PENGUKURAN DAYA LASER CO2 DAN LASER DPSS SERTA PENGAMATAN BEAM PROFILER SINAR LASER DPSS DAN LASER He-Ne MENGGUNAKAN CCD SKRIPSI HELEN MARTINA MANURUNG 090801041

PENGUKURAN DAYA LASER CO

  2 DAN LASER DPSS SERTA PENGAMATAN BEAM PROFILER SINAR LASER DPSS DAN LASER He-Ne MENGGUNAKAN CCD SKRIPSI HELEN MARTINA MANURUNG 090801041

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

  

ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

PENGUKURAN DAYA LASER CO

  2 DAN LASER DPSS SERTA PENGAMATAN BEAM PROFILER SINAR LASER DPSS DAN LASER He-Ne MENGGUNAKAN CCD SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains HELEN MARTINA MANURUNG 090801041 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

  2013

  PERSETUJUAN

  Judul : Pengukuran Daya Laser CO

  2 Dan Laser DPSS

  Serta Pengamatan Beam Profiler Sinar Laser DPSS dan Laser He-Ne Menggunakan CCD

  Kategori : Skripsi Nama : Helen Martina Manurung Nomor Induk Mahasiswa : 090801041 Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam

  Universitas Sumatera Utara Diluluskan di

  Medan, 20 Agustus 2013 Komisi Pembimbing : Pembimbing 2, Pembimbing 1,

  Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc NIP. 195609181985031002 NIP. 196006031986011002

  Diketahui/ disetujui Oleh : Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

  Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003

  LEMBAR PENGESAHAN PENGUKURAN DAYA LASER CO

  2 DAN LASER DPSS SERTA PENGAMATAN BEAM PROFILER SINAR LASER DPSS DAN LASER He-Ne MENGGUNAKAN CCD Oleh : Helen Martina Manurung NIM : 090801041 Disetujui oleh : DR. Maria Margaretha Sulianti, MT NIP : 195903101986032002 Diketahui oleh : Kepala Pusat Penelitian Fisika PPF - LIPI DR. Bambang Widiyatmoko, M.Eng NIP : 196204301988031001

PERNYATAAN PENGUKURAN DAYA LASER CO DAN LASER DPSS SERTA

  2 PENGAMATAN BEAM PROFILER LASER DPSS DAN LASER He-Ne MENGGUNAKAN CCD SKRIPSI

  Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dari ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

  Medan, 20 Agustus 2013 HELEN MARTINA MANURUNG NIM. 090801041

  PENGHARGAAN

  Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat dan anugerah kasihNya, kekuatan serta hikmat kebijaksanaan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan masukan, arahan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih buat semua pihak yang terlibat di dalam penulisan Tugas Akhir ini. Ucapan terimakasih saya sampaikan kepada : 1.

  Keluarga besar saya, orangtua saya H. Manurung dan R. Damanik, adik- adik saya tersayang Hilda Manurung, Halason Manurung dan Hansen Manurung, terimakasih buat dukungan, doa, kesabaran dan kasih sayang yang diberikan. I always love you until the end of my life.

  2. Para peneliti-peneliti di LIPI Serpong, Banten, yan telah banyak membantu saya diantaranya Ibu DR. Maria M. Suliyanti, M.T selaku pembimbing di P2F LIPI, Bapak Dr. Bambang Widyatmoko selaku kepala P2F LIPI, pak Prabowo, bu Ani, pak Suryadi, ibu Affi, ibu yuli, pak Bambang, Prof. Masno Ginting, Prof. Pardamean Sebayang dan seluruh staf/karyawan P2F LIPI Serpong, Banten, yang tidak dapat saya ucapkan satu persatu, saya mengucapkan terimakasih.

  3. Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc dan bapak Dr. Bisman Perangin- angin, M.Eng.Sc selaku dosen pembimbing saya yang telah memberikan banyak masukan, semangat, waktu dan pikiran untuk memberikan arahan dan bimbingan kepada saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir saya ini, saya mengucapkan terimakasih.

  4. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA USU dan Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Si selaku Sekertaris Jurusan Fisika FMIPA USU dan dosen PA saya, serta seluruh dosen, staf/karyawan Departemen Fisika, saya mengucapkan terimakasih.

  5. Personil fisika USU angkatan 2009 yang dikenal dengan sebutan stambuk

  briefing yang terdiri dari 36 orang personil terdiri dari : Agus Ningsih,

  Fitri Yuniati Harahap, Arvilla Mikartini, Sabam P. Simbolon, Sukria Novianti, Monora Panca Bakara, Herdiana Purba, Ade Irma Y. Nasution, Zainaluddin Rambe (Komting 2009), Sony Togatorop, Agus P. Siahaan, Nurzannah, Ferdy Aulia Mirda, Masria Pane, Valentina Ginting, Eldo Jones Surbakti, Yosua Pinem, Esrawati Siregar, Wenny Yoweri Gulo, Septiana Manurung, Yenny T.S. Lubis, Resdina Silalahi, Emy Tarigan, Stevani Sigiro, Enra S. Tambunan, Silviana Simbolon, Kalam T.T.

  Siregar, Istas P. Manalu, Rieni K. Sitanggang, Suhartina Malau, Natanael Saragih, Timbul Mulia David Panjaitan, Poltak Simarmata, teman seperjuangan suka dan duka, bersama-sama mengarungi pahit manisnya masa-masa perkuliahan, bersama-sama mengarungi pahit manisnya masa- masa kepanitiaan untuk kegiatan-kegiatan Ikatan Mahasiswa Fisika (IMF) dan kepengurusan IMF USU tahun 2012-2013. I love you all and someday I will miss everything that we have done to do , guys.

  6. Seluruh anggota Ikatan Mahasiswa Fisika (IMF) USU mulai dari anggota angkatan diatas stambuk saya maupun dibawah stambuk saya, saya mengucapkan terimakasih atas kerjasamanya selama perkuliahan.

  7. Teman-teman almuni SMA RK Budi Mulia Pematangsiantar yang berada di JaBoDeTaBek yang telah banyak memberikan masukan selama saya penelitian di Serpong, Tangerang Selatan, Banten. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangunn dari para pembaca agar dapat menjadi acuan untuk penulisan selanjutnya. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca. God Bless You All.

  ABSTRAK

  Dalam penelitian ini, dilakukan pengukuran daya dengan memvariasikan arus terhadap laser CO

  2 dan laser DPSS, pengamatan beam profiler sinar laser DPSS

  dan laser He-Ne serta pengamatan spektrum panjang gelombang laser DPSS dan laser He-Ne.

  Pada pengukuran daya dengan memvariasikan arus terhadap laser CO

  2

  dan laser DPSS, pengukuran dilaksanakan lebih dari satu kali agar dapat disimpulkan bagaimana kestabilan daya yang dihasilkan dari masing-masing laser. Dari hasil pengukuran yang dilakukan, laser DPSS menghasilkan daya yang lebih stabil dibandingkan dengan laser CO

  2 . Namun, laser CO 2 menghasilkan daya yang jauh lebih besar dibandingkan dengan laser DPSS.

  Dalam penelitian ini juga mengamati beam profiler sinar laser DPSS dan laser He-Ne. Pengamatan ini menggunakan CCD sebagai sensor untuk merekam gambar cahaya yang dipancarkan oleh laser yang kemudian ditransmisikan ke komputer dan diolah menggunakan software Laser Beam Analyzers untuk menampilkan bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi dari laser. Setelah dilakukan pengamatan, pada laser DPSS, jarak CCD ke sumber laser yang tepat untuk menampilkan gambar yang bagus berada pada jarak 32 cm dengan diameter berkas laser sebesar 3,673 mm sedangkan untuk laser He-Ne berada pada jarak 10 cm dengan diameter berkas laser sebesar 4,451 mm. Pada penelitian ini juga dilakukan pengamatan spektrum panjang gelombang laser DPSS dan laser He-Ne menggunakan spektrometer HR4000. Kata kunci : Laser CO , Laser DPSS, Laser He-Ne, CCD

  2

MEASURING POWER OF LASER CO

  2 AND LASER DPSS AND OBSERVATION THE BEAM PROFILER OF LASER BEAM DPSS AND LASER BEAM He-Ne BY USING CCD ABSTRACT

  This research has done measuring the power by varying the current of laser CO

  2

  and laser DPSS, observation the beam profiler of laser beam DPSS and laser beam He-Ne and observation the spectrum wavelength of laser DPSS and laser He-Ne.

  In this case of measuring the power by varying the current of laser CO

  2

  and laser DPSS, the measuring has done more than once in order to concluded how the stability of the power that produced by each of the laser. The result of this measuring is laser DPSS produced the power more stable than the laser CO

  2 but

  the laser CO 2 produced the power more bigger than the laser DPSS.

  In this research, the observation the beam profiler of laser beam DPSS and laser beam He-Ne by using CCD which is the censor to record the figure of light emited by the laser and then transmitted to the computer and processed by using software Laser Beam Analyzers to show the type of 2 dimension and 3 dimension of the laser. After that doing this observation, the conclusion are the distance of the CCD form the laser DPSS is 32 cm and the diameter of the laser beam is 3,673 mm and the distance of the CCD from the laser He-Ne is 10 cm and the diameter of the laser beam is 4,451 mm. In this research also made the observation of the spectrum wavelength of the laser by using spectrometer HR4000.

  Keywords : Laser CO

  2 , laser DPSS, Laser He-Ne, CCD

DAFTAR ISI

  Halaman Persetujuan i

  Pengesahan ii

  Pernyataan iii

  Penghargaan iv

  Abstrak vi

  Abstract vii

  Daftar Isi viii

  Daftar Tabel x

  Daftar Gambar xi

  BAB I Pendahuluan

  1.1

  1 Latar Belakang

  1.2

  3 Rumusan Masalah

  1.3

  3 Batasan Masalah

  1.4

  4 Tujuan Penelitian

  1.5

  4 Manfaat Penelitian

  1.6

  4 Metode Penelitian

  1.7

  5 Sistematika Penulisan

  BAB II Tinjauan Pustaka

  2.1 Karakteristik Sinar

  6

  2.2 Spektrum Elektromagnetik

  7

  2.3 Laser

  7

  2.3.1 Defenisi Laser

  8

  2.3.1.1 Light

  9

  2.3.1.2 Amplification

  10

  2.3.1.3 Stimulated Emission dan

  10 Spontaneous Emission

  2.3.2 Komponen Laser

  14

  2.3.3 Karakterisitik Laser Secara Umum

  17

  2.3.3.1 Koherensi

  17

  2.3.3.2 Monokromatik

  18

  2.3.3.3 Keterarahan (directionality)

  19

  2.3.3.4 Kecerahan (Brightness)

  20

  2.3.4 Laser CO

  2

  21

  2.3.5 Laser DPSS (Diode-Pumped Solid State)

  22

  2.3.6 Laser He-Ne

  23 BAB III Metode Penelitian

  3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

  25

  3.1.1 Tempat Penelitian

  25

  3.1.2 Waktu Penelitian

  25

  3.2 Alat, Software dan Laser yang Diteliti

  25

  3.2.1 Alat Penelitian

  25

  3.2.1.1 Alat Laser CO

  2 Kontinyu

  25

  3.2.1.2 Alat Laser DPSS

  30

  3.2.1.3 Beam Profiler

  32

  3.2.1.4 Pengamatan Spektrum Panjang

  34 Gelombang Laser

  3.2.2 Laser yang Diteliti

  34

  3.2.3 Software

  35

  3.3 Prosedur Penelitian

  35

  3.3.1 Pengukuran Daya Laser

  35

  3.3.2 Pengamatan Beam Profiler Sinar Laser

  38

  3.3.3 Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser

  39

  3.4 Analisa Data

  40

  3.5 Diagram Kerja

  40 BAB IV Hasil dan Pembahasan

  4.1 Pengukuran Besar Daya Laser CO

  2 Sebagai Fungsi Arus

  42

  4.2 Pengukuran Besar Daya Laser DPSS Sebagai Fungsi Arus

  45 dengan Variasi Cermin

  4.3 Pengamatan Bentuk Berkas Sinar Laser

  47

  4.4 Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser

  57 BAB V Kesimpulan dan Saran

  5.1 Kesimpulan

  60

  5.2 Saran

  62 Daftar Pustaka

  Lampiran Lampiran A Lampiran Data Percobaan Lampiran B Lampiran Gambar

  DAFTAR TABEL

  Nomor Judul Halaman Tabel

  4.1. Pengukuran daya laser CO

  2 sebagai fungsi arus

  42 (Rabu, 1 Mei 2013)

  4.2. Pengukuran daya laser CO

  2 sebagai fungsi arus

  43 (Kamis, 2 Mei 2013)

  4.3. Bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi berkas sinar laser 48 Dengan filter hijau hijau

  4.4. Bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi berkas sinar laser 52 He-Ne dengan filter merah hitam hijau

  DAFTAR GAMBAR

  30

  33

  3.10. Beam profiler (seperangkat CCD dan filter)

  32

  3.9. Power supply unit pada laser DPSS

  31

  3.8. Cahaya laser DPSS yang dipantulkan ke cermin

  2

  2

  3.7. Rangkaian laser CO

  30

  3.6. Power meter digital

  29

  3.5. Sensor cahaya dan tabung gas campuran

  28

  3.11. Diagram blok pengukuran daya pada laser CO

  36

  27

  3.16. Flow chart proses penelitian

  2 sebagai fungsi

  4.2. Grafik pengukuran daya laser CO

  44 arus (Rabu, 1 Mei 2013)

  2 sebagai fungsi

  4.1. Grafik pengukuran daya laser CO

  41

  39 gelombang laser

  3.12. Diagram blok pengukuran daya pada laser DPSS

  3.15. Diagram blok pengamatan spektrum panjang

  39 laser

  3.14. Diagram blok pengamatan beam profiler sinar

  38 sebagai fungsi arus tanpa penggunaan cermin

  3.13. Diagram blok pengukuran daya pada laser DPSS

  37 sebagai fungsi arus dengan penggunaan cermin

  3.4. Rangkaian vacuum pump pada kotak pengontrol

  3.3. Rangkaian sumber tegangan

  Nomor Judul Halaman Gambar

  13

  16

  2.7. Skema rongga laser (Laser Cavity)

  15

  2.6. Tiga komponen laser

  14

  2.5. Skema sederhana dari tipe laser

  2.4. Emisi spontan dan emisi terstimulasi

  17

  11

  2.3. Interaksi cahaya dengan 2 level sistem

  8

  2.2. Panjang gelombang beberapa laser

  7

  2.1. Spektrum elektromagnetik

  2.8. Karakteristik sinar laser

  2.9. Sebuah prisma dapat digunakan untuk pengertian

  27

  22

  3.2. Kotak pengontrol

  26

  2

  3.1. Laser head CO

  23

  2.14. Skema laser He-Ne

  2.13. Skema dari laser pemompa

  18 konsep monokromatik

  21

  2

  2.12. Design laser CO

  20

  2.11. Skema laser

  19 beberapa putaran diantara cermin, cahaya laser muncul dengan sudut penyimpangan yang kecil

  2.10. Karena cahaya pada medium laser membuat

  44 Arus (Kamis, 2 Mei 2013)

  4.3. Grafik pengukuran daya laser DPSS sebagai fungsi 46 arus tanpa penggunaan cermin dan dengan penggunaan cermin

  4.4. Bentuk 2 dimensi sinar laser DPSS pada jarak

  51 32 cm

  4.5. Bentuk 3 dimensi sinar laser DPSS pada jarak

  51 32 cm

  4.6. Bentuk 2 dimensi sinar laser He-Ne pada jarak

  56 10 cm

  4.7. Bentuk 3 dimensi sinar laser He-Ne pada jarak

  57 10 cm

  4.8. Spektrum laser DPSS

  58

  4.9. Spektrum laser He-Ne

  59