Pengembangan Peranti Fotonika Berbasis Material Nonlinier Optik Oksida Timah SnO2

Siddiq, Nur Abdillah (2019) Pengembangan Peranti Fotonika Berbasis Material Nonlinier Optik Oksida Timah SnO2. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 01111660010014-Doctoral.pdf Restricted to Repository staff only Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Sebagai negara penghasil timah terbesar kedua di dunia setelah China, Indonesia memproduksi timah sebesar 26,77% dari total produksi timah dunia pada tahun 2018. Timah tersebut dapat diolah lebih lanjut menjadi oksida timah SnO2 dengan kemurnian tinggi dan berukuran nanometer sehingga dapat menaikkan nilai ekonomis dan nilai kegunaannya. SnO2 telah dikenal memiliki aplikasi yang sangat luas karena berbagai keunggulannya seperti celah pita energi yang besar, bersifat transparan pada rentang cahaya tampak, stabilitas fisika dan kimia yang tinggi, mobilitas elektron yang tinggi, koefisien nonlinieritas optik yang besar, dan preparasinya yang mudah pada temperatur rendah. Potensi aplikasi dari SnO2 terus berkembang dikarenakan sifat optik, elektrik, dan kimia dari SnO2 dapat dengan mudah dimodifikasi melalui proses doping dengan berbagai unsur pengotor dan pengubahan dimensi misalnya menjadi material berukuran nanometer. Pada penelitian ini dikembangkan aplikasi lebih lanjut dari SnO2 dalam bidang fotonika yakni sebagai saturable absorber pada laser Q-switched, gerbang logika optik, dan sensor kelembaban optik. Hasil karakterisasi melalui XRD dan SEM menunjukkan bahwa SnO2 yang digunakan selama proses penelitian ini berukuran 27,08 nm dan berstruktur rutil. SnO2 tersebut difabrikasi membentuk lapisan atau film dengan ketebalan 0,06 mm. Diperoleh parameter optik nonlinier dalam hal saturable absorption yakni 27,42% untuk nilai kedalaman modulasi dan 0,0018 MW/cm2 untuk nilai intensitas saturasi yang diukur dengan metode balanced twin-detector. Untuk aplikasi pada laser Q-switched, didapatkan kinerja berupa lebar pulsa dalam orde mikrosekon, laju repetisi dalam orde kilohertz, panjang gelombang operasi yang lebar, dan energi pulsa maksimum sebesar 100,9 nJ. Pada aplikasi sebagai gerbang logika optik, SnO2 yang digunakan sebagai material inti pandu gelombang dengan geometri XY menunjukkan fungsi logika OR, AND, dan ALWAYS ZERO. Hal tersebut didasarkan pada hasil simulasi dengan metode Finite Different Time Domain (FDTD). Sedangkan untuk sensor kelembaban berbasis optik, SnO2 dilapiskan dengan metode drop coating diatas pandu gelombang channel lurus. Diperoleh sensor kelembaban relatif dengan kinerja rentang pengukuran 56 %RH hingga 90 %RH, waktu respon dan waktu pulih < 5 sekon, dan stabilitas sensor yang tinggi. Berdasarkan tiga aplikasi tersebut, SnO2 berpotensi untuk terus dikembangkan terutama sebagai material utama pada rangkaian optika terpadu monolitik.
================================================================================================================================
As the second largest tin producer in the world after China, Indonesia produces tin by 26.77% of total world tin production in 2018. The tin can be processed further into high purity and nanometer-sized of tin oxide SnO2 to increase economic value and use value. SnO2 has been known to have a very wide application because of its various advantages such as large energy bandgap, transparent in the range of visible light, high physical and chemical stability, high electron mobility, large optical nonlinearity, and easy preparation at low temperatures. The potential application of SnO2 continues to diverse because optical, electrical, and chemical properties of SnO2 can be easily modified through doping processes with various impurity elements and changing dimensions i.e. nanometersized material. In this study further applications of SnO2 in the field of photonics were developed, SnO2 nanoparticles were used as saturable absorber at Q-switched lasers, optical logic gates, and optical humidity sensors. The characterization through XRD and SEM showed that the SnO2 used during this study was 27.08 nm in size and had a rutile structure. The SnO2 was fabricated to form a film with a thickness of 0.06 mm. Optical nonlinier properties in terms of saturable absorption obtained such as 27.42% for modulation depth and 0.0018 MW/cm2 for saturation intensity as measured by the balanced twin-detector method. For applications on Q-switched lasers, performances were obtained in the form of pulse width in microsecond order, repetition rate in kilohertz order, wide operating wavelength, and maximum pulse energy was 100.9 nJ. In applications as optical logic gates, SnO2 used as a waveguide core material with XY geometry shows the OR, AND, and ALWAYS ZERO logic functions based on simulation results using the Finite Different Time Domain (FDTD) method. For optical-based humidity sensors application, SnO2 was coated using drop coating method on a straight channel waveguide and a relative humidity sensor was produced with measurement ranges between 56% RH to 90% RH, response and recovery time <5 seconds, and high sensor stability. Based on these three applications, SnO2 has potential to be developed especially as the main material in monolithic integrated optical circuits.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	Nanomaterial SnO2, nonlinier optik, laser Q-switched pasif, gerbang logika optik, sensor kelembaban optik
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC448 Fiber optics. Q Science > QC Physics > QC457 Infrared technology. T Technology > T Technology (General) > T57.62 Simulation
Divisions:	Faculty of Natural Science > Physics > 45001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Dr. NUR SIDDIQ
Date Deposited:	20 Jul 2026 03:58
Last Modified:	20 Jul 2026 03:58
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/70388

Actions (login required)

View Item