quantum optik
DESCRIPTION
physiccollegeuniversityopticsTRANSCRIPT
Bab 3
OPTIKA KUANTUM3.1. SUMBER-SUMBER CAHAYA
Sumber cahaya yang paling umum adalah (1) benda padat yang dipanaskan, contoh
kawat pijar tungsten, dan (2) gas yang dilalui lucutan listrik, contoh lampu tabung. Gambar
3.2 menunjukkan daya yang dipancarkan oleh benda hitam sebagai fungsi panjang
gelombang untuk empat temperature yang berbeda. Kurva ini dikenal sebagai kurva distribusi
spectrum.
Salah satu fenomena yang dikaji pada akhir abad 19 adalah distribusi spectrum radiasi
benda hitam. Suatu benda hitam merupakan system ideal yang menyerap seluruh radiasi yang
datang padanya. Benda hitam ini dapat didekati oleh rongga dengan lubang yang sangat kecil,
seperti yang dilukiskan pada Gambar 3.1. Karakteristik radiasi dalam rongga hanya
bergantung pada temperature dindingnya.
Gambar 3.1. Rongga yang mendekati benda hitam ideal. Radiasi yang memasuki rongga memiliki peluang kecil untuk dapat keluar. Radiasi ini biasanya diserap
seluruhnya.
Pada temperature biasa (kira-kira di bawah 600 0C), radiasi termal yang dipancarkan oleh
benda hitam tidak tampak karena radiasi itu terkonsentrasi dalam daerah infra merah dari
spectrum elektromagnetik. Ketika bendanya dipanaskan, jumlah energy yang diradiasikan
meningkat sesuai dengan hukum Stefan-Boltzmann, dan konsentrasi energy bergeser ke
panjang gelombang yang lebih pendek (Gambar 3.2).
Gambar 3.2. Distribusi spektrum radiasi dari benda hitam untuk empat temperatur yang berbeda
Area di bawah kurva pada Gambar 3.2 menyatakan energi total (WB) yang dipancarkan
oleh benda hitam yang memiliki temperatur mutlak T. Menurut hukum Stefan Boltzmann
energi total dinyatakan dengan
W B=σT 4
(3.1)
Dengan σ=1 ,3567×10−11 kcal
m2sK 4
Atau σ=5 ,670×10−8J
m2sK 4
Panjang gelombang maksimum yang dihasilkan tergantung pada temperaturnya. Hukum
pergeseran Wien menyatakan hubungan antara panjang gelombang maksimum dengan
temperatur benda hitam
λmaks T=kons tan=2 ,8970×10−3mK(3.2)
Untuk benda tertentu, pada temperatur tertentu perbandingan radiasi emisi dengan
absorbsinya adalah sama, artinya energi yang dipancarkan ketika benda tersebut dipanasi
sama dengan energi yang diserap jika benda tersebut suhunya turun.
Wa
=kons tan=WB
(3.3)
W adalah energi total radiasi per meter kuadrat per sekon, dan a adalah bagian dari energi
yang datang yang tidak dipantulkan dan diteruskan oleh suatu permukaan. Untuk benda hitam
a = 1. Besarnya W dan a tergantung pada panjang gelombang
W λ
aλ
=WB λ
(3.4)
Bentuk dari kurvanya sendiri dinyatakan dengan hukum Planck yang dituliskan
dengan
W Bλ=hc 3 Δλ
λ5 (ehc / λkT−1 )(3.5)
WB adalah energi pada panjang gelombang antara ( + dalam joule per sekon per meter
kuadrat permukaan
Dengan h = konstanta Planck = 6,6262 x 10-34 Js
k = konstanta Boltzman = 1,3805 x 10-23 J/K
c = cepat rambat cahaya = 2,9979 x 108 m/c
e = logaritmik naperian = 2,7183
T = suhu mutlak
Contoh 3.1
Sebuah benda kecil tergantung dalam suatu ruangan yang bersuhu 300 K. Hitunglah
perbandingan panas yang ditransfer benda kecil tersebut ketika bersuhu 500 K dan
ketika bersuhu 400 K. Abaikan pengaruh konduksi panas.
Penyelesaian
Dengan menggunakan persamaan
W =ALσ (T 4−T04 )
A = luas permukaan pancar
L = angka pancaran
σ=5 ,670×10−8Jm2sK 4
Ketika bersuhu 500 K, benda kecil tersebut mentransfer energi
W 1=ALσ (5004−3004 )
Ketika bersuhu 400 K, benda kecil tersebut mentransfer energi
W 2=ALσ (4004−3004 )
W 1
W 2
=ALσ (5004−3004 )ALσ (4004−3004 )
=3,109
Contoh 3.2
Pada panjang gelombang berapa spektral emitans suatu benda hitam mencapai
maksimum jika temperaturnya: (a) 500 K, (b) 5000 K, (c) Pada temperatur berapa
spektrum emitans maksimum pada panjang gelombang 555 nm.
Penyelesaian
Dengan menggunakan persamaan λmaks T=2,8970×10−3mK
(a) T = 500 K maka
λmaks=2 ,8970×10−3 mK500 K
=5 ,794×10−6 m=5794nm
(b) T = 5000 K maka
λmaks=2 ,8970×10−3 mK5000 K
=579 , 4nm
(c)λmaks=555nm
Maka T = 5220 K
Spektrum yang dibentuk oleh radiasi benda padat yang dipanaskan dinamakan
spektrum emisi atau spektrum pancaran. Jenis-jenis spektrum emisi adalah spektrum
kontinu, spektrum garis dan spektrum pita.
Spektrum emisi kontinu
Jika sumber cahaya adalah zat padat atau zat cair pijar, maka spektrum emisinya
adalah kontinu, artinya cahaya yang dipancarkan terdiri dari semua panjang gelombang.
Gambar 3.3. Spektrum koninyu. (a) Spektrum emisi kontinyu dari zat padat yang teramati pada tiga temperatur dengan spektrograf quartz : tungsten pada 1000 dan 2000 0C dan kutub positip karbon pada 4000 0C. (b) Spektrum absorbsi kontinyu
dari sumber tunggal dan tiga jenis gelas
Spektrum emisi garis
Jika sumber adalah gas yang padanya dilalui pelepasan muatan listrik, atau sebuah
nyala api yang di dalamnya dimasukkan garam, maka spektrum terdiri dari seluruh macam
karakter yang muncul, bukan merupakan pita yang kontinu, tetapi hanya beberapa warna
dalam bentuk garis-garis sejajar yang terisolasi. Spektrum semacam ini dinamakan spektrum
garis. Panjang gelombang garis-garis itu merupakan karakteristik unsur-unsur yang
memancarkan cahaya tersebut.
Tabel 3.1 menunjukkan panjang gelombang karakteristik dari unsur-unsur tertentu.
Tabel 3.1. Panjang gelombang dalam angstrom dari beberapa unsur
Sodium Mercury Helium Cadmium Hydrogen
5889,95 s 4046,56 m 4387,93 w 4678,16 m 6562,82 s
5895,92 m 4077,81 m 4437,55 w 4799,92 s 4 861,33 m
4358,35 s 4471,48 s 5085.82 s 4340,46 w
4916,04 w 4713,14 m 6438,47 s 4101,74 w
5460, 74 s 4921,93 m
5769, 59 s 5015,67 s
5790, 65 s 5047,74 w
5875,62 s
6678,15 m
s = strong, m = medium, w = weak
Gambar 3.4. Spektrum garis. Spektrum emisi (a) Besi, (b) Spektrum mercuri diamati dengan spektrograf quartz, (c) Spektrum mercuri dalam gelas, (d) Helium dalam tabung gelas dilucuti muatan listrik, (e) Neon dalam tabung gelas dilucuti
muatan listrik, (f) Argon dalam tabung gelas dilucuti muatan listrik, (g) Deret Balmer dari hidrogen meliputi ultraviolet, (h) Spektrum kilat, menunjukkan spektrum emisi
dari gas khromosfer matahari. (i) spektrum absorbsi garis sodium dalam ultraviolet. (j)
Spektrum matahari. Dua garis kuat diserap oleh uap sodium dalam khromosfer matahari
Spektrum emisi pita
Sebagian besar gas mempunyai molekul-molekul yang terdiri dari dua atom atau
lebih. Untuk memperoleh suatu spektrum atom hidrogen, oksigen, nitrogen, CO dan
sebagainya diperlukan pelepas muatan listrik yang kuat untuk memisahkan molekul-molekul
menjadi atom. Jika pemisahan tidak terjadi, molekul-molekul itu memperlihatkan sejumlah
garis yang kuat, yang letaknya sangat dekat satu sama lain sehingga tampak sebagai pita-pita
yang kasar. Spektrum ini dinamakan spektrum pita. Contoh O2 memiliki panjang gelombang
7594 – 7621 0A.
Gambar 3.5. Spektrum pita. (a) Spektrum dari tabung berisi udara pada tekanan rendah yang dilucuti muatan, pita NO (2300 – 2700 0A), pita nitrogen negatip N2
- (2900 – 3500 0A), pita nitrogen positip kedua N2 (2900 – 5000 0A), pita nitrogen positip
pertama N2 (5500- 70000A). ( (b) Spektrum dari uap PbF........
Spektrum Absorbsi
Spektrum absorbsi adalah spektrum yang diserap bila cahaya melewati suatu zat yang
lebih dingin. Spektrum yang diserap oleh suatu zat yang dingin, sama dengan spektrum yang
diemisikan bila gas tersebut dalam keadaan panas.
Spektrum matahari adalah spektrum absorbsi. Sebagian besar benda padat dan cair
yang terdapat di matahari mengemisikan spektrum kontinu, dan gas memancarkan spektrum
garis. Bila cahaya yang intensif dari sebagian benda di matahari melewati uap yang lebih
dingin, garis-garis karakteristik dari unsur ini akan diserap. Dengan demikian spektrum
matahari muncul sebagai spektrum kontinu dengan beribu garis gelap yang lemah, yang
disebut garis-garis Fraunhofer. Dengan menganalisis garis-garis Fraunhofer, kita dapat
mengetahui unsur-unsur yang terdapat pada atmosfer matahari.
3.2. ATOM BOHR
Menurut Bohr atom hidrogen terdiri dari sebuah elektron dengan massa m, muatan –e,
yang berputar mengelilingi muatan positip dengan massa M, dan muatan +Ze, dengan Z
adalah nomor atom. Dalam hal ini Z = 1. Menurut hukum elektrodinamika klasik, selama
gerakannya elektron mengikuti:
Gaya centripetal = gaya elektrostatik
mv2
r=k
Ze2
r2
(3.5)
Asumsi kedua menyatakan bahwa besarnya momentum sudut elektron mvr selalu merupakan
kelipatan dari h /2 π , sehingga
mvr=nℏ (3.6)
Dengan
m =9,10956 x 10-31 kg
h = 6,62620 x 10-34 Js
k = 8,98755 x 109 Nm2/C2
e = - 1,602192 x 10-19C
ℏ = 1,054592 x 10-34 Js
z = 1, nomor atom hidrogen
n = 1, 2, 3, 4, dst
Gambar 3.6. Jari- jari orbit atom hidrogen model Bohr
dengan demikian jari-jari orbit elektron adalah
r=n2 ℏ2
m e2 zk=n2 (0 ,529177×10−10 )m (3.6)
Dan kecepatan orbit
v=1n
e2 zkh
=1n
( 2,18768× 106 ) ms
(3.7)
Atau jari-jari orbit Bohr yang pertama adalah
r0=0,53×10−8cm (3.8)
Energi kinetik elektron yang bergerak dalam salah satu orbit adalah
E kin=12
m v2=kz e2
2 r(3.8)
Energi potensialnya adalah
Epot=−kz e2
r(3.9)
Dengan demikian energi totalnya adalah
Etot=kz e1
2 r−k
z e2
r=-k
ze2
2 r
= −k
z e2
2( n2ℏ2
me2 zk ) ¿−me4 z2k 4
2n2ℏ2 (3.10)
Energi total mempunyai harga negatip, karena tingkat patokan energi potensial diambil
dengan jarak elektron dari inti adalah tak hingga. Energi atom terkecil bila elektronnya
beredar dalam orbit dengan n = 1, dalam hal ini Etotal mempunyai harga negatip yang paling
besar.
Etotal=−R1
n2 (3.11)
Dengan R=m e4 z2 k2
2ℏ2 =2,179350×10−18 J (3.12)
Jika elektron berpindah dari orbit awal (energi Ei) ke orbit akhir (energi Ef), maka selisih
energi yang besarnya Ei−Ef dapat disamakan dengan energi h ν dari foton yang diemisikan.
Ei−Ef =hν=−R( 1ni
2 −1nf
2 ) (3.13)
Ei adalah energi total pada orbit mula-mula dan Ef adalah energy total pada orbit akhir.
Sebagai gambaran, missal E1, E2,
Gambar 3.7. Radiasi cahaya dari atom hidrogen menurut theori kuantum Bohr
Frekuensi deret Lyman
ν=Rh ( 1
12 −1
n2 ), dengan n = 2, 3, 4, .................... (3.14)
Frekuensi deret Balmer
ν=Rh ( 1
22 −1
n2 ), dengan n = 3, 4, 5,...................... (3.15)
Frekuensi deret Paschen
ν=Rh ( 1
32 −1
n2 ), dengan n = 4, 5, 6, .................... (3.16)
Frekuensi deret Brackett
ν=Rh ( 1
42 −1
n2 ), dengan n = 5, 6, 7,. ..................... (3.17)
Frekuensi deret Pfun
ν=Rh ( 1
52 −1
n2 ), dengan n = 6, 7, 8, ..................... (3.18).
Gambar 3.8. Transisi bilangan kuantum utama akan memunculkan pancaran cahaya atau foton dengan frekuensi yang berbeda
Gambar 3.9. Diagram aras energy atom hydrogen. Transisi electron menunjukkan transisi elektron
Gambar 3.10. Spektrum atom hydrogen. (a) Deret Balmer. (b) Deret Lyman
Contoh 3.3
(a) Tentukan frekuensi dan panjang gelombang dari spectrum garis yang dipancarkan
oleh electron hydrogen model Bohr dari tingkat eksitasi ke empat ke tingkat
eksitasi ke tiga !
(b) Termasuk deret apakah spectrum yang terjadi?
Penyelesaian
(a) Menurut model Bohr untuk hydrogen
ν=Rh ( 1
32 −1
42 ) ν= 2,179350× 10−18 J
6,62620x 10−34 Js ( 7144 )=0,015988× 1016
Sedangkan panjang gelombangnya adalah
λ= cν= 3×108
0,015988 ×1016 =187,6×10−8m
(b) Spektrum ini merupakan anggota deret Paschen
3.3. GELOMBANG BERDIRI DAN KUANTISASI ENERGI
Dari Sub Bab 3.2 dapat dikatakan bahwa fisika klasik tidak sesuai dengan
kemantatapan hydrogen yang teramati. Elektron dalam atom ini diharuskan berputar
mengelilingi inti untuk mempertahankan diri supaya tidak tertarik ke dalam inti, tetapi
electron itu juga harus memancarkan radiasi energy elektromagnetik terus menerus. Untuk
menjawab permasalahan tersebut, marilah kita memeriksa kelakuan electron dalam orbit
sekitar inti hydrogen.
Elektron yang bergerak disekitar inti atom mempunyai kecepatan tertentu, sehingga
gerakan elektron ini merupakan gelombang yang sesuai dengan rumusan de Broglie. Panjang
gelombang de Broglie untuk electron ini adalah
λ=h
mv(3.18)
dengan v adalah kelajuan elektron yang dapat ditentukan bersadarkan persamaan (3.5)
mv2
r=k
Ze2
r2(3.19)
Dengan Z = 1, dan k= 14 π ε0
, ε 0 = permitivitas ruang hampa = 8,854× 10−12C2/N .m2 ,
sehingga
v=e
√4 π ε0 mr(3.20)
Dan panjang gelombangnya adalah
λ=he √ 4 π ε0 r
m (3.21)
Dengan jari-jari orbit Bohr yang pertama r = 5,3x 10-11 m, maka panjang gelombangnya
adalah
λ=33×10−11m
Kalau diperhatikan panjang gelombang ini sama dengan keliling orbit elektron
= 2r = 33 x 10-11 m
Jadi orbit elektron dalam atom hidrogen sesuai dengan satu gelombang elektron yang titik ujung dan pangkalnya dihubungkan.
Gambar 3.11. Orbit elektron dalam atom hydrogen bersesuaian dengan satu gelombang
de Broglie yang titik ujung pangkalnya dihubungkan
Jika kita anggap vibrasi sebuah sosok kawat, kita dapatkan bahwa kelilingnya tepat
sama dengan bilangan bulat kali panjang gelombang, sehingga setiap gelombang tersambung
secara malar dengan gelombang berikutnya.
Dengan menganggap kelakuan gelombang elektron dalam atom hidrogen serupa dengan
nvibrasi sosok kawat, maka dapat diambil postulat bahwa “sebuah elektron dapat
mengelilingi inti hanya dalam orbit yang mengandung bilangan bulat kali panjang gelombang
de Broglie”.
n = 1, 2, 3, ............ (3.22)
merupakan syarat kemantaban orbit.
dengan
rn = jejari orbit yang mengandung n panjang gelombang
n = bilangan bulat = bilangan kuantum
Gambar 3.12. Fibrasi sosok kawat
Jika panjang gelombang dinyatakan dalam persamaan (3.21), maka syarat kemantaban orbit
dapat dituliskan
nhe √ 4 π ε0 rn
m=2π r n
rn=n2h2 ε0
πme2 n= 1, 2, 3,............ (jejari orbit dalam atom Bohr)
Jejari orbit yang paling dalam biasa disebut jejari Bohr atom hidrogen
a0=r1=5,292×1011m=0,5292 A0
Sedangkan jejari yang lain dinyatakan dengan
rn=n2 a0
Energi elektron En dinyatakan dengan jejari orbit rn diberikan dengan persamaan…..
En=−e2
8 π ε0 rn
Atau En=−me4
8 ε 0h2 ( 1
n2 )Energi yang ditentukan oleh persamaan (…) disebut tingkat energy dari atom hydrogen,
yang digambarkan pada Gambar 3.10. Tingkat energy ini semuanya negative, hal ini
menyatakan bahwa electron tidak memiliki energy yang cukup untuk melepaskan diri dari
atom. Tingkat energy yang terendah E1 disebut keadaan dasar dari atom itu, dan tingkat
energy yang lebih tinggi E2, E3, E4, …….disebut keadaan eksitasi. Ketika bilangan kuantum n
bertambah, energy En yang bersesuaian mendekati nol; dalam limit n = ∞, E∞= 0 dan
elektronnya tidak lagi terikat pada inti untuk membentuk atom.
Gambar 3.13. Tingkat energy atom hidrogen
Contoh 3.4
3.4. LASER
Pengertian secara umum tentang Laser adalah suatu berkas cahaya yang sangat sempit,
hanya terdiri dari satu warna dengan intensitas yang sangat kuat. Warna cahaya tergantung
pada jenis Laser. Kata Laser sendiri adalah berupa singkatan dari “ Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation”, yang artinya : Penguatan cahaya dengan penguatan
100% 90-99%
Laser
radiasi. Pada awalnya sinar Laser seperti sinar biasa dalam lampu tabung, kemudian salah
satu atau lebih cahaya dengan panjang gelombang tertentu, intensitasnya diperkuat dengan
cara pantulan cahaya dan rangsangan berulang-ulang hingga diperoleh cahaya yang koheren
dengan intensitas yang kuat.
Cahaya Laser bersifat koheren, mempunyai panjang gelombang yang sama dengan fase
yang sama. Cahaya koheren ini dihasilkan dari pantulan yang berulang-ulang oleh dua cermin
yang dipasang pada ujung tabung Laser. Jika panjang tabung Laser adalah d. Pada kedua
ujungnya dipasang cermin pemantul. Cermin kiri mempunyai koefisien pantul tinggi
mendekati 100% , sedang cermin yang lain sekitar 90-99%.
Gambar 3.14. Penguatan intensitas cahaya dengan cara pantulan berulang
Pantulan berulang tersebut dapat menimbulkan gelombang cahaya berdiri antara dua
cermin. Bila jarak antaranya merupakan kelipatan bilangan bulat dari ½ , seperti pada
gelombang tali yang ujung-ujungnya di klem, sehingga ujung-ujungnya menjadi simpul.
Dengan demikian dapat dituliskan
d
Kualitas sinar Laser dikaitkan dengan sifat-sifat fisisnya antara lain :
1.Monokhromatik. Sinar Laser yang monokhromatik berarti hanya memiliki satu
panjang gelombang tunggal, tetapi pada umumnya sumber Laser memiliki lebih dari
satu panjang gelombang, serta ada pelebaran panjang gelombang.
2.Koheren. Jika pengaturan jarak d sempurna, akan diperoleh sinar Laser yang koheren
dengan intensitas yang optimum.
3.Pengarahan berkas. Arah berkas yang mendekati sejajar, merupakan karakter dari
sinar Laser. Jika arah berkas memencar, intensitasnya akan cepat berkurang terhadap
jarak
4.Daya sinar. Daya sinar Laser yang tinggi dapat menimbulkan panas yang tinggi,
dengan jarak jangkau yang jauh. Daya Laser bergantung pada jenis Laser, penyedia
daya listrik dan geometri tabung Laser.
Pada pembentukan sinar Laser, rangsangan cahaya dilakukan dua kali, pertama
rangsangan untuk menaikkan aras tenaga (level energy) pada sasaran bahan Laser, yang
diberi istilah pemompaan (pumping). Kedua, rangsangan oleh cahaya Laser untuk
1
Sinar Laser3
2
4
Rangsangan (pemompaan)
memperkuat intensitasnya. Proses rangsangan ini dapat digambarkan dalam skema aras
tenaga pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15. Skema aras tenaga pada pembentukan sinar Laser
Rangsangan pertama terhadap sasaran dengan cara radiasi cahaya dari luar atau dengan
tumbukan electron, akan menaikkan aras tenaganya ke aras yang lebih tinggi (aras 4). Pada
aras ini keadaannya tidak stabil, sehingga akan segera turun, tidak secara langsung, tetapi
melewati aras antara (aras 3 dan 2). Saat turun tersebut dilepaskan sinar dengan panjang
gelombang sesuai dengan jarak aras tenaganya.
E3−E2=h
cλ
Bila rangsangan berjalan terus, atau sesaat tetapi dengan intensitas besar (missal : lampu
kilat, lucutan electron oleh tegangan tinggi), jumlah sasaran (atom, molekul) yang menempati
aras tinggi menjadi besar. Sebagian turun ke aras lebih rendah dengan melepaskan sinar
Laser. Sinar laser ini mula-mula masih lemah, datang pada cermin dan akan dipantulkan
balik dan mengenai sasaran yang sedang berada di aras atas. Kejadian ini merupakan
rangsangan untuk mempercepat penurunan ke aras lebih rendah sambil melepaskan sinar
Laser.
Oleh pantulan yang berkali-kali, maka jumlah rangsangan semakin banyak, sehingga
intensitas sinar Laser semakin kuat, selanjutnya akan keluar lewat cermin yang koefisien
pantulnya lebih rendah. Dihasilkan sinar Laser yang koheren dengan panjang gelombang
Berikut akan kiata bahas beberapa jenis Laser yang sudah banyak digunakan orang.
Laser Rubi
LASER pertama yang berhasil dibuat, terbuat dari batang rubi (campuran
kristal aluminium oksida Al2O3 dengan beberapa ion Al3+ nya diganti dengan ion Kromium
Cr3+ yang menimbulkan warna merah). Sebuah ion Cr3+ memiliki tingkat meta mantab yang
umurnya sekitar 0,003 s. Cahaya dari lampu Xenon berfungsi untuk mengeksitasikan ion
Cr3+ ke tingkat energi yang lebih tinggi, yang kemudian jatuh ke tingkat meta mantab,
dengan memberikan energi kepada ion lain dalam kristal. Hasilnya adalah pulsa besar cahaya
monokhromatik koheren berwarna merah muncul dari ujung transparan sebagian, yang dibuat
pada ujung batang. Panjang gelombang yang dihasilkan 692,0 nm dan 694,3 nm.
Gambar 3.16. Laser Ruby, berupa batangan oksida alumunium, dikelilingi oleh lampu
kilat untuk rangsangan pertama
Gambar 3.17. Diagram aras energy Kristal Ruby
Gambar 3.18. Rangsangan koheren dari gelombang cahaya pada Laser zat padat
seperti kristal Ruby. Pantulan pada ujung-ujung batang membentuk gelombang berdiri
Atom He tumbukan
Keadaan meta mantab
Transisi tanpa radiasi
Emisi spontan
Transisi Laser 6328 0A
18,70eV
20,66eV
Keadaan dasar
Atom Ne
Laser He-Ne
Campuran gas yang terdiri dari tujuh bagian Helium dan satu bagian Neon pada
tekanan rendah (~ 1 mm Hg) diisikan kedalam tabung gelas yang memiliki cermin sejajar.
Jarak antara kedua cermin sama dengan bilangan bulat kali ½ L cahaya Laser.
Pelucutan listrik ditimbulkan dalam gas dengan cara memasang elektroda di luar
tabung. Tumbukan dengan elektron yang ditimbulkan oleh pelucutan mengeksitasi atom He
dan Ne kekeadaan metamantab 20,61 eV dan 20,66 eV di atas keadaan dasar. Beberapa atom
He yang tereksitasi mentransfer energinya ke keadaan dasar atom Ne dalam tumbukan
dengan penambahan energi 0,05 eV diambil dari energi kinetik atom. Jadi adanya atom He
menolong terjadinya populasi inversi dalam atom Ne.
Transisi laser dalam Ne adalah dari keadaan metamantab 20,66 eV ke keadaan eksitasi 18,70
eV, dengan memancarkan foton 6,328 0A. Keadaan foton lain terpancar secara spontan ke
keadaan metamantab yang lebih rendah, transisi ini menghasilkan cahaya tak koheren
(cahaya dengan panjang gelombang ini harus diserap)
Tumbukan
elektron
20,61eV
Gambar 3.19a. Diagram aras energy Helium dan Neon dalam Laser gas He-Ne
Gambar 3.19b. Diagram aras energy Helium dan Neon dalam Laser gas He-Ne
SOAL-SOAL
1.Suatu benda hitam memancarkan panas spectral emitance maksimum terletrak pada
panjang gelombang 800 nm, bila luas permukaan benda tersebut 100 cm2 , berapa
panas yang diberikan untuk mempertahankan temperaturnya, jika benda tersebut
dilingkungi oleh dinding yang tebal bersuhu 300 K. Abaikan konduksi panas.
2.Angka pancaran suatu bola lampu mendekati 0,35. Bola lampu tersebut berjari-jari 1
cm dan terletak didalam ruang yang besar bersuhu 300 K (tetap). Berapa panas yang
diserap dinding ruang tersebut bila suhu bola lampu 3000 K
3.Hitunglah panjang gelombang terpanjang dan terpendek pada deret Lymann, Brachet
dan Paschen dari atom hydrogen
4.Hitunglah panjang gelombang garis (a) kelima, (b) kesepuluh dan (c) kelimabelas dari
deret Balmer atom hidrogen