PENGARUH INDEKS BIAS ZAT CAIR SEBAGAI PENGGANTI JAKET

PELINDUNG SERAT OPTIK PLASTIK YANG DIBENGKOKKAN TERHADAP

PERUBAHAN INTENSITAS CAHAYA KELUARAN

Ardiyanto Nugroho, Heru Kuswanto, Nur Kadarisman

Prodi Fisika, Jurusan Pendidikan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Yogyakarta

Jl. Colombo 1, Karangmalang, Sleman, Yogyakarta

Email: cocan_fnr@yahoo.com

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk

mengetahui perubahan intensitas cahaya

keluaran serat optik akibat pengaruh

indeks bias zat cair sebagai pengganti jaket

pelindung, dan untuk mengetahui

pengaruh panjang pengelupasan jaket

pelindung terhadap intensitas cahaya

keluaran serat optik. Bagian tengah serat

optik dikelupas jaket pelindungnya yang

kemudian dicelupkan ke dalam berbagai

zat cair dengan indeks bias berbeda-beda

untuk mengetahui perubahan intensitas

cahaya keluaran. Variabel bebas dalam

penelitian ini adalah nilai indeks bias zat

cair dan panjang pengelupasan jaket

pelindung. Variabel terikat dalam

penelitian adalah intensitas cahaya

keluaran serat optik. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa semakin besar indeks

bias zat cair, intensitas cahaya akan

mengalami pelemahan. Hal ini disebabkan

karena cahaya mengalami pembiasan dan

tidak terjadi pemantulan internal total pada

indeks bias zat cair yang lebih besar dari

indeks bias selongsong, akibatnya

intensitas cahaya keluaran akan semakin

kecil.

Kata Kunci: Probe Sensor Optik, Serat

Optik Plastik, Indeks Bias

ABSTRACT

This study aims to determine the

change in light intensity output of the

optical fiber due to the effect of the liquids

refractive index as the replacement of

buffer coating, and to investigate the effect

of scaling the length of buffer coating on

the optical fiber output light intensity. At

the center of the optical fiber buffer

coating exfoliated and then dipped into

various liquids with different refractive

index to assess changes in the intensity of

light output. The independent variable in

this study is the value of the refractive

index of the liquid and length of peeling of

buffer coating. The dependent variable in

this study is the intensity of the light

output of the optical fiber. The results of

this study indicate that the greater the

refractive index of the liquid, the light

intensity will be weakened. This is caused

by light refraction and total internal

reflection does not occur if the refractive

index of the liquid is greater than the

refractive index of the cladding,

consequently the intensity of the light

output will be smaller.

Keywords: Optical Sensor Probe, Plastic

Optical Fiber, Index of refraction

A. PENDAHULUAN

Serat optik adalah salah satu media

transmisi yang dapat menyalurkan

informasi dengan kapasitas besar dan

kecepatan sangat tinggi, sehingga sangat

baik digunakan sebagai saluran

komunikasi jarak jauh. Selain digunakan

sebagai sarana transmisi, serat optik juga

dikembangkan sebagai sensor. Serat optik

yang digunakan sebagai sarana komunikasi

adalah serat optik kaca, sedangkan untuk

sensor digunakan serat optik plastik. Serat

optik plastik digunakan untuk sensor

karena mudah diubah-ubah dan lebih

mudah diberi perlakuan. Perlakuan

tersebut dapat dilakukan dengan

mengganti cladding dan jaket pelindung

atau dengan memberi perlakuan serat optik

secara langsung [2].

Serat optik berkaitan erat dengan

pembiasan dan pemantulan. Prinsip dasar

serat optik adalah menggunakan prinsip

pembiasan. Cahaya dapat mengalir dalam

serat optik karena peristiwa pemantulan

internal sempurna. Hal ini dipengaruhi

indeks bias dari teras, selongsong, dan

jaket pelindung.

Indeks bias suatu bahan dapat

mempengaruhi pembiasan dan pemantulan

cahaya dalam serat optik. Hal itu juga akan

berpengaruh pada kecepatan dan intensitas

cahaya pada serat optik. Pengelupasan

jaket pelindung dan pembengkokan serat

optik pada bagian yang dicelupkan zat cair

dengan indeks bias berbeda-beda akan

mempengaruhi intensitas cahaya keluaran.

Pembengkokan menyebabkan adanya

cahaya yang keluar dari serat optik,

sedangkan zat cair akan berfungsi untuk

membiaskan dan atau memantulkan

cahaya yang keluar dari serat optik.

Perlakuan tersebut mengakibatkan terjadi

pembiasan dan pemantulan yang berbeda

dari masing-masing indeks bias zat cair.

Jika ada perbedaan pembiasan dan

pemantulan dari setiap indeks bias, maka

akan terjadi pula perbedaan intensitas

cahaya keluaran pada serat optik. Dengan

menganalisis perubahan intensitas yang

dihasilkan tiap zat cair dengan indeks bias

berbeda-beda, dapat diketahui pengaruh

indeks bias zat cair terhadap perubahan

intensitas cahaya keluaran serat optik.

B. KAJIAN TEORI

Serat optik plastik terdiri dari teras

(core), selongsong (cladding), dan jaket

pelindung seperti pada Gambar 1. Teras

dan selongsong dibuat berbeda indeks

bias, agar bisa terjadi pemantulan internal

total. Serat optik berfungsi untuk

membawa cahaya dari satu tempat ke

tempat lain. Serat optik didasarkan pada

prinsip pembiasan. Prinsip ini menentukan

perilaku cahaya ketika melewati satu

medium ke medium lain, dan diuraikan

dalam hukum Snellius.

Gambar 1. Struktur serat optik plastik [5]

Pada serat optik, teras mempunyai

indeks bias 1 yang lebih besar dari indeks

bias selongsong 2. Untuk sinar yang

masuk ke serat optik, jika sinar datang

(antara permukaan core dan cladding)

lebih besar dari sudut kritis, maka sinar

akan mengalami total internal reflection.

Karena peristiwa total internal reflection

ini, berkas cahaya dapat terus merambat

sepanjang serat optik [1,5].

1. Persamaan Fresnel

Gelombang cahaya mengalami

refleksi dan refraksi bersamaan saat

merambat dari medium dengan indeks bias

1 ke medium dengan indeks bias 2. Jika

gelombang cahaya tegak lurus dengan

bidang gambar, maka koefisien refleksi r

dan koefisien tansmisi t diberikan oleh

persamaan [4]

= +

(1)

=2

+

Sedangkan jika gelombang cahaya sejajar

dengan bidang, maka persamaan koefisien

refleksi dan koefisien transmisi adalah

sebagai berikut:

= +

(2)

=2

+

2. Hilangnya Daya akibat

Pembengkokan Makro

Hilangnya daya akibat

pembengkokan makro terjadi ketika

cahaya melalui serat optik yang

dilengkungkan dengan jari-jari lebih lebar

dibandingkan dengan diameter serat optik,

sehingga menyebabkan hilangnya daya.

Gambar 2. Pembengkokan makro [6]

Berdasarkan prinsip pemantulan dan

pembiasan cahaya, jika sudut datang lebih

kecil dari sudut kritis, maka mode cahaya

tidak dipantulkan secara sempurna

melainkan lebih banyak dibiaskan keluar

dari inti serat optik. Sedangkan untuk

sudut datang lebih besar dari sudut kritis,

sebagian besar mode cahaya akan

dipantulkan kembali masuk ke dalam

selongsong seperti pada Gambar 2 [3,6].

C. METODE PENELITIAN

Untuk mengukur keluaran cahaya

LED setelah melalui serat optik, peralatan

diset-up sebagai berikut:

serat optik

Serat optik yang

dikelupas jaket

pelindungnya

Gambar 3. Pengukuran intensitas cahaya

keluaran pada serat optik

zat cair

0 1 2 3 4 5

0,610

0,615

0,620

0,625

0,630

0,635

0,640

0,645

Inte

nsi

tas

Cah

aya

(W

)

Panjang Pengelupasan (cm)

n = 1,35

n = 1,48

n = 1,51

D. HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 4. Grafik hubungan antara

panjang pengelupasan dengan intensitas

cahaya

Gambar 5. Grafik hubungan indeks bias

dengan intensitas cahaya ternormalisasi

Hubungan antara panjang

pengelupasan dengan intensitas cahaya

keluaran menghasilkan grafik seperti

Gambar 4. Dari semua data ada kesamaan

nilai intensitas tertinggi untuk setiap

panjang pengelupasan yaitu mendekati 2

cm. Hal ini dikarenakan pada panjang

pengelupasan ini adalah panjang

pengelupasan yang memungkinkan

terjadinya pemantulan cahaya yang paling

banyak. Selain itu data juga menunjukkan

bahwa pada panjang pengelupasan ini

mempunyai penurunan intensitas yang

paling besar untuk setiap perubahan nilai

indeks bias. Dengan data ini dapat

diartikan bahwa panjang pengelupasan

mendekati 2 cm merupakan panjang

pengelupasan yang paling sensitif untuk

sensor karena dengan perubahan indeks

bias sedikit mendapatkan hasil perubahan

intensitas yang besar.

Grafik hubungan indeks bias zat

cair dengan intensitas cahaya keluaran

ternormalisasi menunjukan penurunan

intensitas secara linier dengan nilai indeks

bias dari 1,35 sampai 1,60 seperti Gambar

5. Penurunan intensitas disebabkan karena

cahaya mengalami pembiasan dan tidak

terjadi pemantulan internal total pada

indeks bias zat cair yang lebih besar dari

indeks bias selongsong, akibatnya

intensitas cahaya keluaran akan semakin

kecil. Pada grafik Gambar 5 diperoleh nilai

koefisien korelasi (R) yang lebih kecil dari

-0,95. Hal ini menunjukkan hasil

penelitian yang sudah baik. Semakin kecil

nilai R menunjukkan semakin banyak titik

yang ada pada grafik linier yang terbentuk.

Data nilai koefisien determinasi (R2)

menunjukkan nilai yang lebih dari 0,9.

Semakin besar nilai koefisien determinasi

menunjukkan semakin besar hubungan

variabel bebas terhadap variabel terikat.

E. KESIMPULAN

1. Semakin besar indeks bias zat cair,

akan semakin berkurang intensitas

cahaya keluaran dari serat optik.

1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60 1,65 1,70 1,75 1,80

0,960

0,965

0,970

0,975

0,980

0,985

0,990

0,995

Inte

nsi

tas

Cah

aya

Ter

no

rmal

isas

i

Indeks Bias

Percobaan 1

Percobaan 2

2. Hubungan antara panjang

pengelupasan jaket pelindung dengan

intensitas keluaran serat optik

menghasilkan grafik Gaussian dengan

intensitas cahaya keluaran tertinggi

pada pengelupasan mendekati 2 cm.

REFERENSI

[1] Anuradha De. (2005). Optical Fibre

and Laser Principle and Aplications.

New Delhi: New Age Internastional

Ltd.

[2] Crisp dan Barry. (2005). Introduction

to Fiber Optic third edition. England:

Elsevier.

[3] Harsono. (2010). Rugi-Rugi Pada

Serat Optik Bermode Tunggal Dan

Jamak Dengan Sebaran Indeks Bias

Undakan Akibat Pelilitan Pada

Silinder Secara Malar. Tesis

UNIVERSITAS SEBELAS MARET,

Surakarta.

[4] Hecht. (2002). Optics fourth edition.

San Fracisco: Pearson Education.

[5] Keiser. (1991). Optical Fiber

Communications. Singapore: Mc

Graw-Hill Publishing Company.

[6] Martins, Andr. et al. (2006).

Modeling of Bend Losses in Single

Mode Optical Fibers. Portugal:

Departemento de Electrnica,

Telecomunicaes e Informatica da

Universidade de Averio.