proposal skripsi perancangan directional coupler

advertisement
PROPOSAL SKRIPSI
PERANCANGAN DIRECTIONAL COUPLER “VARIABLE”
MENGGUNAKAN DUA JENIS SERAT OPTIK MULTIMODE
INDRA SAIFUDIN
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
2009
LEMBAR PENGESAHAN PROPOSAL SKRIPSI
Judul
: Perancangan Directional Coupler “Variable”
Menggunakan Dua Jenis Serat Optik Multimode
Penyusun
: Indra Saifudin
NIM
: 080513358
Pembimbing I
: Supadi, S.Si., M.Si
Pembimbing II
: Andi Hamim Zaidan, S.Si, M.Si
Disetujui oleh:
Pembimbing I
Pembimbing II
Supadi, S.Si, M.Si
Andi Hamim Zaidan, S.Si, M.Si
NIP. 132 205 650
NIP. 132 318 596
Mengetahui :
Ketua Program Studi Fisika
FSAINTEK Universitas Airlangga
Drs.Siswanto, M.Si
NIP. 131 836 618
KATA PENGANTAR
Rasa puji syukur kehadirat Allah swt Tuhan semesta alam yang
memberikan dan melimpahkan segala anugerah, nikmat, hidayat, dan karunia
yang tidak terbatas kepada seluruh makhluk ciptaan-Nya. Atas rasa itu pula
sehingga
penyusunan
proposal
“Perancangan
Directional
Coupler
Menggunakan Dua Jenis Serat Optik Multimode” dapat selesai dengan baik.
Pada kesempatan ini penulis juga menyampaikan terima kasih kepada
Bapak Supadi, S.Si, M.Si, selaku dosen pembimbing I dan Bapak Andi Hamim
Zaidan, S.Si, M.Si, selaku dosen pembimbing II, yang telah berperan banyak
memberikan bimbingan hingga selesainya proposal ini, dan kepada Bapak Imam
Sapuan, S.Si, M.Si, selaku dosen wali, serta Bapak Drs. Pujiyanto, MS selaku
penguji I yang telah memberikan saran yang bermanfaat dalam perkembangan
penelitian ini.
Proposal ini disusun sebagai syarat awal untuk mengerjakan skripsi di
Program Studi Fisika Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga. Penulis menyadari bahwa proposal skripsi masih banyak
kekurangan dan jauh dari sempurna, sehingga segala kritik dan saran yang
membangun sangat penulis harapkan, demi kesempurnaan proposal ini. Akhir kata
penulis berharap proposal ini dapat memberi manfaat dalam perkembangan ilmu
pengetahuan.
Surabaya,
Mei 2009
Penulis
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan………………………………………………………………. i
Kata Pengantar………………………………………………………………….... ii
Daftar Isi……………………………………………………………………....… iii
Daftar Gambar……………...…………………………………………...……..… v
Daftar Tabel…………………………………………………………..……....…. vi
BAB I
BAB II
Pendahuluan……………………………………………………… 1
1.1
Latar Belakang…………………………………...………. 1
1.2
Rumusan Masalah………………………………………... 4
1.3
Batasan Masalah…….………………….…………….….. 4
1.4
Tujuan……………………………………………………. 5
1.5
Manfaat…………………………………………...…….... 5
Tinjauan Pustaka……………………………………...……….…. 6
2.1
Serat Optik…………………………………...……….….. 6
2.2
Teori Moda Pada Serat Optik Step-Index...…...……...…. 11
2.2.1
Serat Optik Multimode……………...……….….. 18
2.3
Penggunaan Desibel pada Rangkaian Serat Optik...……. 19
2.4
Penyambungan Serat Optik……………………...…….... 20
2.5
Rugi-Rugi Daya Serat Optik…………………...…….…. 20
2.7
2.5.1
Absorpsi…………………………………....…… 20
2.5.2
Pancaran Rayleigh…………………..……..……. 21
2.5.3
Pemantulan Fresnel……………...…..……...…... 22
Respon Beam Splitter………………………..………..… 23
BAB III
Metode Penelitian…………………………………..………..….. 26
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian……………..………..…... 26
3.2
Bahan dan Alat………………………………………….. 26
3.3
Prosedur Penelitian…………………………….………... 28
3.3.1
Perancangan directional coupler “variable”…… 28
3.3.2
Fabrikasi directional coupler “variable”………. 30
3.3.3
Konversi Tegangan Keluaran Foto Detektor ke
Daya Optik……………………………………… 32
3.4
Jadwal Penelitian………………………………………... 39
Daftar Pustaka……...……………………………………………….…………... 40
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 2.9
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Skema bagian penyusun serat optik
Struktur serat optik multimode, step-index, graded-index serta
profil indeks biasnya
Dimensi core dan cladding serat optik dari bahan (a) gelas
singlemode dan multimode (b) POF multimode
Sketsa perambatan sinar pada serat optik step-index
Geometri serat optik dalam koordinat silinder
Distribusi amplitudo medan di core dan cladding untuk orde 0
dan1
Cahaya terpencar ke segala arah
Pemantulan Fresnel
Pemantulan Fresnel di setiap bidang batas
Rancang konsep directional coupler “variable”
Pandu gelombang pada serat optik dalam rancang bangun
directional coupler “variable”
Rancang bangun home directional coupler “variable”
Susunan alat konversi tegangan keluaran detektor terhadap daya
optik
Contoh grafik hubungan linier antara tegangan keluaran detektor
terhadap daya optik
Set up alat directional coupler “variable”
Tabel 3.1
Tabel 3.2
Tabel 3.2
DAFTAR TABEL
Data untuk konversi tegangan keluaran detektor terhadap daya
optik keluaran
Tabel untuk mencatat data keluaran pada directional coupler
“variable” pada posisi masukan horizontal
Tabel untuk mencatat data keluaran pada directional coupler
“variable” pada posisi masukan vertikal
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pada tahun 1880 Alexander Graham Bell menciptakan sebuah sistem
komunikasi cahaya yang disebut photophone. Photophone ini menggunakan
cahaya matahari yang dipantulkan dari sebuah cermin suara termodulasi tipis
untuk membawa percakapan pada penerima cahaya matahari temodulasi yang
mengenai sebuah fotoconducting sel selenium, dan merubahnya menjadi arus
listrik.
Terobosan besar yang membawa teknologi komunikasi serat optik dengan
kapasitas tinggi adalah penemuan laser pada tahun 1960, namun pada tahun
tersebut kunci utama di dalam sistem serat praktis belum ditemukan yaitu serat
yang efisien. Baru pada tahun 1970 serat dengan loss yang rendah dikembangkan
dan komunikasi serat optik menjadi praktis. Serat optik yang digunakan berbentuk
silinder seperti kawat pada umumnya, terdiri teras (core) yang dibungkus oleh
kulit (cladding) dan keduanya dilindungi oleh jaket pelindung (buffer coating). Ini
terjadi hanya 100 tahun setelah John Tyndall, seorang fisikawan Inggris,
mendemonstrasikan kepada Royal Society bahwa cahaya dapat dipandu sepanjang
kurva aliran air. Dipandunya cahaya oleh sebuah serat optik dan oleh aliran air
adalah peristiwa dari fenomena yang sama yaitu pantulan internal total. Serat
optik merupakan media transmisi atau pandu gelombang cahaya yang terbuat dari
bahan silica glass atau plastik yang berbentuk silinder dengan menggunakan
cahaya sebagai sumber dalam mengirimkan informasi (data).
Dalam
perkembangannya,
serat
optik
tidak
hanya
berfungsi
mentransmisikan informasi, tapi berkembang menjadi peranti optik dengan fungsi
lebih luas. Peranti optik yang dikembangkan saat ini adalah directional coupler
yang berfungsi sebagai komponen optical switching, multiplexing, demultiplexing
pada perangkat WDM (Wavelength Division Multiplexing), pemecah berkas
(splitter) dan pemecah daya atau power divider. Kajian teoritis dan eksperimen
tentang directional coupler sebagai peranti multiplexing sudah dilakukan oleh
peneliti-peneliti terdahulu diantaranya adalah pembuatan directional coupler
menggunakan substrat LiNbO3, gelas, dan semikonduktor yang berbentuk pandu
gelombang slab (Rohedi,2007).
Fabrikasi directional coupler singlemode maupun multimode berbentuk
pandu gelombang slab masih sangat sulit dilakukan dan membutuhkan peralatan
dengan biaya yang mahal. Sementara itu directional coupler serat optik yang
dibutuhkan sebagai sensor dan perangkat interferometri serat optik sangat sulit
diperoleh dipasaran. Untuk mengatasi kendala tersebut telah dilakukan fabrikasi
directional coupler dengan metode Fused Biconical Tapered (FBT) pada bahan
serat optik plastic step index multimode tipe FD-320-05 (diameter serat optik 0,5
mm) sebagai pemecah daya (Supadi dkk, 2006). Directional coupler yang
dihasilkan memiliki coupling ratio 0,31 dengan daerah panjang interaksi kopling
antar serat optik 25 mm. Namun coupling ratio pada metode FBT hanya berlaku
untuk satu directional coupler dengan panjang interaksi tertentu, dan coupling
ratio yang dihasilkan kurang akurat. Untuk memperoleh coupling ratio lain,
diperlukan directional coupler baru dengan panjang interaksi kopling berbeda.
Metode ini kurang efektif karena perlakuan penggosokan (fuse) serat optik dalam
orde mikro sangat sulit dilakukan, dan kurang efektif sebagai alat pengujian dan
eksperimen di laboratorium.
Untuk mengatasi masalah tersebut, digunakan variable coupler pada bahan
serat optik plastic step index multimode. Untuk memudahkan fabrikasi variable
coupler menggunakan plastic step index multimode tipe FD-620-10 (serat optik
diameter core besar) sebagai input, dan 2 buah plastic step index multimode tipe
FD-320-05 sebagai output. Pada input diberikan micrometer posisi yang dapat
mengatur posisi segmen secara akurat sehingga cahaya akan terbagi secara akurat
pula saat dikeluarkan melalui segmen-segmen serat output. Variable coupler ini
dapat mengubah rasio pembagiannya ke suatu nilai tertentu secara akurat. Pada
penelitian ini, Directional coupler “Variable” akan dirancang sehingga dapat
digunakan sebagai pembagi daya (power divider) dan pemecah berkas (splitter).
1.2
Rumusan Masalah
Dari penjelasan latar belakang permasalahan, dapat dirumuskan :
1.
Bagaimanakah
perumusan
dan
perancangan
Directional
Coupler
“Variable” menggunakan serat optik yang berbeda?
2.
Apakah directional coupler menggunakan metode variable coupler hasil
fabrikasi dapat digunakan sebagai pembagi daya (power divider) dan
pemecah berkas (splitter)?
3.
Apakah directional coupler menggunakan metode variable coupler hasil
fabrikasi
dan
karakterisasi
sesuai
dengan
hasil
perumusan
dan
perancangan directional coupler “variable” secara teoritis?
1.3
Batasan Masalah
1.
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah serat optik plastik (POF)
step index multimode tipe FD-620-10 dan 2 buah serat optik plastik (POF)
step index multimode tipe FD-320-05, karena menggunakan 2 buah serat
optik yang memiliki diameter yang berbeda antara output dengan input,
memungkinkan menghasilkan pembagi daya (power divider) dan pemecah
berkas (splitter).
2.
Sumber cahaya yang digunakan untuk karakterisasi directional coupler
yang dihasilkan adalah laser He-Ne, uniphase laser klasse 2 DIN 58126
dengan panjang gelombang keluaran 632,8 nm dan daya keluaran 1 mW.
1.4
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1.
Merancang peranti directional coupler serat optik step-index multimode
yang berfungsi sebagai pembagi daya (power divider).
2.
Merancang peranti directional coupler serat optik step-index multimode
yang berfungsi sebagai pemecah berkas (splitter).
3.
Merancang peranti directional coupler serat optik step-index multimode
yang sesuai dengan hasil perumusan dan perancangan directional coupler
“variable”.
1.5
Manfaat
Hasil fabrikasi dan karakterisasi peranti directional coupler “variable”
serat optik step-index multimode dapat dimanfaatkan sebagai alat bantu untuk
menemukan rasio pembagian yang paling cocok, sebelum membeli pengopel yang
akan digunakan di laboratorium atau di lapangan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Serat Optik
Serat optik adalah pandu gelombang dielektrik atau media transmisi
gelombang cahaya yang terbuat dari bahan silica atau plastik berbentuk silinder.
Serat optik terdiri dari bagian core yang dikelilingi oleh bagian yang disebut
cladding. Bagian terluar dari serat optik disebut coating yang berfungsi sebagai
pelindung. Bagian core merupakan jalur utama pemanduan gelombang cahaya
yang mempunyai indeks bias terbesar n1. Sedangkan bagian cladding mempunyai
indeks bias n2 yang nilainya sedikit lebih rendah daripada n1 (Keiser, 1991).
Skema bagian yang menyusun serat optik diperlihatkan pada Gambar 2.1 berikut:
Gambar 2.1. Skema bagian penyusun serat optik (Keiser, 1991)
Berdasarkan struktur indeks bias bahan bagian core, serat optik terbagi
menjadi dua jenis yaitu serat optik step-index dan serat optik graded-index. Serat
optik step-index, bagian core mempunyai nilai indeks bias yang seragam,
sedangkan serat optik graded-index bagian core mempunyai nilai indeks bias
yang menurun secara gradual dari sumbu serat sampai ke bidang batas cladding.
Berdasarkan jumlah moda gelombang yang terpandu, serat optik dibedakan
menjadi dua yaitu serat optik moda tunggal (singlemode) dan moda jamak
(multimode). Disebut singlemode jika hanya satu moda gelombang yang dapat
dipandu dan multimode jika moda gelombang yang terpandu lebih dari satu
(Suematzu, 1982). Perbandingan struktur serat optik multimode step-index dan
graded-index serta profil indeks biasnya diperlihatkan pada Gambar 2.2 berikut :
Gambar 2.2. Struktur serat optik multimode, step-index, graded-index
serta profil indeks biasnya (Keiser, 1991).
Secara umum, serat optik terbuat dari bahan gelas (silica) atau plastik.
Dimensi core dan cladding untuk serat optik multimode dari bahan gelas seperti
yang diperlihatkan oleh Gambar 2.2. Untuk serat optik dari bahan plastik atau
POF (Plastic Optical Fiber) umumnya multimode dengan dimensi core dan
cladding berbeda dari serat optik berbahan gelas. POF mempunyai dimensi core
jauh lebih besar dari pada cladding, khususnya untuk POF berdiameter core besar
atau large core optical fiber. Perbedaan dimensi core dan cladding antara serat
optik dari bahan gelas dan POF diperlihatkan pada Gambar 2.3 berikut :
Gambar 2.3. Dimensi core dan cladding serat optik dari bahan (a) gelas
singlemode dan multimode (b) POF multimode.
Mekanisme pemanduan gelombang cahaya dalam serat optik berdasar pada
prinsip pemantulan dalam total pada bidang batas core dan cladding sesuai hukum
Snellius. Untuk memudahkan pemahaman mekanisme pemanduan gelombang
cahaya dalam serat optik step-index, digunakan teori sinar dalam mendeskripsikan
perambatan muka gelombang cahaya seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.4
berikut :
Gambar 2.4. Sketsa perambatan sinar pada serat optik step-index.
Penerapan hukum Snellius dilakukan pada proses pemantulan dan
pembiasan sinar pada bidang batas antara dua medium yang berbeda. Sinar yang
datang dari medium rapat (n1) ke medium kurang rapat (n2) akan dibiaskan
menjauhi garis normal. Pada bidang batas antara core dan cladding dalam Gambar
2.4, jika sudut ø diperbesar secara gradual maka pada sudut tertentu sinar akan
dirambatkan pada bidang batas kedua medium yaitu bidang batas core dan
cladding (sinar tidak dibiaskan pada cladding). Sudut ø pada keadaan tersebut
dinamakan sudut kritis yang dilambangkan dengan øc. Dengan menggunakan
hukum Snellius diperoleh nilai sudut øc seperti berikut :
n1 sin ø = n2 sin ø1
dengan ø1 = 900 sehingga
n1 sin øc = n2 sin 900
n 
sin φ c =  2  ,
 n1 
 n2
 n1
φ c = arcsin

 ,

(2.1)
dengan n1 dan n2 menunjukkan indeks bias core dan indeks bias cladding. Dalam
ungkapan sudut θ melalui hubungan θ c =
π
2
− φ c , sudut kritis dapat ditulis :
π

sin φ c = sin  − θ c  ,
2

n2
= cosθ c ,
n1
 n2 
 .
n
 1
θ c = arccos
(2.2)
Untuk nilai sudut θc < θ dalam Gambar 2.4, tidak ada sinar yang dibiaskan
kedalam selubung, sehingga seluruh sinar akan terpandu dalam core serat optik.
Untuk mengetahui sudut sinar masukan pada bagian core serat optik agar
sinar dapat terpandu, diterapkan hukum Snellius pada bidang batas antara core
dan udara. Agar sinar dapat terpandu, maka sudut θ = θc dan θo = θo max demikian
persamaan Snellius menjadi :
n sin θo max = n1 sin θc ,
(2.3)
dengan n adalah indeks bias udara yang nilainya 1. Berdasarkan persamaan (2.2),
sin θ c =
1
nc
n12 − n 22 sehingga persamaan (2.3) menjadi persamaan berikut :
sin θ c max = n12 − n22 ,
(2.4)
Persamaan (2.4) menunjukkan hubungan antara sudut masukan sinar dengan
indeks bias ketiga medium yang berinteraksi. Hubungan tersebut dinyatakan
sebagai tingkap numeris atau NA (numerical aperture), sehingga nilai NA serat
optik dapat ditulis sebagai berikut :
NA = n12 − n 22 .
(2.5)
Didefinisikan beda indeks bias antara core dan cladding (∆) menurut persamaan :
∆=
n1 − n2
.
n1
(2.6)
Perbedaan nilai n1 dan n2 sangat kecil, sehingga nilai ∆ juga kecil, dengan
demikian persamaan 2.6 dapat ditulis :
NA = n1 2∆ .
(2.7)
Nilai NA untuk serat optik step-indeks berkisar antara 0,2 – 0,5 dan serat optik
graded-index di sekitar 0,2 (Hoss, 1993). Untuk serat optik step-index multimode
dari bahan plastik berdiameter core besar nilai NA antara 0,3 – 0,5 (Krohn, 2000).
2.2
Teori Moda Pada Serat Optik Step-Index
Cahaya adalah gelombang elektromegnetik yang keterkaitan antara medan
listrik (E) dan medan magnetnya (H) diperlihatkan melalui persamaan Maxwell.
Persamaan Maxwell secara umum sebagai berikut:
∇⋅ D = ρ ,
(2.8a)
∇⋅B = 0 ,
(2.8b)
∇× E = −
∂B
,
∂t
∇× H = j +
∂D
.
∂t
(2.8c)
(2.8d)
Bentuk persamaan Maxwell pada kondisi bebas muatan sumber adalah sebagai
berikut:
∇⋅D = 0,
(2.9a)
∇⋅B = 0 ,
∇× E = −
∇× H =
(2.9b)
∂B
,
∂t
(2.9c)
∂D
.
∂t
(2.9d)
Dengan hubungan D = εE dan B = µH, ε dan µ masing – masing adalah
permitivitas
dan
permeabilitas
medium.
Persamaan
(2.9c)
dan
(2.9d)
menunjukkan bahwa antara E dan H saling terkopel satu sama lain. Dengan
menerapkan operasi curl dan substitusi pada kedua persamaan sebagai berikut:
∇ × (∇ × E ) = −∇ ×
∂B
, dari hukum ∇ × (∇ × A) = ∇(∇ ⋅ A) − ∇ 2 A , maka:
∂t
∇(∇ ⋅ E ) − ∇ 2 E = −∇ ×
∇ 2 E = µ∇ ×
∇2E = µ
∂B
, karena ∇ ⋅ E = 0 , maka:
∂t
∂H
,
∂t
∂
(∇ × H ) ,
∂t
substitusi persamaan (2.9d) sebagai berikut:
∇2E = µ
∂  ∂D 

,
∂t  ∂t 
∇ 2 E = εµ
∇2E −
∂2E
,
∂t 2
1 ∂2E
=0,
c 2 ∂t 2
(2.10)
1
dengan c =
εµ
adalah kecepatan gelombang elektromagnetik di medium, dan
pada ruang vakum c0 =
∇2H −
1
ε 0 µ0
1 ∂2H
= 0,
c 2 ∂t
maka persamaan (2.9d) menghasilkan:
(2.11)
persamaan (2.10) dan (2.11) memperlihatkan medan E dan H tidak saling terkopel
satu sama lain. Secara umum persamaan (2.10) dan (2.11) dapat ditulis dalam
persamaan sebagai berikut :
1 ∂ 2ψ
∇ψ − 2 2 = 0 ,
c ∂t
2
(2.12)
Fungsi gelombang ψ merepresentasikan medan harmonik E dan H yang tidak
saling terkopel sedangkan c = (εµ )-1/2 adalah kecepatan cahaya dalam medium.
Jika ψ = U e
− j ωt
maka dari persamaan (2.12) diperoleh persamaan Helmholtz
sebagai berikut :
∇ 2U + k 2U = 0 ,
dengan
n=
k=
ω
c
(2.13)
yang merupakan konstanta perambatan. Dari hubungan
c
2π
dan k 0 =
, maka k = nk0 dengan indeks 0 menunjukkan medium
c0
λ0
vakum.
Gambar 2.5. Geometri serat optik dalam koordinat silinder (Saleh, 1991).
Dari geometri serat optik berbentuk silinder seperti yang diperlihatkan
pada Gambar 2.5 n = n1 untuk r < a (core) dan n = n2 untuk r > α (cladding).
Dalam koordinat silinder, persamaan Helmholtz mempunyai bentuk sebagai
berikut.
∂ 2U 1 ∂U 1 ∂ 2U ∂ 2U
+
+ 2
+ 2 + n 2 k 02U = 0 ,
2
2
r ∂r r ∂φ
∂r
∂z
(2.14)
dengan U = U(r,φ,z) adalah amplitudo kompleks medan E dan H serta r, φ dan z
menyatakan posisi dalam koordinat silinder. Dalam koordinat silinder, U pada
persamaan (2.11) merepresentasikan Ez dan Hz yaitu medan listrik dan magnet ke
arah z. Jika diasumsikan amplitudo kompleks merambat ke arah z dan dinyatakan
dalam bentuk :
U = U (r , φ , z ) = U (r ) e
− j ( lθ − β z )
,
(2.15)
dengan β adalah konstanta perambatan dan ℓ = 0, ± 1 , ± 2 … menunjukkan
periodisitas φ dengan periode 2π, maka persamaan (2.11) akan berbentuk :
∂ 2U 1 ∂U  2 2
l2 
2
+
+  n k 0 U − β − 2 U = 0 .
∂r 2 r ∂r 
r 
(2.16)
Syarat gelombang terpandu adalah n2k0 <
β < n1k0 untuk itu didefinisikan
parameter sebagai berikut :
dan
kτ2 = n12 k 02 − β 2 ,
(2.17a)
y 2 = β 2 − n 22 k 02 .
(2.17b)
Untuk gelombang terpandu, kτ2 dan y 2 bernilai positif dan kτ dan γ bernilai
real. kτ menyatakan komponen transversal gelombang terpandu di dalam core,
sedangkan
menyatakan komponen transversal gelombang di cladding atau
gelombang evaniscent. Dengan demikian persamaan (2.11) dapat dipisahkan
antara di core dan di cladding seperti persamaan berikut :
d 2U 1 dU  2 l 2 
+
+  kT − 2 U = 0 ,
dr 2 r dr 
r 
r ≤α
(2.18a)
d 2U 1 dU  2 l 2 
+
+  γ − 2 U = 0 ,
dr 2 r dr 
r 
r ≤α
(2.18b)
persamaan (2.15) berbentuk persamaan Bessel dengan solusi berupafungsi Bessel.
Agar fungsi tidak bernilai ∞ di r = 0 (core) dan di r ∞ (cladding), maka solusi
terbatas adalah sebagai berikut :
 J (k r ), r ≤ α
U (r )∞  1 T
,
 K1 (γr ), r ≤ α
(2.19)
Jl (x) dan Kl (x) adalah fungsi Bessel jenis pertama dan kedua orde l. Pada limit x
1, fungsi Bessel tersebut adalah sebagai berikut :
1
  1π 
 2 2
J l ( x ) =   cos  x −  l +   , x ≥ 1
 πx 
  2 2
(2.20a)
1
2
 ∂  2  4l − 1  − x
K l ( x ) =   1 +
e , x ≥ 1 .
8x 
 2x  
(2.20b)
Persamaan (2.17) menunjukkan bahwa J 1 ( x ) berosilasi, sedangkan K l ( x )
menurun secara eksponensial seiring bertambahnya x (Saleh, 1991). Dengan
demikian amplitudo kompleks medan berbentuk :
U x (r < a ) = AJ l (kτ r )e − j (lφ + aˆz ) ,
r ≤α
(2.21a)
~
U x (r > a ) = AK l (a~r )e − j (lφ + a z ) ,
r ≥α .
(2.21b)
Untuk nilai kT besar, distribusi medan di dalam core berosilasi secara cepat,
sedangkan untuk nilai a~ besar, penurunan amplitudo medan terjadi secara cepat
sehingga penetrasi medan (gelombang) di dalam cladding menjadi kecil (Keiser,
1991). Distribusi amplitudo medan di core dan cladding untuk l = 0 dan
l=3
diperlihatkan pada Gambar 2.6 berikut :
Gambar 2.6. Distribusi amplitudo medan di core dan cladding untuk orde 0 dan 1
(Saleh, 1991).
Jika persamaan (2.14a) dan (2.14b) dijumlahkan, diperoleh persamaan
sebagai berikut :
(
)
kT2 + a~ 2 = n12 − n22 k 02 = ( NA) k 02 .
2
(2.22)
Ruas paling kanan persamaan (2.19) bernilai konstan, sehingga jika nilai kT
besar, maka nilai
kecil, pada keadaan ini penetrasi medan ke cladding menjadi
besar (Saleh, 1991). Jika persamaan (2.19) dikalikan dengan a2 terdefinisi
parameter V yang berkaitan dengan keadaan cut off dengan definisi sebagai
berikut :
V =
2δ
aNA .
e0
(2.23)
Jika nilai V = 2,405, maka serat optik bertipe singlemode (Keiser, 1991). Solusi
bagi a~ ditentukan melalui syarat batas yaitu r = a komponen medan Ez dan Eφ
di dalam core dan cladding harus bernilai sama, demikian juga Hz dan Hφ.
Hubungan antara komponen Ez dan Eφ dan Hz dengan Hφ. dapat diperoleh dengan
saling mensubstitusikan diantara persamaan (2.8c) dan (2.8d), dalam koordinat
silinder hasilnya adalah sebagai berikut :
Eφ = −
j
n k 02
∂H z
 aˆ ∂E z
− l ′u ′

∂r
 r ∂φ

 ,

(2.24a)
Hφ = −
j
n k 02
∂E
 aˆ ∂H

− a&u ′ z
∂r
 r ∂φ
 .


(2.24b)
2
2
Mengacu pada persamaan (2.18) untuk nilai Ez dan Hz maka akan diperoleh Eφ
dan Hz di dalam core dan cladding. Dengan menerapkan syarat batas Ez1 – Ez2 =
0, Eφ 1 − Eφ 2 = 0 Hz1 – Hz2 = 0 dan H φ 1 − H φ 2 = 0 di r = a dengan indeks 1 dan 2
menunjukkan daerah core dan
cladding, akan diperoleh persamaan sebagai
berikut :
(lˆ + eˆ )(n k lˆ − n k eˆ ) =  aˆal   k1
2
l
l
2
1
2
0 l
2
2
2
0 l

2
a
+
1
aˆ 2

 ,

(2.25)
J ′ (k r )
K ′ (k r )
dengan : lˆl = l aˆ
dan eˆl = l aˆ .
k aˆ J l (k aˆ r )
aˆK l (aˆr )
Persamaan (2.22) adalah persamaan non linier, sehingga solusi bagi â dengan
batas n 2 k 0 < aˆ < n1 k 0 harus dilakukan dengan metode numerik (Keiser, 1991).
Solusi bagi β bernilai diskrit dengan orde l dan m seperti persamaan berikut :


β lm = n1 k 0 1 −
(l + 2m ) ∆  ,


M
(2.26)
dengan M adalah jumlah moda yang didefinisikan sebagai berikut :
M =
2.2.1
4
π
2
V2,
(2.27)
Serat Optik Multimode
Pada serat optik step-index maupun gradded-index terdapat suatu nilai
parameter yang menentukan cacah ragam yang dapat dipandu. Parameter ini
dinamakan parameter pancung dan dilambangkan dengan V, dengan V seperti
persamaan :
V=
2πa
λ
(n
2
1
− n22
)
1
2
.
(2.28)
dengan a = jari-jari teras, λ = panjang gelombang.
Bila nilai V serat optik < 2,408 maka mode (ragam) yang dapat dipandu
hanya satu dan bila nilai V ≥ 2,408 maka mode yang dapat dipandu pada serat
optik lebih dari satu (Keiser, 1984). Serat optik yang merambat lebih dari satu
mode disebut serat optik multimode dan serat optik yang hanya merambatkan satu
mode disebut serat optik singlemode. Pada serat optik multimode step-index, cacah
mode yang dapat dipandu sebesar
2.3
V2
(Snyder and Lavoe, 1983).
2
Penggunaan Desibel pada Rangkaian Serat Optik
Konsep desibel berfungsi untuk membandingkan daya yang dihasilkan
oleh sebuah rangkaian atau bagian rangkaian tertentu dengan daya yang diberikan
sebagai input. Secara sederhana desibel mengukur perbandingan antara daya
output terhadap daya input. Rumus matematika untuk desibel adalah :
 dayaout
Gain = 10 log
 dayain

dB .

(2.29)
Sebuah perangkat penguat daya (amplifier) memberikan daya output yang
lebih besar dari daya yang diterimanya sebagai input, sehingga perangkat ini
dikatakan menghasilkan penguatan daya. Dan pada perangkat attenuator adalah
kebalikan dari perangkat amplifier, yaitu bahwa perangkat tersebut menghasilkan
daya output yang lebih kecil dari daya input yang diterimanya. Dengan
menggunakan rumus yang sama untuk mencari loss (rugi daya).
Jika nilai desibel yang diperoleh adalah negatif, maka yang terjadi adalah
rugi daya (loss) atau pelemahan daya (atenuasi). Jika nilai desibel yang dihasilkan
adalah positif, maka yang terjadi adalah perolehan daya (gain) atau penguatan
daya (amplifikasi).
2.4
Penyambungan Serat Optik
Penyambungan sebuah serat optik modus jamak dengan core berukuran
besar ke serat lainnya yang memiliki ukuran yang lebih kecil, maka hanya
sebagian kecil dari cahaya yang datang dari core berukuran besar dapat masuk ke
core berukuran kecil, dan akibatnya sebagian daya cahaya akan hilang.
Besarnya rugi-rugi daya ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
 diamtercoremasuk
Loss = −10 log
 diametercorekeluar
2

 dB .

(2.30)
Efek serupa akan terjadi jika di titik persambungan terjadi perubahan nilai
apertur numerik dari serat satu ke serat yang lainnya. Nilai aperture numeric
menentukan besarnya kerucut (dan juga sudut) penerimaan (come of acceptance).
Rumus untuk menghitung rugi daya karena perbedaan aperture numeric
(dan kerucut penerimaan) adalah :
 NAmasuk
Loss = −10 log
 NAkeluar
2

 dB

2.5
Rugi-Rugi Daya Serat Optik
2.5.1
Absorpsi
.
(2.31)
Zat kotoran (impuritas) apapun yang masih tersisa di dalam bahan core
akan menyerap sebagian dari energi cahaya yang merambat di dalam serat optik,
kontaminan yang menimbulkan efek paling serius dalam ion-ion hidroksil dan zatzat logam.
Ion-ion hidroksil adalah wujud lain dari air yang akan menyerap secara
besar-besaran energi gelombang dengan panjang gelombang 1380 nm, zat-zat
logam akan menyerap energi gelombang dengan berbagai nilai panjang tertentu.
2.5.2
Pancaran Rayleigh
Pancaran Rayleigh (Rayleigh scatter) adalah efek terpencarnya cahaya
akibat terjadinya perubahan kecil yang bersifat lokal pada indeks bias bahan core
dan bahan mantel, karena terjadi di lokasi-lokasi tertentu saja di dalam bahan, dan
ukuran daerah yang terkena pengaruh perubahan ini sangat kecil, yaitu kurang
dari satu panjang gelombang cahaya.
Terdapat dua hal yang menyebabkan terjadinya fenomena ini, dan
keduanya timbul pada proses manufaktur. Pertama adalah terdapatnya
ketidakmerataan di dalam campuran bahan-bahan serat optik. Ketidakmerataan
dalam jumlah kecil dan bersifat acak mustahil untuk sepenuhnya dihilangkan.
Kedua adalah pergeseran-pergeseran kecil pada kerapatan bahan yang biasanya
terjadi saat kaca silica mulai membeku dan menjadi padat.
Salah satu lokasi ‘cacat’ ini dan efek pancaran Rayleigh yang
ditimbulkannya diilustrasikan dalam Gambar 2.7. Dalam Gambar diperlihatkan
bahwa cahaya terpecah dan terpencar ke segala arah. Semua komponen pancaran
sinar yang kini merambat dengan sudut datang kurang dari sudut kritis akan dapat
menembus mantel dan hilang sebagai rugi daya.
Intensitas pancaran Rayleigh bergantung pada ukuran daerah perubahan
relatif terhadap panjang gelombang cahaya yang bersangkutan. Sehingga, cahaya
dengan panjang gelombang paling kecil, atau frekuensi tertinggi, akan paling
besar terkena dampak pancaran ini.
Gambar 2.7. Cahaya terpencar ke segala arah (Crisp dan Elliott, 2008).
2.5.3
Pemantulan Fresnel
Ketika sinar cahaya menumbuk sebuah titik perubahan indeks bias dan
terpencar ke segala arah, komponen pancaran yang merambat dengan sudut
datang mendekati garis normal (900) akan langsung lewat menembus bidang
perbatasan. Akan tetapi, tidak semua bagian dari cahaya yang datang dengan
sudut mendekati garis normal akan menembus bidang perbatasan. Sebagian yang
sangat kecil dari cahaya itu akan terpantul balik di bidang perbatasan.
Efek ini dapat menjadi masalah bagi cahaya yang meninggalkan ujung
output serat optik, seperti gambar 2.8. Di titik ini, terjadi perubahan seketika dari
indeks bias core ke indeks bias udara yang ada di luar serat optik. Efek yang sama
juga terjadi pada arah yang berlawanan. Sebagian sangat kecil dari cahaya yang
datang dan hendak memasuki serat optik akan terpantul balik oleh bidang
perbatasan udara dan core, seperti dalam Gambar 2.9.
Seberapa besar proporsi cahaya yang menembus bidang perbatasan dan
seberapa besar yang terpantul balik ditentukan oleh besarnya perubahan indeks
bias di bidang perbatasan, dan dapat ditentukan menggunakan rumus :
 n − n2
daya terpantul =  1
 n1 + n 2



2
.
(2.32)
Gambar 2.8. Pemantulan Fresnel (Crisp dan Elliott, 2008)
Gambar 2.9. Pemantulan Fresnel di setiap bidang batas (Crisp dan Elliott, 2008).
2.7
Respon Beam Splitter
Efisiensi dari Beam Splitter yang diberikan pada sebuah frekuensi yang
ditunjukkan pada rumusan :
ε = 4 R0T0 ,
(2.33)
dengan R0 dan T0 adalah nilai refleksi dan transmisi Beam Splitter. Hal ini terkait
dengan frekuensi (ω) pada panjang gelombang yang satuannya sentimeter (cm),
skala panjang gelombang linear dengan energi foton (1eV=80cm-1) dan kebalikan
dari panjang gelombang ruang hampa. Efisiensi maksimum ditemukan pada R0
dan T0 = 0.5, dengan nilai ε = 1. Untuk material bebas, nonabsorbing, parallelside dan thin dielectric frekuensi tergantung pada refleksi dan transmisi yang
dirumuskan :
R0 =
T0 =
2 R 2 (1 − cos δ )
,
1 + R 2 − 2 R cos δ
(1 − R )
(2.34)
2
1 + R 2 − 2 R cos δ
,
(2.35)
dengan δ = 4πωnd cos θt adalah perubahan fase relatif diantara dua sinar tampak
yang berdekatan, d adalah tebal film, n adalah indeks refraksi, θt adalah sudut
beam di dalam film ke permukaan normal, dan R adalah refleksi pantulan tunggal
dari bahan (untuk sudut bukan nol dari yang timbul dari R0 dan T0 tergantung dari
polarisasi).
Persamaan ini berosilasi dengan periode δ, pemantulan (refleksi) mencapai
maksimum ketika transmisinya minimum dan sebaliknya. Kedua persamaan
memenuhi kondisi R0 + T0 = 1. Demikian juga, efisiensi beam splitter terjadi saat
δ = 2m π untuk m = 1, 2, 3, … dan kedekatan maksimalnya δ = (2m – 1) π; tapi ini
dibatasi pada beam splitter pada interval pertama. Dengan catatan, jika R0 > 0.5
pada frekuensi δ = (2m – 1) π, yang akan menjadi sebuah nilai minimum pada saat
δ maksimum.
Radiasi polarisasi dengan permukaan elektrik paralel pada hasil yang
ditimbulkan dinotasikan oleh p radiasi polarisasi dengan lapisan elektrik tegak
lurus (perpendicular) pada hasil yang ditimbulkan dinotasikan oleh s. Untuk sudut
tidak nol (nonzero) yang dihasilkan pada beam splitter, reflektansi untuk radiasi
p-polarisasi dan s-polarisasi memiliki rumusan yang berbeda :
tan 2 (θ i − θ t )
,
tan 2 (θ i + θ t )
(2.36a)
sin 2 (θ i − θ t )
Rs =
,
sin 2 (θ i + θ t )
(2.36b)
Rp =
dengan θi dan θt adalah sudut yang dihasilkan dan transmisi, berturut-turut, dan
berhubungan dengan n =
sin θ i
.
sin θ t
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dikerjakan di Laboratorium Optik dan Aplikasi Laser
Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Kampus
C pada Juli 2009 sampai Desember 2009.
3.2
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang diperlukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Serat optik step index multimode tipe FD-620-10.
Berdasarkan pengukuran pada penelitian sebelumnya, serat optik tipe ini
memiliki diameter core dan cladding masing-masing sebesar 950 µm dan
50 µm. Diameter serat optik yang besar memudahkan dalam proses
penelitian.
2.
Serat optik step index multimode tipe FD-320-05.
Serat optik tipe ini memiliki diameter 500 µm. Dengan serat optik ini yang
diameternya lebih kecil, diharapkan bisa menghasilkan pembagi daya
(power divider) dan pemecah berkas (beam splitter).
3.
Mikrometer posisi
Berfungsi untuk menggeser serat optik masukan, sehingga memberikan
variasi kopling.
4.
Batang besi.
Dipakai untuk membuat rumahan (home) serat optik yang akan digunakan
sebagai variable coupler.
5.
Pegas
Digunakan untuk memberikan daya dorong pada home pada saat dilakukan
proses variasi kopling.
Alat-alat yang dibutuhkan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Pemotong serat Optik
Berfungsi untuk memotong serat optik.
2.
Pengupas jaket serat optik
Berfungsi untuk memudahkan pengupasan jaket serat optik supaya
kebocoran sinar pada serat optik saat pengupasan dapat diminimalisasi.
3
Mikroskop dengan penggeser berskala (skala terkecil 5 µm)
Mikroskop ini digunakan untuk melakukan pengukuran pergeseran
berskala dalam menentukan diameter core dan tebal cladding pada serat
optik. Pengukuran ini dilakukan karena nilai diameter core dan cladding
tidak tercantum pada data spesifikasi, yang tercantum hanya diameter serat
optik yaitu 1 mm.
4.
Mikrovoltmeter
Berfungsi untuk mengukur besar nilai tegangan keluaran detektor optik.
5.
Detektor OPT 101
Detektor ini beroperasi baik pada daya rendah, mempunyai kepekaan yang
tinggi pada daerah dekat panjang gelombang cahaya merah. Detektor ini
berfungsi untuk mendeteksi perubahan daya optik cahaya optik akibat
pergeseran.
6.
Laser He-Ne
Laser He-Ne uniphase laser klasse 2 DIN 58126 dengan panjang
gelombang 632,8 nm dan keluaran 1 mW. Panjang koherensi laser ini
sekitar 20 cm (Vest, 1979) yang digunakan sebagai sumber cahaya.
7.
Statif
Digunakan untuk menyangga home dari variable coupler.
3.3
Prosedur Penelitian
3.3.1
Perancangan Directional Coupler “Variable”
Dalam penelitian perancangan directional coupler “variable” dengan
menggunakan dua jenis serat optik multimode ini dengan membuat home
(rumahan) terlebih dahulu, konsep perancangan directional coupler “variable”
dilihatkan pada gambar 3.1.
Gambar 3.1. Rancang konsep directional coupler “variable”
Pada gambar terdapat dua serat optik multimode yang memiliki diameter
yang berbeda-beda, pada port 1 (P) menggunakan serat optik 620-10 yang
berdiameter 1000 µm, sedangkan port 2 (Q1 dan Q2) menggunakan 2 buah serat
optik tipe 320-05 yang memiliki diameter 500 µm. Kedua port digabungkan
dengan nilai gap adalah nol.
Jika port P pada Gambar 3.1 bertindak sebagai port masukan, dengan
mengambil analogi dari teori moda terkopel untuk pandu gelombang planar single
mode, maka sebagian berkas cahaya (amplitude medan) akan terkopel masuk
menuju port keluaran Q1 dan port keluaran Q2 dengan besar rasio kopling
tertentu. Karena adanya perbedaan diameter serat optik antara port masukan (P)
dan dua port keluaran (Q1 dan Q2), akibatnya tidak semua berkas cahaya terkopel
ke port keluaran, sehingga timbul adanya losses (rugi daya) pada variable coupler.
port 1
serat optik input
port 2
serat optik output
Gambar 3.2. Pandu gelombang pada serat optik dalam rancang bangun
directional coupler “variable”
Pada saat berkas cahaya dari port 1 menuju kearah kedua port 2 dengan nilai gap
adalah nol, maka berkas cahaya tersebut terkopel pada serat optik output.
3.3.2
Fabrikasi Directional Coupler “Variable”
Seperti yang dijelaskan sebelumnya, proses fabrikasi directional coupler
“variable” menggunakan dua jenis serat optik. Serat optik jenis FD 620-10
dengan diameter 1000 µm digunakan sebagai input berkas cahaya, dan dua buah
serat optik jenis FD 320-05 berdiamater 500 µm digunakan sebagai output berkas
cahaya
yang selanjutnya akan diukur daya keluarannya menggunakan
mikrovoltmeter.
Langkah-langkah fabrikasi directional coupler “variable” sebagai berikut:
1.
Dua jenis serat optik dipotong ujungnya, diusahakan pemotongannya
presisi dan rata, untuk mencegah terjadinya rugi daya yang terlalu besar.
2.
Kupas jaket kedua serat optik dengan memakai pengupas jaket serat optik
pada ujung yang dipotong dengan panjang kurang lebih 50 mm, yang
kemudian akan diletakkan pada home (rumahan) directional coupler
”variable” nanti.
3.
Sebelum meletakkan kedua serat optik, terlebih dahulu membuat 2 buah
home dari batang besi yang telah diberi lubang sesuai dengan diameter
serat optik FD 620-10 dan 2 buah serat optik FD 320-05.
4.
Home tersebut diberi dua buah mikrometer posisi di sebelah samping dan
atas, dan juga diberi pegas yang letaknya berlawanan arah dengan
mikrometer posisi yang ditunjukkan pada gambar 3.3.
Gambar 3.3. Rancang bangun home directional coupler “variable”
5.
Letakkan serat optik pada home, peletakan serat optik harus paten tidak
boleh bergeser karena akan terjadi gap yang akan menyebabkan adanya
rugi daya yang terlalu besar.
6.
Agar tidak terjadi pergeseran pada serat optik, maka serat optik tersebut
diberi perekat yang kuat.
3.3.3
Konversi Tegangan Keluaran Detektor OPT ke Daya Optik
Konversi dilakukan dengan cara mengumpankan cahaya keluaran laser ke
salah satu ujung serat optik tunggal dengan panjang tertentu melalui 2 buah
polarisator. Selain itu, detektor diletakkan pada ujung yang lain untuk menerima
cahaya keluaran dari ujung tersebut, kemudian data keluarannya bisa terbaca oleh
Mikrovoltmeter. Pada saat pengambilan data, keadaan awal sudut polarisator
ditempatkan pada posisi 90o Selanjutnya pengambilan data tegangan keluaran
detektor dilakukan setiap sudut polarisator bergeser 5o sampai sudut polarisasi
pada posisi 0o. Nilai konversi tegangan keluaran detektor terhadap daya optik
keluaran diperoleh dari nilai slop grafik hubungan linier antara tegangan keluaran
detektor terhadap daya optik laser yang diumpankan pada serat optik. Jika nilai
koefisien korelasi (R2) mendekati 1, artinya hubungan antara data daya optik
terhadap tegangan keluaran detektor linier. Berikut merupakan contoh persamaan
nilai slop grafik hubungan linier antara tegangan keluaran detektor terhadap daya
optik.
Gambar 3.4. Susunan alat konversi tegangan keluaran detektor terhadap
daya optik
Pada saat pengambilan data, keadaan awal sudut polarisator ditempatkan
pada posisi 900 selanjutnya pengambilan data tegangan keluaran detektor
dilakukan setiap sudut polarisator bergeser 50 sampai sudut polarisasi pada posisi
00. Nilai konversi tegangan keluaran detektor terhadap daya optik keluaran,
diperoleh dari nilai slop grafik hubungan linear antara tegangan keluaran detektor
terhadap daya optik yang diumpankan pada serat optik. Jika nilai koefisien
korelasi (R2) mendekati 1, artinya hubungan antara daya optik terhadap tegangan
keluaran detektor linear. Berikut contoh persamaan nilai slop grafik hubungan
linear antara tegangan keluaran detektor terhadap daya optik.
Y = AP + B .
(3.1)
Daya optik (P) dengan satuan mW, hasil konversi tegangan keluaran detektor ke
daya optik adalah P = V x A. Dengan V merupakan tegangan keluaran pada
detektor [V], dan A adalah faktor konversi tegangan keluaran detektor ke daya
optik[mW/V]. Jika yang tertera 10 mW, sedangkan tegangan keluaran detektor
yang terbaca a V, maka nilai konversi tegangan keluaran detektor terhadap daya
adalah 1 V = 10/a mW. Berikut disajikan tabel pengambilan data untuk konversi
tegangan keluaran detektor terhadap daya optik keluaran.
Gambar 3.5. Contoh grafik hubungan linier antara tegangan keluaran
detektor terhadap daya optik
Tabel 3.1. Data untuk konversi tegangan keluaran detektor terhadap daya
optik keluaran.
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Sudut
Polarisator
(θ )
900
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
00
Daya Optik
Awal P0
(mW)
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
Daya Optik P
(mW)
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
P = P0 Cos2 θ
Tegangan
Keluaran
Detektor
(V)
Keluaran
Detektor
tanpa
Noise (V)
Setelah dilakukan konversi tegangan keluaran detektor terhadap daya optik
masukan, selanjutnya disusun set up alat directional coupler “variable” dengan
menggunakan peralatan yang ditunjukkan pada gambar 3.6.
Gambar 3.6. Set up alat directional coupler “variable”
Peralatan ini terdiri dari sumber laser He-Ne yang panjang gelombangnya
632,4 dengan daya keluaran 1 mW, 2 polarisator untuk memvariasi daya keluaran
optik dari laser, dan detektor OPT untuk mendeteksi daya optik pada masingmasing port keluaran (Q1 dan Q2). Mikrovoltmeter digunakan untuk membaca
tegangan keluaran detektor.
Penelitian ini meenggunakan dua arah variasi pergeseran, yakni dengan
memberikan pergeseran arah port input(P) secara horizontal dan vertikal. Cara
kerjanya dengan mengumpankan cahaya keluaran laser ke port masukan (P) dan
mengukur daya optik kedua port keluaran (Q1 dan Q2) yang terdeteksi oleh
detektor OPT yang dikonversi menjadi tegangan keluaran detektor pada
mikrovoltmeter secara bergantian. Pengambilan data dari sudut polarisator (θ)
yang menghasilkan daya yang paling besar, kemudian dilakukan variasi kopling
dengan posisi pertama tidak ada kopling cahaya kemudian digeser dengan
mikrometer posisi setiap 0.01 mm, kemudian dicatat data tegangan keluaran
detektor pada kedua port keluaran (Q1 dan Q2) secara bergantian dan posisi
pergeseran variasi kopling sampai didapatkan fungsi pembagi daya (power
divider) dan pemecah berkas (beam splitter).
Tabel 3.2 Tabel untuk mencatat data keluaran pada directional
coupler “variable” pada posisi masukan horizontal
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
…
…
Daya Port 1
(mW)
Pergeseran
(mm)
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
…
1
Daya Output
(mW)
Q1
Q2
Tabel 3.2 Tabel untuk mencatat data keluaran pada directional
coupler “variable” pada posisi masukan vertikal
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
…
…
Daya Port 1
(mW)
Pergeseran
(mm)
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
…
1
Daya Output
(mW)
Q1
Q2
DAFTAR PUSTAKA
Crisp, John and Barry Elliott. 2006. Serat Optik : Sebuah Pengantar. Jakarta:
Penerbit Erlangga.
Hoss, R.J. 1993. Fiber Optics, second edition. New Jersey: Prentice – Hall.
Keiser, G. 1984. Optical Fiber Communication. New York: Mc Graw Hill.
Krohn, D.A. 2000. Fiber Optik Sensor, Fundamental and Aplication, 3rd. New
York: ISA.
Saleh, B.H.A., Teich, M.C. 1991. Fundamental of Photonics. John Wiley &
Sons, Inc.
Snyder, A.W., and Lavoe, J.D. 1983. Optical Wave Guide Theory. New York:
Chapman & all.
Suematzu, Y., Iga, K. 1982. Introduction to Optical Fiber Communication. John
Willey & Sons, Inc.
Supadi, Yono, H.D., Gatut, Y.,(2006). “Fabrikasi dan Karakterisasi Directional
Coupler Sebagai Devais Pembagi Daya (Power Devider)”. JFA, Vol. 2,
No.1, hal 060106-1 - 060106-6.
Download