Top Banner
1 AbstractTelah berhasil dibuat pandu gelombang planar dengan metode pertukaran ion kaca/substrat a + dengan ion garam Ag + . Perbandingan molar garam AgO 3 + aO 3 yang digunakan adalah 100 : 1,6 dan 100 : 2. Suhu pertukaran ion, 320, 340, 344 dan 350 dengan waktu 10 sampai 60 menit. Proses pembuatan pandu gelombang planar dengan metode pertukaran ion adalah dengan pembersihan substrat, perendaman substrat ke dalam lelehan garam, kemudian pendinginan substrat di udara terbuka. Karakterisasi pandu gelombang planar diperoleh dari moda yang muncul pada metode prisma kopling, moda yang didapatkan kemudian dihitung dengan rumus iWKB untuk mendapatkan ketebalan dan indeks bias pandu gelombang tersebut. Hasil karakterisasi pandu gelombang menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu pemanasan atau semakin lama waktu pertukaran ion, maka ketebalan lapisan pandu gelombang yang dihasilkan semakin tebal. Perubahan indeks bias yang terjadi akibat pertukaran ion Ag-a pada larutan garam dan substrat kurang dari 0,09. Sedangkan distribusi indeks bias pandu gelombang, berbeda nilainya pada setiap sampel. Pandu gelombang planar yang dihasilkan merupakan pandu gelombang planar graded indeks. I. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi informasi secara terus-menerus menuntut perkembangan produksi di segala bentuk perangkat komunikasi tambahan untuk meningkatkan kecepatan, kualitas dan saluran sinyal informasi, salah satu perangkat yang dikembangkan yaitu perangkat integrated optic. Salah satu komponen terpenting dalam integrated optic adalah pandu gelombang. Dalam pembuatan pandu gelombang, dibutuhkan teknik fabrikasi yang mudah untuk mendapatkan pandu gelombang dengan rugi daya rendah dan dengan biaya yang relative murah, teknik fabrikasi tersebut yaitu pertukaran ion. Teknik ini mempertukarkan ion kaca dengan ion garam sebagai mediumnya. Sedangkan untuk mengetahui profil indeks bias dan ketebalan pandu gelombang, tidak dapat dilakukan pengukuran secara langsung. Sehingga digunakan metode prisma kopling (memunculkan pola terang pada sudut tertentu di layar sebagai representasi dari moda dalam pandu gelombang) yang pertama kali diperkenalkan oleh Ulrich dan Tien. Pola moda tersebut yang nantinya digunakan untuk menghitung ketebalan dan indeks bias pandu gelombang. Metode ini memiliki beberapa kelebihan antara lain mempunyai hasil yang akurat, dan tidak merusak sample. Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimana pembuatan pandu gelombang planar dengan metode pertukaran ion dan bagaimana hasil karakterisasi (profil indeks bias dan ketebalan) pandu gelombang yang dibuat. Tujuan tugas akhir ini adalah pembuatan pandu gelombang planar dengan teknik yang sederhana, biaya terjangkau yaitu dengan metode pertukaran ion dan pengarakterisasian profil indeks bias dan ketebalan dari pandu gelombang planar yang dibuat melalui metode prisma kopling. Dalam penelitian ini digunakan beberapa asumsi yaitu konsentrasi ion yang berdifusi ke dalam kaca sangat rendah, koefisien self-diffusion tidak tergantung pada konsentrasi, dan hanya sepasang jenis alkali yang terlibat dalam proses pertukaran ion walaupun kaca yang digunakan mengandung multialkali dan reaksi kimia antara AgNO 3 dan NaNO 3 tidak diperhitungkan. II. DASAR TEORI A. Pandu Gelombang Planar Pandu gelombang planar terdiri dari film tipis (indeks bias n f ) yang terletak di antara substrat (n s ) dan selubung/cladding (n c ) yang berupa udara. Agar gelombang dapat berpropagasi di dalam pandu gelombang tersebut, maka selain persyaratan n f > n s > n c juga terdapat persyaratan ketebalan minimum. Jumlah moda yang dapat berpropagasi di dalam pandu gelombang planar tersebut bergantung pada parameter ketebalan dan indeks bias film [1] . Karena itu penguasaan teknik fabrikasi dan karakterisasi film tipis menjadi sangat penting. Pandu gelombang dengan struktur geometri dua dimensi disebut sebagai pandu gelombang slab [2] . Sebagaimana tampak dalam Gbr 1, tebal film jauh lebih kecil daripada lebarnya, sehingga pada pada pandu gelombang slab ini pengurungan atau pembatasan cahaya hanya berlangsung pada arah sumbu x saja. Bila cahaya disalurkan dalam arah sumbu z, maka medan cahaya akan seragam di sepanjang sumbu y, karena itu bidang cahaya/ bidang datang terletak di sepanjang bidang x-z [3] . Gbr 1 Perambatan Cahaya dalam Core Pandu Gelombang Planar (a) Step Indeks (b) Graded Indeks [3] B. Proses Pertukaran Ion Fabrikasi Dan Karakterisasi Pandu Gelombang Planar Dengan Metode Pertukaran Ion Dan Prisma Kopling Diah Kusuma Wardhani - Dr. Ir Sekartedjo, M.Sc Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri ITS Surabaya Indonesia 60111, email : [email protected]
6

Fabrikasi Dan Karakterisasi Pandu Gelombang Planar … · implantation, dan ion exchange (pertukaran ion)[4]. Dalam teknik pertukaran ion, ion dari substrat dipertukarkan dengan ion

Jul 06, 2018

Download

Documents

vanliem
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Fabrikasi Dan Karakterisasi Pandu Gelombang Planar … · implantation, dan ion exchange (pertukaran ion)[4]. Dalam teknik pertukaran ion, ion dari substrat dipertukarkan dengan ion

1

Abstract— Telah berhasil dibuat pandu gelombang planar

dengan metode pertukaran ion kaca/substrat �a+ dengan ion

garam Ag+. Perbandingan molar garam Ag�O3 + �a�O3

yang digunakan adalah 100 : 1,6 dan 100 : 2. Suhu

pertukaran ion, 320, 340, 344 dan 350 dengan waktu 10

sampai 60 menit. Proses pembuatan pandu gelombang planar

dengan metode pertukaran ion adalah dengan pembersihan

substrat, perendaman substrat ke dalam lelehan garam,

kemudian pendinginan substrat di udara terbuka.

Karakterisasi pandu gelombang planar diperoleh dari moda

yang muncul pada metode prisma kopling, moda yang

didapatkan kemudian dihitung dengan rumus iWKB untuk

mendapatkan ketebalan dan indeks bias pandu gelombang

tersebut. Hasil karakterisasi pandu gelombang menunjukkan

bahwa semakin tinggi suhu pemanasan atau semakin lama

waktu pertukaran ion, maka ketebalan lapisan pandu

gelombang yang dihasilkan semakin tebal. Perubahan indeks

bias yang terjadi akibat pertukaran ion Ag-�a pada larutan

garam dan substrat kurang dari 0,09. Sedangkan distribusi

indeks bias pandu gelombang, berbeda nilainya pada setiap

sampel. Pandu gelombang planar yang dihasilkan merupakan

pandu gelombang planar graded indeks.

I. PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi informasi secara terus-menerus

menuntut perkembangan produksi di segala bentuk perangkat

komunikasi tambahan untuk meningkatkan kecepatan, kualitas

dan saluran sinyal informasi, salah satu perangkat yang

dikembangkan yaitu perangkat integrated optic. Salah satu

komponen terpenting dalam integrated optic adalah pandu

gelombang.

Dalam pembuatan pandu gelombang, dibutuhkan teknik

fabrikasi yang mudah untuk mendapatkan pandu gelombang

dengan rugi daya rendah dan dengan biaya yang relative

murah, teknik fabrikasi tersebut yaitu pertukaran ion. Teknik

ini mempertukarkan ion kaca dengan ion garam sebagai

mediumnya. Sedangkan untuk mengetahui profil indeks bias

dan ketebalan pandu gelombang, tidak dapat dilakukan

pengukuran secara langsung. Sehingga digunakan metode

prisma kopling (memunculkan pola terang pada sudut tertentu

di layar sebagai representasi dari moda dalam pandu

gelombang) yang pertama kali diperkenalkan oleh Ulrich dan

Tien. Pola moda tersebut yang nantinya digunakan untuk

menghitung ketebalan dan indeks bias pandu gelombang.

Metode ini memiliki beberapa kelebihan antara lain

mempunyai hasil yang akurat, dan tidak merusak sample.

Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah

bagaimana pembuatan pandu gelombang planar dengan

metode pertukaran ion dan bagaimana hasil karakterisasi

(profil indeks bias dan ketebalan) pandu gelombang yang

dibuat.

Tujuan tugas akhir ini adalah pembuatan pandu gelombang

planar dengan teknik yang sederhana, biaya terjangkau yaitu

dengan metode pertukaran ion dan pengarakterisasian profil

indeks bias dan ketebalan dari pandu gelombang planar yang

dibuat melalui metode prisma kopling.

Dalam penelitian ini digunakan beberapa asumsi yaitu

konsentrasi ion yang berdifusi ke dalam kaca sangat rendah,

koefisien self-diffusion tidak tergantung pada konsentrasi, dan

hanya sepasang jenis alkali yang terlibat dalam proses

pertukaran ion walaupun kaca yang digunakan mengandung

multialkali dan reaksi kimia antara AgNO3 dan NaNO3 tidak

diperhitungkan.

II. DASAR TEORI

A. Pandu Gelombang Planar

Pandu gelombang planar terdiri dari film tipis (indeks bias

nf) yang terletak di antara substrat (ns) dan selubung/cladding

(nc) yang berupa udara. Agar gelombang dapat berpropagasi di

dalam pandu gelombang tersebut, maka selain persyaratan nf >

ns > nc juga terdapat persyaratan ketebalan minimum. Jumlah

moda yang dapat berpropagasi di dalam pandu gelombang

planar tersebut bergantung pada parameter ketebalan dan

indeks bias film[1]

. Karena itu penguasaan teknik fabrikasi dan

karakterisasi film tipis menjadi sangat penting. Pandu

gelombang dengan struktur geometri dua dimensi disebut

sebagai pandu gelombang slab[2]

. Sebagaimana tampak dalam

Gbr 1, tebal film jauh lebih kecil daripada lebarnya, sehingga

pada pada pandu gelombang slab ini pengurungan atau

pembatasan cahaya hanya berlangsung pada arah sumbu x

saja. Bila cahaya disalurkan dalam arah sumbu z, maka medan

cahaya akan seragam di sepanjang sumbu y, karena itu bidang

cahaya/ bidang datang terletak di sepanjang bidang x-z[3]

.

Gbr 1 Perambatan Cahaya dalam Core Pandu Gelombang Planar (a) Step

Indeks (b) Graded Indeks[3]

B. Proses Pertukaran Ion

Fabrikasi Dan Karakterisasi Pandu Gelombang Planar Dengan

Metode Pertukaran Ion Dan Prisma Kopling

Diah Kusuma Wardhani - Dr. Ir Sekartedjo, M.Sc Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri

ITS Surabaya Indonesia 60111, email : [email protected]

Page 2: Fabrikasi Dan Karakterisasi Pandu Gelombang Planar … · implantation, dan ion exchange (pertukaran ion)[4]. Dalam teknik pertukaran ion, ion dari substrat dipertukarkan dengan ion

2

Ada beberapa teknik fabrikasi pandu gelombang

menggunakan substrat kaca, antara lain sputtering deposition,

chemical vapor deposition (CVD), sol-gel coating, ion

implantation, dan ion exchange (pertukaran ion)[4]

.

Dalam teknik pertukaran ion, ion dari substrat dipertukarkan

dengan ion dari pelarut dimana akan terbentuk indeks bias

relatif yang lebih tinggi di bawah permukaan. Jenis pandu

gelombang yang fabrikasinya menggunakan teknik ini adalah

pandu gelombang kaca, yaitu dengan menukarkan ion Na+ di

dalam kaca dengan ion Ag+, K

+, Ti

+, dan pandu gelombang

LiNbO3 yang menukarkan ion La+ dengan H

+ dalam asam

benzoat. Di dalam kasus tertentu medan elektronik digunakan

untuk mempercepat proses pertukaran ion. Kaca dalam optik

adalah isotropis dan material yang populer. Kehilangan daya

yang rendah dari pandu gelombang material kaca bisa

didapatkan dengan cara fabrikasi dengan teknik pertukaran ion

ini. [1]

Metode pertukaran ion termal adalah metode yang paling

mudah untuk mendapatkan pandu gelombang kaca dengan

rugi daya yang rendah. Langkah awal dalam proses ini adalah

menyiapkan garam netral yang mengandung univalen ion

missal AgNO3 (titik leleh 2080C),KNO3 (titik leleh 339

0C) ,

TiNO3 (titik leleh 2300C) . Kemudian kaca diletakkan di

garam yang sudah leleh selama beberapa saat supaya terjadi

pertukara ion Na+ ke permukaan kaca

[4].

Gbr 2 Proses Pertukaran (a) Ion Lelehan Garam dengan (b) Ion Kaca [7]

Na+(kaca) + Ag

+(lelehan) = Ag

+(kaca) + Na

+(lelehan)

Ion Ag+

akan tertukar dengan ion kaca sodalime pada suhu

2500C selama 2 jam dan ion K

+ akan tertukar pada suhu 370

0C

selama 4 jam. Setelah ion tertukar, maka kaca didinginkan dan

garam yang ada di kaca dihilangkan dengan air[7]

. Proses

kimia pertukaran ion adalah ���� + ��⟺ ���� + ��.

Dimana �� adalah matrik kaca padat, �� adalah golongan

alkali oksida (Na+, K

+, Li

+) dan �� adalah kation monovalen

(Ag+ ,K

+ ,Cs

+ , Li

+ , Tl

+ and Rb

+). Di dalam proses pertukaran

ion, terjadi proses difusi yang melibatkan kaca dan larutan

garam disekitarnya.

C. Prisma Coupling

Sedikit cahaya yang dipandu tersebar ke luar pandu

gelombang. Intensitas cahaya yang tersebar diasumsikan

proporsional terhadap intensitas cahaya yang dipandu. Oleh

karena itu distribusi intensitas didalam pandu gelombang

sepanjang arah perambatan dapat secara langsung ditentukan

melalui pengukuran intensitas cahaya yang tersebar[8]

.

Profil indeks bias efektif pandu gelombang,

ditentukan dengan persamaan :

� = �� ���� + ����(( ���)/��)� (1)

Sedangkan profil ketebalan pandu gelombang dihitung dengan

metode iWKB, yaitu :

� ���(�) − ���� = ����� ! (2)

Metode iWKB untuk menentukan profil ketebalan lapisan

pandu gelombang adalah : "# =

"��# + 32 &���

� −��'��(4) + 38

−∑ ��,-. �,-/0.

1-/02�1-2��34! 5&�3��� − �3�'�/� − (�3� − ��)�/�6)

(3)

Dimana :

789 =

:�; &�<� − �!�'

��/� (4)

III. METODE

Alur Penelitian yang dilakukan dalam penelitian tugas akhir

ini yang pertama adalah pembersihan kaca/substrat dari debu

dan kotoran dengan air murni dan etanol/alkohol, kemudian

substrat dipanaskan dengan suhu 100oC selama 15 menit di

dalam furnace. Setelah 15 menit, substrat dikeluarkan dan

dibiarkan pada suhu ruangan sampai berada pada suhu normal.

Sambil menunggu substrat mendingin, maka dilakukan

pelelehan AgNO3 + NaNO3 dengan fraksi mol 2:100 dan

1,6:100 di furnace dengan suhu di atas titih leleh. Masing-

masing substrat dengan suhu normal tersebut kemudian

direndam dalam lelehan garam dan dipanaskan pada suhu 320,

340, 344 dan 350 selama 10, 20, 30, 40, 50, dan 60 menit agar

terjadi pertukaran ion antara ion Na kaca dan ion Ag lelehan

garam.

Sample kemudian dikeluarkan dari lelehan garam dan

didinginkan secara cepat agar tidak terjadi pengkristalan ion

Ag. Sample yang telah dingin dibersihkan dengan air murni di

dalam ultrasonic cleaner agar tidak ada sisa garam yang

menempel di permukaan sample, lalu dicelupkan ke dalan

etanol atau alcohol untuk mempercepat proses pengeringan di

suhu ruangan.

Setelah fabrikasi selelsai dilakukan pada setiap sample,

maka dilakukan karakterisasi profil ketebalan dan indeks bias

tiap sample dengan metode prisma kopling. Setting rangkaian

peralatan untuk prisma kopling ditunjukkan pada Gbr 6.

Prisma dan pandu gelombang dijepit menggunakan clamp agar

terjadi pengkoplingan sinar laser yang melalui prisma input ke

dalam pandu gelombang dan keluar lagi ke prisma output.

Sinar laser yang digunakan adalah He-Ne 633 nm, indeks bias

prisma dan indeks bias substrat pandu gelombang yang

digunakan secara berurutan 1,7173 dan 1,51 dan sudut kaki

prisma A sebesar 450. Pengamatan moda pandu gelombang

yang muncul di layar dilakukan dengan memutar-mutar

goniometer sampai muncul pola terang di layar. Pola terang

tersebut yang dianggap merepresentasikan moda pandu

gelombang. Sudut sinar masuk sehingga menghasilkan pola

terang. Sudut tersebut mengacu pada sudut normal prisma

Page 3: Fabrikasi Dan Karakterisasi Pandu Gelombang Planar … · implantation, dan ion exchange (pertukaran ion)[4]. Dalam teknik pertukaran ion, ion dari substrat dipertukarkan dengan ion

yang didapatkan dengan cara memutar goniometer sampai

sinar laser yang terpantul dari prisma kembali ke arah sinar

laser tersebut datang.

Sudut putar goniometer dimana titik paling terang di layar

muncul, dicatat untuk kemudian dilakukan perhitungan

distribusi indeks bias dan ketebalan pandu gelombang dengan

persamaan (1)-(4). Langkah terakhir adalah a

pembahasan.

IV. HASIL PENELITIAN

Proses fabrikasi pandu gelombang planar ini dilakukan

dengan metode pertukaran ion. Substrat yang digunakan

adalah kaca preparat CAT.NO.7101 dan medium pertukaran

ion/garam yang digunakan adalah AgNO3 dan NaNO

perbandingan fraksi mol (2:100 dan 1,6:100). Suhu fabrikasi

yang digunakan adalah 320, 340, 344 (oC) derajat dengan

waktu 10,20,30,40,50, 60 menit dan suhu 350

15,35 dan 55 menit.

Pembagian waktu dan suhu fabrikasi dilampirkan pada tabel

1. Hasil fabrikasi pandu gelombang planar dari metode

pertukaran ion ditunjukkan oleh gbr5.

TABEL I

WAKTU DAN SUHU FABRIKASI SETIAP SAMPEL PANDU

GELOMBANG

Sample Fraksi mol

(Ag#O3/#a#O3)

T

(oC)

1 2 / 100 320

2 2 / 100 320

3 2 / 100 320

4 2 / 100 320

5 2 / 100 320

6 2 / 100 320

7 2 / 100 340

8 2 / 100 340

9 2 / 100 340

10 2 / 100 340

11 2 / 100 340

12 2 / 100 340

13 2 / 100 344

14 2 / 100 344

15 2 / 100 344

16 2 / 100 344

17 2 / 100 344

18 2 / 100 344

25 1,6 / 100 350

26 1,6 / 100 350

(a)

(b)

Gbr 3. Kaca (a) sebelum difabrikasi (b) setelah difabrikasi (tampak depan)

Setelah difabrikasi substrat/kaca berubah warna dari

putih bening menjadi kekuningan. Hal ini disebabkan oleh

pengaruh ion Na dalam lelehan garam NaNO3+AgNO3.

Semakin lama dan tinggi suhu difusi, maka sample akan

terlihat lebih gelap yang juga menandakan bahwa semakin

tebal lapisan pandu gelombang.

yang didapatkan dengan cara memutar goniometer sampai

sinar laser yang terpantul dari prisma kembali ke arah sinar

Sudut putar goniometer dimana titik paling terang di layar

ncul, dicatat untuk kemudian dilakukan perhitungan

distribusi indeks bias dan ketebalan pandu gelombang dengan

(4). Langkah terakhir adalah analisa data dan

Proses fabrikasi pandu gelombang planar ini dilakukan

engan metode pertukaran ion. Substrat yang digunakan

CAT.NO.7101 dan medium pertukaran

dan NaNO3 dengan

perbandingan fraksi mol (2:100 dan 1,6:100). Suhu fabrikasi

C) derajat dengan

waktu 10,20,30,40,50, 60 menit dan suhu 350oC dengan waktu

Pembagian waktu dan suhu fabrikasi dilampirkan pada tabel

Hasil fabrikasi pandu gelombang planar dari metode

WAKTU DAN SUHU FABRIKASI SETIAP SAMPEL PANDU

t

(menit)

10

20

30

40

50

60

10

20

30

40

50

60

10

20

30

40

50

60

15

35

Kaca (a) sebelum difabrikasi (b) setelah difabrikasi (tampak depan)

Setelah difabrikasi substrat/kaca berubah warna dari

bening menjadi kekuningan. Hal ini disebabkan oleh

pengaruh ion Na dalam lelehan garam NaNO3+AgNO3.

u difusi, maka sample akan

terlihat lebih gelap yang juga menandakan bahwa semakin

Gbr 4. Rangkaian Peralatan untuk Pengamatan Moda (Metode Prisma

Kopling)

Untuk mengetahui karakteristik dari pandu

gelombang, baik ketebalan maupun indeks bias pandu

gelombang, maka digunakan metode prisma kopling. Metode

ini digunakan karena selain mudah, juga menghasilkan

karakterisasi yang akurat.

Sinar laser dikople ke dalam pand

melalui prisma input dengan sudut datang θ

daripada sudut kritis θc sehingga mengkibatkan

reflection (TIR).

Gbr 5 Moda Pandu Gelombang yang Muncul di

Sinar merambat pada moda yang tersebar dalam ar

yang berbeda (di dalam bidang film). Sejumlah sinar yang

menyebar kemudian dikopel keluar lagi oleh prisma dan

menghasilkan garis terang di layar. Garis moda terang hanya

akan muncul di layar ketika sinar dikopel ke dalam sebuah

moda pada film[15]

.

Gbr 6 Tingkat Kecerahan Pola Terang

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50

iIn

ten

sita

s

Nomor Pixel

3

. Rangkaian Peralatan untuk Pengamatan Moda (Metode Prisma

Untuk mengetahui karakteristik dari pandu

ebalan maupun indeks bias pandu

gelombang, maka digunakan metode prisma kopling. Metode

ini digunakan karena selain mudah, juga menghasilkan

Sinar laser dikople ke dalam pandu gelombang

melalui prisma input dengan sudut datang θi yang lebih besar

sehingga mengkibatkan total internal

Moda Pandu Gelombang yang Muncul di Layar

Sinar merambat pada moda yang tersebar dalam arah

yang berbeda (di dalam bidang film). Sejumlah sinar yang

menyebar kemudian dikopel keluar lagi oleh prisma dan

menghasilkan garis terang di layar. Garis moda terang hanya

akan muncul di layar ketika sinar dikopel ke dalam sebuah

Tingkat Kecerahan Pola Terang Gbr 8

60 70 80 90 100

Nomor Pixel

Page 4: Fabrikasi Dan Karakterisasi Pandu Gelombang Planar … · implantation, dan ion exchange (pertukaran ion)[4]. Dalam teknik pertukaran ion, ion dari substrat dipertukarkan dengan ion

TABEL II.

MODA YANG MUNCUL PADA ENAM BUAH SAMPLE PANDU GELOMBANG KETIKA DILAKUKAN METODE PRISMA KOPLING

Sample 1 2 3 4

Mode

#umber θm θm θm θm

0 47 52 41.5 41.5

1 37.5 41.5 35 35

2 35 38 31.5 30

=>?@A 3 3 3 3

Karakterisasi pandu gelombang planar dengan metode

prisma kopling dihitung dengan persamaan (1)

ditarik grafik antara indeks bias efektif Nm terhadap ketebalan

efektif xm. Untuk mendapatkan xm dibutuhkan indeks bias

permukaan setiap sample, yang didapatkan dari interpolasi

grafik Nm terhadap nomor moda m.

Gbr 7 Grafik Karakteristik Indeks Bias Efektif Terhadap Nomo

Gelombang

untuk sample 1, 2, 3, 4, 5 dan 6 yaitu pandu gelombang yang

difabrikasi dengan suhu 320oC dan waktu 10 menit, n

didapatkan dari grafik adalah 1.60035, 1.68955

1.6206, 1.60035 dan 1.60202. Sehingga dengan persamaan

(3) dan (4), ketebalan efektif tiap modanya dapat dihitung.

Profil ketebalan pandu gelombang beberapa sampel pandu

gelombang ditunjukkan tabel 3. TABEL III

PROFIL KETEBALAN PANDU GELOMBANG PLANAR

Sample mode θ sin θ Nm

1

-0.75 1.67567

0 47 0.731354 1.615836

1 37.5 0.608761 1.565917

2 35 0.573576 1.55016

2

-0.75 1.68955

0 52 0.788011 1.636133

1 41.5 0.66262 1.588823

2 38 0.615661 1.568935

3

-0.75 1.62885

0 41.5 0.66262 1.588823

1 35 0.573576 1.55016

2 31.5 0.522499 1.526207

-0.75 1.62060

MODA YANG MUNCUL PADA ENAM BUAH SAMPLE PANDU GELOMBANG KETIKA DILAKUKAN METODE PRISMA KOPLING

5 6

θm θm

39.5 42

34.5 36.5

30 29

3 3

Karakterisasi pandu gelombang planar dengan metode

prisma kopling dihitung dengan persamaan (1) - (4), kemudian

ra indeks bias efektif Nm terhadap ketebalan

dibutuhkan indeks bias

permukaan setiap sample, yang didapatkan dari interpolasi

Karakteristik Indeks Bias Efektif Terhadap Nomor Moda Pandu

yaitu pandu gelombang yang

C dan waktu 10 menit, ns yang

1.68955, 1.62885,

. Sehingga dengan persamaan

), ketebalan efektif tiap modanya dapat dihitung.

Profil ketebalan pandu gelombang beberapa sampel pandu

PROFIL KETEBALAN PANDU GELOMBANG PLANAR

Xm

1.67567 0

1.615836 0.80233035

1.565917 1.01548597

1.55016 1.21163427

1.68955 0

1.636133 0.84478284

1.588823 1.05232496

1.568935 1.27744901

1.62885 0

1.588823 0.992153217

1.55016 1.17152648

1.526207 1.42262726

1.62060 0

4

0 41.5 0.66262

1 35 0.573576

2 30 0.5

5

-0.75

0 39.5 0.636078

1 34.5 0.566406

2 30 0.5

6

-0.75

0 42 0.669131

1 36.5 0.594823

2 29 0.48481

25

-0.75

0 36.5 0.594823

1 35 0.573576

2 33.5 0.551937

3 31.5 0.522499

4 30 0.5

26

-0.75

0 35 0.573576

1 34 0.559193

2 32.5 0.5373

3 31.5 0.522499

4 30 0.5

5 29.5 0.492424

6 29 0.48481

(a)

(b)

1.50

1.52

1.54

1.56

1.58

1.60

1.62

1.64

0 0.25 0.5 0.75 1

Nm

Xm (μm)

1.51

1.52

1.53

1.54

1.55

1.56

1.57

1.58

1.59

1.6

1.61

0 0.25 0.5 0.75 1

Nm

Xm (μm)

4

1.588823 1.114952298

1.55016 1.29432556

1.515259 1.60619461

1.60035 0

1.577721 1.327738895

1.546874 1.48394944

1.515259 1.78208878

1.60202 0

1.59149 1.941690329

1.559749 2.10133751

1.507733 2.50879164

1.57468 0

1.559749 1.646074489

1.55016 1.72889957

1.540166 1.89506278

1.526207 2.19294595

1.515259 2.53980086

1.55631 0

1.55016 2.5763304

1.543543 2.64465639

1.533277 2.81356129

1.526207 3.02214164

1.515259 3.36955639

1.511519 3.61788283

1.507733 3.91772059

1 1.25 1.5 1.75Xm (μm)

sample 4

1.25 1.5 1.75 2

Xm (μm)

sample 5

Page 5: Fabrikasi Dan Karakterisasi Pandu Gelombang Planar … · implantation, dan ion exchange (pertukaran ion)[4]. Dalam teknik pertukaran ion, ion dari substrat dipertukarkan dengan ion

(c) Gbr 8 (a) – (f) Karakteristik Indek Bias Efektif Sample

Ketebalan Efektif xm

Gbr 8 (a), (b) dan (c) menunjukkan bahwa semakin lama

waktu difusi, ketebalan lapisan pandu gelombang ak

semakin tebal dan secara teori, semakin tinggi waktu difusi,

ketebalan pandu gelombang juga akan bertambah.

(a) dan (b) menunjukkan profil indeks bias graded indeks.

Disebut graded indeks karena terjadi penurunan slope grafik

Nm terhadap xm . profil tersebut ditentukan dari moda TE.

Fluktuasi pada profil dan perubahan bentuk profil yang dekat

dengan permukaan substrat merupakan indikasi terjadinya

masalah pada saat difusi. Selama proses fabrikasi,

banyak kecacatan yang terbentuk dalam pandu gelombang

sehingga mengakibatkan bercak dan gelembung yang dapat

menurunkan struktur lapisan pada permukaan.

Gbr 8 (c) menunjukkan bahwa profil indeks bias pandu

gelombang untuk sample 6 mendekati profil step indeks yaitu

hampir datar pada nilai indeks bias 1,6 untuk ketebalan 0

μm.

Gbr 9 Karakteristik Indek Bias Efektif Sample 25 dan 26Efektif xm

Hasil karakterisasi pandu gelombang sample 25 dan 26 pada

gbr 12, dibandingkan dengan percobaan yang sama yaitu

menggunakan jenis pelarut AgNO3+NaNO3 (fraksi mol

1,6:100) pada suhu 3500C dan waktu 15 menit untuk sample

25 dan 35 menit untuk sample 26 [9]

.

1.5

1.52

1.54

1.56

1.58

1.6

1.62

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2

Nm

Xm (μm)

1.50

1.51

1.52

1.53

1.54

1.55

1.56

1.57

1.58

0 0.45 0.9 1.35 1.8 2.25 2.7 3.15

Nm

Xm

datar

Karakteristik Indek Bias Efektif Sample 1 – 6 Terhadap

menunjukkan bahwa semakin lama

waktu difusi, ketebalan lapisan pandu gelombang akan

semakin tebal dan secara teori, semakin tinggi waktu difusi,

ketebalan pandu gelombang juga akan bertambah. Gambar 8

menunjukkan profil indeks bias graded indeks.

Disebut graded indeks karena terjadi penurunan slope grafik

profil tersebut ditentukan dari moda TE.

Fluktuasi pada profil dan perubahan bentuk profil yang dekat

dengan permukaan substrat merupakan indikasi terjadinya

Selama proses fabrikasi, terjadi

pandu gelombang

sehingga mengakibatkan bercak dan gelembung yang dapat

menurunkan struktur lapisan pada permukaan.

) menunjukkan bahwa profil indeks bias pandu

gelombang untuk sample 6 mendekati profil step indeks yaitu

deks bias 1,6 untuk ketebalan 0 – 2

25 dan 26 Terhadap Ketebalan

Hasil karakterisasi pandu gelombang sample 25 dan 26 pada

gbr 12, dibandingkan dengan percobaan yang sama yaitu

menggunakan jenis pelarut AgNO3+NaNO3 (fraksi mol

C dan waktu 15 menit untuk sample

Gbr 10 Karakteristik Indek Bias Efektif Sample Ketebalan Efektif xm

Terlihat perbedaan ketebalan dan distribusi indeks bias

untuk suhu 3500C dan waktu fabrikasi 15 dan 35 menit. Hal

ini diakibatkan oleh substrat yang digunakan berbeda sehingga

mempengaruhi kecepatan difusi ion yang berbeda juga, selain

itu kondisi lingkungan fabrikasi yang juga berbeda. Namun

bentuk grafik atau profil grafik,

bahwa pandu gelombang yang dibuat adalah pandu gelombang

planar graded indeks.

Gbr 11 Hubungan Antara Waktu, Suhu Gelombang

Gbr 11 menunjukkan ketebalan lapisan pandu

gelombang planar dipengaruhi oleh suhu dan waktu difusi

yaitu akan bertambah sesuai dengan pertambahan suhu

dan juga akan bertambah sesuai dengan pertambahan

proses difusi (pertukaran ion).

V. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil yang telah didapatkan serta meninjau

kembali permasalahan, batasan dan tujuan penelitian, dapat

dirumuskan kesimpulan yang diperoleh dalam pelaksanaan

tugas akhir ini, yaitu: telah dibuat pandu gelombang planar

dengan metode pertukaran ion kaca/substrat Na

garam Ag+. Proses pembuatan pandu gelombang planar

dengan metode pertukaran ion adalah dengan pembersihan

substrat, perendaman substrat ke dalam lelehan garam,

kemudian pendinginan substrat di udara terbuka

Perbandingan molar garam AgNO

digunakan adalah 100:1,6 dan 100:2. Suhu pemanasan dan

waktu pertukaran ion adalah 320, 340, 344 (

2.25 2.5 2.75

sample 6

3.15 3.6 4.05 4.5

sample 25

sample 26

5

Karakteristik Indek Bias Efektif Sample 25 dan 26 Terhadap

ketebalan dan distribusi indeks bias

C dan waktu fabrikasi 15 dan 35 menit. Hal

ini diakibatkan oleh substrat yang digunakan berbeda sehingga

mempengaruhi kecepatan difusi ion yang berbeda juga, selain

itu kondisi lingkungan fabrikasi yang juga berbeda. Namun

sama-sama menunjukkan

bahwa pandu gelombang yang dibuat adalah pandu gelombang

dan Ketebalan Lapisan Pandu

menunjukkan ketebalan lapisan pandu

gelombang planar dipengaruhi oleh suhu dan waktu difusi

yaitu akan bertambah sesuai dengan pertambahan suhu difusi

suai dengan pertambahan waktu

ESIMPULAN

Berdasarkan hasil yang telah didapatkan serta meninjau

kembali permasalahan, batasan dan tujuan penelitian, dapat

diperoleh dalam pelaksanaan

elah dibuat pandu gelombang planar

dengan metode pertukaran ion kaca/substrat Na+ dengan ion

. Proses pembuatan pandu gelombang planar

dengan metode pertukaran ion adalah dengan pembersihan

strat, perendaman substrat ke dalam lelehan garam,

kemudian pendinginan substrat di udara terbuka

Perbandingan molar garam AgNO3 + NaNO3 yang

digunakan adalah 100:1,6 dan 100:2. Suhu pemanasan dan

waktu pertukaran ion adalah 320, 340, 344 (oC) untuk waktu

Page 6: Fabrikasi Dan Karakterisasi Pandu Gelombang Planar … · implantation, dan ion exchange (pertukaran ion)[4]. Dalam teknik pertukaran ion, ion dari substrat dipertukarkan dengan ion

6

10-60 menit dan 350 untuk waktu 15,35 dan 55 menit. Hasil

karakterisasi pandu gelombang menunjukkan bahwa semakin

tinggi suhu pemanasan, maka ketebalan lapisan pandu

gelombang yang dihasilkan semakin tebal.

Semakin lama waktu pertukaran ion, juga akan

menghasilkan ketebalan lapisan pandu gelombang yang

semakin tebal. Perubahan indeks bias yang terjadi akibat

pertukaran ion Ag-Na pada larutan garam dan substrat adalah

kurang dari 0,09. Distribusi indeks bias pandu gelombang

akan semakin kecil dari permukaan menuju ke substrat. Pandu

gelombang planar yang dihasilkan merupakan pandu

gelombang planar graded indeks.

VI. DAFTAR PUSTAKA

[1] Berger, A. “Concentration and size depth profile of

colloidal silver particles in glass surfaces produced by

sodium-silver ion-exchange”. USA : University of

Central Florida, 1992.

[2] Sakida, Shinichi. “Optical properties of Er3+-doped

tungsten tellurite glass waveguides by Ag+–�a+ ion-

exchange”. Japan : Okayama University, 2007.

[3] Arthur, Colin. “Investigation and design of ion

exchange Planar Optical Waveguides”. BEng

Electronic & Electrical Engineering

[4] Snyder, W Allan. “Optical Waveguide Theory”.

Australia : Institute of Advance Studies, 1983.

[5] Gortych, Joseph E, at all. “Fabrication of Planar

Optical Waveguides by Kf-Ion Exchange in BK7 and

Pyrex Glass”. IEEE Journal Of Quantum Electronics,

Vol. Qe-22, No. 6. Juni.1986.

[6] Steward, G, et al. “Fabrication Of Ion Exchanged

Optical Waveguides From Dilute Silver �itrate Melts”.

IEEE Journal Of Quantum Electronics, Vol. Qe-14, No.

12. Desember.1978.

[7] Yanjun, Gao, et al. “Study of Ag-�a Ion-exchange

Process and Refractive Index Profiles of Glass

Waveguides”. Changchun : Jilin University.

[8] Zou, Jizuo. “Two-step K_–�a_ and Ag_–�a_ ion-

exchanged glass waveguides for C-band applications”.

Texas : The University of Texas at Austin. 2002