Laser 453c3d

Part 1 Prinsip Kerja Laser

Laser adalah suatu divais yang memancarkan gelombang elektromagnetik melewati suatu proses yang dinamakan emisi terstimulasi. Istilah laser merupakan singkatan dari light amplification by stimulated emission of radiation. Berkas laser umumnya sangat koheren, yang mengandung arti bahwa cahaya yang dipancarkan tidak menyebar dan rentang frekuensinya sempit (monochromatic light). Laser merupakan bagian khusus dari sumber cahaya. Sebagian besar sumber cahaya, emisinya tidak koheren, spektrum frekuensinya lebar, dan fasenya bervariasi terhadap waktu dan posisi. Daerah kerja divais laser tidak terbatas pada spektrum cahaya tampak saja tetapi dapat bekerja pada daerah frekuensi yang luas, Oleh karena itu, divais tersebut dapat berupa laser infra red, laser ultra violet, laser Xray, atau laser visible. Laser dikatakan baik jika frekuensi atau panjang gelombang yang dipancarkannya bersifat tunggal. Daya laser dapat dibuat bervariasi dari mulai nano watt untuk laser kontinu sampai jutaan merupakan komponen utama pada sistem komunikasi modern saat ini. Selain itu, laser juga dimanfaatkan untuk pembacaan data CD atau DVD, pembaca barcode, alat bantu navigasi sebagai probe bagian dari detektor pada bidang militer, alat bantu operasi pada bidang kedokteran, dan masih banyak lagi aplikasi lainnya.

Prinsip Kerja Laser Radiasi dari emisi terstimulasi merupakan proses yang dapat terjadi secara alami, yaitu jika seberkas cahaya melewati suatu bahan dan menstimulasi atomatom di dalam bahan tersebut sehingga meradiasikan cahaya. Secara umum suatu divais laser terdiri dari media penguat berkas cahaya (gain medium), sumber energi pemompa (pumping source), dan resonator optik (optical resonator).

Gambar 1.1. Komponen dasar divais laser Secara umum skematik suatu divais laser dapat dilihat pada gambar 1.1.Media penguat adalah suatu bahan yang mempunyai sifat dapat meningkatkan intensitas cahaya dengan cara emisi terstimulasi. Sedangkan resonator optik, secara sederhana terdiri dari susunan cermin yang dipasang berhadapan sehingga berkas cahaya dapat bergerak bolak-balik. Salah satu cermin bersifat agak transparan, sehingga dapat berfungsi sebagai jalur keluar berkas laser (output coupler). Berkas cahaya yang melewati media penguat akan mengalami penguatan daya. Jika daerah sekelilingnya merupakan cermin, maka cahaya akan bergerak bolak-balik dan melewati media penguat berkali-kali.Dengan demikian cahaya akan mengalami penguatan daya beberapa kali lipat. Setelah mengalami penguatan daya, cahaya dapat keluar melewati cermin yang bersifat agak transparan sebagai berkas laser. Proses memasukkan energi sebagai syarat untuk terjadinya penguatan daya dinamakan dengan memompa (pumping). Energi yang dipompakan dapat berupa arus listrik atau berkas cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Untuk pemompa energi dalam bentuk cahaya, dapat digunakan lampu flash atau laser semikonduktor. Selain komponen utama di atas, suatu perangkat laser biasanya dilengkapi dengan beberapa komponen pendukung untuk menghasilkan berkas laser yang tajam. Bahan media penguat dapat berupa gas, cairan, padatan, atau plasma. Media penguat menyerap energi yang dipompakan dan mengakibatkan sejumlah elektron tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Partikel dapat berinteraksi dengan cahaya melalui cara mengabsorpsi atau mengemisikan foton. Emisi cahaya dapat

terjadi secara spontan atau dengan cara stimulasi. Ketika jumlah elektron pada suatu tingkat eksitasi melebihi jumlah elektron pada tingkat energi di bawahnya, maka populasi inversi telah terjadi. Hal tersebut dapat mengakibatkan terjadinya emisi terstimulasi yang jumlahnya lebih besar daripada yang diabsorpsi. Dengan demikian cahaya mengalami penguatan. Jika media penguat ini ditempatkan di dalam resonator optik, maka penguatan cahaya dapat terjadi berkali-kali dan selanjutnya menghasilkan berkas laser. Kavitas optik merupakan salah satu bentuk dari resonator. Kavitas mengandung berkas koheren yang dilingkupi oleh permukaan bersifat reflektif yang memungkinkan berkas cahaya tersebut bergerak bolak-balik melewati media penguat. Cahaya yang bergerak bolak-balik di dalam kavitas dapat mengalami kehilangan daya (loss) yang disebabkan oleh absorpsi atau difraksi. Jika penguatan di dalam media tersebut lebih besar dibandingkan dengan kehilangan daya dalam resonator, maka daya laser akan naik secara eksponensial. Pada setiap kejadian emisi terstimulasi, sejumlah partikel akan berpindah dari tingkat energi tereksitasi ke keadaan dasar, hal ini akan mengurangi kapasitas media penguat. Untuk mengembalikannya ke kondisi terstimulasi, harus dipompa kembali dengan energi tertentu. Besarnya energi yang dipompakan harus mempertimbangkan batas ambang dari media penguat dan kehilangan daya di dalam kavitas. Jika daya yang dipompakan terlalu kecil, maka emisi yang dihasilkan tidak akan cukup untuk mengimbangi kehilangan daya akibat absorpsi di dalam kavitas. Sebaliknya jika energi yang dipompakan terlalu besar, maka akan mempercepat degradasi media penguat sehingga memperpendek usia penggunaannya. Oleh karena itu, diperlukan optimasi batas minium energi yang dipompakan (lasing threshold), sehingga berkas laser yang dihasilkan cukup signifikan dengan umur pemakaian yang panjang. Laser dapat beroprasi pada modus kontinu (continuous wave) dengan amplitudo keluaran konstan atau dalam bentuk pulsa. Laser pulsa dapat dihasilkan dengan teknik Q-switching, mode terkunci (modelocking) atau gain switching. Laser dalam bentuk pulsa dapat menghasilkan daya yang sangat besar. Dalam mode operasi kontinu, berkas laser yang dihasilkan relatif konstan terhadap waktu. Proses tersebut dihasilkan dari populasi inversi yang berlangsung terus-menerus menggunakan sumber pemompa energi yang stabil. Sedangkan dalam mode

operasi pulsa, berkas laser yang dihasilkan berubah terhadap waktu secara bolakbalik dengan mode on dan off. Laser pulsa biasanya dibuat dengan tujuan untuk menghasilkan power laser yang sangat besar dengan waktu radiasi yang singkat. Di dalam sistem Q-switched, populasi inversi dihasilkan dengan proses yang sama seperti pada laser kontinu, tetapi dikondisikan dalam kavitas optik yang memiliki batas daya tertentu untuk terjadinya lasing. Ketika energi pemompa masuk ke dalam media penguat, maka akan terjadi penguatan berkas sampai batas daya tertentu sesuai dengan nilai Q yang diset. Setelah dayanya mencapai nilai yg ditentukan, maka akan dipancarkan berkas laser dalam bentuk pulsa. Daya laser yang dihasilkan merupakan daya rata-rata ketika beroperasi dalam mode gelombang kontinu. Pada laser pulsa mode terkunci, berkas laser dipancarkan dalam tempo yang sangat singkat kurang dari 10 femto-detik. Periode pulsa yang dihasilkan, akan sebanding dengan waktu yang diperlukan untuk satu kali bolak-balik berkas laser di dalam resonator. Oleh karena itu, media penguatnya harus memiliki kemampuan yang cukup besar untuk menguatkan berkas cahaya. Salah satu contoh bahan yang memiliki sifat tersebut adalah titanium yang didoping dengan sappier (Ti-sappier). Jenis laser pulsa seperti ini biasanya digunakan untuk penelitian,seperti untuk penelitian bahan nonlinier optik, teknik ablasi bahan, dan lain lain. Metode lain untuk memperoleh laser pulsa adalah dengan cara memompa media penguat dengan sumber berbentuk pulsa. Media pemompa dapat berupa arus listrik atau lampu kilat (flash lamp). Umumnya model laser seperti ini menggunakan dye-laser yang memiliki waktu hidup populasi inversi sangat singkat. Berkas pemompa yang digunakan harus memiliki energi yang tinggi dan waktu pancaran yang singkat.

Konsep Dasar Absorpsi dan Emisi Konsep dasar absorpsi dan emisi merupakan prinsip penting dalam proses pembangkitan laser. Emisi yang dipancarkan oleh suatu atom yang telah mengalami eksitasi memiliki karakteristik khas yang berhubungan dengan struktur energi atomik. Emisi yang unik dapat dihasilkan dari beragam jenis atom yang memiliki struktur atau tingkat energi berbeda. Konsep dasar ini selanjutnya

memunculkan ide untuk membuat beragam jenis laser dengan warna emisi yang beragam pula. Sebagai contoh, laser komersial yang dibuat dari bahan Nd-YAG dapat mengemisikan laser pada beberapa panjang gelombang yang berbeda mulai dari laser infra red (l=1064 nm), laser hijau (532 nm), dan laser ultra violet (355 nm). Laser Nd-YAG komersial menggunakan sistem pemompa optik atau proses eksitasi dilakukan dengan energi cahaya. Pada saat ini, berkas cahaya untuk prosespemompa laser Nd-YAG berasal dari lampu pijar. Berkas cahaya yang dipancarkan lampu pijar frekuensinya bersifat tidak koheren, sehingga efisiensi yang diserap untuk proses eksitasi tersebut sangat kecil, hanya sekitar 1%. Dalam perkembangan selanjutnya mulai dikaji penggunaan laser dioda dalam proses pemompaannya. Berkas cahaya laser dioda bersifat koheren, sehingga efisiensi absorpsi dapat mencapai 80%. Jika efisiensi absorpsi tinggi, maka proses pembangkitan laser dapat dilakukan dengan daya eksternal yang rendah.

Read more : http://www.sharemyeyes.com/2013/04/tugas-prinsip-kerjalaser.html#ixzz2hz8fDZiG

Part2 2. Jenis LASER Berdasarkan Media Pemancarnya Berdasarkam media pemancarnya, laser dapat dibagi menjadi 3 bagian besar, yaitu solid state laser, liquid laser, gas laser. Masih ada 1 jenis laser lagi yang dihasilkan dari media yang secara kasat mata tidak termasuk ketiga jenis di atas. Laser jenis ini biasa dikenal dengan sebutan the other lasers (Weber, 2001). 1. Laser zat padat, terdiri dari beberapa jenis, yaitu : 



    



Crystaline paramagnetic ion laser, meliputi laser dengan bahan berasal dari unsur golongan IVB – VIIIB, dan beberapa unsur dari golongan lantanida dan aktinida. Glass laser, meliputi laser dengan bahan dasar glass (kaca) oksida (borate, fosfat, silica, silicat), halide (flouroberrylate, fluorozirconate), oksihalida (fluoroaluminate, fluorophosphate), kalkogenida (sulfida). Solid state dye laser, yaitu laser dengan sebagin bahan dasarnya berupa molekul organik. Color center laser, terbuat dari alkali halida dan kristal oksida. Semiconductor laser Polymer laser, terbuat dari campuran material organik aktif dan bahan forms (fiber dan film) Solid state excimer laser, dibuat dengan teknik isolasi matriks zat penyusunnya (misalnya fluoride dan xenon yang di-fotodisosiasi oleh F2 sehingga terbentuk kristal Xe-F2-Ar. Raman, brillouin, and soliton laser

2. Laser cair, terdiri dari jenis :    

Liquid organic dye laser, dengan bahan dasar berupa bahan organik cair Rare earth liquid laser, berasal dari bahan dasar jenis lantanida. Liquid polymer laser Liquid excimer laser

3. Laser gas, terdiri dari jenis :



 

 

Neutral atom gas lasers, menggunakan bahan dasar gas dengan keadaan atom netral yang dikondisikan dengan metode seperti : pancaran pulsa electron, eksitasi dalam rekombinasi plasma, pemicuan optic searah, atau pemicuan nuklir. Ionized gas lasers¸ menggunakan bahan dasar gas yang terionisasi Molecular gas lasers, menggunakan molekul-molekul gas, seperti gas halogen diatomic, metal halide, CO2, H2, dan masih ada beberapa unsur lain lagi. Far infrared and millimeter wave gas lasers, Commercial gas lasers, contoh : laser He-Ne, He-Cd, He-Ag+, He-Au+

4. Laser jenis lainnya, meliputi :     

Extreme Ultraviolate dan Soft X-Ray Laser Free Electron Laser Nuclear Pumped Lasers Natural Lasers Inversionless Lasers

3. Keunggulan LASER Keunggulan sekaligus sifat-sifat khusus yang dimiliki sinar laser adalah sebagai berikut : a. Pancaran sinar begitu terarah Laser dipancarkan dengan penyebaran sinar yang sangat kecil (10 -1 – 100 mrad).Sifat ini timbul karena penguatan yang diberikan resonator hanya pada satu arah. Faktor lain adalah emisi terstimulasi yang dihasilkan berarah sama dengan cahaya pemicu (William, 2004). b. Monokromatik Laser dipancarkan dengan lebar pita (selisih panjang gelombang) ≤ 4 nm.Sifat ini timbul karena emisi terjadi antara dua tingkat energi yang terdefinisi

dengan tajam. Faktor lain adalah resonator yang hanya berfungsi frekuensi – frekuensi tertentu. c. Kecerahan tinggi

Sinar laser memiliki kecerahan jauh lebih besar dibanding cahaya biasa.Hal ini karena dengan diameter sinar yang kecil, otomatis sudut penyebaran pun kecil sehingga intensitasnya lebih besar. ……….. (8)

d. Sangat koheren Gelombang sinar laser dalam memiliki hubungan fase yang konsisten sehingga dapat saling berinterferensi.Sifat koherensi ini terbagi menjadi dua, yaitu koherensi ruang dan koherensi waktu.

4. Manfaat LASER Berikut ini adalah beberapa manfaat laser dalam berbagai bidang aplikasi berdasarkan keunggulan sifat yang dimilikinya. a. Aplikasi dari sifat sangat terarah :      

Pekerjaan geodesi (penepatan arah) Pengukuran jarak jauh Pelacakan objek (misalnya pesawat terbang) Pemandu arah (misalnya pada bom laser dan rudal antitank generasi kedua) Laser disc / CD Laser printer

b. Aplikasi dari sifat monokromatik   

Pemisahan dari cahaya sekeliling (berguna untuk meningkatkan keakuratan pengukuran pada siang hari) Spektroskopi (pengukuran berdasarkan spectrum pancaran) Komunikasi serat optik (untuk menekan dispersi)

c. Aplikasi dari sifat kecerahan tinggi    

Pembakaran jaringan (sebagai pisau operasi) Pengerjaan logam (pemotongan, pemboran) Pembuatan laser disc (CD) Senjata laser

=========================================================== ==================

Part3 wikipedia Laser (singkatan dari bahasa Inggris: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya dalam bentuk cahaya yang tidak dapat dilihat maupun dapat lihat dengan mata normal, melalui proses pancaran terstimulasi. Pancaran laser biasanya tunggal, memancarkanfoton dalam pancaran koheren. Laser juga dapat dikatakan efek dari mekanika kuantum. Dalam teknologi laser, cahaya yang koheren menunjukkan suatu sumber cahaya yang memancarkan panjang gelombangyang diidentifikasi dari frekuensi yang sama, beda fase yang konstan[1] dan polarisasinya. Selanjutnya untuk menghasilkan sebuah cahaya yang koheren dari medium lasing adalah dengan mengontrol kemurnian, ukuran, dan bentuknya. Keluaran yang berkelanjutan dari laser dengan amplituda-konstan (dikenal sebagai CW atau gelombang berkelanjutan), atau detak, adalah dengan menggunakan teknik Q-switching, modelocking, atau gainswitching. Dalam operasi detak, dimana sejumlah daya puncak yang lebih tinggi dapat dicapai. Sebuah medium laser juga dapat berfungsi sebagai penguat optik ketika di-seed dengan cahaya dari sumber lainnya. Sinyal yang diperkuat dapat menjadi sangat mirip dengan sinyal input dalam istilah panjang gelombang, fase, dan polarisasi; Ini tentunya penting dalamtelekomunikasi serat optik. Sumber cahaya umum, seperti bola lampu incandescent, memancarkan foton hampir ke seluruh arah, biasanya melewatispektrum elektromagnetik dari panjang gelombang yang luas. Sifat koheren sulit ditemui pada sumber cahaya atauincoherens; dimana terjadi beda fase yang tidak tetap antara foton yang dipancarkan oleh sumber cahaya. Secara kontras, laser biasanya memancarkan foton dalam cahaya yang sempit, terpolarisasi, sinar koheren mendekati monokromatik, terdiri dari panjang gelombang tunggal atau satu warna. Beberapa jenis laser, seperti laser dye dan laser vibronik benda-padat (vibronic solid-state lasers) dapat memproduksi cahaya lewat jangka lebar gelombang; properti ini membuat mereka cocok untuk penciptaan detak singkat sangat pendek dari cahaya, dalam jangka femtodetik (10-15 detik). Banyak teori mekanika kuantum dan termodinamika dapat digunakan kepada aksi laser, meskipun nyatanya banyak jenis laser ditemukan dengan cara trial and error.

Sinar laser di atas kabut udara dan di kaca mobil Daftar isi Aplikasi[sunting | sunting sumber] Sejak diperkenalkannya laser pada tahun 1960, sebagai sebuah penyelesaian suatu masalah[2], maka dalam perkembangan berikutnya laser telah digunakan secara meluas, dalam bermacam-macam aplikasi modern, termasuk dalam bidang optik, elektronik,optoelektronik, teknologi informasi, sains, kedokteran, industri, dan militer. Secara umum, laser dianggap suatu pencapaian teknologi yang paling berpengaruh dalam abad ke-20. Umumnya laser beroperasi dalam spektrum tampak pada frekuensi sekitar 1014 Hertz-15 Hertz atau ratusan ribu kali frekuensigelombang mikro. Pada awalnya peralatan penghasil sinar laser masih serba besar dan merepotkan. Selain tidak efisien, ia baru dapat berfungsi pada suhu sangat rendah. Sinar laser yang dihasilkan belum terpancar lurus. Pada kondisi cahaya sangat cerah pun, pancarannya gampang meliuk-liuk mengikuti kepadatan atmosfer. Waktu itu, sebuah pancaran laser dalam jarak 1 km, bisa tiba di tujuan akhir pada banyak titik dengan simpangan jarak hingga hitungan meter.

Peragaan peralatan Laser Helium-Neon di Laboratorium Kastler-Brossel dariUniversitas Pierre and Marie Curie. Beberapa kelebihan laser diantaranya adalah kekuatan daya keluarannya yang amat tinggi sangat diminati untuk beberapa applikasinya. Namun demikian laser dengan daya yang rendah sekalipun (beberapa miliwatt) yang digunakan dalam pemancaran, masih dapat membahayakan penglihatan manusia, karena pancaran cahaya laser dapat mengakibatkan mata seseorang yang terkena mengalami kebutaan dalam sesaat atau tetap.