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: 02Fakultas: FMIPA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNGBANDUNG

2010

PrinsipLaser 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 spesifik2. Koheren: memiliki frekuensi yang sama3. 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 TeoriMedia 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 LaserSebagaimana 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 pertama-tama 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

Gambar 1. Pemancaran foton oleh electron tereksitasi (dari HowStuffWorks.com)

menghasilkan foton lain, dengan panjang gelombang dengan fasa danpanjang gelombang yang sama. Foton ini 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 LaserTerdapat 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 LaserSemenjak 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

MiliterSecara 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

LainnyaKegunaan 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 TerkiniSeiring 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.