KARAKTERISASI FIBER BRAGG GRATING (FBG) TIPE UNIFORM DENGAN MODULASI AKUSTIK MENGGUNAKAN METODE TRANSFER MATRIK

Transkripsi

1 KARAKTERISASI FIBER BRAGG GRATING (FBG) TIPE UNIFORM DENGAN MODULASI AKUSTIK MENGGUNAKAN METODE TRANSFER MATRIK Pipit Sri Wahyuni Pembimbing Prof. Dr. rer. nat. Agus Rubiyanto, M.Eng.Sc

2 ABSTRAK

3 Abstrak Karakterisasi Fiber Bragg Grating (FBG) dianalisa menggunakan komputasi metode transfer matrik berdasarkan teori moda tergandeng (couple-mode) yang menggambarkan interaksi moda terpandu. Analisis dilakukan pada jenis FBG tipe uniform dari serat optik single mode dengan menggunakan parameter panjang kisi 1-40mm, perubahan indeks bias dan panjang gelombang inframerah 1300nm- 1550nm. Hasilnya adalah puncak refleksi meningkat seiring dengan bertambahnya panjang kisi dan perubahan indeks bias. Puncak refleksi maksimum mencapai 100% setelah panjang kisi mencapai 20mm. Lebar pita FWHM menurun dengan bertambahnya panjang kisi dan berkurangnya nilai perubahan indeks bias FBG, mengalami pelebaran dengan semakin besar panjang gelombang yang digunakan. Lebar pita yang sempit menunjukan kisi dapat digunakan sebagai filter panjang gelombang. Untuk modulasi akustik sebesar 2-5 MHz menunjukkan penambahan panjang gelombang terefleksi pada kiri-kanan panjang gelombang utama dari refleksi dan transmisi Kata kunci : FBG, transfer matrik, akustik, refleksi, lebar pita

4 PENDAHULUAN

5 Kelebihan FBG adalah kemampuannya dalam memfilter panjang gelombang pada serat optik, dapat dilakukan dengan cara memvariasikan beberapa parameter seperti perubahan indeks bias dalam fiber, panjang, dan periode kisi. Latar Belakang Dikarakterisasi FBG FBG adalah jenis serat optik yang indeks bias intinya berubah secara periodik, yang menyebabkan FBG dapat berfungsi sebagai refleksi dan transmisi permanen dengan efek photosensitif

6 Rumusan Masalah 1 Bagaimana mengkarakterisasi spektrum FBG tipe uniform tanpa dan dengan modulasi akustik menggunakan metode transfer matrik? Tujuan 1 2 Mengkarakterisasi spektrum FBG dengan metode transfer matrik Mengkarakterisasi spektrum FBG dengan modulasi akustik menggunakan metode transfer matrik

7 Manfaat 1 2 Mengetahui karakterisasi spektrum FBG dengan menggunakan metode transfer matrik Mendesain FBG dengan karakteristik spektrum yang telah didapatkan Batasan Masalah 1 2 FBG yang digunakan adalah tipe kisi uniform dari serat optik moda tunggal, step indeks Metode transfer matrik digunakan untuk menganalisis spektrum FBG

8 KAJIAN PUSTAKA

9 FBG Fiber Bragg Grating (FBG)?? Serat optik yang memiliki variasi periodik indeks bias inti yang terdistribusi dalam bentuk kisi. (Johannes, 2000). Refleksi Transmisi

10 Struktur FBG Struktur FBG besertaspektrum transmisi dan refleksinya

11 Fabrikasi FBG Mengeluarkan acrylate Coating Langkah Fabrikasi FBG Meng-expose fiber ke cahaya UV Preannel Me-recoat fiber.

12 Pembuatan Kisi Fase Mask UV Kisi Orde Difraksi -1 Orde Difraksi 1 Interferensi

13 Pembuatan Kisi Fabrifikasi FBG dengan menggunakan teknik phase mask

14 Interference Pattern (Pola interferensi) Laser Beam Splitter Cermin 1 Cermin 2 Fiber

15 Writing FBG ke inti serat dengan tehnik interference pattern

16 Prinsip Kerja FBG Input signal Output signal λ λ Λ Cladding Bragg Grating Core λbragg=2nefλ Back reflected signal λ Reflektivity>99% bandwidth~0.2nm Skema prinsip kerja sebuah FBG

17 Keuntungan&Kekurangan Keuntungan Ukuran kecil, sederhana. Imunitas trhdp interferensi em, matrial dielektrik dan kemungkinan sensing yang terdistribusi FBG dapat berfungsi sbg refleksi, filter dan insertion loss<<. Respon spektrum FBG bergantung pada perubahan lingkungan (suhu dan tekanan) FBG memiliki refleksi tinggi dan bandwith yang sempit pada panjang gelombang braggnya Kekurangan Dibutuhkan recover sinyal refleksi yaitu optikal sirkulator agar tidak menimbulkan noise. Pada panjang gelombang λ Bragg, FBG mengalami loss transmisi disebabkan oleh cahaya yang direfleksikan ke dalam mode cladding pada fiber.

18 Aplikasi Sistem komunikasi serat optik. Penyetabil panjang gelombang untuk laser Narrow band WDM add/drop filter. Dispersion Compensation. Gain-Fl attening filter. Kisi untuk filter laser. Fiber Grating Sensor. Sebagai sensor pengukuran dengan cara mengukurtemperaturdan strain. FBG sensor untuk tekanan dan medan magnet dinamik.

19 Jenis jenis FBG Jenis-jenis FBG

20 Teori Couple-Mode Moda tergandeng pada refleksi dan transmisi

21 Bragg Grating Bragg Grating dg periode konstan

22 FWHM Gelombang Akustik Taper Taper PZT Silica horn FBG Holder Aplikasi modulasi akustik pada salah satu sisi Modulasi akustik diaplikasikan pada salah satu sisi dg frekuensi 2-5MHz dengan mengasumsikan daya akustik awal sama dengan nol.

23 METODE PENELITIAN

24 Skema langkah penelitian Memilih struktur tipe FBG yaitu uniform Mencari parameter dalam FBG dengan teori couple mode Menerapkan dengan metode transfer matrik Menerapkan ke dalam komputasi Plot karakteristik spektrum Melakukan untuk kondisi tanpa dan dengan modulasiakustik

25 Langkah Pendekatan dalam komputasi Menentukan Matrik Transfer Mengaplikasikan dalam FBG Karakterisasi FBG dengan modulasi akustik Karakterisasi FBG tanpa modulasi akustik

26 Metode Transfer Matrik

27 Pada FBG, diberikantransfer matriksebagai berikut Dengan Detuning Koef kopling ac Gamma Koef kopling dc

28 Menentukan Refleksi dan Transmisi Input Refleksi Input R(-L/2)=1 Output S(L/2)=0 Output

29 Koefisien Refleksi dan Transmisi Refleksi Transmisi

30 HASIL dan PEMBAHASAN

31 Karakterisasi FBG tanpa Modulasi akustik Parameter yang digunakan Parameter yang digunakan Parameter konstan Parameter yang diubah indeks bias efektif jumlah kisi (M) panjang gelombang desain panjang gelombang awal dan akhir Panjang Kisi Indeks modulasi Panjang Gelombang

32 Panjang Kisi refleksi (a.u) panjang gelombang(nm) 1 transmisi (a.u) panjang gelombang(nm) Pola Refleksi dan Transmisi dg panjang kisi 1 mm

33 1 0.8 refleksi (a.u) panjang gelombang(nm) transmisi (a.u) panjang gelombang(nm) Pola Refleksi dan Transmisi dg panjang kisi 40 mm

34 refleksi 0.5 transmisi L=1e-3 L=5e-3 L=10e-3 L=15e L=1e-3 L=5e-3 L=10e-3 L=15e Panjang gelombang (nm) panjang gelombang (nm) Pola Refleksi dan transmisi dg panjang kisi 1-15 mm

35 refleksi 0.5 transmisi L=20e-3 L=25e-3 L=30e-3 L=35e-3 L=40e L=20e-3 L=25e-3 L=30e-3 L=35e-3 L=40e Panjang gelombang (nm) panjang gelombang (nm) Pola Refleksi dan Transmisi dg panjang kisi mm

36 Refleksi pada Bragg grating /periode kisi pendek kopling antara perambatan moda dalam arah yang berlawanan. R= ρ 2 Transmisi/periode kisi panjang kopling perambatan moda gelombang dalam arah yang searah T= τ Refleksi (a.u) FWHM (nm) panjang kisi (mm) panjang kisi (mm) Hubungan antara panjang kisi dan refleksi Hubungan antara panjang kisi dan FWHM

37 Perubahan Indeks Modulasi refleksi 0.5 transmisi dn=1e-4 dn=2e-4 dn=3e-4 dn=4e-4 dn=5e dn=1e-4 dn=2e-4 dn=3e-4 dn=4e-4 dn=5e Panjang gelombang (nm) panjang gelombang (nm) Pola Refleksi&transmisi dg perubahn n dg l=1 mm

38 refleksi 0.5 transmisi dn=1e-4 dn=2e-4 dn=3e-4 dn=4e-4 dn=5e dn=1e-4 dn=2e-4 dn=3e-4 dn=4e-4 dn=5e Panjang gelombang (nm) panjang gelombang (nm) Pola Refleksi&transmisi dg perubahn n dg l=40mm Pada pola refleksi dan transmisi, tampak panjang gel max yang bernilai

39 Refleksi (%) delta n= delta n= delta n= delta n= delta n= Panjang kisi (mm) Hubungan antara panjang kisi dengan koefisien refleksi

40 FWHM (nm) delta n= delta n= delta n= delta n= delta n= Panjang kisi (mm) Hubungan antara panjang kisi dengan FWHM

41 1 1 refleksi (a.u) 0.5 refleksi (a.u) panjang gelombang(nm) panjang gelombang(nm) 1 transmisi (a.u) 0.5 transmisi (a.u) panjang gelombang(nm) panjang gelombang(nm) Pola refleksi dan transmisi dengan panjang gelombang 1300nm d 1550nm

42 Pembahasan Ketika cahaya dilewatkan ke FBG tipe uniform, periode konstan maka sebagian panjang gelombang (2(n eff )/Λ) akan direfleksikan dan yang lain ditransmisikan. Untuk kisi uniform, koefisien self kopling dc (σ) dan koefisien self kopling ac (K) adalah konstan. Komputasi dilakukan panjang kisi 1mm-40mm. Puncak refleksi bernilai 100% ketika panjang kisi 20mm, artinya setelah 20 mm tidak ada panjang gelombang yang ditransmisikan atau detuning sama dengan nol atau cahaya yang direfleksikan ke dalam mode cladding pada fiber. Penambahan panjang kisi seiring dengan penambahan puncak refleksi. R(L,λ)=tanh 2 (KL). Nilai (KL) digunakan untuk mengukur adanya kekuatan kisi yang mengindikasikan puncak refleksi maksimum

43 Pada dasarnya untuk membentuk FBG digunakan exposure sinar UV yang mengubah indeks bias secara permanen. Sunita P. Ugale (2011) dalam penelitiannya tentang karakterisasi FBG pada refleksi maksimum menggunakan perubahan indeks bias 0,003; 0.005; dan 0.010; refleksi maksimum yang terjadi seiring dengan kenaikan perubahan indeks bias dan panjang kisi. Panjang gelombang maksimal mengalami pergeseran ke kanan ketika terjadi penambahan perubahan indeks bias, yang sebanding dengan panjang gelombang desain

44 Dengan ModulasiAkustik Parameter yang digunakan Indeks bias effektif Periode Panjang gelombang desain 1550nm Panjang gelombang awal dan akhir 1499nm dan 1551nm jumlah kisi (M)=100, visibilitas(v) =1 perubahan indeks bias panjang kisi 10mm periode konstan sebesar m. Modulasi akustik dengan mengasumsikan frekuensi 2-5MHz.

45 Refleksi(a.u) Panjang gelombang (nm) Transmisi(a.u) Panjang gelombang (nm) Pola refleksi dan transmisidengan modulasi akustik Hz

46 Ketika gelombang akustik dengan frekuensi tinggi dilewatkan pada FBG, maka bidang kisi akan tertekan dan terekspansi. Hasil modulasi regangan secara periodik mengakibatkan penambahan pita frekuensi hingga nampak pada kedua sisi spektrum refleksi kisi. Fenomena ini dikenal sebagai modulasi kisi, dimana kisi periodik dimodulasikan oleh gelombang akustik, pengaplikasiannya dapat ditemukan pada tunable reflector dan Q-Switch DFB Hasil eksperimen oleh M.Delgadro. Pinar, 2006

47 KESIMPULAN

48 Dari hasil analisis serta kajian pustaka terhadap karakterisasi FBG refleksi dan transmisi dengan menggunakan metode transfer matrik, pada panjang gelombang inframerah nm, panjang kisi 1-40mm, perubahan indeks bias maka dapat disimpulkan beberapa hal yaitu puncak refleksi meningkat seiring dengan bertambahnya panjang kisi dan perubahan indeks bias. Puncak refleksi maksimum mencapai 100% setelah panjang kisi mencapai 20mm. Lebar pita FWHM menurun dengan bertambahnya panjang kisi dan berkurangnya nilai perubahan indeks bias FBG, mengalami pelebaran dengan semakin besar panjang gelombang yang digunakan. Lebar pita yang sempit menunjukan kisi dapat digunakan sebagai filter panjang gelombang. Sedangkan untuk modulasi akustik sebesar 2MHz, 3MHz, 4MHz dan 5MHz menunjukkan penambahan panjang gelombang terefleksi pada sisi kiri-kanan panjang gelombang

49 TERIMA KASIH

50