STRUKTUR OPTIK LINIER PERIODIK UNTUK SPESIFIKASI DTSAIN PIRANTI FOTONIK FUNGSI PANDU GELOMBANG

LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING

'

I

6

.

_..._..
,'
,

'I.'

..

1 '

.

I,\-.i

-4,

-

-.,b

...
.< 1

.,;..:,

..t.

.

.
. r,2.!,$,,>j;7;

. . ,. .

--..,

'

'

:

,

<

;....

-.-;j ,

04 - 0 3 - 9 1 4
-_._._ ------- j

- . . )id
I

.

.

-

---7-

,-.. ..- ._-,. _

I:..

CL\

..

L

'--.-----

:

!

l'!

t :. '
3 i;!

I

.

. -.
...

..

8,

, .

..

. ..

-

'

-

--.,----- ,..--

' . -'= 2-

4-

.,.-.

. ,." *,, ,. .v

_C'

I

I

STRUKTUR OPTIK LINIER PERIODIK UNTUK
SPESIFIKASI DTSAIN PIRANTI FOTONIK
FUNGSI PANDU GELOMBANG

Tim Peneliti :

Dra. Hidayati, M.Si. (Ketua)
Dra. Yulia Jamal, M.Si. (Anggota)

UNIVERSITAS NEGERI PADANG
DESEMBER 2009

HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN AKHIR
1

Judul Penelitian

2

Ketua Peneliti

: Struktur Optik Linier Periodik

Untuk
Spesifikasi Disain Piranti Fotonik Fungsi
Pandu Gelombang

a. Nama Lengkap

: Dra. Hidayati, M.Si

b. Jenis Kelamin

: Perempuan

c. NIP

: 132010975

d. Jabatan Fungsional

: Lektor

e. Jabatan Struktural

: Ketua Program Studi Fisika

f. Bidang Keahlian

: Fisika Teori /Fisika Non Linier

g. Fakultas/Jurusan

: FMIPA / Fisika

h. Perguruan Tinggi

: Universitas Negeri Padang

i. Email

: hidavati unp@vahoo.co.id

3 Tim Peneliti

\

4

a. Nama Lengkap
b. Bidang Keahlian

: Dra. Yulia Jamal, M.Si
: Fisika Teori

c. Program StudiIJurusan

: Fisikat FMIPA

d. Perguruan Tinggi

: Universitas Negeri Padang

Pendanaan dan Jangka waktu Penelitian
a. Jangka waktu Penelitian yang diusulkan : 2 tahun
b. Biaya yang diusulkan

: Rp. 100.000.000,-

c. Biaya yang disetujui tahun pertama

: Rp. 40.000.000,-

Dra. Hidayati, M.Si
NIP. 19671111 199303 2 001

RINGKASAN DAN SUMMARY
Penelitian ini merupakan penelitian teoritis dalam ilmu dan teknologi fotonik
yang merupakan telu701ogi mutahir dalam bidang komunikasi maupun aplikasi
penginderaan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memahami respons dari sistem
dielektrik pandu gelombang terhadap gelombang elektromagnetik (optik). Respons
sistem ini terhadap gelombang optik dinyatakan oleh mode-mode eigen dari pandu
gelombang. Pemahaman perilaku karakteristik dari respons ini terhadap variasi
parameter geometri seperti tebal lapisan dan parameter bahan seperti indeks bias akan
memberikan pengetahuan yang diperlukan untuk spesifikasi desain piranti (divais)
fotonik untuk keperluan pandu gelombang.
Pandu gelombang yang paling sederhana adalah pandu gelombang planar satu
dimensi. Solusi untuk pandu gelombang ini dapat diperoleh secara eksak. Pada tahun
pertama ini dikaji rumusan dan cara penentuan mode gelombang terpadu serta distribusi
medannya dalam sistim pandu gelombang dielektrik. Telah diperoleh bahwa modus TE
akan terpandu lebih baik dalam pandu gelombang dibandingkan dengan modus TM.
Analisis dilakukan dengan bantuan program untuk melihat pengaruh parameter dimensi,
indeks bias selubung dan indeks bias teras, tebal lapisan. Terlihat bahwa faktor-faktor
yang menentukan terpandunya suatu gelombang dalam pandu gelombang ditentukan
oleh nilai indeks bias selubung dan teras yaitu berhubungan dengan jenis pandu
gelombang yaitu pandu gelombang asimetrik dan pandu gelombang simetrik. Unti~k
pandu gelombang simetrik tidak terdapat cut-off yaitu daerah dimana gelombang tidak
dapat dipandu, sedangkan pada pandu gelombang asimetrik harus ada nilai ketebalan
ternormalisasi yaitu nilai ketebalan minimum agar masih dapat memandu modus
terendah.

PENGANTAR
Kegiatan penelitian dapat mendukung pengembangan ilmu pengetahuan serta
terapannya. Dalam ha1 ini, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang berusaha
mendorong dosen untuk melakukan penelitian sebagai bagian integral dari kegiatan
mengajamya, baik yang secara langsung dibiayai oleh dana Universitas Negeri Padang
maupun dana dari sumber lain yang relevan atau bekerja sama dengan instansi terkait.
Sehubungan dengan itu, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang
bekerjasama dengan Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Ditjen Dikti
Depdiknas RI melalui Proyek Peningkatan Perguruan Tinggi Universitas Negeri Padang
dengan surat perjanjian kerja Nomor: 1721/H3 5/KU/DIPA/2009 Tanggal 1 1 Mei 2009
telah membiayai pelaksanaan penelitian dengan judul Struktur Optik Linier Periodik
Untuk Spes~j?kasiDisain piranti Fotonik Fungsi Pandu Gelombang.
I,

Kami menyambut gembira usaha yang dilakukan peneliti untuk menjawab berbagai
permasalahan pembangunan, khususnya yang berkaitan dengan permasalahan penelitian
tersebut di atas. Dengan selesainya penelitian ini, Lembaga Penelitian Universitas Negeri
Padang telah dapat memberikan informasi yang dapat dipakai sebagai bagian upaya penting
dalam peningkatan mutu pendidikan pada umumnya. Di samping itu, hasil penelitian ini
juga diharapkan memberikan masukan bagi instansi terkait dalam rangka penyusunan
kebijakan pembangunan.
Hasil penelitian ini telah ditelaah oleh tim pembahas usul dan laporan penelitian,
serta telah diseminarkan ditingkat nasional. Mudah-mudahan penelitian ini bermanfaat bagi
pengembangan ilmu pada umumnya, dan peningkatan mutu staf akademik Universitas
Negeri Padang.
Pada kesempatan ini, kami ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak
yang membantu pelaksanaan penelitian ini. Secara khusus, kami menyampaikan terima
kasih kepada Direktur Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Ditjen Dikti
Depdiknas yang telah memberikan dana untuk pelaksanaan penelitian tahun 2009. Kami
yakin tanpa dedikasi dan kerjasama yang baik dari DP2M, penelitian ini tidak dapat
diselesaikan sebagaimana yang diharapkan. Semoga ha1 yang demikian akan lebih baik lagi
di masa yang akan datang.
Terima kasih.

fi?\

' '' '

',A$l&&d
//

Fauzm, M.Pd., M.Se.

Ff59666430 199001 1 001

DAFTAR IS1

HALAMAN PENGESAHAN
A. LAPORAN HASIL PENELITIAN
...

RINGKASAN DAN SUMMARY

111

PRAKATA

iv

DAFTAR IS1

v

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vii

BAB I.

PENDAHULUAN

1

BAB 11.

TINJAUAN PUSTAKA

4

A. Teknologi Fotonik

4

B. Gelombang Elektromagnetik

9

C. Sistim Optik dalam Struktur Periodik sebagai

11

Fungsi Penapis
D. Sistim Optik daiam Strukt~~r
Periodik sebagai
Pandu Gelombang
BAB 111.

TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
A. Tujuan Penelitian
B. Manfaat Penelitian

BAB IV

METODE PENELITIAN

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian

B. Pembahasan
BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
B. DRAF ARTIKEL ILMIAH

C. SINOPSIS PENELITIAN LANJUTAN

iv

DAFTAR GAMBAR

I

1

\

halaman
4

Gambar 1

Kristal Fotonik

Gambar 2

Sistim Gelombang Berlapis Jamak dengan Struktur Kisi
Periodik

11

Garnbar 3

Kurva Hubungan antara Nilai Transmitansi dengan Panjang
Gelombang

15

Gambar 4

Pandu Gelombang Planar Satu Dimensi

16

Gambar 5

17

Gambar 6

Beberapa tipe Pandu Gelombang (a) struktur geometri slab,
(b) raised strip, (c) ridge pride, (d) embedded strip, (e) striploaded stripi
Pemantulan Internal Total pandu gelombang

18

Gambar 7

Struktur Pandu Gelombang Planar 1 Dimensi

22

Gambar 8

Pemantulan Internal Total pada Pandu Geombang Planar.

35

Gambar 9

Kurva Dispersi Pandu Gelombang Simetris

38

1I,

Gambar 10 Kurva Dispersi Pandu Gelombang Asimetris

39

DAFTAR LAMPIRAN
halaman
42

Lampiran 1

Kristal Fotonik

Lampiran 2

Sertifikat pemakalah pada Seminar Nasional Fisika Universitas
Andalas, di Padang 18 Nopember 2009

44

Lampiran 3

Makalah Seminar Nasional Fisika 2009 Universitas Andalas

45

di Padang 18 Nopember 2009

BAB I. PENDAHULUAN

Dala~ntiga deltade teralthir ini. berbagai piranti berbasis optili lnaupun elektrooptik, yang secara uliium disebut sebagai foronik, telah berltenibang dengan pesat,
lthususnya dalam apliliasi telekomuniltasi. Salah satu contoh teknologi komunikasi
fotonilt ini adalah kabel serat optik @her optik cables) yang telah meningliatltan
industri teleltomuniltasi dengan pesat. Dalam teknologi optildfotonilc ini. penggunaan
medium optilt nonlinier memberikari Iteunggulan kemampuan transmisi data jarak
.jauh tanpa pelemahan dengan metnpergu~ialtanpi~lsasoliton optik, lihat misalnya
(Hasegawa dan Kodama, 1995). Evolusi gelombang dalam sisteni optilc nonlinier ini
dinyatakan oleh persamaan Schrodinger Nonliniel- dan solusi soliton optilc yang
diperoleh tersebut memililii sifat urnum seperti dengan soliton pada teori medan
Affine Toda, antara lain sifat loltalisasi dan pergeseran fasa pada peristiwa tumbukan,
(Harder.etc.1995 dan Isltandar, 2000). Dalam kasus yang lebih realistis dimana
terdapat suku dispersi orde tinggi dan respons niediun~yang tidak bersifat seketila
(in.stantaneotrs). maka ternyata sistem niedium optilc ini rnasih memiliki solusi
.solitary wave, Hidayati (200 1).

Salah satu tujuan utalna yang ingin dicapai dalam perkernbangan teknologi
fotonik yang sangat pesat ini, khususnya sejak dasawarsa yang lalu, adalah
pengaturan sifat dari materi ilntuk keperluan apliltasi pengolahan informasi. Seperti
halnya teknologi miltro-elelctronika yang berltembang sejalc empat dasawarsa yang
lalu misalnya, dalam teknologi seniikonduktor tersebut telah berhasil dicapai caracara pengaturan kondulctivitas materi sehingga aliran elektron dapat diatirr sesuai
kebutuhan. Aliran elektron ini terjadi dalam kisi kristal, yang merupakan susunan

teratur dari sel-sel molekul pembangun. yang tnemiliki potensial periodik. Struktur
ltisi kristal ini dapat menghasilltan celah-celah energi (enera1 gaps) pada pita energi
sehingga elektron dengall energi tertentu talt dapat merambat (Kittel, 1996). Analogi
dengan teknologi se~nikonduktor di atas, teknologi fotonik saat ini lthususnya
teknologi material optik bertujuan rnencnri bahan optik yang dapat diltendaliltan
untuk f~tngsi-f~ingsitertentu. Kristal fotonilt (photor~iccrystal), yang merupakan
analogi dari bahan semikonduktor di atas. metniliki periodisitas pada besaran
dieleldrilt medium. Dengan suatu desain spesifik, kristal fotonik ini dapat tnemiliki
celah pita fotonik (photonic band gap) dan sebagai altibatnya perambatan cahaya
dalam kristal ini dapat diatur, dengan deniikian tesbuka peluang aplikasi yang sangat
luas dari kristal fotonik ini (Joannopoulos, 1995 dan Yablonovitch,200 1 ) .
Perltembangan teknologi fotonilt pada dekade terakhir ini telah menunjulcltan
kemajuan penting dalam apliltasinya pada industri telekomunikasi dan pengolahan
informasi optik. Hal ini disebabltan karena teknologi fotonik menawarkan
keuntungankelebihan dibandingkan dengan teltnologi elektronilt I