LANDASAN TEOR
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 (3x108 m/s) . 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
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 E1 ke E2, 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 E2 = energi tingkat atas
E1 = 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 :
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 E2 ditumbuk oleh foton yang
berenergi h� , maka atom akan terdorong untuk melakukan transisi ke E1 dengan
memancarkan foton pula. Misalkan pada tingkat energi E2 ini terdapat n2 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 (E2)
daripada atom yang mempunyai tingkat energi dasar (E1). 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)