a
b
Gambar 8 a Diagram elemen sensing yang telah diajukan b Set-up proses sinyal dan sensitivitas sensor absorbsi struktur nano yang diprediksikan dan digunakan
untuk menguji air M. Vasiliev, 2008
Sensitivitas dari sensor ditunjukkan oleh Gambar 8 yang menunjukkan kedua spektrum cahaya yang melalui sensor dan mengalami perubahan puncak
transmitansi disebabkan variasi absorbsi air dari A=0.0005cm sampai 0.00055cm untuk air murni dan air yang terkontaminasi secara berturut-turut. Efek perubahan
absorbsi dibandingkan dengan absorbsi air murni dalam rongga relatif kecil, meskipun demikian dapat diukur dengan mudah menggunakan rangkaian yang
sensitif. Menggunakan transformasi Fourier untuk pemrosesan sinyal, perubahan absorbsi pada skala kecil masih dapat diukur.
2.6 Model Kristal Fotonik
Model kristal fotonik 1D untuk kasus tiga lapisan defek terdiri atas lapisan Bragg yang merupakan bahan dielektrik berselang-seling disertai tiga lapisan defek,
yakni: sebagaimana struktur
yang diilustrasikan pada Gambar 9. and
menunjukkan indeks bias lapisan Bragg
dan ketebalannya yang ditandai dengan . Tiga lapisan defek
ditandai oleh
1 2
1 1
2 2
1 2
3 1
2 M
N L
R s
s
n n n n D n n
D n n D n n
n n
1
n
2
n
1 2
n n
1 2
d d
1 1
d
D n
n ≡
2
,
2 2
d
D n
n ≡
2
, dan
3 3
d
D n
n ≡
2
yang dihubungkan dengan ketebalannya
1 2
d
d d
,
2 2
d
d d
dan
3 2
d
d d
secara berturut-turut. Indeks bias substrat dan medium latar berturut-turut adalah
s
n dan .
n
Gambar 9 Model kristal fotonik dengan tiga lapisan defek sebagai sensor optik
Jumlah lapisan sel disebelah kiri
1
D , diantara
1
D dan
2
D , diantara
2
D dan
3
D , dan disebelah kanan
3
D diberikan oleh M, L, N, and R secara berturut turut. Dalam eksperimen numerik ini, diasumsikan bahan yang digunakan memiliki
absorbsifitas yang rendah low-loss media. Nilai parameter yang diberikan adalah
sebagai berikut: udara,
1 n
= 1.57
s
n =
BK
7
,
1
2.1 n
= Ta
2
O
5
, MgF
2
1.38 n
=
2
dan ketebalan optik memenuhi kondisi quarter wave stack:
1 1 2
2
4 n d
n d λ
= =
, dimana panjang gelombang operasi
λ diberikan oleh 550 nm. Tiga defek sel dipilih identik, dengan
1 2
3
2
d d
d
d d
d
λ
= =
= .
Nilai parameter semua itu tidak akan dinyatakan lagi, kecuali jika kita menggunakan nilai berbeda.
Untuk fabrikasi, nilai indeks bias cacat dapat dipilih berdasarkan material yang memang sudah dikenal umum dan untuk aplikasi sensor, material yang akan
disensing dapat ditempatkan pada layer defek kedua dengan indeks bias yang dapat dipilih pada Tabel 3.
Tabel 3 Nilai indeks bias material
Material Nilai Indeks Bias
MgF
2
1.38 SiO
2
1.45 Al
2
O
3
1.70 PASOII 1.80
Ta
2
O
5
2.10 TiO
2
2.21 TiO 2.40
ZnSe 2.50 ZnTe 2.78
GaAs 3.61
2.7 Divais Sensor
Pada tahun terakhir beberapa aplikasi dari biosensor sudah muncul yang berbasis pada sifat pergeseran spektra transmisi dan refleksi pada permukaan atau
objek. Sensor Surface Plasmon Resonance SPR telah digunakan secara luas untuk
screening interaksi biokimia, sedangkan grup peneliti yang lain mengembangkan biosensor optik berbasis pada rongga Fabry-Ferot
Fabry-Ferot cavities dalam lubang silikon atau filter frekuensi resonansi modus terkopel
guided modus resonance reflectance filters. Aplikasi lain adalah menggunakan pergeseran
resonansi optik untuk menguji DNA O.Schmidt et al, 2007.
Karakteristik unik pada PPB selain digunakan sebagai filter, juga dapat dikembangkan sebagai sensor optik terkait dengan fungsi defek salah satunya
sebagai regulator dan yang lainnya sebagai reseptor. Sensor optik yang mungkin dapat dikembangkan adalah sensor indeks bias yang dapat mengukur konsentrasi zat
dalam suatu larutan, misalnya sensor konsentrasi gula atau konsentrasi garam. Sebagai contoh, indeks bias larutan gula untuk konsentrasi 30 adalah 1.37,
sedangkan untuk konsentrasi 50 indeks biasnya 1.42 Widada, 2008.
Untuk membentuk sebuah sensor optik, kristal fotonik bisa dioptimasi hingga menghasilkan modus resonansi yang sangat sempit dimana panjang gelombang
sangat sensitif terhadap modulasi yang terinduksi oleh deposisi material biokimia pada lapisan defek. Sebuah struktur sensor terdiri atas material transparan yang
memiliki indeks bias rendah dengan struktur permukaan periodik yang di coating
dengan lapisan tipis berindeks tinggi. Sumber cahaya yang terkolimasi mengenai kristal fotonik dan melewati lapisan defek yang dimasukkan fluidalarutan yang akan
disensing. Cahaya yang dutransmisikan pada lapisan akhir kristal fotonik ditangkap detector cahaya dan masuk spektrometer UV-VIS yang di
interface dengan komputer sehingga dapat menampilkan pola PPB.
sumber cahaya
sampel detektor
cahaya Spektrometer
UV-Vis
Gambar 10 Divais sensor menggunakan kristal fotonik
Mekanisme sensor optik yang banyak menarik perhatian adalah sensitivitas dan resolusi. Prinsip dari prosedur sensor menggunakan kristal fotonik telah dibangun
menggunakan variasi indeks bias. Pergeseran spektrum optik, kopling panjang gelombang sangat berhubungan dengan perubahan indeks bias. Sensitivitas dari
sensor dapat dipahami melalui bentuk relasi dispersi dan dengan pergeseran fase dari gelombang EM khususnya pada pita-sisi fotonik
photonic band-edge A. O. Cakmak, 2005.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
