Presentasi SNF MKS 2013 Makassar Sujito
SNF-MKS-2013
PENGARUH PERUBAHAN KONSENTRASI CLADDING TERHADAP
LOSS POWER SERAT OPTIK SINGLEMODE SMF-28
Sujito, Arif Hidayat, Firman Budianto
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang
Telah dilakukan penelitian yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh perubahan cladding
terhadap loss power pada serat optik singlemode step index tipe SMF-28. Metode yang
digunakan adalah mengelupas cladding serat optik pada bagian tengah sepanjang kurang lebih
10 cm dengan menggunakan scrub. Bagian serat optik tanpa cladding dicelupkan seluruhnya
pada larutan gliserin. Nilai konsentrasi larutan gliserin divariasi mulai 10%, 20%, 30%, 40%,
50% 60%, 70%, 80%, 90%, dan 100%. Pengukuran dilakukan dengan alat optical power meter
untuk menentukan daya keluaran dan loss test set sebagai sumber. Hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa analisis nilai viskositas yang paling besar yaitu pada gliserin dengan
konsentrasi 100%. Loss power paling kecil memiliki perbedaan setiap panjang gelombang yang
digunakan, yaitu untuk = 1.310 nm pada konsentrasi larutan 20%, = 1.490 nm pada
konsentrasi larutan 30%, = 1.550 pada konsentrasi larutan 10%, dan yang terakhir = 1.625
pada konsentrasi larutan 30%. Kesimpulan yang dapat diambil adalah jika viskositas larutan
gliserin dinaikkan, maka akan mengakibatkan nilai indeks bias cladding naik, sehingga nilai
loss power juga akan naik.
Kata Kunci: Loss power, Cladding, serat optik
PENDAHULUAN
Memanfaatkan salah satu karakteristik serat
optik sebagai sensor, maka salah satu aplikasi dari
serat optik adalah mencari pengaruh perubahan
cladding terhadap loss power. Hal ini dapat
dilakukan dengan memvariasi viskositas suatu
fluida. Pemanfaatan serat optik ini dapat digunakan
sebagai pengecekan suatu produk makanan cair
misalnya susu, minyak goreng, pelumas dan lain
sebagainya. Serway adan Jewett. berpendapat
bahwa “viskositas (kekentalan) dapat dianggap
sebagai gesekan dibagian dalam suatu fluida” [1].
Pernyataan tersebut sebagai dasar dari sifat fluida
yang mengalir, yaitu semakin besar viskositas fluida
maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir dan
juga menunjukkan semakin sulit suatu benda untuk
bergerak dalam fluida tersebut. Viskositas setiap
bahan memiliki nilai yang berbeda-beda. Hal ini
mempengaruhi nilai indeks bias cladding yang
mengakibatkan nilai loss power pada serat optik
juga berbeda, misalnya kekentalan minyak goreng
berbeda dengan kekentalan oli atau pelumas [2].
Fenomena tersebut telah banyak diteliti dengan
berbagai macam cara, beberapa yang pernah
dilakukan adalah Ariyanti & Mulyono “otomatisasi
pengukuran koefisien viskositas zat cair dengan
menggunakan gelombang ultrasonic” [3]. Wang
Tang yaitu “an optical fiber viscometer based on
long-period fiber grating technology and capillary
tube mechanism” [4]. Masih banyak juga penelitian
yang mengaplikasikan viskositas suatu zat cair,
misalnya pelumas, larutan gula [5].
Rancangan penelitian ini memiliki desain
sederhana namun tingkat efisiensi tinggi, yaitu
meletakkan serat optik yang hanya menyisakan
core saja pada wadah yang telah berisi zatcair untuk
ditentukan loss power akibat perbedaan viskositas.
Hasil pengukuran dapat digunakan langsung untuk
menentukan nilai loss power serat optic sebagai
tujuan dari penelitian. Tujuan yang ingin dicapai
adalah menentukan loss power akibat perbedaan
viskositas zat cair sebagai variasi cladding
menggunakan serat optik single mode step index
type SMF-28 sebagai media transmisi cahaya.
Gambar 1. Rambatan Gelombang pada Singlemode
Step Index
Singlemode step index memiliki perubahan
indeks bias antara core dan cladding yang drastis.
Serat optik jenis ini, hanya memiliki satu jenis
perambatan gelombang yang mengakibatkan tidak
akan terjadi pelebaran pulsa pada outputnya [6].
SNF-MKS-2013
Serat optik singlemode step index tidak terjadi
disperse, maka akan mampu mentransmisikan
informasi dengan bandwith yang besar [7]. Serat
optik ini memiliki diameter core sebesar 9 m [8].
Berikut adalah gambar perambatan gelombang pada
serat optik singlemode step index.
SMF-28 adalah salah satu jenis serat optik
singlemode step index. Serat optik ini memiliki
atenuasi yang baik pada panjang gelombang 1550
nm. Serat optik ini memiliki disperse 0 pada
panjang gelombang 1313 nm, dan nilai slopenya
0,086 ps/(nm2.km). Penentuan nilai dispersi pada
serat optik ini menggunakan persamaan sebagai
berikut [9,10].
( )=
−
/(
.
)
Selanjutnya mengatur loss test set dan optical
power meter hingga mendapatkan panjang
gelombang yang sama untuk keduanya. untuk
mengetahui perubahan loss power diketahui dengan
menggunakan serat optik SMF-28. Serat optik yang
digunakan, dihilangkan claddingnya pada bagian
tengah sepanjang kurang lebih 10 cm menggunakan
alat scrub.
Serat Optik
Tanpa Cladding
Optical
Power
Meter
Cairan
Gliserin
Loss
Test
Set
….…. (1)
dimana:
= dispersi (ps/(nm.km)
= panjang gelombang (nm)
= panjang gelombang tanpa dispersi/dispersi = 0
(nm)
= slope tanpa dispersi/ dispersi = 0 (ps/nm2.km)
BAHAN DAN METODA
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah larutan gliserin, Aquades, Alkohol, Tisu, dan
Serat Optik Tipe SMF-28. Peralatan yang digunakan
adalah Optical Power Meter Anritsu CMA5, Gelas
Ukur, Pipet, Loss Test Set Anritsu CMA50, Scrub
Fiber Optic, dan Viskometer Koehler CannonFerske Routine Viscometer for Transparent Liquid.
Pengambilan data dilakukan dengan memvariasi zat cair, yaitu larutan gliserin dengan variasi
konsentrasi 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%,
80%, 90%, 100%. Variasi larutan gliserin dilakukan
dengan menggunakan campuran aquades dengan
target volume akhir larutan adalah 100 ml. Hasil
masing-masing larutan akan dihitung viskositasnya
menggunakan viskometer.
Penentuan viskositas larutan didapat dari waktu
alir larutan untuk mengalir pada set alat, kemudian
mengolah menggunakan persamaan [9]
=
×
………………………… (2)
dimana :
= nilai viskositas kinematik
= konstanta alat (0,515225 mm2/s)
= waktu alir
Langkah berikutnya adalah mengelupas
cladding serat optik SMF 28 sepanjang 10 cm
menggunakan scrub. Kedua ujung serat optik yang
telah diberi konektor masing-masing dihubungkan
ke loss test set dan optical power meter.
Serat Optik
Menggunakan
Cladding
Gambar 2. Skema Penelitian
Meletakkan serat optik yang telah hilang
claddingnya pada larutan gliserin yang telah
divariasi konsentrasinya. Loss power dihitung dari
hasil daya output yang terlihat pada optical power
meter. Untuk membersihkan lapisan core dari
larutan sebelumnya, maka digunakan alkohol 96%
untuk membersihkannya dengan tisu halus.
HASIL DAN DISKUSI
Penelitian ini menggunakan empat panjang
gelombang yang berbeda, yaitu 1.310 nm, 1.490 nm,
1.550 nm, dan 1.625 nm. Pengujian menggunakan
panjang gelombang tersebut dilakukan untuk
mengamati hubugan loss power dan viskositas
larutan gliserin. Data hasil penelitian disajikan
dalam lampiran. Penentuan viskositas larutan
didapat dari waktu alir larutan untuk mengalir pada
set alat, kemudian mengolah menggunakan
Persamaan 2. Data hasil penelitian menunjukkan
nilai viskositas larutan gliserin berbanding lurus
terhadap konsentrasinya. Viskositas gliserin paling
besar terjadi pada larutan gliserin dengan
konsentrasi 100%, dan nilai viskositas gliserin
paling kecil terjadi pada larutan gliserin dengan
konsentrasi 10%. Larutan gliserin dengan
konsentrasi 10% memiliki campuran aquades paling
banyak dibanding larutan gliserin dengan
konsentrasi lain.
Kondisi campuran memperlihatkan adanya
gesekan yang terjadi dalam lapisan-lapisan larutan
gliserin 10% menjadi lebih kecil. Hal ini
ditunjukkan dengan waktu alirnya yang semakin
singkat, sehingga mengakibatkan nilai viskositasnya
kecil. Larutan gliserin dengan konsentrasi 100%
SNF-MKS-2013
Gambar 3 menunjukkan bahwa terdapat
penurunan yang terjadi ketika konsentrasi 20% dan
30%, mengakibatkan kurang liniernya grafik yang
dihasilkan untuk panjang gelombang 1.310 nm.
Konsentrasi di atas 30% memiliki kelinieran yang
cukup baik, karena grafik yang terbentuk cenderung
mendekati bentuk garis lurus. Nilai loss power
terkecil pada panjang gelombang 1.310 nm terdapat
saat konsentrasi 20%.
Pada panjang gelombang yang digunakan
adalah 1.490 nm, grafik yang didapatkan sebagai
berikut.
Loss Power
memiliki campuran aquades yang paling sedikit
dibandingkan konsentrasi lain. Ini menyebabkan
gesekan yang terjadi pada lapisan-lapisan larutan
gliserin menjadi lebih besar. Hal tersebut terlihat
dengan waktu alir paling lama, dan menunjukkan
nilai viskositas pada konsentrasi ini paling besar.
Viskositas di dalam larutan timbul karena adanya
gesekan dalam lapisan-lapisan larutan, sehingga
semakin besar nilai gesekan yang terjadi pada
larutan maka semakin besar nilai viskositasnya, dan
begitu juga untuk viskositas yang bernilai kecil.
Larutan gliserin dengan konsentrasi 10% dan
nilai viskositas kecil, mempengaruhi nilai indeks
bias larutannya, karena larutan ini memiliki
konsentrasi yang kecil mengakibatkan kecepatan
cahayanya lebih besar dibanding larutan lain,
sehingga nilai indeks biasnya kecil. Sebaliknya,
untuk nilai larutan gliserin dengan konsentrasi 100%
dan nilai viskositas paling besar, memiliki nilai
indeks bias paling besar karena kecepatan
cahayanya paling kecil. Indeks bias larutan
berbanding terbalik dengan kecepatan cahaya pada
larutan tersebut, dan banyak penelitiaan yang telah
membuktikannya. Ini menjadi dasar bahwa nilai
indeks bias pada larutan gliserin berbanding lurus
terhadap nilai konsentrasinya, yaitu semakin besar
nilai konsentrasi larutan maka semakin besar pula
nilai indeks biasnya, dan sebalinya.
0.705
0.704
0.703
0.702
0.701
0.7
0.699
0.698
0.697
0
50
100
150
Konsentrasi
Gambar 4 Grafik Hubungan Loss Power dan Konsentrasi
Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang
1.490 nm
0.716
0.723
0.722
0.712
Loss Power
Loss Power
0.714
0.71
0.708
0.706
0
50
100
150
0.721
0.72
0.719
0.718
0.717
Konsentrasi
0.716
Gambar 3. Grafik Hubungan Loss Power dan Konsentrasi
Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang
1.310 nm
Perbedaan nilai indeks bias pada larutan
gliserin
sebagai
pengganti
cladding
ini,
menyebabkan perbedaan juga pada nilai loss power
serat optik SMF-28, terlihat pada Lampiran 2. Hasil
analisis tersebut secara keseluruhan membuktikan
bahwa semakin besar nilai indeks bias yang
dihasilkan akibat meningkatnya nilai konsentrasi
larutan gliserin, maka semakin besar pula nilai loss
power yang dihasilkan. Hal ini dapat dilihat dari
analisa grafik hubungan loss power dan viskositas
larutan gliserin untuk setiap panjang gelombang.
0
50
100
150
Konsentrasi
Gambar 5. Grafik Hubungan Loss Power dan Konsentrasi
Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang
1.550 nm
Gambar 4 menunjukkan terjadi penurunan nilai
loss power yang cukup jelas ketika konsentrasi 20%
dan 30%, mengakibatkan kurang liniernya grafik.
Ketika konsentrasi diatas 40%, nilai loss powernya
mulai meningkat. Tetapi pada grafik tersebut,
kurang memiliki kelinieran yang cukup baik karena
grafik tidak memiliki bentuk yang mendekati garis
SNF-MKS-2013
lurus. Nilai loss power terkecil untuk panjang
gelombang 1.490 nm ketika konsentrasi 30%.
Pada panjang gelombang 1.550 nm, grafik
hubungan yang didapat sebagaimana dalam Gambar
5. Grafik ini tidak menggambarkan penurunan nilai
loss power pada konsentrasi tertentu. Terlihat
dengan meningkatnya nilai loss power seiring nilai
konsentrasinya, sehingga cenderung membentuk
garis lurus yang linier. Nilai loss power terkecil
pada panjang gelombang 1.550 nm ketika
konsentrasi 10%.
Panjang gelombang terakhir yang digunakan
adalah 1.625 nm. Hasil yang didapatkan
sebagaimana dalam Gambar 6 berikut.
0.698
Loss Power
0.696
0.694
0.692
0.69
0.688
0.686
0.684
0
50
100
150
Konsentrasi
Gambar 6. Grafik Hubungan Loss Power dan Konsentrasi
Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang
1.625 nm
Gambar 6 menunjukkan penurunan loss power
yang jelas pada konsentrasi 20%, 30%, dan 40%,
mengakibatkan bentuk grafik menjadi kurang linier.
Tetapi ketika nilai menunjukkan nilai konsentrasi
50%, loss power yang dihasilkan mulai meningkat
seiring kenaikan konsentrasinya. Grafik pada
Gambar 6 memiliki kelinieran cukup baik ketika
nilai konsentrasi di atas 50% karena cenderung
membentuk garis lurus yang linier. Nilai loss power
terkecil untuk panjang gelombang 1.625 nm
terdapat ketika konsentrasi 30%.
Penyebab meningkatnya nilai loss power
adalah perbedaaan sudut datang menuju cladding
dan sudut pantul melebihi sudut kritis yang terjadi
pada proses perambatan cahaya. Proses perambatan
pada serat optik SMF-28 menggunakan pemantulan
bukan pembiasan dikarenakan jenis serat optik
singlemode step index. Pemantulan total pada serat
optik diawali penerapan hukum Snellius yaitu [10]
sin
=
sin
Maka sin
harus lebih kecil dari sin , karena
nilai indeks bias core pada penelitian ini sebesar 1,5
dan nilai indeks bias udara adalah 1. Proses ini
terjadi ketika masuknya sumber cahaya dari optical
power meter menuju serat optik. Ketika cahaya akan
masuk dalam proses pemanduan menuju loss test
set, ada beberapa proses yang mengakibatkan
perbedaan nilai loss power setiap konsentrasi. Hal
ini karena adanya perbedaan sudut kritis yang
disebabkan adanya perbedaan indeks bias cladding.
Berkas cahaya datang akan membias mendekati
garis normal, yang menyebabkan berkas cahaya
cenderung merambat secara diagonal menuju pusat
teras atau perbatasan antara core dan cladding. Agar
perambatan ini terjadi, maka besar sudut
pemantulannya harus lebih besar dari sudut kritis,
dimana besar sudut kritis adalah [11]
= arcsin
dalam penelitian ini indeks bias core bernilai 1,5
dan cladding memiliki nilai indeks bias kurang dari
1,48. Nilai tersebut adalah nilai indeks bias larutan
gliserin konsentrasi 100%. Nilai indeks bias
cladding semakin menurun seiring dengan
menurunnya konsentrasi. Hal ini mengakibatkan
nilai
berubah sehingga mempengaruhi
besarnya loss power, yaitu semakin besar nilai
viskositasnya menyebabkan meningkatnya indeks
bias cladding yang berakibat pada meningkatnya
loss power. Hasil penelitian ini menyempurnakan
penelitian sebelumnya yang berhubungan dengan
sensor indeks bias, yang hanya memiliki nilai
kelinieran pada konsentrasi tertentu. Loss power
pada penelitian ini disebabkan oleh beberapa faktor
yaitu loss kopling, loss konektor. Kedua loss
tersebut
memiliki
pengaruh
yang
besar
dibandingkan dengan loss yang lain. Namun kedua
loss tersebut diabaikan dengan melakukan kalibrasi
terlebih dahulu pada serat optic SMF-28.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil adalah
perubahan konsentrasi larutan gliserin sebagai
pengganti cladding pada serat optik tipe SMF 28
memiliki hubungan yang linier atau sebanding, yaitu
semakin besar viskositas larutan gliserin sebagai
variasi cladding maka semakin besar pula nilai loss
power dan sebaliknya.
REFERENSI
1. Serway, R., A., and John W. Jewett, Jr. 2010.
Physics for Scientists and Engineers with
Modern Physics, Eighth edition. Dartmouth
Publishing, Inc. USA.
2.
Budianto, Anwar. 2008. Metode Penentuan
Koefisien Kekentalan Zat Cair Dengan
Menggunakan Regresi Linear Hukum Stokes.
Makalah disajikan dalam Seminar Nasional
SNF-MKS-2013
SDM Teknologi Nuklir, Sekolah Tinggi
Teknologi Nuklir-Batan, Yogyakarta, 25-26
Agustus 2008.
3.
Arianti, Eka Suci. & Mulyono, Agus. 2010.
Otomatisasi Pengukuran Koefisien Viakositas
Zat Cair Menggunakan gelombang Ultrasonik.
Jurnal Neutrino, 2 (2): 183-187
4.
Wang, Jian-Neng. & Tang, Jaw-Luen. 2010.
An Optical Fiber Viscometer Based on LongPeriode Fiber Grating Technology and
Capilary Tube Mechanism. Jurnal Sensors,
(Online),
10:
11174-11188,
(http://www.mdpi.com/journal/sensors).
5.
El-Sherif, Mahmoud., Bansal, Lalitkumar. &
Yuan, Jainming. 2007. Fiber Optic sensors for
Detection of Toxic and Biological Threats.
Jurnal Sensors, (Online), 7:3100-3118,
6.
Penyaluran dan Pusat Penyaluran Beban Jawa
Bali. 2004. Panduan Pemeliharaan Scada &
Telekomunikasi. Jakarta: PT. PLN.
7.
Wahyudi, M. 2011. Megenal Teknologi Kabel
Serat Optik (Fiber Optic). (Online),
(http://www.bsi.ac.id), diakses 27 Desember
2011.
8.
Palais, Joseph C. 2008. Introduction to System
of optical fiber communication (Online),
(http://www.howstuffworks.com://www.tpub.c
om), diakses 20 Desember 2011.
9.
Product Information. 2002. Corning SMF-28
Optical Fiber. Canada: Corning.
10. Hecht, Eugene. 2001. Optics Fourth Edition.
Addison-Wesley.
11. Crisp, John and Barry Elliot. 2005. Serat
Optic: Sebuah Pengantar. Jakarta: Erlangga.
SNF-MKS-2013
Lampiran
Hasil PerhitunganViskositas
Konsentrasi
Waktu
Konstanta
Viskositas
10
20
30
3,265758
4,201854
5,217332
0,515225
0,515225
0,515225
1,6826
2,1649
2,6881
40
50
8,204377
9,678102
0,515225
0,515225
4,2271
4,9864
60
70
16,96637
35,54583
0,515225
0,515225
8,7415
18,3141
80
90
69,95662
181,3
0,515225
0,515225
36,0434
93,4103
100
608,8099
0,515225
313,6741
Hasil Perhitungan Loss Power pada Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang 1.310 nm
Konsentrasi
DayaKeluaran (dBm)
DayaKeluaran (Watt)
Loss Power (dB)
10%
-6,8+0,2
0,7621
0,7081
20%
-6,79+0,2
0,762
0,7078
30%
-6,8+0,2
0,7621
0,7081
40%
-6,83+0,2
0,7622
0,7091
50%
-6,87+0,2
0,7624
0,7103
60%
-6,89+0,2
0,7626
0,711
70%
-6,92+0,2
0,7627
0,7119
80%
-6,94+0,2
0,7628
0,7126
90%
-6,98+0,2
0,7631
0,7138
100%
-7,01+0,2
0,7632
0,7148
Hasil Perhitungan Loss Power pada Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang 1.490 nm
Konsentrasi
DayaKeluaran (dBm)
DayaKeluaran (dB)
Loss Power (dB)
10%
-6,52+0,2
0,760466998
0,699
20%
-6,5+0,2
0,760352907
0,6984
30%
-6,49+0,2
0,76029582
0,6981
40%
-6,52+0,2
0,760466998
0,699
50%
-6,56+0,2
0,760694858
0,7003
60%
-6,57+0,2
0,760751756
0,7007
70%
-6,63+0,2
0,76109258
0,7026
80%
-6,63+0,2
0,76109258
0,7026
90%
-6,67+0,2
0,76131926
0,7039
100%
-6,68+0,2
0,761375864
0,7042
SNF-MKS-2013
Hasil Perhitungan Loss Power pada Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang 1.550 nm
Konsentrasi
DayaKeluaran (dBm)
DayaKeluaran (dB)
Loss Power (dB)
10%
-7,07+0,2
0,763562793
0,7167
20%
-7,09+0,2
0,763673871
0,7173
30%
-7,1+0,2
0,763729371
0,7176
40%
-7,12+0,2
0,763840293
0,7183
50%
-7,15+0,2
0,764006483
0,7192
60%
-7,16+0,2
0,764061828
0,7195
70%
-7,2+0,2
0,764282951
0,7208
80%
-7,21+0,2
0,764338167
0,7211
90%
-7,24+0,2
0,764503662
0,722
100%
-7,25+0,2
0,764558775
0,7223
HasilPerhitungan Loss Power pada Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang 1.625 nm
Konsentrasi
DayaKeluaran (dBm)
DayaKeluaran (dB)
Loss Power (dB)
10%
-6,25+0,2
0,758917602
0,6902
20%
-6,17+0,2
0,758454693
0,6875
30%
-6,12+0,2
0,758164478
0,6859
40%
-6,19+0,2
0,758570585
0,6882
50%
-6,28+0,2
0,759090739
0,6912
60%
-6,3+0,2
0,759206027
0,6918
70%
-6,33+0,2
0,759378753
0,6928
80%
-6,34+0,2
0,759436274
0,6932
90%
-6,38+0,2
0,759666084
0,6945
100%
-6,42+0,2
0,759895459
0,6958
PENGARUH PERUBAHAN KONSENTRASI CLADDING TERHADAP
LOSS POWER SERAT OPTIK SINGLEMODE SMF-28
Sujito, Arif Hidayat, Firman Budianto
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang
Telah dilakukan penelitian yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh perubahan cladding
terhadap loss power pada serat optik singlemode step index tipe SMF-28. Metode yang
digunakan adalah mengelupas cladding serat optik pada bagian tengah sepanjang kurang lebih
10 cm dengan menggunakan scrub. Bagian serat optik tanpa cladding dicelupkan seluruhnya
pada larutan gliserin. Nilai konsentrasi larutan gliserin divariasi mulai 10%, 20%, 30%, 40%,
50% 60%, 70%, 80%, 90%, dan 100%. Pengukuran dilakukan dengan alat optical power meter
untuk menentukan daya keluaran dan loss test set sebagai sumber. Hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa analisis nilai viskositas yang paling besar yaitu pada gliserin dengan
konsentrasi 100%. Loss power paling kecil memiliki perbedaan setiap panjang gelombang yang
digunakan, yaitu untuk = 1.310 nm pada konsentrasi larutan 20%, = 1.490 nm pada
konsentrasi larutan 30%, = 1.550 pada konsentrasi larutan 10%, dan yang terakhir = 1.625
pada konsentrasi larutan 30%. Kesimpulan yang dapat diambil adalah jika viskositas larutan
gliserin dinaikkan, maka akan mengakibatkan nilai indeks bias cladding naik, sehingga nilai
loss power juga akan naik.
Kata Kunci: Loss power, Cladding, serat optik
PENDAHULUAN
Memanfaatkan salah satu karakteristik serat
optik sebagai sensor, maka salah satu aplikasi dari
serat optik adalah mencari pengaruh perubahan
cladding terhadap loss power. Hal ini dapat
dilakukan dengan memvariasi viskositas suatu
fluida. Pemanfaatan serat optik ini dapat digunakan
sebagai pengecekan suatu produk makanan cair
misalnya susu, minyak goreng, pelumas dan lain
sebagainya. Serway adan Jewett. berpendapat
bahwa “viskositas (kekentalan) dapat dianggap
sebagai gesekan dibagian dalam suatu fluida” [1].
Pernyataan tersebut sebagai dasar dari sifat fluida
yang mengalir, yaitu semakin besar viskositas fluida
maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir dan
juga menunjukkan semakin sulit suatu benda untuk
bergerak dalam fluida tersebut. Viskositas setiap
bahan memiliki nilai yang berbeda-beda. Hal ini
mempengaruhi nilai indeks bias cladding yang
mengakibatkan nilai loss power pada serat optik
juga berbeda, misalnya kekentalan minyak goreng
berbeda dengan kekentalan oli atau pelumas [2].
Fenomena tersebut telah banyak diteliti dengan
berbagai macam cara, beberapa yang pernah
dilakukan adalah Ariyanti & Mulyono “otomatisasi
pengukuran koefisien viskositas zat cair dengan
menggunakan gelombang ultrasonic” [3]. Wang
Tang yaitu “an optical fiber viscometer based on
long-period fiber grating technology and capillary
tube mechanism” [4]. Masih banyak juga penelitian
yang mengaplikasikan viskositas suatu zat cair,
misalnya pelumas, larutan gula [5].
Rancangan penelitian ini memiliki desain
sederhana namun tingkat efisiensi tinggi, yaitu
meletakkan serat optik yang hanya menyisakan
core saja pada wadah yang telah berisi zatcair untuk
ditentukan loss power akibat perbedaan viskositas.
Hasil pengukuran dapat digunakan langsung untuk
menentukan nilai loss power serat optic sebagai
tujuan dari penelitian. Tujuan yang ingin dicapai
adalah menentukan loss power akibat perbedaan
viskositas zat cair sebagai variasi cladding
menggunakan serat optik single mode step index
type SMF-28 sebagai media transmisi cahaya.
Gambar 1. Rambatan Gelombang pada Singlemode
Step Index
Singlemode step index memiliki perubahan
indeks bias antara core dan cladding yang drastis.
Serat optik jenis ini, hanya memiliki satu jenis
perambatan gelombang yang mengakibatkan tidak
akan terjadi pelebaran pulsa pada outputnya [6].
SNF-MKS-2013
Serat optik singlemode step index tidak terjadi
disperse, maka akan mampu mentransmisikan
informasi dengan bandwith yang besar [7]. Serat
optik ini memiliki diameter core sebesar 9 m [8].
Berikut adalah gambar perambatan gelombang pada
serat optik singlemode step index.
SMF-28 adalah salah satu jenis serat optik
singlemode step index. Serat optik ini memiliki
atenuasi yang baik pada panjang gelombang 1550
nm. Serat optik ini memiliki disperse 0 pada
panjang gelombang 1313 nm, dan nilai slopenya
0,086 ps/(nm2.km). Penentuan nilai dispersi pada
serat optik ini menggunakan persamaan sebagai
berikut [9,10].
( )=
−
/(
.
)
Selanjutnya mengatur loss test set dan optical
power meter hingga mendapatkan panjang
gelombang yang sama untuk keduanya. untuk
mengetahui perubahan loss power diketahui dengan
menggunakan serat optik SMF-28. Serat optik yang
digunakan, dihilangkan claddingnya pada bagian
tengah sepanjang kurang lebih 10 cm menggunakan
alat scrub.
Serat Optik
Tanpa Cladding
Optical
Power
Meter
Cairan
Gliserin
Loss
Test
Set
….…. (1)
dimana:
= dispersi (ps/(nm.km)
= panjang gelombang (nm)
= panjang gelombang tanpa dispersi/dispersi = 0
(nm)
= slope tanpa dispersi/ dispersi = 0 (ps/nm2.km)
BAHAN DAN METODA
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah larutan gliserin, Aquades, Alkohol, Tisu, dan
Serat Optik Tipe SMF-28. Peralatan yang digunakan
adalah Optical Power Meter Anritsu CMA5, Gelas
Ukur, Pipet, Loss Test Set Anritsu CMA50, Scrub
Fiber Optic, dan Viskometer Koehler CannonFerske Routine Viscometer for Transparent Liquid.
Pengambilan data dilakukan dengan memvariasi zat cair, yaitu larutan gliserin dengan variasi
konsentrasi 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%,
80%, 90%, 100%. Variasi larutan gliserin dilakukan
dengan menggunakan campuran aquades dengan
target volume akhir larutan adalah 100 ml. Hasil
masing-masing larutan akan dihitung viskositasnya
menggunakan viskometer.
Penentuan viskositas larutan didapat dari waktu
alir larutan untuk mengalir pada set alat, kemudian
mengolah menggunakan persamaan [9]
=
×
………………………… (2)
dimana :
= nilai viskositas kinematik
= konstanta alat (0,515225 mm2/s)
= waktu alir
Langkah berikutnya adalah mengelupas
cladding serat optik SMF 28 sepanjang 10 cm
menggunakan scrub. Kedua ujung serat optik yang
telah diberi konektor masing-masing dihubungkan
ke loss test set dan optical power meter.
Serat Optik
Menggunakan
Cladding
Gambar 2. Skema Penelitian
Meletakkan serat optik yang telah hilang
claddingnya pada larutan gliserin yang telah
divariasi konsentrasinya. Loss power dihitung dari
hasil daya output yang terlihat pada optical power
meter. Untuk membersihkan lapisan core dari
larutan sebelumnya, maka digunakan alkohol 96%
untuk membersihkannya dengan tisu halus.
HASIL DAN DISKUSI
Penelitian ini menggunakan empat panjang
gelombang yang berbeda, yaitu 1.310 nm, 1.490 nm,
1.550 nm, dan 1.625 nm. Pengujian menggunakan
panjang gelombang tersebut dilakukan untuk
mengamati hubugan loss power dan viskositas
larutan gliserin. Data hasil penelitian disajikan
dalam lampiran. Penentuan viskositas larutan
didapat dari waktu alir larutan untuk mengalir pada
set alat, kemudian mengolah menggunakan
Persamaan 2. Data hasil penelitian menunjukkan
nilai viskositas larutan gliserin berbanding lurus
terhadap konsentrasinya. Viskositas gliserin paling
besar terjadi pada larutan gliserin dengan
konsentrasi 100%, dan nilai viskositas gliserin
paling kecil terjadi pada larutan gliserin dengan
konsentrasi 10%. Larutan gliserin dengan
konsentrasi 10% memiliki campuran aquades paling
banyak dibanding larutan gliserin dengan
konsentrasi lain.
Kondisi campuran memperlihatkan adanya
gesekan yang terjadi dalam lapisan-lapisan larutan
gliserin 10% menjadi lebih kecil. Hal ini
ditunjukkan dengan waktu alirnya yang semakin
singkat, sehingga mengakibatkan nilai viskositasnya
kecil. Larutan gliserin dengan konsentrasi 100%
SNF-MKS-2013
Gambar 3 menunjukkan bahwa terdapat
penurunan yang terjadi ketika konsentrasi 20% dan
30%, mengakibatkan kurang liniernya grafik yang
dihasilkan untuk panjang gelombang 1.310 nm.
Konsentrasi di atas 30% memiliki kelinieran yang
cukup baik, karena grafik yang terbentuk cenderung
mendekati bentuk garis lurus. Nilai loss power
terkecil pada panjang gelombang 1.310 nm terdapat
saat konsentrasi 20%.
Pada panjang gelombang yang digunakan
adalah 1.490 nm, grafik yang didapatkan sebagai
berikut.
Loss Power
memiliki campuran aquades yang paling sedikit
dibandingkan konsentrasi lain. Ini menyebabkan
gesekan yang terjadi pada lapisan-lapisan larutan
gliserin menjadi lebih besar. Hal tersebut terlihat
dengan waktu alir paling lama, dan menunjukkan
nilai viskositas pada konsentrasi ini paling besar.
Viskositas di dalam larutan timbul karena adanya
gesekan dalam lapisan-lapisan larutan, sehingga
semakin besar nilai gesekan yang terjadi pada
larutan maka semakin besar nilai viskositasnya, dan
begitu juga untuk viskositas yang bernilai kecil.
Larutan gliserin dengan konsentrasi 10% dan
nilai viskositas kecil, mempengaruhi nilai indeks
bias larutannya, karena larutan ini memiliki
konsentrasi yang kecil mengakibatkan kecepatan
cahayanya lebih besar dibanding larutan lain,
sehingga nilai indeks biasnya kecil. Sebaliknya,
untuk nilai larutan gliserin dengan konsentrasi 100%
dan nilai viskositas paling besar, memiliki nilai
indeks bias paling besar karena kecepatan
cahayanya paling kecil. Indeks bias larutan
berbanding terbalik dengan kecepatan cahaya pada
larutan tersebut, dan banyak penelitiaan yang telah
membuktikannya. Ini menjadi dasar bahwa nilai
indeks bias pada larutan gliserin berbanding lurus
terhadap nilai konsentrasinya, yaitu semakin besar
nilai konsentrasi larutan maka semakin besar pula
nilai indeks biasnya, dan sebalinya.
0.705
0.704
0.703
0.702
0.701
0.7
0.699
0.698
0.697
0
50
100
150
Konsentrasi
Gambar 4 Grafik Hubungan Loss Power dan Konsentrasi
Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang
1.490 nm
0.716
0.723
0.722
0.712
Loss Power
Loss Power
0.714
0.71
0.708
0.706
0
50
100
150
0.721
0.72
0.719
0.718
0.717
Konsentrasi
0.716
Gambar 3. Grafik Hubungan Loss Power dan Konsentrasi
Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang
1.310 nm
Perbedaan nilai indeks bias pada larutan
gliserin
sebagai
pengganti
cladding
ini,
menyebabkan perbedaan juga pada nilai loss power
serat optik SMF-28, terlihat pada Lampiran 2. Hasil
analisis tersebut secara keseluruhan membuktikan
bahwa semakin besar nilai indeks bias yang
dihasilkan akibat meningkatnya nilai konsentrasi
larutan gliserin, maka semakin besar pula nilai loss
power yang dihasilkan. Hal ini dapat dilihat dari
analisa grafik hubungan loss power dan viskositas
larutan gliserin untuk setiap panjang gelombang.
0
50
100
150
Konsentrasi
Gambar 5. Grafik Hubungan Loss Power dan Konsentrasi
Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang
1.550 nm
Gambar 4 menunjukkan terjadi penurunan nilai
loss power yang cukup jelas ketika konsentrasi 20%
dan 30%, mengakibatkan kurang liniernya grafik.
Ketika konsentrasi diatas 40%, nilai loss powernya
mulai meningkat. Tetapi pada grafik tersebut,
kurang memiliki kelinieran yang cukup baik karena
grafik tidak memiliki bentuk yang mendekati garis
SNF-MKS-2013
lurus. Nilai loss power terkecil untuk panjang
gelombang 1.490 nm ketika konsentrasi 30%.
Pada panjang gelombang 1.550 nm, grafik
hubungan yang didapat sebagaimana dalam Gambar
5. Grafik ini tidak menggambarkan penurunan nilai
loss power pada konsentrasi tertentu. Terlihat
dengan meningkatnya nilai loss power seiring nilai
konsentrasinya, sehingga cenderung membentuk
garis lurus yang linier. Nilai loss power terkecil
pada panjang gelombang 1.550 nm ketika
konsentrasi 10%.
Panjang gelombang terakhir yang digunakan
adalah 1.625 nm. Hasil yang didapatkan
sebagaimana dalam Gambar 6 berikut.
0.698
Loss Power
0.696
0.694
0.692
0.69
0.688
0.686
0.684
0
50
100
150
Konsentrasi
Gambar 6. Grafik Hubungan Loss Power dan Konsentrasi
Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang
1.625 nm
Gambar 6 menunjukkan penurunan loss power
yang jelas pada konsentrasi 20%, 30%, dan 40%,
mengakibatkan bentuk grafik menjadi kurang linier.
Tetapi ketika nilai menunjukkan nilai konsentrasi
50%, loss power yang dihasilkan mulai meningkat
seiring kenaikan konsentrasinya. Grafik pada
Gambar 6 memiliki kelinieran cukup baik ketika
nilai konsentrasi di atas 50% karena cenderung
membentuk garis lurus yang linier. Nilai loss power
terkecil untuk panjang gelombang 1.625 nm
terdapat ketika konsentrasi 30%.
Penyebab meningkatnya nilai loss power
adalah perbedaaan sudut datang menuju cladding
dan sudut pantul melebihi sudut kritis yang terjadi
pada proses perambatan cahaya. Proses perambatan
pada serat optik SMF-28 menggunakan pemantulan
bukan pembiasan dikarenakan jenis serat optik
singlemode step index. Pemantulan total pada serat
optik diawali penerapan hukum Snellius yaitu [10]
sin
=
sin
Maka sin
harus lebih kecil dari sin , karena
nilai indeks bias core pada penelitian ini sebesar 1,5
dan nilai indeks bias udara adalah 1. Proses ini
terjadi ketika masuknya sumber cahaya dari optical
power meter menuju serat optik. Ketika cahaya akan
masuk dalam proses pemanduan menuju loss test
set, ada beberapa proses yang mengakibatkan
perbedaan nilai loss power setiap konsentrasi. Hal
ini karena adanya perbedaan sudut kritis yang
disebabkan adanya perbedaan indeks bias cladding.
Berkas cahaya datang akan membias mendekati
garis normal, yang menyebabkan berkas cahaya
cenderung merambat secara diagonal menuju pusat
teras atau perbatasan antara core dan cladding. Agar
perambatan ini terjadi, maka besar sudut
pemantulannya harus lebih besar dari sudut kritis,
dimana besar sudut kritis adalah [11]
= arcsin
dalam penelitian ini indeks bias core bernilai 1,5
dan cladding memiliki nilai indeks bias kurang dari
1,48. Nilai tersebut adalah nilai indeks bias larutan
gliserin konsentrasi 100%. Nilai indeks bias
cladding semakin menurun seiring dengan
menurunnya konsentrasi. Hal ini mengakibatkan
nilai
berubah sehingga mempengaruhi
besarnya loss power, yaitu semakin besar nilai
viskositasnya menyebabkan meningkatnya indeks
bias cladding yang berakibat pada meningkatnya
loss power. Hasil penelitian ini menyempurnakan
penelitian sebelumnya yang berhubungan dengan
sensor indeks bias, yang hanya memiliki nilai
kelinieran pada konsentrasi tertentu. Loss power
pada penelitian ini disebabkan oleh beberapa faktor
yaitu loss kopling, loss konektor. Kedua loss
tersebut
memiliki
pengaruh
yang
besar
dibandingkan dengan loss yang lain. Namun kedua
loss tersebut diabaikan dengan melakukan kalibrasi
terlebih dahulu pada serat optic SMF-28.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil adalah
perubahan konsentrasi larutan gliserin sebagai
pengganti cladding pada serat optik tipe SMF 28
memiliki hubungan yang linier atau sebanding, yaitu
semakin besar viskositas larutan gliserin sebagai
variasi cladding maka semakin besar pula nilai loss
power dan sebaliknya.
REFERENSI
1. Serway, R., A., and John W. Jewett, Jr. 2010.
Physics for Scientists and Engineers with
Modern Physics, Eighth edition. Dartmouth
Publishing, Inc. USA.
2.
Budianto, Anwar. 2008. Metode Penentuan
Koefisien Kekentalan Zat Cair Dengan
Menggunakan Regresi Linear Hukum Stokes.
Makalah disajikan dalam Seminar Nasional
SNF-MKS-2013
SDM Teknologi Nuklir, Sekolah Tinggi
Teknologi Nuklir-Batan, Yogyakarta, 25-26
Agustus 2008.
3.
Arianti, Eka Suci. & Mulyono, Agus. 2010.
Otomatisasi Pengukuran Koefisien Viakositas
Zat Cair Menggunakan gelombang Ultrasonik.
Jurnal Neutrino, 2 (2): 183-187
4.
Wang, Jian-Neng. & Tang, Jaw-Luen. 2010.
An Optical Fiber Viscometer Based on LongPeriode Fiber Grating Technology and
Capilary Tube Mechanism. Jurnal Sensors,
(Online),
10:
11174-11188,
(http://www.mdpi.com/journal/sensors).
5.
El-Sherif, Mahmoud., Bansal, Lalitkumar. &
Yuan, Jainming. 2007. Fiber Optic sensors for
Detection of Toxic and Biological Threats.
Jurnal Sensors, (Online), 7:3100-3118,
6.
Penyaluran dan Pusat Penyaluran Beban Jawa
Bali. 2004. Panduan Pemeliharaan Scada &
Telekomunikasi. Jakarta: PT. PLN.
7.
Wahyudi, M. 2011. Megenal Teknologi Kabel
Serat Optik (Fiber Optic). (Online),
(http://www.bsi.ac.id), diakses 27 Desember
2011.
8.
Palais, Joseph C. 2008. Introduction to System
of optical fiber communication (Online),
(http://www.howstuffworks.com://www.tpub.c
om), diakses 20 Desember 2011.
9.
Product Information. 2002. Corning SMF-28
Optical Fiber. Canada: Corning.
10. Hecht, Eugene. 2001. Optics Fourth Edition.
Addison-Wesley.
11. Crisp, John and Barry Elliot. 2005. Serat
Optic: Sebuah Pengantar. Jakarta: Erlangga.
SNF-MKS-2013
Lampiran
Hasil PerhitunganViskositas
Konsentrasi
Waktu
Konstanta
Viskositas
10
20
30
3,265758
4,201854
5,217332
0,515225
0,515225
0,515225
1,6826
2,1649
2,6881
40
50
8,204377
9,678102
0,515225
0,515225
4,2271
4,9864
60
70
16,96637
35,54583
0,515225
0,515225
8,7415
18,3141
80
90
69,95662
181,3
0,515225
0,515225
36,0434
93,4103
100
608,8099
0,515225
313,6741
Hasil Perhitungan Loss Power pada Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang 1.310 nm
Konsentrasi
DayaKeluaran (dBm)
DayaKeluaran (Watt)
Loss Power (dB)
10%
-6,8+0,2
0,7621
0,7081
20%
-6,79+0,2
0,762
0,7078
30%
-6,8+0,2
0,7621
0,7081
40%
-6,83+0,2
0,7622
0,7091
50%
-6,87+0,2
0,7624
0,7103
60%
-6,89+0,2
0,7626
0,711
70%
-6,92+0,2
0,7627
0,7119
80%
-6,94+0,2
0,7628
0,7126
90%
-6,98+0,2
0,7631
0,7138
100%
-7,01+0,2
0,7632
0,7148
Hasil Perhitungan Loss Power pada Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang 1.490 nm
Konsentrasi
DayaKeluaran (dBm)
DayaKeluaran (dB)
Loss Power (dB)
10%
-6,52+0,2
0,760466998
0,699
20%
-6,5+0,2
0,760352907
0,6984
30%
-6,49+0,2
0,76029582
0,6981
40%
-6,52+0,2
0,760466998
0,699
50%
-6,56+0,2
0,760694858
0,7003
60%
-6,57+0,2
0,760751756
0,7007
70%
-6,63+0,2
0,76109258
0,7026
80%
-6,63+0,2
0,76109258
0,7026
90%
-6,67+0,2
0,76131926
0,7039
100%
-6,68+0,2
0,761375864
0,7042
SNF-MKS-2013
Hasil Perhitungan Loss Power pada Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang 1.550 nm
Konsentrasi
DayaKeluaran (dBm)
DayaKeluaran (dB)
Loss Power (dB)
10%
-7,07+0,2
0,763562793
0,7167
20%
-7,09+0,2
0,763673871
0,7173
30%
-7,1+0,2
0,763729371
0,7176
40%
-7,12+0,2
0,763840293
0,7183
50%
-7,15+0,2
0,764006483
0,7192
60%
-7,16+0,2
0,764061828
0,7195
70%
-7,2+0,2
0,764282951
0,7208
80%
-7,21+0,2
0,764338167
0,7211
90%
-7,24+0,2
0,764503662
0,722
100%
-7,25+0,2
0,764558775
0,7223
HasilPerhitungan Loss Power pada Larutan Gliserin dengan Panjang Gelombang 1.625 nm
Konsentrasi
DayaKeluaran (dBm)
DayaKeluaran (dB)
Loss Power (dB)
10%
-6,25+0,2
0,758917602
0,6902
20%
-6,17+0,2
0,758454693
0,6875
30%
-6,12+0,2
0,758164478
0,6859
40%
-6,19+0,2
0,758570585
0,6882
50%
-6,28+0,2
0,759090739
0,6912
60%
-6,3+0,2
0,759206027
0,6918
70%
-6,33+0,2
0,759378753
0,6928
80%
-6,34+0,2
0,759436274
0,6932
90%
-6,38+0,2
0,759666084
0,6945
100%
-6,42+0,2
0,759895459
0,6958