## Studi Awal Fabrikasi dan Karakterisasi
Directional Coupler Konfigurasi 4×4 Berbahan Serat Optik Plastik Step Index Multimode Tipe FD-620-10 Menggunakan Metode Heating and Pressing
Elis Nuraini dan Gontjang Prajitno
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : gontjang@physics.its.ac.id
Abstrak —Fabrikasi directional coupler singlemode maupun  multimode  berbentuk  pandu  gelombang  slab masih  sangat  sulit  dilakukan  dan  membutuhkan  peralatan yang  rumit.  Untuk  mengatasi  kendala  tersebut  telah dilakukan  fabrikasi  directional  coupler  dengan  metode Fused Biconical Tapered (FBT), yaitu dengan menggabungkan  sejumlah  serat  optik  pada  panjang kopling  tertentu  sehingga  menjadi  directional  coupler dengan  N-port  (Sekartedjo  dkk,  2007).  Metode  yang digunakanpun  cukup  sederhana  yaitu  dengan  membagi daya ( power divider )  pada directional  coupler.  Akan tetapi, pada metode Fused Biconical Tapered (FBT) masih ditemui beberapa  kendala  yaitu,  adanya  daya  yang  bocor  melalui celah-celah  benang  pada  saat  penggandengan  serat  optik, sehingga daya yang dihasilkan tidak terbagi secara merata. Oleh  karena  itu,  dalam  penelitian  ini directional  coupler difabrikasi  menggunakan  bahan  serat  optik  plastik  (POF) step  index  multimode  tipe  FD-620-10  dengan  metode Heating and Pressing. Dari penelitian yang telah dilakukan didapatkan  fabrikasi directional  coupler konfigurasi  4x4 dari  serat  optik  mode  jamak  dengan  pendekatan  metode heating and pressing dengan panjang kupasan 35 mm pada suhu  120 0 c  dengan  lama  pemanasan  cetakan pressing selama  30  menit.  Hasil  karakterisasi directional  coupler , diperoleh  nilai Coupling  Ratio (CR)  yang  mendekati  0,25 yaitu berkisar antara 0,22-0,27. Sedangkan nilai excess loss pada  port  A1,  B1,  C1,  dan  D1  berturut-turut  sebesar  -4,  - 5.03, -5.91, dan -5.38.
Kata  Kunci —Directional  Coupler,  Fused  Biconical Tapered, Heating and Pressing, Step Index Multimode.

## I. P ENDAHULUAN
ERAT  optik  merupakan  media  transmisi  atau  pandu gelombang cahaya berbentuk silinder yang dikembangkan  di  akhir  tahun  1960-an  dalam  sistem komunikasi yang semakin lama membutuhkan bandwidh yang  besar  dengan  laju  transmisi  yang  tinggi [1].  Pada umumnya,  serat  optik  terdiri  dari  tiga  bagian  yaitu  inti (core), kulit (cladding), dan jaket (coating). Berdasarkan struktur  dan  sifat  transmisinya,  serat  optik  dapat diklasifikasikan  menjadi  dua  yaitu  serat  optik  moda tunggal (singlemode) dan  serat  optik  moda  jamak (multimode) [2] . Berdasarkan  penjalaran  gelombang yang melalui inti, serat optik terbagi menjadi dua macam, yaitu serat optik step index dan serat optik graded index.
Pada  dasarnya  cahaya  disebarkan  melalui core dengan cara pemantulan dalam total [3].
Dalam  perkembangannya,  serat  optik  tidak  hanya berfungsi  untuk  mentransmisikan  informasi  tetapi  juga berkembang  menjadi  piranti  optik  dengan  fungsi  yang lebih luas. Piranti optik tersebut dapat berbentuk coupler dengan  berbagai  macam  variasinya. Coupler merupakan piranti  optik  pasif  yang  berfungsi  sebagai  penggabung dua  atau  lebih  panjang  gelombang  atau  sinyal  menjadi dua  atau  lebih. Directional  coupler termasuk coupler yang  paling  dikembangkan.  Terdapat  beberapa  metode pembuatan directional  coupler berbahan  serat  optik plastik,  di  antaranya  metode fused  biconical  tapered (FBT), yaitu  dengan  menggabungkan  sejumlah  serat optik  pada  panjang  kopling  tertentu  sehingga  menjadi directional coupler dengan N- port [4]. Akan tetapi, pada metode Fused  Biconical  Tapered (FBT)  masih  ditemui beberapa kendala  yaitu, adanya daya yang bocor melalui celah-celah benang pada saat penggandengan serat optik, sehingga  daya  yang  dihasilkan  tidak  terbagi  secara merata.  Oleh  karena  itu,  dalam  penelitian  ini directional coupler difabrikasi  menggunakan  bahan  serat  optik plastik  (POF) step  index  multimode tipe  FD-620-10 dengan metode Heating and Pressing [5] .
Salah  satu  peralatan  yang  merupakan  sistem  moda terkopel  adalah Directional  Coupler .  Divais  optik tersebut tersusun atas dua  pandu  gelombang  yang  saling berdekatan dalam  orde  panjang  gelombang  optik. Divais ini  dapat  mendistribusikan  daya  optik  ke  dua  port  atau lebih,  atau  sebaliknya  menggumpulkan  daya  optik  ke port  tunggal. Directional  coupler dapat  bersifat  aktif maupun  pasif.  Secara  sederhana  divais  coupler  dapat dibuat  dari  serat  optik multimode yaitu  dengan  cara memadukan  atau  menggabungkan  dua  buah  serat  optik multimode dengan  panjang  interaksi  tertentu.  Proses pemindahan daya optik di dalam directional coupler liner dapat  dijelaskan  dengan  teori  moda  terkopel  dengan didasarkan  pada  interaksi  medan-medan evanescent dari masing-masing  pandu  gelombang.  Sedangkan  panjang koplingnya  ditentukan  dari  kuat  kopling,  yaitu  kuantitas saling  tumpang  tindih  ( overlapping )  antara  medan  di pandu  gelombang  satu  dengan  medan evanescent dari pandu  gelombang  kedua.  Secara  kualitatif  penjelasan teori  moda  terkopel  ini  telah  sesuai  dengan  fakta
S
ekperimen,  namun  secara  kuantitatif,  untuk directional coupler yang lebar gapnya relative kecil, panjang kopling dan  porsi  daya  yang  dipindahkan  masih  jauh  dari akurat[6].
Parameter-parameter  pokok directional coupler antara lain:
Coupling  ratio (CR), yaitu  proporsi  daya  masukan  pada masing-masing keluaran [7].
= ( )
(1)
Exceess loss (L e ), yaitu rugi daya total [7].
=  10 log ∑
=  10 log
(2)

## II. M ETODOLOGI
Tahap Fabrikasi A.
Prosedur  fabrikasi directional  coupler mengikuti langkah-langkah sebagai berikut:
1) Pemotongan serat optik
Serat  optik  dipotong  menggunakan  alat  pemotong sepanjang  20  cm  sebanyak  empat  buah.  Untuk memudahkan  identifikasi,  ketiga  serat  optik  diberi  label A, B, C, dan D.

## 2) Pengupasan coating dan cladding
Dengan  bantuan  alat  pengupas,  serat  optik  yang  akan dikupas  ditempatkan  di  tengah-tengah  bagian  alat tersebut  pada  keadaan  lurus  dan  sejajar,  kemudian ditempelkan  selotip  pada  kedua  ujung  agar  tidak  geser. Selanjutnya  serat  optik dikupas dengan panjang  kupasan 35 mm menggunakan cutter .
Gambar 2. Proses Pengupasan Coating
Kemudian,  serat  optik  diletakkan  pada  sebuah  cawan yang  terisi  aceton.  Bagian  serat  optik  yang  terendam aceton haruslah bagian yang sudah dipotong dan dikupas. Proses  perendaman  dilakukan  kurang  lebih  selama  15 menit,  hingga  bagian cladding terkelupas.  Hal  ini dilakukan  agar  seluruh  serat  optik  yang  dipoles mempunyai  permukaan  yang  rata  dan  ketebalan  yang sama.    Hasil  dari  kupasan  dan  pemolesan  tidak  dapat dilihat  dengan  jelas  oleh  mata  manusia,  sehingga  perlu dilakukan  pengamatan  khusus  dengan  menggunakan perbesaran  tertentu  sehingga  diperoleh  hasil  yang  lebih jelas  mengenai  permukaan  kupasan  dan pemolesan  yang telah dilakukan.

## 3) Uji kerataan
Serat  optik  yang  telah  dikupas  dan  dipoles  diuji kerataanya  untuk  mengetahui  hasil  dari  pengupasan  dan pemolesan  yang  telah  dilakukan.  Uji  kerataan  dilakukan dengan  cara  melihat  bagian  kupasan  serat  optik  pada setiap port dan  seluruh  variasi  panjang  kupasan. Pengujian  dilakukan  dengan  menggunakan Stereo Microscope #3 – Carl Zeiss Stemi DV4.

## Gambar 4. Proses Uji Kerataan
Agar  dapat  diketahui  bagian  yang  belum  terkupas secara  sempurna,  maka  dilakukan  penyinaran  pada  serat optik  menggunakan  laser.  Pada  Gambar  5,  bagian  yang masih  terlihat  gelap  menandakan  bahwa  sinar  laser belum  terhambur  keluar.  Oleh  sebab  itu,  pada  bagian tersebut dilakukan pemolesan ulang.
Gambar 5. Panjang Kupasan 45 mm Port A

## 4) Tahap Penggandengan
Tahap  ini  merupakan  tahapan  terakhir  pembuatan directional  coupler.  Penggandengan  dilakukan  dengan cara menggandeng keempat serat optik pada bagian yang telah dipoles dengan metode heating and pressing.
Gambar 6. Tahap Penggandengan Directional Coupler
Tahap Karakterisasi B.
Karakterisasi directional  coupler hasil  fabrikasi menggunakan  BF5R-D1-N.  Karakterisasi  ini  bertujuan untuk  memperoleh  nilai coupling  ratio  (CR) dan excess
loss  (Le). Sensor  ini  merupakan  sensor  khusus  untuk menganalisis  daya  keluaran  yang  diterima  oleh  serat optik. Pengukuran dilakukan sebanyak 20 kali pengulangan pada masing-masing port.
Gambar 7. Set Up Alat pada Proses Karakterisasi Directional Coupler

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Hasil Fabrikasi A.
Metode heating  and  pressing sangat  dipengaruhi  oleh suhu  dan  lama  pemanasan  cetakan pressing .  Sebelum dilakukan pressing cetakan pressing terlebih  dahulu dipanaskan  dengan  menggunakan hotplate .  Pada  waktu dilakukan  pemanasan  cetakan  pressing  pada  suhu  120 0 c dan  lama  pemanasan  kurang  lebih  15  menit.  Setelah  itu serat  optik  dimasukkan  ke  dalam  cetakan pressing , kemudian  ditekan  dengan  menggunakan  logam  penekan selama  5  menit.  Hasilnya,  fabrikasi  directional  coupler konfigurasi 2x2  tidak  berhasil  dilakukan,  dua  buah  serat optik    tidak  tergandeng,  yang  ditunjukkan  pada  gambar 4.2
Gambar  8.  Fabrikasi directional  coupler konfigurasi  2x2  pada  suhu 120 0 c dan lama pemanasan 15 menit
Selanjutnya, dengan suhu dan lama pemanasan cetakan pressing yang sama yaitu pada suhu pada suhu 120 0 c dan lama  pemanasan  kurang  lebih  15  menit.  Dilakukan fabrikasi directional coupler konfigurasi 2x2, akan tetapi dua  buah  serat  optik  dikepang,  diharapkan  bisa tergandeng  pada  saat  dilakukan  proses  penggandengan. Akan tetapi, fabrikasi yang dilakukan juga tidak berhasil. Dua  buah  serat  optik  tidak  tergandeng,  seperti  yang ditunjukkan pada gambar 4.9.
Gambar  9.  Fabrikasi  directional coupler konfigurasi  2x2  pada  suhu 120 0 c dan lama pemanasan 15 menit dengan serat optik dikepang
Apabila  dilakukan  pemanasan  cetakan  pressing  pada suhu  150 0 c  dan lama  pemanasan  kurang lebih  15  menit. Kemudian  serat  optik  dimasukkan  ke  dalam  cetakan pressing dan  ditekan  dengan  menggunakan  logam penekan  selama  5  menit.  Maka  hasilnya,  serat  optik dapat  tergandeng,  akan  tetapi  serat  optik  tersebut melengkung dan menyusut, seperti pada gambar 10
Gambar  10.  Fabrikasi directional  coupler konfigurasi  2x2  pada  suhu 150 0 c dan lama pemanasan 15 menit dengan serat optik dikepang
Gambar  11.  Fabrikasi directional  coupler konfigurasi  4x4  pada  suhu 130 0 c dan lama pemanasan 15 menit
Pada  gambar  11  dilakukan  fabrikasi directional coupler konfigurasi  4x4  pada  suhu  130 0 c  dengan  lama pemanasan  cetakan pressing selama  15  menit.  Hasil fabrikasi  tersebut  menghasilkan deirectional  coupler yang semula konfigurasi 4x4 menjadi directional coupler 2x2  dan  nyala  tiap port saat  disinari  dengan  laser  dioda sangat  redup  bahkan  ada  salah  satu  port  yang  tidak menyala sama sekali yang ditunjukkan pada gambar 4.7.
Gambar 12. Nyala tiap port redup saat disinari laser dioda
Fabrikasi directional  coupler terus  dilakukan  hingga diperoleh  fabrikasi  yang  diinginkan,  yaitu directional copler dapat  tergandeng  dan  nilai  intensitas  pada  tiap port diharapkan  tinggi.  Oleh  karena  itu  dilakuakan fabrikasi  pada  suhu  120 0 c  dengan  lama  pemanasan cetakan pressing 60  menit  dan  kestabilan  suhu  pada cetakan pressing dijaga. Hasilnya, serat optik tergandeng,
akan  tetapi  intensitas  cahayanya  kecil  walaupun  sudah dapat  membagi  daya  saat  disinari  laser  dioda,  yang ditunjukkan pada gambar 4.7. Karena directional coupler yang  sudah  tergandeng  sebagian  terkikis  seperti  pada gambar  4.11.  Selain  itu  hasil  fabrikasi  yang  lain  dengan perlakuan  yangs  ama  menghasilkan directional  coupler yang meleleh dan putus menjadi dua bagian yang terlihat pada gambar 4.12.
Gambar 13. Directional coupler tergandeng dan terkikis
Gambar 14. Directional coupler meleleh dan putus
Dari  sekian  banyak  fabrikasi  yang  telah  dilakukan, didapatkanlah  fabrikasi directional  coupler sesuai dengan  yang  diharapkan  pada  penelitian  ini.  Fabrikasi dilakukan  pada  suhu  120 0 c  dengan  lama  pemanasan cetakan pressing selama  30  menit  dan  kestabilan  suhu dijaga. Hasilnya, serat optik tergandeng yang ditunjukkan pada gambar 13. Nyala tiap port saat disinari laser  dioda  sangat  terang  seperti  pada  gambar  14.  Serta nilai  intensitas  cahaya  pada  tip-tiap  port  tinggi  yang diukur  dengan  menggunakan  sensor  BF5R.  Oleh  karena itu, dapat dilakukan karakterisasi directional coupler .
Gambar 15. Fabrikasi directional coupler yang berhasil dilakukan
Gambar 16. Nyala tiap port terang saat disinari laser diode
Hasil Karakterisasi B.
Pada  proses  karakterisasi  menggunakan  BF5R-D1-N ini, digunakan BF5R-D1-N (1) sebagai input dan BF5R- D1-N  (2)  sebagai output .  Sinyal  input  dari  BF5R-D1-N diberikan  pada  port  A1,  B1,  C1,  dan  D1  secara bergantian,  sementara  sinyal output pada  port  A2,  B2, C2, dan D2 dikarakterisasi oleh BF5R-D1-N (2). Selama proses  karakterisasi display sensor  BF5R-D1-N  (2) menampilkan  nilai  intensitas  cahaya  yang  diterima  pada output tiap  port,  data  nilai  intensitas  cahaya  tersebut disajikan  pada  lampiran  A  dengan  pengambilan  data sebanyak 20 kali.
Gambar 16. Susunan port pada directional coupler
Dari  hasil  karakterisasi directional coupler susunan persegi disajikan sebagai berikut :
Gambar 17. Grafik nilai intensitas cahaya pada tiap output port Berdasarkan persamaan (2.27), (2.28) dan (2.29) dapat diketahui  nilai  parameter directional  coupler yaitu coupling  ratio (CR), excess  loss (Le), insertion  loss (Lins).  Dengan  demikian  dilakukan  perhitungan  yang hasilnya ditampilkan pada tabel 4.3 sebagai berikut
Tabel 1. Karakterisasi directional coupler dengan panjang kupasan 35 mm
Input Channel CR Lins Le A1 0.34 -8.7 -4 0.19 -11.21 0.16 -11.94 0.31 -9.08 0 200 400 600 800 1000 1200 A2 B2 C2 D2 Nilai Outpu t ( u a) Output Channel A1 B1 C1 d1 A B D C
B1 0.22 -11.58 -5.03 0.33 -9.89 0.24 -11.24 0.21 -11.75 C1 0.22 -12.4 -5.91 0.26 -11.83 0.29 -11.23 0.23 -12.36 D1 0.26 -11.21 -5.38 0.22 -11.88 0.24 -11.57 0.27 -11

## Pembahasan
C.
Dari  hasil  karakterisasi,  intensitas  cahaya  yang melewati  setiap  port  memiliki  nilai  yang  berbeda.    Hal ini  dikarenakan  beberapa  fakor  yaitu  susunan  persegi directional  coupler .  Intensitas  cahaya  dari  serat  optik input yang  melewati  tepi  serat  optik  akan  menjalar  atau pindah  ke  serat  optik  di  samping  dan  dibawahnya sehingga  intensitas  antara  ketiganya  tidak  jauh  berbeda namun,  untuk  serat  optik  yang  terletak  diagonal  dengan serat  optik input hanya  menerima  intensitas  dari  serat optik  yang  menerima  intensitas  cahaya  dari  serat  optik input .  Sedangkan intensitas cahaya dari  serat optik input hanya  sedikit  saja  yang  sampai  pada  serat  optik  yang terletak  diagonal  dengannya.  Terbukti  dari  data  yang didapat  pada  gambar  4.16  bahwa  nilai  intensitas  output dari  serat  optik  yang  terletak  diagonal  dari  serat  optik input selalu memiliki nilai intensitas cahaya paling kecil.
Faktor lainnya yaitu ketebalan serat optik, yang sangat berpengaruh  pada  directional  coupler  susunan  persegi. Karena  semua  sisi  serat  optik  dikupas  dan  hanya  tersisa bagian core. Selain  itu,  ada  faktor  panas.  Pada  waktu melakukan penggandengan serat optic sedikit mengalami pelengkungan  dan  penyusutan,  sehingga  saat  dilakukan pressing ada bagian core yang sedikit tidak rata.
IV. KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan  bahwa  telah  dilakukan  fabrikasi directional coupler konfigurasi  4x4  dari  serat  optik  mode  jamak dengan pendekatan metode heating and pressing dengan panjang  kupasan  35  mm  pada  suhu  120 0 c  dengan  lama pemanasan  cetakan pressing selama  30  menit.  Serta, telah  dilakukan  karakterisasi directional  coupler , sehingga  diperoleh  nilai coupling  ratio (CR)  yang mendekati  0,25  yaitu  berkisar  antara  0,22-0,27. Sedangkan  nilai  excess  loss  pada  port  A1,  B1,  C1,  dan D1 berturut-turut sebesar -4, -5.03, -5.91, dan -5.38.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementerian  Riset  Teknologi  dan  Pendidikan  Tinggi Republik  Indonesia  yang  telah  memberikan  dukungan finansial melalui Beasiswa Bidikmisi tahun 2012-2017.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Samian,  dkk.  2008.”Fabrikasi Directional  Coupler Serat  Optik
Multimode”. Jurnal  Fisika  dan  Aplikasinya,  Vol.  4  No.  2 Surabaya.
[2] Keiser,  Gerd.  1991. Optical  Fiber  Communications  2 nd Edition. New York: McGraw-Hill.
[3] Leno dan Frank. 1993. Introduction to Optics 2 nd Edition. United States America: Prentice-Hall.
[4] Sekartedjo,  dkk.  2007. Study  of  Switching  Characteristics  in Directional Coupler. International Symposium of Modern Optics and  Its  Applications  (ISMOA),  Department  of  Physics  ITB August 6-10 2007, Bandung.
[5] Kim,  Kwang  Taek,  dkk.2013 .  Fabrication  and  Characterization of  N×N  Plastic  Optical  Fiber  Star  Coupler  based  on  Fused Combining. Korean Journal of Optics and Photonics, Vol.24 No.1 Daegu, Korea.
[6] Rubiyanto,  A.,  Rohedi,  A.Y.,  2003, Optika  Terpadu ,  Buku  ajar Jurusan Fisika, Institut Tekhnologi Sepuluh Nopember.
[7] Crisp,  J.  2001. Introduction  to  Fiber  Optics  2 nd Edition. Oxford: Jordan Hill.