PENGARUH PERUBAHAN KONSENTRASI CLADDING TERHADAP LOSS POWER SERAT OPTIK SINGLEMODE SMF-28

Transkripsi

1 PENGARUH PERUBAHAN KONSENTRASI CLADDING TERHADAP LOSS POWER SERAT OPTIK SINGLEMODE SMF-28 Sujito, Arif Hidayat, Firman Budianto Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang Telah dilakukan penelitian yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh perubahan cladding terhadap loss power pada serat optik singlemode step index tipe SMF-28. Metode yang digunakan adalah mengelupas cladding serat optik pada bagian tengah sepanjang kurang lebih 10 cm dengan menggunakan scrub. Bagian serat optik tanpa cladding dicelupkan seluruhnya pada larutan gliserin. Nilai konsentrasi larutan gliserin divariasi mulai 10%, 20%, 30%, 40%, 50% 60%, 70%, 80%, 90%, dan 100%. Pengukuran dilakukan dengan alat optical power meter untuk menentukan daya keluaran dan loss test set sebagai sumber. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa analisis nilai viskositas yang paling besar yaitu pada gliserin dengan konsentrasi 100%. Loss power paling kecil memiliki perbedaan setiap panjang gelombang yang digunakan, yaitu untuk λ= nm pada konsentrasi larutan 20%, λ= nm pada konsentrasi larutan 30%, λ= pada konsentrasi larutan 10%, dan yang terakhir λ= pada konsentrasi larutan 30%. Kesimpulan yang dapat diambil adalah jika viskositas larutan gliserin dinaikkan, maka akan mengakibatkan nilai indeks bias cladding naik, sehingga nilai loss power juga akan naik. Kata Kunci: Loss power, Cladding, serat optik PENDAHULUAN Memanfaatkan salah satu karakteristik serat optik sebagai sensor, maka salah satu aplikasi dari serat optik adalah mencari pengaruh perubahan cladding terhadap loss power. Hal ini dapat dilakukan dengan memvariasi viskositas suatu fluida. Pemanfaatan serat optik ini dapat digunakan sebagai pengecekan suatu produk makanan cair misalnya susu, minyak goreng, pelumas dan lain sebagainya. Serway adan Jewett. berpendapat bahwa viskositas (kekentalan) dapat dianggap sebagai gesekan dibagian dalam suatu fluida [1]. Pernyataan tersebut sebagai dasar dari sifat fluida yang mengalir, yaitu semakin besar viskositas fluida maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir dan juga menunjukkan semakin sulit suatu benda untuk bergerak dalam fluida tersebut. Viskositas setiap bahan memiliki nilai yang berbeda-beda. Hal ini mempengaruhi nilai indeks bias cladding yang mengakibatkan nilai loss power pada serat optik juga berbeda, misalnya kekentalan minyak goreng berbeda dengan kekentalan oli atau pelumas [2]. Fenomena tersebut telah banyak diteliti dengan berbagai macam cara, beberapa yang pernah dilakukan adalah Ariyanti & Mulyono otomatisasi pengukuran koefisien viskositas zat cair dengan menggunakan gelombang ultrasonic [3]. Wang Tang yaitu an optical fiber viscometer based on long-period fiber grating technology and capillary tube mechanism [4]. Masih banyak juga penelitian yang mengaplikasikan viskositas suatu zat cair, misalnya pelumas, larutan gula [5]. Rancangan penelitian ini memiliki desain sederhana namun tingkat efisiensi tinggi, yaitu meletakkan serat optik yang hanya menyisakan core saja pada wadah yang telah berisi zatcair untuk ditentukan loss power akibat perbedaan viskositas. Hasil pengukuran dapat digunakan langsung untuk menentukan nilai loss power serat optic sebagai tujuan dari penelitian. Tujuan yang ingin dicapai adalah menentukan loss power akibat perbedaan viskositas zat cair sebagai variasi cladding menggunakan serat optik single mode step index type SMF-28 sebagai media transmisi cahaya. Gambar 1. Rambatan Gelombang pada Singlemode Step Index Singlemode step index memiliki perubahan indeks bias antara core dan cladding yang drastis. Serat optik jenis ini, hanya memiliki satu jenis perambatan gelombang yang mengakibatkan tidak akan terjadi pelebaran pulsa pada outputnya [6].

2 Serat optik singlemode step index tidak terjadi disperse, maka akan mampu mentransmisikan informasi dengan bandwith yang besar [7]. Serat optik ini memiliki diameter core sebesar 9 μm [8]. Berikut adalah gambar perambatan gelombang pada serat optik singlemode step index. SMF-28 adalah salah satu jenis serat optik singlemode step index. Serat optik ini memiliki atenuasi yang baik pada panjang gelombang 1550 nm. Serat optik ini memiliki disperse 0 pada panjang gelombang 1313 nm, dan nilai slopenya 0,086 ps/(nm 2.km). Penentuan nilai dispersi pada serat optik ini menggunakan persamaan sebagai berikut [9,10]. D(λ) = λ ps/(nm. km).. (1) dimana: D = dispersi (ps/(nm.km) λ = panjang gelombang (nm) λ = panjang gelombang tanpa dispersi/dispersi = 0 (nm) S = slope tanpa dispersi/ dispersi = 0 (ps/nm 2.km) BAHAN DAN METODA Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan gliserin, Aquades, Alkohol, Tisu, dan Serat Optik Tipe SMF-28. Peralatan yang digunakan adalah Optical Power Meter Anritsu CMA5, Gelas Ukur, Pipet, Loss Test Set Anritsu CMA50, Scrub Fiber Optic, dan Viskometer Koehler Cannon- Ferske Routine Viscometer for Transparent Liquid. Pengambilan data dilakukan dengan memvariasi zat cair, yaitu larutan gliserin dengan variasi konsentrasi 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%. Variasi larutan gliserin dilakukan dengan menggunakan campuran aquades dengan target volume akhir larutan adalah 100 ml. Hasil masing-masing larutan akan dihitung viskositasnya menggunakan viskometer. Penentuan viskositas larutan didapat dari waktu alir larutan untuk mengalir pada set alat, kemudian mengolah menggunakan persamaan [9] V = c t (2) dimana : V = nilai viskositas kinematik c = konstanta alat (0, mm 2 /s) t = waktu alir Langkah berikutnya adalah mengelupas cladding serat optik SMF 28 sepanjang 10 cm menggunakan scrub. Kedua ujung serat optik yang telah diberi konektor masing-masing dihubungkan ke loss test set dan optical power meter. Selanjutnya mengatur loss test set dan optical power meter hingga mendapatkan panjang gelombang yang sama untuk keduanya. untuk mengetahui perubahan loss power diketahui dengan menggunakan serat optik SMF-28. Serat optik yang digunakan, dihilangkan claddingnya pada bagian tengah sepanjang kurang lebih 10 cm menggunakan alat scrub. Optical Power Meter Serat Optik Tanpa Cladding Cairan Gliserin Serat Optik Menggunakan Cladding Gambar 2. Skema Penelitian Loss Test Set Meletakkan serat optik yang telah hilang claddingnya pada larutan gliserin yang telah divariasi konsentrasinya. Loss power dihitung dari hasil daya output yang terlihat pada optical power meter. Untuk membersihkan lapisan core dari larutan sebelumnya, maka digunakan alkohol 96% untuk membersihkannya dengan tisu halus. HASIL DAN DISKUSI Penelitian ini menggunakan empat panjang gelombang yang berbeda, yaitu nm, nm, nm, dan nm. Pengujian menggunakan panjang gelombang tersebut dilakukan untuk mengamati hubugan loss power dan viskositas larutan gliserin. Data hasil penelitian disajikan dalam lampiran. Penentuan viskositas larutan didapat dari waktu alir larutan untuk mengalir pada set alat, kemudian mengolah menggunakan Persamaan 2. Data hasil penelitian menunjukkan nilai viskositas larutan gliserin berbanding lurus terhadap konsentrasinya. Viskositas gliserin paling besar terjadi pada larutan gliserin dengan konsentrasi 100%, dan nilai viskositas gliserin paling kecil terjadi pada larutan gliserin dengan konsentrasi 10%. Larutan gliserin dengan konsentrasi 10% memiliki campuran aquades paling banyak dibanding larutan gliserin dengan konsentrasi lain. Kondisi campuran memperlihatkan adanya gesekan yang terjadi dalam lapisan-lapisan larutan gliserin 10% menjadi lebih kecil. Hal ini ditunjukkan dengan waktu alirnya yang semakin singkat, sehingga mengakibatkan nilai viskositasnya kecil. Larutan gliserin dengan konsentrasi 100%

3 memiliki campuran aquades yang paling sedikit dibandingkan konsentrasi lain. Ini menyebabkan gesekan yang terjadi pada lapisan-lapisan larutan gliserin menjadi lebih besar. Hal tersebut terlihat dengan waktu alir paling lama, dan menunjukkan nilai viskositas pada konsentrasi ini paling besar. Viskositas di dalam larutan timbul karena adanya gesekan dalam lapisan-lapisan larutan, sehingga semakin besar nilai gesekan yang terjadi pada larutan maka semakin besar nilai viskositasnya, dan begitu juga untuk viskositas yang bernilai kecil. Larutan gliserin dengan konsentrasi 10% dan nilai viskositas kecil, mempengaruhi nilai indeks bias larutannya, karena larutan ini memiliki konsentrasi yang kecil mengakibatkan kecepatan cahayanya lebih besar dibanding larutan lain, sehingga nilai indeks biasnya kecil. Sebaliknya, untuk nilai larutan gliserin dengan konsentrasi 100% dan nilai viskositas paling besar, memiliki nilai indeks bias paling besar karena kecepatan cahayanya paling kecil. Indeks bias larutan berbanding terbalik dengan kecepatan cahaya pada larutan tersebut, dan banyak penelitiaan yang telah membuktikannya. Ini menjadi dasar bahwa nilai indeks bias pada larutan gliserin berbanding lurus terhadap nilai konsentrasinya, yaitu semakin besar nilai konsentrasi larutan maka semakin besar pula nilai indeks biasnya, dan sebalinya Gambar 3. Grafik Hubungan dan nm Perbedaan nilai indeks bias pada larutan gliserin sebagai pengganti cladding ini, menyebabkan perbedaan juga pada nilai loss power serat optik SMF-28, terlihat pada Lampiran 2. Hasil analisis tersebut secara keseluruhan membuktikan bahwa semakin besar nilai indeks bias yang dihasilkan akibat meningkatnya nilai konsentrasi larutan gliserin, maka semakin besar pula nilai loss power yang dihasilkan. Hal ini dapat dilihat dari analisa grafik hubungan loss power dan viskositas larutan gliserin untuk setiap panjang gelombang. Gambar 3 menunjukkan bahwa terdapat penurunan yang terjadi ketika konsentrasi 20% dan 30%, mengakibatkan kurang liniernya grafik yang dihasilkan untuk panjang gelombang nm. di atas 30% memiliki kelinieran yang cukup baik, karena grafik yang terbentuk cenderung mendekati bentuk garis lurus. Nilai loss power terkecil pada panjang gelombang nm terdapat saat konsentrasi 20%. Pada panjang gelombang yang digunakan adalah nm, grafik yang didapatkan sebagai berikut. Gambar 4 Grafik Hubungan dan nm Gambar 5. Grafik Hubungan dan nm Gambar 4 menunjukkan terjadi penurunan nilai loss power yang cukup jelas ketika konsentrasi 20% dan 30%, mengakibatkan kurang liniernya grafik. Ketika konsentrasi diatas 40%, nilai loss powernya mulai meningkat. Tetapi pada grafik tersebut, kurang memiliki kelinieran yang cukup baik karena grafik tidak memiliki bentuk yang mendekati garis

4 lurus. Nilai loss power terkecil untuk panjang gelombang nm ketika konsentrasi 30%. Pada panjang gelombang nm, grafik hubungan yang didapat sebagaimana dalam Gambar 5. Grafik ini tidak menggambarkan penurunan nilai loss power pada konsentrasi tertentu. Terlihat dengan meningkatnya nilai loss power seiring nilai konsentrasinya, sehingga cenderung membentuk garis lurus yang linier. Nilai loss power terkecil pada panjang gelombang nm ketika konsentrasi 10%. Panjang gelombang terakhir yang digunakan adalah nm. Hasil yang didapatkan sebagaimana dalam Gambar 6 berikut Gambar 6. Grafik Hubungan dan nm Gambar 6 menunjukkan penurunan loss power yang jelas pada konsentrasi 20%, 30%, dan 40%, mengakibatkan bentuk grafik menjadi kurang linier. Tetapi ketika nilai menunjukkan nilai konsentrasi 50%, loss power yang dihasilkan mulai meningkat seiring kenaikan konsentrasinya. Grafik pada Gambar 6 memiliki kelinieran cukup baik ketika nilai konsentrasi di atas 50% karena cenderung membentuk garis lurus yang linier. Nilai loss power terkecil untuk panjang gelombang nm terdapat ketika konsentrasi 30%. Penyebab meningkatnya nilai loss power adalah perbedaaan sudut datang menuju cladding dan sudut pantul melebihi sudut kritis yang terjadi pada proses perambatan cahaya. Proses perambatan pada serat optik SMF-28 menggunakan pemantulan bukan pembiasan dikarenakan jenis serat optik singlemode step index. Pemantulan total pada serat optik diawali penerapan hukum Snellius yaitu [10] n sin θ = n sin θ Maka sin θ harus lebih kecil dari sin θ, karena nilai indeks bias core pada penelitian ini sebesar 1,5 dan nilai indeks bias udara adalah 1. Proses ini terjadi ketika masuknya sumber cahaya dari optical power meter menuju serat optik. Ketika cahaya akan masuk dalam proses pemanduan menuju loss test set, ada beberapa proses yang mengakibatkan perbedaan nilai loss power setiap konsentrasi. Hal ini karena adanya perbedaan sudut kritis yang disebabkan adanya perbedaan indeks bias cladding. Berkas cahaya datang akan membias mendekati garis normal, yang menyebabkan berkas cahaya cenderung merambat secara diagonal menuju pusat teras atau perbatasan antara core dan cladding. Agar perambatan ini terjadi, maka besar sudut pemantulannya harus lebih besar dari sudut kritis, dimana besar sudut kritis adalah [11] θ = arcsin n n dalam penelitian ini indeks bias core bernilai 1,5 dan cladding memiliki nilai indeks bias kurang dari 1,48. Nilai tersebut adalah nilai indeks bias larutan gliserin konsentrasi 100%. Nilai indeks bias cladding semakin menurun seiring dengan menurunnya konsentrasi. Hal ini mengakibatkan nilai θ berubah sehingga mempengaruhi besarnya loss power, yaitu semakin besar nilai viskositasnya menyebabkan meningkatnya indeks bias cladding yang berakibat pada meningkatnya loss power. Hasil penelitian ini menyempurnakan penelitian sebelumnya yang berhubungan dengan sensor indeks bias, yang hanya memiliki nilai kelinieran pada konsentrasi tertentu. Loss power pada penelitian ini disebabkan oleh beberapa faktor yaitu loss kopling, loss konektor. Kedua loss tersebut memiliki pengaruh yang besar dibandingkan dengan loss yang lain. Namun kedua loss tersebut diabaikan dengan melakukan kalibrasi terlebih dahulu pada serat optic SMF-28. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil adalah perubahan konsentrasi larutan gliserin sebagai pengganti cladding pada serat optik tipe SMF 28 memiliki hubungan yang linier atau sebanding, yaitu semakin besar viskositas larutan gliserin sebagai variasi cladding maka semakin besar pula nilai loss power dan sebaliknya. REFERENSI 1. Serway, R., A., and John W. Jewett, Jr Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, Eighth edition. Dartmouth Publishing, Inc. USA. 2. Budianto, Anwar Metode Penentuan Koefisien Kekentalan Zat Cair Dengan Menggunakan Regresi Linear Hukum Stokes. Makalah disajikan dalam Seminar Nasional

5 SDM Teknologi Nuklir, Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-Batan, Yogyakarta, Agustus Arianti, Eka Suci. & Mulyono, Agus Otomatisasi Pengukuran Koefisien Viakositas Zat Cair Menggunakan gelombang Ultrasonik. Jurnal Neutrino, 2 (2): Wang, Jian-Neng. & Tang, Jaw-Luen An Optical Fiber Viscometer Based on Long- Periode Fiber Grating Technology and Capilary Tube Mechanism. Jurnal Sensors, (Online), 10: , ( 5. El-Sherif, Mahmoud., Bansal, Lalitkumar. & Yuan, Jainming Fiber Optic sensors for Detection of Toxic and Biological Threats. Jurnal Sensors, (Online), 7: , 6. Penyaluran dan Pusat Penyaluran Beban Jawa Bali Panduan Pemeliharaan Scada & Telekomunikasi. Jakarta: PT. PLN. 7. Wahyudi, M Megenal Teknologi Kabel Serat Optik (Fiber Optic). (Online), ( diakses 27 Desember Palais, Joseph C Introduction to System of optical fiber communication (Online), ( om), diakses 20 Desember Product Information Corning SMF-28 Optical Fiber. Canada: Corning. 10. Hecht, Eugene Optics Fourth Edition. Addison-Wesley. 11. Crisp, John and Barry Elliot Serat Optic: Sebuah Pengantar. Jakarta: Erlangga.

6 Lampiran Hasil PerhitunganViskositas Waktu Konstanta Viskositas 10 3, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,3 0, , ,8099 0, ,6741 Hasil Perhitungan pada nm DayaKeluaran (dbm) DayaKeluaran (Watt) (db) 10% -6,8+0,2 0,7621 0, % -6,79+0,2 0,762 0, % -6,8+0,2 0,7621 0, % -6,83+0,2 0,7622 0, % -6,87+0,2 0,7624 0, % -6,89+0,2 0,7626 0,711 70% -6,92+0,2 0,7627 0, % -6,94+0,2 0,7628 0, % -6,98+0,2 0,7631 0, % -7,01+0,2 0,7632 0,7148 Hasil Perhitungan pada nm DayaKeluaran (dbm) DayaKeluaran (db) (db) 10% -6,52+0,2 0, ,699 20% -6,5+0,2 0, , % -6,49+0,2 0, , % -6,52+0,2 0, ,699 50% -6,56+0,2 0, , % -6,57+0,2 0, , % -6,63+0,2 0, , % -6,63+0,2 0, , % -6,67+0,2 0, , % -6,68+0,2 0, ,7042

7 Hasil Perhitungan pada nm DayaKeluaran (dbm) DayaKeluaran (db) (db) 10% -7,07+0,2 0, , % -7,09+0,2 0, , % -7,1+0,2 0, , % -7,12+0,2 0, , % -7,15+0,2 0, , % -7,16+0,2 0, , % -7,2+0,2 0, , % -7,21+0,2 0, , % -7,24+0,2 0, , % -7,25+0,2 0, ,7223 HasilPerhitungan pada nm DayaKeluaran (dbm) DayaKeluaran (db) (db) 10% -6,25+0,2 0, , % -6,17+0,2 0, , % -6,12+0,2 0, , % -6,19+0,2 0, , % -6,28+0,2 0, , % -6,3+0,2 0, , % -6,33+0,2 0, , % -6,34+0,2 0, , % -6,38+0,2 0, , % -6,42+0,2 0, ,6958