METODOLOGI PENELITIAN
D. Cara Kerja Penelitian
D.1. Pembangunan laser CO2
Tahap awal dalam penelitian ini adalah pembangunan laser CO2 tipe semi sealed-off. Laser CO2 tipe semi sealed-off terdiri dari 6 bagian, yaitu sebagai berikut :
a. Tabung lucutan
Aksi laser terjadi di tabung laser. Aksi laser meliputi inversi populasi dan perbesaran intensitas. Pada bagian ini terdapat
tabung lucutan laser CO2 tipe semi sealed-off, gratting, dan cermin
outcoupling.
b. Pengaturan gas
Pada bagian ini terdapat tabung gas (CO2, N2 dan He), tabung pencampur, pengukur tekanan dan flow meter. Gas CO2, N2, dan He dialirkan dengan tekanan tertentu yang diatur dengan menggunakan flow meter. Kemudian gas-gas tersebut dicampur pada tabung pencampur. Untuk mengetahui tekanan total gas pada tabung pencampur digunakan pengukur tekanan.
c. Catu daya tegangan tinggi
Pada eksperimen ini digunakan sistem pemompaan elektrik. Untuk proses pemompa atom-atom agar terjadi inversi
36
populasi, digunakan catu daya tegangan tinggi. Catu daya tegangan tinggi yang digunakan adalah tipe HCN 250-17000.
d. Pompa vakum
Berfungsi untuk memvakumkan sistem dan membuang gas pada tabung pencampur. Bagian ini terdiri dari sebuah pompa vakum yang dihubungkan dengan tabung lucutan dan bagian pengaturan gas.
e. Pendingin
Pada bagian ini terdapat sebuah pompa air, yang mengatur keluar-masuk air. Air ini dialirkan di sekeliling tabung lucutan yang berfungsi untuk mempertahankan suhu pada tabung lucutan.
f. Pengukuran daya keluaran
Pada bagian ini terdapat power meter model OPHIR AN/2 yang berfungsi untuk mengukur keluaran daya laser.
Keenam bagian tersebut, dirangkai sedemikian sehingga sistem benar-benar tertutup. Hal ini dapat diketahui dengan cara menvakumkan sistem. Sistem dikatakan tertutup jika, pengukur tekanan mendekati pada angka 0 mBar (hampa). Angka 0 mBar hampir tidak mungkin didapatkan, oleh karena itu pada angka 3 atau 4 mBar dapat dianggap sebagai tekanan hampa. Rangkaian alat lengkap sistem laser
38
D.2. Pelurusan Optik (alignment)
Agar daya laser keluar, harus dilakukan pelurusan optik (alignment). Pelurusan optik ini dilakukan untuk meluruskan jalan berkas laser di dalam resonator. Resonator yang digunakan dalam sistem laser CO2 ini berupa gratting, tabung lucutan, dan cermin outcoupling. Pada resonator, gratting dan cermin outcoupling berfungsi sebagai pemantul. Sedangkan tabung lucutan sebagai tempat medium aktif. Agar jalan berkas laser lurus, kedudukan antara gratting, cermin outcoupling, dan tabung lucutan harus sejajar dalam satu garis lurus.
Pada penelitian ini pelurusan optik dilakukan dengan bantuan laser He-Ne. Langkah-langkah dalam pelurusan optik, adalah sebagai berikut :
1) Laser He-Ne diletakkan sedemikian rupa sehingga berkas
He-Ne melewati diafragma cermin outcoupling, dan berkas tepat jatuh di tengah-tengah gratting.
2) Gratting diatur dengan memutar mikrometer sehingga seluruh
pantulan berkas laser He-Ne jatuh tepat di tengah-tengah lubang diafragma cermin outcoupling.
3) Cermin outcoupling dipasang pada diafragma. Kemudian, pantulan
berkas laser He-Ne dari cermin outcoupling diluruskan dengan memutar mikrometer diafragma sehingga kembali ke sumber laser He-Ne.
4) Setelah cermin outcoupling sejajar dengan gratting, tabung lucutan diletakkan di tengah-tengah antara gratting dan cermin outcoupling. Tabung lucutan diatur dengan memutar skrup penyangga tabung sehingga berkas laser He-Ne tepat jatuh di tengah-tengah jendela brewster yang ada di ujung-ujung tabung.
5) Jika daya belum muncul, maka dapat dipicu dengan menggerakkan
gratting atau cermin outcoupling. Jika daya tetap tidak muncul, maka pelurusan optik diulangi dari langkah awal kembali.
D.3. Pengisian Campuran Gas
Proses ini terbagi menjadi 2 tahap, yaitu pembuatan campuran
gas dalam tangki pencampur dengan bantuan flow meter dan pengisian
campuran ke dalam tabung laser CO2.
Pembuatan campuran gas didahului dengan memvakumkan seluruh sistem laser CO2. Setelah sistem vakum, katup keluaran gas pada tabung pencampur ditutup. Kemudian alirkan gas CO2, N2 dan He menuju ke tabung pencampur gas melalui flow meter. Flow meter berfungsi untuk mengatur tekanan gas-gas tersebut. Atur tekanan dari gas-gas tersebut dengan perbandingan He:N2:CO2 sebesar 30:10:40. Perbandingan tekanan tersebut merupakan perbandingan tekanan yang menghasilkan daya laser yang optimum. Setelah dicapai tekanan gas
40
tabung pencampur berisi campuran gas He, N2, CO2 dengan perbandingan 30 : 10 : 40.
Pengisian gas campuran untuk laser CO2 semi sealed-off
dimulai dengan menvakumkan tabung lucutan. Pada saat proses pemvakuman, katup keluar-masuk tabung pencampur ditutup dan katup pada tabung lucutan dibuka. Setelah tabung lucutan vakum, pompa vakum dimatikan, lalu tabung lucutan diisi dengan campuran gas dari tabung pencampur dengan tekanan rendah. Catu daya tegangan tinggi dihidupkan, tegangan diatur sehingga terjadi pendaran pada kedua belah tabung lucutan. Setelah tabung lucutan berpendar, gas dialirkan kembali sampai didapatkan daya laser. Setelah daya laser didapat, katup tabung lucutan ditutup sehingga sekarang tabung laser CO2 dalam keadaan sealed-off.
D.4. Optimalisasi Daya Laser CO2
Dalam penelitian ini, optimalisasi daya laser CO2 tipe sealed-off
sebagai sumber radiasi spektroskopi fotoakustik dilakukan dengan mengubah-ubah arus listrik masukan.
Arus listrik masukan divariasikan mulai dari yang paling tinggi
sampai paling rendah. Dengan mengamati power meter, dapat dilihat
daya laser keluaran. Dengan langkah-langkah di atas dapat diketahui arus listrik masukan yang membuat laser menjadi optimum.
41 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil
Laser CO2 yang digunakan pada penelitian ini nantinya akan digunakan sebagai sumber cahaya pada spektroskopi fotoakustik. Oleh karena itu diperlukan laser CO2 dengan daya yang besar dan stabil. Untuk mendapatkan daya yang besar dan stabil, maka pada penelitian ini telah dilakukan optimalisasi daya laser CO2 dengan mengatur arus listrik masukkannya pada komposisi campuran gas yang optimum.
Sebelumnya telah dilakukan optimalisasi daya laser CO2 dengan mengatur komposisi dari campuran gas. Pada penelitian tersebut didapatkan bahwa pada campuran gas He : N2 : CO2 dengan tekanan 30:10:40 diperoleh daya yang optimum pada laser CO2.
Dengan memanfaatkan data dari penelitian tersebut, dilakukan optimalisasi daya laser CO2 dengan mengatur arus listrik masukkannya. Didapatkan bahwa laser CO2 yang digunakan memiliki daya keluaran yang optimum sebesar 4,78 W pada arus listrik masukan sebesar 13,6 mA seperti terlihat pada tabel 1 dan gambar 24.
42
Tabel 1. Tabel hubungan daya keluaran laser CO2 (W) terhadap Arus listrik masukan (mA) pada campuran gas dengan perbandingan tekanan
He:N2:CO2 = 30:10:40 Arus Daya 8 3,85 8,1 3,9 8,2 3,94 8,3 3,99 8,4 4,02 8,5 4,05 8,6 4,07 8,7 4,11 8,8 4,15 8,9 4,18 9 4,2 9,1 4,21 9,2 4,23 9,3 4,26 9,4 4,28 9,5 4,3 9,6 4,34 9,7 4,35 9,8 4,37 9,9 4,38 10 4,38 10,1 4,4 10,2 4,43 10,3 4,44 10,4 4,46 10,5 4,48 Arus Daya 10,6 4,5 10,7 4,53 10,8 4,54 10,9 4,56 11 4,56 11,1 4,57 11,2 4,58 11,3 4,6 11,4 4,62 11,5 4,63 11,6 4,63 11,7 4,65 11,8 4,66 11,9 4,67 12 4,68 12,1 4,65 12,2 4,66 12,3 4,67 12,4 4,68 12,5 4,69 12,6 4,7 12,7 4,73 12,8 4,69 12,9 4,7 13 4,7 13,1 4,72 Arus Daya 13,2 4,73 13,3 4,75 13,4 4,76 13,5 4,77 13,6 4,78 13,7 4,76 13,8 4,76 13,9 4,75 14 4,75 14,1 4,75 14,2 4,74 14,3 4,71 14,4 4,71 14,5 4,71 14,6 4,71 14,7 4,7 14,8 4,69 14,9 4,67 15 4,67 15,1 4,67 15,2 4,67 15,3 4,66 15,4 4,67 15,5 4,66
Gambar 24. Grafik daya keluaran Laser CO2 (W) terhadap arus listrik masukan (mA) pada campuran gas dengan perbandingan tekanan He:N2:CO2 = 30:10:40
3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Da ya K elu ar an La se r C O 2 (W )
44
B. Pembahasan
Penelitian ini terdiri dari 3 tahap 1. Pembangunan laser CO2 2. Pencarian daya laser CO2 3. Optimalisasi daya laser CO2
B.1. Pembangunan laser CO2
Tahap awal dari penelitian ini adalah pembangunan laser CO2. Rangkaian alat sistem laser CO2 ditunjukan oleh gambar 25.
Gambar 25. Gambar rangkaian alat sistem laser CO2
Laser CO2 tipe semi sealed-off terdiri dari 6 bagian, yaitu sebagai berikut :
a. Tabung lucutan
Pada bagian ini terdapat tabung lucutan laser CO2 tipe semi sealed-off, gratting, dan cermin outcoupling.
b. Pengaturan gas
Pada bagian ini terdapat tabung gas (CO2, N2 dan He), tabung pencampur, pengukur tekanan dan flow meter.
c. Catu daya tegangan tinggi
Catu daya tegangan tinggi yang digunakan adalah tipe HCN 250-17000.
d. Pompa vakum
Bagian ini terdiri dari sebuah pompa vakum yang dihubungkan dengan tabung lucutan dan bagian pengaturan gas.
e. Pendingin
Pada bagian ini terdapat sebuah pompa air, yang mengatur keluar-masuk air. Air yang digunakan berupa aquades agar tabung laser tidak berlumut.
f. Pengukuran daya keluaran
Pada bagian ini terdapat power meter model OPHIR AN/2 yang berfungsi untuk mengukur keluaran daya laser.
Keenam bagian tersebut, dirangkai sedemikian sehingga sistem benar-benar tertutup (tidak bocor).
Pada tahap ini, terjadi beberapa hambatan. Hambatan yang terjadi berupa kerusakan pada alat yang digunakan yaitu pengukur tekanan. Hambatan utama yang dialami adalah kebocoran pada
46
sistem, sehingga sistem tidak benar-benar tertutup. Jika sistem tidak pada keadaan tertutup, maka tidak akan terjadi pendaran pada tabung laser. Untuk mengatasi masalah tersebut, dilakukan pengecekan pada keseluruhan sistem dengan menggunakan bantuan pompa vakum dan pengukur tekanan. Pada saat pompa vakum dinyalakan, pengukur tekanan menunjuk pada angka 3-4 mBar jika sistem dalam keadaan tertutup. Jika tidak demikian maka sistem harus dicek satu persatu dengan cara membuka dan menutup katup yang ada.
B.2. Pencarian daya laser CO2
Tahap kedua dari penelitian ini adalah pencarian daya laser CO2. Agar daya laser dapat keluar, berkas laser pada resonator harus benar-benar lurus. Proses pelurusan (alignment) ini dilakukan dengan bantuan laser He-Ne. Jika daya belum muncul, maka dapat dipicu dengan menggerakkan gratting. Jika daya laser belum didapatkan juga, maka proses tersebut harus diulang kembali sampai didapatkan keluaran daya laser. Saat didapatkan keluaran daya laser, dimungkinkan daya laser yang telah didapatkan tersebut dapat hilang kembali. Hal tersebut dikarenakan laser belum stabil.
Pada penelitian ini, daya laser sulit sekali didapatkan. Lalu dicoba untuk mengganti jendela pada ujung-ujung tabung laser dengan yang baru. Hal tersebut dilakukan dikarenakan jendela pada ujung-ujung tabung laser sangat kotor. Setelah jendela tersebut
diganti dengan yang baru, dilakukan proses pelurusan kembali sampai didapatkan daya laser yang stabil.
B.3. Optimalisasi daya laser CO2
Tahap terakhir dari penelitian ini adalah optimalisasi daya laser CO2. Setelah didapatkan daya laser, maka selanjutnya laser tersebut akan dioptimumkan. Terdapat beberapa cara agar daya laser dapat dibuat menjadi optimum, diantaranya dengan mengatur komposisi dari campuran gas yang digunakan pada laser atau dengan mengatur arus listrik masukannya.
Sebelumnya telah dilakukan optimalisasi daya laser CO2 dengan mengatur komposisi dari campuran gas. Dengan memanfaatkan data dari penelitian tersebut, pada penelitian ini dilakukan optimalisasi daya laser CO2 dengan mengatur arus listrik masukannya pada komposisi campuran gas yang optimum. Arus listrik masukan divariasikan mulai dari yang paling tinggi sampai paling rendah. Dengan mengamati power meter, dapat dilihat daya laser keluaran. Dengan langkah-langkah di atas dapat diketahui arus listrik masukan yang membuat laser menjadi optimum.
Pada tahap ini, tidak terdapat suatu hambatan. Penelitian dapat berjalan dengan lancar dan didapatkan hasil yang cukup memuaskan.
48 BAB V PENUTUP A. Kesimpulan
Dari penelitian ini dapat diambil kesimpulan bahwa
1. Laser CO2 terdiri dari 6 bagian yaitu tabung lucutan, pengaturan gas, catu daya tegangan tinggi, pompa vakum, pendingin dan pengukur daya keluaran. Keenam bagian tersebut harus dirangkai sedemikian rupa seperti pada gambar 23. Rangkaian tersebut harus benar-benar sempurna sehingga tidak terdapat kebocoran. Setelah rangkaian laser CO2 terbangun, dilakukan proses pelurusan optik (alignment) agar dapat dihasilkan daya laser. Daya pada laser CO2 dapat muncul jika berkas laser pada resonator benar-benar lurus dan tidak terhalang oleh sesuatu.
2. Beberapa cara dapat digunakan untuk membuat daya keluaran pada laser CO2 menjadi optimum, yaitu dengan cara mengatur komposisi dari campuran gas yang digunakan pada laser atau dengan mengatur arus listrik masukannya. Pada proses optimalisasi dengan mengatur arus listrik masukannya, arus listrik masukan divariasikan mulai dari yang paling tinggi sampai paling rendah. Dengan mengamati power meter, dapat dilihat daya laser keluaran.
3. Pada penelitian ini didapatkan hasil bahwa laser CO2 pada arus listrik masukan sebesar 13,6 mA dihasilkan daya yang besar dan stabil (optimum) yaitu sebesar 4,78 W dengan perbandingan tekanan gas He:N2:CO2 = 30:10:40
B. Saran
Tabung laser harus dalam keadaan yang bersih, sehingga pada proses pelurusan optik (alignment) berkas laser benar-benar lurus dan tidak terhalang oleh sesuatu seperti kotoran di jendela pada ujung tabung laser.
50