Optics

1. Pemanfaatan Serat Optik sebagai Sensor Pergeseran
Rahmatul Izza (081411331028), Miftachul Nur Afifah (081411331062), Lu’luil Maknunah
(081411331072)
Laboratorium Fisika Optik, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Kampus C Universitas Airlangga,
Surabaya 60155, Indonesia
Abstrak
Directional coupler dan double coupler dapat dimanfaatkan menjadi sensor pergeseran
mikro dengan prinsip penjalaran gelombang cahaya yang tercoupling pada setiap daerah
couplingnya. Eksperimen ini dilakukan dengan menggunakan mikrometer yang dipasang cermin
datar pada ujung poros putar sebagai komponen pergeseran. Berdasarkan eksperimen yang telah
dilakukan, dapat disimpulkan bahwa kedua jenis device ini dapat dimanfaatkan sebagai sensor
pergeseran mikro dengan performansi yang cukup baik. Adapun parameter-parameter sensor
pergeseran untuk masing-masing directional coupler dan double coupler adalah besar jangkauan
7.2 mm dan 5.1 mm, daerah kerja 5.6 mm dan 4.3 mm, serta sensitivitas 0,5383 au/mm dan 0,6842
au/mm.
Kata Kunci : Directional coupler ; double coupler.
Pendahuluan
Serat optik merupakan sebuah media transmisi gelombang elektromagnetik yang terbuat dari
bahan kaca atau plastik. Prinsip kerjanya menggunakan prinsip pemantulan sempurna (total internal
reflection) dengan memanfaatkan perbedaan indeks bias antara lapisan core atau cladding-nya
(Udd, 1991). Keunggulan serat optik sebagai sensor adalah karena tidak kontak langsung dengan
obyek pengukuran, tidak menggunakan listrik sebagai isyarat, akurasi pengukuran yang tinggi, dan
ukurannya yang kecil (Krohn, 2000). Serat optik telah dapat diaplikasikan sebagai sensor
pergeseran berbasis modulasi intensitas dengan berbagai desain dan konfigurasinya. Aplikasi sensor
pergeseran serat optik berbasis modulasi fase dengan metode dual fabry-perrot cavity
menghasilkan akurasi dan resolusi tinggi tetapi jangkauan kecil dan set up eksperimen kurang
praktis dan harga alat-alat sangat mahal (Bitou et al, 2009).
Directional coupler merupakan salah satu divais optik yang dapat difungsikan sebagai
pembagi daya. Directional coupler dapat terbuat dari serat optik baik singlemode maupun

2. 2
multimode. Berdasarkan prinsip kerja tersebut, directional coupler dapat digunakan untuk
berbagai macam sensor.
Metode
Cahaya dari laser merah dipandu menggunakan serat optik (transmitter) menuju cermin
pemantul. Cermin pada penelitian ini dapat digeser dan memiliki ukuran penggeseran dalam orde
milimeter. Cermin berfungsi sebagai pemantul cahaya dan obyek yang akan diukur posisinya.
Perubahan posisi cermin menyebabkan arah cahaya yang dipantulkan akan berubah. Perubahan
arah pantulan cahaya menyebabkan intensitas cahaya yang dipandu ke dalam serat optik
(receiver) akan mengalami perubahan. Perubahan intensitas cahaya yang dipandu oleh serat
optik (receiver) akan diubah menjadi tegangan DC oleh fotodetektor. Tegangan yang berubah
akan menjadi acuan dalam menentukan perubahan posisi dari cermin dan menyatakan pergeseran
mikro.
Gambar 3. Set Up Eksperimen Sensor Pergeseran menggunakan fiber coupler dengan Target Cermin .
Pengukuran pergeseran mikro dilakukan dengan memvariasikan pergeseran sebesar 0.1 mm
sampai dengan titik tegangan keluaran dengan nilai yang sama hingga 3x.
Hasil
NO. x±0.01 (mm) V±0.01 (V) NO. x±0.01 (mm) V±0.01 (V)
1 0 5.20 37 3.6 1.227
2 0.1 5.21 38 3.7 1.200
3 0.2 5.25 39 3.8 1.170
4 0.3 5.30 40 3.9 1.147

3. 5 0.4 5.37 41 4.0 1.126
6 0.5 5.44 42 4.1 1.107
7 0.6 5.51 43 4.2 1.089
8 0.7 5.33 44 4.3 1.071
9 0.8 5.04 45 4.4 1.050
10 0.9 4.73 46 4.5 1.035
11 1.0 4.43 47 4.6 1.020
12 1.1 4.14 48 4.7 1.008
13 1.2 3.86 49 4.8 0.995
14 1.3 3.62 50 4.9 0.982
15 1.4 3.382 51 5.0 0.972
16 1.5 3.162 52 5.1 0.961
17 1.6 2.954 53 5.2 0.954
18 1.7 2.762 54 5.3 0.943
19 1.8 2.593 55 5.4 0.931
20 1/9 2.432 56 5.5 0.924
21 2.0 2.294 57 5.6 0.916
22 2.1 2.162 58 5.7 0.908
23 2.2 2.046 59 5.8 0.904
24 2.3 1.949 60 5.9 0.897
25 2.4 1.858 61 6.0 0.890
26 2.5 1.776 62 6.1 0.886
27 2.6 1.696 63 6.2 0.880
28 2.7 1.626 64 6.3 0.874
29 2.8 1.563 65 6.4 0.870
30 2.9 1.508 66 6.5 0.864

4. 31 3.0 1.455 67 6.6 0.859
32 3.1 1.411 68 6.7 0.854
33 3.2 1.364 69 6.8 0.850
34 3.3 1.325 70 6.9 0.846
35 3.4 1.291 71 7.0 0.846
36 3.5 1.255 72 7.1 0.846
Tabel 1. Directional Couple
NO. x±0.01 (mm) V±0.01 (V) NO. x±0.01 (mm) V±0.01 (V)
1
0 0.007 26 2.6 1.137
2
0.1 0.06 27 2.7 1.061
3
0.2 0.442 28 2.8 0.971
4
0.3 1.076 29 2.9 0.934
5
0.4 1.689 30 3 0.866
6
0.5 2.146 31 3.1 0.854
7
0.6 2.456 32 3.2 0.78
8
0.7 2.676 33 3.3 0.784
9
0.8 2.892 34 3.4 0.709
10
0.9 2.962 35 3.5 0.665
11
1 2.886 36 3.6 0.633
12
1.1 2.883 37 3.7 0.559
13
1.2 2.754 38 3.8 0.56
14
1.3 2.63 39 3.9 0.543
15
1.4 2.562 40 4 0.521
16
1.5 2.47 41 4.1 0.492
17
1.6 2.364 42 4.2 0.451

5. 18
1.7 2.176 43 4.3 0.43
19
1.8 2.049 44 4.4 0.405
20
1.9 1.873 45 4.5 0.384
21
2 1.683 46 4.6 0.371
22
2.1 1.581 47 4.7 0.036
23
2.2 1.476 48 4.8 0.034
24
2.3 1.416 49 4.9 0.033
25
2.4 1.302 50 5 0.032
26
2.5 1.239 51 5.1 0.032
Tabel 2. Double Couple
Pembahasan
Data hasil karakterisasi directional coupler dan double coupler sebagai sensor
pergeseran mikro berupa daya optik sebagai fungsi pergeseran posisi cermin. Semakin jauh
pergeseran dari cermin maka akan semakin kecil daya optik yang kembali terpandu pada fiber
optik dan terbaca pada detektor. Pengambilan data dilakukan setiap pergeseran 100 μm dengan
posisi awal berada saat x = 0.
Sebagai sensor pergeseran, hubungan antara variabel daya output terhadap pergeseran
haruslah linier. Sedangkan telah diperlihatkan sebelumnya pada Gambar 2. dan Gambar 4. bahwa
bentuk grafik yang tersaji tidak linier penuh. Oleh karena itu, harus dilakukan pengujian
daerah linier untuk directional coupler dan double coupler. Daerah linier ini menunjukkan
daerah kerja efektif sebagai suatu sensor pergeseran. Pengujian daerah linier dilakukan dengan
memilih data yang diasumsikan paling linier dibandingkan yang lain kemudian dilakukan regresi
linier. Kemudian dari regresi linier itulah nantinya akan dapat diketahui parameter-parameter
sensor dari masing-masing directional coupler dan double coupler sebagai sensor pergeseran yang
berskala mikro.

6. Gambar 2. Linieritas pergeseran terhadap tegangan keluaran pada Directional Couple
Gambar 3 (a) Daerah Kerja 1; (b) Daerah Kerja 2.
Daerah kerja directional coupler sebagai sensor pergeseran ditunjukkan pada Gambar
3(b). Berdasarkan pemilihan data eksperiman hasil pergeseran cermin pada directional coupler
ini didapatkan bahwa daerah kerja berkisar antara jarak 0.6 mm hingga 7.2 mm dengan jangkauan
7.1 mm. Sensitivitas dari sensor ini sebesar 0,5383 au/ mm, tanda (-) dari persamaan tersebut
menunjukkan bahwa grafik ini berbentuk backslope. Nilai faktor linieritas dari grafik ini
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8
V(V)
x (mm)
Linieritas
V±0.01 (V)
y = 0.6114x + 5.1327
R² = 0.9893
5.15
5.2
5.25
5.3
5.35
5.4
5.45
5.5
5.55
0 0.2 0.4 0.6 0.8
V(V)
x (mm)
Series1
Linear (Series1)
y = -0.5383x + 3.8215
R² = 0.695
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8
V(V)
x (mm)
Series1
Linear (Series1)

7. dinyatakan dengan R2
dengan nilai 0.695.
Gambar 4. Linieritas Pergeseran terhadap Tegangan Keluar pada Double Couple.
Gambar 5 (a) Daerah Kerja 1 (b) Daerah Kerja 2
Berdasarkan pengujian daerah linier didapatkan bahwa daerah kerja sensor ini berkisar
antara jarak 0.9 mm hingga 5.2 mm, atau rentang daerah kerjanya 4.3 mm. Rentang daerah
kerja ini sangat jauh lebih kecil dibanding daerah kerja directional coupler. Berdasarkan
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 1 2 3 4 5 6
V(V)
x (mm)
Linieritas
Series1
y = 3.7688x - 0.0554
R² = 0.9582
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
AxisTitle
Axis Title
Series1
Linear (Series1)
y = -0.6842x + 3.2371
R² = 0.9306
-1
0
1
2
3
4
0 2 4 6
AxisTitle
Axis Title
Series1
Linear (Series1)

8. persamaan garis dapat diketahui nilai sensitivitas dari sensor ini adalah 0,6842 au/mm, tanda (-)
dari persamaan tersebut menunjukkan bahwa grafik ini juga berbentuk backslope. Nilai faktor
linieritas dari grafik ini dinyatakan dengan R2. Sehingga diketahui bahwa faktor linieritas untuk
double coupler sebagai sensor adalah 0,9306.
Berdasarkan Gambar 2 dan 4 untuk masing-masing directional coupler dan double
coupler maka didapatkan beberapa data yang dapat digunakan sebagai parameter sensor, yaitu
sensitivitas, daerah kerja, resolusi pergeseran alat, jangkauan dan tingkat linieritas. Adapun nilai
parameter-parameter directional coupler dan double coupler sebagai sensor pergeseran
diperlihatkan pada tabel di bawah ini.
Parameter
Directional
Coupler Double Coupler
Pergeseran alat (mm) 0.1 0.1
Jangkauan (mm) 7.2 5.1
Daerah kerja (mm) 0.6-7.2 0.9-5.2
Sensitivitas (au/ mm) 0.5383 0,6842
Linieritas 0.695 0,9306
Berdasarkan parameter-parameter sensor yang disajikan pada tabel 1. diketahui bahwa
daerah kerja yang diperoleh dari directional coupler maupun double coupler berbeda. Directional
coupler memiliki daerah kerja yang jauh lebih panjang dan sensitivitas lebih besar dibanding
double coupler. Selain itu, nilai linieritas directional coupler lebih besar dibandingkan double
coupler dengan perbedaan besar linieritas tidak terlalu jauh. Akantetapi secara umum
performansi direcsional coupler maupun double coupler sebagai sensor pergeseran sudah cukup
baik.
Kesimpulan
Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan maka didapatkan kesimpulan bahwa
directional coupler dan double coupler dari bahan serat optik multimode ini dapat dimanfaatkan
sebagai sensor pergeseran dengan performansi yang sudah cukup baik. Adapun parameter-
parameter sensor pergeseran untuk masing-masing directional coupler dan double coupler adalah
besar jangkauan 7.2 mm dan 5.1 mm, daerah kerja 5.6 mm dan 4.3 mm, serta sensitivitas 0,5383
au/mm dan 0,6842 au/mm.

9. Referensi
Bitou, Youichi, 2009, High Accuracy displacement Metrology and Control Using Dual Fabry-Perot
Cavity with an Optcal Frequency Comb Generator, Precision Engineering, Vol 33, hal 187-193.
Krohn, D.A., 2000. Fiber Optic Sensor, Fundamental and Application, 3rd
. New York : ISA.
Saputro, Bayu H. 2014. Aplikasi SIstem Sensor Serat Optik untuk Pengukuran Frekuensi Getaran
Akustik. Padang : UNAND Press.
Udd, Eric. 1991. Fiber Optic Sensors : An Introduction for Engineers and Scientist. Canada : John
Wiley and Sons.
Yasin, M., Harun, W.S., dkk. 2007. The Performance of a Fiber Optic Displacement Sensor for
Resolusi