““““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