FOTONIK - repository.unas.ac.id

212
FITRI RAHMAH FOTONIK DAN APLIKASINYA

Transcript of FOTONIK - repository.unas.ac.id

Page 1: FOTONIK - repository.unas.ac.id

FITRI RAHMAH

FOTONIK DAN

APLIKASINYA

Page 2: FOTONIK - repository.unas.ac.id

i

FOTONIK DAN APLIKASINYA

FITRI RAHMAH

LP UNAS

Page 3: FOTONIK - repository.unas.ac.id

ii

Fotonik dan Aplikasinya Oleh : Fitri Rahmah Hak Cipta© 2021 pada Penulis Editor Naskah : Gilang Almaghribi Penyunting : Kiki Rezki Lestari dan Fitria Hidayanti Desain Cover : Erna Kusuma Wati ISBN: 978-623-7376-96-5 Hak Cipta dilindungi Undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun, baik secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotocopy, merekam atau dengan sistem penyimpanan lainnya, tanpa izin dari Penulis. Penerbit : LP_UNAS Jl.Sawo Manila, Pejaten Pasar Minggu, Jakarta Selatan Telp. 021-78067000 (Hunting) ext.172 Faks. 021-7802718 Email : [email protected]

Page 4: FOTONIK - repository.unas.ac.id

iii

KATA PENGANTAR

Dalam pembuatan buku Fotonik dan Aplikasinya ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak yang telah banyak membantu. Penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Dr. El Amry Bermawi Putra, MA selaku

Rektor Universitas Nasional 2. Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada

Masyarakat Universitas Nasional 3. LP Unas 4. Jajaran dosen dan karyawan di lingkungan Universitas

Nasional Demikianlah semoga buku ajar Fotonik dan Aplikasinya

ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa termasuk mahasiswa Program Studi Teknik Fisika Universitas Nasional. Tentunya dalam pembuatan buku ajar ini, tidak luput dari kesalahan. Untuk itu, kami mohon masukan dari para pembaca untuk perbaikan buku ajar ini.

Jakarta, Juni 2021

Penulis Fitri Rahmah

Page 5: FOTONIK - repository.unas.ac.id

iv

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .......................................................... iii

DAFTAR ISI ........................................................................... iv

BAB 1 – SUMBER CAHAYA ............................................... 1

1.1. Interaksi Foton dengan Atom ................................ 1

1.2. Cahaya Termal dan Luminescence ...................... 13

1.3. Semikonduktor ....................................................... 19

1.4. Light Emitting Diode (LED) .................................... 32

BAB 2 – JENIS DAN SPESIFIKASI LASER .................. 44

2.1. Pendahuluan ............................................................ 44

2.2. Laser Zat Padat ....................................................... 65

2.3. Laser Zat Cair ......................................................... 70

2.4. Laser Zat Gas .......................................................... 75

2.5. Laser Semikonduktor ............................................. 82

2.6. Quantum Cascade Laser (QCL) ................................ 90

BAB 3 – SERAT OPTIK .................................................... 101

3.1. Pendahuluan .......................................................... 101

3.2. Jenis Serat Optik ................................................... 102

3.3. Aplikasi .................................................................. 111

Page 6: FOTONIK - repository.unas.ac.id

v

BAB 4 – DENSE WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING (DWDM) ............................................. 130

4.1. Prinsip Kerja dan Komponen Utama ............... 130

4.2. Laser Sources ........................................................ 146

4.3. Multiplekser dan Demultiplekser ....................... 153

4.4. Optical Amplifier.................................................. 159

4.5. Optical Add/Drop Multiplexer (OADM) .............. 173

BAB 5 – DESAIN SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK ................................................................................... 180

5.1. Prinsip Kerja ......................................................... 180

5.2. Spesifikasi dan Komponen Sistem .................... 181

BAB 6 – CONTOH APLIKASI ........................................ 191

6.1. Pengukur Kecepatan Mobil ................................ 191

6.2. Pengukur Suhu Logam Cair ................................ 193

6.3. Monitoring Kedatangan dan Kecepatan Badai 194

6.4. Hologram............................................................... 195

6.5. Pengukuran Koefisien Muai Panjang berbasis Interferometri .................................................................... 199

DAFTAR PUSTAKA ......................................................... 203

TENTANG PENULIS .................................................... 205

Page 7: FOTONIK - repository.unas.ac.id

1

BAB 1 – SUMBER CAHAYA

1.1. Interaksi Foton dengan Atom

Ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) merupakan

kesinambungan dari konsep, teori, ilmu, teknologi, aplikasi

dan dampak dalam peradaban manusia. IPTEK akan terus

berkembang untuk meningkatkan daya saing danSuatu

materi dapat berinteraksi dengan cahaya. Teori ini

dikeluarkan oleh Bohr dan Einstein. Foton berinteraksi

dengan materi karena di dalam suatu materi tersebut ada

muatan listrik. Muatan listrik akan mengalami vibrasi atau

percepatan karena adanya dipole pada atom – atom.

Sebaliknya, vibrasi dari muatan listrik tersebut yang dapat

menghasilkan cahaya.

Teori atom menjelaskan bahwa atom dapat memancarkan

atau menyerap foton tergantung transisi energy level,

transisi electron dari pita konduksi ke pita valensi atom

akan menyerap foton, sedangkan transisi dari pita valensi

ke pita konduksi akan memancarkan (emisi) foton.

Mekanisme transisi ada tiga proses dasar interaksi radiasi

Page 8: FOTONIK - repository.unas.ac.id

2

dengan materi, yaitu emisi spontan, serapan, dan emisi

terstimulasi.’

Emisi Spontan

Disebut emisi spontan, karena transisi tidak bergantung

dari banyaknya foton.

Gambar 1 Emisi Spontan suatu foton dengan transisi atom

dari energy level 2 ke 1 dimana energy foton =

Besarnya probabilitas densitas transisi emisi spontan

dinyatakan dengan persamaan:

Page 9: FOTONIK - repository.unas.ac.id

3

Dimana σ(v) merupakan fungsi pendekatan dari frekuensi

pusat (v) terhadap frekuensi resonansi atom (v0) dikenal

dengan transition cross section . Besar σ(v) dapat

dihitung denagn persamaan schrodinger, didapatkan :

Dimana g(v) adalah lineshape function, dan tsp adalah

spontaneous lifetime.

Probabilitas densitas dari emisi spontan terjadi pada waktu

increment t dan t + ∆t disederhanakan menjadi psp ∆t . psp

(s-1)dapat lebih besar dari 1, sedangkan psp ∆t akan selalu

lebih kecil dari 1. Sehingga, jika atom-atom dalam jumlah

besar dinyatakan dalam N, Sebagian kecil atom

diperkirakan sebesar

∆N = (psp ∆t).N atom akan mengalami transisi pada

interval ∆t. Kita dapat menuliskan dN/dt = -psp ∆t jadi

jumlah atom-atom N(t) = N(0) exp (-psp.t). Apabila di plot

grafik menunjukkan gambar :

Page 10: FOTONIK - repository.unas.ac.id

4

Gambar 2 emisi spontan pada single mode

Absorpsi

Absorpsi merupakan proses tereksitasinya elektron dari

E1 ke E2 akibat penyerapan foton

dengan energi hν > (E2 - E1)

Gambar 3 Proses Absorpsi Foton h.v dari E1 ke E2

Besarnya probabilitas densitas dari absorpsi atom

dinyatakan dengan persamaan:

Page 11: FOTONIK - repository.unas.ac.id

5

Namun jika foton berjumlah n pada mode, maka

persamaannya menjadi :

Jika cahaya yang dipancarakan adalah monokromatik, maka

probabilitas densitas dapat dicari dengan :

Pab = ɸ.σ(v)

Dimana:

ɸ : densitas dari flux foton(photon/sekon.unit area.unit

frekuensi)

Jika cahaya yang dipancarkan adalah polikromatik, maka

persamaannya:

Pab = ∫∅𝐯𝐯.𝛔𝛔(𝐯𝐯)𝐝𝐝𝐯𝐯

Dimana:

Page 12: FOTONIK - repository.unas.ac.id

6

ɸv : densitas rata-rata dari flux foton(photon/sekon.unit

area.unit frekuensi)

Jika cahaya yang dipancarkan memiliki spectral energy density

ϱ(v)yang sama dengan linewidth atom, maka

persamaannya:

Pab = B. ϱ (v0)

Dimana:

B : koefisien Einstein

Emisi Stimulasi

Jika atom di level energi atas kemudian bertransisi ke level

energy bawah maka aka nada foton yang dipancarkan,

foton yang dipancarkan dapat menstimulasi / merangsang

emisi foton yang lain pada mode yang sama. Hal tersebut

disebut emisi stimulasi.

Gambar 4 Proses Emisi Stimulasi

Page 13: FOTONIK - repository.unas.ac.id

7

Besarnya probabilitas densitas dari emisi stimulasi

dinyatakan dengan persamaan:

Namun jika foton berjumlah n pada mode, maka

persamaannya menjadi :

Jika cahaya yang dipancarakan adalah monokromatik, maka

probabilitas densitas dapat dicari dengan :

Pst = ɸ.σ(v)

Dimana:

ɸ : densitas dari flux foton(photon/sekon.unit area.unit

frekuensi)

Jika cahaya yang dipancarkan adalah polikromatik, maka

persamaannya:

Pst = ∫∅𝐯𝐯.𝛔𝛔(𝐯𝐯)𝐝𝐝𝐯𝐯

Page 14: FOTONIK - repository.unas.ac.id

8

Dimana:

ɸv : densitas rata-rata dari flux foton(photon/sekon.unit

area.unit frekuensi)

Jika cahaya yang dipancarkan memiliki spectral energy density

ϱ(v)yang sama dengan linewidth atom, maka

persamaannya:

Pst = B. ϱ (v0)

Dimana:

B : koefisien Einstein

Lifetime Broadening

Suatu atom yang mengalami transisi dari level energy ke

level energy lain, memiliki lifetime sesuai dengan tingkatan

levelnya. Energi pada level 2 dan 2 dinyatakan dengan :

dan

Besar beda energy nya dinyatakan dengan persamaan:

Page 15: FOTONIK - repository.unas.ac.id

9

τ merupakan transisi lifetime.

Lifetime yang kaitannya dengan frekuensi disebut lifetime

broadening linewidth:

Besar lifetime berbanding terbalik dengan energy dan juga

densitas dari suatu atom.

Sebaran dipusatkan pada frekuensi v0 = (E2-E1)/h dan

fungsi lineshape memiliki profil Lorentzian g(v)

Nilai fungsi lineshape Lorentzian pada frekuensi tengah v0

adalah

Page 16: FOTONIK - repository.unas.ac.id

10

Gambar 5. Pancaran cahaya memilikilebar densitas spektral

power Lorentzian

Apabila ada keadaan transition cross section berada

dibawah ideal, yaitu ketika tak ada pancaran

foton di level 1, dan maka :

Collision Broadening

Tumbukan disini ada 2 macam, elastic dan tak elastic, pada

tumbukan tak elastis terjadi pertukaran energy, dimana

energy saling diberikan, dan menghasilkan transisi atom di

antara level energy.Di sisi lain, tumbukan elastic, tak ada

Page 17: FOTONIK - repository.unas.ac.id

11

pertukaran energy. Pada tumbukan eleastis, terdapat

perubahan fungsi gelombang yang berkaitan dengan level

energy dimana menghasilkan perubahan radiasi secara

random pada masing-masing waktu tumbukan.

Spektrumnya aka menghasilkan Lorentzian dengan lebr

dimana fcol adalah laju tumbukan (jumlah

tumbukan tiap detik). Gabungan overall Lorentzian

lineshape dari lifetime dan tumbukan berupa persamaan:

Inhomogeneous Broadening

Lifetime broadening dan collision broadening terbentuk

dari homogeneous broadening yang ditunjukkan oleh

atom-atom . Atom-atom itu diasumsikan identik. Ada

situasi dimana terdapat atom yang berbeda , memiliki

fungsi lineshape yang berbeda atau frekuensi tengah yang

berbeda. Pada keadaan seperti ini kita dapat menentukan

fungsi lineshape rata-rata:

Page 18: FOTONIK - repository.unas.ac.id

12

Gambar 6. Fungsi Lineshape rata-rata padaatom yang

inhomogen

Pada inhomogeneous broadening juga dapat mengalami

efek Doppler Broadening, seperti gambar di bawah ini:

Frekuensi radiasi tergantung oleh arah gerak atom relative

terhadap pengamat. Radiasi dari atom1 memiliki frekuensi

Page 19: FOTONIK - repository.unas.ac.id

13

yang lebih tinggi dari atom 3 dan 4, sedangkan pada level 2

memiliki frekuensi yang paling rendah.

1.2. Cahaya Termal dan Luminescence

Cahaya panas adalah cahaya yang diemisikan dari atom-

atom, molekul –molekul dan padatan dalam kondisi

kesetimbangan panas dan tidak adanya sumber energy luar

lainnya.

Properties dari cahaya panas dengan mempertimbangkan

interaksi antara foton – foton dan atom-atom dalam

kesetimbangan :

1. Kesetimbangan panas antara foton – foton dan atom –

atom

Kesetimbangan panas antara foton- foton dan atom-

atom tercapai sebagai hasil dari proses-proses acak

emisi foton dan penyerapan, bersama dengan transisi

termal antara tingkat energi diperbolehkan.

Kemungkinan sebuah atom pada level atas mengalami

emisi spontan kedalam berbagai dalam peningkatan

waktu dati t menjadi t + ∆t adalah

Page 20: FOTONIK - repository.unas.ac.id

14

𝑝𝑝𝑠𝑠𝑠𝑠 ∆t =∆t𝑡𝑡𝑠𝑠𝑠𝑠

Sedangkan jumlah rata-rata foton yang diemisikan

pada saat ∆t

N2(t) = N2(0) exp (-t/𝑡𝑡𝑠𝑠𝑠𝑠)

Gambar peluruhan populasi level atas disebabkan oleh

emisi spontan

Level N2 meluruh ke nol dengan time constant tsp.

Energinya dibawa oleh foton foton yang mengalami

emisi spontan. Persamaan dari kecepatan perubahan

kepadatan populasi N2 (t) timbul dari emisi spontan,

absorbs dan emisi terstimulasi

Page 21: FOTONIK - repository.unas.ac.id

15

Jika dalam keadaan steady N2/dt = 0, sehingga

Dimana 𝑛𝑛 adalah jumlah rata rata foton tiap mode.

Untuk jumlah rata – rata foton tiap mode pada

frekuensi v adalah

2. Spektrum radiasi benda hitam

Rata –rata energy dari mode radiasi dalam

kesetimbangan panas adalah :

Spektral kerapatan energy (energy tiap bandwidth tiap

satuan cavity volume) dari radiasi benda hitam adalah

Page 22: FOTONIK - repository.unas.ac.id

16

Gambar. Plot semilogaritmic dari energy rata2 dalam

kesetimbangan panas pada saat temperature T sebagai

fungsi dari mode frekuesi v. Pada T = 300 K, KBT/h

= 6.25 THz, λ=48μm

Cahaya Luminescence

Penggunaan sumber energy eksternal dapat menyebabkan

atomic atau molukular sistem mengalami transisi menuju

tingkat energy yang lebih tinggi. Selama peluruhan ke

tingkat energy yang lebih rendah, Sistem tersebut

kemudian mengeluarkan radiasi optis yaitu nonthermal

radiators (luminescent radiators). Luminescencent radiator

Page 23: FOTONIK - repository.unas.ac.id

17

diklasifikasikan berdasarkan sumber dari energy keluaran

yaitu:

1. Cathodoluminescence

Disebabkan oleh electron yang bertabrakan dengan

atom target. Caontohnya adalah tabung cahaya katoda

dimana electron electron mengirim energy mereka ke

fosfor. Aplikasinya adalah pada layar televisi

2. Photoluminescence

Disebabkan oleh foton optis aktif. Fotoluminesen

terjadi ketika sistem tereksitasi ke tingkat energy yang

lebih tinggi dengan menyerap foton, kemudian secara

spontan meluruh ke tingkat energy yang lebih rendah

dan mengeluarkan foton selama proses berlangsung.

Beberapa contoh transisi dari fotoluminesen

Pada gambar (b) dan (c) electron dapat disimpan dalam

keadaan tengah untuk waktu yang lama. Pada gambar

Page 24: FOTONIK - repository.unas.ac.id

18

(d) non radiasi menengah kebawah diikuti oleh non

radiasi menengah keatas

Fotoluminesen terjadi pada banyak materi, termasuk

inorganic molekul sederhana (seperti N2 , CO2, Hg),

gas mulia, inorganic kristal (seperti : intan, ruby, zinc

sulfide) dan aromatic molekul. Semikonduktor juga

termasuk material fotoluminesen.

3. Chemiluminescence

Menghasilkan energy melalui reaksi kimia.

4. Electroluminescence

Energi dihasilkan oleh adanya medan listrik.

Contohnya adalah LED

5. Sonoluminescence

Disebakan oleh energy yang diperoleh dari gelombang

suara. Hal ini dapat terjadi ketika gelombang suara

menginduksi rongga udara dalam cairan kemudian

terjadi ledakan gelembung – gelembung cairan tersebut

Page 25: FOTONIK - repository.unas.ac.id

19

1.3. Semikonduktor

Semikonduktor merupakan amorf atau kristal padat yang

memiliki konduktivitas listrik di antara logam dan insulator

dan dapat berubah secara signifikan dengan adanya

perubahan suhu atau adanya pengotor pada bahan, atau

dengan iluminasi dengan cahaya. Bahan semikonduktor

yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si),

Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs).

Semikonduktor banyak digunakan dalam detector optic,

sumber cahaya (LED dan laser), amplifier, pemandu

gelombang, modulator, sensor, dan elemen optic non-

linier. Semikonduktor menyerap dan memancarkan foton

dengan cara transisi antar level energi. Semikonduktor

memiliki karakteristik sebagai berikut :

1. Bahan semikonduktor tidak dapat dipandang sebagai

kumpulan atom yang tidak saling berinteraksi, masing-

masing memiliki tingkat energi sendiri-sendiri.

2. Tingat energi semikonduktor mengambil tempat yang

berdekatan dan membentuk celah diantara keduanya.

Dalam keadaan tanpa pengaruh suhu (T = 0 K), celah

ini diduduki oleh elektron atau kosong. Pita bagian

Page 26: FOTONIK - repository.unas.ac.id

20

bawah disebut pita konduksi, sedangkan pita di atas

bagian yang kosong disebut pita valensi. Kedua pita ini

dipisahkan oleh gap energy.

3. Interaksi termal dan optic dapat memberikan energi ke

elektron, menyebabkannya melompat melewati gap

dari pita valensi ke pita konduksi.

Pita energi dan Pembawa Muatan

Pada kondisi sebenarnya, atom-atom tersebut akan saling

mengikat dalam jumlah yang banyak. Sehingga, level energi

setiap atom akan saling berdekatan. Level-level energi yang

saling berdekatan ini akan membentuk suatu pita, dikenal

dengan pita energi (Energy Band). Secara umum, pita energi

ini akan terbagi menjadi 2 (dua) daerah besar, yaitu daerah

pita valensi (Valence Band) dan pita konduksi (Conduction

Band).

Atom-atom pada daerah pita valensi terikat sangat erat

dengan inti atom, sedangkan atom-atom pada deerah pita

konduksi mudah sekali terlepas dari inti atom. Pita valensi

dan pita konduksi dipisahkan oleh energy gap dengan lebar

Page 27: FOTONIK - repository.unas.ac.id

21

Eg seperti pada gambar 1. Semikonduktor memiliki energy

gap antara 0.1 sampai 3 eV.

Gambar Pita Energi : (a) pada Si, dan (b) pada GaAs

Elektron dan Hole

Berdasarkan prinsip larangan Pauli, tidak ada dua elektron

yang menempati posisi yang sama dengan arah spin yang

sama pula. Tingkat energi yang lebih rendah diisi terlebih

dahulu. Seiring dengan bertambahnya suhu, maka akan

terjadi perubahan kedudukan, dimana energi panas tersebut

akan mampu melepaskan beberapa ikatan kovalen.

Elektron-elektron valensi akan pindah ke jalur yang dapat

bergerak dengan leluasa, yaitu jalur konduksi. Pada jalur ini,

Page 28: FOTONIK - repository.unas.ac.id

22

gerakan elektron tersebut akan menghasilkan arus sesuai

dengan banyaknya elektron valensi yang terjadi, yang

disebut dengan arus electron.

Bersamaan dengan terlepasnya elektron ke jalur konduksi,

maka akan terjadi sebuah lubang (hole) di dalam jalur

valensi. Setiap hole di dalam jalur ini, akan menyebabkan

pergerakan hole. Pergerakkan hole juga dapat

menghasilkan arus. Sebenarnya, yang bergerak tetaplah

elektron, namun, pergerakan elektron ini terjadi karena

tersedianya hole di jalur valensi. Pergerakan elektron di

jalur ini, dianggap sebagai arus hole.

Gambar Elektron pada pita konduksi dan hole pada pita

valensi (T > 0 K)

Page 29: FOTONIK - repository.unas.ac.id

23

Bahan Semikonduktor

Unsur-unsur yang terletak pada golongan IV tabel periodic

merupakan semikonduktor, namun yang paling sering

ditemui adalah silicon dan germanium. Alat-alat

elektronika, IC kebanyakan dibuat dari silicon.

1. Binary Semiconductors

Merupakan penggabungan dari unsure pada golongan

III, seperti aluminium (Al), gallium (Ga), atau Indium

(In) dengan unsure pada golongan V, seperti fosfor

(P) atau Arsen (As), yang merupakan semikonduktor

yang penting. Semikonduktor biner yang banyak

dipakai pada peralatan elektronika adalah gallium

arsenide (GaAs).

2. Ternary Semiconductors

Merupakan penggabungan dari dua unsure dari

golongan III dengan satu unsure pada golongan V,

atau sebaliknya. Misalnya, (AlxGa1-x)As, yang

merupakan gabungan dari AlAs dan GaAs.

Page 30: FOTONIK - repository.unas.ac.id

24

3. Quaternary Semiconductors

Merupakan penggabungan dari dua unsure dari

golongan III dengan dua unsure dari golongan V.

Contohnya, (In1-xGax)(As1-yPy).

Doping Semikonduktor

Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan

elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan

permanen, yang diharapkan akan dapat mengahantarkan

listrik. Suatu kristal yang murni, dimana setiap atomnya

adalah atom itu saja, disebut sebagai semikonduktor

intrinsik. Suatu kristal yang telah di-dop disebut

Page 31: FOTONIK - repository.unas.ac.id

25

semikonduktor ekstrinsik. Semikonduktor yang telah di

doping oleh atom pentavalent disebut semikonduktor tipe

n, sedangkan doping oleh atom trivalent disebut

semikonduktor tipe p.

Konsentrasi Elektron dan Hole

1. Density of States

Keadaan kuantum dari elektron dalam bahan

semikonduktor dapat diketahui karakternya dari energi

E, bilangan gelombang, k, dan arah spin.

Density of states dapat dirumuskan sebagai berikut :

2. Probability of Occupancy

Pada saat tidak ada pengaruh suhu (T = 0 K), semua

elektron menempati tingkat energi terendah, sesuai

denga prinsip larangan Pauli. Pita valensi kemudian

terisi dan pita konduksi menjadi kosong. Kenaikan

temperature menyebabkan elektron tereksitasi dari pita

valensi menuju pita konduksi, menyebabkan

terbentuknya hole pada pita valensi. Probabilitas suatu

Page 32: FOTONIK - repository.unas.ac.id

26

keadaan dari energi E yang ditempati oleh elektron

dijelaskan oleh fungsi Fermi, yaitu :

Dimana kB adalah konstanta Boltzman (0.026 eV pada

suhu 300 K) dan Ef adalah konstanta yang

menunjukkan Energi Fermi.

Gambar Fungsi Fermi f(E) adalah probabilitas tingkat

energi E diisi oleh elektron

Generasi, Rekombinasi, dan Injeksi

1. Generasi dan Rekombinasi pada keadaan

Kesetimbangan Termal

Page 33: FOTONIK - repository.unas.ac.id

27

Proses generasi merupakan proses timbulnya pasangan

elektron-lubang per detik per meter kubik. Generasi

tergantung pada jenis bahan dan temperatur.

Energi yang diperlukan untuk proses generasi

dinyatakan dalam elektron volt atau eV. Energi

dalam bentuk temperatur T dinyatakan dengan kT,

dimana k adalah konstanta Boltzmann.

Pada semikonduktor, elektron atau lubang yang

bergerak cenderung mengadakan rekombinasi dan

menghilang. Laju rekombinasi (R), dalam pasangan

elektron-lubang per detik per meter kubik,

tergantung pada jumlah muatan yang ada. Jika

hanya ada sedikit elektron dan lubang maka R akan

berharga rendah; sebaliknya R akan berharga tinggi

jika tersedia elektron dan lubang dalam jumlah yang

banyak.

Sebagai contoh misalnya pada semikonduktor tipe-n,

didalamnya hanya tersedia sedikit lubang tapi terdapat

jumlah elektron yang sangat besar sehingga R akan

berharga sangat tinggi. Secara umum dapat dituliskan:

Page 34: FOTONIK - repository.unas.ac.id

28

Dimana merupakan parameter yang tergantung dari

karakteristik bahan, satuannya cm3/s.

2. Injeksi Elektron Hole

Semikonduktor pada keadaan kesetimbangan termal

dengan konsentrasi pembawa n0 dan p0 memiliki

jumlah laju generasi dan rekombinasi G0 = rn0p0. Pada

saat elektron hole digenerasikan pada R dalam keadaan

steady, disebut sebagai mekanisme injeksi eksternal,

maka laju generasi dan rekombinasi yang baru menjadi:

Untuk laju injeksi, dimana

3. Internal Quantum Efficiency

Internal Quantum Efficiency pada suatu bahan

semikonduktor didefinisikan sebagai perbandingan

Page 35: FOTONIK - repository.unas.ac.id

29

antara radiatif elektron dengan laju kombinasi total

(radiative dan nonradiative). Internal Quantum Efficiency

dirumuskan sebagai berikut :

Junctions

Sambungan antara bahan semikonduktor yang memiliki

doping berbeda disebut homojunction, sedangkan sambugan

antara bahan semikonduktor yang berbeda disebut

heterojunction.

1. p-n junction

p-n junction merupakan homojunction antara

semikonduktot tipe-p dengan semikonduktor tipe-n.

Sambungan ini biasa digunakan dalam diode, dan pada

peralatan optoelektronik, seperti LED, laser diode,

fotodetektor, dan solar cell.

Jika semikonductor disambungkan, maka elektron akan

berdifusi menuju daerah tipe-p, dan sebaliknya hole

akan berdifusi menuju daerah tipe-n, sehingga

Page 36: FOTONIK - repository.unas.ac.id

30

terbentuk daerah persambungan. Pada daerah

persambungan ini terbebas dari muatan mayoritas,

tetapi terjadi dipole muatan sehingga timbul medan

listrik dan terjadi potensial halang.

Gambar Proses terbentuknya hole pada p-n junction

p-n junction berperan sebagai diode yang memiliki

karekteristik arus-tegangan (i-V) berbentuk eksponensial.

Page 37: FOTONIK - repository.unas.ac.id

31

2. p-i-n junction diode

p-i-n junction diode dibuat dengan menampahkan

lapisan semikonduktor intrinsic diantara

semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Depletion layer terjadi

pada masing-masing sisi dari sambungan dengan jarak

inverse yang sebanding dengan konsentrasi doping.

Gambar 5 p-i-n junction dalam kesetimbangan termal

Page 38: FOTONIK - repository.unas.ac.id

32

Depletion layer dari sambungan p-i junction menuju ke

daerah semikonduktor intrinsik, begitu pula pada

sambungan i-n junction. Akibatnya, diode p-i-n

bertindak seperti halnya p-n junction dengan depletion

layer yang lebar.

1.4. Light Emitting Diode (LED)

Cahaya dapat teremisi dari bahan semikonduktor sebagai

hasil dari pergerakan elektron-hole pada sambungannya.

Munculnya cahaya yang berpendar ini tidak dapat terjadi

pada suhu kamar karena konsentrasi tereksitasinya panas

elektron dan hole terlalu rendah untuk memancarkan

radiasi. Sehingga diperlukan sumber energi luar yang

digunakan untuk dapat mengeksitasi pasangan elektron

sehingga dapat menghasilkan jumlah yang sangat besar saat

emisi spontan. Caranya adalah melalui pemberian bias maju

pada p-n junction, yang mempunyai efek injeksi elektron-

hole pada daerah yang sama dalam satu ruang. Gambar

berikut adalah proses terjadinya cahaya pada LED proses

1-2-3-4

Page 39: FOTONIK - repository.unas.ac.id

33

(1)

(2)

Page 40: FOTONIK - repository.unas.ac.id

34

(3)

(4)

Page 41: FOTONIK - repository.unas.ac.id

35

Jadi sederhananya, prinsip kerja LED adalah adanya

pembawa muatan elektron-hole yang mengalir ke p-n

junction dari elektrode dengan voltase berbeda. Ketika

elektron bertemu dengan hole, dia jatuh ke tingkat

energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam

bentuk foton.

Injection Electroluminescence

Laju emisi foton dapat meningkat seiring dengan

dihasilkannya kelebihan pasangan elektron hole pada

semikonduktor. Untuk mempercepat terjadinya emisi foton

ini, maka semikonduktor dirancang untuk dapat aktif pada

forward bias, dan kemudian menghasilkan sejumlah energi

foton cahaya. Proses ini disebut Injection

Electroluminescence, yang dapat diperlihatkan pada

gambar berikut ini.

Laju emisi foton dapat dikalkulasikan dari laju injeksi (R)

pasangan elektron hole, dimana R memiliki peran yang

penting dalam memompa laju emisi foton tersebut.

Dengan prinsip titik kesetimbangan konsentrasi dari

elektron dan hole, digunakan permisalan :

Page 42: FOTONIK - repository.unas.ac.id

36

n = n0 + ∆n

p = p0 + ∆p

Gambar Proses Emisi Foton dan Pembawa Injeksi

Untuk menggambarkan pembawa konsentrasi di steady

state. Banyaknya kelebihan elektron (∆n) adalah sama

dengan banyaknya kelebihan hole (∆p) karena elektron hole

diproduksi secara berpasangan. Sehingga konsentrasi

pembawa kelebihan pada steady state adalah proporsional

dengan pumping rate, oleh karena itu :

∆n = Rτ (1)

Page 43: FOTONIK - repository.unas.ac.id

37

Injeksi dari pembawa pasangan tiap waktunya akan

menghasilkan foton flux, yang dalam matematisnya ditulis

sebagai:

φ = ƞ iRV = ƞ iV∆n/ τ = V∆n/ τr (2)

dimana τ adalah pembentukan elektron hole pada waktu

tertentu

φ adalah internal foton flux

ƞ i adalah internal quantum efficiency

Kerapatan spektral dari injeksi elektroluminense ini dapat

diturunkan melalui teori emisi band-to-band. Laju emisi

spontan rsp(v) dapat dimatematiskan:

rsp(v) = e(v)fe(v)/τr

(3)

Sedangkan persamaan emisi kondisi fe(v) adalah

fe(v) = fc(E2)[1- fv(E1)] (4)

Page 44: FOTONIK - repository.unas.ac.id

38

Kemungkinan keadaan energi pita konduksi adalah:

E2 = Ec + mr(hv – Eg)/mc

(5)

Gambar Pita Konduksi dan Valensi

Kemungkinan keadaan energi pita valensi adalah:

E1 = E2 – hv (6)

LED characteristics

1. Internal photon flux

Pada saat dioda dikenai arus sebesar i, maka akan

terjadi aliran pembawa muatan elektron hole pada

Page 45: FOTONIK - repository.unas.ac.id

39

sambungan p-n, dari sini dapat ditentukan lajur

pembawa injeksi (R), yaitu

R = i/eV (7)

Persamaan untuk ∆n = Rτ, dapat diubah ke bentuk

∆n = (i/eV)τ (8)

φ = ƞ iRV, dapat diubah ke dalam persamaan

φ = ƞ i(i/e) (9)

Gambar 4. Diagram Pita Energi

Page 46: FOTONIK - repository.unas.ac.id

40

Page 47: FOTONIK - repository.unas.ac.id

41

2. Output photon flux and efficiency

Flux foton dihasilkan di sambungan dari radiasi yang

seragam pada semua arah.

Gambar 5. Ilustrasi LED pada Material

Terdapat tiga kondisi, yaitu A, B, dan C, dari transmisi

flux foton saat melewati menembus material. Dimana

terlihat jelas bahwa kondisi A, adalah pada saat hasil

cahaya pada LED yang dihasilkan dipantulkan

sebagian, sehingga hanya sebagian cahaya LED yang

Page 48: FOTONIK - repository.unas.ac.id

42

keluar dan dapat menyinari. Kondisi B adalah kondisi

yang sama seperti kondisi A, bahwa ada bagian cahaya

yang dipantulkan kembali dan tidak dapat keluar dari

material, tetapi jumlahnya lebih besar. Dan kondisi C

adalah kondisiterjadinya TIR, dimana tidak ada cahaya

LED yang keluar dari struktur.

3. Responsivity

Responsivity adalah rasio perbandingan dari daya optik

hasil emisi (Po) dengan arus yang dibutuhkan untuk

terjadinya injeksi (i), sehingga:

Re = Po / i = hvφ0 / i = ƞexhv / e (10)

4. Materials

LED beroperasi pada daerah di dekat sinar ultraviolet

sampai dengan infra merah. Pada gambar di bawah ini,

banyak ditunjukkan bahan semikonduktor dengan

daerah operasinya. Dapat dilihat bahwa daerah dekat

sinar infra merah banyak semikonduktor yang

memberikan efisiensi yang sangat tinggi.

Page 49: FOTONIK - repository.unas.ac.id

43

Gambar 6. Daerah Operasi LED pada Material

5. Electronic circuit

LED dibangkitkan oleh sumber arus, misalnya dengan

menggunakan sumber tegangan konstan yang dirangkai

seri dengan resistor. Emisi cahaya ini dapat

dimodulasikan baik secara analog maupun digital,

melalui modulasi injeksi arus. Performa dari rangkaian

ini dapat ditingkatkan melalui penambahan pengatur

arus bias, dan fluktuasi dari intensitas cahaya yang

dihasilkan dapat distabilkan dengan menggunakan

optical feedback dimana emisi cahaya dapat terus

dipantau dan digunakan untuk mengontrol arus injeksi.

Page 50: FOTONIK - repository.unas.ac.id

44

BAB 2 – JENIS DAN SPESIFIKASI

LASER

2.1. Pendahuluan

LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of

Radiation), yaitu penguatan cahaya melalui pancaran radiasi

yang terstimulasi. Cahaya sendiri merupakan jenis energi

yang dipancarkan oleh sebuah atom. Cahaya dihasilkan

oleh partikel partikel kecil yang disebut foton. Cahaya

teremisi dari sebuah sistem atom yang tereksitasi dari level

energi tinggi jatuh ke level energi rendah dengan

memancarkan radiasi.

Proses eksitasi dapat diperoleh dengan berbagai cara

seperti efek termal, absorbsi foton. Tumbukan dengan

partikel-partikel subatomik maupun rekasi kimia. Beberapa

bentuk mekanisme eksitasi yang lain seperti radioaktif

dapat menghasilkan emisi dengan tingkat energi foton

sangat tinggi.

Page 51: FOTONIK - repository.unas.ac.id

45

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik

berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut

spektrum gelombang elektromagnetik. Gambar spektrum

elektromagnetik disusun berdasarkan panjang gelombang

mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan

panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti

gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi,

dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi

seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray.

Gambar 1. Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Page 52: FOTONIK - repository.unas.ac.id

46

Gelombang Radio

Panjang gelombang radio ini berkisar antara 3 x 10-2 sampai

1,5 x 103 m. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-

muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat

penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh

rangkaian elektronika yang disebut osilator.

Gelombang mikro

Gelombang mikro (microwaves) adalah gelombang radio

dengan panjang gelombang antara 0.3 – 300 cm. Jika

gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan

muncul efek pemanasan pada benda itu. Proses inilah yang

dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak

makanan dengan cepat dan ekonomis.

Sinar Inframerah

Sinar inframerah daerah panjang gelombang 10-4 cm

sampai 10-1 cm. Sinar ini dihasilkan oleh elektron dalam

molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan.

Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar

inframerah.

Page 53: FOTONIK - repository.unas.ac.id

47

Cahaya Tampak

Cahaya tampak (visible lihgt) adalah rentang dari cahaya

elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia.

Komisi Internasional menspesifikasikan frekuensi dari

cahaya tampak adalah antara 3.61 x 1014 hingga 8.33 x 1014

Hz (rentang panjang gelombang sekitar 830 hingga 360

nm). Banyak buku yang menyatakan rentang cahaya

tampak antaran 400nm (violet) hingga 750nm (merah), hal

ini didasarkan pada respon visual dari mata manusia.

Kegunaan cahaya salah satunya adalah penggunaan laser

dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan

kedokteran.

Sinar ultraviolet

Sinar ultraviolet mempunyai daerah panjang gelombang

antara 10-8 m sampai 10-7 m. Gelombang ini dihasilkan oleh

atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah

sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet

dipermukaan.

Page 54: FOTONIK - repository.unas.ac.id

48

Sinar X

Sinar X mempunyai panjang gelombang yang sangat

pendek yaitu 10 nm sampai 10 pm. Meskipun seperti itu

tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat

menembus pelat aluminium setebal 1 cm.

Sinar Gamma

Sinar ini mempunyai daya tembus paling besar, dengan

panjang gelombang antara 10-10 cm sampai 10-12 cm.

Radiasi sinar ini yang berasal dari luar angkasa dapat

digunakan untuk mengetahui reaksi inti atom di alam

semesta.

Prinsip Kerja LASER

Sebuah atom terdiri dari inti atom yang disebut nukleus

(berisi proton dan netron), dan awan elektron pada

Gambar 2. Elektron-elektron ini selalu berputar

mengelilingi inti atom pada orbit-orbit tertentu, sesuai

dengan tingkat energinya. Dari sini kita tahu bahwa atom

selalu bergerak (rotasi, transasi, dan vibrasi), hanya saja kita

tidak bisa melihat pergerakannya di benda-benda padat

seperti pintu, kursi, dan semua benda lain.

Page 55: FOTONIK - repository.unas.ac.id

49

Gambar 2. Ilustrasi sederhana sebuah atom

Page 56: FOTONIK - repository.unas.ac.id

50

Absorption of Radiation

Orbit elektron yang memiliki tingkat energi paling rendah

adalah yang paling dekat dengan inti. Jadi, semakin jauh

elektron dari inti, semakin tinggi pula tingkat energinya. Ini

artinya, kalau kita memberikan energi pada atom (misalnya

dalam bentuk energi panas, energi listrik, atau energi

cahaya) maka elektron yang berada di tingkat energi dasar

(ground-state energy level) dapat tereksitasi (pindah) ke orbit

yang tingkat energinya lebih tinggi.

Gambar 3 Eksitasi elektron ke tingkat energi yang lebih

tinggi

Page 57: FOTONIK - repository.unas.ac.id

51

Spontaneous emission

Elektron yang berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi

ini (excited electron) berada dalam keadaan tidak stabil.

Elektron ini selalu berusaha untuk kembali ke keadaan

awalnya dengan cara melepaskan kelebihan energi tersebut.

Energi yang dilepaskan berbentuk foton (energi cahaya)

yang memiliki panjang gelombang tertentu (warna tertentu)

sesuai dengan tingkat energinya.

Gambar 4 Kembalinya elektron ke tingkat energi semula

disertai emisi cahaya

Page 58: FOTONIK - repository.unas.ac.id

52

Pada emisi spontan, cahaya yang dihasilkan memiliki sifat

tidak koheren, yaitu memiliki perbedaan fasa dan frekuensi.

Pada lampu senter ataupun lampu neon biasa, cahaya yang

dihasilkan menuju ke segala arah dan memiliki bermacam

panjang gelombang dan frekuensi (incoherent light). Hasilnya

adalah cahaya yang sangat lemah.

Stimulated emission

Emisi terstimulasi merupakan proses ketika foton yang

datang berinteraksi dengan electron yang tereksitasi,

sehingga mengakibatkan elektron tersebut turun ke tingkat

energi yang lebih rendah. Pada emisi terstimulasi, energi

cahaya diarahkan untuk ke elektron pada elektron

tereksitasi, bukan pada elektron di ground state.

Semua emisi yang dihasilkan memiliki kesamaan frekuensi

dan fasa. Sinar laser yang berwarna-warni dihasilkan dari

medium yang memiliki panjang gelombang berbeda-beda.

Biasanya laser yang berwarna-warni ini relatif tidak

berbahaya karena berada pada panjang gelombang yang

relatif kecil.

Page 59: FOTONIK - repository.unas.ac.id

53

Gambar 5 Skema emisi terstimulasi

Population Inversion

Populasi inversi merupakan sebuah proses untuk

menghasilkan populasi pada kondisi Higher Energy (E2)

yang jauh lebih besar dibandingkan Lower Energy (E1).

Hal ini berkebalikan dengan prinsip distribusi electron

dalam kondisi dasar, yaitu jumlah populasi elektron yang

berada pada tingkat yang energi E1 jauh lebih banyak

apabila di bandingkan dengan jumlah populasi ( N2 ) yang

berenergi E2 (E2 > E1 ). Populasi inversi merupakan

teknik utama dalam membangkitkan cahaya laser. Elektron

harus berada pada kondisi tereksitasi agar terjadi populasi

Page 60: FOTONIK - repository.unas.ac.id

54

inversi. Kondisi tereksitasi dapat terjadi melalui absorbs

energy dari sumber daya.

Gambar 6 Populasi Inversi Tidak Dapat Terjadi pada

Sistem Energi 2 Tingkat

Ada zat tertentu di mana elektron pernah tereksitasi;

mereka tetap dalam tingkat energi yang lebih tinggi atau

keadaan tereksitasi untuk waktu yang lebih lama. Sistem

seperti ini disebut sistem aktif atau media aktif yang

umumnya merupakan campuran dari unsur-unsur yang

berbeda. Ketika campuran semacam itu terbentuk, tingkat

energi elektroniknya diubah dan beberapa di antaranya

memperoleh sifat khusus. Jenis bahan tersebut digunakan

untuk membentuk laser 3 tingkat atau laser 4 tingkat.

Page 61: FOTONIK - repository.unas.ac.id

55

(1) – (2) When we supply light energy which is equal to the

energy difference of E3 and E1, the electrons in the lower

energy state (E1) gains sufficient energy and jumps into the

higher energy state (E3). This process of supplying energy

is called pumping. We also use other methods to excite

ground state electrons such as electric discharge and

chemical reactions.

Page 62: FOTONIK - repository.unas.ac.id

56

(3) The lifetime of electrons in the energy state E3 is very

small as compared to the lifetime of electrons in the energy

state E2. Therefore, electrons in the energy level E3 does

not stay for long period. After a short period, they quickly

fall to the Meta stable state or energy state E2 and releases

radiation less energy instead of photons. The electrons in

the Meta stable state E2 will remain there for longer period

because of its longer lifetime. As result, a large number of

electrons accumulate in Meta stable state. Thus, the

population of metal stable state will become greater than

the population of energy states E3 and E1.

(4) After completion of lifetime of electrons in the Meta

stable state, they fall back to the lower energy state or

ground state E1 by releasing energy in the form of

photons. This process of emission of photons is called

spontaneous emission.

(5) – (6) When this emitted photon interacts with the

electron in the Meta stable state E2, it forces that electron

to fall back to the ground state. As a result, two photons

Page 63: FOTONIK - repository.unas.ac.id

57

are emitted. This process of emission of photons is called

stimulated emission.

Consider a group of electrons with four energy levels E1,

E2, E3, E4. E1 is the lowest energy state, E2 is the next

higher energy, E3 is the next higher energy state after E2,

E4 is the next higher energy state after E3. The number of

Page 64: FOTONIK - repository.unas.ac.id

58

electrons in the lower energy state or ground state is given

by N1, the number of electrons in the energy state E2 is

given by N2, the number of electrons in the energy state

E3 is given by N3 and the number of electrons in the

energy state E4 is given by N4. We assume that E1 < E2 <

E3 < E4. The lifetime of electrons in the energy state

E4 and energy state E2 is very less. Therefore, electrons in

these states will only stay for very short period.

1) - 2) When we supply light energy which is equal to the

energy difference of E4 and E1, the electrons in the lower

energy state E1 gains sufficient energy and jumps into the

higher energy state E4.

3) The lifetime of electrons in the energy state E4 is very

small. Therefore, after a short period they fall back into the

next lower energy state E3 by releasing non-radiation

energy.

4) The lifetime of electrons in the energy state E3 is very

large as compared to E4 and E2. As a result, a large number

of electrons accumulate in the energy level E3. After

Page 65: FOTONIK - repository.unas.ac.id

59

completion of their lifetime, the electrons in the energy

state E3 will fall back into the next lower energy state

E2 by releasing energy in the form of photons.

5) Like the energy state E4, the lifetime of electrons in the

energy state E2 is also very small. Therefore, the electrons

in the energy state E2 will quickly fall into the next lower

energy state or ground state E1 by releasing non-radiation

energy.

6) – 7) Thus, population inversion is achieved between

energy states E3 and E2.

Komponen Laser

Sebuah laser harus memiliki komponen berikut ini agar

bisa bekerja.

1. Active Medium

It means to amplify light. The active medium may be

any material that is solid, liquid, gas or plasma.

Subclassifications of neutral gas, ion, metal vapor, and

molecular lasers exist in the category of gas lasers. The

only liquid laser discussed here is the dye laser. Solid

Page 66: FOTONIK - repository.unas.ac.id

60

lasers may be crystalline, amorphous (at least in the

case of the Nd-Glass laser), or even a semiconductor.

The common laser mediums include ruby and

Nd:YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminum

Garnet) (solids); organic dyes, such as rhodamine 60,

coumarin 2 and coumarin 30, dissolved in solvents

such as alcohol or water (liquids); and He–Ne, CO2,

argon and nitrogen (gases).

Gambar 7. Energy level diagram for a four-level laser

system showing the means to amplify light

2. Pumping Source

It means to excite the active medium to the amplifying

state. Any energy source can be used as a pumping

source. The common pumping sources include flash

lamps (incoherent light), lasers (coherent light),

Page 67: FOTONIK - repository.unas.ac.id

61

electrons (DC, RF or pulsed gas discharge, electron

beam), chemical reactions, ion beams and X-ray

sources.

- A focused pulse of light, for solid lasers such as the

Nd:YAG and solid-state lasers

- A DC or RF power supply, for gas lasers such as

CO2, excimer and He–Ne lasers

- An electric current, chemical reactions, and ion

beams, for liquid lasers such as semiconductor or

free electron lasers

Output power is proportional to the power of the

pumping source and the amount of active medium.

3. Optical Resonator

An optical resonator causes the light generated by the

active medium, parallel to its axis, to be reflected back and

forth through the medium. The laser medium is

surrounded by two parallel mirrors which provides

feedback of the light. One mirror is fully reflective (100 %

reflective) whereas another one is partially reflective (<100

% reflective). These two mirrors as a whole is called optical

Page 68: FOTONIK - repository.unas.ac.id

62

resonator. Optical resonator is also known as optical cavity

or resonating cavity.

These two mirrors are given optical coatings which

determine their reflective properties. Optical coating is a

thin layer of material deposited on materials such as mirror

or lens. Each mirror is coated differently. Therefore, each

mirror will reflect the light differently. One mirror will

completely reflect the light whereas another one will

partially reflect the light.

The completely reflective mirror is called high reflector

whereas the partially reflective mirror is called output

coupler. The output coupler will allows some of the light

to leave the optical cavity to produce the laser’s output

beam.

The light generated within the laser medium will bounce

back and forth between the two mirrors. This stimulates

other electrons to release light while falling to the ground

state. Likewise, a large number of electrons are stimulated

to emit light. Thus, optical gain is achieved.

Page 69: FOTONIK - repository.unas.ac.id

63

This amplified light escapes through the partially reflecting

mirror. The process of stimulating electrons of other

atoms to produce light in the laser medium is called

stimulated emission.

Gambar 3.2. Components of Laser

The basic laser consists of two mirrors which are placed

parallel to each other to form an optical oscillator, that is, a

chamber in which light travelling down the optic axis

between the mirrors would oscillate back and forth

between the mirrors forever if it is not prevented by some

mechanism such as absorption. Between the mirrors is an

active medium which is capable of amplifying the light

oscillations by the mechanism of stimulated emission as

Page 70: FOTONIK - repository.unas.ac.id

64

just described. There is also some system for pumping the

active medium so that it has the energy to become active.

Gambar 3.3. Basic construction of a laser cavity: a stable, b

unstable, and c stable cavity with an aerodynamic window

One of the two mirrors is partially transparent to allow

some of the oscillating power to emerge as the operating

beam. The other mirror is totally reflecting to the best that

can be achieved (99.999% or some such figure). This

mirror is also usually curved to reduce the diffraction

losses of the oscillating power.

Page 71: FOTONIK - repository.unas.ac.id

65

2.2. Laser Zat Padat

Dari banyak jenis material zat padat dapat dibuat sebagai

bahan aktif laser, hanya beberapa diantaranya yang terbukti

berhasil secara komersial dan beberapa lagi diantaranya

merupakan laser yang dapat divariasi panjang

gelombangnya.

Secara umum sistem laser zat padat didasarkan pada

medium kristal yang berfungsi sebagai medium aktif.

Interaksi antara elemen bahan aktif laser dengan materinya

berpengaruh pada operasi laser zat padat. Medium aktif

pengemisi cahaya dalam laser zat padat hanya merupakan

sebagian kecil dari atom kristal secara keseluruhan. Secara

kimiawi elemen atom bahan aktif laser hanya berupa

dopant yang ditambahkan ke dalam suatu kristal yang

berlaku sebagai medium.

Ditinjau dari sifat panjang gelombang berkas cahaya yang

dipancarkan, laser zat padat dibedakan menjadi dua

kelompok yaitu laser zat padat monokromatis seperti laser

ruby dan Nd:YAG, dan laser zat padat polikromatis yang

Page 72: FOTONIK - repository.unas.ac.id

66

dapat dipilih panjang gelombangnya seperti laser

Alexandrite, titanium, dan sapphire.

Prinsip Kerja

Laser ruby merupakan jenis laser zat padat yang pertama

tetapi jauh dari ideal. Jenis ini termasuk jenis laser 3 tingkat

yang kurang efisien dalam hal pemompaan dibandingkan

dengan laser Nd:YAG. Laser ruby terbuat dari sintesis ruby

menggunakan aluminum oksida dengan doping chromium

membentuk kristal transparan dan berwarna merah muda.

Atom chromium dalam kristal ruby akan menyerap cahaya

biru (400 nm) atau hijau (550 nm) dari lampu kilat xenon.

Hal ini akan mengakibatkan adanya loncatan elektron yang

berada di dasar dan tereksitasi. Setelah orde 100 nanodetik,

terjadi peluruhan dari fasa eksitasi ke metastabil. Setelah

tiga milidetik akan terjadi emisi terstimulasi dimana

elektron kembali ke dasar dengan proses memancarkan

energi. Emisi akibat transisi dari metastabil ke tingkat

terendah pada chromium ini menimbulkan cahaya merah

sebesar 694.3 nm.

Page 73: FOTONIK - repository.unas.ac.id

67

Akan tetapi setelah inversi populasi tercapai, sejumlah

besar tenaga dapat ditampung dalam kristal dan dalam

keadaan yang tepat tenaga akan dilepas menjadi pulsa laser

tunggal yang berdaya besar.

Gambar Prinsip Kerja Laser Ruby

Sistem pelepasan tenaga menjadi pulsa laser yang bersifat

tunggal dan berdaya besar sangat efektif menggunakan

electro optics shutter dalam rongga laser. Electro optics shutter ini

mampu menahan aksi laser untuk berhenti beberapa saat

Page 74: FOTONIK - repository.unas.ac.id

68

sampai keadaan inversi populasi mencapai maksimum dan

dibuka pada saat yang tepat sehingga menghasilkan emisi

laser pulsa tunggal berdaya besar.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar, bahwa

terdapat dua buah cermin yang diletakkan di kedua ujung

batu ruby. Salah satu cermin dibuat half-silvered (hanya

memantulkan sebagian cahaya; sementara cahaya yang

tidak dipantulkan dapat menerobos keluar).

Ruby diberi stimulasi energi (disinari dengan cahaya)

sehingga beberapa elektronnya tereksitasi. Kemudian

elektron yang tereksitasi ini berusaha kembali ke tingkat

energi awal dengan melepaskan cahaya (foton), dimana

telah dijelaskan di awal bahwa laser ini akan mengemisi

cahaya merah sebesar 694.3 nm.

Cahaya ini memantul-mantul pada permukaan cermin dan

menyinari elektron-elektron tetangganya sehingga

menyebabkan tereksitasinya para elektron tetangga

tersebut. Elektron-elektron ini kemudian juga

mengemisikan cahaya untuk kembali ke keadaan

Page 75: FOTONIK - repository.unas.ac.id

69

normalnya. Begitu seterusnya, hingga sebagian cahaya

berhasil menerobos keluar dari half-silvered mirror akibat dari

efek electro optics shutter. Sinar ini merupakan sinar yang

monokromatik, koheren, dan berfasa tunggal (single phase).

Sinar inilah yang kita kenal sebagai sinar laser.

Spesifikasi Laser Ruby

Setiap laser memiliki spesifikasi tertentu agar nantinya

dapat dijadikan acuan untuk diterapkan dalam bidang apa,

sehingga efektif untuk penggunaannya. Spesifikasi dari

laser ruby ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel Spesifikasi Laser Ruby

Med

ium

Panj

ang

gelo

mba

ng

Kel

uara

n

Mod

e

Efis

iens

i %

Las

er d

iam

eter

(m

m)

Peny

impa

ngan

(m

rad)

Ruby 694

nm

30 mJ-

100 mJ

10 ns-

10 ms

up to 3

Hz prf

0,5 5-10 5

Page 76: FOTONIK - repository.unas.ac.id

70

Aplikasi

Aplikasi laser ruby ini adalah pada bidang kesehatan, yaitu

dalam klinik penghapusan tato dan hair removal, dan

sebagai industri aplikasi yaitu dalam memotong berlian dan

teknik holografi

2.3. Laser Zat Cair

Laser zat cair yang akan dibahas kali ini adalah laser dye

yang merupakan pengembangan dari laser gas dimana

frekuensi osilasinya bisa diubah-ubah. Laser ini

menggunakan pewarna organik kompleks, yaitu Rhodamin

6G yang diaplikasikan dalam larutan cair sebagai medium

aktifnya. Laser dye ini dirancang untuk memberikan

semburan pendek dari cahaya dan ada beberapa tipe yang

dapat dituning sehingga dapat bekerja pada panjang

gelombang yang berbeda, meskipun panjang gelombang

kuning (495 nm) adalah yang paling umum

Prinsip Kerja

Tingkatan energi elektronik terdiri dari tingkatan energi

vibrasi kira-kira 1400 cm-1 sampai 1700 cm-1 sedang energi

Page 77: FOTONIK - repository.unas.ac.id

71

rotasi kira-kira 100 kali lebih kecil. Terdapat tingkat energi

singlet, dimana spin total s = 0 dan tripelt dangan s = 1.

Gambar Tingkat Energi Laser Dye

Transisi antar tingkat energi elektronik hanya mungkin

terjadi bila S = 0. Bila suatu cairan dye mendapat radiasi

cahaya yang panjang gelombangnya jatuh pada daerah

absorbsi, molekul akan tereksitasi dari S0 ke suatu tingkat

vibrasi S1. Tumbukan yang mengikuti eksitasi ini akan

Page 78: FOTONIK - repository.unas.ac.id

72

menurunkan tingkat energi vibrasi ke tingkat terendah di

S1. Dari tingkat ini, molekul akan turun melalui emisi

spontan dalam waktu tertentu ke salah satu tingkat energi

vibrasi rotasi di S0. Hal ini menimbulkan emisi cahaya

dengan panjang gelombang lebih besar dibandingkan

dengan panjang gelombang yang menimbulkan absorbsi.

Bila intensitas radiasi yang menimbulkan absorbs cukup

tinggi pada orde 106KW/cm2 inversi populasi antara S1

dan S0 akan dapat terjadi. Transisi laser dapat dapat terjadi

pada pita fluorosensi kecuali pada daerah dimana terjadi

overlap dengan pita absorpsi dan fluoresensi.

Gambar Laser Dye

Laser Dye ini diosilasikan mulai dari panjang gelombang

UV-IR. Lampu dari qhartz yang diisi gas Xenon dengan

Page 79: FOTONIK - repository.unas.ac.id

73

tekanan tinggi yang dieksitasikan dengan discharge

kapasitor flash-lamp berfungsi sebagai pumping source. Cara

kerjanya juga sama seperti laser zat padat dengan ruby,

yaitu dengan menggunakan dielektrik mirror untuk

memantul-mantulkan hasil emisi radiasi nya.

Aplikasi

Aplikasi dari laser dye sendiri adalah untuk menghilangkan

tanda lahir dan tanda hiper-pigmentasi pada kulit. Aplikasi

lainnya, dimana pengaturan laser ini dengan daya rendah

digunakan untuk meningkatkan penampilan kerutan

dengan merangsang pertumbuhan kembali jaringan di

bawah kulit, sehingga mampu dalam memperbaiki

penampilan bekas jerawat (secara anon-ablatif), tetapi

bukan untuk menghapus atau menguapkan jaringan

tersebut secara langsung untuk diganti dengan yang baru

(secara ablatif).

Page 80: FOTONIK - repository.unas.ac.id

74

Spesifikasi

Tabel Spesifikasi Dye Laser

Medium Panjang

gelombang Keluaran Mode

Efisiensi %

Laser diameter

(mm)

Penyimpangan (mrad)

Flash lamp

pumped 340-940 nm

Up to 50 W

200 ns-4 μs pulsa, up to 50

Hz Up to 1 5-20 0,5-5

Ion laser pumped

400-1000 nm

Up to 2 W

cw 5-25 0,6-1 1-2

Pulsed laser

pumped

300-1000 nm

Up to 15 W

3-50 ns pulsa up to 10 kHz

Depends on pump

light 2-10 0,36

Page 81: FOTONIK - repository.unas.ac.id

75

2.4. Laser Zat Gas

Laser gas memiliki linewidth yang lebih sempit daripada

laser zat padat dan cair lainnya. Pelebaran garis ini berasal

dari tumbukan antar atom / molekul gas. Karena pada

umumnya tekanan gas yang digunakan beberapa Tor atau

kurang, kontribusi terbesar berasal dari pelebaran karena

efek dopler. Hal ini menyebankan proses pemompaan

secara optic dengan menggunakan flash lamp seperti pada

laser zat padat atau cair tidak mungkin diterapkan pada

laser gas

Proses pemompaan umumnya secara listrik dengan

melewatkan arus listrik DC atau AC pada medium gas yang

akan menimbulkan electron bebas dan ion. Adanya medan

listrik akan mempercepat muatan ini sehingga dapat

memperoleh energi kinetic untuk menimbulkan eksitasi

selanjutnya melalui tumbukan. Pada gas dengan tekanan

rendah seperti umumnya digunakan dalam laser gas, energy

kinetic electron jauh lebih besar disbanding dengan atom

ion.

Eksitasi secara listrik terjadi melalui 2 cara :

Page 82: FOTONIK - repository.unas.ac.id

76

1. Untuk gas yang terdiri dari satu jenis , eksitasi terjadi

dari tumbukan electron dimana X dan X+ adalah

tingkat dasar dan tingkat eksitasi

2. Untuk gas yang terdiri dari 2 jenis misalnya A dan B

eksitasi dapat terjadi melalui tumbukan antara atom

yang berlainan jenis melalui proses resonansi energy

transfer

Gambar 1. resonan energy transfer antara A dan B

Atom A berada dalam keadaan eksitasi sedang B pada

tingkat dasar. Bila selisih tingkat energi eksitasi atom A dan

B kurang dari kT, maka pada saat tumbukan akan terjadi

perpindahan tingkat energi eksitasi dari A ke B, proses ini

penting dalam pemompaan atom B bila tingkat eksitasi A

adalah tingkat metastable, tingkat ini menjadi semacam

cadangan energi untuk eksitasi atom B.

Page 83: FOTONIK - repository.unas.ac.id

77

Atom yang tereksitasi akan pindah ke tingkat yang lebih

rendah melalui 4 cara, yaitu:

1. Tumbukan antara elektron dan atom elektron, dimana

atom memberikan energinya pada elektron (tumbukan

jenis kedua)

2. Tumbukan antar atom

3. Tumbukan antar atom dan dinding tabung

4. Emisi spontan

Laser He Ne merupakan contoh laser dengan λ= 0.633

μm, λ= 1.15 μm dan λ= 3.39 μm . laser He Ne dengan λ=

0.633 μm merupakan yang paling banyak digunakan

Prinsip kerja :

Mekanisme populasi inverse pada laser He-Ne meliputi

kombinasi dari tumbukan electron He dengan taranfer

Page 84: FOTONIK - repository.unas.ac.id

78

electron dari helium ke neon. Perbandingan campuran gas

ini berkisar 90% helium dan 10% neon. Senyawa gabungan

gas helium dan neon ditempatkan pada rongga tertutup,

resonant cavity, yang diapit oleh dua buah cermin.

Salah satu cermin memantulkan berkas foton secara

sempurna dan yang lainya memantulkan sebagian.

Pemantulan dari cermin ini berfungsi untuk memperkuat

cahaya laser. Ketika terjadi proses penembakan gas,

electron akan terakslerasi turun dari tabung yang kemudian

akan menumbuk atom helium, sehingga atom tersebut

akan tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Gambar berikut ini menjelaskan tingkat energi relatif dari

helium dan neon. Atom helium sangat mudah tereksitasi ke

tingkat energi F2 dan F3. Pada tingkat ini energi atom

helium stabil (metastable) dan butuh waktu yang lama

sebelum terjadi de-eksitasi.

Sebagian besar eksitasi dari neon berhubungan dengan

energi eksitasi tingkat F2 dan F3 dari helium. Dimana

ketika atom helium pada tingkat F2 dan F3 bertumbukan

Page 85: FOTONIK - repository.unas.ac.id

79

dengan atom neon pada tingkat energi rendah E1 terjadi

perpindahan energi. Terjadinya perpindahan energi ini

mengakibatkan atom neon di tingkat E1 tereksitasi ke

tingkat E4 dan E6. Hal ini membantu proses inversi

populasi neon antara energi tingkat energi tinggi dan energi

tingkat rendah E5 dan E3.

Proses selanjutnya yaitu terjadinya perpindahan tingkat

energi atom neon dari tingkat energi tinggi E4 dan E6 ke

tingkat energi rendah E3 dan E5 , yang menyebabkan emisi

foton dengan panjang gelombang bervariasi.

Page 86: FOTONIK - repository.unas.ac.id

80

Spesifikasi :

HeNe Laser – Red 633 nm

Spesifikasi Nilai

Min Output Power 0.5 mW

Spatial Mode TEM00

Polarization 500:1

Beam Diameter (mm) 1.41

Beam Divergence Full Angle (mrad) 1102

Noise (%) 1.0

Beam Drift, Long Term (mrad) <0.05

Power Requirements 115 VAC, 50/60 Hz

HeNe Laser – Green 543 nm

Spesifikasi Nilai

Min Output Power 0.5 mW

Spatial Mode TEM00

Polarization Random

Beam Diameter (mm) 0.64

Beam Divergence Full Angle

(mrad)

1.07

Noise (%) 1.0

Page 87: FOTONIK - repository.unas.ac.id

81

Beam Drift, Long Term (mrad) <0.05

Power Requirements 120/240 VAC, 50/60

Hz

HeNe Laser – Infrared

Spesifikasi Nilai

Min Output Power 2.0 mW

Spatial Mode TEM00

Polarization 500 : 1

Beam Diameter (mm) 1.09

Beam Divergence Full Angle

(mrad)

1.34

Noise (%) 1.0

Beam Drift, Long Term (mrad) <0.05

Power Requirements 120/240 VAC, 50/60

Hz

Aplikasi

Di bidang medis, yaitu sebagai alat penyembuhan dalam

pengobatan penyakit otak dan jantung, seperti infark

serebral, psoriasis, tuli mendadak dll

Page 88: FOTONIK - repository.unas.ac.id

82

2.5. Laser Semikonduktor

Laser semikonduktor yang pertama diciptakan oleh R.H.

Rediker dkk. (Lincoln Lab, MIT), M.I. Nathan dkk.

(Yorktown Heights, IBM) dan R.N. Hall dkk. (General

Electric Research Lab.) pada tahun 1962. Diode yang

digunakan adalah galiun arsenida-flosfida GaAsP (sinar-

tampak merah). Diode ini merupakan sambungan

homojunction. Tipe GaAsP bisasanya diberi doping seng (Zn)

dan tipe N-nya diberi doping tellurium (Te).

Proses Pemompaan

Laser ini juga disebut laser injeksi, karena pemompaannya

dilakukan dengan injeksi arus listrik lewat sambungan PN

semikonduktornya. Jadi laser ini merupakan diode dengan

bias maju biasa. Proses laser jenis ini mirip dengan kerja

LED biasa. Pancaran fotonnya disebabkan oleh

bergabungnya kembali elektron dan lubang (hole) di daerah

sambungan PN.

Bahan semikonduktor yang dipakai harus memiliki gap

energi yang langsung, agar dapat melakukan radiasi foton

tanpa melanggar hukum kekekalan momentum. Oleh

Page 89: FOTONIK - repository.unas.ac.id

83

sebab itulah laser semikonduktor tidak pernah

menggunakan bahan seperti silikon maupun germanium

yang gap energinya tidak langsung.

Laser semikonduktor memiliki dua syarat yang harus

dipenuhi agar dapat dihasilkan foton. Hal yang pertama,

bahannya harus diberi doping banyak sekali sehingga

tingkat energi Fermi-nya melampaui tingkat energi pita

konduksi di bagian N dan masuk ke bawah tingkat energi

pita valensi di bagian P. Hal ini perlu agar keadaan inversi

populasi di daerah sambungan PN dapat dicapai.

Hal yang kedua, rapat arus listrik maju yang digunakan

haruslah besar, begitu besar sehingga melampaui harga

ambangnya. Besarnya sekitar 50 ribu ampere/cm2 agar

laser yang dihasilkan bersifat kontinu. Rapat arus ini luar

biasa besar, sehingga diode laser harus ditaruh di dalam

kriostat supaya suhunya tetap rendah (77 K ), jika tidak

arus yang besar ini dapat merusak daerah sambungan PN

dan diode berhenti menghasilkan laser.

Page 90: FOTONIK - repository.unas.ac.id

84

Gambar Laser Semikonduktor dan Diagram Energinya

Pada gambar di atas tampak bahwa di sebagian daerah

deplesi terjadi inversi populasi jika sambungan PN diberi

tegangan maju, daerah ini disebut lapisan aktif. Daerah

deplesi adalah daerah di sekitar sambungan PN yang tidak

memiliki pembawa muatan listrik bebas. Pada saat

dilakukan injeksi arus listrik melalui sambungan, elektron-

elektron di pita konduksi pada lapisan aktif dapat

bergabung kembali dengan lubang-lubang di pita valensi.

Untuk arus injeksi yang kecil penggabungan ini terjadi

secara acak dan menghasilkan radiasi, proses ini adalah

yang terjadi pada LED. Tetapi apabila arus injeksinya

cukup besar, pancaran terangsang mulai terjadi di daerah

lapisan aktif. Lapisan ini berfungsi pula sebagai rongga

resonansi optisnya, sehingga laser akan terjadi sepanjang

Page 91: FOTONIK - repository.unas.ac.id

85

lapisan ini. Pelapisan seperti yang dilakukan pada cermin di

sini tidak diperlukan lagi karena bahan diode sendiri sudah

mengkilap (metalik), cukup bagian luarnya digosok agar

dapat memantulkan sinar yang dihasilkan dalam lapisan

aktif.

Dioda laser dengan sambungan Heterojunction

Sambungan heterojunction dibuat untuk mengatasi besarnya

rapat arus yang dibutuhkan dalam proses kerja laser

semikonduktor. Pada sambungan homojunction, hanya

sebagian kecil elektron-elektron yang diinjeksikan dari

daerah N yang bergabung dengan lubang di lapisan aktif,

kebanyakan dari mereka berdifusi jauh masuk ke dalam

daerah P sebelum bergabung kembali dengan lubang-

lubang. Efek difusi inilah yang menyebabkan besarnya

rapat arus listrik yang dibutuhkan dalam proses kerja laser

semikonduktor.

Besarnya rapat arus listrik ini dapat diturunkan dengan

membatasi gerakan elektron yang diinjeksikan ke suatu

daerah yang sempit, agar mereka tidak berdifusi kemana-

Page 92: FOTONIK - repository.unas.ac.id

86

mana. Pembatasan gerakan elektron ini dapat dilakukan

dengan membuat sambungan heterojunction.

Heterojunction yang paling umum dipakai adalah sambungan

antara GaAs dan AlGaAs. GaAs memiliki gap energi yang

lebih sempit, sehingga bila ia dijepit oleh dua daerah

AlGaAs bertipe P dan N, elektron-elektron yang

diinjeksikan dari daerah N dan lubang-lubang dari daerah P

akan bergabung di GaAs ini, jadi GaAs berfungsi sebagai

lapisan aktifnya.

Gambar Diagram Energi Heterojunction

Laser heterojunction GaAs - AlGaAs dapat bekerja secara

kontinu pada suhu kamar hanya dengan rapat arus

minimum sebesar 100 ampere/cm2, 500 kali lebih kecil

dibandingkan rapat arus pada laser GaAs yang homojunction.

Page 93: FOTONIK - repository.unas.ac.id

87

Keunggulan dan Kelemahan

Keunggulan yang dimiliki laser semikonduktor adalah

dimensi ukurannya, yaitu hanya sekitar 0,1 x 0,1x 1,25 mm,

sehingga sangat cocok untuk peralatan yang dapat dibawa-

bawa. Keunggulan lainnya adalah fleksibilitas gap energi

bahan-bahan yang dipakai. Lebar gap dapat diatur sesuai

dengan kebutuhan, yang berarti orang dapat memilih

panjang gelombang laser yang dihasilkannya. Misalnya,

substrat indium fosfida ( InP ) yang dipakai pada laser

InGaAsP, laser yangdihasilkan dapat diatur berpanjang

gelombang sekitar 1,3 atau 1,55 mikrometer, panjang

gelombang dimana gelombang elektromagnetik paling

sedikit diserap oleh bahan serat optik. Hal ini membuat

laser InGaAsp menjadi pilihan yang tepat untuk

komunikasi jarak jauh dengan serat optik.

Kelemahan sistem laser ini adalah sifatnya yang tidak

monokromatik, karena transisi elektron yang terjadi

bukanlah antar tingkat energi tapi antar pita energi, padahal

pita energi terdiri dari banyak tingkat energi.

Page 94: FOTONIK - repository.unas.ac.id

88

Spesifikasi

Secara umum, laser semikonduktor memiliki spesifikasi

sebagai berikut :

- Frekuensi > 200 MHz

- Response time < 1 ns

- Optical bandwidth < 2 nm

- Daya > puluhan miliwatt

- Memerlukan lasing cavity – Fabry Perot Resonator cavity

longitudinal 250 mm-lateral 500 mm, transversal 5-

15 mm.

- Degree of coherence 0.88

Page 95: FOTONIK - repository.unas.ac.id

89

Spesifikasi Laser Semikondutor Tipe LD808NI

Besaran Nilai Besaran Nilai

Panjang gelombang 805 nm Divergence- 33 degree (FWHM)

Daya keluaran 1.0 – 1.2 Watt Divergence-// 5.7 degree (FWHM)

Special Width < 3 nm (FWHM) Temp. Coefficient 0.27 nm/0 C

Threshold Current 0.32 A Operating Temp. < 500 C

Maximum Currrent 1.12 A Lifetime 5,000 hours

Active Area 200 x 1 µm

Page 96: FOTONIK - repository.unas.ac.id

90

2.6. Quantum Cascade Laser (QCL)

Quantum Cascade Laser sebenarnya merupakan laser

semikonduktor tipe yang baru yang dapat membangkitkan

cahaya pada mid-band ke panjang gelombang inframerah,

biasanya di antara 4-12 mikron. Sejak penemuan QCL di

tahun 1994 oleh Federico Capasso. QCL menyajikan

kombinasi yang luar biasa dari solid state dan laser menjadi

teknologi baru.

Prinsip kerja

Semikonduktor menyerap cahaya ketika electron-elektron

tereksitasi dari pita valensi menuju pita konduksi, sehingga

akan ada hole pada pita valensi. Capasso menjelaskan

bahwa cahaya diemisikan pada process yang sebaliknya

yaitu ketika electron dari pita konduksi jatuh ke pita

valensi. Pada laser semikonduktor yang konvensional

terdapat region aktif yang terdiri atas lapisan dari 2 bahan

semikonduktor yang berbeda pada dasarnya membentuk p-

n junction. Elektron-elektron dan hole diinjeksi ke region

aktif dimana mereka dibentuk lagi dan dapat menghasilkan

foton.

Page 97: FOTONIK - repository.unas.ac.id

91

Lapisan pemisah bertugas sebagai pemandu gelombang

untuk mengatur cahaya foton ke target yang diinginkan. 2

lapis cladding pada bagian yang berlawanan di region aktif

dan bahan berindeks bias rendah memandu cahaya laser

secara pararel ke lapisan-lapisan. Ini yang membuat radiasi

memantul kembali seterusnya antara 2 permukaan kristal

yang bertugas seperti cermin laser.

Karena radiasi dibuat oleh drekombinasi electron-elektron

pada pita konduksi dengan hole pada pita valensi. Panjang

gelombang ditetapkan oleh beda energi minimum antara 2

pita energy dari sifat dasar semikonduktor yang

mengendalikan sifat optisnya. Hasilnya, jika ingin

mngubah panjang gelombang laser semikonduktor

konvensional, harus memilih material yang berbeda.

Laser QC mengandalkan hanya pada satu jenispembawa

muatan, elektron, dan sering disebut laser unipolar. Emisi

foton bergantung dengan mekanisme yang berbeda sama

sekali, yang terdiri dari electron dari tingkat enenrgi tinggi

ke energi yang rendah. Tangga-tangga quantum berupa

lapisan yang sangat tipis dari 2 semikonduktor yang

Page 98: FOTONIK - repository.unas.ac.id

92

berbeda. Tebalnya dalam orde nanometer dan electron

dibatasi dari lapisan primer ke lapisan tengah.

Elektron memiliki sifat seperti gelombang karena panjang

gelombang mereka sebanding dengan ketebalan lapisan

tangga kuantum. Gerakan nya tegak lurus terhadap lapisan

terkuantisasi. Hal ini menimbulkan peningkatan tingkat

energi diskrit yang pemisahannya dapat dikendalikan secara

langsung oleh perubahan ketebalan tingkat energi. Pada

QCL , panjang gelombang dapat disesuaikan selama berada

di daerah spektalnya, pada dasarnya pada mid infrared dan

far-infrared.

Gambar Foton dari QCL tak terlihat karena berada pada

range infra merah

Page 99: FOTONIK - repository.unas.ac.id

93

Menggunakan prinsip ini secara radiasi yang berbeda,

Capasso di Bell Labs memiliki demonstrasi laser QC

memancarkan pada setiap panjang gelombang antara 4 dan

24 mikrometer, dengan menggunakan kombinasi material

(aluminiumindium sebuah rsen ide dan galliu m

indiumarsenide) dengan memvariasikan ketebalan kuantum

di daerah aktif. Aspek ini sangat unik, karena sifa kimia dan

komposisi dari material laser menujukkan panjang

gelombang pada seluruh solid state, atom dan molekul

laser.

Satu foton laser dihasilkan oleh masing-masing electron

dan hole pada region aktif. Dalam QCL sejak electron

telah mengemisikan cahaya laser dengan lompatan dari

tingkat energi atas ke tingkat energi bawah , itu tetap

berada pada pita konduksi. Dari sana, itu di-recycle dengan

injeksi ke stage yang identik, dimana foton kedua

diemisikan dan seterusnya, yang mana akan menghasilkan

banyak foton pada banyak tingkatan. Sehingga foton

diemisikan oleh electron secara cascade yang dipicu oleh

tegangan.

Page 100: FOTONIK - repository.unas.ac.id

94

Gambar Pada laser diode (bagian atas)

foton diemisikan ketika electron bertemu hole. Pada QCL,

foton diemisikan setiap waktu ketika electron bergerak dari

tingkat lebih tinggi ke tingkat lebih rendah, dimana energi

pada tiap tangga dipisu oleh tegangan.

Aplikasi

QCL biasa digunakan sebagai sumber cahaya pada

spektroskopi . Karena QCL memiliki brightness yang baik,

Page 101: FOTONIK - repository.unas.ac.id

95

sehingga atom/molekul dapat mudah diamati besar

absorbsinya, sehingga mempermudah salah satunya dalam

penentuan unsur.

Gambar. Spektrokopi menggunakan QCL

Gambar. Display PC hasil identifikasi suatu atom dengan

spektroskopi QCL

Q

Interferom

Liquid

detec

Page 102: FOTONIK - repository.unas.ac.id

96

QCL juga dapat digunakan untuk membantu mendeteksi

unsure kimia, digunakan dalam keamanan, dan lain.lain.

Gambar. Beberapa aplikasi penggunaan QCL

Kesimpulan Jenis Laser

1. He – Ne Lasers

- Laser ini masuk kedalam jenis GAS

- Panjang gelombang laser ini yaitu 0,633 µm dan

laser ini lebih dominan masuk kedalam kategori

VISIBLE (dapat terlihat oleh mata), meskipun ada

beberapa masuk kedalam jenis INFRA RED.

- Rentang daya yang di butuhkan oleh laser ini yaitu:

0.5 – 50 (mW)

Page 103: FOTONIK - repository.unas.ac.id

97

2. Ion Lasers

- Laser jenis ini masuk kedalam jenis GAS

- Panjang Gelombang laser ini yaitu 0.2 µm dan laser

ini masuk kedalam kategori UV dan IR maka jenis

laser ini tidak dapat terlihat oleh mata.

- Rentang daya yang di butuhkan oleh laser ini yaitu:

130 mW

3. Metal Vapor Lasers

- Laser jenis ini masuk kedalam jenis GAS

- Panjang gelombang laser ini yaitu 0.2 – 0.6 µm dan

laser ini masuk kedalam kategori VISIBLE maka

jenis laser ini dapat terlihat oleh mata.

- Rentang daya yang di butuhkan oleh laser ini yaitu :

50-100 (mW)

4. Dye Lasers

- Laser jenis ini masuk kedalam jenis LIQUID

- Panjang gelombang laser ini yaitu 0.05 – 0.1 µm

dan laser ini masuk kedalam kategori VISIBLE

maka jenis laser ini tentu dapat terlihat oleh mata

tanpa menggunakan alat khusus.

Page 104: FOTONIK - repository.unas.ac.id

98

- Rentang daya yang dibutuhkan oleh laser ini yaitu :

160 – 450 (mW)

5. Ruby Lasers

- Laser jenis ini masuk kedalam jenis SOLID –

STATE

- Panjang gelombang dari laser ini yaitu 0.694 µm

dan laser ini masuk kedalam kategori VISIBLE

maka jenis laser ini tentu dapat di lihat oleh mata.

- Rentang daya yang dibutuhkan oleh laser ini yaitu :

10 – 20 (W)

6. Nd – YAG Lasers

- Laser jenis ini masuk kedalam jenis SOLID –

STATE

- Panjang gelombang dari laser ini yaitu 1.06 µm dan

laser ini masuk kedalam kategori INFRA RED

maka jenis laser ini sudah dipastikan tidak akan

terlihat oleh mata tanpa bantuan alat khusus.

- Rentang daya yang di butuhkan oleh laser ini yaitu :

0.04-800 (W)

Page 105: FOTONIK - repository.unas.ac.id

99

7. Nd – Glass Lasers

- Laser ini masuk kedalam jenis SOLID – STATE

- Panjang gelombang dari laser ini yaitu 1.06 µm dan

laser ini masuk kedalam kategori INFRA RED

maka jenis laser ini tentu tidak dapat terlihat oleh

mata tanpa bantuan alat khusus.

- Rentang daya yang di butuhkan oleh laser ini yaitu :

12 – 53 mW

8. Diode Lasers

- Laser ini masuk kedalam jenis SOLID – STATE

- Panjang gelombang dari laser ini yaitu 0.76 -2.4 µm

dan laser ini masuk kedalam kategori INFRA RED

maka sudah dipastikan laser ini tidak dapat terlihat

oleh mata.

- Rentang daya yang di butuhkan oleh laser ini yaitu :

500 (W)

9. CO2 Lasers

- Laser ini masuk kedalam jenis GAS

- Panjang gelombang dari laser ini yaitu 10.6 µm dan

laser ini masuk kedalam kategori INFRA RED

Page 106: FOTONIK - repository.unas.ac.id

100

maka jenis laser ini tentu tidak dapat di lihat oleh

mata.

- Rentang daya yang di butuhkan oleh laser ini yaitu :

3 – 100 (W)

Dari kesembilan jenis laser di atas dapat di simpulkan

bahwa He – Ne Laser, Ion Lasers , Metal Vapor Laser dan

CO2 Lasers masuk kedalam laser jenis Gas, namun hanya

laser Ion Lasers dan CO2 Lasers yang tidak dapat di lihat

oleh mata telanjang, karena Ion Lasers dan CO2 Lasers

masuk kedalam jenis InfraRed. Pada laser jenis Solid –

State terdiri dari empat jenis lasers yaitu: Ruby Lasers, Nd-

YAG Lasers, Nd-Glass Lasers dan Diode Lasers, dari

keempat jenis laser ini hanya satu yang bersifat Visible yaitu

Ruby Lasers, sisanya memiliki sifat Infra Red, lalu ada satu

jenis laser bersifat Liquid yaitu Dye Lasers, jenis laser ini

masuk kedalam kategori Visible sehingga laser ini dapat

terlihat oleh mata tanpa bantuan alat khusus. Jadi laser

yang dapat di lihat tanpa menggunakan alat bantu khusus

yaitu : He-Ne lasers, Dye Lasers, dan Ruby Lasers, sisanya

tentu tidak dapat terlihat oleh mata.

Page 107: FOTONIK - repository.unas.ac.id

101

BAB 3 – SERAT OPTIK

3.1. Pendahuluan

Fiber Optic (Serat optik) adalah saluran transmisi yang

terbuat dari kaca atau plastik yang digunakan untuk

mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat

lain. Cahaya yang ada di dalam serat optik sulit keluar

karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks

bias dari udara. Sumber cahaya yang digunakan adalah laser

karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit.

Serat optik terdiri dari 2 bagian, yaitu cladding dan core.

Cladding adalah selubung dari core. Cladding mempunyai

indeks bias lebih rendah dari pada core akan memantulkan

kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali

kedalam core lagi. Perambatan cahaya pada serat optik dapat

dilihat pada Gambar 1.

Indeks bias bahan core harus lebih besar dari indeks bias

bahan cladding. Bahan core tidak harus terbuat dari bahan

yang sejenis dengan cladding, jadi serat optik (fiber optic) bisa

terbuat dari selembar senar transparant yang berfungsi

Page 108: FOTONIK - repository.unas.ac.id

102

sebagai core dengan cladding udara, sebuah air sebagai core

dan udara sebagai claddingnya, dan lain sebagainya.

Gambar 1 Perambatan Cahaya pada Serat Optik

3.2. Jenis Serat Optik

Berdasarkan sifat karakteristiknya maka jenis serat optik

secara garis besar dapat dibagi menjadi 2 yaitu :

1. Multimode Step index

Pada jenis serat optik ini penjalaran cahaya dari satu

ujung ke ujung lainnya terjadi dengan melalui beberapa

lintasan cahaya, karena itu disebut multimode. Diameter

inti (core) sesuai dengan rekomendasi dari CCITT G.651

sebesar 50 mm dan dilapisi oleh jaket selubung (cladding)

dengan diameter 125 mm. Pada jenis multimode step

Page 109: FOTONIK - repository.unas.ac.id

103

index ini, diameter core lebih besar dari diameter

cladding. Pemanduan cahaya dan profil fiber optic jenis

ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2 Profil Fiber Optic Jenis Multimode Step Index

Karakteristik penampilan serat optik ini sangat

bergantung pada macam material/bahan yang

digunakan. Berdasarkan hasil penelitian, penambahan

prosentase bahan silica pada serat optik ini akan

meningkatkan penampilan (performance).

Tetapi jenis serat optik ini tidak populer karena

meskipun kadar silicanya ditingkatkan, rugi-rugi dispersi

sewaktu transmit tetap besar, sehingga hanya baik

digunakan untuk menyalurkan data/informasi dengan

kecepatan rendah dan jarak relatif dekat.

Ciri-ciri tipe fiber optik jenis ini adalah:

Page 110: FOTONIK - repository.unas.ac.id

104

- Ukuran intinya berkisar 50 mm – 125 mm dengan

diameter cladding 125 mm – 500 mm

- Diameter core yang besar digunakan agar

penyambungan kabel lebih mudah

- Hanya baik digunakan untuk data atau informasi

dengan kecepatan rendah dan untuk jarak yang

relatif dekat.

2. Multimode Graded Index

Pada jenis serat optik multimode graded index ini, core

terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks

bias yang berbeda, indeks bias tertinggi terdapat pada

pusat core dan berangsur-angsur turun sampai ke

batas core-cladding. Akibatnya dispersi waktu berbagai

mode cahaya yang merambat berkurang sehingga

cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaaan.

Pemanduan cahaya dan profil fiber optic jenis ini dapat

dilihat pada Gambar 3.

Makin mengecilnya indeks bias dari pusat core ke

batas core-cladding tersebut menyebabkan kecepatan

rambat cahaya akan semakin tinggi dan akan berakibat

Page 111: FOTONIK - repository.unas.ac.id

105

dispersi waktu antara berbagai mode cahaya yang

merambat akan berkurang dan pada akhirnya semua

mode cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaan di

penerima (ujung serat optik). Diameter core jenis serat

optik ini lebih kecil dibandingkan dengan diameter core

jenis serat optik Multimode Step Index, yaitu 30 – 60 um

untuk core dan 100 – 150 um untuk claddingnya.

Gambar 3 Profil Fiber Optik Jenis Multimode Graded

Index

Ciri-ciri tipe fiber optik jenis ini adalah:

- Diameter corenya antara 30 mm – 60 mm

sedangkan diameter claddingnya 100 mm – 150 mm

- Merupakan penggabungan fiber single mode dan

fiber multimode step index

- Biasanya untuk jarak transmisi 10 – 20 km,

misalnya pentransmisian informasi jarak menengah

seperti pada LAN

Page 112: FOTONIK - repository.unas.ac.id

106

Moda pada Fiber Optik

Moda adalah konfigurasi perambatan cahaya di dalam serat

optik yang memberikan distribusi medan listrik dalam

transverse yang stabil (tidak berubah sepanjang perambatan

cahaya dalam arah sumbu) sehingga cahaya dapat dipandu

di dalam serat optik” (Introduction To Optical Fiber

Communication, Yasuharu Suematsu, Ken – Ichi Iga).

Kumpulan gelombang-gelombang elektromagnetik yang

terpandu di dalam serat optik disebut moda-moda.

Fiber optik sendiri biasanya diategorikan atas struktur dan

tipe transmisinya. Pada dasarnya, terdapat dua tipe fiber

optik jika ditinjau dari modanya, yaitu single mode fibers dan

multimode fibers. Masing-masing nama tersebut dikarenakan

fiber optik tersebut diklasifikasikan menurut banyaknya

moda yang disebarkan sepanjang fiber itu sendiri.

Perbedaan dasarnya adalah pada besarnya diameter core

dari dua tipe fiber optik tersebut.

1. Single Mode Fibers

Ukuran diameter core dari single mode fibers sangatlah

kecil, yaitu berkisar antara 8-10 µm. karena sangat

Page 113: FOTONIK - repository.unas.ac.id

107

kecilnya inti dari serat ini, memungkinkan hanya

panjang gelombang sebesar 1300 nm yang paling baik

untuk dipandu. Sumber cahaya yang digunakan adalah

laser.

Gambar Ilustrasi Pemanduan Gelombang pada Single

Mode Fibers

Single mode fibers ini hanya menyebarkan satu moda

saja, dan besarnya frekuensi ternormalisasi (V) adalah

kurang dari 2,405. Ketika besar V ≤ 2,405, fiber optik

akan tetap terpandu di dalam core, tetapi pada saat

melebihi 2,405 cahaya yang dipandu akan loss ke

cladding. Sedangkan jika nilai V sangat rendah hingga

V ≤ 1, daya yang ditransmisikan akan lebih banyak

tersebar pada cladding, sehingga jika terjadi bending

Page 114: FOTONIK - repository.unas.ac.id

108

akan menyebabkan kehilangan sejumlah daya. Sehingga

fiber optik single mode harus tetap dijaga konstan pada

tingkat 2,405.

Keuntungan Single Mode Fibers:

- Jarak tempuh panjang, sehingga mampu untuk

transmisi jarak jauh (>120km),

- Bandwidth besar,

- Kecepatan transfer tinggi,

- Penyusutan transmisi kecil,

- Hanya terdapat 1 berkas cahaya yang dapat

melewatinya

- Tidak ada dispersi

Kerugian Single Mode Fibers: Fabrikasi dan instalasi

yang susah karena sambungan ukuran diameter core

nya sangat kecil

Aplikasi

Dalam sistem komunikasi serat optik, karena memiliki

jarak tempuh yang panjang, kecepatan transfer yang

tinggi dan hampir tidak ada dispersi.

Page 115: FOTONIK - repository.unas.ac.id

109

2. Multi Mode Fibers

Jika ukuran diameter core dari single mode fibers

sangatlah kecil, maka tidak untuk multi mode fibers,

dimana ukurannya berkisar antara 50-100 mm. Karena

ukuran diameter core yang cukup besar ini,

menyebabkan multi mode fibers mampu untuk

menyebarkan lebih dari 100 moda dalam seratnya.

Gambar Ilustrasi Pemanduan Gelombang pada

Multi Mode Fibers

Panjang gelombang yang mampu untuk dipandu adalah

panjang gelombang dengan nilai antara 850-1300nm.

Sumber cahaya yang digunakan adalah LED, dimana

komponen LED yang cukup murah sehingga

Page 116: FOTONIK - repository.unas.ac.id

110

perangkat yang berperan sebagai sumber cahayanya

juga berharga murah. LED tidak kompleks dalam

penggunaan dan penanganan serta lebih lama

dibandingkan laser.

Keuntungan Multi Mode Fibers:

- Diameter core besar sehingga memudahkan dalam

penyambungan,

- Kompatibel untuk transmisi kecepatan rendah dan

jarak tempuh yang pendek,

- Menggunakan LED sebagai sumber cahaya

sehingga relatif murah dibandingkan dengan laser,

Kerugian Multi Mode Fibers:

- Terjadi dispersi,

- Jarak tempuh yang pendek dan transmisi yang

berkecepatan rendah,

Aplikasi:

- Karena transmisinya yang cukup pendek, maka

dalam sistem komunikasi serat optik sendiri pada

Page 117: FOTONIK - repository.unas.ac.id

111

tipe multi mode lebih digunakan pada instalasi

kabel optik di perkantoran.

Gambar Ilustrasi Perbedaan Diameter Core Single Mode

Fibers dan Multi Mode Fibers

3.3. Aplikasi

Aplikasi serat optic salah satunya ada pada teknologi

Sensor Serat Optik untuk pengukuran parameter non-

optik. Dalam beberapa tahun terakhir bidang pengukuran

dan instrumentasi dengan perkembangan sensor tertentu

berkembang pesat. Pertumbuhan industri telekomunikasi

optoelektronik dan serat optik mengarah pada

pengembangan sensor serat optik. Dalam sensor serat

optik, serat optik digunakan dalam dua cara, baik digunakan

Page 118: FOTONIK - repository.unas.ac.id

112

untuk berkomunikasi dengan perangkat sensor atau

menggunakan serat sebagai sensor itu sendiri. Sekarang

serat optik dipilih di banyak bidang yang menghasilkan

pengembangan konstan dan produksi massal serat optik

dan sensor serat optik.

Sensor serat optik menggantikan sensor tradisional karena

ukurannya yang ringkas, kinerja yang lebih baik, dan

pengurangan biaya. Sensor serat optik mampu mengukur

berbagai parameter lingkungan. Keunggulan sensor serat

optik dibandingkan sensor elektronik konvensional

adalah sebagai berikut:

- Implementasi yang mudah.

- Konduktor arus listrik yang buruk.

- Kemampuan untuk menahan interferensi

elektromagnetik dan interferensi frekuensi radio.

- Ringan, Kuat, lebih tahan terhadap lingkungan yang

keras.

- Sensitivitas tinggi, kemampuan Multiplexing untuk

membentuk jaringan penginderaan.

- Kemampuan penginderaan terdistribusi dan kuasi

terdistribusi.

Page 119: FOTONIK - repository.unas.ac.id

113

- Kemampuan untuk merasakan berbagai parameter

lingkungan [2-8].

Struktur umum sistem sensor serat optik terdiri dari

sumber cahaya, serat optik, elemen penginderaan yaitu

transduser, detektor optik, dan elektronik pemrosesan

sinyal (osiloskop, penganalisis spektrum optik, dll.). Sinyal

optik yang dihasilkan oleh sumber cahaya diteruskan ke

transduser melalui serat optik.

Gambar Komponen dasar sistem sensor serat optik

Parameter lingkungan yang dirasakan oleh transduser

memodulasi sinyal optik. Modulasi dapat berupa

intensitas, fasa, panjang gelombang atau keadaan

polarisasi yang dideteksi oleh detektor optik dan diteruskan

ke elektronik pemrosesan untuk interpretasi lebih lanjut.

Page 120: FOTONIK - repository.unas.ac.id

114

Sumber cahaya dapat berupa LED, LASER atau laser dioda

dll.

Klasifikasi sensor serat optik:

Sensor serat optik dapat diklasifikasikan dalam tiga kategori:

- Lokasi penginderaan,

- Prinsip operasi,

- Aplikasi.

Tergantung pada lokasi penginderaannya, sensor serat optik

dapat diklasifikasikan sebagai ekstrinsik atau intrinsik.

Dalam sensor serat optik ekstrinsik (Gambar 2), serat optik

digunakan untuk membawa cahaya ke dan dari

penginderaan atau elemen modulasi. Di sini serat optik

digunakan hanya untuk membawa sinyal optik.

Dalam sebuah sensor serat optik intrinsik, serat optik itu

sendiri bertindak sebagai sensor. Gangguan eksternal

secara langsung bekerja pada serat yang mengubah sifat

fisik serat yang menghasilkan modulasi sifat optik sinyal

cahaya.

Page 121: FOTONIK - repository.unas.ac.id

115

Tergantung pada prinsip operasi, kategori lebih lanjut

dari sensor serat optik adalah berdasarkan intensitas,

modulasi fase, modulasi panjang gelombang dan sensor

serat optik termodulasi polarisasi. Gangguan eksternal

yang bekerja pada serat optik atau elemen penginderaan

mengubah sifat optik (intensitas, fase, frekuensi, dan status

polarisasi) dari sinyal cahaya yang merambat melalui serat.

Oleh karena itu, dengan mendeteksi sifat-sifat ini kita

dapat mengukur gangguan eksternal.

Berdasarkan aplikasinya, sensor serat optik dapat

diklasifikasikan sebagai berikut:

• Sensor fisik: Digunakan untuk mengukur sifat fisik

seperti suhu, stres, dll.

• Sensor kimia: Digunakan untuk pengukuran pH,

analisis gas, studi spektroskopi, dll.

• Sensor biomedis: Digunakan dalam aplikasi bio-

medis seperti pengukuran aliran darah, kadar

glukosa, dll. [6].

Jenis sensor serat optik:

1. Sensor serat optik berbasis intensitas

Page 122: FOTONIK - repository.unas.ac.id

116

Sinyal yang mengalami beberapa kehilangan penting

untuk sensor serat optik berbasis Intensitas. Sensor ini

menggunakan serat multimode, karena membutuhkan

lebih banyak cahaya.

Perubahan terukur yang diinduksi pada intensitas

optik dapat diperoleh dengan kehilangan

pembengkokan mikro, atenuasi, dan bidang

evanescent. Keuntungan dari sensor ini adalah

Implementasi yang mudah, biaya rendah, kemampuan

multiplexing dan kemampuan penginderaan

terdistribusi nyata [3-6].

Sensor microbend merupakan salah satu sensor yang

berbasis intensitas dimana microbends mekanik

periodik mengakibatkan redaman cahaya yang

ditransmisikan. Seperti yang terlihat pada Gambar 3,

serat optik dilewatkan melalui dua pelat berlekuk.

Dalam susunan ini, pelat atas dapat bergerak sebagai

respons terhadap tekanan. Ketika radius tikungan serat

lebih dari sudut kritis, cahaya mulai bocor ke dalam

kelongsong yang menghasilkan modulasi intensitas [6].

Page 123: FOTONIK - repository.unas.ac.id

117

2. Sensor serat optik termodulasi panjang gelombang

Perubahan panjang gelombang cahaya digunakan

untuk deteksi dalam sensor serat optik termodulasi

panjang gelombang. Contoh sensor modulasi panjang

gelombang adalah sensor fluoresensi, sensor benda

hitam, dan sensor kisi Bragg.

Sensor benda hitam adalah sensor serat optik berbasis

panjang gelombang yang paling sederhana, seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 4 [6]. Di sini, di ujung

rongga benda hitam serat optik ditempatkan.

Rongga benda hitam mulai bersinar dan bertindak

sebagai sumber cahaya saat suhunya meningkat. Filter

pita sempit digabungkan dengan detektor untuk

menentukan profil kurva bodi hitam.

Jenis sensor ini digunakan untuk mengukur suhu

dalam beberapa derajat celcius di bawah medan RF yang

intens. Sensor kisi Bragg adalah sensor serat optik

berbasis panjang gelombang yang paling banyak

digunakan. Pada bagian pendek indeks serat optik

Page 124: FOTONIK - repository.unas.ac.id

118

singlemode dari inti dirubah secara berkala untuk

membentuk kisi Fiber Bragg (FBGs) yang menghasilkan

respon refleksi. Dalam hal ini informasi yang diukur

adalah panjang gelombang yang dikodekan dalam

pantulan Bragg dari kisi. Sensor kisi Fiber Bragg

menawarkan pengukuran regangan terdistribusi semu

dan pemantauan kesehatan struktural.

3. Fase termodulasi Sensor serat optik

Sensor termodulasi fase mendeteksi perubahan fase

cahaya dengan menggunakan teknik interferometri.

Di sini fase cahaya yang merambat melalui serat

sinyal dibandingkan dengan fase cahaya dalam serat

referensi. Mach-Zehnder, Michelson, Fabry-Perot,

atau Sagnac adalah beberapa teknik interferometri.

Teknik interferometri digunakan untuk mengubah

perubahan fasa sinyal optik menjadi perubahan

intensitas yang dideteksi oleh detektor. Sensor serat

optik termodulasi fase lebih sensitif daripada sensor

serat optik berbasis Intensitas. Sensor serat optik

interferometri ini dibuat menggunakan serat optik

Page 125: FOTONIK - repository.unas.ac.id

119

mode tunggal. Sensor ini memiliki aplikasi di berbagai

bidang seperti militer, penelitian ilmiah, dan industri.

4. Sensor serat optik termodulasi polarisasi

Arah medan listrik menentukan status polarisasi

medan cahaya. Linear, elips, dan melingkar adalah

berbagai jenis keadaan polarisasi bidang cahaya. Jika

arah medan listrik tetap pada garis yang sama selama

perambatan cahaya, maka keadaan polarisasi adalah

linier dan jika arah medan listrik berubah maka keadaan

polarisasi adalah elips.

Tegangan atau regangan pada serat optik mengubah

indeks bias serat yang menginduksi perbedaan fasa dan

mengubah keadaan polarisasi keluaran medan cahaya

yang melewati serat. Jadi, gangguan eksternal dideteksi

dengan mendeteksi perubahan status polarisasi

keluaran bidang cahaya.

Pengaturan optik untuk sensor serat optik berbasis

polarisasi seperti yang ditunjukkan pada gambar 5.

Elemen utama dari sensor ini adalah polarizer, serat

Page 126: FOTONIK - repository.unas.ac.id

120

pengawet polarisasi dan penganalisis. Cahaya

terpolarisasi diteruskan ke elemen penginderaan

yaitu polarisasi yang menjaga serat pada sudut

tertentu. Gangguan eksternal bekerja pada bagian ini

yang mengakibatkan perubahan perbedaan fasa antara

dua keadaan polarisasi. Keadaan polarisasi Output

selanjutnya dianalisis dan diberikan ke

photodetector untuk mendeteksi atau mengukur

gangguan eksternal.

Aplikasi sensor serat optik:

Selama akhir 1970-an dan awal 1980-an, sensor serat

optik hanya digunakan untuk aplikasi militer dan ruang

angkasa. Pada tahun 1980-an banyak upaya dilakukan

untuk komersialisasi sensor serat optik dengan

popularitasnya yang semakin meningkat. Dalam beberapa

dekade terakhir banyak penelitian dan pengembangan

dilakukan untuk sensor serat optik yang tepat. Sekarang

sensor serat optik telah banyak digunakan untuk

memantau berbagai parameter lingkungan seperti posisi,

getaran, regangan, suhu, kelembaban, viskositas, bahan

Page 127: FOTONIK - repository.unas.ac.id

121

kimia, tekanan, arus, medan listrik dan beberapa faktor

lingkungan lainnya [2-6].

Sensor serat optik digunakan dalam:

• Pengukuran Mekanis seperti rotasi, percepatan,

pengukuran medan listrik dan magnet, suhu, tekanan,

akustik, getaran, posisi linier dan sudut, regangan,

kelembaban, viskositas, pengukuran kimia

• Pengukuran Listrik & Magnetik

• Penginderaan Kimia & Biologis

• Memantau kesehatan fisik bangunan secara real time.

• Bangunan dan Jembatan: Pemantauan beton selama

pemasangan, pemantauan retakan (panjang,

kecepatan propagasi), pengukuran perpindahan spasial,

evolusi sumbu netral, pemantauan deformasi jangka

panjang (mulur dan susut), interaksi beton-baja dan

evaluasi kerusakan pasca gempa.

• Tunnels: Ekstensometer optik multipoint,

pemantauan konvergensi, evaluasi kubah shotcrete

/ prefabrikasi, dan deteksi kerusakan pemantauan

sambungan.

• Bendungan: Pemantauan pondasi, pemantauan

ekspansi sendi, pengukuran perpindahan spasial,

Page 128: FOTONIK - repository.unas.ac.id

122

pemantauan kebocoran, dan pemantauan suhu

terdistribusi.

• Struktur warisan: Pemantauan perpindahan, analisis

pembukaan retakan, evaluasi kerusakan pasca gempa,

pemantauan restorasi, dan interaksi lama-baru.

• Deteksi Kebocoran pada pipa [7].

Tren masa depan:

Berbagai jenis sensor serat optik dikembangkan dan

dikembangkan kembali dengan ukuran dan kualitas yang

ditingkatkan. Kemajuan dan pengurangan biaya ini

memberikan masa depan yang menjanjikan untuk sensor

serat optik. Jadi, penggunaan sensor serat optik di berbagai

bidang bersama dengan banyak bidang rekayasa dan

biomedis akan meningkat dengan kinerja yang lebih baik.

Beberapa tren masa depan adalah sebagai berikut:

• Untuk mekanisme penginderaan baru dan konfigurasi

sensor Pandu gelombang khusus dapat dirancang.

• Kinerja sensor, fungsionalitas, keandalan, dan

kapabilitas operasi di lingkungan yang keras akan

ditingkatkan dengan teknik fabrikasi mikro yang

Page 129: FOTONIK - repository.unas.ac.id

123

ditingkatkan.

• Untuk mendapatkan jaringan sensor serat optik

kepadatan tinggi, pemrosesan sinyal canggih dan

teknologi jaringan perlu dirancang.

Aplikasi yang lain adalah sensor serat optik untuk deteksi

ancaman beracun dan biologis. Sensor kimia optik dan

serat optik telah dilaporkan secara ekstensif dalam

literatur sejak tahun 1970-an. Sensor serat optik sejak saat

itu menemukan aplikasi dalam penginderaan kimia [1-4],

biokimia [4-8], biomedis dan lingkungan [9-12]. Secara

umum Sensor Fiber Optik diklasifikasikan sebagai sensor

tipe intrinsik dan ekstrinsik.

Dalam jenis sensor ekstrinsik, serat optik hanya digunakan

sebagai alat transportasi cahaya ke sistem penginderaan

eksternal yaitu struktur serat tidak dimodifikasi dengan

cara apapun untuk fungsi penginderaan. Contoh sensor

serat optik ekstrinsik termasuk serat yang diakhiri dalam

lapisan aktif misalnya optode [13], serat yang memiliki

cermin permukaan ujung atau serat yang berhadapan

dengan elemen atau serat transduser lainnya [14]. Sensor

Page 130: FOTONIK - repository.unas.ac.id

124

serat optik intrinsik berbeda dari sensor ekstrinsik, di

mana cahaya tidak harus meninggalkan serat optik untuk

melakukan fungsi penginderaan. Dalam sensor serat optik

intrinsik, struktur serat optik dimodifikasi dan serat itu

sendiri berperan aktif dalam fungsi penginderaan. Contoh

sensor serat intrinsik termasuk, serat dengan kisi-kisi

Bragg, penutup yang dimodifikasi, atau tikungan mikro

atau makro.

Sensor intrinsik serat optik memberikan banyak

keuntungan dibandingkan sensor konvensional, yang

meliputi kekebalan terhadap interferensi elektromagnetik,

ukuran kecil dan kompak, sensitivitas, penginderaan jauh,

kemampuan untuk di- multipleks dan kemampuan untuk

ditanamkan ke dalam berbagai struktur tekstil [15]. Sensor

internsic memiliki karakteristik sensitivitas tinggi,

selektivitas, dan reliabilitas serta dapat melakukan

pengukuran di lokasi tertentu dan real-time.

Polimer konduktor organik (OCP) seperti Polipirol,

Polianilin, Polypthiophene, Polyindoles, Polyacetylenes di

sisi lain memiliki kemampuan unik untuk menunjukkan

Page 131: FOTONIK - repository.unas.ac.id

125

perubahan yang dapat dibalik dalam hambatan listrik dan

sifat optiknya saat terkena uap beracun tertentu. Polimer

konduktor ini mudah disiapkan dan menunjukkan

stabilitas ambien yang sangat baik serta kinetika absorpsi

yang sangat cepat dan dapat dibalik. Oleh karena itu,

mereka telah menarik banyak perhatian di bidang

penginderaan gas. Kelas sensor serat optik yang

dikembangkan menggabungkan keunggulan serat optik

dan polimer konduksi dengan sensitivitas tinggi dan

kemampuan proses yang mudah untuk merasakan asam

klorida, amonia, hidrazin, dan agen saraf organofosfat

stimulan sarin dimethyl- methylphosphonate.

Kelas yang dikembangkan dari sensor intrinsik serat optik

didasarkan pada pendekatan cladding yang dimodifikasi

[16- 20]. Selubung pasif dari serat optik dihilangkan

membentuk bagian kecil dan diganti dengan bahan kemo-

kromik. Setiap perubahan dalam indeks bias kompleks

material karena adanya analit, mengubah sifat transmisi

serat optik. Pekerjaan R&D dilakukan dalam empat

langkah atau tugas utama: i) pemilihan dan karakterisasi

bahan sensitif kimia, seperti Polianilin dan Polipirol, ii)

Page 132: FOTONIK - repository.unas.ac.id

126

desain elemen penginderaan serat optik, iii)

pengembangan proses modifikasi serat optik, dan iv)

karakterisasi dan pengoptimalan sensor serat optik.

Sensor serat optik diuji kepekaannya terhadap uap HCl

dan amonia, dalam kasus penggunaan Polianilin sebagai

kelongsong yang dimodifikasi, dan uap DMMP, Hidrazin

dan Hidrogen peroksida dalam kasus penggunaan

Polipirol sebagai kelongsong

Desain elemen penginderaan serat

Sensor serat optik dikembangkan berdasarkan desain

cladding (atau coating) yang dimodifikasi [16, 17].

Selubung pasif dari serat optik dihilangkan dari bagian

kecil dan diganti dengan bahan kemo-kromik. Setiap

perubahan dalam indeks bias nyata atau absorbansi

material akibat adanya analit mengubah sifat transmisi

serat optik. Ada tiga mode operasi yang berbeda (kasus 1-

3 berikutnya) sensor tergantung pada indeks bias dari

kelongsong yang dimodifikasi (n mcl), yaitu bahan kemo

kromik, relatif terhadap indeks bias inti (n inti) dan indeks

bias dari kelongsong asli (n cl). Sebagai contoh, indeks

Page 133: FOTONIK - repository.unas.ac.id

127

bias film polipirol adalah 1,817 [20] yang jauh lebih tinggi

daripada indeks bias inti 1,45, dan operasi sensor berada

dalam kebocoran.

Kasus 1: Operasi pada prinsip mode cepat berlalu (n cl =

n mcl < n co)

Dalam hal ini karena indeks bias dari kelongsong yang

dimodifikasi sama dengan yang dari kelongsong asli,

kondisi pemandu gelombang tidak berubah di wilayah

yang dimodifikasi dan cahayanya memiliki profil intensitas

Gaussian yang sama di seluruh serat. Terdapat penetrasi

medan yang cepat pada daerah yang dimodifikasi, seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 6. Setiap perubahan

absorbansi material akan mengakibatkan absorpsi cepat

yang akan menyebabkan modulasi intensitas.

Kasus 2: Operasi pada prinsip mode bocor (n mcl> n

co> n cl)

Karena kondisi ini tidak memenuhi refleksi internal total

pada antarmuka antara teras dan cladding yang

dimodifikasi, mode pemandu akan diubah menjadi mode

bocor di wilayah yang dimodifikasi, seperti yang

Page 134: FOTONIK - repository.unas.ac.id

128

ditunjukkan pada Gambar 6. Batas antara udara dan

cladding yang dimodifikasi mendukung refleksi internal

total dan sebagian cahaya akan menyebar dalam

kelongsong yang dimodifikasi dan sebagian dipantulkan

kembali ke inti. Setiap perubahan indeks bias kompleks

dari kelongsong yang dimodifikasi karena analit dapat

mengubah kondisi transmisi pemandu gelombang dan

mengakibatkan perubahan intensitas.

Gambar 6. Skema desain sensor serat optik yang

menunjukkan daerah kelongsong yang dimodifikasi.

Kasus 3: Operasi pada prinsip mode bocor parsial (n cl <

n mcl < n bersama):

Dalam hal ini sensor beroperasi dalam mode bocor parsial

yaitu sudut kritis di wilayah yang dimodifikasi lebih tinggi

dari sudut kritis untuk serat, sehingga beberapa mode orde

Page 135: FOTONIK - repository.unas.ac.id

129

tinggi akan bocor melalui kelongsong yang dimodifikasi

dan mode orde bawah akan berlanjut sebagai mode

terpandu . Setiap perubahan pada bagian nyata atau bagian

kompleks (absorbansi) indeks bias dapat menyebabkan

perubahan intensitas yang ditransmisikan.dan yang

dimodifikasi. Dengan menggunakan metode modulasi

intensitas cahaya total, sensor menunjukkan respon yang

sangat wajar. Namun, teknik Modal Power Distribution

(MPD) menunjukkan peningkatan sensitivitas sensor lebih

lanjut, yang disebabkan oleh lebih banyak interaksi mode

tatanan yang lebih tinggi pada antarmuka inti.

Page 136: FOTONIK - repository.unas.ac.id

130

BAB 4 – DENSE WAVELENGTH

DIVISION MULTIPLEXING (DWDM)

4.1. Prinsip Kerja dan Komponen Utama

Pada mulanya, teknologi WDM (Wavelength Division

Multiplexing) , yang merupakan cikal bakal lahirnya

DWDM, berkembang dari keterbatasan yang ada pada

sistem serat optik, dimana pertumbuhan trafik pada

sejumlah jaringan backbone mengalami percepatan yang

tinggi sehingga kapasitas jaringan tersebut dengan cepatnya

terisi. Hal ini menjadi dasar pemikiran untuk

memanfaatkan jaringan yang ada dibandingkan

membangun jaringan baru.

Konsep ini pertama kali dipublikasikan pada tahun 1970,

dan pada tahun 1978 sistem WDM telah terealisasi di

laboratorium. Sistem WDM pertama hanya

menggabungkan 2 sinyal. Pada perkembangan WDM,

beberapa sistem telah sukses mengakomodasikan sejumlah

panjang-gelombang dalam sehelai serat optik yang masing-

Page 137: FOTONIK - repository.unas.ac.id

131

masing berkapasitas 2,5 Gbps sampai 5 Gbps. Namun

penggunaan WDM menimbulkan permasalahan baru,

yaitu ke-nonlinieran serat optik dan efek dispersi

yang semakin kehadirannya semakin significant yang

menyebabkan terbatasnya jumlah panjang-gelombang 2-8

buah saja di kala itu.

Pada perkembangan selanjutnya, jumlah panjang-

gelombang yang dapat diakomodasikan oleh sehelai serat

optik bertambah mencapai puluhan buah dan kapasitas

untuk masing-masing panjang gelombang pun meningkat

pada kisaran 10 Gbps, kemampuan ini merujuk pada apa

yang disebut DWDM.

Teknologi WDM pada dasarnya adalah teknologi transport

untuk menyalurkan berbagai jenis trafik (data, suara, dan

video) secara transparan, dengan menggunakan panjang

gelombang(l) yang berbeda-beda dalam suatu fiber tunggal

secara bersamaan. Implementasi WDM dapat diterapkan

baik pada jaringan long haul (jarak jauh) maupun untuk

aplikasi short haul (jarak dekat).

Page 138: FOTONIK - repository.unas.ac.id

132

WDM sistem dibagi menjadi 2 segment, dense and coarse

WDM. Sistems dengan lebih dari 8 panjang gelombang

aktif perfibre dikenal sebagai Dense WDM (DWDM),

sedangkan untuk panjang gelombang aktif diklasifikasikan

sebagai Coarse WDM (CWDM). Teknologi CWDM dan

DWDM didasarkan pada konsep yang sama yaitu

menggunakan beberapa panjang gelombang cahaya pada

sebuah serat optik, tetapi kedua teknologi tersebut berbeda

pada spacing of the wavelengths, jumlah kanal, dan

kemampuan untuk memperkuat sinyal pada medium

optik.

Serat optik sebagai media transmisi berkecepatan tinggi

untuk meningkatkan layanan yang baik kepada pelanggan

berusaha terus dikembangkan kualitasnya. Salah satu yang

dikembangkan adalah kapasitas transmisinya, yang saat ini

telah berkembang sampai dengan Dense Wavelength

Division Multiplexing (DWDM).

Page 139: FOTONIK - repository.unas.ac.id

133

Pengertian & Prinsip DWDM

Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM)

merupakan suau teknik transmisi yang yang memanfaatkan

cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda-beda

sebagai kanal-kanal informasi, sehingga setelah dilakukan

proses multiplexing seluruh panjang gelombang tersebut

dapat ditransmisikan melalui sebuah serat optic.

Gambar 1. Perancangan DWDM

Teknologi DWDM adalah teknologi dengan

memanfaatkan sistem SDH (Synchoronous Digital

Hierarchy) yang sudah ada (solusi terintegrasi) dengan

memultiplekskan sumber-sumber sinyal yang ada. Menurut

definisi, teknologi DWDM dinyatakan sebagai suatu

teknologi jaringan transport yang memiliki kemampuan

untuk membawa sejumlah panjang gelombang (4, 8, 16, 32,

dan seterusnya) dalam satu fiber tunggal. Artinya, apabila

Page 140: FOTONIK - repository.unas.ac.id

134

dalam satu fiber itu dipakai empat gelombang, maka

kecepatan transmisinya menjadi 4x10 Gbs (kecepatan awal

dengan menggunakan teknologi SDH).

Teknologi DWDM beroperasi dalam sinyal dan domain

optik dan memberikan fleksibilitas yang cukup tinggi untuk

memenuhi kebutuhan akan kapasitas transmisi yang besar

dalam jaringan. Kemampuannya dalam hal ini diyakini

banyak orang akan terus berkembang yang ditandai dengan

semakin banyaknya jumlah panjang gelombang yang

mampu untuk ditramsmisikan dalam satu fiber.

Prinsip sistem DWDM melakukan beberapa fungsi utama:

- Membangkitkan sinyal

- Menyatukan sinyal-sinyal yang masukmempergunakan

multiplekser

- Pengiriman sinyal

- Pemisahan sinyal yang diterima

- Penerimaan sinyal

Page 141: FOTONIK - repository.unas.ac.id

135

Komponen Utama DWDM

Komponen-komponen penting DWDM adalah sebagai

berikut:

Gambar 2. Komponen utama DWDM

1. Transmitter

Komponen ini adalah komponen yang menjembatani

antara sumber sinyal informasi dengan multiplekser

pada system DWDM. Sinyal dari transmitter ini akan

dimultipleks untuk dapat ditansmisikan.

2. Receiver

Komponen ini adalah komponen yang menerima sinyal

informasi dari demultiplekser untuk dapat dipilah

berdasarkan macam-macam informasi.

3. DWDM terminal multiplexer.

Page 142: FOTONIK - repository.unas.ac.id

136

Terminal mux sebenarnya terdiri dari transponder

converting wavelength untuk setiap signal panjang

gelombang tertentu yang akan dibawa. Transponder

converting wavelength menerima sinyal input optic

(sebagai contoh dari system SONET atau yang

lainnya), mengubah sinyal tersebut menjadi sinyal optic

dan mengirimkan kembali sinyal tersebut menggunakan

pita laser 1550 nm. Terminal mux juga terdiri dari

multiplekser optikal yang mengubah sinyal 550 nm dan

menempatkannya pada suatu fiber SMF-28.

4. Intermediate optical terminal (amplifier).

Komponen ini merupakan amplifier jarak jauh yang

menguatkan sinyal dengan banyak panjang gelombang

yang ditransfer sampai sejauh 140 km atau lebih.

Diagnostik optikal dan telemetry dimasukkan di sekitar

daerah amplifier ini untuk mendeteksi adanya

kerusakan dan pelemahan pada fiber. Pada proses

pengiriman sinyal informasi pasti terdapat atenuasi dan

dispersi pada sinyal informasi yang dapat melemahkan

sinyal. Oleh karena itu harus dikuatkan.

Page 143: FOTONIK - repository.unas.ac.id

137

Sistem yang biasa dipakai pada fiber amplifier ini

adalah system EDFA, namun karena bandwith dari

EDFA ini sangat kecil yaitu 30 nm (1530 nm-1560

nm), namun minimum attenuasi terletak pada 1500 nm

sampai 1600 nm. Kemudian digunakan DBFA (Dual

band fiber amplifier) dengan bandwidth 1528 nm to

1610 nm. Kedua jenis amplifier ini termasuk jenis

EBFA (extended band filter amplifier) dengan

penguatan yang tinggi, saturasi yang lambat dan noise

yang rendah. Teknologi amplifier optic yang lain

adalah system Raman Amplifier yang merupakan

pengembangan dari system EDFA.

5. DWDM terminal demux.

Terminal ini mengubah sinyal dengan banyak panjang

gelombang menjadi sinyal dengan hanya 1 panjang

gelombang dan mengeluarkannya ke dalam beberapa

fiber yang berbeda untuk masing-masing client untuk

dideteksi. Sebenarnya demultiplexing ini beritndak

pasif, kecuali untuk beberapa telemetry seperti system

yang dapat menerima sinyal 1550 nm. Pada transmisi

jarak jauh dengan system client-layer seperti

Page 144: FOTONIK - repository.unas.ac.id

138

demultiplexi sinyal yan selalu dikirim ke 0/E/0.

Teknologi terkini dari demultiplekser ini yaitu terdapat

couplers (penggabung dan pemisah power wavelength)

berupa FIBER BRAGG GRATING dan dichroic filter

untuk menghilangkan noise dan crosstalk.

6. Optikal supervisory channel.

Ini merupakan tambahan panjang gelombang yang

selalu ada di antara 1510 nm-1310 nm. OSC membawa

informasi optik multi wavelength sama halnya dengan

kondisi jarak jauh pada terminal optic atau daerah

EDFA. Jadi OSC selalu ditempatkan pada daerah

intermediate amplifier yang menerima informasi

sebelum dikirimkan kembali.

Sebagai fungsi tambahan, sistem DWDM harus juga

dilengkapi dengan antarmuka (interface) dengan sisi client

untuk menerima sinyal masukan oleh suatu perangkat yang

dinamakan transponder. Transponder berfungsi untuk

mengubah sinyal masukan dari sisi client atau perangkat

lain yang memiliki jenis traffic yang berbeda ke dalam jenis

sinyal yang dikenal dan dapat ditransmisikan oleh sistem

Page 145: FOTONIK - repository.unas.ac.id

139

WDM. Terdapat fungsi lain dari perangkat pada sistem

DWDM yaitu ADM (Add/Drop Multiplekser) dan OXC

(Optical Cross Connect). ADM diperlukan jika antara dua

terminal yang saling terhubung akan diintegrasikan atau

disisipkan terminal lain. Fungsi ADM juga dilakukan oleh

sebuah multiplekser dan demultiplekser.

Gambar 3. Letak tata komponen DWDM

Page 146: FOTONIK - repository.unas.ac.id

140

Gambar 4. Sistem DWDM dengan ADM

Optical cross connect atau OXC diperlukan jika akan

melakukan integrasi atau interkoneksi beberapa jaringan

optik menjadi satu jaringan. OXC terdiri atas mux/demux

dan juga switching optikal. Berikut merupakan ilustrasi

OXC dalam jaringan optik.

Gambar 5. OXC Dalam Jaringan Optik

Page 147: FOTONIK - repository.unas.ac.id

141

Pada mulanya, teknologi WDM (Wavelength Division

Multiplexing), yang merupakan cikal bakal lahirnya

DWDM, berkembang dari keterbatasan yang ada pada

sistem serat optik, dimana pertumbuhan trafik pada

sejumlah jaringan backbone mengalami percepatan yang

tinggi sehingga kapasitas jaringan tersebut dengan cepatnya

terisi. Hal ini menjadi dasar pemikiran untuk

memanfaatkan jaringan yang ada dibandingkan

membangun jaringan baru.

Konsep ini pertama kali dipublikasikan pada tahun 1970,

dan pada tahun 1978 sistem WDM telah terealisasi di

laboratorium. Sistem WDM pertama hanya

menggabungkan 2 sinyal. Pada perkembangan WDM,

beberapa sistem telah sukses mengakomodasikan sejumlah

panjang-gelombang dalam sehelai serat optik yang masing-

masing berkapasitas 2,5 Gbps sampai 5 Gbps. Namun

penggunaan WDM menimbulkan permasalahan baru,

yaitu ke-nonlinieran serat optik dan efek dispersi yang

semakin kehadirannya semakin significant yang

menyebabkan terbatasnya jumlah panjang-gelombang 2-8

buah saja di kala itu.

Page 148: FOTONIK - repository.unas.ac.id

142

Pada perkembangan selanjutnya, jumlah panjang-

gelombang yang dapat diakomodasikan oleh sehelai serat

optik bertambah mencapai puluhan buah dan kapasitas

untuk masing-masing panjang gelombang pun meningkat

pada kisaran 10 Gbps, kemampuan ini merujuk pada apa

yang disebut DWDM.

Teknologi WDM pada dasarnya adalah teknologi transport

untuk menyalurkan berbagai jenis trafik (data, suara, dan

video) secara transparan, dengan menggunakan panjang

gelombang(l) yang berbeda-beda dalam suatu fiber tunggal

secara bersamaan. Implementasi WDM dapat diterapkan

baik pada jaringan long haul (jarak jauh) maupun untuk

aplikasi short haul (jarak dekat).

WDM sistem dibagi menjadi 2 segment, dense and coarse

WDM. Sistems dengan lebih dari 8 panjang gelombang

aktif perfibre dikenal sebagai Dense WDM (DWDM),

sedangkan untuk panjang gelombang aktif diklasifikasikan

sebagai Coarse WDM (CWDM). Teknologi CWDM dan

DWDM didasarkan pada konsep yang sama yaitu

menggunakan beberapa panjang gelombang cahaya pada

Page 149: FOTONIK - repository.unas.ac.id

143

sebuah serat optik, tetapi kedua teknologi tersebut berbeda

pada spacing of the wavelengths, jumlah kanal, dan

kemampuan untuk memperkuat sinyal pada medium

optik.

Serat optik sebagai media transmisi berkecepatan tinggi

untuk meningkatkan layanan yang baik kepada pelanggan

berusaha terus dikembangkan kualitasnya. Salah satu yang

dikembangkan adalah kapasitas transmisinya, yang saat ini

telah berkembang sampai dengan Dense Wavelength

Division Multiplexing (DWDM).

Pengertian & Prinsip DWDM

Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM)

merupakan suau teknik transmisi yang yang memanfaatkan

cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda-beda

sebagai kanal-kanal informasi, sehingga setelah dilakukan

proses multiplexing seluruh panjang gelombang tersebut

dapat ditransmisikan melalui sebuah serat optic.

Teknologi DWDM adalah teknologi dengan

memanfaatkan sistem SDH (Synchoronous Digital

Page 150: FOTONIK - repository.unas.ac.id

144

Hierarchy) yang sudah ada (solusi terintegrasi) dengan

memultiplekskan sumber-sumber sinyal yang ada. Menurut

definisi, teknologi DWDM dinyatakan sebagai suatu

teknologi jaringan transport yang memiliki kemampuan

untuk membawa sejumlah panjang gelombang (4, 8, 16, 32,

dan seterusnya) dalam satu fiber tunggal. Artinya, apabila

dalam satu fiber itu dipakai empat gelombang, maka

kecepatan transmisinya menjadi 4x10 Gbs (kecepatan awal

dengan menggunakan teknologi SDH).

Gambar 1. Perancangan DWDM

Teknologi DWDM beroperasi dalam sinyal dan domain

optik dan memberikan fleksibilitas yang cukup tinggi untuk

memenuhi kebutuhan akan kapasitas transmisi yang besar

dalam jaringan. Kemampuannya dalam hal ini diyakini

banyak orang akan terus berkembang yang ditandai dengan

Page 151: FOTONIK - repository.unas.ac.id

145

semakin banyaknya jumlah panjang gelombang yang

mampu untuk ditramsmisikan dalam satu fiber.

Prinsip sistem DWDM melakukan beberapa fungsi utama:

- Membangkitkan sinyal

- Menyatukan sinyal-sinyal yang masukmempergunakan

multiplekser

- Pengiriman sinyal

- Pemisahan sinyal yang diterima

- Penerimaan sinyal

Komponen Utama DWDM

Gambar 2. Komponen utama DWDM

Page 152: FOTONIK - repository.unas.ac.id

146

4.2. Laser Sources

Pada DWDM, sumber cahaya adalah berupa LED,

Semokonduktor laser, atau glass-doped laser. Beberapa

diantaranya memiliki panjang gelombang yang dapat

diubah-ubah.

Laser Semikonduktor

Pada energi gap semikonduktor, populasi elektron dan hole

dapat dibentuk melalui eksitasi secara elektrik, dan

terbentuknya cahaya didapatkan berdasarkan hasil

rekombinasi elektron-hole nya. Tunability panjang

gelombang pada laser semikonduktor antara lain:

1. Continous Wavelength Tuning

Pada CW, panjang gelombang pada external cavity

memberikan kemampuan panjang gelombang diubah-

ubah dalam range bandwidth yang lebar. Sehingga

sering diaplikasikan pada instrumentasi, dimana panas

dan kestabilan mekanik bisa saja ditanyakan pada

jaringan. Menurut teorinya, CW tuning memberikan

range dari 10 hingga 17 nm. Pada prakteknya, laser

dengan 20 channels atau lebih pada C band telah

dikomersialkan sejak tahun 2000.

Page 153: FOTONIK - repository.unas.ac.id

147

2. Discontinous Wavelength Tuning

Pada Sample-grating distributed-Bragg-Reflectors

mengizinkan tuning pada mode discontinous. Pada

multiple laser mampu mengizinkan grating DBR

hingga range lebar tuning mencapai 75 nm atau lebih.

Glass-Doped-Based Lasers with Narrow Line-Widths

Pada laser semokonduktor digunakan untuk sumber cahaya

yang dapat di tuning secara kontinyu ataupun secara diskrit.

Pada panjang kaviti yang sangat panjang, laser memiliki

Page 154: FOTONIK - repository.unas.ac.id

148

moda longitudinal dimana panjang gelombangnya dapat

dipilih. Hal ini akan menyulitkan dalam hal pengurangan

noise untuk menyeleksi beberapa moda.

Bagaimanapun juga, fiber-ring laser dengan reflektivitas

yang tinggi dan stabilitas line-width yang sempit mampu

untuk dioperasikan dalam daya yang besar. Contohnya

adalah pada ring laser dengan panjang 3,7 m dan doping

fiber Er3+, memiliki line-width kurang dari 0,056 nm pada

19 mW keluaran daya dengan daya pompa sebesar 70 mW.

Pada glass-doped-based lasers ini, dibuat juga mampu

berfungsi seperti laser semikonduktor, dimana panjang

gelombangnya dapat diubah-ubah, dan grating period

dapat dimodifikasi melalui kompresi pada stretching fiber

nya, atau pada multiple-fibre laser dengan perbedaan

panjang gelombang yang digunakannya.

Pada prinsipnya, fiber-based devices dapat memberikan

daya yang sangat tinggi dimana pulsa dihasilkan dari

tuneability broadbandnya.

Page 155: FOTONIK - repository.unas.ac.id

149

Spectral Slicing of Sources

Digunakan pada WDM untuk mengatasi permasalahan

pada jaringan. Jika bit rate pada beberapa sinyal tidak

begitu besar, dan transmisinya cukup pendek, maka

memungkinkan untuk menggunakan sumber cahaya LED

agar pengeluaran biayanya juga minimal. Aplikasinya adalah

pada jaringan proses kontrol dan telepon. Penggunaan

LED sebagai sumber cahaya bagi proses DWDM ini

bergantung pada suhu. Variasi suhu dapat memberikan

variasi pada panjang gelombang yang dihasilkan pula.

Specification

Specification of APG-1 is an advanced phosphate laser

glass developed to offer thermo-mechanical properties

desirable in the active material of high repetition rate laser

Page 156: FOTONIK - repository.unas.ac.id

150

systems. APG-1 is an aluminum-phosphate based glass

initially developed for the US DOE High Average Power

laser program. The development and the advantages of this

glass are discussed in “Advances in glasses for high average

power laser systems” Proc SPIE, Vol 1021, 36-41 (1988).

Page 157: FOTONIK - repository.unas.ac.id

151

Page 158: FOTONIK - repository.unas.ac.id

152

Page 159: FOTONIK - repository.unas.ac.id

153

4.3. Multiplekser dan Demultiplekser

Karena sistem DWDM mengirim sinyal – sinyal dari

beberapa sumber melalui sebuah fibre, maka harus

memiliki suatu komponen untuk mengkombinasikan sinyal

yang datang. Komponen ini dinamakan multiplekser, yang

dapat membawa beberapa panjang gelombang dari banyak

fibre dan menjadikannya dalam 1 sinar. Sedangkan pada

sistem penerimaan akhirnya harus dapat memisahkan

beberapa komponen cahaya sehingga dapat di deteksi

secara diskrit.

Page 160: FOTONIK - repository.unas.ac.id

154

Demultiplekser dapat melakukan fungsi ini dengan

memisahkan sinar yang diterima kedalam masing masing

panjang gelombangnya dan mengkopel nya ke masing

masing fibre. Demultipleksing harus dilakukan sebelum

cahaya dideteksi , karena fotodetector adalah perangkat

broadband inheren sehingga tidak dapat secara selektif

mendeteksi panjang gelombang tunggal

Didalam sebuah sistem unidirectional, multiplekser hanya

mengirim dan demultiplekser hanya menerima.

Gambar 1. Multiplekser dan Demultiplekser dalam sistem

unidirectional

Page 161: FOTONIK - repository.unas.ac.id

155

Dalam sebuah sistem bidirectional, multiplekser dan

demultiplekser dapat saling berkomunikasi dalam subuah

fibre tunggal, dengan panjang gelombang yang berbeda –

beda tergantung arah yang digunakan.

Gambar 2. Multiplekser dan Demultiplekser dalam sistem

bidirectional

Teknik Multipleksing dan Demultipleksing

Secara sederhana multiplexing atau demultiplexing cahaya

dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah prisma. Pada

gambar dibwah menunjukkan kasus demultiplexing.

Sebuah sinar cahaya paralel polikromatik pada permukaan

prisma, masing-masing panjang gelombang komponen

dibiaskan berbeda. Ini adalah efek pelangi. Dalam

outputnya, masing-masing panjang gelombang dipisahkan

Page 162: FOTONIK - repository.unas.ac.id

156

dari berikutnya dengan sudut. Lensa A kemudian

memfokuskan masing-masing panjang gelombang ke titik

dimana ia perlu memasukkan fibre. Komponen yang sama

dapat digunakan secara terbalik untuk multiplex panjang

gelombang yang berbeda ke suatu fibre

Gambar 3. Prism Refraction Demultiplexing

Teknologi lain adalah berdasarkan prinsip-prinsip difraksi

dan interferensi optik. ketika sebuah sumber cahaya

polikromatik jatuh pada kisi difraksi grating lihat pada

gambar dibawah, masing-masing panjang gelombang

terdifraksi pada sudut yang berbeda dan karena itu ke titik

yang berbeda dalam ruang. Dengan menggunakan lensa,

Page 163: FOTONIK - repository.unas.ac.id

157

panjang gelombang dapat difokuskan ke suatu fibre

individu.

Gambar 4. Waveguide Grating Diffraction

Arrayed waveguide gratings (AWGs) juga berdasarkan

pada prinsip difraksi. Sebuah perangkat AWG,disebut juga

dengan optical waveguide router atau waveguide grating

router, yang terdiri dari kumpulan curved-channel

gelombang pandu dengan perbedaan yang tetap antar

saluran yang berdekatan. Gelombang pandu dihubungkan

ke kaviti dari input dan output. Ketika cahaya masuk, kaviti

input terdifraksi dan memasuki kumpulan gelombang

pandu. Terdapat perbedaan panjang optic dari masing

masing gelombang pandumisalkan phase delay pada kavity

output, ketika kumpulan fibre di kopel. Hasil dari proses

dalam panjang gelombang yang berbeda – beda

Page 164: FOTONIK - repository.unas.ac.id

158

Gambar 5. Array Waveguide Grating

Gambar 6. Multilayer Interference Filter Spesification of

DWDM mux – demux.

Sebuah teknologi yang berbeda menggunakan interference

filter pada perangkat yang disebut film tipis filter atau

multilayer gangguan filter. Dengan posisi filter, yang terdiri

dari film tipis, di jalur optik, panjang gelombang dapat

Page 165: FOTONIK - repository.unas.ac.id

159

diselesaikan (demultiplexed). Milik setiap penyaring adalah

sedemikian rupa sehinggamentransmisikan satu panjang

gelombang sementara mencerminkan orang lain. Dengan

Cascading perangkat ini, banyak panjang gelombang dapat

di demultiplexed

4.4. Optical Amplifier

Optical Amplifier merupakan komponen dari DWDM

dimana berfungsi untuk menguatkan kembali sinyal input

yang terkadang mengalami pelemahan sehingga sinyal

keluaran yang dihasilkan sama seperti sinyal input semula.

Sebenarnya ada beberapa macam Op-Amp seperti SOAs,

Raman, EDFA, Hybrid EDFA/Raman dan EDWA.

1. SOAs (Semikonductor Optical Amplifier)

SOAs merupakan modifikasi dari laser semikonduktor

yang memiliki perbedaan permukaan reflektivitas dan

beda panjang dari devise. Sinyal yang lemah akan

dikirim ke region aktif pada semikonduktor dengan

adanya emisi stimulasi. Hasilnya, sinyal akan kuat dan

akan diemisikan dari semikonduktor.

Page 166: FOTONIK - repository.unas.ac.id

160

Gambar1. Semikonduktor Laser Amplifier

Ada 2 macam tipe SOAs yaitu Fabriperot amplifier

yang secara umum menggunakan laser semikonduktor

dan travelling amplifier (TWA) Perbedaan utama

antara.duanya ialah pada reflektivitas pada cermin

terakhir. Fabriperot amplifier memiliki reflektivitas

sekitar 30% sementara TWA memiliki reflektivitas

sekitar 0,01%. Untuk mencegah adanya lasing pada

Fabriperrot amplifier, maka arus bias yang digunakan

harus lebih kecil dari arus thresholdnya.

Reflektivitas pada Febriperrot yang tinggi dapat

kurang baik pada sistem WDM, sehingga perlu adanya

reducing relektivitas, agar tidak terjadi resonansi. Oleh

karena itu, TWA lebih tepat untuk sistem WDM. Satu

keuntungan dari semiconductor amplifier ialah

kemampuanya yang mudah terintegrasi dengan

Page 167: FOTONIK - repository.unas.ac.id

161

komponen lain. Contohnya, ia dapat digunakan

sebagai elemen gate pada switches . Dengan arus on dan

off , amplifier beroperasi seperti gate, tidak hanya

membloking atau menguatkan sinyal saja.

Spesifikasi

2. Raman Amplifier

Raman Amplifier merupakan salah satu tipe amplifier

berupa komponen optik non linear yang secara besar

dikembangkan untuk sistem telekomunikasi. Raman

amplifier memiliki beberapa kelebihan dasar, yang

Page 168: FOTONIK - repository.unas.ac.id

162

pertama Raman dapat menguatkan di setiap fiber,

yang kedua penguatan nya tidak menimbulkan

resonansi, kelebihan yang ketiga spektrum penguatan

dapat disesuaikan dengan mengatur panjang

gelombang pompa nya. Kelebihan yang lain ialah

bandwidth yang lebih dari 5THz dan penguatan nya

tersebar di range panjang gelombang yang lebar.

Namun, penguatan Raman memerlukan daya pompa

yang lebih tinggi sampai 10 miliwatt per DB. Diagram

skematik dari Raman amplifier dapat dilihat seperti

gambar di bawah ini.

Gambar 2. Raman Amplifier

Ketika medan optik masuk ke molekul, electron akan

berosilasi pada frekuensi optis. Hal tersebut

Page 169: FOTONIK - repository.unas.ac.id

163

menyebakan momen dipole menghasilkan radiasi pada

frekuensi yang sama , yang shift phase nya tergantung

indeks bias mediumnya. Secara simultan, molekul

akan berosilasi dan bervibrasi. Sehingga terjadi

penambahan dan perbedaan frekuensi osilasi dan

vibrasi. Hal tersebut akan membuat cahaya terhambur

ke medan yang mengalami re-radiasi.

Pada keadaan padat, foton yang tak eleastis akan

terhambur karena adanya vibrasi molekul disebut

optical fonon. Energi foton akan hilang (kisi-kisi

molekul dipanaskan) atau dikuatkan (kisi-kisi

didinginkan), karena adanya shifting frekuensi. Pada

proses ini, pompa dan sinyal cayaha adalah secdara

koheren digabungkan pada proses Raman.

Pada deskripsi mekanika kuantum, ditunjukkan

dengan diagram tingkat level energi. Hamburan

Raman dapat terjadi di semua material, tetapi pada

silica lebih dominan, karena adanya bending motion

pada Si_O-Si. Ampifikasi Raman dapat meningkatkan

kapasitas dari sistem kapasitas lightwave.

Page 170: FOTONIK - repository.unas.ac.id

164

Spesifikasi Raman Amplifier Rackmount

Page 171: FOTONIK - repository.unas.ac.id

165

3. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)

EDFA merupakan suatu serat optik yang intinya (core)

dikotori oleh atom erbium sehingga dapat

memberikan penguatan terhadap sinyal yang

melewatinya. Erbium itu sendiri merupakan elemen

dari golongan lantanida (lanthanides group) yang mana

Page 172: FOTONIK - repository.unas.ac.id

166

elemen-elemennya cocok sebagai bahan aktif dalam

laser solid-state dikarenakan struktur elektronnya. Ion-

ion dari elemen-elemen ini memiliki kemampuan

menyerap foton dengan panjang gelombang yang

tinggi. Keberadaan foton di dalam daerah panjang

gelombang emisi mengawali proses terjadinya emisi

yang distimulasi (stimulated emission) yang menyebabkan

terjadinya penguatan sinyal.

Erbium dipergunakan sebagai dopant untuk

penguatan sinyal pada panjang gelombang di sekitar

1,55 m m sedangkan neodymium dan praseodymium

memungkinkan penguatan sinyal pada panjang

gelombang di sekitar 1,3 m m. Panjang gelombang

yang dapat diserap maupun dipancarkan oleh suatu

ion bergantung pada besarnya perbedaan energi (energy

gap) antara tingkat dasar dan tingkat yang lebih tinggi.

Prinsip EDFA

Penguatan sinyal itu sendiri terdiri dari 3 proses

sebagaimana ditunjukkan gambar di atas. Proses

pertama merupakan pumping, yaitu proses menaikkan

Page 173: FOTONIK - repository.unas.ac.id

167

elektron dari tingkat energi dasar ke tingkat energi

yang lebih tinggi dengan cara elektron tersebut

menyerap foton dengan panjang gelombang tertentu

yang masih memungkinkan elektron tersebut

memperoleh energi yang besarnya sama atau lebih

besar dari perbedaan energi antara dua tingkat

tersebut/Ep.

Setelah elektron berada di atas tingkat kestabilannya

untuk beberapa saat/delay time , maka elektron

tersebut akan kembali ke tingkat dasarnya baik oleh

proses emisi spontan (spontaneous emission) atau emisi

yang distimulasi (stimulated emission). Spontaneous emission

yang merupakan suatu proses dimana elektron acak

(random electron) kembali ke tingkat asalnya tanpa

‘diminta’ dianggap sebagai derau optik yang juga

diperkuat dalam medium penguatan dan mengganggu

pendeteksian sinyal utama di penerima/receiver.

Sebaliknya, stimulated emission memancarkan cahaya

pada panjang gelombang, fasa, dan arah yang sama

dengan sinyal, dengan demikian proses ini akan

memperkuat sinyal yang melewati EDFA.

Page 174: FOTONIK - repository.unas.ac.id

168

Pada prakteknya, EDFA ditempatkan dalam suatu

modul yang terdiri dari komponen-komponen

pendukung, untuk memberikan kinerja terbaik kepada

sistem secara keseluruhan.

Page 175: FOTONIK - repository.unas.ac.id

169

Dioda laser dengan daya besar lebih diutamakan

sebagai sumber pompa dikarenakan ia memungkinkan

pemompaan (pumping) atom-atom erbium untuk

medium penguatan yang berjarak panjang (sampai

ratusan meter). Keluaran dari sumber pompa ini

kemudian digandengkan dengan sinyal. Penggunaan

isolator pada konfigurasi di atas adalah untuk

menekan osilasi laser dan juga untuk mencegah

feedback dari Emisi spontan yang diperkuat (ASE).

Sedangkan filter optik jenis pita sempit (narrowband),

biasanya beberapa nanometer, digunakan untuk

mengeliminasi ASE sehingga memberikan kinerja

sistem yang baik.

Beberapa kelebihan dan kelemahan dari EDFA ialah:

Kelebihan:

a. Faktor peroleh EDFA sangat tinggi

EDFA pada tahap eksperimen memiliki gain

sebesar 40 dB. Sedangkan perangkat EDFA

komersil mempunyai gain 20-30 dB dengan

memompa energi sebesar 10 mW.

b. Bandwidth lebar

Page 176: FOTONIK - repository.unas.ac.id

170

Ion Erbium melepaskan foton dengan interval

panjang gelombang 1530-1560 nm atau sama

dengan bandwidth sebesar 3 THz. Pada interval

tersebut redaman yang terjadi pada serat optik

hanya berkisar 0.2 dB/km, sehingga EDFA dapat

memperkuat puluhan sinyal dengan panjang

gelombang yang berbeda secara bersamaan.

c. Noise Figure EDFA sangat kecil

Noise Figure merupakan perbandingan antara

S/Nin dengan S/Nout, sehingga untuk tansmisi

jarak jauh akan menghasilkan akumulasi derau

optik, namun dengan adanya tapis optik pada

perangkat EDFA maka noise figure yang muncul

sangat kecil.

d. Daya output yang besar

Daya output pada EDFA meningkat seiring

dengan meningkatnya daya diode laser (optical

pump).

e. Kemudahan instalasi

EDFA mudah diinstalasi karena EDFA juga

berbentuk serat.

Page 177: FOTONIK - repository.unas.ac.id

171

Kelemahan :

a. Dibutuhkan pompa laser

b. Kesulitan untuk berintegrasi dengan komponen

lain

c. Membutuhkan penggunaan equalizer gain untuk

amplifikasi multistage

d. Dropping channel dapat memberikan tambahan

eror

4. Hybrid EDFA-Raman Amplifier

Hybrid Amplifier merupakan gabungan dari penguat

EDFA dan penguat Raman. Hybrid dikembangkan

karena kapasitas transmisinya yang besar pada sistem

broadband, dan kemampuan untuk membawa lebih

banyak channel panjang gelombang pada

multiplexer.Prinsip kerja nya yaitu meratakan

penguatan EDFA dengan penguatan raman, dan

meningkatkan performa penguatan sepanjang sinyal.

Page 178: FOTONIK - repository.unas.ac.id

172

5. EDWAs (Erbium Doped PlanarWaveguide)

Device ini dipelajari di beberapa tempat,terutama di

jaringan area metrolpolitan.

Penguatan yang tinggi terdapat pada Er doped P2O5-

SiO2 planar waveguide.Penguatan sebesar 27-dB

terjadi dari waveguide 48 cm yang terintegrasi dalam

device planar yang kecil pada silicon 9 x 5 cm2 area.

Berikut ini adalah perbandingan dari SOAs, Raman,

EDFA, Hybrid , dan EDWAs

Page 179: FOTONIK - repository.unas.ac.id

173

4.5. Optical Add/Drop Multiplexer (OADM)

OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) merupakan

komponen yang dapat memindahkan satu panjang

gelombang dari beberapa panjang gelombang yang

memasuki fiber optic, dan melewatkan panjang gelomang

yang lain, serta dapat pula menambahkan panjang

gelombang baru dalam proses transmisi data menggunakan

fiber optic.

Fungsi OADM antara lain:

• Memecah beberapa panjang gelombang yang masuk

ke fiber dan mengambilnya keluar dari kumpualn

Page 180: FOTONIK - repository.unas.ac.id

174

panjang gelombang dengan atau tanpa konversi

optoelectronic

• Melewatkan panjang gelombang lain yang datang dari

input fiber menuju ke keluaran dari fiber

• Menambahkan panjang gelombang baru dari local

subscriber menuju keluaran fiber melalui WDM atau

combiner.

Gambar 1 Prinsip OADM

Prototype pertama OADM dibuat tahun 1980, namun

teknologi OADM ini baru berkembang beberapa tahun

Page 181: FOTONIK - repository.unas.ac.id

175

yang lalu. Sejak tahun 2000, OADM digunakan pada

jaringan submarine.

Gambar 2 Tipe OADM

1. OADM dengan FBGs (Fiber Bragg Gratings) dan

Sirkulator

Channel OADM dapat dibuat menggunakan FBGs

yang diletakkan diantara sirkulator seperti tampak pada

gambar 3 untuk channel tunggal. Input WDM datang

melewati sirkulator pertama. Channel panjang

gelombang direfleksikan oleh Bragg Grating dan di

hilangkan oleh sirkulator pertama. Sama halnya pada

Page 182: FOTONIK - repository.unas.ac.id

176

sirkulator kedua. Channel dari beberapa panjang

gelombang dapat ditambahkan melalui sirkulator kedua

ke fiber grating yang melipatgandakan sinyal kembali

menuju keluaran fiber.

Gambar 3 Fiber Grating/Circulators OADM

Masalah dari OADM jenis ini adalah mengenai thermal

drift, 12 pm/0C untuk silica, maka perlu adanya

kompensasi tempertur jika suhunya tidak stabil.

Masalah yang sering terjadi pada DWDM, khususnya

pada komponen OADM ini adalah masalah crosstalk.

Crosstalk pada OADM terjadi ketika terjadi

penambahan kanal, muncul dari cahaya pada jalur

transmisi setelah terjadi refleksi yang tidak sempurna

dari grating dari kanal “drop”. Cakap silang yang

Page 183: FOTONIK - repository.unas.ac.id

177

ditransmisikan sebesar T = 1-R, jadi rasio crosstalk

dengan penambahan sinyal sebesar (1-R)/R.

Hubungannya dengan daya adalah sebagai berikut :

𝐼𝐼𝑛𝑛𝑡𝑡𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝑡𝑡𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝑐𝑐𝑐𝑐𝑡𝑡𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑃𝑃

= −10 1 − 4𝑇𝑇𝑅𝑅

𝑁𝑁𝐼𝐼𝑛𝑛𝐼𝐼𝑛𝑛𝑡𝑡𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝑡𝑡𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝑐𝑐𝑐𝑐𝑡𝑡𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑃𝑃

= −10 1 − 2(𝑇𝑇𝑅𝑅

)

Interferometric crosstalk jauh lebih besar daripada

noninterferometric crosstalk.

2. Acousto-Optic Add/Drop

Pada umumnya, add/drop filter mempunyai dua

pemandu gelombang optic transparan yang

ditempatkan di masing-masing sisi dengan jarak yang

dekat, seperti tampak pada gambar 4. Modulasi secara

periodic dilakukan oleh gelombang akustik. Cahaya

dengan panjang gelombang λ1, λ2,…, λN datang

menuju pemandu pertama dengan polarisasi tertentu,

Page 184: FOTONIK - repository.unas.ac.id

178

kemudia diubah ke polarisasi yang lain, dan

dilipatgandakan di second waveguide.

Gambar 4 Acousto-optic OADM

3. Add/Drop dengan AWG

OADM dapat dibuat dari dua AWG, atau single

double AWG dengan router static, atau dari satu buah

AWG dengan double pass. Konfigurasi yang dapat

digunakan seperti terlihat padaa gambar 5, dimana

susunan tersebut dibuat untuk menghilangkan efek

crosstalk menggunakan double-pass AWG, fiber

gratings, dan sirkulator.

4. Tunability of OADM

Faktor terpenting dari OADM adalah dalam hal

tunability peralatan. Integrated tunable add/drop filter pada

teknologi LPCVD SiO2 memiliki loss yang cukup kecil,

Page 185: FOTONIK - repository.unas.ac.id

179

yaitu sekitar 2 dB, meskipun isolasi terhadap crosstalk

masih membutuhkan pengembangan kedepannya.

Gambar 5 OADM dengan AWG

Page 186: FOTONIK - repository.unas.ac.id

180

BAB 5 – DESAIN SISTEM

KOMUNIKASI SERAT OPTIK

5.1. Prinsip Kerja

Dewasa ini perkembangan dan penerapan teknologi

telekomunikasi berkembang sangat cepat sekali, secara

langsung ataupun tidak langsung akan mempengaruhi

perkembangan sistem telekomunikasi Indonesia.

Beroperasinya satelit telekomunikasi palapa dan kemudian

pemakaian Sistem Komunikasi Serat Optik (SKSO) di

Indonesia merupakan bukti bahwa Indonesia juga

mengikuti dan mempergunakan teknologi ini pada bidang

sistem pertelekomunikasi.

Sebagaimana namanya maka serat optik (fiber optic) dibuat

dari gelas silika dengan penampang berbentuk lingkaran

atau bentuk-bentuk lainnya. Cahaya yang membawa

informasi dapat dipandu melalui serat optik berdasarkan

fenomena fisika yang disebut total internal reflection

(pemantulan sempurna). Serat optik terbagi menjadi 2 tipe

Page 187: FOTONIK - repository.unas.ac.id

181

yaitu singlemode dan multimode. Secara umum sistem

komunikasi serat optik terdiri dari: transmitter, serat optik

sebagai saluran informasi dan receiver. Sistem transmisi

serat optik ini dibandingkan dengan teknologi transmisi

yang lain mempunyai beberapa kelebihan, antara lain

Redaman transmisi yang kecil. Sistem telekomunikasi serat

optik mempunyai redaman transmisi per km relatif kecil

dibandingkan dengan transmisi lainnya, seperti kabel

coaxial ataupun kabel PCM.

Permasalahan dari pembuatan desain ini adalah sebagai

berikut :

1. Bagaimana mendapatkan rancangan sistem komunikasi

antara tiga node menggunakan serat optik?

2. Bagaimana memanfaatkan sistem komunikasi tersebut

agar komunikasi yang dilakukan lebih efisien?

5.2. Spesifikasi dan Komponen Sistem

Spesifikasi Sistem

Spesifikasi yang harus dipenuhi dalam merancang sistem

komunikasi serat optic ini adalah sebagai berikut :

Page 188: FOTONIK - repository.unas.ac.id

182

1. Teknologi komunikasi yang digunakan adalah

DWDM.

2. Kannel yang digunakan untuk tiap node berjumlah 5

buah.

3. Terdapat tiga buah noda, dengan jarak masing-masing

noda, AB, BC dan CA adalah 200 km.

4. Besar kapasitas lebih besar dari 80 Gb/s.

5. Optical Spectral Band yang digunakan adalah C Band.

6. Bi-directional sistem menggunakan OADM.

Komponen-Komponen Sistem

Komponen-komponen yang digunakan dalam perancangan

sistem komunikasi serat optic ini adalah sebagai berikut :

• Multiplexer

Multiplexer merupakan rangkaian logika yang

menerima beberapa input data digital dan menyeleksi

salah satu dari input tersebut pada saat tertentu, untuk

dikeluarkan pada sisi output.

• Demultiplexer

Demultiplexer merupakan rangkaian logika yang

menerima satu input data dan mendistribusikan input

tersebut ke beberapa output yang tersedia.

Page 189: FOTONIK - repository.unas.ac.id

183

Demultiplekser dapat melakukan fungsi ini dengan

memisahkan sinar yang diterima kedalam masing

masing panjang gelombangnya dan mengkopel nya ke

masing masing fiber.

• Amplifier

Digunakan foto-detektor (photo-diode, photo

transistor dsb) yang berfungsi merubah sinyal optik

yang diterima menjadi sinyal listrik untuk kemudian

dikuatkan sinyalnya dan diubah kembali menjadi sinual

optic melalui serangkaian elektronik

• Add/drop

Metro Core Connect dapat berfungsi sebagai perangkat

ADM konvensional yang menghubungkan dua titik

sehingga mempunyai kemapuan pass-through sinyal

antar dua titik tersebut.

Page 190: FOTONIK - repository.unas.ac.id

184

Desain Sistem Komunikasi Serat Optik

Mux-Demux

amplifier Add/drop

Node A dengan 5 channel

Node B dengan 5 channel

Node C dengan 5 channel 100 km

Page 191: FOTONIK - repository.unas.ac.id

185

Tabel 1. Besaran-Besaran yang Digunakan

No. Link parameter Simbol Value Satuan (1) (2) (3) (4) (5) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Jenis sumber cahaya Panjang gelombang Daya output Jenis detektor cahaya Dark current Responsifity Bandwidth Resistansi ekivalen Jenis kabel serat optik Diameter core Bandwidth serat optik Koefisien redaman kabel serat optik Numerical Aperture

λ Pt

Idark

R B RLoad

Dcore

B αf

NA

ILD 1550 -7 PIN 2 0,85 80 50 SM-SI 5 50,00 0.40 0.30

nm dBm nA A/W GHz Ω µm GHz.Km dB/Km

Page 192: FOTONIK - repository.unas.ac.id

186

Analisa Perhitungan Sistem

Bandwidth sistem singlemode:

- bandwidth sesuaikan dengan spesifikasi fiber : frekuensi x

km

- carilah rise time ( waktu naik) yaitu waktu yang

dibutuhkan oleh cahaya untuk membesar 10% ke 90%

dari nilai akhirnya, nilai ini merupakan ukuran frekuensi

tertinggi.

iberbandwidthftr

35,0=

- seberapa besar pemancar dan penerima menerima

respon untuk laser 0.3 ns dan LED 5 ns

- sumber optik fiber dan penerima masing-masing

mempunyai kecepatan pembalikan saklar sendiri-

sendiri, sehingga perlu mengkombinasikan waktu naik

yang berbeda :

222rFiberrTXrRX tttt

rsys++=

Bandwidth = rSist35.0

Page 193: FOTONIK - repository.unas.ac.id

187

Bandwidth fiber = amkpanjangdal

dwidthpetikanban

= 50 ×109

80

= 625 Mhz

Waktu naik fiber

fiberbandwidth

tr 35,0

=

𝑡𝑡𝑟𝑟 = 0,35625

= 0,56 ns

Waktu naik cahaya dan penerima diasumsikan 2 ns dan 4

ns maka:

222rFiberrTXrRX tttt

rsys++=

𝑡𝑡𝑟𝑟𝑠𝑠𝑟𝑟𝑠𝑠 = 22 + 42 + 0,562

trsys = 4,5 ns

Bandwidth sistem = rSist35.0

Bandwidth sistem = 0,354,5

= 0,77 Mhz

Page 194: FOTONIK - repository.unas.ac.id

188

Perhitungan loss

a. Loss fiber (Lf)

Loss/redaman serat optik dapat ditentukan sebagai

berikut:

Lftot = L × αf = 50 Km × 0.40 dB/Km = 20 dB

b. Loss sambungan permanen (Loss splice / Ls)

Loss maksimum setelah penyambungan adalah 0.35

dB/buah (misalkan diambil nilai loss 0.2 dB/splice),

maka besar penyusutan daya sinyal pada total

sambungan permanen:

Lstot = Ns × Ls = 3 × 0.2 dB = 0.6 dB

c. Loss konektor (Lc)

Penyusutan daya sinyal tiap konektor adalah maksimal

0,7 dB (misalkan diambil nilai loss konektor 0,01 dB),

maka total loss konektor:

Lctot = Nc × Lc = 8 × 0.01 dB

= 0.08 dB

Page 195: FOTONIK - repository.unas.ac.id

189

d. Loss splitter (Lsp)

Desain ini menggunakan PS untuk layanan interaktif

guna mencatu perangkat ONU 01 dengan ratio 1:2

(misalkan diambil nilai redaman terendah yaitu 2.7 dB).

e. Loss margin (M)

Margin sistem biasanya diambil harga 6 dB

f. Daya sinyal yang diterima (Pr)

Daya yang diterima di receiver dapat ditentukan

sebagai berikut:

Pr = Pt – Lftot – Lstot – Lctot – Lsp – M

= -7 dBm – 20 dB -0.6 dB – 0.08 dB – 2.7 dB–6

dB

= -36,38 dBm = 2,3 × 10-7 Watt

Kesimpulan yang dapat diambil dari perancangan sistem

komunikasi serat optic ini yaitu untuk merancang sistem

komunikasi data menggunakan fiber optic dengan lima

kanal, dan terdiri dari tiga moda, yaitu moda A, B, dan C

dengan jarak antar moda, AB, BC, dan AB adalah 200 km

serta kapasitas minimum 80 GHz/s, maka dibutuhkan

Page 196: FOTONIK - repository.unas.ac.id

190

fiber optic dengan panjang gelombang 1550 nm, rise time

sebesar 0.56 ns.

Page 197: FOTONIK - repository.unas.ac.id

191

BAB 6 – CONTOH APLIKASI

6.1. Pengukur Kecepatan Mobil

Pada system pengukur kecepatan mobil di jalan raya, dapat

kita gambarkan dengan diagram blok sistem sebagai

berikut:

Pada sistem fotonik untuk mengukur kecepatan mobil di

jalan raya ini menggunakan prinsip Doppler pada

gelombang cahaya, yaitu pergeseran frekuensi akibat gerak

relatif antara sumber cahaya dan pengamat.

Alat ini bekerja dengan cara dimana sebuah optical source

mampu untuk membangkitkan gelombang cahaya pada

frekuensi tertentu, kemudian oleh transmitter sinyal ini

ditembakkan ke objek dan kemudian dipantulkan kembali

oleh target objek. Pantulan sinyal akan menghasilkan

Optical Source

Transmitter

Obyek (mobil) Receiver

Page 198: FOTONIK - repository.unas.ac.id

192

pergeseran efek dopler yang proporsional pada kecepatan

objek. pergeseran frekuensi doppler akan dideteksi oleh

receiver, dikuatkan sinyalnya, melewati filter frekuensi,

kemudian dikonversi menjadi sinyal digital dengan ADC

(Analog to Digital Converter) dan mengalami Digital Signal

Processing (DSP) dalam sebuah chip.

Gambar Speed Gun

Menggunakan software algorithma transformasi forrier

kompleks, filter chip DSP akan menepis sinyal yang error

dan memiliki level rendah untuk mengidentifikasi dan

menampilkan kecepatan yang diinginkan dari target.

Kecepatan dalam variasi statistik, rata-ratanya kemudian

ditampilkan pada display LCD.

Page 199: FOTONIK - repository.unas.ac.id

193

Kata kunci dari alat ini adalah adanya pengiriman

gelombang dengan frekuensi tertentu ke mobil yang

bergerak, kemudian menangkap kembali sinyal yg

dipantulkannya. Dengan mengukur selisih frekuensi antara

yang dikirim dengan yg diterima, maka dapat dihitung

kecepatan mobil tersebut.

6.2. Pengukur Suhu Logam Cair

Pada system pengukur suhu logam cair di pengecoran.

Diagram blok dari sistem ini bisa digambarkan sebagai

berikut:

Pengukuran suhu jarak jauh ini dapat melalui sebuah alat

yang disebut dengan Pyrometer digital, yang menggunakan

prinsip emisi energi optik untuk terdeteksi di detektor pada

alat. Prinsip dasar termometer infra merah adalah bahwa

semua obyek mengemisikan energi infra merah. Semakin

panas suatu benda, maka molekulnya semakin aktif dan

semakin banyak energi infra merah yang teremisi. Sehingga

Optical Source Obyek Detektor Display

Page 200: FOTONIK - repository.unas.ac.id

194

pengukuran ini objek yang akan diukur suhunya,

ditembakkan dengan sebuah sumber cahaya infra merah,

dan kemudian energi foton yang diemisikan dari alat

mampu terserap pada objek sehingga akan memberitahu

detektor. Detektor akan menerima enegi foton tersebut

yang kemudian mengubahnya ke sinyal elektrik sehingga

mampu untuk ter display kan.

Gambar Pyrometer Digital Infra Red

6.3. Monitoring Kedatangan dan Kecepatan Badai

Pada system monitoring kedatangan dan kecepatan badai

dapat dilihat pada diagram blok dari sistem yang

digambarkan sebagai berikut:

Page 201: FOTONIK - repository.unas.ac.id

195

Pengukuran pada kedatangan dan kecepatan badai ini

dapat melalui prinsip remote sensing. Dimana suatu optical

source mampu untuk memancarkan gelombang cahaya dan

kemudian berinteraksi dengan target dan sekaligus

berfungsi sebagai media untuk meneruskan informasi dari

target kepada sensor. Sensor sendiri merupakan sebuah

device yang mampu mengumpulkan dan mencatat radiasi

elektromagnetik. Setelah dicatat, data akan dikirimkan ke

stasiun penerima dan diproses menjadi format yang siap

pakai. Misal data-data tersebut diolah dan digunakan untuk

monitoring kedatangan dan kecepatan badai di bumi.

6.4. Hologram

Salah satu aplikasi hologram adalah pada kidung abadi di

konser Chrisye. Diagram blok dari sistem ini bisa

digambarkan sebagai berikut:

Optical Source

Transmitter Obyek Sensor

Stasiun Peneri

ma

Page 202: FOTONIK - repository.unas.ac.id

196

Kidung abadi, sebuah konser megah yang dipersembahkan

untuk penyanyi fenomenal alm. Chrisye, mamanfaatkan

prinsip holografi pada pertunjukannya. Dapat dilihat pada

gambar di bawah ini terlihat dengan teknik holografi,

penonton dapat seolah-olah melihat alm.Chrisye hidup

kembali dan memberikan aksi panggungnya.

Gambar Konser kidung Abadi Chrisye

Teknik holografi sendiri adalah suatu teknik yang

memungkinkan cahaya dari suatu benda yang tersebar

Optical Source

Perekaman Obyek

Rekonstruksi Obyek Display

Page 203: FOTONIK - repository.unas.ac.id

197

direkam dan kemudian direkonstruksi sehingga objek

seolah-olah berada pada posisi yang relatif sama dengan

media rekaman yang direkam. Gambar berubah sesuai

dengan posisi dan orientasi dari perubahan sistem

pandangan dalam cara yang sama seperti saat objek itu

masih ada, sehingga gambar yang direkam akan muncul

secara tiga dimensi (3D) yang biasa disebut dengan

hologram. Jadi hologram merupakan hasil dari holografi,

yatu memunculkan sesuatu ke layar yang pada kasus ini

adaah udara bebas, dan tampilan bisa berupa 3D.

Hal yang pertama dilakukan adalah merekam suatu objek

tersebut pada plat hologram. , sebagian dari sinar yang

tersebar dari objek atau sekumpulan objek jatuh di atas

media perekam. Sinar kedua, yang dikenal sebagai sinar

acuan, juga menerangi media perekam sehingga terjadi

gangguan antara kedua sinar tersebut. Hasil dari bidang

cahaya tersebut adalah sebuah pola acak dengan intensitas

yang bervariasi yang disebut hologram.

Kemudian proses rekonstruksi objek dengan menerangi

hologram menggunakan sinar acuan asli, sebuah bidang

Page 204: FOTONIK - repository.unas.ac.id

198

cahaya terdifraksi oleh sinar acuan yang mana identik

dengan bidang cahaya yang disebarkan oleh objek. Dengan

demikian, seseorang yang memandang ke hologram tetap

dapat ‘melihat’ objek walaupun objek tersebut mungkin

sudah tidak ada lagi.

Gambar Prinsip Kerja Holografi

Page 205: FOTONIK - repository.unas.ac.id

199

6.5. Pengukuran Koefisien Muai Panjang berbasis

Interferometri

Skema kerja interferometer Michelson dapat dilihat pada

Gambar di bawah. Sinar yang bersumber dari sumber

monokromatis dibelah/split menjadi dua berkas sinar oleh

cermin M0 (beam splitter) yang memiliki kemiringan 45o dari

arah sinar yang datang. Beam splitter mentransmisikan

setengah dari cahaya yang datang menuju cermin M1 dan

meneruskan sisanya ke cermin M2. Sehingga masing

masing berkas menempuh panjang lintasan yang berbeda

(L1 dan L2).

Gambar Skema Interferometer Michelson [4]

Page 206: FOTONIK - repository.unas.ac.id

200

Setelah terpantul dari cermin M1 dan M2, kedua berkas

kembali bertemu dan terjadi superposisi yang menghasilkan

pola interferensi yang diamati lewat teleskop atau bisa juga

dengan menggunakan layar [4]

Bentuk pola interferensi dari kedua berkas bergantung dari

beda panjang lintasan yang telah dilalui. Pergantian antara

pola terang ke terang atau gelap ke gelap sesuai sebanding

dengan perbedaan fase sebesar 2π yang sebanding dengan

selisih satu panjang gelombang antara dua panjang lintasan

yang ditempuh berkas. Ketika cermin M2 bergerak pada

arah refleksi sinar, panjang lintasannya akan berubah dan

pola yang tertangkap pada layar akan menunjukkan

pergeseran frinji [4].

Koefisien Muai Panjang Padatan

Fenomena pemuaian material padat akbibat perubahan

temperatur memiliki peranan penting pada banyak aplikasi

teknik. Pemuaian merupakan konsekuensi dari perubahan

jarak rata-rata antar atom dalam suatu material padat akibat

perubahan temperatur. Koefisien rata-rata pemuaian linear

suatu material padat dapat diekspresikan sebagai [3]

Page 207: FOTONIK - repository.unas.ac.id

201

Beberapa koefisien rata-rata pemuaian linear material padat

ditunjukkan pada Tabel berikut.

Tabel Koefisien rata-rata pemuaian linear beberapa bahan

Jika Li mereprensentasikan panjang lintasan awal dari

cermin M2 (L2), ΔT adalah perubahan temperatur, dan ΔL

adalah perubahan panjang L2, maka perubahan panjang

lintasan dapat diekspresikan sebagai fungsi dari panjang

gelombang [3, 4]

Bahan Koefisien Rata-rata Pemuaian

Linear

Alumunium 24 x 10-6

Perunggu 19 x 10-6

Tembaga 17 x 10-6

Gelas 9 x 10-6

Gelas Pyrex 3,2 x 10-6

Pensil 29 x 10-6

Baja 11 x 10-6

Page 208: FOTONIK - repository.unas.ac.id

202

dimana n adalah jumlah pergeseran frinji dan λ adalah

panjang gelombang sinar sumber monokromatis. Pembagi

2 disebabkan berkas mengalami bolak-balik saat

menempuh lintasan.

Gambar Skema pengukuran kofisien muai panjang logam

menggunakan Interferometer Michelson [3]

Dari kedua persamaan sebelumnya didapatkan hubungan

antara koefisien muai panjang dengan pergeseran frinji

sebagai berikut [3, 4]

Page 209: FOTONIK - repository.unas.ac.id

203

DAFTAR PUSTAKA

Ananto, B., Darjat, D., & Setiyono, B. (2011). Simulasi

Perambatan Cahaya Pada Serat Optik (Doctoral

dissertation, Jurusan Teknik Elektro Fakultas

Teknik).

Agrawal, G. P. (2012). Fiber-optic communication systems

(Vol. 222). John Wiley & Sons.

Chuang, S. L. (2012). Physics of photonic devices (Vol.

80). John Wiley & Sons.

Haken, H. (1970). Laser theory. In Light and Matter

Ic/Licht und Materie Ic (pp. 1-304). Springer, Berlin,

Heidelberg.

Hendrickson, S. M., Foster, A. C., Camacho, R. M., &

Clader, B. D. (2014). Integrated nonlinear photonics:

emerging applications and ongoing challenges. JOSA

B, 31(12), 3193-3203.

Laude, J. P. (2002). DWDM fundamentals, components,

and applications (pp. 19-82). Boston: Artech House.

Fan, S. (2017). Thermal photonics and energy applications.

Joule, 1(2), 264-273.

Page 210: FOTONIK - repository.unas.ac.id

204

Silfvast, W. T. (2004). Laser fundamentals. Cambridge

university press.

Setiono, A., Hanto, D., Widiyatmoko, B., & Waluyo, B.

(2013). Kajian penerapan konsep impuls untuk

menghitung berat kendaraan berjalan menggunakan

sensor serat optik. Pros. Semin. Nas. Fis. Semarang,

3-6.

Vivien, L., & Pavesi, L. (Eds.). (2016). Handbook of silicon

photonics. Taylor & Francis.

Yablonovitch, E. (1993). Photonic band-gap structures.

JOSA B, 10(2), 283-295.

Page 211: FOTONIK - repository.unas.ac.id

205

TENTANG PENULIS

Fitri Rahmah menyelesaikan program Sarjana

dan Magister di Jurusan Teknik Fisika Institut

Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya

pada tahun 2013 dan 2015. Program Magister

ditempuh dengan bantuan Beasiswa

Pendidikan Pascasarjana Dalam Negeri (BPP-DN) Calon

Dosen. Sejak Desember 2015 hingga sekarang aktif menjadi

dosen di Program Studi Teknik Fisika Universitas Nasional

Jakarta.

Page 212: FOTONIK - repository.unas.ac.id

Fitri Rahmah menyelesaikan program Sarjana dan Magister di Jurusan Teknik Fisika Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya pada tahun 2013 dan 2015. Program Magister ditempuh dengan bantuan Beasiswa Pendidikan Pascasarjana Dalam Negeri (BPP-DN) Calon Dosen. Sejak Desember 2015 hingga sekarang aktif menjadi dosen di Program Studi Teknik Fisika Universitas Nasional Jakarta.