INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI NASIONAL

Sistem Komunikasi Serat Optik

AGAM GILANG ABDUL HAKIM

14223891

ISTN

KAMPUS DUREN TIGA

JAKARTA

2015

Struktur serat SMS (SingleMode – MultiMode – SingleMode) berdasarkan serat multimodechalcogenide

Pengfei Wang1.2*, Gilberto Brambilla1, Ming Ding1, Xueliang Zhang1,3, Yuliya Semenova2,

Qiang Wu2, dan Gerald Farrell2

1Optoelectronics Research Centre, University of Southampton, Southampton SO17 1BJ, United Kingdom

2Photonics Research Centre, Dublin Institute of Technology, Kevin Street, Dublin 8, Ireland3College of Optoelectronic Science and Engineering, National University of Defense

Technology, Changsa 410073, China

Abstrak

Kami menyelidiki secara teori dan percobaan sebuah struktur SMS (SingleMode – MultiMode – SingleMode) berdasarkan seratmultimode chalcogenide (As2S3) dan seratsinglemode silika biasa.Hasil percobaan menunjukan pemahaman yang umum dengan hasil simulasi angka berdasarkan metode propagasi wide angle-beam (WA-BPM).Serat chalcogenide dan serat silika disambung dan dikemas secara mekanikal menggunakan UV polimer dengan indeks bias yang rendah pada mikroskop geser. Variasi interferensi multimode telah diamati dengan perubahan indeks bias photo-induksi yang dihasilkan dari penyinaran laser pada panjang gelombang 405 nm dan lampu ultraviolet.Hasil kami membuktikan tempat untuk perkembangan yang padu, kualitas optik yang tinggi, dan perangkat photonik nonlinier yang kuat.

Kata Kunci :Serat Optik, Interferensi Multimode, Serat Nonlinier, Photosensitivitas

1. PENGENALAN

Interferensi Multimode (MMI) telah diselidiki secara intensif pada waveguide photonik yang terintegrasi dan hasil unik self-imaging dari masukan bidang cahaya dan digunakan secara luas pada pemecah beam, combiner dan multiplexer untuk komunikasi optik [1-3]. Baru – baru ini, interferensi multimode yang terjadi pada struktur seratSingleMode-MultiMode-Singlemode (SMS) telah dipelajari untuk pengaplikasian perangkat optik dan sebagainya, pemindahan sensor [4], sensor suhu dan noda [5], sensor refractometer [6] dan batas filter untuk pengukuran panjang gelombang [7]. Perangkat optik ini, berdasarkan struktur serat SMS, menawarkan semua solusi serat untuk komunikasi dan penglihatan optik dengan keuntungan kemudahan kemasan dan koneksi untuk sistem serat optik.

Chalcogenide membangun diri mereka dengan cepat sebagai material yang sangat bagus untuk memunculkan aplikasi pada memori non-volatil dan pengalihan berkecepatan tinggi [8] dan telah di pertimbangkan untuk jarak pada teknologi optoelektronik lainnya.Kaca chalcogenide menawarkan sifat yang menarik seperti nonlinier yang sangat tinggi, photosensitivitas, respon nonlinier yang sangat cepat, matriks energi Fonon yang rendah, kemampuan untuk diolah dengan elemen aktif termasuk lantanida dan logam transisi dan kemungkinan untuk membentuk detektor, laser dan amplifier. Tidak seperti material optik lainnya, mereka telah terbentuk menjadi banyak bentuk, termasuk serat optik, komponen

optik masal, resonator microsphere, metamaterial dan nanomaterial, dimotifkan oleh pengolahan kompatibel CMOS pada skala sub-mikro.Hingga saat ini, aplikasi termasuk pengalihan optik yang sangat cepat, generasi supercontinuum, konversi panjang gelombang broadband, semua pengolahan sinyal optik, karakterisasi pulsa yang sangat cepat dan laser serat Raman sudah didemonstrasikan secara ekstensif menggunakan serat kaca chalcogenide [9-11].

Dalam paper ini, kami memberikan investigasi dari propagasi cahaya dalam struktur serat SMS berdasarkan pada chalcogenide dan serat silika, yang belum ditangani secara jauh dalam literatur.Seratchalcogenide berdasarkan pada perangkat interferensi multimode difabrikasikan dan di kemas menggunakan ultraviolet. Karena photo-induksi indeks bias berubah dalam material kaca chalcogenide, respon spektral yang dicapai untuk interferensi multimode juga bervariasi dengan kedua daya dan posisi penyinaran untuk penyinaran laser dengan daya keluaran maksimum sebesar 10 mW pada panjang gelombang 405 nm. Pergeseran puncak pada respon spektral yaitu 2 nm telah diakui dan kami juga mendapat variasi daya yaitu 1565.4 nm sama tinggi dengan 8.94 nm tergantung pada posisi penyinaran laser yang berbeda sepanjang serat chalcogenide. Perangkat yang difabrikasi kan menawarkan potensi biaya yang rendah, semua pengalihan optik yang dibuat secara kuat dan sepenuhnya terintegrasi dan perangkat filter yang bisa di atur karena uniknya nonlinier yang tinggi dan kemudahan fabrikasi.

2. ANALISIS SECARA TEORI

Struktur serat SMS terdiri dari masukan dan keluaran serat silika singlemode dengan bagian serat multimode pendek yang dijepit diantara mereka, seperti gambar 1.Bagian serat multimode chalcogenide dijepit diantara dua serat silika singlemode yang standar dan membentuk serat multimode interferometer yang tipikal.

Gambar 1.Skematik dari struktur serat SMS berdasarkan pada serat silika singlemode serat-chalcogenide multimode serat-silika singlemode.

Berdasarkan model angka menggunakan WA-BPM yang diberikan dalam [12], gambar 2 (a) dan (b) memberikan distribusi amplitude dari propagasi bidang optik dan kerugian kopling yang sesuai dengan keluaran serat sebagai fungsi dari jarak propagasi untuk perangkat MMI.Dari gambar 2 (a) dan (b), bisa dilihat dari salah satu nya bahwa interferensi multimode yang signifikan untuk sampel angka dari MMF terjadi ketika jarak propagasi lebih panjang dari 10 mm dan kerugian kopling mencapai nilai maksimum, yaitu -50 dB pada

posisi propagasi Z=18.91 mm. Hasil yang sudah dihitung menunjukan bahwa interferensi eigenmode dengan bagian MMF telah ditentukan oleh ukuran dan indeks bias dari inti MMF.

Gambar 2. (a) Propagasi cahaya dengan serat multimode chalcogenide; (b) Kerugian kopling yang dihitung ke keluaran serat singlemode untuk panjang serat multimode chalcogenide

yang berbeda ketika panjang gelombang dari input cahaya adalah 1550 nm.

3. HASIL PERCOBAAN DAN DISKUSI

Serat chalcogenide yang digunakan pada percobaan adalah step-indeks serat multimode yang disediakan oleh Oxford Electronics, dengan inti As2S3 (OD = 180 μm) dan cladding AsxS1-x dari indeks bias yang rendah (OD = 275 μm). Bagian silang serat multimode chalcogenide ditunjukan pada gambar 3.

Gambar 3. Foto mikroskop dari bagian silang serat multimode chalcogenide

Sampel dari SMS telah diproduksi dengan menjepit serat multimode chalcogenide diantara dua serat silika singlemode (SMF). Inti serat telah diluruskan menggunakan tahap translasi 3D, dan pelurusan telah ditetapkan dengan penanaman serat dalam polimer UV dengan indeks bias yang rendah. Gambar 4 menunjukan hasil struktur SMS hibrida diproduksi dari 48.4 mm panjang serat multimode chalcogenide yang dikemas dalam mikroskop geser. Spektrum transmisi dari perangkat SMS hibrida yang di fabrikasi kemudian

di rekam menggunakan broadband Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) sumber (1520~1570 nm) dan analyzer spectrum optik (YOKOGAWA AQ6370).

Gambar 4.Foto dari serat multimode chalcogenide dengan panjang sekitar 48.4 nm yang dijepit diantara dua serat silika singlemode dan dikemas pada mikroskop geser.

Gambar 5 (a) memberikan spektrum transmisi yang telah dihitung dan di ukur dari struktur SMS hibrida; kerugian yang di ukur sekitar -13 dB.Hasil menunjukan persetujuan yang umum dengan prediksi secara teori.Perbedaan antara hasil yang di hitung dan di ukur bisa karena kesamaan antara SMF dan MMF dan perkiraan yang dibuat dalam perhitungan (simulasi transmisi untuk SMS termasuk beberapa perkiraan, seperti Padé (3, 3) perkiraan operator). Untuk menunjukan stabilitas dari fabrikasi SMS, gambar 5 (b) memberikan spektrum transmisi dari perangkat SMS karena mereka bervariasi dengan waktu sebelum/sesudah proses UV. Perubahan dalam spektrum transmisi dikarenakan perubahan temperatur dan proses lebih lanjut dari lem polimer.

Gambar 5. (a) Respon spektrum yang di hitung dan di ukur dari perangkat SMS hibrida pada jarak panjang gelombang 1520~1570 nm; (b) perubahan dalam spektrum

transmisi SMS sebelum/sesudah proses UV.

Telah diketahui benar bahwa kaca chalcogenide mempunyai photosensitivitas yang tinggi, sehingga indeks bias bisa bervariasi dengan penyinaran laser eksternal. Oleh karena itu, respon spektrum yang dicapai dari interferensi multimode dalam perangkat SMS juga dapat bervariasi dengan penyinaran laser. Untuk menunjukan efek ini, MMF chalcogenidedapat disinari dan di scan laser CW dengan daya keluaran maksimum, yaitu 10 mW dan panjang gelombang sebesar 405 nm. Ukuran titik laser pada MMF chalcogenide diperkirakan sekitar 7x10-4 cm2, memberikan intensitas penyinaran sebesar 1.43x104

mW/cm2. Perubahan hasil pada spektrum transmisi di monitor oleh OSA secara terus menerus. Gambar 6 menunjukan bahwa respon spektrum melonjak turun sampai 2 nm dan variasi daya setinggi 8.94 dB pada λ = 1565.4 nm yang telah diamati pada posisi penyinaran laser yang berbeda sepanjang serat chalcogenide. Seluruh MMF chalcogenide kemudian di sinari oleh lampu UV (Hamamatsu L9588-02A, panjang gelombang: 240 – 400 nm) dengan rata rata daya keluaran sebesar 410 mW/cm2. Gambar 6 menunjukan perubahan yang signifikan pada spektrum SMS dan variasi daya pada 1563.3 nm sama tinggi dengan 7.57 dB.

Gambar 6.Spektrum transmisi dari perangkat SMS chalcogenide sebelum/sesudah penyinaran dengan laser 405 nm dan lampu UV.

4. KESIMPULAN

Pada kesimpulan, sebagai bukti dari konsep pertama, kami telah mengusulkan dan menunjukan MMF chalcogenide berdasarkan pada struktur SMS.Persetujuan yang diterima antara percobaan secara karakterisasi dan simulasi angka pada struktur telah di akui. Karena photosensitivitas yang tinggi dari material kaca chalcogenide, struktur SMS chalcogenidebisa dimanfaatkan untuk membentuk jarak fungsionalitas diatas jarak panjang gelombang near- dan mid-IR, seperti filter yang bisa di atur dan perangkat pengalihan serat optik. Konsep ini boleh juga dipertimbangkan sebagai tempat yang menjanjikan untuk perangkat pengolahan sinyal linear.

PENGETAHUAN

P. Wang didanai oleh Irish Research Council for Science, Engineering, and Technology, didanai juga oleh Marie-Curie Actions under FP7, G. Brambilla mengucapkan terimakasih kepada Royal Society (London) untuk kerjasama penelitiannya. Q. Wu berterimakasih atas dukungan dari Science Foundation Ireland.

REFERENSI

[1]. Soldano, L. B. and Pennings, E. C. M., "Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Self-Imaging:Principles and Applications", J. Lightwave Tech., 13(4), 615-627 (1995).[2]. Herben, C. G. P., Vreeburg, C. G. M., Leijtens, X. J. M., Blok, H., Groen, F. H., Moerman, I., Pedersen, W. andSmit, M. K., "Chirping of an MMI-PHASAR Demultiplexer for Application in Multiwavelength Lasers", IEEE Photonics Tech. Lett., 9(8), 1116-1118 (1997).[3]. Paiam, M. R. and MacDonald, R. I., "A 12-channel phased-array wavelength multiplexer with multimode interference couplers", IEEE Photonics Tech. Lett., 10(2), 241-243 (1998).[4]. Wu, Q., Semenova, Y., Wang, P., Hatta A. M. and Farrell, G., “Experimental demonstration of a simple displacement sensor based on a bent single-mode–multimodesingle-mode fiber structure”, Meas. Sci. Technol., 22, 025203 (2011).[5]. Tripathi, S. M., Kumar, A., Varshney, R. K., Kumar, Y. B. P., Marin, E. and Meunier, J. P., "Strain and Temperature Sensing Characteristics of Single-Mode–Multimode–Single Mode Structures," Journal of Lightwave Technology , 27(13), 2348-2356 (2009).[6]. Wang, P., Brambilla, G., Ding, M., Semenova, Y., Wu, Q. and Farrell, G., “A high sensitivity, evanescent field refractometric sensor based on tapered multimode fiber interference”, Optics Letters, 36(12), 2233-2235 (2011).[7]. Wang, Q., and Farrell G., "Multimode Fiber based Edge Filter for Optical Wavelength Measurement Application", Microwave and Optical Technology Letters, 48(5), 900-902 (2006).