Optical Waveguide berstruktur gabungan antara Loop dan Directional berbasis Mach Zehnder Interferometer

(1)

Optical Waveguide berstruktur gabungan antara Loop

dan Directional berbasis

Mach Zehnder Interferometer

TA WINA (2013) 1

Wina Indra Lavina, Yono Hadi Pramono M.Eng Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITS, Surabaya 60111, INDONESIA

(2)

Latar Belakang

2

Perkembangan teknologi  Integrasi Optoelektronik sirkuit

Struktur Pandu Gelombang  memiliki fungsi masing masing

Kombinasi struktur dan fungsi Pandu gelombang akan memberikan efek elekto-optik pada bahan linear

Propagasi gelombang dalam struktur ini dianalisa dengan metode simulasi beda hingga FDBPM

Metode ini berhasil menganalisa propagasi pada banyak struktur. (Pramono,2000)(Asnawi,2003)(Fifin,2004)(mutmainnah 2006)

(3)

Asnawi (2004)

• “ANALISIS PANDU GELOMBANG MODEL INTERFEROMETER MACH ZEHDER DENGAN BAHAN SISISPAN BAHAN TAK LINEAR UNTUK GERBANG LOGIKA NOT

MUTMAINNAH (2006)

• “KARAKTERISTIK PANDU GELOMBANG OPTIS KOMBINASI LARIK DAN Y-BRANCH DENGAN CLADDING BAHAN TAK LINEAR UNTUK GERBANG LOGIKA X-OR”

WINA INDRA LAVINA(2012)

• “Optical Waveguide berstruktur gabungan antara Loop dan Directional berbasis

Mach Zehnder Interferometer ” Penelitian ini:

“Optical Waveguide berstruktur gabungan antara Loop dan Directional berbasis

Mach Zehnder Interferometer ”

(4)

Permasalahan

4

1. Bagaimana pengaruh pemberian input kontrol berupa pandu gelobang lurus terhadap salah satu lengan pandu gelombang Mach Zehnder Interferometer (MZI)

2. Bagaimana karakteristik daya keluaran terhadap fungsi gap pada pandu gelombang gabungan loop dan directional berbasis Mach Zehnder Interferometer (MZI).

(5)

Tujuan

5

1. Mengetahui pengaruh pemberian input kontrol berupa pandu gelobang lurus pada salah satu lengan pandu gelombang Mach Zehnder Interferometer (MZI)

2. Mengetahui Pengaruh gap pada daya keluaran pandu gelombang gabungan loop dan directional berbasis Mach

(6)

Batasan Masalah

6

Gelombang optik yang dianalisa adalah TE nol (m=0)

Pandu Gelombang MZI adalah pandu gelombang berbahan linear dan berstruktur slab, dimana tidak ada variasi indeks bias pada arah sumbu y

(7)

Pandu Gelombang Optik

• Pandu Gelombang

berdasar bahan

• Pandu gelombang

berdasar indeks bias

kover dan substrat

Bahan linear

Bahan non linear

Asymetris symetris

(8)

Perambatan Moda TE pada Pandu

Gelombang Slab

• Moda TE (Transverse

Electric) komponen

medan listriknya tegak

lurus terhadap bidang

datang dan tidak

mempunyai komponen

medan listrik pada arah

propagasi (nilai E

_X

, = 0, E

_z

= 0 dan H

_y

= 0),

_.

Diasumsikan pula bahwa

tidak ada variasi indeks

bias pada arah sumbu y



2 2 2



0

2 2











k

n

E

x

E

y y

(9)

Mach Zehnder Interferometer

• Pada saat pandu gelombang MZI diberi berkas cahaya laser maka terbagi menjadi dua

bagian, masing masing

menjalar pada pandu

gelombang yang identik dan akan bertemu kembali pada titik percabangan .

• Cahaya yang terpandu melalui kedua tangkai interferometer mempunyai fasa sama dan tidak berubah

(10)

Setup Parameter β,α, nf, ns, lebar film pandu (w), panjang divais (dl) Perancangan Pandu Gelombang

Y-Branching

Perancangan Struktur Pandu Gelombang Machzehnder Interferometer

Perancangan Struktur Pandu Gelombang Gabungan Loop dan Directional

Kalkulasi Numerik FD-BPM

Refrac dan Distribusi Intensitas

SFA 2013 (Linda Silvia) 10

(11)

Perancangan Y-Branching

Gambar 3.1 Struktur Pandu GelombangY-Branching

Parameter Nilai

Koefisien Linear 0

Indeks Bias Film 1,492

Indeks Bias Substrat 1,490

Panjang dl1 300 Panjang dl2 200 Panjang dl3 600 β/k₀pada moda TE₀ 1,490994035834437 3 Lebar Pandu w 6 Panjang Gelombang 1,32 θ (teta) 0,859

Tabel 3.1 Parameter Pandu Gelombang Y-Branching

θ

dl1 dl2 dl3

(12)

Perancangan Mach Zehnder Interferometer

Gambar 3.2 Struktur Pandu Gelombang MZI

dl1 dl2 dl3 dl4 dl5 dl6 dl7 Parameter Nilai Koefisien Linear 0

Panjang dl1 300 Panjang dl2 200 Panjang dl3 600 Panjang dl4 100 Panjang dl5 600 Panjang dl6 200 Panjang dl7 100 β/k₀pada moda TE₀ 1,4909940358344373 Lebar Pandu w 6 Panjang Gelombang 1,32 θ (teta) 0,859

(13)

Perancangan Pandu Gelombang Loop dan Directional

dl1 dl2 dl3 dl4 dl5 dl6 dl7 Parameter Nilai Koefisien Linear 0

Panjang dl1 300 Panjang dl2 200 Panjang dl3 600 Panjang dl4 100 Panjang dl5 600 Panjang dl6 200 Panjang dl7 600 β/k₀pada moda TE₀ 1,4909940358344 373 Lebar Pandu w 6 Panjang Gelombang 1,32 θ (teta) 0,859

Tabel 3.3 Parameter Struktur Pandu Gelombang Gabungan Loop

dan Directional

Gambar 3.3 Struktur Pandu Gelombang Gabungan Loop

(14)

Diagram Alir Penelitian

Mencari β untuk moda TE terhadap lebar pandu gelombang

Open file untuk data output Do ik =1,ndd Kalkulasi input Selesai Input file Iterasi dengan FD-BPM Mulai

Studi Literatur Setting Parameter

Output data field dan refrac

Kalkulasi daya output Output Daya

Parameter Nilai

∆x 0,05 µm

∆y 1 µm

(15)

Konstanta Propagasi β

Lebar pandu gelombang β/Ko

(16)

• Daya keluaran lengan kiri P1_1yout

dan lengan kanan P_2yout yaitu

0,0344 W/m dan 0,0345 W/m • Kehilangan daya sebesar 3,096 %

dan pada lengan kanan sebesar 2,813 %

Hasil dan Analisa

Gambar 4.2 Distribusi Intensitas Y-Branching satu masukan

(17)

• Daya pada bagian keluaran P_{MZI out} pada dl7 yaitu 0,057 W/m

dengan input P_{MZI in} mula mula

0,071.

• kehilangan daya pada pandu gelombang MZI ini adalah 19,71%.

Hasil dan Analisa

Gambar 4.2 Distribusi Intensitas Mach Zehnder Interferometer

(18)

Pandu Gelombang loop dan directional

dengan satu input daya

• Fenomena ini terjadi

karena terjadi coupling

daya dari lengan

sebelah kanan MZI

mulai dari dl4 ke pandu

gelombang lurus tanpa

daya

(19)

• untuk gap kurang dari 1,3 µm

P_2out mendominasi keluaran

dengan nilai optimal pada gap sekitar 2 µm. Sedangkan untuk

gap lebih dari 1,3 µm, P_1out

mendominasi keluaran perlahan lahan mendekati keadaan semula

Hasil dan Analisa

Gambar 4.4 Karakteristik Daya Keluaran sebagai Fungsi Gap

4.3 Hasil dan Analisa Pandu Gelombang Loop dan Directional Satu Input

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0 2 4 6 8 10 12 d ay a k e lu ar an ( W/m ) Gap (µm) P1out p2out

(20)

• Superposisi gelombang

dalam lengan MZI

sepanjang dl4 dengan

pandu gelombang lurus

menghasilkan nilai daya

keluaran kecil pada P

_1out

dan besar pada P

_2out

• Terjadinya Coupling daya

akibat Superposisi moda

tinggi dan moda nol yang

mengakibatkan circle

pada kedua pandu

(21)

• Perambatan intensitas

yang menghasilkan nilai

kedua keluaran sama

besar yang diakibatkan

superposisi kedua

lengan menjadi

berkurang sehingga

keluaran dari MZI (P

_1out

)

menjadi besar

(22)

• Nilai keluaran pada P_1out menjadi

optimum sedangkan pada P_2out

menjadi minimum.

• pandu gelombang lurus medan optik terkopling saat mencapai dl4 yang ditunjukkan intensitas optimum bewarna kuning pada dl4 hingga dl7

• Panjang kopling dl4 menjadi

sangat penting peranannya dalam perolehan jumlah putaran

optimal dan minimal antara

kedua output. Jika dl4 hanya satu panjang kopling maka putaran optimal minimal hanya sekali terjadi

Gambar 4.10 Perambatan Intensitas cahaya Laser pada saat Gap 3,8

(23)

• jarak gap 20 µm lebih

hampir tidak ada

superposisi yang terjadi

antara pandu

gelombang MZI dengan

pandu gelombang lurus.

Dalam hal ini MZI tetap

sefase karena tidak

terpengaruh oleh

gelombang dari pandu

gelombang lurus

Gambar 4.11 Perambatan Intensitas cahaya Laser pada saat Gap 14 µm

(24)

• Terlihat dalam gambar bahwa untuk gap kurang dari 1,4 µm

P_2out mendominasi keluaran

dengan nilai optimal pada gap sekitar 0-0,1 µm. Sedangkan

untuk gap lebih dari 1,4 µm, P_1out

mendominasi keluaran dengan nilai optimal pada saat gap dari 3,8 µm.

Hasil dan Analisa

Gambar 4.4 Karakteristik Daya Keluaran sebagai Fungsi Gap

4.3 Hasil dan Analisa Pandu Gelombang Loop dan Directional

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0 5 10 15 20 25 D ay a K e lu ar an ( W/m ) Gap (µm) P2out P1out

(25)

• Panjang kopling dl4 menjadi

sangat penting peranannya

dalam perolehan jumlah

putaran optimal dan minimal

antara kedua output.

• pada panjang kopling 400 µm.

P

_1out

terjadi minimum dan P

_2out

terjadi maksimum sehingga

sangat bermanfaat bila

dikembangkan dalam

switching daya optik dan hal

ini yang menjadi dasar

mengapa memilih panjang

kopling 400 µm

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0 5 10 15 20 25 D ay a K e lu ar an ( W/m ) Gap (µm) p1out 400 p1out 200 p1out 100

(26)

Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan:

1. Pemberian input kontrol berupa pandu gelobang lurus terhadap salah satu lengan pandu gelombang MZI dengan jarak dapat mempengaruhi fase pandu gelombang MZI maupun gelombang lurus .

2. Gap antara pandu gelombang MZI dan pandu gelombang lurus serta panjang kopling menjadi parameter penting yang menentukan keluaran yang ditunjukkan pada gambar 4.4 Diharapkan pandu gelombang ini dapat diaplikasikan untuk switch pada gerbang logika optik

TA 2013(Wina Lavina) 26

(27)