Tugas akhir semester mata kuliah Konsep

LASER
Tugas akhir semester mata kuliah
Konsep Pengembangan Ilmu
Pengetahuan
Nama/NIM:
• Amanda Kistilensa
(16010232)
• Arfian Alimansyah
(16010167)
• Jaza Yusron Solihin
(16010132)
• Lutfitasiwi
(16010037)
• Priscilla Linda Larasati
(16010292)
• Winda Eka Widya
(16010237)
Kelas: 02
Fakultas: FMIPA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
BANDUNG
2010
Prinsip
Laser berasal dari singkatan istilah Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation, yang berarti penguatan cahaya oleh pemancaran
radiasi yang terstimulasi. Sesuai namanya, mekanisme laser mampu
memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya tidak terlihat, melalui
proses pancaran terstimulasi. Berkat proses ini, cahaya yang dipancarkan
oleh laser dapat memiliki karakteristik khas yang dimilikinya, yakni:
1. Monokromatik: memiliki satu panjang gelombang yang spesifik
2. Koheren: memiliki frekuensi yang sama
3. Menuju arah yang sama (sehingga menempuh garis lurus)
Berbeda dengan cahaya dari perangkat seperti lampu/senter yang
cahayanya lemah karena memiliki panjang gelombang dan frekuensi
bermacam-macam, cahaya laser menjadi bersifat kuat dan terkonsentrasi
berkat sifat-sifat tersebut.
Yang dimaksud dengan cahaya dalam istilah laser adalah gelombang
elektromagnetik secara umum, sehingga “cahaya” yang digunakan tidak
hanya cahaya tampak, namun juga gelombang inframerah, ultraungu,
sinar-X dan lainnya.
Landasan Teori
Media dengan indeks bias rendah (seperti serat kaca atau plastik) untuk transfer
sinyal menggunakan cahaya menjadi pilihan pertama dalam pembawaan
informasi. Meskipun pilihan ini menjadikan proses pembawaan informasi jauh
lebih efektif ketimbang dulu, tetap terjadi dampening 'peredaman' dari media
yang digunakan. Karena kecepatan transfer sinyal oleh cahaya sudah dibatasi
oleh kecepatan cahaya dalam ruang hampa, yang dapat dilakukan untuk
menangani hal ini adalah penggunaan cahaya dengan intensitas tinggi.
Intensitas tinggi ini didapatkan dengan menggunakan cahaya laser yang bersifat
koheren, karena irradiance, atau emitansi radiasi, I berbanding lurus dengan
kekuatan medan listrik E (I~E2).
Jika sekumpulan atom berjumlah N menghasilkan transisi radiasi yang sama
(sehingga pancarannya bersifat koheren)—dan inilah yang dihasilkan oleh
pancaran terstimulasi—medan listrik E yang dipancarkan adalah superposisi
(penjumlahan) dari N gelombang yang dipancarkan.
Sehingga
. Dengan gelombang yang bersifat koheren, semua fasanya
(Φ) akan bernilai sama, dan didapatkan hubungan:
Oleh karena itu, irradiance (I) juga akan berbanding lurus dengan kuadrat jumlah
atom (N) yang memancarkan radiasi.
Prinsip yang melandasi mekanisme kerja laser dapat ditelusuri lebih lanjut
dengan menelaah sifat elektron yang berada di dalam atom. Biasanya, semua
elektron berada dalam keadaannya yang paling stabil: tingkat energi paling
dasar, atau orbital terdalam. Namun, ketika elektron mendapatkan energi dari
luar (atau stimulan), ia akan memiliki cukup energi untuk berada dalam kondisi
tereksitasi, saat dia berada pada keadaan berenergi lebih tinggi di orbital yang
lebih luar.
Meskipun demikian, keadaan tereksitasi ini tidak akan bertahan lama; demi
mempertahankan keadaan stabil atom, elektron akan cenderung melepaskan
energinya--kapan saja, dan ke mana saja, sebagai transisi radiasi dari atom.
Umumnya, saat sejumlah elektron mendapat asupan energi, elektron lain akan
melepaskan energi sehingga secara keseluruhan, atom tetap mempertahankan
keadaan stabilnya.
Ketika secara keseluruhan elektron berada dalam kondisi tereksitasi (atau inversi
populasi), saat satu elektron melepas energi, elektron-elektron lainnya juga turut
melepaskan energi. Proses inilah yang disebut stimulated emission 'pancaran
terstimulasi', proses yang mengakibatkan pelepasan banyak energi dalam satu
waktu. Namun, energi dari pancaran terstimulasi dilepaskan dalam arah yang
acak, dan oleh perangkat laserlah pancaran energi yang besar ini dijadikan
terarah.
Cara Kerja Laser
Sebagaimana tertera di atas, ketika
sejumlah elektron dalam atom
menerima stimulan/energi dari luar,
dan keseluruhan elektron
beradadalam kondisi inversi
populasi, terjadilah pelepasan
banyak energi dalam suatu waktu;
proses yang disebut pancaran
terstimulasi. Oleh karena itu, dalam
alur kerja laser, elektron pertamatama dibawa ke tingkat energi yang
tinggi (media yang digunakan untuk
tindakan ini bervariasi, dan akan
dibahas pada bagian berikutnya).
Tindakan ini akan membuat atom
tidak stabil, sehingga dengan gesit
elektron akan berpindah ke tingkat
energi yang lebih rendah dan
melepaskan foton (cahaya). Foton ini
akan dipantulkan oleh salah satu cermin yang ada pada laser, dan interaksinya
dengan elektron pada keadaan tereksitasi akan menghasilkan foton lain, dengan
Gambar
1. Pemancaran
oleh
electron
panjang gelombang dengan fasa danpanjang
gelombang
yang foton
sama.
Foton
ini
tereksitasi (dari HowStuffWorks.com)
kembali dipantulkan dan berinteraksi dengan elektron-elektron pada keadaan
tereksitasi.
Cermin lainnya yang dimiliki laser merupakan cermin half-silvered, yang hanya
memantulkan sebagian foton, sementara sebagian lainnya menerobos keluar.
Sinar yang menerobos keluar ini adalah sinar yang bersifat monokromatik,
koheren, dan berfasa tunggal, yakni sinar laser.
Jenis-Jenis Laser
Terdapat berbagai macam media yang dapat digunakan untuk menghasilkan
sinar laser, sehingga bermunculan pula jenis-jenis laser yang berbeda. Beberapa
di antaranya adalah sebagai berikut:
•
Laser gas (gas laser): Laser yang mempergunakan gas sebagai sebagai
medium. Terdapat berbagai jenis laser gas; salah satunya adalah laser
HeNe (helium-neon) yang mampu beroperasi pada panjang gelombang
yang bervariasi. Juga terdapat laser yang ditenagai reaksi kimia, sehingga
energi yang berjumlah besar bisa dihasilkan dalam waktu singkat, yakni
chemical laser ‘laser kimia’.
•
•
Laser keadaan padat (solid-state laser): Laser tipe ini, seperti laser rubi
(sesuai namanya, menggunakan medium rubi), menggunakan batangan
kristalin atau kaca yang diberikan (di-dope) ion yang mampu
menghasilkan tingkat energy yang dibutuhkan. Dopant yang digunakan,
misalnya kromium, juga mempertahankan keadaan inversi populasi.
Apabila sinar diarahkan oleh pemantulan dalam total suatu serat optik,
laser dinamai fibre laser ‘laser serat’.
Laser-laser jenis lainnya, seperti laser kristal fotonik, laser semikonduktor,
laser dye, laser elektron bebas, dan lainnya.
Aplikasi Laser
Semenjak penemuannya pada tahun 1960-an hingga sekarang, laser semakin
banyak ditemukan manfaatnya dalam berbagai bidang, baik sains, militer,
maupun kehidupan sehari-hari. Presisi dan kekuatan yang dimiliki sinar laser
menjadikannya salah satu inovasi yang berpengaruh besar dalam kehidupan
manusia. Berikut adalah sebagian dari aplikasi laser yang dapat dijumpai:
Sains dan Industri
•
•
•
•
•
Spektroskopi: Sifat sinar laser yang sangat terkonsentrasi menjadikan
hasil spektroskopi laser akurat
Penentuan jarak antara Bumi dan Bulan, dengan memancarkan sinar
laser ke Bulan dan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi sinar itu untuk
kembali ke Bumi
Pemrosesan materi: pemotongan, pengelasan, pengukiran,
pembengkokan, dan tindakan lain mampu dilakukan oleh laser karena
sifatnya yang mampu menghasilkan panas. Penggunaan laser untuk
pemrosesan materi juga digemari karena presisinya.
Fotokimia: penggunaan pulsa sinar laser mengizinkan pengamatan
proses suatu reaksi dengan resolusi yang amat tinggi
Mikroskopi: Laser dapat digunakan untuk menghasilkan gambar
spesimen mikroskopis dengan ketajaman yang tinggi
Militer
Secara keseluruhan, aplikasi laser dalam dunia militer sangat bervariasi, dua di
antaranya:
•
•
Penentuan target: atau target designation. Keakuratan serangan dapat
ditingkatkan dengan menggunakan laser sebagai pointer,dan sinar laser
diarahkan ke target yang dituju. Target designator dapat ditemukan pada
pesawat tempur maupun senjata api.
Pertahanan: Laser juga dapat digunakan untuk pertahanan terhadap
serangan musuh. Salah satu kegunaannya adalah untuk membingungkan
rudal pendeteksi panas sehingga tidak mengenai target yang ditujunya.
Kedokteran
•
•
•
•
•
Cosmetic surgery, seperti penghapusan tato, penghilangan stretch mark
atau bekas luka, tanda lahir, keriput, dan bercak. Bahkan, laser bisa
meniadakan bulu/rambut dengan lebih efektif dan untuk jangka waktu
lebih lama.
Kedokteran gigi juga memanfaatkan laser untuk berbagai hal, seperti
pemutihan gigi dan pembedahan mulut
Operasi mata: Operasi yang dilaksanakan pada mata dapat dilakukan
dengan presisi tinggi dan rasa sakit minimum karena laser mampu
menarget bagian tertentu, seperti dalam LASIK
Pembedahan lainnya yang memanfaatkan laser sebagai “pisau bedah”
(laser scalpel) demi presisi lebih tinggi ketimbang pisau bedah biasa
Penghilangan tumor dengan menargetkan tumor langsung
menggunakan laser ketika tumor tidak bisa disentuh langsung
Lainnya
Kegunaan laser juga dapat dijumpai dalam peralatan-peralatan yang kita temui
sehari-hari, seperti:
•
•
•
•
•
•
Barcode reader
Printer laser
Akselerometer (pengukur percepatan)
Holograf
Laser dioda, laser bertenaga lemah seperti yang digunakan pada pointer
untuk presentasi, pembaca maupun burner CD atau DVD, dan banyak
lainnya
Telekomunikasi optik, melalui serat optik maupun ruang hampa
Perkembangan Terkini
Seiring perkembangan riset, laser pun telah berkembang menjadi berbagai jenis
laser yang telah teroptimasi untuk berbagai tujuan tertentu. Pemanfaatan laser
yang baru pun semakin banyak ditemukan, dan banyak pula yang berada dalam
proses pencanangan ide. Batasan-batasan senantiasa didobrak, sehingga
didapatkan pita panjang gelombang, serta nilai maksimum daya keluaran yang
dihasilkan, energi, daya, dan durasi pulsa laser yang lebih. Tentu, selain itu juga
penggunaan laser menjadi semakin efisien dan rendah-biaya.
Daftar Acuan
•
•
•
•
•
2010. “Laser”. Wikipedia, The Free Encyclopedia. Dalam jaringan,
(http://en.wikipedia.org/wiki/Laser), diakses tanggal 21 November 2010
2010. “Laser applications”. Wikipedia, The Free Encyclopedia. Dalam jaringan,
(http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_applications ), diakses tanggal 21 November
2010
Surya, Yohanes. 2008. “Luar biasanya laser”. YohanesSurya.com. Dalam jaringan,
(http://www.yohanessurya.com/download/penulis/Teknologi_18.pdf), diakses
tanggal 21 November 2010.
Vongehr, Sascha. “The Physics of Lasers in general and Lasers for Telecommunication”.
University of Southern California: Department of Physics and Astronomy. Dalam jaringan,
(http://physics.usc.edu/~vongehr/lasertel_html/lasertel.html), diakses tanggal
21 November 2010.
Weschler, Matthew. 2000. “How Lasers Work”. HowStuffWorks.com.
Dalam jaringan, (http://science.howstuffworks.com/laser.htm), diakses
tanggal 21 November 2010.