Peneliti dari École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Swiss, berhasil mengembangkan teknologi laser biru berukuran chip yang berpotensi meningkatkan kemampuan komunikasi optik bawah air. Penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Nature Photonics pada 22 Oktober 2026 dan diumumkan EPFL pada 29 Oktober 2026 ini menghadirkan laser dengan panjang gelombang sekitar 461 nanometer, emisi cahaya stabil, serta pengaturan frekuensi berkecepatan tinggi. Inovasi tersebut menjadi perkembangan penting dalam dunia TEKNOLOGI fotonik karena dapat mendukung transmisi informasi di dalam air, pemantauan partikel udara, dan berbagai perangkat pengukuran presisi. Hasil awalnya telah dibuktikan melalui eksperimen laboratorium.
Pengembangan Laser Biru EPFL Membuka Peluang Baru dalam Teknologi Fotonik
Penelitian laser biru berukuran chip oleh EPFL membuka pendekatan baru dalam bidang fotonik terintegrasi. Tim penelitian yang dipimpin Tobias J. Kippenberg dan Simone Bianconi berhasil mengembangkan perangkat laser berbasis chip fotonik. Jika dibandingkan dengan perangkat optik yang menggunakan banyak komponen terpisah, teknologi yang dikembangkan berupaya menyederhanakan ukuran sistem optik. Meski berukuran kecil, laser tetap mampu menghasilkan cahaya biru dengan kestabilan tinggi. Karakteristik tersebut menjadi kebutuhan utama dalam pengembangan perangkat fotonik generasi berikutnya.
Sumber cahaya biru menawarkan sifat khusus dibandingkan teknologi optik pada spektrum inframerah. Dalam kondisi air tertentu, gelombang biru dapat merambat dengan kehilangan energi lebih kecil dibandingkan gelombang optik telekomunikasi konvensional. Perbedaan sifat cahaya ini membuka kemungkinan penggunaan untuk pengiriman data di bawah air. Namun demikian, jangkauan sinyal sangat ditentukan oleh kandungan partikel. Dengan mempertimbangkan faktor tersebut, peningkatan kualitas laser dibutuhkan untuk meningkatkan kemampuan sistem optik bawah air.
Mengenal Sistem Self-Injection Locking pada Laser Biru Terintegrasi
Komponen utama dari perangkat fotonik terbaru adalah penggunaan resonator optik mikroskopis. Pada susunan perangkat ini, sumber cahaya dari material GaN dihubungkan dengan rangkaian optik berbasis silikon nitrida. Struktur cincin mikroskopis ini memilih frekuensi optik tertentu dan mengembalikan sebagian cahaya menuju dioda laser. Proses penguncian optik ini menggunakan prinsip self-injection locking. Berkat penguncian frekuensi tersebut, gangguan fase dapat dikurangi sehingga keluaran optik memiliki noise lebih rendah. Kemampuan tersebut bermanfaat untuk komunikasi koheren.
Hambatan penting dalam perancangan sistem optik terintegrasi pada panjang gelombang pendek adalah tingginya hamburan akibat ketidaksempurnaan struktur. Sebagai solusi, peneliti merancang jalur penghantar cahaya berbasis Si3N4 dengan dimensi ketebalan sekitar 25 nm. Rancangan yang sangat tipis membantu mengurangi hamburan dengan mengurangi konsentrasi medan optik dalam struktur. Berkat penyempurnaan struktur, peneliti memperoleh kehilangan propagasi sekitar 0,4 desibel per sentimeter. Hasil tersebut mendukung peningkatan kualitas resonator dan menjadi landasan penting bagi penelitian chip fotonik cahaya tampak.
Hasil Pengujian Laser 461 Nanometer Menunjukkan Kestabilan Tinggi
Tidak hanya mengandalkan resonator berkualitas tinggi, rancangan laser terintegrasi dibekali dengan kemampuan frequency tuning yang cepat. Dalam mengembangkan fungsi ini, tim mengintegrasikan aktuator piezoelektrik berbahan aluminium nitride pada chip pengendali cahaya. Bahan piezoelektrik tersebut mengalami perubahan bentuk sangat kecil ketika menerima sinyal listrik. Perubahan tersebut memengaruhi karakter optik resonator. Dengan pengaruh tersebut, penyetelan cahaya berlangsung secara terkendali tanpa komponen optik besar. Teknologi ini memiliki manfaat besar dalam pengukuran jarak dan partikel.
Dalam pengujian laboratorium, perangkat yang dikembangkan beroperasi pada panjang gelombang 461 nanometer. Pada konfigurasi yang mengutamakan kestabilan, peneliti memperoleh linewidth kurang dari 30 kilohertz. Hasil pengukuran ini menggambarkan emisi dengan rentang frekuensi sangat sempit. Pada konfigurasi penyetelan cepat, tim mendemonstrasikan penyetelan frekuensi hingga sekitar 900 MHz dengan kecepatan pengaturan mencapai satu juta siklus per detik. Penting dipahami, kinerja kestabilan dan rentang tuning dievaluasi melalui susunan yang disesuaikan. Berdasarkan pengujian ini, penelitian berhasil menunjukkan kemampuan menggabungkan kestabilan dan kecepatan pengaturan.
Eksperimen Komunikasi Bawah Air Membuktikan Potensi Laser Biru
Untuk membuktikan kemampuan komunikasi, kelompok ilmuwan tersebut menjalankan eksperimen komunikasi optik pada media air. Pada eksperimen ini, cahaya hasil modulasi dikirimkan melalui media air dengan panjang 30 cm. Pesan untuk pengujian berupa gambar logo EPFL diubah menjadi variasi frekuensi cahaya. Metode transmisi tersebut memanfaatkan pengkodean informasi melalui beberapa tingkat frekuensi. Setelah melewati kolom air, data optik yang diterima digunakan merekonstruksi informasi digital. Hasil eksperimen ini memperlihatkan kemungkinan komunikasi bawah air berbasis laser biru.
Walaupun eksperimen berhasil, pengujian tersebut masih memiliki keterbatasan. Media transmisi pada demonstrasi baru sepanjang 30 sentimeter. Selain itu, karakteristik media pengujian belum mewakili seluruh tantangan perairan keruh yang memiliki hamburan tinggi. Dalam penerapan lapangan, gerakan akibat lingkungan perairan dapat mempersulit penyelarasan sinar. Kandungan sedimen juga berpotensi memperbesar kehilangan sinyal. Karena itu, eksperimen pada air laut sesungguhnya perlu dilakukan sebelum perangkat digunakan untuk operasi kelautan.
Manfaat Laser Biru Berukuran Chip bagi Penelitian dan Industri Modern
Di samping mendemonstrasikan pengiriman data melalui air, para ilmuwan EPFL turut menjalankan eksperimen pendeteksian partikel udara. Dalam percobaan tersebut, asap lilin digunakan sebagai sumber partikel tersuspensi. Laser biru kemudian mendeteksi respons akibat partikel ketika sinar mengenai partikel kecil. Dari pengujian tersebut, peneliti menemukan perubahan sinyal yang jelas. Sebagai pembanding, laser telekomunikasi inframerah tidak menunjukkan respons terukur pada kondisi pembanding dalam kondisi pengujian sebanding.
Manfaat pendekatan laser biru berkaitan dengan sifat hamburan pada spektrum biru. Untuk partikel dengan karakteristik yang sesuai, gelombang optik berwarna biru memiliki sensitivitas hamburan yang lebih tinggi dibandingkan cahaya inframerah. Karakteristik tersebut berpotensi mendukung pemantauan aerosol lingkungan. Meski asap berhasil terdeteksi, hasil penelitian belum memberikan angka kadar polutan. Karena itu, sistem belum dapat dianggap sebagai alat pengukur kualitas udara siap pakai. Evaluasi tambahan perlu menguji respons terhadap berbagai ukuran partikel.
Di luar pengiriman data serta deteksi asap, sumber cahaya biru dengan pengendalian presisi juga dapat mendukung pengembangan dalam instrumen fisika presisi. Salah satu bidang yang relevan adalah perangkat pencatat waktu dengan presisi tinggi. Dalam pengembangan instrumen ini, ketelitian pengendalian gelombang optik memiliki peran penting untuk mendukung pengukuran kuantum. Bidang komputasi kuantum juga berpotensi memperoleh manfaat dari sumber cahaya stabil. Pada aplikasi kuantum, sumber optik tersebut mungkin digunakan dalam pengendalian interaksi kuantum. Kendati teknologi tersebut menjanjikan, penerapan khusus masih memerlukan adaptasi.
Penutup: Teknologi Fotonik Terintegrasi Membawa Kemajuan Pengukuran Optik
Keberhasilan EPFL dalam merancang sumber cahaya biru dengan kendali frekuensi cepat membawa kemajuan menarik dalam pengembangan perangkat laser modern. Melalui penggunaan resonator silicon nitride dan aktuator aluminium nitride, para ilmuwan mampu menunjukkan emisi laser yang stabil serta kemampuan penyetelan frekuensi cepat. Eksperimen komunikasi melalui air memberikan bukti awal penggunaan sistem laser biru dalam komunikasi optik bawah air. Sebagai manfaat tambahan, pengujian deteksi asap membuka peluang aplikasi tambahan pada teknologi sensor optik.
Ke depan, teknologi laser terintegrasi mungkin semakin dibutuhkan dalam komunikasi kelautan. Meski demonstrasi awal menunjukkan keberhasilan, pengujian lapangan tetap diperlukan sebelum dikembangkan menjadi produk industri. Aspek seperti hamburan akibat partikel tersuspensi, konsistensi performa perangkat, dan pengelolaan tenaga listrik. Apabila pengembangan lanjutan menunjukkan hasil baik, peluang penggunaan teknologi akan semakin luas. Menurut Anda, apakah teknologi laser biru EPFL akan membantu mempercepat penelitian kelautan? Sampaikan pandangan Anda mengenai potensi laser biru.
