LASER ZAT CAIR (DYE LASER)
Oleh : Fitri Rohmaisa
11030224027
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA 2014
LASER ZAT CAIR 1. Pendahuluan
Laser zat cair adalah jenis laser yang menggunakan bahan aktif berupa cairan, seperti dye laser atau disebut juga sebagai laser pewarna. Dye laser ditemukan oleh P. P. Sorokin dan F. P. Schäfer pada tahun 1966 dimana dye laser ,
merupakan laser yang menggunakan pewarna organik (organic dye) sebagai medium aktif dan biasanya menggunakan larutan cair
.
Sinar laser yang
dikeluarkan oleh dye laser bisa berbagai macam warna, seperti warna merah, hijau, biru, kuning, dan jingga. Warna sinar laser tersebut bisa berbeda-beda berdasarkan pada bahan kimia yang dipakai sebagai sumber laser, konsentrasi bahan kimia, dan jenis pemompa yang dipakai. Yang akan dibahas dalam makalah ini adalah laser dengan sumber laser berbahan kimia coumarin 47 (C 14H17 NO2).
Gambar 1 Struktur atom coumarin 47 Coumarin adalah salahsatu jenis bahan kimia organik yang berwarna kuning terang berupa bubuk kristal, massa molar 146,14 g/mol, baunya harum seperti ekstrak buncis, kekentalan 0,935 g/cm 3 ( 20 ° C ), titik lebur 71 ° C , 160 ° F, 344 K , titik didih 301,71 ° C , 575,08 ° F , 574,86 K , kelarutan dalam air 0,17 g/100 mL, dan sangat larut dalam eter , dietil eter , kloroform , minyak , piridin, dan larut dalam etanol. Hanya berosilasi pada daerah hijau-biru (400 – 500 nm), dan menggunakan pemompa Excimer (308nm), Nd-YAG (355nm), juga Nitrogen (337nm).
2. Prinsip Kerja
Gambar 2.1 Proses Dye Laser Sumber : http://technology.niagarac.on.ca/sop/SOP-DyeLaser.html
Penjelasan gambar : Dari gambar diatas terlihat ada pemompa laser yang berupa excimer, sinar yang dikeluarkan pemompa excimer ini yang nantinya akan melewati lensa silinder dan diteruskan ke dye cell. Dalam dye cell akan terjadi 4 proses yang berlangsung secara terus-menerus sehingga akan mengeluarkan sinar laser yang keluar dari output coupler (cermin pemantul 80%) dan hasil keluaran sinar bisa dilihat pada output beam.
Adapun 4 proses tersebut adalah sebagai berikut : 1. Absorpsi
Ketika sinar yang berasal dari pemompa diteruskan oleh lensa silinder dan mengenai dye cell, secara langsung atom akan menerima energy elektromagnetik dari sinar tersebut. Dimana besar energy elektromagnetiknya sama dengan E 0E1=hν yang akan diserap oleh atom sehingga menyebabkan atom tersebut tereksitasi dari ground state menuju excited state. 2. Emisi Spontan
Setelah atom tereksitasi dari ground state ke excited state, elektron tidak akan bertahan lama di excited state (hanya tinggal selama 10 -8 detik) dan akan kembali ke ground state lagi dengan kehilangan energinya yang berubah bentuk menjadi foton. Foton-foton tersebut tidak berhubungan fasa dan dianggap sebagai
sinar tidak koheren. Transisi atom dari tingkat energi 1 ke tingkat energi yang lain terjadi secara acak tiap detik. Emisi spontan didefinisikan sebagai proses dimana atom yang tereksitasi berpindah dari tingkat energi yang tinggi ke tingkat dasar (ground state). 3. Pemompaan dan inversi populasi
Seperti yang telah dijelaskan bahwa atom yang tereksitasi tidak akan berada lama di excited state. Ada beberapa atom dari substansi atau senyawa, dimana atom-atom tersebut berada di excited state dalam waktu yang lama. Senyawa tersebut disebut sebagai senyawa aktif atau medium aktif. Biasanya terdapat beberapa senyawa atau campuran dari elemen-elemen yang berbeda. Ketika atom berubah menjadi senyawa aktif, tingkat energi listriknya juga berubah dan atomatom tersebut memperoleh beberapa sifat khusus.
Kita anggap bahwa atom mempunyai tiga tingkat energi, yaitu E 0, E1, dan E2 yang berada dalam medium aktif. Biasanya, atom yang berada di tingkat energi dasar disebut sebagai ground state (E 0) dan banyaknya atom yang berada pada ground state dimisalkan dengan N 0. Seperti
yang
telah
kita
bahas
pada
proses
absorpsi
saat
energi
elektromagnetik sama dengan E 2-E0 adalah peristiwa yang terjadi pada atom, atom melompat dari tingkat energi 0 ketingkat energi 2. Dan pada proses emisi spontan, atom yang tereksitasi ke tingkat E2 akan tinggal untuk waktu yang
pendek yaitu sekitar 10-8 detik. Umumnya pada emisi spontan, atom yang kehilangan energinya akan kembali dari tingkat E 2 ke E0 . Tetapi beberapa atom mungkin hanya kehilangan sedikit energinya (E 2-E1) dan melompat ke E 1. Energi yang dipancarkan oleh elektron dalam jumlah sedikit tersebut disebut energi termal. Energi ini terserap oleh mediumnya sendiri. Perpindahan elektron dari tingkat E 2 ke E1 disebut sebagai perpindahan tanpa radiasi atau perpindahan tak terlihat. Elektron yang berada pada tingkat E 1 akan tinggal lebih lama dibanding pada E 0 , yaitu sekitar 3.10 -3 ms. Tingkat energi listrik pada E1 disebut sebagai metastable state (tingkat energi metastabil), dan banyaknya atom yang berada di E 1 dimisalkan sebagai N1. Jumlah atom yang berada di E 1 akan meningkat dengan cepat. Dan setelah beberapa detik jumlah N 1 akan lebih banyak dibanding N 0 atau bisa ditulis N 1>N0. Pada keadaan inilah yang disebut sebagai Inversi Populasi. Proses dimana N1 berada pada tingkat excited state disebut ‘metastable state’ dari medium aktif yang meningkat ke nilai yang lebih besar dari N 0 diground state disebut ‘inversi populasi’. Inversi populasi bisa terjadi karena energi yang tepat pada medium aktif dari sumber energi luar. Kemudian proses untuk sampai terjadinya inversi populasi disebut sebagai pemompaan. 4. Emisi Terstimulasi
Diasumsikan energi sinar koheren hν = E 1-E0 dari yang dihasilkan dari sumber energy luar pada medium aktif. Energi sinar dalam bentuk foton menstimulasi atom di ditingkat N1 mengalami transisi ke ke tingkat N 0. Jumlah foton yang banyak dengan energy yang sama disebut dengan emisi yang terstimulasi. Kemudian, foton yang teremisi mempunyai sifat yang disebut ‘hubungan sementara’ dan proses ini disebut sebagai ‘Emisi terimbas atau terstimulasi’ Spektrum Panjang Gelombang yang dihasilkan oleh Sinar Laser
Gambar 2.4 Panjang gelombang yang dihasilkan oleh laser cair berdasarkan konsentrasi bahan aktif Sumber : G S Shankarling and K J Jarag,2010,Laser Dyes, General Article
Gambar grafik diatas menunjukkan bahwa panjang gelombang yang dihasilkan oleh dye laser bisa berbagai macam, walaupun bahan yang dipakai adalah bahan kimia yang sama tapi tetap saja keluaran yang dihasilkan berbeda. Hal ini disebabkan karena konsentrasi bahan kimia yang dipakai tidak sama dan jenis pemompanyapun berbeda, maka hasil keluaran yang diperoleh pun pasti berbeda-beda.
3. Aplikasi
Laser cair dari bahan kimia kumarin ini bisa digunakan dalam bidang kesehatan yaitu untuk penghilag tato, p erawatan kulit, dan alat diagnosa.
DAFTAR PUSTAKA http://technology.niagarac.on.ca/sop/SOP-DyeLaser.html G S Shankarling and K J Jarag,2010,Laser Dyes, General Article www.exciton.com Brackmann Ulrich,2000, Laser Dyes 3rd Edition, Lambda Physik AG · D37079 Goettingen · Jerman
