Post on 24-Oct-2015
description
1. Photoconductive Cell
Photoconductive cell adalah sensor cahaya yang dapat mengubah perubahan
besaran optik (cahaya) menjadi perubahan nilai konduktansi (dalam hal ini nilai
resistansi). Ada beberapa jenis dari photoconductive, yaitu:
1.1 Photodioda
Photodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya berubah-ubah kalau
cahaya yang jatuh pada dioda berubahubah intensitasnya.Dalam gelap nilai
tahanannya sangat besar hingga praktis tidak ada arus yang mengalir.Semakin kuat
cahaya yang jatuh pada dioda maka makin kecil nilai tahanannya, sehingga arus
yang mengalir semakin besar. Jika photodioda persambungan p-n bertegangan balik
disinari, maka arus akan berubah secara linier dengan kenaikan fluks cahaya yang
dikenakan pada persambungan tersebut.
Photodioda terbuat dari bahan semikonduktor. Biasanya yang dipakai adalah
silicon (Si) atau gallium arsenide (GaAs), dan lain-lain termasuk indium antimonide
(InSb), indium arsenide (InAs), lead selenide (PbSe), dan timah sulfide (PBS).
Bahan-bahan ini menyerap cahaya melalui karakteristik jangkauan panjang
gelombang, misalnya: 250 nm ke 1100 nm untuk silikon, dan 800 nm ke 2,0 μm
untuk GaAs.
Photodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Berbeda dengan
diode biasa, komponen elektronika ini akan mengubah cahaya menjadi arus listrik.
Cahaya yang dapat dideteksi oleh diode foto ini mulai dari cahaya infra merah,
cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi photodioda mulai dari
penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera
serta beberapa peralatan di bidang medis.
Gambar 1.1 Photodioda
Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan
oleh Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda
tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared.
Gambar 1.2 Prinsip kerja photodioda
1.2 Light Dependent Resistor (LDR)
LDR (Light Dependent Resistor) adalah sensor cahaya yang dapat mengubah
besaran cahaya yang diterima menjadi besaran konduktansi. Apabila menerima
cahaya maka nilai konduktansi antara kedua kakinya akan meningkat (resistansi
turun). Semakin besar cahaya yang diterima maka semakin tinggi nilai
konduktansinya (nilai resistansinya semakin rendah). Aplikasi LDR salah satunya
pada lampu penerangan jalan yang akan menyala otomatis pada saat cahaya
matahari mulai redup.
Gambar 1.2 LDR
1.3 Phototransistor
Photo transistor adalah sensor cahaya yang dapat mengubah besaran cahaya
menjadi besaran konduktansi. Photo transistor prinsip kerjanya sama halnya dengan
transistor pada umum, fungsi bias tegangan basis pada transistor biasa digantikan
dengan besaran cahaya yang diterima photo transistor. Pada saat photo transistor
menerima cahaya maka nilai konduktansi kaki kolektor dan emitor akan naik
(resistansi kaki kolektor-emitor turun).
Gambar 1.3 Phototransistor
2. Photovoltaic Cell
Gambar 2. Penyusun photovoltaic cell
Matahari merupakan salah satu sumber daya alam yang sangat berlimpah di
Indonesia. Dengan penyinaran matahari konstan sepanjang tahun selama 12 jam per hari,
tentu ini merupakan salah satu sumber energi yang sangat potensial dikembangkan di
negara kita. Disamping adanya ‘bahan bakar’ yang berlimpah ruah, tentu saja sumber
energi ini sangat ramah lingkungan. Listrik dari sumber energi surya ini tentu saja akan
sangat berguna untuk pemerataan listrik ke daerah-daerah terpencil yang belum
terjangkau saluran transmisi PLN.
2.1 Cara Kerja Photovoltaic Cell
Sekarang bagaimana kita bisa mengkonversi energi surya menjadi energi
listrik? Jawabannya adalah menggunakan photovoltaic cell.. kalau dilihat dari asal
katanya photo : “cahaya” sedangkan voltaic: “menghasilkan tegangan”. Jadi kalau
dari arti katanya “photovoltaic cell” berarti ‘sel yang menghasilkan tegangan listrik
dari cahaya”, walaupun sebenarnya yang dihasilkan langsung bukanlah tegangan
tetapi arus. Mengapa bisa arus yang dihasilkan? Mari kita lihat.
Gambar 2.1 Cara kerja photovoltaic cell
Satu buah photovoltaic cell terbuat dari bahan dasar silicon yang dilapis kaca. -
Silicon mudah sekali didapat di bumi ini dalam bentuk pasir silika- sehingga cahaya
bisa menembus masuk. Ketika cahaya matahari menembus masuk ke dalam sel,
partikel cahaya matahari yang disebut ‘photon’ juga ikut masuk. Partikel photon ini
kemudian menumbuk elektron bermuatan negative di atom silikon penyusun
photovoltaic cell. Pada saat tumbukan, energinya photon ditransfer ke elektron
sehingga elektron terlepas dari atom silikonnya. Karena setiap detiknya ada tak
terhingga photon yang menumbuk, maka akan dihasilkan banyak sekali elektron-
elektron bebas. Elektron bebas ini akan didorong keluar photovoltaic cell karena
adanya medan listrik di dalam cell. Apabila photovoltaic cell ini kita hubungkan ke
beban listrik, maka arus akan dapat mengalir ke beban. Energi matahari telah diubah
secara langsung menjadi energi listrik. Selama masih ada cahaya matahari yang
masuk maka akan terus ada electron bebas yang mengalir ke beban.
Satu buah photovoltaic cell sebenarnya terlalu kecil untuk menghasilkan
energi listrik. Satu buah photovoltaic cell hanya menghasilkan sekitar 0,5 V, jadi
untuk menghasilkan tegangan 18V biasanya panel photovoltaic tersusun dari 36
buah photovoltaic cell yang disusun seri. Selain itu biasanya juga 36 buah cell
tersebut juga disusun parallel dengan 36 buah cell yang lain supaya arus total yang
dikeluarkan oleh satu buah panel photovoltaic cukup besar. Untuk menghasilkan
daya yang lebih besar lagi, sejumlah banyak panel photovoltaic disusun menjadi
array sehingga bisa melayani keperluan listrik yang cukup besar.
3. Optoelektronik
Optoelektronik adalah suatu aplikasi perangkat elektronik yang berfungsi
mendeteksi dan mengontrol sumber cahaya atau dapat juga dikatakan sebagai peralatan
pengubah dari tenaga listrik ke optik atau sebaliknya. Sumber cahaya yang digunakan
dalam aplikasi ini dihasilkan diantaranya dari fotodioda injeksi dioda, LED, dan laser.
Beberapa sumber ini telah banyak digunakan pada beberapa perangkat optoelektronik
yang biasa digunakan dalam bidang telekomunikasi serat optik.
Gambar 3.1 Optoelektronik
Optoelektronik dapat juga dikatakan sebagai cabang ilmu yang mengkaji peralatan
elektronik yang berhubungan dengan cahaya dan dianggap juga sebagai sub-bidang dari
fotonik. Dalam konteks ini, cahaya yang dikaji juga merangkumi semua spektrum cahaya
dalam gelombang elektromagnetik (spektrum elektromagnetik) seperti sinar gamma,
sinar-X, ultraviolet dan inframerah, yang merupakan bentuk cahaya radiasi yang tak
terlihat selain cahaya yang tampak oleh mata manusia normal (spektrum tampak).
Dalam cabang ilmu ini, kelebihan-kelebihan yang didapati daripada pengabungan
dari bidang optik dan elektronik ini, adalah untuk dapat menghasilkan satu peralatan
yang jauh lebih baik dan bermanfaat terutama yang berkaitan dengan teknologi
telekomunikasi serat optik itu sendiri. Aspek penting dalam bidang ini adalah bagaimana
memanfaatkan sumber foton sebagai media penghantaran bit informasi.
Ada beberapa macam divais optoelektronik diantaranya divais optoelektronik saja,
yaitu sel surya dan fotodetektor. Hal yang menjadi pertimbangan adalah penggunaan
kedua jenis divais optoelektronik ini frekuensinya cukup tinggi dibanding yang lainnya.
Prinsip fisis dari sel surya dan fotodetektor sebenarnya hampir mirip, yaitu terjadinya
pembangkitan pasangan elektron-hole melalui proses eksitasi ketika foton menumbuk
permukaan divais. Perbedaannya adalah dari panjang gelombang foton yang dapat
diserap dan berkontribusi pada proses pembangkitan ini. Sel surya dapat menyerap
spektrum energi foton dalam rentang yang cukup lebar yaitu foton yang memiliki energi
sama atau lebih besar dari celah pita energi material pembuat sel surya. Sedangkan
fotodetektor hanya akan menyerap energi foton yang energinya di sekitar celah pita
energi material pembuatnya. Berdasarkan kajian dari berbagai literatur, berikut ini akan
dipaparkan hubungan fungsional dari karakteristik utama divais sel surya dan
fotodetektor dengan parameter-parameter fisis bahan pembuat, struktur divais serta
karakteristik setiap lapisan.
3.1 Light Emitting Dioda (LED)
3.1.1 Pengertian Lampu LED
LED adalah singkatan dari Light Emitting Diode (dioda cahaya). Lampu
LED adalah Lampu masa depan ( Teknologi ) yang super hemat dan ramah
lingkungan , dan juga sangat tahan lama sampai dengan 10 Tahun. LED
merupakan sejenis lampu yang akhir-akhir ini muncul dalam kehidupan kita.
LED dulu umumnya digunakan pada gadget seperti ponsel atau PDA serta
komputer. Sebagai pesaing lampu bohlam dan neon, saat ini aplikasinya mulai
meluas dan bahkan bisa kita temukan pada korek api yang kita gunakan, lampu
emergency dan sebagainya. Led sebagai model lampu masa depan dianggap
dapat menekan pemanasan global karena efisiensinya.
Kata LED merupakan singkatan dari Light Emitting Diode (dioda
cahaya) ialah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik
yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk
elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan
semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah
dekat.
3.1.2 Sejarah LED
Teknologi LED ditemukan pada tahun 1907, tetapi penelitian ilmiahnya
tdk dilakukan secara serius sampai pada tahun 1960, ketika LED merah
diciptakan. Warna tambahan ditambahkan ke spektrum LED dalam beberapa
tahun mendatang, hingga tahun 1995 diciptakan lampu LED putih
Pada tahun 1999 Philips Lumileds Lighting Company menemukan LED
yang diharapkan dapat menggantikan fungsi lampu yang biasa digunakan
untuk penerangan. LED tersebut mengeluarkan cahaya yang sangat terang
dengan warna putih. LED tersebut dinamakan LUXEON. Kantor R&D
Lumileds berlokasi di San Jose dan Penang (Malaysia).
Kehadiran LUXEON ini membuat berbagai peluang baru dalam aplikasi
yang membutuhkan cahaya terang dengan ukuran yang kompak. Sudah dapat
kita temukan yaitu pada Lampu Flash Handphone Camera, terlihat pada saat
flash padam, akan terlihat berwarna kuning. Saat ini Philips sedang terus
mengembangkan LUXEON untuk menggantikan lampu rumah tangga dan
perkantoran.
3.1.3 Kegunaan LED
LED (Light Emitting Diode) merupakan sejenis lampu yang akhir-akhir
ini muncul dalam kehidupan kita. LED dulu umumnya digunakan pada gadget
seperti ponsel atau PDA serta komputer. Sebagai pesaing lampu bohlam dan
neon, saat ini aplikasinya mulai meluas dan bahkan bisa kita temukan pada
korek api yang kita gunakan, lampu emergency dan sebagainya. Led sebagai
model lampu masa depan dianggap dapat menekan pemanasan global karena
efisiensinya.
Lampu LED sekarang sudah digunakan untuk:
a) penerangan untuk rumah
b) penerangan untuk jalan
c) lalu lintas
d) advertising
e) interior/eksterior gedung
3.1.4 Struktur Dasar LED
Semikonduktor merupakan material yang dapat menghantarkan arus
listrik, meskipun tidak sebaik konduktor listrik. Semikonduktor umumnya
dibuat dari konduktor lemah yang diberi ‘pengotor’ berupa material lain.
Dalam LED digunakan konduktor dengan gabungan unsur logam aluminium-
gallium-arsenit (AlGaAs). Konduktor AlGaAs murni tidak memiliki pasangan
elektron bebas sehingga tidak dapat mengalirkan arus listrik. Oleh karena itu
dilakukan proses doping dengan menambahkan elektron bebas untuk
mengganggu keseimbangan konduktor tersebut, sehingga material yang ada
menjadi semakin konduktif.
LED merupakan dioda, sehingga memiliki kutub (polar). Arah arus
konvensional hanya dapat mengalir dari anoda ke katoda. Perhatikan bahwa 2
kawat (kaki) pada LED memiliki panjang yang berbeda. Kawat yang panjang
adalah anoda sedangkan yang pendek adalah katoda.
Gambar 3.2 Light emitting dioda
Jika kita melihat kedalam lampu LED itu sendiri, kita dapat
membedakan ke dua kutub tersebut. Perhatikanlah gambar berikut.
Gambar 3.3 Tampilan dalam dioda
3.1.5 Prinsip Kerja LED
Lampu LED berkerja berdasarkan prinsip polarisasi. Seperti halnya
dioda, Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan
menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan
semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu
arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya
akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED
tidak akan mengeluarkan emisi cahaya.
Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif
rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat
isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah
sebaliknya.
Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik
dioda yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi.
Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun
tegangan yang diberikan adalah tegangan maju.
LED dioperasikan dengan arus searah (Direct Current) 12 Volt. Lampu
LED juga dapat dioperasikan menggunakan arus bolak balik (Alternating
Current) 100 - 240 Volt (listrik untuk rumah). Untuk itu lampu LED memiliki
sirkuit internal (konverter) untuk mengubah AC menjadi DC. Dari konversi
tersebut timbul panas, karena hal tersebut di lampu LED AC umumnya anda
dapat melihat adanya sirip-sirip pendingin.
4. Optoisolator
Optoisolator merupakan komponen semikonduktor yang tersusun atas LED infra
merah dan sebuah photo triac yang digunakan sebagai pengendali triac. Optoisolator
biasanya digunakan sebagai antar muka (interface) antara rangkaian pengendali dengan
rangkaian daya (triac) dan juga sebagai pengaman rangkaian kendali, karena antara LED
infra merah dan photo triac tidak terhubung secara elektrik, sehingga bila terjadi
kerusakan pada rangkaian daya (triac) maka rangkaian pengendali tidak ikut rusak.
Optoisolator biasanya terdiri dari dua macam yaitu optoisolator yang terintegrasi dengan
rangkaian zero crossing detektor dan optoisolator yang tidak memiliki rangkaian zero
cossing detektor. Optoisolator yang terintegrasi dengan zero crossing detektor biasanya
menggunakan triac sebagai solid state relay (SSR), sedangkan pada optoisolator yang
tidak terintegrasi dengan zero crossing detektor biasanya menggunakan triac untuk
mengendalikan tegangan.
Gambar 4. Simbol optoisolator
Hal-hal yang diperlukan dalam menggunakan optoisolator adalah besarnya arus
pada diode infra merah untuk membuat photo triac terkunci (latch), juga besarnya arus
maksimum yang mampu dilewati photo triac untuk mengalirkan arus gate pada triac
daya.
5. Optocoupler
Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter dan
receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah.
Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara
otomatis.optocoupler atau optoisolator merupakan komponen penggandeng (coupling)
antara rangkaian input dengan rangkaian output yang menggunakan media cahaya (opto)
sebagai penghubung. Dengan kata lain, tidak ada bagian yg konduktif antara kedua
rangkaian tersebut. Optocoupler sendiri terdiri dari 2 bagian, yaitu transmitter (pengirim)
dan receiver (penerima)
1. Transmiter
Merupakan bagian yg terhubung dengan rangkaian input atau rangkaian
kontrol. Pada bagian ini terdapat sebuah LED infra merah (IR LED) yang berfungsi
untuk mengirimkan sinyal kepada receiver. Padatransmitter dibangun dari sebuah
LED infra merah. Jika dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra
merah memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang
dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata telanjang.
2. Receiver
Merupakan bagian yg terhubung dengan rangkaian output atau rangkaian
beban, dan berisi komponen penerima cahaya yang dipancarkan oleh transmitter.
Komponen penerima cahaya ini dapat berupa photodioda atapun phototransistor.
Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen phototransistor.
Phototransistor merupakan suatu transistor yang peka terhadap tenaga cahaya. Suatu
sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan spektrum infra
merah. Karena spekrum infra mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya
tampak, maka phototransistor lebih peka untuk menangkap radiasi dari sinar infra
merah.
Jika dilihat dari penggunaannya, optocoupler biasa digunakan untuk
mengisolasi common rangkaian input dengan common rangkaian output. Sehingga
supply tegangan untuk masing2 rangkaian tidak saling terbebani dan juga untuk
mencegah kerusakan pada rangkaian kontrol (rangkaian input).
Gambar 5.1 Optocoupler
Optocoupler merupakan gabungan dari LED infra merah dengan fototransistor
yang terbungkus menjadi satu chips. Cahaya infra merah termasuk dalam gelombang
elektromagnetik yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh
mata karena mempunyai panjang gelombang berkas cahaya yang terlalu panjang
bagi tanggapan mata manusia. Sinar infra merah mempunyai daerah frekuensi 1 x
1012 Hz sampai dengan 1 x 1014 GHz atau daerah frekuensi dengan panjang
gelombang 1µm – 1mm.
LED infra merah ini merupakan komponen elektronika yang memancarkan
cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi prasikap maju,
LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akan mengeluarkan panjang
gelombang sekitar 0,9 mikrometer.
Proses terjadinya pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler
adalah sebagai berikut. Saat dioda menghantarkan arus, elektron lepas dari ikatannya
karena memerlukan tenaga dari catu daya listrik. Setelah elektron lepas, banyak
elektron yang bergabung dengan lubang yang ada di sekitarnya (memasuki lubang
lain yang kosong). Pada saat masuk lubang yang lain, elektron melepaskan tenaga
yang akan diradiasikan dalam bentuk cahaya, sehingga dioda akan menyala atau
memancarkan cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya infra merah yang terdapat
pada optocoupler tidak perlu lensa untuk memfokuskan cahaya karena dalam satu
chip mempunyai jarak yang dekat dengan penerimanya. Pada optocoupler yang
bertugas sebagai penerima cahaya infra merah adalah fototransistor. Fototransistor
merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai detektor cahaya infra
merah. Detektor cahaya ini mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik, oleh sebab
itu fototransistor termasuk dalam golongan detektor optik.
Fototransistor memiliki sambungan kolektor–basis yang besar dengan cahaya infra
merah, karena cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang elektron. Dengan
diberi prasikap maju, cahaya yang masuk akan menimbulkan arus pada kolektor.
Fototransistor memiliki bahan utama yaitu germanium atau silikon yang sama
dengan bahan pembuat transistor. Tipe fototransistor juga sama dengan transistor
pada umumnya yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor dengan fototransistor
hanya terletak pada rumahnya yang memungkinkan cahaya infra merah
mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor biasa ditempatkan pada rumah
logam yang tertutup. Simbol optocoupler seperti terlihat pada Gambar 5.2
Gambar 5.2 Simbol Optocoupler
6. Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) merupakan
mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya dalam
bentuk cahaya yang tidak dapat dilihat maupun dapat lihat dengan mata normal, melalui
proses pancaran terstimulasi. Pancaran laser biasanya tunggal, memancarkan foton dalam
pancaran koheren. Laser juga dapat dikatakan efek dari mekanika kuantum.
Dalam teknologi laser, cahaya yang koheren menunjukkan suatu sumber cahaya
yang memancarkan panjang gelombang yang diidentifikasi dari frekuensi yang sama,
beda fasa yang konstan dan polarisasinya. Selanjutnya untuk menghasilkan sebuah
cahaya yang koheren dari medium lasing adalah dengan mengontrol kemurnian, ukuran,
dan bentuknya. Keluaran yang berkelanjutan dari laser dengan amplituda-konstan
(dikenal sebagai CW atau gelombang berkelanjutan), atau detak, adalah dengan
menggunakan teknik Q-switching, modelocking, atau gain-switching.
Dalam operasi detak, dimana sejumlah daya puncak yang lebih tinggi dapat
dicapai. Sebuah medium laser juga dapat berfungsi sebagai penguat optik ketika di-seed
dengan cahaya dari sumber lainnya. Sinyal yang diperkuat dapat menjadi sangat mirip
dengan sinyal input dalam istilah panjang gelombang, fasa, dan polarisasi; Ini tentunya
penting dalam telekomunikasi serat optik.
Sumber cahaya umum, seperti bola lampu incandescent, memancarkan foton
hampir ke seluruh arah, biasanya melewati spektrum elektromagnetik dari panjang
gelombang yang luas. Sifat koheren sulit ditemui pada sumber cahaya atau incoherens;
dimana terjadi beda fasa yang tidak tetap antara foton yang dipancarkan oleh sumber
cahaya. Secara kontras, laser biasanya memancarkan foton dalam cahaya yang sempit,
terpolarisasi, sinar koheren mendekati monokromatik, terdiri dari panjang gelombang
tunggal atau satu warna.
Beberapa jenis laser, seperti laser dye dan laser vibronik benda padat (vibronic
solid-state lasers) dapat memproduksi cahaya lewat jangka lebar gelombang; properti ini
membuat mereka cocok untuk penciptaan detak singkat sangat pendek dari cahaya,
dalam jangka femtodetik (10-15 detik). Banyak teori mekanika kuantum dan
termodinamika dapat digunakan kepada aksi laser, meskipun nyatanya banyak jenis laser
ditemukan dengan cara trial and error.
Gambar 2. Cahaya tampak (visible light)
Sejak diperkenalkannya laser pada tahun 1960, sebagai sebuah penyelesaian suatu
masalah, maka dalam perkembangan berikutnya laser telah digunakan secara meluas,
dalam bermacam-macam aplikasi modern, termasuk dalam bidang optik, elektronik,
optoelektronik, teknologi informasi, sains, kedokteran, industri, dan militer. Secara
umum, laser dianggap suatu pencapaian teknologi yang paling berpengaruh dalam abad
ke-20.
Umumnya laser beroperasi dalam spektrum tampak pada frekuensi sekitar 1014 -
15 Hz atau ratusan ribu kali frekuensi gelombang mikro. Pada awalnya peralatan
penghasil sinar laser masih serba besar dan merepotkan. Selain tidak efisien, ia baru
dapat berfungsi pada suhu sangat rendah. Sinar laser yang dihasilkan belum terpancar
lurus. Pada kondisi cahaya sangat cerah pun, pancarannya gampang meliuk-liuk
mengikuti kepadatan atmosfer. Waktu itu, sebuah pancaran laser dalam jarak 1 km, bisa
tiba di tujuan akhir pada banyak titik dengan simpangan jarak hingga hitungan meter.
Peragaan peralatan Laser Helium-Neon di Laboratorium Kastler-Brossel dari Universitas
Pierre and Marie Curie.
Beberapa kelebihan laser diantaranya adalah kekuatan daya keluarannya yang amat
tinggi sangat diminati untuk beberapa applikasinya. Namun demikian laser dengan daya
yang rendah sekalipun (beberapa miliwatt) yang digunakan dalam pemancaran, masih
dapat membahayakan penglihatan manusia, karena pancaran cahaya laser dapat
mengakibatkan mata seseorang yang terkena mengalami kebutaan dalam sesaat atau
tetap.
7. Fiber Optik
Saat ini terutama di negara maju, infrastruktur komunikasi yang dibangun sebagian
besar sudah menggunakan media fiber optik. Infrastruktur komunikasi sangatlah penting,
maka dari itu fiber optik yang memang benar-benar andal banyak sekali digunakan.
Meskipun tidak semurah kabel tembaga, namun media ini jauh lebih powerful daripada
media kabel tembaga.
7.1 Pengertian
Fiber optik secara harafiah memiliki arti serat optik atau bisa juga disebut serat
kaca. Fiber optik memang berupa sebuah serat yang terbuat dari kaca, namun jangan
Anda samakan dengan kaca yang biasa Anda lihat. Serat kaca ini merupakan serat
yang dibuat secara khusus dengan proses yang cukup rumit yang kemudian dapat
digunakan untuk melewati data yang ingin Anda kirim atau terima.
Jadi media fiber optik itu sendiri merupakan sebuah serat seukuran rambut
manusia yang terbuat dari bahan kaca murni, yang kemudian dibuat bergulung-
gulung panjangnya sehingga menjadi sebentuk gulungan kabel. Setelah terjadi
bentuk seperti ini, maka jadilah media fiber optik yang biasa Anda gunakan sehari-
hari.
Pada 1983Corning memperkenalkan Optical Fiber atau serat optik yaitu helai
kaca yang dapat mengirimkan sinyal telekomunikasi dengan sempurna pada
kecepatan cahaya. Saat ini, Corning merupakan satu-satunya produsen serat optik di
Amerika Serikat.
Gambar 7. Fiber optic
7.2 Prinsip Kerja
Mungkin Anda sudah menangkap maksud dari fiber optik secara garis besar,
yaitu media komunikasi data yang terbuat dari kaca. Pertanyaan selanjutnya adalah
bagaimana sepotong kaca dapat memiliki kemampuan melewatkan data Anda?
Apakah sepotong kaca dapat melewati pulsa-pulsa listrik? Atau dalam bentuk apa
data Anda dibawa melalui sepotong kaca ini?
Jika berhubungan dengan alat-alat optik, maka alat-alat tersebut akan erat
sekali hubungannya dengan cahaya dan sistem pencahayaan. Jika serat optik yang
digunakan sebagai media, maka yang akan lalu-lalang di dalamnya tidak lain dan
tidak bukan adalah cahaya.
Seberkas cahaya akan digunakan sebagai pembawa informasi yang ingin Anda
kirimkan. Cahaya informasi tersebut kemudian ditembakkan ke dalam media fiber
optik dari tempat asalnya. Kemudian cahaya akan merambat sepanjang media kaca
tersebut hingga akhirnya cahaya tadi tiba di lokasi tujuannya. Ketika cahaya tiba di
lokasi tujuan, maka pengiriman informasi dan data secara teori telah berhasil
dikirimkan dengan baik. Dengan demikian, maka terjadilah proses komunikasi di
mana kedua ujung media dapat mengirim dan menerima informasi yang ingin
disampaikan.
7.3 Komponen Penyusun
Sebuah sistem komunikasi tentu tidak hanya didukung oleh satu dua
komponen atau perangkat saja. Di dalamnya pasti terdapat banyak sekali paduan
komponen yang saling bekerja sama satu dengan yang lainnya. Perpaduan dan kerja
sama tersebut akan menghasilkan banyak sekali manfaat bagi berlangsungnya
transfer informasi. Dengan demikian, jadilah sebuah sistem komunikasi.
Sistem komunikasi biasanya terdiri dari lima komponen utama, transmitter,
receiver, medianya itu sendiri, bentuk informasi yang dibawa melalui media, dan
penguat sinyal. Baik di media kabel, media wireless, media optik semuanya
menerapkan sistem yang sama. Misalnya di media wireless, yang menangani
pekerjaan transmitter dan receiver adalah perangkat Access Point atau perangkat
wireless client biasa. Yang menjadi medianya adalah udara bebas yang dapat
membawa informasi sinyal-sinyal frekuensi radio.
Di dalamnya terdapat proses modulasi agar sinyal-sinyal informasi yang
sebenarnya dapat dimungkinkan dibawa melalui udara. Dan setibanya di lokasi
tujuan, proses demodulasi akan terjadi untuk membuka informasi aslinya kembali.
Jika berjalan dalam jarak yang jauh maka penguat sinyal pasti dibutuhkan.
Cahaya, komponen alam yang memiliki banyak kelebihan ini dimanfaatkan
dengan begitu pintarnya untuk membawa data dengan kecepatan dan bandwidth
yang sangat tinggi. Semua kelebihan dari cahaya seakanakan dimanfaatkan di sini.
Cahaya yang berkecepatan tinggi, cahaya yang kebal terhadap gangguan-angguan,
cahaya yang mampu berjalan jauh, semuanya akan Anda rasakan dengan
menggunakan media fiber optik ini.
Optical Transmitter
Optical transmitter merupakan sebuah komponen yang bertugas untuk
mengirimkan sinyal-sinyal cahaya ke dalam media pembawanya. Di dalam
komponen ini terjadi proses mengubah sinyal-sinyal elektronik analog maupun
digital menjadi sebuah bentuk sinyal-sinyal cahaya. Sinyal inilah yang kemudian
bertugas sebagai sinyal korespondensi untuk data Anda. Optical transmitter
secara fisik sangat dekat dengan media fiber optic pada penggunaannya. Dan
bahkan optical transmitter dilengkapi dengan sebuah lensa yang akan
memfokuskan cahaya ke dalam media fiber optik tersebut. Sumber cahaya dari
komponen ini bisa bermacam-macam.
Sumber cahaya yang biasanya digunakan adalah Light Emitting Dioda
(LED) atau solid state laser dioda. Sumber cahaya yang menggunakan LED lebih
sedikit mengonsumsi daya daripada laser. Namun sebagai konsekuensinya, sinar
yang dipancarkan oleh LED tidak dapat menempuh jarak sejauh laser.
Fiber Optic Cable
Komponen inilah yang merupakan pemeran utama dalam sistem ini. Kabel
fiber optik biasanya terdiri dari satu atau lebih serat fiber yang akan bertugas
untuk memandu cahaya-cahaya tadi dari lokasi asalnya hingga sampai ke tujuan.
Kabel fiber optic secara konstruksi hampir menyerupai kabel listrik, hanya saja
ada sedikit tambahan proteksi untuk melindungi transmisi cahaya. Biasanya kabel
fiber optic juga bisa disambung, namun dengan proses yang sangat rumit. Proses
penyambungan kabel ini sering disebut dengan istilah splicing.
Optical receiver
Optical receiver memiliki tugas untuk menangkap semua cahaya yang
dikirimkan oleh optical transmitter. Setelah cahaya ditangkap dari media fiber
optic, maka sinyal ini akan didecode menjadi sinyal-sinyal digital yang tidak lain
adalah informasi yang dikirimkan. Setelah di-decode, sinyal listrik digital tadi
dikirimkan ke sistem pemrosesnya seperti misalnya ke televisi, ke perangkat
komputer, ke telepon, dan banyak lagi perangkat digital lainnya. Biasanya optical
receiver ini adalah berupa sensor cahaya seperti photocell atau photodiode yang
sangat peka dan sensitif terhadap perubahan cahaya.
Optical regenerator
Optical regenerator atau dalam bahasa Indonesianya penguat sinyal cahaya,
sebenarnya merupakan komponen yang tidak perlu ada ketika Anda
menggunakan media fiber optik dalam jarak dekat saja. Sinyal cahaya yang Anda
kirimkan baru akan mengalami degradasi dalam jarak kurang lebih 1 km. Maka
dari itu, jika Anda memang bermain dalam jarak jauh, komponen ini menjadi
komponen utama juga. Biasanya optical generator disambungkan di tengah-
tengah media fiber optik untuk lebih menguatkan sinyal-sinyal yang lemah.
Optical generator terdiri dari serat optic yang dilapisi dengan bahan khusus
yang dapat menguatkan cahaya laser. Ketika sinyal yang lemah datang
menghampiri bagian yang dilapisi khusus tersebut, energi dari laser lemah
tersebut akan membuat molekul dari bahan tadi berubah menjadi sinar-sinar juga.
Molekul tambahan tadi kemudian akan memancarkan sinar-sinar yang baru, yang
lebih kuat dengan karakteristik yang hampir sama dengan sinar lemah yang
sebelumnya datang. Secara garis besar, regenerator ini merupakan penguat dari
sinyal yang diumpankan ke dalamnya.
7.4 Keuntungan
Media fiber optik memang telah lama ada dalam dunia komunikasi.
Aplikasinya pun sudah cukup banyak meskipun belum seberkembang dan seluas
kabel UTP atau kabel tembaga. Mengapa demikian? Karena media ini cukup mahal
untuk dimiliki. Tidak semua orang mampu menggunakan media ini karena harganya
yang tidak murah. Namun di balik semua itu, sebenarnya media fiber optik memiliki
segudang kelebihan dibanding media lain. Kelebihan tersebut bahkan bisa membuat
tonggak sejarah baru dalam kehidupan manusia. Media ini tidaklah menjadi mahal
jika Anda bisa memanfaatkan semua kelebihannya. Berikut ini adalah kelebihan-
kelebihan media fiber optik dibandingkan dengan media lain:
a. Lebih ekonomis untuk komunikasi jarak jauh
Untuk keperluan media komunikasi dengan jarak yang sangat jauh, dengan
kecepatan yang sangat tinggi dan dengan bandwidth yang cukup lebar, maka fiber
optik dapat dikategorikan sebagai media yang murah dibandingkan dengan media
kabel tembaga atau bahkan wireless. Memang biaya kepemilikannya jauh lebih
mahal pada saat kali pertama, namun semua itu akan terbayar dengan
kenyamanan menggunakannya, reliabilitasnya, kecepatannya, kapasitasnya, jarak
tempuhnya, dan banyak lagi kelebihan lain yang bisa Anda rasakan.
Media kabel tembaga memiliki keterbatasan jarak yang cukup signifikan
dibandingkan dengan media fiber optic. Maka dari itu, jika Anda bermaksud
membangun jaringan komunikasi yang berskala metropolitan dan bahkan
berskala internasional, media fiber optik menjadi sebuah opsi yang sangat murah,
dibandingkan dengan media tembaga.
b. Lebih kecil ukurannya
Dari namanya saja, fiber optik atau serat optik, mungkin Anda sudah bisa
menduga kalau media fiber optik ini adalah media yang sangat kecil. Hanya
berupa serat yang terbuat dari bahan optik atau kaca. Ternyata memang benar
dugaan Anda. Dalam wujud aslinya media yang mampu membawa informasi
dengan kapasitas “tak terhingga” secara teori ini tidak jauh lebih besar dari
sehelai rambut. Jika Anda pernah memancing, mungkin Anda tahu ciri dari
benang pancing, yaitu bening dan tipis. Seperti itulah wujud serat optik yang
hebat itu.
Banyak sekali keuntungan yang bisa didapat dari wujudnya yang kecil ini.
Dengan penampangnya yang kecil, maka ukuran fisik dari media ini secara
keseluruhan juga tidak terlalu besar. Jika dibundel, maka dalam ukuran bundel
yang tidak begitu besar, Anda bisa mendapatkan cukup banyak helaian serat optik
di dalamnya. Tentu keuntungan ini akan sangat berguna bagi Anda karena tidak
perlu repot-repot menyediakan jalur bentangan kabel yang besar, Anda juga tidak
perlu menarik berkali-kali utasan-utasan kabel untuk berbagai keperluan karena
didalam satu kabel saja sudah tersedia banyak sekali media pembawa data.
Berbagai keperluan transmisi seperti misalnya sinyal-sinyal TV dan teleponya
dapat sekaligus dibawa juga.
Selain itu, dengan ukuran yang kecil Anda bisa membuat pembungkusnya
menjadi lebih tebal, sehingga lebih tahan terhadap gangguan dari luar. Dengan
ukurannya yang kecil pula Anda tidak akan kesulitan untuk mengaturnya ketika
digunakan. Semua itu mungkin tidak bisa Anda dapatkan di media manapun
kecuali menggunakan media fiber optic.
c. Penurunan kualitas sinyal lebih sedikit
Jika menggunakan media kabel tembaga, maka Anda akan mengenal lebih
banyak apa yang disebut dengan degradasi sinyal transmisi. Menurunnya kualitas
sinyal-sinyal yang ditransmisikan akan mengganggu kelancaran proses
komunikasi data. Hal ini akan sering ditemui jika Anda menggunakan media
kabel tembaga untuk keperluan transmisi data baik jarak jauh maupun jarak
dekat. Sinyal-sinyal yang dibawa melalui jalur ini tentu tidak pernah dapat
dipastikan keutuhannya. Pengirim tidak akan pernah tahu apa yang terjadi di
tengah perjalanannya. Yang pasti banyak sekali faktor pengganggu yang dapat
menyebabkan kualitas sinyal menurun.
Apakah jalur komunikasi melewati jalur listrik tegangan tinggi, atau melalui
kabel yang kurang baik instalasinya, atau melalui terminasi-terminasi yang
lembap, atau melalui perangkat-perangkat penguat yang tidak baik kelistrikannya,
semua itu bisa menjadi penyebab terganggunya sinyal data Anda.
Di dalam sistem komunikasi menggunakan fiber optik, sinyal informasi yang
lalu-lalang di dalamnya adalah berwujud cahaya. Mengapa cahaya? Karena media
ini relatif lebih kebal terhadap gangguan dari luar. Tidak banyak faktor yang
dapat menimbuklan interferensi terhadap sinyal cahaya tersebut. Cahaya tidak
akan terganggu oleh listrik bertegangan tinggi, tidak akan terganggu oleh suhu
udara baik panas maupun dingin, dan juga tidak terganggu oleh frekuensi radio di
sekitarnya.
Dengan kondisi seperti ini, penurunan kualitas sinyal cahaya relatif lebih
kecil dan sedikit dibandingkan dengan media komunikasi lainnya. Keuntungan
yang didapat dari kelebihan ini adalah data yang dilewatkan di dalamnya lebih
terjamin keutuhannya, suara yang dibawa di dalamnya untuk komunikasi telepon
lebih bersih, sinyal-sinyal TV yang dilewatkan di dalamnya akan lebih jernih
sampai di penerimanya.
d. Daya listrik kecil
Untuk membawa informasi dalam bentuk sinyal cahaya, daya listrik yang
dibutuhkan relatif tidak terlalu besar. Sinyal cahaya yang relatif lebih kebal
terhadap gangguan dari luar tidak perlu ditransmisikan dengan daya listrik yang
tinggi seperti yang terjadi pada media komunikasi kabel tembaga. Hanya butuh
daya yang rendah saja, maka sinyal informasi bisa tiba di tujuan dengan selamat.
Bahkan daya listrik tersebut sebenarnya tidak pernah melewati media serat optik
tersebut, karena yang membawa informasi tersebut tidak membutuhkan bantuan
pulsa-pulsa listrik. Dengan demikian, media ini akan menghemat banyak sekali
daya listrik yang harus Anda bayar.
e. Sinyal digital
Karena tidak ada sinyal listrik yang digunakan untuk membawa data, media
fiber optik sangat cocok digunakan dalam sistem digital seperti misalnya
komputer. Mengapa demikian? Karena komputerisasi beserta perangkat-
perangkatnya banyak mengandalkan logika-logika digital. Media cahaya yang
membawa informasipun bukanlah sebuah sinyal
analog yang harus melewati proses perubahan sinyal digital menjadi analog dan
sebaliknya (ADC/DAC), melainkan adalah sinyal-sinyal digital yang terdiri dari
informasi logika 0 dan 1.
Dengan demikian, informasi yang dibawanya tidak perlu melewati proses
ADC/DAC lagi. Keuntungan dari fitur ini adalah data yang dikirimkan tidak akan
banyak mengalami penurunan kualitas dan tidak banyak kesalahan yang terjadi
akibat konversi ini.
f. Tidak mudah termakan usia
Media fiber optik tidak digunakan untuk melewatkan sinyal-sinyal listrik.
Bisa dipastikan didalam jalur komunikasi ini Anda tidak akan tersengat listrik
sekecil apapun. Dengan demikian, media ini tidak akan mengalami kepanasan
dan penipisan akibat tegangan listrik yang lewat di dalamnya. Ini menandakan
media fiber optik akan jauh lebih berumur panjang dibandingkan dengan kabel
tembaga biasa.
Seperti dijelaskan di atas, fiber optik terbuat dari serat kaca murni. Perlu
Anda ketahui, bahan seperti kaca tidak akan mudah mengalami korosi seperti
halnya tembaga. Jika bahan seperti tembaga bisa mengalami korosi jika
ditempatkan pada daerah yang bersifat korosif, tidak demikian dengan fiber optik.
Anda bebas meletakkannya di mana saja tanpa takut menjadi cepat rusak. Media
fiber optik bisa ditanam di tanah jenis apapun atau digantung di daerah manapun
dibutuhkan tanpa harus cemas. Dengan demikian, dapat disimpulkan media fiber
optik jauh lebih lama usianya dibandingkan dengan media tembaga, jika tidak
terjadi hal-hal di luar prediksi.
g. Ringan dan fleksibel
Ukurannya yang sangat kecil, hampir seperti seutas rambut, membuat media
komunikasi ini merupakan media fisik yang paling ringan, dibandingkan dengan
kabel tembaga dan media lainnya. Dengan kelebihan seperti ini, aplikasi media
fiber optik akan jauh lebih banyak dan lebih terbuka bebas dibandingkan dengan
media kabel tembaga. Media ini dapat dibentang di tempat-tempat yang lebih
tersembunyi, di tempat-tempat yang sulit dijangkau, dan banyak lagi.
Selain itu, media ini juga sangat fleksibel. Jika Anda pernah tahu bentuk dan
karakteristik dari seutas benang pancing yang bening, seperti itulah fiber optik.
Anda bebas melekuk-lekukkannya, melilit-lilitkannya tanpa takut patah, asalkan
tekukan tidak terlalu tajam sudutnya. Dengan bentuk yang fleksibel dan ringan
seperti ini, media fiber optik akan menciptakan aplikasi-aplikasi baru yang
sebelumnya tidak pernah terpikirkan oleh manusia.
Contoh aplikasi fiber optik yang paling umum saat ini adalah fiber optik
digunakan sebagai kamera digital sederhana untuk menangkap gambar dari dalam
tubuh manusia. Aplikasi di bidang medis ini menjadi tonggak sejarah baru bagi
dunia pengobatan dan kesehatan karena sebelumnya semua pekerjaan “melihat-
lihat” tersebut sangat sulit dilakukan tanpa operasi. Aplikasi fiber optik yang lain
misalnya melakukan pemantauan dalam system mekanis roket, pesawat terbang,
kereta api supercepat, dan banyak lagi. Kerusakan yang terjadi di dalam
perangkat-perangkat tersebut tidak akan mudah ditemukan jika tidak ada alat
bantu seperti fiber optik. Dengan keuntungan ini, fiber optik menjadi sangat
populer hingga sekarang.
h. Komunikasi lebih aman
Media fiber optik merupakan media yang sangat ideal jika Anda
menginginkan media yang sangat aman. Mengapa demikian? Hal ini dikarenakan
informasi yang lewat di dalam media fiber optik tidak mudah untuk disadap atau
dikacaukan dari luar. Sinyal informasi yang berupa cahaya tidak akan mudah
untuk ditransfer ke jalur lain untuk disadap. Sinyal cahaya pun tidak akan mudah
dikacaukan dengan menggunakan frekuensi pengacau atau medan
elektromagnetik. Maka dari itu, media ini cukup aman untuk Anda gunakan.
Meskipun cukup aman, media ini tidak sulit untuk dimonitor. Jadi sangat ideal,
bukan?
i. Jalan Tol untuk Data Anda
Informasi dibawa dengan seberkas cahaya. Mendengarnya saja rasanya sudah
cukup canggih untuk kita. Tapi sebenarnya, teknologi ini memang sangat hebat
dan juga bermanfaat sekali. Data Anda tidak lagi dibawa dengan menggunakan
pulsa-pulsa listrik atau frekuensi radio, tetapi dengan media yang terbilang cukup
reliabel yaitu cahaya. Cahaya relatif cukup kuat terhadap segala gangguan, baik
gangguan medan elektromagnetik, gangguan cuaca, gangguan frekuensi radio,
gangguan suhu, gangguan pulsa-pulsa listrik, dan banyak lagi. Selama medianya
tidak terganggu secara fisik, maka cahaya akan terus berjalan sampai ke
tujuannya. Kecepatannya pun tidak perlu diragukan lagi karena secara teori,
kecepatan media ini adalah TANPA BATAS.
Namun, yang masih menjadi kendala dalam penggunaan media fiber optik
adalah tidak lain masalah biaya. Berapa budget yang harus Anda sediakan untuk
membeli, instalasi, menggunakan, dan merawat media ini bukanlah persoalan
sepele. Karena media ini cukup mahal baik kepemilikannya maupun
perawatannya. Maka itu, media jenis ini hanya dipakai untuk tujuan dan kalangan
tertentu saja yang memang benar-benar membutuhkan media komunikasi
berskala besar.