mach zehnder dan Format Awal Modulasi Sistem Optik

 

Mach Zehnder

Mach Zehnder merupakan jenis modulator eksternal elektro-optik yang digunakan dalam Tugas Akhir ini, bekerja mempengaruhi berkas cahaya yang melintas dengan menggunakan medan elektromagnetik tertentu yang dihasilkan oleh pulsa-pulsa listrik. Atau dengan kata lain modulator ini bekerja berdasarkan prinsip perpaduan (interfering) dua berkas cahaya koheren yang menghasilkan pola garis-garis cahaya (fringe) sesuai dengan besarnya beda fasa antara dua berkas cahaya tadi. Gambar 2.2 adalah skema dasar Interferometer Mach Zehnder. Pada gambar tersebut nampak jelas cara kerja alat jika dilihat dari arah rambatan cahayanya

Keterangan :

S sumber berkas

P titik fokus lensa L2

W1,W2,W3 muka gelombang optik

L1 dan L2 lensa kolimator

D1 dan D2 media semi pantul

M1 dan M2 cermin pemantul

Perbedaan fasa yang terjadi bisa disebabkan dua hal, yaitu perbedaan fasa karena pemantulan atau perbedaan karena lintasan. Pada kasus ini perbedaan fasa yang ditimbulkan disebabkan karena perbedaan lintasan yang ditempuh kedua berkas sinar. Perbedaan fasa akibat pantulan tidak terjadi di sini, karena terjadinya pantulan pada masing-masing berkas sinar sama, yaitu tiap berkas sama-sama mengalami dua kali pemantulan. Beda fasa antara dua berkas cahaya pada titik P dapat dinyatakan dalam persamaan

dimana :

h adalah selisih jarak antara dua berkas cahaya dalam interferometer.

n adalah indeks bias medium perambatan optik.

Pada titik P, tempat bertemunya dua berkas cahaya tadi, akan terjadi pola dengan titik pusat (fringe) terang jika :

 

dan fringe gelap jika :

 

Dari persamaan diatas  , pola interferensi muncul akibat perbedaan lintasan antara dua berkas cahaya yang masuk dalam interferometer sehingga menimbulkan perbedaan fasa antara kedua berkas tersebut. Jika tidak ada perbedaan lintasan antara kedua berkas, maka tidak akan timbul interferensi karena tidak ada beda fasa antara kedua berkas sehingga keduanya akan menyatu kembali dengan sempurna. Perbedaan lintasan ini muncul karena kedua berkas tiba pada titik yang berbeda pada L2 sehingga keduanya mencapai titik fokus lensa L2 yaitu P dengan menempuh jarak lintasan yang berbeda pula.Karena pola interferensi yang muncul tergantung pada parameter n dan parameter h, maka persamaan  di atas dapat diturunkan berdasarkan kedua parameter tersebut. Bila diturunkan rumus beda fasa di atas, maka akan diperoleh :

rumus beda fasa 2

Dari penurunan persamaan di atas, seperti yang ditunjukkan oleh persamaan beda fasa (a)terlihat bahwa perubahan fasa tergantung pada perubahan indeks bias n dan perubahan jarak h akibat pergeseran posisi keempat komponen optik yaitu L1, L2, M1, M2. Perubahan fasa tersebut berbanding lurus dengan perubahan kedua parameter tadi. Selain itu, muncul konstanta yang membuat beda fasa tidak menjadi nol bila tidak ada perubahan indeks bias atau perubahan jarak lintasan. Sedangkan pada persamaan beda fasa b menunjukkan pengaruh jarak dalam perubahan fasa dan persamaan beda fasa c menunjukkan hal serupa untuk indeks bias medium perambatan. Berdasarkan gambar model prisma di atas, redaman yang dialami berkas cahaya pada interferometer Mach Zehnder terjadi saat melewati medium udara, media semi pantul (D1 dan D2), lensa kolimator (L1 dan L2). Berkas diserap udara dan lensa-lensa tersebut kemudian berubah menjadi bentuk lain baik berupa panas maupun hamburan berkas. Timbulnya redaman tersebut tak dapat diperkirakan besarnya tergantung karakteristik lensa-lensa dan juga medium udara di sekitar interferometer.

Format Awal Modulasi Sistem Optik

Untuk waktu yang lama, non-return-to-zero on-off-keying (NRZ-OOK) mendominasi format modulasi yang digunakan dalam sistem komunikasi serat optik. Format modulasi NRZ-OOK ini hanya akan disebut OOK. Alasan–alasan yang mungkin mendasari penggunaan OOK pada awal aplikasi serat optik sebagai sistem komunikasi: pertama, OOK ini hanya membutuhkan bandwidth elektrik yang relatif kecil untuk transmitter dan receiver (dibandingkan dengan RZ- OOK); yang kedua, OOK tidak sensitif terhadap noise fasa laser (dibandingkan Phase Shif Keying); dan yang terakhir OOK memiliki konfigurasi yang sederhana pada transmitter maupun receiver. Pada beberapa tahun terakhir, sebagaimana komunikasi serat optik yang mengalami kemajuan dalam hal datarates yang semakin tinggi, DWDM dan komunikasi jarak jauh dengan amplifier optik, modulasi OOK akan menjadi referensi yang baik sebagai pembanding.

Blok diagram transmitter NRZ diperlihatkan dalam gambar dibawah ini , dimana sinyal elektrik dimodulasi dengan sebuah modulator intensitas eksternal. Modulator intensitas ini bisa berupa jenis Mach-Zehnder atau jenis electro-absorbtion, yang mengubah sinyal elektrik OOK dengan data rate Rb menjadi suatu sinyal optik OOK pada data rate yang sama. Lebar pulsa optik pada sebuah pulsa ”1” yang terisolasi (antara bit-bit ”0”) sama dengan kebalikan dari data rate (1/ Rb). Untuk mendeteksi suatu sinyal optik NRZ, digunakan sebuah fotodiode yang sederhana pada receiver, yang akan mengubah daya optik sinyal menjadi arus listrik. Disebut juga direct detection (DD).