1

TUGAS SISTEM FOTONIK

KELOMPOK

1. Dhien kusuma wardani 2411100072

2. Dikri Suprayoga 2411100057

3. Winona anindyara 2412100045

4. Amron Basuki 2412100054

Pada tugas system fotonik ini ada 2 sistem yang akan kami jelaskan yaitu spectroskopi

FTIR dan kamera digital. Dalam hal ini yang akan kami jelaskan adalah prinsip kerja serta

bagaimana mengekstrak besaran besaran fisis yang ada dalam system tersebut.

1. Sistem pertama yang akan kami jelaskan adalah spektroskopi FTIR (fourier

transform infrared) untuk penentuan kualitas susu sapi.

Jika sinar infrared dilewatkan melalui sebuah sample organic maka terdapat frekuensi

yang diserap da nada yang diteruskan atau ditransmisikan tanpa diserap. Hal ini yang

mendasari prinsip sistem spektroskopi FTIR. Pada senyawa organic ikatan-ikatan yang

berbeda seperti C-C, C=C, C=C, C-O, C=O, O-H serta N-H mempunyai frekuensi

karakteristiknya sebagai pita serapan dalam spektrum inframerah. Grafik spektrum

inframerah terbentuk antara prosentase penyerapan (absorbansi) terhadap frekuensi

karakteristiknya. Bentuk spektrum cahaya dari senyawa-senyawa organik berkaitan erat

dengan transisi-transisi diantara tingkatan-tingkatan energi elektronik. Spektrum cahaya tiap

ikatan tersebut akan diplot pada grafik sehingga tingkat penyerapan intensitas cahaya.

Berikut rangkaian alat spektroskopi FTIR

2

Sumber cahaya polikromatik diteruskan menuju beam splitter lalu menuju ke cermin 3

dan cermin 4 dimana cermin 4 adalah movable mirror yang dapat digerakan beberapa

millimeter. Sinar dsari cermin-cermin tersebut dipantulkan menuju beam splitter kembali dan

dari beam splitter sinar diteruskan ke sample susu dan menghasilkan pola interferensi.

Absorban cahaya yang diserap oleh sample susu ini akan dideteksi oleh sensor

photomultiplier dan diubah dalam bentuk tegangan. Proses selanjutnya dilakukan dalam

hardware computer dan dianalisis dengan menggunakan jaringan saraf tiruan. Berikut

diagram blok nya

Dari rangkaian kerja alat di atas maka dapat dilihat perubahan variabel dari cahaya yang

dilewatkan oleh interferometer lalu diserap sample susu dengan kuat intensitas yang

satuannya candela maka akan dirubah menjadi variabel lain oleh photomultiplier menjadi

voltage. Maka dari itu setelah dari photomultiplier diperlukan rangkaian ADC (analog to

digital converter) agar sinyal-sinyal analog dari photomultiplier dapat diproses secara digital

oleh software di komputer.

Berikut merupakan hasil interferogram dari sample susu.

3

Dan di bawah ini adalah rangkaian hardware dari spektroskopi FTIR.

Hasil dari spektroskopi FTIR ini awalnya berupa interferogram yang nantinya pada

software computer akan diolah secara digital dan menghasilkan keluaran dalam bentuk grafik

spektrum seperti dibawah ini.

Dari grafik tersebut dapat diperoleh informasi bahwa spektrum diatas mempunyai

puncak pada setiap ikatan karena terjadi penyerapan intensitas cahaya inframerah. Contohnya

ikatan kuat C=O stretch (carbonyl) pada panjang gelombang 1700 1725 cm-1

dan ikatan O-H

terjadi puncak yang melebar pada 2700 – 3300 cm-1

. 1992, 2054 dan 2280 nm. Daerah

spektrum tersebut dapat digunakan untuk menentukan kandungan lemak, protein dan laktosa

sehingga dapat ditentukan kualitas susu yang baik atau buruk dari daerah spektrumnya.

2. Sistem fotonik kedua yang akan kami jelaskan adalah Prinsip Kerja Kamera Digital

Kamera Digital termasuk produk teknologi digital dengan kemampuan mengambil input

data analog berupa frekuensi sinar dan mengubahnya ke bentuk digital.

4

Sumber : http://blogecahjowo.blogspot.com/2010/12/camera-analog-dan-camera-

digital.html

Gambar 1, prinsip kerja kamera digital

Diagram blok kamera digital

Prinsip kerjanya cahaya yang masuk, setelah melewati jajaran lensa (1) akan dipantulkan

oleh cermin yang dipasang pada posisi kemiringan 45 derajat (2) dan diproyeksikan ke matte

focusing screen (5). Melaluicondensing lens (6) dan pantulan di dalam pentaprism (7),

gambar objek kemudian diteruskan ke lensa mata manusia (8). Ketika kita menekan

tombol shutter (bidik) maka cermin (2) akan melipat ke arah panah, focal plane shutter (3)

membuka dan kemudian gambar akan ditangkap oleh sensor (4) dan diteruskan ke prosesor

gambar kemudian disimpan di media penyimpanan (MMC dan sebagainya).

Proses perubahan berbagai besaran fisis dan variable terjadi pada sensor kamera ini.

Maka dari iru sensor yang digunakan sangat berperan penting dalam proses pengolah citra.

Ada 2 jenis teknologi sensor kamera yang berkembang saat ini yaitu CCD dan CMOS.

5

Berikut penjelesan mengenai sensor CCD dan CMOS.

A. CCD (Charge Couple Device)

Image source http://diary.febdian.net/2009/10/08/serat-optik-dan-mata-elektronik/

Gambar 2, prinsip kerja sensor CCD pada kamera digital

CCD merupakan chip silikon yang terbentuk dari ribuan atau bahkan jutaan dioda

fotosensitif yang disebut photosites, photodelements, atau disebut juga piksel. Tiap photosite

menangkap satu titik objek kemudian dirangkai dengan hasil tangkapan photosite lain

menjadi satu gambar. Saat menekan tombol capture pada kamera digital, sel pengukur

intesintas cahaya akan menerima dan merekam setiap cahaya yang masuk menurut

intensitasnya. Dalam waktu yang sangat singkat, tiap titik photosite akan merekam cahaya

yang diterima dan diakumulasikan dalam sinyal elektronis. Gambar yang sudah

dikalkulasikan dalam gambar yang sudah direkam dalam bentuk sinyal elektronis akan

dikalkulasi untuk kemudian disimpan dalam bentuk angka-angka digital. Angka tersebut akan

digunakan untuk menyusun gambar ulang untuk ditampilkan kembali

Perekaman gambar yang dilakukan oleh CCD sebenarnya dalam format grayscale atau

monokrom dengan 256 macam intensitas warna dari putih sampai hitam. Revolusi fotografi

yang dilakukan oleh James Clark Maxwel pada tahun 1860 an mampu membuat gambar

berwarna dari film hitam putih dengan mengunakan filter merah, hijau dan biru yang dikenal

dengan RGB ( Red Green Blue ). Pembentukan warna pada gambar fitografi sebenarnya

hanya terdiri dari tiga warna yaitu merah, hijau dan biru atau disebut additive color system.

Apabila ketiga warna ini digabungkan dengan intensitas yang sama akan membentuk warna

putih. Pada proses penyaringan warna, setiap cahaya yang ditangkap oleh piksel photosote

6

akan tersaring menurut warna yang digunakan untuk proses penyaringan sesuai dengan

intensitasnya.

Image source http://kamera-gue.web.id/2010/02/01/antara-sensor-ccd-dan-cmos/

Gambar 4, diagram blok prinsip kerja CCD

Pada kamera bersensor CCD, proses analog-to-digital conversion (ADC) dilakukan diluar

chip sensor. Cara kerja sensor ini adalah ketika cahaya mengenai sensor, masing-masing

pixel sensor menghasilkan muatan listrik yang kemudian dikonversi menjadi tegangan.

Tegangan dikirim menuju chip pengkonversi sinyal analog menjadi digital (analog to

digital converter - A/D converter) melalui sebuah saluran dengan cara serial (seperti pada

sistem register geser).

2.2.2 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

sumber http://www.yangcanggih.com/2011/08/21/perbedaan-antara-sensor-gambar-ccd-

dan-cmos-di-kamera-digital/

Gambar 5, Perbedaan prinsip kerja CCD dengan CMOS

7

CMOS merupakan teknologi yang relatif baru serta dipakai pada industri semikonduktor.

Sensor-sensor cahaya menerima cahaya kemudian diubah langsung menjadi data digital. A/D

converter terletak pada masing-masing komponen sensor. Oleh karena itu piranti CMOS

lebih sering disebut piranti digital. Susunan komponen di dalam CMOS memang lebih rumit

namun keuntungannya komponen ini tidak memerlukan banyak piranti pendukung untuk

mendapatkan data digital.

Tiap piksel pada sensor CMOS mampu menghasilkan tegangan keluaran sendiri (berkat

transistor yang ada pada setiap piksel) sehingga memungkinkan membuat chip CMOS yang

terintegrasi dengan rangkaian ADC.

Gambar 6, Prinsip kerja CMOS pada kamera digital

Proses demosaicing.

Setelah aliran listrik dibentuk oleh proses ADC pada sensor. Voltage tersebut merekontruksi

ulang gambar dengan format RAW yang disebut proses democaicing. File gambarnya masih

dalam format RAW dimana memakan kuota yang jauh lebih besar daripada format JEP/Tiff.