SEMINAR TUGAS AKHIR S E R AT O P T I K R I N G R E S O N AT O R M E N G G U N A K A N M E T O D E T R A N S F E R M AT R I K U N T U K S E N S O R F I B E R O P T I K G Y R O S K O P Yasin Agung Sahodo 1108100001 PEMBIMBING Prof. Dr. rer. nat Agus Rubiyanto, M. Eng. Sc.
Perumusan Masalah Batasan Masalah Manfaat Tujuan Latar Belakang
Perumusan Masalah Batasan Masalah Manfaat Tujuan Latar Belakang 1. Pengembangan sensor berbasis serat optik 2. Pemanfaatan sensor serat optik untuk gyroskop 3. Metode meningkatkan sensitivitas sensor
Perumusan Masalah Batasan Masalah Manfaat Tujuan Latar Belakang 1. Analisa Serat Optik RingResonator dengan variabel satu input, dua input yang berlawanan, dan dua input yang searah
Perumusan Masalah Batasan Masalah Manfaat Tujuan Latar Belakang 1. Bagaimana Hasil Analisa Serat Optik ring resonator 2. Bagimana mengoptimalkan Serat Optik ring resonator sebagai gyroskop
Perumusan Masalah Batasan Masalah Manfaat Tujuan Latar Belakang 1. Jenis Serat Optik Moda-Moda Tunggal λ = 1,55 μm 2. Sensitivitas resolusi gyroskop 0,01 h 3. Panjang lilitan ring resonator L = 10 m dan jari-jari R = 5 cm 4. Directional coupler 50:50
Perumusan Masalah Batasan Masalah Manfaat Tujuan Latar Belakang parameter awal untuk memfabrikasi serat optik ring resonator yang diaplikasikan pada sensor gyroskop.
Directional Coupler Struktur Serat Optik Ring Resonator Gyroskop Serat Optik Modulasi Frekuensi A (z) 2 B (z) 2 A z = cos κl (1) B z = j sin κl (2) I II β a κ : konstanta coupler l : Panjang daerah coupler ψ a β b ψ b
Directional Coupler Struktur Serat Optik Ring Resonator Modulasi Frekuensi Gyroskop Serat Optik t i = cos κ i l i (3) k i = j sin κ i l i (4) E o1 E o2 = Gambar 2. Struktur serat optik ring resonator satu input 1 γ t 1 0 k 1 α 1 1 γ αe jθ t 1 t 2 0 α 1 2k 2 0 1 2e jθ 2 1 1 γk 1 E i (5) k 1 1 γ α 1 2e jθ 2 t 2
Directional Coupler Struktur Serat Optik Ring Resonator Modulasi Frekuensi Gyroskop Serat Optik t i = cos κ i l i (3) k i = j sin κ i l i (4) Gambar 3. Struktur serat optik ring resonator dua input berlawanan E o1 E o2 = 1 γ t 1 0 1 1 γ αe jθ t 1 t 2 1 0 α 0 t 2 α 1 2e jθ 2 k 2 0 2e jθ 2 k 1 1 0 0 1 k 1 1 γα 1 2e jθ 2 k 2 t 1 E i1 E i2 (6) 1 γα 1 2e jθ 2 k 1 t 2 k 2
Directional Coupler Struktur Serat Optik Ring Resonator Modulasi Frekuensi Gyroskop Serat Optik t i = cos κ i l i (3) k i = j sin κ i l i (4) Gambar 4. Struktur serat optik ring resonator dua input searah E 01 E 02 = 1 γ t 1 t 2 1 2e jθ 2 E i1 + K k 1α E i2 k 2 α 1 2e jθ 2 k 1 k 2 1 1 E i1 E i2 t 2 α 1 2e jθ 2 t 1 α 1 2e jθ 2 (7) K = 1 γ 1 1 1 γ α2e jθ 1 t 2 α2e jθ 2 +t 1 α 1 2e jθ 2 (8)
Directional Coupler Struktur Serat Optik Ring Resonator Modulasi Frekuensi Gyroskop Serat Optik Gambar 5. Struktur tranduser serat optik ring resonator sebagai gyroskop berbasis Efek Sagnac τ = 2πR c ΔL = L CW L CCW = 2ΩRτ = 4πΩR2 c Δt = ΔL c (8) (9) = 4πΩR2 c 2 (10) Δφ = Δt 2πc = 8π2 R 2 kω (11) λ cλ
Directional Coupler Struktur Serat Optik Ring Resonator Modulasi Frekuensi Gyroskop Serat Optik Narrowband Gambar 6. Modulasi Frekuensi e FM : fungsi gelombang E c amplitudo gelombang carrier ω c : kecepatan sudut gelombang carrier ω M : kecepatan sudut gelombang modulasi m f adalah indeks modulasi e FM t = E c sin ω c t + m f cosω M t (12) Gambar 7. Modulasi Amplitudo m f = δf f m (13) δf : deviasi modulasi f m : frekuensi modulasi Syarat Modulasi narrowband m f 1
λ = 1,55 μm L = 10 m R = 5 cm Ω = 0,01 h Directional coupler 50 :50 P z=0 = A z 2 j 2 B z 2 (14) A z = cos κl (15) B z = j sin κl (16) Maka κl = 45 Ring Resonator,,, Parameter Sistem Fiber Optik Indeks Bias Fungsi Intensitas Coupler (50:50) Respon (Grafik) Tidak Optimal Parameter Simulasi Δφ = 8π2 R 2 kδω (17) cλ I = E out E out (18) βl = mπ (19) I α, γ (20) βl = Mcos ω m t + φ c ΔΩ (21) M = δf m f m (22) I t, ΔΩ (23) Tidak Optimal Fungsi Modulasi Frekuensi Respon Resolusi h Optimal Gambar 8. Flow Chart Simulasi
Fungsi Transfer Daya pada FORR I o1 = I o2 = 1 γ t 1 2 t 2 2 k 1 4 1 γ 2 α 2 +2t 1 k 1 2 1 γ α cos θ 1 γ 1+ t 1 t 2 1 γ α 2 2t 1 t 2 1 γ α cos θ k 1 k 2 2 1 γ 2 α 1+ t 1 t 2 1 γ α 2 2t 1 t 2 1 γ α cos θ (24) (25) Gambar 2. Struktur serat optik ring resonator satu input
Fungsi Transfer Daya pada FORR I o1 = 1 γ 2 t 1 2 + k 1 k 2 α 2 + 1 γαk 1 2 k 2 t 2 2 +t 1 k 1 k 2 α2 cos θ 2 +t 2k 1 3 k 2 2 1 γα +t 1 t 2 k 2 1 k 1 α 1 γ2cos θ 1+ t 1 t 2 1 γ α 2 2t 1 t 2 1 γ α cos teta 3 2 (26) +k 1 k 2 3 t 1 k 1 k 2 t 2 α 3 1 γα32 cos θ 2 Gambar 3. Struktur serat optik ring resonator dua input berlawanan I o2 = 1 γ 2 +k 2 t 1 t 2 1 γα2 cos θ + k 1 k 2 2 αt 2 2 + k 2 t 1 α 1 γ 2 1+ t 1 t 2 1 γ α 2 2t 1 t 2 1 γ α cos teta (27)
Fungsi Transfer Daya pada FORR I 01 = 1 γ t 1 2 + 1 γ k 1 α 1 2 A B + C D + 1 γ k 1 2 α A B C D (28) I 02 = 1 γ t 2 2 + 1 γ k 2 α 1 2 A B + C D + 1 γ k 2 2 α A B C D (29) Gambar 4. Struktur serat optik ring resonator dua input searah 2 k 1 + k 2 + α 1 2 t 1 t 2 2cos θ 2 k 1 2 + 2k 1 k 2 + t 1 2 + t 2 2 α + 1 γ α 1 2 k 1 + k 2 t 1 + t 2 2cos θ 2 + k 2 2 + α 1 2 k 1 t 1 + k 1 t 2 + k 2 t 1 + k 2 t 2 2cos θ 2 + + C D = α 1 2 2 t 1 2 + t 2 2 + t 1 t 2 2cos θ 2 1 + 1 γ α 1 2 t 2 1 + t 2 2 + t 1 t 2 2cos θ A B C D = t 1 t 2 α 2cos θ 2 1 + 1 γ α 1 2 t 2 1 + t 2 2 + t 1 t 2 2cos θ 2 1 γ α 1 2 t 1 + t 2 2cos θ 2 2 1 γ α 1 2 t 1 + t 2 2cos θ 2
Respon serat optik ring resonator pada Kondisi Resonansi (a) Gambar 9. (a) Respon pada satu input untuk port E o1 (b) Respon pada satu input untuk port E o2 pada kondisi resonansi dengan L = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db (b)
Respon serat optik ring resonator pada Kondisi Resonansi (a) Gambar 10. (a) Respon pada dua input berlawanan untuk port E o1 (b) Respon pada satu input untuk port E o2 pada kondisi resonansi dengan L = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db (b)
Respon serat optik ring resonator pada Kondisi Resonansi (a) Gambar 11. (a) Respon pada dua input berlawanan untuk port E o1 (b) Respon pada satu input untuk port E o2 pada kondisi resonansi dengan L = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db (b)
Respon serat optik ring resonator pada Kondisi Resonansi Tabel 1. Jumlah Resonansi pada serat optik ring resonator Jenis Jumlah Resonansi (m) π s/d π 0 s/d π Eo1 Satu input 11 6 Eo2 Satu input 11 6 Eo1 Dua input berlawanan 11 6 Eo2 Dua input berlawanan 11 6 Eo1 Dua input searah 2 1 Eo2 Dua input searah 2 1
Resonansi serat optik ring resonator dan pengaruhnya terhadap nilai α dan γ (a) Gambar 12. Respon Intensitas ring resonator satu input dengan L = 10 m (a) port E o1 (b) port E o2 (b)
Resonansi serat optik ring resonator dan pengaruhnya terhadap nilai α dan γ (a) Gambar 12. Respon Intensitas ring resonator dua input berlawanan dengan L = 10 m (a) port E o1 (b) port E o2 (b)
Resonansi serat optik ring resonator dan pengaruhnya terhadap nilai α dan γ (a) (b) ambar 12. Respon Intensitas ring resonator dua input searah L = 10 m (a) port E o1 (b) port E o2
Modulasi pada seratoptik ring resonator yang diaplikasikan untuk Gyroskop Fiber Optik ω m = 2πf m M f 1 R = 5 cm λ = 1,55 μm c = 3 10 8 m s L = 10 m k = L 2πR ΔΩ = 0,01 h Gambar 13. Respon Intensitas ring resonator satu input Eo1 dengan resolusi 0,01 h = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db, f m = 1 Mhz dan δf = 1Khz dua input searah L = 10 m
Modulasi pada seratoptik ring resonator yang diaplikasikan untuk Gyroskop Fiber O ω m = 2πf m M f 1 R = 5 cm λ = 1,55 μm c = 3 10 8 m s L = 10 m k = L 2πR ΔΩ = 0,01 h Gambar 13. Respon Intensitas ring resonator satu input Eo2 dengan resolusi 0,01 h = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db, f m = 1 Mhz dan δf = 1Khz dua input searah L = 10 m
Modulasi pada seratoptik ring resonator yang diaplikasikan untuk Gyroskop Fiber Optik ω m = 2πf m M f 1 R = 5 cm λ = 1,55 μm c = 3 10 8 m s L = 10 m k = L 2πR ΔΩ = 0,01 h Gambar 14. Respon Intensitas ring resonator dua input berlawanan Eo1 dengan resolusi 0,01 h = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db, f m = 1 Mhz dan δf = 1Khz
Modulasi pada seratoptik ring resonator yang diaplikasikan untuk Gyroskop Fiber Optik ω m = 2πf m M f 1 R = 5 cm λ = 1,55 μm c = 3 10 8 m s L = 10 m k = L 2πR ΔΩ = 0,01 h Gambar 15. Respon Intensitas ring resonator dua input berlawanan Eo2 dengan resolusi 0,01 h = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db, f m = 1 Mhz dan δf = 1Khz
Modulasi pada seratoptik ring resonator yang diaplikasikan untuk Gyroskop Fiber Optik ω m = 2πf m M f 1 R = 5 cm λ = 1,55 μm c = 3 10 8 m s L = 10 m k = L 2πR ΔΩ = 0,01 h Gambar 16. Respon Intensitas ring resonator dua input searah Eo1 dengan resolusi 0,01 h = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db, f m = 1 Mhz dan δf = 1Khz dua input searah L = 10 m
Modulasi pada seratoptik ring resonator yang diaplikasikan untuk Gyroskop Fiber Optik ω m = 2πf m M f 1 R = 5 cm λ = 1,55 μm c = 3 10 8 m s L = 10 m k = L 2πR ΔΩ = 0,01 h Gambar 17. Respon Intensitas ring resonator dua input searah Eo2 dengan resolusi 0,01 h = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db, f m = 1 Mhz dan δf = 1Khz dua input searah L = 10 m
Respon Sensitivitas pada serat optik ring resonator yang diaplikasikan untuk Gyroskop Fiber Optik (a) Gambar 18. Respon Sensitivitas serat optik ring resonator satu input untuk coupler 50:50 dengan L = 10 m, resolusi Ω = 0,01 h, L = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db (a) port Eo1 (b) port Eo2 (b)
Respon Sensitivitas pada serat optik ring resonator yang diaplikasikan untuk Gyroskop Fiber Optik (a) Gambar 19. Respon Sensitivitas serat optik ring resonator dua input berlawanan untuk coupler 50:50 dengan L = 10 m, resolusi Ω = 0,01 h, L = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db (a) port Eo1 (b) port Eo2 (b)
Respon Sensitivitas pada serat optik ring resonator yang diaplikasikan untuk Gyroskop Fiber Optik (a) Gambar 20. Respon Sensitivitas serat optik ring resonator dua input searah untuk coupler 50:50 dengan L = 10 m, resolusi Ω = 0,01 h, L = 10 m, α = 0,1 L db, dan γ = 0,3 db (a) port Eo1 (b) port Eo2 (b)
Tabel 2. Respon Sensitivitas pada serat optik ring resonator yang diaplikasikan untuk Gyroskop Fiber Optik Jenis Eo1 Satu input 5,595 Eo2 Satu input -15,949 Eo1 Dua input berlawanan Eo2 Dua input berlawanan Eo1 Dua input searah Eo2 Dua input searah Intensitas (db) Pada t = 0,5 s 4,750-0,562-9,9615-9,9615
Perubahan Intensitas serat optik ring resonator yang diaplikasikan pada Gyroskop Fiber Optik (a) Gambar 21. Respon Perubahan Intensitas pada serat optik ring resonator Eo1 satu input yang diaplikasikan pada gyroskop fiber optik dengan L = 10 m, t = 0,5 detik, γ = 0,3 db, α = 0,1 db (a) port Eo1 dengan I = 5.5948485 0.0029674Ω L (b) port Eo2 I = 15.948368 0.0023131Ω (b)
Perubahan Intensitas serat optik ring resonator yang diaplikasikan pada Gyroskop Fiber Optik (a) Gambar 22. Respon Perubahan Intensitas pada serat optik ring resonator Eo1 dua input berlawanan yang diaplikasikan pada gyroskop fiber optik dengan L = 10 m, t = 0,5 detik, γ = 0,3 db, α = 0,1 db (a) port Eo1 dengan I = 4.7502305 L (b) 0.0025774Ω (b) port Eo2 I = 0.5615236 0.0024803Ω
Perubahan Intensitas serat optik ring resonator yang diaplikasikan pada Gyroskop Fiber Optik (a) Gambar 23. Respon Perubahan Intensitas pada serat optik ring resonator Eo1 dua input searah yang diaplikasikan pada gyroskop fiber optik dengan L = 10 m, t = 0,5 detik, γ = 0,3 db, α = 0,1 db (a) port Eo1 dengan I = 9.8614464 0.0006142Ω (b) port Eo2I = 9.8614464 0.0006142Ω L (b)
Tabel 3. Perubahan Intensitas serat optik ring resonator yang diaplikasikan pada Gyroskop Fiber Optik Jenis FORR Fungsi Regresi Linear Eo1 Satu Input I Ω = 5.5948485 0.0029674Ω Eo2 Dua Input I Ω = 15.948368 0.0023131Ω Eo1 Dua Input Berlawanan I Ω = 4.7502305 0.0025774Ω Eo2 Dua Input Berlawanan I Ω = 0.5615236 0.0024803Ω Eo1 Dua Input Searah I Ω = 9.8614464 0.0006142Ω Eo2 Dua Input Searah I Ω = 9.8614464 0.0006142Ω
1. Fungsi persamaan transfer daya pada masing-masing jenis serat optik ring resonator (FORR). Fungsi transfer daya paling besar pada serat optik ring resonator FORR jenis dua input searah. 2. Pengaplikasian serat optik ring resonator FORR sebagai fiber optik gyroskop dengan resolusi Ω = 0,01 h menggunakan modulasi frekuensi narrowband sebesar 1 MHz menunjukkan respon sensitivitas gyroskop dalam persamaan linear. Modulasi menunjukkan respon sensitivitas gyroskop paling baik ditunjukkan oleh FORR Dua Input Berlawanan. Permodelan diharapkan dapat direalisasikan melalui eksperimen secara bertahap, sehingga FORR dapat dimanfaatkan sebagai sensor gyroskop fiber optik ataupun jenis sensor berbasis fiber optik lainnya.
Aplikasi Startegis untuk Penelitian Terkini di Indonesia