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 3x10
8
ms . 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 https:id.wikipedia.orgwikiSpektrum_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 E
1
ke E
2
, 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
E
2
= energi tingkat atas E
1
= 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 :
Gambar 2.3 Proses emisi spontan
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 E
2
ditumbuk oleh foton yang berenergi h
� , maka atom akan terdorong untuk melakukan transisi ke E
1
dengan memancarkan foton pula. Misalkan pada tingkat energi E
2
ini terdapat n
2
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 E
2
daripada atom yang mempunyai tingkat energi dasar E
1
. 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
keluaranpulsa 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
10 – 50 ns 10 – 100 mJ
1 – 100 Hz
XeCl 351 nm XeF
N2 laser 337 nm
2 – 5 ns 1 – 10 mJ
1 – 10 Hz
2.4 Laser Nd:YAG
Kategori