Peluang Penelitian Dalam Bidang Teknologi Optik

Kebutuhan akan teknologi komunikasi dewasa ini berkembang begitu cepat. Hal tersebut telah mendorong untuk tersedianya perangkat-perangkat komunikasi yang mampu mentransfer data dengan volume besar dan kecepatan tinggi. Transistor elektronik, sebagai basis dari perangkat-perangkat elektronik mempunyai keterbatasan fisik untuk peningkatan bandwidth dan kecepatan. Sehingga diperkirakan dalam satu atau dua dekade kedepan akan mengalami stagnasi [Joannopoulos, J.D, et al. (1995)]. Untuk mengatasi hal tersebut, teknologi optik merupakan alternatif jalan keluar. Sinyal optik mampu mentransfer data dengan volume lebih besar dan kecepatan lebih tinggi dibanding sinyal elektronik. Keberhasilan dalam teknologi fiber optik telah terbukti dapat merevolusi teknologi komunikasi, walaupun dalam teknologi pengolahan dan distribusi data masih berbasis sinyal elektronik. Pengembangan selanjutnya adalah mewujudkan all optical integrated signal processing, sehingga pengolahan sinyal akan jauh lebih cepat dibandingkan dengan pengolahan sinyal yang berbasis elektronik. Harapan tersebut dapat dicapai, jika dapat menguasai teknologi kristal fotonik yang merupakan basis dari teknologi divais optik.

Selain itu, teknologi komputer juga berkembang sangat cepat, setiap tahun diperkirakan jumlah komponen elektronik dalam suatu microchip akan menjadi dua kali lipat untuk meningkatkan kecepatan komputer menjadi duakalinya. Gordon Moore dari intel pada tahun 1960 memperkirakan bahwa peningkatan kecepatan komputer akan mengalami batas maksimal dalam beberapa tahun ke depan. Peningkatan kecepatan komputer dengan teknologi elektronik tidak akan mampu melebihi 10 GHz. Dilain pihak para peneliti memprediksi bahwa kecepatan komputer dapat mencapai beberapa ratus terahertz jika basis teknologi menggunakan sinyal optik. Peningkatan kecepatan tersebut dapat dilakukan jika prosesor elektronik diganti dengan prosesor optik yang terdiri dari komponen-komponen optik yang dibuat dari kristal fotonik [Greg Parker G and Charlton M , physicsworld (2000)].

Kristal fotonik merupakan bahan optik baru yang memiliki karakteristik unik, yaitu dapat memanipulasi pergerakan cahaya seperti halnya kristal zat padat mempengaruhi penjalaran berkas elektron. Di dalam kristal zat padat, periodisitas potensial dapat menyebabkan munculnya energi gap, dimana berkas elektron yang memiliki frekuensi tertentu tidak bisa berada di dalam kristal tersebut. Hal serupa terjadi di dalam kristal fotonik, yang merupakan susunan material dielektrik dengan indeks bias berbeda dan berulang secara periodik. Di dalam struktur kristal fotonik akan muncul bandgap optik. Keberadaan bandgap optik akan mempengaruhi karakteristik penjalaran cahaya di dalam kristal. Cahaya yang memiliki arah dan frekuensi tertentu yang sesuai bandgap, tidak dapat melewati struktur kristal fotonik. Selanjutnya, dengan menambahkan rekayasa cacat di dalam kristal, dapat dilakukan kontrol terhadap sifat-sifat penjalaran cahaya. Dengan kemampuan tersebut, kristal fotonik memiliki potensi aplikasi yang luas meliputi aplikasi pada bidang optik linier, optik nonlinier, dan optik kuantum. Sebagai contoh, dalam bidang optik linier dapat diaplikasikan sebagai mikro-kavitas, pandu gelombang, filter optik, dan kombinasinya. Dengan mensubstitusikan bahan nonlinier dan bahan kuantum dot ke dalam kristal fotonik, maka dapat direkayasa beragam jenis divais optik sebagai tiruan dari divais elektronik seperti yang telah dikenal saat ini. Dengan demikian penguasaan teknologi rekayasa kristal fotonik adalah hal yang penting karena merupakan basis dari beragam aplikasi teknologi masa mendatang.

Kunci keberhasilan dari pengembangan divais optik adalah penguasaan dalam teknologi fabrikasi struktur mikro kristal fotonik. Berbagai jenis material telah banyak diteliti untuk diaplikasikan sebagai bahan kristal fotonik. Secara umum bahan yang diaplikasikan sebagai material kristal fotonik dikelompokan menjadi tiga jenis, yaitu bahan anorganik, bahan organik, dan bahan hibrid. Bahan anorganik seperti Galium Nitrid, Galium Arsenat, Galium Posfat, Indium Posfat, Alumina, Silikon, dan lainnya memiliki keunggulan karena indeks biasnya yang tinggi. Kontras indeks bias yang besar dibutuhkan untuk menghasilkan daerah frekuensi gap yang lebar. Penelitian kristal fotonik dari bahan anorganik dapat dikatakan telah berhasil untuk aplikasi pada beberapa divais optik, seperti laser dan pandu gelombang [Rafael Herrmann, et al. (2006), J. Sweet, et al. (2010), Jose Pozo, et al. (2008), Min Qiu, et al. (2002)].

Berdasarkan hasil kajian dari sejumlah paper, bahan anorganik memiliki beberapa kelemahan pada saat diaplikasikan sebagai material kristal fotonik. Kelemahan tersebut diantaranya adalah fleksibilitasnya rendah, sulit dicampur dengan bahan fungsional, dan proses fabrikasinya mahal [S. Hidayat, at al. (2011)]. Sebagai alternatif jalan keluar, beberapa peneliti telah mengkaji potensi yang dimiliki bahan organik untuk diaplikasikan sebagai material kristal fotonik. Bahan organik yang banyak diteliti untuk aplikasi tersebut diantaranya adalah polimetil metakrilat (PMMA), polipara phenilen vinilen (PPV), dan Poly ethylene-terephtalate (PET). Polimer PMMA telah dilaporkan dapat digunakan sebagai material kristal fotonik dengan teknik fabrikasi electron-beam lithography [Daniela Dragoman, (2009)]. Polimer PPV dapat digunakan sebagai meterial kristal fotonik dengan teknik fabrikasi microcontact molding [Justin R. Lawrence (2003)]. Sedangkan polimer PET telah dilaporkan dapat digunakan sebagai material kristal fotonik dengan teknik fabrikasi laser embossing [S. Riechel (2002)]. Berdasarkan hasil penelitian tersebut, bahan organik memiliki keunggulan dalam proses sintesis dan fabrikasinya yang sederhana dan memiliki kemudahan untuk dikombinasikan dengan bahan fungsional lain. Disamping keunggulan tersebut, bahan organik masih memiliki kendala untuk diaplikasikan sebagai bahan divais optik karena memiliki sifat mekanik dan optik yang kurang baik. Bahan organik tidak tahan terhadap suhu tinggi dan tingkat transparansinya rendah, sehingga rentan terhadap perubahan dimensi dan memiliki kehilangan daya optik yang tinggi.

Alternatif jalan keluarnya adalah menggunakan bahan hibrid yang merupakan kombinasi dari bahan organik dan anorganik dalam satu molekul. Bahan hibrid diharapkan memiliki sifat-sifat unggul yang berasal dari bahan organik dan anorganik. Komponen pembentuk bahan hibrid umumnya terdiri dari tiga jenis bahan yang sudah banyak dimanfaatkan dalam beragam aplikasi, yaitu silikon, polimer organik, dan keramik. Silikon memiliki sifat elastik, resistan terhadap senyawa kimia atau oksidan, dan stabil terhadap suhu tinggi. Silikon banyak dipakai di dalam bidang medis, khususnya dalam teknologi bedah plastik. Selain itu, karena tahan terhadap suhu tinggi, silikon banyak juga diaplikasikan sebagai bahan perekat dan gasket pada peralatan yang bekerja pada suhu tinggi. Polimer organik memiliki sifat kuat atau tidak mudah patah, sangat fungsional untuk berbagai jenis aplikasi teknologi, dan mudah dalam proses fabrikasinya. Aplikasi polimer organik sangat luas, dari mulai peralatan rumah tangga sampai peralatan teknologi canggih. Selain itu polimer organik memiliki peranan penting dalam teknologi pengemasan khususnya untuk pengemasan berbagai peralatan elektronik. Keramik memiliki sifat yang kuat, stabil terhadap pengaruh suhu dan zat kimia, serta bersifat transparan. Keramik banyak diaplikasikan untuk peralatan rumah tangga khususnya tempat-tempat makanan, kaca jendela, penyekat, dan banyak lagi aplikasi lainnya. Kombinasi dari ketiga bahan tersebut diharapkan akan memiliki sifat-sifat unggul seperti komponen penyusunnya.

Berdasarkan hasil kajian dari sejumlah paper seperti diungkapkan di atas, terdapat peluang penelitian yang masih terus dikembangan yaitu aplikasi bahan hibrid pada beragam jenis divais optik. Penelitian yang sedang dicoba di Lab Fisika Material Jurusan Fisika FMIPA UNPAD adalah aplikasi polimer hibrid untuk divais laser. Laser merupakan salah satu perangkat utama yang akan menentukan keberhasilan transformasi teknologi dari elektronik menjadi optik. Divais laser merupakan komponen utama dalam komunikasi optik karena berfungsi sebagai pembawa sinyal informasi.

Pada awal perkembangannya, divais laser merupakan perangkat optik yang besar, karena sistem penguatannya menggunakan sistem Fabry Parrot, yaitu menggunakan sepasang cermin sejajar. Pada saat ini divais laser dapat dibuat dalam dimensi yang sangat kecil, karena sistem penguatan laser tidak lagi menggunakan cermin sejajar tetapi diganti dengan sistem penguatan berbasis kristal fotonik. Di dalam sistem penguatan berbasis kristal fotonik, pemantulan berkas cahaya dilakukan dengan metode pemantulan Bragg oleh kisi-kisi kristal. Dengan demikian ukuran divais laser dapat direduksi menjadi hanya beberapa milimeter atau mikrometer saja.

Keberhasilan fabrikasi divais laser dalam ukuran mikro merupakan langkah awal untuk terwujudnya divais optik terintegrasi. Divais optik terintegrasi merupakan kumpulan dari beberapa komponen optik yang dirangkai dan didesain untuk suatu fungsi tertentu. Komponen optik tersebut dapat berupa coupler, modulator, demodulator, saklar optik, laser, fotodetektor, dan lain-lain. Komponen-komponen tersebut difabrikasi di dalam satu papan dan dihubungkan satu sama lainnya dengan divais pandu gelombang. Dengan demikian, untuk dapat diaplikasikan di dalam divais optik terintegrasi, laser harus dibuat dalam bentuk planar, sehingga integrasi dengan komponen optik lain dapat dilakukan.

Tentang Sahrul

Agen herbal, Jahe merah Amanah, Aromatherapy Amanah
Pos ini dipublikasikan di Artikel Fisika. Tandai permalink.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s