BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Serat optik adalah salah satu media transmisi yang dapat menyalurkan informasi
dengan kapasitas besar dengan keandalan yang tinggi.Berlainan dengan media transmisi
lainnya, pada serat optik sinyal pembawanya bukan sinyal listrik, tetapi berupa gelombang
optik Shelly et al.2011. Serat optik tidak hanya digunakan sebagai kabel biasa tetapi
bisa juga dimanfaatkan untuk membuat sensor yang dikenal dengan sensor serat optik.
Sensor serat optik mempunyai banyak kelebihan
diantaranya, ukurannya
kecil, menghantarkan cahaya, tidak berinteferensi
dengan gelombang
elektromagnetik, mempunyai sensitivitas yang tinggi, tahan
terhadap suhu tinggi, passive composition, dan mempunyai bandwith yang besar.
Serat optik biasanya digunakan untuk menggantikan kabel konvensional dalam
fungsinya sebagai kabel data atau kabel daya.Serat optik memiliki banyak kelebihan
terutama jika yang dihantarkannya adalah sinar bukannya elektron sehingga tidak
berbahaya dan relatif stabil terhadap kondisi medium yang ditempati atau dilaluinya.
Aplikasi penting dari serat optik adalah pada telekomunikasi dan kedokteran. Serat ini
digunakan
untuk mentransmisikan
percakapan telepon, sinyal video, dan data komputer Giancoli Douglas 2001.
Penggunaan yang canggih dari serat optik untuk mentransmisikan gambar dengan
jelas sangat berguna di kedokteran seperti paru-paru pasien dapat diperiksa dengan
memasukkan pipa ringan yang dikenal sebagai bronchoscope melalui mulut dan ke dalam
pembuluh tenggorokan. Cahaya dikirimkan melalui serat bagian luar untuk menerangi
paru-paru. Cahaya pantulan kembali melalui kumpulan serat bagian dalam. Cahaya yang
berada tepat di depan setiap serat akan melintasi serat tersebut. Di ujung yang lain,
pengamat dokter melihat gambar paru-paru melalui layar Giancoli Douglas 2001.
Dalam perkembangannya sensor serat optik dapat digunakan untuk aplikasi berbagai
macam pengukuran, antara lain pengukuran suhu,
tekanan, kelembaban,
maupun pengukuran kadar kandungan glukosa dalam
suatu larutan gula.Dengan menggunakan sensor serat optik, dapat diketahui besarnya
kandungan glukosa dalam suatu larutan gula.Hal ini sangat membantu peran dunia
kedokteran untukmenentukan seberapa besar kadar gula dalam minuman atau makanan
yang boleh dikonsumsi oleh penderita diabetes.
1.2
Rumusan Masalah Dalam
pengembangan sensor
ini permasalahan yang akan dibahas yaitu
bagaimanakah kinerja sensor serat optik untuk mendeteksi medan gelombang evanescentpada
cladding larutan
gula, kemudian
bagaiamanakah nilai
medan gelombang
evanescent pada masing-masing konsentrasi larutan gula, dan bagaimanakah hubungan
modifikasi cladding
dengan berbagai
konsentrasi larutan
gula terhadap
pengembangan evanescent dalam perambatan pada serat optik.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini
bertujuan untuk
mengukur karakteristikkinerja sensor serat optik pada konsentrasi larutan gula yang
berbeda, menentukan hubungan indeks bias larutan gula terhadap kedalaman penetrasi
gelombang yang masuk ke dalam cladding, dan menentukan hubungan indeks bias larutan
gula terhadap energi gelombang yang diserap E
z
.
1.4 Manfaat
Manfaat penelitian ini diharapkan menjadi dasar pengembangan instrumen
pengukuran kadar gula. 1.5
Hipotesis Semakin tinggi kadar gula semakin
banyak energi yang diserap dan semakin berkurang intensitas cahaya yang diteruskan
ke ujung serat optik.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Serat Optik
Serat optik adalah pemandu gelombang optikal dalam tabung pejal yang sangat kecil
yang dibuat menyerupai kabel, yang terdapat satu atau lebih tabung serat kaca yang
digunakan untuk menghantarkan cahaya. Struktur serat optik mempunyai tiga bagian
yaitu inti serat core, kulit cladding dan mantel coatingbuffer Wahyudi 2011. Inti
serat optik adalah sebuah batang silinder terbuat dari bahan dielektrik bahan silica
SiO
2
, biasanya diberi doping dengan germanium oksida GeO
2
atau fosfor penta oksida P
2
O
5
untuk menaikkan indeks
biasnya. Pada serat optik, indeks bias inti n
inti
lebih besar sekitar 1,523 dari pada indeks bias cladding.
Cladding merupakan bahan yang menyelimuti inti serat dan mempunyai indeks
bias n
cladding
yang lebih kecil, selain itu claddingberfungsi untuk mengurangi loss dari
inti ke udara luar, mengurangi loss hamburan dari permukaan inti dan melindungi serat dari
kontaminasi penyerapan permukaan serta menambah kekuatan mekanis Wahyudi
2011. Cladding terbuat dari polimer atau bahan plastik.Buffer atau jacket pada serat
optik digunakan untuk melindungi inti dan claddingserat optik dari lingkungan yang
dapat merusak bagian utama serat optik tersebut.Buffer terbuat dari bahan yang tahan
terhadap faktor-faktor lingkungan yang dapat merusak serat optik seperti asam, basa, dsb.
Intiserat optik berfungsi sebagai media penjalaran gelombang optik cahaya melalui
fenomena pemantulan internal total total internal reflection di dalam inti. Oleh karena
itu, inti harus mempunyai indeks bias lebih besar dari indeks bias cladding, sehingga
ketika gelombang optik memasuki inti pada sudut lebih besar dari sudut kritis, gelombang
optik akan mengalami pemantulan total secara berulang-ulang di dalam inti serat. Salah satu
parameter penting sebuah serat optik adalah numerical aperture NA.
Numerical aperture NAdidefinisikan sebagai sinus sudut terbesar sebuah sinar
datang
a
yang dapat mengalami pemantulan internal total di dalam inti serat optik, yaitu
sinar yang dapat terpandu menjalar di dalam serat
optik.NA merupakan
ukuran kemampuan memandu cahaya dari sebuah
serat optik. Nilai NA serat optik dapat ditentukan dengan mengukur sudut divergens
kerucut cahaya yang dapat memasuki inti serat optik, numerical aperture ditulis sebagai
berikut:
NA = n sin
a
= 1
Parameter lain sebuah serat optik adalah V
number
yaitu parameter
frekuensi ternormalisasi dituliskan sebagai:
V
number
=
2 Keterangan:
Vadalah parameter frekuensi ternormalisasi yang tak berdimensi
d adalah diameter inti µm π adalah 3.14
λ adalah panjang gelombangµm Serat
optik juga
diklasifikasikan berdasarkan jumlah mode propagasi yang
dihasilkan oleh serat optik , yaitu single modedan multimode.Propagasi sinar pada
serat optik mengikuti kaedah hukum Snellius. Berdasarkan
hukum Snellius
tentang pembiasan sinar, sudut kritis berada diantara
perbatasan core dan cladding dinotasikan dalam persamaan dan Gambar 1 berikut :
θ
c
= sin
-1
n
2
n
1
3 Keterangan:
θ
c
= sudut kritis yang menghasilkan sudut bias 90
o
n
2
= indeks biascladding n
1
= indeks bias core inti
Gambar 1Sudut kritis
Cladding
Core Critical
Angle Long Axis
Gambar 2Instrumen kabel serat optik
Gambar 3Komponen kabel serat optik Dalam kasus pembiasan, ada dua hal
yang mungkin terjadi, yaitu: 1
Cahaya datang dari bahan dengan indeks bias rendah ke bahan dengan indeks bias
lebih tinggi 2
Cahaya datang dari bahan dengan indeks bias tinggi ke bahan dengan indeks bias
lebih rendah Untuk kasus ke dua sudut bias selalu
lebih besar daripada sudut datang, sehingga jika sudut datang diperbesar, pada akhirnya
sudut bias akan mencapai 90 . Sudut datang
yang menghasilkan sudut bias sebesar 90 disebut sudut kritis
θ
c
dimana cahaya menjalar sepanjang perbatasan kedua medium.
2.2 Single Mode
Kategori