Khoiro, Muhimmatul (2020) Studi Pandu Gelombang Struktur Mach Zehnder Berbasis Material Sno2 Untuk Aplikasi Gerbang Logika Optik. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.
Preview |
Text
01111660010013_Dissertation.pdf Download (4MB) | Preview |
Abstract
Indonesia merupakan negara penghasil timah terbesar kedua di dunia dengan menghasilkan 26,77% dari total produksi timah dunia pada tahun 2018. Timah tersebut dapat diolah menjadi timah oksida untuk meningkatkan nilai ekonomis dan kegunaannya. Timah murni 99% dalam disertasi ini dibentuk menjadi lapisan tipis SnO 2 . Lapisan timah setebal sekitar 250 µm dideposisi menggunakan vacuum evaporation di atas kaca quartz. Kawat timah dan kaca quartz dipilih karena memiliki harga yang relatif murah sedangkan metode vacuum evaporation dipilih karena metode ini merupakan metode paling sederhana untuk mendapatkan lapisan tipis yang memiliki permukaan homogen dan rata. Lapisan dipanaskan pada dua tahap kalsinasi berurutan selama 3 jam pada 200 pada 400 o o C dan 3 jam C menggunakan furnace untuk mengurangi kekasaran permukaan. Kemudian, lapisan disintering pada lima temperatur selama 3 jam, masing-masing: 600, 700, 800, 900, dan 1000 o C. Lapisan bertransformasi menjadi SnO pada dua tahap kalsinasi pertama. Struktur kristal lapisan di atas substrat kaca sepenuhnya bertransformasi menjadi SnO o 2 1000 o pada suhu 600 C. Peningkatan suhu sintering hingga C dapat menurunkan ukuran kisi kristal pada lapisan. Teknik oksidasi termal ini juga dapat menimbulkan pori-pori pada permukaan lapisan. Akan tetapi jumlah pori-pori dan volume kisi menurun seiring dengan meningkatnya suhu sintering. Sifat optik lapisan tipis dikarakterisasi menggunakan prism coupling apparatus yang menunjukkan bahwa lapisan memiliki indeks bias tinggi yakni sekitar 2.0759 2.2735. Uniknya, lapisan SnO 2 didapatkan pada suhu 1000 o yang memiliki indeks bias paling tinggi C. Lapisan tersebut mengandung energi Urbach setelah diobservasi dengan spektrometri cahaya tampak. Oleh karena itu, lapisan tipis SnO 2 ini berpotensi tinggi untuk aplikasi perangkat optik, terutama untuk pandu gelombang dan solar sel. SnO 2 juga memiliki potensi tinggi sebagai material nonlinear optik dilihat dari nilai suspebilitas orde ketiganya. Nonlinearitas dari SnO daripada LiNbO 3 2 ini lebih tinggi sebagai bahan nonlinear yang telah banyak digunakan sebagai pandu gelombang. Pembelajaran mengenai material nonlinear SnO 2 dilakukan menggunakan pemodelan penjalaran gelombang pada pandu gelombang nonlinear yang mengandung SnO 2 menggunakan Finite Difference Beam Propagation 2 Method (FD-BPM). Pandu gelombang didesain dalam dua struktur, yakni struktur directional coupler ganda dan struktur berbasis Mach-zehnder. Aplikasi pandu gelombang optik sebagai gerbang logika optik didapatkan akibat perbedaan respon daya keluaran pada setiap daya masukkan. Pandu gelombang nonlinear berstruktur directional coupler ganda dapat diaplikasikan untuk berbagai gerbang logika optik operasi AND, OR, dan XNOR dengan memberikan daya masukkan sebesar 1.2 W/m , 1.6 W/m 2 dan 5.2 W/m 2 . Pemodelan pada pandu gelombang Mach-zehnder dilakukan menggunakan dua jenis SnO 2 SnO 2 . Pemodelan pertama dilakukan dengan dari literatur yang menghasilkan fungsi gerbang logika optik OR, XNOR, dan NAND menggunakan masing-masing daya optik masukan yakni 18.1 W/m 2 W/m 2 and 18.7 W/m 2 . , 15 Pemodelan kedua dilakukan dengan hasil fabrikasi lapisan tipis hingga didapatkan gerbang logika fungsi XNOR dengan membutuhkan daya
optik dari sinyal kontrol sebesar 4 W/m 2 . Desain pandu gelombang ini dapat dijadikan pilihan desain untuk perangkat gerbang logika optik multifungsi dengan kebutuhan energi renda
=================================================================================================================================
Indonesia is the second largest tin producing country while produces tin by 26,77% of total world tin production in 2018. Tin can be processed into tin oxide to increase their economic value and used value. 99% pure tin metal in this dissertation had been formed be SnO2 thin fims. A 250 nm thick pure tin film was deposited on quartz substrates by vacuum evaporation. Tin metal and quartz glass were chosen because their price is relatively cheap, while vacuum evaporation method was chosen because it is simplest method to produce the homogeneous and uniform films. The films were heated in a two-step annealing sequence for 3 h at 200 and 3 h at 400oC with an electric furnace to decrease their surface roughness. Subsequently, the films were annealed at five temperatures for 3 h each: 600, 700, 800, 900 and 1000oC. The first two steps of annealing process transformed the films into Tin(II) oxide. The crystal structure of the film on the quartz substrate was completely transformed into SnO2 at 600oC. With the increase of annealing temperature to 1000oC, the size of the lattices appeared to decrease on the thin film. In addition, the annealing process led to the formation of pores on the surface, but the number of pores and the lattices volumee decreased with increased annealing temperature. The optical properties of the thin film were characterized by the use of visible spectrophotometry which showed a high refractive index at around 2.0759 – 2.2735. Interestingly, the SnO2 thin film with the highest refractive index was obtained at 1000 oC, exhibited the lowest Urbach energy. Therefore, the SnO2 thin film has a high potential for optical applications, especially in dielectric waveguides and solar cells.
SnO2 also has high potential as optical nonlinear material by their third orde susceptibility. Nonlinearity of SnO2 is higher than LiNbO3 as nonlinear material which had been widely used as waveguide. Study of nonlinear material SnO2 had been carried out by wave propagation in nonlinear waveguide consisting SnO2 modeling using means of Finite Difference Beam Propagation Method (FD-BPM). Waveguide was designed in two structure, such as Directional Coupler parallel and Mach-zehnder structuring. Optical waveguide application as optical logic gates were obtained because differ response of output power on each input power. Nonlinear waveguide structured directional coupler parallel can be applied for varied optical logic gates in AND, OR, and XNOR operation using input power of 1.2 W/m2, 1.6 W/m2 and 5.2 W/m2 respectively. Simulation of nonlinear waveguide structured Mach-zehnder had attended in two kind of SnO2. Firstly, SnO2 from literature which carried out function of optical logic gates operation OR, XNOR, and NAND using input power of 18.1 W/m2, 15 W/m2 and 18.7 W/m2 respectively. Lastly, by using SnO2 from thin film characterization was obtain XNOR optical logic gate function by optical power of control reach 4 W/m2. The proposed design of waveguides can be used as design options in multifunctional optical logic gates device with lower energy consumption.
| Item Type: | Thesis (Doctoral) |
|---|---|
| Additional Information: | RSFi 621.367 Kho a 2020 |
| Uncontrolled Keywords: | SnO2 thin films, vacuum evaporation deposition, directional coupler, Mach-zehnder, nonlinear optics, optical logic gate. |
| Subjects: | Q Science > QC Physics Q Science > QC Physics > QC1 Dielectrics Q Science > QC Physics > QC448 Fiber optics. Q Science > QC Physics > QC585 Dielectrics Q Science > QC Physics > QC973.4.T76 Tropospheric radio waves Including absorption, propagation, etc. T Technology > T Technology (General) T Technology > T Technology (General) > T57.62 Simulation |
| Divisions: | Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Physics > 45001-(S3) PhD Thesis |
| Depositing User: | Muhimmatul Khoiro |
| Date Deposited: | 03 Mar 2025 06:56 |
| Last Modified: | 03 Mar 2025 06:56 |
| URI: | http://repository.its.ac.id/id/eprint/75372 |
Actions (login required)
 |
View Item |