Karakteristik Laser Nd:Yag Q-Smart 850 Dan Aplikasi Pld

KARAKTERISTIK LASER PULSA Nd:YAG Q-SMART 850 DAN

APLIKASI PLD

SKRIPSI

NOVA PRATIWI BARUS

110801009

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

KARAKTERISTIK LASER PULSA Nd:YAG Q-SMART 850 DAN APLIKASI PLD

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

NOVA PRATIWI BARUS 110801009

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2015

PERSETUJUAN

Judul : Karakteristik Laser Nd:Yag Q-Smart 850 Dan Aplikasi Pld

Kategori : Skripsi

Nama : Nova Pratiwi Barus

Nim : 110801009

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika

Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, 12 Agustus 2015

Disetujui oleh :

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing :

Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Bisman Parangin Angin,M.Eng.Sc

PERNYATAAN

KARAKTERISTIK LASER PULSA Nd:YAG Q-SMART 850 DAN APLIKASI PLD

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di dalamnya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, 12 Agustus 2015

NOVA PRATIWI BARUS 110801009

PENGHARGAAN

Kita tahu sekarang, bahwa Allah turut bekerja dalam segala sesuatu untuk mendatangkan kebaikan bagi mereka yang mengasihi Dia, yaitu bagi mereka yang

terpanggil sesuai dengan rencana Allah. (Roma 8 : 28)

Dalam penulisan Tugas Akhir penulis ini karena campur tangan Tuhan melewati banyak proses dengan banyak mendapatkan masukan, arahan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis banyak mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang terlibat didalam penulisan Tugas Akhir ini.

Ucapan Terimakasih penulis sampaikan kepada :

1. Bapak DR. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku Kepala Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Kawasan PUSPITEK Serpong , Tanggerang yang telah memberikan izin untuk melaksakan penelitian.

2. Para peneliti di LIPI Serpong, Banten, yang telah banyak membantu saya diantaranya Ibu DR. Maria M.Suliyanti, M.T yang selaku menjadi pembimbing dosen saya di LIPI selama 3 bulan penelitian. Juga kepada seluruh dosen Group Laser :Pak Isnaeni, Pak Suryadi, Bu Affi, Bu Yuli yang juga membantu penulis selama menyelesaikan penelitian penulis.

3. Bapak Prof. Masno Ginting dan Prof. Pardamean Sebayang dan seluruh staf/karyawan P2F LIPI Serpong yang tidak dapat saya sebutkan namanya satu per satu, saya mengucapkan terimakasih.

4. Bapak Dr.Bisman Perangin Angin, M.Eng,Sc selaku dosen pembimbing saya yang telah memberikan banyak masukan, waktu dan pikiran untuk membantu menyelesaikan Tugas akhir saya, saya ucapkan banyak terimakasih.

5. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang sebagai Ketua Jurusan Fisika sekaligus menjadi dosen penguji saya. Dan Bapak Dr. Nasruddin M.N, M.Eng. Sc dan Dr. Takdir Tamba, M.Eng. Sc sebagai dosen penguji yang telah memberi kritik dan saran yang membangun demi skripsi penulis. Serta seluruh dosen, staf/karyawan Departemen Fisika, saya mengucapkan terimakasih.

6. Ayah terkasih A. Barus dan Ibu tercinta D. Pardede dan Keluarga besar saya yang senantiasa mendukung dalam doa dan semangat yang sangat berpengaruh dan menolong bagi penulis disaat-saat sedih atau senang.

7. Prolix 2011 teman – teman seperjuangan selama perkuliahan yang membuat penulis banyak belajar secara akademis dan moril membangun dan membentuk karakter penulis secara pribadi dan berharap yang terbaik untuk kita semua kedepannya meraih cita – cita bersama Tuhan secara luar biasa.

8. Keluarga Jehovah Jireh (Bg Andes, Desi, Misael dan David) penolong dalam kehidupan baruku didalan Kristus melalui Kelompok Tumbuh Bersama, mendukung dan mengajar dalam penulisan skripsi ini dalam doa dan pergumulan bersama – sama.

9. Kepada adik-adik Rohani Eva, Lena, Tina dan Junita, Thesa, Sallye, Ester,Valen, Rendi, Lois, Fredi, dan Ester yang senantiasa didalam doa penulis

yang menjadi kuat, dan yakin didalam Dia ada pengharapan didalam Kristus membuat penulis tetap berkomitmen dalam kesibukan penulis untuk tetap bersama-sama kelompok kecil.

10.Kepada teman-teman sepelayanan koordinasi UP FMIPA tahun 2014 dan 2015 yang selalu menompang didalam doa dalam jarak jauh sekalipun penulis mengucapkan terimakasih, kiranya kita semua tetap setia dalam Tuhan.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari yang diharapkan dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca agar dapat menjadi acuan untuk penulisan selanjutnya. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

ABSTRAK

Dalam penelitian ini, dilakukan karakterisasi laser Nd:YAG Q-Smart 850 yaitu pengamatan spektrum panjang gelombang, pengukuran beam profile, dan pengukuran besar energy laser Nd:YAG tersebut. dan dilakukan salah satu aplikasi dari kemampuan laser ini adalah PLD (pulsed laser deposition) dengan melakukan pelapisan alumina pada plat Al dan Silicon Wafer. Pada pengamatan spektrum panjang gelombang menggunakan HR2000, pengukuran beam profile menggunakan sensor CCD dan software Laser Beam Analizer. Dengan dimulai variasi energy laser terendah maka didapati diameter dari berkas laser Nd:YAG yaitu untuk 532 nm sebesar 2,606 mm dan untuk 1064 nm ialah sebesar 2,549 mm. Juga telah dilakukan pengukuran energy laser Nd:YAG dengan menggunakan Energy Meter Coherent.Dan telah berhasil melakukan pelapisan Alumina pada plat Al dan silicon wafer melalui teknik PLD (pulsed laser position) dan dianalisis menggunakan SEM dengan perbesaran hingga 3500 kali juga dibuktikan dari hasil mapping dan point analysis.

CHARACTERISTICS OF LASER PULSE Nd:YAG Q-SMART 850 AND APPLICATION PLD

ABSTRACT

In this research, carried out the characterization of laser Nd:YAG Q-Smart 850 is the observation wavelength spectrum, measurements of beam profile, and a large measurement laser energy Nd:YAG them, and carried out one of the applications of these lasers is the ability of the PLD (pulse laser deposition) by making alumina coating on the plate AL and Silicon Wafer. In observation wavelength spectrum using HR2000, beam profile measurements using CCD sensors and software Laser Beam analyszer. By starting low laser energy variation then found the diameter of the laser beam Nd:YAG is to 532 nm at 2,606 mm and for 1064 nm is of 2,549 mm. It has also been carried out measurements of laser energy Nd:YAG using Coherent. And Energy Meter has been successfully Alumina coating on the plate Al and Silicon Wafer by techniques PLD (pulsed laser position) and analyzed using SEM with a magnification up to 3500 times os also proved from the results of mapping and point analysis.

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Pengesahan ii

Pernyataan iii

Penghargaan iv

Abstrak vi

Abstract vii

Daftar isi viii

Daftar table x

Daftar gambar xi

BAB 1 Pendahuluan

1.1Latar Belakang 1

1.2Rumusan Masalah 2

1.3Batasan Masalah 2

1.4Tujuan Penelitian 3

1.5Manfaat Penelitian 3

1.6Metode Penelitian 3

1.7Sistematika Penulisan 4

BAB 2 Tinjauan Pustaka

2.1 Spektrum Elektromagnetik 5

2.2 Laser 6

2.2.1 Proses Terjadinya Laser 6

2.2.1.1 Proses Absorbsi 6

2.2.1.2 Emisi Spontan 7

2.2.1.3 Emisi Stimulasi 8

2.2.2 Kompenen Laser 8

2.2.3 Karakteristik Sinar Laser 9

2.3 Laser Pulsa 10

2.4 Laser ND – YAG 12

2.5 PLD (Pulsed Laser Deposition) 13

2.6 Scanning Electron Microscope (SEM) 17

2.7 Laser Nd-Yag Q-Smart 850 18

2.7.1 Perangkat Sistem Laser Pulsa Nd-Yag Q-Smart 850 18 2.7.2 Sistem Pengoperasian Sistem Laser Pulsa

Nd-Yag Q-Smart 850 26

BAB 3 Metodologi Penelitian

3.1Tempat dan Waktu Penelitian 27

3.1.1 Tempat Penelitian 27

3.2Perangkat dan Prosedur Pengamatan Spektrum

Panjang Gelombag Sinar Laser 27

3.2.1 Perangkat Pengamatan Spektrum Panjang

3.2.2 Gelombang Sinar Laser 27

3.2.3 Prosedur Pengamatan Spektrum Sinar Laser 28 3.3Perangkat dan Prosedur Pengamatan Beam Profiler

Sinar Laser 29

3.3.1 Perangkat Pengamatan Spektrum Beam Profiler

Sinar Laser 29

3.3.2 Prosedur Pengamatan Beam Profil Sinar Laser 30 3.4Perangkat dan Prosedur Pengukuran Energi Laser 31 3.4.1 Perangkat Pengukuran Energi Laser 31 3.4.2 Prosedur Pengamatan Beam Profil Sinar Laser 32 3.5Perangkat dan Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis

dengan teknik Pulsed Laser Deposition (PLD) 33 3.5.1 Perangkat Pembuatan Lapisan Tipis dengan

teknik Pulsa Laser Deposition (PLD) 33 3.5.2 Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis dengan

Teknik Pulsa Laser Deposition (PLD) 36

3.6Diagram Kerja 39

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1Hasil Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser 40

4.2Hasil Pegukuran Beam Profile 41

4.3Hasil Pengukuran Energy Laser Nd-YAG 45

4.4Hasil Film Tipis 48

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan 57

5.2Saran 58

Daftar Pustaka Lampiran

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Jenis – Jenis Karakteristik Laser Pulsa 7 Tabel 4.1 Beam Profilex sinar laser pulsa Nd-YAG

Q-Smart 850 panjang gelombang 532 42 Tabel 4.2 Beam Profilex sinar laser pulsa Nd-YAG

Q-Smart 850 panjang gelombang 1064 nm 44 Tabel 4.3 Pengukuruan energi laser Nd-YAG Q-Smart 850 45 Tabel 4.4 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada Al 52 Tabel 4.5 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada silicon wafer 56

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Gelombang Elektromagnetik 5

Gambar 2.2 Proses absorbs 7

Gambar 2.3 Proses emisi spontan 7

Gambar 2.4 Proses emisi stimulasi 8

Gambar 2.5 Dasar komponen sebuah laser 9

Gambar 2.6 Empat Level secara khas sistem Neodymium 9

Gambar 2.7 Sistem PLD 13

Gambar 2.8 Proses atomik berefek ke 3 dimensi pertumbuhan pada lapisan tipis dengan teknik PLD 15

Gambar 2.9 Pergerakan dari muka plasma terhadap waktu dengan target kaca silica dan laser XeC 16

Gambar 2.10 Model pembangkitan laser-plasma dengan gelombang kejut 16

Gambar 2.11 Laser Head 18

Gambar 2.12 ICE Power Supplay 20

Gambar 2.13 Q-pad 21

Gambar 2.14 Gambar tampilan screen Q-pad 21

Gambar 3.1 Spektrometer HR 2000 Ocean Optic 28

Gambar 3.2 Diagram blok pengamatan panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart 850 28

Gambar 3.3 Filter 30

Gambar 3.4 Diagram blog pengamatan beam profilex sinar Laser 31

Gambar 3.5 Diagram blog pengukuran energy sinar Laser 32

Gambar 3.6 Chamber (9cm x 9cm x 12cm) 34

Gambar 3.7 Pirani Meter Diavac Limited PT-9P 34

Gambar 3.8 Pompa Vakum ULVAC GLD-136C 35

Gambar 3.9 Target Substrat Alumina 36

Gambar 3.10 Plasma dalam chamber 37

Gambar 3.11 Set-up sistem PLD 38

Gambar 4.1 Spektrum panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart 850 41

Gambar 4.2 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang 1064 nm. 47

Gambar 4.3 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang 532 nm. 48

Gambar 4.4 Target yang digunakan yaitu Alumina setelah irradiasi dengan laser pulsa Nd-YAG q-smart 850 secara repetisi 10 Hz. Target berputar. 49 Gambar 4.5 Foto plasma dari target Alumina dengan

irradiasi laser Nd:YAG q-smart 850 49 Gambar 4.6 Sample hasil lapisan pada plat Al dan Silicon

Wafer 50

Gambar 4.7 Foto Hasil Pelapisan 50

Gambar 4.8 Hasil SEM Film Alumina pada AL 51 Gambar 4.9 Point Analysis Alumina pada Al 52 Gambar 4.10 Hasil Mapping Alumina pada Al 53 Gambar 4.11 Foto Hasil Pelapisan Pada Plat Silicon Wafer 54 Gambar 4.12 Hasil SEM permukaan lapisan Alumina pada

Silicon wafer 54

Gambar 4.13 Hasil Mapping Alumina pada Silicon wafer 55 Gambar 4.14 Point Analysis Alumina pada Silicon wafer 56

ABSTRAK

Dalam penelitian ini, dilakukan karakterisasi laser Nd:YAG Q-Smart 850 yaitu pengamatan spektrum panjang gelombang, pengukuran beam profile, dan pengukuran besar energy laser Nd:YAG tersebut. dan dilakukan salah satu aplikasi dari kemampuan laser ini adalah PLD (pulsed laser deposition) dengan melakukan pelapisan alumina pada plat Al dan Silicon Wafer. Pada pengamatan spektrum panjang gelombang menggunakan HR2000, pengukuran beam profile menggunakan sensor CCD dan software Laser Beam Analizer. Dengan dimulai variasi energy laser terendah maka didapati diameter dari berkas laser Nd:YAG yaitu untuk 532 nm sebesar 2,606 mm dan untuk 1064 nm ialah sebesar 2,549 mm. Juga telah dilakukan pengukuran energy laser Nd:YAG dengan menggunakan Energy Meter Coherent.Dan telah berhasil melakukan pelapisan Alumina pada plat Al dan silicon wafer melalui teknik PLD (pulsed laser position) dan dianalisis menggunakan SEM dengan perbesaran hingga 3500 kali juga dibuktikan dari hasil mapping dan point analysis.

CHARACTERISTICS OF LASER PULSE Nd:YAG Q-SMART 850 AND APPLICATION PLD

ABSTRACT

In this research, carried out the characterization of laser Nd:YAG Q-Smart 850 is the observation wavelength spectrum, measurements of beam profile, and a large measurement laser energy Nd:YAG them, and carried out one of the applications of these lasers is the ability of the PLD (pulse laser deposition) by making alumina coating on the plate AL and Silicon Wafer. In observation wavelength spectrum using HR2000, beam profile measurements using CCD sensors and software Laser Beam analyszer. By starting low laser energy variation then found the diameter of the laser beam Nd:YAG is to 532 nm at 2,606 mm and for 1064 nm is of 2,549 mm. It has also been carried out measurements of laser energy Nd:YAG using Coherent. And Energy Meter has been successfully Alumina coating on the plate Al and Silicon Wafer by techniques PLD (pulsed laser position) and analyzed using SEM with a magnification up to 3500 times os also proved from the results of mapping and point analysis.

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi instrumentasi saat ini mengalami perkembangan yang sangat cepat dan tidak asing untuk diterima oleh masyarakat. Salah satunya adalah teknologi Laser yang mampu mengatasi masalah – masalah rumit dalam kemajuan teknologi pada zaman ini.

Laser juga menjadi satu alternative dari kebutuhan penting dari ilmu pengetahuan yang berkeinginan untuk mengamati fenomena atom dalam orde 10-14 atau 10-15 dan dimanfaatkan untuk menciptakan partikel-partikel dengan ukuran yang sangat kecil mulai dari 2 nm hingga 20 nm.

Laser Nd-YAG merupakan sa1ah satu jenis laser zat padat yang disukai, sangat populer dan digunakan sengat luas daIam berbagai bidang karena kelebihannya. Laser yang menggunakan kristal Nd-YAG sebagai medium Iasing-nya ini, memiliki koherensi yang baik dan spektrum berkas luaran yang sempit, sehingga dapat diproduksi dengan daya yaug sangat bervariasi.

Dalam aplikasinya Laser Nd-YAG memiliki fungsi dengan pengembangan – pengembangan tekniknya yang bermacam – macam yaitu LIBD (laser inducedi breakdown detection), spectroscopy, dan pelapisan. Salah satunya adalah teknik untuk perlakuan permukaan material yaitu teknologi pelapisan yang menghasilkan kualitas lapisan tipis yang baik (homogen, daya lekat tinggi, presisi), waktu singkat, reproducibility tinggi dan biaya rendah. Setiap jenis laser mempunyai panjang gelombang, energi porfil berkas yang berbeda dimana masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan dalam aplikasinya. (Suliyanyi, Maria. 2010)

Pada penelitian penulis akan mempelajari dan menjelaskan instrumentasi system laser Nd-YAG Q-smart 850 sampai harmonic ke dua dan karakterisasinya serta salah satu aplikasinya dalam pembuatan lapisan tipis dengan metode pulse laser deposition (PLD).

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang akan diselesaikan dari latar belakang diatas, maka penulis merumuskan masalah karakteristik laser Nd-YAG Q-smart 850 dapat diketahui dengan mendapatkan spektrum panjang gelombang dengan menggunakan spectrometer HR 2000, bentuk profil berkas sinar laser Nd-YAG menggunakan laser beam profiler dan pengukuran energy laser Nd-YAG menggunakan MaxBlack EnergyMax Sensor.

Dan sebagai aplikasi dari laser pulsa Nd:YAG Q-smart 850 salah satunya ialah pelapisan film tipis teknik PLD (pulse laser deposition) penulis melakukan penelitian menggunakan Alumina sebagai substrat pada plat Al dan Silicon wafer.

1.3Batasan Masalah

Untuk membatasi masalah-masalah yang ada maka pada Tugas Akhir ini penulis membatasi ruang lingkup masalah sebagai berikut:

1. Laser Nd-YAG yang digunakan adalah laser Nd-YAG Q-Switch 850 merk Quantel dengan panjang gelombang 532 nm dan 1064 nm.

2. Mengkarakteristik Laser Nd – YAG dengan mengukur panjang gelombang,besar energy dan Beam Profile.

3. Aplikasi Laser Nd-YAG q-smart untuk pelapisan Alumina dan Alumina Sr pada AL sheet dan Silicon wafer.

4. Penganalisaan dengan menggunakan camera CCD, dan SEM

5. Program yang digunakan adalah Spiricon Beam Profile dan Ocean Optic.

1.4Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui bagaimana karakteristik sinar laser Nd:-YAG Q-Smart 850 dengan mengamati beam profiler dari laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850, spektrum laser, dan mengukur besar energinya.

2. Mengetahui bagaimana pelapisan film tipis dengan teknik PLD menggunakan 2 panjang gelombang yang berbeda (532 nm dan 1064 nm).

1.5Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :

1. Sebagai dasar acuan penggunaan laser YAG salah satunya adalah laser Nd-YAG Q-smart 850 keluaran Quantel yang memiliki manfaat dalam fisika instrumentasi dan bidang – bidang lainnya salah satunya adalah teknik pelapisan film tipis.

2. Sebagai acuan karakteristik laser Nd-YAG Q-smart 850

3. Sebagai dasar bidang pulse laser deposition (PLD) dengan menggunakan laser pulsa Nd-YAG q-smart 850.

1.6Metode Penelitian

Penelitian diawali dengan studi literature yakni mencari materi dalam buku dan e-book tentang pengetahuan laser. Metode yang dilaksanakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen.

1.7 Sistematika Penulisan

Untuk mengetahui uraian singkat yang memuat gambaran singkat secara keseluruhan isi masing-masing bab, maka dibuat sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini berisikan gambaran umum tentang penulisan skripsi ini seperti hal – hal yang melatarbelakangi penulisan skripsi ini,rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, dan sistematika penulisan.

Bab ini berisikan tentang definisi – definisi dan teori – teori yang berkaitan dengan skripsi ini yang di ambil dari beberapa sumber, baik dari buku referensi, jurnal – jurnal dan dari internet.

BAB II : METODOLOGI PENELITIAN

Bab bagian ini akan dibahas rincian metode penelitian karakterisasi laser, diagram blog, dan flow chart. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini akan dibahas tentang hasil analisa karakteristik dari laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850 dan hasil pelapisan PLD (pulse laser deposition), serta rangkaian dan system kerja alat. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan penutup yang meliputi kesimpulan dari pembahasan dan tujuan penelitian beserta sebagai acuan untuk dikembangkan pada penelitian yang akan datang.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Spektrum Elektromagnetik

Spektrum elektromagnetik adalah daerah jangkauan panjang gelombang yang merupakan bentang radiasi. Hendrich hertz (1857 – 1894) adalah orang pertama kalinya menguji hipotesis Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik. Ia mendeteksi gelombang.

Panjang gelombang cahaya tampak mempunyai rentang antara 4,0 x 10-7 m hingga 7,5 x 10-7 m atau (400 nm – 750 nm) dan cahaya tampak yaitu radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Frekuensi cahaya tampak dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini ;

� = � .� ���� �= �

� 2.1

Dengan f adalah frekuensi gelombang (Hz), � adalah panjang gelombang (m) dan c adalah laju cahaya (3x108 m/s) . Berikut adalah gambar gelombang elektromagnetik dari beberapa banyak jenis radiasi panjang gelombang yaitu gelombang radio, gelombang mikro, radiasi inframerah,cahaya tampak, radiasi ultraviolet, sinar X dan sinar gamma.

Gambar 2.1 Gelombang Elektromagnetik

2.2 Laser

Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) adalah penguatan cahaya melalui radiasi emisi yang terstimulasi (Halliday dan Resnick.1978). Laser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat lurus. Cara kerjanya mencakup optika dan elektronika. Para ilmuwan biasa menggolongkannya dalam bidang elektronika kuantum. Sebetulnya laser merupakan perkembangan dari MASER, huruf M disini singkatan dari Microwave, artinya gelombang mikro. Cara kerja maser dan laser adalah sama, hanya saja mereka bekerja pada panjang gelombang yang berbeda. Laser bekerja pada spektrum infra merah sampai ultra ungu, sedangkan maser memancarkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang jauh lebih panjang, sekitar 5 cm, lebih pendek sedikit dibandingkan dengan sinyal TV - UHF. Laser yang memancarkan sinar tampak disebut laser - optik. (Pikatan,Suganta. 1991)

2.2.1 Proses Terjadinya Laser

Terjadinya laser sudah diramalkan jauh hari sebelum dikembangkannya mekanika kuantum. Pada tahun 1917, Albert Einstein mempostulatkan pancaran imbas pada peristiwa radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu gas yang sedang menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut dia ada 3 proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancarn spontan (disebut fluorensi) dan pancaran terangsang ( atau lasing dalam bahasa Inggrisnya, artinya memancarkan laser). Proses yang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada keadaan normal serapan dan pancaran spontan sangat dominan. (Satoto, Dwi.2007)

2.2.1.1 Proses Absorbsi

Proses absrobsi adalah sebuah atom pada keadaan dasar dapat dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang lebih tinggi dengan cara menumbukinya dengan foton berenergi h� (h = konstanta Planck) dan dengan frekuensi foton tersebut (v). Setelah beberapa saat berada di tingkat tereksitasi segera kembali ke tingkat energi yang lebih

rendah. Transisi atom dari energi E1 ke E2, disebabkan oleh adanya energi foton dari

luar dengan frekuensi :

� = �2− �1

ℎ 2.2

dimana : h = konstanta Planck = 6,625 . 10-34 J s � = frekuensi energi foton yang diserap E2 = energi tingkat atas

E1 = energi tingkat bawah

Proses absorbsi dapat diilustrasikan pada Gambar 2.2 berikut ini :

Gambar 2.2 Proses absorbsi

2.2.1.2 Emisi Spontan

Ketika sebuah electron berada dalam keadaan energy tereksitasi, electron tersebut akan kekurangan energy karena melepaskan sebuah foton radiasi mengalami transisi menuju keadaan dasarnya dan memancarkan foton. kejadian ini disebut emisi spontan dan foton yang dipancarkan dalam arah dan fase yang acak. Proses emisi spontan dapat diilustrasikan pada gambar 2.3 berikut ini :

2.2.1.3 Emisi Stimulasi

Emisi stimulasi adalah emisi foton yang diemisikan pada saat terjadi trasnsisi dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, yang disebabkan oleh foton yang berinteraksi dengan atom suatu materi. Proses emisi stimulasi dapat diilustrasikan pada gambar 2.4 berikut ini :

Gambar 2.4 Proses emisi stimulasi

Apabila atom yang masih dalam keadaan eksitasi E2 ditumbuk oleh foton yang

berenergi h� , maka atom akan terdorong untuk melakukan transisi ke E1 dengan

memancarkan foton pula. Misalkan pada tingkat energi E2 ini terdapat n2 atom, maka

akan lebih banyak lagi atom-atom yang terstimulasi . Karena peristiwa tersebut, terjadi penguatan ( amplifikasi ) cahaya. Tetapi untuk mencapai keadaab amplifikasi ini harus lebih banyak atom yang terdapat pada keadaan tingkat energi eksitasi (E2)

daripada atom yang mempunyai tingkat energi dasar (E1). Pada transisi diemisikan dua

buah foton, yang distimulasi dan foton yang menstimulasi. (Svelto,Orazio.2010)

2.2.2 Kompenen Laser

Secara umum suatu alat laser terdiri 3 komponen, yaitu media laser (gain medium), sumber energi pemompa (pumping source), dan resonator.

1. Medium laser, dapat berupa benda padat, cair maupun gas. Medium laser juga dapat berfungsi sebagai penguat optik ketika cahaya melewatinya yang berasal dari sumber lainnya.(Rachmanto,Arif.2012). Contoh medium laser yang digunakan untuk pembangkit laser dapat berupa kristal, gas, semikonduktor, zat cair dan bahan kimia.

2. Resonansi, terdiri dari 2 cermin yaitu ; cermin yang memantulkan cahaya sepenuhnya dan cermin yang meneruskan sebagian cahaya yang ditempatkan di ujung rongga optic.

3. Sumber energy pompa, baik mekanis maupun optik. Sumber energy berfungsi untuk memompa atom – atom didalam media laser ke tingkat energy yang lebih tinggi. Atom – atom yang telah berada di tingkat energy yang tinggi akan mengakibatkan inversi populasi dalam jumlah yang sama dan secara spontan melepaskan foton – foton cahaya. Foton – foton tersebut dipantulkan diantara kedua cermin, saling menabrak dan menghasilkan emisi yang lebih terstimulasi. Energy foton pada panjang gelombang dan frekuensi yang sama keluar melalui cermin penerus sebagai cahaya dan membentuk sinar laser. (Hanim,Aisyah.2004)

3 2 4 5

1

C1 = 100 % C2 = <100 %

Laser

Gambar 2.5 Dasar komponen sebuah laser ; (1) sumber energy, (2) pasokan energy untuk medium, (3) dan (4) jarak sepasang cermin, (5) radiasi yang keluar melalui

cermin (4) (Jurgen R.Meyer, 1989)

2.2.3 Karakteristik Sinar Laser

Laser merupakan suatu sinar yang memiliki karakteristik monokromatis yaitu semua photon memiliki satu panjang gelombang dan satu warna, bersifat kolimasi berarti sinar laser sejajar, utuh, tidak menyebar dan sangat terarah dan koheren yaitu semua photon tetap berada pada phase yang sama (temporal) dan menuju kearah yang sama (spatial). (Suliyanti,M.M.2013)

Sinar laser tidak seperti sinar biasa lainnya, sinar laser memiliki sifat tersendiri pada sinar yang dihasilkannya yaitu ;

1. Monokromatik artinya satu panjang gelombang saja yang dihasilkan. Keuntungan dari sinar monokromatis untuk partikel yaitu absorpsi dan ablasi dapat ditargetkan pada kromophore-kromophore spesifik yang bergantung pada panjang gelombang tertentu.

2. Koheren artinya pada frekuensi yang sama dan menuju satu arah yang sama sehingga cahayanya menjadi sangat kuat, terkonsentrasi,dan terkoordinir dengan baik.

Keuntungan dari sinar kolimasi dan koheren yaitu kemampuan untuk memfokuskan sinar pada target yang sangat kecil.

3. Kolimasi ; artinya adalah sinar laser sejajar, utuh, tidak menyebar dan sangat terarah. Keuntungan dari sinar kolimasi dan koheren kemampuan untuk memfokuskan sinar pada target yang sangat kecil. (Kurniawati,Desy.2012)

2.3 Laser Pulsa

Laser yang sudah dikembangkan saat ini terdiri berdasarkan sifat keluarannya, jenis laser dapat dibagi dalam dua kategori yaitu laser kontiniu dan laser pulsa. Operasi pulsa, berkas laser yang dihasilkan berubah terhadap waktu secara bolak-balik dengan mode on dan off. Laser Pulsa, dapat dihasilkan dengan teknik Q-switching , mode terkunci (modelocking) atau gain switching. Berikut penjelasannya ;

a. Q-Switching, laser pulsa biasanya dibuat dengan tujuan untuk menghasilkan power laser yang sangat besar dengan waktu radiasi yang singkat. Proses Q-switch terjadi pada resonator laser dari modulasi efek elektrooptik, bertujuan untuk menghasilkan sinar laser berupa pulsa pendek dengan daya tinggi. (Aprasari, Retna.2011).

b. Pada mode locking, frekuensi laser yang pada awalnya hanya terdapat satu jenis frekuensi diatur dengan merubah panjang gelombangnya sehingga “seolah – olah” menjadi lebih banyak gelombang. sehingga, hasil gelombang keluaran yang lebih banyak tadi akan saling “menguatkan” atau “melemahkan”, sehingga tercipta frekuensi yang kuat dan lemah.

c. Gain switching, yakni dengan menggunakan sebuah transistor. Dalam hal ini, material yang digunakan adalah materi kaca yang menjadi penyelubung transistor. Transistor diselubungi dengan material khusus yang mengakibatkan energi dari transistor terkumpul menjadi besar. Sehingga, pada suatu saat dalam keadaan energi yang cukup besar, energi itu mampu menembus material tadi yang keluarannya berupa cahaya. Ketika energi yang terkumpul tadi semakin sedikit, maka material tadi akan kembali menyelubungi rangkaain transistor. (Siegmen, Anthony E. 1986)

Adapun karakteristik dari laser pulsa yaitu seperti pada Tabel 2.1 dibawah ini ;

Tabel 2.1 Jenis – Jenis Karakteristik Laser Pulsa

Laser Panjan gelombang Lebar Pulsa Energy keluaran/pulsa

Laju repetisi Free-running

rubby laser 694.3 nm

10 ms – 1

ms 100 mJ – 10 J

0.5 – 10 Hz Q-Switch

ruby laser 694.3 nm 10 – 50 ms 50 – 500 mJ

0.5 – 10 Hz Free-running

Nd-YAG Laser

1064 nm 10 ms – 1

ms 100 mJ – 10 J 1 – 20 Hz

Q-switch Nd-YAG

laser

1064 nm (fundamental)

532 nm (2nd harmonic) 266 nm (4rd

harmonic)

30 ps – 50

ns 10 – 500 mJ 1 – 20 Hz

TEA-CO2

laser 10.6 mm 100 ns 50 mJ – 10 J 1 – 20 Hz

Excimer

222 nm (KrCl),248 nm

(KrF), 308 nm

(XeCl) 351 nm (XeF)

N2 laser 337 nm 2 – 5 ns 1 – 10 mJ 1 – 10 Hz

2.4 Laser Nd:YAG

Ion Neodymium dalam berbagai jenis kristal ionik bertindak sebagai media gain laser, yang memancarkan energy laser dalam panjang gelombang 213 nm, 266 nm, 355 nm, 532 nm, dan 1064 nm dari transisi atom tertentu dalam ion neodymium, setelah "dipompa" ke eksitasi dari sumber eksternal Nd: YAG laser optik dipompa menggunakan tabung flash. Untuk beberapa jenis laser nd yag, baik laser pulsa ataupun kontiniu memiliki ukuran diameter berkas laser dibawah 5 mm dan adapun yang lebih.

Laser Nd:YAG memiliki empat level energi, dapat dilihat pada gambar 2.6, transisi laser ini memulai dalam keadaan metastabil dan diakhiri pada level tambahan agar sedikit diatas ground state.

Absorbtion band

Metastable state

Laser transition

Ground State

Gambar 2.6 Empat Level secara khas sistem Neodymium (Jurgen R.Meyer, 1989)

Pada dasarnya laser Nd-YAG dipompa oleh satu flashlamp dan memiliki optic rongga terpisah sehingga bisa ditambahkan Kristal SHG (Second harmonic generation) dengan dimasukkan ke dalam rongga untuk menghasilkan output yang

lebih kuat dari fundamental di hijau. Laser ini bisa juga menjadi Q-switch, sehingga berguna untuk banyak aplikasi bahan. Laser yang menggunakan Kristal Nd-YAG sebagai medium lasing-nya ini, memiliki koherensi yang baik dan spectrum berkas luaran yang sempit, serta dapat diproduksi dengan daya yang sangat bervariasi, mulai dari beberapa miliwatt hingga kilowatt. (Kimmelma,Ossi.2009)

2.5 PLD (Pulsed Laser Deposition)

Pulsed Laser Deposition merupakan teknik yang serbaguna untuk proses material, antara lain dalam penumbuhan thin film pada suatu material. Keistimewaan dari teknik PLD ini adalah proses evaporasi tinggi yang menghasilkan pancaran plasma yang kuat dan adanya transfer komposisi target menjadi deposisi film, adanya kontrol atomic-level dengan mengatur energi laser dan laju pulsa (pulse rate) dan proses secara in-situ untuk lapisan struktur banyak (heterostructures) dengan menggunakan target ganda. Metode PLD juga merupakan metode penumbuhan yang relatif sederhana, lebih murah namun memberikan kualitas film yang baik, sehingga sifat-sifat optik, listrik akan bagus dan juga stoikiometri dari film tetap terjaga. (Adnyana,I Gusti A.P.2007).

Deposisi laser pulsa adalah proses deposisi system uap dan dilakukan dalam sistem vakum. Laser pulsa difokuskan ke target material yang akan melapisi. Untuk populasi energi laser cukup tinggi, masing-masing pulsa laser menguapkan atau mengablasi partikel – partikel kecil menciptakan plasma. Bahan ablasi dikeluarkan dari target yang mengarah kedepan target dan ablasi memberikan fluks bahan untuk pertumbuhan film atau pelapisan tipis.

Penyerapan laser oleh target dikeluarkan menciptakan plasma. Untuk pengendapan bahan organik makromolekul, kondisi dapat dipilih melalui penyerapan lebih dalam volume yang lebih besar dengan penyerapan laser yang kecil di sekitar plasma. Hal ini memungkinkan sebagian besar dari bahan molekul yang terabasi akan utuh.

Salah satu karakteristik yang paling penting dan memungkinkan di PLD adalah kemampuan untuk mewujudkan perpindahan stoikiometri dari bahan ablated dari target. (Eason, Robert . 2007)

Plasma didefinisikan sebagai gas yang diionisasikan dengan medan frekwensi radio (RF), gelombang mikro didalam bejana (reaktor) yang bertekanan rendah (10-3 – 10 torr atau 1 Pascal – 102 Pascal). (Sri Agustini Sulandari, 2013)

Dari beberapa jurnal, hal yang perlu diperhatikan untuk mengasilkan film tipis dengan kualitas yang baik yaitu menggunakan sumber laser NdYAG, frekuensi laser diatas 10 Hz, ruang vakum, dan holder tempat target diputar supaya bentuk plasma yang dihasilkan rata, sudut antara target dan laser sekitar 45° serta laser beamnya difokuskan , dan sebagian besar substrat dipasang dengan permukaan parallel pada jaral target ke substrat sekitar 2 – 10 cm. (Adnyana,I Gusti A.P.2007) (Suliyanti,M.2010).

Sinar laser benergi tinggi dari mesin pembangkit laser diarahkan pada target didalam ruang vakum. Laser berinteraksi dengan substrat target menghasilkam plume (plasma) berbentuk lonjongan (Sukirman,E.2002).

Adapun kelemahan metode PLD ini yaitu keberadaan partikel yang menempel di permulaan filim tidak bisa diseluruh pada plat. Dibawah ini merupakan gambar system PLD didalam chamber.

Gambar 2.7 Sistem PLD (Adnyana,I Gusti A.P.2007)

Dalam suatu teknik pembuatan lapisan tipis yang dapat diterapkan pada berbagai bahan-bahan penting, sehingga memudahkan kita di dalam mengontrol komposisi dari film yang kita buat. Gambar 5 menjelaskan skematika mekanisme yang kemungkinan muncul di saat interaksi antar atom sewaktu proses PLD dilakukan.

Gambar 2.8 Proses atomik berefek ke 3 dimensi pertumbuhan pada lapisan tipis dengan teknik PLD. (Adnyana,I Gusti A.P.2007)

Iradiasi atau penyinaran akan diserap dan kemudian menginduksi bahan target secara aktif dengan kecepatan pemanasan yang sangat cepat dan dalam volume yang siginifikan. Ini akan menyebabkan fase transisi, dan mengintroduksi gelombang stress beramplitudo tinggi pada target zat padat. Bahan target juga akan mulai meleleh dan ekspansi ke fase gas. Gambar 2.9 menunjukkan bentuk tipikal dari permukaan target yang diiradiasi dengan PLD. (Adnyana,I Gusti A.P.2007)

Adapun hasil penelitian yang menunjukkan bagaimana muka plasma oleh laser XeCl bergerak terhadap waktu dan ditunjukkan oleh grafik pada gambar dibawah :

Gambar 2.9 Pergerakan dari muka plasma terhadap waktu dengan target kaca silica dan laser XeCl

Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme pembangkitan plasma dalam interaksi antara laser pulsa energi tinggi dengan target padat memenuhi fenomena gelombang kejut. Dalam beberapa pecobaan yang lain dengan laser Nd:YAG memiliki trend yang sama. Hal ini mengarahkan bahwa mekanisme pembangkitan plasma itu mengikuti

fenomena gelombang kejut. Adapun model pembangkitan plasma gelombang kejut tersebut dapat di illustrasikan sebagai berikut:

Gambar 2.10 Model pembangkitan laser-plasma dengan gelombang kejut

Saat target menyerap energi laser dalam waktu yang sangat singkat (orde ns) material-material (partikel) dari permukaan target terablasi dengan kecepatan yang tinggi kemudian berkompressi dengan gas sekitar. Hal ini yng menghasilkan gelombang kejut. Hasil kompressi pada awalnya menghasilkan temperature tinggi kemudian mengalami pendinginan dan kelajuan perambatan gelombang kejut menurun. (Marpaung, Mangasi Alion,2013)

2.6Scanning Electron Microscope (SEM)

Scanning Electron Microscope (SEM) adalah sebuah mikroskop elektron yang didesain untuk menyelidiki permukaan dari objek solid secara langsung. Analisa morfologi menjadi fungsi utama yang diharapkan dalam penelitian ini yaitu mengamati bentuk dan ukuran dari partikel penyusun lapisan tipis. Juga komposisi dari lapisan tipis, yaitu data kuantitatif unsur yang terkandung di dalam lapisan tipis.

Prinsip kerja SEM adalah difraksi electron, yaitu dengan cara menembakkan permukaan benda dengan berkas electron berenergi tinggi pada permukaan sampe. Kemudian berkas electron yang mengenai permukaan sampel atau plat akan menghasilkan pantulan berupa berkas electron sekunder yang memancarkan kesegala

arah. Berkas electron sekunder yang terpancar secara acak sehingga dapat memberikan informasi morfologi permukaan.

Pada penelitian ini, fungsi SEM juga memiliki beberapa detektor yang berfungsi untuk menangkap hamburan elektron dan memberikan informasi yang berbeda-beda, salah satunya adalah detector EDX yang berfungsi untuk menangkap informasi mengenai komposisi sampe pada skala mikro.

Pada SEM, terdapat sistem vakum pada electron-optical column dan sample chamber yang bertujuan menghilangkan efek pergerakan elektron yang tidak beraturan karena adanya molekul gas pada lingkungan tersebut, yang dapat mengakibatkan penurunan intensitas dan meminimalisasi gas yang dapat bereaksi dengan sampel atau mengendap pada sampel, baik gas yang berasal dari sampel atau pun mikroskop. Karena apabila hal tersebut terjadi, maka akan menurunkan kontras dan membuat gelap detail pada gambar. Semua sumber elektron membutuhkan lingkungan yang vakum untuk beroperasi.

2.7Laser Nd-Yag Q-Smart 850

2.7.1 Perangkat Sistem Laser Pulsa Nd-Yag Q-Smart 850

Perangkat laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850 terdiri dari perangkat laser hand, q-touch panel sebagai control, ice panel, dan harmonic generator (2ωHG dan fundamental HG). Semuanya dihubungkan dalam satu – kesatuan dapat di jelaskan pembagiannya seperti dibawah ini:

A. Laser Head (Bagian Utama Laser)

Laser Hand merupakan sumber sinar laser pulsa utama didalamnya terjadi proses emisi dan absorbs yaitu proses terjadinya laser. Dimana keluarannya adalah laser pulsa Nd-YAG dengan panjang gelombang fundamental 1064 nm dan biasanya diikuti dengan tambahan harmonic opsional yang membuat panjang gelombang berubah ; contohnya 2wHG akan membuat panjang gelombang menjadi 532nm.

Gambar 2.11 Laser Head

Adapun bagian – bagian didalam laser head tersebut, yaitu :

1. Pump Lamp, memberikan sumber radiasi pompa optik (yaitu menghasilkan flourescence pada laser material). Disini hal – hal yang sangat penting tercapai yaitu antara emisi yang terjadi dan terjadi aktif penyerapan ion. Flashlamps terjadi pada jenis laser pemompa pulsa dan memancarkan cahaya pada pemompa cahaya yang berkelanjutan berbeda dengan konstruksinya.

2. Cermin Resonator , 2 cermin yang salah satu cerminnya bersifat elektrooptik berfungsi tempat terjadinya proses q-switch dari modulasi efek elektrooptik pada sel pockel sehingga menghasilkan sinar laser berupa pulsa pendengan dengan daya yang tinggi.

3. Electrode (Cathode dan Anode), Elektroda terdiri dari dua buah katoda yang diletakkan di ujung-ujung rongga resonator atau satu buah anoda yang diletakkan di tengah-tengah rongga resonator. Elektroda ini berfungsi untuk memberikan lucutan listrik pada rongga resonator.

4. Nd:YAG Rod (batang) , (Neodymium-Yttrium Aluminum Gamet) merupakan jenis medium laser zat padat sebagai media laser yang memiliki fluorescent yang sempit menghasilkan penguatan yang tinggi. Secara komersial yang ada batang dengan jarak tembak dengan ukuran diameter dari 3 sampai 15 mm dan hingga dalam panjang 200mm.

5. Cavity Reflector , batang laser dan pemompa yang tertutup dalam sangat menggambarkan suatu pemantulan dari banyak pompaan cahaya mungkin menjadi suatu medium aktif. Pemantulan dalam chamber disebut pemompaan cavity dan beberapa bentuk telah digunakan untuk mencapai tujuan yang sama pada semua laser. Pertama cavity digambarkan sinar memancarkan dari lampu fokus menuju ke batang nd-yag. Kedua, saat kotak putih dan dapat dihasilkan

dari penyinaran tersebut. Sepasang penutup juga bekerja dengan memancarkan dan bentuk cahaya dan batang laser ditempatkan erat bersama.

B. ICE (Power Supplay dan Integreted Cooling System)

Didalam ICE terdapat 2 bagian penting yang ada yaitu Power supplay dan system cooling (pendingin).

1. Power suplay merupakan pembangkit tegangan mesin agar tabung flash memompa flashlamp dan menghasilkan laser pulsa dengan energy pulsa laser tertentu yang dapat dikontrol oleh pad.

Gambar 2.12 ICE Power Supplay

2. System pendingin berfungsi untuk mencegah pemanasan atau kenaikan temperature pada tabung laser menyebabkan ketidakstabilan pada system laser. Pendingin laser zat padat seringkali diperlukan karena hanya sedikit kebanyakan dari masukan energy listrik yang mengkonversi radiasi laser. Oleh sebab itu, dari energy yang masuk akan menghasilkan panas juga berasal dari proses laser rod, flashlamp dan pemompaan cavity. Untuk itu diperlukanlah pendingin (cooling) agar mesin tidak rusak dan kerja laser berlangsung dengan baik.

C. Pad

Pad sebagai pengkontrol Laser Nd-YAG yang didalamnya terdapat menu, pengaturan dan menjadi input perintah penggunaan keseluruhan system laser.

Gambar 2.13 Q-pad

Fungsi – fungsi menu dan penggunaan nya dapat dijelaskan seperti dibawah ini:

Gambar 2.14 Gambar tampilan screen Q-pad

Menu icon / screen pada q-pad

1. Menu icon : untuk pengaturan akses dan informasi.

2. Status area : Daerah status menunjukkan status sistem, metode kontrol dan penyimpanan shutter.

3. Emisi Peringatan muncul ketika sistem lasing

4. Laser control area : Flash Lamp dan tombol Berhenti Q-switch

5. Settings area : untuk melihat dan mengatur parameter sistem laser. Opsi yang ditampilkan di daerah ini tergantung pada menu yang ikon yang dipilih.

Berikut penjelasan tiap – tiap fungsi menu diatas. 1. Menu Icon

a. Status Area

Menampilkan status laser. Pesan berikut muncul di daerah ini

- Laser interlock: Rangkaian interlock jauh terbuka. System warm up: Laser pemanasan selama start up dan tidak siap untuk operasi (sekitar 15 menit).

- Laser ready The pemanasan selesai dan laser siap modus Run. Lampu kilat mulai icon berubah menjadi padat kuning.

- Flashing---Pulse disable: Berkedip --- Pulse menonaktifkan: Sistem ini dalam mode Run, dan awal ikon Lampu flash dipilih (tegangan tinggi diaktifkan), lampu mulai berkedip (jika pemicu hadir). Q-Switch belum diaktifkan, baik karena masalah interlock atau diperlukan 8 penundaan kedua antara flashlamp start dan Q-Switching.

- Flashing---Pulse enable : Berkedip --- Pulse memungkinkan: Delapan detik setelah.

Menu Icon Fungsi

Laser Operation Memasuki layar untuk melihat parameter laser yang seperti suhu internal, daya output

Settings Memasuki layar untuk mengatur nilai parameter laser.

Configuration Memasuki layar untuk melihat atau mengatur konfigurasi jaringan untuk remote control dari sistem.

Information Memasuki layar untuk melihat sistem informasi seperti informasi laser, informasi sync, dan status kesalahan.

- Laser ON --- auto (atau Burst / scan): Tergantung pada pengaturan yang telah Anda pilih dan jika tidak ada modul HG terhubung Anda dapat melihat keadaan laser.

- Laser ON---NLO warm up Entah kristal HG belum mencapai set point suhu atau jumlah tembakan energi yang stabil belum tercapai. APM tidak tersedia, sampai sistem mencapai suhu set point.

- Laser ON --- NLO ready : kristal modul HG yang menghangat dan jumlah yang diperlukan tembakan energi yang stabil telah tercapai.

- Laser ON --- APM # 1 running : otomatis Tahap Pencocokan untuk 2ω berjalan.

b. Emission Warning Area : tombol berikut memperingatkan Anda tentang emisi laser.

- Emisi Peringatan: Setiap kali emisi laser ON, peringatan ini ikon berkedip. Semua orang di daerah harus memakai pelindung mata yang tepat dan mengikuti semua tindakan pencegahan keselamatan. - Eyewear Keselamatan: Setiap kali ikon ini ON, semua orang di daerah

harus memakai pelindung mata yang tepat dan mengikuti semua tindakan pencegahan keselamatan.

- Laser control area

Area kontrol laser yang memberikan kontrol untuk memulai dan

menghentikan flashlamp dan Q-Switching. Ikon muncul sebagai berikut:

2. Flashlamp

Icon Meaning

Not Ready

Abu-abu ikon menunjukkan bahwa flashlamp tidak dapat diaktifkan karena sistem masih pemanasan.

Ready Start

Ikon kuning menunjukkan bahwa flashlamp siap dimulai. Pilih tombol ini untuk memulai flashing lampu.

3. Q-Switch

Running (blinking)

Berkedip ikon kuning menunjukkan bahwa lampu berkedip. Laser Emisi Peringatan berkedip. Semua orang di daerah harus memakai pelindung mata yang tepat dan mengikuti semua tindakan pencegahan keselamatan.

Stop Icon

Menghentikan flashlamp dan berhenti emisi laser. Catatan: Untuk menghentikan laser setiap saat, melakukan salah satu dari berikut:

• Tekan ikon BERHENTI

• NONAKTIFKAN Switch Key pada panel ICE depan.

Not Started

Flashlamp tidak dimulai sehingga tidak dapat dihentikan dan karena seleksi ini adalah "berwarna abu-abu".

Icon Meaning

Not Ready

Abu-abu ikon menunjukkan bahwa sistem ini tidak siap dan Q-Beralih tidak dapat dimulai. Sampai status sistem menunjukkan sebagai Flashing --- Pulse menonaktifkan, Q-Switch.

Ready/Start

Ikon kuning menunjukkan sistem siap dan Q-Beralih dapat dimulai. Laser Emisi Peringatan berkedip. Semua orang di daerah harus memakai pelindung mata yang tepat dan mengikuti semua tindakan pencegahan keselamatan. Satu modus ditembak: Tekan tombol ini sekali untuk satu tembakan terus menerus modus: Tekan tombol ini terus menerus hingga berkedip. Kemudian meluncurkan kontinu dan laser berjalan pada tingkat rep yang dipilih.

Running (bliking)

Berkedip ikon kuning menunjukkan bahwa Q-Switching berjalan. Laser Emisi Peringatan berkedip. Semua orang di daerah harus memakai pelindung mata yang tepat dan mengikuti semua tindakan pencegahan keselamatan.

D. Harmonic Generator

Harmonic generator menggambarkan sebagai rasio kekuatan keluaran komponen harmonic kedua (532 nm) ke komponen fundamental (1064 nm) Sesungguhnya sebanding dengan intensitas dari dasarnya. I = Pfundamental / A.

Penjelasan ini mengapa banyak Kristal HG ditempatkan dibagian cavity pada laser dimana intensitasnya sangat besar. Peristiwa beam bisa juga difokuskan pada bagian Kristal untuk meningkatkan intensitas lokal pada Kristal.

2.7.2 Sistem Pengoperasian Sistem Laser Pulsa Nd-Yag Q-Smart 850 A. Prosedur menghiduplan laser

1. Sambungkan listrik ke saklar

2. Tekan tombol ON di panel belakang power supplay Stop Icon

Menghentikan flashlamp dan berhenti emisi laser. Catatan: Untuk menghentikan laser setiap saat, melakukan salah satu dari berikut:

• Tekan ikon BERHENTI

• NONAKTIFKAN Switch Key pada panel ICE depan.

Not Started

Flashlamp tidak dimulai sehingga tidak dapat dihentikan dan karena seleksi ini adalah "berwarna abu-abu".

Locked

Q-Switch "terkunci" dan tidak dapat dimulai manual.

Locked

Q-Switch "terkunci". Sentuh ikon kunci untuk mengubahnya ke terkunci.

Unlocked

Q-Switch "membuka" dan dapat digunakan untuk pulsa tunggal atau operasi terus-menerus.

3. Putar kunci dibagian depan panel

4. Tunggu hingga Panel Kontrol “loading” dan warming up selama 1 jam, hingga tertera “laser ready” di panel

5. Tekan Flashpanel di panel hinggal lampu indikator berkedip – kedip. 6. Cek pulsa delay untuk mendapatkan keluaran energy yang diinginkan

(delay 7 μm – 255 μm untuk energy max – min) 7. Q – switch dapat diaktifkan dengan cara : a. Unlock tombol Q – switch

b. Tekan tombol Q-witch sekali untuk one – pulse laser, atau tekan beberapa saat hingga Q – switch berkedip – kedip untuk continiu pulsa laser.

B. Prosedur mematikan laser

1. Matikan Q-switch dan pastikan Q-switch tidak sedang aktif (baik one pulse atau kontinyu)

2. Matikan flash lamp dan tunggu beberapa saat (5 – 10 menit0 3. Putar kunci panel epan

4. Tekan tombol OFF di panel belakang 5. Cabut saklar listrik

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.7 Tempat dan Waktu Penelitian

3.7.1 Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratoruim Laser Pusat Penelitian Fisika (PPF) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Serpong Tanggerang Selatan, Banten. 3.7.2 Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada tahun ajaran 2014/2015.

3.8Perangkat dan Prosedur Pengamatan Spektrum Panjang Gelombag Sinar Laser

3.8.1 Perangkat Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Sinar Laser 1. Cermin

Cermin yang digunakan adalah cermin datar yang berfungsi untuk memantulkan cahaya laser.

2. Spektrometer HR2000

Spectrometer HR2000 merupakan alat optik yang berfungsi sebagai mengolah spectrum cahaya laser yang ditangkap oleh fiber optik dan mengukur panjang gelombang cahaya laser secara spesifik adalah panjang gelombang dan intensitas cahaya laser dan dihubungkan ke PC.

Gambar 3.1 Spektrometer HR 2000 Ocean Optic

3. Lensa Pemfokus

Lensa pemfokus berfungsi untuk memfokuskan sinar laser sehingga diperoleh densitas energy laser tersebut. Pada penelitian lensa pemfokus dipasang beberapa cm didepan fiber optic sesuai dengan titik fokusnya.

4. Software

Software yang dipakai dalam penelitian adalah Ocean Optics Inc. untuk mengukur spectrum cahaya laser atau panjang gelombang laser.

3.8.2 Prosedur Pengamatan Spektrum Sinar Laser

Laser yang digunakan dalam karakterisasi ini adalah laser pulsa Nd-YAG Q-smart 850 . Skema rangkaian pengamatan panjang gelombang laser dapat dilihat pada diagram blok berikut :

Gambar 3.2 . Diagram blok pengamatan panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart 850

Proses pengamatan dimulai dengan set up laser dan pengoprasian laser. Pengamatan spektrum panjang gelombang menggunakan alat HR2000 High Resolution Spectrometer Ocean Optics yang merupakan alat untuk mengukur panjang gelombang beserta intensitasnya. Cahaya laser Nd-YAG yang keluar akan dipantulkan

Lensa pemfok us Fiber Optik Spektro-meter HR 4000 Personal Computer (PC) Power Supply

oleh cermin. Cermin yang digunakan digunakan adalah cermin datar. Pantulan cahaya dari cermin akan menuju ke lensa pemfokus yang akan membuat cahaya laser agar diterima fiber optik dengan baik dan tepat mengenai fiber optik. Selanjutnya, berkas sinar yang ditangkap oleh fiber optik ditransmisikan ke spectrometer HR 2000 kemudian dikonversikan ke dalam berupa grafik besar intensitas yang dihasilkan dengan panjang gelombang laser dan diperoleh spectrum panjang gelombang laser tersebut. Yang diamati adalah panjang gelombang 532 nm dengan jarak lensa focus terhadap sensor cahaya fiber optik yaitu 20 cm.

3.9Perangkat dan Prosedur Pengamatan Beam Profiler Sinar Laser

3.9.1 Perangkat Pengamatan Spektrum Beam Profiler Sinar Laser 1. CCD

CCD kepanjangan dari Charge Coupled Device merupakan sensor cahaya yang digunakan untuk merekam berkas sinar yang dipancarkan oleh laser. Tujuannya untuk mendapatkan hasil gambar dari sinar laser yang akan ditransmisikan ke PC. Jenis CCD yang digunakan adalah LBA-FW-FX33 Fire Wire Camera System (Camera and Software included) dengan spesifikasi alat sebagai berikut :

1. Max beam size : 4,7 mm – 0,6 mm 2. Saturation intensity : 1,0 uW/cm2 3. Pixal spacing : 7,4 um x 7,4 um 4. Spectral response : 350 nm – 110 nm

: 193 nm – 360 nm dengan UV Image converter

5. PC interface : IEEE 1394 Firewire 6. Software Supported : LBA-FW & BeamStar

2. Personal Computer (PC)

Komputer digunakan untuk menampilkan berkas laser yang telah ditransmisikan melalui program software Laser Beam Analyzers yang telah diinstalasi pada komputer.

3. Filter

Filter merupakan bagian dari CCD, berfungsi untuk mengurangi intensitas sinar laser. filter atau juga disebut ND (Neutral Density Attenuators). Filter dipasangkan pada ujung CCD yang terdiri dari 3 jenis filter yakni filter berwarna merah, hitam dan hijau. Tujuan pemasangan filter pada CCD adalah menurunkan/mengurangi intensitas cahaya yang dihasilkan sinar laser agar tidak merusak CCD dan filter ini dirancang tidak mempengaruhi laser. Filter merah dilambangkan ND1 dengan transmisi cahaya 10%, filter hitam dilambangkan ND2 dengan transmisi cahaya ND2 dengan transmisi cahaya 1%, dan filter hijau dilambangkan ND3 dengan transmisi cahaya ND3 dengan transmisi cahaya 0,1% kualitas dari sinar laser dan tidak menimbulkan efek antar muka.

Gambar 3.3 Filter

3.3.2 Prosedur Pengamatan Beam Profil Sinar Laser

Pengamatan bentuk beam profile laser Nd-YAG menggunakan alat Laser Beam Analyzers versi 4.80 buatan Spiricon Inc untuk menampilkan berkas sinar laser pada

PC (computer) dan kamera CCD yang memiliki 3 jenis filter yaitu filter merah, hijau dan hitam. Berikut diagram blok pengamatan beam profile :

Gambar 3.4 Diagram blog pengamatan beam profilex sinar laser

Yang dilakukan pertama adalah penyesuaian jenis filter terhadap sinar laser yang akan difilter menuju ke CCD. Dengan mencocokkan sinar laser dengan jenis filter dengan melihat tampilan berkas laser yang bagus ditampilkan pada PC. Berkas sinar laser pulsa Nd-YAG pertama di-filter oleh filter yang dipasang pada ujung CCD. Dan CCD dengan kabel USB yang terhubung ke PC dan memakai software SpectralLine Database Searching yang telah di-instal untuk membaca hasil pencintraan dari CCD tersebut. Setelah gambar berkas laser telah tampil pada PC, dilakukan variasi jarak antara filter laser dengan sumber laser kemudian dilanjutkan pengambilan data gambar berupa diameter (radius) berkas dan divergensinya.

3.4 Perangkat dan Prosedur Pengukuran Energi Laser

3.4.1 Perangkat Pengukuran Energi Laser 1. Laser Nd-YAG q-smart 850

Laser ini sebagai sumber energy yang akan dikontrol keluarnya cahaya laser dengan variasi waktu tunda keluarnya laser pulsa atau disebut q-switch delay.

2. Energy Meter Coherent

Power meter merupakan alat pengukur besar energy cahaya laser beserta perangkatnya yaitu sensor MaxBlack power meter tersebut. berikut spesifikasinya adalah :

1. Energy range : 1.5 mJ to 3Ja 2. Noise Equivalent Energy : <50 μJ

3. Wavelength Range : 0.266 μm to 2.1 μm

Power Supply Personal

Computer (PC)

4. Max beam Size : 35mm 5. Max. Pulsa Width : 340 μs

6. Max. Energy Density : 14.0 J/cm2 (@1064 nm, 10ns) 2.8J/cm2 ( @532 nm , 10 ns) 7. Sensor coating : MaxBlack

8. Diffuser : YAG

3.4.2 Prosedur Pengukuran Energi Laser

Energy laser diukur menggunakan energy meter coherent dari MaxBlack Energy Max Sensor terdiri dari enery meter itu sendiri dan sensor cahayanya. Pengukuran energy laser Nd-YAG yang dilakukan adalah untuk 2 panjang gelombang 532 nm dan 1064 nm. Berikut diagram blok pengukurannya :

Gambar 3.5 Diagram blog pengukuran energy sinar Laser

Pengukuran energy dilakukan sebanyak 3 kali dengan jarak 50 cm antara laser Nd-YAG dengan sensor cahaya. Setelah laser Nd-YAG aktif, langkah pertama ialah set alat agar cahaya laser Nd-YAG ditangkap oleh sensor cahaya dengan menggunakan energy terendah terlebih dahulu. Lalu dioperasikan laser Nd-YAG untuk mengambil energinya dengan variasi waktu tunda atau q-switch delay.

Selanjutnya proses pengolahan data berupa numeric dan grafik akan dianalisa secara kuantitatif hingga diperoleh suatu kesimpulan. Juga data akan diolah dengan menentukan besar standar deviasi beserta grafiknya untuk melihat besarnya penyimpangan energy yang dihasilkan oleh masing – masing panjang gelombang, dan berikut rumus standard deviasinya ialah sebagai berikut :

�=���

2₋(��)2 � � −1 Dimana :

S : Besar standard deviasi P : Energy (mJ)

N : banyaknya pengukuran

Laser Nd-YAG Energy Meter

Coherent

3.5 Perangkat dan Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis dengan teknik Pulsed Laser Deposition (PLD)

3.5.1 Perangkat Pembuatan Lapisan Tipis dengan teknik Pulsa Laser Deposition (PLD)

1. Chamber

Chamber adalah ruang vakum tempat terjadinya proses pelapisan. Desain ataupun system yang berada dalam ruang vakum ini sangat menentukan sekali hasil pelapisan. Chamber ini terbuat dari kaca pada kedua dindingnya untuk pengamatan secara visual atau mengamati plasma dan pengambilan spectrum material plasma, serta window yang berbentuk bulat dan terdapat katup aliran gas atau udara masuk dan katup aliran gas atau udara keluar yang berfungsi untuk memvakumkan ruang chamber dari udara. Ukuran chamber 9 cm x 9 cm x 12 cm.

Gambar 3.6 Chamber (9cm x 9cm x 12cm)

2. Selang

Selang digunakan tempat aliran gas atau udaram masuk maupun keluar. Jenis selang yang digunakan adalah Festo PUN-6x1 Pneumatik Li (736).

3. Micrometer sekrup dan Penggaris

Digunakan sebagai pengukur panjang, micrometer sekrup sebagai pengukur substrat AL dan Silicon wafer yang diharapkan dan penggaris berfungsi mengukur diameter plasma didalam chamber.

4. Pirani Meter Diavac Limited PT-9P

Meter Digital Diavac Limited PT-9P berfungsi untuk mengukur tekanan gas dalam chamber.

Gambar 3.7 Pirani Meter Diavac Limited PT-9P

5. Pompa Vakum ULVAC GLD-136C

Generator ULVAC GLD-136C mengatur masuk dan keluarnya udara dari chamber. Generator ini terhubung ke chamber melalui 2 selang panjang yang berfungsi menyedot udara dari chamber ketika ingin memvakumkan chamber dan sebagai jalur masuknya udara saat chamber kembali dalam kondisi tidak vakum.

Gambar 3.8 Pompa Vakum ULVAC GLD-136C

6. SEM (Scanning Electron Microscopy)

SEM berfungsi untuk mengamati sampel dengan perbesaran sampai 3500 kali dan dapat melihat persebaran substrat nantinya pada plat yang telah dilapisi.

7. Stopwatch

Stopwatch sebagai penghitung waktu tembakkan laser menuju substrat.

8. Lensa Pemfokus

Lensa pemfokus yang mempunyai titik fokus 10 cm terhadap target sinar.

3.5.2 Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis dengan teknik Pulsa Laser Deposition (PLD)

Pada penelitian teknik PLD ini terdiri dari system laser Nd-YAG dan system ruang vakum menggunakan laser pulsa Nd-YAG dengan 2 panjang gelombang (λ) yang berbeda yaitu 1064 nm dan 532 nm yang dioperasikan pada mode Q-Switch (frekuensi 10Hz) , dengan energi yang diatur pada 12 mJ, 15mJ, dan 45 mJ. Penelitian dilakukan dimulai dengan set up alat, mengatur titik focus dan penembakan dalam waktu 10 menit.

Persiapan bahan substrat dan target dikerjakan terlebih dahulu. Substrat Al di potong menggunakan alat pemotong besi dan Silicon Wafer dipotong menggunakan

spek dengan luas 1,5 cm x 3 cm sebanyak masing – masing 6 buah. Sedangkan untuk target Alumina berbentuk pelet. Jenis Alumina pelet yang dipress dengan tekanan 100 kg/cm2.

Gambar 3.9 Target Substrat alumina

Peralatan yang paling utama untuk melakukan pelapisan dengan teknik PLD adalah chamber yaitu ruang vakum tempat terjadinya pelapisan yang sangat menentukan hasil pelapisan nantinya. Untuk itu harus disusun secara kompak dan tepat mengatur posisi substrat (bahan pelapis) terhadap pancaran sinar laser yang masuk ke dalam chamber dan diletakkan sejajar dengan arah datang sinar laser. Dan plat AL atau Silicon wafer diletakkan dalam chamber tepat didepan substrat membentuk sudut 45o masing – masing 2 buah setiap percobaan dengan jarak tetap sesuai energy laser.

Gambar 3.10 Plasma dalam chamber

Didalam ruang vakum tekanan udara diatur melalui katup aliran gas masuk dan katup aliran gas keluaran dan diukur menggunakan Pirani meter (Diavac Limited PT-9P). Dan tembakan laser yang juga dikatakan irradiasi laser pulsa Nd-YAG q-smart 850 dengan variasi energy (12 mJ, 15mJ, dan 45 mJ) sesuai lapisan yang diharapkan pada plat AL dan Silicon wafer.

Dihidupkan laser dalam kondisi energy rendah terlebih dahulu untuk mengatur kefokusan sinar laser lalu difokuskan dengan lensa quartz menuju substrat dan tidak mengenai plat AL atau plat silicon wafer namun mengarah tepat pada target. Substrat yang digunakan adalah target Alumina berada di dalam ruang vacuum chamber. Lalu memvakumkan chamber dengan menuntup katub udara keluar dan membuka katup penghisap udara sehingga chamber dalam keadaan vakum 4,20 Pa – 6 Pa dalam beberapa kali percobaan. Tekanan dalam chamber diatur sehingga ukuran plasma cukup besar. Setelah itu, aturlah energy laser dan menembak target selama 10 menit. Kemudian hasil pelapisan bisa di analisa dengan SEM. Set-up eksperimen PLD ditunjukkan pada gambar dibawah ini :

Plasma Film

Substrat Pemutar

target

Target

Laser Pulsa

3.6 Diagram Kerja

Skema penelitian diberikan dengan blok seperti pada gambar :

Karakteristik Bentuk Berkas Sinar Laser

SELESAI MULAI

Aplikasi PLD Karakteristik Besar

Energi Sinar Laser Karakteristik Spektrum

Panjang Gelombang Laser

Pengolahan Data

Analisis

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini, akan dibahas hasil dari karakteristik dari laser pulsa Nd-YAG q-smart 850 dan aplikasi dari laser tersebut yaitu hasil dari pelapisan film tipis Alumina Sr atau Alumina pada plat Aluminium dan Silicon Wafer. Karakteristik dilakukan untuk mengetahui bagaimana sifat dari laser melalui pengamatan panjang gelombang, beam profile dan energy laser tersebut. Hasil dari pelapisan tipis juga dilihat menggunakan SEM.

4.1Hasil Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser

Pada karakteristik pengamatan spectrum panjang gelombang menggunakan perangkat spektrometer HR2000 dan perangkat lunaknya (software) SpectralLine Database Searching.

Sinar laser yang dipantulkan pada cermin sebagai pembelok sinar dan ditangkap oleh fiber optik ditransmisikan ke spectrometer HR2000 lalu diolah dan dikonversikan oleh software SpectralLine Database Searching yang telah dihubungkan ke spectrometer HR2000 dan keluarannya berupa gambar yang ditampilkan pada PC seperti gambar dibawah menunjukkan panjang gelombang laser beserta intensitas cahaya sinar laser Nd-YAG.Hasil pengamatan panjang gelombang 532 nm dibawah ini :

Gambar 4.1 Spektrum panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart 850

Dari gambar 4.1 menunjukkan spektrum laser Nd-YAG dan dengan jelas dibuktikan bahwa panjang gelombangnya berada pada jarak 532 nm dengan intensitas cahaya laser lebih 4000 dalam satuan counts. Namun, software Ocean Optic tidak bisa bisa menguji laser dengan panjang gelombang 1064 nm karena spectrometer HR2000 hanya bisa mengukur panjang gelombang sampai 712 nm. Gambar spektrum diatas merupakan akhir hasil analisa data yang dikonversikan dalam bentuk gambar oleh software spectralLine Database Searching.

4.2Hasil Pegukuran Beam Profile

Pada pengamatan berkas sinar laser Nd-YAG q-smart 850 yang diteliti adalah bentuk sinar lasernya dengan menggunakan software Laser Beam Analysers dengan menampilkan bentuk sinar laser dalam bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi.

Dari hasil pengamatan bentuk berkas sinar laser Nd-YAG jarak CCD dengan sumber laser yang tepat untuk menampilkan berkas sinar laser dalam dimensi dengan filter tertentu dan diperoleh data dalam gambar sebagai berikut.

Dimulai dengan menentukan jenis filter (Natural Density Attenuators /ND) yang akan dipakai. Filter terdiri dari 3 jenis dilihat dari perbedaan warna pada pinggir filter yakni hitam, merah dan hijau yang mempengaruhi masuknya sinar laser ke CCD dengan cukup sehingga membuat hasil gambar bagus. Pada penelitian ini juga

diupayakan sampai tidak adanya berkas cahaya putih pada jarak tertentu. Dilakukan variasi energy laser dimulai dari energy terendah yaitu 24 mJ, 48.66 mJ, dan 107 mJ dengan menggunakan jenis filter hitam, hitam, dan merah pada panjang gelombang 532 nm. Berikut hasil beam profile dengan variasi energy dapat dilihat pada table dibawah ini :

Tabel 4.1 Beam Profile sinar laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850 panjang gelombang 532 nm

Besar Energi (532 nm)

Tampilan Baem Profilex Sinar Laser Pulsa Nd-YAG Q-smart 850

Keterangan

2 Dimensi 3 Dimensi

24mj (150 µs)

48,6 mj (130

107 mj (100

µs)

Dalam penelitian ditentukan 2 jenis jarak yaitu nearfield dan farfield. Arti nearfield adalah jarak terdekat dalam 1 meter hingga 2 meter dan farfield adalah jarak lebih dari nearfield tersebut. Karena keterbatasan jarak ruang lab dan alat laser Nd – YAG Q-smart 850 tidak memungkinkan untuk diangkat atau dipindahkan maka pada penelitian ini dilakukan hanya dalam jarak nearfield. Dan didapati diameter dari berkasi sinar laser untuk 532 nm adalah 2,606 mm, 2,578 mm dan 2,582 mm. Namun dilihat dari berkas laser yang berwarna tidak putih paling sedikit adalah gambar 24 mJ dikatakan bahwa hasil gambar berkas sinar laser yang baik adalah 24 mJ.

Begitu juga dengan laser panjang gelombang fundamental 1064 nm, berikut hasil beam profile dengan variasi energy juga dimulai energy terendahnya yaitu 9.8 mJ, 16.7 mJ, 36 mJ dan dengan filter hijau hitam adalah :

Tabel 4.2 Beam Profile sinar laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850 panjang gelombang 1064 nm

Besar Energi (1064 nm)

Tampilan Baem Profilex Sinar Laser Pulsa Nd-YAG Q-smart 850

Keterangan

9,8 mJ (220

µs)

15,6m (210

µs)

58.33 mj (190

µs)

Diketahui melalui percobaan ini, diameter dari berkas sinar laser untuk 1064 nm adalah 2,645 mm, 2672 mm dan 2.549 mm. Dan untuk hasil gambar terbaik ialah gambar beam profile 36 mJ.

4.3Hasil Pengukuran Energi Laser Nd-YAG

Dari hasil pengukuran energi laser Nd-YAG sebagai fungsi energy dengan menggunakan alat energy meter coherent. Sebelum melakukan percobaan di lakukan

set alat yaitu sejajar antara sensor terhadap sinar laser. Pengukuran energy laser dilakukan dengan interval variasi waktu tunda (time delay) atau q-switch delay mulai

dari 7 μs sampai 210 μs untuk laser fundamental dan untuk laser second harmonic.

Hasil pengukuran energi laser dapat dilihat pada Tabel 4.3 dibawah ini.

Tabel 4.3 Pengukuruan energi laser Nd-YAG Q-Smart 850

Q-Switch

Delay

(μs)

Output Energy (mJ)

Nd-YAG 1064nm Nd-YAG 532nm

1 I I 1I 1 III Energy Rata-Rata (mJ) Standar Deviasi

I II III Energy

Rata-Rata (mJ)

Standar Deviasi

7 850 850 850 850 0 430 430 410 423,33 11,54701

10 840 850 840 843,33 5,773502 692

420 410 400 410 10

20 800 810 810 806,66 5,773502 692

390 390 380 386,66 5,773503

30 740 730 740 736,66 5,773502 692

360 360 340 353,33 11,54701

40 670 670 680 673,33 5,773502 69

320 320 300 313,33 11,54701

50 600 600 600 600 0 281 270 267 272,66 7,371115

60 540 540 540 540 0 230 240 228 232,66 6,429101

70 480 480 480 480 0 202 197 193 197,33 4,50925

80 430 430 420 426,66 5,773502 692

169 161 150 160 9,539392

90 380 380 370 376,66 5,773502 692

136 137 129 134 4,358899

100 320 320 330 323,33 5,773502 692

110 107 104 107 3

88 120 240 248 248 245,33 4,618802

154

64 64 63 63,66 0,57735

130 210 214 215 213 2,645751

311

52 48 46 48,66 3,05505

140 180 170 182 177,33 6,429100 507

36 32 33 33,66 2,081666

150 150 149 154 151 2,645751

311

25.7 23.1 23.2 24 1,473092

160 124 126 126 125,33 1,154700 538

16.7 14.9 15.1 15,56 0,986577

170 105 99 104 102,66 3,214550 254

9.8 9.2 8.6 9,2 0,6

180 79 79 80 79,33 0,577350

269

5.8 4.2 6.6 5,53 1,22202

190 57 57 61 58,33 2,309401

077

2.8 2.94 2.58 2,77 0,181475

200 49 39 40 42,66 5,507570

547

1.39 0.96 0.93 1,09 0,257358

210 16.8 14.6 15.4 15,6 1,113553 0.39 0.15 0.17 0,23 0,133167

Berdasarkan hasil pengukuran energy laser Nd-YAG yang dihasilkan mengalami penurunan energi setiap diberi variasi q-switch delay (μs) yang semakin singkat dan cepat. Dari data diatas dicari rata –rata dari energy laser dalam 3 kali percobaan, kemudian dicari besar deviasinya dari keseluruhhan data dan berikut dapat dilihat dengan jelas dari grafik dibawah ini.

Gambar 4.2 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang 1064 nm.

Gambar 4.3 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang 532 nm.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

0 50 100 150 200 250

Fundamental

Q-Switch Delay - Vs - Energy

0 200 400 600 800 1000

0 50 100 150 200 250

2

ω

Q-Switch Delay - Vs - Energy

Energi (mJ)

Time Delay (µs)

Energi (mJ)

Time Delay (µs)

Dapat diliat jelas bahwa dari kedua grafk diatas bahwa semakin besar waktu q-switch delay diberikan melalui kontrol pad maka semakin kecil energy yang dihasilkan laser Nd-YAG untuk 3 kali percobaan setiap 2 panjang gelombang. Dan dapat diperhatikan energi panjang gelombang 1064 nm adalah 2 kali lipat dari energy laser 532 nm dalam waktu q-switch delay yang sama. Disimpulkan juga hasil energy laser yang tidak konstan, salah satu penyebabnya ialah faktor umur laser yang sudah lama diduga kualitas laser yang semakin menurun dan suara laser yang mendengung sedikit keras.

4.4Hasil Film Tipis

Penelitian dilakukan menggunakan target Alumina yang ditembakkan oleh laser dan yang akan menghasilkan pembangkitan plasma. Gambar 4.4 dibawah menunjukkan bahwa berkas laser mengenai target dan dari material yang telah terablasi.

Gambar 4.4 Target yang digunakan yaitu Alumina setelah irradiasi dengan laser pulsa Nd-YAG q-smart 850 secara repetisi 10 Hz. Target berputar.

Hasil pemotretan plasma yang dibangkitkan dari target Alumina dengan laser Nd:YAG q-smart pada Gambar 4.5 yaitu bentuk plasmanya seperti setengah bola.

Gambar 4.5 Foto plasma dari target Alumina dengan irradiasi laser Nd:YAG q-smart 850

Juga hasil dari lapisan tipis Alumina masing – masing pada plat AL dan Silicon Wafer menggunakan SEM. Hasil lapisan tipis telah diketahui juga dengan analisis Mapping dan Point Analysis. Dalam penelitian ini dipilihlah hasil terbaik untuk di SEM sehingga tidak semua plat telah di SEM dan melihat biaya dan anggaran terbatas.

Pada proses pelapisan Alumina pada plat Al dan silicon wafer menggunakan laser Nd-YAG Q-smart 850 selama 10 menit didalam chamber dengan variasi energy (12 mJ, 15mJ, dan 45 mJ) sesuai lapisan yang diharapkan yaitu adanya lapisan Alumina (Al2O3) pada plat AL dan Silicon wafer.

Gambar 4.6 Sample hasil lapisan pada plat Al dan Silicon Wafer

4.4.1 Lapisan Alumina pada Plat Al

Pelapisan alumina pada 2 buah plat Al dengan posisi membentuk 45° dalam chamber selama 10 menit oleh laser pulsa Nd:YAG telah dilakukan dengan baik. Dan dianalisa oleh SEM diperbesar hingga 3500 kali untuk melihat adanya lapisan alumina

pada permukaan plat tersebut. Dilakukan di 2 daerah sekitar lapisan tipis yang terbentuk yaitu dibagian pinggir bawah kiri dan di tengahnya. Secara kasat mata, lapisan tipis terlihat berbentuk pelangi dan berbentuk setengah lingkaran, seperti gambar 4.3 dibawah ini.

Gambar 4.7 Foto Hasil Pelapisan

(a)

L

(b)

Gambar 4.8 Hasil SEM Film Alumina pada AL pada bagian (a) atas dan (b) tengah

Dari gambar SEM diatas disimpulkan bahwa bagian tengah lebih merata lapisan Alumni nya dibandingkan bagian atas. Dikarenakan hasil dari pelapisan yang dilihat

Hasil Lapisan Alumina _{Plat AL}

Perbesaran 200

Perbesaran 1000

Perbesaran 3500

Perbesaran 100 Perbesaran 1000 _{Perbesaran 3500}

secara kasat mata ialah yang tebentuk ialah lapisan setengah lingkaran dan dibagian sudut tengahnya.

Juga dapat diketahui keseluruhan lapisan pada plat telah dianalisis dengan cara Mapping dan dapat diketahui juga persen banyak kandungan lapisan Alumina dengan Point Analysis. Dipilih 4 bagian yaitu bagian kanan, kiri tengah dan bawah agar dapat diketahui penyebaran lapisan Alumina tersebut.

Gambar 4.9 Point Analysis Alumina pada Al

Tabel 4.4 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada Al

Element

Massa (%) 1

(kanan) 2 (kiri)

3 (bawah)

4 (tengah)

O 14.39 24.39 17.1 5.56

Tabel diatas merupakan hasil % gabungan dari point analisis tersebut didapati persen kandungan Al dan O, kandungan Al jika dirata – ratakan sebesar 84.64 % dan kandungan O sebesar 15.36 %. Dan terbuktilah bahwa pada Plat Al terdapat lapisan Alumina (Al3O2).

Kemudian dari hasil analisis mapping diketahui adanya mixing Alumina (Al2O3)

secara persebarannya pada plat Al dan lapisan Al dan O yang terpisah keberadaannya bisa digambarkan seperti gambar 4. dibawah ini.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4.10 Hasil Mapping Alumina pada Al (a) Gambar yang akan di-mapping, (b) Kandungan Aluminium (Al), (c) Kandungan Oksigen (O), dan (d) Hasil Mixing

Alumina (AL2O3)

Dari hasil mapping dapat disimpulkan bahwa terdapatnya lapisan Alumina pada plat Al yang di SEM dibantu oleh operator Lab SEM. Untuk Al yang berwarna kuning terlihat sangat jelas dan di bagian hasil O berwarna hijau pun terlihat penyebaran yang merata pada gambar. Dalam penganalisaan mapping dan point analysis dipilih

perbesaran 1000 kali dikarenakan akan dilihat secara luas persebaran Alumina pada plat Al.

4.4.2 Lapisan Alumina pada Plat Silicon Wafer

Telah tampak lapisan pelangi berupa setengah lingkaran merupakan lapisan film tipis yang diharapkan. Maka akan dianalisis oleh SEM di 2 daerah juga yaitu bagian pinggir kiri setengah lingkaran lapisan dan bagian tengan setengah lingkaran lapisan. Pada plat silicon wafer yang diteliti menggunakan SEM ialah menggunakan panjang gelombang laser Nd-YAG 532 nm.

Gambar 4.11 Foto Hasil Pelapisan Pada

Plat Silicon Wafer

(a)

(b)

Gambar 4.12 Hasil SEM permukaan lapisan Alumina pada Silicon wafer pada bagian (a) kanan dan (b) tengah.

Hasil Lapisan Alumina

Plat Silicon Wafer

Perbesaran 200 Perbesaran 1000 Perbesaran 3500

Hasil SEM lapisan Alumina di plat Silicon wafer terlihat juga seperti pelangi semakin menipis kesampingnya dan pada posisi tengah banyaknya lapisan partikel yang diketahui dari hasil SEM perbesaran yang sampai 3500 kali dari di bagian pinggir kiri. Dari kasat mata untuk plat silicon wafer sangat jelas terdapat pelangi dibagian pinggir bawah tengah.

(a) (b)

(c) (d)

(e)

Gambar 4.13 Hasil Mapping Alumina pada Silicon wafer; (a) Gambar yang akan di-mapping, (b) Kandungan Aluminium (Al), (c) Kandungan Oksigen (O),(d) Kandungan

Hasil dari hasil mapping diatas terdapat kandungan yang sama seperti sebelumnya pada plat Al. Namun pada plat Silicon wafer terdapat juga kandungan silicon dideteksi sedikit, merupakan silicon wafer yang diduga mengalami ablasi plat silicon wafer akibat plasma.

Gambar 4.14 Point Analysis Alumina pada Silicon wafer

Tabel 4.5 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada silicon wafer

Element Massa (%)

1 2 3 4

O 4.82 6.9 6.06 6.06

AL 86.25 84.91 82.81 83.03 Si 0.19 70.04 71.57 77.12

Lainnya 8.93 10.83 10.12 10.77

Kemudian juga dengan plat silicon wafer dengan hasil % gabungan dari point analisisnya adalah persen kandungan Al dirata – ratakan sebesar 84.25%, kandungan O 5.96% , Si 0.12 dan kandungan lainnya 10.16% dan telah diketahui adanya lapisan Alumina pada plat silicon wafer.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

Dari hasil penelitian dapat ditarik beberapa kesimpulan, yakni :

1. Panjang gelombang laser Nd:YAG q-smart 850 1064 nm tidak dapat dideteksi oleh fiber optic dikarenakan panjang gelombang 1064 tidak berada pada range cahaya tampak sehingga spectrometer HR2000 tidak bisa dihasilkan panjang gelombangnya yang diolah dengan software Ocean Optic.

2. Dari hasil pengamatan bentuk berkas laser Nd-YAG untuk panjang gelombang

1064 nm diameter berkas laser 2.606e+05 μm (2,606 mm) dan untuk berkas

laser yang panjang gelombangnya 532 nm memiliki diameter berkas laser

2.549e+05 μm (2,606 mm).

3. Telah berhasil melakukan teknik PLD pelapisan Alumina dan Alumina Zr pada Al dan Silicon wafer dengan laser Nd-YAG harmonic pertama (1064 nm) dan harmonic kedua (532 nm). Secara kasat mata, lapisan membentuk setengah lingkaran, seperti pelangi dan diteliti menggunakan SEM dengan mapping didapati persebaran kualitatif unsur Al dan O dengan gambar warna dan point analysis diketahui kuantitatif unsur Al dan O dengan persen massanya.

5.2 Saran

1. Melakukan penembakkan laser dengan chamber yang vakum-nya hingga 5 Torr sebaiknya dilakukan di LIPI Bandung.

2. Melakukan analisa SEM dari posisi samping atau disebut crossection agar dapat diketahui ketebalan dari lapisan tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Adnyana ,I Gusti Agung Putra ,Dkk . 2007 . Pengaruh Ketebalan Lapisan Penyangga Gan Terhadap Struktur Kristal Dan Sifat Optik Film Tipis Gan Ditumbuhkan Dengan Metode Pulsed Laser Deposition . Bali . LIPI

Apsari, Retna, Noriah Bidik Dkk.2011. Karakteristik Sifat Fisik dari Enamel Gigi Manusia Akibat Paparan Laser Nd:YAG Berbasis system Laser Specle Imaging. Jbp.2:9-104

Hanim, Aisyah.2004.Laser Karbondioksida:Aplikasinya dalam Terapi Penyakit Jaringan Lunak Mulut.USU

Kane, Joseph W. Sternheim. 1088. FISIKA. Edisi Ketiga. John Wiley & Sons.

Kimmelma, Ossi . 2009 . Passively Q-Switched Nd:Yag Lasers and Their

Use In Uv Light Generation. Doctoral Dissertation . Helsinki University of Technology.

Meyer, Jurgen R. and Arendt .1995. Introduction to Classical and Modern Optics. Pacific University

Mustofa, Salim. 2007. Rekayasa Bahan Partikel Nano Karbon Untuk Aplikasi Piranti Energy Dan Sensor. Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi Ilmiah Jabatan Peneliti. Tanggerang. ISSN 2087-8079.1:425-445.

Rancmanto, Arif.2012. Sinar Pengukur Panjang Fokus Lensa Cekung Berbasis Mikrokontroler. UI.Depok. 5:11-16

Satoto. Dwi. Dkk.2007. Studi Interferometer Fabry-Perot untuk Pengukuran Panjang Gelombang Cahaya.UNDIP. Semarang, 4:179-182

Siegmen, Anthony E. 1986 . Laser.Mill Valley, California. University Science Books.

Sukirman, E, dkk. 2002. Sintesis Film Tipis Superkonduktor Mgb2 Dengan Teknik Pulsed Laser Deposition. Jakarta .LIPI.

Suliyanti,Maria M . 2010 . Aplikasi Laser Dalam Analisa Unsur Dengan Teknik Pembangkitan Plasma Dan Metode Pelapisan . Jakarta . LIPI

Suliyanti,Maria M . 2013. Pembuatan Laser Karbon Dioksida Pulsa.Lipi.Jakarta Barat.377:75-80

Suryanto, Ir. Hery . 2001. Laporan Riset Unggulan Terpadu VIII. Jakarta. Dewan Riset Nasional

Svelto, Orazio. 2010. Priciples of Laser. Springer New York Dordrecht Heidelberg London.

Wetter, N.U.2000. ICS Lectures on Industrial Application of Lasers. UNIDO

Young,M. 1997. Optics and Lasers Including Fibers and Optical Waveguides . Third Revised Edition. Springer New York.

DAFTAR PUSTAKA

Adnyana ,I Gusti Agung Putra ,Dkk . 2007 . Pengaruh Ketebalan Lapisan Penyangga

Gan Terhadap Struktur Kristal Dan Sifat Optik Film Tipis Gan Ditumbuhkan Dengan Metode Pulsed Laser Deposition . Bali . LIPI

Apsari, Retna, Noriah Bidik Dkk.2011. Karakteristik Sifat Fisik dari Enamel Gigi Manusia Akibat Paparan Laser Nd:YAG Berbasis system Laser Specle Imaging. Jbp.2:9-104

Hanim, Aisyah.2004.Laser Karbondioksida:Aplikasinya dalam Terapi Penyakit Jaringan Lunak Mulut.USU

Kane, Joseph W. Sternheim. 1088. FISIKA. Edisi Ketiga. John Wiley & Sons.

Kimmelma, Ossi . 2009 . Passively Q-Switched Nd:Yag Lasers and Their

Use In Uv Light Generation. Doctoral Dissertation . Helsinki University of

Technology.

Meyer, Jurgen R. and Arendt .1995. Introduction to Classical and Modern Optics. Pacific University

Mustofa, Salim. 2007. Rekayasa Bahan Partikel Nano Karbon Untuk Aplikasi Piranti Energy Dan Sensor. Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi Ilmiah Jabatan Peneliti. Tanggerang. ISSN 2087-8079.1:425-445.

Rancmanto, Arif.2012. Sinar Pengukur Panjang Fokus Lensa Cekung Berbasis Mikrokontroler. UI.Depok. 5:11-16

Satoto. Dwi. Dkk.2007. Studi Interferometer Fabry-Perot untuk Pengukuran Panjang Gelombang Cahaya.UNDIP. Semarang, 4:179-182

Siegmen, Anthony E. 1986 . Laser.Mill Valley, California. University Science Books.

Sukirman, E, dkk. 2002. Sintesis Film Tipis Superkonduktor Mgb2 Dengan Teknik

Pulsed Laser Deposition. Jakarta .LIPI.

Suliyanti,Maria M . 2010 . Aplikasi Laser Dalam Analisa Unsur Dengan Teknik

Pembangkitan Plasma Dan Metode Pelapisan . Jakarta . LIPI

Suliyanti,Maria M . 2013. Pembuatan Laser Karbon Dioksida Pulsa.Lipi.Jakarta Barat.377:75-80

Suryanto, Ir. Hery . 2001. Laporan Riset Unggulan Terpadu VIII. Jakarta. Dewan Riset Nasional

Svelto, Orazio. 2010. Priciples of Laser. Springer New York Dordrecht Heidelberg London.

Wetter, N.U.2000. ICS Lectures on Industrial Application of Lasers. UNIDO

Young,M. 1997. Optics and Lasers Including Fibers and Optical Waveguides . Third Revised Edition. Springer New York.

LAMPIRAN A DATA PERCOBAAN

1. Data Hasil Lapisan Film Tipis Teknik PLD

Panjang

Gelombang Substrat Energi Plat Tekanan Waktu

Diameter Plasma

Ada / Tidak Adanya Lapisan

Kiri Kanan

532 nm Alumina 15 mJ

Silicon

Wafer 5 Pa

15 Menit

> 2,5 cm Sangat Jelas

Sangat Jelas

15 mJ AL 6 Pa < 2,5 cm jelas jelas

1064 nm Alumina

12 mJ AL 4,26 Pa > 3cm sangat

jelas

sangat jelas 12 mJ Silicon

Wafer 4,26 Pa > 3cm terlihat terlihat

1064 nm Alumina

45 mJ AL 4,20 Pa 3 cm Sangat

Jelas

Sangat Jelas 45 mJ Silicon

Wafer 4,53 Pa > 3cm

Sangat Jelas

Sangat Jelas

LAMPIRAN B

GAMBARAN PERCOBAAN

Gambar 1. Rangkaian Percobaan Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser

Gambar 2. Rangkaian Percobaan Pengamatan Berkas Laser Sinar Laser Pulsa Nd:YAG Q-Smart 850