Perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi di dunia modern sekarang ini, mendorong manusia untuk terus melakukan komunikasi dengan negara-negara maju di dunia untuk memperoleh berbagai informasi. Hal inilah yang terus mendorong terjadinya perkembangan teknologi komunikasi di dunia. Dengan komunikasi manusia mampu melakukan transfer informasi dari satu tempat ke tempat yang lain. Jika informasi tersebut harus di kirim melalui suatu jarak maka diperlukan adanya sistem komunikasi.Serat optik merupakan salah satu media transmisi optik yang cukup handal. Teknologi serat optik adalah suatu teknologi komunikasi yang menggunakan media cahaya sebagai penyalur informasi. Alternatif ini dipilih karena serat optik mempunyai beberapa kelebihan yang tidak dimiliki oleh media transmisi yang lain karena ukurannya yang kecil, dapat melewatkan cahaya, tahan terhadap interferensi elektromagnetik (EMI), bandwidth yang lebar, sensitivitas yang tinggi, tidak terkontaminasi lingkungan, dan kemampuannya sebagai sensor terdistribusi maupun multipoint [1]. Pada teknologi ini terjadi perubahan informasi yang biasanya dalam bentuk sinyal listrik menjadi sinyal optik (cahaya), yang kemudian disalurkan melalui kabel serat optik dan diterima pada sisi penerima untuk diubah kembali menjadi sinyal listrik. Salah satu aplikasi terpenting teknologi serat optik adalah dalam komunikasi. Dalam perkembangan ilmu optik atau fotonik mengenai sensor, sensor serat optik seperti Fiber Bragg Grating (FBG) telah banyak dikembangkan [3]. Fiber Bragg Grating (FBG) adalah jenis serat optik yang indeks bias intinya berubah secara periodik. Perubahan tersebut menyebabkan FBG dapat berfungsi sebagai refleksi dan transmisi, artinya merefleksikan cahaya pada panjang gelombang tertentu yang sesuai dengan kondisi bragg, dan mentransmisikan panjang gelombang yang lain.Pengamatan dilakukan dengan menggunakan Optical Component Analyzer (OCA). Sistem OCA konvensional terdiri atas Tunable Laser sebagai source dan Optical Spectrum Analyzer (OSA) sebagai observer. Tunable Laser merupakan laser yang dapat diubah spesifikasi panjang gelombang keluarannya. Namun untuk mengubah nilai panjang gelombang keluaran dalam skala Broadband tidak bisa dilakukan secara cepat dan alatnya memiliki harga tinggi. OSA berfungsi untuk mengukur kerapatan spektral dari sinyal optik pada panjang gelombang yang berbeda. OSA memiliki rentang panjang gelombang yang lebar, kalibrasi yang akurat, resolusi, sensitivitas dan akurasi pengukuran yang tinggi serta amplitudo yang stabil [2]. Hanya saja OSA tidak portabel karena ukurannya yang besar dan berat serta biaya pengadaannya yang mahal (http://www.metrictest.com). Saat ini para peneliti, terutama untuk kebutuhan industri, banyak yang melakukan riset untuk mendapatkan sistem karakterisasi komponen optik pasif lebih murah tetapi tetap akurat [7].Penelitian ini yaitu Pembuatan Tunable Optical Source Berbasis Amplified Spontaneous Emission (ASE) Untuk Aplikasi Optical Component Analyzer (OCA). Dalam rancangan ini salah satu komponen utama adalah tersedianya sember cahaya yang mampu tala atau tunable pada range panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang yang di tuju adalah dalam range C-Band.

Pusat Penelitian Fisika - Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2F-LIPI) pada awalnya bernama Lembaga Fisika Nasional (LFN) yang didirikan pada tahun 1967. Pada tahun 1986 dilakukan reorganisasi di lingkungan Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) dimana sesuai dengan tugas dan fungsi barunya LFN berganti nama menjadi Pusat Penelitian dan Pengembangan Fisika Terapan (P3FT) hingga tahun 2001. Pada tahun 2001 kembali LIPI melakukan reorganisasi dimana P3FT menjadi Pusat Penelitian Fisika - Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2F-LIPI) hingga sekarang. Sebagai salah satu Lembaga Pemerintah Non-Kementerian (dahulu Lembaga Pemerintah Non Departemen (LPND) eselon II maka perlu mempunyai dokumen Rencana Strategis (Renstra) yang memuat VISI, MISI, lingkungan strategis, kebijakan, dan arahan program P2F-LIPI. Dokumen rencana strategis ini, kemudian disebut Renstra Implementatif P2F-LIPI 2010-2014 merupakan panduan dan pijakan lembaga dan menjadi acuan bagi seluruh staf peneliti dan staf pendukungnya dalam melakukan kegiatan-kegiatannya 5 tahun ke depan. Disamping itu dokumen ini juga merupakan acuan bagi pertanggungjawaban mengenai akuntabilitas kinerja instansi pemerintah dalam menjalankan tugas pokok dan fungsinya.Pusat Penelitian Fisika yang dibentuk berdasarkan SK Kepala LIPI No.1151/M/2001, tanggal 5 Juni 2001, adalah nama baru dari Pusat Penelitian dan Pengembangan Fisika Terapan (P3FT) yang sebelumnya merupakan perubahan dari Lembaga Fisika Nasional (LFN) berdasarkan Keputusan Presiden RI no. 1/1986 tanggal 13 Januari 1986. Lembaga ini merupakan salah satu Pusat Penelitian di bawah naungan Deputi Ilmu Pengetahuan dan Teknologi LIPI. Tujuan dan lingkup P2 Fisika LIPI diarahkan pada usaha untuk mendukung pembangunan nasional melalui riset pengembangan sumber daya alam, terutama yang terkait dengan ilmu fisika, menuju Indonesia sebagai negara industry.Pada kepemimpinan di Pusat Penelitian Fisika - Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2FLIPI) sudah berganti sebanyak tujuh kali, pada tahun 1975 Pusat Peneliatian Fisika ini dikepalai oleh Ardjoeno Brodjonegoro, pada tahun 1978, dalam perkembangannya tahun 1978 dikepalai oleh Suwarto Martosudirjo, kemudian pada tahun 1980 dikepalai oleh Ardjoeno Brodjonegoro, pada tahun 1992 oleh Anung Kusnowo, pada tahun 1997 oleh Achiar Oemry, pada tahun 2001 oleh Prijo Sardjono, serta pada tahun 2010 sampai dengan sekarang oleh Bambang Widiyatmoko.

Gambar 2.1. Gedung P2F LIPI di Kompleks PUSPIPTEK Serpong. (www.fisika.lipi.go.id)

2.1.2 Tugas dan Fungsi PokokTugas dan fungsi Pusat Penelitian FisikaLIPI sesuai dengan SK Kepala LIPI No.1151/M/2001, tanggal 5 Juni 2001 adalah sebagai berikut:a. Tugas PokokPusat Penelitian Fisika LIPI mempunyai tugas melaksanakan penyiapan bahan perumusan kebijakan, penyusunan pedoman, pemberian bimbingan teknis, penyusunan rencana dan program, pelaksanaan penelitian bidang fisika serta evaluasi, dan penyusunan laporan.b. Fungsi PokokUntuk menyelenggarakan tugas pokok tersebut, Pusat Penelitian Fisika LIPI mempunyai fungsi:1. Penyiapan bahan perumusan kebijakan penelitian bidang fisika.2. Penyusunan pedoman, pembinaan, dan pemberian bimbingan teknis penelitian bidang fisika.3. Penyusunan rencana, program, dan pelaksanaan penelitian bidang fisika4. Pemantauan pemanfaatan hasil penelitian bidang fisika.5. Pelayanan jasa ilmu pengetahuan dan teknologi bidang fisika.6. Evaluasi dan penyusunan laporan penelitian bidang fisika.7. Pelaksanaan urusan tata usaha.

2.1.3 Visi dan Misi PPF-LIPIa) Visi PPF-LIPIVisi PPF LIPI adalah pendukung dalam Visi LIPI : Menjadi lembaga ilmu pengetahuan berkelas dunia yang mendorong terwujudnya kehidupan bangsa yang adil, makmur, cerdas, kreatif, integratif, dan dinamis yang didukung oleh ilmu pengetahuan dan teknologi yang humanis.b) Misi PPF-LIPIUntuk mencapai VISI yang telah ditetapkan di atas, maka ditetapkan Misi PusatPenelitian FisikaLIPI sebagai berikut:1. Menciptakan great science (terobosan ilmiah) di bidang fisika.2. Meningkatkan invensi dan inovasi di bidang IPTEK berbasis fisika untuk memperkuat daya saing industri dan ekonomi nasional3. Meningkatkan pendayagunaan hasilhasil penelitian dalam memberikan solusi terhadap masalahmasalah aktual nasional.4. Menyiapkan bahan untuk perumusan kebijakan nasional bidang IPTEK berbasis fisika.5. Meningkatkan kinerja manajemen penelitian dan pelayanan masyarakat.(sumber : http://fisika.lipi.go.id/ )

2.1.4 Lokasi PPF LIPIPusat Penelitian Fisika LIPI Serpong berdomisi di:Kompleks PUSPIPTEK Serpong, Tlp.(021) 7560570, Fax. (021) 7560556

Gambar 2.2. Peta lokasi PPFLIPI di Serpong(sumber : http://maps.google.co.id/)

2.1.5 Struktur OrganisasiBerdasarkan SK Kepala LIPI No. 1151/M/2001 tanggal 5 Juni 2001 Pusat Penelitian FisikaLIPI, mempunyai empat bidang dan satu bagian dengan struktur organisasi sebagai berikut :1. Bidang Fisika Industri dan Lingkungan membawahi kelompokkelompok peneliti konservasi energi, fisika bumi, dan metoda perlindungan lingkungan.2. Bidang Fisika Bahan Baru membawahi kelompok peneliti: Keramik, Komposit dan Polimer.3. Bidang Instrumentasi Fisis dan Optoelektronika, membawahi Kelompokkelompok Peneliti: Uji Tak Merusak, Laser dan Optoelektronika, Instrumentasi, Fisika Teoritik dan Komputasi4. Bidang Sarana Penelitian, terdiri atas tiga sub bidang, yaitu: Sub Bidang Sarana Instrumentasi Fisis dan Optoelektronika Sub Bidang Sarana Fisika Bahan Baru Sub Bidang Sarana Fisika Industri dan Lingkungan5. Bagian Tata Usaha, terdiri atas empat sub bagian, sebagai berikut Sub Bagian Kepegawaian Sub Bagian Keuangan Sub Bagian Umum dan Perlengkapan Sub Bagian Kerjasama dan Informasi

Gambar 2.3. Struktur Organisasi Pusat Penelitian Fisika LIPI.(sumber : http://fisika.lipi.go.id/)

Kepala Pusat Penelitian Fisika: Bambang WidiyatmokoKepala Bagian Tata Usaha: Agus SuheriKepala Subbagian Kepegawaian: Noorika R.WKepala Subbagian Keuangan: Endang HamidahKepala Sub bagian Umum: Maman SaefullohKepala Subbagian Jasa dan Informasi: Prabowo PurantoKepala Bidang Instrumentasi Fisis dan Optoelektronika: M.M. SuliyantiKepala Bidang Fisika Bahan Baru: Nanik IndayaningsihKepala Bidang Fisika Industri dan Lingkungan: SugiyatnoKepala Bidang Sarana Penelitian: Bambang PrihandokoKepala Subbidang Sarana Fisika Instrumentasi Fisis dan Optoelektronika: SulaemaKepala Subbidang Sarana Fisika Bahan Baru: Imam MulyantoKepala Subbidang Sarana Fisika Industri dan Lingkungan: Hardi Jaya(sumber : http://fisika.lipi.go.id/)

2.2 Tinjauan Pustaka2.2.2 Serat Optik (Optical Fiber)Serat optik merupakan pandu gelombang (waveguide) yang dibuat dengan tujuan membatasi ruang hamburan berkas-berkas cahaya sehingga hanya dapat menjalar ke satu arah saja. Penjalaran cahaya dalam serat optik yang dipandu ke satu arah memungkinkan cahaya tersebut dapat menempuh jarak penjalaran yang sangat panjang dengan kapasitas (bandwidth) yang besar. Dengan memperhitungkan sifat cahaya yang bergerak dengan kecepatan sangat tinggi (3x108m/s) dan jarak penjalaran cahaya yang sangat panjang serta bandwidth yang besar pada serat optik menjadikan serat optik sebagai media transmisi utama dalam sistem komunikasi modern.

1. 2. 2.1. Struktur Dasar Serat OptikSerat optik memiliki bentuk silinder seperti kabel pada umumnya, terdiri dari dua bagian penting yaitu inti (core) dan kulit (cladding) serta lapisan-lapisan pengaman dari bahan plastik yang melapisi cladding atau kulit/jaket terluar (coating). Penampang melintangnya dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Penampang serat optik (ukuran dalam m).Inti (core) terbuat dari bahan silika (SiO2) dan biasanya diberi penguat berupa germanium dioksida (GeO2) atau fosfor pentoksida (P2O5) untuk meningkatkan indeks biasnya. Core memiliki diameter sekitar 55 m. Kulit (cladding) memiliki diameter sekitar 125 m juga terbuat dari bahan silika dengan sedikit penguat dan indeks bias cladding dibuat lebih rendah daripada indeks bias core. Dengan lebih rendahnya indeks bias cladding daripada indeks bias core menjadikan cahaya dapat terpantul-pantul di daerah core dan menjalar sepanjang serat optik.Untuk melindungi cladding dan core dari gangguan mekanis, termis, ataupun elektrik lingkungan, maka pada bagian paling luar serat optik diberi pelapis semacam pelindung dari bahan plastik. Palapis core dan cladding dari bahan plastik ini dikatakan sebagai jaket terluar (coating) serat optik yang memiliki diameter 250 m500 m. Perhatikan gambar berikut:

Gambar 2.5. Struktur serat optik.Dengan adanya pelapis pelindung (coating) menjadikan serat optik kedap udara (sulit ditembus udara luar) sehingga penjalaran cahaya dalam serat optik tidak terganggu (noise rendah) serta dapat tahan digunakan sampai 20 tahun dalam sistem telekomunikasi berbasis optik.Penjalaran gelombang cahaya dalam serat optik mengikuti gejala-gejala fisis yang ditunjukkan oleh cahaya ketika menjalar pada dua medium yang berbeda indeks bias. Gejala-gejala fisis tersebut meliputi pemantulan (reflection), pembiasan (refraction), dan transmisi (transmition). a. Pemantulan (Reflection) dan Pembiasan (Refraction) Gejala pemantulan, pembiasan dan transmisi yang merupakan aspek fisis perambatan cahaya pada bidang batas antara dua medium yang berbeda karakter. Misalkan terdapat cahaya monokromatik merambat dalam bentuk gelombang bidang medan listrik dan datang pada bidang batas antara dua medium dielektrik berindeks bias ni dan nt (lihat gambar 2.6). Bila gelombang datang diasumsikan terpolarisasi linier, maka persamaan gelombang datang adalah :Ei = Eoi cos (ki r i t)(2.1)dimana Eoi adalah vektor amplitudo medan listrik yang datang pada bidang batas dan ki adalah vektor propagasi gelombang datang.

Gambar 2.6. Gejala fisis perambatan cahaya pada bidang batas antara dua medium yang berbeda indeks bias Dengan tidak membatasi pilihan arah rambat dan nilai awal fase gelombang, maka kita dapat menuliskan persamaan gelombang pantul dan gelombang transmisi sebagai berikut,Er = Eor cos (kr r r t +r)(2.2)danEt = Eot cos (kt r t t +t)...(2.3)dimana Er dan Et berturut-turut adalah vektor amplitudo medan listrik yang dipantulkan dan yang ditransmisikan, sedangkan r dan t masing-masing menyatakan konstanta fase gelombang pantul dan gelombang transmisi relatif terhadap fase gelombang datang.Proses perambatan medan elektromagnetik menembus bidang batas antara dua medium berbeda karakter harus memenuhi syarat batas yang bersifat mengikat. Bila bahan yang ditinjau tidak mengandung muatan bebas dan arus bebas seperti umumnya ditemui pada bahan konduktif, maka syarat batas tersebut dapat dituliskan sebagai berikut,

dan ..................................(2.4)untuk medan listrik, serta

dan .. (2.5)untuk medan magnet (indeks 1 dan 2 mewakili medium 1 dan medium 2). Pada tahap ini ada dua besaran baru yang berkaitan langsung dengan sifat bahan dielektrik, yaitu vektor pergeseran listrik D = E dan vektor intensitas medan magnet H = B/. Dalam teori elektromagnetik, medan E dan H diasosiasikan dengan medan eksternal, sedangkan medan D dan B diasosiasikan dengan medan internal (sebagai respon bahan dielektrik terhadap pengaruh luar).

Persamaan syarat batas yang akan dibicarakan di sini adalah syarat batas kedua dari persamaan (2.4). Syarat batas tersebut menyatakan bahwa komponen tangensial (paralel) medan listrik bersifat kontinyu pada bidang batas. Apabila vektor satuan dalam arah tegak lurus (normal) bidang batas diberi lambang , maka syarat batas tersebut dapat dituliskan dalam bentuk yang eksplisit sebagai berikut,

.......................(2.6)yang berlaku untuk setiap saat dan titik pada permukaan bidang batas. Secara implisit, hal ini berarti bahwa fase gelombang pada medium 1 (gelombang datang dan gelombang pantul) haruslah sama dengan fase gelombang pada medium 2 (gelombang transmisi) pada bidang batas. Dengan bantuan persamaan (2.1), (2.2) dan (2.3), hal ini dituliskan sebagai(ki r i t) = (kr r r t +r) = (kt r t t +t) .(2.7)Kontinuitas pada bidang batas juga mempersyaratkan kesamaan frekuensi getar untuk semua gelombang pada kedua medium. Jadi dalam hal ini berlaku i = r = t sedemikian sehingga persamaan (2.7) berubah menjadi(ki r ) = (kr r + r) = (kt r + t) (2.8) persamaan (2.8) dapat dikupas dengan mencermati gambar 7. Dua suku pertama dari persamaan (2.8) merupakan relasi antara sinar datang dengan sinar pantul. Relasi tersebut dapat ditulis menjadi [(ki - kr ) r] = r ......(2.9)secara fisis bentuk ini menjelaskan bahwa vector (ki kr) sejajar dengan bidang normal. Dengan demikian dapat dituliskan

(ki kr) x = 0.(2.10)

dengan mensubstitusikan ki = ki dan kr = kr dimana dan berturut-turut adalah vektor satuan propagasi gelombang datang dan gelombang pantul dalam persamaan (2.10). Dengan memperhatikan geometri gambar 7, maka persamaan vektor (2.10) dapat diubah menjadi persamaan bentuk skalar sebagai berikut.ki sin i = kr sin r .............(2.11)Dengan mengingat konsep klasik gelombang yang menyatakan bilangan gelombang k didefiniskan sebagai k = 2/, maka dapat dimengerti bahwa ki = 2/i dan kr = 2/r. Oleh karena tidak ada perubahan panjang gelombang untuk medium yang sama, maka i = r berakibat ki = kr. dengan demikian persamaan (2.11) akan menjadi sin i = sin r atau i = r.(2.12)yang merupakan hukum Snellius untuk pemantulan cahaya pada bidang batas, yaitu besar sudut datang sama dengan besar sudut pantul. Selanjutnya relasi antara gelombang cahaya datang dan gelombang cahaya transmisi dinyatakan oleh suku pertama dan suku ketiga dari pada persamaan (2.7), sehingga dapat dituliskan[(ki - kt ) r )] = t...................... (2.13)

yang berarti bahwa (ki - kt) juga tegak lurus terhadap bidang batas. Dengan kata lain, vektor (ki - kt) sejajar dengan bidang normal. Hal ini membuktikan bahwa gelombang datang, gelombang pantul dan gelombang transmisi terletak pada satu bidang datar yang sama. Dengan mensubstitusikan kt= kt, maka persamaan vektor (2.13) tersebut di atas dapat diubah menjadi per-samaan skalar sebagai berikutki sin i = kt sin t .................(2.14)dengan memanfaatkan definisi indeks bias bahan (n = c/v) dan konsep kontinuitas frekuensi getar ( i = r = t ), maka persamaan (2.14) dapat diubah menjadi ni sin i = nt sin t.(2.15)

dimana sedemikian sehingga . Persamaan (2.15) dikenal sebagai Hukum Snellius untuk pembiasan cahaya melalui bidang batas antara dua medium. Dari persamaan (2.15) juga dapat dicermati bahwa jika indeks bias medium dua lebih besar dari pada indeks bias medium satu (nt > ni), maka sudut bias cahaya akan lebih kecil daripada sudut datang cahaya (t < i), dimana cahaya bias mendekati bidang normal. Hal sebaliknya terjadi jika nt < ni maka t < i, dimana cahaya bias menjauhi bidang normal.

1. 2. 2.1. 2.1.1. 2.1.2. b. Pemantulan InternalPeristiwa pemantulan internal terjadi jika sinar datang dari medium yang indeks biasnya lebih besar menuju medium yang indeks biasnya lebih kecil (n1>n2). Menurut hukum Snellius untuk pembiasan berlaku t > i yang akan berakibat n1 cos i > n2 cos t. Pada saat t = 90o maka koefisien refleksi akan berharga maksimum 1 (Gambar 2.7).Sudut datang pada saat situasi itu terjadi disebut sudut kritis c yang dapat dihitung dari

, dimana i = c dan t = 90o, maka

, dimana n1 > n2 (2.16)

Gambar 2.7. Pemantulan internal total terjadi ketika sudut datang lebih besar dari pada sudut kritis. Untuk berkas sinar datang dengan sudut datang lebih besar dari sudut kritis (i > c), maka seluruh energi yang datang pada bidang batas akan dipantulkan sempurna. Peristiwa ini disebut dengan pemantulan internal total.

c. Reflektansi dan TransmitansiBesaran reflektansi dan transmitansi adalah dua besaran yang menjelaskan tentang seberapa banyak energi datang yang dipantulkan dan ditransmisikan pada saat berkas cahaya tiba pada bidang batas. Untuk menjelaskan dua besaran ini diperlukan beberapa besaran penting yang berkaitan dengan perambatan cahaya, yakni:

(vector Pointing)

(Irridiensi)

atau( = berkas energi)Besaran reflektansi didefinisikan sebagai perbandingan daya gelombang refleksi terhadap daya gelombang datang sebagai berikut:

..(2.17)Sedangkan transmitansi didefinisikan sebagai perbandingan daya gelombang transmisi terhadap daya gelombang datang.

(2.18)Untuk kasus sinar datang dengan i 0o, maka transmitansi berubah menjadi

(2.19)Untuk mencari hubungan matematis antara reflektansi R dan transmitansi T, maka perlu diterapkan hukum kekekalan energi pada bidang batas, yakni:

.(2.20)

Bila kedua ruas dibagi dengan , maka diperoleh:

(2.21)Mengingat koefisien refleksi dan transmisi memiliki dua komponen (tegak lurus dan sejajar), maka besaran reflektansi dan transmisi dapat dituliskan dalam bentuk:

dan(2.22)serta

dan (2.23)yang tetap tunduk pada persamaan (2.23). Jadi dapat dituliskan:

dan (2.24)Untuk kasus i = 0o perbedaan antara komponen tegak lurus dan sejajar menjadi hilang sedemikian sehingga persaamaan (2.23) dan (2.24) di atas berubah menjadi:

(2.25)serta

(2.26)Berdasarkan persamaan (2.25) di atas, maka dapat disimpulkan bahwa sebanyak 4% energi datang pada permukaan bidang batas antara udara (n = 1) dan gelas (n = 1,5) akan dipantulkan balik, baik pada kasus pemantulan eksternal (n1 < n2) maupun pada kasus pemantulan internal (n1 > n2). Hasil ini sesuai dengan perhitungan proporsi energi datang yang ditransmisikan menurut persamaan (2.26), yaitu sebesar 96%.

2.2.2 Numerical Aperture (NA)Numerical Aperture merupakan suatu parameter yang menunjukkan karakteristik khusus dari serat optik. Karakteristik khusus ini berkaitan dengan seberapa besar sudut-sudut yang dapat diterima dan ditransmisikan secara sempurna hingga sampai di ujung serat optik.

Gambar 2.8. Model transmisi cahaya dalam serat optik.

Gambar 2.8 mengilustrasikan bahwa pemantulan cahaya secara total terjadi dalam core serat optik, dimana i > c, dengan i adalah sudut datang yang jatuh pada permukaan core-cladding dan c adalah sudut kritis antara permukaan core-cladding. Sudut i memiliki besar sama dengan sudut a. Dari ilustrasi ini, maka didapatkan bahwa , sehingga:

..(2.27)Jika pemantulan total terjadi pada permukaan core-cladding dimana i c dan sin i sin c = n2/n1, maka hal ini mengakibatkan berlakunya kondisi:

(2.28)Kondisi persamaan 2.28 merupakan keadaan yang menggambarkan parameter NA, sehingga

..(2.29)dimana sudut a merepresentasikan sudut cahaya datang yang dapat diterima oleh suatu serat optik yang diukur dari garis normal core (titik pusat core) dan no adalah indeks bias udara. Dengan demikian, karakteristik suatu serat optik sangat ditentukan oleh indeks bias core dan cladding-nya.

2.2.3 Fiber Bragg Grating (FBG)Fiber Bragg Grating merupakan suatu jenis kisi (Bragg) yang dapat difungsikan sebagai reflektor optik. Jika kisi Bragg ini disusupkan pada suatu serat optik (singlemode), maka akan terbentuk Fiber Bragg Grating (FBG). FBG adalah serat optik yang memiliki variasi periodik indeks bias yang terdistribusi dalam bentuk kisi. (Johannes, 2000). Akibat variasi periodik indeks bias serat optik ini, maka FBG dapat memantulkan panjang gelombang cahaya tertentu dan meneruskan sisanya. Dengan karakteristik tersebut, FBG dapat berfungsi sebagai filter optik (optical filter) untuk menghalangi atau sebagai reflektor panjang gelombang cahaya tertentu. Dalam serat optik kisi Bragg tersusun seperti segmen-segmen yang terdistribusi dengan jarak yang sama. Dalam kondisi tertentu FBG akan memantulkan beberapa panjang gelombang optik tertentu dan meneruskan panjang gelombang optik tertentu juga.

Gambar 2.9. Struktur FBG beserta spektrum transmisi dan refleksinya. 2.2. Difraksi Kisi Bragg (Bragg Grating Diffraction)Dalam menjelaskan tentang difraksi ini, ada dua fakta geometrikal, yaitu:1. Berkas sinar datang, sinar pantul, dan sinar difraksi berada dalam satu bidang.2. Sudut antara berkas sinar difraksi dan sinar transmisi selalu berharga 2 (sudut difraksi).

Gambar 2.10. Difraksi kisi Bragg.Dari gambar (2.10), ACA dan BEB merupakan gelombang cahaya yang diradiasikan pada titik-titik kisi. Gelombang cahaya ACA mengenai titik kisi (titik C) pada bidang kisi 1 dan gelombang cahaya BEB mengenai titik kisi (titik E) pada bidang kisi 2. Kedua gelombang tersebut memiliki selisih jarak tempuh sebesar DEF, yang merupakan tambahan jarak yang harus ditempuh gelombang BEB untuk tiba pada jarak yang sama diukur dari titik kisi (titik C). Untuk memenuhi terjadinya difraksi, DEF harus memiliki nilai sebesar kelipatan bulat dari panjang gelombang. Jika kelipatan bulat tersebut adalah n, maka:n = DEF.................................................(2.30)DEF= DE+EF, dengan DE=EF, sehingga DEF=2DE=2EF. Dengan demikian dapat dituliskan:

................................................(2.31)EF memiliki nilai sebesar d sin , sehingga:n = 2d sin ...............................................(2.32) persamaan (2.32) dikenal sebagai hukum difraksi Bragg.

Prinsip Kerja FBGMekanisme kerja FBG menerapkan prinsip refleksi Bragg. Ketika cahaya berpropagasi melalui daerah yang secara periodik berubah-ubah dari indeks refraktif tinggi dan rendah, secara parsial cahaya tersebut direfleksikan pada tiap interface di antara daerah tersebut (Gambar 2.11).

Gambar 2.11. Refleksi cahaya pada FBG.Dalam serat optik single mode, kisi Bragg bekerja berdasarkan kondisi kesesuaian fase (phase-matching) antara mode-mode optik yang merambat dalam serat optik. Kesesuaian fase ini dapat dituliskan sebagaikg + kc = kB.................................................(2.33)dengan kg adalah vektor gelombang dari pasangan gelombang pemandu, kc adalah vektor gelombang hasil dan kB adalah vektor gelombang kisi Bragg. Untuk intraksi orde pertama, maka berlaku

....................................................(2.34)dengan adalah periode kisi ( ).Jika keadaan propagasi konstan terjadi, dimana mode-mode pasangan gelombang akan berintraksi secara menyeluruh dan mendekati keadaan tak terbedakan. Keadaan ini memberikan konstanta propagasi yang dapat dituliskan sebagai:

..................................................(2.35)dengan adalah beda konstanta propagasi antara dua mode gelombang yang terlibat dalam pasangan gelombang dan diasumsikan bahwa keduanya bergerak dalam arah yang sama.FBG meliputi gelombang propagasi maju (>0) dan gelombang propagasi balik ( 5 Volt. Kehilangan daya yang terjadi akibat komponen laser sebesar 1,75 Watt. Daya sebesar ini ditentukan saat diatur pada arus maksimum (250 mA) untuk semua variasi tegangan keluaran > 5 Volt saat diberikan tegangan masukan dari suplai daya + 12 Volt. Meski demikian, IP250 tetap mungkin dioperasikan pada laser dengan tegangan operasi < 5 Volt, tetapi arus keluarannya harus dikurangi untuk menjaga agar tidak terjadi kerusakan komponen. Daya yang hilang akibat komponen ditentukan melalui persamaan 2.43...................................... (2.43)Dengan : P : Daya yang hilang Vin : Tegangan masukan (+ 10 12 Volt) Vop : Tegangan operasi Laser Dioda Ioutput: Arus injeksi ke Laser Dioda

2.2.6 Thermal Electric Cooler (TEC) ControllerPrinsip Kerja TEC ControllerTEC Controller merupakan komponen dalam alat ASE yang berfungsi untuk mengontrol suhu dalam laser dioda. Prinsip kerja dari TEC adalah dengan berdasarkan Efek Seebeck yaitu bila dua logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya lalu diberikan suhu yang berbeda pada sambungan tersebut, maka akan terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain.Thomas Johann Seebeck adalah ilmuwan jerman yang menemukan efek ini pada tahun 1821. Dalam eksperimennya, Seebeck menghubungkan besi dan tembaga dalam satu rangkaian. Saat kedua logam dipanaskan, jarum kompas yang diletakkan di antara kedua logam tersebut bergerak. Hal ini terjadi akibat adanya medan magnet yang timbul dari aliran listrik yang muncul. Fenomena ini kemudian dikenal dengan efek Seebeck.Prinsip pada efek Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Kebalikan dari Seebeck, Peltier melakukan eksperimen pada tahun 1934 dengan mengalirkan listrik pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah sambungan. Saat arus listrik dialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik. Efek Seebeck dan Peltier inilah yang kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi termoelektrik.Sebagai media pendingin, termoelektrik dibuat dari bahan semikonduktor yang bila dialiri arus listrik DC maka di kedua sisinya akan mengalami panas dan dingin. Pada sisi yang dingin inilah nantinya yang dipakai sebagai media pendingin. Pemilihan spesifikasi TEC didasarkan pada beban kalor, beda suhu dan parameter listrik yang digunakan.Kelebihan dari teknologi TEC sebagai pendingin dibanding teknologi pendingin lainnya adalah sebagai berikut :1. Tidak memiliki komponen yang bergerak sehingga tidak berisik dan tidak ada bagian yang aus (mudah dalam perawatan)2. Memiliki masa operasi yang panjang (tahan lama)3. Dapat dipakai dalam lingkungan yang ekstrim, sensitif maupun suhu yang terlalu kecil untuk sistem pendingin biasa.4. Dapat digunakan pengatur temperatur yang terintegrasi dengan sirkuit TEC5. Tidak tergantung pada posisi6. Fungsinya dapat dibalik. Bagian yang sebelumnya berfungsi sebagai pendingin, dapat menjadi pemanas dengan mengubah polaritas dari suplai daya.

TCM1000T TEC ControllerTCM1000T TEC Controller merupakan salah satu produk Thorlabs untuk mengendalikan temperatur pada suatu device. Salah satunya adalah laser dioda yang memang sangat sensitif akan temperatur. TCM1000T TEC Controller akan mengontrol arus yang melalui komponen TEC dalam laser dioda untuk menjaga agar temperaturnya stabil sesuai set point. Dalam controller ini terdapat termistor sebagai sensor temperatur dengan tipe NTC (Negative Temperature Coefficient). Artinya setiap kenaikan temperatur akan menyebabkan nilai resistansi pada termistor turun dan sebaliknya.

Gambar 2.20. TCM1000T TEC Controller.Temperatur dapat diatur dan dipantau berdasarkan nilai resistansi termistor. Namun dalam tampilannya tidak dalam satuan ohm melainkan dalam volt (tegangan). Untuk fungsi transfer dari besaran resistansi ke tegangan pada controller ini dinyatakan dengan 1V=10Kohm. Kelebihan lain dari controller ini adalah respon sistemnya dapat dioptimasi untuk berbagai jenis pembebanan panas menggunakan controller proportional (P) maupun integral (I). Caranya dengan memutar slot P dan slot I yang ada pada board TCM1000T TEC Controller. Sedangkan untuk temperatur set point yang diinginkan dapat diatur dengan memutar slot T.Spesifikasi TCM1000T TEC Controller : Daya masukan : +5 Volt DC, maksimal 1,25 Ampere Daya keluaran : 3 Watt (maksimum 3 Volt, arus maksimum 3 Ampere) Jenis sensor :Thermistor tipe NTC, nilai resistansi maksimal 10 Kohm Jangkauan Pengendalian :5 25 Kohm (+ 40C 10C) Akurasi set point :< 20 ohm pada suhu 25C Stabilitas jangka panjang (24 jam) :< 1 ohm pada suhu 25C

2.2.7 Erbium-doped FiberErbium-doped fiber merupakan serat silika yang di-doping dengan bahan Erbium. Serat jenis ini biasa digunakan sebagai gain medium dari laser karena memiliki banyak kelebihan. Salah satu kelebihannya adalah polarisasinya tidak tergantung terhadap penguatan yang terjadi. Sistem pumping-nya didapatkan dengan memberikan masukan cahaya laser ke erbium fiber. Sistem amplifier optic dapat dirancang hingga mampu menghasilkan jangkauan panjang gelombang yang lebar (Broadband).Erbium-doped fiber memiliki daerah transisi yang lebar ( 4000 GHz) pada rentang panjang gelombang 1530 1560 nm. Ini mendekati panjang gelombang transisi maksimalnya. Karena memiliki penguatan yang tinggi, erbium-doped fiber sering digunakan sebagai penguat optik dan repeater dalam sistem komunikasi serat optik.Pada salah satu konfigurasinya, sebuah laser semikonduktor 807 nm digunakan sebagai sistem pumping untuk serat SiO2:GeO2 sepanjang 1 m yang di-doping dengan bahan Erbium sebanyak 500 ppm (part per milion). Panjang gelombang 807 nm dan 980 nm cocok digunakan karena dapat menimbulkan pumping system yang kuat. Namun demikian, proses pumping pada panjang gelombang 807 nm dapat menimbulkan absorbsi pada tingkat eksitasi yang tidak diinginkan. Transisi laser ini dapat juga secara langsung di-pumping dengan menggunakan laser semikonduktor InGaAsP di mana absorbsi pada tingkat eksitasi tertentu tidak akan terjadi. Penguatan optik yang efisien dengan erbium-doped dimungkinkan karena adanya pergeseran frekuensi di antara pita fluoresensi dan absorbsi pada transisi ini (Saleh & Teich, 1991).Saat ini, penguatan sebesar 30 dB dapat dilakukan menggunakan pumping system dengan daya 5 mW (dapat berasal dari laser dioda 980 nm atau 1480 nm) ke serat optik + 50 m dengan kandungan erbium-doped 300 ppm. Sementara itu bandwidth optik 30 nm dapat diperoleh, meskipun bandwidth yang lebih besar dimungkinkan tetapi ada reduksi penguatan. Sistem ini juga sangat dipengaruhi oleh temperatur. Sistem erbium-doped fiber akan memiliki tiga tingkat eksitasi pada temperatur 300 dan empat tingkat eksitasi saat didinginkan hingga temperatur 11 K.

2.2.8 Tunable Optical FilterSinyal optik yang ditransmisikan melalui serat optik dan dapat dideteksi untuk mengembalikan ke bentuk sinyal elektrik seperti semula dengan perubahan sekecil mungkin. Serat optik dikombinasikan dengan pemrosesan sinyal elektrik agar lebih hemat biaya dan mendapat kualitas transmisi digital lebih tinggi. Tunable optical filter merupakan jenis filter serat optik yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi terutama dalam memodulasi intensitas sinar dengan spektrum sempit.Tunable optical filter sangat bermanfaat dalam analisa spektral dari sinyal optik. Ilustrasi masukan dan keluaran spektrum optik dari tunable optical filter dapat dilihat pada Gambar 2.24. WDM adalah teknik dalam sistem transmisi serat optik menggunakan cahaya dengan lebih dari satu panjang gelombang untuk mengirim data menggunakan media yang sama. WDM mentransmisikan beberapa spektral cahaya yang dibagi dalam kanal-kanal tertentu melewati serat optik. Tunable optical filter akan melakukan seleksi panjang gelombang pada add/drop multiplexer (ADM) sehingga data dapat masuk dan meninggalkan jaringan optik tanpa terjadi demultipleksi.

Gambar 2.21. Skema Spektrum Optik Sebelum dan Sesudah Melewati Tunable Optical Filter (Optoplex, 2011).Tunable optical filter, yang merupakan bandpass filter, biasanya terbuat dari dua cermin atau permukaan reflektor terpisah yang membentuk rongga. Di antara kedua cermin terdapat material piezzoelektrik yang kerapatannya dapat berubah tergantung masukan tegangan yang diberikan. Skemanya dapat dilihat pada Gambar 2.22. Tunable optical filter menghasilkan perubahan indeks bias Karakteristik spektral dari tunable optical filter ditentukan dari tingkat refleksi dan panjang rongga. Dengan memberikan masukan tegangan terhadap material piezzoelektrik, kerapatan dan panjang rongga pun berubah. Maka panjang gelombang keluaran dari tunable optical filter juga berubah mengikuti masukan tegangan yang diberikan. Persamaan 2.44 menunjukkan free spectral response () dari suatu tunable optical filter.

Gambar 2.22. Skema Tunable Optical Filter.Tunable optical filter yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut: Waktu tuning minimal Transmisi out-of-band minimal Hemat daya Tidak sensitif terhadap polarisasi dan sudut datang cahaya Tidak sensitif terhadap lingkungan Rentang spektral tidak terbatas Daerah bandpass dapat dipilih dan bernilai konstan

2.2.9 Optical Component Analyzer (OCA)Optical Component Analyzer (OCA) adalah suatu device optik untuk melakukan karakterisasi komponen optik. Secara umum, OCA dapat digunakan untuk melakukan karakterisasi baik komponen optik aktif maupun pasif.Konfigurasi dasar dari OCA adalah menggunakan tunable laser sebagai sumber cahayanya. Tunable laser merupakan laser yang keluaran panjang gelombangnya dapat berubah dengan pengaturan arus. Perubahan arus dalam tunable laser akan mempengaruhi dimensi media penguatnya. Perubahan dimensi ini akan berpengaruh terhadap keluaran panjang gelombang tunable laser. Spektrum panjang gelombang keluaran dari tunable laser dapat diamati menggunakan OSA. Konfigurasi dasar OCA konvensional yang banyak dipakai saat ini ditunjukkan oleh Gambar 2.23.