1 / 46

PANDU GELOMBANG PLANAR

PANDU GELOMBANG PLANAR. Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran. Syahrul Fitriyadi. Pendahuluan. Ada tiga hukum dasar tentang pemantulan dan pembiasan yang berbunyi :

elsu
Download Presentation

PANDU GELOMBANG PLANAR

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. PANDU GELOMBANG PLANAR JurusanFisika FakultasMatematikadanIlmuPengetahuanAlam Universitas Padjadjaran SyahrulFitriyadi

  2. Pendahuluan Ada tiga hukum dasar tentang pemantulan dan pembiasan yang berbunyi: • Sinar datang, sinar pantul, dan sinar bias membentuk satu bidang (yang disebut dengan bidangdatang atau bidang kejadian), yang arahnya tegak lurus terhadap bidang batas kedua medium. • Sudutsinarterpantul (yang kemudiandisebutdengansudutpantul) nilainyasamadengansudutdatang, dandinyatakansecaramatematisdengan=Hukumini disebut jugadenganhukumrefleksi. • Indeks bias medium pertama kali sinus sudutdatangsamadenganindeks bias medium ke-dua kali sinus sudut bias =. Pernyataan ini disebut dengan hukum refleksiatauHukum Snell.

  3. SudutKritis Sedangkan sudutkritisterjadibilasudut bias berkascahaya yang ditransmisikan, yang berartibahwabilasudutdatangsamadengansudutkritismakatidakadaberkascahaya yang ditransmisikan/diteruskan. Sudutkritishanyadidapatkanbilaindeks bias medium pertamalebihbesardibanding medium ke-dua. )

  4. PanduGelombang Pemanduan gelombang dalam pandu gelombang didasarkan pada fenomena pemantulan dalam total (TIR) dengan sudut datang lebih besar sama dengan sudut kritis).

  5. PanduGelombang Planar Pandu gelombang planar merupakan struktur dasar pada IO karena berfungsi sebagai optoboard tempat dibangunnya komponen IO. Ada beberapa divais optik nonlinear (ONL) yang dibuatberbasiskan pandu gelombang planar diantaranya optical switching. Keberhasilan pembuatan divais tersebut sangatlah bergantung pada kinerja dari pandu gelombang planar yang dibuat.

  6. Pandu gelombang planar terdiri dari film tipis (indeks bias ) yang terletakdi antarasubstrat) danselubung/cladding () yang berupaudara. Agar gelombangdapatberpropagasi di dalampandugelombangtersebut maka > > . Kualitas pandu gelombang digambarkan dengan besarnya loss (atenuasi) yang menyatakan jumlah gelombang yang bocor saat disalurkan melalui pandu gelombang.

  7. Teknologi untuk mentransmisikan cahaya saat inimenggunakan pandu gelombang. Pandu gelombangmempunyai peranan penting dalam teknologi komunikasi dan fabrikasi piranti-piranti optik dan optoelektronik memerlukan confinement cahaya. Konsep dasar dari confinement cahaya cukup sederhana. Suatu medium dengan indeks bias tertentu disisipkan dalam suatu medium yang mempunyai indeks bias lebih rendah, sehingga akan bertindak sebagai perangkap cahaya (trap). Pandu gelombang dapat berupa papah (slab), strip atau fiber, seperti yang diilustrasikan dalam Gb. 4.1.

  8. Optik terintegrasi adalah teknologi terintegrasi dari berbagai piranti dan komponen optik untuk pembangkitan,pemfokusan, pemisahan, penggabungan, isolasi, polarisasi, penggandengan (coupling), switching, modulasi dan pendeteksian cahaya, dalam satu substrat tunggal (chip).

  9. Gambar 4.2. Contoh dari pirantik optik terintegrasi yang digunakan sebagai transmitter dan receiver optik. Cahaya yang diterima dikopling ke dalam pandu gelombang dan diarahkan ke dalan fotodioda untuk dideteksi. Cahaya dari laser dipandu, dimodulasi dan dikopling ke dalam suatu serat optik.

  10. Dalam optik terintegrasi, ada dua jenis pandu gelombang: • pandu gelombang logam • dielektrik Perbedaan antara kedua pandu gelobang tersebut adalah bahwa pada batas suatu pandu gelombang logam, medan harus sama dengan nol,namun pada pandu gelombang dielektrik, medan akan berpenetrasi ke dalam selubung dengan indeks bias yang lebih rendah.

  11. PanduGelombangLogam Pandang suatu pandu gelombang yang terbuat dari dua buah cermin planar sejajar yang panjangnya tak hingga (lihat Gb. 4.3). Cermin-cermin tersebut terpisah oleh jarak d dan diasumsikan ideal, yaitu memantulkan cahaya tanpa kerugian (loss).

  12. Modus-modus PanduGelombang Panjang suatugelombangbidangmonokromatik TEM denganpanjanggelombang/n, bilangangelombangdankecepatanfasa c = /n, dimana n adalahindeks bias medium diantaracermin-cermin. Kondisikonsistensidiri(self-consistency) memerlukanbahwagelombanggelombangmemantuldua kali danmereproduksidirinyasendiri (lihat Gb. 4.4), sehinggaadaduagelombangbidang yang dapatdibedakan. Medan-medan yang memenuhikondisiinidisebuteigenmodussataumodus daripandugelombang.

  13. Gambar 4.4. Kondisi konsistensi diri; suatu gelombang memantul dua kali dan menduplikasi dirinya sendiri.

  14. Secara grafik, pada Gb. 4.4, fasa dapat diungkapkan sebagai: dimana N = 0, 1, 2, … Karena = 2d sin θ, maka: dimana m= 1, 2, … Sudutθsuatu modus dapatditulissebagai: Persamaan 4.3, dapat diilustrasikan dalam Gb. 4.5(atas). Karena komponen-y (komponen transversal) dari konstanta perambatan adalah , makaiadapatdikuantisasimenjadinilai:

  15. KonstantaPerambatan Komponen-z darikonstantaperambatan, , dimanagelombangbidangdenganexp(-iz), makakonstantaperambatan. Nilaidapatdikuantisasisebagai: Modus denganorde yang lebihtinggimenjalardengankonstantaperambatan yang lebihkecil. Nilai-nilai, untukberbagai modus diilustrasikandalamGambar 4.5

  16. Gambar 4.5. Sudut-sudutdankomponenvektorgelombangdari modus suatupandugelombang planar logam (ditunjukkanolehtitik-titik). Komponen transversal adalahterpisaholehπ/d, namunsudutdankonstantaperambatantidakterpisahdenganjarak yang sama. Modus m=1 mempunyaisudut yang paling kecildankonstantaperambatan yang paling besar.

  17. Distribusi Medan Distribusi medandapatdiungkapkanoleh: Dimana(y) didefinisikansebagai: = adalahamplitudo modus m.

  18. Masing-masing modus dipandangsebagaigelombangberdiridalamarah-y yang merambatdalamarah-z. Karenakitaberasumsibahwagelombangbidang TEM adalahterpolarisasidalamarah-x, medanlistrik total jugadalamarah-x, makagelombangterpandudisebutgelombang TE (Transver Electric).

  19. Gambar 4.6 . Distribusimedandari modus-modus ataupandugelombang planar logam.

  20. Jumlah Modus Jumlah modus didefinisikansebagai: Karenanilaimaksimumadalahpadamakajumlahmaksimum modus adalah:

  21. KecepatanGrup Suatu pulsacahayamempunyaifrekuensisudutωdankonstantaperambatanβmenjalardengankecepatangrupϑ = dω/dβ. Hubunganantaradalampersamaandandikenalsebagaihubungandispersi (dispersion relation). Kecepatangrupsuatu modus m adalah: = c cos Sehingga modus yang berbedamempunyaikecepatangrup yang berbeda. Modus denganorde yang lebihtinggimenjalardengankecepatangrup yang lebihkecil, karena modus tersebutdiperlambatdenganlintasancahaya yang lebihpanjang.

  22. Modus TM Modus yang telahkitabahassejauhiniadalah modus TE (medanlistrikdalamarah-x). Modus TM (medan magnet dalamarah-x) jugadapatdisupportolahpandugelombanglogam/cermin. Sudut-sudutθ, komponenvektorgelombangtransversla, dankonstantaperambatanβuntuk modus TM adalahidentikdengan modus TE. Jumlah modus yang dapatdisupportolehpandugelombangadalah M= 2d/λ.

  23. Komponen-komponenmedanlistrikdalamarah-z ditunjukkanoleh: Dan komponen-komponenmedanlistrikdalamarah-y adalah:

  24. PanduGelombang Planar Dielektrik Pandugelombang planar dielektrikadalahsuatubahandielektrikpapah (slab) yang dikelilingiolehbahan-bahandenganindeks bias rendah. Cahayaakandipandukedalampandugelombangdenganprinsippemantulansempurna (total internal reflection). Bagian-bagiandalamdisebut core, sedangkanbagianluardisebutselubung (cladding) daripandugelombang.

  25. Pandu gelombang planar dielektrikmempunyaitigaperbedaanbiladibandingkandenganpandugelombang planar logam: • Mempunyaisudutkritisuntukpemantulansempurna. Sudutinididefinisikansebagai/). • Terdapatsuatufasa pada refleksipada medium denganindeks bias lebihtinggi yang berubahantara 0 danπ/2. perubahanfasauntukpolarisasi TE (transverse Electric) didefinisikansebagai: • Medan diperbolehkanuntukberpenetrasikedalamselubungpandugelombang.

  26. Modus-modus PanduGelombang Denganmenggunakankondisikonsistensidiri (self-consistency) sepertidalampersamaan makadiperoleh: dimana m= 0,1,2,… ataubiladiungkapkandalambentukperubahanfasa:

  27. makaperubahanfasauntukpolarisasi TE menjadi: Solusinyaakanmenghasilkansudut-sudut modus yang diilustrasikandalamGambar 4.8.

  28. Komponen-komponen z adalahkonstanta-konstantaperambatan: Karenacosterletakantara 1 dancos / maka terletakantara dan sebagaimanadiilustraikandalamGambar 4.9.

  29. Jumlah Modus Jumlah modus adalahdibatasiolehsudutkritisdaripemantulansempurnadandidefinisikansebagai: Jumlah modus dapatjugadiungkapkansebagaifungsidarifrekuensi yang diilustraikandalamGambar 4.10.

  30. M bertambah 1 bilafrekuensiνmeningkatsebesar(/2d)/NA, dimanaadalahkecepatancahaya. Ungkapanidentikuntukjumlah modus TM dapatditurunkandengancara yang sama.

  31. Distribusi Medan Amplitudo kompleksdarimedanlistrik di dalampandugelombangadalah(y,z) = (y) exp(-iz), di manakonstantaperambatancos dan adalahamplitudo. Fungsi (y) didefinisikansebagai: denganλ=/. Walaupunmedaniniharmonik, namuniatidaknolpadabataspapah (slab).

  32. KecepatanGrup Kecepatan grupuntukmasing-masing modus ditentukandengansubstitusikedalampersdanmakadiperoleh: Karenacosθ= β/ωdancos= /=/, maka:

  33. PanduGelombangDua-Dimensi Pandugelombangdua-dimensimemandugelombangdalamduaarahtransversla (dalamarah-x danarah-y). Prinsipdasarnyaadalahsamadenganpandugelombangsatudimensi, hanyamatematisnyalebihpanjang.

  34. PanduGelombangLogamPersegipanjang Bentuk umum yang paling sederhanadaripandugelombang planar adalahpandugelombangpersegipanjang. Biladinding-dindingnyaterbuatdaricermin, makaseperrtipadakasus planar, cahayaakandipandudenganrefleksiberulang-ulangpadasemuasudut. Kita asumsikanbahwapenampanglintangdaripandugelombangadalahpersegidenganlebar d.

  35. Andaikan suatuvektorgelombangdarigelombangbidangadalah, , dan sertapemantulannya di dalampandugelombangmemenuhikondisikonsistensidiri, maka: 2d = 2π= 1,2,.. 2d = 2π= 1,2,..

  36. Jumlah modus M dapatdiaproksimasidenganperbandinganluasdanluassatusatuansel :

  37. PanduGelombangDielektrikPersegipanjang Suatu silinderdielektrikdenganindeks bias n mempunyaipenampanglintangdenganlebar d disisipkankedalam medium yang memilikiindeks bias lebihrendah.

  38. Jumlah modus dapatdiaproksimasidengandenganmenghitungjumlahtitik-titik di dalamlingkaranpadadiagaram.

  39. Jumlah modus TE dan TM adalah: dimanaadalahbukannumerik. Aproksimasiinibenarjikanilai M besar.

  40. Geometri-geometriPanduGelombangSaluran (Channel) Beberapageometridaripandugelombang yang banyakdigunakanseperti strip, embedded-strip, rib atau ridge dan strip-loaded.

  41. PANDU GELOMBANG PLANAR JurusanFisika FakultasMatematikadanIlmuPengetahuanAlam Universitas Padjadjaran SyahrulFitriyadi

More Related