Optical Waveguide berstruktur gabungan antara Loop dan Directional berbasis Mach Zehnder Interferometer

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR FISIKA 2013 Optical Waveguide berstruktur gabungan antara Loop dan Directional berbasis Mach Zehnder Interferometer Wina Indra Lavina, Yono Hadi Pramono M.Eng Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITS, Surabaya 60111, INDONESIA 1 TA WINA (2013)

2 Latar Belakang Perkembangan teknologi Integrasi Optoelektronik sirkuit Struktur Pandu Gelombang memiliki fungsi masing masing Kombinasi struktur dan fungsi Pandu gelombang akan memberikan efek elekto-optik pada bahan linear Propagasi gelombang dalam struktur ini dianalisa dengan metode simulasi beda hingga FDBPM Metode ini berhasil menganalisa propagasi pada banyak struktur. (Pramono,2000)(Asnawi,2003)(Fifin,2004)(mutmainnah 2006) 2

3 Penelitian ini: Optical Waveguide berstruktur gabungan antara Loop dan Directional berbasis Mach Zehnder Interferometer Asnawi (2004) ANALISIS PANDU GELOMBANG MODEL INTERFEROMETER MACH ZEHDER DENGAN BAHAN SISISPAN BAHAN TAK LINEAR UNTUK GERBANG LOGIKA NOT MUTMAINNAH (2006) KARAKTERISTIK PANDU GELOMBANG OPTIS KOMBINASI LARIK DAN Y-BRANCH DENGAN CLADDING BAHAN TAK LINEAR UNTUK GERBANG LOGIKA X-OR WINA INDRA LAVINA(2012) Optical Waveguide berstruktur gabungan antara Loop dan Directional berbasis Mach Zehnder Interferometer 3

4 Permasalahan 1. Bagaimana pengaruh pemberian input kontrol berupa pandu gelobang lurus terhadap salah satu lengan pandu gelombang Mach Zehnder Interferometer (MZI) 2. Bagaimana karakteristik daya keluaran terhadap fungsi gap pada pandu gelombang gabungan loop dan directional berbasis Mach Zehnder Interferometer (MZI). 4

5 Tujuan 1. Mengetahui pengaruh pemberian input kontrol berupa pandu gelobang lurus pada salah satu lengan pandu gelombang Mach Zehnder Interferometer (MZI) 2. Mengetahui Pengaruh gap pada daya keluaran pandu gelombang gabungan loop dan directional berbasis Mach Zehnder Interferometer (MZI). 5

6 Batasan Masalah Gelombang optik yang dianalisa adalah TE nol (m=0) Pandu Gelombang MZI adalah pandu gelombang berbahan linear dan berstruktur slab, dimana tidak ada variasi indeks bias pada arah sumbu y Refleksi pada gelombang masukan dan keluaran diabaikan 6

7 Pandu Gelombang Optik Pandu Gelombang berdasar bahan Bahan linear Bahan non linear Pandu gelombang berdasar indeks bias kover dan substrat symetris Asymetris

8 Perambatan Moda TE pada Pandu Gelombang Slab Moda TE (Transverse Electric) komponen medan listriknya tegak lurus terhadap bidang datang dan tidak mempunyai komponen medan listrik pada arah propagasi (nilai E X, = 0, E z = 0 dan H y = 0),. Diasumsikan pula bahwa tidak ada variasi indeks bias pada arah sumbu y 2 E x 2 y E y n k 0

9 Mach Zehnder Interferometer Pada saat pandu gelombang MZI diberi berkas cahaya laser maka terbagi menjadi dua bagian, masing masing menjalar pada pandu gelombang yang identik dan akan bertemu kembali pada titik percabangan. Cahaya yang terpandu melalui kedua tangkai interferometer mempunyai fasa sama dan tidak berubah

10 Metodologi Penelitian Setup Parameter β,α, nf, ns, lebar film pandu (w), panjang divais (dl) Perancangan Pandu Gelombang Y- Branching Perancangan Struktur Pandu Gelombang Machzehnder Interferometer Perancangan Struktur Pandu Gelombang Gabungan Loop dan Directional Kalkulasi Numerik FD-BPM Refrac dan Distribusi Intensitas 10 SFA 2013 (Linda Silvia)

11 Perancangan Y-Branching Tabel 3.1 Parameter Pandu Gelombang Y-Branching dl3 dl2 dl1 θ Gambar 3.1 Struktur Pandu GelombangY-Branching Parameter Nilai Koefisien Linear 0 Indeks Bias Film 1,492 Indeks Bias Substrat 1,490 Panjang dl1 300 Panjang dl2 200 Panjang dl3 600 β/k 0 pada moda TE 0 1, Lebar Pandu w 6 Panjang Gelombang 1,32 θ (teta) 0,859

12 Perancangan Mach Zehnder Interferometer dl7 dl6 dl5 dl4 dl3 dl2 dl1 Tabel 3.2 Parameter Struktur Pandu Gelombang MZI Parameter Nilai Koefisien Linear 0 Indeks Bias Film 1,492 Indeks Bias Substrat 1,490 Panjang dl1 300 Panjang dl2 200 Panjang dl3 600 Panjang dl4 100 Panjang dl5 600 Panjang dl6 200 Panjang dl7 100 β/k 0 pada moda TE 0 1, Lebar Pandu w 6 Panjang Gelombang 1,32 θ (teta) 0,859 Gambar 3.2 Struktur Pandu Gelombang MZI

13 Perancangan Pandu Gelombang Loop dan Directional dl7 Tabel 3.3 Parameter Struktur Pandu Gelombang Gabungan Loop dan Directional dl6 dl5 dl4 dl3 dl2 dl1 Gambar 3.3 Struktur Pandu Gelombang Gabungan Loop dan Directional Parameter Nilai Koefisien Linear 0 Indeks Bias Film 1,492 Indeks Bias Substrat 1,490 Panjang dl1 300 Panjang dl2 200 Panjang dl3 600 Panjang dl4 100 Panjang dl5 600 Panjang dl6 200 Panjang dl7 600 β/k 0 pada moda TE 0 1, Lebar Pandu w 6 Panjang Gelombang 1,32 θ (teta) 0,859

14 Diagram Alir Penelitian Studi Literatur Mulai Setting Parameter Mencari β untuk moda TE terhadap lebar pandu gelombang Open file untuk data output Do ik =1,ndd Input file Parameter Nilai x 0,05 µm y 1 µm α 0 Kalkulasi input Iterasi dengan FD-BPM Output data field dan refrac Kalkulasi daya output Output Daya Selesai 14 SFA 2013 (Linda Silvia)

15 Konstanta Propagasi β β/ko Lebar pandu gelombang 15 SFA 2013 (Linda Silvia)

16 Hasil dan Analisa 4.2 Hasil dan Analisa Perancangan Pandu Gelombang Y-Branching Daya keluaran lengan kiri P1 1yout dan lengan kanan P 2yout yaitu 0,0344 W/m dan 0,0345 W/m Kehilangan daya sebesar 3,096 % dan pada lengan kanan sebesar 2,813 % Gambar 4.2 Distribusi Intensitas Y-Branching satu masukan SFA 2013 (Linda Silvia) 16

17 Hasil dan Analisa 4.3 Hasil dan Analisa Perancangan Pandu Gelombang MZI Daya pada bagian keluaran P MZI out pada dl7 yaitu 0,057 W/m dengan input P MZI in mula mula 0,071. kehilangan daya pada pandu gelombang MZI ini adalah 19,71%. Gambar 4.2 Distribusi Intensitas Mach Zehnder Interferometer SFA 2013 (Linda Silvia) 17

18 Pandu Gelombang loop dan directional Fenomena ini terjadi karena terjadi coupling daya dari lengan sebelah kanan MZI mulai dari dl4 ke pandu gelombang lurus tanpa daya dengan satu input daya 4.3 Hasil dan Analisa Pandu Gelombang Loop dan Directional Satu Input

19 Hasil dan Analisa 4.3 Hasil dan Analisa Pandu Gelombang Loop dan Directional Satu Input 0.07 untuk gap kurang dari 1,3 µm P 2out mendominasi keluaran dengan nilai optimal pada gap sekitar 2 µm. Sedangkan untuk gap lebih dari 1,3 µm, P 1out mendominasi keluaran perlahan lahan mendekati keadaan semula daya keluaran (W/m) P 1out p 2out Gap (µm) Gambar 4.4 Karakteristik Daya Keluaran sebagai Fungsi Gap SFA 2013 (Linda Silvia) 19

20 Superposisi gelombang dalam lengan MZI sepanjang dl4 dengan pandu gelombang lurus menghasilkan nilai daya keluaran kecil pada P 1out dan besar pada P 2out Terjadinya Coupling daya akibat Superposisi moda tinggi dan moda nol yang mengakibatkan circle pada kedua pandu gelombang Gambar 4.8 Perambatan Intensitas cahaya Laser pada saat Gap

21 Perambatan intensitas yang menghasilkan nilai kedua keluaran sama besar yang diakibatkan superposisi kedua lengan menjadi berkurang sehingga keluaran dari MZI (P 1out ) menjadi besar Gambar 4.9 Perambatan Intensitas cahaya Laser pada saat Gap 1,4 µm

22 Nilai keluaran pada P 1out menjadi optimum sedangkan pada P 2out menjadi minimum. pandu gelombang lurus medan optik terkopling saat mencapai dl4 yang ditunjukkan intensitas optimum bewarna kuning pada dl4 hingga dl7 Panjang kopling dl4 menjadi sangat penting peranannya dalam perolehan jumlah putaran optimal dan minimal antara kedua output. Jika dl4 hanya satu panjang kopling maka putaran optimal minimal hanya sekali terjadi Gambar 4.10 Perambatan Intensitas cahaya Laser pada saat Gap 3,8

23 jarak gap 20 µm lebih hampir tidak ada superposisi yang terjadi antara pandu gelombang MZI dengan pandu gelombang lurus. Dalam hal ini MZI tetap sefase karena tidak terpengaruh oleh gelombang dari pandu gelombang lurus Gambar 4.11 Perambatan Intensitas cahaya Laser pada saat Gap 14 µm Gambar 4.12 Perambatan Intensitas cahaya Laser pada saat Gap 20 µm

24 Hasil dan Analisa 4.3 Hasil dan Analisa Pandu Gelombang Loop dan Directional Terlihat dalam gambar bahwa untuk gap kurang dari 1,4 µm P 2out mendominasi keluaran dengan nilai optimal pada gap sekitar 0-0,1 µm. Sedangkan untuk gap lebih dari 1,4 µm, P 1out mendominasi keluaran dengan nilai optimal pada saat gap dari 3,8 µm. Daya Keluaran (W/m) P 1out P 2out Gap (µm) Gambar 4.4 Karakteristik Daya Keluaran sebagai Fungsi Gap SFA 2013 (Linda Silvia) 24

25 Panjang kopling dl4 menjadi sangat penting peranannya dalam perolehan jumlah putaran optimal dan minimal antara kedua output. pada panjang kopling 400 µm. P 1out terjadi minimum dan P 2out terjadi maksimum sehingga sangat bermanfaat bila dikembangkan dalam switching daya optik dan hal ini yang menjadi dasar mengapa memilih panjang kopling 400 µm Daya Keluaran (W/m) Gambar 4.13 Pengaruh Panjang Kopling terhadap Daya Keluaran p1out p1out p1out Gap (µm)

26 Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan: 1. Pemberian input kontrol berupa pandu gelobang lurus terhadap salah satu lengan pandu gelombang MZI dengan jarak dapat mempengaruhi fase pandu gelombang MZI maupun gelombang lurus. 2. Gap antara pandu gelombang MZI dan pandu gelombang lurus serta panjang kopling menjadi parameter penting yang menentukan keluaran yang ditunjukkan pada gambar 4.4 Diharapkan pandu gelombang ini dapat diaplikasikan untuk switch pada gerbang logika optik 26 TA 2013(Wina Lavina)

27 Thank you for your attention 27 SFA 2013 (Linda Silvia)