Tabung cahaya
Tabung cahaya atau pipa cahaya adalah struktur fisik yang digunakan untuk mengirimkan atau menyalurkan cahaya alami atau buatan untuk tujuan penerangan, dan merupakan contoh dari tabung pandu gelombang optik. Dalam aplikasinya untuk pencahayaan alami, mereka juga sering disebut perangkat tabung pencahayaan, pipa matahari, jangkauan matahari, atau pipa cahaya siang. Pipa cahaya dapat dibagi menjadi dua
kategori besar: struktur berongga yang berisi cahaya dengan lapisan reflektif, dan padatan transparan yang mengandung cahaya dari refleksi internal total. Prinsip-prinsip yang mengatur aliran cahaya melalui perangkat ini adalah dari optik non pencitraan.
Pipa cahaya inframerah yang dirancang khusus pabrik, gelombang pandu berongga, dan "homogenizer" bukan merupakan hal sepele. Hal ini karena tabung dilapisi dengan lapisan reflektif inframerah yang sangat halus dari Laser Emas, yang dapat diaplikasikan cukup tebal untuk memungkinkan tabung-tabung ini untuk digunakan dalam atmosfer yang sangat korosif. Laser Hitam dapat diaplikasikan untuk bagian-bagian
tertentu dari pipa cahaya untuk menyerap cahaya inframerah (lihat fotonika). Hal ini dilakukan untuk membatasi cahaya inframerah hanya ke daerah-daerah tertentu pipa.
Sementara sebagian besar pipa cahaya dihasilkan dengan penampang bulat, pipa cahaya tidak terbatas pada bentuk ini saja. Penampang persegi dan heksagonal digunakan dalam aplikasi khusus. Pipa heksagonal cenderung menghasilkan jenis cahaya inframerah yang paling homogen. Pipa-pipa ini tidak harus lurus. Lengkungan di pipa memiliki sedikit efek pada efisiensi.
Juga dikenal sebagai "kaca atap berbentuk tabung" atau "perangkat pencahayaan alami berbentuk tabung", ini merupakan jenis tabung cahaya yang tertua dan paling meluas digunakan untuk pencahayaan alami. Konsep ini pada awalnya dikembangkan oleh orang Mesir kuno. Sistem reflektor komersial pertama yang dipatenkan dan dipasarkan pada tahun 1850-an oleh Paul Emile Chappuis di London, memanfaatkan
berbagai bentuk desain cermin miring. Reflektor Chappuis Ltd diproduksi terus menerus sampai pabrik itu hancur pada tahun 1943. Konsep tersebut ditemukan kembali dan dipatenkan pada tahun 1986 oleh "Solatube International of Australia". Sistem ini telah dipasarkan untuk penggunan perumahan dan komersial yang luas. Produk-produk pencahayaan alami lainnya di pasarkan dengan berbagai nama generik, seperti "SunScope", "pipa solar", "pipa cahaya", "tabung cahaya", dan "kaca atap berbentuk tabung".
Tabung yang dilapisi dengan material yang sangat reflektif mengarahkan sinar cahaya di seluruh sebuah bangunan, mulai dari titik masuk yang terletak pada atapnya atau salah satu dinding luarnya. Tabung cahaya tidak dimaksudkan untuk pencitraan (berbeda dengan periskop misalnya), sehingga distorsi gambar tidak menimbulkan masalah dan dalam banyak hal dianjurkan karena pengurangan cahaya "terarah".
Titik masuk biasanya terdiri dari sebuah kubah (kupola), yang berfungsi mengumpulkan dan memantulkan sebanyak mungkin cahaya matahari ke dalam tabung. Banyak unit juga memiliki "kolektor", "reflektor" terarah atau bahkan perangkat lensa Fresnel yang membantu mengumpulkan cahaya terarah tambahan ke dalam tabung.
Pengaturan dimana panel akrilik potongan laser diatur untuk mengalihkan cahaya matahari ke dalam pipa bercermin yang berorientasi secara horizontal atau vertikal, digabungkan dengan dengan sistem penyebaran cahaya dengan susunan segitiga panel potongan laser yang menyebarkan cahaya ke dalam ruangan, dikembangkan di Universitas Teknologi Queensland di Brisbane. Pada tahun 2003, Veronica Garcia Hansen, Ken Yeang, dan Ian Edmonds dianugerahi Far East Economic Review Innovation Award berupa perunggu untuk pengembangan ini.
Transmisi cahaya memiliki efisiensi paling besar jika tabungnya pendek dan lurus. Dalam tabung yang lebih panjang, miring, atau fleksibel, sebagian intensitas cahaya hilang. Untuk meminimalkan kehilangan, reflektifitas yang tinggi dari lapisan tabung sangat penting; produsen mengklaim reflektivitas material mereka, dalam jarak pandang, mencapai hingga hampir 99.5%.
Untuk lebih mengoptimalkan penggunaan lampu tenaga surya, sebuah heliostat dapat dipasang dengan mengikuti pergerakan matahari, sehingga mengarahkan cahaya matahari ke dalam tabung cahaya setiap saat sepanjang hari sepanjang keterbatasan lingkungan memungkinkan, bisa dengan cermin tambahan atau elemen reflektif lainnya yang memengaruhi jalur cahaya. Heliostat dapat diatur untuk menangkap cahaya bulan di malam hari.
Serat optik dikenal sebagai fiberscope untuk aplikasi pencitraan dan sebagai panduan cahaya untuk berbagai macam aplikasi non pencitraan. Dalam konteks yang terakhir, mereka juga dapat digunakan untuk pencahayaan alami: sistem pencahayaan surya yang berdasarkan serat optik plastik sedang dikembangkan di "Oak Ridge National Laboratory" pada 2004; sistem ini dipasang di Museum Ilmu pengetahuan dan Energi Amerika, Tennessee, Amerika Serikat, pada
2005, dan dipasarkan pada tahun yang sama oleh perusahaan Sunlight Direct. Namun, sistem ini dicopot dari pasar pada 2009.
Serat optik juga digunakan dalam sistem Bjork yang dijual oleh "Parans Solar Lighting AB". Serat optik dalam sistem ini terbuat dari PMMA (PoliMetilMetAkrilat) dan diselubungi dengan Megolon, resin termoplastik bebas halogen. Sistem seperti ini, bagaimanapun cukup mahal.
Sebuah sistem yang sama, tetapi menggunakan serat optik dari kaca, telah diteliti sebelumnya di Jepang.
Mengingat diameter serabut yang biasanya kecil, pengaturan pencahayaan alami yang efisien membutuhkan sebuah kolektor parabola untuk mengikuti matahari dan memusatkan cahayanya. Serat optik yang ditujukan untuk "transportasi cahaya" harus menyebarkan sebanyak mungkin cahaya di dalam inti; sebaliknya, serat optik yang ditujukan untuk "distribusi cahaya" dirancang untuk membiarkan sebagian cahaya lepas melalui kelongsongnya.
Sebuah panduan cahaya prisma dikembangkan pada tahun 1981 oleh Lorne Whitehead, seorang profesor fisika di University of British Columbia dan telah digunakan dalam pencahayaan tenaga surya untuk transportasi dan distribusi cahaya. Pipa surya besar yang berdasarkan prinsip yang sama telah diatur dalam halaman sempit dari bangunan berlantai 14 di sebuah firma hukum di Washington, D.C. pada 2001, dan sebuah proposal serupa telah dibuat untuk London. Sistem yang lebih lanjut telah dipasang di Berlin.
Perusahaan 3 M mengembangkan sebuah sistem berdsarkan film pencahayaan optik dan mengembangkan pipa cahaya 3 M, yang merupakan panduan cahaya yang dirancang untuk mendistribusikan cahaya secara merata melalui panjangnya, dengan film tipis yang menggabungkan prisma mikroskopis, yang telah dipasarkan sehubungan dengan sumber cahaya buatan, misalnya lampu belerang.
Berbeda dengan serat optik yang memiliki inti solid, sebuah panduan cahaya prisma mengarahkan cahaya melalui udara dan oleh karena itu disebut sebagai panduan cahaya berongga.
Proyek ARTHELIO yang sebagian didanai oleh Komisi Eropa, merupakan suatu investigasi pada tahun 1998 hingga 2000 ke dalam sebuah sistem untuk pembauran adaptif cahaya surya dan buatan, dan termasuk lampu belerang, heliostat, dan panduan cahaya berongga untuk transportasi dan distribusi cahaya.
Dalam sebuah sistem yang dikembangkan oleh Fluorosolar dan Universitas Teknologi Sydney, dua lapisan polimer fluoresens dalam sebuah panel datar menangkap gelombang pendek cahaya matahari, terutama sinar ultraungu, menghasilkan masing-masing lampu merah dan hijau, yang dipandu ke dalam interior sebuah bangunan. Di sana, lampu merah dan hijau dibaurkan dengan cahaya biru buatan untuk menghasilkan cahaya putih,