LASER
Kata LASER adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission
of Radiation, yang artinya perbesaran intensitas cahaya oleh pancaran
terangsang atau cahaya yang diperkuat oleh pancaran radiasi yang
terstimulasi. Jadi sinar laser dihasilkan dari sumber pancaran radiasi..
Kata kuncinya adalah "perbesaran" dan "pancaran terangsang" yang akan
menjadi jelas kemudian.
Ada bermacam media yang dapat digunakan untuk menghasilkan sinar laser,
misalnya solid state laser (menggunakan bahan padat sebagai medianya;
contoh: batu ruby), dan gas laser (misalnya gas helium, neon, CO2). Laser
bisa juga dihasilkan dari Laser Dioda, yaitu kepingan alat elektronik yang
bekerja berdasarkan bereaksinya atom-atom ketika dialiri arus listrik.
Manfaat Laser : Di bidang kedokteran sinar laser diperlukan untuk
mendiagnosa dan menyembuhkan suatu penyakit. Di bidang industri sinar laser
bermanfaat untuk pengelasan, pemotongan lempeng baja, serta untuk
pengeboran. Sinar laser juga dapat membantu kasir di toko untuk menghitung
total harga barang-barang yang dibeli konsumen.
Teknologi sinar laser juga sering digunakan untuk pencahayaan (lighting)
pada panggung pertunjukan sehingga panggung menjadi kelihatan lebih keren.
Sinar laser juga berguna untuk membaca kepingan CD-DVD yang sedang kamu
tonton. Sinar laser juga digunakan sebagai laser pointer, yaitu alat sorot
saat seseorang sedang melakukan presentasi. Dan masih banyak lagi kegunaan
dari sinar laser ini seperti untuk bidang astronomi, fotografi, dan
sebagainya.
Kelemahan laser : Biasanya benda yang dilengkapi laser daya rendah misalnya
mainan anak-anak, pointer laser berbentuk pulpen untuk presentasi, dan juga
sinar laser yang digunakan untuk lighting panggung pertunjukkan itu semua
kalau langsung kena mata sangat berbahaya karena bisa merusak retina.
Karena itu, jangan sekali-sekali memancarkan arah laser ke mata meskipun
daya laser itu sangat rendah. Dan untuk laser berdaya besar ukuran
gigawatt, waah.. jangan ditanya lagi, bisa mematikan. Jadi, kalian harus
berhati-hati ya, jika sedang menggunakan laser.
sifat :
1. koheren
Adalah gelombang-gelombang yang berasal dari satu sumber cahaya yang
sama. Panjang koherensi dapat mengukur tingkat kmonokromatisan suatu
sumber cahaya. Koherensi keluaran laser bersifat spasial maupun
temporal, semua foton memiliki fase yang sama. Mereka saling mendukung
satu sama lain, yang secara gelombang dikatakan berinterferensi
konstruktif, sehingga intensitasnya berbanding langsung kepada N2,
dengan N adalah cacah foton. Jelaslah intensitasnya ini jauh lebih
besar dibandingkan dengan intensitas radiasi tak - koheren yang hanya
sebanding dengan N saja.
2. Monokromatik
Adalah gelombang yang memiliki rentang frekuensi yang sempit atau
dengan kata lain memiliki kesamaan frekuensi. (satu panjang gelombang
yang spesifik)
3. kecerahan tinggi
Laser mencakup optika dan elektronika. Para ilmuwan biasa menggolongkannya
dalam bidang elektronika kuantum. Sebetulnya laser merupakan perkembangan
dari MASER, huruf M disini singkatan dari Microwave, artinya gelombang
mikro. Cara kerja maser dan laser adalah sama, hanya saja mereka bekerja
pada panjang gelombang yang berbeda. Laser bekerja pada spektrum infra
merah sampai ultra ungu, sedangkan maser memancarkan gelombang
elektromagnetik dengan panjang gelombang yang jauh lebih panjang, sekitar 5
cm, lebih pendek sedikit dibandingkan dengan sinyal TV - UHF. Laser yang
memancarkan sinar tampak disebut laser - optik.
Prinsip kerja laser
Terjadinya laser sudah diramalkan jauh hari sebelum dikembangkannya
mekanika kuantum. Pada tahun 1917, Albert Einstein mempostulatkan pancaran
imbas pada peristiwa radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal
suatu gas yang sedang menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut dia ada 3
proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancaran
spontan (disebut fluorensi) dan pancaran terangsang. Proses yang terakhir
biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada keadaan normal serapan
dan pancaran spontan sangat dominan. Sebuah atom pada keadaan dasar dapat
dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang lebih tinggi dengan cara
menumbukinya dengan elektron atau foton. Setelah beberapa saat berada di
tingkat tereksitasi ia secara acak akan segera kembali ke tingkat energi
yang lebih rendah, tidak harus ke keadaan dasar semula. Proses acak ini
dikenal sebagai fluoresensi terjadi dalam selang waktu rerata yang disebut
umur rerata, lamanya tergantung pada keadaan dan jenis atom tersebut.
Kebalikan dari umur ini dapat dipakai sebagai ukuran kebolehjadian atom
tersebut terdeeksitasi sambil memancarkan foton yang energinya sama dengan
selisih tingkat energi asal dan tujuan. Foton ini dapat saja diserap
kembali oleh atom yang lain sehingga mengalami eksitasi tetapi dapat pula
lolos keluar sistem sebagai cahaya. Sebetulnya atom- atom yang tereksitasi
tidak perlu menunggu terlalu lama untuk memancar secara spontan, asalkan
terdapat foton yang merangsangnya. Syaratnya foton itu harus memiliki
energi yang sama dengan selisih tingkat energi asal dan tujuan.
Jenis-jenis laser :
Terdapat tiga jenis dasar laser yang paling umum digunakan. Jenis-jenis
lainnya masih dalam taraf perkembangan. Ketiga jenis dasar itu adalah :
(1) Laser yang dipompa secara optis
Laser ruby yang diciptakan pada bulan Juli 1960 oleh Theodore H.Maiman di
Hughes Research Laboratories adalah dari jenis ini. Laser ruby baik sekali
diambil sebagai contoh untuk membicarakan cara kerja laser yang menggunakan
pemompaan optis. Ruby adalah batu permata buatan, terbuat dari Al2O3 dengan
berbagai macam ketakmurnian. Laser ini dihasilkan melalui transisi atom
dari tingkat metastabil ke tingkat energi dasar, radiasinya memiliki
panjang gelombang 6920 A° dan 6943 A°. Yang paling terang dan jelas adalah
yang 6943 A°, berwarna merah tua. Pemompaan optisnya dilakukan dengan
menempatkan batang ruby di dalam tabung cahaya ini banyak dipakai sebagai
perlengkapan kamera untuk menghasilkan kilatan cahaya. Foton-foton yang
dihasilkan tabung ini akan bertumbukan dengan ion-ion Cr dalam ruby,
mengakibatkan eksitasi besar-besaran ke pita tingkat energi tinggi. Dengan
cepat ion-ion itu meluruh ke tingkat metastabil, di tingkat ini mereka
berumur kira-kira 0,005 detik, suatu selang waktu yang relatif cukup
panjang sebelum mereka kembali ke tingkat energi dasar. . Setelah terjadi
satu saja pancaran spontan ion Cr, maka beramai-ramailah ion-ion yang lain
melakukan hal yang sama, dan mereka semua memancarkan foton dengan energi
dan fase yang sama, yaitu laser.
(2) Laser yang dipompa secara elektris
Sistem laser jenis ini dipompa dengan lucutan listrik di antara dua buah
elektroda. Sistemnya terdiri dari satu atau lebih jenis gas. Atom-atom gas
itu mengalami tumbukan dengan elektron-elektron lucutan sehingga memperoleh
tambahan energi untuk bereksitasi. Perkembangan terakhir dalam perlaseran
medium gasnya dapat diganti dengan uap logam, tetapi hal ini akan mengarah
pada perkembangan jenis laser yang lain. Jenis laser uap logam akan
dibicarakan secara tersendiri. Laser gas mampu memancarkan radiasi dengan
panjang gelombang mulai dari spektrum ultra ungu sampai dengan infra merah.
Laser nitrogen yang menggunakan gas N2 .
(3) Laser semikonduktor
Laser ini juga disebut laser injeksi, karena pemompaannya dilakukan dengan
injeksi arus listrik lewat sambungan PN semikonduktornya. Jadi laser ini
tidak lain adalah sebuah diode dengan bias maju biasa. Laser semikonduktor
yang pertama diciptakan secara bersamaan oleh tiga kelompok pada tahun
1962. Mereka adalah R.H. Rediker dkk. (Lincoln Lab, MIT), M.I. Nathan dkk.
(Yorktown Heights, IBM) dan R.N. Hall dkk. (General Electric Research
Lab.). Diode- diode yang digunakan adalah galiun arsenida-flosfida GaAsP
(sinar-tampak merah). Proses laser jenis ini mirip dengan kerja LED biasa.
Pancaran fotonnya disebabkan oleh bergabungnya kembali elektron dan lubang
(hole) di daerah sambungan PN-nya. Bahan semikonduktor yang dipakai harus
memiliki gap energi yang langsung, agar dapat melakukan radiasi foton tanpa
melanggar hukum kekekalan momentum. Oleh sebab itulah laser semikonduktor
tidak pernah menggunakan bahan seperti silikon maupun germanium yang gap
energinya tidak langsung. Dibandingkan dengan LED, laser semikonduktor
masih mempunyai dua syarat tambahan. Yang pertama, bahannya harus diberi
doping banyak sekali sehingga tingkat energi Fermi-nya melampaui tingkat
energi pita konduksi di bagian N dan masuk ke bawah tingkat energi pita
valensi di bagian P. Hal ini perlu agar keadaan inversi populasi di daerah
sambungan PN dapat dicapai. Yang kedua, rapat arus listrik maju yang
digunakan haruslah besar, begitu besar sehingga melampaui harga ambangnya.
Besarnya sekitar 50 ribu ampere/cm2 agar laser yang dihasilkan bersifat
kontinu. Rapat arus ini luar biasa besar, sehingga diode laser harus
ditaruh di dalam kriostat supaya suhunya tetap rendah ( 77 K ), jika tidak
arus yang besar ini dapat merusak daerah sambungan PN dan diode berhenti
menghasilkan laser. Kelemahan sistem laser ini adalah sifatnya yang tidak
monokromatik, karena transisi elektron yang terjadi bukanlah antar tingkat
energi tapi antar pita energi, padahal pita energi terdiri dari banyak
tingkat energi.
