ANALISIS VARIASI KARAKTERISTIK RESPON REFLECTIVITY DAN SIDE LOBE STRENGTH SERAT OPTIK PADA FILTER
FIBER BRAGG GRATING
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh:
METHA MBULAN TINAMBUNAN NIM : 090402050
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2014
ANALISIS VARIASI KARAKTERISTIK RESPON REFLECTIVITY DAN SIDE LOBE STRENGTH SERAT OPTIK PADA FILTER
FIBER BRAGG GRATING
Oleh:
METHA MBULAN TINAMBUNAN NIM: 090402050
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 04 bulan Juni tahun 2014 di depan penguji: 1) Naemah Mubarakah, ST. MT : Ketua Penguji
2) Suherman, ST. M.Comp. PhD : Anggota Penguji
Disetujui oleh: Pembimbing Tugas Akhir
Ir. Sihar Parlinggoman Panjaitan, MT NIP: 19640306 199103 1 001
Diketahui oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
i
ABSTRAK
Salah satu penemuan yang berarti dalam perkembangan teknologi serat optik adalah
teknologi Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM). DWDM memiliki dua
buah filter secara umum, yaitu Arrayed Waveguide Gratings (AWG) dan Fiber Bragg
Gratings (FBG). Pemantulan (r) dan kekuatan lobe sisi adalah karakteristik respon FBG.
Filter FBG melewatkan panjang gelombang yang tidak diinginkan dan memantulkan
panjang gelombang yang dibutuhkan. Tingkat pemantulan diharapkan mendekati
sempurna (100%), sedangkan lobe sisi diharapkan memiliki nilai yang kecil.
Parameter-parameter FBG yang mempengaruhi tingkat pemantulan, di antaranya panjang kisi (L),
indeks bias efektif (neff), indeks modulasi, indeks bias terinduksi, dan periode kisi (Λ).
Spektrum pantul dianalisis dengan memberikan panjang kisi dan periode kisi yang
berbeda. z merupakan sampel uji panjang kisi yang nilainya divariasikan antara 0 sampai
10mm dengan rentang 1mm (0<z<L). Lobe sisi yang menyertai pemantulan dapat diamati
melalui visualisasi kurva pemantulan yang dibangkitkan dengan Matlab R2010a. Teknik
apodisasi digunakan untuk mengoptimasi spektrum pantul.
Berdasarkan hasil analisis diperoleh hasil sebagai berikut. Untuk kisi seragam
tanpa apodisasi diperoleh bahwa pada z=4mm, tingkat pemantulan mencapai
angka 94% dan pada z=10mm pemantulannya sudah mencapai ±99,7%. Dan dari
hasil pengamatan diperoleh bahwa semakin tinggi pemantulan maka semakin besar
kekuatan lobe sisi. Teknik apodisasi yang paling baik untuk mengoptimalkan karakteristik respon FBG adalah fungsi Raised-cosine.
Kata kunci: panjang kisi, periode kisi, pemantulan, kekuatan lobe sisi, teknik apodisasi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih
dan karunia-Nya sehingga penulis diberikan kemampuan dan kesempatan untuk
dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini berjudul ” Analisis Variasi Karakteristik Respon Reflectivity
dan Side Lobe Strength Serat Optik pada Filter Fiber Bragg Grating” yang
penulis susun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan tugas akhir ini penulis telah banyak mendapat dukungan dari
berbagai pihak. Untuk itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1.Keluarga tercinta: Ayahanda Esron Tinambunan (Alm) dan Ibunda Nurneni
Sinaga atas segala kasih sayang, doa, dukungan, kesabaran, dan
pengertiannya.
2.Bapak Ir. Sihar Parlinggoman Panjaitan, M.T. selaku Dosen Pembimbing
tugas akhir atas segala arahan, motivasi, dan bimbingannya dalam
penyelesaian tugas akhir ini.
3.Ibu Syiska Yana, S.T, M.T. selaku Dosen Wali penulis atas segala bimbingan
dan nasehat serta motivasinya selama penulis menjalani kegiatan akademik.
4.Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T.
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
5.Seluruh Dosen Departemen Teknik Elektro FT-USU yang telah membekali
iii 6.Seluruh Pegawai dan Karyawan Departemen Teknik Elektro FT-USU atas
segala bantuan dan dukungannya.
7.Teman baik Candra Tambunan dan teman-teman seperjuangan Christina,
Benita, Tiomangsi, Crecensia, Fitriani C. Simbolon, Denny Pasaribu, Master
Turnip, dan Stephany Sitompul untuk tawa dan sokongannya
8.Teman-teman di Departemen Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan
2009 atas dukungan, doa, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.
Juga penulis menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah
membantu namun tidak dapat penulis sebutkan satu per satu disini.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang disebabkan oleh
kelalaian dan keterbatasan waktu, tenaga juga kemampuan dalam penyusunan
skripsi ini. Oleh karena itu, penulis memohon maaf apabila terdapat banyak
kekurangan dan kesalahan. Dengan segala kerendahan hati penulis bersedia
menerima saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas
akhir ini.
Akhir kata penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini bermanfaat bagi
siapapun yang membutuhkannya.
Medan, Juni 2014
Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... viii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penulisan ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 4
1.5 Metodologi Penulisan ... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 6
BAB II DASAR TEORI ... 7
2.1 Komunikasi Serat Optik ... 7
2.1.1 Serat Optik ... 8
2.1.2 WDM (Wavelength Division Multiplexing)…….. 13
2.1.3 Teknologi DWDM ………. 13
2.1.4 Filter pada DWDM ……….. 15
2.2 Perkembangan Fiber Bragg Grating ……….. 16
v
2.4 Fotosensitivitas dan Pembentukan Kisi ... 18
2.5 Metode dan Asumsi ... 24
2.6 Coupled-mode Theory (Teori Mode-tergandeng)... 25
2.7 Pemodelan Fiber Bragg Grating……...………...… 28
2.8 Uniform Bragg Grating (Kisi Bragg Seragam) ………….. 31
2.9 Metode Transfer Matriks……….. 33
2.9.1 Metode Transfer Matriks untuk Kisi Seragam ... 33
2.9.2 Metode Transfer Matriks untuk Kisi Tak Seragam. 34 2.10 Perhitungan Waktu Tunda dan Dispersi……….. 34
2.11 Apodisasi Fiber Bragg Grating………...……… 35
2.11.1 Defenisi Apodisasi ... 35
2.11.2 Prinsip Apodisasi Kisi……… 36
2.11.3 Metode Integrasi Langsung ……… 37
3.5 Langkah-langkah Penelitian ... 41
3.5.1 Tahap Persiapan ... 41
3.5.2 Tahap Perhitungan Data ………. 41
3.6 Analisis Data ... 41
3.6.1 Perhitungan Tingkat Pemantulan (r) ... 42
3.6.2 Diagram Alir Teknik Apodisasi .……….. 42
BAB IV Analisis Variasi Karakteristik Respon Reflectivity dan Side Lobe Strength Serat Optik pada Filter Fiber Bragg Grating . 47 4.1 Umum ... 47
4.2 Asumsi Tetapan dan Batasan ... 47
4.3 Hasil dan Analisis ... 49
4.3.1 Hasil dan Analisis Perhitungan Pemantulan Kisi .. 49
4.3.2 Visualisasi Kurva Pemantulan dan Lobe Sisi Fungsi Apodisasi ... 54
BAB V PENUTUP ... 62
5.1 Kesimpulan ... 62
5.2 Saran ... 63
DAFTAR PUSTAKA ... 64
vii
Gambar 2.5 : Modul Pengamatan Fotosensitivitas Serat ... 18
Gambar 2.6 : Perubahan Indeks Bias Inti ... 21
Gambar 2.7 : Properti FBG ... 23
Gambar 2.8 : Kondisi Awal dan Penghitungan Respon Kisi ... 30
Gambar 2.9 : Diagram Dasar Metode Transfer Matriks ... 33
Gambar 3.1 : Diagram Alir Garis Besar Metode Pengumpulan Data ... 40
Gambar 3.2 : Diagram Alir Pembangkitan Kurva Pemantulan Kisi Seragam ... 43
Gambar 3.3 : Diagram Alir Pembangkitan Fungsi Apodisasi Gaussian .... 44
Gambar 3.4 : Diagram Alir Pembangkitan Fungsi Apodisasi Raised-cosine ... 45
Gambar 3.5 : Diagram Alir Pembangkitan Fungsi Apodisasi Synchronous ... 46
Gambar 4.1 : Kurva Pemantulan Kisi Seragam tanpa Apodisasi ... 54
Gambar 4.2 : Kurva Pemantulan & Lobe Sisi untuk z=1mm ... 55
Gambar 4.3 : Kurva Pemantulan & Lobe Sisi untuk z=5mm ... 57
Gambar 4.4 : Kurva Pemantulan & Lobe Sisi untuk z=10mm ... 59
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 : Periode Kisi dan Panjang Gelombang Bragg ……… 4λ
Tabel 4.2 : Hasil Perhitungan Pemantulan dengan Variasi L dan Λ ….….. 53
Tabel 4.3 : Nilai Besaran Pemantulan (r) dan Kekuatan Lobe Sisi
