3.3 Simulasi
Terahertz Waveguide
Simulasi merupakan metode untuk menduplikasimenggambarkan ciri, tampilan, dan karakteristik suatu sistem nyata rill. Metode ini menggunakan prinsip cara
coba-banding
trial and error
untuk memperoleh hasil yang optimal. Metode simulasi dilakukan dengan teknik berdasarkan percobaan eksperimen untuk
menjelaskan karakteristik dari sistem tersebut berdasarkan observasi karakteristik nyata rill sehingga dapat dianalisis untuk mengambil kesimpulan tentang
karakteristik dari sistem nyata. Berdasarkan perangkat yang digunakan, maka ada 3 jenis simulasi:
1. Simulasi analog: simulasi yang implementasinya menggunakan rangkaian
elektronika analog, seperti operasional amplifier untuk integrasi, pembanding, pembalik, penjumlah, dll.
2. Simulasi hybrid: simulasi yang implementasinya menggunakan rangkaian
rangkaian elektronika dan komputer. 3.
Simulasi digital: simulasi yang implementasinya menggunakan komputer. Dalam penelitian ini simulasi yang digunakan adalah simulasi digital, pada
simulasi menggunakan metode
finite difference.
Analisis numeris terhadap desain simulasi
terahertz waveguide
yang dilakukan menggunakan
software Lumerical
MODE Solution
. Perangkat lunak ini dirancang untuk analisis numerik menyelidiki profil modus cahaya yang dipandu
waveguide
, termasuk perhitungan karakteristik fisik modus, seperti fase indeks efektif, pelemahan daya, dispersi,
dan kecepatan kelompok. Tampilan lembar kerja dari software
Lumerical MODE Solution
untuk area simulasi yang dilakukan ditunjukkan seperti pada gambar 3.4
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.4 Tampilan lembar kerja dari
software Lumerical MODE Solution
Setelah menjalankan program diatas maka pada tampilan lembar kerja mterdapat menu
– menu tools dan menu – menu bar yang memiliki fungsi masing – masing untuk melakukan simulasi. Adapun hasil simulasi pada desain awal yang
dilakukan untuk desain
terahertz waveguide
pada penelitian ini seperti terlihat pada gambar 3.5
Gambar 3.5 Desain awal
terahertz waveguide
tanpa kawat tembaga;
terahertz waveguide
dengan dua kawat tembaga tertanam secara tegak lurus; dan
terahertz waveguide
dengan dua kawat tembaga tertanam secara sejajar terhadap polarisasi medan listrik.
Universitas Sumatera Utara
Pada gambar 3.5 bahwa ring yang berwarna merah busuk merupakan
cladding
bermaterial plastik dengan tebal 1.5 mm dan rongga yang berwarna hitam ditengah merupakan
core
berupa udara dengan diameter 3 mm. Pada sisi
cladding
terdapat 12 lubang kecil yaitu yang berwarna biru dengan diameter 0.35 mm. juga terdapat dua kawat logam tertanam secara vertikal tegak lurus dan
horizontal sejajar terhadap polarisasi medan listrik. Adapun kotak berwarna orange merupakan mesh grid sebagai batas perhitungan simulasi.
Pada umumnya ada dua pilahan untuk jenis batas daerah perhitungan pada mesh yaitu datas logam dan lapisan PML. Pada batas logam memberikan
keuntungan untuk mencapai perhitungan cepat. Batas ini masih kompatibel untuk menghitung fase indeks efektif modus dipandu. Namun, batas ini tidak akan
memungkinkan cahaya untuk melarikan diri dari daerah simulasi. Oleh karena itu, dihitung kerugian daya selalu sama dengan nol. Lapisan PML tidak akan
membiarkan refleksi apapun yang terjadi pada batas wilayah simulasi. Dalam simulasi batas perhitungan menggunakan lapisan PML seperti pada gambar 3.6.
Idealnya lapisan PML akan menyerap semua cahaya insiden sehingga tidak akan ada cahaya kembali ke interior simulasi. Oleh karena itu, perhitungan
akan memakan waktu lebih lama, dan mesin perlu menggunakan memori lebih dari pada perhitungan batas logam. Awalnya harus mengatur dimensi batas cukup
besar sehingga semua struktur pandu berada di dalam wilayah PML. Kemudian, mengatur parameter lain yang diperlukan seperti jumlah lapisan PML, dan ukuran
mesh grid masing-masing PML. Dalam desain saya untuk perhitungan menggunakan struktur
terahertz waveguide
yang ideal, dimana semua dimensi persis mengikuti desain dan permukaan sangat halus, dengan mengabaikan beberapa cacat yang mungkin
berasal dari proses fabrikasi. Saya menetapkan indeks bias dielektrik bahan yang diukur dalam rentang frekuensi terahertz seperti terlihat pada gambar 3.6
Universitas Sumatera Utara
n
1
n
2
r
1
r
2
a Cu
a b
Gambar 3.6 a Struktur simulasi
terahertz waveguide
pada penelitian ini, dimana dua kawat logam yang melekat dalam antarmuka
core - cladding
, dan b perambatan gelombang pada inti
core
.
Setelah desain dilakukan menggunakan program
Lumerical MODE Solution
maka dilanjutkan mengatur karakteristik dari material tersebut. Sebelum menjalankan proses perhitungan untuk desain yang dilakukan maka terlebih
dahulu memasukkan nilai indeks efektif pada 0.98 sd 1 dan frekuensi pada range 0.3 sd 1 THz dengan banyak data 50 buah dan memilih tombol
calculate
. Setelah proses kalkulasi data selesai maka akan menghasilkan profil mode
fundamentalsinggel seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.7 dan diperoleh data simulasi untuk desain awal sebagaimana terlampir pada lampiran A.
Gambar 3.7 Mode intensitas gelombang
terahertz
pada frekuensi 0.7 THz untuk
terahertz waveguide
dengan tanpa kawat tembaga; dengan dua kawat tembaga tertanam tegak lurus; dan sejajar; terhadap polarisasi medan listrik.
Simulasi lanjut untuk
terahertz waveguide
yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan veriasi diameter
core
2 mm, 3 mm, dan 4 mm; variasi jenis kawat logam tertanam Cu, Fe, Al, dan Ag; variasi diameter lubang kecil 0.35
mm dan 0.5 mm dan juga variasi posisi lubang kecil berdiameter 0.35 mm pada
Universitas Sumatera Utara
sisi dan tepat berada di tengah
cladding
. Data simulasi untuk setiap variasi yang dilakukan terlampir pada lampiran A.
3.4
Perangkat Alat Simulasi
Satu unit perangkat komputer di Laboratorium Laser Pusat Penelitian Fisika P2F Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia LIPI Serpong, Tangerang Selatan -
Banten.
Universitas Sumatera Utara
3.5 Diagram Alir Penelitian
Kategori