FABRIKASI DAN KARAKTERISASI DIRECTIONAL SINGLE … · Directional coupler berfungsi sebagai komponen optical switching, multiplexing, pemecah berkas (splitter) dan pemecah daya atau

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