Bismillah..

Bidang Biofotonik ini termasuk yang sedang banyak diminati dewasa ini. Ini disebabkan karena pertumbuhan yang pesat dari penggunaan devais optik pada bidag biomedis, mulai dari diagnosis terapi, sampai dengan penyembuhan suatu penyakit.

Pengertian

                Mungkin masih banyak yang belum tau apa itu biofotonik. Biofotonik (bisa juga disebut biomedical optik atau biomedical fotonik) didefinisikan sebagai teknologi dan metode yang menggunakan cahaya (mulai dari UV-cahaya tampak-Near Infra Red) untuk keperluan medis, seperti :

1.  Pengembangan tentang pemahaman dasar dari biologi (mulai dari sebuah gen sampai pada level jaringan tubuh)

2.  Pengembangan teknologi deteksi dan penyembuhan berbagai penyakit manusia (mulai dari jerawat sampai kanker).

Konsep Dasar

Sebenarnya prinsip dasar dari biofotonik tidak terlalu sulit. Prinsip dasarnya seperti terlihat pada Gambar-1. 

Gambar-1. Prinsip dasar biofotonik

Dari Gambar-1, terlihat bahwa prinsip dasar dari Biofotik adalah bagaimana menganalisa hasil yang didapat pada interpreter/display dengan yang diemisikan oleh sumber cahaya. Kita tahu bahwa cahaya yang dilewatkan melalui molukul mungkin ada yang terserap (absorb), terpantul (reflected), dan diteruskan (transmitted). Sehingga sinar yang diterima kemungkinan besar berbeda dengan yang dipancarkan.

Beberapa poin penting

                Yang perlu diperhatikan untuk pengaplikasian biofotonik yaitu,

•      Ketika cahaya berinteraksi dengan jaringan-jaringan mahluk hidup, absorbs cahaya dapat menimbulkan panas, menyebabkan perubhan struktur kimia, atau bahkan menimbulkan fluorescence.

•       Cahaya memiliki beberapa pengaruh ketika dilewatkan ke jaringan mahluk hidup, seperti:

o   Thermal effect

o   Mechanical effect

o   Photoablative effect

o   Photo dynamic effect.

Sehingga, dalam memilih cahaya yang cocok untuk biofotonik harus diteliti lebih dahulu agar tidak menimbulkan efek negatif. Biasanya cahaya yang digunakan berada pada daerah UV (Ultra Violet), cahaya tampak, dan NIR (Near Infra Red).

Aplikasi Biofotonik

                Berbagai aplikasi telah digunakan untuk kebutuhan medis kita, seperti contoh berikut,

1.       Untuk mendiagnosa

o   Photophysical imaging (OCT-Optical Coherence Tomography, Microscopy)

o   Flourescence imaging

o   Bio Sensor

2.       Untuk terapi/penyembuhan

o   Photodynamic Therapy (PDT)

o   Laser-laser tissue welding

o   Laser and Nano surgeries

 

Semoga bermanfaat

Kuliah Prinsip Dasar Biofotonik oleh Prof. Gerd Keiser, 15 Sept 2010.

          Aktif modelocking merupakan sebuah metode untuk membangkitkan laser pulsa dengan ultrashort pulsa. Aktif modelocking didapatkan dengan  menggunakan modulator. Skema dari metode aktif modelocking dapat ditunjukkan oleh Gambar-1 berikut.

Gambar-1. Skema Aktif Modelocking Dengan Modulator

Pada aktif modelocking, pembangkitkan pulsa ultrashort memerlukan modulator yang memiliki kecepatan yang tinggi. Baru-baru ini, terdapat beberapa penelitian yang telah mengembangkan aktif atau pasif Multi Quantum Well (MQW) device untuk membuat modulasi yang memiliki kecepatan tinggi [1].

            Secara umum, terdapat empat jenis modulator. Modulator tersebut yaitu : (1) electro-optics, (2) acousto-optics, (3) magneto-optics, dan (4) electro-absorption [2]. Electro-Absorption Modulator (EAM) merupakan modulator yang memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan modulator lainnya. EAM memiliki keunggulan yaitu : modulasi berkecepatan tinggi, pengaturan dengan tegangan rendah, extinction ratio yang tinggi, dan mudah diintegrasikan dengan device lainnya.

Electro-Absorption Modulator (EAM) bekerja menggunakan prinsip dasar efek electroabsorption yaitu perubahan koefisien absorbsi berdasarkan pada perubahan medan listrik. Pada EAM bulk semikonduktor, absorbsi disebabkan oleh bergeraknya elektron ke energi yang lebih rendah seiring dengan bertambahnya medan listrik yang disebabkan oleh kombinasi dari absorbsi band-to-band dan proses tunneling (Franz-Keldysh effect) [3]. Sedangkan pada EAM Quantum Well (QW), transisi energi antara elektron dan hole yang terperangkap (confined) pada energi level berkurang ketika terdapat medan listrik yang diberikan pada growth direction  (Quantum Confined Stark Effect, QCSE) [3].

Referensi

[1] A. Mark Fox, David A. B. Miller.: ‘Quantum Well Carrier Sweep Out: Relation to Electroabsorption and Exciton Saturation’, IEEE  Journal  Of  Quantum  Electronics,  vol.  27, No.10, October 1991, pp. 2281-2295. 

[2]  B.E.A. Saleh and M.C. Teich, “Fundamentals of photonics,” John Wiley & Sons,Inc., ISBN 0-471-83965-5, 1991.

[3]  J. Piprek, Y.-J. Chiu, S.-Z. Zhang, J. E. Bowers, C. Prott, and H. Hillmer, “High-Efficiency MQW Electroabsorption Modulators,” Electrochemical society proceedings, vol. 2002-4, pp.141-149.

Sebenarnya telah banyak divais di dunia ini yang memanfaatkan prinsip heterostructure untuk membuat berbagai macam alat elektronik, mulai dari transistor sampai dengan solar cell. Kemudian timbul pertanyaan, apasih sebenarnya heterostructure itu. Heterostructure merupakan gabungan dari 2 atau lebih bahan semikonduktor yang berbeda. Penggunaan bahan yang berbeda ini, ada kaitannya dengan perbedaan Energi Band Gap dari masing-masing bahan. Perbedaan inilah yang nantinya bisa digunakan untuk merekayasa suatu divais.

Sebagai contoh dari heterostructure yaitu aplikasi optoelektronik. Sebuah material semikonduktor berbahan AlGaAs  digunakan sebagai cladding (layer terluar) dan  bahan semikonduktor yang lain berbahan GaAs digunakan sebagai layer dalam. Biasanya layer bagian dalam (bahan GaAs) memiliki energy band gap yang lebih kecil. Dengan energy band gap yang kecil, electron akan mudah terperangkap ditengah, kemudian kejadian ini dimanfaatkan untuk membuat electron berekombinasi dan terciptalah photon. Contoh diatas merupakan contoh dari simple heterojuntion.

Gambar 1. Energy Band Heterostructure

Untuk postingan kali ini, mungkin hanya penjelasannya saja. InsyaAllah, untuk postingan selanjutnya yang berkaitan dengan heterojunction terutama tentang bagaimana cara menggambar energy band diagram dari heterostructure baik itu abrupt heterostructure atau graded heterostructure seperti terlihat pada Gambar 1. Tunggu tanggal mainnya..

            Dalam mempelajari waveguide optik, kita harus mengetahui beberapa persamaan penting yang biasa digunakan pada perancangan waveguide optik seperti, persamaan Maxwell, persamaan gelombang vektorial, dan juga persamaan Boundary Condition untuk elektromagnetik. Dalam posting kali ini akan dijelaskan tentang persamaan Maxwellnya dulu, untuk persamaan lainnya akan dijelaskan lain waktu.

Persamaan Maxwell

Medan listrik E (dalam volt per meter), medan magnet H (amper per meter), kerapatan medan listrik D (coloumb per meter), dan kerapatan medan magnet B (amper per meter persegi) yang memiliki hubungan satu dengan lainnya melalui persamaan berikut ini :

                                   

                                     

Dimana permitifitas  dan permibialitas  didefinisikan sebagai

                                   

                                   

Rapat arus J (dalam amper per meter persegi) pada sebuah material konduktif diberikan dengan persamaan

                                   

Dari persamaan-persamaan tersebut didapatkan persamaan Maxwell untuk  medan elektromagnetik [1] :

                                   

                                   

Referensi

(1) Kawano, Kenji and Kitoh, Tsutomu. Introduction to Optical Waveguide Analysis. John Wiley, New York. 2001.

Filter aktif RC adalah rangkaian pemilah frekuensi yang komponen-komponen pasifnya terdiri dari tahanan ( R ), kapasitor ( C ) dan Op Amp sebagai komponen aktifnya. Tidak digunakannya induktansi merupakan suatu keuntungan terutama dalam fabrikasi rangkaian terpadu. Ada empat jenis filter yang mempunyai tanggapan frekuensi ideal seperti ditunjukkan pada Gambar-1 dibawah ini:

Tanggapan frekuensi filter ideal pada Gambar-1 tersebut:

1. Lewat bawah (Low Pass), keluaran filter (yang mungkin merupakan penguatan), yang dinyatakan oleh H(j2pf) muncul untuk frekuensi-frekuensi rendah, dalam gambar ditunjukkan dari frekuensi nol sampai frekuensi batas atas f_H.
2. Lewat pita (Band Pass), keluaran filter yang dinyatakan oleh H(j2pf) muncul untuk frekuensi-frekuensi antara frekuensi batas bawah f1 dan frekuensi batas atas f2.
3. Lewat atas (High Pass), keluaran filter yang dinyatakan oleh H(j2pf) muncul untuk frekuensi-frekuensi antara frekuensi batas bawah f1 dan frekuensi batas atas tak terhingga.
4. Eliminasi pita / penolakan pita (Band Rejection), keluaran filter yang dinyatakan oleh H(j2pf) tidak muncul untuk frekuensi-frekuensi antara frekuensi batas bawah f1 dan frekuensi batas atas f2.

Pada kenyataannya, tanggapan frekuensi sebuah filter tidak seideal seperti yang ditunjukkan pada Gambar-1. Tanggapan H(j2pf) tidak tetap besarnya, bervariasi antara harga maksimum H0 dan H1. Beda antara H0 dan H1 dinamakan kerutan (ripple). Untuk lebih jelasnya pada Gambar-2 akan terlihat karakteristik yang sesungguhnya dari suatu filter lewat bawah (Low Pass).

Untuk mengetahui nilai kapasitansi kapasitor, beberapa kapasitor memiliki nilai kapasitansi dalam farad yang langsung tercetak  pada komponennya. Kapasitor yang langsung tercetak nilai kapasitansinya biasanya memiliki ukuran yang besar sehingga terdapat tempat yang cukup untuk mencetak nilai kapasitor dan juga lengkap dengan nilai tegangan maksimum dan polaritasnya. Misalnya pada kapasitor elco, disana dengan jelas tertulis kapasitansinya sebesar 22uF/25v.

Akan tetapi, Kapasitor  yang ukuran fisiknya kecil biasanya hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Untuk yang bertuliskan dua angka saja, maka satuannya adalah pF (pico Farads). Sebagai contoh, kapasitor yang bertuliskan dua angka 47, maka kapasitansi kapasitor tersebut adalah  47 pF. 

Untuk kapasitor yang bertuliskan 3 digit pada bagian badan kapasitornya, maka angka pertama dan kedua menunjukkan nilai nominal, sedangkan angka ke-3 adalah faktor pengali. Faktor pengali sesuai dengan angka nominalnya, berturut-turut 1 = 10, 2 = 100, 3 = 1.000, 4 = 10.000 dan seterusnya. Misalnya pada kapasitor keramik tertulis 104 seperti terlihat pada Gambar-1, maka  kapasitansinya  adalah 10 x 10.000 = 100.000pF atau = 100nF.

Gambar-1. Kapasitor yang Memiliki Kode 104

            

Contoh lain misalnya tertulis 222, artinya kapasitansi kapasitor tersebut adalah 22 x 100 = 2200 pF = 2.2 nF. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada Tabel-1 berikut.

Kode Pada Kapasitor	Nilai
nn (angka dari 01 - 99)	nn pF
101	0,0001 µF
102	0,001 µF
103	0,01 µF
104	0,1 µF
221	0,00022 µF
222	0,0022 µF
223	0,022 µF
224	0,22 µF
331	0,00033 µF
332	0,0033 µF
333	0,033 µF
334	0,33 µF
471	0,00047 µF
472	0,0047 µF
473	0,047 µF
474	0,47 µF

Tabel-1. Nilai Kapasitansi Kapasitor

Pada beberapa jenis kapasitor ada juga yang menggunakan toleransi yang biasanya menggunakan kode huruf. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada Tabel-2 berikut.

Tabel-2. Toleransi Kapasitor

Baiklah.. Cukup sekian postingan tentang Cara Membaca Nilai Kapasitansi Kapasitor. Terima kasih sudah membacanya.