Sejarah Fisika : Perkembangan Optika Tiap Periode

Sejarah Perkembangan Optika

Optika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari mengenai sifat-sifat cahaya

beserta interaksinya dengan medium. Menurut Richtmayer perkembangan keilmuwan dibagi ke

dalam empat periode. begitupun dengan sejarah perkembangan Optika. berikut sedikit penjelasan

mengenai sejarah perkembangan optika menurut Richtmayer:

a. Perkembangan Optik Periode I (Zaman Prasejarah (SM) s.d. 1500 M)

Pada zaman prasejarah ternyata optik telah dikenal, buktinya adalah ditemukannya

sebuah kanta optik yang berumur sekitar 2.200 tahun yang lalu di Baghdad, Irak. Kanta purba

yang berukuran kira-kira satu ibu jari tersebut ditemukan dengan sedikit retak di bagian kacanya.

Penemuan ini menunjukkan bahwa sejak zaman purbakala orang-orang telah mengetahui cara

membuat kanta dan mengaplikasikannya di kehidupan sehari-hari. Optik dipelajari secara ilmiah

di periode I ini dimulai pada tahun 300 SM. Pada zaman prasejarah dikenal dengan zaman yang

hanya mengemukakan teori-teori para ahli saja tanpa dilakukan pembuktian dengan eksperimen

sehingga ada beberapa teori tentang optik yang bermunculan, misalnya Teori Tactile dan Teori

Emisi.

Para ilmuwan yang hidup di zaman prasejarah mengemukakan pendapat bahwa kita dapat

melihat suatu benda karena terdapat cahaya dari mata kita yang dipancarkan ke benda tersebut.

seperti halnya senter yang disorotkan ke sebuah benda sehingga kita dapat melihat benda

tersebut. Teori ini dipelopori oleh Aristoteles dan Ptolomeus. Di masa sebelum masehi ini,

Euclid (275 SM-330 SM) menemukan bahwa cahaya bergerak dalam garis lurus.dan dia

mempelajari juga tentang pemantulan cahaya.

Pada abad ke-10 M, muncul teori yang menentang Teori Tactile yaitu Teori Emisi. Teori

Emisi ini dikatakan merubah drastis cara pandang terhadap konsep cahaya. Pada Teori Emisi

dikatakan bahwa kita dapat melihat benda bukan karena mata kita yang memancarkan cahaya ke

benda tersebut (Teori Tactile), tetapi karena terdapat cahaya yang dipantulkan oleh beda yang

kita lihat menuju mata kita. Teori ini pertama kali dicetuskan oleh Ibnu Al-Haitsam (965M –

1

1040 M) seorang Ilmuwan muslim yang sangat populer dan dikenal juga sebagai ‘Bapak optik

dunia’. Akhirnya, teori emisi ini benar-benar menggugurkan Teori Tactile dan dipercaya

kebenarannya sampai sekarang.

Kemudian pada abad ke-13, pembiasan cahaya mulai disadari. Hal ini terbukti dengan

adanya tulisan di buku yang berjudul “Perspectiva” karya Bacon yaitu bila tulisan sebuah buku,

atau suatu benda kecil dilihat melalui bagian lengkung  sebuah kaca atau kristal akan nampak

lebih jelas dan lebih besar.

Pada akhir abad ke 15 atau sekitar awal abad ke 16 seorang ilmuwan Italia yaitu

Leonardo Da Vinci mengemukakan tentang optik fisiologis mata manusia yang mengakibatkan

penemuan di bidang medis di masa depan mulai terbuka jalannya.

b. Perkembangan Optik Periode II (1550 M – 1800 M)

Berbeda dengan Periode I, di Periode II ini sudah banyak dilakukan eksperimen untuk

mendukung kebenaran dari teori-teori yang telah dikemukakan. Penemuan-penemuan di Periode

II ini dimulai ketika orang-orang mulai gemar mengamati pelangi, hingga akhirnya diketahui

bahwa pelangi disebabkan oleh pembiasan cahaya oleh air. selain itu, di abad ke-16 ini juga

sudah mulai dibuat mikroskop yang menggunakan lensa gabungan yaitu lensa objektif dan lensa

okuler oleh Antony van Leuwenhoek (1632-1723) dari Belanda.

Satu abad berselang dengan tempat yang sama yaitu di Belanda, tepatnya pada abad ke-

17 atau sekitar tahun 1608 M untuk pertama kalinya seseorang mengklaim bahwa dia adalah

orang yang pertama menemukan teleskop. Orang tersebut adalah Hans Lippershey. Teleskop

yang ditemukan Hans Lippershey ini hanya bisa memperbesar tiga kali lipat ukuraan semula.

Awalnya Lippershey ini memegang sebuah lensa di depan lensa lain dan meletakkannya di

sebuah tabung kayu dan teleskop Hns Lippershey pun tercipta.

Namun, satu tahun kemudian Galileo Galilei yaitu tahun 1609 M, Galileo mendengar

bahwa seseorang telah menemukan teleskop di Belanda. Namun, berita itu masih samar-samar di

telinganya. Akhirnya, berkat kecerdasannya, ia mampu mempelajarai perangkat teleskop

Lippershey dan berhasil membuat teleskopnya sendiri yang lebih canggih pada masa itu karena

2

dapat melakukan perbesaran hingga 20 kali lipat. Teropong yang ditemukan Galileo ini sekarang

disebut teleskop panggung. Baik Lippershey maupun Galileo sama-sama mengkombinasikan

lensa cekung dan lensa cembung.

Kemudian pada tahun 1611, Keppler menyempurnakan desain teleskop Galileo yaitu

dengan menggunakan dua buah lensa cembung sehingga gambar yang dihasilkan terbalik.

Desain Keppler ini masih menjadi desain utama refraktor masa kini hanya saja mungkin ada

perbaikan dalam lensa dan kaca.

Selama abad ke-15 sampai abad ke-16, para ilmuwan berlomba-lomba untuk menghitung

kecepatan cahaya dengan berbagai cara. Ada yang menggunakan cara yang hampir sama ketika

menghitung kecepatan suara, yaitu dengan menyuruh seseorang berdiri di atas bukit yang sangat

jauh kemudian menyalakan sebuah lentera. Selang waktu ketika cahaya lentera dinyalakan

dengan cahaya yang dilihat oleh pengamat di bawah bukit itulah yang menjadi dasar perhitungan

kecepatan cahaya. Ilmuwan yang menggunakan metode ini adalah Galileo Galilei. Namun

Galileo tidak menemukan selang waktu tersebut, sehingga Galileo nenyatakan bahwa kecepatan

cahaya sangat cepat bahkan tak berhingga.

Pada tahun 1670-an, Ole Romer (1644-1710), mengamati bulan-bulan di Planet Jupiter.

Dia mengamati berapa lama waktu yang dibutuhkan bulan-bulan itu untuk bergerak ke belakang

Jupiter. Namun, dia heran karena mendapati waktu bulan muncul dan menghilang berbeda-beda,

terkadang lebih cepat dan terkadang lebih lambat dari waktu yang telah dihitung. Romer pun

mengambil kesimpulan bahwa kecepatan cahaya mempunyai batas. Itu mengacu dari posisi

Bumi saat dia melakukan pengamatan. Dan jeda waktu tadi diketemukan sebesar 16,7 menit.

Romer menganggap bahwa jarak Bumi-Jupiter sebesar 2 AU. Dapat disimpulkan bahwa

C = 2 AU/16,7 menit = 300,000 km/s

Walaupun saat itu tetapan AU (Satuan Astronomi) masih belum ditetapkan, tetapi dari

hasil pengamatan Romer tersebut membuktikan bahwa kecepatan cahaya sangat besar. Pantas

saja Galileo gagal mengukurnya karena mungkin jarak pengamatan yang dilakukan Galileo

kurang jauh.

3

Pada tahun 1675, Sir Isaac Newton dalam Hypothesis of Light menyatakan bahwa cahaya

terdiri dari partikel halus yang memancar ke segala arah dari sumbernya. Jika partikel diamggap

tidak bermassa, maka suatu benda bersinar tidak akan kehilangan massanya hanya karena

memancarkan cahaya, dan cahaya itu sendiri tidak dipengaruhi oleh gravitasi. Teori Newton ini

dikenal dengan nama Teori Emisi.

Pada tahun 1678, Christian Huygens mengatakan teori bahwa cahaya  dipancarkan ke

segala arah sebagai gelombang seperti bumi. Sehingga jike demikian cahaya akan memiliki

frekuensi dan panjang gelombang. Pada zaman Newton dan Huygens hidup, orang-orang

beranggapan bahwa cahaya selalu memerlukan energi dalam perambatannya. Namun, ruang

antara bintang maupun planet di antariksa merupakan ruang hampa udara. Inilah yang membuat

kebingungan, jika cahaya seperti yang dikatakan oleh Huygens maka medium apakah yang

menghantarkan cahaya di ruang angkasa? Sehingga Huygens menjawab kritik ini dengan

berhipotesis bahwa ada zat yang bernama eter sebagai perantara di ruang hampa. Zat ini sangat

ringan, tembus pandang, dan memenuhi seluruh alam semesta. Eterlah yang ‘mengantarkan

cahaya dari bintang-bintang sampai ke Bumi.

Newton menjelaskan cahaya bagaikan peluru yang melaju mengikuti lintasan lurus.

Anehnya dilain tempat Newton malah mengusulkan teori getaran eter untuk menjelaskan sifat

cahaya. Ini memperlihatkan ketidakkonsistenan Newton. Tapi Newton percaya bahwa eter terdiri

dari partikel yang sangat halus yang membuatnya bersifat sangat renggang dan lenting. Alam

tanpa eter tidak mungkin menghantar gelombang.

Newton bersikukuh menolak ide Huygens bahwa cahaya bersifat gelombang. Menurut

Newton gelombang akan melebar dan mengisi seluruh ruang seperti gelombang air mengisi

ceruk kolam, padahal dalam praktik cahaya mengikuti garis lurus dan tidak mengisi ruang

bayangan. Pada kesempatan lain Newton menyatakan lebih suka langit tetap kosong daripada

diisi eter. Bagaimanapun juga sekiranya ruang angkasa diisi eter maka perjalanan benda langit

terhambat. Implikasi ini tidak teramati, ia tetap lebih suka alam tanpa eter, persis seperti ajaran

atonomi yunani. Dari sini dapat disimpulkan bahwa Newton masih bimbang perihal cahaya, ia

tidak dapat memilih antara model peluru dan getaran eter meski condong pada yang pertama.

Dalam edisi kedua ‘Principia’ (1713) Newton kembali menutup segala spekulasi dan menulis

4

“saya tidak mengakali hipotesa”.  Sampai pertengahan abad ke-18, tidak ada percobaan-

percobaan yang mendukung kebenaran bahwa cahaya diumpamakan sebagai peluru di atas.

c. Perkembangan Optik Periode III (Periode singkat, 1800 M s.d. 1890 M)

Periode III ini merupakan periode tersingkat dalam sejarah perkembangan optik. Periode

III dimulai  ketika ketika sekitar tahun 1801, Thomas Young  dan  Agustin Fresnell

membuktikan bahwa cahaya dapat melentur (difraksi) dan dapat mengalami interferensi ketika

dilewatkan pada dua celah sempit. Ternyata peristiwa ini tidak dapat diterangkan oleh teori emisi

Newton. Selain tidak dapat menjelaskan peristiwa difraksi dan interferensi, teori emisi Newton

pun tidak dapat menjelaskan bahwa kecepatan cahaya di dalam air lebih kecil dibandingkan

kecepatan cahaya di udara. Sehingga anggapan bahwa cahaya merupakan gelombang semakin

kuat.

Selanjutnya Maxwell (1831-1874) mengemukakan pendapatnya bahwa cahaya

dibangkitkan oleh gejala kelistrikkan dan kemagnetan sehingga tergolong gelombang

elektomagnetik. Sesuatu yang yang berbeda dengan gelombang bunyiyang tergolong gelombang

mekanik. Gelombang elekromagnetik dapat merambat dengan atau tanpa medium dan kecepatan

rambatnyapun amat tinggi bila dibandingkan dengan gelombang bunyi. Gelombang

elekromagnetik merambat dengan kecepatan 300.000 km/s, kecepatan ini hampir sama dengan

kecepatan gelombang cahaya. Sehingga dapat dikatakan bahwa cahaya merupakan gelombang

elektromagnetik.

Dua prediksi Maxwell diuji secara terpisah oleh Heinrich Rudolf Hertz ( 1857-1894 ) dan

Hendrik Antoon Lorentz ( 1853-1928 ). Maxwell meramalkan bahwa gangguan di dalam medan

magnetik dan listrik harus merambat secepat cahaya. Tapi gelombang elektromagnetik seperti itu

belum pernah teramati.

Pada tahun 1887, Heartz menguji prediksi itu sampai dengan memercikkan bunga api

listrik di antara dua kutub. Ia mengamati bahwa di antara dua kutub di tempat lain di dalam

laboratoriumnya terjadi juga percikan bunga api yang sama.Tak pelak lagi, pengaruh bunga api

yang petama harus dibawa sebagai gelombang melalui udara sehingga menimbulkan bunga api

5

yang kedua. Ia membuktikan secara eksperimental bahwa gelombang mirip seperti gelombang

cahaya, karena menunjukkan gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, dan polarisasi.

d. Perkembangan Optik Periode IV (1887 M s.d. 1925)

Optika modern ditandai dengan perkembagan ilmu dan rekayasa optik yang menjadi

sangat populer pada abad 20. Bidang optik ini meliputi elektromagnetik atau sifat kuantum

cahaya. Pada era optika modern ditandai dengan penemuan besar yaitu mengenai efek foto listrik

dan serat optik.

a)   Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik berawal dari penemuan Heinrich Rudolf Hertz pada tahun 1887. Efek

fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron yang dimiliki atom-atom logam akibat disinari

oleh cahaya yang memiliki frekuensi lebih besar daripada frekuensi ambang logam tersebut.

Peralatan eksperimen Hertz pada waktu terdiri dari dua buah plat logam yang terhubung dengan

sumber tegangan dan terletak dalam ruang.

Sebuah logam ketika disinari akan melepaskan elektron, yang akan menghasilkan arus

listrik jika disambung ke rangkaian tertutup. Jika cahaya adalah gelombang seperti yang telah

diprediksikan oleh Fisika klasik, maka seharusnya semakin tinggi intensitas cahaya yang

diberikan maka semakin besar arus yang terdeteksi. Namun hasil eksperimen menunjukkan

bahwa walaupun intensitas cahaya yang diberikan maksimum, elektron tidak muncul juga dari

plat logam.

Tetapi ketika diberikan cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek (frekuensi

lebih tinggi, ke arah warna ungu dari spektrum cahaya) dari sebelumnya, tiba-tiba elektron lepas

dari plat logam sehingga terdeteksi arus listrik, padahal intensitas yang diberikan lebih kecil dari

intensitas sebelumnya. Berarti, energi yang dibutuhkan oleh plat logam untuk melepaskan

elektronnya tergantung pada panjang gelombang. Hal inilah yang membuat banyak ilmuwan

pada saat itu menjadi kebingungan.

6

Misteri ini akhirnya dijawab oleh Albert Einstein, yang menyatakan bahwa cahaya

terkuantisasi dalam gumpalan partikel cahaya yang disebut foton. Energi yang dibawa oleh foton

sebanding dengan frekuensi cahaya dan konstanta Planck. Dibutuhkan sebuah foton dengan

energi yang lebih tinggi dari energi ikatan elektron untuk melepaskan elektron keluar dari plat

logam. Ketika frekuensi cahaya yang diberikan masih rendah, maka walaupun intensitas cahaya

yang diberikan maksimum, foton tidak memiliki cukup energi untuk melepaskan electron dari

ikatannya. Tapi ketika frekuensi cahaya yang diberikan lebih tinggi, maka walaupun terdapat

hanya satu foton saja (intensitas rendah) dengan energi yang cukup, foton tersebut mampu untuk

melepaskan satu elektron dari ikatannya. Intensitas cahaya dinaikkan berarti akan semakin

banyak jumlah foton yang dilepaskan, akibatnya semakin banyak elektron yang akan lepas.

b)     Serat Optik

Serat optik adalah sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau plastik yang sangat halus dan

lebih kecil dari sehelai rambut, dan dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari

suatu tempat ke tempat lain. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah laser atau LED.

Kabel ini berdiameter lebih kurang 120 mikrometer. Cahaya yang ada di dalam serat optik tidak

keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara, karena laser

mempunyai spektrum yang sangat sempit. Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga

sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi.

Sekitar tahun 1930-an para ilmuwan di Jerman melakukan eksperimen untuk

mentransmisikan cahaya melalui media yang disebut serat optik. Kemunculan serat optik

sebenarnya didasari oleh penggunaan cahaya sebagai pembawa informasi yang sudah lama

dilakukan. Namun, hasil percobaan tersebut tidak bisa langsung dimanfaatkan. Kemudian pada

tahun 1958 para ilmuwan di Inggris mengusulkan prototipe serat optik yang modelnya masih

digunakan sampai saat ini yaitu terdiri dari gelas inti yang dibungkus oleh gelas lainnya. Lalu

sekitar awal tahun 1960-an perubahan fantastis terjadi di Asia yaitu ketika para ilmuwan Jepang

berhasil membuat jenis serat optik yang mampu mentransmisikan gambar.

Sekitar tahun 60-an ditemukan serat optik yang sangat bening dan tidak menghantar

listrik, sehingga konon, dengan pencahayaan cukup mata normal akan dapat melihat lalu-

7

lalangnya penghuni serat tersebut. Sejak pertama kali dicetuskan, serat optik masih memerlukan

banyak perbaikan dan pengembangan karena masih sangat tidak efektif. Hingga pada tahun 1968

atau berselang dua tahun setelah serat optik pertama kali diramalkan akan menjadi pemandu

cahaya, tingkat atenuasi (kehilangan)-nya masih 20 dB/km. Melalui pengembangan dalam

teknologi material, serat optik mengalami pemurnian, dehidran dan lain-lain. Secara perlahan

tapi pasti atenuasinya mencapai tingkat di bawah 1 dB/km.

Serat optik mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan media transmisi yang

lain, antara lain sebagai berikut:

1. Mempunyai lebar bidang (bandwidth) yang sangat lebar sehingga dapat

mentransmisikan sinyal digital dengan kecepatan data yang sangat tinggi (dari orde Mbit/s

sampai dengan Gbit/s) dan mampu membawa informasi yang sangat besar.

2. Rugi transmisi (transmission loss) yang rendah sehingga memperkecil jumlah

sambungan dan jumlah pengulang (repeater) yang pada gilirannya akan mengurangi kerumitan

dan biaya sistem.

3. Ukuran sangat kecil dan sangat ringan.

4. Serat optik terbebas dari derau (noise) elektrik maupun medan magnetic karena

menyediakan pemandu gelombang (waveguide) yang kebal terhadap interferensi elektromagnetik

(Electromagnetic Interference, EMI), menjamin terbebas dari efek pulsa elektromagnetik

(Electromagnetic Pulse, EMP), dan interferensi frekuensi radio (Radiofrequency Interference,

RFI).

5. Terisolasi dari efek elektrik karena terbuat dari kaca silika atau polimer plastik

yang bersifat sebagai bahan isolator (insulator)

8

Optik merupakan bidang ilmu fisika yang mempelajari tentang cahaya. Dalam optika

dipelajari sifat-sifat cahaya, hakikat cahaya, dan pemanfaatan sifat-sifat cahaya. Optika

menerangkan dan diwarnai oleh gejala optis. Kata optik berasal dari bahasa Latinὀπτική, yang

berarti tampilan.

Bidang optika biasanya menggambarkan sifat cahaya tampak, inframerah dan ultraviolet;

tetapi karena cahaya adalah gelombang elektromagnetik, gejala yang sama juga terjadi di sinar-

X, gelombang mikro, gelombang radio, dan bentuk lain dari radiasi elektromagnetik dan juga

gejala serupa seperti pada sorotan partikel muatan (charged beam). Optik secara umum dapat

dianggap sebagai bagian dari keelektromagnetan. Beberapa gejala optis bergantung pada sifat

kuantum cahaya yang terkait dengan beberapa bidang optika hingga mekanika kuantum. Dalam

prakteknya, kebanyakan dari gejala optis dapat dihitung dengan menggunakan sifat

elektromagnetik dari cahaya, seperti yang dijelaskan oleh persamaan Maxwell.

Dewasa ini pandangan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik umum

diterima oleh kalangan ilmuan. Sejarah perkembangan optik dan cahaya dimulai dari bangsa

Yahudi, Arab dan Romawi. Teori cahaya pada saat itu sifatnya masih spekulatif, baru pada

periode kedua tori cahaya sudah disusun sesuai dengan eksperimen. Pada periode kedua itu

muncul banyak pertentangan antara teori newton  dan huygens, namun pada periode ketiga teori

newton tenggelam dan teori Huygens memperoleh tempat dan dapat dikembangkan oleh Thomas

Young dan Maxwell.

Namum teori tersebut tidak dapat menjelaskan dengan baik peristiwa mikroskopis, antara

lain peristiwa efekfotolistrik, sinar X dan sebagainya. Oleh karena itu seperti pada cabang-

cabang ilmu fisika lainnya, konsep-konsep cahaya juaga mengalami perubahan radikal.

Bidang optika memiliki identitas, masyarakat, dan konferensinya sendiri. Aspek

keilmuannya sering disebut ilmu optik atau fisika optik. Ilmu optik terapan sering disebut

rekayasa optik. Aplikasi dari rekayasa optik yang terkait khusus dengan sistem iluminasi

(iluminasi) disebut rekayasa pencahayaan. Setiap disiplin cenderung sedikit berbeda dalam

aplikasi, keterampilan teknis, fokus, dan afiliasi profesionalnya. Inovasi lebih baru dalam

9

rekayasa optik sering dikategorikan sebagai fotonika atau optoelektronika. Batas-batas antara

bidang ini dan "optik" sering tidak jelas, dan istilah yang digunakan berbeda di berbagai belahan

dunia dan dalam berbagai bidang industri.

Karena aplikasi yang luas dari ilmu "cahaya" untuk aplikasi dunia nyata, bidang ilmu

optika dan rekayasa optik cenderung sangat lintas disiplin. Ilmu optika merupakan bagian dari

berbagai disiplin terkait termasuk elektro, fisika, psikologi, kedokteran (khususnya optalmologi

dan optometri), dan lain-lain. Selain itu, penjelasan yang paling lengkap tentang perilaku optis,

seperti dijelaskan dalam fisika, tidak selalu rumit untuk kebanyakan masalah, jadi model

sederhana dapat digunakan. Model sederhana ini cukup untuk menjelaskan sebagian gejala optis

serta mengabaikan perilaku yang tidak relevan dan / atau tidak terdeteksi pada suatu sistem.

Di ruang bebas suatu gelombang berjalan pada kecepatan c = 3×108 meter/detik. Ketika

memasuki medium tertentu (dielectric atau nonconducting) gelombang berjalan dengan suatu

kecepatan v, yang mana adalah karakteristik dari bahan dan kurang dari besarnya kecepatan

cahaya itu sendiri (c). Perbandingan kecepatan cahaya di dalam ruang hampa dengan kecepatan

cahaya di medium adalah indeks bias n bahan sebagai berikut : n = c⁄v

10

FiberNet – Jakarta. Banyak diantara kita yang belum mengetahui sejarah

perkembangan Fiber Optik, berikut merupakan sejarah perkembangan Fiber Optik  :

 1.     Generasi pertama (mulai 1975)

Sistem masih sederhana dan menjadi dasar bagi sistem generasi berikutnya, terdiri dari :

alat encoding : mengubah input (misal suara) menjadi sinyal listrik transmitter : mengubah sinyal

listrik menjadi sinyal gelombang, berupa LED dengan panjang gelombang 0,87 mm. serat silika :

sebagai penghantar sinyal gelombang repeater : sebagai penguat gelombang yang melemah di

perjalanan receiver : mengubah sinyal gelombang menjadi sinyal listrik, berupa fotodetektor alat

decoding : mengubah sinyal listrik menjadi output (misal suara) Repeater bekerja melalui

beberapa tahap, mula-mula ia mengubah sinyal gelombang yang sudah melemah menjadi sinyal

listrik, kemudian diperkuat dan diubah kembali menjadi sinyal gelombang. Generasi pertama ini

pada tahun 1978 dapat mencapai kapasitas transmisi sebesar 10 Gb.km/s.

 2.     Generasi kedua (mulai 1981).

Untuk mengurangi efek dispersi, ukuran teras serat diperkecil agar menjadi tipe mode

tunggal. Indeks bias kulit dibuat sedekat-dekatnya dengan indeks bias teras. Dengan sendirinya

transmitter juga diganti dengan diode laser, panjang gelombang yang dipancarkannya 1,3 mm.

Dengan modifikasi ini generasi kedua mampu mencapai kapasitas transmisi 100 Gb. km/s, 10

kali lipat lebih besar dari pada generasi pertama.

 3.      Generasi ketiga (mulai 1982).

Terjadi penyempurnaan pembuatan serat silika dan pembuatan chip diode laser berpanjang

gelombang 1,55 mm. Kemurnian bahan silika ditingkatkan sehingga transparansinya dapat

dibuat untuk panjang gelombang sekitar 1,2 mm sampai 1,6 mm. Penyempurnaan ini

meningkatkan kapasitas transmisi menjadi beberapa ratus Gb.km/s.

 4.     Generasi keempat (mulai 1984)

Dimulainya riset dan pengembangan sistem koheren, modulasinya yang dipakai bukan modulasi

intensitas melainkan modulasi frekuensi, sehingga sinyal yang sudah lemah intensitasnya masih

dapat dideteksi. Maka jarak yang dapat ditempuh, juga kapasitas transmisinya, ikut membesar.

Pada tahun 1984 kapasitasnya sudah dapat menyamai kapasitas sistem deteksi langsung. Sayang,

11

generasi ini terhambat perkembangannya karena teknologi piranti sumber dan deteksi modulasi

frekuensi masih jauh tertinggal. Tetapi tidak dapat disangkal bahwa sistem koheren ini punya

potensi untuk maju pesat pada masa-masa yang akan datang.

 5.     Generasi kelima (mulai 1989)

Pada generasi ini dikembangkan suatu penguat optik yang menggantikan fungsi repeater pada

generasi-generasi sebelumnya. Sebuah penguat optik terdiri dari sebuah diode laser InGaAsP

(panjang gelombang 1,48 mm) dan sejumlah serat optik dengan doping erbium (Er) di terasnya.

Pada saat serat ini disinari diode lasernya, atom-atom erbium di dalamnya akan tereksitasi dan

membuat inversi populasi*, sehingga bila ada sinyal lemah masuk penguat dan lewat di dalam

serat, atom-atom itu akan serentak mengadakan deeksitasi yang disebut emisi terangsang

(stimulated emission) Einstein. Akibatnya sinyal yang sudah melemah akan diperkuat kembali

oleh emisi ini dan diteruskan keluar penguat. Keunggulan penguat optik ini terhadap repeater

adalah tidak terjadinya gangguan terhadap perjalanan sinyal gelombang, sinyal gelombang tidak

perlu diubah jadi listrik dulu dan seterusnya seperti yang terjadi pada repeater. Dengan adanya

penguat optik ini kapasitas transmisi melonjak hebat sekali. Pada awal pengembangannya hanya

dicapai 400 Gb.km/s, tetapi setahun kemudian kapasitas transmisi sudah menembus harga 50

ribu Gb.km/s.

 6.     Generasi keenam.

Pada tahun 1988 Linn F. Mollenauer memelopori sistem komunikasi soliton. Soliton adalah

pulsa gelombang yang terdiri dari banyak komponen panjang gelombang. Komponen-

komponennya memiliki panjang gelombang yang berbeda hanya sedikit, dan juga bervariasi

dalam intensitasnya. Panjang soliton hanya 10-12 detik dan dapat dibagi menjadi beberapa

komponen yang saling berdekatan, sehingga sinyal-sinyal yang berupa soliton merupakan

informasi yang terdiri dari beberapa saluran sekaligus (wavelength division multiplexing).

Eksperimen menunjukkan bahwa soliton minimal dapat membawa 5 saluran yang masing-

masing membawa informasi dengan laju 5 Gb/s. Cacah saluran dapat dibuat menjadi dua kali

lipat lebih banyak jika dibunakan multiplexing polarisasi, karena setiap saluran memiliki dua

polarisasi yang berbeda. Kapasitas transmisi yang telah diuji mencapai 35 ribu Gb.km/s.

12

2.1 Optika Masa Lampau : IBNU AL-HAITHAM (Pakar Fisika Optik)

Abu Ali Muhammad al-Hassan ibnu al-Haitham atau Ibnu Haitham (Basra,965 - Kairo 1039),

dikenal dalam kalangan cerdik pandai di Barat, dengan nama Alhazen, adalah seorang ilmuwan

Islam yang ahli dalam bidang sains, falak, matematika, geometri, pengobatan, dan filsafat. Ia

banyak pula melakukan penyelidikan mengenai cahaya, dan telah memberikan ilham kepada ahli

sains barat seperti Boger, Bacon, dan Kepler dalam menciptakan mikroskop serta teleskop.

Sejarah mencatat salah satu peletak dasar ilmu fisika optik adalah sarjana islam Ibnu Al-Haitham

atau yang dikenal dibarat dengan sebutan Alhazen, Avennathan, atau Avenetan. Beliau

mengecap pendidikan di Basroh dan baghdad, penguasaan matematikanya oleh Max Mayerhof,

seorang sejarahwan dianggap mengungguli Euclides dan Ptolemeus.

Setelah selesai di kedua kota itu, Ibnu Al-haitham meneruskan pendidikannya di mesir dan

bekerja di bawah pemerintahan kholifah Al-Hakim (996-1020 M) dari daulah fatimiyah. Dia pun

mengunjungi Spanyol untuk melengkapi beberapa karya ilmiahnya. Seperti sarjana islam

lainnya, Ibnu Al-Haitham atau Alhazen tidak hanya menguasai fisika ilmu optik, tetapi juga

filsafat, matematika, dan obat-obatan atau farmakologi. Tidak kurang 200 karya ilmiah mengenai

berbagai bidang itu dihasilkan Ibnu Al-Haitham sepanjang hidupnya.

Karya utamanya tentang optik naskah aslinya dalam bahasa Arab hilang, tetapi terjemahnya

dalam bahasa latin masih ditemukan. Ibnu Haitham mengoreksi konsep Ptolemeus dan Euclides

tentang penglihatan. Menurut kedua ilmuwan Yunani itu mata mengirimkan berkas-berkas

cahaya visual ke objek penglihatan sehingga sebuah benda dapat terlihat. Sebaliknya, menurut

Ibnu Haitham, retinalah pusat penglihatan dan benda bisa terlihat karena memantulkan sinar atau

cahaya ke mata. Kesan yang ditimbulkan cahaya pada retina dibawa ke otak melalui saraf-saraf

optik.

Kepandaian matematis Ibnu Haitham terbukti ketika dia dengan sangat akurat menghitung

ketinggian atmosfir bumi yaitu 58,5 mil. Dalam karyanya Mizcmul Hikmah, Ibnu Haitham

banyak menguraikan tentang masalah atmosfir ini, terutama berkait dengan ketinggian atmosfir

13

dengan meningkatkan kepadatan udara. Secara eksperimental, ia berhasil menguji berat benda

meningkat dalam proposinya pada kepadatan atmosfir yang bertambah.

Ia juga membicarakan masalah yang berhubungan dengan pusat daya tarik bumi. Jauh sebelum

Newton membahas gravitasi, Ibnu Haitham telah membahasnya dan menjadikan pengetahuan

tentang gravitasi itu untuk penyelidikan tentang keseimbangan dan alat-alat timbangan. Dalam

kaitan itu pula, Ibnu haitham menguraikan dengan jelas hubungan antara daya tarik bumi dan

pusat suspensi. Penjelasannya mengenai hubungan antara kecepatan, ruang dan saat jatuhnya

benda-benda diyakini menjadi ilham bagi Newton untuk mengembangkan teori gravitasi.

Selain masalah cahaya dan atmosfer, Ibnu Haitham juga banyak melakukan eksperimen

mengenai camera obscura atau metode kamar gelap, gerak rektilinear cahaya, sifat bayangan,

penggunaan lensa, dan beberapa fenomena optikal lainnya. Metode kamar gelap atau camera

obscura dilakukan Ibnu Haitham saat gerhana bulan terjadi. Kala itu, ia mengintip citra matahari

yang setengah bulat pada sebuah dinding yang berhadapan dengan sebuah lubang kecil yang

dibuat pada tirai penutup jendela.

Untuk semua eksperimen lensa, Ibnu Haitham membuat sendiri lensa dan cermin cekung melalui

mesin bubut yang ia miliki. Eksperimennya yang tergolong berhasil saat itu menemukan titik

fokus sebagai tempat pembakaran terbaik, saat itu, ia berhasil mengawinkan cermin-cermin bulat

dan parabola. Semua sinar yang masuk dikonsentrasikan pada sebuah titik fokus sehingga

menjadi titik bakar.

Bukunya tentang optik, Kitab Al-Manazir, diterjemahkan kedalam bahasa latin oleh F.

Risner dan diterbitkan oleh Basle pada tahun 1572 M. karyanya ini, bersama karya-karya optik

lainnya, sangat mempengaruhi ilmuwan abad pertengahan, seperti Roger Bacon, Johannes

Keppler, dan Pol Witello. Diyakini , banyak karya-karya monumental dari mereka diilhami oleh

hasil eksperimen yang dilakukan Alhazen atau Ibnu Haitham.

Menurut Philip K. Hitti, tulisan-tulisannya mengenai berbagai persoalan optik membuka jalan

bagi para peneliti optik barat pada kemudian hari dalam mengembangkan disiplin ilmu ini secara

lebih luas. Semua karya itu diterjemahkan ke dalam beberapa bahasa Eropa, termasuk Rusia dan

14

Ibrani. Sejarahwan terkemuka Amerika George Sarton mengumpulkan karya-karya Ibnu

Haitham dalam bukunya Introduction to the Study of Science yang menjadi bacaan wajib bagi

mereka yang mencintai ilmu.

2.2 Optika Pada Abad ke-17

2.2.1 Tycho Brahe

Tycho Brahe (1546 M - 1601 M) adalah seorang bangsawan Denmark yang terkenal

sebagai astronom/astrolog dan alkimiawan. Ia memiliki sebuah observatorium yang

dinamai Uraniborg, di Pulau Hven. Tycho adalah astronom pengamat paling menonjol di zaman

pra-teleskop. Akurasi pengamatannya pada posisi bintang dan planet tak tertandingi pada zaman

itu. Untuk penerbitankaryanya, Tycho memiliki mesin cetak dan pabrik kertas. Asistennya yang

paling terkenal adalah Johannes Kepler.

2.2.2 Johannes Kepler (1571 M - 1630 M)

Johannes Kepler (1571 M - 1630 M), seorang tokoh penting dalam revolusi ilmiah, ia

adalah seorang astronom Jerman, matematikawan dan astrolog. Ia paling dikenal melalui hukum

gerakan planetnya. Kepler sangat dihargai bukan hanya dalam bidang matematika, tetapi juga di

bidang optik dan astronomi. Penjelasan Kepler tentang pembiasan cahaya tertuang dalam

buku Supplement to Witelo, Expounding the Optical Part of Astronomy (Suplemen untuk Witelo,

Menjabarkan Bagian Optik dari Astronomi). Buku Kepler itu adalah tonggak sejarah di bidang

optik. Ia adalah orang pertama yang menjelaskan cara kerja mata. Karya Kepler yang lain berupa

buku Mysterium cosmographicum (Misteri Kosmmografis), Astronomiae Pars Optica (Bagian

Optik dari Astronomi), De Stella nova in pede Serpentarii (Tentang Bintang Baru di Kaki

Ophiuchus), Astronomia nova (Astronomi Baru), Dioptrice (Dioptre), Epitome astronomiae

Copernicanae (diterbitkan dalam tiga bagian dari 1618-1621), Harmonice Mundi (Keharmonisan

Dunia), Tabulae Rudolphinae (Tabel-Tabel Rudolphine), dan Somnium (Mimpi).

2.2.3 Galileo Galilei

Galileo Galilei (1564 M - 1642 M) adalah seorang astronom, filsuf,

dan fisikawan Italia yang memiliki peran besar dalam revolusi ilmiah. Sumbangannya dalam

15

keilmuan antara lain adalah penyempurnaan teleskop (dengan 32x pembesaran) dan berbagai

observasi astronomi seperti menemukan satelit alami Jupiter -Io, Europa, Ganymede, dan

Callisto- pada 7 Januari 1610. Buku karangannya adalah Dialogo sopra i due massimi sistemi del

mondo yang kemudian diterbitkan di Florence pada 1632, dan Discorsi e dimostrazioni

matematiche, intorno à due nuove scienze diterbitkan di Leiden pada 1638.

2.3 Optika Pada Abad ke-18

2.3.1 Sir Isaac Newton

Isaac Newton (1643 M - 1727 M), ia adalah seorang fisikawan, matematikawan,

ahli astronomi, filsuf alam, alkimiwan, dan teolog. Bahkan ia dikatakan sebagai bapak

ilmu fisika klasik. Dalam bidang optika, ia berhasil membangun teleskop refleksi yang pertama

dan mengembangkan teori warna berdasarkan pengamatan bahwa sebuah kaca prisma akan

membagi cahaya putih menjadi warna-warna lainnya. Buku-buku karyanya adalah Method of

Fluxions (1671), De Motu Corporum 1684), Opticks (1704), Reports as Master of the

Mint (1701-1725), Arithmetica Universalis (1707), dan An Historical Account of Two Notable

Corruptions of Scripture(1754).

Ketika muda Newton sudah mengasah lensa. Pada umur 23 tahun ia membeli prisma dan

meneliti cahaya warna-warni yang dihasilkannya. Cahaya putih menurutnya bukan murni

melainkan campuran berbagai warna. Jika berbagai warna itu gabungkan akan didapat cahaya

putih. Hal ini dibeberkan kesidang Royal Society. Pengamatan Newton dikecam habis-habisan

oleh Robert Hooke.

Pada tahun 1704 Newton menerbitkan Opticks, pada bagian akhir opticks edisi pertama

yang terbit setahun setelah Hooke meninggal Newton kembali mengajukan beberapa spekulasi

secara lebih hati-hati tentang sifat cahaya. Ia menguraikan secara terperinci teori tentang cahaya.

Dia menganggap cahaya terbuat partikel-partikel (corpuscles) yang sangat halus, bahwa materi

biasa terdiri dari partikel yang lebih kasar, dan berspekulasi bahwa melalui sejenis transmutasi

alkimia "mungkinkah benda kasar dan cahaya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang

lain, ... dan mungkinkah benda-benda menerima aktivitasnya dari partikel cahaya yang

memasuki komposisinya?" Spekulasi tentang cahaya ia tuangkan dalam bentuk sejumlah

16

pertanyaan. Satu diantaranya mengungkapkan keyakinannya bahwa cahaya bersifat seperti

partikel,

“ Bukankah cahaya merupakan butiran teramat kecil yang dipancarkan oleh benda yang

mengkilap ? Butiran seperti itu akan melewati medium yang seragam mengikuti garis lurus,

tanpa dibelokkan dan masuk kedalam bayangan dan demikianlah juga sifat cahaya.”

Butir-butir ini melaju bak berondongan peluru menaati hukum dinamika, gejala

pemantulan barangkali mudah dijelaskan dengan pengertian peluru ini. Newton menjelaskan

cahaya bagaikan peluru yang melaju mengikuti lintasan lurus. Anehnya dilain

tempat Newton malah mengusulkan teori getaran eter untuk menjelaskan sifat cahaya. Ini

memperlihatkan ketidakkonsistenan Newton. Tapi Newton percaya bahwa eter terdiri dari

partikel yang sangat halus yang membuatnya bersifat sangat renggang dan lenting. Alam tanpa

eter tidak mungkin menghantar gelombang.

Newton bersikukuh menolak ide Huygens bahwa cahaya bersifat gelombang. Menurut

Newton gelombang akan melebar dan mengisi seluruh ruang seperti gelombang air mengisi

ceruk kolam, padahal dalam praktik cahaya mengikuti garis lurus dan tidak mengisi ruang

bayangan. Pada kesempatan lain Newton menyatakan lebih suka langit tetap kosong daripada

diisi eter. Bagaimanapun juga sekiranya ruang angkasa diisi eter maka perjalanan benda langit

terhambat. Implikasi ini tidak teramati, ia tetap lebih suka alam tanpa eter, persis seperti ajaran

atonomi yunani. Dari sini dapat disimpulkan bahwa Newton masih bimbang perihal cahaya, ia

tidak dapat memilih antara model peluru dan getaran eter meski condong pada yang pertama.

Dalam edisi kedua Principia (1713) Newtonkembali menutup segala spekulasi dan menulis “saya

tidak mengakali hipotesa”.

Walaupun Newton sendiri jelas-jelas kurang yakin tentang sifat cahaya, orang-orang

yang mendewakannya tidak perduli dengan keraguan itu. Bagi mereka Newton mengajar sifat

“peluru” cahaya secara lugas. Bagian opticks yang membahas getaran yang dirangsang dalam

eter tidak dihiraukan murid-murid newton. Ada buku teks terbitan 1738 menegaskan bahwa sulit

membayangkan cahaya selain partikel materi yang sangat kecil tapi jelas. Anggapan bahwa

cahaya adalah materi menjadi unsur kepercayaan para ahli optika yang dipegang erat-erat. Topik

cahaya untuk pertama kalinya juga menjadi bagian mekanika, atau tepatnya dinamika yang

berkaitan pada newton.

17

Sampai pertengahan abad ke 18 kepercayaan menggebu-gebu pada cahaya sebagai peluru

belum teruji lewat percobaan. Misalnya, argumen tentang sebutir partikel eter yang meliputi

sekurangnya lima lapis: tiga lapis menarik dan dua lapis menolak. Lintasan yang ditempus oleh

sebutir peluru cahaya yang dipantulkan, dan satu lagi yang masuk dan terbias.

2.4 Optika Pada Abad ke-19

2.4.1 Michael Faraday

Pada tahun 1845, Faraday mulai meneliti tali-temali cahaya dengan gejala

elektromagnetik. Penelitian ini diusulkan oleh William Thomson ( belakangan terkenal sebagai

Lord Kelvin ). Seberkas cahaya yang terpolarisasi oleh bidang ia lewatkan sejenis kaca berat

yang terletak di antara kedua kutub magnet. Bidang polarisasi cahaya itu ternyata berputar.

Faraday girang sekali. Kelihatannya bukan saja listrik yang tekait dengan kemagnetan, tapi

keduanya berhubungan dengan cahaya. Ia menyimpulkan bahwa gaya magnetik dan gaya cahaya

berhubungan satu sama lain. Hal ini, menurut Faraday, kemungkinan besar sangat penting pada

penelitian susulan terhadap kedua jenis gaya alamiah ini. Prediksinya tidak meleset. Kelak di

kemudian hari, maxwell merumuskan hubungan ini secara matematis.

2.4.2 James Clerk Maxwell

Pengaruh Faraday bagi Maxwell cukup besar. Khususnya dalam merumuskan

pengertian medan dalam persamaan – persamaannya, Maxwell banyak mendapat ilham dari

Faraday. Pada mulanya Maxwell ( bersama rekannya Thomson, dua-duanya di

Cambridge, London ) masih membayangkan medan sebagai eter yang berpusar. Namun, lama

kelamaan ia menolak menafsirkan medan dari mekanika fluida dan cenderung hanya

membayangkan medan sebagai suatu pengertian matematis untuk menyatakan apa yang terjadi

antara dua muatan, dua arus, atau antara arus dengan magnet. Bahkan dalam teori maxwell kita

dapat membayangkan medan elektromagnetik yang sama sekali lepas dari sumbernya. Lambag E

dan B mempunyai arti tersendiri. Sedemikian jauh bayangannya, sehingga telah meninggalkan

pengertian “ Tindakan Jarak Jauh ”

Tapi Maxwell tidak menerima gagasan Faraday mentah-mentah. Jika Faraday menolak

materi samasekali dan membayangkan segalanya sebagai “ gaya ” semata, Maxwelll malah tetap

berpegang pada keberadaan materi. Faraday bahkan menolak “ ruang ” Newtonian. Tapi

Maxwell tidak berani melangkah sedemikian radikalnya.

18

Kita tahu bahwa persamaan-persamaan Maxwell sangat dikagumi. Saking kagumya,

Ludwig Boltzmann ( 1844-1906 ), mengutip Johann Wolfgang von Guethe ( 1749-1832 ),

berkata : Apakah simbol-simbol ini ditulis oleh dewa ?

2.4.3 Heinrich Rudolf Hertz dan Hendrik Antoon Lorentz

Dua prediksi Maxwell diuji secara terpisah oleh Heinrich Rudolf Hertz ( 1857-1894 ) dan

Hendrik Antoon Lorentz ( 1853-1928 ). Maxwell meramalkan bahwa gangguan di

dalam medan magnetik dan listrik harus merambat secepat cahaya. Tapi gelombang

elektromagnetik seperti itu belum pernah teramati.

Pada tahun 1887, Heartz menguji prediksi itu sampai dengan memercikkan bunga api

listrik di antara dua kutub. Ia mengamati bahwa di antara dua kutub di tempat lain di dalam

laboratoriumnya terjadi juga percikan bunga api yang sama.Tak pelak lagi, pengaruh bunga api

yang petama harus dibawa sebagai gelombang melalui udara sehingga menimbulkan bunga api

yang kedua. Ia membuktikan secara experimental bahwa gelombang mirip seperti gelombang

cahaya, karena menunjukkan gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, dan polarisasi. Berkat

penemuan ini, Hertz membawa kita menuju jaman telekomunikasi.

2.4.4 J.J. Thomson

Pada tahun 1899, Joseph John Thomson meneliti cahaya ultraungu dalam tabung sinar

katoda. Dipengaruhi oleh kerja James Clerk Maxwell, Thomson menyimpulkan bahwa sinar

katoda terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif, yang dia sebut corpuscles (belakangan

disebut "elektron"). Dalam penelitian tersebut, Thomson menempatkan pelat logam (yaitu,

katoda) dalam tabung hampa, dan menyinarinya dengan radiasi frekuensi tinggi.

2.5 Optika Pada Abad ke-20

2.5.1 Albert Einstein dan Max Planck

Pada tahun 1905, Albert Einstein membuat percobaan efek fotoelektrik, cahaya yang

menyinari atom mengeksitasi elektron untuk melejit keluar dari orbitnya. Pada pada tahun 1924

percobaan oleh Louis de Broglie menunjukkan elektron mempunyai sifat dualitas partikel-

gelombang, hingga tercetus teori dualitas partikel-gelombang. Albert Einstein kemudian pada

tahun 1926 membuatpostulat berdasarkan efek fotolistrik, bahwa cahaya tersusun

dari kuanta yang disebut foton yang mempunyai sifat dualitas yang sama.

Efek fotolistrik banyak membantu penduaan gelombang-partikel, dimana sistem fisika

(seperti foton dalam kasus ini) dapat menunjukkan kedua sifat dan kelakuan seperti-gelombang

19

dan seperti-partikel, sebuah konsep yang banyak digunakan oleh pencipta mekanika kuantum.

Efek fotolistrik dijelaskan secara matematis oleh Albert Einstein yang memperluas kuanta yang

dikembangkan olehMax Planck.

Hukum emisi fotolistrik:

1. Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah fotoelektro yang dikeluarkan berbanding

lurus dengan intensitas cahaya yg digunakan.

2. Untuk logam tertentu, terdapat frekuensi minimum radiasi. di bawah frekuensi ini

fotoelektron tidak bisa dipancarkan.

3. Di atas frekuensi tersebut, energi kinetik yang dipancarkan fotoelektron tidak

bergantung pada intensitas cahaya, namun bergantung pada frekuensi cahaya.

4. Perbedaan waktu dari radiasi dan pemancaran fotoelektron sangat kecil, kurang

dari 10-9 detik.

Karya Albert Einstein dan Max Planck mendapatkan penghargaan Nobel masing-masing

pada tahun 1921 dan 1918 dan menjadi dasar teori kuantum mekanik yang dikembangkan oleh

banyak ilmuwan, termasuk Werner Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born, John

von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, David Hilbert, Roy J. Glauber dan lain-lain.

Era ini kemudian disebut era optika modern dan cahaya didefinisikan sebagai

dualisme gelombang transversal elektromagnetik dan aliran partikel yang disebut foton.

Pengembangan lebih lanjut terjadi pada tahun 1953 dengan ditemukannya sinar maser,

dan sinar laser pada tahun 1960. Era optika modern tidak serta merta mengakhiri era optika

klasik, tetapi memperkenalkan sifat-sifat cahaya yang lain yaitu difusi dan hamburan.

2.6 Optika Masa Kini : Serat Optik

Serat optik adalah saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat

dari kaca atau plastik yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut, dan dapat digunakan

untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Sumber cahaya yang

digunakan biasanya adalah laser atau LED. Kabel ini berdiameter lebih kurang 120 mikrometer.

Cahaya yang ada di dalam serat optik tidak keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar

daripada indeks bias dari udara, karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit.

Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran

komunikasi.

20

Perkembangan teknologi serat optik saat ini, telah dapat menghasilkan pelemahan

(attenuation) kurang dari 20 decibels (dB)/km. Dengan lebar jalur (bandwidth) yang besar

sehingga kemampuan dalam mentransmisikan data menjadi lebih banyak dan cepat dibandingan

dengan penggunaan kabel konvensional. Dengan demikian serat optik sangat cocok digunakan

terutama dalam aplikasi sistem telekomunikasi. Pada prinsipnya serat optik memantulkan dan

membiaskan sejumlah cahaya yang merambat didalamnya.

Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas/kaca.

Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya yang diserap oleh serat optik.

2.6.1 Kronologi Perkembangan Serat Optik

1917 Albert Einstein memperkenalkan teori pancaran terstimulasi dimana jika ada

atom dalam tingkatan energi tinggi

1954 Charles Townes, James Gordon, dan Herbert Zeiger dari Universitas

Columbia USA, mengembangkan maser yaitu penguat gelombang mikro dengan pancaran

terstimulasi, dimana molekul dari gasamonia memperkuat dan menghasilkan gelombang

elektromagnetik. Pekerjaan ini menghabiskan waktu tiga tahun sejak ide Townes pada tahun

1951 untuk mengambil manfaat dariosilasi frekuensi tinggi molekular untuk membangkitkan

gelombang dengan panjang gelombang pendek pada gelombang radio.

1958 Charles Townes dan ahli fisika Arthur Schawlow mempublikasikan

penelitiannya yang menunjukan bahwa maser dapat dibuat untuk dioperasikan pada daerah infra

merah dan spektrum tampak, dan menjelaskan tentang konsep laser.

1960 Laboratorium Riset Bell dan Ali Javan serta koleganya William Bennett, Jr.,

dan Donald Herriott menemukan sebuah pengoperasian secara berkesinambungan dari laser

helium-neon.

1960 Theodore Maiman, seorang fisikawan dan insinyur elektro dari Hughes

Research Laboratories, menemukan sumber laser dengan menggunakan sebuah kristal batu rubi

sintesis sebagai medium.

1961 Peneliti industri Elias Snitzer dan Will Hicks mendemontrasikan sinar laser

yang diarahkan melalui serat gelas yang tipis(serat optik). Inti serat gelas tersebut cukup kecil

yang membuat cahaya hanya dapat melewati satu bagian saja tetapi banyak ilmuwan menyatakan

21

bahwa serat tidak cocok untuk komunikasi karena rugi rugi cahaya yang terjadi karena melewati

jarak yang sangat jauh.

1961 Penggunaan laser yang dihasilkan dari batu Rubi untuk keperluan medis di

Charles Campbell of the Institute of Ophthalmology at Columbia-Presbyterian Medical Center

dan Charles Koester of the American Optical Corporation menggunakan prototipe ruby laser

photocoagulator untuk menghancurkan tumor pada retina pasien.

1962 Tiga group riset terkenal yaitu General Electric, IBM, dan MIT’s Lincoln

Laboratory secara simultan mengembangkan gallium arsenide laser yang mengkonversikan

energi listrk secara langsung ke dalam cahaya infra merah dan perkembangan selanjutnya

digunakan untuk pengembangan CD dan DVD player serta penggunaan pencetak laser.

1963 Ahli fisika Herbert Kroemer mengajukan ide yaitu heterostructures,

kombinasi dari lebih dari satu semikonduktor dalam layer-layer untuk mengurangi kebutuhan

energi untuk laser dan membantu untuk dapat bekerja lebih efisien. Heterostructures ini nantinya

akan digunakan pada telepon seluler dan peralatan elektronik lainnya.

1966 Charles Kao dan George Hockham yang melakukan penelitian di Standard

Telecommunications Laboratories Inggris mempublikasikan penelitiannya tentang kemampuan

serat optik dalam mentransmisikan sinar laser yang sangat sedikit rugi-ruginya dengan

menggunakan serat kaca yang sangat murni. Dari penemuan ini, kemudian para peneliti lebih

fokus pada bagaimana cara memurnikan bahan serat kaca tersebut.

1970 Ilmuwan Corning Glass Works yaitu Donald Keck, Peter Schultz, dan

Robert Maurer melaporkan penemuan serat optik yang memenuhi standar yang telah ditentukan

oleh Kao dan Hockham. Gelas yang paling murni yang dibuat terdiri atas gabungan silika dalam

tahap uap dan mampu mengurangi rugi-rugi cahaya kurang dari 20 decibels per kilometer, yang

selanjutnya pada 1972, tim ini menemukan gelas dengan rugi-rugi cahaya hanya 4 decibels per

kilometer. Dan juga pada tahun 1970, Morton Panish dan Izuo Hayashi dari Bell Laboratories

dengan tim Ioffe Physical Institute dari Leningrad, mendemontrasikan laser semikonduktor yang

dapat dioperasikan pada temperatur ruang. Kedua penemuan tersebut merupakan terobosan

dalam komersialisasi penggunaan fiber optik.

1973 John MacChesney dan Paul O. Connor pada Bell Laboratories

mengembangkan proses pengendapan uap kimia ke bentuk ultratransparent glass yang

22

kemudian menghasilkan serat optik yang mempunyai rugi-rugi sangat kecil dan diproduksi

secara masal.

1975 Insinyur pada Laser Diode Labs mengembangkan Laser Semikonduktor,

laser komersial pertama yang dapat dioperasikan pada suhu kamar.

1977 Perusahaan telepon memulai penggunaan serat optik yang membawa lalu

lintas telepon. GTE membuka jalur antara Long Beach dan Artesia, California, yang

menggunakan transmisi LED. Bell Labs mendirikan sambungan yang sama pada sistem telepon

di Chicago dengan jarak 1,5 mil di bawah tanah yang menghubungkan 2 switching station.

1980 Industri serat optik benar-benar sudah berkibar, sambungan serat optik telah

ada di kota kota besar di Amerika, AT&T mengumumkan akan menginstal jaringan serat optik

yang menghubungkan kota kota antara Boston dan Washington D.C., kemudian dua tahun

kemudian MCI mengumumkan untuk melakukan hal yang sama. Raksasa-raksasa elektronik

macam ITT atau STL mulai memainkan peranan dalam mendalami riset-riset serat optik.

1987 David Payne dari Universitas Southampton memperkenalkan optical

amplifiers yang dikotori (dopped) oleh elemen erbium, yang mampu menaikan sinyal cahaya

tanpa harus mengkonversikan terlebih dahulu ke dalam energi listrik.

1988 Kabel Translantic yang pertama menggunakan serat kaca yang sangat

transparan, dan hanya memerlukan repeater untuk setiap 40 mil.

1991 Emmanuel Desurvire dari Bell Laboratories serta David Payne dan P. J.

Mears dari Universitas Southampton mendemontrasikan optical amplifiers yang terintegrasi

dengan kabel serat optik tersebut. Dengan keuntungannya adalah dapat membawa informasi 100

kali lebih cepat dari pada kabel dengan penguat elektronik (electronic amplifier).

1996 TPC-5 merupakan jenis kabel serat optik yang pertama menggunakan

penguat optik. Kabel ini melewati samudera pasifik mulai dari San Luis Obispo, California, ke

Guam, Hawaii, dan Miyazaki, Jepang, dan kembali ke Oregon coast dan mampu untuk

menangani 320,000 panggilan telepon.

1997 Serat optik menghubungkan seluruh dunia, Link Around the Globe (FLAG)

menjadi jaringan kabel terpanjang di seluruh dunia yang menyediakan infrastruktur untuk

generasi internet terbaru.

23

Sejarah & Perkembangan Fiber Optic

Penggunaan cahaya sebagai pembawa informasi sebenarnya sudah banyak digunakan

sejak zaman dahulu, baru sekitar tahun 1930-an para ilmuwan Jerman mengawali eksperimen

untuk mentransmisikan cahaya melalui bahan yang bernama serat optik. Percobaan ini juga

masih tergolong cukup primitif karena hasil yang dicapai tidak bisa langsung dimanfaatkan,

namun harus melalui perkembangan dan penyempurnaan lebih lanjut lagi. Perkembangan

selanjutnya adalah ketika para ilmuawan Inggris pada tahun 1958 mengusulkan prototipe serat

optik yang sampai sekarang dipakai yaitu yang terdiri atas gelas inti yang dibungkus oleh gelas

lainnya. Sekitar awal tahun 1960-an perubahan fantastis terjadi di Asia yaitu ketika para ilmuwan

Jepang berhasil membuat jenis serat optik yang mampu mentransmisikan gambar.

Di lain pihak para ilmuwan selain mencoba untuk memandu cahaya melewati gelas (serat optik)

namun juga mencoba untuk ”menjinakkan” cahaya. Kerja keras itupun berhasil ketika sekitar

1959 laser ditemukan. Laser beroperasi pada daerah frekuensi tampak sekitar 1014 Hertz-15

Hertz atau ratusan ribu kali frekuensi gelombang mikro.

Pada awalnya peralatan penghasil sinar laser masih serba besar dan merepotkan. Selain tidak

efisien, ia baru dapat berfungsi pada suhu sangat rendah. Laser juga belum terpancar lurus. Pada

kondisi cahaya sangat cerah pun, pancarannya gampang meliuk-liuk mengikuti kepadatan

atmosfer. Waktu itu, sebuah pancaran laser dalam jarak 1 km, bisa tiba di tujuan akhir pada

banyak titik dengan simpangan jarak hingga hitungan meter.

Sekitar tahun 60-an ditemukan serat optik yang kemurniannya sangat tinggi, kurang dari 1

bagian dalam sejuta. Dalam bahasa sehari-hari artinya serat yang sangat bening dan tidak

menghantar listrik ini sedemikian murninya, sehingga konon, seandainya air laut itu semurni

serat optik, dengan pencahayaan cukup mata normal akan dapat menonton lalu-lalangnya

penghuni dasar Samudera Pasifik.

Seperti halnya laser, serat optik pun harus melalui tahap-tahap pengembangan awal.

Sebagaimana medium transmisi cahaya, ia sangat tidak efisien. Hingga tahun 1968 atau

berselang dua tahun setelah serat optik pertama kali diramalkan akan menjadi pemandu cahaya,

24

tingkat atenuasi (kehilangan)-nya masih 20 dB/km. Melalui pengembangan dalam teknologi

material, serat optik mengalami pemurnian, dehidran dan lain-lain. Secara perlahan tapi pasti

atenuasinya mencapai tingkat di bawah 1 dB/km.

1917 Albert Einstein memperkenalkan teori pancaran terstimulasi dimana jika ada

atom dalam tingkatan energi tinggi

1954 Charles Townes, James Gordon, dan Herbert Zeiger dari Universitas

Columbia USA, mengembangkan maser yaitu penguat gelombang mikro dengan pancaran

terstimulasi, dimana molekul dari gasamonia memperkuat dan menghasilkan gelombang

elektromagnetik. Pekerjaan ini menghabiskan waktu tiga tahun sejak ide Townes pada tahun

1951 untuk mengambil manfaat dari osilasi frekuensi tinggi molekular untuk membangkitkan

gelombang dengan panjang gelombang pendek pada gelombang radio.

1958 Charles Townes dan ahli fisika Arthur Schawlow mempublikasikan

penelitiannya yang menunjukan bahwa maser dapat dibuat untuk dioperasikan pada daerah infra

merah dan spektrum tampak, dan menjelaskan tentang konsep laser.

1960 Laboratorium Riset Bell dan Ali Javan serta koleganya William Bennett, Jr.,

dan Donald Herriott menemukan sebuah pengoperasian secara berkesinambungan dari laser

helium-neon.

1960 Theodore Maiman, seorang fisikawan dan insinyur elektro dari Hughes

Research Laboratories, menemukan sumber laser dengan menggunakan sebuah kristal batu rubi

sintesis sebagai medium.

    1961 Peneliti industri Elias Snitzer dan Will Hicks mendemontrasikan sinar

laser yang diarahkan melalui serat gelas yang tipis(serat optik). Inti serat gelas tersebut cukup

kecil yang membuat cahaya hanya dapat melewati satu bagian saja tetapi banyak ilmuwan

menyatakan bahwa serat tidak cocok untuk komunikasi karena rugi rugi cahaya yang terjadi

karena melewati jarak yang sangat jauh.

1961 Penggunaan laser yang dihasilkan dari batu Rubi untuk keperluan medis di

Charles Campbell of the Institute of Ophthalmology at Columbia-Presbyterian Medical Center

dan Charles Koester of the American Optical Corporation menggunakan prototipe ruby laser

photocoagulator untuk menghancurkan tumor pada retina pasien.

25

1962 Tiga group riset terkenal yaitu General Electric, IBM, dan MIT’s Lincoln

Laboratory secara simultan mengembangkan gallium arsenide laser yang mengkonversikan

energi listrk secara langsung ke dalam cahaya infra merah dan perkembangan selanjutnya

digunakan untuk pengembangan CD dan DVD player serta penggunaan pencetak laser.

1963 Ahli fisika Herbert Kroemer mengajukan ide yaitu heterostructures,

kombinasi dari lebih dari satu semikonduktor dalam layer-layer untuk mengurangi kebutuhan

energi untuk laser dan membantu untuk dapat bekerja lebih efisien. Heterostructures ini nantinya

akan digunakan pada telepon seluler dan peralatan elektronik lainnya.

1966 Charles Kao dan George Hockham yang melakukan penelitian di Standard

Telecommunications Laboratories Inggris mempublikasikan penelitiannya tentang kemampuan

serat optik dalam mentransmisikan sinar laser yang sangat sedikit rugi-ruginya dengan

menggunakan serat kaca yang sangat murni. Dari penemuan ini, kemudian para peneliti lebih

fokus pada bagaimana cara memurnikan bahan serat kaca tersebut.

1970 Ilmuwan Corning Glass Works yaitu Donald Keck, Peter Schultz, dan

Robert Maurer melaporkan penemuan serat optik yang memenuhi standar yang telah ditentukan

oleh Kao dan Hockham. Gelas yang paling murni yang dibuat terdiri atas gabungan silika dalam

tahap uap dan mampu mengurangi rugi-rugi cahaya kurang dari 20 decibels per kilometer, yang

selanjutnya pada 1972, tim ini menemukan gelas dengan rugi-rugi cahaya hanya 4 decibels per

kilometer. Dan juga pada tahun 1970, Morton Panish dan Izuo Hayashi dari Bell Laboratories

dengan tim Ioffe Physical Institute dari Leningrad, mendemontrasikan laser semikonduktor yang

dapat dioperasikan pada temperatur ruang. Kedua penemuan tersebut merupakan terobosan

dalam komersialisasi penggunaan fiber optik.

1973 John MacChesney dan Paul O. Connor pada Bell Laboratories

mengembangkan proses pengendapan uap kimia ke bentuk ultratransparent glass yang kemudian

menghasilkan serat optik yang mempunyai rugi-rugi sangat kecil dan diproduksi secara masal.

1975 Insinyur pada Laser Diode Labs mengembangkan Laser Semikonduktor,

laser komersial pertama yang dapat dioperasikan pada suhu kamar.

1977 Perusahaan telepon memulai penggunaan serat optik yang membawa lalu

lintas telepon. GTE membuka jalur antara Long Beach dan Artesia, California, yang

26

menggunakan transmisi LED. Bell Labs mendirikan sambungan yang sama pada sistem telepon

di Chicago dengan jarak 1,5 mil di bawah tanah yang menghubungkan 2 switching station.

1980 Industri serat optik benar-benar sudah berkibar, sambungan serat optik telah

ada di kota kota besar di Amerika, AT&T mengumumkan akan menginstal jaringan serat optik

yang menghubungkan kota kota antara Boston dan Washington D.C., kemudian dua tahun

kemudian MCI mengumumkan untuk melakukan hal yang sama. Raksasa-raksasa elektronik

macam ITT atau STL mulai memainkan peranan dalam mendalami riset-riset serat optik.

1987 David Payne dari Universitas Southampton memperkenalkan optical

amplifiers yang dikotori (dopped) oleh elemen erbium, yang mampu menaikan sinyal cahaya

tanpa harus mengkonversikan terlebih dahulu ke dalam energi listrik.

1988 Kabel Translantic yang pertama menggunakan serat kaca yang sangat

transparan, dan hanya memerlukan repeater untuk setiap 40 mil.

1991 Emmanuel Desurvire dari Bell Laboratories serta David Payne dan P. J.

Mears dari Universitas Southampton mendemontrasikan optical amplifiers yang terintegrasi

dengan kabel serat optik tersebut. Dengan keuntungannya adalah dapat membawa informasi 100

kali lebih cepat dari pada kabel dengan penguat elektronik (electronic amplifier).

1996 TPC-5 merupakan jenis kabel serat optik yang pertama menggunakan

penguat optik. Kabel ini melewati samudera pasifik mulai dari San Luis Obispo, California, ke

Guam, Hawaii, dan Miyazaki, Jepang, dan kembali ke Oregon coast dan mampu untuk

menangani 320,000 panggilan telepon.

1997 Serat optik menghubungkan seluruh dunia, Link Around the Globe (FLAG)

menjadi jaringan kabel terpanjang di seluruh dunia yang menyediakan infrastruktur untuk

generasi internet terbaru.

27