18
2.3 Aplikasi FBG pada Sistem WDM
Gambar 2.4 Skema Penggunaan FBG pada Sistem WDM
Gambar 2.4 di atas adalah skema penggunaan FBG yang digunakan dalam sistem WDM. Perbedaan tipe-tipe kisi, baik seragam,
phase-shifted
dan
sampled
dapat digunakan dalam sistem WDM [5].
2.4 Fotosensitivitas dan Pembentukan Kisi
Fotosensitivitas serat pertama kali diamati dalam percobaan yang ditunjukkan oleh Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Modul Pengamatan Fotosensitivitas Serat
Universitas Sumatera Utara
19 Sinar gelombang biru 488nm dari sebuah laser Argon-ion diluncurkan ke
dalam sebuah potongan kecil serat optik mode tunggal dan intensitas cahaya yang dipantulkan kembali dipantau. Awalnya, intensitas cahaya yang terpantul rendah,
namun setelah beberapa menit, secara berkelanjutan kekuatan pemantulannya bertambah hingga hampir seluruhnya cahaya yang diluncurkan ke dalam serat
terpantul kembali. Kenaikan tingkat pemantulan cahaya ini dijelaskan dalam istilah
pengaruh baru
ke-non- linearan yang disebut “
photosenstivity
” fotosensitivitas atau kepekaan terhadap cahaya yang memungkinkan sebuah
indeks kisi dibuat permanen di dalam kisi. Alasannya adalah sebagai berikut. Cahaya koheren yang berpropagasi di dalam serat berinterferensi dengan sejumlah
kecil cahaya yang terpantul dari ujung serat untuk membentuk pola gelombang berdiri, yang melalui fotosensitivitas membentuk indeks kisi tertentu pada inti
serat. Seiring dengan meningkatnya kekuatan kisi, intensitas cahaya yang terpantul juga meningkat hingga mendekati 100. Dalam percobaan pertama
yang dilakukan Hill dkk di Canadian Communication Research Center 1978 di Ottawa, Kanada, untuk pertama kalinya mempertunjukkan perubahan indeks bias
dalam sebuah serat optik berbahan
germanosilica
dengan meluncurkan seberkas cahaya ke dalam serat. Indeks kisi permanen kisi Bragg dengan tingkat
pemantulan 90 dengan panjang gelombang yang dibentuk laser Argon dihasilkan. Rentang kisi Bragg yang diukur dengan meregangkan serat sangat
sempit 200MHz yang mengindikasikan panjang kisi sekitar satu meter [7]. Dalam percobaan pertama fotosensitivitas tersebut disadari bahwa kisi pada
gelombang optik terbimbing akan memiliki banyak potensi-potensi dalam pabrikasi alat untuk kegunaan komunikasi serat optik. Faktanya, kisi Hill ini dapat
Universitas Sumatera Utara
20 digunakan sebagai cermin umpan balik untuk sebuah laser dan sebagai sensor
ketegangan dengan meregangkan serat. Walaupun fotosensitivitas tampaknya bermakna ideal untuk pabrikasi kisi dalam serat optik, sayangnya kisi Hill hanya
berfungsi pada cahaya panjang gelombang yang tampak dekat kepada panjang gelombang cahaya yang sudah dipatenkan. Keterbatasan fotosensitivitas ini diatasi
sepuluh tahun kemudian dalam percobaan yang dilakukan oleh Meltz dkk, yang mengenali kerja Lam dan Garside, bahwa fotosensitivitas adalah proses dua foton
yang dapat dibuat jauh lebih efektif jika prosesnya membutuhkan satu foton saja pada panjang gelombang tertentu. Inilah teknologi FBG baru yang memanfaatkan
sinar
ultraviolet
UV [8]. Teknologi FBG berkembang pesat setelah pengembangan teknologi sinar UV. Sejak itu, banyak penelitian telah dilakukan
untuk memperbaiki kualitas dan ketahanan FBG. Kisi serat adalah kunci dalam komunikasi serat optik dan sistem sensor.
Kisi serat yang ditembakkan oleh sinar UV ke dalam inti serat optik telah berkembang menjadi komponen penting dalam banyak aplikasi pada komunikasi
serat optik dan sistem sensor. Kisi serat secara luas dapat diklasifikasikan ke dalam dua tipe, yakni kisi Bragg disebut juga kisi pantul atau kisi berperiode
pendek yang proses koplinggandengnya berlangsung di antara gelombang berjalan yang berlawanan arah dan kisi transmisi juga disebut kisi berperiode
panjang yang penggandengannya berlangsung dalam arah yang sama [9]. Jenis-jenis kisi yang secara umum dibedakan berdasarkan hal-hal berikut[9]:
a. berdasarkan Teknik yang digunakan, terbagi atas:
1. Uniform Gratings,
2. Apodized Gratings,
Universitas Sumatera Utara
21
3. Chirped Gratings,
4. Discrete Phase-shifted Gratings, and
5. Superstructure Gratings
b. berdasarkan periode kisi, terbagi atas:
1. Kisi Berperiode Pendek
2. Kisi Berperiode Panjang
c. berdasarkan posisi kisi, terbagi atas :
1. Kisi Simetris
2. Kisi Miring
d. berdasarkan mode kisi, terbagi atas :
1. Cladding-mode Gratings
2. Radiation-mode coupling Gratings
Kisi serat dapat dimanufaktur dengan cara mengekspos inti sebuah serat mode tunggal terhadap pola sinar UV solid dengan periode tertentu [10]. Gambar 2.6
menunjukkan perubahan periodikal dalam indeks bias inti serat. Serat optik pendek dengan modulasi indeks bias inilah yang disebut
Fiber Bragg Grating
.
Gambar 2.6 Perubahan Indeks Bias Inti
Universitas Sumatera Utara
22 Modulasi indeks bias dapat dinyatakan dengan [4]
z
z y
x n
z y
x n
z y
x n
2 cos
, ,
, ,
, ,
2.4 dengan
z y
x n
, ,
: indeks bias inti rata-rata,
z y
x n
, ,
: indeks modulasi, dan
Λ : periode kisi.
Sejumlah kecil sinar datang terpantul pada setiap periode perubahan indeks bias. Keseluruhan gelombang cahaya terpantul disatukan ke dalam satu pantulan
besar yang terjadi pada suatu panjang gelombang tertentu yang mengalami penggandengan mode terkuat. Hal ini mengacu pada kondisi Bragg 2.5, dan
panjang gelombang di mana pemantulan ini terjadi disebut panjang gelombang Bragg. Hanya panjang gelombang-panjang gelombang yang memenuhi kondisi
Bragg yang mendapat pengaruh dan terpantul. Kisi Bragg utamanya harus transparan untuk masuknya cahaya pada panjang gelombang selain dari panjang
gelombang Bragg di mana penyesuaian fasa dari cahaya masuk dan berkas cahaya yang terpantul terjadi.
Panjang gelombang Bragg
B
diberikan oleh persamaan
eff B
n 2
2.5
dengan
eff
n
adalah indeks bias efektif. Ini adalah kondisi yang terpenuhi untuk terjadinya resonansi Bragg. Dari persamaan 2.5, dapat kita lihat bahwa panjang
gelombang Bragg bergantung pada indeks bias dan periode kisi. Kisi yang panjang dengan ekskursi indeks bias yang kecil mempunyai tingkat
pemantulan yang tinggi dan rentang yang terbatas, seperti yang terlihat pada Gambar 2.7 berikut.
Universitas Sumatera Utara
23
Gambar 2.7 Properti FBG
Indeks bias efektif dan periode kisi adalah konstan untuk kisi Bragg yang seragam. FBG memiliki keunggulan antara lain strukturnya yang sederhana, rugi-
rugi yang rendah, kemampuan memilih panjang gelombang, tidak peka terhadap polarisasi, dan kompabilitas yang baik untuk suatu serat optik mode tunggal yang
biasa. Kisi-kisi Bragg yang seragam pada dasarnya adalah filter pemantul. Berdasarkan penelitian terdahulu, kisi-kisi Bragg ini dapat memiliki rentang yang
lebih kecil dari 0.1 nm. Namun bukan hal yang tidak mungkin juga untuk membuat rentang filter yang puluhan nanometer lebarnya. Panjang gelombang
Bragg juga dapat dirancang untuk memantulkan cahaya yang lebih rendah dari 1 atau lebih besar dari 99,9. Karakteristik FBG seperti fotosensitivitas, apodisasi,
dispersi, pengaturan rentang, suhu, dan respon tegangan, kompensasi panas, dan kemampuan-kemampuan lain yang dapat diandalkan telah digunakan dalam
komunikasi optik dan sistem sensor [6].
Universitas Sumatera Utara
24
2.5 Metode dan Asumsi
Kategori