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.