Nama : Dhien Kusuma Wardani

Nrp : 2411100072

Tugas Teknik Optik ke-4

Kaidah Seleksi dan Laser

Tugas yang ke empat ini akan membahas mengenai kaidah transisi electron dan laser.

Apabila kita mengulas kembali tentang kaidah seleksi (selection rule) pasti kita akan ingat

pelajaran kimia maupun mekanika kuantum. Di teknik fisika sendiri mekanika kuantum semester

lalu dipelajari pada mata kuliah fisika bahan di sub bab pengantar mekanika kuantum. Yang

banyak saya pelajari mengenai kaidah seleksi pada mata kuliah kimia dasar yang erat kaitannya

dengan bilangan kuantum.

Kaidah seleksi menyatakan bahwa transisi yang diizinkan terjadi di dalam sebuah atom

harus memenuhi syarat-syarat ∆l = + 1 dan ∆m= 0, + 1, dimana l adalah bilangan kuantum orbit

dan j adalah momentum sudut total. Dari mekanika kuantum kita mengetahui bahwa hubungan

antara bilangan kuantum orbit (l ) dengan bilangan kuantum utama (n) dinyatakan oleh hubungan

berikut :

l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, ............., (n-1).

Contoh: untuk n = 4, nilai-nilai l yang mungkin adalah 0, 1, 2, dan 3.

Kenapa kaidah seleksi ini perlu kita pelajari? Sebab pada pelajaran Teknik opttik

ini kita mempelajari tentang laser yang pada dasarnya bekerja dengan prinsip

perpindahan electron. Electron mempunyai bebrapa tingkatan energy yang ada aturannya saat

ia mengalami transisi. Dengan tersedianya banyak tingkat energi dalam satu atom, maka

dimungkinkan terjadinya transisi (perpindahan) elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi

yang lain, jika keadaan memungkinkan. Dalam meninjau transisi (perpindahan status) elektron,

perlu diperhatikan kenyataan bahwa setiap tingkat energi memiliki beberapa status momentum.

Transisi elektron ini diikuti dengan emisi ataupun absorbsi photon, tergantung dari apakah

elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah atau

sebaliknya. Photon yang di-emisi-kan ataupun yang di-absorbsi dalam proses transisi ini juga

memiliki momentum. Karena dalam proses transisi elektron prinsip konservasi momentum tetap

harus dipenuhi, maka terdapat kaidah transisi. Untuk gerakan yang dipengaruhi gaya sentral,

kaidah seleksi transisi elektron adalah

Gambar 1. Bagan transisi eksitasi yang diizinkan oleh kaidah seleksi ∆l = + 1 dan ∆m = 0,

+ 1. Setiap baris dalam tabel sebelah kanan bersesuaian dengan setiap tingkat energi dalam

bagan di sebelah kanan.

Gambar 2. Nama sub-kulit

LASER

       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.

      Prinsip yang melandasi mekanisme kerja laser dapat ditelusuri lebih lanjut dengan menelaah

sifat elektron yang berada di dalam atom. Mekanisme laser melibatkan tiga proses dasar interaksi

radiasi dengan materi, yaitu serapan, emisi spontan, dan emisi terstimulasi.

Prinsip Kerja Laser

Laser dihasilkan dari proses relaksasi elektron. Pada saat proses ini maka sejumlah foton

akan di lepaskan berbeda sengan cahaya senter emisi pada laser terjadi dengan teratur sedangkan

pada lampu senter emisi terjadi secara acak. Pada laser emisi akan menghasilkan cahaya yang

memiliki panjang gelombang tertentu. berbeda dengan lampu senter emisi akan mengasilkan

cahaya dengan banyak panjang gelombang. proses yang terjadi adalah elektron pada keadaan

ground state (pada pita valensi) mendapat energi kemudian statusnya naik menuju pita konduksi

( keadaan eksitasi) kemudian elektron tersebut kembali ke keadaan awal (ground state) diikuti

dengan beberapa foton yang terlepas kemudian agar energi yang dibawa cukup besar maka

dibutuhkan sebuah resonator resonator ini dapat berupa lensa atau cermin yang sering digunakan

adalah lensa dan cermin. ketika di dalam resonator maka foton-foton tersebut akan saling

memantul terhadap dinding resonator sehingga cukup kuat untuk meninggalkan resonator

tersebut.

Berdasarkan transisi elektron laser ada beberapa jenis, yaitu laser 3 tingkat, 2 tingkat, dan

4 tingkat.

Gambar. diagram tingkat energy laser 3 tingkat

Gambar. Laser 4 Tingkat

Jadi proses pemompaan oleh cahaya (pump light) dapat meningkatkan posisi dari keadaaan

E1 menuju keadaan E3. Lampu yang biasa digunakan untuk memompa menjadi kedaan tersebut

biasanya adalah lampu xenon, lampu krypton, lampu merkuri atau lampu tungsten.

Sebagian besar dari atom mentrasisikan energinya menuju level E2 dengan sangat singkat atau

sangat cepat tanpa mengeluarkan radiasi yang berupa foton. Energi transisi tersebut dirubah

dalam bentuk vibrasi dalam kristal atau (lattice). Akhirnya electron akan turun ke posisi ground

state dengan meradiasikan foton. Namun demikian foton yang diradiasikan belum tentu keluar

sebagai laser. Karena dalam laser proses pemompaan intensitas foton tersebut harus melebihi

nilai tertentu atau melebihi nilai threshold tertentu. Jika intensitas dari pemompaan (intensity

pumping) belum sampai pada thresholdnya maka dari posisi 2 akan secara dominant turun ke

posisi ground sebagai emisi spontan bukan emisi terstimulasi. Jika intensitas dari pemompaan

sudah melebihi batas threshold maka selain terjadi emisi spontan juga terjadi emisi terstimulasi.

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:

1. 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’.

2. 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’.

3. Laser-laser jenis lainnya, seperti laser kristal fotonik, laser semikonduktor, laser dye, lser

elektron bebas, dan lainnya.

Aplikasi Laser

Laser memiliki fungsi dan penerapan di banyak bidang yaitu :

Sains dan Industri

1. Spektroskopi: Sifat sinar laser yang sangat terkonsentrasi menjadikan hasil spektroskopi

laser akurat

2. Penentuan jarak antara Bumi dan Bulan, dengan memancarkan sinar laser ke Bulan dan

mengukur waktu yang dibutuhkan bagi sinar itu untuk kembali ke Bumi

3. 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.

4. Fotokimia: penggunaan pulsa sinar laser mengizinkan pengamatan proses suatu reaksi

dengan resolusi yang amat tinggi

5. 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:

1. 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.

2. 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

1. Cosmetic surgery, seperti penghapusan tato, penghilangan stretch mark atau bekas luka,

tanda lahir, keriput, dan bercak. Bahkan, laser bisa eniadakan bulu/rambut dengan lebih

efektif dan untuk jangka waktu lebih lama.

2. Kedokteran gigi juga memanfaatkan laser untuk berbagai hal, seperti pemutihan gigi dan

pembedahan mulut

3. 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

4. Pembedahan lainnya yang memanfaatkan laser sebagai “pisau bedah” (laser scalpel) demi

presisi lebih tinggi ketimbang pisau bedah biasa

5. 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