Tipe-tipe struktur Grating. Pembuatan FBG.

expansion, diatur untuk mencegah panjang gelombang Bragg berubah karena suhu. Atau dengan cara lain yaitu menggunakan Thermoelectric Coller yang dapat dikontrol secara aktif.

2.2.3. Tipe-tipe struktur Grating.

Berikut adalah beberapa macam tipe dari grating dari FBG yaitu: Gambar 2.11: Tipe umum struktur fiber grating yang diklasifikasikan berdasarkan variasi dari perubahan indeks sepanjang axis yaitu,a uniform dengan perubahan indeks positive-only,bGaussian-apodized,cRaised-Cosine- Apodized dengan perubahan indeks zero-dc, dPhase shift dari п.

2.2.4. Pembuatan FBG.

Untuk membuat tumpukan yang tepat dari daerah indeks refraktif tinggi dan rendah sepanjang fiber optik, pembuat harus memodifikasi indeks refraktif dari fiber secara permanen dengan proses efekfotosensitif.Ini bisa diselesaikan dengan menyinari fiber optik dengan cahaya ultraviolet UV dengan panjang gelombang sekitar ±244 nm. Photosensitivitas pada fiber optik mengarah pada perubahan permanen indeks refraktif dari core fiber ketika diarahkan ke cahaya dengan karakteristik panjang gelombang dan intensitas yang tergantung pada material core. Universitas Sumatera Utara Photosensitivitas berkaitan terutama dengan germanium dopant yang digunakan dalam core kebanyakan fiber komersial. Photosensitivitas bisa ditingkatkan dengan menaikkan level doping germanium atau dengan in-diffusing molekul hidrogen, dimana bertindak sebagai katalis pada reaksi dari germanium dengan cahaya UV dan secara hebat mengurangi waktu pencahayaan.Perubahan indeks sangat stabil,bahkan pada temperatur tinggi,terutama jika grating di preanneal dipanaskan pada temperature antara 150°C dan 500°C setelah fabrikasi. Fabrikasinya sendiri dilakukan dengan 4 langkah proses sederhana : ƒ Mengeluarkan acrylate Coating. ƒ Meng-expose fiber ke cahaya UV ƒ Preannel ƒ Kemudian me-recoat fiber. Untuk membuat Bragg Grating pada fiber optik, perlu dihasilkan pola priodik yang diperlukan dari cahaya UV pada sisi fiber. Ini bisa dilakukan dengan memisahkan laser cahaya UV dan menggabungkanya kembali di dalam fiber untuk membentuk standing wave, priodenya tergantung pada sudut diantara sinar. Melalui efek photosensitif, pola di imprint di dalam fiber sebagai perubahan yang bervariasi secara periodik pada indeks refraktif. Merubah periode hanya memerlukan merubah sudut dari kaca. Pendemonstrasian awal dari pembuatan FBG menggunakan pendekatan interferometric, tetapi stabilitas dari pola interferensi bisa dengan mudah terganggu oleh getaran mekanikal.Metode yang lebih dapat diandalkan untuk mencetak grating adalah menggunakan fase mask. Sebuah fase mask merupakan grating itu sendiri,di sketsa di dalam silica,yang mendifraksi cahaya UV pada normal incidence menuju +1 dan -1 orde difraksi.Kedua orde ini berinterferensi untuk membuat pola interferensi yang diinginkan tepat dibelakang mask,dimana fiber tersebut diletakkan.Secara tipikal, waktu pencahayaan bervariasi dari beberapa detik sampai beberapa menit,bergantung pada tipe grating. Universitas Sumatera Utara Terdapat dua tehnik penting untuk membuat grating yaitu interference pattern dan phase mask. Fiber yang biasanya digunakan adalah single mode fiber. ƒ Interference Pattern pola interferensi. Menggunakan sinar cahaya dari single laser, sinar dipisahkan dan kemudian digabungkan kembali. Sebuah pola interferensi dibentuk dan priode grating bisa diatur. Metode ini susah untuk membuat grating yang panjang limitnya adalah 1 atau 2 cm. Banyak penggunaan potensial grating memerlukan panjang yang cukup panjang pada beberapa aplikasi 20 sampai 30 cm dan tehnik ini tidak mampu untuk membuat grating yang lebih panjang. Gambar 2.12: Writing FBG ke core fiber dengan tehnik interference pattern. ƒ Phase Mask. Tehnik phase mask mungkin adalah tehnik yang paling terbaik untuk saat ini. Phase mask mendifraksi sebuah sinar cahaya yang datang. Sinar yang didifraksi mempunyai pinggiran interferensi yang bisa dikontrol untuk untuk membuat variasi periodik dari tipe grating yang diinginkan. Ini memiliki keuntungan dalam teknik sinar rangkap dua yang memungkinkan untuk membuat grating yang sangat panjang. Mask yang digunakan panjang dan sinar disinari sepanjangnya. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.13: Ilustrasi fabrifikasi FBG dengan menggunakan tehnik phase mask.

2.3. LASER

Laser adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Laser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat lurus. Laser bekerja pada spektrum infra merah sampai ultra ungu. Proses laser pada dasarnya adalah proses interaksi gelombang elektromagnetik dengan atom-atom materi, yaitu penggandaan intensitas cahaya yang dihasilkan dari proses transisi dalam atom di dalam materi. Untuk dapat mengetahui bagaimana sumber cahaya ini bekerja maka terlebih dahulu perlu diketahui keadaan energi yang terdapat didalam suatu atom. Menurut teori kuantum, keadaan energi dari suatu atom ditentukan oleh keadaan energi dari elektron-elektronnya. Salah satu contoh yang sederhana dari prinsip kerja laser adalah sistem dua tingkat energi untuk hidrogen seperti pada gambar 2.14, dimana 1 E adalah tingkat energi normal ground state dan 2 E adalah tingkat energi tereksitasi exciting state. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.14 : Mekanisme produksi laser a penyerapan absorption, b pancaran spontan spontaneous emission dan c pancaran terangsang stimulation emission. Mula-mula dalam keadaan normal atom berada di 1 E tingkat energi normal lalu diganggu, misalnya dengan cara dialiri arus listrik sehingga energinya naik ke 2 E tingkat energi tereksitasi. Setelah berada dalam tingkat energi tereksitasi, maka atom akan berusaha kembali ke keadaan normalnya, yaitu menuju ke 1 E . Sewaktu menuju 1 E dari 2 E inilah dipancarkan sinar laser dalam bentuk emisi spontan spontaneous emission. Dalam keadaan kesetimbang termal maka jumlah atom di tingkat tereksitasi 2 N akan sama jumlahnya dengan jumlah atom di tingkat energi normal 1 N . Pada waktu perpindahan menuju keadaan normal maka perubahan jumlah atomnya memenuhi persamaan: 2 N 1 N = Exp - ΔEkT 2.6 Dengan : k = konstanta Bolzman 1,38 x 23 10 − JK T = Temperatur °K ΔE= 1 E - 2 E Universitas Sumatera Utara Sedangkan energi fotonnya memenuhi persamaan : h = 2 E - 1 E 2.7 dengan : h = konstanta Plank 6,6261 x 34 10 − J.s = frekuensi energi foton Supaya terjadi banyak radiasi, maka harus diusahakan agar jumlah molekul di tingkat energi tereksitasi lebih banyak dari jumlah molekul di tingkat energi normal atau 2 N harus lebih besar dari 1 N , yaitu dengan mengeksitasi sistem tersebut. Ada beberapa cara mengeksitasi sistem atom atau molekul untuk tujuan ini, misalnya dengan cara dipanasi, disinari, dialiri arus listrik ataupun dengan gelombang elektromagnetik pada frekuensi radio. Setelah 2 N lebih besar dari 1 N dan apabila hal tersebut terjadi pada tabung tertutup dengan ujung tabung adalah cermin-cermin, maka foton hasil emisi spontan akibat perubahan tingkat energi dari 2 E ke 1 E yang mempunyai arah sembarang menumbuk foton yang lain dan akan membentuk foton baru. Dengan adanya cermin- cermin pada ujung tabung maka gerakan foton akan diarahkan, foton yang gerakanya sudah diarahkan ini menumbuk foton lain sehingga menimbulkan foton baru dengan arah yang sama dengan foton yang menumbuknya. Karena bentuk tabung serta pemasangan cermin tersebut maka foton-foton ini akan bolak-balik menumbuk cermin dan membentuk foton-foton baru dengan arah dan energi yang sama, hal ini disebut dengan penguatan amplifikasi cahaya. Biasanya cermin yang pertama mempunyai refleksi mendekati 100, sedangkan cermin kedua 99,5 - 99,8. Didalam sistem tersebut foton-foton dengan arah dan energi yang sama akan bolak-balik dan membentuk foton baru yang energi dan arahnya juga sama, sehingga pada suatu saat setelah terkumpul energi yang besar kumpulan foton-foton ini akan melewati bagian cermin kedua dan inilah yang keluar sebagai laser. Universitas Sumatera Utara Memang tidak semua laser yang ada mempergunakan cermin-cermin untuk menstimulasi pembentukan foton baru, akan tetapi penjelasan diatas merupakan gambaran secara umum terjadinya laser. 2.3.1.Laser Semikonduktor Laser Diode. Dioda laser terbuat dari bahan semikonduktor, semikonduktor adalah material dengan konduktivitas diantara konduktor dan isolator,susunan atom-atomnya membentuk struktur kristal. Elektron-elektron dari atom-atom kristal semikonduktor pada tingkat energi yang hampir sama akan membentuk tingkat-tingkat energi yang sangat berdekatan yang disebut dengan pita energi. Pita energi yang berhubungan dengan pemancaran cahaya adalah pita energi valensi dan pita energi konduksi., jika elektron dari pita valensi karena mendapatkan energi maka tereksitasi ke pita konduksi maka tempat kosong yang ditinggalkan elektron tersebut disebut hole yang dipandang bermuatan positif. Elektron pada pita konduksi tersebut dapat turun kembali ke pita valensi mengisi hole, peristiwa ini disebut dengan rekombinasi, pada peristiwa rekombinasi akan dipancarkan cahaya bersesuaian dengan selisih kedua pita energi tersebut. Panjang gelombang yang dipancarkan tergantung pada energi gap anatara pita konduksi dan pita valensi yaitu: m eV E E hc g g μ λ 2398 , 1 ≅ = 2.8 Dimana: c = kecepatan cahaya 3x10 8 ms 2 h = tetapan Planck 6,6261 x 10 34 − J.s g E = ∆E = Energi gap eV Berbagai jenis material semikonduktor tersedia sehingga panjang gelombang yang dihasilkan hampir memuat semua spektrum dari daerah tampak sampai dekat dengan infra-merah. Universitas Sumatera Utara Pada laser semikonduktor proses lasing terjadi didalam sambungan dioda semikonduktor dari jenis yang sama seperti yang dipakai pada LED dengan mengalami perkembangan lebih lanjut, yaitu adanya rangkaian umpan balik optik optical feedback. Salah satu sisi dioda adalah bahan semikonduktor jenis –p yang mengandung sejumlah besar lubang hole, yaitu ikatan-ikatan kovalen dalam struktur kristal yang telah dipecah oleh pengambilan satu dari sepasang elektron yang membentuk ikatan dari bond tersebut. Sisi lain dioda adalah semikonduktor jenis –n yang mengandung banyak elektron bebas. Untuk mendapatkan aksi laser, semikonduktor jenis-p yang dikenal dengan pembawa muatan positif atau hole dan jenis-n sebagai pembawa muatan negatif atau elektron yang melakukan rekombinasi. Rekombinasi terjadi secara kontinu dalam semikonduktor jika diberikan tegangan luar dari kristal pembentuk semikonduktor. Pada bias nol, suatu daerah pengosongan depletion zone memisahkan kedua bagian, dimana semua lubang dan elektron telah dikombinasikan kembali atau dihilangkan. Disepanjang daerah pengosongan terdapat suatu potensial barrier barrier potential, karena lubang-lubang dan elektron-elekron yang dikombinasikan kembali recombination mempunyai muatan terjebak pada tempat-tempat elektron campuran impurities didalam daerah pengosongan. Bila pada sambungan dikenakan tegangan bias maju forward bias yang cukup untuk mengatasi potensial batas sambungan, daerah pengosongan akan menghilang, dan lubang bebas bergerak melewati sambungan ke dalam daerah-n, sementara elektron-elekron bebas pula bergerak kedalam daerah –p, dimana mereka adalah pembawa-pembawa minoritas minority carrier. Rekombinasi akan terjadi terus-menerus dan mengeluarkan energi dalam bentuk cahaya dan energi panas foton. Setiap foton mengandung sejumlah energi yang ada hubungannya dengan frekuensi elektromagnetis yang sesuai menurut persamaan : E = h ν 2.9 Universitas Sumatera Utara ν = cλ 2.10 Energi biasanya dinyatakan dalam elektron-volt,sehingga: E = q. eV 2.11 Dengan : q : adalah besarnya muatan elektron = 1,602 x 10-19 C. eV: adalah tingkat energi dalam elektron-volt. Dari persamaan diatas didapatkan hubungan antara panjang gelombang dan tingkat energi alaktron-volt : eV = hclq λ = 1,24λ 2.12 Kandungan energi dari sebuah foton yang dilepaskan dalam suatu semikonduktor ada hubunganya dengan celah jalur energi energy band gap dari bahan semikonduktor, besarnya sama dengan potensial batas sambungan. Intensitas cahaya tergantung dari besar arus yang digunakan. Intensitas cahaya akan membesar setelah mencapai besar arus ambang threshold current, hal ini berarti emisi spontannya naik secara linear, dimana permulaan arus emisi adalah arus ambang laser. Pada arus yang rendah radiasi yang dipancarkan oleh laser dioda adalah hasil dari emisi spontan. Dengan penambahan arus bias secara terus-menerus akan dicapai suatu keadaan dimana radiasi yang dipancarkan bukan sebagai akibat emisi spontan, tetapi akibat emisi yang terstimulasi. Daya keluaran dari laser juga sangat dipengaruhi oleh temperatur. Perubahan temperatur untuk daya yang sama akan menghsilkan spektrum cahaya dengan panjang gelombang yang berubah-ubah. Universitas Sumatera Utara BAB III METODE PENELITIAN 3.1.Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juli 2009 sampai Oktober 2009. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Group THz-photonics, bidang instrumentasi fisis dan optoelektronika Pusat Penelitian Fisika P2F Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia LIPI kompleks puspitek Setu,Tangerang Selatan. 3.2.Obyek Penelitian Sebagai obyek penelitian adalah Fiber Bragg Grating FBG yang memiliki kisi grating yang uniform. 3.3.Alat dan Bahan Penelitian Obyek penelitian FBG yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah FBG buatan Jepang jenis single mode dan belum memiliki konektor. Sebelum digunakan FBG ini harus di sambung pada serat optic yang memiliki konektor. Seperti kita ketahui bahwa konektor ini berfungsi untuk menghubungkan perangkat jaringan OTDR,OSA,Power Meter,Laser,ASE dengan kabel fiber optic dan juga merupakan faktor yang sangat penting untuk lancarnya proses transmisi. Konektor juga yang akan berfungsi untuk menjaga agar kabel serat optik bisa terhubung dengan baik ke perangkat transmitter maupun receiver. Universitas Sumatera Utara 3.3.1.Alat Penyambungan konektor dengan FBG . ƒ Fussion Splicer tipe Fitel S176CF. Digunakan untuk menyambungkan ujung-ujung serat dengan teknik peleburan ujung-ujung dari serat optik yang akan disambungkan dengan menggunakan laser. ƒ Fiber Stripper. Digunakan untuk mengelupas cladding fiber optik. ƒ Micro-strip precision stripper. Digunakan untuk membersihkan sisa cladding yang masih tertinggal pada core serat optik. ƒ Tissue Optik. Membersihkan core serat optik. ƒ Methanol atau Alkohol. Digunakan untuk membersihkan core serat optik yang di semprotkan pada tissue optik. ƒ Cleaver. Digunakan untuk memotong core serat optik. ƒ Selubung konektor. Digunakan sebagai cladding core serat optik yang telah disambung. 3.3.2.Alat Pengujian Karakteristik FBG.

1. TCM1000T.

TCM 1000 dari Thorlabs Inc adalah salah satu jenis TEC Termoelektrik Cooler control atau pengontrol suhu. Alat ini akan mengontrol arus pada Termal elektrik Cooler untuk mempertahankan sebuah suhu yang konstan pada perangkat pendingin dan pemanas. Alat ini beroperasi pada tegangan +5 volt DC, daya maksimum 3 Watt dan arus 1 Ampere. Kontroler ini menggunakan termistor 10 Kohm NTC sebagai sensor suhu dan juga sebagai komponen umpan balik dan dilengkapi dengan pealtier elemen sebagai pemanas dan pendingin. Termistor adalah piranti semikonduktor yang mempunyai koefisien Universitas Sumatera Utara