BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 LASER
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) merupakan proses penguatan cahaya oleh emisi radiasi yang terstimulasi. (Ayi
Bahtiar, 2008). Pembahasan mengenai laser tidak terlepas dari gelombang
elektromagnetik. Gelombang adalah getaran yang terus menerus merambat
dengan bentuk yang tetap pada kecepatan yang konstan secara periodik. Dalam
gejala penyerapan, gelombang akan mengecil saat bergerak, apabila mediumnya
bersifat dispersif atau bersifat penghambur, maka frekuensi dan kecepatannya
akan berbeda, dalam bentuk dua atau tiga dimensi dan ampltitudo gelombang
tersebut juga akan berkurang selama penyebaran . (Griffiths, 1999). Gelombang
elektromagnetik yaitu gelombang yang tidak membutuhkan medium dalam
perantaranya.
Gambar 2.1a. Proser terjadi Laser setelah lasing
Terjadinya laser sudah diramalkan jauh hari sebelum dikembangkannya
mekanika kuantum. Pada tahun 1917, Albert Einstein mempostulatkan pancaran
imbas pada peristiwa radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu
gas yang sedang menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut dia ada 3 proses
yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancaran spontan (disebut
fluorensi) dan pancaran terangsang ( atau lasing dalam bahasa Inggrisnya, artinya memancarkan laser). Proses yang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain
karena pada keadaan normal serapan dan pancaran spontan sangat dominan.
Sebuah atom pada keadaan dasar dapat dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang
lebih tinggi dengan cara menumbukinya dengan elektron atau foton. Setelah
beberapa saat berada di tingkat tereksitasi ia secara acak akan segera kembali ke
tingkat energi yang lebih rendah, tidak harus ke keadaan dasar semula. Proses
acak ini dikenal sebagai fluoresensi terjadi dalam selang waktu rerata yang disebut
umur rerata, lamanya tergantung pada keadaan dan jenis atom tersebut. Kebalikan
dari umur ini dapat dipakai sebagai ukuran kebolehjadian atom tersebut
terdeeksitasi sambil memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih
tingkat energi asal dan tujuan. Foton ini dapat saja diserap kembali oleh atom
yang lain sehingga mengalami eksitasi tetapi dapat pula lolos keluar sistem
sebagai cahaya. Sebetulnya atomatom yang tereksitasi tidak perlu menunggu
terlalu lama untuk memancar secara spontan, asalkan terdapat foton yang
merangsangnya. Syaratnya foton itu harus memiliki energi yang sama dengan
selisih tingkat energi asal dan tujuan. (Sugata Pikatan, 1991)
Pada dasarnya ada tiga macam bentuk interaksi yang terjadi antara cahaya
dengan materi, yaitu absorpsi, emisi spontan dan emisi terstimulasi. Pandang dua
buah tingkatan energi E1 (pita valensi) dan E2 (energi konduksi), dimana E2 >
E1, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1b
Gambar 2.1b Tigas jenis interaksi cahaya terhadap materi (a) absorbs (b) emisi spontan
(c) emisi terstimulasi (Ayi Bahtiar. 2008)
Adapun pengertian dari masing-masing proses di atas adalah sebagai
berikut :
1. Absorpsi adalah proses tereksitasinya elektron dari tingkatan energi E1 ke
E2 akibat penyerapan foton dengan energi hν > (E2 - E1), dimana h adalah konstanta Planck 6,626 x 10-34 J.s
2. Emisi spontan adalah proses meluruhnya elektron yang tereksitasi di
tingkatan energi E2 ke tingkatan energi E1. Karena E2 > E1, maka proses
peluruhan akan melepaskan energi yang berupa : Emisi radiatif
(memancarkan foton dengan energi = E2 – E1). Dan emisi non-radiatif (
tidak memancarkan foton)
3. Emisi terstimulasi adalah proses yang melibatkan elektron-elektron yang
sudah berada di E2 distimulasi/dirangsang oleh foton yang datang untuk
meluruh ke E1, sehingga akan memperkuat energi cahaya yang datang
(amplification by stimulated emission of radiation) (Ayi Bahtiar. 2008) Jenis laser yang digunakan dalam penelitian ini yaitu laser dioda jenis
DFB (distributed feedback) laser. DFB laser beroperasi dengan lebar spektral sekecil 10 MHz (tanpa modulasi) dan modulasi bandwidth yang baik kisaran
GHz. DFB laser digunakan dalam berbagai aplikasi termasuk komunikasi serat
optik di kisaran panjang gelombang 1,3 x 10-6 m sampai dengan 1,55 x 10-6 m.
Jenis DFB laser digunakan yaitu DFB laser Anritsu modul AF5B145FM50M
seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 DFB laser Anritsu modul AF5B145FM50M (anritsu.com)
2.2 OEM Laser Diode And Temperature Controller
Dua parameter penting dalam DFB laser adalah panjang gelombang dan
daya optis yang masing-masing dipengaruhi oleh temperatur dan arus. Kestabilan
laser DFB dapat diatur berdasarkan nilai arus dan temperatur. Nilai arus dan
temperatur ini yang kemudian dapat merubahah panjang gelombang dan daya
optis yang dinginkan dalam penelitian. Penelitian ini dikhususkan mengambil
tegangan yang masuk ke dalam laser yang kemudian dikontrol berdasarkan nilai
temperatur dan arus. Perlu diketahui bahwa nilai temperatur dan arus yang
dihasilkan oleh laser tersebut masih berupa tegangan dalam satuan milivolt. Nilai
tegangan ini yang ditampilkan di LCD display yang kemudian diatur berdasarkan
nilai arus dan temperatur yang diinginkan. Kontrol temperatur dan arus ini
menggunakan ITC 102 Thorlabs (OEM Laser Diode & Tempertaure Controllers) seperti gambar 2.3 berikut ini.
Gamabr 2.3 OEM Laser Diode & Tempertaure Controllers (thorlabs.com)
Konfigurasi arus dan temperatur yang diatur dapat dilihat pada gambar
2.4. Setiap kaki pada Temperature Electric Cooler (TEC) memiliki fungsi yang berbeda beda. Pembahasan penelitian ini memfokuskan pada arus dan temepratur
yang dikontrol. Pada OEM Laser Diode And Temperature Controller terdapat display yang dapat langsung melihat perubahan arus dan kontrol, dapat dilihat
pada Tabel 2.2 ST3 Display Jack
Tabel 2.1 Konfigurasi kaki pin ST1 64pin I/O-jack
PIN Fungsi Input/Output Jangkauan/Koefisien
A4,C4 TEC – (ground) O
C23 Monitor diode anode I 0..2mA (floating diff. input)
A24,C24 Laser diode anode O
(polarity CG)
O +0.2A/1A/3A / 4V1)
A25,C25 Laser diode ground O
A26,C26 Laser diode cathode O -0.2A/1A/3A / 4V
A13 TEC ON IN I
A12 TEC ON OUT O Low = TEC on (open collector)
C12 TEMP ERR O Low = TEC window exceeded
(open
collector, OC)
C13 OTP O Low = heat sink
over-temperature
C14 Digital ground
C15 LD ON IN I HIGH = LASER ON
A17 TTL MOD I HIGH = LASER ON
C16 LD ON OUT O LOW = LASER ON (OPEN
COLLECTOR)
C18 LIMIT LD O LOW = LASER LIMIT
REACHED (OPEN COLLECTOR)
C17 INTERLOCK I/O CLOSED TO GROUND (R <
430 Ω)
Tabel 2.2 ST3 Display jack
PIN Function Input/Output
1 -9 V
2 GND
3 +5V
4 IPD Disp O
5 ILD Disp O
6 TSET Disp O
7 ILDLim Disp O
8 TACT Disp O
9 ITECLIM Dis O
10 Ground
Gambar 2.4 ST1 64pin I/O-jack
2.3 Sistem Akuisisi Data
Sistem akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang
berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga
memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki. Jenis serta metode
yang di pilih pada umumnya bertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah
yang dilaksanakan pada keseluruhan proses. Suatu sistem akuisisi data pada
umumnya dibentuk sedemikian rupa sehingga sistem tersebut berfungsi untuk
mengambil, mengumpulkan dan menyimpan data dalam bentuk yang siap untuk
diproses lebih lanjut. (F. Rizal Batubara, 2005)
Akuisisi Data yaitu suatu sitem instrumentasi yang bertujuan untuk
mengubah data atau mentransformasikan banyak data kedalam satu format yang
sama sehingga memudahkan pengolah data. Sistem akuisisi data dapat
dikelompokkan kedalam dua kelas utama yaitu:
Sistem akuisisi data analog
Sistem akuisisi data digital
Sistem analog menyangkut informasi pengukuran dalam bentuk analog,
dan didefinisikan sebagai fungsi kontinu sedangkan sistem digital menangani
informasi-informasi dalam bentuk digital. Besaran digital dapat berisi informasi
mengenai kebesaran atau sifat dasar dari besaran tersebut. (Samaun Samadikun,
1989)
2.3.1 Perkembangan Sistem Akuisisi Data
Awalnya proses pengolahan data lebih banyak dilakukan secara manual
oleh manusia, sehingga pada saat itu perubahan besaran fisis dibuat ke besaran
yang langsung bisa diamati panca indra manusia. Selanjutnya dengan kemampuan
teknologi pada bidang elektrikal besaran fisis yang diukur sebagai data
dikonversikan ke bentuk sinyal listrik, data kemudian ditampilkan ke dalam
bentuk simpangan jarum, pendaran cahaya pada layar monitor, rekorder xy dan
lain-lain. Sistem akuisisi data berkembang pesat sejalan dengan kemajuan
dibidang teknologi digital dan komputer. Kini, akuisisi data menkonversikan
besaran fisis sumber data ke bentuk sinyal digital dan diolah oleh suatu komputer.
Pengolahan dan pengontrolan proses oleh komputer memungkinkan penerapan
akuisisi data dengan software. Software memberikan harapan proses akuisisi data bisa divariasi dengan mudah sesuai kebutuhan. Gambar 2.5 menunjukan proses
akuisisi data menggunakan komputer.
Tranduser Amplifer Filter S/H A/D Komputer Display
A/D
Gambar 2.5 Komputer digital untuk kebutuhan data (F. Rizal Batubara, 2005)
Fungsi masing-masing blok dalam sistem adalah sebagai berikut:
Tranduser: berfungsi untuk merubah besaran fisis yang diukur kedalam bentuk sinyal listrik.
Amp: berfungsi untuk memperbesar komputer dari sinyal yang dihasilkan transduser.
LPF : berfungsi untuk membatasi lebar band frekuensi sinyal listrik dari data yang diukur.
S/H : berfungsi untuk menjaga komputer sinyal analog tetap konstan selama waktu konversi analog ke digital.
A/D : berfungsi untuk merubah besaran analog kedalam bentuk representasi komputer.
D/A : berfungsi untuk merubah besaran komputer kedalam sinyal analog.
Komputer : berfungsi untuk mengolah data dan mengontrol proses.
Pada konfigurasi kanal tunggal, komputer berfungsi sebagai pemroses data
dan juga pengontrol penguatan sinyal. (F. Rizal Batubara, 2005) Dewasa ini
prinsip penggunaan akuisisi data mulai banyak dikembangkan, mengingat
banyaknya manfaat yang dapat diberikan, seperti :
Dapat membaca atau menerima data secara terus menerus.
Pemprosesan data yang lebih cepat (delay kerja sistem amat rendah).
Proses kerja dan data olahannya lebih akurat.
Penerimaan data berlangsung otomatis (tidak perlu diawasi terus menerus).
Data dapat disimpan kedalam disk pada komputer (untuk penganalisaan lebih lanjut).
Dapat dilakukan setting data yang tertentu jika ditemukan suatu data yang khusus, maka komputer akan mengaktifkan suatu tranducer tertentu
Dapat melakukan penerimaan data yang berganda lebih dari satu
Data yang diterima dapat berasal dari sumber sensor dengan sinyal yang analog maupun yang digital (serba guna)
Menggunakan pengontrolan utama sebuah komputer mikro PC yang harga komputer murah
Tidak mudah terganggu noise lingkungan. (Samaun Samadikun, 1989)
2.4 LabJack U6 Pro
Tegangan dari OEM Laser Diode & Tempertaure Controllers yang
ditampilkan oleh LCD display maka akan diolah kedalam sistem akuisisi data
menggunakan LabJack U6 Pro. Dengan menghubungkan kaki-kaki yang terdapat
pada LabJack U6 Pro yang kemudian dibaca menggunakan program aplikasi
LabView 2011 untuk dapat melihat temperature control dan current control
dimana kedua control tersebut masih dalam satuan millivolt. Begitu juga yang
ditampilkan dalam aplikasi LabView 2011 masih dalam satuan millivolt. Data
yang diperoleh tersebut akan secara otomatis tersimpan ke dalam komputer
dengan file excel. Ada beberapa kelebihan dalam menggunakan LabJack U6 Pro
diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Memiliki 14 analog input (16-18+ bit tergantung kecepatan)
2. U6-Pro menambahkan 24-bit low speed ADC untuk 222-bit resolusi yang
effektif)
3. Single-Ended Inputs (14) atau difrensial input (7)
4. Instrumentasi amplifier input
5. Jangkauan analog input berkisar ±10, ±1 dan ±0,1 volt
6. Dirancang dengan sensor suhu CJC
7. Memiliki 2 keluaran arus (200/10 µA)
8. Memiliki 2 keluaran analog (12-bit, ~0-5 volt)
9. 20 digital I/O
10. Sampai 2 counter (setiap counter 32 bit)
11. Sampai 4 timer
12. Dilengkapi dengan software dan hardware
13. Dapat dioperasikan dengan sistem windows, Linusx dan Mac
14. Tersedia contoh dalam aplikasi C/C++, VB, LabVIEW, Phyton dan lain
sebagainya.
Gamabr 2.6 LabJack U6 Pro
Penggunaan akuisisi data pada LabJack U6 Pro, dalam hal ini hanya
menggunakan port analog input (AIN) AIN 0 – AIN 3 sebagai data signal analog.
Data signal analog tersebut kemudian dikirim menggunakan port serial ke USB.
2.5 Perangkat Lunak LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation
Engineering Workbench)
LabVIEW adalah produk dari National Instruments yang berupa software
pengembangan program aplikasi dan hardware input-output untuk keperluan akusisi dan pengendalian. Perangkat lunak (software) ini dapat dijalankan pada sistem operasi Linux, Unix, Mac OS X dan Windows. Berbeda dengan
pemograman berbasis teks dimana instruksi-instruksi menentukan eksekusi
program pada sistem kendali, LabVIEW merupakan pemograman aliran data dimana aliran data menentukan eksekusi dari program.
2.5.1 LabVIEW Software
Perangkat lunak LabVIEW atau LabVIEW software merupakan sebuah bahasa pemograman graphical yang menggunakan simbol (ikon) untuk membuat aplikasi.
Sedangkan Visual Instruments (VIs) adalah program LabVIEW yang menirukan instrumen sebenarnya dalam bentuk simbol-simbol. Untuk membuat tampilan
program aplikasi LabVIEW, digunakan tools dan objek. Tampilan aplikasi ini kemudian dikenal dengan jendela front panel. Dari tampilan jendela front panel
kemudian ditambahkan kode yang direpresentasikan oleh simbol dari fungsi untuk
mengatur objek. Sedangkan source code simbol tersebut ada dalam tampilan jendela block diagram. LabVIEWsoftware terdiri dari 3 (tiga) komponen utama, yaitu front panel, block diagram dan tipe data.
Gambar 2.7 Tampilan halaman awal LabView 2011
2.5.1.1 F ront panel
Front panel merupakan penghubung (interface) antara pengguna (user) dengan program aplikasi. Didalam front panel terdapat kontrol (input) dan indikator (output) sebagai masukan atau keluaran instrumen. Kontrol adalah
instrumen mekanisme masukan yang menyuplai data dari block diagram yang
mencakup knop, push button, dial dan mekanisme masukan lainnya. Sedangkan
indikator adalah instrumen mekanisme keluaran yang menampilkan data dari
block diagram, mencakup grafik, LED, tank dan tampilan keluaran lainnya.
Gambar 2.8 Jendela Depan Front panel
2.5.1.2 Block Diagram
Block diagram merupakan jendela tempat menuliskan perintah dan fungsi,
berisikan source code berupa simbol-simbol, node dan garis sebagai data flow untuk mengeksekusi program termasuk kode dari front panel. Pada block diagram
juga tersedia function palette yang berisi fungsi-fungsi yang digunakan untuk memanipulasi input, contohnya fungsi array, matematika, fungsi IO dan
sebagainya. Pada block diagram, tool palette juga dipakai untuk mengatur dan
menghubungkan ikon. Pemrograman di blok diagram ini merupakan basis
pemrograman yang sebenarnya. Disini, user dapat memprogram dengan cara drag
and drop fungsi yang diperlukannya kemudian menghubungkan blok – blok
tersebut dengan semacam wire yang merepresentasikan arah dan hubungan antar
data. Wire tersebut hanya dapat terhubung apabila dua data yang dihubungkan memiliki tipe data yang sama.
Gambar 2.9 Jendela Depan Diagram Blok
2.5.1.3 Tipe Data
Dalam membuat aplikasi VIs, harus diperhatikan tipe data tiap simbol agar
data flow dapat berjalan semestinya. Tipe data yang tersedia yaitu numerik,
boolean dan string. Tipe data dari sebuah simbol dapat diketahui dari warna node
atau warna kabel ketika dihubungkan ke simbol lainnya. Untuk tipe data numerik
ditandai dengan warna oranye (untuk bilangan float) atau biru (untuk bilangan
integer), tipe data Boolean ditandai dengan warna hijau dan tipe data string
ditandai dengan warna merah muda. LabVIEW banyak digunakan karena
memiliki kelebihan. Beberapa kelebihan LabVIEW antara lain :
1. Pembuatan program di LabVIEW jelas dan mudah dipahami, karena
berbentuk grafis, dengan instruksi berbentuk ikon-ikon, yang dihubungkan
dengan garis untuk menunjukkan aliran data, mirip flowchart.
2. Pembuatan program yang mudah, yaitu hanya dengan menarik keluar ikon
instruksi yang sudah tersedia di palet (kotak instruksi), dan
menghubungkannya dengan garis ke ikon lain. Garis ini sama seperti variabel
pada bahasa pemograman teks. Dengan cara ini, LabVIEW menyederhanakan
pembuatan program, karena garis tersebut hanya akan terhubung apabila tipe
datanya sesuai sehingga menghilangkan kebutuhan manajemen memori dan
deklarasi tipe data setiap variabel seperti dalam bahasa pemograman teks.
Juga tidak perlu mengingat nama instruksi, karena semua ditampilkan pada
palet.
3. Mempersingkat waktu pembuatan program karena mudah dipahami dan
mudah dibuat.
4. LabVIEW didesain sebagai sebuah bahasa program paralel (multicore) yang
mampu menangani beberapa instruksi sekaligus dalam waktu bersamaan. Hal
ini sangat sulit dilakukan dalam bahasa program teks, karena biasanya bahasa
program teks mengeksekusi instruksinya secara berurutan per baris, satu demi
satu. Dengan LabVIEW, pengguna dapat membuat aplikasi eksekusi paralel
ini secara mudah dengan menempatkan beberapa struktur loop secara terpisah
dalam block diagram.
5. Sifat modular LabVIEW memungkinkan pengguna untuk membuat program
yang kompleks dan rumit menjadi sederhana, yaitu dengan cara membuat
subprogram, atau di LabVIEW disebut subVI. Ikon-ikon dalam LabVIEW
sebenarnya merupakan subVI. Beberapa subVI dapat digabungkan menjadi
sebuah subVI. subVI-subVI gabungan tersebut dapat digabungkan lagi
menjadi sebuah subVI lain, demikian seterusnya dengan tingkat hirerarki
yang tidak terbatas.
