aplikasi directional coupler serat optik mode jamak

SIDANG TESIS
Sekilas Tentang Judul Thesis
Judul Proposal :
OPTIMALISASI PARAMETER FABRIKASI
DIRECTIONAL COUPLER SEBAGAI DIVAIS
PEMECAH BERKAS (POWER SPLITTER ) PADA
INTERFEROMETER
Judul tesis :
INTERFEROMETER MICHELSON BERBASIS
DIRECTIONAL COUPLER SERAT OPTIK
MULTIMODE SEBAGAI SENSOR GETARAN
APLIKASI DIRECTIONAL COUPLER SERAT
OPTIK MODE JAMAK (MULTIMODE) SEBAGAI
SENSOR GETARAN BERBASIS
MODULASI INTENSITAS
oleh :
Edy Hariyanto
Dosen Pembimbing :
Prof. Dr.rer.nat Agus Rubiyanto, M.Eng.Sc.
Dengan melakukan analisa
getaran yang dihasilkan
suatu obyek, melakukan
tindakan yang paling tepat
Perkembangan Serat optik
dapat diaplikasikan sebagai
sensor
LATAR
BELAKANG
Memanfaatkan directional
coupler sebagai sensor
getaran berbasis modulasi
intensitas
Pemanfaatan serat optik
sebagai sensor getaran
dengan teknik
interferometri
Bagaimana Membangun DC
dari serat optik multimodestep indeks dengan
pendekatan metode (FBT).
Bagaimana
mengoptimalisasi
parameter DC sebagai
pembagi daya (power
divider).
Perumusan
Masalah
Bagaimana memanfaatkan
Directional Coupler sebagai
sensor getaran berbasis
modulasi intensitas
Batasan Masalah
• Directional Coupler dibangun dari serat optik plastik
multimode-step indeks FD-620-10.
• Karakterisasi Directional Coupler menggunakan laser
dioda panjang gelombang 630 nm - 680 nm dengan
asumsi semua berkas cahaya masuk ke dalam serat optik
• Karakterisasi dilakukan dengan mengukur tegangan
keluaran detektor optis sehingga diperoleh parameterparameter coupling ratio (CR), Crosstalk (Ct), excess loss
(Le) dan insertion loss (Lins).
• Fabrikasi directional coupler dilakukan dengan panjang
kopling lebih besar dari 25 mm
• Pengujian menggunakan cermin pemantul digetarkan
menggunakan piezoelektrik yang dimodulasi dari
pembangkit gelombang (function generator)
Melakukan fabrikasi
Directional Coupler dari
serat optik dengan
pendekatan metode Fused
Biconical Taperred (FBT)
Merancang sensor getaran
dengan menggunakan
Directional Coupler berbasis
modulasi intensitas
TUJUAN
Karakterisasi Directional
coupler
Pengujian parameter
Sensor
Serat Optik
• Serat optik merupakan pandu gelombang dielektrik atau
media transmisi gelombang cahaya yang terbuat dari bahan
silica atau plastik berbentuk silinder. Serat optik terdiri dari
bagian core dan cladding.
• Fraksi indeks bias (fractional refractive index):
n1 − n2
n1 − n2
∆=
≈
2
n1
2n1
2
2
• Berdasarkan karakteristik dari struktur dan sifat
transmisinya, serat optik dapat diklasifikasikan menjadi dua
yaitu serat optik moda tunggal (single mode fiber) dan serat
optik moda jamak (multimode fiber).
NA = sin θ a =
n1 − n2
2
2
Persamaan Maxwell
• untuk bahan dielektrik isotropis :
persamaan gelombang
Persamaan Helmholtz
• bahan dielektrik yang bersifat nonmagnetik, sehingga
permeabilitasnya sama dengan permeabilitas ruang
hampa,
• Hubungan antara kecepatan dan indeks bias
• Medan listrik dan polarisasi listrik terinduksinya
berosilasi dengan frekuensi sudut ω, yang dapat
Maka :
dinyatakan
Persamaan Pandu Gelombang Silinder
(Serat Optik)
• Misal gelombang optik merambat melalui pandu
gelombang silinder pada arah sumbu z,
• Persamaan gelombang dalam koordinat silinder
merupakan persamaan diferensial orde kedua yang memiliki dua
solusi independen berupa fungsi silindris yang memenuhi
Persamaan Bessel [27].
Persamaan Dasar dan Batasan Fisis
Pada Serat Step Indeks
• Persamaan ini merupakan persamaan diferensial
orde kedua yang memiliki dua solusi independen
berupa fungsi silindris yang memenuhi Persamaan
Bessel [27].
d
Medan di Dalam Inti dan Cladding
Serat Step Indeks
• Medan harus bernilai tertentu di dalam inti serat optik.
Pemilihan fungsi silinder di dalam inti serat optik harus
bernilai terbatas pada r = 0
Untuk r < a mempunyai penyelesaian berupa bentuk
pertama fungsi Bessel orde v.
• Medan di dalam inti serat optik memiliki bentuk tertentu
yaitu meluruh secara eksponensial pada jarak yang besar
dari pusat serat optik.
Untuk r > a penyelesaian diperoleh dari fungsi Bessel
termodifikasi bentuk kedua
Sistem Mode Terkopel
• Ketika jarak pisah antara kedua pandu gelombang
mengecil, maka kedua pandu gelombang terkopel
bersama dan muncul mode normal baru yaitu
mode simetri dan mode asimetri Ψe dan Ψo yang
masing-masing merambat dengan tetapan
propagasi βe dan βo
• Kuantitas kopling tergantung seberapa besar
overlaping secara spasial antara mode normal
pada satu daerah pandu gelombang
16
• Dalam bentuk ekspresi Intensitas cahaya yang
dirambatkan dalam pandu gelombang I dan II
masing-masing adalah [8]:
17
• prosentase intensitas cahaya yang
dirambatkan pada pandu gelombang I dan II
terhadap intensitas masukannya
Dengan :
18
Transfer Daya Dalam
Directional Coupler
100
50
0
• Daya gelombang yang merambat pada kedua
pandu gelombang bervariasi secara periodic.
Perpindahan daya dari pandu gelombang I ke
pandu gelombang II berlangsung manakala
F=1, yaitu Δ=0
• Kondisi sinkron kedua fasa gelombang ini
menghasilkan daya maksimum pada jarak
π/2 disebut
π 3π/2 2π
4π
5π
3π
yang
satu panjang
kopling
[8]:
F=1,0 ; Δ=0
F=0,4 ; Δ≠0
Directional Coupler
• merupakan sistem mode terkopel
• Untuk serat optik tanpa losses persamaan yang berlaku
untuk menyatakan besarnya daya yang terkopel adalah:
Efek kopling yang terjadi
ketika
suatu
berkas
dipindahkan dari satu pandu
gelombang
ke
pandu
gelombang yang lainnya
20
• Sebuah directional coupler 2 x 2 dapat
dinyatakan sebagai matrik transfer uniter :
21
Parameter-parameter pokok dalam
divais Directional coupler optik
1.Splitting atau Coupling Ratio (CR ) :
2. Insertion loss, (Lins) :
3.Excess loss (Le), adalah Rugi daya total :
4.Direcitivity atau Crosstalk :
22
Modulasi Amplitudo dan Modulasi Intensitas
• Modulasi merupakan proses mengubah parameter
suatu sinyal (sinyal pembawa atau carrier) dengan
menggunakan sinyal yang lain (yaitu sinyal
pemodulasi yang berupa sinyal informasi)
• Modulasi Amplitudo, dengan factor gain dikontrol
oleh sinyal modulasi x(t) :
23
Jika gelombang termodulasinya adalah
sinusoidal, maka gelombang AM dinyatakan :
ωc
frekuensi pembawa
masing-masing Upper sideband, USB dan
Lower sideband, LSB
24
• Modulasi intensitas pada prinsipnya hampir
sama dengan modulasi amplitude (AM) tetapi
berbeda dalam satu hal penting. Daya ratarata dari gelombang yang ditransmisikan,
mempunyai amplitude yang bervariasi
terhadap x(t):
25
METODE PENELITIAN
• Pembuatan Alat Pengupas Jaket
Serat Optik
• Pembuatan
Pemoles Serat
TahapAlat
Persiapan
Optik
• Pembuatan Alat Penggandeng
Tahap Pembuatan
• Pembuatan Directional Coupler
dan karakterisasi
• Karakterisasi
Directional
Directional Coupler
Coupler
Tahap
SetupGetaran
Directional
• Set
Up Sensor
• Pengujian
parameterSensor
sensor
Coupler sebagai
Getaran dan Pengujian
27
Pembuatan Directional Coupler
Hasil polesan
Serat Optik 1
Port A-1
Port B-1
L
Serat Optik 2
gap
Diikat
menggunakan
benang
Port A-2
Port B-2
Dilem epoxy dan
dimasukkan ke dalam
pipa
Directional Coupler
Set Up Alat Untuk Karakterisaasi
Polarisator
Laser
Port A-1
Port B-1
Port A-2
Port B-2
Voltmeter
30
Set Up Alat Untuk Karakterisaasi
Setup sensor getaran
Port
deteksi
Port
sensing
Setup sensor getaran
Laser dioda
Directional
coupler
Penyangga
fotodetektor
Pencacah
Frekuensi
Cermin uji
dengan
piezoelektrik
Laser
fotodetektor
Directional
coupler
Penyangga
Cermin uji
dengan
piezoelektrik
mikrometer
voltmeter
ANALISA DATA
DAN PEMBAHASAN
Data Hasil Karakterisasi Directional Coupler
Data Hasil Karakterisasi Directional Coupler
Pengujian jarak port sensing terhadap
obyek pengukuran pada frekuensi 100Hz
Pengujian sensor pada frekuensi uji 0-2000Hz
Kalibrasi dan Fungsi Transfer
Beberapa Karakteristik Statis Sensor
–
–
–
–
Fungsi transfer
: y= 0,999X + 0,919
Zero offset
: 0.919
Faktor linearitas (R2) : 1
Besarnya sensitivitas sensor dilakukan dengan melihat
perbandingan perubahan output terhadap perubahan
input, adalah 0,999
Pembahasan
• Parameter hasil fabrikasi DC tidak sama untuk tiap port
masukan. Perbedaan nilai-nilai tersebut terjadi salah
satunya disebabkan ketaksimetrisan sepanjang daerah
kopling antara kedua serat optik dan daerah ujung
polesan pada saat proses penggabungan pasangan
serat optik.
• Parameter directional coupler yang telah difabrikasi,
dapat disimpulkan bahwa semua telah memenuhi
standar
• Frekuensi getaran maksimum yang hanya 1873 Hz
bukan disebabkan kemampuan sensor yang rendah,
tetapi disebabkan oleh getaran piezoelektrik saat
pengujian yang tidak dapat dideteksi oleh sensor.
Kesimpulan
• Telah dilakukan fabrikasi directional coupler dari serat
optik mode jamak dengan pendekatan metode FBT ( Fused
Biconical Taperred )
• Directional coupler hasil fabrikasi mempunyai parameter
CR=0,498, Lins=3,005dB, Le=0,014dB, dan Ct=24,987dB
dimanfaatkan sebagai divais pembagi daya (power divider)
dalam sensor getaran berbasis modulasi intensitas.
• Secara umum pengujian terhadap karakteristik statis setup
sensor getaran memberikan hasil yang cukup baik, yang
menunjukkan bahwa sensor dapat digunakan sebagai
instrumen/ alat pengukur getaran
• Kekurangan sensor adalah hanya mampu mengukur
getaran dengan amplitudo yang ‘cukup’ besar, sedangkan
untuk getaran yang kecil, sensor tidak mampu mendeteksi.
Saran
• Perlu dilakukan upaya meningkatkan kemampuan
sensing yang lebih dapat mendeteksi getaran yang
amplitudonya kecil, salah satunya dengan menambah
kemampuan fotodetektor agar lebih peka terhadap
perubahan intensitas masukan.
• Perlu dilakukan pengujian terhadap jangkauan frekuensi
yang bisa diukur oleh sensor menggunakan perangkat
yang lebih baik.
• Bisa dikembangkan sebagai sensor multichanel dengan
membuat directional coupler NxN
• Perlu dikembangkan sensor getaran menggunakan
directional coupler dengan metode interferometry.
Akhirnya kami ucapkan…
SELAMAT MENYONGSONG
RAMADHAN 1432 H
TERIMAKASIH DAN MOHON MAAF..