Kristal Fotonik 1D dengan Lapisan Cacat

Proceeding Research and Studies VII, TPSDP, 2007 dimana I out = |A 1out | 2 . Pada batas z = 0, diperoleh intensitas input: out out z in I 1 a I 4 cos 1 2 1 z I I + = = = 21 dengan a = 2n Nn nl dan N = 2L Λ adalah banyaknya lapisan. Persamaan 21 merupakan karakteristik dari optical limiter. III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Distributed Bragg Reflector Nonlinier Dalam struktur ini, dengan menggunakan kombinasi indeks bias lapisan-1 dan lapisan-2 adalah 1,8 dan 1,6 dan variasi kedalaman indeks bias n 1 = 0,008 serta indeks bias nonlinier n nl = 2,2 x 10 -5 cm 2 GW, hubungan antara transmitansi dan panjang gelombang untuk nilai intensitas cahaya datanginput yang berbeda ditunjukkan dalam gambar 3. Variasi nilai indeks bias ini diambil agar celah pita fotok atau panjang gelombang Bragg berada pada daerah panjang gelombang 1,55 µm, yang merupakan panjang gelombang telekomunikasi optik. Intensitas cahaya datang mengubah nilai indeks bias struktur [persamaan 9], sehingga celah pita fotonik akan bergeser. Tampak bahwa, dengan meningkatnya nilai intensitas cahaya, maka bandgap bergeser ke panjang gelombang yang lebih besar. 1.55 1.555 1.56 1.565 0.2 0.4 0.6 0.8 1 λ [mikrometer] T ra n s m it a n s i 1 GWcm 2 5 GWcm 2 15 GWcm 2 Gambar 3 Transmitansi sebagai fungsi dari panjang gelombang untuk nilai intensitas cahaya datang yang berbeda. Proses switching optik dalam struktur ini, ditunjukkan oleh garis vertikal pada gambar 3, dimana transmitansi pada panjang gelombang ~ 1,555 µm berubah dari transmitansi rendah ke transmitansi tinggi seiring dengan meningkatnya intensitas cahaya datang. Transmitansi pada panjang gelombang 1,555 µm meningkat sebesar ≈ 70 dengan bertambahnya intensitas cahaya dari 1 GWcm 2 menjadi 15 GWcm 2 , seperti yang ditunjukkan dalam gambar 4. Perubahan transmitansi oleh intensitas cahaya disebut switching optik melalui self-phase modulation. 5 10 15 0.2 0.4 0.6 0.8 Intensitas [GWcm 2 ] T ra n s m it a n s i Gambar 4. Perubahan transmitansi pada λ = 1,555 µm terhadap perubahan intensitas cahaya datang Untuk mengetahui apakah struktur ini dapat digunakan sebagai all-optical switching, maka diuji dengan kurva bistabilitas optik yang dihitung dengan menggunakan persamaan 14. Parameter yang digunakan adalah sama dengan parameter diatas. Grafik bistabilitas optik untuk beberapa harga kL ditunjukkan dalam gambar 5. Tampak bahwa bistabilitas optik terjadi untuk nilai κL yang besar, artinya variasi kedalaman indeks bias yang besar n 1 , sesuai dengan κ = ωn 1 2c. 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0.5 1 1.5 2 2.5 Intensitas input [GWcm 2 ] In te n s it a s O u tp u t [G W c m 2 ] κL = 1,0 κL = 2,0 κL = 3,24 Gambar 5 Bistabilitas optik untuk berbagai harga κL

3.2. Kristal Fotonik 1D dengan Lapisan Cacat

Dalam struktur ini, digunakan kombinasi indeks bias n 1 = 1,7 dan n 2 = 2,1 dan ketebalan d 1 = 0,225 µm dan d 1 = 0,182 µm serta N = 10 lapisan. Variasi nilai indeks bias ini diambil agar celah pita fotok berada pada daerah panjang gelombang 1,55 µm, yang merupakan panjang gelombang telekomunikasi optik. Transmitansi struktur tanpa dan dengan cacat geometris ketebalan lapisan cacat d 3 = 0,43 Proceeding Research and Studies VII, TPSDP, 2007 µm ditunjukkan dalam gambar 6. Dalam struktur dengan penyisipan lapisan cacat, jumlah lapisan di sebelah kiri dan kanan lapisan cacat masing- masing N = M = 10 lapisan. Tampak bahwa penyisipan lapisan cacat geometris menimbulkan suatu moda didalam photonic bandgap yang dinamakan moda cacat defect mode dengan panjang gelombang cacat λ C = 1,53 µm. 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 λ [mikrometer] T ra n s m it a n s i 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 λ [mikrometer] T ra n s m it a n s i Gambar 6 Transmitansi kristal fotonik 1D untuk variasi indeks bias n 1 = 1,7 dan n 2 =2,1 tanpa cacat atas dan dengan cacat geometris dengan d 3 = 0,43 µm bawah. Jumlah lapisan M dan N masing-masing adalah 10 lapisan Gambar 7 menunjukkan perubahan panjang gelombang cacat λ C akibat perubahan ketebalan lapisan cacat d 3 cacat geometris dan perubahan cacat indeks bias n 3 . Tampak bahwa jika ketebalan dan indeks bias lapisan cacat diperbesar, maka posisi puncak transmitansi pada celah pita defect mode bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih besar. 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 1.45 1.50 1.55 1.60 cacat geometris λ c a c a t [ µ m ] d cacat [ µ m] 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 cacat indeks bias indeks bias cacat n 3 Gambar 7 Efek ketebalan lapisan cacat dan indeks bias terhadap panjang gelombang cacat. Struktur ini dikaji untuk aplikasi all- optical switching optik, dimana lapisan cacat dibuat dari material optik nonlinier. Gambar 8 menunjukkan transmitansi kristal fotonik dengan n 1 = 1,7; n 2 = 2,1 ; n 3 = 3,7 dan n nl = 2,2 x 10 -12 cm 2 W untuk dua nilai intensitas cahaya datang. 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 λ [mikrometer] T ra n s m it a n s i 1 GWcm 2 20 GWcm 2 Gambar 8 Transmitansi kristal fotonik dengan cacat indeks bias nonlinier dengan variasi intensitas. Jumlah lapisan Bragg di sebelah kiri dan kanan lapisan cacat adalah 10 lapisan Tampak bahwa panjang gelombang cacat λ C = 1,55 µm bergeser menjadi 1,555 µm dengan merubah intensitas cahaya dari 1 GWcm 2 menjadi 20 GWcm 2 . Dengan demikian terjadi perubahan transmitansi secara drastis pada 1,55 µm dari transmitansi tinggi keadaan ON ke transmitansi rendah keadaan OFF dengan merubah intensitas cahaya datang. Proses perubahan transmitansi ini dinamakan proses all-optical switching melalui self-phase modulation. Proceeding Research and Studies VII, TPSDP, 2007

3.3. Reflektor Bragg Nonlinier dengan indeks bias linier yang sama namun indeks bias