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 membuka pendekatan baru dalam industri perangkat berbasis cahaya. Kelompok ilmuwan di bawah arahan Tobias J. Kippenberg dan Simone Bianconi mampu mendemonstrasikan sumber cahaya biru yang terintegrasi secara hibrida. Jika dibandingkan dengan perangkat optik yang menggunakan banyak komponen terpisah, teknologi yang dikembangkan dirancang untuk mengurangi kebutuhan ruang perangkat. Meski berukuran kecil, perangkat berhasil menunjukkan keluaran laser dengan gangguan frekuensi rendah. Sifat optik tersebut sangat penting bagi pengukuran berbasis cahaya.
Laser biru memiliki karakteristik berbeda dibandingkan laser inframerah. Pada lingkungan perairan yang sesuai, sinyal optik biru berpotensi menjangkau jarak lebih jauh dibandingkan laser inframerah pada sistem komunikasi serat optik. Perbedaan sifat cahaya ini menjadikan teknologi ini relevan untuk pengiriman data di bawah air. Meski menawarkan kelebihan, jangkauan sinyal sangat ditentukan oleh karakteristik lingkungan perairan. Oleh sebab itu, pengendalian frekuensi secara presisi menjadi bagian penting untuk mengurangi gangguan transmisi.
Teknologi Silicon Nitride Membantu Menstabilkan Frekuensi Laser
Elemen teknis yang menonjol dari laser biru EPFL adalah penggunaan resonator optik mikroskopis. Dalam rancangan tersebut, laser semikonduktor berbahan galium nitrida dikopel ke rangkaian optik berbasis silikon nitrida. Komponen pengendali cahaya tersebut memilih frekuensi optik tertentu dan memberikan umpan balik optik menuju komponen penghasil cahaya. Pendekatan pengendalian tersebut menggunakan prinsip self-injection locking. Berkat penguncian frekuensi tersebut, kestabilan frekuensi dapat ditingkatkan sehingga perangkat mendukung pengukuran yang lebih presisi. Hasil pengendalian ini dibutuhkan dalam komunikasi koheren.
Tantangan utama dalam pengembangan laser biru berbasis chip adalah sensitivitas terhadap cacat mikroskopis pada waveguide. Dalam menjawab tantangan tersebut, tim EPFL mengembangkan pemandu gelombang silicon nitride dengan dimensi ketebalan sekitar 25 nm. Struktur optik tersebut memperkecil pengaruh ketidaksempurnaan material dengan mengurangi konsentrasi medan optik dalam struktur. Melalui konfigurasi tersebut, peneliti memperoleh tingkat rugi optik mendekati 0,4 dB per sentimeter. Pencapaian teknis ini mendukung peningkatan kualitas resonator dan membuka peluang lanjutan bagi pengembangan laser ringkas.
Hasil Pengujian Laser 461 Nanometer Menunjukkan Kestabilan Tinggi
Selain menghasilkan cahaya stabil, sistem laser EPFL turut menggunakan pengaturan frekuensi berkecepatan tinggi. Untuk mencapai kemampuan tersebut, peneliti menambahkan komponen piezoelektrik aluminium nitrida pada platform optik terintegrasi. Bahan piezoelektrik tersebut menimbulkan perubahan mekanis mikroskopis ketika diberikan tegangan listrik. Respons mekanis ini menyesuaikan indeks bias efektif pada rangkaian. Akibatnya, pengendalian keluaran optik dapat dilakukan secara terkendali tanpa komponen optik besar. Pendekatan tersebut penting untuk transmisi informasi digital.
Berdasarkan eksperimen yang dilakukan, sistem optik EPFL menggunakan keluaran optik mendekati 461 nanometer. Ketika sistem dioptimalkan untuk kestabilan frekuensi, tim mencatat lebar garis spektral kurang dari 30 kilohertz. Hasil pengukuran ini menggambarkan emisi dengan rentang frekuensi sangat sempit. Untuk pengaturan frekuensi berkecepatan tinggi, perangkat mampu mencapai rentang perubahan frekuensi sekitar 900 megahertz dengan frekuensi repetisi hingga 1 MHz. Perlu diperhatikan, hasil optimal tersebut diperoleh dari konfigurasi pengujian yang berbeda. Berdasarkan pengujian ini, tim EPFL membuktikan potensi pengendalian laser yang presisi.
Peneliti EPFL Berhasil Mengirim Informasi Melalui Kolom Air
Sebagai demonstrasi penggunaan nyata di laboratorium, para peneliti EPFL melakukan percobaan komunikasi optik pada media air. Dalam pengujian tersebut, cahaya hasil modulasi dikirimkan melalui lintasan air berukuran tiga puluh sentimeter. Informasi digital berupa representasi digital lambang EPFL dikodekan menjadi perubahan frekuensi laser. Proses komunikasi ini menggunakan modulasi frekuensi dengan enam tingkat. Pada sisi pendeteksian, pola frekuensi yang terdeteksi diproses untuk menyusun kembali gambar. Hasil eksperimen ini memperlihatkan kemungkinan komunikasi bawah air berbasis laser biru.
Walaupun eksperimen berhasil, hasilnya masih berada pada tahap pembuktian konsep. Jarak pengiriman yang diuji baru sepanjang 30 sentimeter. Di samping batasan jarak, kondisi air laboratorium berbeda dari lingkungan bawah laut dengan kondisi berubah-ubah. Pada sistem komunikasi bawah air sebenarnya, arus dan pergerakan perangkat membutuhkan sistem pelacakan tambahan. Material yang melayang di air juga dapat menyebabkan hamburan. Oleh sebab itu, pengujian di lingkungan alami masih dibutuhkan sebelum perangkat digunakan untuk operasi kelautan.
Manfaat Laser Biru Berukuran Chip bagi Penelitian dan Industri Modern
Selain menguji komunikasi bawah air, kelompok pengembang juga melakukan eksperimen pendeteksian partikel udara. Pada pengujian lingkungan, asap lilin digunakan sebagai sumber partikel tersuspensi. Laser biru kemudian mendeteksi respons akibat partikel ketika berkas melewati asap. Hasilnya, perangkat menunjukkan respons terukur akibat asap. Sebagai pembanding, laser inframerah 1.550 nanometer tidak memperlihatkan perubahan yang terdeteksi dalam pengamatan dengan jalur optik setara.
Potensi pengukuran ini berkaitan dengan sifat hamburan pada spektrum biru. Pada banyak kondisi, cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek memiliki sensitivitas hamburan yang lebih tinggi dibandingkan gelombang yang lebih panjang. Kemampuan fisika tersebut berpotensi mendukung pemantauan aerosol lingkungan. Walaupun pengujian menunjukkan respons yang menarik, eksperimen belum mengukur konsentrasi partikel. Oleh sebab itu, hasilnya belum cukup untuk menggantikan instrumen lingkungan komersial. Penelitian lanjutan dapat menilai keandalan dalam kondisi lingkungan berbeda.
Di luar pengiriman data serta deteksi asap, teknologi laser terintegrasi ber-noise rendah juga memiliki potensi penggunaan dalam teknologi pengukuran ilmiah. Kebutuhan penelitian yang berkaitan adalah perangkat pencatat waktu dengan presisi tinggi. Dalam pengembangan instrumen ini, kemurnian spektral laser 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 eksperimen menggunakan cahaya berfrekuensi terukur. Walaupun demikian, penerapan khusus masih memerlukan adaptasi.
Kesimpulan: Laser Biru EPFL Membuka Peluang Baru dalam Komunikasi Bawah Air
Pencapaian EPFL dalam mendemonstrasikan perangkat optik terintegrasi membuka pendekatan baru dalam dunia TEKNOLOGI fotonik. Dengan menggabungkan rangkaian fotonik berbasis silikon nitrida dan komponen piezoelektrik AlN, para ilmuwan mampu menunjukkan keluaran optik berkualitas tinggi serta kemampuan penyetelan frekuensi cepat. Eksperimen komunikasi melalui air memperlihatkan potensi penggunaan sistem laser biru dalam pengembangan jaringan komunikasi kelautan. Di samping kemampuan komunikasi, demonstrasi pemantauan partikel udara menunjukkan fungsi lain pada bidang pengukuran lingkungan.
Ke depan, perangkat sumber cahaya biru yang ringkas mungkin semakin dibutuhkan dalam komunikasi kelautan. Namun demikian, perangkat membutuhkan penyempurnaan lebih lanjut sebelum digunakan secara komersial. Beberapa hal yang perlu dievaluasi meliputi hamburan akibat partikel tersuspensi, daya tahan komponen fotonik, dan efisiensi konsumsi energi. Ketika performa perangkat berhasil ditingkatkan, sistem komunikasi optik dapat berkembang lebih jauh. Dari sudut pandang Anda, apakah pengembangan chip fotonik untuk transmisi data berpotensi meningkatkan kemampuan komunikasi bawah laut? Sampaikan pandangan Anda mengenai potensi laser biru.
