Baru-baru ini, teknologi serat optik membuat kinerja yang luar biasa di berbagai bidang seperti laser, sensor, dan bidang terkait lainnya. Oleh karena itu, salah satu sub-invensi serat optik yang dikenal dengan optical microresonator (OMR) menjadi pusat penelitian. OMR bekerja dengan memanfaatkan whispering gallery modes (WGsM), yang kemudian digunakan dalam aplikasi penginderaan teknologi laser di perangkat plasmonic. Secara konsep, WGM bergerak secara spasial melintasi sumbu resonator, memungkinkan gaya optik tinggi yang membantu memperpanjang masa pakai foton dan meningkatkan kualitas mode. Karena kerugian intrinsik yang rendah dan metode perakitan yang minimal, penelitian tentang OMR semakin populer untuk dieksplorasi lebih luas. Microbottle resonator (MBR) adalah sub-kelas OMR yang baru-baru ini menarik perhatian besar. Teknik ini dikenal sebagai 渟often-and-compress yang digunakan untuk membentuk MBR dari serat silika SMF-28.
Makalah percobaan ini mengeksplorasi MBR yang dilapisi sebagai sensor konsentrasi cairan etanol. MBR difabrikasi dengan cara 渟often-and-compress dari silica fiber SMF-28, yang membentuk tiga ukuran yaitu A, B, dan C. Microfiber dengan diameter 2碌m kemudian digunakan untuk mengkarakterisasi MBR sebelum digunakan sebagai sensor. Nilai faktor-Q yang tinggi dengan rentang spektral bebas yang kecil dapat menyebabkan kinerja MBR yang luar biasa sebagai sensor. MBR kemudian dilapisi dengan larutan PMMA dengan teknik 渄rop-casting sebelum digunakan sebagai sensor konsentrasi cairan etanol. Konsentrasi cairan yang digunakan adalah dari 10% sampai 100% ppm. Hasil sensitivitas, linieritas, keterulangan, dan stabilitas kemudian digunakan untuk menentukan kinerja MBR-PMMAs sebagai sensor.
Hasil yang dibentuk oleh daya yang dipancarkan dan analisis pergeseran panjang gelombang, kemudian dibandingkan untuk sinkronisasi kinerja. Hasil ini mungkin telah menentukan ukuran MBR-PMMA terbaik sebagai sensor konsentrasi cairan etanol. Namun, mengimplementasikan MBR sebagai sensor mungkin menghadapi beberapa tantangan selama prosedur karakterisasi dan penginderaan. Pertama, MBR yang dilapisi harus hati-hati menanganinya terlalu dekat ditambah dengan mikrofiber lancip. Namun, bisa berhasil bila prosedur dilakukan di bawah kamera dan dibantu oleh mesin.
MBR dibentuk dengan metode 渟often-and-compress menggunakan silica fiber SMF28. Mesin splicing (Furukawa Electric Fitel S178A) digunakan untuk menahan serat dan menerapkan busur listrik di daerah perut serat. Serat dikompresi ke arah dalam pada saat yang sama untuk membentuk struktur botol. Ukuran botol tergantung pada nomor busur yang diterapkan selama proses berlangsung. Tiga ukuran MBR yang berbeda dibuat dengan tiga parameter sebagai diameter batang Ds, panjang botol Lb dan diameter botol Db dan sedikit mirip dengan pekerjaan sebelumnya seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Gambar 1 menunjukkan salah satu ukuran MBR berhasil dibentuk.
MBR kemudian dilapisi dengan PMMA dengan teknik 渄rop-casting. Lapisan ketebalan PMMA melalui permukaan MBR mungkin sedikit mirip untuk semua MBR. Padahal, lapisan PMMA masing-masing berhasil memiliki ketebalan <10渭m untuk semua MBR. Ketebalan lapisan diukur di bawah mikroskop. Larutan pelapis PMMA dibuat dengan mencampurkan 1,0 mg kristal PMMA dengan 10 ml cairan isopropanol dan dipanaskan di tempat panas pada suhu 1000 C selama 1 jam. Larutan kemudian diaduk dengan kecepatan 700 rpm selama proses pemanasan sebelum diteteskan MBR dan dibiarkan selama 24 jam hingga kering. Gambar 2 menunjukkan PMMA yang dilapisi di sekitar MBR sebelum digunakan untuk karakterisasi dan sensor.
Pemasangan Lorentzian dengan pemrograman Origin dan estimasi persamaan frekuensi adalah beberapa metode yang digunakan untuk menentukan nilai faktor-Q untuk MBR-PMMA. Metode estimasi persamaan umumnya menggunakan perhitungan 位/螖位, dimana 位 adalah frekuensi resonansi. MBR-PMMA berhasil memiliki >10, yang mirip dengan pekerjaan sebelumnya. Gambar 3 menunjukkan bahwa MBR-PMMA terbesar (Gambar 3C, resonator C), berhasil memiliki faktor Q tertinggi sebesar 5,284 脳 109,28, diikuti oleh MBR-PMMA terbesar kedua (Gambar 3B, resonator B) dengan 3,583 脳 10 dan lapisan terkecil MBR怭MMA (Gambar 3A, resonator A) dengan 2,384 脳 10. Di sini, ukuran MBR怭MMA dapat mempengaruhi nilai faktor Q dan insertion loss resonator.
Gambar 4 menunjukkan pengaturan eksperimental untuk MBR-PMMAs sebagai sensor konsentrasi cairan etanol. MBR-PMMA kemudian digabungkan dengan microfiber berdiameter 2渭m dan ditempatkan di dalam chamber untuk menjaga tingkat kelembaban dan suhu tetap sama sepanjang waktu. Salah satu ujung microfiber terhubung ke TLS, yang memasok rentang panjang gelombang. Ujung serat lain yang terhubung ke pengukur daya optik digunakan untuk mengumpulkan daya keluaran yang ditransmisikan untuk analisis. Eksperimen dimulai dengan A menggunakan panjang gelombang 1520,078 nm sebagai sinyal input dengan konsentrasi etanol dari 10% hingga 100% ppm digunakan dalam eksperimen ini sebagai media penginderaan.
Setiap persentase konsentrasi dapat menghasilkan pergeseran panjang gelombang yang berbeda dengan tambahan daya output yang ditransmisikan. A mengalami siklus tiga kali untuk pengulangan dan uji stabilitas 60 menit, yang membantu mengurangi kesalahan acak selama pengumpulan data. Eksperimen ini berlanjut dengan MBR怭MMA ukuran B dan C lainnya, di mana resonator dapat menjalani prosedur yang sama.
Oleh karena itu, Gambar 5 (gambar kanan) juga menunjukkan output yang ditransmisikan meningkat dengan persentase konsentrasi etanol per satuan yang digunakan untuk menentukan sensitivitas dan linearitas dan menjadi indikator lain untuk kinerja sensor. C menunjukkan nilai sensitivitas tertinggi dengan 0,2228 dB/%ppm, yang merupakan nilai sensitivitas terbaik. Sebaliknya, A dan B masing-masing memiliki sensitivitas > 0,2 dB/%ppm. Linearitas yang ditunjukkan oleh semua lapisan MBR adalah >98%. Dengan hasil tersebut, MBR怭MMA terbesar, C, menunjukkan kinerja yang luar biasa. Selain itu, sensitivitas dan linearitas dari daya yang ditransmisikan mungkin perlu dibandingkan dengan sensitivitas dan linearitas yang direkam dari pergeseran panjang gelombang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Namun, C menawarkan sensor terbaik dengan sensitivitas 0,3 pm/%ppm, dan linearitas 99,7% dikumpulkan dari data pergeseran panjang gelombang.
Makalah eksperimental ini mengeksplorasi efek lapisan PMMA pada tiga ukuran MBR dan menerapkannya untuk sensor konsentrasi cairan etanol. MBR dibuat dari serat silika SMF28 dan menggunakan putaran 渟often恆nd恈ompress menjadi struktur botol. Tiga parameter menentukan ukuran MBR yaitu diameter botol Db, diameter batang Ds dan panjang botol Lb, dimana ukuran tersebut didasarkan pada nomor busur yang diterapkan. Lapisan MBR-PMMA diberi nama A, B dan C, berdasarkan ukurannya. PMMA kemudian digunakan untuk melapisi MBR dengan teknik 渄rop-casting. Akhirnya, ukuran MBR-PMMA yang sangat besar, C, berhasil memiliki kinerja yang luar biasa untuk semua parameter. Di sini, ukuran MBR memainkan peran penting dalam penerapan resonator ini sebagai sensor. Berdasarkan temuan kami, belum ada penelitian lain yang dilakukan menggunakan MBR dengan Polymethyl Methacrylate Coating untuk penginderaan cairan etanol hingga saat ini, yang dapat diklaim sebagai kebaruan dari penelitian ini.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si. (Corresponding Author)
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
