BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1

LASER Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

merupakan proses penguatan cahaya oleh emisi radiasi yang terstimulasi. (Ayi Bahtiar, 2008). Pembahasan mengenai laser tidak terlepas dari gelombang elektromagnetik. Gelombang adalah getaran yang terus menerus merambat dengan bentuk yang tetap pada kecepatan yang konstan secara periodik. Dalam gejala penyerapan, gelombang akan mengecil saat bergerak, apabila mediumnya bersifat dispersif atau bersifat penghambur, maka frekuensi dan kecepatannya akan berbeda, dalam bentuk dua atau tiga dimensi dan ampltitudo gelombang tersebut juga akan berkurang selama penyebaran . (Griffiths, 1999). Gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang tidak membutuhkan medium dalam perantaranya.

Gambar 2.1a. Proser terjadi Laser setelah lasing Terjadinya laser sudah diramalkan jauh hari sebelum dikembangkannya mekanika kuantum. Pada tahun 1917, Albert Einstein mempostulatkan pancaran imbas pada peristiwa radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu

Universitas Sumatera Utara

gas yang sedang menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut dia ada 3 proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancaran spontan (disebut fluorensi) dan pancaran terangsang ( atau lasing dalam bahasa Inggrisnya, artinya memancarkan laser). Proses yang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada keadaan normal serapan dan pancaran spontan sangat dominan. Sebuah atom pada keadaan dasar dapat dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang lebih tinggi dengan cara menumbukinya dengan elektron atau foton. Setelah beberapa saat berada di tingkat tereksitasi ia secara acak akan segera kembali ke tingkat energi yang lebih rendah, tidak harus ke keadaan dasar semula. Proses acak ini dikenal sebagai fluoresensi terjadi dalam selang waktu rerata yang disebut umur rerata, lamanya tergantung pada keadaan dan jenis atom tersebut. Kebalikan dari umur ini dapat dipakai sebagai ukuran kebolehjadian atom tersebut terdeeksitasi sambil memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih tingkat energi asal dan tujuan. Foton ini dapat saja diserap kembali oleh atom yang lain sehingga mengalami eksitasi tetapi dapat pula lolos keluar sistem sebagai cahaya. Sebetulnya atomatom yang tereksitasi tidak perlu menunggu terlalu lama untuk memancar secara spontan, asalkan terdapat foton yang merangsangnya. Syaratnya foton itu harus memiliki energi yang sama dengan selisih tingkat energi asal dan tujuan. (Sugata Pikatan, 1991) Pada dasarnya ada tiga macam bentuk interaksi yang terjadi antara cahaya dengan materi, yaitu absorpsi, emisi spontan dan emisi terstimulasi. Pandang dua buah tingkatan energi E1 (pita valensi) dan E2 (energi konduksi), dimana E2 > E1, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1b

Gambar 2.1b Tigas jenis interaksi cahaya terhadap materi (a) absorbs (b) emisi spontan (c) emisi terstimulasi (Ayi Bahtiar. 2008)


Adapun pengertian dari masing-masing proses di atas adalah sebagai berikut : 1.

Absorpsi adalah proses tereksitasinya elektron dari tingkatan energi E1 ke E2 akibat penyerapan foton dengan energi hν > (E2 - E1), dimana h adalah konstanta Planck 6,626 x 10-34 J.s

2.

Emisi spontan adalah proses meluruhnya elektron yang tereksitasi di tingkatan energi E2 ke tingkatan energi E1. Karena E2 > E1, maka proses peluruhan akan melepaskan energi yang berupa : Emisi radiatif (memancarkan foton dengan energi = E2 – E1). Dan emisi non-radiatif ( tidak memancarkan foton)

3.

Emisi terstimulasi adalah proses yang melibatkan elektron-elektron yang sudah berada di E2 distimulasi/dirangsang oleh foton yang datang untuk meluruh ke E1, sehingga akan memperkuat energi cahaya yang datang (amplification by stimulated emission of radiation) (Ayi Bahtiar. 2008) Jenis laser yang digunakan dalam penelitian ini yaitu laser dioda jenis

DFB (distributed feedback) laser. DFB laser beroperasi dengan lebar spektral sekecil 10 MHz (tanpa modulasi) dan modulasi bandwidth yang baik kisaran GHz. DFB laser digunakan dalam berbagai aplikasi termasuk komunikasi serat optik di kisaran panjang gelombang 1,3 x 10-6 m sampai dengan 1,55 x 10-6 m. Jenis DFB laser digunakan yaitu DFB laser Anritsu modul AF5B145FM50M seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 DFB laser Anritsu modul AF5B145FM50M (anritsu.com)


2.2

OEM Laser Diode And Temperature Controller Dua parameter penting dalam DFB laser adalah panjang gelombang dan

daya optis yang masing-masing dipengaruhi oleh temperatur dan arus. Kestabilan laser DFB dapat diatur berdasarkan nilai arus dan temperatur. Nilai arus dan temperatur ini yang kemudian dapat merubahah panjang gelombang dan daya optis yang dinginkan dalam penelitian. Penelitian ini dikhususkan mengambil tegangan yang masuk ke dalam laser yang kemudian dikontrol berdasarkan nilai temperatur dan arus. Perlu diketahui bahwa nilai temperatur dan arus yang dihasilkan oleh laser tersebut masih berupa tegangan dalam satuan milivolt. Nilai tegangan ini yang ditampilkan di LCD display yang kemudian diatur berdasarkan nilai arus dan temperatur yang diinginkan. Kontrol temperatur dan arus ini menggunakan ITC 102 Thorlabs (OEM Laser Diode & Tempertaure Controllers) seperti gambar 2.3 berikut ini.

Gamabr 2.3 OEM Laser Diode & Tempertaure Controllers (thorlabs.com) Konfigurasi arus dan temperatur yang diatur dapat dilihat pada gambar 2.4. Setiap kaki pada Temperature Electric Cooler (TEC) memiliki fungsi yang berbeda beda. Pembahasan penelitian ini memfokuskan pada arus dan temepratur yang dikontrol. Pada OEM Laser Diode And Temperature Controller terdapat display yang dapat langsung melihat perubahan arus dan kontrol, dapat dilihat pada Tabel 2.2 ST3 Display Jack


Tabel 2.1 Konfigurasi kaki pin ST1 64pin I/O-jack PIN

Fungsi

Input/Output

Jangkauan/Koefisien

A4,C4

TEC – (ground)

O

A5,C5

TEC +

O

±2A/2A/3A/±6V

C6

Ad590+

I

-20…+80oC

A6

AD590

I

253.2 … 352.2 µA 1µA/oC

A7

Thermistor ground

I

C7

Thermistor

I

100Ω..80kΩ

A9

ITEC LIM

O

0..+5V 2.5/2.5/1.667 V/A

A10

Delta T / Delta R

O

-5..+5V 0.5V/°C / -0.5V/Ω

TACT / RACT

O

-1..+4V / +5mV..+4V

TSET / RSET

O

C10

C11

50mV/°C / 50mV/kΩ -1..+4V / +5mV..+4V 50mV/°C / 50mV/kΩ

A11

T TUNE

I

-5..+5V 20°C/V / 16kΩ/V

A15

LD MOD

I

-5..+5 V 40/200/600 mA/V

A19

IPD

O

0..+5V 2.5V/mA

A20

ILD

O

0..+5V(CG)/ 0..-5V(AG) 25 / 5 / 1.667V/A

C20

ILDLIM

O

0..+5V 25 / 5 / 1.667 V/A

A22

BIAS -

O

-5V const

C22

BIAS +

O

+5V const

A23

Monitor diode cathode

I

C23

Monitor diode anode

I

0..2mA (floating diff. input)


A24,C24

Laser diode anode O

O

+0.2A/1A/3A / 4V1)

(polarity CG) A25,C25

Laser diode ground

O

A26,C26

Laser diode cathode

O

A13

TEC ON IN

I

A12

TEC ON OUT

O

Low = TEC on (open collector)

C12

TEMP ERR

O

Low = TEC window exceeded (open

-0.2A/1A/3A / 4V

collector, OC) O

Low = heat sink overtemperature

LD ON IN

I

HIGH = LASER ON

A17

TTL MOD

I

HIGH = LASER ON

C16

LD ON OUT

O

LOW = LASER ON (OPEN COLLECTOR)

C18

LIMIT LD

O

LOW = LASER LIMIT REACHED (OPEN COLLECTOR)

C17

INTERLOCK

I/O

CLOSED TO GROUND (R < 430 Ω)

C13

OTP

C14

Digital ground

C15


Tabel 2.2 ST3 Display jack PIN

Function

Input/Output

1

-9 V

2

GND

3

+5V

4

IPD Disp

O

5

ILD Disp

O

6

TSET Disp

O

7

ILDLim Disp

O

8

TACT Disp

O

9

ITECLIM Dis

O

10

Ground

Gambar 2.4 ST1 64pin I/O-jack


Sistem Akuisisi Data

2.3

Sistem akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki. Jenis serta metode yang di pilih pada umumnya bertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses. Suatu sistem akuisisi data pada umumnya dibentuk sedemikian rupa sehingga sistem tersebut berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyimpan data dalam bentuk yang siap untuk diproses lebih lanjut. (F. Rizal Batubara, 2005) Akuisisi Data yaitu suatu sitem instrumentasi yang bertujuan untuk mengubah data atau mentransformasikan banyak data kedalam satu format yang sama sehingga memudahkan pengolah data. Sistem akuisisi data dapat dikelompokkan kedalam dua kelas utama yaitu: 

Sistem akuisisi data analog



Sistem akuisisi data digital Sistem analog menyangkut informasi pengukuran dalam bentuk analog,

dan didefinisikan sebagai fungsi kontinu sedangkan sistem digital menangani informasi-informasi dalam bentuk digital. Besaran digital dapat berisi informasi mengenai kebesaran atau sifat dasar dari besaran tersebut. (Samaun Samadikun, 1989)

2.3.1

Perkembangan Sistem Akuisisi Data Awalnya proses pengolahan data lebih banyak dilakukan secara manual

oleh manusia, sehingga pada saat itu perubahan besaran fisis dibuat ke besaran yang langsung bisa diamati panca indra manusia. Selanjutnya dengan kemampuan teknologi pada bidang elektrikal besaran fisis yang diukur sebagai data dikonversikan ke bentuk sinyal listrik, data kemudian ditampilkan ke dalam bentuk simpangan jarum, pendaran cahaya pada layar monitor, rekorder xy dan lain-lain. Sistem akuisisi data berkembang pesat sejalan dengan kemajuan dibidang teknologi digital dan komputer. Kini, akuisisi data menkonversikan besaran fisis sumber data ke bentuk sinyal digital dan diolah oleh suatu komputer. Pengolahan dan pengontrolan proses oleh komputer memungkinkan penerapan


akuisisi data dengan software. Software memberikan harapan proses akuisisi data bisa divariasi dengan mudah sesuai kebutuhan. Gambar 2.5 menunjukan proses akuisisi data menggunakan komputer.

Tranduser

Amplifer

Filter

S/H

A/D

Komputer

Display

A/D

Gambar 2.5 Komputer digital untuk kebutuhan data (F. Rizal Batubara, 2005)

Fungsi masing-masing blok dalam sistem adalah sebagai berikut:  Tranduser: berfungsi untuk merubah besaran fisis yang diukur kedalam bentuk sinyal listrik.  Amp: berfungsi untuk memperbesar komputer dari sinyal yang dihasilkan transduser.  LPF : berfungsi untuk membatasi lebar band frekuensi sinyal listrik dari data yang diukur.  S/H : berfungsi untuk menjaga komputer sinyal analog tetap konstan selama waktu konversi analog ke digital.  A/D : berfungsi untuk merubah besaran analog kedalam bentuk representasi komputer.  D/A : berfungsi untuk merubah besaran komputer kedalam sinyal analog.  Komputer : berfungsi untuk mengolah data dan mengontrol proses. Pada konfigurasi kanal tunggal, komputer berfungsi sebagai pemroses data dan juga pengontrol penguatan sinyal. (F. Rizal Batubara, 2005) Dewasa ini prinsip penggunaan akuisisi data mulai banyak dikembangkan, mengingat banyaknya manfaat yang dapat diberikan, seperti : 

Dapat membaca atau menerima data secara terus menerus.



Pemprosesan data yang lebih cepat (delay kerja sistem amat rendah).




Proses kerja dan data olahannya lebih akurat.



Penerimaan data berlangsung otomatis (tidak perlu diawasi terus menerus).



Data dapat disimpan kedalam disk pada komputer (untuk penganalisaan lebih lanjut).



Dapat dilakukan setting data yang tertentu jika ditemukan suatu data yang khusus, maka komputer akan mengaktifkan suatu tranducer tertentu



Dapat melakukan penerimaan data yang berganda lebih dari satu



Data yang diterima dapat berasal dari sumber sensor dengan sinyal yang analog maupun yang digital (serba guna)



Menggunakan pengontrolan utama sebuah komputer mikro PC yang harga komputer murah



2.4

Tidak mudah terganggu noise lingkungan. (Samaun Samadikun, 1989)

LabJack U6 Pro Tegangan dari OEM Laser Diode & Tempertaure Controllers yang

ditampilkan oleh LCD display maka akan diolah kedalam sistem akuisisi data menggunakan LabJack U6 Pro. Dengan menghubungkan kaki-kaki yang terdapat pada LabJack U6 Pro yang kemudian dibaca menggunakan program aplikasi LabView 2011 untuk dapat melihat temperature control dan current control dimana kedua control tersebut masih dalam satuan millivolt. Begitu juga yang ditampilkan dalam aplikasi LabView 2011 masih dalam satuan millivolt. Data yang diperoleh tersebut akan secara otomatis tersimpan ke dalam komputer dengan file excel. Ada beberapa kelebihan dalam menggunakan LabJack U6 Pro diantaranya adalah sebagai berikut : 1.

Memiliki 14 analog input (16-18+ bit tergantung kecepatan)

2.

U6-Pro menambahkan 24-bit low speed ADC untuk 222-bit resolusi yang effektif)

3.

Single-Ended Inputs (14) atau difrensial input (7)

4.

Instrumentasi amplifier input

5.

Jangkauan analog input berkisar ±10, ±1 dan ±0,1 volt

6.

Dirancang dengan sensor suhu CJC

7.

Memiliki 2 keluaran arus (200/10 µA)


8.

Memiliki 2 keluaran analog (12-bit, ~0-5 volt)

9.

20 digital I/O

10.

Sampai 2 counter (setiap counter 32 bit)

11.

Sampai 4 timer

12.

Dilengkapi dengan software dan hardware

13.

Dapat dioperasikan dengan sistem windows, Linusx dan Mac

14.

Tersedia contoh dalam aplikasi C/C++, VB, LabVIEW, Phyton dan lain sebagainya.

Gamabr 2.6 LabJack U6 Pro Penggunaan akuisisi data pada LabJack U6 Pro, dalam hal ini hanya menggunakan port analog input (AIN) AIN 0 – AIN 3 sebagai data signal analog. Data signal analog tersebut kemudian dikirim menggunakan port serial ke USB.

2.5

Perangkat Lunak LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation

Engineering Workbench) LabVIEW adalah produk dari National Instruments yang berupa software pengembangan program aplikasi dan hardware input-output untuk keperluan akusisi dan pengendalian. Perangkat lunak (software) ini dapat dijalankan pada sistem operasi Linux, Unix, Mac OS X dan Windows. Berbeda dengan pemograman berbasis teks dimana instruksi-instruksi menentukan eksekusi program pada sistem kendali, LabVIEW merupakan pemograman aliran data dimana aliran data menentukan eksekusi dari program.


2.5.1

LabVIEW Software

Perangkat lunak LabVIEW atau LabVIEW software merupakan sebuah bahasa pemograman graphical yang menggunakan simbol (ikon) untuk membuat aplikasi. Sedangkan Visual Instruments (VIs) adalah program LabVIEW yang menirukan instrumen sebenarnya dalam bentuk simbol-simbol. Untuk membuat tampilan program aplikasi LabVIEW, digunakan tools dan objek. Tampilan aplikasi ini kemudian dikenal dengan jendela front panel. Dari tampilan jendela front panel kemudian ditambahkan kode yang direpresentasikan oleh simbol dari fungsi untuk mengatur objek. Sedangkan source code simbol tersebut ada dalam tampilan jendela block diagram. LabVIEW software terdiri dari 3 (tiga) komponen utama, yaitu front panel, block diagram dan tipe data.

Gambar 2.7 Tampilan halaman awal LabView 2011

2.5.1.1 Front panel Front panel merupakan penghubung (interface) antara pengguna (user) dengan program aplikasi. Didalam front panel terdapat kontrol (input) dan indikator (output) sebagai masukan atau keluaran instrumen. Kontrol adalah


instrumen mekanisme masukan yang menyuplai data dari block diagram yang mencakup knop, push button, dial dan mekanisme masukan lainnya. Sedangkan indikator adalah instrumen mekanisme keluaran yang menampilkan data dari block diagram, mencakup grafik, LED, tank dan tampilan keluaran lainnya.

Gambar 2.8 Jendela Depan Front panel

2.5.1.2 Block Diagram Block diagram merupakan jendela tempat menuliskan perintah dan fungsi, berisikan source code berupa simbol-simbol, node dan garis sebagai data flow untuk mengeksekusi program termasuk kode dari front panel. Pada block diagram juga tersedia function palette yang berisi fungsi-fungsi yang digunakan untuk memanipulasi input, contohnya fungsi array, matematika, fungsi IO dan sebagainya. Pada block diagram, tool palette juga dipakai untuk mengatur dan menghubungkan ikon. Pemrograman di blok diagram ini merupakan basis pemrograman yang sebenarnya. Disini, user dapat memprogram dengan cara drag and drop fungsi yang diperlukannya kemudian menghubungkan blok – blok tersebut dengan semacam wire yang merepresentasikan arah dan hubungan antar


data. Wire tersebut hanya dapat terhubung apabila dua data yang dihubungkan memiliki tipe data yang sama.

Gambar 2.9 Jendela Depan Diagram Blok

2.5.1.3 Tipe Data Dalam membuat aplikasi VIs, harus diperhatikan tipe data tiap simbol agar data flow dapat berjalan semestinya. Tipe data yang tersedia yaitu numerik, boolean dan string. Tipe data dari sebuah simbol dapat diketahui dari warna node atau warna kabel ketika dihubungkan ke simbol lainnya. Untuk tipe data numerik ditandai dengan warna oranye (untuk bilangan float) atau biru (untuk bilangan integer), tipe data Boolean ditandai dengan warna hijau dan tipe data string ditandai dengan warna merah muda. LabVIEW banyak digunakan karena memiliki kelebihan. Beberapa kelebihan LabVIEW antara lain : 1.

Pembuatan program di LabVIEW jelas dan mudah dipahami, karena berbentuk grafis, dengan instruksi berbentuk ikon-ikon, yang dihubungkan dengan garis untuk menunjukkan aliran data, mirip flowchart.

2.

Pembuatan program yang mudah, yaitu hanya dengan menarik keluar ikon instruksi

yang

sudah

tersedia

di

palet

(kotak

instruksi),

dan


menghubungkannya dengan garis ke ikon lain. Garis ini sama seperti variabel pada bahasa pemograman teks. Dengan cara ini, LabVIEW menyederhanakan pembuatan program, karena garis tersebut hanya akan terhubung apabila tipe datanya sesuai sehingga menghilangkan kebutuhan manajemen memori dan deklarasi tipe data setiap variabel seperti dalam bahasa pemograman teks. Juga tidak perlu mengingat nama instruksi, karena semua ditampilkan pada palet. 3.

Mempersingkat waktu pembuatan program karena mudah dipahami dan mudah dibuat.

4.

LabVIEW didesain sebagai sebuah bahasa program paralel (multicore) yang mampu menangani beberapa instruksi sekaligus dalam waktu bersamaan. Hal ini sangat sulit dilakukan dalam bahasa program teks, karena biasanya bahasa program teks mengeksekusi instruksinya secara berurutan per baris, satu demi satu. Dengan LabVIEW, pengguna dapat membuat aplikasi eksekusi paralel ini secara mudah dengan menempatkan beberapa struktur loop secara terpisah dalam block diagram.

5.

Sifat modular LabVIEW memungkinkan pengguna untuk membuat program yang kompleks dan rumit menjadi sederhana, yaitu dengan cara membuat subprogram, atau di LabVIEW disebut subVI. Ikon-ikon dalam LabVIEW sebenarnya merupakan subVI. Beberapa subVI dapat digabungkan menjadi sebuah subVI. subVI-subVI gabungan tersebut dapat digabungkan lagi menjadi sebuah subVI lain, demikian seterusnya dengan tingkat hirerarki yang tidak terbatas.


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents