Могу ли я использовать сигнал переменного тока, чтобы светодиод загорелся с Arduino?

Помимо колебаний, которые вы наблюдаете, определенно есть проблема с вашей схемой оптопары.

Во время отрицательной полуволны 220 В вы ожидаете, что D1 заблокирует ток через светодиод. Однако 1N4007, как и любой силовой выпрямитель, имеет значительный ток утечки, около 5 мкА при нормальной температуре и до 50 мкА при горячем диоде. Этот ток будет проходить через светодиод, который может иметь гораздо меньший допустимый обратный ток (обычно 0,1 мкА), повреждая его. Одна из возможных схем:

Обратите внимание, что D1 здесь не для блокировки обратного тока, а для безопасного его проведения, защищая светодиод оптопары. Кроме того, рассмотрите возможность уменьшения значения R2 при реализации большей части ограничения тока с помощью неполярного конденсатора: эта установка будет ограничивать ток точно так же, но будет рассеивать 0,5 Вт тепла вместо 2 Вт, как ваш резистор.

Теперь в любом случае светодиод активен только тогда, когда он смещен вперед, что происходит менее чем в половине случаев, поэтому вполне нормально, что вы видите это колебание. В большинстве случаев с этим можно справиться с помощью программного обеспечения: прочитайте свой вывод 3 раза с задержкой 5 мс после каждого чтения и выполните логическое И ваших трех показаний.

Если по какой-то причине вы не можете сделать это программно, вы можете реализовать детектор конвертов аппаратно. Я настоятельно рекомендую сделать это на стороне низкого напряжения, а не на стороне 220 В (например, здесь)