Mengendus Tsunami dengan Sensor Laser

Bambang Widyatmoko (Pusat Penelitian Fisika LIPI)

Teknologi pendeteksi gelombang tsunami tak mesti terlalu canggih. Teknologi

laser sederhanapun bisa digunakan untuk mengendusnya.

Gempa dahsyat disertai gelombang tsunami yang terjadi di Sumatera Utara dan

Aceh beberapa waktu yang lalu memberikan pelajaran yang sangat berharga bagi

bangsa Indonesia betapa hebatnya daya lumat gelombang tsunami. Namun, kita

semuapun tercengang manakala tahu bahwa sebetulnya tsunami perlu waktu

beberapa menit hingga beberapa puluh menit untuk mencapai daratan. Diantara

waktu itu, sesungguhnya sangat memungkinkan digunakan untuk memberi

peringatan kepada penduduk di sekitar pantai akan adanya bahaya, sehingga

mereka bisa menjauh secepatnya,. Sayangnya ini yang tidak terjadi.

Pengalaman pahit itu menuntut kita mencari cara menghindarkan diri dari

pengalaman serupa. Salah satunya barangkali kita bisa menengok pada Jepang,

negeri rawan sekaligus berpengalaman menangani gempa dan tsunami.

Jepang yang juga merupakan negara rawan gempa telah memasang alat

pendeteksi gempa, baik di darat maupun di laut. Alat yang dipasang di laut juga

dilengkapi dengan pendeteksi tsunami. Alat inipun dilengkapi dengan komputer

super cepat beserta sarana komunikasinya. Dengan demikian, ketika tsunami

terjadi, hanya dalam hitungan 2-5 menit, seluruh data komplet tentang ancaman

tsunami itu tersiar ke publik melalui jaringan televisi. Mekanisme peringatan dini

inilah yang dikembangkan di Jepang kini.

Sebenarnya ada beberapa metode yang bisa digunakan untuk mendeteksi adanya

tsunami yang dikembangkan. Salah satunya adalah seperti yang dikembangkan

Dr. Sakata, peneliti ahli tsunami dari The National Research Institute for Earth

Science and Disaster Prevention (NIED). Jepang, telah menciptakan metode baru

dengan memakai laser. Metode ini sangat sederhana dan sangat sensitif sebagai

sensor tsunami ataupun sensor pergeseran / tekanan. Disamping itu, alat ini

terbebas dari suara bising karena yang dikirim ke sensor yang berada jauh dari

pantai adalah cahaya laser melalui fiber optik sedang seluruh perangkat elektronik

diletakkan di darat.

sistem pendeteksi tsunami dengan laser. Ada dua bagian yang terpisah, yaitu

bagian sensor utama yang diletakkan di dasar laut beberapa kilometer dari pantai

dan bagian monitoring atau kontrol yang berada di darat (ruang kontrol / monitor).

Dua laser diode digunakan sebagai sumber cahaya sekaligus sebagai slave

oscillator. Dari masing-masing laser dibagi menjadi dua bagian dengan

perbandingan 9:1. Bagian yang 90 persen dikirim ke bagian sensor melalui fiber

optik, demikian pula cahaya balik dikirim melalui fiber optik ke tempat penerima

(ruang kontrol). Cahaya balik dari sensor akan dideteksi oleh photo detector dan

kemudian sinyal dipakai untuk mengunci frekuensi laser terhadap transmisi

puncak dari resonator. Bagian lain disatukan memakai fiber coupler untuk

membangkitkan beat signal dan diukur frekuensinya.

Sensor utama yang diletakkan di dasar laut berupa dua buah Fabry-Perot

resonator dengan free spectral range (FSR) yang sama. Masing-masing cavity ini

terbentuk dari dua buah cermin yang terpisahkan dengan jarak Lc dan dipasang

bersilang (sumbu x dan y). FSR didefinisikan sebagai FSR = C/(2 n Lc), dengan C

adalah kecepatan cahaya (m/detik), n adalah indeks bias medium (= 1) dan Lc

adalah jarak antara dua cermin. Cavity ini hanya akan memberikan transmisi

puncak bila frekuensi laser bersesuaian (beresonansi) dengan FSR dari cavity.

Kemudian cavity dimasukkan ke dalam tabung silinder yang terbuat dari bahan

antikarat yang masing-masing cermin dikunci dengan dinding tabung. Bentuk

bagian dalam dibuat sedemikian rupa sehingga ada beda tebal dari dinding silinder

pada arah x dan y (lihat gambar).

Apabila dinding tabung terkena tekanan akibat gelombang tsunami, Lc akan

berubah yang mengakibatkan FSR dari cavity berubah. Perbedaan tebal dinding

juga mengakibatkan perbedaan perubahan panjang dari cavity 1 dan cavity 2.

Gambar A menunjukkan grafik transmisi puncak dari resonator sebagai fungsi

sweep frekuensi laser. Seperti digambarkan dalam grafik bahwa dengan tekanan

yang sama ada perbedaan perubahan FSR dari resonator 1 dan 2. Perubahan ini

yang dideteksi lebih lanjut dengan beat frekuensi dari dua laser yang masing-

masing frekuensinya terkunci pada dua cavity tersebut. Locking laser terhadap

peak transmisi dari sensor dilakukan dengan rangkaian sederhana berupa auto-

lock circuit. Gambar B menggambarkan transmisi puncak dari sensor dilihat

menggunakan oscilloscope, sedangkan gambar C menunjukkan sinyal setelah

laser dikunci. Terlihat bahwa daya transmisinya sama dengan puncak dari sensor,

yang berarti laser terkunci dengan baik terhadap sensor. Kecepatan sistem kontrol

adalah 10 KHz, kecepatan ini cukup untuk mengantisipasi kecepatan perubahan

sensor.

Sensor bekerja bila kedua laser terkunci dengan baik ke masing-masing pasangan

resonator. Kemudian dari sebagian cahaya laser yang digabungkan dideteksi beat

sinyalnya memakai photo detector.

Sumber cahaya beserta kelengkapannya yang diletakkan di darat. Dari alat ini

dapat dimonitor perubahan frekuensi laser yang bersesuaian dengan dengan tinggi

tsunami dan seterusnya disalurkan ke pusat pengamatan gempa memakai saluran

telepon. Perubahan beda frekuensi 12 MHz dideteksi untuk setiap perubahan

tsunami 1 cm. Untuk jarak antara dua cermin 10 cm, FSR dari resonator kira-kira

6 GHz, sehingga akan bisa mendeteksi tsunami yang tingginya mencapai 5 meter.

Besarnya tsunami yang dapat dideteksi bisa diperbesar dengan memperbesar jarak

dua cermin atau mempertebal dinding tabung. Jarak sensor ke darat dapat

mencapai 50-100 km tergantung pada daya laser yang dipakai. Dengan jarak

sensor 100 km dari pantai juga memungkinkan untuk memberi peringatan dini

lebih dari puluhan menit ke darat bila di bagian sensor terjadi tsunami.

Sejauh ini sensor tsunami bukan merupakan produk yang banyak terjual di pasar

karena biasanya pemakai adalah pemerintahan (badan penelitian), sehingga

harganya cukup mahal. Namun, dari segi teknologi sensor ini bukanlah hal yang

susah didapat sehingga 100 persen bisa dibuat (dirakit) di Indonesia. Tentu hal ini

membutuhkan dukungan dari pemerintah untuk semaksimal mungkin

memanfatkan potensi SDM dalam negeri dan menjalin kerjasama dengan pakar

penemunya di Jepang. Masalahnya kini, maukah kita melakukannya ?