APLIKASI NANOTEKNOLOGI DALAM SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK

Dalam dasawarsa terakhir ini, kita sudah semakin terbiasa menggunakan internet dalam kehidupan sehari-hari. Di Indonesia, jasa internet sebagian besar tersedia melalui saluran telepon dengan beberapa alternatif lainnya seperti kabel modem, VSAT , internet nirkabel, dan ADSL . Meskipun pertumbuhan internet di Indonesia belakangan ini cukup suram berkat naiknya tarif telepon yang dimonopoli oleh Telkom, penggunaan internet diharapkan dapat bangkit seiring dengan tumbuhnya daya beli masyarakat di masa depan. Di negara-negara maju telah tersedia jasa fiber-to-the-home (FTTH) dimana data disalurkan melalui saluran serat optik ke rumah-rumah tangga. Dengan harga sekitar $50-$80/bulan, rumah tangga di Jepang dapat mengakses internet sampai dengan kecepatan 100Mbit/detik. Menggunakan teknologi dense-wavelength-division-multiplexing (DWDM), bandwidth (muatan informasi) dalam satu kabel serat dapat dinaikkan hingga beratus kali lipat. Contohnya, NTT Communications di Jepang pada bulan Juni 2003 ini meluncurkan servis baru sebagai tulang punggung untuk pasar enterprise/ISP dengan menggunakan teknologi DWDM yang memiliki kecepatan maksimal 10Gbit(109 bit)/detik. Seiring dengan perkembangan teknologi serat optik, jasa internet melalui medium ini diharapkan akan menjadi semakin luas dan terjangkau di negara-negara lainnya di masa depan.

Pada dasarnya, sistem komunikasi serat optik terdiri dari tiga bagian: pemancar (transmitter), saluran komunikasi, dan penerima (receiver). Transmitter (yang terdiri dari dioda laser dan LED) berfungsi mengubah sinyal elektronik ke dalam bentuk gelombang cahaya dan memasukkannya ke dalam serat optik. Dibandingkan kabel tembaga, sebatang kabel serat optik memiliki bandwidth lebih banyak (sampai dengan 1 Terabit/detik atau 1012 bit/detik), material loss yang rendah, tidak menghasilkan electromagnetik noise, dan juga tidak terpengaruhi oleh gelombang elektromagnetik dari luar (electromagnetic interference). Dilihat dari segi bandwidth, serat optik jelas jauh lebih unggul daripada kabel tembaga atau nirkabel/satelit. Penerima (photodetector) berfungsi mengubah sinyal cahaya kembali ke dalam bentuk elektronik. Alat-alat opto-elektronik yang dipakai dalam sistem serat optik sebagian besar terbuat daripada bahan semikonduktor, khususnya senyawa yang terbentuk dari unsur-unsur golongan III (seperti Ga) dan golongan V (seperti As). Senyawa-senyawa yang terbentuk dari elemen-elemen golongan III-V mempunyai bandgap langsung yang memudahkan transisi elektron dari band konduksi ke band valensi dengan menghasilkan photon pada prosesnya. Akhir-akhir ini, kemajuan dalam ilmu nanoteknologi, khususnya di bidang eksperimen, telah memungkinkan para ilmuwan untuk membuat struktur dalam skala nanometer.

Untuk pembuatan semikonduktor kristal yang bermutu tinggi, beberapa hal yang harus dipenuhi adalah: tersedianya single kristal tanpa cacat, kemampuan untuk mengontrol ketebalan lapisan tipis (film) sampai dengan skala nanometer, dan kemampuan untuk dapat membentuk satu jenis bahan (contohnya GaN) di atas jenis bahan lainnya (contohnya AlN) dengan komposisi yang akurat serta transisi yang mulus dalam skala atom (atomically-abrupt interface). Saat ini teknologi yang umumnya dipakai untuk pembuatan discrete devices yang memerlukan kontrol dalam skala nanometer (seperti dioda laser) adalah Metal-Organic Vapor Phase Deposition (MOVPE). Pada intinya, unsur-unsur golongan III (seperti Al, Ga, In) dalam bentuk senyawa alkil (trimetil-aluminium/TMAl, TMGa, TMIn) yang dibawa oleh gas hydrogen dan elemen-elemen golongan V dalam bentuk hydride (gas-gas paling berbahaya seperti AsH3) dimasukkan ke dalam silinder quartz di dalam reaktor MOVPE dengan aliran yang dikontrol oleh komputer. Pada suhu sekitar 6000° - 8000° C, reaksi kimia terjadi diatas semikonduktor substrate/film sehingga lapisan semikonduktor, dengan material dan komposisi yang ditentukan oleh jenis dan aliran gas, terbentuk diatas substrate. Jenis reaksi adalah irreversible pyrolysis yang melibatkan serentetan reaksi-reaksi intermediate sampai pada akhirnya senyawa akhir terbentuk. Contohnya, untuk pembentukan GaAs film diatas GaAs substrate, reaksi dasarnya adalah:
Ga(CH3)3(l) + AsH3(g) + H 2(g) -> GaAs(s) + 3(CH4)(g) + H2(g)
Untuk sistem serat optik, jenis material yang biasa dingunakan adalah In1-xGaxAsyP1-y yang dibentuk diatas InP film karena material ini dapat menghasilkan gelombang cahaya 1.55-?m karena pada gelombang ini serat silika mempunyai loss yang paling rendah. Dengan mengatur aliran gas ke dalam reaktor, komposisi x dan y dapat diatur secara akurat.
Dalam skala nanometer (<10nm),>