BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kajian mengenai

1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kajian mengenai gelombang elektromagnetik memiliki cakupan yang
sangat luas di berbagai aspek. Dasar pengetahuan tentang gejala kelistrikan dan
kemagnetan menjadi salah satu pondasi pokok dalam mendukung perkembangan
teknologi modern seperti televisi, radio, telepon genggam, sistem komunikasi
satelit, sistem radar, generator listrik, komputer dan lain sebagainya. Dengan
demikian fenomena elektromagnetik memiliki dampak yang begitu besar terhadap
kemajuan masyarakat.
Pemahaman mengenai fenomena elektromagnetik dikaji menggunakan
teori medan elektromagnetik yang merupakan studi interaksi antara muatan listrik
dalam keadaan diam maupun bergerak. Fenomena interaksi anatara muatan listrik
tersebut erat kaitannya dengan keberadaan medan listrik dan medan magnet yang
kesemuanya dijelaskan oleh Persamaan Maxwell.
Dalam cakupan yang berbeda, fenomena kelistrikan dan kemagnetan
berhubungan dengan pembahasan mengenai gelombang elektromagnetik dalam
interaksinya dengan material, atau biasa disebut dengan istilah fotonika. Fotonika
sebagai pendorong untuk inovasi teknologi dan device masa depan. Kondisi ini
berkembang dengan sangat cepat sehingga untuk terus mendukungnya dibutuhkan
suatu industri yang kokoh. Namun demikian, guna perancangan yang lebih
optimal sebelum melakukan pabrikasi divais tertentu dibutuhkan suatu pemodelan
secara teoritik. Untuk itu perlu dipelajari kerangka pemodelan yang bisa
melingkupi kebutuhan untuk mendisain divais tersebut.
Studi menarik salah satu divais berbasis fotonik adalah mengenai
biosensor. Biosensor yang dimaksud dalam tesis ini adalah sensor dengan
kemampuan membedakan nilai indeks bias pada bahan larutan biologi yang secara
umum memiliki indeks bias pada kisaran 1,3 sampai 1,45. Dengan adanya
perilaku-perilaku yang khas dari sebuah gelombang elektromagnetik ketika
berinteraksi dengan material yang dikondisikan sesuai kebutuhan tertentu, sangat
2
memungkinkan untuk membuat model biosensor optik berbasis fotonik kristal.
Adapun biosensor optik yang akan dimodelkan dalam penelitian ini adalah berupa
biosensor optik kristal fotonik satu dimensi dengan menggunakan metode finite
different time domain atau FDTD.
1.2
Perumusan Masalah
Sebuah sensor akan bekerja jika ada interaksi yang kuat antara sensor
dengan bahan yang akan diuji. Namun demikian, keterbatasan yang muncul
adalah bahwa sensor hanya mampu bekerja pada material uji yang spesifik dengan
batas pengukuran hanya pada range tertentu saja. Hal ini dapat kita jumpai pada
beberapa sensor berbasis kimia seperti sensor gula darah, sensor pH dan lain-lain.
Untuk itu diperlukan adanya suatu sensor yang memiliki kemampuan yang lebih
optimal dengan batas pengukuran yang lebih besar serta nilai kesensitifan yang
lebih tinggi. Salah satu alternatif yang dapat dikembangkan adalah biosensor
berbasis fotonik. Sensor ini bekerja dengan melandaskan pada perilaku
gelombang elektromagnetik ketika berinteraksi dengan medium dielektrik dengan
indeks bias tertentu.
Dengan berdasarkan pada perbedaan nilai indeks bias dari suatu materi,
maka sangat memungkinkan untuk membuat suatu biosensor yang berbasis
fotonik. Namun demikian, permasalahan yang sering muncul dalam pemodelan
sebuah divais fotonik adalah dalam hal menentukan syarat batasnya. Oleh karena
itu, untuk mempermudah proses pemodelan, maka dibutuhkan suatu bahan
‘khayal’ yang mampu untuk menyerap semua radiasi foton hasil pemantulan yang
tidak bermanfaat sedemikian sehingga mekanisme yang terjadi sesuai dengan
harapan. Material tersebut dikenal dengan istilah perfectly matched layer (PML).
1.3
Tujuan Penelitian
1. Menerapkan metode finite different time domain dalam aplikasi yang lebih
luas, khususnya dalam pemodelan biosensor berbasis optik.
2. Mengkaji perilaku gelombang elektromagnetik ketika berinteraksi dengan
larutan dan material biologi.
3. Membuat model sensor optik kristal fotonik satu dimensi.
3
1.4
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu menghasilkan sebuah model disain
sensor optik kristal fotonik satu dimensi dengan tingkat kesensitifan yang tinggi.
Setelah penelitian ini diharapkan akan ada proses berikutnya, yaitu berupa
pabrikasi untuk membuat sensor secara lebih riil. Dari penelitian diperoleh
informasi mengenai dinamika yang terjadi ketika gelombang elektromagnetik
dilewatkan melalui biosensor optik yang telah didisain, sehingga dengan
mengetahui mekanisme yang terjadi diharapkan akan sangat membantu memasuki
tahap pabrikasi. Selain itu, informasi-informasi fisis lainnya seperti indeks bias
film dan substrat, tebal penampang sensor, panjang gelombang yang digunakan,
dan informasi lainnya akan mendukung proses pembuatan model agar diperoleh
hasil yang optimal.
1.5
Ruang Lingkup Penelitian
Kajian yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu menganalisis dinamika
yang terjadi ketika gelombang elektromagnetik dilewatkan melalui struktur sensor
optik kristal fotonik. Studi mengenai mekanisme ini dilakukan secara numerik
melalui pemodelan dangan memanfaatkan metode finite different time domain
(FDTD). Dari informasi yang diperoleh kemudian dianalisis guna mendapatkan
model sensor dengan kemampuan yang optimal. Dengan memahami mekanisme
yang terjadi, diharapkan kedepannya akan mampu untuk menghasilkan disain
biosensor optik yang baru dengan kemampuan kerja yang lebih baik.