ABDUL RAHMAN ALI RAPSANJANI AGUNG GUNTORO TEDY KOMALA ATMAMU ROWBAYAT LASER ABDUL RAHMAN ALI RAPSANJANI AGUNG GUNTORO TEDY KOMALA ATMAMU ROWBAYAT

Laser dan sinar laser LASER adalah suatu singkatan dari Light Amplification for Simulated Emission of Radiation Laser adalah suatu alat yang dapat menghasilkan suatu yang kuat, yang dipusatkan, dan rentetan sederet berkas cahaya yang paralel Suatu laser dengan garis tengah 10 cm tidak lebih besar daripada 5 km permukaan bulan, 384,000 km. Menurut sejarah, laser adalah perkembangan maser(alat pengukur elektro magnet), suatu serupa alat menggunakan gelombang mikro sebagai ganti cahaya tampak. Lebih dulu maser(alat pengukur elektromagnet) sukses telah dibangun oleh C. H. Townes dan dibangun antara tahun 1951 dan 1954.

Di tahun1958, A. H. Schawlow dan C. H Di tahun1958, A. H. Schawlow dan C. H. Twones memasang permanen prinsip maser(alat pengukur elektro magnet) yang berhubung dengan mata, atau laser dan di tahun 1960, laser pertama telah dibangun oleh T. H. Maiman di Hughes Aircraft Company Laboratories . Dalam kaitan dengan seperti itu aplikasi laser yang tersebar luas dalam semua bidang Ilmu pengetahuan dan Rancang-merancang, riset yang luas telah dilakukan.

Prinsip penggunaan laser Di tahun 1905, Einstein mengusulkan konsep satuan energi dalam cahaya untuk membantu menjelaskan efek yang photoelectric. Di tahun 1917, ia berhasil menurunkan hukum radiasi Planck dengan menganggap bahwa energi di dalam foton terkuantisasi. Untuk memahami operasi suatu laser, kita harus mengenal dengan proses yang menggambarkan penyerapan dan emisi pancaran radiasi atom

Penyerapan Pertimbangkan sistem atomis di dalam yang lebih rendah untuk dua kemungkinan tentang energi E1 dan E2. Gambar 43: stimulus penyerapan foton. Titik menggambarkan elktron. Satu elktron ditransfer dari keadaan dasar untuk keluar ketika atom menyerap energi foton a hf = E2-E1

Jika suatu foton dengan frekuensi f( dari hf = E2-E1) mendekati atom, itu akan berinteraksi dengan atom. Foton akan lenyap dan sistem atom akan bergerak kekeadaan energi atasnya. Proses ini disebut stimulus penyerapan. Kemungkinan untuk penyerapan terjadi adalah sebanding kepada energi pada tiap unit frekwensi di dalam bidang radiasi u(f) dan jumlah transisi unit per waktu per atom adalah N12=B12u(f) B12 Disebut Einstein’s Coefficient of Absorption (kemungkinan penyerapan)

Pancaran Spontan Dalam keadaan diatas stabil dan didalam ketidak hadiran foton, yang terisolasi sistem atom akan berpindah pada keadaan dengan energi yang lebih rendah suatu waktu τ (umumnya 10-8 s). Gambar 44: Secara spontan emisi/ pancaran suatu foton dalam suatu atom itu pada awalnya di dalam E2. Ketika atom jatuh untuk keadaan dasar, itu memancarkan a foton energi hf= E2– E1.

Di dalam proses ini, itu memancarkan suatu foton energi hf(= E2- E1). Proses ini disebut emisi/ pancaran secara spontan, tidak ada emisi yang keluar dari proses itu. Laju emisi secara spontan ditandai oleh koefisien A21 ( Transisi/Unit Waktu) yang disebut Einstein’S Koefisien Emisi Secara spontan ( Kemungkinan pancaran Secara spontan). N21=n(E21)A21 Waktu Hidup Emisi yang secara spontan t (time/transisi) adalah t = 1/ A21 Cahaya dari lampu yang menyala menghasilkan emisi spontan-foton dihasilakan total tidak terikat satu dengan yang lain( berbeda arah dan tahapan) dan hal itu disebut koheren yang rendah.

Stimulus Pancaran Pertimbangkan sistem atomis yang dalam bagian atasnya (sangat stabil) dihadapan suatu bidang radiasi berfrekuensi f seperti hf = E2-E1 Gambar 45: stimulus pancaran tentang suatu foton datang dengan energi hf. Yang]pada awalnya, atom di dalam keadaan tinggi. Suatu foton datang dan menstimulus atom untuk memancarkan per sekon suatu foton energi hf= E2– E1.

Suatu foton dapat berinteraksi dengan sistem untuk menuju kearah sistem yang lebih rendah. Foton tambahan dihasilkan. Proses ini disebut simulasi pancaran. Transisi ini adalah bergantung pada densitas radiasi u(f), dan transisi nilai per atom adalah N21=B21u(f) B21 disebut Einstein koefisien stimulus pancaran (Kemungkinan stimulus pancaran). Pancaran foton disamakan dengan ‘mencetuskan’ atau ‘stimulus’ foton-energi sama, arah, tahapan, dan saat polarisasi Dua foton ini dapat menyebabkan stimulus pancaran lain menciptakan suatu reaksi berantai dari proses serupa- pembesaran.

Kondisi-Kondisi untuk Tindakan Laser Medium Aktif Harus ada suatu yang medium aktif memancarkan radiasi di dalam daerah yang diperlukan spektrum elektromagnetik. Pembalikan Populasi Karena suatu sistem yang atomis pada keseimbangan termal, banyaknya atom yang berada dalam suatu tingkat energi E ditentukan oleh faktor yang bersifat exponen e-E/kbT di distribusi Maxwell-Boltzmann.

Perbandingan tingkatan atom pada bagian atas E2 ke E1 yang tingkatannya lebih rendah adalah n(E2)/n(E1) = e-(E2-E1)/kBT Karena E2 > E1 rasio n(E2)/n(E1) akan selalu lebih kecil didalam unit, jumlah atom lebih sedikit didalam energi yanglebih tinggi dibandingkan yang lebih rendah.

Example Taksirlah populasi relatif pada suhu kamar (300K) dimana dua buah tingkatan energi berpindah dari yang tinggi ke tingkat yang lebih rendah memancarkan radiasi tampak (550 nm) Perbedaan energi antara dua tingkatan E2 – E1 = hc/λ = (6,63 x 10-34 x 3 x 108)/ 550 x 10-9 = 3,6 x 10-19 J = 2,25 eV Dari persamaan n(E2)/n(E1) = e-(E2-E1)/kBT n(E2)/n(E1) = exp(-3,6 x 10-9)/(1,38 x 10-23 x 300)

Banyaknya atom bergerak dari E1 ke E2 per satuan waktu = n (E1) u (f) B12. Jumlah atom bergerak dari E2 ke E1 per satuan waktu oleh emisi teratur = n (E2) u (f) B21. Jumlah atom bergerak dari E2 ke E1 per satuan waktu oleh emisi spontan = n (E2) A21. Dapat ditunjukkan bahwa pada kesetimbangan termal, ada probabilitas yang sama dari (penyerapan) ke atas atau ke bawah (emisi terstimulasi) transisi atom yaitu B12 = B21. Dalam keadaan normal, karena jumlah atom yang besar dalam keadaan energi yang lebih rendah, penyerapan lebih dominan

Jika seseorang dapat membalikkan situasi sehingga ada atom lebih dalam keadaan tereksitasi dibandingkan di tingkatan yang lebih rendah, kondisi yang disebut inversi populasi terjadi pembesaran foton dapat dihasilkan. Proses membuat inversi populasi disebut pemompaan dimana atom pada keadaan dasar memiliki energi untuk ketingkat atas. Pemompaan menghasilkan situasi kesetimbangan non-termal. Hal ini dapat dilakukan secara optik dengan menciptakan intens, terus menerus sumber cahaya di sekitar bahan penguat, atau elektrik dengan debit gas

Pantulan Optik Sejak emisi terstimulasi tergantung pada densitas kejadian u foton (f), adalah penting untuk mempertahankan foton tinggi kerapatan dalam medium yang aktif. Di keuntungan per satuan panjang medium yang paling aktif sangat kecil sehingga sangat sedikit hasil pembesaran cahaya dari satu lewatan. Pembesaran hanya akan substansial ketika sebagian besar foton yang dihasilkan dalam medium yang aktif diberi umpan kembali ke tengah melalui dua cermin yang sangat reflektif yang merupakan rongga resonan optik.

Gambar 46: Skema diagram desain laser Gambar 46: Skema diagram desain laser. Tabung berisi atom yang mermpunyai keaktif sedang. Sebuah sumber energi dari luar "pompa" atom ke keadaan tereksitasi. akhir cermin paralel membatasi foton untuk tabung, tetapi cermin sedikit transparan Salah satu cermin yang membentuk rongga resonan optik dibuat sedikit longgar untuk memperoleh keluaran yang berguna dari medium. Kejenuhan tiba saat keuntungan yang diberikan oleh media sama persis dengan kerugian yang terjadi suatu perjalanan pulang pergi lengkap

Dua tingkatan sistem laser Sistem laser paling sederhana adalah sistem tingkat dua. Gambar 47: Sebuah sistem dua tingkat sederhana ini terdiri dari ground state (metastabil) state. Setelah atom berpindah ke tingkat atas, probabilitas stimulus penyerapan atau emisi adalah sama (B12 = B21) sehingga bahkan dengan sangat memompa intens, yang terbaik yang dapat dicapai adalah kesetaraan populasi dari dua tingkat. Sistem ini tidak efisien dan tidak memiliki sistem laser praktis

Sistem laser tiga tingkatan Secara umum, τ umur hidup rata-rata untuk emisi spontan oleh atom exicited adalah sebesar 10-8 s. Ada beberapa tingkatan, namun yang lebih lama τ(10-3 s) - metastabil state. Metastabil state memainkan peran penting dalam operasi laser. Gambar 48: Tiga dasar- tingkat skema untuk operasi laser. Metastabil state E2 memiliki populasi lebih besar daripada keadaan dasar E1

Atom dari keadaan dasar E1 yang dipompa ke exited state E3. Atom keluar cepat terhadap keadaan E2 energi (metastabil state). Jika kondisi benar, E2 dapat menjadi lebih berat populasi dari E1 inversi populasi. Sebuah foton tersesat dari energi yang tepat maka bisa memicu efek dari stimulus emisi peristiwa cahaya laser.

Sistem laser 4 tingkatan Gambar 49: Energi tingkat dari sederhana empat-tingkat sistem laser Atom yang dipompa dari keadaan E0 dasar ke excited state E3 di waktu pendek dari atom di E3 menyebabkan cepat membuat transisi awal untuk keadaan E (metastabil state).

Transisi Laser terjadi antara keadaan E2 dan E1 (AntarStatus). Seumur hidup atom pada E1 adalah singkat sedemikian sehingga E1 dengan cepat dihabiskan atom dan pembalikan populasi terjadi antara E2 dan E1. Laser ini Sistem jadilah lebih efisien dibanding sistem tiga tingkat sebab keadaan tenaga yang lebih rendah bukanlah keadaan dasar dan itu adalah mungkin untuk mempunyai situasi di mana n(E1) = 0.

soal Apa yang dimaksud dengan Laser? Jelaskan! Albert Einstein memberikan suatu konsep dasar untuk menjelaskan sinar laser yaitu efek fotoelektrik. Jelaskan konsep tersebut! Pada pertandingan bola Indonesia vs Malaysia diBukitJalil penonton Malaysia menyorot pemain Indonesia dengan sinar Laser berwarna hijau. Bisakah anda memberikan gambaran prinsip dasar alat laser yang digunakan untuk menghasilkan spektrum warna hijau dengan jarak tembak ½ lapangan sepak bola dan energi batery yang digunakan 12 volt! Bagaimana cara anda meningkatkan kinerja laser standar yang dijual bebas dipasaran!