Penggunaan Komponen-Komponen Mikrooptik Pada Piranti Pencabangan Sinyal Optik

(1)

Nasruddin MN JURNAL PENELITIAN MIPA

Volume 1, Nomor 2 .... 2008

33

PENGGUNAAN KOMPONEN-KOMPONEN MIKROOPTIK

PADA PIRANTI PENCABANGAN SINYAL OPTIK

Nasruddin MN

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sumatera Utara Medan

Abstract

The components of micro optics which consist of optical fiber, planar micro lens and beam splitter, have been designed to became a micro optical branching circuit array that be utilized for the optical branching signal at communication systems of parallel optical optical for the delivery of information from one source to many different place and can be accepted at a time during which at the same time.

The branching circuit array of three component above are based on focusing characteristic, a branching of coupled optical signal. From the result of conducted research, designed prototypes have een good performed and to determine the characterization of the prototypes will be continued on the following research.

Keyword: Telecommunications - optic signal - fiber optic - planar micro lens– beam splitter

PENDAHULUAN

Komponen-komponen mikro optik dalam sistem komunikasi serat optik telah berkembang kearah teknologi optik yang menggunakan sifat indeks bias yang berubah atau terdistribusi dalam suatu subtrat, seperti fiber optik “Gradient Index”

dan laser semikonduktor(2). Dengan indeks bias yang

terdistribusi, banyak elemen optik dapat dirancang dengan fungsi yang beraneka ragam untuk keperluan sistem komunikasi. Sebagai contoh komponen mikro optik yang telah digunakan secara luas dan praktis adalah fiber optik (1), lensa mikroplanar (2) dan laser semikonduktor (3).

Dalam sistem komunikasi optik, pengiriman informasi dari sumber kebeberapa tempat yang berbeda membutuhkan komponen pencabangan mikro optik dalam jaringan transmisi agar proses pengiriman informasi kebeberapa tempat tersebut dapat dilaksanakan secara serentak dalam waktu yang bersamaan dan efisien.

Rangkaian pencabangan optik adalah salah satu bagian komponen yang sangat dibutuhkan dalam system komunikasi optik parallel yang berfungsi sebagai pemecah berkas sinyal optik, komponen yang dibutuhkan disini adalah beamsplitter.

Dewasa ini, sejumlah komponen optik harus tersusun dalam suatu rangkaian terpadu dan ini menuntut pembuatan atau fabrikasi komponen-komponen optik yang berukuran kecil dalam skala mikro, untuk dapat digunakan dalam sistem komunikasi fiber optic. Teknologi mikrooptik ini

harus diimbangi pula dengan metode atau teknik pengukuran parameter dari elemen optik yang digunakan, sehingga perencanaan komponen mikro optik yang diinginkan dapat dilakukan secara tepat.

TINJAUAN PUSTAKA

Dengan suatu daerah indeks bias yang terditribusi dalam arah radial dan axial di dalam suatu substrat gelas yang pipih, telah difabrikasi suatu jenis lensa mikro yang dapat memfokuskan dan mengkolimasi berkas cahaya. Diagram dari sebuah lensa mikro planar ini diperlihatkan pada gambar 1a, sedangkan pada gambar 1b, dilukiskan sejumlah lensa mikro planar dalam susunan 2-Dimensi pada substrat gelas.

Distribusi indek bias di dalam lensa mikro planar ini dinyatakan sebagai gabungan fungsi ( r ) dan fungsi axial ( x ) dari titik-titik di dalam lensa.

(

)

( )

[

( )

2

]

20 2 2

2

1 0

,z n gr gz

r

n = − −ν ………..( 1 )

distribusi indeks

titik fokus f sinar sinar

distribusi indeks f

lapisan

(2)

Volume 2, Nomor 1 Juni 2008

34

Dengan n ( 0 ) adalah index bias pada

kedudukan ( r = 0 ; z = 0 ), g = 2Δ/a, dimana Δ

adalah index bias relative yang dinormalisasi dan a

adalah radius lensa, sedangkan υ20 adalah elemen (

2,0 ) dari matrik index bias lensa tersebut. Untuk

pendekatan sferis, diambil υ20 = 1.

Piranti pencabangan sinyal optik berfungsi untuk membagi berkas cahaya dari satu serat masukan ke dua serat keluaran seperti terlihat pada gambar 2. Efisiensi penggandengan pada pencabangan optik didapat dari perbandingan antara daya keluaran dengan daya masukan.

Pada piranti pencabandan sinyal optik ini digunakan tiga buah lensa mikro planar sebagai elemen penkolimasi dan yang lainnya sebagai pemfokus berkas cahaya, kedua sisi diagonal dari prisma disatukan dengan menggunakan perekat film matalic sebagai lem/perekat untuk membuat rasio pencabangan 50/50. Material perekat yang digunakan adalah Al + Mg F. Setelah proses perekatan, diukur rasio pencabangan dengan memakai Spektrometer Type DMS – 90.

Kehilangan daya refleksi pada rangkaian pencabangan dari tiap-tiap permukaan dapat

dinyatakan sebagai berikut(5),(6) :

(

) (

)

Daya keluaran dari lapisan ke dua sebagai :

(

)

4 ₁

Gambar 2. Konfigurasi dari Rangkaian Pencabangan Mikro Optik

Dan daya keluaran dari lapisan ketiga sebagai :

(

)

4 ₁

1

3 R r P

P = − _b ………...………...( 4 )

Jadi efisiensi penggandengan pada rangkaian pencabangan sinyal optik adalah sebagai berikut:

Untuk efisiensi total adalah sebagai berikut :

(

P

2

P

3

)

/

P

1

total

=

+

η

………..…...……( 6 )

Dimana ,

P1 = daya keluaran dari serat optik ke lapisan

pertama optik ini mempergunakan lensa mikro planar yang memiliki sifat pemfokusan dan pengkolimasi telah difabrikasi ke dalam bentuk struktur dengan susunannya adalah ( 3 x 9 ), masing-masing pada lapisan pertama terdiri dari susunan ( 1 x 3 ), lapisan kedua dan ketiga juga masing-msing terdiri dari susunan ( 1 x 3 ), sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.

OF1 OF2

OF3

Gambar 3. Struktur dari Susuna Lansa Mikro Planar

(3)

35 beamsplitter, perekat/lem untuk menyatukan kedua

permukaan tersebut adalah Al+Mg yang berfungsi

sebagai pemecah berkas, dimana sinyal optik yang datang melalui lapisan pertama dipecahkan oleh beamsplitter menjadi dua bagian yang saling tegak lurus antra satu sama lainnya pada lapisan kedua dan ketiga dengan rasio pemecahannya adalah 50/50,.

Keuntungan yang lain diperoleh apabila pada piranti pencabangan ini digunakan susunan sebagai pemecah berkas dapat diperoleh akibat dari kondisi permukaan yang rata. Dengan kondisi ini, kedua elemen tersebut diatas dapat dipadukan sehigga membentuk suatu piranti pencabangan optik terpadu.

Beam splitter diletakakan diantara tiga lapisan dari lensa mikro planar, yang diperlukan untuk mentransmisi dan menrefleksikan berkas cahaya dari serat keluaran lebih dahulu melewati lapisan pertama dari lensa mikro planar.

Sumber cahaya yang keluar dari serat masukan pertama diteruskan ke lapisan pertama dari lensa mikro planar yang digunakan sebagai referensi untuk menghitung efisiensi daya transmisi dan refleksi dari beam splitter. Berkas cahaya yang telah ditransmisi dan direfleksi diterima oleh lapisan lensa mikro planar ke dua dan ke tiga. Tiap-tiap lensa akan memfakuskan cahaya ke serat optik keluarannya. Dengan sifat pemfokusan lensa tersebut, kehilangan daya dapat diperkecil.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Karakteristik Lensa Mikro Planar

Dalam penelitian ini, digunakan suatu susunan (array) lensa mikro planar dengan diameter lensa 2a = 1,0 mm dan tebal substrat b = 1,9 mm dan kedalam lensa d = 0,4 mm. Dari hasil pengukuran, diperoleh harga-harga parameter seperti dicantumkan dalam Tabel 1.

Prototipe dari “fiber coupler” dan “branching circuit” yang dirancang dan dibuat menggunakan parameter lensa mikro planar menurut hasil pengukuran tersebut, dengan penyesuaian pada setting elemen-elemen yang dipakai.

Tabel 1. Parameter Lensa Mikro Planar

Nama Lambang Nilai

Kopling berkas cahaya dari satu serat optik ke serat optik lainnya dapat dilakukan secara langsung, dengan akibat adanya kehilangan daya yang cukup besar. Untuk memperoleh efisiensi kopling yang tinggi, diperlukan suatu komponen kopling yang berfungsi menangkap daya dari serat masukan dan meneruskannya ke serat keluaran secara optimal dan efisien. Karena berkas cahaya yang dipancarkan atau yang ditangkap oleh suatu serat optik dibatasi oleh aperture nemeriknya, komponen koplieng harus mempunyai aperture numerik yang lebih besar dari pada aperture numeric serat optik, dan hal ini dapat dicapai oleh lensa mikro planar.

Konfigurasi “kopling serat” dengan menggunakan dua set susunan lensa mikro planar diperlihatikan pada Gambar 4.

Cahaya Cahaya Planar mikrolens

Serat masukan Serat keluaran

Gambar 4. Konfigurasi dari Kopling Serat Optik

Dengan konfigurasi seperti ini, sekaligus diperoleh suatu susunan (array) dari “kopling serat” 2-Dimensi. Dengan membandingkan daya keluaran dan daya masukan pada “kopling serat” ini, dapat dihitung besarnya rugi-rugi pada kopling” tersebut.

3. Rangkaian Pencabangan Mikro Optik

Suatu berkas cahaya yang membawa sinyal optik melalui serat yang menyebar (divergen) dikolimasi oleh lensa mikro planar pertama, kemudian sinyal tersebut dipecahkan oleh beamsplitter menjadi dua arah (bagian) yang saling tegak lurus satu sama lainnya. Berkas sinyal yang telah terbagi menjadi dua bagian difokuskan ke masing-masing serat keluaran melaludi lensa mikro planar yang kedua dan ketiga seperti pada Gambar 4.

Beamsplitter

(4)

36

KESIMPULAN

Telah disajikan hasil perancangan dan pembuatan prototype dari kopling serat dan rangkaian pencabangan mikrooptik dengan menggunakan lensa mikro planar sebagai elemen pokok. Hasil pengukuran terhadap komponenyang telah dikonstruksikan akan menunjukkan rugi-rugi kopling yang rendah atau sangat kecil dan akan mempunyai efisiensinya yang tinggi agar memenuhi syarat mutlak yang diperlukan dalam system optik.

Dengan menggunakan susunan dari lensa mikro planar, telah diperlihatkan pula kemudahan dalam merancang dan membuat rangkaian optik planar, yang merupakan langkah menuju rangkaian optik terpadu. Dalam tahap lanjutan, lensa mikro planar dapat pula digunakan sebagai elemen optik untuk komponen-komponen mikro optik lainnya dalam system komunikasi fiber optik.

DAFTARA PUSTAKA

Ali Nurdin, Rugi-Rugi pada Transmisi Fiber Optik Ditinjau dari Beberapa Aspek, JPEG 2000. Jakarta, (2003).

Andi Rahman Nugraha, “Serat Optik”, Penerbit ANDY Yogyakarta, (2006).

K. Iga Y. Kokubun and M. Oikawa, Fundamental of Microoptics, Academic Press Inc., New York, (1984).

M. Oikawa and K. Iga, Stacked Array Comonents with Distributed-Index Planar Microlens, Tokyo Institute of Technology 4259, Nagatsta, Midoricu, Yokohama, 227 Japan. Nasruddin MN, Implementation of MOBC By The

Use of Planar Microlenses, Magister Thesis, UI, Jakarta, (1992).

Nasruddin MN, Perhitungan Efisiensi Kopling Piranti Pencabangan Sinyal Optik untuk Transmisi Paralel, Vision Jurnal Sains Terapan Vol 6 No. 1 tahun 2002