kembali ke inti. Desain inti yang kecil dan prinsip ini memungkinkan cahaya merambat dalam jarak yang sangat jauh dengan redaman sinyal yang rendah. Sinyal data elektronik diubah menjadi sinyal cahaya (pulsasi laser) oleh transmitter, kemudian disuntikkan ke inti dan dideteksi oleh fotodioda di ujung kabel, lalu diubah kembali menjadi sinyal data elektronik oleh receiver.

Komponen

Kabel fiber optik single mode terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu:

Inti (Core): Bagian tengah kabel yang terbuat dari kaca dengan diameter 9 mikron, tempat cahaya merambat. Sumber lain menyebutkan inti sebagai pusat transmisi gelombang cahaya.
Cladding: Lapisan kaca yang mengelilingi inti, berfungsi untuk memantulkan cahaya kembali ke inti. Cladding terbuat dari material dengan indeks bias yang lebih rendah dari core, menjaga cahaya tetap di dalam core.
Coating: Lapisan terluar yang melindungi core dan cladding dari kerusakan dan korosi. Lapisan ini biasanya terbuat dari plastik elastis.
Strength Member: Memberikan kekuatan dan kestabilan pada kabel, melindungi serat optik dari tarikan dan tekanan.
Outer Jacket: Lapisan terluar yang terbuat dari plastik, berfungsi melindungi keseluruhan kabel dari kerusakan lingkungan seperti air, panas, debu, dan abrasi fisik.

Keunggulan

Fiber optik single mode menawarkan beberapa keunggulan signifikan:

Jarak Transmisi Jauh: Mampu mentransmisikan data hingga puluhan hingga ratusan kilometer, menjadikannya ideal untuk jaringan jarak jauh seperti jaringan tulang punggung internet dan jaringan bawah laut. Salah satu sumber menyebutkan sinyal dapat berjalan sejauh 50 Km tanpa perlu regenerasi.
Bandwidth Tinggi: Memiliki bandwidth yang lebih tinggi dibandingkan kabel multimode, memungkinkan transmisi data dengan kecepatan yang lebih tinggi, penting untuk aplikasi yang membutuhkan bandwidth besar seperti streaming video dan pusat data.
Redaman Sinyal Rendah: Mengalami redaman sinyal yang lebih rendah, sehingga sinyal data tetap kuat dan jernih dalam jarak yang lebih jauh, meminimalkan distorsi dan kebutuhan akan repeater. Redaman serat tipikal untuk single mode modern adalah 0,35 dB per km pada 1310 nm dan 0,20 sampai 0,25 dB per km pada 1550 nm.
Ketahanan Terhadap Interferensi: Lebih tahan terhadap interferensi elektromagnetik (EMI) dibandingkan kabel multimode, cocok untuk lingkungan dengan tingkat interferensi tinggi.
Keamanan Data: Lebih aman karena hanya memungkinkan satu jalur cahaya, meminimalkan kemungkinan penyadapan data.

Kekurangan

Meskipun memiliki banyak keunggulan, fiber optik single mode juga memiliki beberapa kelemahan:

Instalasi Lebih Sulit: Proses instalasi lebih sulit dibandingkan jenis multimode.
Biaya Lebih Mahal: Harganya relatif lebih mahal, begitu juga dengan aksesoris dan perangkat transmitter-nya.
Kompleksitas Material: Bahan yang rumit membuat kabel fiber optik sulit dipotong dengan rapi (membutuhkan cleaver tools) dan kurang tahan pada lengkungan, karena serat fiber beroperasi menggunakan cahaya, sehingga terlalu banyak lengkungan akan mengakibatkan efek pantul.
Bersifat Satu Arah: Perambatan cahaya bersifat satu arah (unidirectional light propagation), sehingga dibutuhkan dua kabel fiber optik jika komunikasi ditujukan untuk dua arah.

Perbandingan dengan Multimode

Perbedaan utama single mode dengan multimode adalah:

Diameter Inti: Inti single mode sangat tipis (8-9 mikron), sedangkan inti multimode lebih tebal (50 atau 62.5 mikron).
Transmisi Cahaya: Single mode hanya memungkinkan satu mode cahaya merambat lurus dan sejajar sumbu serat, sementara multimode memungkinkan beberapa mode cahaya merambat dalam berbagai sudut.
Jarak Transmisi: Single mode dirancang untuk jarak sangat jauh (puluhan hingga ratusan km), sedangkan multimode untuk jarak lebih pendek (lokal hingga beberapa kilometer).
Bandwidth: Single mode memiliki bandwidth yang sangat tinggi, sedangkan multimode lebih rendah.
Sumber Cahaya: Single mode menggunakan laser, sementara multimode menggunakan LED atau laser murah.
Aplikasi: Single mode ideal untuk jaringan backbone dan komunikasi jarak jauh, sedangkan multimode cocok untuk LAN dan koneksi antar gedung dalam satu kompleks.

Pengujian dan Penyambungan

Pengujian kabel serat optik, termasuk single mode, penting untuk memastikan jaringan bekerja stabil dan efisien. Alat yang digunakan untuk pengujian meliputi Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) dan Optical Power Meter (OPM). OTDR dapat digunakan untuk mengukur kabel serat optik multi mode atau single mode. OTDR dapat mendeteksi lokasi gangguan, menilai penyambungan kabel, dan menghitung atenuasi. Pengujian dengan power meter dan light source mengukur total redaman jalur end to end pada panjang gelombang umum seperti 1310 nm dan 1550 nm. Nilai redaman sambungan fusion pada serat single mode modern biasanya berkisar antara 0,05 hingga 0,10 dB per titik. Pengujian di dua panjang gelombang (1310 nm dan 1550 nm) memberikan gambaran menyeluruh karena karakter redaman dan sensitivitas terhadap bending bisa berbeda pada tiap gelombang.

Proses penyambungan fiber optik single mode, umumnya menggunakan teknik fusion splicing untuk menghasilkan sambungan yang presisi dengan loss minimal. Alat khusus seperti fusion splicer digunakan untuk meleburkan dan menyatukan inti serat menggunakan panas. Peralatan lain yang diperlukan untuk penyambungan meliputi cleaver, stripping tool, alkohol isopropil, dan tisu bebas serat. Setelah penyambungan, heat shrink digunakan untuk melindungi sambungan dari tekanan mekanis atau kerusakan fisik.