BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Instrumentasi Fisis dan Optoelektronika, Pusat Penelitian Fisika P2F Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia LIPI
Puspiptek Serpong meliputi experimental set up dan pengujian sistem secara keseluruhan. Waktu penelitian dimulai pada tanggal 05 Februari 2015 sampai
dengan 30 April 2015.
3.2. Peralatan Penelitian
3.2.1. Laser Dioda Distributed Feedback
Pada penelitian skripsi ini, laser dioda yang digunakan adalah jenis laser CW Continuos Wave DFB GB5A016 dan FLD5F15CX-H9310, seperti ditunjukkan
pada Gambar 3.1. Laser ini dapat dipakai untuk sistem DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing
dengan daya keluaran maksimum 16 dBm atau 39,8 mW, dan dapat dipilih panjang gelombangnya pada daerah C band
1530 – 1565 nm dan sudah terpasang dengan fiber jenis PANDA Polarization
Maintaining PM fiber.
Laser ini memiliki spesifikasi yaitu panjang gelombang 1550 nm ± 20 nm dan frekuensi sebesar 193 THz. Di dalam laser dioda sudah dilengkapi isolator
optik dan internal monitor PD photodiode, termistor, dan TEC thermo-electric cooler
serta Konektor FC-PC dengan 14 pin butterfly package dan dioperasikan pada temperatur antara 0 sampai 70
℃.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1. Laser dioda DFB
3.2.2. ITC 102 Thorlabs OEM Laser Diode Temperature Controllers
Kontroler driver laser dioda yang digunakan pada penelitian ini adalah ITC 102 Thorlabs OEM Laser Diode Temperature Controllers, seperti ditunjukkan
pada Gambar 3.2 dimana ITC 102 ini berfungsi sebagai kontrol arus dan temperatur operasional laser dioda yang digunakan.
Gambar 3.2. OEM Laser Diode Temperature Controllers http:www.thorlabs.com
Adapun spesifikasi dari ITC 102 yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Spesifikasi kontrol arus adalah : 1.
Arus maksimum laser ± 200 mA 2.
Compliance voltage 4 V 3.
Setting accuracy ± 2 fs typ. 4.
Noise 2 A
Universitas Sumatera Utara
5. Drift 30 min. without changing the ambient temperature 20 A
6. Temperature coefficient ± 50 ppm℃
7. Current limit 0 ... 200 mA
8. Setting accuracy of current limit ± 2 fs typ.
Spesifikasi kontrol daya power adalah : 1.
Photodiode current 5 A...2 mA 2.
Setting accruracy ± 2 fs typ. Spesifikasi temperatur kontrol yang digunakan pada ITC 102 adalah :
1. TEC current 0...±2 A
2. TEC voltage 6V
3. Max. ouput power 12 W
4. Measurement accuracy f.s. 2,5 VmA ± 2 typ.
5. Noise and ripple 1 mA
6. Current limit 0...2 A
7. Resolution 10 mA with display
8. Accuracy f.s. ± 5 typ.
3.2.3. OSA Optical Spectrum Analyzer
Optical Spectrum Analyzer OSA merk yokogawa AQ6370C yang digunakan
pada penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.3. Alat ini berfungsi untuk karakterisasi pengukuran panjang gelombang dan daya optis laser dioda dan dapat
mengamati spektrum gelombang optis yang terukur.
Gambar 3.3. Optical spectrum analyzer OSA
Universitas Sumatera Utara
Adapun spesifikasi dari OSA yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Measurement wavelength range : 600 to 1700 nm
2. Wide level range : +20 dBm to -90 dBm
3. High wavelength resolution : 0,02 nm
4.
High wavelength accuracy : ± 0,01 nm
5. Span :
0.5 nm to 1100 nm full span, and 0 nm
3.2.4. Optical Amplifier EDFA
Optical amplifier OA yang digunakan pada penelitian ini adalah tipe erbium
doped fiber amplifier . Secara teori sinyal masukan mampu dikuatkan sebesar
23,53 dB. ���� �� =
� �
�
�
= �
, �
, �
= ,
�� Bertambahnya arus injeksi menyebabkan P
in
dan P
out
juga meningkat sehingga nilai penguatan yang dihasilkan menurun. Diagram blok EDFA dan foto alat
optical amplifier berturut-turut diperlihatkan pada Gambar 3.4 dan 3.5
Pumping Instrument
Power Supply 5 volt
Input Signal Amplified
Output Signal Er
Fiber
O p
tic al A
mp li
fie r
Gambar 3.4. Diagram blok optical amplifier
Universitas Sumatera Utara
a Posisi Depan
b Posisi Atas Gambar 3.5. Optical Amplifier EDFA
3.2.5. SMFC Single Mode Fiber Coupler
Fiber coupler yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis dual window
wideband coupler single mode fiber 2 × 1 FCPC dengan pembagi intensitas 50 :
50, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6. Fiber optic coupler ini berfungsi untuk pembawa sifat cahaya atau mencampurkan dua laser dioda dan keluarannya
dihubungkan ke optical amplifier, fotodetektor, ataupun OSA sehingga dapat dilihat spektrum frekuensi pelayangan dari kedua laser tersebut.
Gambar 3.6. Dual Window Wideband Coupler 2 × 1 Adapun spesifikasi dari fiber coupler tersebut adalah :
1.
Operating wavelength, nm : 1310 ± 40 1550 ± 40
2. Coupling ratio : 50 : 50
3. Insertion loss, dB : 3,43,4
4. Excess loss, dB : 0,150,2
5. Uniformity 50:50, dB : 0,4
Universitas Sumatera Utara
6. Thermal stability, dB : 0,2
7. Polarization stability, dB : 0,15
8. Directivity, dB : 50
9. Reflectance, dB : 50
10. Operating Temperature, ℃ : -20 ~ +75
3.2.6. SMF Single Mode Fiber
Kabel serat optik yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis single mode
dengan panjang ± 1 m, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.7. Dalam hal
ini, serat optik single mode ini berfungsi sebagai media transmisi sinyal optik dari optical amplifier
ke fotodetektor untuk di konversi menjadi sinyal elektrik.
Gambar 3.7. Kabel serat optik single mode Spesifikasi kabel serat optik jenis single mode adalah sebagai berikut :
1. Centre wavelength, nm : 13101550
2. Fiber type : singlemode fiber 9125 m
3. Spectral bandwidth, nm : 60
4. Insertion loss, dB : 0,3
5. Return loss, dB : 50
Universitas Sumatera Utara
3.2.7. HSPD High Speed Photodetector
High Speed Photodetector HSPD yang digunakan dalam penelitian ini adalah
jenis PINFET dioda dengan seri DSC-R402. Diagram blok HSPD dan foto dari sistem HSPD masing-masing ditunjukkan pada Gambar 3.8 dan 3.9
Transformator Regulator
8 V
Regulator 10 V
High Speed Photodetector +
Amplifier LD
Input
Microwave Output
Gambar 3.8. Diagram Blok HSPD dan Amplifier Iyon T. S. 2013
a Posisi Atas
b Posisi Depan
c DSC-R402 Gambar 3.9. High Speed Photodetector
Universitas Sumatera Utara
Adapun spesifikasi dari HSPD seri DSC-R402 yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Input minimum 10 W, input maximum 1,5 mW
2. 10 GHz RF bandwidth
3. Linear gain to 0 dBm optical input
4. Sensitivity of -19 dBm at 10 Gbs
5. Overload of +4 dBm at 10 Gbs
6. High Responsivity at 1310 nm, 1550 nm L-band
7. Low optical PDL 1550 nm typically 0,05 dB
3.2.8. RFSA Radio Frequency Spectrum Analyzer
Radio Frequency Spectrum Analyzer RFSA ini berfungsi untuk mengukur dan
menampilkan bentuk sinyal frekuensi gelombang mikro hasil pelayangan dua laser dioda yang sebelumnya sudah di konversi dari sinyal optik menjadi sinyal
elektrik oleh HSPD. RFSA yang digunakan dalam penelitian ini adalah merk MICRONIX MSA358 dengan rentang deteksi frekuensi minimum 50 kHz dan
maksimum 8,5 GHz dengan rata-rata level kebisingan derau sebesar −110 dBm,
dan level referensinya dapat diatur sebesar 1 dB untuk setiap stepnya. Dimensi dari RFSA ini adalah 162 mm × 70 mm × 260 mm dengan berat 1,8 kg. RFSA
yang digunakan pada penelitian ini diperlihatkan pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Radio Frequency Spectrum Analyzer RFSA
Universitas Sumatera Utara
3.3. Tahapan Penelitian
Diagram alir tahapan pada penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11. Diagram Alir Penelitian
Studi Literatur
Buku, Jurnal dan Artikel tentang Laser Dioda untuk pembangkitan gelombang
mikro, Teknik Optical Heterodyne, Optical Amplifier
berbasis EDFA, dan Analisis Spektrum
Persiapan Alat dan Bahan
Dua Laser Dioda 1550 nm, OSA, Optical Amplifier
, Single Mode Fiber Coupler 2×1, Single Mode Fiber
, Fotodetektor, dan RFSA
Perancangan Sistem
Experimental Setup
Pengujian kestabilan Laser tanpa Optical Amplifier dan dengan
penambahan Optical Amplifier
Pengujian Sistem Keseluruhan
Sistem Pembangkitan Gelombang Mikro dengan Memanfaatkan Mixing Dua Laser
Dioda Menggunakan Optical Amplifier
Pengolahan Data Analisis
Penyusunan Laporan
Universitas Sumatera Utara
3.4. Perancangan Diagram Blok Sistem
Diagram blok dari sistem penelitian ini, ditunjukkan pada Gambar 3.12 :
50 : 50 HSPD
RFSA EDFA
Temperature Controller
Current Controller
O EM
La se
r Di
o de
C o
n tr
o ll
e r
ITC 102 Thorlabs Laser DFB 1
1550 nm Display
Temperature Controller
Current Controller
OEM La
se r
D io
d e
C o
n tr
o ll
e r
ITC 102 Thorlabs Laser DFB 2
1550 nm Display
SMFC Optical
Amplifier SMF
Gambar 3.12. Diagram Blok Sistem Fungsi setiap blok adalah sebagai berikut :
1. Blok OEM Laser Diode Controller : pusat kontrol dari kedua laser DFB yang
ada hubungannya terhadap daya intensitas dan panjang gelombang laser, yaitu temperature dan current controller.
2. Blok Display : menampilkan bacaan dari temperature dan current.
3. Blok Laser DFB 1550 nm : sumber penghasil sinyal gelombang
elektromagnetik pada frekuensi optik untuk pembangkitan gelombang mikro. Laser DFB 2 diatur pada temperatur dan arus yang konstan sedangkan laser
DFB 1 diatur pada arus yang konstan tetapi temperatur tunable. 4.
Blok Single Mode Fiber Coupler : pembawa sifat cahaya yang mampu membagi sama rata daya intensitas laser.
5. Blok EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier atau disebut optical amplifier :
menguatkan power laser dengan nilai penguatan yang tetap. 6.
Blok HSPD High Speed Photodetector : detektor cahaya atau sebagai konverter dari sinyal optik menjadi sinyal elektrik.
7. Blok RFSA Radio Frequency Spectrum Analyzer : menunjukkan spektrum
gelombang mikro yang dihasilkan.
Universitas Sumatera Utara
Dua buah laser tersebut dipadukan menggunakan fiber coupler jenis dual window wideband coupler single mode fiber
2×1 FCPC dengan faktor pembagi intensitas 50:50. Laser DFB 2 diatur agar arus dan temperaturnya konstan,
sedangkan laser DFB 1 ditala temperaturnya sehingga panjang gelombangnya mendekati panjang gelombang laser DFB 2.
Sinyal optis yang dihasilkan oleh fiber coupler terhubung dengan optical amplifier
dan kemudian akan di konversi menjadi sinyal listrik oleh High Speed Photodetector
dengan seri DSC-R402. Sinyal yang telah diubah oleh fotodetektor ini akan dapat terbaca langsung pada RF Spectrum Analyzer.
3.5. Pengujian Stabilisasi Laser
Kategori