Artikel ini termasuk dalam seri Ensiklopedia Fotonika
Silahkan beri saran untuk penggunaan literatur tambahan di kolom komentar agar artikel ini menjadi lebih sempurna dan lebih banyak memberikan manfaat. Artikel ini adalah artikel berlanjut yang isinya akan terus bertambah secara berangsur-angsurPengajar: Nur Abdillah Siddiq
Rangkuman: Artikel ini membahas sejarah teknologi berbasis cahaya, dimulai dari ilmuan pionir dalam bidang cahaya, alat komunikasi yang memanfaatkan cahaya, hingga penjelasan mengapa teknologi berbasis cahaya sangatlah penting.
Ibn al-Haytham – Salah satu ilmuan pelopor bidang optik yang berasal dari Mesir
Karya tulis tertua mengenai cahaya diterbitkan oleh filsuf dan matematikawan Yunani seperti Empedocles (490-430 SM) dan Euclid (300 SM). Empedocles memiliki gagasan bahwa kita dapat melihat benda karena mata memancarkan cahaya dan cahaya tersebut mengenai benda, hal ini mirip seperti senter atau laser. Meskipun salah, gagasan ini menjadi dasar bagi Euclid untuk merumuskan beberapa teori penting dalam cahaya, penglihatan, dan optik. Namun karya tulis karangan dua penulis tersebut lebih terkesan filosofis daripada saintifik.
Sementara itu, ilmuan Mesir bernama Ibn al-Haytham (965 – 1040) adalah orang pertama yang menyadari bahwa cahayalah yang masuk ke mata, bukannya keluar dari mata. Kontribusi beliau pada prinsip optik dan persepsi visual sangatlah penting, dituliskan dalam bukunya yang berjudul Kitab al-Manazir (“Buku tentang Optik”). Selain membuat buku yang fenomenal, Ibn al-Haytham juga membuat kamera untuk pertama kalinya yang diberi nama Kamera Obscura dan mempelopori agar ilmu alam bergeser dari dunia filosofi ke dunia eksperimen. Barulah kemudian pada masa Galileo Galilei (1564-1642), eksperimen dalam bidang optik banyak sekali dilakukan sehingga bidang optik diangkat sebagai bagian dari ilmu alam khususnya Fisika. Saat ini, kita mengenal optik pada masa tersebut sebagai Optika Klasik.
Tentu ada banyak sekali pencapaian ilmiah dalam proses mengembangkan teknologi modern berbasis cahaya. Dari sudut pandang sejarah, tahun 1880 merupakan tahun yang penting karena Alexander Graham Bell berhasil membuat alat yang bernama “photophone”. Photophone adalah alat yang mampu mengubah intensitas cahaya yang datang berdasarkan amplitude gelombang suara. Sebuah detektor yang terbuat dari Selenium digunakan untuk mengubah cahaya yang ditransmisikan kedalam sinyal listrik, dan kemudian kembali menjadi suara. Photophone tidak praktis karena intensitas cahayanya yang mudah melemah disaat jaraknya semakin jauh, namun konsep komunikasi optik yang ditunjukkan oleh photophone memiliki peran dalam perkembangan bidang optika terpadu.
Photophone, alat pertama yang memanfaatkan cahaya untuk berkomunikasi
Perkembangan teknologi modern dari peralatan berbasis cahaya untuk tujuan komunikasi dimulai dari penemuan laser pada tahun 1960. Laser yang memancarkan berkas cahaya monokromatik dalam rentang cahaya tampak dan inframerah telah membuka rentang frekuensi yang 10.000 kali lebih kuat dibandingkan frekuensi dalam sistem komunikasi radio. Dikarenakan kapasitas informasi dapat meningkat secara langsung dengan semakin besarnya frekuensi, maka laser memiliki potensi untuk meningkatkan bandwidth hingga 10.000 kalinya (orde 4) dan mendorong penggunaan frekuensi dari 10 GHz hingga 100 THz. Menggunakan sedikit saja dari spektrum frekuensi yang tersedia, pada prinsipnya sebuah laser dapat menyalurkan seluruh percakapan telepon di Amerika Utara.
Dibalik potensi bandwidth mengagumkan yang ditawarkan laser, cahaya laser diserap oleh hujan, salju, kabut, dan asap sehingga menghalangi perambatan cahaya laser dalam atmosfer atau udara bebas. Jika bukan berkat serat optik dengan rugi rendah, maka sistem komunikasi (termasuk sistem internet saat ini) tidak akan pernah menjadi nyata. Penelitian tentang serat optik berdaya rendah tersebut ternyata bersamaan dengan berkembangnya laser semikonduktor bermoda tunggal, akibatnya system komunikasi yang mengirimkan informasi pada laju lebih dari 2 milyar bits per detik lebih dari 130 km hanya dengan 1 kesalahan per milyar bits menjadi mungkin. Pada laju informasi dan kesalahan ini, 5 jenis Ensiklopedia dengan setiap jenisnya memiliki 30 jilid dapat ditransfer dari New York hingga Philadhelphia dalam waktu 1 detik dan kesalahannya hanyalah 2 huruf capital padahal harusnya huruf kecil.
Lantas bagaimanakah perkembangan yang cepat dalam bidang komuniikasi optik dapat mempengaruhi bidang optika terpadu? Dengan kemampuan serat optik untuk mengirimkan sinyal optik, maka juga dibutuhkan kemampuan untuk secara periodik menguatkan dengan mengkondisikan ulang sinyal optik menggunakan repeater. Pada kasus inilah, optika klasik menjadi tidak efektif dalam penerapannya. Repeater optik biasanya menggunakan laser, detektor, lensa, cermin, yang tersebar dalam meja optis yang berukuran relatif besar. Padahal peralatan-peralatan tersebut sangat sensitif terhadap perubahan temperature dan getaran mekanik. Solusi cerdas diberikan oleh S.E. Miller (peneliti Bell Labs) yang melakukan miniaturisasi repeater dengan cara menggabung semua komponen dalam chip tunggal dan antar komponennya dihubungkan melalui jalur transmisi optik atau pandu gelombang. Miniaturisasi sangatlah mungkin karena panjang gelombang laser berorde mikron. Jadi fabrikasi repeater dengan komponen berukuran mikrometer dan menghasilkan sistem dengan dimensi sentimenter dari pada meter merupakan hal yang mungkin.
Meskipun penelitian awal dalam optika terpadu difokuskan pada bidang komunikasi optik, aplikasi potensial pada bidang lainnya juga memungkinkan, seperti pada bidang sensor, medis, dll. Topiknya pun beragam dari proses pemanduan secara optis, switching, modulasi, filtering, interferometri, pemrosesan sinyal, kopling pandu gelombang, pembangkitan optis, pendeteksian, hingga teknologi fabrikasi dalam skala mikro dan nanometer. Bidang semikonduktor juga berpengaruh sangat penting terhadap kemajuan optika terpadu. Kemajuan tersebut menyebabkan terjadinya kombinasi antara bidang optis, elektro-optik, dan listri sehingga dapat meningkatkan baik fleksibilitas dan cakupan bidang optika terpadu.
Baca juga Mengapa Kita Perlu Menguasai Ilmu Optik dan Fotonika?
Referensi:
[1] Al-Khalili, Jim. “In retrospect: book of optics.” Nature 518.7538 (2015): 164-165.
[2] Lee, Donald L. Electromagnetic principles of integrated optics. Wiley, 1986.
