TINJAUAN PUSTAKA
2.3. Laser Nd:YAG
2.3.1. Konsep Dasar 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,
11 baik laser pulsa ataupun kontiniu memiliki ukuran diameter berkas laser dibawah 5 mm dan adapun yang lebih.
2.3.2. Konstruksi Laser Nd:YAG
Laser Nd:YAG terdiri dari 3 elemen penting yaitu, sumber energy, media aktif dan resonator optic ;
Sumber energy
Sumber energy atau sumber pompa memasok energy ke media aktif untuk mencapai inversi populasi. Di laser Nd:YAG, sumber energy ringan seperti flashtube atau diode laser digunakan sebagai sumber energy untuk memasok energy kemedium aktif.
Media aktif
Media aktif atau media laser Nd:YAG terdiri dari bahan Kristal sintesis (YAG) yang didoping dengan unsur kimia (Nd). Elektron energy rendah dari ion Neodymium sangat diminati pada keadaan energy yang lebih tinggi untuk memberikan aksi pengut pada medium aktif.
Resonator Optik
Kristal Nd:YAG ditempatkan diantara 2 cermin. Dua cermin ini dilapisi optic atau silvered. Setiap cermin berwarna perak atau dilapisi secara berbeda.1 cermin sepenuhnya berwarna perak sedangkan cermin yang lainnya sebagain berwarna perak.
Gambar 2.4. Konstruksi Laser Nd:YAG
12 2.3.3. Prinsip Kerja Laser Nd:YAG
Laser Nd:YAG adalah system laser dengan 4 tingkat, yang berarti bahwa 4 tingkat energy terlibat dalam tindakan laser. Sumber energy cahaya seperti flashtubes atau diode laser digunakan untuk memasok energy kemeedium aktif. Dalam laser Nd:YAG, elektron keadaan energy rendah dari ion Neodimium sangat tertarik pada keadaan energy yang lebih tinggi untuk mencapai inversi populasi.
Perhatikan media aktif Nd:YAG yang terdiri dari 4 tingkat energy E1, E2, E3, dan E4 dengan jumlah N elektron. Jumlah elektron dalam keadaan energy E1, E2, E3,
dan E4 adalah N1, N2, N3, dan N4.
Ketika lampu kilat atau diode laser menyuplai energy cahaya kemedia aktif (Kristal Nd:YAG), elektron dengan energy rendah (E1) elektron ion Neodimium memperoleh energy yang cukup dan bergerak ke keadaan pompa atau keadaan energy yang lebih tinggi (E4). Pada tingkat energy E1 (Ground State), E2
(keadaan tereksitasi), E3 (keadaan metastabil), E4 (keadaan pompa).Prinsip ini ditunjukkan pada Gambar. 2.7. Di bawah radiasi medan cahaya (pemompaan optik), transisi dari keadaan dasar 1 ke tingkat atas 4 terjadi. Proses sebaliknya dari keadaan 4 ke keadaan 1 dicegah dengan transisi yang sangat cepat dari keadaan 4 ke keadaan 3 tanpa radiasi. Dia melakukan transisi laser dari keadaan 3 ke keadaan 2 yang tidak terpopulasi secara termal. Dari sini atom Nd rileks kembali ke ground state 1.
4
Gambar 2.5 Prinsip Laser 4 tingkat
13 Penyinaran oleh cahaya,yang mengarah ke populasi keadaan yang dinyatakan kosong, disebut pemompaan optik.Pengosongan tingkat terjadi baik dengan emisi foton atau tanpa radiasi.Transisi tanpa radiasi terjadi karena interaksi mekanis seperti colli-sions atau getaran dan juga ditunjuk sebagai relaksasi.Jumlah transisi tanpa radiasi per detik disebut tingkat relaksasi.Transisi di mana foton dipancarkan terjadi secara spontan atau diinduksi.Transisi spontan juga terjadi tanpa memompa proceses. Namun, emisi yang diinduksi hanya terjadi jika proses pemompaan berlangsung. Tingkat Keadaan juga dinyatakan di sini, satu tingkat untuk emisi spontan dan satu lagi untuk emisi yang diinduksi. Setiap keadaan yang dapat berinteraksi dengan satu atau lebih ke bagian keadaan lain diberi label dengan jenis nilai ini. Namun, pada Gambar. 1.5 menunjukkan prinsip, hanya probabilitas transisi yang signifikan untuk pompa dan proses laser yang diindikasikan. Semua level yang ditentukan dihuni sampai batas tertentu karena pemompaan.Sejauh mana masing-masing keadaan yang dihuni diberikan oleh nomor atom Ni dan Nd yang berada dalam keadaan eksitasi yang relevan, yaitu :
Keadaan 1 : N1
Keadaan 2 : N2
Keadaan 3 : N3
Keadaan 4 : N4
Dalam asumsi realistis yang dibuat dalam contoh ini bahwa atom-atom N hanya melewati langkah-langkah eksitasi berlabel, jumlah kepadatan populasi memberikan atom-atom Nd yang tersedia.Osilasi laser yang diinginkan, bagaimanapun, hanya dapat dicapai jika populasi yang memadai pada versi yang dapat dibentuk antara keadaan 3 dan 2.Kondisi di mana emisi laser terjadi, bersama dengan bagaimana laser berperan, dapat diprediksi oleh model dari disebut model persamaan tingkat. Awalnya, sangat diperlukan dalam system operasi laser yang akan digunakan.
14 2.4. PLD (Pulsed Laser Deposition)
Pulse Laser Deposition merupakan teknik yang serbaguna 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 control atomic –level dengan mengatur energi laser dan laju pulsa (pulsa rate) dan secara in-situ untuk lapisan struktur bnyak (heterostructure) dengan menggunakan target ganda. Metode PLD juga merupakan metode penumbuhan yang relative sederhana, lebih murah namun memberikan kualitas film yang baik, sehingga sifat-sifat optic, 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 energy laser cukup tinggi, masing-masing pulsa laser menguapkan atau mengablasi partikel-partikel kecil menciptaka 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 organic makromolekul, kondisi dapat dipilij melalui penyerapan lebih dalam volume yang lebih besar dari bahan molekul yang terablasi 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 didefiniskan sebagai gas yang diionisasikan dengan medan frekuensi radio (RF), gelombang mikro didalam bejana (reaktor) yang bertekanan rendah (10-3-10 torr atau 1 Pascal – 102 Pascal). (Sri Agustiani Sulandari, 2013)
Dari beberapa jurnal, hal yang perlu diperhatikan untuk menghasilkan film tipis dengan kualitas yang baik yaitu menggunakan sumber laser Nd:YAG, frekuensi laser diatas 10 Hz, ruang vakum, dan holder tempat target diputar supaya bentuk plasma yang dihasilkan rata, sudut antara target dan laser sekitar 450 serta laser beamnya difokuskan, dan sebagian besar substrat dipasang dengan
15 permukaan parallel pada jarak target ke substrat sekitar 2-10 cm.
(Suliyanti,M.2010).
Sinar laser berenergi tinggi dari mesin pembangkit laser diarahkan pada target didalam ruang vakum. Laser berinteraksi dengan substrat target menghasilkan plasma berbentuk lonjongan (Sukirman,E.2002).