BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Gelombang terahertz THz adalah bagian dari spektrum elektromagnetik dengan panjang gelombang yang berada di antara spektrum
infrared
dan
microwave
. Wilayah terahertz, atau juga dikenal sebagai kesenjangan terahertz, terletak
sekitar antara 0,1 THz sampai 10 THz dalam spektrum elektromagnetik seperti ditunjukkan pada Gambar 1.1 M. Tonouchi, 2007. Frekuensi terahertz berada
pada gap antara frekuensi dalam cakupan sumber gelombang berbasis elektronik
electronics
dan Fotonik
photonic
.
Electronics
mencakup solid state seperti Gunn, IMPATT, MMIC dll dan
vacum electronics
klystron, BWO, TWT, gyrotron, magnetron dll sedangkan fotonik mencakup laser dan segala jenis
variannya. Sumber-sumber yang tersedia saat ini baik dari kelas elektronik maupun dari fotonik masih dengan keluaran pada level mikrowatt. Hingga saat ini
pendeteksian sinyal ini hanya dimungkinkan dari jarak beberapa inci dari sumber gelombang karena apabila jarak semakin jauh, gelombang tersebut akan diserap
oleh udara dan menghilang. Sebelum ditemukannya sistem pembangkit gelombang terahertz, rentang
frekuensi terahertz belum banyak dijangkau oleh aplikasi-aplikasi yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Generasi pertama sistem alat sumber radiasi
terahertz dikembangkan oleh kelompok penelitian di
The University of Colombia
, yang dipimpin oleh Dan Grischkowsky sekitar tahun 1988 sampai 1989. Sejak
ditemukannya spektrum gelombang terahertz, banyak para ilmuwan yang sangat tertarik untuk pengembangan teknologi terahertz hingga aplikasinya. Mulai dari
pengembangan spektroskopi terahertz dan kemudian dengan cepat diaplikasikan sebagai metode analisi dalam pencitraan, biologi, kedokteran, kimia, dll.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.1 Spektrum gelombang terahertz
Terahertz merupakan sebuah teknologi yang akan memungkinkan untuk dapat mendeteksi material yang tersimpan di dalam suatu objek. Dengan
menggunakan gelombang terahertz, dari jarak ratusan meter detektor akan dapat melihat, menembus berbagai material seperti tembok, pakaian, pembungkus
paket, dll. Ide awal pengembangan gelombang terahertz adalah untuk mendukung sistem keamanan, yaitu untuk menciptakan suatu sumber radiasi pendeteksi bahan
peledak atau obat-obatan. Hingga saat ini para ilmuwan telah berhasil mendeteksi sinyal dari jarak lebih dari 30 meter. Jarak ini merupakan jarak ruangan
laboratorium yang digunakan. Namun secara teori dapat mendeteksi suatu material jarak ratusan kilometer jauhnya.
Perkembangan IPTEK saat ini sangat mendukung pemanfaatan detektor terahertz yang digunakan sebagai pelengkap keamanan
airport
untuk mendeteksi materi berbahayaterlarang yang dibawa oleh penumpang yang disembunyikan di
luar maupun di dalam pakaian mereka, gelombang terahertz juga dapat digunakan untuk menentukan komposisi kimia sebuah material, di bidang kesehatan
gelombang ini bisa dimanfaatkan untuk mengenali tumor dan untuk menentukan lokasi kanker dari jaringan pada tubuh manusia secara langsung tanpa merusak
jaringannya, juga potensial untuk terapi jika sumbernya cukup kuat, juga dapat digunakan untuk menemukan obyek hidup dalam suatu kejadian kebakaran.
Dalam bidang komunikasi juga terutama antar satelit menjanjikan transfer data berlipat-lipat dari capaian saat ini
super-broadband.
Universitas Sumatera Utara
Sumber radiasi terahertz ini juga dikenal sebagai salah satu kandidat pengganti sebagian fungsi sinar-X untuk
imaging.
Kelebihan sumber radiasi ini dibanding sinar-X adalah berenergi rendah, tak mengionisasi obyeknya jauh lebih
aman dari sinar-X. Kelebihan lain dibanding sinar-X, radiasi terahertz dapat difokuskan sehingga mudah dikontrol, frekuensi pun berimpitan dengan frekuensi
spektrum dari molekul-molekul penting sehingga potensi terahertz dalam dunia spektroskopi untuk pendeteksian molekul - molekul sangatlah tinggi. Dengan
semua potensi yang telah disebutkan di atas, tak heran penelitian mengenai dasar dan aplikasi gelombang terahertz telah meningkat semakin pesat.
Secara garis besar riset di bidang terahertz ini dibagi menjadi tiga bagian yaitu sumber, komponen mencakup detektor, antena, filter, dll, dan
applikasinya. Salah satu aplikasi yang paling menjanjikan adalah terahertz spektroskopi, baik berbasis waktu maupun frekuensi. Sebuah terahertz
spektroskopi dibangun berbasis laser, sehingga cukup atraktif karena ukuran sistemnya secara keseluruhan sudah cukup
compact
. Adapun kelemahan dari sistem terahertz berbasis laser adalah daya keluarannya
output power
yang cukup rendah, dalam orde mikrowatt sampai milliwatt. Untuk spektroskopi
keluaran dalam orde mikrowatt sudah cukup, tapi untuk aplikasi lain misalnya pemrosesan bahan diperlukan daya yang lebih tinggi dengan pelemahan daya
rendah. Salah satu komponen yang paling potensial untuk menjaga daya dalam mentransmisikan gelombang terahertz adalah
waveguide.
Seperti telah dikatakan sebelumnya, bahwa gelombang ini sangatlah mudah terserap oleh udara atau
material disekitarnya. Sehingga dalam pemanfaatannya gelombang ini perlu untuk dipandu agar mempunyai intensitas dan daya yang cukup stabil dari antenna
pemancar melalui penerima.
Waveguide
atau pandu gelombang adalah alat penting untuk mendapatkan transmisi efisien radiasi elektromagnetik. Dalam satu fungsi umum,
Waveguide
dapat membangun batas sinyal untuk ditransmisikan yang berasal dari pemancar ke antena penerimadetektor. Idealnya,
Waveguide
harus memiliki kerugian daya yang rendah, daya kopling tinggi, dispersi rendah, dan rentang frekuensi yang
luas. Untuk tahap fabrikasi, karakteristik dari struktur pandu akurasi yang tinggi, fleksibilitas tinggi dan rendah biaya produksi dan penting bagi produksi massal.
Universitas Sumatera Utara
Untuk itu bahan yang digunakan untuk memproduksi pandu juga harus dipilih secara hati-hati, terutama untuk pandu yang beroperasi di wilayah terahertz,
karena sebagian besar bahan akan memiliki penyerapan kuat dalam rentang frekuensi ini. S. Atakaramians, dkk, 2013
Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk menyelidiki beberapa struktur pandu, serta pemilihan material untuk mengurangi kerugian transmisi dan
dispersi. Logam biasa digunakan sebagai
waveguide
untuk gelombang mikro atau frekuensi radio. Co-planar dan satu-kawat
waveguide
, yang dikenal sebagai jalur transmisi, yang diusulkan dalam tahap awal pengembangan pandu terahertz. Sejak
itu, pemandu radiasi terahertz dalam material sebagian besar dilakukan pada pandu logam tabung berongga, pandu pelat logam paralel, kawat logam dan kabel
koaksial. Oleh karena itu, memandu terahertz dalam logam menawarkan keuntungan besar untuk mengurangi kerugian daya. J. Anthony, dkk, 2013
Sebagai tahap awal pengembangan sinyal frekuensi terahertz maka penulis melakukan penelitian di bidang
waveguide
untuk gelombang terahertz. Struktur
terahertz waveguide
yang disimulasikan dengan inti
core
berupa udara dan dilapisi oleh
cladding
bermaterial dielektrik dengan dua kawat logam yang tertanam
.
Rancangan pandu gelombang tersebut diuji secara numeris dengan menggunakan
finite difference method
metode beda hingga. Salah satu software yang bisa digunakan adalah
MODE solution
yang dikembangkan oleh
Lumerical Inc
. Tujuan penanaman kawat logam adalah untuk memiliki kondisi batas logam. Sehingga, semua atau sebagian dari cahaya terbatas dalam wilayah inti. Kegiatan
penelitian ini bertujuan untuk melakukan simulasi untuk meningkatkan performa dari sebuah desain awal
waveguide
yang sudah dieksperimenkan sebelumnya. Proses simulasi akan difokuskan pada pengembangan material dan
model desain. Untuk mendapatkan hasil simulasi yang mendekati hasil sebenarnya, maka desain dalam simulasi yang digunakan akan diupayakan
sedekat mungkin dengan karakter fisis yang sebenarnya. Dengan demikian diharapkan hasil simulasi yang diperoleh tidak terlampau jauh menyimpang dari
keadaan sebenarnya, sehingga cukup akurat sebagai acuan
guide
dalam proses pembuatan
waveguide
sesungguhnya. Sehingga, nantinya akan dihasilkan desain
Universitas Sumatera Utara
terahertz waveguide
yang mempunyai desain sederhana dengan fleksibelitas desain yang tinggi namun tetap mempertahankan kerugian daya yang rendah.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah, perumusan masalah pada penelitian ini sebagai berikut:
1.
waveguide
sebagai media transmisi selalu berhadapan dengan masalah bagaimana caranya agar lebih banyak sinyal yang dipandu, lebih cepat dan
lebih jauh penyampaiannya dengan tingkat pelemahan daya atenuasi sekecil- kecilnya.
2. Mendesain profil
terahertz waveguide
dengan atenuasi yang kecil menggunakan
software Lumerical MODE Solution.
1.3 Batasan Masalah
Kategori