Fiber Bragg
Grating
Fiber Bragg
Grating (FBG) adalah serat optik yang memiliki variasi periodik indeks bias
yang terdistribusi dalam bentuk kisi. (Johannes, 2000). Akibat variasi periodik
indeks bias serat optik ini, maka FBG dapat memantulkan panjang gelombang
cahaya tertentu dan meneruskan sisanya. Dengan karakteristik tersebut, FBG
dapat berfungsi sebagai filter optik (optical filter) untuk menghalangi atau
sebagai reflektor panjang gelombang cahaya tertentu.
Gambar 1.
Struktur FBG beserta spectrum transmisi dan refleksinya. (Wikipedia, 2011)
Gambar diatas
menunjukkan Λ periode kisi yang dimiliki oleh sebuah
FBG adalahuniform, sehingga Λ periode kisi braggnya konstan. Adanya
kisi menyebabkan FBG merefleksikan panjang gelombang cahaya yang hanya memenuhi
kondisi Bragg dan mentransmisikan panjang gelombang yang lain.
Prinsip Kerja
FBG
Gambar 2 Skema
prinsip kerja sebuah FBG.
FBG bekerja
berdasarkan pada prinsip refleksi bragg. Inti (core) pada serat optik dibuat
kisi yang mempunyai jarak tertentu. Kisi ini dianggap sebagai reflektor yang
membentuk resonator, dengan puncak transmisi resonator tersebut tergantung
jarak antar kisinya. Ketika cahaya berpropagasi melalui daerah yang berubah
indeks biasnya secara periodik, maka sebagian cahaya akan direfleksikan untuk
panjang gelombang yang memenuhi kondisi Bragg, sedangkan yang lainnya akan
ditransmisikan. Kondisi untuk refleksi tinggi, dikenal sebagai kondisi Bragg. Panjang gelombang Bragg λ Bragg dengan priode kisi Λ
dan indeks refraktif rata-rata neffdiperoleh sesuai dengan persamaan Bragg
yaitu:
λBragg=2 neff Λ
(2.1)
Salah satu
fenomena yang menarik dari FBG ini adalah sifatnya yang sensitif terhadap
perubahan lingkungan seperti suhu, tekanan dan regangan. Apabila terjadi
perubahan jarak kisi karena sesuatu hal misalnya tekanan maupun suhu, maka
puncak transmisinya akan berubah. Dari karakteristik inilah maka FBG banyak
dikembangkan menjadi sensor suhu maupun sensor strain.
Aplikasi FBG
Pembagian
aplikasi utama produksi komersial FBG, berdasarkan material intinya yaitu:
• Sistem
komunikasi serat optik.
�
Penyetabil panjang gelombang untuk laser
�
Narro band WDM add/drop filter.
�
Dispersion Compensation.
�
Gain-Fl attening filter.
�
Kisi untuk filter laser.
• Fiber Grating
Sensor.
FBG
diaplikasikan sebagai sensor pengukuran dengan cara mengukur besaran temperatur
dan strain. Dalam beberapa literatur menunjukkan FBG sensor juga bisa digunakan
untuk tekanan dan medan magnet dinamik. (Andreas, 1999)
Pemberian
pengaruh suhu dan strain pada Fiber FBG
mengakibatkan adanya perubahan periode kisi yang akan mempengaruhi
panjang gelombang Bragg. Sifat ini memungkinkan FBG dapat digunakan untuk
sensor strain. Bragg grating sensor beroperasi berdasarkan pada properti FBG
yang merubah karakteristik panjang gelombang sesuai terhadap strain dan
temperatur. Secara umum FBG bisa dengan mudah diaplikasikan untuk banyak sensor
dalam serat optik. Sistem seperti ini mempunyai kemampuan untuk pengukuran yang
lebih. Terdapat beberapa aplikasi untuk sensor, umumnya digunakan memonitor
keadaan struktur sipil, seperti gedung, jembatan dan bendungan. FBG mempunyai banyak keuntungan, antara lain:
• Ukurannya kecil dan sederhana.
o Imunitas terhadap interferensi
elektromagnetik, material dielektrik dan kemungkinan sensing dan multiplexing
pasif (sensor jaringan)yang terdistribusi.
o FBG dapat melakukan banyak fungsi di
dalam serat optik seperti refleksi,
pemfilteran dan insertion loss yang kecil.
o Respon spektrum dari FBG bergantung
pada perubahan lingkungan (suhu dan tekanan), karena indeks bias serat dan
dimensi fisiknya berubah sesuai suhu maupun tekanan, maka akan mempengaruhi
panjang gelombang Bragg.
o Sebuah FBG yang difabrikasi dengan
tepat juga memiliki reflektivitas yang tinggi dan bandwith yang sempit pada
panjang gelombang braggnya. Biasanya FBG mempunyai reflektivitas lebih besar
dari 75%. Reflektivitas yang tinggi menawarkan jumlah daya optik yang cukup
untuk bisa dideteksi oleh photodiodes. Karakteristik unik sensor FBG akan
menghasilkan sebuah panjang gelombang braggunik yang independen dari intensitas
optik yang digunakan sistem.
Selain kelebihan
FBG juga mempunyai beberapa kekurangan yaitu:
• Dalam aplikasi dibutuhkan recover
sinyal refleksi yaitu optical sirculator agar tidak menimbulkan noise.
• Spektrum refleksi dari FBG saling
melengkapi dengan spektrum transmisi. Pada panjang gelombang yang lebih pendek
dari λBragg , FBG biasanya mengalami loss
transmisi dimana tidak ada cahaya sesuai yang direfleksikan.Loss itu disebabkan
oleh cahaya yang direfleksikan kedalam mode claddingpada fiber.
• Respon spektrum dari FBG tergantung
perubahan lingkungan (suhu atau tekanan), pada aplikasi bukan sensor hal ini
tentu merugikan. Untuk mencegahnya, kisi dapat disusun dalam material
negative-expansion atau material kombinasi yang menyediakan efective negative
thermal expansion,diatur untuk mencegah panjang gelombang Bragg berubah karena
suhu. Atau dengan menggunakan Thermoelectric Coller yang dapat dikontrol secara
aktif.