3.3.4 Hubungan kedalaman penetrasi dan
indeks bias larutan
Kedalaman penetrasi
gelombangevanescentpada larutan
gula dengan nilai indeks bias bervariasi 10 nilai
indeks bias ditentukan dengan persamaan : d
p
= 5
Keterangan : d
p
= kedalaman penetrasi µm λ = panjang gelombang 530 nm
π = 3,14 n =indeks bias intiindeks bias cladding
n
1
n
2
n
1
= 1,492 dan n
2
adalah indeks bias larutan gula
θ = sudut bias terbesar 90
o
3.3.5
Hubungan medanevanescentE
z
terhadap panjang penjalaran sinar gelombang z
Medan gelombang evanescent ditetapkan dengan persamaan:
E
z
=E exp -zdp
6 Keterangan:
E
z
= medan evanescentNm
2
E = medan awal Nm
2
z = konstanta µm d
p
=kedalaman penetrasiµm nilai E
diasumsikan = 2, dan nilai konstanta z juga diasumsikan dengan bervariasi 0, 0.1,
0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0 sedangkan nilai d
p
juga bervariasi sesuai dengan indeks bias masing-masing larutan gula.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Indeks Bias Larutan Gula
Penelitian ini menggunakan 10 jenis konsentrasi molaritas larutan gula yang
bahan pelarutnya adalah akuades, terdiri dari 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, dan 1.0
molar M. Nilai konsentrasi gula diperoleh dengan menggunakan persamaan:
M larutan = 7
Sepuluh konsentrasi larutan gula, masing- masing ditentukanoleh nilai brix nya diukur
menggunakan alat
refraktometer.Semakin besar nilai konsentrasi larutan gula, maka nilai
brix yang diperoleh semakin besar .
Nilai indeks
bias masing-masing
konsentrasi larutan gula n
2
ditentukan dari nilai brix terhadap nilai indeks bias yang
telah ditetapkan Gambar
14menunjukkan bahwa
semakin besar nilai konsentrasi larutan gula, maka semakin besar nilai indeks bias nya n
2
dengan nilai regresinya R = 0.996. Nilai indeks bias larutan gula untuk masing-masing
nilai konsentrasi pada selang0.1 sd 1 M dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan
liniery = 0.024x + 1.332. Adanya variasi indeks bias larutan gula bisa digunakan untuk
memvariasikan indeks bias cladding dalam sensor serat optik.
Gambar 14Hubunganindeks bias larutan gula dankonsentrasilarutan gula. y = 0.0248x + 1.3321
R² = 0.9962
1.33 1.335
1.34 1.345
1.35 1.355
1.36
0.2 0.4
0.6 0.8
1 1.2
In d
e ks
b ias
cl ad
ding l
ar u
tan g
u la
n
2
Konsentrasi M
4.2 Kedalaman Penetrasi Gelombang
Evanescent dp
Pada saat sinar menjalar pada serat optik, maka akan masuk sedikit gelombang ke
dalam cladding dengan kedalaman penetrasi yang salah satunya ditentukan oleh indeks
bias cladding. Gelombang yang masuk ke dalam cladding disebut dengan gelombang
evanescent. Pada penelitian ini larutan gula berfungsi sebagai cladding. Nilai kedalaman
penetrasi untuk masing-masing konsentrasi larutan gula ditunjukkan pada Gambar 15.
Gambar 15 menunjukkan semakin besar nilai indeks bias larutan gula n
2
maka nilai kedalaman penetrasi d
p
gelombang evanescent nya semakin besar. Dalam
penelitian ini, nilai panjang gelombang cahaya λ=530 nm, besar sudut θ=90
o
, dan indeks bias inti n
1=
1,492. Pada saat penjalaran sinar masuk ke
dalam cladding terjadi kehilangan energi gelombang
secara eksponensial.
Pada penelitian ini hubungan antara energi yang
terserap oleh
cladding terhadap
jarak penjalaran pada masing-masing kedalaman
penetrasi ditunjukkan pada Gambar 16. Gambar 16 dan 17 diatas menunjukkan
hubungan nilai z panjang penjalaran sinar
Gambar 15Hubungan kedalaman penetrasi d
p
gelombang evanescent dan indeks bias larutan gula
Gambar 16Perbandingan nilai Ez terhadap nilai z untuk 10 indeks bias larutan gula y = 0.6812x - 0.7406
R² = 0.9934
0.166 0.168
0.17 0.172
0.174 0.176
0.178 0.18
0.182 0.184
0.186
1.33 1.335
1.34 1.345
1.35 1.355
1.36
Ke d
alam an
p e
n e
tr as
i d
p
µ m
Indeks bias larutan gula n
2
0.5 1
1.5 2
2.5
0.2 0.4
0.6 0.8
1 1.2
1.4
E n
e rg
i m
e d
an ev
an es
cen t
E z
vm
2
jarak penjalaran sinar z μm
terhadap nilai E
z
medan evanescent adalah bersifat eksponensial untuk nilai kedalaman
penetrasi d
p
yang berbeda. Semakin besar nilai zuntuk satu nilai d
p
, maka semakin kecil nilai medan evanescent E
z
,sesuaipersamaan: E
z
= E exp -zdp
8
Nilai medanevanescent
E
z
antara masing-masing
d
p
tidak jauh
berbeda, sehingga grafik eksponensial pada Gambar 16
berhimpitan satu sama lainnya. Hasil ini diperoleh karena nilai indeks bias larutan gula
n
2
yang juga selisihnya sangat dekat, sehingga mempengaruhi nilai kedalaman
penetrasinya d
p
.Gambar 16 merupakan grafik perbandingan nilai z terhadap nilai E
z
untuk nilai indeks bias larutan gula yang paling kecil dan yang paling besar.
Gambar 17Perbandingan nilaiEz terhadap nilai z untuk 10 indeks bias larutan gula hasil perbesaran Gambar 16
Gambar 18Perbandingan nilai E
z
terhadap nilai z untuk n
2
terkecil dan n
2
terbesar. 0.1
0.15 0.2
0.25 0.3
0.3 0.35
0.4 0.45
0.5 E
n e
rgi me
d an
e va
n e
sc e
n t
E z
v m
2
jarak penjalaran sinar z μm
dp1 DP2
DP3 DP4
DP5 dp6
dp7 dp8
dp9 dp10
0.05 0.15
0.25 0.35
0.45 0.55
0.65 0.75
0.85 0.95
1.05
0.1 0.2
0.3 0.4
0.5 0.6
0.7 0.8
0.9 1
E n
e rg
i m
e d
an ev
an es
cen t
E z
vm
2
Jarak penjalaran sinar z μm
dp1 dp10
4.3 Pengukuran Kinerja Sensor
Kategori