pengaruh variasi bentuk lekukan bertekanan terhadap perubahan intensitas cahaya keluaran pada serat...

1 Pengaruh variasi (Furi Limastiwi)

PENGARUH VARIASI BENTUK LEKUKAN BERTEKANAN TERHADAP

PERUBAHAN INTENSITAS CAHAYA KELUARAN PADA SERAT OPTIK PLASTIK

1Furi Limastiwi,

1Heru Kuswanto

1Program Studi Fisika, Jurusan Pendidikan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Yogyakarta

Jl. Colombo 1, Krangmalang, Sleman, Yogyakarta

Email: [email protected]

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perubahan intensitas cahaya keluaran serat optik

akibat pengaruh pemberian tekanan pada serat optik plastik dan untuk mengetahui pengaruh

variasi bentuk lekukan terhadap intensitas cahaya keluaran serat optik plastik.

Serat optik plastik sepanjang 70 cm dikelupas jaket pelindungnya sepanjang 25 cm. Serat

optik ditempatkan di bawah 3 sampai 5 lekukan kayu dengan beberapa massa beban. Variabel

bebas dalam penelitian ini adalah tekanan jumlah lekukan dan bentuk lekukan. Variabel terikat

dalam penelitian ini adalah intensitas cahaya keluaran serat optik plastik. Intensitas cahaya

diukur menggunakan Optical Power Meter (OPM).

Hasil penelitian ini menunukkan bahwa intensitas cahaya keluaran akan menurun seiring

dengan meningkatnya tekanan dan bertambahnya jumlah lekukan. Hal ini dikarenakan

perubahan sudut yang ekstrim yang menyebabkan banyak cahaya yang masuk ke cladding jadi

cahaya yang ditransmisikan menurun secara signifikan. Penurunan intensitas cahaya keluaran

yang paling banyak adalah bentuk lekukan gerigi segiempat.

Kata kunci: Serat Optik Plastik, Tekanan, Intensitas Cahaya


THE EFFECT OF PRESSURE VURVE SHAPE VARIATION ON THE CHANGE OF

OUTPUT LIGHT INTENSITY ON PLASTIC OPTICAL FIBER

1Furi Limastiwi,

1Heru Kuswanto

1Program Studi Fisika, Jurusan Pendidikan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Yogyakarta

Jl. Colombo 1, Krangmalang, Sleman, Yogyakarta

Email: [email protected]

Absract

This study aims to determine the change in the intensity of light of the output of optical fiber due to

the effect of pressure on plastic optical fiber and to determine curve shape on the intensity of the light of

the effect plastic optical fiber output.

The jacket of optical fiber as long as 70 cm was striped for 25 cm. Plastic fiber was then pleaced under

3 to 5 wooden grooves loaded with some mass. The independent variables of this research are pressure

the number of bends and the shape of the curve. The dependent variable is the output light intensity. The

light intensity was measured by using Optical Power Meter (OPM).

The results of the research showed that the output light intensity decrease with the increase of pressure

and the number of bends. This probably due to extreme angle that causes much more light going into the

cladding of the fiber so that the light transmission reduced significantly. The worst light transmission

occured on the rectangular curve shape.

Keywords: Plastic Optical Fiber, Pressure, Light Intensity


PENDAHULUAN

Serat optik sudah banyak digunakan

sebagai sensor dalam berbagai bidang,

antara lain pada bidang kesehatan, serat

optik dapat digunakan sebagai endoskopi

dan probe-probe medis lainnya. Penggunaan

serat optik dalam teknologi sensor

merupakan alternatif yang sangat

menjanjikan dengan berbagai kelebihannya

dalam hal sensitivitas, selektivitas,

reversibilitas, akurasi, noise rendah karena

sinyal optik tidak berinteraksi dengan

gelombang elektromagnetik, dan yang

paling utama adalah dapat dirancang untuk

pengukuran dan penginderaan pada jarak

jauh (remote sensing) (Akhiruddin Maddu,

2007:20).

Serat optik plastik dimanfaatkan sebagai

sensor dengan memberi perlakuan pada serat

optik plastik itu sendiri disesuaikan dengan

pensensorannya. Perlakuan ini dapat berupa

penggantian cladding, memanaskan,

memberi bahan sambungan, ataupun dengan

membuat bengkokan pada serat optik. Sudah

mulai dikembangkan pemanfaatan serat

optik untuk sensor tekanan. Perubahan

intensitas cahaya pada serat optik

disebabkan antara lain oleh absorbsi,

hamburan Rayleigh, pemantulan Fresnel

serta pelemahan akibat pembengkokan

(Crisp dan Barry, 2005:55-58).

Pada penelitian ini probe sensor tekanan

dibuat pada serat optik plastik dengan

pemberian massa beban pada serat optik

plastik sehingga terbentuk lekukan pada

serat optik plastik. Pemberian beban pada

serat optik plastik, akan menyebabkan serat

optik plastik membengkok sehingga terjadi

perubahan lintasan cahaya yang

mengakibatkan berkurangnya intensitas

cahaya yang melalui serat optik. Perubahan

intensitas cahaya inilah yang kemudian

dianalisis untuk pengembangan probe sensor

tekanan.

DASAR TEORI

Serat Optik Plastik

Serat optik plastik adalah jenis serat optik

yang terbuat dari jenis plastik tertentu

dengan indeks bias tertentu. Serat optik

plastik kurang banyak digunakan sebagai

media transmisi jarak jauh karena memiliki

atenuasi yang besar. Serat optik plastik

banyak dikembangkan sebagai sensor karena

mudah diubah-ubah dan diberi perlakuan,

sedangkan serat optik kaca terlalu rapuh dan

ukurannya yang kecil sehingga sulit untuk

diberi perlakuan.

Serat optik plastik terdiri dari teras

(core), selongsong (cladding), dan jaket

pelindung. Teras dan selongsong dibuat

berbeda indeks biasnya, agar bisa terjadi

pemantulan internal total. Pemantulan

internal total inilah yang menyebabkan

cahaya tetap berada dalam serat optik.

Sementara jaket pelindung untuk melindungi

serat optik dari kondisi lingkungan yang

merusak (Senior, 1985).

Pemantulan Internal Total

Ketika cahaya menjalar di dalam bahan

transparan yang memiliki perbedaan indeks

bias, hingga menemui permukaan bahan

transparan lainnya, maka dua hal yang akan

terjadi, yaitu:

1) Sebagian cahaya dipantulkan, dan 2) Sebagian cahaya diteruskan ke dalam

bahan transparan kedua.

Cahaya yang ditransmisikan biasanya

dibelokkan ketika memasuki bahan kedua,

yaitu jika cahaya masuk dengan sebuah

sudut terhadap permukaan bahan.

Pembelokan cahaya ini timbul karena

pembiasan (refraction). Pantulan internal

total terjadi pada bidang batas antara 2


media dengan indeks bias yang berbeda

yaitu dan . Seberkas sinar datang dari

medium pertama yang mempunyai indeks

bias dengan sudut datang , sinar itu

dibiaskan pada bidang batas dan masuk ke

medium kedua yang mempunya indeks bias

dengan sudut bias . Menurut hukum

Snell pembiasan tersebut dapat dituliskan

dalam bentuk (Akhiruddin Maddu,

2007:19):

(1)

Gambar 1. Sinar datang dari medium

lebih rapat menuju medium kurang

rapat

Pada Gambar 1(a) sudut datang lebih

kecil dari sudut kritis, maka sinar akan

dibiaskan menjauhi garis normal. Gambar

1(b) menjelaskan bahwa sudut datang sama

dengan sudut kritis, maka sinar akan

dibiaskan sejajar bdidang batas. Dan

Gambar 1(c) sudut datang lebih besar dari

sudut kritis, maka sinar akan dipantulkan

seluruhnya (Harsono, 2010: 10).

Bila indeks bias medium pertama lebih

besar dari indeks bias medium kedua, maka

sudut bias selalu lebih besar dari pada sudut

datang. Bila sudut datang diperbesar, maka

sudut bias akan semakin besar dan

menyebabkan sudut bias sejajar bidang

batas. Sudut terjadinya pembiasan yang

sejajar bidang batas disebut sudut kritis,

seperti yang terlihat pada Gambar 1(b). Dari

persamaan (1) nilai sudut kritis diberikan

oleh (Keiser: 1991):

(2)

Numerical Aperture

Sinar cahaya yang masuk ke dalam inti

serat optik membentuk sudut datang tertentu

terhadap poros serat optik. Sudut yang

menuju ke arah permukaan serat optik, tidak

semua akan diteruskan. Tetapi ada syarat

tertentu agar sinar yang datang tersebut

dapat diteruskan. Sudut dimana sinar dapat

diterima oleh serat optik disebut sebagai

Numerical Aperture. Besarnya nilai

Numerical Aperture diberikan oleh (Harsono

, 2010:15):

(3)

Macro Bending/Pembengkokan Makro

Rugi-rugi macro bending terjadi ketika

sinar atau cahaya melalui serat optik yang

dilengkungkan dengan jari-jari lebih lebar

dibandingkan dengan diameter serat optik

sehingga menyebabkan hilangnya daya.

Jumlah radiasi optik dari lengkungan serat

tergantung kekuatan medan dan

kelengkungan jari-jari (Andre, 2006:1).

METODE PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan metode

eksperimen dengan pendekatan kuantitatif

dari hasil Optical Power Meter (OPM).

Penelitian dilakukan pada bulan Februari

sampai dengan bulan Mei 2013. Sebelum

dilakukan penelitian , telah dilakukan studi

literatur dan diskusi terlebih dahulu.

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium

Spektroskopi, Jurusan Pendidikan Fisika,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam, Universitas Negeri Yogyakarta.


Variabel bebas penelitian ini adalah

massa beban, bentuk lekukan, dan jumlah

lekukan. Variabel kontrol adalah Serat optik

plastik sepanjang 70 cm dengan panjang

pengelupasan jaket pelindung 25 cm dan

Panjang gelombang cahaya LED berwarna

hijau (5305 nm). Variabel terikat adalah

intensitas cahaya keluaran serat optik

plastik.

Prosedur pada percobaan ini dapat

diamati pada Gambar 2.

Gambar 2. Skema Percobaan

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 3. Grafik hubungan antara massa beban

dan intensitas cahaya keluaran serat optik untuk

bentuk lekukan segitiga.

Gambar 3 menunjukkan semakin banyak

lekukan dan bertambahnya massa beban

maka semakin banyak intensitas cahaya

keluaran yang hilang. Untuk bentuk lekukan

segitiga nilai gradiennya adalah: untuk 3

lekukan nilai B= -4,78039x ; untuk 4

lekukan nilai B= ; dan untuk

5 lekukan nilai B= . Bentuk

lekukan ini berpengaruh pada sudut datang

cahaya. Masing-masing bentuk lekukan

memiliki sudut yang berbeda-beda.




bentuk lekukan silinder.

Dengan perlakukan yang sama dengan

bentuk lekukan segitiga bentuk lekukan

silinder menghasilkan nilai gradien: untuk 3

lekukan silinder nilai B= ;

untuk 4 lekukan nilai B= ;

dan untuk 5 lekukan nilai

B= . Nilai gradien garis

inilah yang nantinya dapat digunakan untuk

mengetahui bentuk lekukan mana yang

paling sensitif untuk digunakan sebagai

sensor.



bentuk lekukan segiempat.

Untuk bentuk lekukan segiempat nilai

gradien garis untuk masing-masing lekukan

yaitu: untuk 3 lekukan nilai

B= ; untuk 4 lekukan nilai

B= ; dan untuk 5 lekukan

nilai B= . Lekukan

segiempat adalah bentuk lekukan yang

paling stabil. Terlihat dari kemiringan garis

yang memiliki kemiringan hampir sama.



bentuk lekukan campuran.

Untuk bentuk lekukan segiempat,

segitiga, segiempat nilai

B= . Untuk bentuk lekukan

segiempat, silinder, segiempat nilai

B= . Berdasarkan Gambar 6

dapat dilihat bahwa untuk bentuk lekukan 3

segiempat menunjukkan penurunan

intensitas cahaya yang signifikan. Hal ini

berarti jika dibandingkan dengan lekukan

segitiga dan silinder lekukan segiempat

lebih sensitif.




bentuk lekukan gerigi segitiga

Untuk bentuk gerigi segitiga nilai gradien

untuk setiap lekukan adalah: untuk 3

lekukan nilai B= ; untuk 4

lekukan nilai B= ; dan untuk

5 lekukan nilai B= . Sudut

datang yang dialami serat optik lebih kecil

sehingga menyebabkan banyak intensitas

cahaya yang keluar dari inti dan masuk ke

cladding.



bentuk lekukan gerigi segiempat.

Untuk bentuk lekukan gerigi segiempat

nilai gradiennya adalah: untuk 3 lekukan

nilai B= 0,00103; untuk 4 lekukan nilai

B= 0,00113, dan untuk 5 lekukan nilai

B= 0,00103. Dapat dilihat bahwa semua

grafik menunjukkan penurunan intensitas

cahaya keluaran seiring dengan

meningkatnya massa beban dan

bertambahnya jumlah lekukan. Dan lekukan

gerigi segiempat inilah yang menunjukkan

penurunan intensitas cahaya keluaran yang

paling banyak jika dibandingkan dengan

bentuk lekukan yang lain.

Analisis hasil pengukuran intensitas

cahaya akibat pemberian massa

beban/tekanan pada serat optik plastik

menunjukkan bahwa semakin besar massa

yang diberikan semakin banyak intensitas

cahaya yang hilang. Hal ini menunjukkan

bahwa besarnya massa yang diberikan

berbanding lurus dengan berkurangnya

intensitas cahaya yang melalui serat optik

plastik. Serat optik yang mengalami

penurunan intensitas paling banyak adalah

serat optik dengan bentuk lekukan gerigi

segiempat. Hal ini karena panjang serat

optik yang mengalami tekanan lebih panjang

jika dibanding dengan serat optik dengan

bentuk lakukan yang lain.

Dari grafik di atas diperoleh hubungan

antara intensitas cahaya keluaran terhadap

massa beban yang diberikan. Hilangnya

intensitas cahaya yang melalui serat optik

diakibatkan oleh adanya lekukan pada serat

optik. Lekukan ini menyebabkan cahaya

tidak mengalami pemantulan internal secara

sempurna sehingga banyak cahaya yang

diteruskan ke selongsong (cladding) dan

bahkan keluar dari serat optik. Semakin

besar massa yang diberikan semakin besar

pula lekukan yang dialami serat optik,

sehingga lebih banyak cahaya yang

meninggalkan serat optik.

Dari grafik hubungan antara intensitas

cahaya keluaran serat optik dan massa beban

diperoleh nilai koefisien determinasi (

yang berbeda-beda. Semakin besar nilai

koefisien determinasi menunjukkan semakin

besar hubungan variabel bebas terhadap

variabel terikat.

Semua grafik mempunyai nilai koefisien

korelasi (R) yang lebih kecil dai -0,9. Hal ini

menunjukkan hasil penelitian yang sudah

baik. Semakin kecil nilai R berarti semakin

banyak titik yang ada pada satu garis lurus

grafik linier yang terbentuk. 4 lekukan

segiempat memiliki nilai R yang paling kecil

dengan nilai R=-0,99957.

Dari persamaan:


Diperoleh nilai gradien garis (B) dari

masing-masing grafik. Nilai gradien yang

paling kecil ditunjukkan oleh bentuk

lekukan gerigi segiempat dengan 4

lekukandengan nilai B= 0,00113. Hal ini

menunjukkan bahwa pada perlakuan 4

lekukan gerigi segiempat mengalami

penurunan intensitas yang paling besar

untuk setiap perubahan bentuk dan jumlah

lekukan. Semakin kecil nilai gradien akan

semakin tajam penurunan garis pada grafik.

Dengan data ini dapat diartikan bahwa 4

lekukan gerigi segiempat merupakan

lekukan yang paling sensitif untuk sensor.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

1. Intensitas cahaya keluaran serat optik plastik yang mengalami penurunan paling

banyak adalah pada lekukan yang

berbentuk gerigi dengan gerigi berbentuk

segiempat.

2. Intensitas cahaya keluaran serat optik plastik semakin menurun dengan semakin

banyaknya lekukan yang dialami serat

optik.

3. Intensitas cahaya keluaran serat optik plastik mengalami penurunan seiring

dengan ditambahkannya massa beban.

Saran

1. Sebaiknya menggunakan detektor yang lebih stabil dalam mendeteksi intensitas

cahaya, agar nilai yang terukur lebih

stabil.

2. Sebaiknya dibuat probe yang lebih stabil agar ketika beban diberikan tidak

memberikan getaran pada serat optik.

DAFTAR PUSTAKA

Akhirudddin Maddu. (2007).

Pengembangan Sensor Serat

Optik dengan Cladding

Termodifikasi Polianilin

Nanostruktur untuk Mendeteksi

Beberapa Uap KIM. Disertasi.

Departemen Elektro, Fakultas

teknik, Universitas Indonesia:

Jakarta (Diakses tanggal 5 April

2013darihttp://www.digilib.ui.ac.

id/opac/themes/libri2/detail.jsp?i

d=127067)

Crisp, John dan Barry Elliott. (2005).

Introduction to Fiber Optic third

edition. England: Elsevier.

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.

Keiser, Gerd. (1991). Optical Fiber

Communications. Singapore: Mc

Graw-Hill Publishing Company.

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.

Senior, John M. (1985). Optical Fiber

Communications. London:

Prentica-Hall International, Inc

Pembimbing

Dr. Heru Kuswanto

NIP. 19611112 198702 1 001


Penguji Utama

Suparno, Ph.D

NIP. 19600814 198803 1 003

pengaruh variasi bentuk lekukan bertekanan terhadap perubahan intensitas cahaya keluaran pada serat...

Documents