POWER LAUNCHING. Ref : Keiser. Fakultas Teknik Elektro 1

Transkripsi

1 POWER LAUNCHING Ref : Keiser Fakultas Teknik Elektro 1

2 Penyaluran daya optis dr sumber ke fiber : Fiber : NA fiber Ukuran inti Profil indeks bias Beda indeks bias inti-kulit Sumber : Ukuran POWER LAUNCHING Radiansi/brightness (daya yg diradiasikan pd satu satuan sudut ruang tiap satuan luas permukaan emisi [W/(Cm.steradial)]) Distribusi daya angular Fakultas Teknik Elektro

3 Penyaluran daya dr sumber ke fiber Efisiensi gandengan, ukuran daya emisi sumber yg dpt digandeng ke fiber : P F : daya yg digandeng ke fiber P S : daya yg diemisikan oleh sumber P P F S Daya yg digandeng ke fiber radiansi Parameter radiansi lebih penting dr daya keluaran total dlm efisiensi gandengan Fakultas Teknik Elektro 3

4 Pola keluaran sumber Sistem koordinat bola utk pencirian pola emisi sumber cahaya Fakultas Teknik Elektro 4

5 LED emisi permukaan memiliki pola keluaran lambertian yi sumber sama cerah jika dilihat dr setiap arah. Daerah proyeksi permukaan emisi bervariasi cos θ thd arah penglihatan daya dikirim pd sudut θ bervariasi cos θ (diukur relatif thd garis tegak lurus permukaan emisi). 50 o Optical source Cos o Cos 50 o Pola radiansi sumber lambertian dan keluaran lateral dioda laser sangat terarah. Keduanya memiliki B o normalisasi = 1 Fakultas Teknik Elektro 5

6 Pola emisi sumber lambertian : B B cos, o B o : radiansi sepanjang garis tegak lurus thd permukaan emisi. LED emisi ujung dan laser memiliki pola emisi yg lebih komplek. Perangkat tsb memiliki radiansi berbeda pd bidang sejajar B(θ,0) dan bidang tegak lurus B(θ,90) thd bidang emisi. Radiansi dpt didekati dng formula umum : B sin cos T L B cos B cos L : koefisien distribusi daya lateral (bil asli) L = 1 lambertian 1, T : koefisien distribusi daya transversal (bil asli) T : umumnya jauh lebih besar dr L (laser L > 100) 0 Fakultas Teknik Elektro 6 0

7 Contoh Dioda laser memiliki HPBW θ = 10 o pada arah lateral (Ф = 0 o ) Hitung L. Berarti : sin Ф = 0 dan cos Ф = 1 Shg B(θ=5 o, Ф=0 o ) = B o (cos 5 o ) L = ½ B o Jadi : L = log 0,5/log(cos 5 o ) = log 0,5/log 0,996 = 18 Fakultas Teknik Elektro 7

8 Perhitungan gandengan daya Gambar sumber optik digandeng ke fiber optik. Daya diluar sudut penerimaan akan loss/hilang Fakultas Teknik Elektro 8

9 Serat Step Index Daya diteruskan ke fiber : P LED,step = P s (NA) P LED,step = (a/r s ) P s (NA) r s a r s > a P s = r s B 0 ; r s : jari-jari daerah aktif (Cm); B 0 : radiansi sepanjang garis tegak lurus terhadap permukaan emisi (W/(cm.sr)); sr = steradian NA : numerical aperture serat optik a : jari-jari inti serat (Cm). Fakultas Teknik Elektro 9

10 Contoh LED, r s = 35 μm, pola emisi lambertian pd arah aksial 150 W/(Cm.sr) Fiber step index 1 : a 1 = 5 μm, NA = 0,0 Fiber step index : a = 50 μm, NA = 0,0 Bandingkan daya di gandeng oleh kedua fiber tsb. Fakultas Teknik Elektro 10

11 Fakultas Teknik Elektro 11 a r P n P s s LED GI 1 1, a r n B a P s LED GI 1 1 0, Serat Graded Index r s a Jika indeks bias medium n berbeda dgn indeks bias inti n 1, daya digandeng ke fiber berkurang dgn faktor : 1 1 n n n n R P coupled = (1-R) P emitted R : faktor koefisien refleksi Fresnell di permukaan ujung fiber r s > a

12 Gandengan daya thd panjang gelombang Daya optk yg digandeng ke fiber tidak tergantung pd panjang gelombang tetapi hanya brightness/radiansi. Pd fiber optik MM, jumlah modus yg menjalar : M an Daya diradiasikan setiap modus P S /M, dr sumber pd suatu panjang gelombang tertentu : P M S B o Dr kedua pers tsb, dua sumber dengan panjang gelombang berbeda tetapi memiliki radiansi yg sama menghasilkan gandengan ke fiber sama besarnya. 1 Fakultas Teknik Elektro 1

13 Keseimbangan NA Suatu sumber sering dilengkapi dgn flylead. NA fly = NA f dan a fly = a f loss gandengan kecil Beberapa puluh meter pertama modus tak merambat dlm fiber terjadi excess power loss : LED emisi permukaan terpengaruh efek tsb Laser kurang terpengaruh Modus yg menjalar terjadi keseimbangan setelah beberapa puluh meter (sekitar 50 m) Daya di ttk keseimbangan : NA P eq P50 NA - P 50 : daya diharapkan pd ttk 50 m berdasar launch NA (NA in ) eq in Fakultas Teknik Elektro 13

14 Keseimbangan NA Contoh perubahan NA sbg fungsi panjang fiber Fakultas Teknik Elektro 14

15 Peningkatan gandengan Jika luas permukaan sumber > luas inti fiber daya dpt dpt digandeng maksimum. Jika luas permukaan sumber < luas inti fiber utk meningkatkan efisiensi perlu dipasang lensa mini yg diletakkan diantara sumber dan fiber. Fungsi lensa mini utk (seolah-olah) memperbesar daerah emisi sumber shg sepadan dng daerah permukaan inti fiber. Jika faktor pembesaran daerah emisi M daya yg digandeng ke fiber akan meningkat dgn faktor yg sama. Masalah dlm penggunaan lensa kesulitan pabrikasi dan penanganannya (taper ended fiber) Fakultas Teknik Elektro 15

16 Beberapa skema pelensaan yang mungkin utk peingkatan efisiensi gandengan sumber ke fiber Fakultas Teknik Elektro 16

17 Asumsi : Microsphere tanpa bayangan Lensa bulat memiliki indeks bias n ±,0 Media celah udara (n = 1) Daerah emisi lingkaran Permukaan pengemisi terletak di fokus lensa Lensa gaussian : n s ' n q n ' n r s : jarak sumber dr pusat lensa q : jarak bayangan dr pusat lensa n : indeks bias lensa n : indeks bias media celah r : jari-jari kelengkungan lensa Fakultas Teknik Elektro 17

18 LED dgn lensa microsphere Fakultas Teknik Elektro 18

19 Konvensi : - Cahaya menjalar dr kiri ke kanan - Jarak objek diukur ke kiri positip, kekanan negatip - Jarak bayangan ke kanan positip, kekiri negatip - semua permukaan cembung dilihat dr sumber memiliki jari-jari kelengkungan positip dan permukaan cekung jari-jari negatip Dengan q =, n =,0; n = 1 dan r = - R L maka diperoleh: S = f = R L Berarti fokus terletak di ttk A. Menempatkan LED di dekat permukaan lensa, perbesaran daerah emisi M : L S R M r R r Fakultas Teknik Elektro 19 S L

20 Daya dpt di gandeng ke fiber dgn sudut penerimaan penuh θ : P L P S R r S L sin P S : daya keluaran total sumber tanpa lensa Efisiensi gandengan maksimum : max a rs NA 1 utk utk r S a r S a NA NA Fakultas Teknik Elektro 0

21 Fakultas Teknik Elektro 1

22 Gandengan dioda laser - fiber Darihasil pengukuran Laser memiliki pola emisi dgn Full Width at Half Maximum (FWHM) : Bidang tegak lurus : o Bidang sejajar : 5 10 o Near field sejajar : 3 9 μm Distribusi keluaran angular > sudut penerimaan fiber dan daerah emisi << luas penampang inti fiber dpt digunakan lensa bulat, silindris atau fiber taper utk meningkatkan efisiensi. Fakultas Teknik Elektro

23 Fiber collimator Pigtail collimator Fakultas Teknik Elektro 3