Kisi Bragg – Definisi, Keunggulan dan Aplikasi

Artikel ini termasuk dalam seri Ensiklopedia Fotonika
Silahkan beri saran untuk penggunaan literatur tambahan di kolom komentar agar artikel ini menjadi lebih sempurna dan lebih banyak memberikan manfaat. Artikel ini adalah artikel berlanjut yang isinya akan terus bertambah secara berangsur-angsur

Pengajar: Nur Abdillah Siddiq
Rangkuman: Menjelaskan definisi kisi, kisi Bragg, dan serat kisi Bragg beserta aplikasinya. Juga dijelaskan mengenai keunggulan serat kisi Bragg dibandingkan dengan serat optik jenis lain.

Gambar 1. Menganalogikan kisi seperti lapis legit merupakan cara yang mudah dalam memahami kisi

Kisi adalah struktur yang merupakan gabungan dari dua elemen yang tersusun secara sejajar. Untuk dapat memahaminya dengan mudah, kisi dapat dianalogikan seperti roti lapis legit yang ditunjukkan oleh gambar 1. Elemen dalam kisi juga sering disebut garis, hal tersebut dikarenakan lebar elemen terhadap lebar kisi relatif sangat tipis. Salah satu elemen dari kisi juga dapat berupa udara sehingga terbentuklah celah yang sering disebut slit. Saat ini sebuah kisi dapat mempunyai puluhan ribu garis per sentimeter dengan lebar kisi yang mencapai 0,56 μm [1], artinya sehelai rambut yang memiliki lebar 60 μm dapat berisi 100 slit [2].

Diantara banyaknya jenis kisi, ada kisi difraksi, ada kisi Bragg, dll. Pada artikel ini akan dibahas mengenai kisi Bragg. Bragg merupakan nama orang yakni William Lawrence Bragg, peraih hadiah nobel termuda di usia 25 tahun. William Lawrence Bragg meraih nobel bersama ayahnya yakni William Henry Bragg karena telah berjasa dalam menganalisa struktur kristal menggunakan X-ray [3]. Tampak samping dari kisi Bragg ditunjukkan oleh gambar 2. Apabila cahaya dirambatkan pada kisi Bragg, maka garis dan celah yang tersusun secara periodik diatas permukaan pandu gelombang dapat menciptakan interaksi diantara cahaya yang merambat maju dan cahaya yang terpantulkan. Interaksi kedua jenis cahaya tersebut disebut dengan kopling.

Gambar 2. Diagram dari kisi optik Bragg terpadu. Permukaan berlipat-lipat yang periodic menyebabkan kopling diantara mode merambat dalam arah maju dan terpantul dalam pandu gelombang. Sumber: Murphy, 2001 [4]

Kisi Bragg dapat dianalogikan dengan tumpukan dua cermin secara periodik yang ditunjukkan pada gambar 3.  Kedua cermin tersebut memiliki indeks bias yang berbeda, hal ini pula yang terjadi didalam kisi Bragg. Dua jenis indeks bias yang berbeda dalam kisi Bragg adalah indeks bias medium udara yang bernilai 1 dan indeks bias material kisinya. Akibat nilai indeks bias yang berbeda, kisi Bragg dapat memantulkan cahaya dalam suatu rentang panjang gelombang yang sempit dan meneruskan sisanya seperti ditunjukkan oleh gambar 4. Panjang gelombang yang terpantul dari kisi Bragg akan terpusat pada panjang gelombang yang disebut dengan panjang gelombang Bragg (Gambar 4 ditengah). Dengan mekanisme tersebut, ujung kiri (input) pada kisi Bragg dapat digunakan sebagai filter untuk mendapatkan panjang gelombang (frekuensi) yang sempit  dengan memanfaatkan cahaya yang terpantul, disebut dengan filter bandpass. Sedangkan ujung kanan (output) dapat digunakan sebagai filter untuk mendapatkan panjang gelombang (frekuensi) yang telah terpotong karena pemantulan, disebut dengan filter notch.

Gambar 3. Cermin dielektrik yang ditumpuk dapat dianalogikan dengan Kisi Bragg. Sumber: Murphy, 2001 [4]

Gambar 4. (Atas) Nilai indeks bias pada kisi Bragg, terdapat 2 nilai yang berbeda. (Bawah) Pengaruh kisi Bragg yang memotong panjang gelombang atau frekuensi pada gelombang yang dipantulkan dan meneruskan sisanya pada gelombang yang diteruskan. Sumber: Wikipedia Fiber Bragg Grating [5]

Gambar 5. Serat optik dengan kisi bragg ditengahnya, gabungan dari keduanya disebut dengan serat kisi bragg (Fiber Bragg Grating). Sumber: Wikipedia Fiber Bragg Grating [5]

Dalam aplikasinya, kisi Bragg diletakkan dalam serat optik yang disebut dengan serat kisi Bragg seperti yang ditunjukkan gambar 5.  Aplikasi dari serat kisi Bragg sangatlah luas,dari filter pada sistem komunikasi optik, kompensasi dispersi, hingga add/drop filtering. Serat kisi Bragg memiliki banyak keunggulan melebihi jenis-jenis fiber optik lainnya, yakni:

  1. Kinerja kisi Bragg yang tidak berubah indeks biasnya akibat intensitas cahaya yang bervariasi (tidak bersifat photorefractive). Hal tersebut menyebabkan dimungkinkannya membuat/memfabrikasi kisi Bragg dalam material yang tidak memiliki sifat photorefractive, seperti Silikon (Si) atau Indium Phospat (InP), dan secara potensial dapat menghasilkan kisi yang lebih kuat karena kekuatan kisinya tidak dibatasi oleh efek fotorefraktif.
  2. Serat kisi Bragg dapat difabrikasi dalam ukuran yang sangat kecil (dalam orde μm) sehingga dapat disatukan/diintegrasikan dengan serat optik.
  3. Proses fabrikasi yang dapat mengontrol ujung-ujung kisi Bragg agar berbentuk lancip seperti segitiga daripada berbentuk meruncing. Hal tersebut menyebabkan pergeseran fasa yang drastis dapat terjadi pada titik manapun dalam kisi dan banyaknya slit yang yang dibutuhkan dapat dihitung secara tepat.
  4. Metode fabrikasinya yakni litografi memungkinkan kisi Bragg untuk dapat diintegrasikan dengan kopler, splitter, dan komponen elektronik atau fotonika lainnya.

Tentu akan timbul pertanyaan, jika aplikasi kisi Bragg adalah memanfaatkan cahaya pantulan yang telah tersaring (filter bandpass), lantas bagaimana memisahkan cahaya terpantul dengan cahaya sumbernya? Permasalahan tersebut dapat dipecahkan dengan menggunakan sirkulator optik atau directional coupler [6]. Sirkulator optik adalah peralatan yang mahal dan tidak mudah diintegrasikan, sehingga directional coupler lebih disukai.

Daftar Pustaka:

[1] A. Yariv and M. Nakamura. Periodic Structures for Integrated Optics. J. Quantum Electron., QE-13(4), 233–253, 1977.

[2] Diameter Of A Human Hair. The Physics Factbook. Diakses pada tanggal 13-08-2017.

[3] The Nobel Prize in Physics 1915. Nobel Foundation. Diakses pada tanggal 13-08-2017.

[4] Murphy, T.E., 2001. Design, fabrication and measurement of integrated Bragg grating optical filters. Doctoral Thesis. Massachusetts Institute of Technology.

[5] Fiber Bragg grating. Wikipedia. Diakses pada tanggal 13-08-2017.

[6] J. S. V. Delden. Optical Circulators Improve Bidirectional Fiber Systems. Laser Focus
World, pages 109 – 112, November 1995.

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Nur Abdillah Siddiq

Nur Abdillah Siddiq

Mahasiswa S3 Fisika ITS, menekuni bidang Optoelektronik dan Elektromagnetika Terapan. Sangat mencintai aktivitas membaca dan mendesain. Profil lebih lengkap dapat dilihat di www.facebook.com/fisrek

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar