Tentang Roket Kendali

Roket Kendali

Pengukuran jarak obyek bergerak menjadi hal yang penting saat ini, mengingat LAPAN sedang mengembangkan teknologi RADAR sekunder untuk aplikasi deteksi jarak (slant range), yang kedepannya digunakan menjadi tracking 3 dimensi. Pengukuran jarak dengan RADAR sekunder yang dioperasikan dengan pemancar sinyal radar yang bekerja pada frekuensi 900 MHz, memerlukan suatu antenna yaitu antenna omni bi-directional untuk memperluas jangkauan sinyal pancar. Sinyal pancaran dari pemancar diterima transponder yang telah dipasang pada unit roket kendali  kemudian dipantulkan kembali, sinyal pantulan balik inilah yang digunakan untuk pengukuran roket kendali. Roket kendali tentu akan memberikan  suatu perubahan posisi dalam selang waktu tertentu, informasi perubahan posisi ini akan diterima terus menerus oleh perangkat komputer yang telah terintegrasi dengan perangkat keras AT Mega 8535 32 bit, yang akan melakukan komunikasi serial dengan transponder. Data yang diperoleh terus menerus dalam selang orde detik akan diolah  menjadi informasi dengan perangkat lunak untuk mengetahui letak roket kendali yang bergerak, data yang diperoleh dalam tiga koordinat yang akurat sehingga jarak roket kendali dapat diketahui.

Dispersion in optical fibers

Dispersion of Light

Kerugian menggunakan Fiber Optic

Rugi - rugi Fiber Optik

Rugi-rugi daya dari fiber optik dapat dilihat pada gambar 1.6. Dimana P_in daya yang masuk ke fiber optik dan P_out daya yang keluar dari fiber optik. Rugi-rugi daya dapat didefinisikan sebagai berikut :

Loss = P out / P in

Rugi-rugi ini akan naik bila panjang dari fiber optik juga bertambah maka dapat dinyatakan dalam decibel per kilometer (Loss per kilometer )

Tiga macam  rugi-rugi cahaya dalam fiber optik:

a.       Rugi-rugi material.

b.      Hamburan (Scattering)

c.       Rugi-rugi lekungan (Waveguide)

Semua rugi-rugi ini tergantung dari panjang gelombang. Pemilihan panjang gelombang yang yang tepat pada saat beroperasi dapat meminimalkan rugi-rugi tersebut.

a. Rugi-rugi material

Penyerapan (absorption) yang disebabkan material yang berhubungan dengan struktur molekul dari material yang nilainya relative kecil. Sebagai contoh kaca germanium-silikon mempunyai rugi-rugi kurang dari 0,1 dB/km dengan λ antar 0,8 dan 1,6 μm. Hal ini mendekati nol untuk λ mendekati 1,3 μm. Bisa juga disebabkan oleh impurity dari material.dapat dikurang dengan dalam proses pembuatan bahan. Rugi-rugi terbesar disebabkan oleh ion OH. Hal ini tidak dapat dikurangi seperti impuritas pada besi yang dapat diabaikan. Impuritas Oh menyebabkan rugi-rugi yang berhubungan dengan dengan panjang gelombang. Rugi-rugi paling jelas adalah 4 dB/km terjadi pada λ = 1,4 μm. Untuk konsentrasi impurity 1ppm. Gambar 1.7. Konsentrasi OH mencapai tertinggi. Ada tiga  rugi-rugi terbesar terjadi pada panjang gelombang 0,93 μm ; 1,25 μm 1,4 μm.

b.   Hamburan ( Scattering )

Cahaya yang terhamburkan akibat ada halangan yang diakibatkan oleh bervariasinya kerapatan material yang menyebabkan berubahnya indek bias. Rugi-rugi ini berhubungan dengan rugi-rugi daya. Ketika indek bias terjadi halangan bervariasi dimana molekul dalam ukuran, rugi-rugi daya berhubungan dengan hamburan rayleigh. Besarnya hamburan Rayleigh ini berbanding terbalik dengan pangkat empat dari pangjang gelombang cahaya yaitu : 1/ λ⁴  . Sehingga dapat disimpulkan untuk lamda kecil, hamburan Rayleigh besar dan sebaliknya. Sebagai contoh pada panjang gelombang 1,8 μm, rugi-rugi rayleigh untuk tipe fiber gelas adalah 0,1 dB/km. Gambar 1.7 memperlihatkan efek dari rugi-rugi hamburan rayleigh.Pada gambar 1.8 memperlihatkan hamburan yang disebabkan oleh penghalang yang besar dan lekukan (macrobend).

c.   Wave guide dan Mikrobending

Rugi-rugi ini disebabkan oleh bervariasi struktur menyebabkan radiasi kesegala arah di dalam fiber optik.Gambar 1.9. memperlihatkan radiasi yang disebabkan perubahan diameter , dimana sudut dating pada struktur daripada sudut kritisnya, sehingga cahaya yang memantul akan meninggalkan fiber optik ( garis benda padat).

Mikrobending yaitu pembengkokan fiber optik untuk memenuhi persyaratan ruangan. Namun pembengkokan dapat pula terjadi secara tidak sengaja seperti misalnya fiber optik yang mendapat tekanan cukup keras sehingga cahaya yang merambat di dalamnya akan berbelok dari arah transmisi dan hilang. Hal ini menyebabkan terjadinya rugi-rugi. Fenomena ini dapat dilihat pada gambar 1.10.

Photodetector Basics SAMPLE

Gelombang Elektromagnetik - Inframerah

Apa itu Photodetector?

Fhotodetector

Photo Detector adalah alat untuk mengukur intensitas cahaya . Photo detektor dapat dibagi menjadi tiga kategori yang berbeda sesuai dengan fungsinya sebagai:photodetectors berbasis semikonduktor, tabung photomultiplier, dan bolometers. photodetectors Semiconductor sejauh ini yang paling umum digunakan sehari-hari. Contohnya adalah foto dioda yang duduk dalam sel foto untuk memantau atau Power Button dan sensor gambar dan video yang digunakan dalam kamera digital (biasanya dariCCD - atau CMOS -tipe).

 Karakteristik utama dari fotodetektor antara laian  adalah tingkat responsivitas, tingkat sensitivitas, dan efisiensi kuantum (Bart J. Van Zeghbroeck, 1996). Responsivitas fotodetektor didefinisikan  sebagai rasio dari arus pada fotodetektor terhadap daya optik yang masuk pada divais. Sensitivitas didefinisikan sebagai daya masukan minimum yang masih dapat terdeteksi oleh divais. Dan efisiensi kuantum didefinisikan sebagai rasio dari jumlah pasangan elektron-hole yang menghasilkan arus listrik terhadap jumlah foton yang menumbuk divais.   Seperti halnya sel surya, fotodeterktor pun terdiri dari berbagai struktur, seperti persambungan p-n, persambungan p-i-n, serta persambungan M-S.

-       Photodioda

Dioda peka cahaya adalah jenis dioda yang berfungsi mendektesi cahaya. Berbeda dengan dioda biasa, komponen elektronika ini akan mengubah menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh dioda peka cahaya ini mulai dari cahaya inframerah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi dioda peka cahaya mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan dibidang medis. Alat yang mirip dengan dioda peka adalah transistor foto (phototransistor). Transistor foto ini pada dasarnya adalah jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector untuk menerima cahaya. Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan dioda peka cahaya. Hal ini disebabkan karena electron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini diinjeksikan di bagian Base dan diperkuat di bagian kolektornya. Namun demikian, waktu respons dari transistor foto secara umum akan lebih lambat dari pada dioda peka cahaya.

-       Prinsip kerja photodioda

Photodiodes dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer adalah silicon ( Si) atau galium arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap cahaya dengan karakteristik panjang gelombang mencakup: 2500 Å - 11000 Å untuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs. Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa. cara tersebut didalam sebuah photodiode digunakan untuk mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.

Apa itu Gelombang Mikro

Gelombang Mikro (Microwave)

A.      Pengertian Gelombang Mikro (Microwave)

Gelombang mikro  (microwave) adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu di atas 3 GHz (3x109 Hz).  Gelombang ini tidak dapat dilihat dengan mata kita, karena panjang gelombang yang sangat pendek (walaupun sangat kecil dibanding gelombang radio),  dan jauh lebih besar daripada panjang
gelombang cahaya (di luar spektrum sinar tampak). Keduanya sama-sama terdapat dalam spektrum gelombang elektromagnetik.

Panjang gelombang cahaya berkisar antara 400-700 nm (1 nm = 10-9 m); sedangkan kisaran panjang gelombang mikro sekitar 1-30 cm (1 cm = 10-2m).

B.       Sejarah Gelombang Mikro (Microwave)

Radio Sebagai Nenek Moyang Microwave Bentuk awal radio lebih dikenal sebagai'wireless telegraphy' (telegrafi tanpa kabel). Istilah ini didapat karena pada masa itu (sekitar tahun 1900-an) masyarakat menganggap bahwa radio adalah suatu bentuk penyempurnaan dari telegraf. Teknologi ini digunakan untuk mengirim pesan dari suatu lokasi ke lokasi lain (point-to-point). Saat ini kita lebih mengenalnya sebagai
radio telephony (bentuk telepon tanpa kabel) dan radio broadcasting (transmisi dari suatu stasiun pemancar ke berbagai tempat di dunia).

Penggunaan teknologi point-to-point dan radio broadcasting semakin lama semakin luas. Tetapi penggunaan gelombang radio yang termasuk long waves ini mendapatkan suatu masalah. Semakin banyak stasiun radio yang beroperasi, semakin besar kemungkinan terjadinya interferensi gelombang. Untuk menghindari ini, masing-masing stasiun radio diberikan frekuensi khusus untuk menyiarkan programnya. Tetapi lama-kelamaan terjadiovercrowding seiring dengan semakin bertambahnya stasiun radio yang memancarkan siarannya.Ini mendorong para investor untuk memperbesar jangkuannya. Perusahaan-perusahaan besar mulai mencoba menggunakan wireless telephony untuk hubungan internasional antara Amerika Serikat dan Eropa. Saat melakukan penelitian untuk proyek-proyek besar itulah, mereka menemukan bahwa untuk jangkauan sedemikian luas dibutuhkan gelombang yang lebih pendek dari gelombang radio yang biasa mereka gunakan. Gelombang yang lebih pendek juga memungkinkan berkurangnya masalah overcrowding dan memberi kesempatan bagi penggunaan frekuensi yang sama untuk wilayah yang letaknya berjauhan tanpa terjadi interferensi (karena gelombangnya semakin melemah setelah beberapa ratus kilometer). Gelombang ini kemudian dikenal sebagai gelombang medium (medium waves). Salah satu contohnya adalah gelombang radio AM. 

Dipersenjatai dengan berbagai peralatan yang canggih, para peneliti menemukan bahwa gelombang yang lebih pendek lagi mampu berkeliaran ke seluruh dunia secara lebih baik lagi. Short waves atau gelombang pendek ini memiliki panjang gelombang sekitar 10-100 m. Frekuensinya sekitar 3-30 MHz. Gelombang ini memungkinkan transmisi dari suatu lokasi ke lokasi lain yang berada di belahan dunia lain, hanya dengan menggunakan sumber tenaga beberapa Watt saja (sangat murah!). 

Berdasarkan penemuan ini, peneliti-peneliti jadi semakin penasaran. Apa yang bakal didapatkan jika mereka bisa menggunakan gelombang yang bahkan lebih pendek lagi dari short waves ini? Itu kan berarti gelombangnya lebih pendek dari 10 m dan frekuensinya lebih tinggi dari 30 MHz! Dimulailah eksperimen-eksperimen untuk mendapatkan ultra-short waves atau microwaves.

C.       Sumber Gelombang Mikro (Microwave)

1.        Matahari, walaupun sebagian besar gelombang mikro terhalang oleh atmosfer bumi.

2.   Alat tabung vakum, cara kerjanya dengan menggunakan gerakan balistik electron dalam ruang hampa yang dipengaruhi oleh medan listrik.

Perangkat ini bekerja dalam modus kepadatan dimodulasi. Ini berarti bahwa komponen-komponen tadi bekerja atas dasar kumpulan elektron terbang ballistik melalui mereka, dengan menggunakan aliran kontinyu. 

3.   Sumber microwave yang membutuhkan energi kecil seperti tunnel diodes, Gunn diodes and IMPATT diodes.

4.      Maser, amplifier (penguat) yang membentuk gelombang elektromagnetik koheren disebabkan oleh emisi buatan.

maser adalah perangkat yang mirip dengan laser, yang menguatkan energi cahaya dengan merangsang radiasi yang dipancarkan. maser ini, memperkuat energi cahaya, memperkuat frekuensi yang lebih rendah, panjang gelombang microwave.

D.  Kegunaan Gelombang Mikro (Microwave)

Pemanfaatan gelombang elektromagnetik sangat luas dalam kehidupan sehari hari. Pemanfaatan gelombang elektromagnetik tersebut terutama untuk keperluan telekomunikasi. Berikut akan diuraikan secara khusus tentang pemanfaatan gelombang mikro:

1.Pemanasan
Gelombang mikro mempunyai energi yang sangat besar, karena frekuensinya yang sangat besar. Hal itu dapat kita ketahui dari persamaan E=hf, sehingga gelombang mikro dapat menghasilkan kalor yanga besar. Kita tentu tidak asing dengan nama microwave oven yang sehari-hari kita pakai untuk memanaskan makanan. Microwave oven menggunakan gelombang mikro dalam band frekuensi sekitar 2.45 GHz. Prinsip Dasar
Microwave adalah sebuah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 1 milimeter sampai 1 meter dan berfrekuensi antara 300 megahertz sampai 300 gigahertz. Oven adalah sebuah peralatan dapur yang digunakan untuk memasak atau memanaskan makanan. Microwave oven adalah adalah sebuah peralatan dapur yang menggunakan radiasi gelombang mikro untuk memasak atau memanaskan makanan.

2. Telekomunikasi

Bagi yang senang memanfaatkan fasilitas hotspot tentunya tidak asing dengan WiFi yang menggunakan band frekuensi ISM. Begitu juga yang gemar menggunakan bluetooth untuk transfer file antara handphone atau handphone dnegan komputer. Operator telekomunikasi juga memanfaatkan gelombang mikro untuk komunikasi antara BTS ataupun antara BTS dengan pelanggannya. di Eropa khususnya di Jerman sudah jarang terlihat penggunaan gelombang mikro untuk komunikasi dengan metode WDM antara BTS dengan BSC. Jaringan backbone komunikasi sudah memakai jarinagn fiber optis. Untuk komunikasi ke end user pada sistem selular tetap menggunakan gelombang mikro. Untuk di indonesia pada tower2 operator telekomunikasi sangat sering kita jumpai antena directional untuk komunikasi antara BTS . Untuk komunikasi ke end user operator GSM di indonesia memakai frekuensi di sekitar 800 MHz, 900MHz dan 1800MHz.

3. Radar

Radar merupakan pemanfaatan gelombang mikro pada rentang frekuensi 3 GHz. Radar adalah singkatan dari Radio Detection and Ranging. Antena radar dapat bertindak sebagai pemancar dan penerima gelombang elektromagnetik. Waktu antar transmit dan receive itu yang dipergunakan untuk mengitung jarak objek tersebut. pada sistem radar, pengolahan sinyal memainkan peranan yang penting untuk mengurangi interferens. Radar memancarkan dan menerima sinyal pantulan secara bergantian dengan sistem switch. Sisem kerja radar ini diterapkan pada sistem GPS. Setiap satelit secara periodis mengirimkan pesan yang isinya adalah waktu pengiriman pesan dan informasi orbit satelit. Receiver GPS akan menghitung jarak receiver dengan setiap satelit yang mengirimkan pesan – pesan tersebut. Dengan membandingkan jarak antara beberapa satelit ini dapat ditentukan letak GPS receiver tersebut.

Media dalam Transmisi Optik

Serat optic adalah material fleksibel dan tipis, terbuat dari serat kaca murni, sehingga meskipun kabel mempunyai panjang sampai beratus2 meter, cahaya masih dapat dipancarkan dari ujung satu ke ujung lainnya. Helai serat kaca tersebut didesain sangat halus,ketebalannya kira-kira sama dengan tebal rambut manusia. Helai serat kaca dilapisi oleh 2 lapisan plastik (2 layers plastic coating) dengan melapisi serat kaca dengan plastik, akan didapatkan equivalen sebuah cermin disekitar serat kaca.

Gambar Kabel Serat Optik dan Proses Pemantulan Cahaya di Dalamnya

Dari gambar 28 tampak bagian dari serat optic, yakni bagian terdalam (core) terdiri dari satu atau lebih serat yang sangat tipis dengan diameter 8-100 μm. kemudian bagian yang mengelilingi core, disebut cladding, terbuat dari lapisan plastik atau gelas dengan sifat optic yang berbeda dari core ,berfungsi untuk menjaga agar cahaya tidak keluar. Bagian terluar adalah jaket yang mengelilingi satu atau lebih cladding, terbuat dari bahan palstik atau lainnya. Bagian ini menjaga kabel dari kondisi lingkungan sekitar seperti kelembaban, abrasi, dan benturan. Kabel serat optic mempunyai keunggulan dalam hal: redaman sangat kecil, tahan terhadap derau, bandwidth yang sangat besar, sukar untuk di „tap‟ tanpa merusakkannya, tidak ada korosi, lebih ringkas dan ringan dibandingkan dengan kabel kawat. Sedangkan kelemahannya adalah: hanya bias dibengkokkan pada radius yang terbatas, di luar itu, cahaya tidak bisa smpai di ujung lainya, atau bahkan patah. Kabel serat optic juga sangat sulit untuk disambung, getaran mekanik dapat menimbulkan sinyal derau. Kabel fiber optik modern dapat membawa sinyal digital dengan jarak kurang lebih 60 mil (sekitar 100 Km). Pada jalur distribusi jarak jauh biasanya terdapat peralatan tambahan (equipment hut) setiap 40-60 mil,yang berfungsi pick-up equipment yang akan menampung, menguatkan sinyal, dan kemudian me- retransmit-kan sinyal ke equipment selanjutnya.


Read more at: http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/media-transmisi-serat-optik/
Copyright © Elektronika Dasar

Alat ukur transmisi optik

Dalam pengukuran karakteristik optik digunakan alat ukur OTDR(Optical Time Domain Reflectometer) dan Power Meter yang duraikan sebagai berikut:

1.      OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)

OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) adalah alat yang digunakan untuk mendapatkan gambar secara visual karakteristik dari redaman sebuah fiber dalam suatu jaringan. Selain itu, OTDR merupakan alat untuk menentukan lokasi dari fiber optik yang terputus dan juga dapat digunakan untuk menentukan rugi-rugi (loss) pada tiap sambungan atau konektor.  Pada intinya OTDR memiliki 4 fungsi utama, yaitu :

1. Dapat menentukan jarak lokasi pada jaringan yang patah.

2. Dapat menentukan loss dari setiap splice atau total end to end loss.

3. Dapat menentukan redaman serat sepanjang link.

4. Dapat melihat refleksi dari sebuah event seperti sebuah konektor

Prinsip kerja OTDR adalah dengan mengirimkan pulsa cahaya ke serat optik berupa sinar laser sampai ke ujung core yang kita ukur. Cahaya yang dikirimkan sebagian dipantulkan kembali ke OTDR, hal tersebut terjadi karena ketidakmurnian dan ketidaksempurnaan serat optik sehingga menyebabkan refleksi sepanjang serat 

dari gambar dapat dijelaskan prinsip kerja dari OTDR. Pulsa generator membangkitkan sebuah pulsa elektrik yang diubah menjadi pulsa optik oleh laser diode. Pulsa tersebut diteruskan ke kabel optik melalui sebuah optical directional coupler. Pulsa tersebut akan dipantulkan kembali dan jika terjadi perubahan pada kabel (EVENT), yang disebabkan oleh adanya splicing (sambungan) pada kabel, konektor, microbending (kabel putus). Pulsa balik tersebut diterima kembali oleh optical directional coupler dan diteruskan ke photodiodeyang mengubah kembali menjadi pulsa listrik. Pulsa tersebut diukur besarnya dan ditampilkan di layar display. Lamanya waktu antara pulsa yang dibangkitkan dan pulsa yang diterima akan diukur dan dapat dikonversikan menjadi jarak antara pesawat OTDR denganEVENT tersebut (splicing, konektor, ujung kabel dan lain – lain).

Beberapa fungsi yang dapat dilakukan oleh OTDR yaitu :

1. Mengukur Loss per satuan panjang

Loss Pada saat Instalasi serat optik mengasumsikan redaman serat optik tertentu dalam loss persatuan panjang. OTDR dapat mengukur redaman sebelum dan setelah instalasi sehingga dapat memeriksa adanya ketidaknormalan seperti bengkokan (bend) atau beban yang tidak diinginkan. Hal ini dapat dilakukan dengan cara :

X[dBW] = A [dB] . α .L [dB]

dimana :

X = Besarnya daya untuk jarak L

A = Daya awal yang diberikan OTDR ke serat optik untuk OTDR mini, Amax adalah 31 dBw

α = Redaman (dB/km)

L = Panjang

Sehingga dengan membaca grafik X dan L, akan didapat α (redaman), dan dengan membandiingkannya dengan loss budget akan dapat disimpulkan apakah telah terjadi ketidaknormalan.

2. Mengevaluasi sambungan dan konektor

Pada saat instalasi OTDR dapat memastikan apakah redaman sambungan dan konektor masih berada dalam batas yang diperbolehkan.

3. Fault Location

Fault seperti letaknya serat optik atau sambungan dapat saat atau setelah instalasi, OTDR dapat menunjukkan lokasi faultnya atau ketidaknormalan tersebut. Hal ini dapat dilakukan dengan melihat jarak terjadinya end of fiber pada OTDR, jika kurang dari jarak sebenarnya maka pada jarak tersebut terjadi kebocoran/ keretakan (asumsi set OTDR benar). End of fiber pada OTDR ditandai dengan adanya daya <3 dB (dapat disesuaikan dengan menset) yang berfluktuasi. OTDR, pulse width, dispersi, rise time merupakan domain waktu, sedangkan bandwidth, merupakan domain frekuensi.

2. Power Meter

Power meter optical adalah peralatan penting untuk pengukuran daya dalam sistem komunikasi serat optik. Pengukuran daya adalah salah satu dasar banyak pengukuran serat optik. Nilai untuk pengukuran rugi -rugi dengan daya pada kirim (sumber) atau daya pada akhri penerima yang berbeda – beda. Jenis optical power meter menggunakan bahan semikonduktor photodetector sepertiSilicon (Si), Germanium (Ge), atau Indium Gallium Arsenide (InGaAs), tergantung pada panjang gelombang yang digunakan. Si detectordigunakan pada daerah panjang gelombang 850 nm, sedangkan Ge dan InGaAs detector adalah jenis yang digunakan pada daerah panjang gelombang 1310 and 1550 nm.

sumber : Diktat Perkuliahan USU

Persamaan Maxwell

Gelombang yang telah dijelaskan di depan adalah gelombang mekanik, yaitu gelombang yang penjalarannya memerlukan medium atau adanya gangguan pada medium yang akan dijalarkan gelombang. Gelombang ini diantaranya gelombang air, gelombang tali dan gelombang suara.

Gelombang elektromagnetik yang selanjutnya disingkat gelombang EM adalah gelombang yang menjalarnya tak perlu medium. Dasar dari gelombang EM adalah teori-teori listrik dan megnet yang kemudian diringkas menjadi sekumpulan persamaan yang disebut persamaan Maxwell. Salah satu persamaan Maxwell memprediksi bahwa perubahan waktu terhadap medan listrik akan menghasilkan medan magnet, seperti halnya adanya perubahan medan magnet yang menghasilkan medan listrik (hukum Faraday). Dari dasar ini Maxwell mengawali suatu konsep bahwa arus displacement merupakan sumber dari medan magnet. Dengan demikian teori Maxwell menyediakan hubungan penting antara medan listrik dengan medan magnet.

Pada awalnya Maxwell memprediksi bahwa gelombang EM menjalar dengan kecepatan jalar seperti kecepatan jalar cahaya. Penaksiran ini dibuktikan oleh Hertz secara eksperimen, dan dia merupakan orang pertama yang meneliti gelombang EM. Penemuan ini telah mengawali beberapa ilmu tentang sistem komunikasi seperti radio, televisi dan radar. Pada tingkat konseptual, Maxwell menggabungkan masalah cahaya dan gelombang EM, kemudian membangun ide bahwa cahaya adalah bentuk dari radiasi elektromagnetik. Gelombang EM dibentuk oleh muatan listrik yang dipercepat. Gelombang diradiasi terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus dan juga kedua duanya tegak lurus arah penjalarannya. Dengan demikian gelombang EM adalah gelombang transversal. Oleh Maxwell ditunjukkan bahwa amplitudo-amplitudo medan listrik dan medan magnet ( E & B) dalam gelombang EM mempunyai hubungan E = c B, dengan c adalah kecepatan cahaya.

Pada jarak yang cukup jauh dari sumber gelombang, amplitudo dari getaran medan akan mengecil terhadap jarak, sebagai perbandingan (1/r). Gelombang EM juga mempunyai momentum dan energi sehingga dapat menghasilkan tekanan terhadap materi yang dijumpai. Gelombang EM mempunyai banyak frekwensi. Sebagai contoh gelombang radio adalah gelombang EM yang dihasilkan oleh osilasi arus di menara antena radio. Pemancaran gelombang cahaya adalah bentuk frekwensi tinggi dari radiasi EM yang dihasilkan oleh osilasi elektron dalam sistem atom. Hukum- hukum dasar dari medan listrik dan magnet mendasari persamaan-persamaan Maxwell. Persamaan ini merupakan unified teori dari EM.

Persamaan tersebut adalah :

 E. d A =                                                              (1)

 B. d A =0                                                                 (2)

 d L=                                                                   (3)

 B. d L = μ_o j +μ_oε_o                                              (4)

Penggabungan dari persamaan-persamaan diatas dapat diturunkan suatu bentuk persamaan gelombang EM. Untuk ruang hampa (Q = 0, i = 0) , solusi persamaan gelombang tersebut menghasilkan kecepatan jalar gelombang sebesar (μ_oε_o)^1/2 , yang mana nilai ini sama dengan kecepatan jalar cahaya. Hasil ini mengawali Maxwell untuk memprediksi bahwa gelombang cahaya adalah bentuk radiasi gelombang EM

Ternyata ada laser semikonduktor terkecil di dunia

Laser Semikonduktor Terkecil di Dunia

 

Para peneliti pada Universitas California, Berkeley, telah memperoleh suatu tonggak sejarah dalam fisika laser dengan menciptakan laser semikonduktor terkecil di dunia dan sanggup menghasilkan cahaya yang dapat terlihat di ruang angkasa dari pada suatu molekul protein tunggal.

Terobosan ini, yang dijelaskan lebih lanjut pada publikasi online jurnal Nature pada tanggal 30 Agustus, membuat dasar baru dalam bidang optik. Tim UC Berkeley tidak hanya saja berhasil menekan cahaya pada suatu rung yang sempit, tetapi juga menemukan cara baru menjaga energi cahaya tersebut dari menghamburnya saat bergerak, dengan demikian memperoleh aksi laser tersebut.

“Pekerjaan ini memecahkan dugaan tradisional tentang batasan laser, dan membuat keuntungan besar terhadap aplikasi dalam biomedikal, bidang komunikasi dan komputer,” kata Xiang Zhang, profesor teknik mesin dan direktur Nanoscale Science and Engineering Center di UC Berkeley, yang didanai oleh National Science Foundation (NSF), dan kepala tim penelitian dibalik pekerjaan ini.

Pencapaian ini mampu membantu mengembangkan suatu inovasi seperti nanolaser yang dapat menyelidiki, memanupulasi dan mengkarateristikkan molekul – molekul DNA; komunikasi berbasis optik beberapa kali lebih cepat dari pada teknologi sekarang ini; dan komputer optikal dimana cahaya menggantikan rangkaian elektronik menyesuaikan dengan kecepatan lompatan dan tenaga pemrosesan.

Sementara hal ini secara tradisional dapat diterima bahwasannya suatu gelombang elektromagnetis – meliputi sinar laser – tidak dapat terfokus melampaui ukuran dari setengahnya panjang gelombang ini, tim peneliti di seluruh dunia telah menemukan suatu cara untuk mengkompres cahaya dibawah lusinan nanometer dengan menyatukannya pada elektron – elektron yang mana secara kolektif  bergerak kesana kemari pada permukaan metal. Interaksi antara cahay dan electron – electron yang bergerak dikenal dengan surface plasmons.

Para ilmuwan telah berlomba – lomba untuk membangun laser surface plasmon yang dapat bertahan dan menggunakan eksitasi optikal yang teramat kecil tersebut. Bagaimanapun, sifat resistansi However, pada metal menyebabkan surface plasmons tersebut berhamburan hampir sesegera mungkin setelah dihasilkan dan memiliki suatu tantangan kritis dalam memperoleh penambah dari medan elektromagnetis yang diperlukan untuk melaserkannya.

Zhang dan tim penelitinya mengambil pendekatan baru  untuk membendung hilangnya energyi cahaya dengan memasangkan cadmium sulfide nanowire – 1.000 kali lebih kecil dari pada rambut manusia – dengan suatu permukaan perak yang dipisahkan oleh gap pembatas yang hanya 5 nanometer, ukuran dari suatu molekul protein tunggal. Pada struktur ini, daerah gap tersebut menyimpan cahaya didalam suatu area yang 20 kali lebih kecil dari pada panjang gelombangnya. Karena energi cahaya sebagian besar disimpan pada gap non-metalik yang kecil maka kehilangannya dapat secara signifikan dapat ditekan.

Dengan akhir kehilangan dibawah pengawasan hingga keunikannya ini, desain “hybrid”, para peneliti  kemudian dapat bekerja pada pengampifikasian cahaya.

“Saat anda bekerja pada suatu skala yang kecil, anda tidak memiliki banyak ruang untuk bermain – main,” kata Rupert Oulton, rekanan peneliti di laboratorium Zhang yang pertama kali menteorikan pendekatan ini tahun lalu dan pemimpin penulis studi ini. “Dalam desain kami, nanowire berperan sebagai kedua mekanisme pembatasan dan suatu amplifier. Ini membutuhkan kerja ganda.”

Menjebak dan mendukung cahaya dalam ruang yang sempit menciptakan suatu keadaan ekstrem  yang mana interaksi cahaya dan bahannya sangatlah kuat diubah, penjelasan penulis studi ini. Suatu kenaikkan dalam tingkat emisi cahaya yang spontan merupakan tanda penunjuk dari interaksi berubah ini; dalam studi ini, para peniliti memperkirakan kenaikan enam kali lipat pada tingkat emisi cahaya yang spontan pada ukuran gap 5 nanometer.

Baru – baru ini, para peneliti dari Universitas Norfolk State melaporkan bahwa aksi pelaseran bidang emas pada suatu celupan yang terisi, semacam kerangka kaca yang terbenam pada suatu larutan. Celupan ganda pada bidang emas dapat menghasilkan surface plasmons saat terekspos cahaya.

Para peneliti UC Berkeley menggunakan bahan semikonduktor dan teknologi fabrikasi yang umumnya  dipergunakan pada pabrikan elektronik modern. Dengan rekayasa hybrid surface plasmons dalam gap tersebut antara semikonduktor dan metal, mereka mampu untuk menahan cukup lama kuatnya cahaya yang terbatas dimana osilasinya distabilkan kedalam keadaan koheren yang merupakan kunci penting dari karakteristik suatu laser.

“Apa yang menggembirakan khususnya tentang laser plasmonic yang kita demonstrasikan disini adalah bahwa mereka solid dan sangat kompatibel dengan pabrikasi semikonduktor, sehinggan mereka mampu dipompa secara elektrik dan secara penuh terintegrasi pada skala chip,” kata Volker Sorger, seorang mahasiswa Ph.D. student dilaboratorium Zhang pimpinan penulis studi ini.

“Laser plasmon mewakili golongan penggiat dari sumber – sumber cahaya koheren yang mampu pada pembatasan sangat kecil secara ekstrim,” kata Zhang. “Pekerjaan ini dapat menjembatani dunia elektronik dan optic pada panjang skala molekuar sesungguhnya

Para ilmuwan pada akhirnya berharap  menyusutkan cahaya pada ukuran panjang gelombang electron, yang mana sekitar nanometer, atau sepermilyar meter, sehingga keduanya dapat bekerja bersama – sama pada kedudukan sejajar.

“Keuntungan optic – optic pada bidang elektronik sangatlah banyak,” tambah Thomas Zentgraf, seorang mahasiswa post-doctoral di laboratorium  Zhang dan pimpinan penulis lain dari makalah Nature. “Suatu contoh, peralatan akan lebih bertenaga dan efisien pada waktu bersamaan mereka memberikan kenaikan kecepatan atau bandwidth.”

sumber: http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_fisika/laser-semikonduktor-terkecil-di-dunia/