Metode Fabrikasi FIber Bragg Grating (FBG)

Peralatan yang diperlukan untuk memfabrikasi FBG diantaranya adalah laser eksimer KrF (laser UV) dengan panjang gelombang 248 nm, mask aligner, tunable light source (TLS), dan optical spectrum analyzer (OSA). Sedangkan bahan yang dibutuhkan adalah fiber optik fotosensitif, misalnya adalah fiber optik yang bagian intinya didoping oleh unsur germanium dan gas pengisi untuk menyetabilkan luaran yang dihasilkan oleh laser UV. Dibutuhkan fasilitas ruangan khusus untuk dapat memfabrikasi FBG, yakni ruang clean room. 

Pada peralatan, TLS bertindak sebagai sumber cahaya yang cahayanya akan memasuki fiber optik fotosensitif sedangkan OSA  berperan sangat penting dalam memonitor proses pembentukan kisi dari fiber optik fotosensitif sehingga dapat membentuk FBG. Selain itu OSA juga berperan dalam memperoleh spektrum luaran dari FBG. Diagram skematik dari proses fabrikasi FBG ditunjukkan oleh gambar berikut:

Diagram skematik dari proses fabrikasi FBG [1]

Struktur fiber optik secara umum terbagi menjadi tiga, yakni jaket, cladding, dan inti. Jaket pada bagian fiber optik yang hendak dibuat pola kisi harus dililangkan. Untuk serat optik QPS yang memiliki diameter sebesar 125 um, jaket harus dibuang dengan alat pengupas jaket bernama stripper. Untuk fiber optik tipe lainnya, jaket dapat dihilangkan secara kimiawi dengan campuran 50% diklorometana dan 50% aseton. Untuk material jaket tertentu, persentase dari kedua larutan kimia tersebut harus diubah dan disesuaikan. Alternatif lainnya adalah dapat digunakan Nitromors yang biasanya digunakan untuk menghilangkan cat, namun membutuhkan waktu yang lebih lama.

Ketika fiber optik fotosensitif diletakkan pada platform fabrikasi FBG, fiber optik tersebut hendaknya sedikit ditarik untuk memastikan bahwa fiber optik berada pada kondisi lurus. Proses penarikan jangan terlalu kuat agar fiber optik fotosensitif tidak putus. Perlu juga diperhatikan bahwa fiber optik fotosensitif yang telanjang (telah dibuang jaketnya) harus dibersihkan secara sungguh-sungguh menggunakan larutan berupa aseton. Jika proses pembersihan tidak berlangsung sempurna, maka sinar UV dapat menghanguskan jaket dan dapat merusak phase mask.

Satu ujung dari fiber optik fotosensitif dihubungkan dengan TLS sedangkan ujung yang lain dengan TLS. Pembentukan pola kisi Bragg sehingga menjadi FBG dimonitor secara langsung dengan OSA. Selain serat optik, maka semua komponen yang digunakan dalam proses fabrikasi (komponen dalam mask aligner yang terdiri dari cermin UV, lensa silinder, phase mask, dan quartz plate) juga perlu dibersihkan dengan gas nitrogen terkompresi. Hal ini bertujuan agar tidak ada debu atau partikel yang menempel karena debu atau partikel dapat menyerap sinar UV sehingga mengurangi efisiensi proses fabrikasi FBG bahkan dapat merusak FBG. Itulah mengapa proses fabrikasi FBG perlu dilakukan dalam fasilitas ruang clean room hal ini dikarenakan pada clean room jumlah debu/partikel didalamnya sangat sedikit dan dapat dikontrol.

Untuk memastikan bahwa energi laser UV sesuai, maka digunakan laser pulsa karena dapat dikontrol energi pulsanya. Energi pulsa yang digunakan untuk memfabrikasi FBG berada dalam rentang 100 - 130 mJ pada tegangan pasok sebesar 20-30 kV dalam tabung tertutup. Jika tegangan pasok dari laser UV turun dibawah rentang operasi, maka perlu ditambahkan gas. Setelah setiap penambahan gas, maka dibutuhkan pengaturan dan pensejajaran kembali dari laser UV tersebut. Selain energi pulsa, durasi pulsa dan laju repetisi juga perlu disesuaikan. Barulah jika ketiga hal tersebut telah sesuai, maka proses pembentukan pola kisi dapat dimulai. Berkas laser UV masuk pada mask aligner dan mengenai serat optik fotosensitif melalui phase mask setelah melewati beberapa cermin UV dan lensa silinder. Proses pembentukan pola kisi pada FBG dihentikan ketika dicapai nilai reflektivitas yang sesuai (biasanya diatas 90%) dengan cara memonitor spektrum refleksi atau transmisi yang tampil di layar OSA.

Referensi:

[1] Daud, S. and Ali, J., 2018. Fibre Bragg grating and no-core fibre sensors. Springer.