Fiber Bragg Grating

Fiber Bragg Grating (FBG) adalah serat optik yang memiliki variasi periodik indeks 

bias yang terdistribusi dalam bentuk kisi. (Johannes, 2000). Akibat variasi periodik indeks bias serat optik ini, maka FBG dapat memantulkan panjang gelombang cahaya tertentu dan meneruskan sisanya. Dengan karakteristik tersebut, FBG dapat berfungsi sebagai filter optik (optical filter) untuk menghalangi atau sebagai reflektor panjang gelombang cahaya tertentu.

Gambar 1. Struktur FBG beserta spectrum transmisi dan refleksinya. (Wikipedia, 2011)

Gambar diatas menunjukkan Λ periode kisi yang dimiliki oleh sebuah FBG adalahuniform, sehingga Λ periode kisi braggnya konstan. Adanya kisi menyebabkan FBG merefleksikan panjang gelombang cahaya yang hanya memenuhi kondisi Bragg dan mentransmisikan panjang gelombang yang lain.

Prinsip Kerja FBG

Gambar 2 Skema prinsip kerja sebuah FBG.

FBG bekerja berdasarkan pada prinsip refleksi bragg. Inti (core) pada serat optik dibuat kisi yang mempunyai jarak tertentu. Kisi ini dianggap sebagai reflektor yang membentuk resonator, dengan puncak transmisi resonator tersebut tergantung jarak antar kisinya. Ketika cahaya berpropagasi melalui daerah yang berubah indeks biasnya secara periodik, maka sebagian cahaya akan direfleksikan untuk panjang gelombang yang memenuhi kondisi Bragg, sedangkan yang lainnya akan ditransmisikan. Kondisi untuk refleksi tinggi, dikenal sebagai kondisi Bragg.  Panjang gelombang Bragg λ _Bragg dengan priode kisi Λ dan indeks refraktif rata-rata neffdiperoleh sesuai dengan persamaan Bragg yaitu:

λBragg=2 neff Λ                                                                   (2.1)

Salah satu fenomena yang menarik dari FBG ini adalah sifatnya yang sensitif terhadap perubahan lingkungan seperti suhu, tekanan dan regangan. Apabila terjadi perubahan jarak kisi karena sesuatu hal misalnya tekanan maupun suhu, maka puncak transmisinya akan berubah. Dari karakteristik inilah maka FBG banyak dikembangkan menjadi sensor suhu maupun sensor strain.

Aplikasi FBG

Pembagian aplikasi utama produksi komersial FBG, berdasarkan material intinya yaitu:

• Sistem komunikasi serat optik.

�      Penyetabil panjang gelombang untuk laser

�      Narro band WDM add/drop filter.

�      Dispersion Compensation.

�      Gain-Fl attening filter.

�      Kisi untuk filter laser.

• Fiber Grating Sensor.

FBG diaplikasikan sebagai sensor pengukuran dengan cara mengukur besaran temperatur dan strain. Dalam beberapa literatur menunjukkan FBG sensor juga bisa digunakan untuk tekanan dan medan magnet dinamik. (Andreas, 1999)

Pemberian pengaruh suhu dan strain pada Fiber FBG  mengakibatkan adanya perubahan periode kisi yang akan mempengaruhi panjang gelombang Bragg. Sifat ini memungkinkan FBG dapat digunakan untuk sensor strain. Bragg grating sensor beroperasi berdasarkan pada properti FBG yang merubah karakteristik panjang gelombang sesuai terhadap strain dan temperatur. Secara umum FBG bisa dengan mudah diaplikasikan untuk banyak sensor dalam serat optik. Sistem seperti ini mempunyai kemampuan untuk pengukuran yang lebih. Terdapat beberapa aplikasi untuk sensor, umumnya digunakan memonitor keadaan struktur sipil, seperti gedung, jembatan dan bendungan. FBG  mempunyai banyak keuntungan, antara lain:

• Ukurannya kecil dan sederhana.

• Imunitas terhadap interferensi elektromagnetik, material dielektrik dan kemungkinan sensing dan multiplexing pasif (sensor jaringan)yang terdistribusi.

• FBG dapat melakukan banyak fungsi di dalam serat optik seperti refleksi,  pemfilteran dan insertion loss yang kecil.

• Respon spektrum dari FBG bergantung pada perubahan lingkungan (suhu dan tekanan), karena indeks bias serat dan dimensi fisiknya berubah sesuai suhu maupun tekanan, maka akan mempengaruhi panjang gelombang Bragg.

• Sebuah FBG yang difabrikasi dengan tepat juga memiliki reflektivitas yang tinggi dan bandwith yang sempit pada panjang gelombang braggnya. Biasanya FBG mempunyai reflektivitas lebih besar dari 75%. Reflektivitas yang tinggi menawarkan jumlah daya optik yang cukup untuk bisa dideteksi oleh photodiodes. Karakteristik unik sensor FBG akan menghasilkan sebuah panjang gelombang braggunik yang independen dari intensitas optik yang digunakan sistem.

Selain kelebihan FBG juga mempunyai beberapa kekurangan yaitu:

• Dalam aplikasi dibutuhkan recover sinyal refleksi yaitu optical sirculator agar tidak menimbulkan noise.

• Spektrum refleksi dari FBG saling melengkapi dengan spektrum transmisi. Pada panjang gelombang yang lebih pendek dari λ_Bragg , FBG biasanya mengalami loss transmisi dimana tidak ada cahaya sesuai yang direfleksikan.Loss itu disebabkan oleh cahaya yang direfleksikan kedalam mode claddingpada fiber.

• Respon spektrum dari FBG tergantung perubahan lingkungan (suhu atau tekanan), pada aplikasi bukan sensor hal ini tentu merugikan. Untuk mencegahnya, kisi dapat disusun dalam material negative-expansion atau material kombinasi yang menyediakan efective negative thermal expansion,diatur untuk mencegah panjang gelombang Bragg berubah karena suhu. Atau dengan menggunakan Thermoelectric Coller yang dapat dikontrol secara aktif.