FABRIKASI DAN KARAKTERISASI DIRECTIONAL SINGLE DAN DOUBLE COUPLER PADA BAHAN SERAT OPTIK PLASTIK STEP INDEX MULTIMODE TIPE FD

(1)

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.

(2)

(3)

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

(4)

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

(5)

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)

(6)

(7)

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)

(8)

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 − n₂ n₁ (1) Single mode Multimode Step index Graded Index Penjalaran Gelombang melalui Inti Struktur dan Sifat

Transmisi Serat Optik

(9)

Gambar 2 Struktur serat optik multimode step-index dan gradded-index serta profil

(10)

Gambar 3 Refleksi dan refraksi berkas cahaya pada bidang batas dua medium

Mekanisme Pemanduan Gelombang Cahaya Dalam Serat Optik

(11)

𝑁𝑁 = 𝑛₁2 ₋ _𝑛₂2

𝑁𝑁 = 𝑛₁ 2∆ Perbedaan nilai n₁ dan n₂sangat 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

𝜃_𝑐 = 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑛 𝑛_𝑛2

1

𝑛₀ sin𝜃_𝑎 = 𝑛₁ sin𝜃

(12)

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)

(13)

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

(14)

 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, (L_ins), 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 = ₍_𝑃 𝑃𝐵2 𝐵2 + 𝑃𝐴2) 𝐿_𝑖𝑖𝑖 = −10 log𝑃_𝑃𝐴2 𝐴1 𝑑𝑑 (6) (7)

(15)

 Exceess loss (L_e), 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) 𝐿_𝑒 = −10 log ∑ 𝑃_𝑝 𝑗 𝑖 𝑑𝑑 = −10 log 𝑃𝐴2_𝑃+ 𝑃𝐵2 𝐴1 𝑑𝑑 𝐷 = 𝐶_𝑡 = −10 log𝑃_𝑃𝐵1 𝐴1 𝑑𝑑 (8) (9)

(16)

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).

(17)

METODOLOGI

PENELITIAN

(18)

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)

(19)

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.

(20)

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.

(21)

Pembuatan set up alat pada proses karakterisasi menggunakan web camera

Gambar 8 Tempat fiber untuk input dan output pada proses kaarakterisasi pada web camera

(22)

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%

(23)

(24)

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

(25)

PROSES

KARAKTERISASI

Gambar 10 Set up alat pada proses karakterisasi

menggunakan web camera (a) Pada single coupler (b) Pada

double coupler

Menggunakan

(26)

Gambar 11 Proses Karakterisasi menggunakan

(27)

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.

(28)

Gambar 12 Set up alat pada proses karakterisasi menggunakan BF5R-D1-N (a) Pada single coupler

(29)

Gambar 13 Proses Karakterisasi menggunakan

(30)

HASIL DAN

(31)

DATA HASIL KARAKTERISASI

WEB CAMERA

(32)

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

(33)

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 16.67 8 A2 6.848 6.575 0.433 0.49 0.138 3.061 15.04 8 B1 0.427 10.44 10.61 0.496 0.087 3.063 17.01 5 B2 3.208 0.285 3.213 0.499 0.189 3.196 13.71

Tabel 2 Hasil Karakterisasi Directional Single

Coupler dengan L_c=28 mm

Coupler dengan L_c=34 mm Input Output (au) CR Le (dB) Lins (dB) D (dB) A1 A2 B1 B2 A1 10.42 1 0.45 8 9.45 8 0.476 0.09 9 2.90 4 16.47 1 A2 6.752 6.55 6 0.48 1 0.493 0.15 4 3.10 1 14.57 2 B1 0.363 18.88 8 18.7 1 0.502 0.04 2 3.07 2 20.2 B2 7.7 0.285 4 7.69 0.500 3 0.08 3.09 3 17.39 7

Tabel 4 Hasil Karakterisasi Directional

Double Coupler dengan L_c=28 mm

Input Output (au) CR Le (dB) Lins (dB) D (dB) A1 A2 B1 B2 A1 11.4 9 0.32 1 12.4 6 0.52 0.058 3.247 18.78 9 A2 12.036 11.9 0.37 1 0.497 0.067 3.053 18.16 6 B1 0.4146 8.22 3 8.38 7 0.495 0.107 3.075 16.13 5 B2 16.735 0.29 8 18.0 8 0.481 0.037 2.882 20.71 4

Tabel 5 Hasil Karakterisasi Directional Double

Coupler dengan L_c=34 mm Input Output (au) CR Le (dB) Lins (dB) D (dB) A1 A2 B1 B2 A1 13.1 8 0.41 9 12.8 0.493 0.06 9 3.017 17.99 8 A2 18.3 6 18.1 3 0.28 3 0.497 0.03 4 3.017 21.13 2 B1 0.55 8 7.54 8 7.62 7 0.497 0.15 7 3.145 14.49 9 B2 5.11 7 0.26 5.16 2 0.498 0.10 9 3.1 16.07 2

(34)

BF5R-D1-N

Coupler dengan L_c=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

Coupler dengan L_c=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 0.47 5 0.09 9 2.89 9 16.47 9 A2 486 445 26 0.47 8 0.12 2.94 3 15.65 9 B1 21 474 514 0.48 0.09 1 2.92 9 16.81 7 B2 427 20 487 0.46 7 0.09 4 2.82 8 16.69 3

(35)

Tabel 10 Hasil Karakterisasi Directional Double

Coupler dengan L_c=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 3.05 5 15.63 8 A2 439 422 20 0.49 0.1 3.02 5 16.43 9 B1 27 434 487 0.471 0.12 5 2.89 3 15.45 4 B2 433 28 469 0.48 0.13 3 2.97 3 15.21 3

Coupler dengan L_c=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

(36)

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.

(37)

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

(38)

(39)

 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.

(40)