Sejarah Kabel Fiber Optik

Jika kita bicara mengenai kabel fiber optik maka kita takkan bisa lepas dari muasal komunikasi optik. Pada dasarnya seluruh aspek komunikasi jarak jauh dengan bantuan cahaya dan indra penglihatan bisa dikategorikan sebagai komunikasi optik pula. Komunikasi jarak jauh secara visual sudah dilakukan manusia sejak dahulu kala. Utamanya di dorong oleh kepentingan strategis seperti peperangan dan politik.

Komunikasi Optik Sederhana

Bangsa Perancis sejak tahun 1790-an telah menggunakan teknik semaphore (yang biasa kita kenal dalam kepramukaan atau kepanduan) untuk mengirimkan inyarat jarak jauh dengan menggunakan semacam alat semaphor raksasa yang diletakkan di atas tower yang dibangun khusus untuk alat tsb. Tower semaphore ini dibangun oleh penguasa Perancis di seluruh penjuru negeri. Tujuannya agar informasi strategis dan vital bisa cepat diketahui oleh rezim berkuasa sehingga mereka bisa cepat dalam mengambil keputusan penting.

Tower Semaphor French
Tower semaphore yang digunakan oleh Kerajaan Perancis untuk kepentingan keamanan, militer, dan politik.

Komunikasi optik yang jauh lebih sederhana dan efektif adalah yang digunakan oleh Bangsa Indian Amerika sebagai sarana komunikasi jarak jauh dengan sesama anggota sukunya. Mereka memanfaatkan asap sebagai media komunikasi jarak jauh dengan interval dan bentuk asap tertentu yang dapat dilihat dari kejauhan.

sinyal asap indian
Bangsa Indian juga menggunakan komunikasi jarak jauh memanfaatkan sinyal asap sebagai komunikasi optik

Secara umum interval waktu dan pola asapnya mirip dengan konsep morse yang biasa digunakan oleh masyarakat modern. Saat peperangan dengan kaum kulit putih Amerika, Bangsa Indian menggunakan sarana komunikasi ini dengan efektif sehingga mampu bertahan lama dalam peperangan walaupun pada akhirnya kalah karena superioritas teknologi Bangsa Barat.

Ketertinggalan Teknologi Komunikasi Optik

Namun seiring dengan penemuan dan pemanfaatan telegraph yang menggunakan sinyal elektrik dan menawarkan kebebasan dari permasalahan cuaca, jangkauan pandang yang terbatas, jarak komunikasi yang pendek, berikut dengan kemudahan penggunaannya maka komunikasi optik dengan cara verifikasi visual mulai ditinggalkan.

telegraph
Penemuan telegraph dan menyusul telephone menggunakan media kabel tembaga membuat komunikasi optik ditinggalkan

Pada masa ini teknologi elektromagnetik untuk kepentingan komunikasi radio maupun arus kuat listrik untuk kepentingan industri dan rumah tangga berkembang sangat pesat. Era elektrifikasi ini menjadi awal peradaban modern manusia.  Komunikasi optik seakan terlupakan di pinggir sejarah peradaban manusia.

Semaphore di laut
Pemanfaatan semaphore untuk kepetingan komunikasi optik antar kapal laut masih digunakan hingga kini

Terpinggirkan mungkin saja, namun tidak benar-benar hilang dari peradaban manusia. Komunikasi optik secara visual masih digunakan oleh manusia khususnya oleh mereka yang bergiat pada aktivitas pelayaran. Baik itu pelayaran yang sifatnya sipil maupun militer.

Komunikasi visual jarak jauh dengan menggunakan semaphore menjadi alternatif komunikasi pelayaran selain dengan menggunakan komunikasi radio. Selain semaphore para pelaut juga menggunakan kode cahaya dalam pola kode morse. Dalam banyak hal hanya industri pelayaran saja yang masih menggunakan komunikasi optik visual dalam aktivitasnya.

Penemuan Bare Fiber Optic

Pada tahun 1920 sampai dengan 1950-an mulai ditemukan dan dibuat fiber serupa pipa fleksibel yang terbuat dari gelas atau plastik yang digunakan untuk memandu cahaya. Di mana fiber jenis ini memanfaatkan udara di sekelilingnya sebagai batas bias antara gelas-udara di mana gelas dan udara masing-masing memiliki indeks bias berbeda. Dengan demikian batas bias tersebut berfungsi untuk memantulkan cahaya. Material yang disebut bare fiber optik atau secara harafiah adalah fiber optik telanjang adalah cikal bakal dari kabel fiber optik modern.

Bare Fiber Optick
Bare fiber optic sebagai cikal bakal kaber optik modern.

Selama hampir 30 tahun tak ada perkembangan signifikan dari teknologi bare fiber optic ini. Karena memang saat itu masih terkendala dengan kemampuan teknologi untuk membuat perangkat instrumentasi berpresisi tinggi. Karena perangkat ini dibutuhkan untuk meneliti dan mengembangkan kabel fiber optik yang lebih berkualitas dan dapat diterapkan untuk kebutuhan komunikasi. Di awal perkembangannya teknologi ini memang sangat lambat berkembang. Saat itu penemuan bare fiber optic hanya bermanfaat untuk keperluan entertainment saja.

Penerapan Awal Teknologi Kabel Fiber Optik

Baru pada tahun 1960-an mulai dikembangkan teknologi fiber dengan cladding yang jauh lebih baik dibandingkan dengan teknologi bare fiber optic. Teknologi fiber dengan cladding ini akhirnya memiliki nilai penerapan yang cukup penting karena digunakan dalam perangkat instrumentasi medis untuk melihat ke dalam organ butuh.

Penerapan Kabel Fiber Optik dalam Endoskopi

Alat ini kemudian dinamakan sebagai endoskopi. Ini merupakan lompatan teknologi pertama fiber optik yang memiliki nilai penerapan yang tinggi dalam peradaban manusia. Adanya alat ini membuat para dokter tak perlu membedah isi perut pasien hanya untuk mengetahui kondisi organ dalam tubuh pasien.

perangkat endoskopi
Penerapan pertama teknologi kabel fiber optik dilakukan di industri kesehatan dalam bentuk perangkat endoskopi.

Namun demikian secara teknis, teknologi fiber optik dalam endoskopi ini masih jauh untuk bisa digunakan demi kepentingan komunikasi data. Karena gelas yang digunakan tak bisa mentransmisikan cahaya lebih jauh karena ketidakmurnian susunan partikel atom dan molekulnya sehingga atenuasi atau loss of light-nya (intensitas cahaya yang hilang) sebesar 1 dB per-meter.

Praktek endoskopi dalam kedokteran
Cara pemanfaatan perangkat endoskopi dalam dunia kedokteran. Endoskopi adalah perangkat pertama yang memanfaatkan teknologi kaber fiber optik.

Padahal teknologi kabel modern saat ini atenuasi-nya adalah 1 dB/1000 meter bahkan lebih kecil lagi bisa sampai 0,4 dB/km. Dengan demikian agar bisa digunakan dalam komunikasi optik, teknologi fiber optik saat itu mesti ditingkatkan kualitasnya 1000 kali, baru bisa dimanfaatkan.

Kabel Fiber Optik untuk Transmisi Sinyal Komunikasi

Pemanfaatan praktis kabel fiber optik untuk endoskopi memicu ilmuwan dan engineer untuk berkompetisi dalam mewujudkan kabel fiber optik yang mampu digunakan untuk kepentingan komunikasi data. Mereka memiliki visi bahwa jika suatu saat nanti kabel fiber optik akan menjadi solusi komunikasi data dengan jangkauan yang jauh dan volume data yang besar.

Kabel fiber optik untuk transmisi sinyal
Perangkat transmitter berfungsi mengubah gelombang digital elektrik (input signal) menjadi sinyal cahaya terkalibrasi yang berfungsi untuk mengantarkan informasi atau data (data carrier).

Pada prinsipnya proses komunikasi menggunakan media kabel fiber optik memanfaatakn sinyal optik yang telah dikalibrasi. Oleh karena itu, agar terjadi proses komunikasi data maka diperlukan perangkat transmitter dan receiver selain tentunya kabel fiber optik.

Perangkat transmitter berfungsi mengubah gelombang digital elektrik (input signal) menjadi sinyal cahaya terkalibrasi sedangkan receiver berfungsi sebaliknya mengubah gelombang atau sinyal cahanya menjadi sinyal digital elektrik (output signal).

Kemudian di sepanjang kabel fiber optik, sinyal cahaya tersebut berjalan terpandu oleh proses refleksi yang terjadi di sepanjang batas bias fiber optik hingga mencapai receiver. Batas bias inilah yang memungkinkan terjadinya proses pemanduan secara reflektif dan ini terjadi karena adanya core dan cladding yang memiliki indeks bias yang berbeda.

Pelopor Kabel Fiber Optik

Charles Kao dan George Haockham secara bersama-sama melakukan penelitian dan menerbitkan karya ilmiah yang membuktikan bahwa loss cahaya pada kabel FO bisa diturunkan secara drastis dengan menghilangkan impuritas atau dengan melakukan proses pemurnian.

Charles Kao Bapak Kabel Fiber Optik
Charles Kao adalah peneliti dari Inggris yang dijuluki sebagai Bapak Kabel Fiber Optik dan menerima nobel untuk penemuannya di bidang ini.

Kemudian Charles Kao mengembangkan kabel fiber optik yang dapat mentransmisikan sinyal dengan kecepatan 1 Ghz atau 1.000 juta bit per-detik. Tapi karena faktor atenuasi atau peredaman yang cukup besar yakni 1000 db/km sehingga praktis belum dapat digunakan untuk kepentingan transmisi komunikasi.

Namun demikian atas penemuannya di bidang kabel fiber optik dia bersama Willard Boyle dan George Smith mendapatkan hadiah nobel tahun 2009 karena atas dasar penemuannya berkembang teknologi kabel fiber optik dan kemudian dia juga menerima gelar kebangsawanan Sir dari kerajaan Inggris.

Corning pabrikan kabel fiber optik ternama
Tanpa keterlibatan industrialis gelas ternama yaitu CORNING mustahil kabel fiber optik dapat digunakan secara massif di era modern saat ini.

Terobosan berikutnya dalam teknologi kabel fiber optik dilakukan oleh pabrikan industri gelas ternama yaitu Corning yang berhasil membuat kabel FO yang pertamakalinya secara feasible dapat digunakan untuk kepentingan komunikasi data.

Mereka berhasil membuat kabel FO dengan atenuasi yang rendah 17 dB/km dengan teknologi kabel FO yang dibuat dari silica glass yang di doping dengan menggunakan atom titanium dan penggunaan cladding yang terbuat dari pure silica glass.

Hingga saat ini Corning menjadi pabrikan kabel FO terkemuka di dunia karena inovasi teknologinya. Ada banyak jenis merk kabel fiber optik di seluruh dunia namun sebagian besar khusus untuk material core & cladding-nya masih menggunakan buatan Corning. Mereka hanya membungkusnya dengan buffer, support, jacket, dsb serta melabelinya dengan merknya sendiri. Tidak banyak perusahaan yang mampu membuat material core & cladding sendiri seperti Corning.

Implementasi Kabel Fiber Optik Secara Massal

Pada tahun 1988 AT&T berhasil melaksanakan penarikan kabel FO Trans Atlantic untuk kepentingan penyambungan komunikasi telepon antara benua Amerika dan benua Eropa. Total panjang kabel fiber optik yang ditarik mencapai 3148 mil dengan pemasangan repeater di setiap jarak 40 km.

Volume bandwidth yang dapat dihantarkan adalah sebesar 565 Mbps. Mungkin tidak besar dibandingkan kemampuan kabel fiber optik saat ini. Namun pada saat itu, bandwidth sebesar 565 Mbps sudah sangat besar sekali. Sinyal cahaya yang digunakan dalam transmisi adalah sinyal cahaya terpolarisasi dengan panjang gelombang 1300 nanometer. Sedangkan kabel FO yang digunakan memiliki atenuasi atau loss of light sebesar 0,4 dB per-km.

Kabel Fiber Optik Trans Atlantik
Penarikan kabel fiber optik pertama yang menyampung benua amerika dengan benua eropa.

Pada tahun 80-an kabel FO sudah menghubungkan kota-kota besar di pantai timur dan barat Amerika Serikat. Bahkan sudah menggantikan penggunaan kabel tembaga, microwave, dan link satelit sebagai backbone telekomunikasi. Pada tahun 90-an jaringan TV kabel sudah menggunakan kabel FO dan menemukan bahwa mereka bisa memanfaatkan telephony dan internet sekaligus di jaringan kabel FO.

Secara umum semenjak tahun 90-an keatas penggunaan kabel FO telah meluas di manfaatkan dalam industri telekomunikasi. Karena sifatnya yang noise free dari gangguan sinyal elektromagnetik serta kapasitas bandwidht throughput-nya yang sangat besar maka kabel fiber optik banyak digunakan di data center sebagai media cabling antar perangkat jaringan dan server farm.