HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian
4.2.1. Simulasi Divais MMI menggunakan FD-BPM
Hasil eksperimen divais MMI diuji kesesuaiannya menggunakan simulasi FD-BPM. Pada FD-BPM beberapa parameter yang harus di masukkan yaitu nilai indeks bias substrat, film, kover, panjang gelombang cahaya yang digunakan, dimensi hasil fabrikasi, dan indeks bias efektif. Nilai indeks bias substrat, kover sama karena material yang digunakan sama, pada panjang gelombang 0.6328 indeks bias akrilik 1.49 dan nilai indeks bias PMMA 1.4908 melalui proses annealing pada suhu 80 ℃(Kasarova, Sultanova, Ivanov, & Nikolov, 2007; Tanio
& Nakanishi, 2006). Pada panjang gelombang 0.532 indeks bias akrilik 1.495 dan nilai indeks bias PMMA 1.496 melalui proses annealing pada suhu 80 ℃ (Rekha & Ramanlingam, 2009). Selanjutnya dengan menggunakan persamaan relasi dispersi (2.51) diperoleh data jumlah moda yang terpandu sesuai Gambar 4.8
(a) (b)
Gambar 4.8. Grafik hubungan indeks bias efektif dengan ketebalan film pada material PMMA dengan (a) untuk panjang gelombang 0.6328 (b) untuk
panjang gelombang 0.532
Berdasarkan Gambar 4.8.(a) diperoleh nilai = 1.49013 pada panjang gelombang 0.6328 dan dari Gambar 4.8(b) didapatkan nilai = 1.49549.
pada panjang gelombang 0.532 . Nilai indeks bias efektif digunakan untuk menggambarkan profil indeks bias. Profil indeks bias menyatakan nilai indeks bias suatu lapisan sesuai Gambar 4.9.
36
Gambar 4.9 Profil Indeks Bias Pada Divais MMI dengan panjang kanal 0.7
dan panjang serat optik 0.1
Gambar 4.9 merupakan simulasi untuk pandu gelombang slab yang akan membentuk divais MMI sebagai pembagi daya. Perlakuan yang diberikan pada simulasi sama seperti pada eksperimen, yaitu memberikan sumber cahaya melalui pandu gelombang dengan diamteter 9 . Hasil simulasi yang menunjukkan fenomena pembagi daya dari peristiwa multimode interference ditunjukkan pada Gambar 4.10.
Gambar 4.10 Hasil Simulasi divais MMI menggunakan FD-BPM untuk panjang kanal 0.7 dengan lebar daerah film 50 dengan input serat optik simulasi
sepanjang 0.1 dengan λ 0.532
37
Gambar 4.10 menunjukkan nilai intensitas simulasi, selanjutnya data simulasi pada jarak kanal senilai 0.7 digunakan sebagai model simulasi intensitas cahaya. Hasil nilai intensitas simulasi dengan nilai intensitas eksperimen disatukan dalam grafik dan dinormalisasi. Hasil simulasi dan eksperimen untuk diviais MMI dibandingkan kesesuainnya seperti pada Gambar 4.11 untuk divais MMI pandu gelombang slab dengan tebal 50 .
Gambar 4.11 Evaluasi divais MMI sebagai pembagi daya untuk substrat dengan dimensi 0.7 × 1.0 menggunakan λ 0.532
Evaluasi untuk meninjau hasil eksperimen dan simulasi divais MMI menggunakan dasar struktur pandu gelombang slab dilakukan untuk seluruh variasi pandu gelombang yang difabrikasi. Hasil seluruh evaluasi eksperimen dan simulasi ditunjukkan pada Gambar 4.12 untuk sumber cahaya 0.6328 dan Gambar 4.13 untuk sumber cahaya 0.532 .
38 (a)
(b)
(c)
39 (d)
(e)
Gambar 4.12. Hasil evaluasi simulasi dan eksperimen divais MMI dengan sumber cahaya memiliki panjang gelombang 0.6328 dan jarak film 50 untuk dimensi (a) 0.6 × 1.0 (b) 0.7 × 1.0 (c) 0.8 × 1.0 (d) 0.9 × 1.0
(e) 1.0 × 1.0
40 (a)
(b)
(c)
41 (d)
(e)
Gambar 4.13. Hasil evaluasi simulasi dan eksperimen divais MMI dengan sumber cahaya memiliki panjang gelombang 0.532 untuk dimensi (a) 0.6 × 1.0
(b) 0.7 × 1.0 (c) 0.8 × 1.0 (d) 0.9 × 1.0 (e) 1.0 × 1.0 4.2.2. Perhitungan Daya Divais MMI
Hasil fabrikasi dan simulasi divais MMI menunjukkan perbedaan nilai puncak intensitas yang bervariasi. Daya yang dihasilkan pada masing-masing divais MMI perlu dihitung untuk mengetahaui karakteristik divais MMI yang meliputi daya yang dihasilkan dalam (a.u.), daya yang hilang (Loss) dalam dB, dan kesesuaian antara simulasi dan fabrikasi dari masing-masing port output. Data
42
secara eksperimen adalah data normalisasi, dan untuk mendapatkan nilai daya maka digunakan nilai perbandingan daya keluar dengan daya masuk. Pengukuran daya dilakukan secara sederhana dengan pendekatan titik-titik data dalam pixel dan dicari nilai luasannya, pendekatan yang dilakukan menggunakan penjumlahan luas dibawah titik-titik data. Pada simulasi perhitungan daya dilakukan menggunakan simulasi FD-BPM sesuai dengan persamaan 2.89. Daya yang di hitung secara eksperimen dilakukan dengan perulangan pengambilan data pada masing-masing titik-titik data untuk seluruh variasi dimensi divais MMI (Currell
& Dowman, 2009).
Pengukuran daya eksperimen dipengaruhi oleh posisi relatif power input terhadap daerah lapisan film MMI, sehingga nilai daya output berubah akibat posisi power input yang berubah. Posisi perubahan power input langsung diukur akibatnya terhadap nilai daya pada port output sehingga menimbulkan nilai deviasi akibat Δ . Perubahan daya eksperimen tanpa mengubah posisi power input, tetapi dengan mengubah letak pengamatan daerah daya yang diukur menimbulkan nilai deviasi yang disebut Δ . Data daya hasil eksperimen adalah hasil pengukuran pada port output MMI dan memiliki deviasi Δ eksperimen, yaitu kombinasi dari Δ dengan Δ . Nilai deviasi Δ yang menunjukkan nilai daya relatif dihitung dengan mengkombinasikan
Δ dengan Δ menggunakan persamaan
Δ = Δ + Δ (4.6)
Δ digunakan untuk mengetahui range daya yang terukur pada divais MMI (Currell & Dowman, 2009). Nilai Δ dan Δ ditunjukkan oleh Tabel 4.3 sampai Tabel 4.7.
43
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Deviasi Daya untuk MMI berukuran 0.6 × 1.0
λ (μm) Port Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Deviasi Daya untuk MMI berukuran 0.7 × 1.0
λ (μm) Port Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Deviasi Daya untuk MMI berukuran 0.8 × 1.0
λ (μm) Port
44
Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Deviasi Daya untuk MMI berukuran 0.9 × 1.0
λ (μm) Port Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Deviasi Daya untuk MMI berukuran 1.0 × 1.0
λ (μm) Port Nilai deviasi Δ menunjukkan nilai relatif range daya yang dihasilkan pada divais MMI dan selanjutnya dianalisa toleransi eksperimen dan perbedaan nilai daya dengan hasil simulasi. Hasil perhitungan daya MMI pada masing-masing port output ditunjukkan Tabel 4.8 sampai Tabel 4.12 untuk nilai intensitas yang ditransmisikan dalam (a.u.) dan nilai Loss Daya dalam (dB).
45
Tabel 4.8 Hasil Pengukuran Daya untuk Divais MMI berukuran 0.6 × 1.0
λ (μm) Port Tabel 4.9 Hasil Pengukuran Daya untuk Divais MMI berukuran 0.7 × 1.0
λ (μm) Port
46
Tabel 4.10 Hasil Pengukuran Daya untuk Divais MMI berukuran 0.8 × 1.0
λ (μm) Port
Tabel 4.11 Hasil Pengukuran Daya untuk Divais MMI berukuran 0.9 × 1.0
λ (μm) Port
47
Tabel 4.12 Hasil Pengukuran Daya untuk Divais MMI berukuran 1.0 × 1.0
λ (μm) Port kesesuaian daya simulasi dan eksperimen pada panjang gelombang 0.6328 . Divais MMI dengan variasi dimensi diberi perlakukan perubahan variasi pandu gelombang agar dapat membagi daya yang lebih banyak . Apabila struktur divais MMI konstan, maka cara paling sederhana menambah jumlah daya terbagi dengan mengganti sumber cahaya yang panjang gelombangnya lebih kecil. Sumber cahaya yang dipilih adalah LASER diode hijau dengan panjang gelombang 0.532 , panjang gelombang cahaya yang lebih pendek menyebabkan kecenderungan jumlah cahaya yang berinteferensi dalam daerah film menjadi lebih besar. Nilai indeks bias dan indeks bias efektif pada panjang gelombang yang lebih pendek menjadi lebih besar sesuai dengan Gambar 4.8. Pada panjang gelombang 0.532 digunakan indeks bias film yang di sesuaikan dengan pola intensitas eksperimen, sehingga berdasarkan kesesuaian eksperimen dan simulasi, indeks bias film PMMA pada 0.532 adalah 1.496.
Hasil perhitungan daya untuk seluruh divasi MMI menunjukkan perbedaan dengan hasil simulasi. Hasil simulasi merupakan kondisi ideal untuk MMI yang meliputi dimensi ketebalan film, letak posisi port input, dan juga kerataan struktur film. Fabrikasi divais MMI dilakukan menggunakan metode spin
48
coaing dengan kecepatan putar 500 RPM dan waktu putar 30 detik. Proses spin coating pada kondisi ini termasuk metode spin coating berkecepatan rendah, akibatnya kerataan pada lapisan film tidak optimal yang dapat ditunjukkan dengan perbedaan ketebalan. Proses spin coating yang lebih tinggi dari 500 RPM menyebabkan film yang terbentuk memiliki tebal kurang dari 50 meskipun kerataannya lebih baik. Ketebalan film yang terbentuk tidak rata akan mempengaruhi efek MMI yang dibentuk jika dilalui oleh cahaya. Prinsip dasar MMI adalah memanfaatkan inteferensi jamak, dalam pemodelan inteferensi yang terjadi pada film berada dalam kondisi kerapatan film yang seragam. Pada eksperimen kerapatan film belum tentu seragam antar setiap titik di atas substrat.
Kerapatan yang berbeda ini tidak diukur nilainya dalam penelitian ini karena keterbatasan alat, akan tetapi di amati secara langsung dampaknya terhadap MMI yang terbentuk. Perubahan posisi pengamatan port output menunjukkan perbedaan yang beragam dari nilai daya yang dihasilkan oleh MMI, nilai perbedaan ini di tuliskan dalam nilai deviasi dan toleransi. Pada eksperimen letak posisi port input perlu diperhatikan, mengingat divais MMI berorde puluhan mikro sedangkan sistem mekanik port input berorde ratusan mikro menggunakan mikrometer skrup. Mikrometer skrup diubah posisinya untuk mengamati perubahan pembentukan MMI pada pandu gelombang. MMI yang terbentuk memiliki perubahan daya sehingga memiliki nilai deviasi dan toleransi terhadap posisi port input.
Nilai daya oleh variasi posisi port input terhadap film 50 dilakukan perulangan pengambilan data sebanyak 50 kali dengan masing-masing step perubahan 0.01 atau 10 karena peralatan yang digunakan hanya mendukung sampai ketelitian tersebut. Nilai daya variasi posisi port output terhadap film dilakukan dengan mengambil jumlah titik-titik data sebanyak 50 buah agar dicapai ketelitian toleransi yang baik. Daya eksperimen menunjukan nilai toleransi dalam orde puluhan persen, dengan nilai tertinggi 21.9 % pada port 4 untuk dimensi MMI 0.9 × 1.0 pada 0.532 , dan nilai terendah 3.9 % pada port 1 untuk dimensi MMI 0.7 × 1.0 pada 0.6328 . Nilai toleransi yang semakin rendah menunjukkan kestabilan lapisan film dalam membentuk
49
fenomena MMI. Perhitungan lengkap karakterisasi daya pada divais MMI telah dilakukan pada ralat pengukuran.