Tentang Hologram dan Aplikasinya

Monday, April 28, 2014

Tugas Makalah Hologram

 Dosen Pembimbing

Patria Hidayat., S. Sos

Disusun Oleh :

Satria SukmaWijaya

C1021311RB1010

S1 Ilmu Komunikas

Kata Pengantar

Puji dan Syukur bagi Tuhan  Yang Maha Kuasa atas segala Berkat, Rahmat, Taufik, serta Hidayah-Nya,sehingga saya mampu menyelesaikan tugas makalah dengan Tema“Teknologi Hologram” Meskipun dalam penyusunannya banyak mengalami berbagai kendala.Tapi biarbagaimanapun saya tetap bersyukur kepada Allah Swt. yang telah memberikan daya pikir sehingga, saya mampu menyelesaikannya dengan baik. Tugas ini saya peroleh bantuan dari berbagai referensi baik dari dari internet, maupun sumber buku, dan informasi lainnya. Untuk itu saya mengucapkan terima kasih kepada semua orang yang telah berpartisipasimemberikan dukungan dan kepercayaan. Dari situ semua kesuksesan berawal. Meskipun saya berharap isi dari makalah ini bebas dari kekurangan dan kesalahan, Akhir kata semoga makalah ini bermanfaat bagi semua pembaca. Sekian dan Terima Kasih

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI...................................................................................................................... iii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1   LatarBelakang ...............................................................................................................

1.2   Tujuan Penulisan ...........................................................................................................

1.3   Rumusan Masalah .........................................................................................................

BAB II PEMBAHASAN

2.1  Sejarah Perkembangan Teknologi Hologram..................................................................

2.2  Pengertian Teknologi Hologram.....................................................................................

2.3  Generasi Teknologi Hologram........................................................................................

2.4  Karakteristik Teknologi Hologram ................................................................................

2.5  Penyimpanan Hologram & Gambar Orthoscopic dan Pseudoscopic.............................

2.6  Klasifikasi Teknologi Hologram ....................................................................................

2.7  Proses Perekaman Hologram

2.8  Kelebihan dan Kekurangan Teknologi Hologram .........................................................

BAB III PENUTUP

3.1 Kesimpulan ....................................................................................................................

DAFTAR PUSTAKA

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1                                                                                                                                                                                                                                                                                Latar Belakang 

Zaman modern seperti sekarang ini, satelit telah menjadi bagian dari kehidupan manusia di berbagai belahan bumi. Dengan satelit, orang dapat saling berhubungan, tanpa mengenal jarak dan waktu, bahkan pada tempat yang terpencil sekalipun. Perkembangan teknologi komunikasi sangat berperan dalam meningkatkan arus informasi, yaitu dengan mengggunakan satelit komunikasi seperti pada teknologi komunikasi Hologram ini.

Televisi Hologram merpkan televisi nan menghasilkan gambar solid nan bgerak dlm bentuk tiga dimensi nan nyata. Sistem nan bekerja pada televisi ini adl sistemholografis. Pada sistem ini, kamera stereoskopis merekam pantulan cahaya dr gambar kemudian mancarkan cahaya tersebut ke kedua mata penonton di dua sudut bbeda. Sistem holografis akan menampilkan suatu pola, yaitu pola lingkaran difraksi. Pola nan ditampilkan merpkan pola terang & gelap di sekitar objek. Pola difraksi nan bgerak-gerak ke arah bbeda akan menampilkan gambar tiga dimensi nan nyata sehingga kacamata tiga dimensi tak lagi dibutuhkan. Sistem itu disebut 3D Auto Streoscopic.

Teknologi Hologram merupakan teknologi di mana dapat digunakan dalam satu hari untuk menyimpan data dalam jumlah besar dalam bentuk holografik. Menurut salah satu ilmuwan Nasser Peyghambarian, optik Hologram akan menawarkan aplikasi masa depan dalam pengobatan dan manufaktur serta dalam industri hiburan. Tim peneliti dari Universitas Arizona telah mengumumkan bahwa mereka berhasil mengembangkan gerakan tercepat hologram 3D.

Nasser Peyghambarian adalah salah satu ilmuan yang menemukan Teknologi 3D Hologram ini. Beliau mengatakan bahwa”Teknologi seperti komunikasi langsung dengan hologram tampaknya hanya ada di film. Dan kami adalah para ilmuwan mencoba untuk membawanya keluar ke dunia nyata, “katanya, seperti dilansir Alam. “Tapi sekarang kita telah menunjukkan bahwa menciptakan hologram yang dinamis ukuran dan resolusi seperti dalam film akan menjadi sebuah kenyataan,” tambahnya.

1.2            Tujuan Penulisan

Ø  Agar Pembaca dapat Memahami arti dari Teknologi Hologram

Ø  Untuk Mengetahui Sejarah dari Perkembangan Teknologi Hologram

Ø  Pembaca dapat Mengetahui Generasi dan Karakteristik Teknologi Hologram

Ø  Pembaca dapat Memahami Bagaimana Penyimpanan dari Teknologi Hologram

Ø  Pembaca dapat Memahami Klasifikasi Hologram dan bagaiman cara Perekaman dari Teknologi Hologram

Ø  Agar Pembaca dapat Memahami Kelebihan dan Kekurangan dari Teknologi

Hologram

Ø  Khusus buat pembaca atau audiens dapat memberikan persepsi/tanggaapan bahkan dapat dikritisi dari segi pembahasan tentang teknologi informasi dan sebagainya

1.3            Rumusan Masalah

Ø  Merumuskan defenisi Teknologi Hologram!

Ø  Rumuskan secara singkat sejarah perkembangan Teknologi Hologram !

Ø  Menguraikan Karakteristik dari Teknologi Hologram !

Ø  Merumuskan bagaimana cara penyimpanan dari Teknologi Hologram !

Ø  Menguraikan klasifikasi dari Teknologi Hologram !

Ø  Menjelaskan apa kelebihan dan kekurangan dari teknologi hologram !

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Sejarah Teknologi Hologram

Pada tahun 1940-an, Dr. Dennis Gabor, seorang fisikawan Hongaria, menemukan teknik holografi. Berkat penemuannya tersebut, ia dianugerahi penghargaan Nobel pada tahun 1971. Hasil temuaannya menjadikan ia sebagai perintis, bapak, dan sekaligus pencipta holografi. Sayangnya, perkembangan bidang ini berjalan lambat hingga tahun 1960-an. Akhirnya, perkembangan holografi mulai bergerak lagi dengan adanya perkembangan teknologi laser.

Teknologi hologram tak terlepas dr peran Denis abor, fisikawan asal Hungaria nan lahir pada tahun 1900. Gabor mulai pendidikannya di bi&g fisika saat bumur 15 tahun kemudian menjadi seorang ilmuan di Inggris. Gabor mbuat sebuah penelitian nan kemudian menjadi pondasi holography modern. Gabor menemukan teknologi hologram secara tak sengaja ketika bekerja di perusahaan British Thomson Houston. Saat itu, Gabor se&g meneliti bagaimana mperbaiki mikroskop elektron. Gambar hologram statis tiga dimensi pertama kali diproduksi pada tahun 1960-an setelah sinar laser ditemukan. Hasil penelitian Gabor nan kreatif & inovatif mbuat dirinya menjadi salah satu penemu terkemuka di abad ke-20 & meraih Penghargaan Nobel di bi&gFisika pada tahun 1971.

2.2 Pengertian Teknologi Hologram

Hologram adalah produk dari teknologi holografi. Hologram terbentuk dari perpaduan dua sinar cahaya yang koheren dan dalam bentuk mikroskopik. Hologram bertindak sebagai gudang informasi optik. Informasi-informasi optik itu kemudian akan membentuk suatu gambar, pemandangan, atau adegan.Hologram merupakan jelmaan dari gudang informasi (information storage) yang mutakhir. Kelebihan hologram ialah ia mampu menyimpan informasi, yang di dalamnya memuat objek-objek 3 dimensi (3D). Tidak hanya objek-objek yang biasa terdapat di foto atau gambar pada umumnya. Hal itu disebabkan prinsip kerja hologram tidak sesederhana lensa fotografi. Hologram menggunakan prinsip-prinsip difraksi dan interferensi, yang merupakan bagian dari fenomena gelombang.

2.3Generasi Televisi

Terdapat enam generasi dlm teknologi televisi, yaitu :

Generasi pertama Televisi mekanis

Ø  Generasi kedua Televisi elektronik 

Ø  Generasi ketiga Munculnya penyiaran dengan gambar monokrom

Ø   Generasi keempat Sistem televisi bwarna & penyebarannya

Ø  Generasi kelima Televisi canggih 

Ø  Generasi keenam Sinyal televisi merpkan elemen penting dr multimedia.

Pada generasi pertama, kedua & ketiga, pemprosesan sinyal tak digunakan secara mendlm utk diperhitungkan dlm pengiriman. Pada generasi keempat, sistem televisi bwarna merpkan nan pertama dlm sejarah televisi nan mbutuhkan pemprosesan sinyal. Pada generasi kelima, perkembangan televisi sepuluh tahun terakhir dicirikan olh munculnya teknologi pemprosesan sinyal nan canggih, seperti pemanfaatan frequensi tiga dimensi & pemanfaatan pengkodean gambar digital.

Pemanfaatan pengkodean televisi dimulai pada tahun 1980-an dengan munculnya standar H. 261 (standar pengkodean televisi utk telepon video & konferensi televisi) nan lebih dikenal dengan standar Moving Pictures Experts Group. Kemudian, pada tahun 1990, fokus pada penyiaran digital. Pada generasi keenam, televisi mainkan peran nan sangat penting dlm bbagai bi&g. Di masa depan, hal nan terpenting adl gambar dapat diproses dengan mudah, baik secara teori maupun praktik utk bbagai kemungkinan penggunaan dr gambar televisi.

2.4 Karakteristik Hologram

Hologram, memiliki karakteristik yang unik. Beberapa diantaranya yaitu:

1.     Cahaya, yang sampai ke mata pengamat, yang berasal dari gambar yang direkonstruksi dari sebuah hologram adalah sama dengan yang apabila berasal dari objek aslinya. Seseorang, dalam melihat gambar hologram, dapat melihat kedalaman, paralaks, dan berbagai perspektif berbeda seperti yang ada pada skema pemandangan yang sebenarnya.

2.     Hologram dari suatu objek yang tersebar dapat direkonstruksi dari bagian kecil hologram. jika sebuah hologram pecah berkeping-keping, masing-masing bagian dapat digunakan untuk mereproduksi lagi keseluruhan gambar. Walau bagaimanapun, penyusutan dari ukuran hologram, dapat menyebabkan penurunan perspektif dari gambar, resolusi, dan tingkat kecerahan dari gambar.

3.     Dari sebuah hologram dapat direkonstruksi dua jenis gambar, biasanya gambar nyata (pseudoscopic) dan gambar maya (orthoscopic)

4.     Sebuah hologram tabung dapat memberikan pandangan 360 derajat dari objek

5.     Lebih dari satu gambar independen yang dapat disimpan dalam satu pelat fotografi yang sama yang dapat dilihat dari satu per satu dalam satu kesempatan.

2.5 Penyimpanan Hologram

Hologram dapat menderita penyimpangan yang disebabkan oleh konstruksi satu ke rekonstruksi berikutnya serta oleh ketidaksesuaian referensi dan rekonstruksi sinar. Penyimpangan pada hologram kromatik dan nonkromatik, keduanya sama-sama merupakan penyimpangan yang serius walaupun hanya sebuah penyimpangan dari geometriperekaman yang ada pada rekonstruksi geometri.

Gambar orthoscopic dan pseudoscopic

Sebuah hologram dapat merekonstruksi dua gambar, yang nyata dan maya (replika dari objek). Namun, dua gambar tersebut terbedakan dalam tampilannya di mata pengamat. Gambar maya diproduksi dengan posisi yang sama dengan objek dan memiliki tampilan yang sama pada kedalaman dan paralaks dengan objek tiga dimensi yang sebenarnya. Gambar maya terlihat seolah-olah pengamat melihat objek asli melalui jendela yang ditentukan oleh ukuran dari hologram.

Gambar tersebut dikenal sebagai gambar orthoscopic Gambar nyata, juga terbentuk dengan jarak yang sama dari hologram, tapi berada didepannya serta kedalaman gambarnya terbalik. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa titik-titik yang bersesuaian pada kedua gambar (nyata dan maya) terletak pada jarak yang sama dari hologram. Gambar nyata ini dikenal sebagai pseudoscopic.

Gambar ini sangat tidak nyaman untuk dilihat karena memang kita tidak terbiasa melihat gambar terbalik dalam kehidupan normal. Gambar tersebut tidak dapat diubah dengan tekni-teknik optika sampai baru-baru ini. Kini, sudah memungkinkan untuk mengkonjugasikan muka gelombang dengan menggunakan teknik konjugasi fase optik. Gelombang muka ini memiliki aplikasi yang potensial dalam mengoreksi efek dari penyimpangan media pada pencitraan optik.

Sebuah hologram yang terekam oleh lensa atau sebuah cermin cekung, dapat menghasilkan sebuah bayangan nyata orthoscopic dari objek. Bayangan nyata orthoscopic dari objek ini juga dapat diciptakan dengan cara merekam dua hologram secara berturut-turut. Tahap pertama, hologram utama direkam dengan menggunakan sinar acuan.

Hologram ini, saat direkonstruksi oleh sinar, menghasilkan sebuah gambar maya dan gambar nyata dengan pembesaran unit. Kemudian, hologram ini direkam dengan menggunakan gambar nyata dari hologram utama sebagai sinar objek. Pada saat hologram ini sudah terekonstruksi, akan menghasilkan bayangan maya pseudoscopic dan bayangan nyata orthoscopic.

2.6 Klasifikasi Hologram

·         Klasifikasi berdasarkan amplitudo dan fase hologram

Sebuah hologram, tipe penyerapannya ada yang menghasilkan perubahan pada amplitudo dari sinar rekonstruksinya. Jenis fase dari hologram ini menghasilkan fase perubahan pada sinar rekonstruksi dikarenakan variasi dari indeks bias atau ketebalan dari medium. Fase hologram, memiliki keuntungan lebih daripada amplitudo hologram dalam hal pemborosan energi di dalam medium hologram serta efisiensi penguraian yang lebih tinggi. Hologram yang direkam dalam emulsi fotografik mengubah baik amplitudo dan fase dari menerangi gelombang.

Bentuk dari rencana kerangka perekaman ini tergantung dari fase relatif dari pencampuran sinar. Akibatnya, gelombang yang terekonstruksi terefleksi ke hologram yang sesuai dengan kepadatan perak yang tersimpan dengan variasi amplitudonya sebanding dengan amlpitudo dari objek. Demikian pula dengan fase gelombang rekonstruksi, yang dimodulasikan sebanding dengan fase dari gelombang objek. Jadi, baik amplitudo dan fase dari gelombang objek merupakan reproduksi.

·         Klasifikasi berdasarkan ketebalan hologram

Hologram bisa berbentuk tipis (bidang) atau tebal (isi). Sebuah parameter Q dapat digunakan untuk membedakan antara hologram tipis dan tebal. Sebuah hologram dapat dikatakan tipis apabila Q < 1. Hal ini telah dibuktikan bahwa hologram tipis yang ditambah dengan teori gelombang berlaku untuk nilai Q urutan 1. Jadi, kriteria dari Q tidak selalu cukup. Sebuah hologram mungkin juga disebut tipis jika emulsi ketebalannya lebih rendah dari jarak tepi. Hologram seperti ini menghasilkan beberapa ketentuan (i) ketentuan 0 jika sinar acuan ditransmisikan secara langsung, (ii) ketentuan 1 jika penyebaran menghasilkan bayangan maya, (iii) ketentuan -1 jika penyebaran sama dengan intensitas untuk ketentuan 1 menghasilkan gambar konjugasi dan (iv) lebih besar dari 1 jika ada penurunan intensitas.

Sebuah hologram yang bervolume (tebal) dapat dikatakan sebagai superposisi dari tiga dimensi rekaman terukur pada kedalaman dari emulsi menurut hukum Bragg. Rencana pengukuran pada volume hologram menghasilkan perubahan maksimal pada indeks bias dan atau indeks penyerapan. Kesimpulan dari hukum Bragg adalah volume hologram merekonstruksi bayangan maya pada posisi asli dari objek jika sinar rekonstruksi bertepatan dengan sinar acuan. Namun, bagaimanapun juga gambar konjugasi dan ketentuan penyebaran yang lebih tinggi tidak termasuk disini.

2.7 Proses Perekaman Hologram

Holografi, sering disalah konsepsikan sebagai 3D fotografi. Analogi yang lebih baik adalah rekaman suara di mana bidang bunyi dikodekan sedemikian rupa agar di kemudian hari dapat direproduksikan. Dalam holografi, sebagian dari sinar yang tersebar dari objek atau sekumpulan objek jatuh di atas media perekam. Sinar kedua, yang dikenal sebagai sinar acuan, juga menerangi media perekam sehingga terjadi gangguan antara kedua sinar tersebut. Hasil dari bidang cahaya tersebut adalah sebuah pola acak dengan intensitas yang bervariasi yang disebut hologram.

Dapat ditunjukkan bahwa jika hologram diterangi oleh sinar acuan asli, sebuah bidang cahaya terdifraksi oleh sinar acuan yang mana identik dengan bidang cahaya yang disebarkan oleh objek atau objek-objek. Dengan demikian, seseorang yang memandang ke hologram tetap dapat ‘melihat’ objek walaupun objek tersebut mungkin sudah tidak ada lagi. Berbagai variasi bahan rekaman yang juga dapat digunakan, termasuk Variasi Film fotografis.

2.8 Keunggulan/Kelebihan danKekurangan Hologram

·        Kelebihan

Ø  Komunikasi blangsung tanpa batas karena kendala jarak dapat diatasi dengan mudah. 

Ø  Mempermudah media massa, khususnya media massa elektronik dlm menyampaikan informasi. 

Ø  Lebih menarik dibandingkan dengan 3G, teleconference atau pun videoconferencekarena pengguna merasa seperti bkomunikasi langsung sehingga komunikasi menjadi lebih hidup.

Seperti yang telah dikatakan sebelumnya, kapabilitas hologram melebihi kapabilitas media penyimpanan lainnya. Salah satunya ialah, hologram dapat merekam intensitas cahaya. Dengan kata lain, hologram memiliki informasi tambahan baru dibandingkan media lain.

Secara otomatis dengan adanya rekaman intensitas cahaya, hologram pun mampu untuk memperlihatkan kedalaman (depth).

Ketika seseorang melihat ke arah sebuah pohon, ia menggunakan matanya untuk menangkap cahaya dari objek itu. Setelah itu, informasi diolah untuk memperoleh makna mengenai objek tadi. Prinsip ini hampir sama dengan hologram. Hologram menjadi cara yang nyaman untuk menciptakan kembali gelombang cahaya yang sama, yang berasal dari objek yang sebenarnya.

·        Kekurangan

Berdasarkan survei Hudson Square Research Juni 2010, menyaksikan teknologi hologram pada televisi dlm jangka waktu tertentu bisa menyebabkan mual, sakit mata, pusing & besiko bagi ibu hamil. Hal ini dikarenakan televisi hologram menggunakanlensa lentikular nan menyebabkan tampilan bbeda pada mata kanan & kiri. Akan tetapi, hal ini dapat dihindr jika layar hologram tak menggunakan lensa lentikular, melainkan menggunakan satu sistem optik saja maka tak akan menyebabkan mual, sakit mata & pusing karena mata kanan & kiri menerima tampilan gambar nan sama.Sejarah Hologram, Generasi Televisi, Awal Mula Televisi Hologram, Konsep Dasar Televisi Hologram, Prinsip Kerja Telepresence Hologram, Pemanfaatan Teknologi Hologram, Kelebihan Teknologi Hologram, Kekurangan Teknologi Hologram.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dengan demikian, tampaknya holografi menjadi media yang ideal untuk "three-dimensional telepresence" seperti "holo beauty" yang terkenal yaitu Princess Leia dalam film Star Wars I. "Star Wars adalah sebuah film besar dan kami mendapat banyak umpan balik karena Princess Leia," kata Pierre-Alexandre Blanche, fisikawan dari University of Arizona, Tucson, Arizona, yang juga anggota tim peneliti. Tetapi gagasan hologram yang melayang di udara adalah mustahil. "Anda membutuhkan layar untuk mendukung menampilkan gambar," kata Blanche.

Selama pemilihan presiden AS tahun 2008, CNN's coverage menggunakan teknologi semi holografik dimana Wolf Blitzer berbicara tatap muka dengan seorang koresponden 3D virtual, Jessica Yellin, tetapi kesan visual yang ditambahkan ke umpan kamera bukan diproyeksikan ke studio. Pada pemilu tahun 2020 mungkin mereka akan melakukan percakapan tatap muka, kata Nasser Peyghambarian dari University of Arizona di Tucson.

Daftar Pustaka

ü  http://id.wikipedia.org/wiki/Televisi_Hologram

ü  http://id.wikipedia.org/wiki/Holografi

ü  http://ragi-mochelz.blogspot.com/2009/11/sejarah-singkat-holografi.html

ü  http://www.relasidata.com/1845/16/37/televisi-hologram-teknologi.htm

ü  http://www.kesimpulan.com/2010/11/real-time-hologram-3d-segera-memasuki.html

NOBEL FISIKA 2014: PENEMUAN LED BIRU DAN LET THERE BE A HIGH EFFICIENCY LIGHT!

LED (Light Emitting Diode) merupakan sebuah divais (alat) yang terbuat dari bahan semikonduktor yang dapat berfungsi sebagai sumber cahaya. Cahaya yang dapat dihasilkan LED memiliki panjang gelombang yang merentang dari panjang gelombang sinar inframerah sampai panjang gelombang sinar ultraviolet. LED untuk pertama kalinya dipelajari dan dibuat dalam kurun waktu 1950-1960an oleh beberapa laboratorium di dunia. LED ini memancarkan cahaya pada berbagai panjang gelombang, dari panjang gelombang inframerah hingga panjang gelombang warna hijau.

Dalam perkembangannya, menghasilkan LED dengan pancaran cahaya biru adalah merupakan sebuah pekerjaan yang berat. Dibutuhkan lebih dari tiga dekade untuk dapat mewujudkannya. Capaian ini tak terlepas dari perkembangan teknik penumbuhan kristal berkualitas kualitas tinggi terutama pada kemampuan mengontrol doping tipe-p pada semikonduktor yang memiliki celah pita yang besar, yang sebelumnya hanya dapat dilakukan dengan menggunakan bahan galium-nitrida (GaN) di tahun 1980an. Pengembangan LED biru yang efisien juga didukung oleh kemampuan produksi material paduan berbasis GaN dengan komposisi yang berbeda-beda serta bagaimana menyatukannya ke dalam struktur yang terdiri atas banyak lapisan, misalnya persambungan hetero dan sumur kuantum.

Penemuan LED biru yang efisien telah mengantarkan kita ke arah pengembangan sumber cahaya putih yang dapat digunakan untuk menyinari dunia ini. Jika kita mengeksitasi sebuah bahan fosfor dengan menggunakan LED biru, maka cahaya terpancar yang berada pada rentang spektrum warna hijau dan merah, akan bergabung dengan cahaya biru sehingga akan menghasilkan cahaya putih. Atau, dengan menggunakan cara lain, yaitu LED ganda dengan warna-warna komplementer (hijau, merah, dan biru) digunakan secara bersama-sama untuk menghasilkan cahaya putih yang diperlukan. Kedua teknologi inilah yang digunakan dalam membuat sumber cahaya putih elektroluminasi berefisiensi tinggi. Sumber cahaya ini, dengan waktu hidup yang sangat tinggi, telah mulai menggantikan lampu pijar dan lampu tabung yang selama ini lazim digunakan sebagai sumber utama penerangan. Karena penggunaan cahaya sebagai penerangan mengambil 20% - 30% konsumsi energi listrik kita, dan karena sumber cahaya putih baru ini membutuhkan energi yang 10 kali lebih rendah dibandingkan dengan bohlam lampu biasa, maka pemanfaatan LED biru ini akan menyebabkan penghematan energi secara signifikan, sebuah keuntungan yang sangat besar bagi umat manusia.

Itulah sebabnya Nobel Fisika tahun 2014 ini dianugerahkan kepada penemu LED biru yang efisien tersebut. Mereka adalah I. Akasaki, H. Amano dan S. Nakamura.

Kilas Balik Perkembangan Penemuan LED

Ads by Google

Bahwa cahaya dapat dihasilkan secara listrik melalui emisi dalam sebuah zat padat berawal dari laporan H. J. Round yang bekerja di perusahaan Marconi Electronics pada tahun 1907. Ketika itu Round memberikan beda tegangan di antara dua kontak pada sebuah kristal carborundum (SiC). Pada nilai tegangan yang rendah Round mengamati pancaran cahaya warna kuning, tetapi jika tegangan diperbesar maka akan tampak lebih banyak warna yang teramati. Karena pemancaran cahaya ini disebabkan oleh elektron-elektron dalam sebuah material, maka peristiwa ini disebut juga elektroluminasi.

Elektroluminasi juga diteliti oleh O. Losev (1903-1942), seorang yang ahli dalam bidang alat-alat fisika di Soviet, dimana pada tahun 1920-an dan 1930-an dia telah menerbitkan beberapa artikel di jurnal internasional tentang elektroluminasi dari carborundum ini. Perkembangan ini terjadi menjelang formulasi teori modern tentang struktur elektronik zat padat.

Pemahaman tentang fisika semikonduktor khususnya persambungan p-n mengalami kemajuan selama tahun 1940an. Atas kemajuan ini, sebuah alat yang disebut transistor berhasil dibuat di Laboratorium Bell Telephone  di USA pada tahun 1947 (pembuat alat ini, William B. Schotkley, John Bardeen, dan Brattain pun dianugerahi hadiah Nobel tahun 1956). Dengan berkembangnya pemahaman tentang teori persambungan p-n tersebut, memberikan petunjuk jelas bahwa persambungan p-n dapat menjadi alat yang dapat memancarkan cahaya.

Pada tahun 1951, K. Lehovec dan sejawatnya di laboratorium Signal Corps Engineering di USA menggunakan ide ini untuk menjelaskan proses elektroluminasi dalam SiC sebagai akibat dari injeksi muatan pembawa melintasi sebuah persambungan yang diikuti oleh rekombinasi radiatif elektron-elektron dan hole. Namun demikian, energi foton yang teramati lebih kecil dibandingkan dengan energi gap SiC, sehingga mereka menyarankan bahwa rekombinasi radiatif kelihatannya disebabkan oleh ketidakmurnian atau cacat-cacat kisi. Pada tahun 1955, elektroluminasi injeksi dapat dihasilkan dengan menggunakan beberapa campuran unsur golongan III-V. Pada tahun 1955 dan 1956, J.R. Haynes di laboratorium Bell Telephone mendemonstrasikan bahwa elektroluminasi dapat teramati dalam germanium dan silikon sebagai akibat dari rekombinasi hole dan elektron dalam sebuah persambungan p-n. 

LED inframerah

Teknik membuat persambungan p-n yang efisien dengan bahan GaAs berkembang dengan pesat pada tahun-tahun selanjutnya. GaAs menarik karena memiliki celah energi yang bersifat langsung, sehingga memungkinkan rekombinasi elektron dan hole tanpa melibatkan fonon. Celah pita untuk bahan GaAs ini adalah 1,4 eV yang bersesuaian dengan panjang gelombang cahaya inframerah. Pada musim semi tahun 1962, pengamatan tentang adanya pemancaran cahaya dari persambungan p-n dilaporkan oleh J.I. Pankove dan kawan-kawan. Beberapa bulan kemudian, pancaran laser dalam GaAs pada temperatur nitrogen cair (77 K) didemonstrasikan secara terpisah dan hampir secara bersamaan oleh tiga grup peneliti di General Electric, IBM dan Laboratorium MIT Lincoln, di Amerika Serikat. Penemuan ini terjadi hanya beberapa tahun sebelum diode laser digunakan secara luas. Berkat keberhasilan pengembangan struktur heterogen (heterostructures) oleh Z.I. Alferov dan H. Kroemer (keduanya meraih nobel fisika 2000), serta pengembangan sumur kuantum beberapa waktu setelahnya, memberi jalan kepada kita untuk melakukan pengurungan muatan-muatan pembawa dengan cara yang lebih baik sekaligus mengurangi kerugian akibat hilangnya muatan-muatan pembawa tersebut dalam material. Keberhasilan ini memungkinkan pembuatan sebuah diode laser yang dapat beroperasi secara terus menerus dalam temperatur kamar, dengan cakupan penerapan yang lebih luas.  

LED cahaya tampak

Menyusul eksperimen-eksperimen sebelumnya tentannng LED di penghujung tahun 1950an, kemajuan dalam pembuatan LED yang efisien dengan menggunakan GaP (memiliki celah pita tak langsung sebesar kurang lebih 2,2 eV) dicapai secara bersamaan oleh tiga grup peneliti, yaitu dari Laboratorium Philips Central di Jerman (H. G. Grimmeiss), laboratorium Servicel Electronics (SERL) di U.K. (J. W. Allen) dan laboratorium Bell Telephone di USA (M. Gershenzon). Ketiga laboratorium ini memiliki tujuan yang berbeda-beda terhadap penelitian yang dilakukannya, mulai dari untuk tujuan komunikasi, pencahayaan, dan sebagai lampu indikator untuk televisi, alat elektronika dan telepon. Dengan menggunakan dopan yang berbeda-beda (misalnya Zn-O atau N) dengan berbagai konsentrasi, berbagai panjang gelombang dapat dihasilkan mulai dari warna merah sampai warna hijau. Di akhir tahun 1960-an sejumlah perusahaan di negara-negara yang berbeda telah memproduksi LED merah dan LED hijau dengan menggunakan material GaP.

Kristal yang merupakan campuran dari Ga, As, dan P (GaPxAs1-x) menarik perhatian peneliti karena emisi panjang gelombangnya dapat lebih pendek daripada GaAs, sehingga mencapai panjang gelombang cahaya tampak. Sementara itu celah energinya adalah celah energi langsung untuk nilai x di bawah 0,45. Fakta ini mendorong N. Holonyak Jr. beserta sejawatnya di laboratorium General Electric di USA, untuk mulai bekerja dengan GaPxAs1-x di akhir tahun 1950-an, dan berhasil membuat persambungan p-n serta mengamati adanya emisi LED. Penemuan laser diode emisi pada panjang gelombang 710 nm (warna merah) kemudian dilaporkan oleh N. Holonyak Jr. dan koleganya pada tahun 1962. 

Proyek Awal tentang LED biru

Upaya ke arah pemancaran cahaya biru terbukti jauh lebih sulit. Upaya pertama yang dilakukan dengan menggunakan ZnSe dan SiC, yang memiliki celah pita tak langsung yang besar, tidak berhasil menghasilkan pancaran cahaya yang efisien. Akhirnya diketahui bahwa material yang memungkinkan pembentukan LED biru adalah GaN (galium nitrida).

Di akhir tahun 1950an, peluang ditemukannya teknologi pencahayaan yang baru dengan menggunakan GaN, yang celah pitanya baru berhasil diukur, secara serius digarap di laboratorium Philips Research. Dalam laboratorium tersebut, H.G. Grimmeiss dan H. Koelmans mengamati fotoluminasi yang efisien dari GaN pada rentang spektral yang lebar dengan menggunakan berbagai aktivator. Namun demikian, pada waktu tersebut sangat sulit untuk menumbuhkan kristal GaN kecuali dalam bentuk kristal kecil, dalam bentuk bubukan. Sayangnya, dalam bentuk bubukan seperti itu, kita tidak dapat menghasilkan persambungan p-n. Akhirnya, mereka memutuskan untuk berkonsentrasi pada material GaP.

Kristal GaN dihasilkan secara lebih efisien pada akhir tahun 1960an dengan menumbuhkannya pada substrat menggunakan teknik HVPE (Hyper Vapour Phase Epitaxy). Sejumlah laboratorium di Amerika Serikat, Jepang dan Eropa kemudian mempelajari teknik penumbuhan dan doping GaN dengan tujuan untuk mengembangkan LED biru, tetapi masalah yang berkaitan dengan material kelihatannya masih belum dapat dipecahkan. Kekasaran permukaan tidak terkontrol, material yang ditumbuhkan secara HVPE terkontaminasi oleh logam ketidakmurnian transisi dan doping tipe–p mengalami passivasi karena kehadiran oksigen, sehingga membentuk kerumitan dengan dopan akseptor. Peranan hidrogen tidak dimengerti pada tahun tersebut sehingga J.I. Pankove, seorang ilmuwan terkemuka pada bidang tersebut, menuliskan dalam sebuah artikel review dari tahun 1973 bahwa: “meskipun banyak kemajuan dalam studi GaN sepanjang lebih dari dua tahun ini, masih banyak yang tersisa yang harus dikerjakan. Tujuan utama teknologi GaN adalah: (1) sitensis kristal tunggal bebas regangan, (2) penggabungan sebuah akseptor dalam konsentrasi yang tinggi” (agar dihasilkan doping tipe-p yang efektif). Sekali lagi upaya penelitian ini terhambat oleh kurangnya kemajuan yang signifikan dalam bidang tersebut.

Teknik Penumbuhan Baru

Pada tahun 1970-an, teknik penumbuhan kristal yang baru, MBE (molecular beam epitaxy) dan MOVPE (Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy) dikembangkan. Teknik baru ini kemudian diterapkan dalam menumbuhkan GaN termasuk oleh Isamu Akasaki. Akasaki mulai mempelajari GaN ini di awal tahun 1974, pada saat dia bekerja di  Matsushita Research Institute di Tokyo. Pada tahun 1981, Akasaki menjadi profesor di Nagoya University dan melanjutkan penelitiannya tentang GaN, bersama dengan Hiroshi Amano dan rekan-rekan sejawat lainnya. Dibutuhkan waktu hingga tahun 1986 sebelum GaN dengan kualitas kristal yang tinggi dan sifat-sifat optik yang baik dapat dihasilkan melalui teknik MOVPE. Terobosan ini merupakan hasil dari serangkaian panjang eksperimen dan observasi. Sebuah lapisan tipis (30 nm) dari polikristal AlN pertama-tama dinukleasi di atas substrat safir pada temperatur rendah (500o C) kemudian dipanaskan sampai mencapai temperatur penumbuhan (1000 oC). Selama proses pemanasan, lapisan membentuk sebuah tekstur kristalit yang kecil dengan orientasi yang memungkinkan untuk penumbuhan GaN.

Rapat dislokasi penumbuhan kristal GaN pada awalnya cukup tinggi, tetapi kemudian menurun secara cepat setelah mencapai ketebalan penumbuhan sebesar beberapa mikrometer. Dengan capaian ini, permukaan material dengan kualitas yang tinggi akan dapat diperoleh, yang mana sangat penting peranannya dalam menumbuhkan struktur multilapisan tipis pada langkah selanjutnya dari pengembangan LED. Dengan cara ini, GaN kualitas tinggi dapat dihasilkan untuk pertama kalinya. GaN juga dapat dihasilkan dengan melakukan doping–n rendah secara signifikan. Shuji Nakamura di Nichia Chemical Corporation, sebuah perusahaan kimia kecil di Jepang, selanjutnya mengembangkan sebuah metode yang serupa dimana AlN digantikan dengan sebuah lapisan tipis dari penumbuhan GaN pada temperatur yang rendah.

Doping GaN

Masalah utama pembentukan persambungan p-n dengan bahan GaN adalah sulitnya melakukan pengontrolan doping tipe p. Di akhir tahun 1980, Amano, Akasaki, dan rekan sejawatnya berhasil melakukan pengamatan yang penting; mereka memperhatikan bahwa pada saat GaN yang didoping dengan Zn diamati dengan menggunakan sebuah SEM, maka akan dipancarkan cahaya yang lebih banyak. Hal ini merupakan indikasi doping – p yang lebih baik. Dengan cara yang sama, jika GaN yang didoping dengan Mg disinari dengan elektron berenergi rendah, maka akan dihasilkan karakteristik doping–p yang lebih baik pula. Hal temuan ini merupakan terobosan yang sangat penting dan membuka jalan pada pembentukan persambungan p-n pada GaN.

Efek penyinaran dengan menggunakan elektron dapat dijelaskan oleh Nakamura dan timnya dalam sebuah artikel beberapa tahun kemudian. Atom-atom akseptor seperti Mg atau Zn membentuk ikatan yang kompleks dengan hidrogen sehingga bersifat pasif. Berkas elektron kemudian membongkar ikatan kompleks ini dan mengaktifkan kembali akseptor. Nakamura kemudian menunjukkan bahwa dengan perlakuan termal biasa pun (misalnya annealing) akseptor Mg dapat diaktivasi secara efisien. Sedangkan efek hidrogen pada proses netralisasi dopan diketahui berdasarkan beberapa hasil penelitian sebelumnya yang menggunakan material lain yang dilakukan oleh Pankove, G. F. Neumark Rothschild, dan yang lainnya.

Sebuah langkah yang krusial dalam proses pengembangan LED biru yang efisien adalah metode penumbuhan dan teknik doping–p pada material paduan (AlGaN, InGaN). Penemuan ini krusial karena dengan diketahuinya teknik doping-p tersebut, kita dapat membuat persambungan yang heterogen. Persambungan heterogen seperti ini diwujudkan pada tahun 1990an baik oleh kelompok Akasaki maupun kelompok Nakamura.

Heterostruktur Ganda dan Sumur Kuantum

Pengembangan LED inframerah dan diode laser telah menunjukkan bahwa persambungan heterogen dan sumur kuantum sangat penting untuk menghasilkan efisiensi yang tinggi. Dalam struktur seperti itu, hole dan elektron diinjeksikan pada sebuah volume kecil dimana rekombinasi terjadi secara lebih efisien serta dengan kerugian yang lebih sedikit. Akasaki dan sejawatnya mengembangkan struktur AlGaN/GaN sedangkan Nakamura berhasil mengeksploitasi kombinasi InGaN/GaN dan InGaN/AlGaN untuk menghasilkan persambungan heterogen, sumur kuantum, dan sumur kuantum ganda. Pada tahun 1994, Nakamura dan sejawatnya mencapai sebuah nilai efisiensi kuantum sebesar 2,7% dengan menggunakan persambungan heterogen ganda InGaN/AlGaN.

Struktur LED persambungan heterogen ganda InGaN/AlGaN

Dengan langkah pertama yang penting ini, jalan yang lebih terang ke arah pengembangan LED biru yang efisien dan aplikasinya menjadi terbuka. Kedua tim peneliti tersebut melanjutkan upayanya dalam mengembangkan LED biru, hingga mencapai nilai efisiensi yang lebih tinggi lagi, memiliki beragama kemampuan selain sebagai penyinaran, dan aplikasi lainnya. Alhasil, pancaran laser biru dengan menggunakan GaN berhasil diamati oleh keduanya dalam kurun tahun 1995-1996.

Dewasa ini, LED berbasis GaN yang lebih efisien telah diperoleh dari serangkaian terobosan-terobosan panjang dalam fisika material dasar dan teknik penumbuhan kristal, perkembangan fisika divais dengan desain struktur heterogen yang lebih maju, serta kemajuan dalam fisika optik dalam hal optimasi kopling cahaya keluaran. 

Penerapan

Teknologi pencahayaan sekarang ini telah melalui revolusi yang panjang, mulai dari lampu bohlam, lampu tabung (lampu neon), hingga sekarang mencapai era lampu LED. Lampu bohlam, yang ditemukan oleh Thomas Edison pada tahun 1879 memiliki energi yang rendah, yaitu kurang lebih 16 lumen/watt. Satu lumen merupakan satuan yang digunakan untuk mengarakterisasi fluks cahaya, yang mempertimbangkan respons spektral mata. Nilai ini menyiratkan bahwa efisiensi pengubahan energi listrik menjadi energi cahaya pada jenis lampu pijar adalah sekitar 4%. Sedangkan tabung fluoresens (lampu neon), yang mengandung raksa dan ditemukan oleh P. Cooper Hewitt pada tahun 1900, mencapai efisiensi 70 lm/W. Sementara itu, lampu LED dewasa ini mencapai energi lebih dari 300 lm/watt, yang menyatakan efisiensi yang lebih besar dari 50%.

LED cahaya putih yang digunakan dalam teknologi pencahayaan ini biasanya didasarkan pada LED biru yang efisien yang mengeksitasi fosfor sehingga cahaya biru tersebut dikonversi menjadi cahaya putih. LED kualitas tinggi ini, dengan umur pakai yang sangat panjang (100 000 jam) kini harganya semakin murah, dan sedang merebak di pasaran. Pada beberapa masa mendatang, LED tiga warna diperkirakan akan menggantikan teknik kombinasi LED biru dan fosfor ini untuk menghasilkan pencahayaan yang lebih efisien. Teknologi ini juga akan memungkinkan pengontrolan yang dinamis terhadap komposisi warna lampu.

Menggantikan bohlam lampu atau lampu neon dengan menggunakan lampu LED juga akan menurunkan secara drastis konsumsi listrik demi keperluan pencahayaan. Karena 20% - 30% energi listrik dikonsumsi oleh industri hanya untuk tujuan pencahayaan, maka berbagai upaya telah dilakukan agar dapat menggantikan teknologi lampu yang telah lama dengan menggunakan teknologi lampu LED.

Ada banyak fungsi lain yang bisa dicapai dengan penemuan teknologi LED biru ini. Saat ini, LED berbahan dasar GaN merupakan teknologi yang paling dominan dalam pencahayaan yang digunakan pada layar LCD, yang banyak terdapat dalam berbagai perangkat teknologi seperti telepon seluler, tablet, laptop, monitor komputer, layar TV, dan sebagainya. Laser diode GaN yang memancarkan sinar UV dan cahaya biru juga digunakan dalam DVD berteknologi tinggi untuk menyimpan musik, gambar, dan film. Penerapan lainnya adalah penggunaan LED AlGaN/GaN yang memancarkan sinar-UV untuk proses pemurnian air. Kita tahu bahwa sinar UV dapat menghancurkan DNA bakteri, virus dan mikroorganisme. 

(Sumber: disadur dari Scientific Background  on the Nobel Prize in Physics 2014 www.nobelprize.com)