ANALISIS SIGNAL TO NOISE RASIO PADA SISTEM PENSTABIL SISTEM DAN PENERIMA SUMBER CAHAYA LASER He-Ne Wiwis Sasmitaninghidayah Abstrak: Telah dilakukan penstabilan sumber cahaya laser He-Ne berdasarkan pada sistem optis. Sistem optis ini terdiri dari polarisator, pelat λ/4, analisator, fotodetektor dan multimeter digital. Variasi dilakukan dengan penggunaan satu pelat λ/4 dan dua pelat λ/4. Sudut cepat retardasi pada masing-masing pelat λ/4 divariasikan dengan sudut 0o, 30o, 45o, 60o, 90o, -30o, -45o, -60o, dan -90o. Hasil analisis nilai SNR menunjukkan bahwa sistem yang memiliki tingkat kestabilan paling tinggi pada Tingkat kestabilan sistem dilihat dari nilai analisis SNR dari tegangan keluaran fotodetektor. Eksperimen menunjukkan bahwa sistem penstabil yang paling efektif adalah sistem penstabil satu pelat λ/4 pada sudut pelat λ/4 60o. Sistem pada keadaan ini memiliki tingkat kestabilan dalam jangka waktu pengukuran 113 sekon sebesar 41,0403 ± 0,0328 dB, dengan simpangan terhadap tegangan awal sebesar 0,025 mV. Sehingga selama pengukuran nilai intensitas laser He-Ne yang diterima fotodetektor memiliki nilai yang mendekati konstan, yaitu pada angka 34,786 ± 0,025 mV. Kata Kunci: Metode penstabil Laser He-Ne, pelat λ/4, dan Analisis Signal to Noise Rasio
optis [4], dua sumbu scanning laser
PENDAHULUAN Penggunaan
sumber
cahaya
vibrometer untuk teknik pengukuran
laser He-Ne yang stabil diharapkan
dengan
menghasilkan output dengan tingkat
acusto-optic [5], vibrasi otomatis model
kesalahan
bertingkat
penelitian
minimal. yang
Beberapa
terkait
dengan
laser
menggunakan
menggunakan
doppler
deflector
scanning
vibrometer
dengan
penstabilan berkas laser He-Ne antara
menggunakan
lain: iodine penstabil laser He-Ne pada
identifikasi
MRI dengan menambahkan sel iodine
menggunakan
pada
metode
vibrometer
dengan
modifikasi interferometer Mach-Zender
menggunakan sel bragg [2], respon
[7], karakterisasi aliran menggunakan
suhu polarisator sebagai penstabil laser
laser
He–Ne dengan menggunakan variasi
modifikasi interferometer Mach-Zender
temperatur [3], integrited acustooptic
dalam medium [8],
heterodyne
fabrikasi
laser
pengukuran
MRI3
[1],
optis
interferometer
dalam
LiNbO3 dengan menggunakan isolator
transmitter sumber
akustik
laser
doppler
dengan
dopler
laser
[6],
menggunakan
vibrometer
dengan
dan desain dan vibrometer
[9].
Penelitian di atas memakai cara yang
Email:
[email protected]
63
64 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 12 No. 1, Februari 2015 (63 – 69) berbeda-beda
dalam
menstabilkan
memerlukan
pengembangan
sumber cahya yang digunakan. Hal ini
penstabil
menunjukkan
menstabilkan
sumber
cahaya
yang
digunakan.
Oleh
karena
itu,
sumber
bahwa
cahaya
penstabilan
sangat
penting
laser
He-Ne
metode
metode
untuk
dilakukan dalam pengurangan efek
pengembangan
pemantulan cahaya dan diharapkan
sistem dan penerima sumber cahaya
dapat meminimalkan kesalahan dalam
laser
penelitian.
memperoleh sumber cahaya yang stabil.
He-Ne
penstabilan
dilakukan
untuk
SNR merupakan perbandingan sinyal yang diterima dengan noise yang diterima fotodetektor dan dinyatakan dalam
decibels.
SNR
didefinisikan
sebagai 𝑆𝑁𝑅 =
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑆𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙
(1)
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑁𝑜𝑖𝑠𝑒
Umumnya dituliskan dalam satuan dB sebagai 𝑆
𝑃 (𝑠𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙)
= 10𝑙𝑜𝑔 𝑃 (𝑑𝑒𝑟𝑎𝑢) (𝑑𝐵) 𝑁
(2)
Gambar 1. Probabilitas error dalam Probabilitas error dalam binary decisions fungsi SNR (Jones, 1988)
atau 𝑆 𝑁
𝑣(𝑠𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙)
= 20𝑙𝑜𝑔 𝑣(𝑑𝑒𝑟𝑎𝑢)
(3)
METODE Perancangan Alat
SNR penting
merupakan
untuk
mengukur
Peralatan
parameter kualitas
dalam
yang
penelitian
digunakan
pengembangan
informasi dalam sinyal. Gambar 1
penstabil Laser He-Ne ini disusun
menggambarkan hubungan antara nilai
seperti gambar 2. Sumber cahaya
SNR dengan kemungkinan error sinyal.
laser
He-Ne
menghasilkan
Sistem
laser
yang
kemudian
dilewatkan
Polarisator
ditentukan
tertentu
dapat
memiliki
kemungkinan error 10-9 atau kurang
polarisator.
dari 10-9 jika nilai SNR yang dihasilkan
pada
16 dB atau lebih besar.
terpolarisasi
Penelitian desain dan fabrikasi
berkas
sumbu 0o,
sehingga
vertikal.
kemudian
berkas
berkas
Berturut-turut
dilewatkan
pada
laser vibrometer berbasis interferometer
pelat λ/4 yang divariasikan sudutnya
sebagai sensor getaran menggunakan
pada sudut 0o, 30o, 45o, 60o, 90o, -30o,
laser He-Ne sebagai sumber cahaya dan
-45o, -60o, dan -90o dan kemudian
Sasmitaninghidayah, W., Analisis Signal To Noise Rasio.... 65
dilewatkan
ke
analisator
yang
ditentukan pada sudut 90o. Berkas
ditangkap
oleh
fotodetektor
yang
dihubungkan dengan multimeter.
Gambar 2. Desain alat
Diagram Alir Penelitian Studi Literatur
Eksperimen
Pengambilan Data
Kesimpulan
Analisis Data
Gambar 3. Diagram alir penelitian Data hasil eksperimen dianalisis
kestabilannya
tinggi,
demikian
pula
dengan menggunakan program Matlab
sebaliknya, apabila SNR yang diperoleh
7.0 untuk mengetahui daya sinyal dan
bernilai
daya noise. Kedua daya output ini
penstabilan sistem yang diuji rendah.
rendah,
maka
kemampuan
digunakan untuk menentukan stabil atau tidaknya sistem yang diuji, berdasarkan
HASIL PENELITIAN
persamaan 1 atau 2.
Data Hasil Eksperimen
Tinggi
rendah
nilai
SNR
menentukan kualitas sinyal dan noise yang ditangkap fotodetektor. Semakin
a. Berkas Laser Penstabil
tanpa
Sistem
Berkas laser tanpa sistem penstabil
tinggi nilai SNR maka sistem yang diuji
menghasilkan
menghasilkan
seperti tampak pada gambar 4.
sinyal
yang
tingkat
distribusi
tegangan
66 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 12 No. 1, Februari 2015 (63 – 69) pelat λ/4 sebagai sistem penstabil memiliki tingkat kestabilan lebih tinggi dibandingkan dengan berkas laser HeNe tanpa sistem penstabil. Tingkat kestabilan ini diuji lebih mendalam dengan menggunakan nilai SNR dan error. Gambar 4. Sinyal Laser He-Ne tanpa Sistem Penstabil
Berkas diterima
laser
He-Ne
yang
fotodetektor
menggunakan
tanpa
sistem
penstabil
diperoleh seperti gambar 4. Gambar ini menunjukkan
bahwa
berkas
laser
He-Ne memiliki nilai intensitas yang berubah-ubah setiap waktu. Sistem
Gambar 5. Tegangan Laser He-Ne pada Sistem Penstabil Satu Pelat λ/4; sudut pelat B: 30o; C: 45o; D: 60o; E:-30o; F: 45o; G: -60o; H:0o; I:90o, dan J:-90o.
penstabil digunakan diharapkan dapat mrnstabilkan dengan
berkas
nilai
laser
intensitas
He-Ne,
mendekati
c. Berkas Laser dengan Penstabil Dua Pelat λ/4
Sistem
Hasil Eksperimen dengan sistem
konstan pada setiap waktu.
penstabil dua pelat λ/4 menunjukkan b. Berkas Laser pada Penstabil Satu Pelat λ/4
Sistem
bahwa intensitas berkas laser He-Ne yang
diterima
fotodetektor
memiliki
Eksperimen menggunakan satu
tingkat kestabilan lebih tinggi daripada
pelat λ/4 sebagai sistem penstabil
intensitas berkas laser He-Ne yang
menghasilkan data hasil pengamatan
dilewatkan pada sistem penstabil satu
seperti gambar 5. Intensitas berkas
pelat λ/4. Sistem penstabil dua pelat λ/4
Laser
menggunakan
He-Ne
yang
ditangkap
dua
pelat
λ/4
yang
fotodetektor pada penggunaan satu
divariasikan sudutnya sebagai perangkat
pelat λ/4 sebagai sistem penstabil
penstabilan
diperoleh seperti gambar 5. Gambar 5
Kombinasi sudut pada 2 pelat λ/4
menunjukkan bahwa intensitas laser
diharapkan dapat menghasilkan efek
He-Ne
penstabilan yang lebih besar. Kombinasi
dengan
menggunakan
satu
berkas
laser
He-Ne.
Sasmitaninghidayah, W., Analisis Signal To Noise Rasio.... 67
sudut pada pelat λ/4 pertama 0 dan sudut pelat λ/4 kedua pada sudut 60o dan 270-330o, serta kombinasi sudut pelat λ/4 pertama pada sudut 300o dan pelat λ/4 kedua pada sudut 60-90o, memiliki tingkat kestabilan lebih tinggi dibandingkan dengan kombinasi sudut lain. Namun, tingkat kestabilan yang teramati
dari
Gambar
hubungan
tegangan keluaran fotodetektor dengan waktu pengambilan data pada data
Gambar 6. Nilai SNR, B:1 pelat Nilai SNR, B: 1 pelatλ/4; 2 pelat λ/4 pada C : 0 o, ρ; D : 30 o, ρ; E: 45 o, ρ; F: 60 o, ρ; G: 90 o, ρ; H: 330 o, ρ; I: 315 o, ρ; J: 300 o, ρ; K : 270 o, ρ.
diatas diuji lebih dalam melalui analisis Tabel 1. Nilai SNR pada Sistem Penstabil dengan Satu Pelat λ/4
SNR. Analisis SNR Tingkat
kestabilan
yang
diperoleh diuji dengan nilai SNR untuk mendapatkan kombinasi sudut pelat λ/4 yang memiliki tingkat kestabilan paling tinggi.
Semakin
menunjukkan
tinggi
bahwa
nilai
SNR
sinyal
yang
diterima fotodetektor memiliki noise
No.
(0)
SNR (dB)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
90 60 45 30 0 -30 -45 -60 -90
-17,0784 41,0403 38,6464 35,0494 -18,6664 12,0613 15,2629 12,6382 -16,8646
yang rendah. Nilai SNR dari masingdisajikan
Sudut 60o pada pelat λ/4 dapat
dalam gambar 6, menyatakan bahwa
mengurangi efek refleksi berkas laser
sistem penstabil yang tersusun dari
lebih baik daripada sudut yang lain
polarisator, pelat λ/4, dan analisator
dengan nilai SNR 41,0403. Sudut 45o
memiliki output berkas laser He-Ne
menempati urutan kedua dengan nilai
yang memiliki tingkat kestabilan lebih
SNR 38,6464. Parvitte(10) menggunakan
tinggi daripada berkas laser tanpa
nilai SNR sebagai salah satu cara untuk
sistem penstabil. Analisis Nilai SNR
menentukan
disajikan pada tabel 1 dan table 2.
Sistem Heterodyne Laser Infra Merah.
masing
sistem
penstabil
tingkatan
noise
pada
68 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 12 No. 1, Februari 2015 (63 – 69)
Tabel 2. Nilai SNR pada sistem penstabil dua pelat λ/4 1(o)
2(o) 90 60 45 30 0 -30 -45 -60 -90 90 60 45 30 0 -30 -45 -60 -90 90 60 45 30 0 -30 -45 -60 -90 90 60 45 30 0 -30 -45 -60 -90 90 60 45 30 0 -30
0
30
45
60
90
SNR (dB) 12.8299 6.5782 6.5319 7.6314 5.5574 3.8218 2.6431 0.4071 -2.7882 26.1652 28.0729 27.6942 28.4279 28.4189 26.8820 29.9837 27.6332 19.7949 10.1697 10.9926 9.6259 10.0436 13.8702 14.5042 14.4499 14.9205 24.1209 17.5568 17.6445 17.8679 16.5402 17.2478 17.2700 18.3683 18.4843 19.0408 19.7480 22.5654 23.9044 21.5360 19.2080 19.9027
KESIMPULAN
1(o) 90
-30
-30
-45
-60
-90
kestabilan
2(o) -45 -60 -90 90 60 45 30 0 -30 -45 -60 -90 90 60 45 30 0 -30 -45 -60 -90 90 60 45 30 0 -30 -45 -60 -90 90 60 45 30 0 -30 -45 -60 -90
sistem
SNR (dB) 20.6097 19.2366 21.7173 16.3394 20.5802 20.2535 20.3131 17.3736 14.7470 16.6097 13.2366 20.7173 18.1770 22.2456 21.5351 21.3222 17.2626 18.0122 18.5294 16.5592 20.8392 11.3933 12.3160 13.0388 13.7162 6.7759 20.2719 23.6714 28.3079 36.6812 10.6283 10.6283 10.5340 8.9516 8.6309 10.0239 10.1518 10.5492 10.5686
dilihat
dari
nilai
Pelat λ/4 dapat menstabilkan
analisis SNR dari tegangan keluaran
intensitas berkas laser He-Ne yang
fotodetektor. Eksperimen menunjukkan
diterima
bahwa sistem penstabil yang paling
oleh
fotodetektor.
Tingkat
Sasmitaninghidayah, W., Analisis Signal To Noise Rasio.... 69
Doktoral, Paderborn Paderborn.
efektif adalah sistem penstabil satu pelat λ/4 pada sudut pelat λ/4 60o. Sistem pada keadaan ini memiliki tingkat kestabilan dalam jangka waktu pengukuran
113
41,0403±0,0328
sekon
sebesar
dB,
dengan
University,
[5] Venkatakrishnan, K., Tan, B., dan Ngoi, B.K.A. (2002), “Two-AxisScanning Laser Doppler Vibrometer for Precision Engineering”, Optics and Lasers in Engineering, 38, 153171.
simpangan terhadap tegangan awal sebesar 0,025 mV. Sehingga selama pengukuran nilai intensitas laser He-Ne yang diterima fotodetektor memiliki nilai yang mendekati konstan, yaitu pada angka 34,786±0,025 mV.
DAFTAR PUSTAKA [1] Hu, J., Ahola, T., dan Ikonen, E. (1995), “Development of Iodine Stabilized He-Ne Lasers at MRI”, Measurement, Vol.16, hal.187-193. [2] Varaic, P., dan Cretin, B. (1996), “New Structures for Heterodyne Interferometric Probes using Double-Pass”, Optics Communications, 132, 19-23. [3] Mäkinen, J., dan Ståhlberg, B. (1998), “Long-Term Frequency Stability and Temperature Response Of a PolarizationStabilized He–Ne Laser”, Measurement, Vol. 24, hal. 179185. [4]
Rubiyanto, A. (2002), Integriet akustooptisches Heterodyn interferometer in LiNbO3, Desertasi
[6] Vanlanduit, S., Cauberghe, B., Guillaume, P., dan Verboven, P. (2003), “Automatic Vibration Mode Tracking using a Scanning Laser Doppler Vibrometer”, Optics and Lasers in Engineering, 42, 315-326. [7] Vanherzeele, Joris., et. al. (2006), “Flow Characterization using a Laser Doppler Vibrometer”, Optics and Lasers in Engineering, 45, 1926. [8] Vanherzeele, J., Vanlanduit, S., dan Guillaume, P. (2006), “Acoustic Source Identification using a Scanning Laser Doppler Vibrometer”, Optics and Lasers in Engineering, 45, 742-749. [9] Rubiyanto, A. (2009), Desain dan Fabrikasi Laser Vibrometer Berbasis Interferometer sebagai Sensor Getaran, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [10]
Parvitte, B., Zéninari, V., Thiébeaux, C., Delahaigue, A., dan Courtois, D. (2004), “Infrared laser heterodyne systems”, Spectrochimica Acta Part A, Vol. 60, hal. 1193–1213.
