SEMIA R TUGAS AKHIR -...
Transcript of SEMIA R TUGAS AKHIR -...
““““FABRIKASI DAN KARAKTERISASI PANDU
GELOMBANG PLANAR DENGAN METODE
PERTUKARAN ION DAN PRISMA KOPLING “
SEMI�AR TUGAS AKHIR
PERTUKARAN ION DAN PRISMA KOPLING “
Oleh :
Diah Kusuma Wardhani
Pembimbing :
Dr. Ir Sekartedjo, M.Sc
Pendahuluan
Latar Belakang
• Perkembangan integrated optic yang menuntut perkembangan pandu gelombang
dengan ukuran kecil, insertion loss kecil, dan mudah dalam pembuatan
• Pertukaran ion merupakan metode pembuatan pandu gelombang yang sederhana,
murah, mudah dan mempunyai rugi daya rendah
• Prisma kopling merupakan metode karakterisasi pandu gelombang yang tidak• Prisma kopling merupakan metode karakterisasi pandu gelombang yang tidak
merusak sample, dan menghasilkan hasil akurat
Permasalahan :
• Bagaimana pembuatan pandu gelombang planar dengan metode pertukaran ion ?
• Bagaimana karakterisasi pandu gelombang yang dihasilkan dengan metode prisma
kopling ?
Tujuan dan manfaat
1. Untuk memfabrikasi pandu gelombang dengan metode pertukaran ion
2. Menentukan profil indeks bias dan ketebalan (karakter) pandu gelombang yang
dihasilkan
Metodologi Penelitian
1. Perumusan masalah
2. Studi literatur
3. Eksperimen (fabrikasi dan karakterisasi pandu gelombang planar)
4. Analisis data dan pembahasan4. Analisis data dan pembahasan
5. Kesimpulan
6. Laporan
Batasan Masalah
• Diasumsikan bahwa konsentrasi ion yang berdifusi ke dalam kaca sangat rendah, koefisien
self-diffusion tidak tergantung pada konsentrasi, dan hanya sepasang jenis alkali yang terlibat
dalam proses pertukaran ion walaupun kaca yang digunakan mengandung multialkali
• Variabel kontrol adalah konsentrasi larutan ion , variabel bebas adalah suhu lingkungan dan
variable terikat adalah suhu dan waktu fabrikasi
• Rangkaian Optik Jenis Film Tipis
• Komponen : Sumber, Pandu gelombang, Detektor
• Contoh : sistem komunikasi optik, CATV, instrumentasi
dan sensor, acousto-optic tuneable filter (AOTF)
INTEGRATED OPTICS
(a) Lens Waveguide
(b) Mirror Waveguide
(c) Slab Waveguide
(d) Strip Waveguide
PANDU GELOMBANG OPTIK
(e) Standard Optical Fiber
(f) Microstructure Fiber
(g) Photonic Crystal Waveguide
• sputtering deposition,
• chemical vapor deposition (CVD),
• sol-gel coating,
• ion implantation, dan
Teknik Fabrikasi Pandu Gelombang
• ion implantation, dan
• ion exchange.
Dasar Teori
• Substrat yang berupa kaca mempunyai
struktur kimia SiO2, Na2O, K2O, CaO,
MgO, Al2O3, Fe2O3
• ion Na+ substrat(kaca) dipertukarkan
Na+(kaca) + Ag+(lelehan) = Ag+(kaca) + Na+(lelehan)
• ion Na+ substrat(kaca) dipertukarkan
dengan ion pelarut (Ag+ dari lelehan
garam AgNO3+NaNO3)
Kelebihan :
• Metode paling mudahmendapatkan pandu gelombangdengan rugi daya kecil
• Tidak mudah rusak
Ag+
Na+
AgNO3+NaNO3
Prisma Kopling
• Sinar datang dipantulkan total di dasar prisma, gelombang di prismadan film dipasangkan melalui medan evanescent di air gap
• Prisma kopling merupakan teknik untuk meneliti sifat material optik,
khususnya mengukur indek bias dan ketebalan lapisan tipis pada film yang
bersifat tidak merusak material dan sangat teliti
• Menghasilkan pola terang di layar yang dianggap sebagai representasi
moda cahaya dalam pandu gelombang
Perambatan Cahaya Pada Pandu gelombang Planar
dxm
nair : indeks bias udara = 1
Nm : indeks bias
Nsub : indeks bias substrat = 1,51
d : ketebalan maksimal
xm : ketebalan pandu gelombang untuk setiap m
N(x) : profil indeks bias untuk ketebalan x
m : adalah nomor moda
N air
Nsub
L
A
N
G
K
A
H
PP
E
R
C
O
B
A
A
N
Alat dan Bahan :
• Kaca preparat
• Serbuk AgNO3
• Serbuk NaNO3
• Air murni (aquades)
• Alkohol
• Gelas keramik (crucible)
A
L
A
T
D
A• Gelas keramik (crucible)
• Timbangan
• Furnace/magnetic stir
• Penjepit
• Pemotong kaca
• Prisma
• Goniometer
• Detektor
• Laser He-Ne 633 nm
A
�
B
A
H
A
�
Fabrikasi Pandu Gelombang dengan Pertukaran Ion
Sample
Fraksi mol
(Ag�O3/�a�O
3)
T
(oC)
t
(menit)
1 2 / 100 320 10
2 2 / 100 320 20
3 2 / 100 320 30
4 2 / 100 320 40
5 2 / 100 320 50
6 2 / 100 320 60
7 2 / 100 340 10
8 2 / 100 340 20
9 2 / 100 340 30
10 2 / 100 340 40
11 2 / 100 340 50
12 2 / 100 340 60
TABEL FABRIKASI
12 2 / 100 340 60
13 2 / 100 344 10
14 2 / 100 344 20
15 2 / 100 344 30
16 2 / 100 344 40
17 2 / 100 344 50
18 2 / 100 344 60
19 2 / 100 350 10
20 2 / 100 350 20
21 2 / 100 350 30
22 2 / 100 350 40
23 2 / 100 350 50
24 2 / 100 350 60
25 1,6 / 100 350 15
26 1,6 / 100 350 35
27 1,6 / 101 350 55
11
Hasil Fabrikasi
dengan Metode Pertukaran Ion
Penentuan Sudut Moda Pandu Gelombang
Dengan Prisma Coupling
Rangkai peralatan seperti
gambar
Nyalakan Laser He-Ne
Ubah sudut datang laser
dengan memutar goniometer
Pengamatan moda yang
muncul di layar
Contoh Moda yang Dihasilkan dari Prisma
Coupling
0
1
3
1
2
0
50
100
150
200
250
300
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
iIn
ten
sita
s
Nomor Pixel
Moda yang dihasilkan dari metode Prisma Kopling
Sample 1 2 3 4 5 6
Mode
�umbe
r
θm θm θm θm θm θm
Sample 25 26
Mode
�umberθm θm
0 36.5 35
1 35 34
2 33.5 32.5r
0 47 52 41.5 41.5 39.5 42
1 37.5 41.5 35 35 34.536.
5
2 35 38 31.5 30 30 29
3 3 3 3 3 3
2 33.5 32.5
3 31.5 31.5
4 30 30
5 29.5
6 29
5 7
Perhitungan indeks mode efektif Nm dari
mode m yang didapatkan
Dengan :
np = 1,7173np = 1,7173
A = 450
θ = sudut yang didapatkan dari metode prisma coupling
Tabel Perhitungan indeks mode efektif Nm dari
mode m yang didapatkan
Sample mode θ sin θ �m �s*
1 0 47 0.731354 1.615836 1.67567
1 37.5 0.608761 1.565917
2 35 0.573576 1.55016
2 0 52 0.788011 1.636133 1.68955
1 41.5 0.66262 1.588823
2 38 0.615661 1.568935
3 0 41.5 0.66262 1.588823 1.62885
1 35 0.573576 1.550161 35 0.573576 1.55016
2 31.5 0.522499 1.526207
4 0 41.5 0.66262 1.588823 1.6206
1 35 0.573576 1.55016
2 30 0.5 1.515259
5 0 39.5 0.636078 1.577721 1.60035
1 34.5 0.566406 1.546874
2 30 0.5 1.515259
6 0 42 0.669131 1.59149 1.60035
1 36.5 0.594823 1.559749
2 29 0.48481 1.507733
Grafik Nm terhadap m
Analisis Grafik Nm terhadap m
• Ekstrapolasi titik-titik Nm terhadap m menghasilkan
indeks bias permukaan pandu gelombang,
• Orde moda tertinggi pada x = 0 yaitu Nm=N(-0,75)
merupakan moda evasive (bocor)merupakan moda evasive (bocor)
• Pelebaran pada mode terakhir diakibatkan oleh
cahaya yang keluar di batas antara film dan prisma
Persamaan ketebalan lapisan untuk setiap moda :
xm = ketebalan lapisan pada moda ke-m
λ = panjang gelombang cahaya yang dilewatkan
nsuperstrat = nair = 1
v = 0,1,2,….,m-1
N(m= - 0,75) = ns
X(m= - 0,75) = 0
Tabel Ketebalan Lapisan Pandu gelombang :
Sample mode θ sin θ �m �s Xm (μm) 8n d (μm)
1 0 47 0.731354 1.615836 1.67567 0.80233035 0.16567 0.717526
1 37.5 0.608761 1.565917 1.67567 1.01548597
2 35 0.573576 1.55016 1.67567 1.21163427
2 0 52 0.788011 1.636133 1.68955 0.84478284 0.126133 0.598177
1 41.5 0.66262 1.588823 1.68955 1.05232496
2 38 0.615661 1.568935 1.68955 1.27744901
3 0 41.5 0.66262 1.588823 1.62885 0.992153217 0.078823 0.971819
1 35 0.573576 1.55016 1.62885 1.17152648
2 31.5 0.522499 1.526207 1.62885 1.422627262 31.5 0.522499 1.526207 1.62885 1.42262726
4 0 41.5 0.66262 1.588823 1.62060 1.114952298 0.078823 0.971819
1 35 0.573576 1.55016 1.62060 1.29432556
2 30 0.5 1.515259 1.62060 1.60619461
5 0 39.5 0.636078 1.577721 1.60035 1.327738895 0.067721 1.1352
1 34.5 0.566406 1.546874 1.60035 1.48394944
2 30 0.5 1.515259 1.60035 1.78208878
6 0 42 0.669131 1.59149 1.60202 1.941690329 0.08149 1.939204
1 36.5 0.594823 1.559749 1.60202 2.10133751
2 29 0.48481 1.507733 1.60202 2.50879164
Grafik Nm terhadap x (Eksperimen)
1.54
1.56
1.58
1.6
1.62
1.64
1.66
1.68
1.7
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5
Nm
Xm(μm)
sample 1
1.56
1.58
1.6
1.62
1.64
1.66
1.68
1.7
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5
Nm
Xm (μm)
sample 2
1.52
1.54
1.56
1.58
1.6
1.62
1.64
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5
Nm
Xm (μm)
sample 3
1.50
1.52
1.54
1.56
1.58
1.60
1.62
1.64
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75
Nm
Xm (μm)
sample 4
1.5
1.52
1.54
1.56
1.58
1.6
1.62
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2
Nm
Xm (μm)
sample 5
1.5
1.52
1.54
1.56
1.58
1.6
1.62
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75
Nm
Xm (μm)
sample 6
1.54
1.55
1.56
1.57
1.58
sample 25
sample 26
Perbandingan
Grafik Nm terhadap x
1.50
1.51
1.52
1.53
1.54
0 0.45 0.9 1.35 1.8 2.25 2.7 3.15 3.6 4.05 4.5
Nm
Xm
Pendahuluan Dasar TeoriLangkah
PercobaanKesimpulan
DaftarPustaka
AnalisaData dan
Pembahasan
(a) Hasil penelitian TA (b) Hasil penelitian sumber [1]
Tabel dan Grafik Ketebalan Lapisan (X) Untuk
Setiap Kenaikan Suhu Dan Waktu
T (C) 320 340 344
Sample Nm Xm Nm Xm Nm Xm
10 1.55016 1.211634 1.503901 1.153794 1.55016 2.001468
20 1.568935 1.277449 1.500024 1.439404 1.496101 2.12
30 1.526207 1.422627 1.507733 1.569247 1.594114 2.290413
40 1.515259 1.606195 1.568935 2.449527 1.556598 2.893111
50 1.515259 1.782089 1.526207 2.716345 1.458754 3.892941
60 1.507733 2.508792 1.571908 3.810818 1.574836 3.935003
A
ketebalan lapisan pandu gelombang
planar dipengaruhi oleh suhu dan
waktu difusi yaitu akan bertambah
sesuai dengan pertambahan suhu dan
waktu proses difusi (pertukaran ion)
Kesimpulan
• Telah berhasil dibuat pandu gelombang planar dengan metode pertukaran ion
substrat Na+ dengan ion garam Ag+.
• Hasil karakterisasi pandu gelombang menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu
pemanasan, semakin lama waktu pertukaran ion, maka ketebalan lapisan pandu
gelombang yang dihasilkan adalah semakin tebal.
• Perubahan indeks bias yang terjadi akibat pertukaran ion Ag-Na pada larutan garam• Perubahan indeks bias yang terjadi akibat pertukaran ion Ag-Na pada larutan garam
dan substrat adalah ± 0,1
• Pandu gelombang planar yang dihasilkan merupakan pandu gelombang planar
graded indeks, ditunjukkan oleh grafik indeks bias terhadap ketebalan
Daftar Pustaka
1. Jizuo Zou, Feng Zhao, and Ray T. Chen, “Two-step K–Na and Ag–Na ion-exchanged glass waveguides for C-band applications”, 20 December 2002 Vol. 41, No. 36 , APPLIED OPTICS.
2. F. Rehouma and K. E. Aiadi, “Glasses for ion-exchange technology”, International Journal Of Communications, 2008
3. R. ROGOZIÑSKI, P. KARASIÑSKI, “Optical waveguides produced in 3. R. ROGOZIÑSKI, P. KARASIÑSKI, “Optical waveguides produced in ion exchange process from the solutions of AgNO3-NaNO3 for planar chemical amplitude sensors” , Institute of Physics, Silesian University of Technology, 2 Krzywoustego Str., 44-100 Gliwice, Poland, 2005
TERIMA KASIH