2.4.2 Laser Light amplification by stimulated emission of radiation
Laser adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Laser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat
lurus. Laser bekerja pada spektrum infra merah sampai ultra ungu. Proses laser pada
dasarnya adalah proses interaksi gelombang elektromagnetik dengan atom-atom materi, yaitu penggandaan intensitas cahaya yang dihasilkan dari proses transisi
dalam atom di dalam materi, untuk dapat mengetahui bagaimana sumber cahaya ini bekerja maka terlebih dahulu perlu diketahui keadaan energi yang terdapat didalam
suatu atom. Menurut teori kuantum, keadaan energi dari suatu atom ditentukan oleh keadaan energi dari elektron-elektronnya. Salah satu contoh yang sederhana dari
prinsip kerja laser adalah sistem dua tingkat energi untuk hidrogen seperti pada
Gambar 2.7 yang menyatakan dimana E
1
adalah tingkat energi normal ground state
dan E
2
adalah tingkat energi tereksitasi exciting state [8].
Gambar 2.7 Mekanisme energi laser Mula-mula dalam keadaan normal atom berada di E
1
tingkat energi normal lalu diganggu, misalnya dengan cara dialiri arus listrik sehingga energinya naik ke E
2
tingkat energi tereksitasi. Setelah berada dalam tingkat energi tereksitasi, maka atom akan berusaha kembali ke keadaan normalnya, yaitu menuju ke E
1
. Sewaktu menuju E
1
dari E
2
inilah dipancarkan sinar laser dalam bentuk emisi spontan spontaneous emission. Dalam keadaan kesetimbang termal maka jumlah atom di
tingkat tereksitasi 2N akan sama jumlahnya dengan jumlah atom di tingkat energi normal 1N [8].
Universitas Sumatera Utara
Pada waktu perpindahan menuju keadaan normal maka perubahan jumlah atomnya memenuhi Persamaan [8]:
N
2
N
1
= Exp - ΔEkT
2.4 Dengan : k
= konstanta Bolzman 1,38 x 10−23 JK T = Temperatur °K
ΔE = E
1
– E
2
Sedangkan energi fotonnya memenuhi persamaan : h = E
2
– E
1
2.5 dengan :
h = konstanta Plank 6,6261 x10
-34
J.s = frekuensi energi foton
Dalam sistem tersebut photon dengan arah dan energi yang sama akan bolak- balik dan membentuk photon baru yang energi dan arahnya juga sama, sehingga pada
suatu saat setelah terkumpul energi yang besar kumpulan photon ini akan melewati bagian cermin kedua dan inilah yang keluar sebagai laser. Memang tidak semua laser
yang ada mempergunakan cermin-cermin untuk menstimulasi pembentukan foton baru, akan tetapi penjelasan diatas merupakan gambaran secara umum terjadinya
laser. Laser juga merupakan sebuah alat yang menggunakan efek mekanika
kuantum, pancaran terstimulasi, untuk menghasilkan sebuah cahaya yang koherens dari medium lasing yang dikontrol kemurnian, ukuran dan bentuknya. Pengeluaran
dari laser dapat berkelanjutan dan dengan amplituda-konstan dikenal sebagai CW atau gelombang berkelanjutan, atau detak, dengan menggunakan teknik Q-switching,
modelocking, atau gain-switching. Sebuah medium laser juga dapat berfungsi sebagai amplifier optikal. Signal yang diperkuat dapat menjadi sangat mirip dengan signal
input dalam istilah panjang gelombang fase dan polarisasi, ini tentunya penting dalam komunikasi optikal lase berarti memproduksi cahaya koherens, dan merupakan
pembentukan-belakang dari istilah laser.
Universitas Sumatera Utara
Komponen penting sebuah laser adalah laser resonator atau laser cavity. Laser cavity terdiri dari 3 komponen penting yaitu medium, pemompa energi dan sepasang
cermin. Medium mengandung atom-atom yang mempunyai tingkat energi metastabil yang dapat dieksitasi dengan menyerap energi dari luar. Pada Gambar 2.8
menunjukkan bahwa medium ini dapat berupa cat cair, gas maupun zat padat yang dikategorikan laser cat dye laser, laser diode zat padat dan laser CO
2
laser gas [9].
Gambar 2.8 Skema rongga laser Dalam rongga laser cahaya yang diemisikan atom-atom akan bolak-balik
karena dipantulkan oleh kedua cermin, cahaya ini akan membentuk sebuah gelombang berdiri standing wave yang menentukan karakteristik frekuensi dan
panjang gelombang laser yang dihasilkan. Adapun karakteristik laser yaitu [9]:
1. Umumnya menggunakan kabel optik single mode.
2. Response time 1 nano detik.
3. Cahaya yang dipancarkan oleh dioda laser bersifat koheren.
4. Diode laser memiliki lebar spektral yang lebih sempit ~1 nm jika dibandingkan
dengan LED sehingga dispersi chromatic dapat ditekan. 5.
Diode laser diterapkan untuk transmisi data dengan bit rate tinggi Untuk komunikasi berkecepatan diatas 200 Mbs
6. Daya keluaran optik dari diode laser adalah 0 ~ 10 dBm.
Universitas Sumatera Utara
7. Kinerja keluaran daya optik, panjang gelombang, umur dari diode laser sangat
dipengaruhi oleh temperatur operasi. Laser merupakan sumber optik yang koheren. Bahan dasarnya berupa gas, cairan,
kristal dan semikonduktor. Komunikasi jarak jauh memerlukan laser monomode single mode diantaranya sebagai berikut [9]:
1. DFB : Distributed Feedback Laser
2. DBR : Distributed Bragg Reflector Laser
2.5 Prinsip Kerja Laser
Kategori