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
Pengembangan laser biru berukuran chip oleh EPFL menghadirkan kemajuan menarik dalam industri perangkat berbasis cahaya. Para peneliti yang bekerja bersama Tobias J. Kippenberg dan Simone Bianconi mampu mendemonstrasikan sumber cahaya biru yang terintegrasi secara hibrida. Tidak seperti sistem laser laboratorium berukuran besar, pendekatan tersebut berupaya menyederhanakan kebutuhan ruang perangkat. Meski berukuran kecil, perangkat berhasil menunjukkan keluaran laser dengan gangguan frekuensi rendah. Sifat optik tersebut menjadi kebutuhan utama dalam pengukuran berbasis cahaya.
Perangkat optik dengan panjang gelombang biru menawarkan sifat khusus dibandingkan laser inframerah. Pada lingkungan perairan yang sesuai, gelombang biru dapat merambat dengan kehilangan energi lebih kecil dibandingkan cahaya inframerah yang umum digunakan dalam telekomunikasi. Keunggulan tersebut membuka kemungkinan penggunaan untuk komunikasi antarperangkat kelautan. Namun demikian, jangkauan sinyal sangat ditentukan oleh karakteristik lingkungan perairan. Oleh sebab itu, pengembangan sumber cahaya stabil menjadi bagian penting untuk membangun komunikasi yang andal.
Teknologi Silicon Nitride Membantu Menstabilkan Frekuensi Laser
Komponen utama dari sistem laser yang dikembangkan adalah pemanfaatan struktur cincin optik berukuran sangat kecil. Pada susunan perangkat ini, dioda laser berbasis gallium nitride dikopel ke rangkaian optik berbasis silikon nitrida. Struktur cincin mikroskopis ini membantu menentukan karakter frekuensi keluaran dan mengembalikan sebagian cahaya menuju dioda laser. Proses penguncian optik ini disebut self-injection locking. Berkat penguncian frekuensi tersebut, emisi laser menjadi lebih teratur sehingga perangkat mendukung pengukuran yang lebih presisi. Kemampuan tersebut berperan penting pada pengukuran optik sensitif.
Hambatan penting dalam perancangan sistem optik terintegrasi pada panjang gelombang pendek adalah sensitivitas terhadap cacat mikroskopis pada waveguide. Dalam menjawab tantangan tersebut, peneliti merancang jalur penghantar cahaya berbasis Si3N4 dengan dimensi ketebalan sekitar 25 nm. Rancangan yang sangat tipis bertujuan menekan kehilangan propagasi dengan mengurangi konsentrasi medan optik dalam struktur. Berkat penyempurnaan struktur, tim berhasil menunjukkan nilai kehilangan cahaya sekitar 0,4 dB/cm. Pencapaian teknis ini membantu menghasilkan penguncian frekuensi yang stabil dan menjadi landasan penting bagi penelitian chip fotonik cahaya tampak.
Hasil Pengujian Laser 461 Nanometer Menunjukkan Kestabilan Tinggi
Selain menghasilkan cahaya stabil, rancangan laser terintegrasi turut menggunakan teknologi penyetelan frekuensi elektronik. Dalam mengembangkan fungsi ini, peneliti menambahkan komponen piezoelektrik aluminium nitrida pada chip pengendali cahaya. Bahan piezoelektrik tersebut mengalami perubahan bentuk sangat kecil ketika menerima sinyal listrik. Perubahan tersebut menyesuaikan indeks bias efektif pada rangkaian. Melalui mekanisme ini, penyetelan cahaya berlangsung secara terkendali tanpa komponen optik besar. Teknologi ini dapat mendukung transmisi informasi digital.
Melalui evaluasi performa, sistem optik EPFL menggunakan keluaran optik mendekati 461 nanometer. Pada konfigurasi yang mengutamakan kestabilan, peneliti memperoleh linewidth kurang dari 30 kilohertz. Hasil pengukuran ini mencerminkan kestabilan spektral yang baik. Pada konfigurasi penyetelan cepat, perangkat mampu mencapai rentang perubahan frekuensi sekitar 900 megahertz dengan pengulangan sampai satu juta kali per detik. Sebagai catatan teknis, setiap parameter memiliki kondisi eksperimen tersendiri. Melalui hasil tersebut, eksperimen memberikan bukti potensi pengendalian laser yang presisi.
Peneliti EPFL Berhasil Mengirim Informasi Melalui Kolom Air
Dalam menguji penerapan teknologi, kelompok ilmuwan tersebut melakukan percobaan pengiriman informasi melalui air. Melalui perangkat percobaan, berkas laser diarahkan melalui lintasan air berukuran tiga puluh sentimeter. Pesan untuk pengujian berupa representasi digital lambang EPFL diubah menjadi variasi frekuensi cahaya. Sistem tersebut memanfaatkan pengkodean informasi melalui beberapa tingkat frekuensi. Pada sisi pendeteksian, pola frekuensi yang terdeteksi diproses untuk menyusun kembali gambar. Hasil eksperimen ini memperlihatkan kemungkinan komunikasi bawah air berbasis laser biru.
Meski transmisi gambar telah dibuktikan, hasilnya masih berada pada tahap pembuktian konsep. Media transmisi pada demonstrasi masih terbatas pada kolom air 30 cm. Sebagai faktor penting lainnya, lingkungan percobaan terkontrol berbeda dari perairan keruh yang memiliki hamburan tinggi. Pada sistem komunikasi bawah air sebenarnya, gerakan akibat lingkungan perairan berpotensi mengganggu arah berkas optik. Kandungan sedimen juga berpotensi memperbesar kehilangan sinyal. Karena itu, pengujian di lingkungan alami perlu dilakukan sebelum teknologi diterapkan secara luas.
Laser Biru EPFL Berpotensi Digunakan untuk Deteksi Asap dan Sensor Lingkungan
Tidak hanya melakukan percobaan transmisi informasi, para ilmuwan EPFL mengadakan eksperimen pendeteksian partikel udara. Dalam percobaan tersebut, partikel hasil pembakaran lilin dimanfaatkan sebagai objek pengamatan. Perangkat optik tersebut selanjutnya mengukur perubahan karakter cahaya ketika sinar mengenai partikel kecil. Dari pengujian tersebut, perangkat menunjukkan respons terukur akibat asap. Dalam perbandingan eksperimen, sumber cahaya inframerah pada panjang gelombang 1.550 nm belum mampu menghasilkan perubahan sinyal yang terlihat dalam pengamatan dengan jalur optik setara.
Keunggulan sensor tersebut dipengaruhi oleh interaksi cahaya berpanjang gelombang pendek dengan partikel. Pada banyak kondisi, cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek memiliki sensitivitas hamburan yang lebih tinggi dibandingkan gelombang yang lebih panjang. Kemampuan fisika tersebut membuka peluang pemantauan aerosol lingkungan. Meski asap berhasil terdeteksi, eksperimen belum mengukur konsentrasi partikel. Karena itu, sistem belum dapat dianggap sebagai alat pengukur kualitas udara siap pakai. Penelitian lanjutan perlu menguji respons terhadap berbagai ukuran partikel.
Di luar pengiriman data serta deteksi asap, laser biru berfrekuensi stabil juga dapat mendukung pengembangan dalam instrumen fisika presisi. Kebutuhan penelitian yang berkaitan adalah jam atom optik. Pada teknologi tersebut, kestabilan frekuensi cahaya memiliki peran penting untuk mengamati transisi atom. Pengembangan perangkat berbasis atom Rydberg juga memiliki kebutuhan serupa. Untuk kebutuhan penelitian tingkat lanjut, laser biru dapat mendukung eksperimen menggunakan cahaya berfrekuensi terukur. Meski peluang aplikasinya luas, kesesuaian perangkat harus diuji untuk masing-masing kebutuhan.
Rangkuman: Potensi Laser Biru Berukuran Chip bagi Teknologi Masa Depan
Pencapaian EPFL dalam mendemonstrasikan perangkat optik terintegrasi membuka pendekatan baru dalam pengembangan perangkat laser modern. Dengan menggabungkan struktur mikroresonator dengan kehilangan cahaya rendah dan komponen piezoelektrik AlN, kelompok pengembang mendemonstrasikan keluaran optik berkualitas tinggi serta pengaturan gelombang optik yang responsif. Demonstrasi pengiriman gambar melalui kolom air menunjukkan kemungkinan penggunaan teknologi tersebut dalam pengiriman informasi di lingkungan perairan. Sebagai manfaat tambahan, eksperimen sensor aerosol membuka peluang aplikasi tambahan pada bidang pengukuran lingkungan.
Ke depan, perangkat sumber cahaya biru yang ringkas mungkin semakin dibutuhkan dalam pengukuran partikel udara. Namun demikian, keandalan pada kondisi nyata masih harus diperiksa sebelum digunakan secara komersial. Beberapa hal yang perlu dievaluasi meliputi perubahan lingkungan perairan, kestabilan pengoperasian jangka panjang, dan pengelolaan tenaga listrik. Apabila pengembangan lanjutan menunjukkan hasil baik, peluang penggunaan teknologi akan semakin luas. Bagaimana pendapat Anda, apakah komunikasi bawah air berbasis cahaya akan membantu mempercepat penelitian kelautan? Bagikan pendapat Anda mengenai perkembangan fotonik terintegrasi.
