i

KARAKTERISASI MACH-ZEHNDER INTERFEROMETERBERBASIS SERAT OPTIK PLASTIK SEBAGAI SENSOR

INDEKS BIAS DENGAN KOMPENSASI SUHU

Skripsi

Disusun sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

Program Studi Fisika

oleh

Zunita Aryani Fahma Latif

4211415030

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2020

ii

PERSETUJUAN PEMBIMBING

Skripsi yang berjudul “Karakterisasi Mach-Zehnder Interferometer Berbasis Serat

Optik Plastik sebagai Sensor Indeks Bias dengan Kompensasi Suhu” ini telah

disetujui oleh pembimbing untuk diajukan ke sidang ujian skripsi Jurusan Fisika,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.

Semarang, 20 Januari 2020

Pembimbing

Dr. Ian Yulianti, S.Si.,M.Eng.

NIP. 197707012005012001

iii

PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini menyatakan bahwa skripsi berjudul

“Karakterisasi Mach-Zehnder Interferometer Berbasis Serat Optik Plastik sebagai

Sensor Indeks Bias dengan Kompensasi Suhu” benar-benar asli dan bebas plagiat.

Pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila di kemudian hari

terbukti terdapat plagiat dalam skripsi ini, maka saya bersedia menerima sanksi

sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan.

Semarang, 20 Januari 2020

Zunita Aryani Fahma Latif

4211415030

iv

PENGESAHAN

Skripsi yang berjudul

Karakterisasi Mach-Zehnder Interferometer Berbasis Serat Optik Plastik

sebagai Sensor Indeks Bias dengan Kompensasi Suhu.

disusun oleh

Zunita Aryani Fahma Latif

4211415030

telah dipertahankan di hadapan sidang Panitia Ujian Skripsi Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang pada tanggal 20 Januari

2020.

Panitia:

Ketua Sekretaris

Dr. Sugianto, M.Si. Dr. Suharto Linuwih, M.Si.

NIP. 19602191993031001 NIP. 196807141996031005

Penguji I Penguji II

Drs. Ngurah Made D.P., M.Si., Ph.D Dr. Budi Astuti, M.Sc

NIP. 196702171992031002 NIP. 197902162005012001

Anggota Penguji/Pembimbing

Dr. Ian Yulianti, S.Si. M. Eng

NIP. 197707012005012001

v

MOTTO

“Jika Anda malas dan hanya membuang-buang waktu, Anda tak akan tahu

bagaimana cara merengkuh peluang bahkan ketika peluang itu tepat berada di

hadapan Anda” (Li Ka-Shing)

Lakukan yang terbaik, kemudian berdoalah, Allah yang akan mengurus sisanya.

PERSEMBAHAN

Untuk Ibu dan Bapakku

Adikku

Ibu Ian Yulianti

Almamaterku

vi

PRAKATA

Alhamdulillahirabbil’alamin atas segala nikmat iman, Islam, kesempatan,

kesehatan, serta kekuatan yang telah diberikan Allah Subhanahuwata’ala sehingga

dapat menyelesaikan skripsi sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana sains

di Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Negeri Semarang. Shalawat serta salam selalu tercurahkan kepada tuntunan dan suri

tauladan Rasulullah Shallallahu’alaihiwasallam beserta keluarga, sahabat, dan umat

beliau yang senantiasa menjunjung tinggi nilai-nilai Islam yang sampai saat ini

dapat dinikmati oleh seluruh manusia di penjuru dunia.

Terselesaikannya skripsi dengan judul “Karakterisasi Mach-Zehnder

Interferometer Berbasis Serat Optik Plastik sebagai Sensor Indeks Bias dengan

Kompensasi Suhu” tidak terlepas dari bimbingan, masukan, saran, dan bantuan

dari banyak pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan yang berbahagia ini penulis

ucapkan terimakasih kepada:

1. Ibu dan Bapak atas segala doa yang selalu dipanjatkan, semangat yang selalu

diberikan, kesabaran yang selalu dicurahkan, dan dukungan moril maupun

materil yang tak henti-hentinya diberikan.

2. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum., Rektor Universitas Negeri Semarang.

3. Dr. Sugianto, M.Si., Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Negeri Semarang.

4. Dr. Suharto Linuwih, M.Si., Ketua Jurusan Fisika Universitas Negeri

Semarang.

vii

5. Dr. Mahardika Prasetya Aji, M.Si., Kepala Program Studi Fisika Universitas

Negeri Semarang.

6. Dr. Ian Yulianti, S.Si., M.Eng., dosen pembimbing yang telah membimbing

dengan penuh kesabaran serta meluangkan waktu untuk selalu memberikan

masukan, saran, dan motivasi selama penyusunan skripsi ini.

7. Drs. Ngurah Made Darma Putra, M.Si., Ph.D., dosen penguji I yang telah

membimbing dengan penuh kesabaran serta meluangkan waktu untuk selalu

memberikan masukan, saran, dan motivasi selama penyusunan skripsi ini.

8. Dr. Budi Astuti, M.Sc., dosen penguji II yang telah membimbing dengan penuh

kesabaran serta meluangkan waktu untuk selalu memberikan masukan, saran,

dan motivasi selama penyusunan skripsi ini.

9. Asisten Laboratorium Fisika: Rodhotul Muttaqin, S.Si., Wasi Sakti Wiwit P.,

S.Pd., dan Natalia Erna S., S.Pd., yang telah membantu selama proses

penelitian skripsi ini.

10. Keluarga besarku yang selalu memberikan semangat dan berbagi pengalaman.

11. Teman-teman Photonic Research Group : Mbak Ida, Mbak Helvi, Mbak Mae,

Mas Azka, Kukuh, Adhe dan Dhea yang telah memberi dukungan dan

membantu dalam mengerjakan penelitian ini.

12. Teman-teman curhatku Sifa, Azizah, Eva, Rosi dan Wening yang telah

memberi dukungan dan motivasi dalam mengerjakan skripsi.

13. Sahabat-sahabatku Devi, Ovia, Prima, Sofie, Widya dan Novi atas canda tawa,

ejekan dan motivasi dalam mengerjakan skripsi.

viii

14. Kukuh Eka Kurniansyah yang telah memberi semangat, membantu dan

menjadi teman diskusi selama mengerjakan skripsi ini.

15. Teman-teman rombel Fisika yang selalu memberi semangat dan pengalaman

yang luar biasa.

Semoga Allah yang membalas seluruh kebaikan kalian, Allahumaamin.

Dalam penulisan skripsi ini menyadari bahwa masih banyak kekurangan, oleh

sebab itu dibutuhkan saran, masukan, serta kritikan dalam bentuk apapun yang

dapat membangun ke depannya. Semoga skripsi yang sederhana ini dapat

bermanfaat bagi masyarakat, pembaca, dan siapapun secara langsung maupun tidak

langsung.

Semarang, 20 Januari 2020

Zunita Aryani Fahma Latif

4211415030

ix

ABSTRAK

Z. A. F. Latif. 2019. Karakterisasi Mach-Zehnder Interferometer Berbasis SeratOptik Plastik sebagai Sensor Indeks Bias dengan Kompensasi Suhu. Skripsi,Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UniversitasNegeri Semarang. Pembimbing Utama Dr. Ian Yulianti, S.Si., M.Eng.

Kata Kunci: Polymer Optical Fiber, Mach-Zehnder Interferometer, Sensor Indeks

bias, Suhu.

Sensor fiber optik dapat diaplikasikan untuk pengukuran indeks bias dan suhu.Polymer Optial Fiber (POF) merupakan salah satu jenis serat optik yang terbuatdari bahan plastik yang dapat diaplikasikan sebagai sensor indeks dengankompensasi suhu. Mach-Zehnder Interferometer (MZI) merupakan salah satumetode yang dikembangkan dalam sensor optik yang memiliki kelebihan ukuranyang kecil dan sederhana, sensitivitas tinggi, linearitas yang baik, tahan terhadapgangguan elektromagnetik, dan biaya fabrikasi rendah. Penelitian ini bertujuanuntuk mengetahui sensitivitas, histeresis, dan waktu respon sensor MZI-POFterhadap perubahan indeks bias dan perubahan suhu. Fabrikasi sensor MZI-POFdilakukan dengan memanfaatkan teknik heat-and-pull untuk mengurangi diameterPOF pada dua titik yang dipisahkan sejauh 1 cm agar terbentuk struktur MZI duataper. Karakterisasi terhadap perubahan indeks bias dilakukan dengan meletakkanMZI-POF yang dicelupkan dalam beberapa larutan glukosa dengan indeks biasyang bervariasi yaitu 1,3330 hingga 1,3547 pada suhu ruang dan melewatkancahaya LED biru dengan panjang gelombang 430 nm dan bandwidth 80 nm kedalam MZI-POF. Sementara itu, karakterisasi terhadap perubahan suhu dilakukandengan meletakkan MZI-POF yang dicelupkan dalam larutan glukosa denganindeks bias 1,3490 ke dalam temperature chamber. Hasil karakterisasimenunjukkan nilai sensitivitas sensor POF-MZI terhadap perubahan indeks biaspada rasio transmitansi λ /λ sebesar 4,2986 /RIU dan koefisien korelasi 97,16 %.Sementara itu, untuk λ /λ memiliki nilai sensitivitas sebesar 2,8793 /RIU dankoefisien korelasi 97,64%. Pada rasio transmitansi λ /λ terjadi histeresis tertinggipada indeks bias 1,3330 yaitu sebesar 0,4137, sedangkan pada rasio transmitansiλ /λ terjadi histeresis tertinggi pada indeks bias 1,3454 yaitu sebesar 0,2501. Padanilai indeks bias 1,3330 sensor membutuhkan waktu 15 detik untuk mencapaikeadaan stabil. Semakin besar nilai indeks bias maka semakin lama waktu responsensor mencapai keadaan stabilnya. Sensitivitas sensor POF-MZI terhadap suhupada nilai rasio λ /λ dan λ /λ adalah 0,0026 /°C dan 0,0014/°C dengan koefisienkorelasi berturut-turut 97,20 % dan 97,72 %. Pada rasio transmitansi λ /λ terjadihisteresis tertinggi sebesar 0,1850, sedangkan pada rasio transmitansi λ /λ terjadihisteresis tertinggi yaitu sebesar 0,1045. Waktu respon sensor rata-ratamembutuhkan 30 detik untuk mencapai keadaan stabil setiap kenaikan suhu.

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL................................................................................................ i

PERSETUJUAN PEMBIMBING........................................................................... ii

PERNYATAAN..................................................................................................... iii

PENGESAHAN ..................................................................................................... iv

MOTTO .................................................................................................................. v

PERSEMBAHAN................................................................................................... v

PRAKATA............................................................................................................. vi

ABSTRAK ............................................................................................................. ix

DAFTAR ISI........................................................................................................... x

DAFTAR TABEL................................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN........................................................................................ xvi

BAB

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah.......................................................................................... 3

1.4 Tujuan Penelitian......................................................................................... 4

1.5 Manfaat Penelitian....................................................................................... 4

1.6 Sistematika Penulisan.................................................................................. 4

xi

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fiber Optik .................................................................................................. 6

2.1.1 Struktur Fiber Optik .................................................................................... 6

2.1.2 Jenis Fiber Optik ......................................................................................... 7

2.1.3 Perambatan Gelombang dalam Fiber Optik ................................................ 8

2.1.4 Numerical Aperture ..................................................................................... 9

2.1.5 Polymer Optical Fiber (POF) ................................................................... 10

2.2 Sensor Fiber Optik .................................................................................... 11

2.2.1 Klasifikasi Sensor Optik Fiber Optik ........................................................ 11

2.3 Mach-Zehnder Interferometer (MZI)........................................................ 13

2.4 Suhu........................................................................................................... 15

III. METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu .................................................................................... 18

3.2 Alat dan Bahan .......................................................................................... 18

3.3 Tahap fabrikasi .......................................................................................... 21

3.3.1 Tahap Fabrikasi sensor MZI ..................................................................... 21

3.3.2 Pembuatan Larutan Uji.............................................................................. 22

3.4 Karakterisasi sensor................................................................................... 23

3.5 Karakterisasi sensor terhadap perubahan suhu.......................................... 23

3.6 Analisis data .............................................................................................. 24

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Fabrikasi MZI............................................................................................ 25

4.2 Karakterisasi MZI terhadap Perubahan Indeks Bias ................................. 28

4.2.1 Sensitivitas Sensor MZI-POF terhadap Perubahan Indeks Bias ............... 29

4.2.2 Waktu Respon Sensor MZI-POF terhadap Perubahan Indeks Bias .......... 33

xii

4.3 Karakterisasi MZI terhadap Perubahan Suhu............................................ 34

4.3.1 Sensitivitas Sensor MZI-POF terhadap Perubahan Suhu.......................... 34

4.3.2 Waktu respon Sensor MZI-POF terhadap Perubahan Suhu...................... 37

4.4 Pengukuran Indeks Bias dengan Kompensasi Suhu ................................. 38

V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan................................................................................................ 40

5.2 Saran.......................................................................................................... 41

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 42

LAMPIRAN.......................................................................................................... 49

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

3.1. Perbandingan konsentrasi serbuk glukosa dan aquades................................. 22

4.1. Spesifikasi parameter fisis POF ......................................................................25

4.2. Sensitivitas sensor terhadap perubahan suhu dan indeks bias. ...................... 39

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1. Struktur fiber optik (Castrellon-Uribe, 2012). ................................................. 6

2.2. Jenis fiber optik berdasarkan indeks bias (Island & Daly, 2018). ................... 8

2.3. Perambatan cahaya dalam fiber optik (Ghatak, 2010). .................................... 9

2.4. Skematik MZI POF........................................................................................ 14

3.1. Diagram alur penelitian ................................................................................. 17

3.2. Digital ABBE Refractometer ......................................................................... 18

3.3. Fiber optic stripper three hole (H-119CC).................................................... 18

3.4. Spektrometer Ocean Optic USB4000 ............................................................ 19

3.5. Mikroskop Charge Coupled Device (CCD)................................................... 19

3.6. Temperature Chamber ................................................................................... 19

3.7. Polymer Optical Fiber (POF) ........................................................................ 20

3.8. Glukosa .......................................................................................................... 21

3.9. MZI-POF........................................................................................................ 21

3.10. Set-up alat karakterisasi sensor MZI............................................................ 23

3.11. Set-up alat karakterisasi sensor MZI terhadap perubahan suhu................... 24

4.1. Struktur MZI-POF dengan dua taper ............................................................ 26

4.2. Hasil pengamatan diameter MZI-POF pada taper (a) pertama (b) kedua...... 26

4.3. (a) Hasil karakterisasi POF polos dan MZI pada suhu ruang dan (b)spektrum keluaran MZI pada suhu ruang ...................................................... 28

4.4. Spektrum keluaran sensor MZI-POF ............................................................. 29

4.5. Grafik hubungan rasio transmitansi terhadap perubahan indeks bias (a)pada / (b) pada / ............................................................................ 30

4.6. Grafik hubungan transmitansi terhadap perubahan indeks bias pada ....... 31

4.7. Reversibility respon indeks bias MZI-POF.................................................... 33

xv

4.8. Waktu respon sensor MZI-POF terhadap perubahan indeks bias .................. 33

4.9. Grafik hubungan rasio transmitansi terhadap perubahan suhu ...................... 35

4.10. Grafik hubungan transmitansi terhadap perubahan suhu pada ............... 36

4.11. Reversibility respon suhu sensor MZI-POF................................................. 37

4.12. Waktu respon sensor MZI-POF terhadap perubahan suhu .......................... 38

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1. Spesifikasi LED Biru 430 nm .........................................................................49

2. Hasil Uji Indeks Bias Larutan Glukosa...........................................................52

3. Grafik hubungan rasio transmitansi terhadap perubahan indeks bias.............53

4. Grafik hubungan rasio transmitansi terhadap perubahan suhu .......................60

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Fiber optik saat ini telah banyak dikembangkan dan diaplikasikan sebagai

sensor. Sensor fiber optik memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan

sensor elektrik konvensional, seperti tahan terhadap gangguan gelombang

elektromagnetik, ketahanan terhadap erosi, kepekaan tinggi dan kemampuan

penginderaan jarak jauh (Li et al., 2012). Sensor fiber optik banyak dikembangkan

dan diaplikasikan untuk pengukuran berbagai parameter seperti indeks bias, suhu,

pH, tekanan, regangan dan kelengkungan (Bhardwaj & Singh, 2016; Jiang et al.,

2011). Indeks bias merupakan salah satu parameter penting yang digunakan dalam

berbagai bidang seperti industri makanan, lingkungan, analisis kimia, dan biomedis

(Harris et al., 2014; Yao et al., 2014; Teng et al., 2017). Dalam industri makanan,

indeks bias digunakan untuk mendeteksi formalin (Anam et al., 2013). Selain itu,

indeks bias juga digunakan untuk mengontrol kualitas pada minyak goreng

(Firdausi & Budi, 2008). Pada aplikasinya di bidang lingkungan, indeks bias

dimanfaatkan untuk evaluasi pencemaran lingkungan (Yao et al., 2014).

Pengukuran indeks bias glukosa sangat penting dalam bidang kimia,

parameter fisik dan terutama untuk biosensor (Binu et al., 2009). Pengukuran

glukosa dengan konsentrasi yang berbeda dilakukan dalam berbagai hal termasuk

biokimia, mikrobiologi, sensor kimia dan sensor fisik. Penentuan glukosa dalam

darah dan urin merupakan suatu ukuran penting dalam tubuh manusia. Sekarang

banyak sekali orang yang terkena diabetes, dimana diabetes merupakan penyakit

kronis yang ditandai dengan meningkatnya kadar gula (glukosa) darah di atas batas

normal. Untuk tujuan ini beberapa teknologi telah dikembangkan untuk mengontrol

kadar glukosa, seperti biosensor yang dapat digunakan untuk mendeteksi glukosa

(Larin et al, 2003; Liu et al, 1992; Meadows & Schultz, 1993).

2

Dalam pengembangan sensor fiber optik, ada beberapa metode yang telah

digunakan untuk mengukur perubahan indeks bias dan suhu seperti fiber Bragg

gratings (FBG) (Woyessa et al., 2016), Fabry-Perot (FP) (Rong et al., 2012), dan

Mach-Zehnder Interferometer (MZI) (Zhou et al., 2014). FBG sangat menarik jika

digunakan sebagai sensor karena tidak memiliki cross sensitivity terhadap indeks

bias eksternal dan dapat dioperasikan pada suhu tinggi dalam kondisi asam maupun

basa, tetapi membutuhkan isolator untuk mencegah pemantulan kembali.

Sementara itu, metode Fabry-Perot kurang praktis untuk digunakan karena

memerlukan perangkat tambahan dalam pendeteksian keluarannya. Oleh karena itu,

diperlukan metode lain yaitu Mach-Zehnder Interferometer (MZI) dengan

keunggulannya seperti ukuran yang kecil dan sederhana (Zhao et al., 2017),

memiliki sensitivitas tinggi, linearitas yang baik (Wang et al., 2017), tahan terhadap

gangguan elektromagnetik, dan biaya fabrikasi yang murah sehingga cocok

diaplikasikan sebagai sensor indeks bias (Ma et al., 2012).

MZI merupakan salah satu sensor fiber optik yang memanfaatkan modulasi

fasa (Ghetia et al., 2013). Cahaya yang masuk pada sensor MZI akan dipisahkan

menjadi dua bagian yaitu dalam jalur sensing dan jalur reference. Jalur sensing

merupakan daerah penginderaan yang digunakan untuk variasi seperti indeks bias,

suhu, dan lain-lain. Sedangkan jalur reference merupakan daerah yang dilapisi

dengan lapisan pelindung yang terisolasi. Setelah cahaya melewati kedua jalur

tersebut, cahaya akan menyatu kembali sebelum melewati detektor (Huda et al.,

2015).

Sensor MZI dapat digunakan untuk pengukuran perubahan intensitas cahaya

(modulasi intensitas) atau panjang gelombang (modulasi panjang gelombang).

Untuk modulasi panjang gelombang membutuhkan peralatan dengan biaya tinggi

dan juga kurang praktis (Raji et al., 2016). Sedangkan, sensor dengan modulasi

intensitas memiliki proses fabrikasi yang sederhana dan biaya yang rendah (Vallan

et al., 2012). Meskipun demikian, sensor dengan modulasi intensitas memiliki

kelemahan yaitu sangat dipengaruhi oleh fluktuasi intensitas. Untuk menghindari

3

pengaruh dari fluktuasi intensitas dapat dilakukan dengan mengamati rasio

transmitansi pada dua panjang gelombang yang berbeda (Tapetado et al., 2014).

Struktur MZI yang lebih sederhana dapat diperoleh dengan menggunakan

Polymer Optical Fiber (POF). POF merupakan jenis fiber optik yang terbuat dari

bahan plastik polimer dan memiliki diameter 1 mm. POF memiliki beberapa

kelebihan yaitu dimensinya lebih besar, mudah dimodifikasi, tidak mahal, fleksibel,

tahan terhadap interferensi medan magnet dan medan listrik (Marques et al., 2017;

Suana & Muntini, 2012). POF memiliki nilai Thermal Optic Coefficient (TOC)

negatif, jika POF diberi perlakuan berupa kenaikan suhu maka massa jenis POF

akan turun dan menyebabkan penurunan nilai indeks bias sehingga mempengaruhi

intensitas keluaran POF. Berdasarkan uraian di atas, dalam penelitian ini dilakukan

karakterisasi terhadap MZI-POF dengan teknik modulasi intensitas dengan

mengukur perubahan intensitas pada dua panjang gelombang yang berbeda.

Karakteristik yang diteliti adalah sensitivitas, histeresis dan waktu respon terhadap

indeks bias dan suhu.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka permasalahan yang

diangkat dalam penelitian ini adalah:

1. Bagaimana karakteristik sensor MZI-POF yang meliputi sensitivitas, histeresis,

dan waktu respon terhadap perubahan indeks bias?

2. Bagaimana karakteristik sensor MZI-POF yang meliputi sensitivitas, histeresis

dan waktu respon dari sensor indeks bias dengan kompensasi suhu?

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Fiber optik yang digunakan adalah Polymer Optical Fiber multimode PMMA.

2. Perubahan suhu yang digunakan adalah 35 °C – 85 °C dengan kenaikan 10 °C.

3. Larutan yang digunakan adalah larutan glukosa dengan konsentrasi 0% - 12%.

4

4. Panjang gelombang yang digunakan 430 nm dengan bandwidth 80 nm.

5. Parameter sensor yang dikarakterisasi adalah sensitivitas, histeresis dan waktu

respon.

1.4 Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah di atas, tujuan penelitian ini adalah:

1. Memperoleh karakteristik sensor yang meliputi sensitivitas, histeresis dan

waktu respon terhadap perubahan indeks bias.

2. Memperoleh karakteristik sensor yang meliputi sensitivitas, histeresis dan

waktu respon dari sensor indeks bias dengan kompensasi suhu.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah mendapatkan karakteristik sensor MZI-POF

menggunakan fabrikasi yang mudah dengan sensitivitas tinggi, sehingga dapat

digunakan untuk pengukuran indeks bias dengan kompensasi suhu secara real time,

serta dapat digunakan sebagai acuan atau referensi untuk digunakan pada riset

selanjutnya.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan skripsi dibagi menjadi tiga bagian, yaitu bagian awal,

bagian isi, dan bagian akhir. Sistematika tersebut dipilih dengan tujuan untuk

memudahkan dalam pemahaman mengenai struktur dan isi skripsi.

1. Bagian awal skripsi, terdiri dari halaman judul, halaman persetujuan

pembimbing, halaman pernyataan, halaman pengesahan, halaman motto dan

persembahan, prakata, abstrak, daftar isi, daftar tabel, dafar gambar, dan daftar

lampiran.

2. Bagian isi skripsi, terdiri dari lima bab yang tersusun dengan sistematika

sebagai berikut:

5

BAB 1. Pendahuluan, berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah,

tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

BAB 2. Tinjauan Pustaka, berisi teori-teori yang mendukung penelitian.

BAB 3. Metode Penelitian, berisi alur penelitian, alat dan bahan yang

digunakan dalam penelitian, dan metode analisis data.

BAB 4. Hasil dan Pembahasan, berisi tentang hasil beserta pembahasan dari

penelitian yang telah dilakukan.

BAB 5. Penutup, berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian yang telah

dilakukan dan saran penelitian yang selanjutnya.

3. Bagian akhir skripsi, memuat daftar pustaka yang digunakan sebagai acuan

dalam penulisan skripsi dan lampiran-lampiran.

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fiber Optik

Fiber optik adalah pandu gelombang cahaya berupa kabel transparan yang

digunakan untuk mentransmisikan informasi dengan kapasitas yang besar melalui

media cahaya (Castrellon-Uribe, 2012). Hal ini yang menjadi salah satu kelebihan

fiber optik karena yang dihantarkan adalah cahaya bukan elektron, sehingga tidak

berbahaya, tahan terhadap gangguan gelombang elektromagnetik dan relatif stabil

terhadap kondisi medium yang dilaluinya.

2.1.1 Struktur Fiber Optik

Fiber optik terdiri dari tiga bagian, yaitu : core, cladding, dan coating atau

buffer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Struktur fiber optik (Castrellon-Uribe, 2012).

Inti (core) adalah sebuah material batang silinder dari bahan dielektrik dan

umumnya terbuat dari kaca atau plastik. Inti merupakan bagian terkecil dari fiber

optik dan merupakan bagian yang paling mudah pecah. Cahaya merambat

disepanjang inti fiber. Lapisan cladding umumnya terbuat dari kaca atau plastik

dengan indeks bias lebih kecil dari core ( > ). Pada POF, untuk membuatperbedaan indeks bias antara core dan cladding, core dibuat dari Poly Methyl

MethacrylAte (PMMA). Lapisan core dan cladding dibuat berbeda indeks bias agar

bisa terjadi pemantulan internal sempurna. Pemantulan internal sempurna inilah

7

yang menyebabkan cahaya tetap berada dalam fiber optik. Cladding berfungsi

untuk mengurangi rugi daya dari inti ke udara sekitar, mengurangi rugi daya

hamburan dari permukaan inti dan melindungi fiber dari kontaminasi penyerapan

permukaan serta menambah kekuatan mekanis. Coating berfungsi sebagai

pelindung core dan cladding dari kerusakan fisik. Bahan lapisan coating yang

digunakan untuk melindungi fiber optik adalah jenis plastik. Coating bersifat

elastis, mencegah abrasi dan mencegah loss hamburan akibat microbending.

2.1.2 Jenis Fiber Optik

Berdasarkan mode-nya, fiber optik dibedakan menjadi dua jenis yaitu fiber

optik singlemode dan multimode (Fidanboylu and Efendioğlu, 2009).

1. Fiber Optik Singlemode

Fiber optik singlemode merupakan tipe fiber optik yang hanya dapat

mentransmisikan gelombang cahaya dalam satu mode. Fiber optik singlemode

memiliki Numerical Aperture (NA) yang kecil, tidak memiliki disperse intermodal

yang dapat terjadi sepanjang fiber optik sehingga dapat digunakan pada jarak yang

jauh dan kecepatan rambat cahaya di dalamnya yang besar sehingga informasi yang

dibawa akan sampai lebih cepat, namun karena ukuran jari-jari inti yang kecil

mengakibatkan tingkat kesulitan penyambungan yang lebih tinggi.

2. Fiber Optik Multimode

Fiber optik multimode adalah fiber optik yang dapat mentransmisikan lebih

dari satu mode cahaya dalam satu waktu. Fiber optik multimode memiliki jari-jari

inti yang jauh lebih besar daripada fiber optik singlemode. Kelebihan fiber optik

multimode adalah instalasi yang lebih mudah karena besar ukuran inti sehinga

cahaya dapat dengan mudah terkopel, kemudian dapat menggunakan laser maupun

LED sebagai sumber cahaya dan karena fiber optik ini memandu beberapa moda

sekaligus maka pada fiber optik ini terjadi dispersi intermodal sehingga

mengakibatkan terbatasnya bandwith dan berpengaruh pada kecepatan transmisi

data yang lebih lambat.

Core dan cladding merupakan komponen yang mempengaruhi nilai indeks

bias suatu serat optik (Maddu et al., 2007). Berdasarkan profil indeks bias, fiber

8

optik diklasifikasikan menjadi Step-index fiber dan Graded-index fiber seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.2.

1. Step-index Fiber

Step-index fiber mempunyai nilai indeks bias yang “bertahap” mulai dari

indeks bias rendah ke indeks bias tinggi dan kemudian ke indeks bias rendah yaitu

dari cladding ke inti dan kemudian ke cladding, atau dapat dikatakan bahwa fiber

optik ini memiliki indeks bias yang “seragam” sepanjang sumbunya, seperti yang

ditunjukkan dalam Gambar 2.2.

2. Graded-index Fiber

Graded-index fiber mempunyai indeks bias yang bervariasi secara parabolik

dalam inti. Penjalaran sinarnya tidak lurus tapi melengkung karena refraksi yang

terjadi pada setiap lapisan dalam inti yang indeks biasnya bervariasi parabolik

seperti pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Jenis fiber optik berdasarkan indeks bias (Island & Daly, 2018).

2.1.3 Perambatan Gelombang dalam Fiber Optik

Prinsip kerja fiber optik adalah pembiasan cahaya yang dijelaskan dalam

Hukum Snellius,sin = sin (2.1)dimana adalah indeks bias inti, sudut datang, indeks bias cladding, dan

sudut bias seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3

Jenis Fiber

MekanismePropagasi

Geometri

ProfilIndeks Bias

MultimodeStep-Index

MultimodeGraded-Index

SinglemodeStep-Index

n (Inti)

n (Selubung)

9

Gambar 2.3. Perambatan cahaya dalam fiber optik (Ghatak, 2010).

Cahaya yang datang dari medium rapat ( ) ke medium yang kurang rapat ( )

akan dibiaskan menjauhi garis normal. Pada bidang batas antarmuka inti-selubung,

jika sudut datang i diperbesar secara gradual maka pada sudut θ1 tertentu, sudut bias

akan bernilai 90˚ dan cahaya akan dirambatkan pada bidang batas. Pada saat θ1mencapai kondisi ini dinamakan sudut kritis ( ).= 90˚ (2.2)sin = (2.3)= (2.4)Ketika cahaya merambat dengan sudut datang kurang dari sudut kritis maka cahaya

akan dibiaskan keluar dari inti, akan tetapi jika cahaya merambat menuju bidang

batas antarmuka inti-selubung dengan sudut datang yang lebih besar dari sudut

kritis, maka cahaya tersebut akan dipantulkan kembali (oleh bidang batas inti-

selubung) ke dalam inti. Efek semacam ini disebut sebagai pemantulan internal

sempurna (total internal reflection/ TIR). Kondisi inilah yang dipertahankan dalam

transmisi cahaya dalam serat optik.

2.1.4 Numerical Aperture

Numerical Aperture (NA) adalah parameter yang mempresentasikan sudut

penerimaan maksimum dimana berkas cahaya masih dapat diterima dan terpandu

pada inti fiber optik. NA dapat ditentukan dari perbedaan nilai antara inti dan

selubung. Pada Gambar 2.3 cahaya yang masuk dari medium luar (udara) menuju

inti dengan sudut datang i mengalami pembiasan sedemikian rupa sehingga

menjadikan sudut datang pada bidang batas kedua lebih besar dari sudut kritis. Hal

tersebut menyebabkan cahaya terperangkap di dalam inti serat. Cahaya yang

10

dibiaskan membentuk sudut terhadap sumbu z. Dengan asumsi indeks bias

medium luar adalah n0, maka pada bidang batas pertama berlaku:= (2.5)Cahaya yang mengalami pemantulan internal total pada bidang batas kedua

berlaku kondisi,sin = cos > (2.6)sin < 1 − (2.7)sin < 1 − = ( ) (2.8)

dengan asumsi indeks bias udara n0 = 1, maka nilai maksimum sin i adalah

sin = −1 (2.9)Nilai sin im disebut sebagai tingkat numeris atau numerical aperture (NA).

Cahaya tidak dapat melewati fiber optik jika sudut datang lebih besar dari .

Dalam praktiknya pada persamaan (2. 9) berlaku kurang dari + 1,sehingga NA dari serat didefinisikan oleh persamaan (2. 10) (Ghatak, 2010) :

= − (2.10)2.1.5 Polymer Optical Fiber (POF)

POF merupakan salah satu jenis fiber optik yang terbuat dari bahan polimer

yang mempunyai indeks bias 1,49. POF banyak diterapkan dalam komunikasi

jaringan jarak pendek terutama untuk otomotif, komunikasi private kantor dan

rumah, dan untuk sistem sensor (Prajzler et al., 2013).

POF terdiri dari berbagai jenis yang dikategorikan berdasarkan material

penyusunnya. Material penyusun yang sering digunakan antara lain poly(methyl

methacrylate) (PMMA), polycarbonates (PC), polystyrene (PS), dan cyclic olefin

copolymer (COC) (Luo et al., 2017; Zhang, 2013). Karakteristik dari jenis bahan

11

plastik pada POF ditunjukkan pada Tabel 2.1. dimana n adalah indeks bias inti, a

adalah koefisien termal ekspansi dan dn/dT adalah koefisien termo-optik.

Pada penelitian ini digunakan material PMMA dengan struktur kimia yang

meliputi sifat glass transition temperature ( = 104 ℃), titik lebur ( =160 ℃), koefisien muai-termal ( = 0,68 × 10 ° ), koefisien thermo-optic( = −1,2 × 10 ° ), koefisien stress-optik ( = (−4,5~ − 1,5) ×10 ° ), dan moisture absorption mendekati 2,0 % (Luo et al., 2017).2.2 Sensor Fiber Optik

Sensor fiber optik merupakan aplikasi lain dari teknologi fiber optik yang

awalnya diterapkan dalam sistem komunikasi optik untuk mengirimkan cahaya

yang membawa sinyal optik (Yulianti et al., 2017). Sensor fiber optik memiliki

banyak keunggulan dibandingkan dengan sensor elektrik konvensional, seperti

tahan terhadap gangguan gelombang elektromagnetik, ketahanan terhadap erosi,

kepekaan tinggi dan kemampuan penginderaan jarak jauh (Li et al., 2012).

Sensor fiber optik telah banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang seperti

dalam bidang kesehatan untuk memantau kondisi pernapasan (Suana et al., 2012)

dan pengukuran kandungan glukosa dalam tubuh (Larin et al., 2003), dalam bidang

fisika untuk pengukuran kekentalan (Anggita & Harmadi, 2015), dan dalam bidang

kimia untuk pengukuran pH (Islam et al., 2014). Selain itu sensor fiber optik dapat

digunakan untuk mengukur indeks bias dan regangan (Jasim et al., 2014), suhu

(Geng et al., 2014), tekanan (Xu et al., 2014) dan medan magnet(Chen et al., 2018).

2.2.1 Klasifikasi Sensor Optik Fiber Optik

Sensor fiber optik diklasifikasikan menjadi 3 kategori, yaitu berdasarkan

lokasi pendeteksian dan prinsip kerja, dan aplikasi (Ghetia et al., 2013).

Berdasarkan prinsip kerjanya, sensor fiber optik diklasifikasikan sebagai

sensor berbasis modulasi intensitas, sensor berbasis modulasi panjang gelombang,

dan sensor berbasis modulasi fase.

12

1. Sensor fiber optik berbasis modulasi intensitas

Sensor fiber optik berbasis intensitas mendeteteksi variasi intensitas cahaya

yang sebanding dengan lingkungan yang mengganggu. Konsep yang terkair dengan

modulasi intensitas meliputi transmisi, refleksi, dan mikrobending. Untuk itu, target

reflektif atau transmisif dapat dimasukkan dalam fiber. Mekanisme lain yang bisa

digunakan secara independen dengan tiga konsep utama di antaranya absorbsi,

hamburan, fluoresensi, dan polarisasi. (Castrellon-Uribe, 2012).

2. Sensor fiber optik berbasis modulasi panjang gelombang

Sensor fiber optik berbasis modulasi panjang gelombang ini memanfaatkan

perubahan panjang gelombang dalam proses pendeteksian. Jenis sensor yang

diterapkan misalnya bragg grating sensors (Yulianti et al., 2013).

3. Sensor fiber optik berbasis modulasi fase

Sensor jenis ini membandingkan fase cahaya dalam bagian sensing dan

reference dalam perangkat yang dikenal dengan interferometer. Pada umumnya

sensor ini menggunakan sumber cahaya laser yang koheren dan dua fiber single-

mode. Cahaya yang masuk akan terbelah ke bagian sensing dan reference. Jika

cahaya dalam bagian sensing terkena lingkungan yang mengganggu, maka akan

terjadi pergeseran fase. Kemudian pergeseran fase akan terdeteksi oleh

interferometer. Ada empat konfigurasi interferometrik yang digunakan dalam

sensor fiber optik, yaitu Michelson, Fabry Perot, Sagnac, dan Mach-Zehnder

(Castrellon-Uribe, 2012).

Berdasarkan aplikasinya, sensor fiber optik terbagi menjadi sensor kimia,

sensor fisika, dan sensor bio-medik.

a. Sensor fisika

Sensor fisika digunakan untuk pengukuran sifat-sifat fisika, seperti suhu

(Wang et al., 2017), tekanan (Xu et al., 2014), indeks bias dan regangan (Jasim et

al., 2014), medan magnet (Chen et al., 2018), dan kekentalan (Anggita & Harmadi,

2015).

13

b. Sensor kimia

Sensor ini digunakan untuk pengukuran pH (Yulianti et al., 2012), deteksi

gas (Mishra et al., 2015), dan pengukuran konsentrasi (Hu et al., 2016).

c. Sensor bio-medik

Sensor ini digunakan dalam aplikasi bio-medik, seperti pengukuran

kandungan glukosa dalam tubuh (Sari et al., 2012), sebagai sensor napas (Suana et

al., 2012), dan sensor imun terhadap bakteri Escherichia coli (Rodrigues et al.,

2017).

2.3 Mach-Zehnder Interferometer (MZI)

Mach-Zehnder Interferometer merupakan sensor modulasi fasa yang

menggunakan two-beam interferometer. Pada sensor ini, sumber cahaya yang

masuk dipisahkan menjadi dua bagian, sebagian masuk ke jalur reference dan yang

lainnya masuk ke jalur sensing (Herdiyanto, 2007). Jalur reference merupakan jalur

yang dilapisi dengan pelindung yang terisolasi. Sedangkan jalur sensing merupakan

daerah penginderaan yang digunakan untuk variasi eksternal seperti indeks bias,

dan lain-lain. Pada jalur ini cahaya yang melaluinya akan mengalami proses

modulasi fasa. Setelah cahaya melewati kedua jalur tersebut, cahaya akan menyatu

kembali (Huda et al., 2015).

Salah satu bentuk pengembangan teknologi untuk memperoleh konfigurasi

MZI adalah dengan struktur taper yang memanfaatkan teknik heat-and-pull untuk

mengurangi diameter POF. Konfigurasi MZI diperoleh dengan membentuk dua

taper pada POF. Pada penelitian sebelumnya yang telah dilakukan oleh Jasim et al

(2014) konfigurasi MZI menggunakan POF graded index (GI-POF) masih

memiliki kekurangan yaitu membutuhkan ketelitian dalam fabrikasi serta mudah

patah Oleh karena itu, pada penelitian ini konfigurasi MZI dengan struktur taper

diperoleh menggunakan POF step index (SI-POF) yang mudah untuk dibentuk

karena memiliki diameter inti yang lebih besar dibandingkan dengan GI-POF.

Selain itu dengan menggunakan SI-POF untuk mendeteksi sinyal output menjadi

lebih murah karena hanya membutuhkan LED dan spektrometer.

14

Diagram sensor optik MZI menggunakan SI-POF multimode ditunjukkan

pada Gambar 2.4 sebagai berikut:

Gambar 2.4. Skematik MZI POF

Dua buah taper dipisahkan sejauh L. Bagian POF dipanaskan dan

direntangkan sehingga bagian core dan cladding akan tertarik dan membentuk

lekukan ke dalam. Sumber cahaya sebagai input sensor merambat pada mode inti,

ketika melewati taper pertama, cahaya yang merambat memiliki sudut datang

kurang dari sudut kritis, sehingga cahaya ada yang tidak dipantulkan kembali di

dalam inti melainkan dibiaskan keluar dari inti (ke selubung) dan sisanya merambat

pada inti. Ketika cahaya merambat di dalam cladding menuju bidang batas

antarmuka inti-selubung dengan sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis,

maka cahaya tersebut akan dipantulkan kembali (oleh bidang batas inti-selubung)

ke dalam inti. Bagian cahaya yang bergerak di dalam selubung digabungkan

kembali dengan cahaya di inti pada taper kedua. MZI terbentuk karena perbedaan

fasa antara cahaya di inti dan mode selubung. Perbedaan fasa menyebabkan

terbentuknya spektrum interferensi. Cahaya interferensi mengalami transmisi

sebagai mode output melewati inti. Spektrum interferensi diamati menggunakan

detektor (Wang et al., 2016).= + + 2 cos ∆ (2.11)karena I ≈ E2, maka intensitas interferensi antara mode inti dan mode selubung

dinyatakan sebagai:= + + 2 cosΔ∅ (2.12)

15

dimana , adalah intensitas cahaya pada mode inti dan mode selubung, ∅adalah perbedaan fasa antara dua mode.

Besarnya fasa untuk bidang gelombang = cos( − ) dimana =untuk lintasan L adalah = = = =

= (2.13)L adalah panjang lengan interferensi, sedangkan adalah panjang gelombang saat

melewati medium yang dipengaruhi oleh indeks bias medium dan adalah panjang

gelombang di ruang hampa. Perbedaan fasa pada saat melewati inti dan selubung

diperoleh: ∆ = −= 2 −= (2.14)

dimana adalah indeks bias efektif mode inti dan adalah indeks bias

efektif mode selubung. Δ adalah perbedaan indeks bias efektif antara mode intidan selubung. Ketika perbedaan fasa memenuhi kondisi ∆ = (2 + 1) , m=0,1,2,... intensitas cahaya interferensi mencapai nilai minimum (Wang et al., 2016).

2.4 Suhu

Terdapat dua parameter yang mencirikan pengaruh suhu pada fiber optik

yaitu Coefficient of Thermal Expansion (CTE) dan Thermo-Optic Coefficient

(TOC) (Ariani & Prajitno, 2016). CTE mencirikan ekspansi fisik atau kontraksi

volume suatu material, sedangkan TOC mencirikan perubahan indeks bias sebagai

respon dari perubahan suhu. Dengan menggunakan CTE dan TOC, maka perubahan

16

panjang fiber optik (∆ ), perubahan jari-jari inti (∆ ), dan perubahan indeks bias(∆ ) akibat dari perubahan suhu (∆ ), masing-masing dapat dinyatakan sebagai∆ = ∆ (2.15)∆ = ∆ (2.16)∆ = ∆ (2.17)dimana adalah koefisien muai termal dan adalah koefisien termo-optik. Adanya

variasi suhu membawa tegangan termal yang datang dari perbedaan koefisien muai

termal antara fiber dan struktur luar termasuk jaket.

TOC yang dimiliki oleh suatu bahan menunjukkan bagaimana bahan tersebut

sensitif terhadap panas. Ketika suhu lingkungan berubah, indeks bias serat optik

juga ikut berubah. POF jenis PMMA memiliki TOC bernilai negatif, yaitu -1,2 ×

10-4/ ˚C (Luo et al., 2017), sehingga pada saat suhu lingkungan mengalami

kenaikan, indeks bias efektif selubung dan inti akan turun (Li et al., 2012).

17

BAB III

METODE PENELITIAN

Penelitian ini telah dilakukan dengan beberapa tahapan yang diilustrasikan

dalam diagram alur seperti pada Gambar 3.1 berikut:

Gambar 3.1. Diagram alur penelitian

Karakterisasi sensor :

1. Indeks bias2. Suhu

Analisis data

Selesai

Persiapan alat dan bahan

Fabrikasi sensor:

Sensor fiber optik Mach-Zehnder Interferometer

Mulai

18

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika D-9 Lantai 3, Jurusan Fisika,

Universitas Negeri Semarang, pada bulan Januari-Mei 2019.

3.2 Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Digital ABBE Refractometer, digunakan untuk mengukur indeks bias larutan

glukosa. Alat tersebut berada di Laboratorium Kimia Organik Universitas

Gadjah Mada. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Digital ABBE Refractometer

2. Fiber optic stripper three hole (H-119CC), digunakan untuk mengupas jaket

fiber optik. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Fiber optic stripper three hole (H-119CC)

19

3. Spektrometer Ocean Optic USB4000, digunakan sebagai detektor intensitas

cahaya yang keluar dari POF pada saat karakterisasi seperti ditunjukkan pada

Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Spektrometer Ocean Optic USB4000

4. Mikroskop Charge Coupled Device (CCD), digunakan untuk melihat

diameter MZI-POF, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Mikroskop Charge Coupled Device (CCD)

5. Temperature Chamber, digunakan untuk memberikan pengaruh suhu pada

MZI-POF seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6. Temperature Chamber

20

6. Konektor SMA 905, untuk menghubungkan POF ke Spektrometer Ocean

Optic USB4000

7. Solder, untuk memanaskan fiber optik agar terbentuk struktur MZI,

8. Cutter, digunakan untuk melepaskan jaket fiber optik,

9. Gunting, digunakan untuk memotong fiber optik,

10. Penggaris, digunakan untuk mengukur panjang fiber optik yang akan dikupas

bagian jaketnya,

11. LED biru, digunakan sebagai sumber cahaya pada karakterisasi sensor MZI-

POF,

12. Timbangan digital dengan kapasitas 300 g dan ketelitian 0,01 g, digunakan

untuk menimbang glukosa,

13. Gelas ukur 100 ml, untuk mengukur volume larutan,

14. Gelas beker, digunakan sebagai wadah saat membuat larutan glukosa,

15. Magnetic stirer, digunakan untuk melarutkan glukosa dengan aquades,

16. Gelas plastik, sebagai tempat larutan sampel yang akan diujikan,

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Polymer Optical Fiber (POF) multimode PMMA, digunakan untuk bahan

sensor MZI-POF, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Polymer Optical Fiber (POF)

21

2. Glukosa, digunakan sebagai bahan untuk karakterisasi sensor, seperti

ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8. Glukosa

3. Aquades, digunakan untuk pengenceran larutan.

3.3 Tahap fabrikasi

Tahap fabrikasi dilakukan melalui dua tahapan yaitu fabrikasi sensor MZI

dan pembuatan larutan uji.

3.3.1 Tahap Fabrikasi sensor MZI

Fabrikasi sensor MZI dilakukan melalui beberapa tahapan berikut:

1. Memotong kabel fiber optik dengan sepanjang 70 cm.

2. Melepaskan bagian jacket sepanjang 5 cm menggunakan fiber optic stripper

three hole dan Cutter pada bagian tengah kabel fiber optik pastik (POF).

3. Memanaskan fiber optik dengan menggunakan solder pada suhu 100°C pada

dua titik yang dipisahkan sejauh 1 cm agar terbentuk struktur MZI, seperti

ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. MZI-POF

22

4. Mengukur diameter MZI-POF menggunakan mikroskop CCD.

5. Melakukan karakterisasi MZI-POF menggunakan LED biru dengan panjang

gelombang 430 nm sebagai sumber cahaya dan spektrometer untuk melihat

spektrum keluaran pada MZI-POF.

3.3.2 Pembuatan Larutan Uji

Pembuatan larutan uji dilakukan dengan melarutkan serbuk glukosa dengan

aquades dengan perbandingan seperti pada Tabel 3.1 berdasarkan persamaan

berikut : (%) = ( ) × 100% (3.1)Tabel 3.1. Perbandingan konsentrasi serbuk glukosa dan aquades

Konsentrasi larutan Massa glukosa (g) Aquades (ml)

0% 0 250

2% 5 245

4% 10 240

6% 15 235

8% 20 230

10% 25 225

12% 30 220

23

3.4 Karakterisasi sensor

Karakterisasi sensor dilakukan dengan langkah sebagai berikut:

1. Meletakkan MZI-POF yang dicelupkan dalam beberapa larutan glukosa

dengan konsentrasi yang bervariasi yaitu 0% hingga 12% dengan kenaikan

2% pada suhu ruang, seperti pada Gambar 3.10.

2. Menghubungkan salah satu ujung MZI-POF dengan sumber cahaya LED biru

dengan panjang gelombang 430 nm dan bandwidth 80 nm. Spesifikasi

selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1.

3. Menghubungkan ujung MZI-POF yang lain dengan spektrometer Ocean

Optic USB4000.

4. Untuk variasi konsentrasi larutan glukosa, dilakukan dengan mengganti

larutan secara berurutan dari konsentrasi 0% – 12% dan dijaga selama 5 menit

untuk setiap konsentrasi larutan.

Gambar 3.10. Set-up alat karakterisasi sensor MZI

3.5 Karakterisasi sensor terhadap perubahan suhu

Karakterisasi sensor dilakukan dengan menggunakan sebuah Temperature

chamber yang berfungsi untuk memanaskan MZI-POF, dengan langkah sebagai

berikut:

1. Meletakkan MZI-POF yang dicelupkan dalam larutan glukosa dengan

konsentrasi 8% ke dalam temperature chamber, seperti pada Gambar 3.11.

2. Menghubungkan salah satu ujung MZI-POF dengan sumber cahaya LED biru

dengan panjang gelombang 430 nm.

24

3. Menghubungkan ujung MZI-POF yang lain dengan spektrometer Ocean

Optic USB4000.

4. Untuk variasi suhu, dilakukan dengan mengatur suhu pada temperature

chamber yang dinaikkan secara berkala dari 35 °C – 85 °C dengan

peningkatan 10°C dan dijaga selama 5 menit untuk setiap kenaikan suhu.

Gambar 3.11. Set-up alat karakterisasi sensor MZI terhadap perubahan suhu

3.6 Analisis data

1. Sensitivitas

Sensitivitas sensor MZI-POF diperoleh dengan memasukkan data keluaran

dari spektrometer yang berupa perubahan intensitas cahaya terhadap indeks bias

dan suhu. Selanjutnya diperoleh gradien grafik yang merupakan nilai sensitivitas.

2. Histeresis

Histeresis sensor MZI diperoleh dari plot grafik perubahan intensitas cahaya

terhadap indeks bias dan suhu naik dan turun.

3. Waktu respon

Waktu respon diperoleh dengan membuat plot perubahan intensitas cahaya

terhadap waktu untuk setiap kenaikan indeks bias dan kenaikan suhu.

25

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sensor MZI-POF telah dikembangkan dengan mengacu pada struktur MZI

yang dibentuk menggunakan dua taper pada POF. Penelitian ini dilakukan dengan

tahapan fabrikasi MZI-POF dan karakterisasi MZI-POF. Spesifikasi POF yang

digunakan pada penelitian ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Spesifikasi parameter fisis POF

Parameter Nilai

POF

Material inti Polymethyl Methacrylate (PMMA)

Indeks bias inti 1,49

Indeks bias selubung 1,41

Jenis indeks Step indeks

Diameter inti 980 µm

Diameter selubung 1000 µm

Panjang fiber optik 70 cm

4.1 Fabrikasi MZI

Fabrikasi sensor POF dilakukan dengan memanfaatkan teknik heat-and-pull

untuk mengurangi diameter POF agar terbentuk struktur taper pada bagian

pengindera. Pengaruh struktur taper dikaji untuk mendapatkan sensor POF yang

optimal dengan sensitivitas tinggi dan waktu respon yang cukup singkat.

Fabrikasi MZI dilakukan dengan memotong POF sepanjang 70 cm

menggunakan fiber optic stripper three hole. Pada bagian tengah POF sepanjang 5

cm dilakukan pengupasan jaket pelindung menggunakan cutter, sehingga tersisa

26

bagian inti dan selubung saja. Bagian POF yang telah dikupas merupakan bagian

penginderaan yang selanjutnya disebut sebagai sensor head. Selanjutnya, sensor

head yang telah dikupas bagian jaket pelindungnya direntangkan dan dipanaskan

menggunakan solder dengan suhu 100°C pada dua titik sehingga bagian inti dan

selubung tertarik dan membentuk taper. Dua taper dipisahkan sejauh 1 cm.

Gambar 4.1. Struktur MZI-POF dengan dua taper

Diameter pada dua taper MZI-POF diukur melalui citra POF yang diambil

menggunakan mikroskop CCD dengan perbesaran 50 kali. Citra CCD dapat dilihat

pada Gambar 4.2.

(a) (b)

Gambar 4.2. Hasil pengamatan diameter MZI-POF pada taper (a) pertama (b)kedua

Gambar 4.2 (a) memperlihatkan pada taper pertama memiliki diameter

616,857 μm. Gambar 4.2 (b) yang memiliki diameter 573,573 μm merupakan citra

taper kedua.

27

Sebelum melakukan karakterisasi, larutan glukosa yang akan digunakan

untuk karakterisasi sensor MZI-POF terlebih dahulu diuji nilai indeks biasnya

menggunakan digital ABBE refractometer. Hasil yang diperoleh dari uji nilai

indeks bias yaitu sebesar 1,3397 hingga 1,3547. Hasil uji indeks bias larutan

glukosa selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 2.

Setelah fabrikasi, MZI selanjutnya dikarakterisasi. LED biru dengan

panjang gelombang 430 nm dan bandwidth 80 nm digunakan sebagai sumber

cahaya yang ditransmisikan ke dalam POF. Karakterisasi dilakukan pada suhu

ruang, dimana indeks bias ruang sama dengan indeks bias udara yaitu 1,0003. Hasil

karakterisasi MZI ditunjukkan pada Gambar 4.3. Kemudian dilakukan normalisasi

dengan membandingkan intensitas keluaran terhadap intensitas input. Normalisasi

didapatkan dengan membandingkan intensitas output dengan intensitas input

menggunakan persamaan sebagai berikut :

( ) = 10 log ( )( ) (4.1)

(a)

28

(b)

Gambar 4.3. (a) Hasil karakterisasi POF polos dan MZI pada suhu ruangdan (b) spektrum keluaran MZI pada suhu ruang (setelah normalisasi)

4.2 Karakterisasi MZI terhadap Perubahan Indeks Bias

Karakterisasi sensor dilakukan untuk mengetahui respon MZI-POF terhadap

perubahan indeks bias. LED biru digunakan sebagai sumber cahaya yang

ditransmisikan ke dalam POF, kemudian untuk mendeteksi spektrum keluaran

sensor digunakan spektrometer Ocean Optics USB4000. Untuk memperoleh

pengaruh perubahan indeks bias, sensor MZI-POF diletakkan di dalam tempat

larutan uji. Larutan glukosa dengan indeks bias 1,3330 dituangkan pada gelas

hingga bagian sensor terendam di dalam larutan. Pengambilan data di lakukan

setiap 15 detik hingga keadaannya stabil. Waktu yang dibutuhkan sensor untuk

mencapai nilai stabil dicatat sebagai waktu respon sensor. Dengan cara yang sama

dilakukan pengukuran untuk larutan glukosa dengan indeks bias 1,3397 – 1,3547.

Karakterisasi sensor dilakukan pada indeks bias naik yaitu 1,3330 – 1,3547 dan

pada indeks bias turun yaitu 1,3547 – 1,3330 untuk mendapatkan nilai reversibility

29

sensor. Spektrum keluaran sensor MZI-POF pada indeks bias 1,3330 – 1,3547

ditunjukkan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4. Spektrum keluaran sensor MZI-POF

Berdasarkan grafik pada Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa ada tiga lembah

dan dua puncak yang terletak pada panjang gelombang 423,57 nm (λ ), 435,23 nm(λ ), 462,85 nm (λ ), 478,14 nm (λ ) dan 517,63 nm (λ ). Sensitivitas sensorterhadap perubahan indeks bias dapat diperoleh dengan membuat rasio transmitansi

pada dua panjang gelombang yang berbeda (Tapetado et al., 2014).

4.2.1 Sensitivitas Sensor MZI-POF terhadap Perubahan Indeks Bias

Sensitivitas sensor diperoleh dengan membuat plot perubahan intensitas

cahaya terhadap indeks bias. Sensitivitas sensor terhadap perubahan indeks bias

dapat diperoleh dengan membuat rasio transmitansi rata-rata pada dua panjang

gelombang yang berbeda. Sebelumnya telah dibuat beberapa grafik hubungan rasio

transmitansi rata-rata terhadap perubahan indeks bias yang dapat dilihat pada

Lampiran 3, namun rasio transmitansi untuk / dan / memiliki linearitasdan sensitivitas paling tinggi. Hubungan rasio transmitansi terhadap indeks bias

untuk / dan / ditunjukkan pada Gambar 4.5.

30

(a)

(b)

Gambar 4.5. Grafik hubungan rasio transmitansi terhadap perubahanindeks bias (a) pada / (b) pada /

Berdasarkan gambar 4.5 dapat dilihat bahwa sensor MZI-POF memiliki

respon linear untuk perubahan indeks bias terhadap intensitas cahaya. Rasio

transmitansi / memiliki nilai sensitivitas sebesar 4,2986 /RIU dengan koefisien

31

korelasi 97,16%. Sedangkan untuk rasio transmitansi / memiliki nilaisensitivitas sebesar 2,8793 /RIU dengan koefisien korelasi 97,64%. Gambar 4.5

menunjukkan bahwa semakin besar pengaruh indeks bias maka rasio transmitansi

yang dihasilkan semakin meningkat. Sensitivitas rasio transmitansi pada dua

panjang gelombang yang berbeda meningkat karena intensitas cahaya pada

mengalami penurunan intensitas cahaya lebih besar dibandingkan dengan

penurunan intensitas cahaya pada dan .

Jika dibandingkan dengan sensor fiber optik dengan struktur lain yaitu

Michelson Interferometer (MI) dengan modifikasi core-offset pada rentang indeks

bias 1,30-1,43 yang mempunyai sensitivitas -202,46 dB/RIU (Wang et al., 2015),

sensor MZI-POF yang ditinjau pada λ atau pada panjang gelombang 517,63 nm(Gambar 4.6) mempunyai nilai sensitivitas sebesar -5,9764 dB/RIU, hal ini

menunjukkan bahwa nilai sensitivitas sensor MZI-POF lebih rendah daripada

struktur sensor tersebut. Meskipun mempunyai nilai sensitivitas yang tidak terlalu

tinggi, sensor MZI-POF mempunyai beberapa kelebihan, diantaranya proses

fabrikasi yang dilakukan sederhana, mudah, dan tidak membutuhkan biaya yang

tinggi.

Gambar 4.6. Grafik hubungan transmitansi terhadap perubahan indeks biaspada

32

Pada penurunan indeks bias dari 1,3547 – 1,3330, grafik respon yang

diperoleh tidak sama dengan grafik respon pada kenaikan indeks bias. Untuk

mengevaluasi sensor, dapat dilakukan dengan menghitung nilai histeresis

menggunakan persamaan berikut (Garcia et al., 2018) := (4.2)dimana adalah intensitas pada pengukuran meningkat dan adalah intensitas

pada pengukuran menurun. Sedangkan adalah intensitas tertinggi dalam kurva

dan adalah intensitas terendah dalam kurva. Histeresis yang terjadi

ditunjukkan pada Gambar 4.7. Pada rasio transmitansi / terjadi histeresistertinggi pada indeks bias 1,3330 yaitu sebesar 0,4137. Sedangkan pada rasio

transmitansi / terjadi histeresis tertinggi pada indeks bias 1,3454 yaitu sebesar0,2501.

(a)

33

(b)

Gambar 4.7. Reversibility respon indeks bias MZI-POF

(a) pada / (b) pada /4.2.2 Waktu Respon Sensor MZI-POF terhadap Perubahan Indeks Bias

Waktu respon sensor adalah waktu yang diperlukan suatu sensor untuk

mencapai keadaan stabil. Grafik hubungan pengaruh indeks bias terhadap waktu

respon ditunjukkan pada Gambar 4.8.

Gambar 4.8. Waktu respon sensor MZI-POF terhadap perubahan indeks bias

Waktu respon yang diperlukan untuk mencapai keadaan stabil yang pertama

yaitu indeks bias 1,3330 membutuhkan waktu yang cukup singkat yaitu 15 detik.

34

Untuk mencapai keadaan stabil berikutnya sensor ini menunjukkan kecepatan

respon yang hampir sama besarnya. Sedangkan waktu respon sensor untuk indeks

bias 1,3427 membutuhkan waktu selama 45 detik. Sementara itu, untuk perubahan

ke arah konsentrasi yang lebih tinggi, waktu respon sensor semakin lama. Hal ini

ditunjukkan pada daerah yang berfluktuasi pada kurva intensitas pada indeks bias

1,3454 hingga 1,3547.

4.3 Karakterisasi MZI terhadap Perubahan Suhu

Untuk memperoleh pengaruh suhu, sensor MZI-POF yang terendam larutan

glukosa diletakkan di dalam temperature chamber. Karakterisasi sensor dilakukan

pada suhu naik yaitu 35 °C - 85 °C dan pada suhu turun yaitu 85 °C - 35 °C untuk

mendapatkan nilai reversibility sensor. Rentang kenaikan dan penurunan suhu yang

digunakan sebesar 10 °C. Pengambilan data dilakukan setiap 30 detik, kemudian

mengamati perubahan intensitas cahaya pada bagian puncak dan lembah untuk

setiap perubahan suhu.

4.3.1 Sensitivitas Sensor MZI-POF terhadap Perubahan Suhu

Respon sensor MZI-POF tehadap variasi suhu ditunjukkan oleh Gambar 4.9

berupa perubahan nilai rasio transmitansi pada dua panjang gelombang yang

berbeda.

(a)

35

(b)

Gambar 4.9. Grafik hubungan rasio transmitansi terhadap perubahan suhu

(a) pada / (b) pada /Berdasarkan Gambar 4.9 dapat dilihat bahwa sensor MZI-POF memiliki

respon linear untuk perubahan suhu terhadap intensitas cahaya. Nilai sensitivitas

sensor MZI-POF pada nilai rasio / dan / adalah 2,6 × 10 /°C dan1,4 × 10 /°C dengan koefisien korelasi berturut-turut 97,20 % dan 97,72 %. Halini menunjukkan perubahan sebesar 2,6 × 10 dan 1,4 × 10 untuk setiapperubahan suhu 1 °C. Gambar 4.9 menunjukkan bahwa semakin besar pengaruh

suhu maka rasio transmitansi yang dihasilkan semakin meningkat. Sensitivitas rasio

transmitansi pada dua panjang gelombang yang berbeda meningkat karena

intensitas cahaya pada mengalami penurunan intensitas cahaya lebih besar

dibandingkan dengan penurunan intensitas cahaya pada dan .

Ketika fiber optik mengalami pemanasan, intensitas cahaya akan menurun

karena hamburan, pembiasan dan penyerapan meningkat. Dengan meningkatnya

suhu dalam larutan glukosa, intensitas cahaya keluaran mengalami penurunan.

Struktur bagian dalam fiber optik berubah karena perubahan orientasi rantai

polimer dengan meningkatnya suhu, sehingga mengakibatkan suhu pada lapisan

POF meningkat, dan cahaya dapat dilemahkan oleh larutan glukosa. Transmisi

36

spektral dan intensitas cahaya yang ditransmisikan pada MZI-POF yang diberi

perlakuan panas mengalami pelemahan karena molekul glukosa yang diserap

sehingga dapat mengubah mode inti dan cladding (Zhong et al., 2016).

Sensor MZI-POF terhadap pengaruh suhu yang ditinjau pada λ atau padapanjang gelombang 517,63 nm (Gambar 4.10) memiliki sensitivitas sebesar−4,2 × 10 dB/°C. Jika dibandingkan dengan sensitivitas sensor terhadapperubahan indeks bias pada Gambar 4.6, sensitivitas sensor MZI-POF terhadap

pengaruh suhu sangatlah kecil. Oleh karena itu, MZI-POF dapat digunakan untuk

sensor indeks bias yang bebas dari pengaruh suhu sehingga dapat memberikan

pengukuran yang cukup akurat.

Gambar 4. 10. Grafik hubungan transmitansi terhadap perubahan suhu pada

Jika dilakukan pengujian pada suhu yang menurun, maka grafik respon

terhadap perubahan suhu yang diperoleh memiliki histeresis yang ditunjukkan pada

Gambar 4.11. Untuk mengevaluasi sensor, dapat dilakukan dengan menghitung

nilai histeresis menggunakan persamaan 4.2. Pada rasio transmitansi / terjadihisteresis tertinggi pada suhu 55 °C yaitu sebesar 0,1850. Pada rasio transmitansi/ terjadi histeresis tertinggi pada suhu 35 °C yaitu sebesar 0,1045. Histeresisterjadi karena adanya fluktuasi suhu pada temperature chamber selama proses

karakterisasi. Untuk memperkecil nilai histeresis sensor perlu menggunakan

37

temperature chamber yang lebih akurat dengan tingkat fluktuasi suhu yang lebih

kecil.

(a)

(b)

Gambar 4.11. Reversibility respon suhu sensor MZI-POF

(a) pada / (b) pada /4.3.2 Waktu respon Sensor MZI-POF terhadap Perubahan Suhu

Waktu respon sensor terhadap perubahan suhu ditunjukkan pada Gambar

4.12. Waktu yang digunakan pada setiap perubahan suhu adalah 3 menit.

38

Gambar 4.12. Waktu respon sensor MZI-POF terhadap perubahan suhu

Sensor terhadap perubahan suhu membutuhkan waktu paling panjang untuk

mencapai keadaan stabil yang pertama, waktu yang dibutuhkan adalah 330 detik.

Untuk waktu respon selanjutnya, rata-rata membutuhkkan 30 detik untuk mencapai

keadaan stabil setiap kenaikan suhu.

4.4 Pengukuran Indeks Bias dengan Kompensasi Suhu

Berdasarkan sub bab 4.3.1 sensor MZI-POF terhadap perubahan indeks bias

juga dipengaruhi oleh suhu, namun pengaruh tersebut sangat kecil, hal ini dapat

dilihat dari nilai sensitivitas sensor MZI-POF terhadap suhu yang bernilai−4,2 × 10 dB/°C. Pengukuran indeks bias tanpa mempertimbangkan efek suhuakan menyebabkan error/ kesalahan. Oleh karena itu, diperlukan teknik

kompensasi. Teknik kompensasi dapat dilakukan dengan menggabungkan nilai

sensitivitas terhadap indeks bias dan suhu dalam perhitungan matriks. Perhitungan

matriks dapat dieliminasi sehingga dapat digunakan untuk menentukan salah satu

nilai antara indeks bias atau suhu. Tabel 4.2 menampilkan sensitivitas sensor

terhadap perubahan indeks bias dan suhu berdasarkan rasio transmitansi pada /dan / yang digunakan untuk perhitungan matriks.

39

Tabel 4.2. Sensitivitas sensor terhadap perubahan indeks bias dan suhu.

Indikator

Rasio

transmitansi/ R2Rasio

transmitansi/ R2Indeks bias 4,2986 / RIU 97,16 % 2,8793 / RIU 97,64 %

Suhu 0,0026 / ˚C 97,20 % 0,0014 / ˚C 97,72 %

Perubahan rasio transmitansi akibat indeks bias dan suhu disajikan secara

matematis dalam bentuk matriks sebagai:∆∆ = K , K ,K , K , ∆∆ (4.3)dimana ∆ dan ∆ adalah perubahan intensitas cahaya keluaran pada / dan/ . K , dan K , merupakan sensitivitas sensor terhadap indeks bias pada/ dan / , sedangkan K , dan K , adalah sensitivitas sensor terhadapsuhu pada / dan / , sehingga dengan memasukkan nilai sensitivitas sensorpersamaan (4. 3) menjadi:∆∆ = 4,2986 0,00262,8793 0,0014 ∆∆ (4.4)∆∆ = 0,0014 −2,8793−0,0026 4,2986 ∆∆ (4.5)Besarnya nilai D diperoleh D = (4,2986)(0,0014) – (0,0026)(2,8793) = -0,00147

sehingga persamaan (4.4) menjadi:∆∆ = −0,9524 1958,7071,7687 −2924,218 ∆∆ (4.6)Dari persamaan (4. 6) maka ∆ dan ∆ adalah:∆ = −0,9524 ∆ + 1958,707 ∆ (4.7)∆ = 1,7687 ∆ − 2924,218 ∆ (4.8)Dengan menggunakan persamaan (4.6) maka nilai indeks bias dapat

ditentukan dengan menghilangkan efek suhu.

40

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

MZI-POF dengan struktur taper untuk sensor indeks bias dengan kompensasi

suhu telah berhasil difabrikasi. Fabrikasi dilakukan dengan memanfaatkan teknik

heat and pull sehingga terbentuk struktur taper. Karakterisasi MZI-POF telah

dilakukan dengan memberikan perlakuan secara fisis terhadap material fiber optik.

Hasil pengolahan data karakterisasi menunjukkan bahwa MZI-POF memiliki

sensitivitas yang cukup tinggi terhadap indeks bias dan suhu. Berdasarkan

penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan:

1. Sensitivitas sensor POF-MZI terhadap indeks bias pada nilai rasio

transmitansi / memiliki nilai sensitivitas sebesar 4,2986 /RIU dankoefisien korelasi 97,16 %. Sedangkan untuk / memiliki sensitivitassebesar 2,8793 /RIU dan koefisien korelasi 97,64%. Pada rasio transmitansi/ terjadi histeresis tertinggi pada indeks bias 1,3330 yaitu sebesar0,4137. Sedangkan pada rasio transmitansi / terjadi histeresis tertinggipada indeks bias 1,3454 yaitu sebesar 0,2501. Pada nilai indeks bias 1,3330

membutuhkan waktu 15 detik untuk mencapai keadaan stabil. Semakin besar

nilai indeks bias maka semakin lama waktu respon sensor mencapai keadaan

stabilnya.

2. Sensitivitas sensor POF-MZI terhadap suhu pada nilai rasio / dan /adalah 2,6 × 10 /°C dan 1,4 × 10 /°C dengan koefisien korelasi berturut-turut 97,20 % dan 97,72 %. Hal ini menunjukkan perubahan sebesar2,6 × 10 dan 1,4 × 10 untuk setiap perubahan suhu 1 °C. Pada rasiotransmitansi / terjadi histeresis tertinggi pada suhu 55 °C yaitu sebesar0,1850. Pada rasio transmitansi / terjadi histeresis tertinggi pada suhu 35°C yaitu sebesar 0,1045. Waktu respon sensor rata-rata membutuhkkan 30

detik untuk mencapai keadaan stabil setiap kenaikan suhu.

41

5.2 Saran

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, untuk penelitian lebih

lanjut tentang MZI-POF sebagai sensor indeks bias dengan kompensasi suhu, untuk

memperoleh sensitivitas sensor yang lebih baik perlu dilakukan optimasi sensor

yaitu dapat dilakukan dengan variasi diameter taper, memodifikasi sensor dengan

bentuk lain, dan melapisi bagian selubung dengan material yang lebih sensitif.

42

DAFTAR PUSTAKA

Anam, M. K., Narindra, R., & Abraha, K. (2013). Deteksi Formalin Menggunakan

Surface Plasmon Resonance ( SPR ) Berbasis Nanopartikel Perak sebagai

Pengembangan Awal Teknologi Food Safety. 3(2), 201–208.

Anggita, A. W., & Harmadi. (2015). Aplikasi Serat Optik sebagai Sensor

Kekentalan Oli Mesran SAE 20W-50 Berbasis Perubahan Temperatur. Jurnal

Fisika Unand, 4(3), 239–246.

Ariani, P. F., & Prajitno, G. (2016). Analisis Pengaruh Panjang Kupasan dan

Perubahan Suhu terhadap Pancaran Intensitas pada Serat Optik Platik

Multimode Tipe FD 620-10. Jurnal Sains Dan Seni ITS, 5(2), 103–107.

Avila-Garcia, M. S., Bianchetti, M., Corre, R. Le, & Guevel, A. (2018). High

sensitivity strain sensors based on single-mode-fiber core-offset Mach-

Zehnder interferometers.pdf (pp. 202–206). pp. 202–206. Optics and Lasers in

Engineering.

Bhardwaj, V., & Singh, V. K. (2016). Fabrication and characterization of cascaded

tapered Mach-Zehnder interferometer for refractive index sensing. Sensors

and Actuators, A: Physical, 244, 30–34.

https://doi.org/10.1016/j.sna.2016.04.008

Binu, S., Pillai, V. P. M., Pradeepkumar, V., Padhy, B. B., Joseph, C. S., &

Chandrasekaran, N. (2009). Fibre optic glucose sensor. Materials Science &

Engineering C, 29(1), 183–186. https://doi.org/10.1016/j.msec.2008.06.007

Castrellon-Uribe, J. (2012). Optical Fiber Sensors : An Overview (M. Yasin, Ed.).

https://doi.org/10.5772/28529

Chen, H., Shao, Z., Zhang, X., Hao, Y., & Rong, Q. (2018). Highly sensitive

magnetic field sensor using tapered Mach–Zehnder interferometer. Optics and

Lasers in Engineering, 107(March), 78–82.

https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2018.03.016

43

Firdausi, S., K, S., & Budi, W. S. (2008). Studi Kualitas Minyak Goreng Dengan

Parameter Viskositas Dan Indeks Bias. Berkala Fisika, 11(2), 54–57.

https://doi.org/10.1139/Z07-001

Ghatak, A. (2010). OPTICS (1st ed.). New York: McGraw-Hill.

Ghetia, S., Gajjar, R., & Trivedi, P. (2013). Classification of Fiber Optical Sensors.

International Journal of Electronics Communication and Computer

Technology (IJECCT), 3(4), 442–445. https://doi.org/10.1007/978-90-481-

8831-4

Harris, J., Lu, P., Larocque, H., Chen, L., & Bao, X. (2014). In-fiber Mach-Zehnder

interferometric refractive index sensors with guided and leaky modes.pdf.

https://doi.org/http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.snb.2014.09.062 SNB

Herdiyanto. (2007). Interferometer Mach-Zehnder sebagai Sensor Serat Optik.

Techne Jurnal Ilmiah Elektroteknika, 6(1), 17–30.

Hu, X., Chuan, T. S., Wang, Y., & Fang, T. (2016). Mach-Zehnder interferometer

sensor based on the U-shaped probe for concentration sensing. Optik, 127(4),

2183–2186. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2015.11.136

Huda, N., Mahmudin, D., Hasanah, L., & Wijayanto, Y. N. (2015). Analisa Sudut

Persimpangan dan Indeks Bias Pada Mach Zehnder Interferometer Optik.

Prosiding Seminas Nasional Fisika SNF2015, 4, 57–60.

Islam, S., Rahman, R. A., Othaman, Z. Bin, Riaz, S., & Naseem, S. (2014).

Synthesis and characterization of multilayered sol-gel based plastic-clad fiber

optic pH sensor. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 1–5.

https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.08.007

Island, R., & Daly, J. C. (2018). Fiber Optics.

Jasim, A. A., Hayashi, N., Harun, S. W., Ahmad, H., Penny, R., Mizuno, Y., &

Nakamura, K. (2014). Refractive index and strain sensing using inline Mach-

Zehnder interferometer comprising perfluorinated graded-index plastic optical

44

fiber. Sensors and Actuators, A: Physical, 219, 94–99.

https://doi.org/10.1016/j.sna.2014.07.018

Jiang, L., Yang, J., Wang, S., Li, B., & Wang, M. (2011). Fiber Mach–Zehnder

interferometer based on microcavities for high-temperature sensing with high

sensitivity. Optics Letters, 36(19), 3753.

https://doi.org/10.1364/OL.36.003753

Larin, K. V, Motamedi, M., & Ashitkov, T. V. (2003). Specificity of noninvasive

blood glucose sensing using optical coherence tomography technique : A pilot

study Specificity of noninvasive blood glucose sensing using optical coherence

tomography technique : a pilot study. (May 2014).

https://doi.org/10.1088/0031-9155/48/10/310

Li, B., Jiang, L., Wang, S., Chen, Q., Wang, M., & Yang, J. (2012). A new Mach-

Zehnder interferometer in a thinned-cladding fiber fabricated by electric arc

for high sensitivity refractive index sensing. Optics and Lasers in Engineering,

50(6), 829–832. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2012.01.024

Liu, Y., Hering, P., & Scully, M. O. (1992). An Integrated Optical Sensor for

Measuring Glucose Concentration. 23, 18–23.

Luo, Y., Yan, B., Zhang, Q., Peng, G.-D., Wen, J., & Zhang, J. (2017). Fabrication

of Polymer Optical Fibre (POF) Gratings. Sensors, 17(3), 511.

https://doi.org/10.3390/s17030511

Ma, Y., Qiao, X., Guo, T., Wang, R., Zhang, J., & Weng, Y. (2012). Mach –

Zehnder Interferometer Based on a Sandwich Fiber Structure for Refractive

Index Measurement. 12(6), 2081–2085.

Maddu, A., Sardy, S., Arif, A.,& Zain, H. (2007). Pengembangan Sensor Uap

Amonia Berbasis Serat Optik Dengan Cladding Termodifikasi Nanoserat

Polianilin. Sains Teknologi, 12(3), 137–142.

45

Marques, C. A. F., Webb, D. J., & Andre, P. (2017). Polymer Optical Fiber Sensors

in Human Life Safety. Optical Fiber Technology, 36, 144–154.

https://doi.org/10.1016/j.yofte.2017.03.010

Meadows, D. L., & Schultz, J. S. (1993). Design , manufacture and

characterization of an optical fiber glucose affinity sensor based on an

homogeneous fluorescence energy transfer assay system. 280, 21–30.

Mishra, S. K., Bhardwaj, S., & Gupta, B. D. (2015). Surface Plasmon Resonance-

Based Fiber Optic Sensor for the Detection of Low Concentrations of Amonia

Gas. IEEE Sensors Journal, 15(2), 1235–1239.

https://doi.org/10.1007/s11468-015-0005-4

Prajzler, V., Neruda, M., & Špirková, J. (2013). Planar Large Core Polymer Optical

1x2 and 1x4 Splitters Connectable to Plastic Optical Fiber. Radioengineering,

22(3), 751–757.

Raji, Y. M., Lin, H. S., Ibrahim, S. A., Mokhtar, M. R., & Yusoff, Z. (2016).

Intensity-modulated abrupt tapered Fiber Mach-Zehnder Interferometer for

the simultaneous sensing of temperature and curvature. Optics and Laser

Technology, 86, 8–13. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2016.06.006

Rodrigues, D., Lopes, R., Franco, M., Werneck, M., & Allil, R. (2017). Sensitivity

Analysis of Different Shapes of a Plastic Optical Fiber-Based Immunosensor

for Escherichia coli: Simulation and Experimental Results. Sensors, 17(12),

2944. https://doi.org/10.3390/s17122944

Rong, Q., Sun, H., Qiao, X., Zhang, J., Hu, M., & Feng, Z. (n.d.). Corrigendum : A

miniature fiber-optic temperature sensor based on a Fabry – Perot

interferometer. 045002. https://doi.org/10.1088/2040-8978/14/5/059501

Rosa, S., Laranjeira, M. C. M., Riela, H. G., & Valfredo, T. F. (2008). Cross-linked

quaternary chitosan as an adsorbent for the removal of the reactive dye from

aqueous solutions. Elsevier, 155, 253–260.

46

Sari, N. W., Marzuki, A., & Riyatun. (2012). Sensor Fiber Optik Dari Bahan Fiber

Optik Polimer Untuk Pengukuran Refractive Index Larutan Gula. Indonesian

Journal of Applied Physics, 2(1), 30–36.

Suana, W., Muntini, M. S., & Hatta, A. M. (2012). Pengembangan Sensor Napas

Berbasis Serat Optik Plastik dengan Cladding Terkelupas untuk Aplikasi di

Bidang Medis. JURNAL FISIKA DAN APLIKASINYA, 8(2), 1–5.

https://doi.org/10.12962/j24604682.v8i2.871

Tapetado, A., Pinzón, P. J., Zubia, J., Pérez, I., Vázquez, C., Electrónica, D. T., …

N, A. D. U. S. (2014). Self-referenced Temperature Sensor Based on a

Polymer Optical Fiber. 9157, 12–15. https://doi.org/10.1117/12.2059297

Vallan, A., Casalicchio, M. L., Olivero, M., & Perrone, G. (2012). Assessment of a

Dual-Wavelength Compensation Technique for Displacement Sensors Using

Plastic Optical Fibers. 61(5), 1377–1383.

Wang, Q., Wang, B., Kong, L., & Zhao, Y. (2017). Comparative Analyses of Bi-

Tapered Fiber Mach – Zehnder Interferometer for Refractive Index Sensing.

1–7.

Wang, Q., Wei, W., Guo, M., & Zhao, Y. (2016). Sensors and Actuators B :

Chemical Optimization of cascaded fiber tapered Mach – Zehnder

interferometer and refractive index sensing technology. Sensors & Actuators:

B. Chemical, 222, 159–165. https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.07.098

Wang, Yinfeng, Wang, S., Jiang, L., Huang, H., Zhang, L., Wang, P., … Cao, Z.

(2017). Temperature-insensitive Refractive Index Sensor based on Mach –

Zehnder Interferometer with Two Microcavities. Chinese Optics Letters,

15(2), 1–5. https://doi.org/10.3788/COL201715.020603.Optical

Wang, Yiping, Zhou, J., Liao, C., Sun, B., He, J., Yin, G., … Zhao, J. (2015).

Intensity modulated refractive index Michelson sensor based on optical fiber

interferometer.pdf (pp. 315–319). pp. 315–319. Elsevier B.V.

47

Woyessa, G., Fasano, A., Stefani, A., Markos, C., Rasmussen, H. K., & Bang, O.

(2016). Single mode step-index polymer optical fiber for humidity insensitive

high temperature fiber Bragg grating sensors. 24(2), 3296–3298.

https://doi.org/10.1364/OE.24.001253

Xu, F., Shi, J., Gong, K., Li, H., Hui, R., & Yu, B. (2014). Fiber-optic acoustic

pressure sensor based on large-area nanolayer silver diaghragm. Optics

Letters, 39(10), 2838–2840. https://doi.org/10.1364/OL.39.002838

Yao, Q., Meng, H., Wang, W., Xue, H., Xiong, R., Huang, B., … Huang, X. (2014).

Sensors and Actuators A : Physical Simultaneous measurement of refractive

index and temperature based on a core-offset Mach – Zehnder interferometer

combined with a fiber Bragg grating. Sensors & Actuators: A. Physical, 209,

73–77. https://doi.org/10.1016/j.sna.2014.01.017

Yulianti, I., Edi, S. S., Saputra, B. A., Aji, M. P., Susanto., & Kurdi, O. (2017).

Detection of Cadmium Ion by Evanescent Wave Based Chitosan Coated

Optical Fiber Sensor. Journal of Physics The 3rd International Conference on

Mathematics, Science and Education 2016, (Conf. Series 824 012002).

https://doi.org/10.1088/1742-6596/824/1/012002

Yulianti, Ian, Supa’At, A. S. M., Idrus, S. M., & Anwar, M. R. S. (2013). Design

of Fiber Bragg Grating-Based Fabry-Perot sensor for Simultaneous

Measurement of Humidity and Temperature. Optik, 124(19), 3919–3923.

https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2012.11.043

Yulianti, Ian, Supa’At, A. S. M., Idrus, S. M., Kurdi, O., & Anwar, M. R. S. (2012).

Sensitivity improvement of a fibre Bragg grating pH sensor with elastomeric

coating. Measurement Science and Technology, 23(1).

https://doi.org/10.1088/0957-0233/23/1/015104

Zhang, Z. (2013). Bragg grating formation in PMMA doped with Trans-4-

stilbenemethanol. 196.

Zhao, N., Lin, Q., Jing, W., Jiang, Z., Wu, Z., Yao, K., … Shi, P. (2017). High

48

temperature high sensitivity Mach-Zehnder interferometer based on waist-

enlarged fiber bitapers. Sensors & Actuators: A. Physical.

https://doi.org/10.1016/j.sna.2017.09.016

Zhong, N., Zhao, M., Liao, Q., Zhu, X., & Li, Y. (2016). Effect of heat treatments

on the performance of polymer optical fiber sensor. 24(12), 12893–12898.

https://doi.org/10.1364/OE.24.013394

Zhou, J., Liao, C., Wang, Y., Yin, G., Zhong, X., Yang, K., … Li, Z. (2014).

Simultaneous Measurement of Strain and Temperature by Employing Fiber

Mach-Zehnder Interferometer. Optics Express, 22(2), 1680–1686.

https://doi.org/10.1364/OE.22.001680

49

LAMPIRAN

Lampiran 1. Spesifikasi LED Biru 430 nm

50

51

52

Lampiran 2. Hasil Uji Indeks Bias Larutan Glukosa

53

Lampiran 3. Grafik hubungan rasio transmitansi terhadap perubahan indeks

bias

Gambar 1. λ : λ

Gambar 2. λ : λ

Gambar 3. λ : λ

54

Gambar 4. λ : λ

Gambar 5. λ : λ

Gambar 6. λ : λ

55

Gambar 7. λ : λ

Gambar 8. λ : λ

Gambar 9. λ : λ

56

Gambar 10. λ : λ

Gambar 11. λ : λ

Gambar 12. λ : λ

57

Gambar 13. λ : λ

Gambar 14. λ : λ

Gambar 15. λ : λ

58

Gambar 16. λ : λ

Gambar 17. λ : λ

Gambar 18. λ : λ

59

Gambar 19. λ : λ

Gambar 20. λ : λ

60

Lampiran 4. Grafik hubungan rasio transmitansi terhadap perubahan suhu

Gambar 21. λ : λ

Gambar 22. λ : λ

Gambar 23. λ : λ

61

Gambar 24. λ : λ

Gambar 25. λ : λ

Gambar 26. λ : λ

62

Gambar 27. λ : λ

Gambar 28. λ : λ

Gambar 29. λ : λ

63

Gambar 30. λ : λ

Gambar 31. λ : λ

Gambar 32. λ : λ

64

Gambar 33. λ : λ

Gambar 34. λ : λ

Gambar 35. λ : λ

65

Gambar 36. λ : λ

Gambar 37. λ : λ

Gambar 38. λ : λ

66

Gambar 39. λ : λ

Gambar 40. λ : λ