sifat dan karakteristik optika laser dioda sebagai piranti opto-elektronika

7/26/2019 Sifat Dan Karakteristik Optika Laser Dioda Sebagai Piranti Opto-Elektronika

1/7

SIFAT DAN KARAKTERISTIK OPTIKA LASER DIODA

SEBAGAI PIRANTI OPTO-ELEKTRONIKA

Wijaya Widjanarka N

Fakultas Teknik Informatika, STMIK Bina Patria Magelang,E-mail:[email protected]

AbstraksiTeori tentang laser pertama kali dikemukakan oleh Albert Einstein pada

tahun 1917 dan diciptakan pertama kali oleh Theodore. H. Maiman pada tahun 1960.

Penemuan Laser didasari oleh teori-teori fisika kuantum, tetapi penelitian tentangsifat dan karakteristik optika laser, khususnya laser dioda jarang dilakukan,

sehingga acuan untuk mengembangkan dan menerapkan sangat sukar diperoleh.

Metode penelitian yang digunakan eksperimental (percobaan), yaitu

dilakukan dengan mengubah variabel dan mengukur besaran tegangan, arus, kuat

cahaya (flux) dan temperatur dari komponen laser dioda. Analisa datanya dengan

teknik pencuplikan (sampling).

Laser memiliki sifat koherant, yaitu seperti perambatan cahaya yang sejajar,

masif, warna tunggal (monochromatic), yang berbeda dengan cahaya pijar berwarna

putih (polychromatic) yang biasa dikenal sehari-hari yang berasal dari matahari, api,

lampu dan sebagainya.

Selain itu, berdasarkan hasil percobaan, laser dioda memiliki tahapan karakteristikperubahanVolt-Amperyang disebut fase laser. Ada 3 fase yang berhasil dibuktikan,

yaitu fase emisi spontan (spontaneous emission), fase peralihan (transition), fase

emisi terangsang (stimulated emmission) dan satu sifat yang ditemukan, yaitu

karakteristik daya, kuat cahaya (flux) terhadap temperatur (Endel Uiga, 1995).

Data dan variabel yang dihasilkan dapat menjadi acuan, studi bagi penelitian tentang

laser dan penerapannya.

Kata kunci (keywords) : Laser dioda memiliki sifat koherant, 3 fase laser,

karakteristikVolt-Amper, temperatur, fluxcahaya.
mailto:[email protected]:[email protected]


2/7

1. Pendahuluan

1.1. Latar Belakang

Cahaya LASER yang dihasilkan memiliki sifat yang padat dan sejajar

(coherent) dan spektrum warna yang tunggal (monocromatic).

Penelitian dalam bidang optoelektronika ini, bertujuan untuk membuktikan teori

LASER. Dengan melakukan berbagai percobaan dan pengujian pada berbagai

kondisi, laser dioda dapat diketahui sifat dan karakteristiknya.

Metode penelitian menggunakan metode eksperimental. Sifat karakteristik

yang diteliti karakteristik arus dan tegangan, daya yang dikonsumsi terhadap suhu,

dan intensitas cahaya yang dihasilkan.

Laser dioda yang akan diteliti memiliki spektrum inframerah, yaitu panjang

gelombang; 630 hingga 680 nm dengan daya keluaran 0.5 mili Watt, dengan lensa

kolimator terpasang (built-up). Steradian. (Sterance) berkas sinar laser.

Hasilnya akan dijadikan dasar untuk merancang peralatan optoelektronik,

yang digunaakan pada berbagai aplikasi.

Metode penelitian yang digunakan oleh penulis dalam pembuatan skripsi

adalah metode eksperimental (percobaan). Dilakukan dengan metode mengukur

tegangan, arus, kuat cahaya (flux) dan temperatur. Analisa datanya denganmetode

samping.

Langkah-langkah dalam melakukan penelitian berupa: menemukan masalah dan

survei, merumuskan masalah, membuat rancangan sistem (program), analisa dan uji

hasil dan evaluasi.

LASER memiliki sifat koherant, yaitu seperti perambatan cahaya yang

sejajar, masif, warna tunggal (monocromatic), yang berbeda dengan cahayapendar polikromatik yang biasa dikenal sehari-hari yang berasal dari matahari, api,

lampu dan sebagainya (Endel Uiga, 1995).

Selain itu, berdasarkan hasil percobaan, LASER memiliki tahapan karakteristik

Volt-Amper yang disebut fase. Ada 3 fase yang berhasil dibuktikan, yaitu fase emisi

spontan (spontaneous emission), fase peralihan, fase emisi terangsang (stimulated

emmission) dan satu sifat yang ditemukan, yaitu karakteristik daya, kuat cahaya

(flux) terhadap temperatur.


3/7

Data dan variabel yang dihasilkan dapat menjadi acuan, studi bagi penelitian tentang

LASER dan penerapannya.

2. Metode Penelitian

2.1 Metode Penelitian

Dalam penelitian ini yang digunakan adalah metode eksperimental. Teknik

pengambilan datanya adalah teknik sampling atau pencuplikan. Variabel yang

diteliti adalah, tegangan, arus, suhu dan kuat cahaya fluks.

2.2 Bahan Dan Alat

Dioda LED Clear (Jernih) dan Blured (keruh), Dioda LASER 5 mW, Digital

Multimeter, Fluxmeter, Thermometer, Statip, penggaris, pengaris sudut, kertas

milimeter, Resiator variabel 1 K Ohm, Resistor karbon 10 Ohm, Catu daya (Variable

Power Supply), PCB veroboard, Too1set (Too1kit).

3. Hasil Dan Pembahasan

Berikut ini hasil percobaan berupa pengukuran besarnya arus yang mengalir

pada terhadap kuat cahaya yang suhunya berbeda, yaitu suhu t = 31 C dan suhu t =

6 C.

Tabel. 1 Hasil Pengukuran Arus terhadap Kuat

Cahaya Pada Kondisi Suhu yang Berbeda

(Suhu t = 31

C dan suhu t = 6

C).

Arus(mili Amper)

Kuat Cahaya (lux)Pada t = 31 C

Kuat Cahaya (lux)Pada t = 6 C

2 1 0

2,45 1 0.1

2,7 2 0.13,7 2 0.2

6,41 3 18,57 3 211,5 5 8.7

12,08 10.5 103

14, 72 13 15918,64 266 278

21,33 660 980

24,49 774 104728,34 789 1246


4/7

Dengan daya yang sama dan prosedur percobaan yang sama, maka dapat

dibandingkan sebagai berikut:

Dibandingkan dengan Led merah jernih, cahaya LASER bersinar 160 kali lebih

terang (Led kuat cahayanya sebesar 4,3 lux, sedangkan LASER 786 lux).

Dibandingkan dengan Led merah keruh (blured), cahaya LASER bersinar 655 kali

lebih terang (Led kuat cahayanya sebesar 1,2 lux, sedangkan LASER 786 lux).

Dibandingkan dengan lampu senter yang memiliki daya 1,32 watt ( 3 V x 0,44 A =

1,32 W), cahaya LASER bersinar 15,72 kali lebih terang (lampu senter kuat cahaya

50 lux, sedangkan LASER 786 lux).

Hasil percobaan membuktikan, bahwa lampu senter yang memiliki daya 1,32

W, dengan jarak ukur 1 cm dari Fluxmeter, setara dengan lampu neon 20 W

(Chiyoda 20 W/220 V), dengan jarak 2 meter dari Fluxmeter.

Pada suhu yang didinginkan (t = 6 C), ternyata intensitas sinar LASER

bertambah kuat atau besar. Dalam percobaan mengalami pertambahan sebesar 1,58

kali dari suhu ruang, sedangkan arusnya sedikit menyusut.

Bertambah kuat cahayanya sebesar 63% ((1786/1246) x 100% = 63%) pada daya

yang sama.

Berikut ini pembahasan hasil pengukuran percobaan yang dilakukan pada

suhu suhu t = 31 C:

Fase 1, terjadi proses emisi spontan (spontaneous emission). Arus sebesar 2 mA

hingga 11,72 mA, cahaya yang dipancarkan sebesar1 lux hingga 5 lux. Pada fase ini

sifat LASER mirip dengan LED.

Fase 2, arus ambang (threshold current). Arus sebesar 12,08 mA hingga 14,72 mA,

cahaya yang dipancarkan sebesar 10,5 lux hingga 13 lux. Pada fase ini sifat LASERmengalami proses peralihan, perubahan terjadi secara tiba-tiba dari intensitas cahaya

yang rendah menjadi terang sekali.

Fase 3, emisi terangsang (stimulated emission). Arus sebesar 18,64 mA hingga

28,34 mA, cahaya yang dipancarkan sebesar 266 lux hingga 786 lux. Pada fase ini

sifat LASER mengalami proses koherant, artinya berkas cahaya terlihat masif,

paralel, dan monochromatik. Berkas cahayanya terlihat, meskipun tanpa kabut.


5/7

Berikut ini pembahasan hasil pengukuran percobaan yang dilakukan pada

suhu suhu t = 6 C :

Fase 1, terjadi proses emisi spontan (spontaneous emission). Arus sebesar 2 mA

hingga 8,57 mA, cahaya yang dipancarkan sebesar 0 lux hingga 2 lux.

Fase 2, arus ambang (threshold current). Arus sebesar 11,5 mA, cahaya yang

dipancarkan sebesar 8,7 lux hingga 10,5 lux.

Fase 3, emisi terangsang (stimulated emission). Arus sebesar 12,08 mA hingga

28,34 mA, cahaya yang dipancarkan sebesar 103 lux hingga 1246 lux. (Milonni, JH.

Eberly, 1991, "LASER" John Willey & Son.

Berkas LASER dalam merambat di udara tetap mengikuti prinsip cahaya atau

hukum Snellius, yaitu cahaya dapat dipantulkan, dibias dan dibelokan (Endel Uiga,

1995).

Gambar 1. Laser Dioda yang digunakan penelitian ini.

Berdasarkan percobaan, konstanta penyebaran cahaya (divergensi) sebesar 0,00005

radian atau 0,05 mrad), atau juga dikatakan besarnya sudut penyebaran 0,0286 .

Pada konstanta ini, berkas LASER yang semula ukurannya 3 mm akan menyebar

menjadi 5 mm setelah menempuh jarak 10 meter.


6/7

10 meter

= 3 mm Q = 5 mm

Gambar 2. Berdasarkan percobaan, konstanta penyebaran cahaya

(divergensi) sebesar 0,00005 radian atau 0,05 mrad),

atau juga dikatakan besarnya sudut penyebaran

0,0286 . Pada konstanta ini, berkas LASER yang

semula ukurannya 3 mm akan menyebar menjadi 5

mm setelah menempuh jarak 10 meter.

4. KesimpulanDengan daya yang sama dan prosedur percobaan yang sama, maka dapat

dibandingkan sebagai berikut:

4.1 Dibandingkan dengan Led merah jernih, cahaya LASER bersinar 160 kali lebih

terang, dan dengan Led merah keruh (blured), cahaya LASER bersinar 655 kali

lebih terang.

4.2 Dibandingkan dengan lampu senter yang memiliki daya 1,32 watt, cahaya

LASER bersinar 15,72 kali lebih terang.

4.3 Pada suhu yang didinginkan ternyata intensitas sinar LASER bertambah kuat

atau besar. Dalam percobaan mengalami pertambahan sebesar 1,58 kali dari

suhu ruang, sedangkan arusnya sedikit menyusut.

4.4 Bertambah kuat cahayanya sebesar 63% ((1786/1246) x 100% = 63%) pada

daya yang sama.

4.5 Pada Fase 1, emisi spontan (spontaneous emission), arus sebesar 2 mA hingga

11,72 mA, cahaya yang dipancarkan sebesar1 lux hingga 5 lux. Fase 2, arus


7/7

ambang (threshold current), arus sebesar 12,08 mA hingga 14,72 mA, cahaya

yang dipancarkan sebesar 10,5 lux hingga 13 lux. Fase 3, emisi terangsang

(stimulated emission) proses koherant, arus sebesar 18,64 mA hingga 28,34

mA, cahaya yang dipancarkan sebesar 266 lux hingga 786 lux. Fase 3, emisi

terangsang (stimulated emission). Arus sebesar 12,08 mA hingga 28,34 mA,

cahaya yang dipancarkan sebesar 103 lux hingga 1246 lux.

4.6 Berkas LASER dalam merambat di udara tetap mengikuti prinsip cahaya atau

hukum Snellius, yaitu cahaya dapat dipantulkan, dibias dan dibelokan.

Berdasarkan percobaan, konstanta penyebaran cahaya (divergensi) sebesar

0,00005 radian atau 0,05 mrad), atau juga dikatakan besarnya sudut penyebaran

0,0286 . Pada konstanta ini, berkas LASER yang semula ukurannya 3 mm akan

menyebar menjadi 5 mm setelah menempuh jarak 10 meter.

Daftar Pustaka

Albert Paul Malvino, 1986, "Prinsip-prinsip Elektronika" , Mc Graw Hill, NY.

Endel Uiga, 1995, "Optolectronjcs", Prentice Hall International, Inc.Hewleet Packard, 1981, "Optolectronics / Fiber-optics Applications Manual," 2nd

Edition, Hewlett Packard Company.

J. Wilson, J.F.B. Hawkes, 1989 "Optolectronics: An Introduction", Prentice Hall.

Lawrence H. Van Vlack, 1992, "llmu dan teknologi bahan", Mc. Graw Hill, NY.

PW. Milonni, JH. Eberly, 1991, "LASER" John Willey & Son.

Sutrisno, 1980, "FISIKA UNIVERSITAS : OPTIK", Penerbit ITB, Bandung.

Wijaya Widjanarka. N, 2000, "Sifat-sifat Optika Laser Dioda Sebagai Piranti Opto -

Elektronika dan Aplikasinya", Laporan Hasil Penelitian Dosen (tidak

dipublikasikan), Universitas Muria Kudus.

www.diodelaser.com, http://diodelaserconcepts.com/resource-library/literature/

diode-laser-module-design-guide.html(download: 25 september 2013).
http://www.diodelaser.com/http://www.diodelaser.com/http://diodelaserconcepts.com/resource-library/literature/%20diode-laser-module-design-guide.htmlhttp://diodelaserconcepts.com/resource-library/literature/%20diode-laser-module-design-guide.htmlhttp://diodelaserconcepts.com/resource-library/literature/%20diode-laser-module-design-guide.htmlhttp://diodelaserconcepts.com/resource-library/literature/%20diode-laser-module-design-guide.htmlhttp://www.diodelaser.com/

sifat dan karakteristik optika laser dioda sebagai piranti opto-elektronika

Documents