Industri manufaktur membutuhkan teknologi laser yang digunakan dengan bahan tanah jarang dan kristal. Akan tetapi, kebijakan tarif impor mengganggu kedaulatan digital di Jerman. Para ahli mengatasinya.
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
TechnoMachinews.id – Fraunhofer IOSB (sumber): Industri manufaktur membutuhkan teknologi laser—demikian juga pengobatan, teknologi kuantum, dan fusi nuklir. Laser merupakan dasar bagi banyak aplikasi penting di industri.
Akan tetapi, tanpa unsur tanah jarang dan kristal yang berasal dari negara lain, maka produksi laser semakin sulit. Pembatasan ekspor, perang, dan kebijakan bea cukai yang ketat di berbagai negara menekan industri, bahkan mengancam kedaulatan teknologi digital di Eropa seperti Jerman.
Dengan kata kain, ketergantungan pada bahan langka seperti tanah jarang dan kristal berdampak negatif pada industri laser terganggu. Teknologi laser sangat bergantung pada elemen tanah jarang dan kristal yang berasal negara lain.
Teknologi laser adalah sistem yang menggunakan stimulated emission untuk menghasilkan cahaya yang terfokus dan koheren. Laser digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk komunikasi optik, pemotongan industri otomotif, dan teknologi medis.
Penggunaan teknologi laser di beberapa bidang dapat diterapkan dengan menggunakan unsur tanah jarang dan kristal. Unsur tanah jarang atau disebut rare earth elements adalah kelompok 17 unsur kimia dalam tabel periodik, termasuk 15 unsur lantanida serta skandium dan itrium.
Meskipun frasa “jarang” dalam namanya, unsur ini sebenarnya cukup melimpah di kerak bumi—termasuk di Indonesia namun sulit untuk ditemukan dalam bentuk yang murni.
Sedangkan kristal atau crystal adalah materi padat dengan struktur atom yang tersusun dalam pola geometris yang berulang secara teratur.
Kristal dapat terbentuk dari berbagai unsur dan senyawa, seperti garam, kuarsa, serta kristal buatan yang digunakan dalam teknologi. Bahan kristal juga ditemukan di bumi Nusantara.
Kenapa unsur tanah jarang dan kristal sangat penting dalam teknologi laser? Bahan tanah jarang digunakan sebagai bahan tambahan dalam laser untuk meningkatkan efisiensi dan memperkuat cahaya laser.
Misalnya, unsur seperti neodymium (Nd) dan erbium (Er) sering digunakan dalam laser solid-state. Sedangksn bahan kristal berfungsi sebagai medium aktif dalam laser.
Beberapa kristal, seperti yttrium aluminium garnet (YAG) yang didoping dengan neodymium (Nd:YAG), digunakan sebagai media pemancaran sinar laser yang kuat dan stabil.
Kombinasi antara unsur tanah jarang dan kristal memungkinkan laser bekerja dengan panjang gelombang tertentu dengan daya tinggi, menjadikannya esensial dalam aplikasi seperti komunikasi optik, peralatan medis, hingga pemrosesan material.
Unsur tanah jarang memiliki banyak aplikasi di berbagai industri seperti elektronik yang digunakan dalam pembuatan layar LED, baterai, dan magnet kuat untuk motor listrik.
Energi terbarukan dengan magnet berbasis neodymium digunakan dalam turbin angin. Juga di industri otomotif berupa komponen baterai kendaraan listrik dan katalis dalam mesin pembakaran.
Instansi pertahanan juga membutuhkan tanah jarang yang digunakan dalam sistem radar, sonar, dan peralatan komunikasi militer. Demikian pula dunia medis yang dengan unsur seperti gadolinium digunakan dalam pencitraan resonansi magnetik (MRI).
Bagaimana Jerman yang membutuhkan bahan tanah jarang dan kristal namun terkendala dengan kebijakan tarif bea cukai dan larangan ekspor di negara-negara kain?
Temuan baru dipamerkan pada Laser Show Juni 2025
Fraunhofer IOSB tengah meneliti alternatif dalam pengembangan dan pemrosesan kristal serta pengembangan serat kaca. Para ahli optimis akan memamerkan hasil temuan mereka pada LASER Show yang berlangsung di Munich, Jerman pada tanggal 24–27 Juni 2025.
Tim ahli dari Fraunhofer IOSB menjelaskan berbagai kristal laser oksida dengan berbagai dopan aktif (unsur tanah jarang dan logam transisi) sangat dibutuhkan teknologi laser.
Akan tetapi, ketergantungan Jerman pada bahan baku penting ini menjadi jelas sekali lagi setelah sengketa bea cukai yang terjadi pada bulan April 2025, ketika China membatasi ekspor unsur tanah jarang dan unsur lainnya ke Amerika Serikat dan dampaknya berpengaruh ke benua Eropa.
Pelaku industri laser, dan perusahaan teknologi tinggi dan pertahanan lainnya juga merasakan dampak dari kekurangan bahan pasokan dari negara lain terutama dari China.
Tanah jarang memiliki unsur-unsur yang dibutuhkan untuk kristal laser dan serat laser aktif sebagai media amplifikasi untuk menghasilkan seperti radiasi laser.
Bahan yang bernilai beberapa ratus euro dengan demikian menentukan pembuatan sistem yang bernilai ratusan ribu euro.
“Menjamin ketersediaan kristal dan serat laser yang memadai serta memiliki kendali atas pemrosesannya sangat penting tidak hanya untuk daya saing dan kemandirian ekonomi Jerman dan Eropa, tetapi juga untuk keamanan kita,” cerita Marc Eichhorn, Direktur Fraunhofer IOSB yang berlokasi di kantornya Ettlingen dan Oberkochen, Jerman.
Lembaga Institute for Optronics, System Technologies and Image Exploitation IOSB memiliki Departemen Teknologi Laser, yang dipimpin oleh Christelle Kieleck.
Mereka melakukan penelitian terhadap sumber laser baru dan kristal yang lebih baik dan lebih kuat serta komponen serat optik sebagai dasar untuk pengembangan sistem laser lebih lanjut.
Dari simulasi dan desain material baru hingga demonstran, institut tersebut mencakup seluruh rantai nilai produksi laser. Menumbuhkan dan memproses kristal laser dan non-linier kristal laser merupakan bagian integral dari setiap laser.
Kristal tersebut memperkuat cahaya dengan menyimpan energi optik pada tingkat energi yang lebih tinggi dan bergantung pada dopingnya dengan unsur tanah jarang tertentu, melepaskannya sebagai radiasi laser pada panjang gelombang yang ditentukan.
Jika tidak ada kristal laser yang tersedia untuk panjang gelombang tertentu, konversi menggunakan material optik non-linier (NLO) dapat dilakukan.
Berkat sifat optiknya, bahan-bahan ini dapat mengubah panjang gelombang (dan karena warna) sinar laser, membagi dua, melipatgandakan, atau bahkan mencampur beberapa panjang gelombang.
Hal ini memungkinkan sinar laser dimodifikasi secara terkendali dalam rentang yang ditentukan, sehingga memungkinkan interaksi yang lebih kuat dengan bahan, deteksi molekul tertentu, dan mikroskopi beresolusi lebih tinggi.
Di daerah mana tanah jarang dan kristal ditemukan di Indonesia? Bagaimana perkembangan teknologi laser di Indonesia? Apakah para ahli di Fraunhifer IOSB mampu menciptakan kedaultan teknologi digital?
