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
Inovasi laser biru berukuran chip oleh EPFL menghadirkan kemajuan menarik dalam industri perangkat berbasis cahaya. Kelompok ilmuwan di bawah arahan Tobias J. Kippenberg dan Simone Bianconi berhasil mengembangkan sumber cahaya biru yang terintegrasi secara hibrida. Tidak seperti rangkaian laser presisi konvensional, pendekatan tersebut berupaya menyederhanakan ukuran sistem optik. Kendati memiliki rancangan lebih ringkas, perangkat berhasil menunjukkan cahaya biru dengan kestabilan tinggi. Karakteristik tersebut memiliki nilai besar untuk pengembangan perangkat fotonik generasi berikutnya.
Perangkat optik dengan panjang gelombang biru menunjukkan perilaku yang tidak sama dibandingkan sumber cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang. Dalam kondisi air tertentu, gelombang biru dapat merambat dengan kehilangan energi lebih kecil dibandingkan cahaya inframerah yang umum digunakan dalam telekomunikasi. Perbedaan sifat cahaya ini menjadikan teknologi ini relevan untuk pengiriman data di bawah air. Meski menawarkan kelebihan, kemampuan rambat tetap bergantung pada kandungan partikel. Oleh sebab itu, pengembangan sumber cahaya stabil menjadi bagian penting untuk meningkatkan kemampuan sistem optik bawah air.
Mengenal Sistem Self-Injection Locking pada Laser Biru Terintegrasi
Salah satu bagian penting dari sistem laser yang dikembangkan adalah integrasi microresonator berbentuk cincin. Pada susunan perangkat ini, laser semikonduktor berbahan galium nitrida dihubungkan dengan rangkaian optik berbasis silikon nitrida. Komponen pengendali cahaya tersebut memilih frekuensi optik tertentu dan mengembalikan sebagian cahaya menuju sumber emisi awal. Proses penguncian optik ini disebut self-injection locking. Berkat penguncian frekuensi tersebut, kestabilan frekuensi dapat ditingkatkan sehingga keluaran optik memiliki noise lebih rendah. Kemampuan tersebut berperan penting pada pengukuran optik sensitif.
Salah satu persoalan teknis yang dihadapi laser biru berbasis chip adalah sensitivitas terhadap cacat mikroskopis pada waveguide. Untuk mengatasinya, peneliti merancang jalur penghantar cahaya berbasis Si3N4 dengan lapisan setebal sekitar 25 nanometer. Pendekatan pemandu gelombang tipis membantu mengurangi hamburan dengan mengatur distribusi cahaya pada pemandu gelombang. Dengan desain ini, peneliti memperoleh tingkat rugi optik mendekati 0,4 dB per sentimeter. Hasil tersebut membantu menghasilkan penguncian frekuensi yang stabil dan menjadi landasan penting bagi penelitian chip fotonik cahaya tampak.
Penggunaan Aluminium Nitride Meningkatkan Kendali Laser Fotonik
Selain menghasilkan cahaya stabil, sistem laser EPFL turut menggunakan kemampuan frequency tuning yang cepat. Dalam mengembangkan fungsi ini, para ilmuwan menggunakan komponen piezoelektrik aluminium nitrida pada platform optik terintegrasi. Komponen AlN ini menimbulkan perubahan mekanis mikroskopis ketika diberikan tegangan listrik. Perubahan tersebut mengubah kondisi rambat cahaya. Melalui mekanisme ini, pengendalian keluaran optik dapat dilakukan secara terkendali tanpa komponen optik besar. Teknologi ini dapat mendukung transmisi informasi digital.
Berdasarkan eksperimen yang dilakukan, sistem optik EPFL menggunakan keluaran optik mendekati 461 nanometer. Ketika sistem dioptimalkan untuk kestabilan frekuensi, eksperimen menunjukkan nilai linewidth kurang dari 30 kilohertz. Parameter tersebut mencerminkan kestabilan spektral yang baik. Sementara itu, tim mendemonstrasikan rentang perubahan frekuensi sekitar 900 megahertz dengan frekuensi repetisi hingga 1 MHz. Perlu diperhatikan, setiap parameter memiliki kondisi eksperimen tersendiri. Berdasarkan pengujian ini, eksperimen memberikan bukti potensi pengendalian laser yang presisi.
Eksperimen Komunikasi Bawah Air Membuktikan Potensi Laser Biru
Sebagai demonstrasi penggunaan nyata di laboratorium, para peneliti EPFL melakukan percobaan komunikasi optik pada media air. Pada eksperimen ini, sinyal optik dilewatkan melalui media air dengan panjang 30 cm. Informasi digital berupa pola gambar identitas EPFL dikodekan menjadi perubahan frekuensi laser. Sistem tersebut menggunakan teknik frequency-shift keying bertingkat. Di bagian penerima, data optik yang diterima digunakan merekonstruksi informasi digital. Demonstrasi tersebut memberikan bukti awal pemanfaatan pengaturan frekuensi optik untuk komunikasi.
Meski transmisi gambar telah dibuktikan, hasilnya masih berada pada tahap pembuktian konsep. Jarak pengiriman yang diuji baru sepanjang 30 sentimeter. Selain itu, kondisi air laboratorium belum mewakili seluruh tantangan lingkungan bawah laut dengan kondisi berubah-ubah. Ketika digunakan di laut, perubahan posisi pemancar serta penerima berpotensi mengganggu arah berkas optik. Material yang melayang di air juga dapat menyebabkan hamburan. Dengan mempertimbangkan tantangan tersebut, evaluasi dalam kondisi lapangan perlu dilakukan sebelum perangkat digunakan untuk operasi kelautan.
Aplikasi Laser Fotonik untuk Pemantauan Partikel Udara dan Teknologi Kuantum
Selain menguji komunikasi bawah air, tim peneliti turut menjalankan pemeriksaan terhadap hamburan cahaya oleh asap. Dalam percobaan tersebut, asap lilin digunakan sebagai objek pengamatan. Sumber cahaya biru digunakan untuk mengamati perubahan sinyal ketika berkas melewati asap. Hasilnya, perangkat menunjukkan indikasi keberadaan partikel di udara. Sebagai pembanding, laser inframerah 1.550 nanometer belum mampu menghasilkan perubahan sinyal yang terlihat dalam kondisi pengujian sebanding.
Potensi pengukuran ini berasal dari interaksi cahaya berpanjang gelombang pendek dengan partikel. Pada banyak kondisi, gelombang optik berwarna biru dapat menghasilkan respons partikel lebih jelas dibandingkan sumber optik telekomunikasi. Kemampuan fisika tersebut berpotensi mendukung pengembangan sensor polusi udara. Namun demikian, hasil penelitian belum memberikan angka kadar polutan. Oleh sebab itu, sistem belum dapat dianggap sebagai alat pengukur kualitas udara siap pakai. Pengembangan berikutnya harus memeriksa sensitivitas serta kemampuan pengukuran kuantitatif.
Tidak hanya dalam sistem kelautan dan sensor udara, teknologi laser terintegrasi ber-noise rendah juga berpeluang dimanfaatkan dalam teknologi pengukuran ilmiah. Contoh penerapan yang memungkinkan adalah perangkat pencatat waktu dengan presisi tinggi. Pada teknologi tersebut, kestabilan frekuensi cahaya memiliki peran penting untuk mengamati transisi atom. Pengembangan perangkat berbasis atom Rydberg juga berpotensi memperoleh manfaat dari sumber cahaya stabil. Dalam konteks tersebut, laser biru dapat mendukung manipulasi keadaan atom. Kendati teknologi tersebut menjanjikan, kesesuaian perangkat harus diuji untuk masing-masing kebutuhan.
Penutup: Teknologi Fotonik Terintegrasi Membawa Kemajuan Pengukuran Optik
Keberhasilan EPFL dalam merancang sumber cahaya biru dengan kendali frekuensi cepat membawa kemajuan menarik dalam dunia TEKNOLOGI fotonik. Melalui penggunaan struktur mikroresonator dengan kehilangan cahaya rendah dan komponen piezoelektrik AlN, tim peneliti berhasil menghasilkan keluaran optik berkualitas tinggi serta kemampuan penyetelan frekuensi cepat. Demonstrasi pengiriman gambar melalui kolom air menunjukkan kemungkinan penggunaan sistem laser biru dalam pengembangan jaringan komunikasi kelautan. Di samping kemampuan komunikasi, pengujian deteksi asap membuka peluang aplikasi tambahan pada bidang pengukuran lingkungan.
Ke depan, laser biru berukuran chip dapat menjadi bagian penting dalam pengembangan teknologi kuantum. Walaupun hasil penelitian menjanjikan, pengujian lapangan tetap diperlukan sebelum dikembangkan menjadi produk industri. Aspek seperti kondisi air yang keruh, konsistensi performa perangkat, dan pengelolaan tenaga listrik. Ketika performa perangkat berhasil ditingkatkan, peluang penggunaan teknologi akan semakin luas. Menurut Anda, apakah komunikasi bawah air berbasis cahaya berpotensi meningkatkan kemampuan komunikasi bawah laut? Bagikan pendapat Anda mengenai potensi laser biru.
