BAB I PENDAHULUAN 1-1
PENGERTIAN OPTOELEKTRONIKA Optoelektronika merupakan kata gabungan antara awalan opto- (optika) dan
elektronika, salah satu hasil karya kreativitas manusia. Sudah menjadi kodrat bahwa manusia selalu tidak merasa puas dengan apa yang telah diperolehnya. Hal ini menjadi pendorong keinginan manusia kreatif untuk berusaha mendapatkan apa yang belum ada; mereka selalu berpikir dan bekerja untuk mendapatkan hal-hal yang baru dan mengembangkan yang telah ada. Dapat dikemukakan disini contoh dalam bidang ilmu pengetahuan alam. Sejak ditemukannya gejala kelistrikan, para ahli terus mengadakan penelitian dan mengembangkan cabang baru ini. Lahirlah ranting baru yaitu elektronika. Demikian pula penelitian dan pengembangan cabang optika dan fisika mengalami kemajuan yang pesat. Dengan kecerdikan dan kejeliannya para ahli berhasil menggabungkan dan mengembangkan ketiga cabang tersebut sehingga lahirlah OPTOELEKTRONIKA. Jadi secara umum, Optelektronika dapat diartikan sebagai perpaduan antara Fisika, Optika dan Elektronika, atau Optelektronika adalah perpaduan antara Fisika, Optika dan Elektronika sedemikian sehingga terbentuk suatu sarana yang lebih efektif dan efisien untuk keperluan pengalihan informasi, pengaturan, pengendalian, penginderaan dan pengukuran. Penelitian dan pengembangan bidang yang relatif baru ini terus berlangsung, sehingga tidaklah mengherankan bila para ahli berpendapat bahwa masa depan yang akan datang bidang ini memasuki pelbagai aspek kehidupan masyarakat. Penerapan Optoelektronika dapat ditemukan sehari-hari untuk berbagai remote control, piranti penampil LED dan LCD, oplocoupler, hingga sistem transmisi serat optis. 1-2
SPEKTRUM OPERASIONAL OPTOELEKTRONIKA Karena Optelektronika terkait dengan isyarat berwujud cahaya pada berbagai
panjang gelombang, maka perlu dipastikan rentang variasi panjang-gelombang atau lebar spektrum frekuensi kerjanya. Pada dasarnya tidak ada perbedaan antara gelombang cahaya dengan gelombang elektromagnetis lain seperti gelombang-mikro, radar, dan sebagainya kecuali pada frekuensinya yang lebih tinggi. Bila semua jenis radiasi gelombang elektromagnetis disusun menurut panjang-gelombang atau frekuensinya, maka
susunan tersebut disebut spektrum magnetis. agnetis. Kawasan frekuensi ini dimulai dengan osilasi gelombang elektrik ktrik pada panjang gelombang yang sangat panjang yang terukur dalam ribuan kilometer hingga sinar kosmis yang berpanjang-gelombang berpanjang gelombang sangat pendek yang terukur dalam per triliun meter. Karena Optoelektronika adalah cabang elektronika yang berhubungan dengan gelombang cahaya, maka piranti optelektronis dibatasi beroperasi pada kawasan optika dalam spektrum gelombang elektromagnetis tertentu saja, yaftu di tiga bidang dasar frekuensi optika berikut.
Gambar 1.1 Spektrum Gelombang Elektromagnetis Elektromagne (1).
Inframerah, frekuensinya terlalu rendah untuk dapat ditanggapi oleh syaraf penglihatan mata manusia. Panjang-gelombang gelombang kawasan ini dimulai pada 0,7500 hingga 4000 mikron (7500 - 40.000.000 angstrom): 1 mikron = 10-6 meter dan 1 angstrom = 10-10 meter.
(2).
Cahaya tampak, yaitu cahaya yang dapat ditanggapi oleh indera penglihatan. Panjang-gelombang Panjang gelombang kawasan ini antara 0,3900 dan 0,7500 mikron (3900 - 7500 angstrom).
(3).
Ultraungu, frekuensinya terlalu tinggi untuk dapat ditanggapi oleh syaraf penglihatan. Panjang-gelombang kawasan ini antara 0,005 hingga 0,3900 mikron (50 - 3900 angstrom).
Pada Gambar 1.1 disajikan spektrum gelombang elektromagnetis dengan pembagian terinci dalam kawasan operasional Optoelektronika. 1-3
SEJARAH SINGKAT PERKEMBANGAN OPTOELEKTRONIKA Pembicaraan tentang sejarah Optoelektronika tidak bisa lepas dan masalah
komunikasi, karena pangkal tolak perkembangan bidang ini adalah bidang komunikasi, sejak lebih dan dua abad lalu. Dengan penemuan sistem komunikasi visual oleh Claude Chappe di Perancis pada tahun 1792, yaitu yang berwujud Semafor, mulailah babak barn dalam sistem komunikasi antar manusia. Pada waktu itu dibangun menara-menara tinggi antara Paris dan Culle (230 km) yang pada puncaknya diberi lengan untuk memperagakan isyarat dan detektor penangkap isyarat ini adalah mata manusia. Sistem komunikasi optis ini merupakan sistem penyaluran isyarat cepat yang pertama. Perkembangan sistem optis ini kemudian terhambat dengan penemuan telegrafi oleh Morse pada tahun 1835, yang menggunakan isyarat elektrik yang dapat menempuh jarak yang lebih jauh, yaitu sepanjang benua Amerika dan Samudera Atlantik. Menjelang dan selama perang dunia, kedua penggunaan sistem komunikasi optis bangkit kembali. Sebagai sumbernya digunakan piranti sejenis lampu, sedang sistem penerimanya dengan perangkat cermin berbentuk parabola dan tabung foto. Namun penggunaan teknologi ini kurang praktis dan digunakan hanya untuk keperluan militer pada jarak terbatas. Diilhami oleh pe perkembangan
sistem
nemuan diode dan transistor pada tahun 1948,
komunikasi
optis
ini
mulai
pesat.
Sebagai
sumber
elektroluminesens ditemukan diode pancar cahaya (Light Emitting Diode atau LED) dan fotodiode sebagai detektornya. Jarak yang dapat dicapai pada saat itu tersebut masih pendek sekali, terbatas pada kemampuan pancar LED dan kekuatan cahaya yang mencapai fotodiode. Tak berapa lama kemudian mulai ditemukan penyalur isyarat cahaya (pemandu cahaya) yang efisien sehingga jarak penyaluran makin panjang. Pemandu gelombang yang pertama diperkenalkan Royal Society di lnggris oleh John Tyndal pada tahun 1954, berupa pipa yang diisi air dan diberi sinar sewaktu air mengalir, yang ternyata membawa serta cahaya tersebut. Dalam tahun-tahun
seribu sembilan ratus lima puluhan pemandu seperti ini belum praktis karena kerugian dayanya yang relatif masih sangat tinggi. Sejak laser ditemukan sekitar awal tahun seribu sembilan ratus-enam puluhan, perkembangan Oplelektronika selanjutnya menjadi pesat sekali. Sebagai sumber elektroluminesens, laser mempunyai daya dan efisiensi yang jauh lebih besar dibandingkan dengan LED. Pada Tahun 1966, K.C. Kao dan G.A. Hochan mengajukan kertas kerja yang berjudul “Dielectric-fiber surface wave guide for optical frequency” Proc. IEEE (London) 1151-1158 (1966), yang mengemukakan bahwa sifat-sifat gelas sangat cocok untuk digunakan sebagai pemandu cahaya. Dua tahun kemudian ditemukan bahwa mode penyebaran cahaya pada pemandu dapat dikurangi dengan membuat pemandu dan gelas dengan indeks bias tak seragam. Penyusutan daya yang dapat dicapai pada waktu itu mencapai 20 dB/km. Penemuan lainnya, yaitu pipa kapiler yang diisi cairan sebagai pemandu, dapat mengurangi penyusutan daya hingga mencapai 10 dB/km. Pengembangan pemandu terus berlangsung hingga pada tahun 1972 diperoleh pemandu untuk mode-jamak dengan penyusutan mencapai 4 dB/km. Industri cenderung memproduksi pemandu untuk mode tunggal (hanya melewatkan satu pola gelombang), karena mode tunggal memiliki lebar bidang yang lebih besar dibandingkan dengan mode jamak. Dewasa ini telah dicapai pemandu dengan penyusutan daya hingga 0,2 dB/km pada panjanggelombang 1,55 mikron. Sejalan dengan perkembangan serat optis, komponen Optoelektronika lainnya pun mengalami perkembangan yang pesat. LED yang banyak diperkenalkan adalah jenis diode Burrus dan diode dengan struktur tak seragam (Gambar 2.4 dan 2.5 di bab berikutnya). LED yang paling populer adalah yang menghasilkan cahaya pada panjang-gelombang sekitar 800 nanometer. 1-4
DAYA TARIK OPTOELEKTRONIKA Adalah selalu menarik untuk mempelajari hal-hal yang baru. Optoelektronika
adalah cabang ilmu yang relatif masih baru di khasanah ilmu pengetahuan dibanding elektronika. Optoelektronika terbentuk dan perkembangan ilmu yang terdahulu ada, yaitu bidang optika dan bidang elektronika. Karena merupakan penggabungan maka tentu saja watak, dan hasilnya mengandung unsur-unsur pernbentuknya. Tujuan usaha penggabungan ini adalah untuk mendapatkan sesuatu yang lebih efektif dan efisien
fungsi/penggunaannya, termasuk segi ekonomi, kekuatan, keandalan, daya-guna, dan pengelolaannya. Tergesernya fungsi kabel logam, untuk menyalurkan informasi di berbagai bidang terapan oleh serat optis, merupakan salah satu contoh perwujudan alasanalasan tersebut. Serat optis mempunyai sejumlah keunggulan dibandingkan kawat logam. Serat optis lebih ringan, berkapasitas lebili besar, lebih kebal terhadap derau, lebih kebal terhadap perubahan suhu, dan tidak terpengaruh oleh induksi elektrornagnetis yang sering mengganggu kabel logam. Pemancar cahaya LED dan laser yang menghasilkan gelombang pembawa berupa cahaya akan mempunyai lebar bidang yang besar, daya guna besar, dan konstruksinya yang relatif sederhana. Demikian juga pada sistem penerimanya, konstruksi lebili sederhana, lebih ekonomis, dan masih banyak lagi kelebihan lainnya dibandingkan dengan sistem elektronika. 1-5
SISTEMATIKA PEMBAHASAN Sistematika
pembahasan
dirancang
berdasar
urutan
kemudahan
pemahaman, dimulai dengan pengertian dasar perihal Optoelektronika, konsep-konsep utama sistem Optoelektronika, teknologi dan analitika pendukung, hingga bidangbidang terapannya. Sesuai dengan judul, yaitu sistem dan penerapan optoelektronika, pokokpokok bahasan yang dibicarakan meliputi sistem optoelektronika, yang meliputi sistem dan komponen-komponen pembentuknya dan penerapan sistem tersebut di berbagai bidang. Pokok-pokok bahasan yang dipaparkan disusun dengan sistematika sebagai berikut : Pertama, di Bab II, diuraikan perihal Sistem Optoelektronis secara umum untuk menangani isyarat optis (cahaya sebagai pembawa informasi). Sistem pada dasarnya diawali dengan bagian isyarat elektris menjadi isyarat optis, dilanjutkan dengan bagian inti penanganan isyarat optis, dan diakhiri dengan bagian pengembalian isyarat optis ke bentuk yang sesuai untuk difahami oleh penerima informasinya. Kedua, di Bab III bagian-bagian sistem Optoelektronis dibahas secara lebih mendalam terkait di atas dibahas secara lebih mendalam terkait dengan teknologi, fungsi, dan watak masing-masing. Pemahaman yang cukup detil, mengenai komponen-komponen pendukung bagian-bagian tersebut, diharapkan memantapkan
pengertian mengenai unjuk-kerja sistem secara menyelutuh, dan dapat menjadi modal pengembangan kemampuan perancangannya. Ketiga, di Bab IV, diberikan berbagai contoh bidang terapan secara ringkas untuk memberikan gambaran keluaran cakrawala penggunaan Sistem Optoelektronika. perihal sumber - sumber elektroliminesens LED dan laser diode; jenis, watak-watak komponen ini, contoh untai LED dan untai diode laser, cam pemodulasinya dan sebagainya. Keempat, di Bab secara khususnya terapan di bidang Telekomunikasi diuraikan cukup mendalam, agar pembaca dapat termotivasi untuk mempelajari lebih lanjut dan lebih mendalam dunia Optoelektronika di bidang yang menjadi kebutuhan manusia modern di Abad informasi ini.
