fabrikasi dan karakterisasi directional single … · directional coupler berfungsi sebagai...
Post on 23-Mar-2019
247 Views
Preview:
TRANSCRIPT
FABRIKASI DAN KARAKTERISASI DIRECTIONAL SINGLE DAN DOUBLE COUPLER PADA BAHAN SERAT OPTIK PLASTIK STEP INDEX
MULTIMODE TIPE FD-620-10
LUCKY PUTRI RAHAYU NRP 1109 100 012
Dosen Pembimbing Drs. Gatut Yudoyono, M.T.
PENDAHULUAN
Directional coupler berfungsi sebagai komponen optical switching, multiplexing, pemecah berkas (splitter) dan pemecah daya atau power divider.
Fabrikasi directional coupler singlemode maupun
multimode berbentuk pandu gelombang slab masih sulit
dilakukan dan membutuhkan peralatan yang rumit.
Fabrikasi directional coupler dengan metode Fused
Biconical Tapered (FBT) pada bahan serat optik plastic step index multimode (Sekartedjo
dkk, 2007)
LATAR BELAKANG
Directional coupler yang dihasilkan memiliki coupling ratio 0,31 dengan
daerah panjang interaksi kopling antar serat optik 25 mm. (Supadi
dkk, 2006).
Directional coupler pada bahan serat optik plastic step index multimode tipe FD-620-10 (serat optik diameter core yang cukup besar) dengan panjang kopling lebih besar dari 25 mm
Metode Fused Biconical Tapered (FBT) pada bahan serat optik plastic step index multimode tipe FD-320-05
(diameter serat optik 0,5 mm)
Diperoleh nilai coupling ratio 0,498 dengan daerah panjang kopling lebih besar dari 25 mm, yang sesuai untuk divais pembagi daya (power divider) (Edy Hariyanto,2011).
Directional single dan double coupler dari bahan serat optik plastic step index multimode tipe FD-620-10 dengan panjang kopling 28 mm dan 34 mm.
PERMASALAHAN Bagaimana fabrikasi dan karakterisasi directional single dan
double coupler dari serat optik plastik (POF) step index multimode
tipe FD-620-10 dengan panjang kopling 28 mm dan 34 mm?
TUJUAN Fabrikasi directional single dan
double coupler degan panjang kopling 28 mm dan 34 mm
Karakterisasi menggunakan web camera dan BF5R-D1-N sehingga diperoleh parameter-parameter coupling ratio (CR), Crosstalk (Ct), excess loss (Le) dan insertion loss (Lins).
TINJAUAN PUSTAKA
SERAT OPTIK
Pandu gelombang dielektrik yang berperan sebagai media transmisi gelombang cahaya yang berbentuk silinder dan biasanya terbuat dari bahan plastik atau silica
Gambar 1 Struktur dasar penyusun serat optik (Keiser, 1984)
Perbedaan indeks bias antara core dan cladding dibuat besar, selisih indeks bias antara core dan cladding didefinisikan sebagai fraksi indeks bias.
∆=n12 − n22
2n12≈
n1 − n2n1
(1)
Single mode
Multimode
Step index
Graded Index
Penjalaran Gelombang melalui Inti
Struktur dan Sifat Transmisi
Serat Optik
Gambar 2 Struktur serat optik multimode step-index dan gradded-index serta profil
indeks biasnya (Keiser, 1984)
Gambar 3 Refleksi dan refraksi berkas cahaya pada bidang batas dua medium
Mekanisme Pemanduan Gelombang Cahaya Dalam Serat Optik
Transmisi cahaya ke dalam serat optik
𝑁𝑁 = 𝑛12 − 𝑛22
𝑁𝑁 = 𝑛1 2∆ Perbedaan nilai n1 dan n2 sangat kecil, sehingga nilai Δ juga kecil
Penerapan hukum Snellius pada sudut sinar masukkan ke dalam inti serat optik.
Untuk serat optik step-index multimode dari bahan plastik berdiameter core besar, nilai NA antara 0,3-0,5. (Krohn, 2000)
(2)
(3)
(4)
(5)
Pada sudut θ tertentu sinar akan dibiaskan dalam arah sejajar bidang batas dan sudut Ø pada keadaan tersebut dinamakan sudut kritis yang dilambangkan dengan θc
𝜃𝑐 = 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑛 𝑛2𝑛1
𝑛0 sin𝜃𝑎 = 𝑛1 sin𝜃
sin𝜃𝑎 = 𝑛12 − 𝑛22
Directional Coupler
Divais optik tersebut tersusun atas
dua pandu gelombang yang saling
berdekatan dalam orde panjang
gelombang optik. Divais ini dapat
mendistribusikan daya optik ke dua
port atau lebih, atau sebaliknya
menggumpulkan daya optik ke port
tunggal.
Secara sederhana divais coupler
dapat buat dari serat optik multimode
yaitu dengan cara memadukan atau
menggabungkan dua buah serat
optik multimode dengan panjang
interaksi tertentu dengan tekhnik
FBT (Fused Biconical Taperred)
(Supadi dkk, 2006).
Gambar 4 Directional coupler struktur simetri 2 x 2 (Iga dan Kokubun, 2006)
Sebuah directional coupler yang tersusun dari dua buah serat optik mempunyai empat buah port disebut directional coupler berstruktur simetri 2 x 2
Splitting atau Coupling ratio (CR),
proporsi perbandingan antara daya
output terhadap masing-masing daya
output. Nilai CR diperoleh dari saluran
keluaran, yaitu port A2 dan port B2
(Crisp and Elliott, 2005) (Farrei, 2002)
Insertion loss, (Lins), yaitu rugi yang
terjadi akibat daya dari saluran masukan
coupler serat optik terdistribusi di antara
saluran keluaran dengan port A2 dan port
B2. (Crisp and Elliott, 2005) (Supadi dkk,
2006)
Parameter-parameter pokok dalam divais Directional coupler optik antara lain:
𝐶𝐶 = 𝑃𝐵2
(𝑃𝐵2 + 𝑃𝐴2)
𝐿𝑖𝑖𝑖 = −10 log𝑃𝐴2𝑃𝐴1
𝑑𝑑
(6)
(7)
Exceess loss (Le), adalah Rugi daya
total yang dinyatakan dengan
persamaan (Crisp and Elliott, 2005)
(Supadi dkk, 2006):
Direktivitas (directivity) atau
Crosstalk dari coupler optik diukur
antar port-port masukan directional
coupler , yaitu (Crisp dan Elliott,
2005) (Supadi dkk, 2006)
𝐿𝑒 = −10 log∑𝑃𝑗𝑝𝑖
𝑑𝑑
= −10 log𝑃𝐴2 + 𝑃𝐵2
𝑃𝐴1 𝑑𝑑
𝐷 = 𝐶𝑡 = −10 log𝑃𝐵1𝑃𝐴1
𝑑𝑑
(8)
(9)
Design Class
Jumlah Port
CR (%) Toleransi CR
Le (dB) D(dB)
2 x 2
Single Mode
2 0.5 2 - 15 %
0.07 - 1
40-55 2 0.25
2 0.1
2 x 2 Multi Mode
2 0.5
5 – 10 %
< 1 35-40 2 0.25
1-2
2 0.1
2 0.0625
Tabel 1. Karakteristik Coupler standar hasil fabrikasi industry untuk serat
optik (Jones Jr dan William B., 1988) (Supadi dkk, 2006).
METODOLOGI PENELITIAN
ALAT
Laser dioda Web camera Bor akrilik BF5R-D1-N Selotip Pemotong fiber Gunting dan cutter Alat pemoles Alat penggandeng Power supply Penjepit buaya Magnetic holder Personal computer Kabel USB
BAHAN
Kaca akrilik Lem epoxy Alkohol 70 % Kertas gosok Serat optik step index multimode tipe FD-620-10 Benang Pipa kecil (selongsong bekas bulpoin)
Tahap Persiapan
Pembuatan Alat Pengupas Coating dan Cladding.
Pembuatan Set up alat pada proses karakterisasi menggunakan web camera.
Tahap Fabrikasi Directional Single dan Double Coupler Tahap Pengupasan Coating dan Cladding Tahap Pemolesan Tahap Penggandengan
Karakterisasi Directional Single dan Double Coupler Hasil Fabriksi
Menggunakan web camera.
Menggunakan BF5R-D1-N.
Gambar 5 Diagram alir penelitian
Gambar 7 Alat pengupas coating dan cladding
Pada tahap persiapan
Pembuatan alat pengupas coating dan cladding dirancang untuk
mengupas serat optik dengan panjang kupasan 28 mm dan 34 mm.
Gambar 6 Desain Rancangan Alat pengupas coating dan cladding
Pembuatan set up alat pada proses karakterisasi menggunakan web camera
Gambar 8 Tempat fiber untuk input dan output pada proses kaarakterisasi pada web camera
Proses Fabrikasi
Fiber optik dikupas dengan panjang daerah kupasan 28 mm dan 34 mm dengan jarak kupasan yang pertama dan kedua 10 cm
untuk double coupler.
Pada daerah kupasan digosok menggunakan kertas gosok dari mess yang
kecil hingga besar (500,800,1000,1200 )
Sebelum di gandeng pada daerah yang telah dikupas dbersihkan menggunakan Alkohol 70%
Tahap penggandengan directional coupler
Gambar 9 Hasil fabrikasi Directional double coupler (a) panjang kopling 28 mm (b) panjang kopling 34 mm
Ujung-ujung pada fiber optik diratakan:
Dengan cara membentuk angka 8 pada kertas gosok
Dibersihkan menggunakan Alkohol 70% 8
PROSES KARAKTERISASI
Gambar 10 Set up alat pada proses karakterisasi menggunakan web camera (a) Pada single coupler (b) Pada
double coupler
Menggunakan Web Camera
Gambar 11 Proses Karakterisasi menggunakan Web Camere
Tipe BF5R-D1-N
Source Merah (660 nm)
Power supply 12-24 Volt
Arus maksimum 50 mA
Waktu respon 500 μs
Output Pin (level light) 0-4000
Menggunakan BF5R-D1-N
Sensor ini merupakan sensor khusus untuk menganalisis daya keluaran yang diterima dari fiber optik.
Gambar 12 Set up alat pada proses karakterisasi menggunakan BF5R-D1-N (a) Pada single coupler
(b) Pada double coupler
Gambar 13 Proses Karakterisasi menggunakan BF5R-D1-N
HASIL DAN PEMBAHASAN
DATA HASIL KARAKTERISASI
WEB CAMERA
BF5R-D1-N
Hasil image directional single coupler pada panjang kopling 28 mm dengan port A1 sebagai input dan A2-B2 sebagai ouput
Plot grafik RGB directional single coupler pada panjang kopling 28 mm dengan port A1 sebagai input dan A2-B2 sebagai ouput
WEB CAMERA
Input Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB) D (dB)
A1 A2 B1 B2
A1 8.821 0.383 8.635 0.495 0.094 3.059 16.678
A2 6.848 6.575 0.433 0.49 0.138 3.061 15.048
B1 0.427 10.44 10.61 0.496 0.087 3.063 17.015
B2 3.208 0.285 3.213 0.499 0.189 3.196 13.71
Tabel 2 Hasil Karakterisasi Directional Single Coupler dengan Lc=28 mm
Tabel 3 Hasil Karakterisasi Directional Single Coupler dengan Lc=34 mm
Input
Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB)
D (dB) A1 A2 B1 B2
A1 10.421
0.458
9.458 0.476 0.09
9 2.90
4 16.47
1
A2 6.752 6.556
0.481 0.493 0.15
4 3.10
1 14.57
2
B1 0.363 18.888
18.71 0.502 0.04
2 3.07
2 20.2
B2 7.7 0.2854 7.69 0.500
3 0.08 3.093
17.397
Tabel 4 Hasil Karakterisasi Directional Double Coupler dengan Lc=28 mm
Input Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB)
D (dB) A1 A2 B1 B2
A1 11.49
0.321
12.46 0.52 0.058 3.247 18.78
9
A2 12.036 11.9 0.371 0.497 0.067 3.053 18.16
6
B1 0.4146 8.223
8.387 0.495 0.107 3.075 16.13
5
B2 16.735 0.298
18.08 0.481 0.037 2.882 20.71
4
Tabel 5 Hasil Karakterisasi Directional Double Coupler dengan Lc=34 mm
Input Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB)
D (dB) A1 A2 B1 B2
A1 13.18
0.419 12.8 0.493 0.06
9 3.017 17.998
A2 18.36
18.13
0.283 0.497 0.03
4 3.017 21.132
B1 0.558
7.548
7.627 0.497 0.15
7 3.145 14.499
B2 5.117 0.26 5.16
2 0.498 0.109 3.1 16.07
2
BF5R-D1-N
Tabel 6 Hasil Karakterisasi Directional Single Coupler dengan Lc=28 mm pada BF5R-D1-N (1) sebagai Input
Input Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB) D (dB)
A1 A2 B1 B2
A1 464 23 432 0.482 0.11 2.968 16.016
A2 484 444 30 0.478 0.138 2.965 15.042
B1 28 415 479 0.464 0.134 2.844 15.176
B2 451 32 475 0.487 0.148 3.047 14.762
Tabel 7 Hasil Karakterisasi Directional Single Coupler dengan Lc=28 mm pada BF5R-D1-N (2) sebagai Input
Input Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB) D (dB)
A1 A2 B1 B2
A1 472 20 439 0.482 0.094 2.95 16.679
A2 485 426 23 0.468 0.108 2.846 16.086
B1 28 424 464 0.477 0.135 2.954 15.147
B2 426 20 470 0.475 0.096 2.898 16.609
Tabel 8 Hasil Karakterisasi Directional Single Coupler dengan Lc=34 mm pada BF5R-D1-N (1) sebagai Input
Input Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB)
D (dB) A1 A2 B1 B2
A1 456 20 413 0.475
0.099
2.899
16.479
A2 486 445 26 0.478 0.12 2.94
3 15.65
9
B1 21 474 514 0.48 0.091
2.929
16.817
B2 427 20 487 0.467
0.094
2.828
16.693
Tabel 9 Hasil Karakterisasi Directional Single Coupler dengan Lc=34 mm pada BF5R-D1-N (2) sebagai Input
Input Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB) D (dB)
A1 A2 B1 B2
A1 444 27 425 0.489 0.133 3.049 15.209
A2 458 400 20 0.466 0.1 2.826 16.425
B1 29 411 452 0.476 0.144 2.952 14.88
B2 424 22 439 0.491 0.109 3.045 16.045
Tabel 10 Hasil Karakterisasi Directional Double Coupler dengan Lc=28 mm pada BF5R-D1-N (1) sebagai Input
Input Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB) D (dB)
A1 A2 B1 B2
A1 476 30 424 0.471 0.142 2.909 14.914
A2 452 435 25 0.49 0.121 3.049 15.621
B1 30 454 526 0.463 0.131 2.833 15.272
B2 453 35 483 0.484 0.159 3.033 14.432
Tabel 11 Hasil Karakterisasi Directional Double Coupler dengan Lc=28 mm pada BF5R-D1-N (2) sebagai Input
Input Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB)
D (dB) A1 A2 B1 B2
A1 435 24 420 0.491 0.12 3.055
15.638
A2 439 422 20 0.49 0.1 3.025
16.439
B1 27 434 487 0.471 0.125
2.893
15.454
B2 433 28 469 0.48 0.133
2.973
15.213
Tabel 12 Hasil Karakterisasi Directional Double Coupler dengan Lc=34 mm pada BF5R-D1-N (1) sebagai Input
Input Output (au) CR Le (dB)
Lins (dB)
D (dB)
A1 A2 B1 B2
A1 447 28 430 0.49 0.136 3.063 15.095
A2 435 399 23 0.478 0.118 2.945 15.713
B1 28 425 440 0.491 0.138 3.074 15.037
B2 412 24 445 0.481 0.12 2.966 15.648
Tabel 13 Hasil Karakterisasi Directional Double Coupler dengan Lc=34 mm pada BF5R-D1-N (2) sebagai Input
Input Output (au)
CR Le (dB)
Lins (dB) D (dB)
A1 A2 B1 B2
A1 397 30 358 0.474 0.169 2.961 14.177
A2 440 344 21 0.439 0.115 2.623 15.836
B1 22 411 462 0.471 0.108 2.872 16.094
B2 384 27 396 0.492 0.148 3.092 14.755
Hasil karakterisasi masing-masing directional single dan double coupler memperlihatkan nilai CR (coupling ratio), Le (excess loss), Lins (insertion loss), dan D (direcitivity) yang tidak sama pada tiap port masukan.
Ketidaksimetrisan sepanjang daerah kopling (Lc) dan daerah ujung pengupasan antara kedua serat optik pada saat proses penggandengan
PEMBAHASAN
Nilai yang dihasilkan pada karakterisasi menggunakan BF5R-D1-N (1) sedikit berbeda dengan BF5R-D1-N (2).
Spesifikasi alat tidak persis sama dan alat sangat sensitif dengan perubahan lingkungan.
Dapat disimpulkan bahwa semua variasi telah memenuhi standar parameter directional coupler hasil fabrikasi industri untuk serat optik
Nilai CR yang didapatkan mendekati 0,5 yaitu berkisar antara 0,464-0,52
Dari hasil dapat disimpulkan bahwa directional single dan double coupler dengan panjang kopling 34 mm paling baik digunakan sebagai pemecah berkas maupun pembagi daya sehingga nantinya dapat digunakan sebagai divais dalam sensor.
KESIMPULAN
Fabrikasi directional single coupler dan double coupler dari serat optik mode jamak dengan pendekatan metode Fused Biconical Taperred (FBT) dengan panjang kopling 28 mm dan 34 mm menghasilkan directional single coupler dan double coupler dengan hasil karakterisasi yang berbeda serta memenuhi standar fabrikasi.
Hasil karakterisasi directional single dan double coupler menggunakan web camera didapatkan Nilai CR yang mendekati 0,5 yaitu pada panjang kopling 34 mm dengan input B2, pada single coupler nilai CR=0,5003 ; Le=0,08 dB ; Lins=3,093; dan D=17,397 dB. Serta pada double coupler nilai CR=0,498 ; Le=0,109 dB ; Lins=3,1; dan D=16,072 dB.
Hasil karakterisasi directional single dan double coupler menggunakan BF5R-D1-N didapatkan Nilai CR yang mendekati 0,5 yaitu pada panjang kopling 34 mm dengan input B2, pada single coupler nilai CR=0,491 ; Le=0,109 dB ; Lins=3,045; dan D=16,045 dB. Serta pada double coupler nilai CR=0,492 ; Le=0,148 dB ; Lins=3,092; dan D=14,755 dB.
TERIMA KASIH
top related