waveguide berstruktur gabungan antara loop -...

Optical Waveguide berstruktur gabungan antara Loop dan Directional berbasis

Mach Zehnder Interferometer

TA WINA (2013) 1

Wina Indra Lavina, Yono Hadi Pramono M.Eng Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITS, Surabaya 60111, INDONESIA

TUGAS AKHIR FISIKA 2013

Latar Belakang

2

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)

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 ”

Penelitian ini:

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

3

Permasalahan

4

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).

Tujuan

5

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).

Batasan Masalah

6

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

Pandu Gelombang Optik

• Pandu Gelombang

berdasar bahan

• Pandu gelombang

berdasar indeks bias

kover dan substrat

Bahan linear

Bahan non linear

Asymetris

symetris

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 EX, = 0, Ez = 0 dan Hy = 0),. Diasumsikan pula bahwa tidak ada variasi indeks bias pada arah sumbu y

0222

2

2

knE

x

Ey

y

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

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

SFA 2013 (Linda Silvia) 10

Metodologi Penelitian

Perancangan Y-Branching

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/k0 pada moda TE0 1,490994035834437

3

Lebar Pandu w 6

Panjang Gelombang 1,32

θ (teta) 0,859

Tabel 3.1 Parameter Pandu Gelombang Y-Branching

θ

dl1

dl2

dl3

Perancangan Mach Zehnder Interferometer

Gambar 3.2 Struktur Pandu Gelombang MZI

dl1

dl2

dl3

dl4

dl5

dl6

dl7

Parameter Nilai

Koefisien Linear 0



Panjang dl1 300

Panjang dl2 200

Panjang dl3 600

Panjang dl4 100

Panjang dl5 600

Panjang dl6 200

Panjang dl7 100

β/k0 pada moda TE0 1,4909940358344373

Lebar Pandu w 6


θ (teta) 0,859

Tabel 3.2 Parameter Struktur Pandu Gelombang MZI

Perancangan Pandu Gelombang Loop dan Directional

dl1

dl2

dl3

dl4

dl5

dl6

dl7

Parameter Nilai

Koefisien Linear 0



Panjang dl1 300

Panjang dl2 200

Panjang dl3 600

Panjang dl4 100

Panjang dl5 600

Panjang dl6 200

Panjang dl7 600

β/k0 pada moda TE0 1,4909940358344

373

Lebar Pandu w 6


θ (teta) 0,859

Tabel 3.3 Parameter Struktur Pandu Gelombang Gabungan Loop

dan Directional

Gambar 3.3 Struktur Pandu Gelombang Gabungan Loop

dan Directional

Diagram Alir Penelitian


Mencari β untuk moda TE terhadap lebar pandu gelombang

Open file untuk data output

Do ik =1,ndd

Kalkulasi input

Selesai

Input file

Iterasi dengan FD-BPM

Mulai

Studi Literatur Setting Parameter

Output data field dan refrac

Kalkulasi daya output

Output Daya

Parameter Nilai

∆x 0,05 µm

∆y 1 µm

α 0

Konstanta Propagasi β


Lebar pandu gelombang

β/Ko

• Daya keluaran lengan kiri P11yout dan lengan kanan P2yout yaitu 0,0344 W/m dan 0,0345 W/m

• Kehilangan daya sebesar 3,096 % dan pada lengan kanan sebesar 2,813 %


Hasil dan Analisa

Gambar 4.2 Distribusi Intensitas Y-Branching satu masukan

4.2 Hasil dan Analisa Perancangan Pandu Gelombang Y-Branching

• Daya pada bagian keluaran PMZI out pada dl7 yaitu 0,057 W/m dengan input PMZI in mula mula 0,071.

• kehilangan daya pada pandu gelombang MZI ini adalah 19,71%.


Hasil dan Analisa

Gambar 4.2 Distribusi Intensitas Mach Zehnder Interferometer

4.3 Hasil dan Analisa Perancangan Pandu Gelombang MZI

Pandu Gelombang loop dan directional dengan satu input daya

• Fenomena ini terjadi karena terjadi coupling daya dari lengan sebelah kanan MZI mulai dari dl4 ke pandu gelombang lurus tanpa daya

4.3 Hasil dan Analisa Pandu Gelombang Loop dan Directional Satu Input

• untuk gap kurang dari 1,3 µm P2out mendominasi keluaran dengan nilai optimal pada gap sekitar 2 µm. Sedangkan untuk gap lebih dari 1,3 µm, P1out mendominasi keluaran perlahan lahan mendekati keadaan semula


Hasil dan Analisa

Gambar 4.4 Karakteristik Daya Keluaran sebagai Fungsi Gap

4.3 Hasil dan Analisa Pandu Gelombang Loop dan Directional Satu Input

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 2 4 6 8 10 12d

aya

kelu

aran

(W

/m)

Gap (µm)

P1out

p2out

• Superposisi gelombang dalam lengan MZI sepanjang dl4 dengan pandu gelombang lurus menghasilkan nilai daya keluaran kecil pada P1out dan besar pada P2out

• 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 0 µm

• Perambatan intensitas yang menghasilkan nilai kedua keluaran sama besar yang diakibatkan superposisi kedua lengan menjadi berkurang sehingga keluaran dari MZI (P1out) menjadi besar

Gambar 4.9 Perambatan Intensitas cahaya Laser pada saat Gap 1,4 µm

• Nilai keluaran pada P1out menjadi optimum sedangkan pada P2out 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

• 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

• Terlihat dalam gambar bahwa untuk gap kurang dari 1,4 µm P2out mendominasi keluaran dengan nilai optimal pada gap sekitar 0-0,1 µm. Sedangkan untuk gap lebih dari 1,4 µm, P1out mendominasi keluaran dengan nilai optimal pada saat gap dari 3,8 µm.


Hasil dan Analisa

Gambar 4.4 Karakteristik Daya Keluaran sebagai Fungsi Gap

4.3 Hasil dan Analisa Pandu Gelombang Loop dan Directional

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0.11

0 5 10 15 20 25D

aya

Ke

luar

an (

W/m

) Gap (µm)

P2out

P1out

• Panjang kopling dl4 menjadi sangat penting peranannya dalam perolehan jumlah putaran optimal dan minimal antara kedua output.

• pada panjang kopling 400 µm. P1out terjadi minimum dan P2out terjadi maksimum sehingga sangat bermanfaat bila dikembangkan dalam switching daya optik dan hal ini yang menjadi dasar mengapa memilih panjang kopling 400 µm

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0.11

0 5 10 15 20 25D

aya

Ke

luar

an (

W/m

) Gap (µm)

p1out 400

p1out 200

p1out 100

Gambar 4.13 Pengaruh Panjang Kopling terhadap Daya Keluaran

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

TA 2013(Wina Lavina) 26


Thank you for your attention

waveguide berstruktur gabungan antara loop -...

Documents