Serat Optik: Lebih Daripada Sekadar Internet Pantas
Semasa menunggang motosikal di sepanjang lebuh raya yang bising dalam perjalanan pulang, saya ternampak papan iklan besar yang mempromosikan TIME Fibre Home Internet, 200Mbps dengan harga hanya RM 99 sebulan! Iklan itu terang, menarik perhatian dengan mesej yang mudah difahami: kelajuan tinggi pada harga rendah, sambungan stabil, dan pengalaman dalam talian yang lebih baik.
Pada detik itu, saya menyedari sesuatu yang menarik. Kebanyakan orang diperkenalkan kepada serat optik kerana internet. Jika internet laju, mereka gembira; jika perlahan, mereka kecewa. Tetapi di sebalik itu, hanya segelintir orang yang tahu tentang apa yang serat optik sebenarnya boleh lakukan, atau betapa mendalamnya ia boleh membantu banyak perkara dalam kehidupan kita.
Perbezaan Asas: Elektrik Berbanding Cahaya
Bagi seseorang seperti saya, yang telah bekerja dengan serat optik selama beberapa tahun, apa yang menjadikan serat optik istimewa sebenarnya sangat mudah. Tidak seperti wayar elektrik tradisional yang menghantar isyarat menggunakan arus elektrik yang mengalir melalui logam, serat optik menghantar isyarat menggunakan cahaya yang bergerak melalui kaca. Daripada menggerakkan elektron, ia menggunakan paket kecil tenaga cahaya, yang dikenali sebagai foton.
Perbezaan ini mungkin kedengaran kecil, tetapi ia sepenuhnya mengubah cara maklumat boleh dihantar, menjadikannya lebih pantas, lebih stabil, dan kurang terjejas oleh gangguan elektrik. Dan kerana peralihan mudah ini, dari arus kepada cahaya, serat optik kini membantu menggerakkan bukan sahaja sambungan internet kita, tetapi juga teknologi penderiaan, sistem pemantauan industri, dan bahkan prosedur perubatan maju.
Sistem elektrik berfungsi dengan cara yang kita biasa, di mana elektrik mengalir melalui wayar logam, dibawa oleh elektron yang bergerak. Walau bagaimanapun, serat optik berfungsi dengan sangat berbeza. Daripada elektrik, ia membawa cahaya, yang dipandu melalui gentian kaca yang lebih nipis daripada rambut manusia. Perbezaan mudah ini membentuk asas bidang yang dikenali sebagai fotonik.
Pusat Penyelidikan Fotonik di Malaysia
Di Malaysia, terdapat pusat penyelidikan di universiti awam yang telah bekerja dalam bidang fotonik selama beberapa dekad, iaitu Pusat Penyelidikan Fotonik, Universiti Malaya (PRCUM). Di sini, serat optik lebih daripada sekadar alat komunikasi; ia berfungsi sebagai platform penyelidikan yang telah berkembang dan berkembang dari semasa ke semasa.
Apa yang bermula sebagai makmal laser pada tahun 1979 kemudiannya diiktiraf sebagai Pusat Kecemerlangan Pengajian Tinggi (HICoE) oleh Kementerian Pengajian Tinggi pada tahun 2014. Selama bertahun-tahun, pusat ini telah membantu melatih pelajar untuk menjadi pakar dalam fotonik, membangunkan teknologi baharu, dan menyumbang kepada kehadiran Malaysia dalam bidang fotonik global.
Hari ini, fotonik telah digunakan dalam banyak industri seperti pembuatan, pusat data, penjagaan kesihatan, pengkomputeran, dan teknologi automotif. Salah satu aplikasi penting serat optik adalah dalam teknologi penderiaan. Ia boleh mengesan banyak parameter seperti suhu, regangan, getaran, analit kimia, dan banyak lagi, bergantung pada reka bentuk penderia.
Kelebihan Penderia Berasaskan Serat Optik
Tetapi orang akan mula bertanya mengapa kita mahu menggunakan penderia berasaskan serat optik, walaupun banyak penderia elektrik komersial sudah tersedia di pasaran? Untuk memahami ini, bayangkan penderia elektrik seperti walkie-talkie. Isyarat berfungsi dengan baik sehingga terdapat gangguan. Bunyi elektrik, kilat, atau medan elektromagnet yang kuat boleh memesongkan atau bahkan menyekat isyarat.
Penderia serat optik berfungsi secara berbeza. Cara yang lebih baik untuk membayangkannya adalah seperti menyuluh lampu suluh melalui terowong panjang yang dilindungi. Cahaya bergerak dengan selamat di dalam gentian, terlindung daripada gangguan luaran. Walaupun dalam persekitaran dengan gangguan elektrik yang kuat, isyarat kekal stabil. Ini menjadikan penderia serat optik sangat berguna dalam persekitaran yang keras seperti kilang industri, stesen kuasa, dan sistem pemantauan jarak jauh.
Keselamatan adalah satu lagi kelebihan utama. Penderia elektrik membawa arus, yang boleh berisiko dalam persekitaran mudah terbakar seperti kemudahan minyak dan gas atau kilang kimia. Walaupun percikan api kecil boleh berbahaya. Tetapi penderia serat optik hanya membawa cahaya, menghapuskan risiko percikan api sepenuhnya.
Laser Gentian Berkuasa Tinggi dan Aplikasi Perubatan
Di luar penderiaan, penyelidik di PRCUM juga membangunkan laser gentian berkuasa tinggi yang beroperasi pada tempoh denyutan yang sangat pendek, dalam julat femtosaat. Laser denyutan sangat pendek ini penting untuk pemotongan dan pemprosesan bahan. Tetapi mengapa laser femtosaat lebih baik daripada laser nanosaat, mikrosa, atau gelombang berterusan (CW)?
Untuk menggambarkan ini, bayangkan memotong daging dengan dua pisau yang berbeza. Pisau tumpul memerlukan lebih banyak daya, menyebabkan daging termampat dan potongan merebak melebihi tempat yang anda sasarkan. Pisau yang sangat tajam memotong dengan bersih, dengan daya minimum dan kerosakan minimum pada kawasan sekeliling.
Laser femtosaat berkelakuan seperti pisau tajam itu. Mereka membenarkan pemotongan yang sangat tepat dengan kerosakan haba minimum pada bahan sekeliling. Ini amat penting dalam prosedur perubatan dan pembedahan, di mana potongan bersih boleh membantu meningkatkan penyembuhan dan pemulihan.
Satu lagi sifat menarik cahaya ialah panjang gelombang yang berbeza berinteraksi secara berbeza dengan bahan yang berbeza. Cara mudah untuk membayangkan ini adalah dengan memikirkan tentang bahan yang terdedah kepada cahaya matahari. Sebagai contoh, logam, fabrik, dan plastik yang diletakkan di bawah cahaya matahari yang sama akan memanas pada kadar yang berbeza kerana setiap bahan menyerap dan memantulkan cahaya secara berbeza.
Ciri ini menjadi penting dalam aplikasi perubatan. Cahaya pada panjang gelombang sekitar 2000 nanometer diserap dengan kuat oleh air. Memandangkan tubuh manusia mengandungi peratusan air yang tinggi, laser yang beroperasi dalam julat ini boleh memotong tisu dengan cekap dengan pendarahan minimum. Ini meningkatkan ketepatan dan keselamatan dalam prosedur pembedahan dan menyokong pemulihan pesakit yang lebih cepat.
Masa Depan Fotonik di Malaysia
Selama bertahun-tahun, fotonik adalah istilah yang tidak dikenali oleh orang ramai. Hari ini, ia perlahan-lahan menjadi sebahagian daripada teknologi yang menyokong kehidupan moden. Bidang menarik ini harus diperkenalkan lebih awal kepada pelajar, terutamanya pelajar sekolah menengah yang berminat dalam sains dan STEM, serta pelajar sarjana muda yang mungkin mempertimbangkan pengajian pascasiswazah.
PRCUM boleh menjadi tempat di mana pelajar boleh meneroka bidang ini dengan lebih lanjut, di mana penyelidikan dan pembangunan dalam teknologi fotonik telah dijalankan selama beberapa dekad. Dengan mendedahkan lebih banyak bakat muda kepada fotonik, Malaysia boleh membangunkan teknologi berasaskan fotonik sendiri, memupuk pakar tempatan, dan mengurangkan pergantungan kepada kepakaran asing dan teknologi import.
Untuk lebih optimistik, PRCUM mungkin suatu hari nanti menjadi tempat di mana Malaysia memupuk Pemenang Hadiah Nobel Fizik pertamanya! Dan mungkin, dalam gambaran yang lebih besar, kisah sebenar fotonik bukan hanya tentang menggantikan elektrik sepenuhnya. Ia tentang memberi kita cara lain untuk menyelesaikan masalah kita.
