Sinar Inframerah

Kata 'inframerah' atau infrared dalam Bahasa Inggris, adalah salah satu bentuk dari gelombang elektromagnetik. Namun meski seringkali disebut 'sinar', sebenarnya inframerah ini tidak dapat kita lihat karena panjang gelombangnya berada di luar daya tangkap mata manusia.

Ilustrasi inframerah. Image taken from www.school-from-champions.com

Sejarah Inframerah

Kurang dari 200 tahun yang lalu, keberadaan inframerah sebagai bagian dari spektrum elektromagnetik bahkan tidak dicurigai. Penemuan tentang inframerah ini dibuat secara tidak sengaja oleh Herschel pada tahun 1800, saat mencari bahan optik baru. Waktu itu, Sir William Herschel (Royal Astronom Raja George III dari Inggris) yang  sudah terkenal dengan penemuan planet Uranus, sedang mencari bahan penyaring optik untuk mengurangi kecerahan gambar matahari dalam tata surya teleskop selama pengamatan. Saat menguji sampel dengan kaca berwarna yang memberikan pengurangan kecerahan, ia menemukan bahwa beberapa sampel melewatkan sangat sedikit panas matahari, sementara yang lain melewatkan begitu banyak panas yang bisa menimbulkan resiko kerusakan mata setelah beberapa detik pengamatan.

Sir William Herschell

Herschel segera yakin akan perlunya mendirikan percobaan sistematis, dengan tujuan mencari satu bahan yang akan memberikan pengurangan panas dan kecerahan yang diinginkan. Ia memulai percobaan dengan benar-benar mengulangi percobaan prisma Newton, tetapi lebih berfokus pada mencari efek pemanasan daripada distribusi visual intensitas dalam spektrum. Pertama-tama ia menghitamkan bola lampu merkuri yang sensitif dalam kaca termometer dengan tinta, dan dengan alat ini sebagai detektor radiasi, ia mulai menguji efek pemanasan dari berbagai warna spektrum yang terbentuk di atas meja dengan sinar matahari yang lewat melalui kaca prisma. Termometer lain, ditempatkan di luar sinar matahari, berfungsi sebagai kontrol.
Selama termometer hitam itu bergerak perlahan di sepanjang spektrum warna, suhu bacaan menunjukkan peningkatan yang stabil dari ujung ungu ke ujung merah. Ini sudah dapat diduga, karena peneliti Italia, Landriani, dalam percobaan serupa pada tahun 1777 telah melihat efek yang sama. Namun saat itu, Herschel yang pertama mengakui bahwa harus ada suatu titik di mana efek pemanasan mencapai maksimum, dan pengukuran mereka terbatas pada bagian yang kelihatan dari spektrum gagal untuk menemukan titik ini.

Memindahkan termometer ke dalam kawasan gelap di luar ujung merah spektrum, Herschel menegaskan bahwa pemanasan terus meningkat. Ia menemukan bahwa titik maksimumnya terletak jauh melampaui akhir merah, dalam apa yang dikenal saat ini sebagai ‘panjang gelombang infra merah‘.
Ketika Herschel mengungkapkan penemuannya, ia menyebut bagian dari spektrum elektromagnetik ini sebagai ‘thermometrical spectrum’. Radiasi itu sendiri kadang-kadang disebut sebagai ‘panas gelap’, atau hanya ’sinar tak kasat mata’. Ironisnya, bertentangan dengan pendapat populer, istilah ‘inframerah’ bukan berasal dari Herschel. Kata tersebut mulai muncul di media cetak sekitar 75 tahun kemudian, dan belum jelas siapa yang harus menerima kredit sebagai originator. Penggunaan kaca prisma pada percobaan Herschel menyebabkan kontroversi  dengan orang-orang pada zamannya, tentang keberadaan aktual gelombang inframerah.
Beberapa peneliti, dalam upaya untuk mengkonfirmasi pekerjaannya, menggunakan berbagai jenis kaca tanpa pandang bulu, yang memiliki transparansi yang berbeda. Melalui eksperimen di kemudian hari, Herschel menyadari bahwa terbatasnya transparansi kaca menimbulkan radiasi termal. Untungnya pada tahun 1830 seorang ilmuwan Italia, Melloni, membuat penemuan besar bahwa batu alami garam atau NaCl (yang cukup besar tersedia dalam kristal alam untuk dibuat menjadi lensa dan prisma) adalah sangat transparan terhadap inframerah. Hasilnya adalah garam batu menjadi bahan utama optik inframerah, dan tetap demikian selama seratus tahun, sampai kemudian ditemukan kristal sintetis yang berkembang di tahun 1930-an.

Perkembangan Awal Inframerah

Termometer sebagai detektor radiasi, tetap tak tertandingi hingga tahun 1829 ketika Nobili menemukan termokopel. Lalu sebuah terobosan terjadi ketika Melloni menghubungkan sejumlah termokopel secara seri untuk membentuk thermopile pertama. Perangkat baru ini sekurang-kurangnya 40 kali lebih sensitif daripada termometer untuk mendeteksi radiasi panas, dan mampu mendeteksi panas dari satu tempat hingga radius tiga meter jauhnya.

Peta panas pertama kali dibuat pada 1840, yang merupakan hasil kerja Sir John Herschel, putra dari sang penemu inframerah dan seorang astronom terkenal. Berdasarkan penguapan diferensial dari lapisan minyak tipis yang terkena panas, gambar termal dapat dilihat dari cahaya yang tercermin di mana efek interferensi dari film minyak membuat gambar dapat terlihat oleh mata. Sir John juga berhasil memperoleh rekaman primitif dari gambar termal tersebut di atas kertas, yang ia sebut sebagai 'termograf'.

Penyempurnaan sensitivitas detektor inframerah berkembang perlahan-lahan. Sebuah terobosan besar, yang dibuat oleh oleh S.P. Langley pada tahun 1880, adalah penemuan bolometer. Alat ini terdiri dari sebuah strip hitam tipis platina yang terhubung pada salah satu lengan sirkuit jembatan Wheatstone, di mana radiasi inframerah terfokus dan galvanometer yang sensitif akan memberi respons. Alat ini dikatakan telah mampu mendeteksi panas dari seekor sapi pada jarak 400 meter.

Samuel Pierpont Langley

Antara tahun 1900 dan 1920, ilmuwan dunia ‘menemukan’ inframerah. Banyak paten dikeluarkan untuk perangkat  pendeteksi personel, artileri, pesawat terbang, kapal, dan bahkan gunung es. Sistem operasi pertama, dalam pengertian modern, mulai dikembangkan selama perang 1914-1918, ketika kedua belah pihak menyelenggarakan program-program penelitian yang ditujukan untuk eksploitasi militer inframerah. Program-program ini termasuk sistem eksperimental untuk deteksi intrusi musuh, remote-sensing suhu, komunikasi, dan pengarahan torpedo. Sistem pencarian inframerah yang diuji selama periode ini mampu mendeteksi pesawat yang mendekat pada jarak 1,5 km (0,94 mil), atau orang lebih dari 300 meter (984 ft) jauhnya.

Sistem yang paling peka sampai dengan saat ini semua didasarkan pada variasi bolometer, tetapi periode antarperang memperlihatkan perkembangan dua detektor inframerah baru yang revolusioner: konverter gambar dan detektor foton. Pada awalnya, konverter gambar menerima perhatian terbesar oleh militer, karena memungkinkan seorang pengamat untuk pertama kalinya dalam sejarah yang secara harfiah ‘melihat dalam gelap’. Namun, kepekaan konverter gambar terbatas pada panjang gelombang inframerah dekat. Karena ini melibatkan risiko posisi pengamat diketahui oleh musuh, maka pemakaian konverter gambar untuk kepentingan militer akhirnya memudar.

Militer merasakan banyaknya kerugian dari penggunaan thermal imaging aktif (yaitu pencarian dilengkapi laser/ beam), oleh karena itu, militer mengadakan penelitian rahasia untuk menciptakan  sistem pasif (tidak ada berkas pencarian), yaitu detektor foton . Selama periode perang, peraturan kerahasiaan militer benar-benar mencegah pengungkapan status teknologi pencitraan inframerah. Rahasia in mulai terangkat di tengah 1950-an, dan sejak itu perangkat thermal imaging yang memadai akhirnya mulai tersedia bagi sipil sains dan industri.

Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 10¹¹Hz sampai 10¹⁴ Hz atau daerah panjang gelombang 10^-4 cm sampai 10^-1 cm. jika memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada mili ampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah. Inframerah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Dari bahasa Latin infra, artinya "bawah", dan merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang.

Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Sesungguhnya setiap benda yang bersuhu di atas nol Kelvin pasti memancarkan radiasai inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda. Dengan menggunakan pelat-pelat potret yang peka terhadap inframerah, satelit pengamat sumber Bumi maupun mendeteksi tumbuh-tumbuhan yang tumbuh di bumi secara terinci. Ini disebabkan tumbuh-tumbuhan yang berbeda akan memancarkan jumlah dan frekuensi yang berbeda.

Pengertian Inframerah

Inframerah adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi inframerah memiliki jangkauan tiga "order" dan memiliki panjang gelombang antara 700 nm dan 1 mm.

	Penguraian sinar putih menjadi beberapa warna cahaya

Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya tampak adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik.

Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Ketika kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Planck E = Hf, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck —6.626 × 10 ⁻³⁴ J·s— dan f adalah frekuensi gelombang.

Spektrum Elektromagnetik

Sedangkan panjang gelombang adalah sebuah jarak antara satuan berulang dari sebuah pola gelombang. Dalam sebuah gelombang sinus, panjang gelombang adalah jarak antar puncak:

Panjang gelombang (λ)

Axis x mewakilkan panjang, dan I mewakilkan kuantitas yang bervariasi (misalnya tekanan udara untuk sebuah gelombang suara atau kekuatan listrik atau medan magnet untuk cahaya), pada suatu titik dalam fungsi waktu x.

Panjang gelombang λ memiliki hubungan inverse terhadap frekuensi f, jumlah puncak untuk melewati sebuah titik dalam sebuah waktu yang diberikan. Panjang gelombang sama dengan kecepatan jenis gelombang dibagi oleh frekuensi gelombang. Ketika berhadapan dengan radiasi elektromagnetik dalam ruang hampa, kecepatan ini adalah kecepatan cahaya c, untuk sinyal (gelombang) di udara, ini merupakan kecepatan suara di udara.

     Karakteristik Inframerah

• Tidak dapat dilihat oleh mata manusia
• Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang
• Dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas
• Panjang gelombang pada inframerah memiliki hubungan yang berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami penurunan.
• Memiliki fluktuasi daya tinggi dan dapat diinterfensi oleh cahaya matahari.

 Sumber Inframerah

Sinar matahari langsung mengandung 93 lumens per watt flux radian, yang termasuk di dalamnya inframerah (47%), cahaya tampak (46%), dan cahaya ultra violet (6%) . Sinar inframerah terdapat pada pada cahaya api, cahaya matahari, radiator kendaraan atau pantulan jalan aspal yang terkena panas. Saraf pada kulit kita dapat menginderai perbedaan suhu permukaan kulit, namun kita tidak dapat merasakan sinar inframerah.

Sinar inframerah dapat  digunakan untuk memanaskan makanan, misalnya pada restauran cepat saji. Inframerah juga dapat dimanfaatkan untuk melihat benda, yaitu dengan detektor inframerah. Setiap benda akan memantulkan dan/atau menyerap inframerah sehingga detektor menangkap panjang gelombang yang berbeda sesuai suhu yang dikeluarkan benda. Karena sumber utama sinar inframerah merupakan radiasi termal ataupun radiasi panas, setiap benda memiliki suhu panas tertentu bahkan yang kita kira tidak cukup panas untuk meradiasikan cahaya tampak dapat mengeluarkan energi dan terlihat pada detektor.

Radiasi infrared dari tubuh manusia

Semakin panas suatu benda, maka semakin banyak pula radiasi inframerah yang dipancarkannya. Inilah yang menjadi dasar pendeteksian suhu badan manusia dan pendeteksian sensor untuk mengidentifikasikan orang yang terserang firus flu burung atau flu babi di bandara-bandara internasional. Manusia pada suhu normal meradiasikan sinar inframerah cukup kuat, dengan panjang gelombangnya sekitar 10 mikron.

Jenis-jenis inframerah

-  Inframerah jarak dekat dengan panjang gelombang 0.75 – 1.5 µm. Contoh aplikasi sederhana untuk near infra red digunakan untuk pencitraan pandangan malam seperti pada nightscoop.

-  Inframerah jarak menengah dengan panjang gelombang 1.50 – 10 µm. Contoh aplikasi sederhana untuk mid infrared ada pada sensor alarm.

-  Inframerah jarak jauh dengan panjang gelombang 10 – 100 µm. Contoh aplikasi sederhana untuk far infrared adalah alat – alat kesehatan.

Kegunaan inframerah dalam kehidupan

     Bidang Kesehatan

-     Mengaktifkan molekul air dalam tubuh. Hal ini disebabkan karena inframerah mempunyai getaran yang sama dengan molekul air. Sehingga, ketika molekul tersebut pecah maka akan terbentuk molekul tunggal yang dapat meningkatkan cairan tubuh.

- Meningkatkan sirkulasi mikro. Bergetarnya molekul air dan pengaruh inframerah akan menghasilkan panas yang menyebabkan pembuluh kapiler membesar, dan meningkatkan temperatur kulit, memperbaiki sirkulasi darah dan mengurani tekanan jantung.

-  Meningkatkan metabolisme tubuh. jika sirkulasi mikro dalam tubuh meningkat, racun dapat dibuang dari tubuh kita melalui metabolisme. Hal ini dapat mengurangi beban liver dan ginjal.

-  Mengembangkan Ph dalam tubuh. Sinar inframerah dapat membersihkan darah, memperbaiki tekstur kulit dan mencegah rematik karena asam urat yang tinggi.

-  Inframerah jarak jauh banyak digunakan pada alat-alat kesehatan. Pancaran panas yang berupa pancaran sinar inframerah dari organ-organ tubuh dapat dijadikan sebagai informasi kondisi kesehatan organ tersebut. Hal ini sangat bermanfaat bagi dokter dalam diagnosis kondisi pasien sehingga ia dapat membuat keputusan tindakan yang sesuai dengan kondisi pasien tersebut. Selain itu, pancaran panas dalam intensitas tertentu dipercaya dapat digunakan untuk proses penyembuhan penyakit seperti cacar.

     Bidang Kedokteran

NIRS (Near-infrared spectroscopy) umum dipakai dalam diagnostik medis, terutama dalam pengukuran kadar oksigen darah, atau juga kadar gula darah. Meskipun bukan tekhnik yang sangat sensitif, NIRS “idak menakutkan pasien/subjek karena tidak memerlukan pengambilan sampel (non-invansif) dan dilakukan langsung dengan menempelkan sensor di permukaan kulit.

Teknik ini juga dipakai dalam pengukuran dinamika perubahan senyawa tertentu dalam suatu organ, misalnya perubahan kadar hemoglobin disuatu bagian otak akibat aktivitas saraf tertentu. Dalam penggunaan fisiologis semacam ini, NIRS dapat dikombinasi dengan teknik lain, misalnya T-scan.

     Bidang Industri

-   Lampu inframerah. Merupakan lampu pijar yang kawat pijarnya bersuhu di atas ±2500°K. Hal ini menyebabkan sinar infra merah yang dipancarkannya menjadi lebih banyak daripada lampu pijar biasa. Lampu infra merah ini biasanya digunakan untuk melakukan proses pemanasan di bidang industri.

-   Pemanasan inframerah. Merupakan suatu kondisi ketika energi inframerah mengenai sebuah objek dengan kekuatan energi elektromagnetik yang dipancarkan di atas -273 °C (0°K dalam suhu mutlak). Pemanasan inframerah banyak digunakan pada alat-alat seperti, pemanggang dan bola lampu (90% panas – 10% cahaya).

Ilmu Pangan dan Kimia Pertanian

Spektroskopi menggunakan NIRS dalam bidang ini disukai karena tidak memerlukan persiapan sampel yang rumit. Selain itu, seringkali sampel bisa digunakan lagi untuk keperluan lain: misalnya, benih bisa langsung ditanam setelah diukur kandungan asam lemaknya. Instrumentasi NIRS yang berkembang pesat dengan penggunaan komputer membuat alat ini populer. Walaupun demikian, kalibrasi NIRS sangat kritis dalam bidang ini mengingat bahan sampel mengandung campuran berbagai macam zat. Proses adjustment dalam analisis untuk menghasilkan informasi dapat memberikan nilai-nilai yang kurang akurat.

Penginderaan Jauh

Pencitraan (imaging) NIRS yang diletakkan pada pesawat terbang/balon udara atau satelit digunakan untuk menganalisis kandungan kimia tanah atau hamparan vegetasi penutup permukaan tanah. Ini adalah aplikasi di bidang tata ruang, kehutanan, serta geografi.

Bidang Keruangan

Inframerah yang dipancarakan dalam bentuk sinar infra merah terhadap suatu objek, dapat menghasilkan foto infra merah. Foto inframerah yang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat gambaran panas dari suatu daerah atau objek. Hasil gambaran panas dapat menunjukkan daerah mana yang panas dan tidak. Misalnya suatu gambaran panas dari suatu gedung dapat digunakan untuk mengetahui dari zona bagian mana dari gedung itu yang menghasilkan panas berlebihann sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan.

Contoh foto termal

Bidang Komunikasi

• Sebagai salah satu standardisasi komunikasi tanpa kabel. Inframerah dapat dikatakan sebagai salah satu konektivitas yang berupa perangkat nirkabel yang digunakan untuk menghubungkan atau mentransfer data dari suatu perangkat ke perangkat lain. Penggunaan inframerah yang seperti ini dapat kita lihat pada handphone dan laptop yang memiliki aplikasi inframerah. Ketika kita ingin mengirim file ke handphone, maka bagian infra harus dihadapkan dengan modul inframerah pada PC. Selama proses pengiriman berlangsung, tidak boleh ada benda lain yang menghalangi. Fungsi inframerah pada handphone dan laptop dijalankan melalui teknologi IrDA (Infrared Data Acquition). IrDA dibentuk dengan tujuan untuk mengembangkan sistem komunikasi via inframerah.

Transfer rate komunikasi inframerah

• Adanya kamera tembus pandang yang memanfaatkan sinar inframerah. Sinar inframerah memang tidak dapat ditangkap oleh mata telanjang manusia, namun sinar inframerah tersebut dapat ditangkap oleh kamera digital atau video handycam. Dengan adanya suatu teknologi yang berupa filter iR PF yang berfungi sebagai penerus cahaya infra merah, maka kemampuan kamera atau video tersebut menjadi meningkat. Teknologi ini juga telah diaplikasikan ke kamera handphone.
• Untuk pencitraan pandangan seperti nightscoop
• Adanya sistem sensor infra merah. Sistem sensor ini pada dasarnya menggunakan inframerah sebagai media komunikasi yang menghubungkan antara dua perangkat. Penerapan sistem sensor infra ini sangat bermanfaat sebagai pengendali jarak jauh, alarm keamanan, dan otomatisasi pada sistem. Adapun pemancar pada sistem ini terdiri atas sebuah LED (Light Emitting Diode) infra merah yang telah dilengkapi dengan rangkaian yang mampu membangkitkan data untuk dikirimkan melalui sinar inframerah, sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau modulasi infra merah yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.
• Inframerah digunakan untuk komunikasi jarak dekat, seperti pada remote TV. Gelombang inframerah itu mudah untuk dibuat dan harganya relatif murah.
• Sebagai alat komunikasi pengontrol jarak jauh. Inframerah dapat bekerja dengan jarak yang tidak terlalu jauh (kurang lebih 10 meter dan tidak ada penghalang).

Kelebihan dan kekurangan inframerah

Kelebihan inframerah dalam pengiriman data

• Pengiriman data dengan infra merah dapat dilakukan kapan saja, karena pengiriman dengan inframerah tidak membutuhkan sinyal.

• Pengiriman data dengan infra merah dapat dikatakan mudah karena termasuk alat yang sederhana.

• Pengiriman data dari ponsel tidak memakan biaya (gratis)

Kelemahan inframerah dalam pengiriman data

• Pada pengiriman data dengan inframerah, kedua port infra merah harus berhadapan satu sama lain. Hal ini agak menyulitkan dalam mentransfer data karena caranya yang merepotkan.

• Inframerah sangat berbahaya bagi mata, sehingga jangan sampai sorotan infra merah mengenai mata

• Pengiriman data dengan inframerah dapat dikatakan lebih lambat dibandingkan dengan Bluetooth.

Daftar Pustaka
http://indo-fisika.blogspot.com/2009/10/sejarah-infra-merah.html
http://id.wikipedia.org/wiki/Inframerah
http://www.winkplace.com/Edukasi_Pendidikan
http://kutipanbuku.blogspot.com/2011/02/makalah-infra-merah.html
http://mazeko999.blogspot.com/2011/10/makalah-spektroskopi.html