Guna memastikan keamanan optik maka penggunaan bahan atau material non-linear optical (NLO) membantu mengurangi risiko laser dalam berbagai aplikasi optik di bidang kesehatan dan industri.
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
TechnoMachinews.id – Fraunhofer IOSB (sumber): Jaminan keamanan optik mutlak dilakukan dalam aplikasi yang membutuhkan radiasi laser karena saat digunakan dapat merusak mata pekerja.
Saat laser digunakan misalnya pada pengukuran jarak maka mata yang meski menggunakan alat optik masih dapat rusak. Untuk itu para peneliti mengalihkannya ke rentang panjang gelombang yang tidak berbahaya dengan menggunakan non-linear optical materials (NLO).
Dengan NLO memungkinkan manipulasi panjang gelombang laser melalui proses seperti frekuensi penggandaan atau frequency doubling, pencampuran frekuensi, dan konversi parametrik.
Dengan menggunakan material NLO, laser yang awalnya berada dalam rentang berbahaya dapat dikonversi ke panjang gelombang yang lebih aman, seperti jauh di inframerah, sehingga meminimalisir risiko bagi mata tanpa mengorbankan efektivitas aplikasi.
Penggunaan NLO sebagai sumber-sumber bahan yang memungkinkan aplikasi baru dalam teknologi medis, analisis lingkungan, dan pertahanan.
NLO merupakan konversi panjang gelombang laser memungkinkan perubahan panjang gelombang laser ke rentang yang lebih aman untuk mata dan jaringan tubuh.
Misalnya, dalam operasi mata dengan laser, konversi frekuensi membantu menghindari kerusakan pada retina.
Teknologi seperti mikroskop dua foton menggunakan NLO untuk menghasilkan gambar dengan resolusi tinggi tanpa menyebabkan kerusakan jaringan biologis pada mata atau disebut pencitraan medis tanpa kerusakan.
Dalam pengobatan kanker, NLO membantu mengarahkan laser hanya ke sel target tanpa merusak jaringan yang sehat karena terapi fotodinamik sangat presisi.
Sementara keamanan di bidang industri dengan pengendalian radiasi laser. Material NLO digunakan untuk menyesuaikan intensitas laser dalam pemrosesan industri, guna mengurangi risiko kebakaran atau kerusakan material yang terlalu sensitif terhadap cahaya.
Di industri, sensor berbasis NLO digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas berbahaya atau perubahan suhu yang dapat menyebabkan kecelakaan. NLO berperan sebagai sensor optik untuk mendeteksi adanya gangguang bahaya atau kerusakan.
Pemanfaatan NLO dalam fabrikasi optik memungkinkan penggunaan laser dengan daya lebih rendah namun tetap efektif, mengurangi risiko bagi pekerja yang terpapar langsung dan keamanan operator dan lingkungan tetap termonotor.
Para ahli mengakui bahwa kristal laser dan NLO, dan kualitas kristal yang tersedia sering kali menjadi faktor pembatas, dan tidak semua jenis kristal sama.
“Selain doping, kualitas optik dan penyerapan serta konduktivitas termal dan sifat polarisasi kristal memainkan peran yang menentukan dalam kinerjanya,” kata Marc Eichhorn, Direktur Fraunhofer IOSB yang berlokasi di kantornya Ettlingen dan Oberkochen, Jerman.
Hal ini dapat mengakibatkan perbedaan suhu di dalam kristal pada tingkat kinerja yang lebih tinggi, yang berdampak negatif pada efisiensi dan kualitas sinar. Itulah sebabnya menumbuhkan dan memproses kristal laser benar-benar merupakan ilmu tersendiri.
“Banyak sekali keahlian yang dibutuhkan. Banyak proses yang tidak dapat diotomatisasi,” ungkap Christelle Kieleck, ahli dari Departemen Teknologi Laser, Fraunhofer IOSB. “Kristal mentah harus dipotong, digiling, dipoles, dilapisi, dan dibuat mikrostrukturnya.”
Metode pemrosesan khusus ini sangat penting untuk memastikan efisiensi dan ketahanan. Oleh sebab itu, lanjut Christelle Kieleck, pihaknya perlu mempertahankan dan memperluas pengetahuan proses penggunaan laser sehingga mereka dapat terus mengembangkan teknologi lebih jauh.
Para peneliti pertama-tama mensimulasikan komposisi kristal dengan secara bertahap memvariasikan tingkat doping dan kondisi pertumbuhan untuk meningkatkan sifat-sifatnya.
Kristal-kristal tersebut kemudian ditumbuhkan dalam tungku khusus dan diperiksa menggunakan difraksi sinar-X. Tekanan tinggi dan persyaratan keselamatan menjadi tantangan bagi proses produksi.
Di laboratorium, komponen optik kemudian digergaji dari kristal, diproses lebih lanjut menggunakan metode khusus dan dipoles.
Salah satu tujuannya adalah menggunakan proses tertentu untuk meningkatkan ambang batas kerusakan, yaitu, ketahanan kristal saat terkena radiasi laser.
Untuk mencapai hal ini, para peneliti di Fraunhofer IOSB menyiapkan tempat pengujian baru yang menggunakan teknologi pengukuran terbaru untuk menentukan ambang batas kerusakan optik.
Akhirnya, sumber diuji dalam sistem laser, yang pada gilirannya dioptimalkan menurut kualitas dan geometri kristal.
Selain kristal dan bahan NLO, para peneliti juga mengembangkan serat laser aktif dan komponen serat baru untuk aplikasi tertentu—mulai dari pemrosesan bahan hingga operasi laser.
Fokus di sini adalah pada spektrum gelombang pendek dan inframerah menengah.
Sumber bahan NLO di Indonesia
Untuk menghasilkan radiasi laser dalam laser serat, di mana inti serat kaca yang didoping berfungsi sebagai media aktif, para peneliti berfokus pada serat kaca kuarsa yang didoping tanah jarang dan serat laser fluorida.
“Di lokasi Oberkochen, kami memproduksi serat dengan kinerja tinggi yang kuat dan disesuaikan untuk laser dengan kebutuhan volume, berat, dan energi yang rendah di dalam negeri,” cerita Christelle Kieleck.
Bahan non-linear optical materials (NLO) adalah material yang dapat mengubah sifat optik suatu cahaya yang melewatinya dengan cara yang tidak linier, seperti menghasilkan gelombang dengan frekuensi dua kali lipat dari cahaya awal atau second-harmonic generation yang mengontrol polarisasi dan intensitas cahaya.
Manfaat dari material NLO seperti, konversi panjang gelombang untuk aplikasi yang lebih aman, peningkatan efisiensi optik dalam komunikasi serat optic, pengembangan teknologi laser lebih canggih yang bereguna untuk medis, industri, dan penelitian.
Para ahli Fraunhofer IOSB mensosialisasikan kristal atau crystals, non-linear optics (optik non-linier), teknologi pengukuran ambang batas kerusakan atau damage threshold measurement technology, dan fibre lasers atau laser serat di LASER Show di Munich, Jerman pada 24 – 27 Juni 2025.
Material NLO terdiri dari berbagai senyawa yang memiliki sifat optik non-linier seperti, kristal anorganik yakni bahan seperti beta barium borate (BBO), lithium niobate (LiNbO₃), dan potassium titanyl phosphate (KTP) sering digunakan dalam aplikasi laser.
Polimer organic merupakamn senyawa berbasis karbon seperti polythiophene dan polyacetylene yang memiliki respons optik tinggi.
Sedangkan nanomaterial merupakan partikel nano seperti quantum dots dan graphene memiliki sifat optik yang dapat dimodifikasi dengan teknologi NLO.
NLO juga memiliki komposit hybrid dengan menggabungkan bahan anorganik dan organik untuk meningkatkan efisiensi konversi frekuensi dan stabilitas optik.
Apakah Indonesia memiliki bahan untuk pembuatan NLO? Indonesia memiliki sumber daya mineral yang dapat digunakan dalam pengembangan bahan NLO, seperti bauksit dan logam lainnya.
Beberapa daerah penghasil logam terdapat di Pulau Bintan, Kepulauan Riau yang kaya akan bauksit, bahan utama dalam produksi aluminium yang dapat digunakan dalam aplikasi optik.
Wonogiri, Jawa Tengah juga menghasilkan tembaga yang memiliki potensi dalam teknologi optik. Demikian pula, Maluku dengan cadangan nikel yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi teknologi.
Indonesia memiliki berbagai sumber kristal alami, termasuk kuarsa, kalsit, dan feldspar yang ditemukan di berbagai daerah seperti Sumatra, Kalimantan, dan Sulawesi.
Beberapa mineral kristal juga ditemukan dalam endapan geotermal dan batuan vulkanik. Kristal berguna sebagai medium aktif dalam laser solid-state. Kristal yang didoping dengan ion tanah jarang seperti Er³⁺, Tm³⁺, Ho³⁺ memungkinkan laser beroperasi dalam berbagai panjang gelombang, termasuk inframerah.
Optik Non-Linear atau NLO memanfaatkan bahan seperti ZnGeP₂, CdSiP₂, OP-GaAs untuk menghasilkan konversi frekuensi dan memperluas spektrum laser dari 1,5 µm hingga 12 µm.
Bahan ini berguna dalam spektroskopi molekuler, komunikasi optik, dan teknologi pertahanan.
Tim peneliti Fraunhofer IOSB mengembangkan laser serat dengan emisi sekitar 2 – 2,2 µm untuk aplikasi industri dan medis. Laser ini memiliki interaksi yang lebih baik dengan bahan tertentu, seperti plastik dan jaringan biologis.
