PERSETUJUAN
Judul : APLIKASI LASER KONTINYU DALAM ANALISIS MATERIAL BERDASARKANCRATERYANG DIHASILKAN
Kategori : SKRIPSI
Nama : EMY ALEMMITA TARIGAN
NIM : 090801044
Program Study : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di Medan, Agustus 2013 Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2, Pembimbing 1
Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill Drs. Takdir Tamba, M.Eng, Sc
NIP. 195503161982031002 NIP. 195510301980031003
Diketahui/disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
PERNYATAAN
APLIKASI LASER KONTINYU DALAM ANALISIS MATERIAL BERDASARKANCRATERYANG DIHASILKAN
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2013
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan yang Maha Esa karena atas penyertaan dan kasih karuniaNya yang melimpah sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tak terukur besar kasih setiaMu Tuhan kepadaku, segala perkara dapat ku tanggung di dalam Mu yang memberi kekuatan kepadaku. Trimakasih Tuhan.
Ucapan terimakasih, juga penulis sampaikan kepada orang– orang yang menjadi bagian hidup penulis, terimakasih yang sebesar–besarnya kepada :
1. Orangtuaku terkasih, Ayahanda M.Tarigan dan ibundaku M. Surbakti yang sudah membimbing, membesarkan, dan setia mendoakan penulis sedari kecil dengan penuh cinta kasih, teladan, dan semangat serta selalu memberi yang terbaik kepada penulis. 2. Adik-adikku terkasih Eben Agusta Tarigan, Johanta Tarigan dan Alexander Chalpinta
Tarigan beserta seluruh keluarga yang turut serta mendoakan dan mendukung penulis selama ini.
3. Bapak Drs. Takdir Tamba M.Eng dan Bapak Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.hil sebagai dosen pembimbing selama pengerjaan skripsi.
4. Ibu Dr. Maria Margaretha Suliyanti M.T sebagai pembimbing selama melakukan penelitian di pusat penelitian fisika (P2F) LIPI Serpong dan para peneliti-peneliti dalam kelompok optoelektronika, yaitu Bapak Suryadi ,Mbak Affi, Mbak Yuli dan staf –staf pegawai P2F LIPI lainnya yang telah bersedia membantu penulis, baik dalam member saran maupun bersedia membimbing dalam proses penelitian.
5. Dr. Marhaposan Situmorang Ketua Departemen Fisika ; serta seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen Fisika ; yang selalu memperhatikan terutama proses studi di Departemen Fisika FMIPA USU.
6. Kepala Lab. Elektronika Dasar Bapak Drs. Kerista Tarigan M.Eng.Sc yang bersedia memberi saran-saran untuk penulis dalam pengerjaan skripsi dan selama menjadi asisten lab elektronika dasar.
7. Teman-teman seperjuangan dalam penelitian di Puspitek Serpong ”Kos-Kosan Gang Anggrek” Stevani A. Sigiro, Helen Manurung,Yenny Lubis, Masria Pane, Silviana Simbolon, dan Adrian Ansari.
8. Teman- teman Fisika USU angkatan 2009 ”Stambuk Breaving”. Yang selalu menjadi sahabat penulis selama menuntut ilmu di jurusan fisika usu. Terkhusus buat Suhartina Malau,yang sekaligus juga menjadi satu kosan yang selalu ada untuk membantu penulis.
9. Sahabat-sahabatku ”The Tabies” Irma, Hesron, tommy, Yaya, Tika, dan Hendrik yang selalu menjadi sahabat terbaik buat penulis
11. Teman – teman, abang/kakak dan adik – adik pengurus Ikatan Mahasiswa Fisika periode 2009 - 2012.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Agustus 2013
ABSTRAK
Telah dilakukan proses interaksi laser dengan beberapa material tertentu. Jenis laser yang digunakan laser kontinyu, yaitu laser CO2 dengan panjang gelombang 10,6 nm dan laser DPSS dengan panjang gelombang 532 nm. Material yang digunakan adalah alumunium, silicon rubber, plastik, dan acrylic. Masing-masing material akan berinteraksi dengan laser dengan daya dan waktu interaksi yang berbeda-beda berdasarkan jenis material yang digunakan. Proses interaksi dilakukan pada titik fokus dan defokus masing-masing laser. Pada laser CO2 titik fokus terletak 5 cm dan defokus 7 cm di depan lensa sedangkan pada laser DPSS titik fokus terletak 12,5 cm dan defokus 13,5 cm. Terjadi atau tidaknya interaksi laser CO2 dan DPSS kontinyu pada material dapat dilihat melalui crater yang dihasilkan. Masing-masing bahan material yang digunakan mempunyai sifat fisis yang berbeda-beda. Pada proses interaksi laser dengan material ini, sifat fisis material yang paling berpengaruh adalah titik leleh material. Titik lelehsilicon rubber, yaitu 1410oC lebih tinggi dibandingkan bahanacrylic memiliki titik leleh 160oC dan plastik memiliki titik leleh 115-125oC. Semakin tinggi titik leleh bahan maka daya yang digunakan juga semakin besar dan waktu interaksi juga semakin lama. Laser CO2 yang digunakan berdaya ± 8 watt dan laser DPSS berdaya ± 4 watt, sehingga dalam proses interaksi tidak cukup untuk berinteraksi dengan bahan alumunium yang membutuhkan daya ± 2 kW. Pengukuran diameter 7crater menggunakan program image raster pada pada perangkat software optilab dengan uji mikroskop. Ukuran diameter crater yang dihasilkan bergantung pada keluaran daya laser, waktu, titik fokus defokus laser dan jenis bahan material yang digunakan. Sehingga diketahui bahwasilicon rubber membutuhkan daya paling tinggi dan waktu terlama sehingga ukuran diameternya lebih lebar dibandingkan bahan material plastik danacrylic.
ABSTRAC
The interaction of laser have done with a particular material. Type of laser that used laser continuous are CO2 laser with a wavelength of 10.6 nm and DPSS laser with a wavelength of 532 nm. The material used is aluminum, silicon rubber, plastic, and acrylic. Each of these materials will interact with the laser power and interaction time vary by type of material used. Interaction process is done at the focal point and defokus each laser. In the CO2 laser focal point is 5 cm and 7 cm defokus in front of the lens while the DPSS laser focal point is 12.5 cm and 13.5 cm defokus. Occur whether or not the interaction of CO2 laser and the continuous DPSS material can be seen through the resulting crater. Each material used has physical properties different. In the process of laser interaction with the material, the physical properties of the material of the most influential is the melting point of the material. The melting point of silicon rubber, which is higher than 1410oC acrylic material has a melting point of 160oC and the plastic has a melting point of 115-125oC. The higher the melting point of the material used is also greater and also the longer interaction time. CO2 laser are used power and ± 8 watt DPSS laser ± 4 watts of power, so that the interaction process is not enough to interact with aluminum requiring ± 2 kW power. Crater diameter measurements using raster image program on the device to test software optilab microscope. The size of the resulting crater diameter depends on the laser output power, the time, the focal point of the laser defokus and types of materials used. So it is known that silicon rubber requires the highest power and longest time so the size is wider in diameter than the plastic and acrylic materials.
DAFTAR ISI
2.3 Mode Berkas Cahaya Laser 12
2.3.1 Longitudinal Modes 12
2.3.2 Tranverse Modes 13
2.4. Laser Processing Material 14
2.4.1 Mekanisme Penyerapan Energi 15
2.4.2 Konduktivitas Panas (HeatConduction) 16
2.4.3 Pelelehan (Melting) 16
2.4.4 Penguapan (Evaporation) 16
2.4.5Melt Explution 17
2.5 Sifat Bahan Material 17
2.5.1 Penyerapan(absorbtion) 17
2.5.2 Konduktivitas Termals 18
2.5.3 Kerapatan (Density) 18
2.6.1 Alumunium 20
2.6.2Acrylic 20
2.6.3Silicon Rubber 20
2.6.4 Plastik 21
2.7 Parameter Laser dalam Interaksi dengan Material 21
2.7.1 Daya Laser 21
2.7.2 Waktu (Respons Time) 22
2.7.3 Titik Fokus 22
Bab 3 Perancangan Sistem
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 23
3.2 Obyek Penelitian 23
3.3 Diagram Kerja 24
3.4 Perangkat dan Sistem Pengoperasian Laser 25 3.4.1 Perangkat pada Laser CO2Kontinyu 25
3.4.2Operating systemLaser CO2 29
3.4.3 Spesifikasi Laser CO2 30
3.4.4 Perangkat Laser DPSS 31
3.4.5Operating SystemLaser DPSS 36
3.4.6 Spesifikasi Laser DPSS 37
3.5 Perangkat dan Prosedur Interaksi Laser dengan Material 37 3.5.1 Perangkat Interaksi Material dengan Laser CO2dan Laser 38
DPSS
3.5.2 Prosedur Interaksi Laser dengan Material 40 3.6 Perangkat dan Prosedur Pengujian Interaksi Laser dengan 42
Material
3.6.1 Perangkat Pengujian Daya Keluaran Laser 42 3.6.2 Perangkat Pengujian Mikro StrukturCrater 43
3.6.3 Prosedur PengujianCrater 45
Bab 4 Hasil dan Pembahasan
4.1 Hasil Pengujian Interaksi dengan Laser CO2 48
4.1.1 Pengukuran Kestabilan Daya Laser CO2 48
4.1.2 Hasil Pengujian Interaksi dengan Laser CO2dengan 50
material
4.2 Hasil Pengujian Interaksi dengan Laser DPSS 55
4.2.1 Pengujian Daya Laser DPSS 55
4.2.2 Pengujian Interaksi Laser DPSS dengan Material 57
4.3 Pengukuran DiameterCrater 61
4.3.1 DiameterCraterHasil Interaksi dengan Laser CO2 63
Kontinyu
4.3.2 DiameterCraterHasil Interaksi dengan Laser DPSS 66 Kontinyu
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 PengoperasianLaser CO2 29
Tabel 3.2 Spesifikasi Laser CO2 30
Tabel 3.3 Spesifikasi Laser DPSS 37
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Daya Laser CO2 49 Tabel 4.2 Data Interaksi pada Fokus dan Defokus Laser CO2 54 Tabel 4.3 Hasil pengukuran Daya Laser DPSS Kontinyu 55 Tabel 4.4 Data Interaksi pada Fokus dan Defokus Laser DPSS 61 Tabel 4.5 DiameterSilicon rubberpada Laser CO2 63
Tabel 4.6 Diameter Plastik pada Laser CO2 63
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Eksitasi energi 7
Gambar 2.2 Proses absorbsi 8
Gambar 2.3 Proses emisi spontan 8
Gambar 2.4 Proses emisi stimulasi 9
Gambar 2.5 Bentuk berkas cahayalongitudinal modes 13 Gambar 2.6 Transversal Modesberkas sinar laser 14 Gambar 2.7 Mekanismelaser processing material 14
Gambar 2.8 Alumunium 19
Gambar 3.2 Skema tabung laser 26
Gambar 3.3 Sistem pendingin 27
Gambar 3.4 Skema aliran gas 28
Gambar 3.5 Catudaya 29
Gambar 3.6 Laser head 31
Gambar 3.7 Catudaya (front view) 32
Gambar 3.8 Catudaya (rear view) 34
Gambar 3.9 UPS 35
Gambar 3.10 Tampilan pada layar catudaya 36
Gambar 3.11 Focusing lensdan target (material) 38
Gambar 3.12 Laser DPSS 39
Gambar 3.13 Skema Pengaturan interaksi laser CO2kontinyu 41 Gambar 3.14 Set-uplaser DPSS dengan cermin 42 Gambar 3.15 Powermeter Digital dan Sensor Laser Powermeter 43
Gambar 3.16 Alat uji mikro struktur 43
Gambar 3.17 Tampilan citra optilab 45
Gambar 3.18 Toolbarcara penyimpanan citra 46 Gambar 3.19 Membikafilepada image raster 46
Gambar 3.20 Tampilan hasil citra 46
Gambar 3.21 Pengukuran diameter 47
Gambar 4.4 Hasil interaksi laser CO2dengan plastik melalui mikroskop 52 dengan M = 4X
Gambar 4.5 Hasil interaksi pada keadaan fokus laser CO2 53 Gambar 4.6 Hasil interaksi pada keadaan defokus laser CO2 54 Gambar 4.7 Ketidakstabilan daya laser DPSS Kontinyu 56 Gambar 4.8 Hasil interaksi laser DPSS dengansilicon rubbermelalui 57
mikroskop dengan M = 4X
Gambar 4.9 Hasil interaksi laser DPSS denganacrylicmelalui 58 mikroskop dengan M = 4X
Gambar 4.10 Hasil interaksi laser DPSS dengan plastik melalui 59 mikroskop dengan M = 4X
ABSTRAK
Telah dilakukan proses interaksi laser dengan beberapa material tertentu. Jenis laser yang digunakan laser kontinyu, yaitu laser CO2 dengan panjang gelombang 10,6 nm dan laser DPSS dengan panjang gelombang 532 nm. Material yang digunakan adalah alumunium, silicon rubber, plastik, dan acrylic. Masing-masing material akan berinteraksi dengan laser dengan daya dan waktu interaksi yang berbeda-beda berdasarkan jenis material yang digunakan. Proses interaksi dilakukan pada titik fokus dan defokus masing-masing laser. Pada laser CO2 titik fokus terletak 5 cm dan defokus 7 cm di depan lensa sedangkan pada laser DPSS titik fokus terletak 12,5 cm dan defokus 13,5 cm. Terjadi atau tidaknya interaksi laser CO2 dan DPSS kontinyu pada material dapat dilihat melalui crater yang dihasilkan. Masing-masing bahan material yang digunakan mempunyai sifat fisis yang berbeda-beda. Pada proses interaksi laser dengan material ini, sifat fisis material yang paling berpengaruh adalah titik leleh material. Titik lelehsilicon rubber, yaitu 1410oC lebih tinggi dibandingkan bahanacrylic memiliki titik leleh 160oC dan plastik memiliki titik leleh 115-125oC. Semakin tinggi titik leleh bahan maka daya yang digunakan juga semakin besar dan waktu interaksi juga semakin lama. Laser CO2 yang digunakan berdaya ± 8 watt dan laser DPSS berdaya ± 4 watt, sehingga dalam proses interaksi tidak cukup untuk berinteraksi dengan bahan alumunium yang membutuhkan daya ± 2 kW. Pengukuran diameter 7crater menggunakan program image raster pada pada perangkat software optilab dengan uji mikroskop. Ukuran diameter crater yang dihasilkan bergantung pada keluaran daya laser, waktu, titik fokus defokus laser dan jenis bahan material yang digunakan. Sehingga diketahui bahwasilicon rubber membutuhkan daya paling tinggi dan waktu terlama sehingga ukuran diameternya lebih lebar dibandingkan bahan material plastik danacrylic.
ABSTRAC
The interaction of laser have done with a particular material. Type of laser that used laser continuous are CO2 laser with a wavelength of 10.6 nm and DPSS laser with a wavelength of 532 nm. The material used is aluminum, silicon rubber, plastic, and acrylic. Each of these materials will interact with the laser power and interaction time vary by type of material used. Interaction process is done at the focal point and defokus each laser. In the CO2 laser focal point is 5 cm and 7 cm defokus in front of the lens while the DPSS laser focal point is 12.5 cm and 13.5 cm defokus. Occur whether or not the interaction of CO2 laser and the continuous DPSS material can be seen through the resulting crater. Each material used has physical properties different. In the process of laser interaction with the material, the physical properties of the material of the most influential is the melting point of the material. The melting point of silicon rubber, which is higher than 1410oC acrylic material has a melting point of 160oC and the plastic has a melting point of 115-125oC. The higher the melting point of the material used is also greater and also the longer interaction time. CO2 laser are used power and ± 8 watt DPSS laser ± 4 watts of power, so that the interaction process is not enough to interact with aluminum requiring ± 2 kW power. Crater diameter measurements using raster image program on the device to test software optilab microscope. The size of the resulting crater diameter depends on the laser output power, the time, the focal point of the laser defokus and types of materials used. So it is known that silicon rubber requires the highest power and longest time so the size is wider in diameter than the plastic and acrylic materials.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini, laser banyak sekali digunakan untuk berbagai aplikasi. Antara lain ialah
pada bidang industri, kedokteran, militer, optik dan berbagai aplikasi interaksi laser
dengan material. Misalnya proses interaksi laser dengan material meliputi pemesinan,
pemotongan (cutting), penandaan (marking), pemanasan (heat treatment), pelelehan
(melting), ablasi, dan lainnya. Selain proses-proses diatas, laser yang diinteraksikan
dengan material kaitannya juga menuju ke dalam bidang spektroskopi. Spektroskopi ialah
ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel
yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat
didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi. Dalam
catatan sejarah, spektroskopi mengacu kepada cabang ilmu dimana cahaya tampak
digunakan dalam teori-teori struktur materi serta analisis kualitatif dan kuantitatif. Dalam
masa modern, definisi spektroskopi berkembang seiring teknik-teknik baru yang
dikembangkan untuk memanfaatkan tidak hanya cahaya tampak, tetapi juga bentuk lain
dari radiasi elektromagnetik dan non-elektromagnetik seperti gelombang mikro,
gelombang radio, elektron, fonon, gelombang suara, sinar X dan lain sebagainya.
Spektroskopi sendiri berkaitan dengan salah satu kebutuhan penting dari bidang ilmu
pengetahuan saat ini karena hampir semua teknologi berkeinginan untuk mengamati
fenomena atom dalam orde 10-14atau 10-15detik.
Laser merupakan salah satu alternatif dalam menjawab tantangan teknologi pada
zaman ini. Sampai saat ini telah dikembangkan berbagai teknik untuk perlakuan
radiasi koheren pada frekuensi-frekuensi di daerah inframerah, cahaya tampak (visible light) atau daerah ultraviolet dari spektrum eletromagnetik. Ketika radiasi
elektromagnetik berinteraksi dengan material, beberapa radiasi direfleksikan, beberapa
diserap dan beberapa ditransmisikan. Ketika laser berinteraksi dengan material, ada
proses termal (dipengaruhi transfer panas) dan proses atermal (dipengaruhi oleh
perubahan skala atom), pelelehan (melting) dan penguapan (vaporization). Sangat
diharapkan material yang di interaksikan dengan laser akan menghasilkan ablasi yang
bersih dengan tingkat kerusakan minimal akibat panas, shock-affected-zone, debris
(bekas) atau recast. Oleh sebab itu, interaksi laser dengan material sangat bermanfaat
untuk mengindentifikasi sifat fisik dari material yang diinteraksikan berdasarkan hasil
interaksinya (crater). Sehingga ketika material digunakan dalam suatu aplikasi interaksi
laser, misalnya sebagai pemotong material (cutting), sudah dapat diketahui parameter
laser yang yang tepat untuk suatu material tersebut. Misalnya batas daya laser yang dapat
digunakan dalam suatu material pada acrylic atau material lainnya dengan ketebalan
tertentu. Terlebih dahulu diketahui batas daya atau energi laser yang mamapu berinterkasi
dengan bahanacrylic.Dengan mengetahui parameter laser yang tepat pada suatu material
tertentu, akan mengurangi kerugian akibat kerusakan pada saat interaksi. Misalnya,
tingginya debris yang dihasilkan. Jika suatu material yang di interaksikan dengan laser
tingkat debrisnya sangat tinggi, maka akan menyebabkan kerugian akibat sebagian dari
bagian material tersebut rusak akibat berinteraksi dengan panas laser.
Untuk memecahkan masalah ini, maka diadakan sebuah penelitian untuk melihat
interaksi laser karbondioksida (CO2) dan laser DPSS (diode pump solid state) kontinyu
dengan berbagai material. Sehingga melalui penelitian ini, diharapkan akan diketahui
bagaimana interaksi laser CO2 ataupun DPSS terhadap material dengan menganalisis
crater yang dihasilkan. Hasil penelitian ini akan menjadi acuan penggunaan laser dan
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan diselesaikan adalah bagaimana interaksi laser karbondioksida (CO2) dan laser DPSS kontinyu dengan berbagai material dan crater yang dihasilkan dengan perincian perumusan masalah adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana kestabilan daya laser CO2dan laser DPSS kontinyu
2. Menganalisa pengaruh daya, jarak dan durasi (waktu) laser CO2 dan DPSS saat berinteraksi dengan material (plastik, silicon rubber, metal dan acrylic) dengan melihat bentukcrateryang dihasilkan
3. Bagaimana ukuran diameter crater hasil interaksi laser CO2 dan laser DPSS kontinyu pada keadaan fokus dan defokus laser
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi masalah-masalah yang ada maka pada Tugas Akhir ini penulis membatasi ruang lingkup masalah sebagai berikut:
1. Bahan yang akan digunakan adalah silicon rubber, plastik, acrylic dan metal (alumunium)
2. Laser yang digunakan dalam penelitian ini adalah laser CO2 dan laser DPSS kontinyu
3. Penganalisaan dengan mikroskop dan camera CCD 4. Program yang digunakan optilab dan image raster
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui bagaimana pengaruh kestabilan daya laser CO2 kontinyu dan laser DPSS kontinyu terhadap hasil interaksi dengan material
2. Melihat hasilcratermelaluisoftwareoptilab dan image raster
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :
1. Sebagai dasar pengetahuan bagaimana proses interaksi laser terhadap material yang menjadi salah satu aplikasi laser yang paling banyak digunakan dalam berbagai bidang kehidupan
2. Sebagai dasar bidang spektroskopi dengan menggunakan laser CO2 dan laser DPSS kontinyu untuk mengidentifikasi hasil interaksi dengan berbagai material
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman skripsi ini maka penulis membuat sistematika penulisan. Adapun sistematika penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut:
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisikan gambaran umum tentang penulisan skripsi ini, seperti hal-hal yang melatarbelakangi penulisan skripsi ini, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang definisi-definisi dan teori-teori yang berkaitan dengan skripsi ini yang di ambil dari beberapa sumber, baik dari buku referensi maupun dari internet.
BAB III. METODE PENELITIAN
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini dibahas tentang hasil yang didapatkan dan pengolahan data dari hasil pengujian.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Laser merupakan singkatan dari Light Aplification by Stimulated Emission of Radiation, yaitu terjadinya proses penguatan cahaya oleh emisi radiasi yang terstimulasi. Menurut sejarah, laser adalah perkembangan maser (alat pengukur elektro magnet), suatu serupa alat menggunakan gelombang mikro sebagai ganti cahaya tampak. Lebih dulu maser (alat pengukur elektromagnet) sukses telah dibangun oleh C. H. Townes dan dibangun antara tahun 1951 dan 1954. Di tahun1958, A. H. Schawlow dan C. H. Twones memasang permanen prinsip maser (alat pengukur elektro magnet) yang berhubung dengan mata, atau laser dan di tahun 1960, laser pertama telah dibangun oleh T. H. Maiman di Hughes Aircraft Company Laboratories. Dalam kaitan dengan seperti itu aplikasi laser yang tersebar luas dalam semua bidang Ilmu pengetahuan dan Rancang-merancang, riset yang luas telah dilakukan.
2.1 Proses Terjadinya Laser
tingkat energi tersebut maka atom akan berusaha kembali ke keadaan normalnya, tingkat energi E1. Pada saat kembali inilah akan dipancarkan gelombang elektromagnetik, yang kemudian dikenal dengan laser.
Kondisi-Kondisi untuk Tindakan Laser 1. Medium Aktif
• Harus ada suatu yang medium aktif memancarkan radiasi di dalam daerah yang
diperlukan spektrum elektromagnetik.
• Pembalikan Populasi
• Karena suatu sistem yang atomis pada keseimbangan termal, banyaknya atom
yang berada dalam suatu tingkat energi E ditentukan oleh faktor yang bersifat exponen e-E/kbTdi distribusi Maxwell-Boltzmann.
• Perbandingan tingkatan atom pada bagian atas E2 ke E1 yang tingkatannya lebih
rendah adalah
n(E2)/n(E1) = e-(E2-E1)/kBT (2.3)
• Karena E2 > E1 rasio n(E2)/n(E1) akan selalu lebih kecil didalam unit, jumlah
atom lebih sedikit didalam energi yanglebih tinggi dibandingkan yang lebih rendah.
2.2 Sifat-sifat Berkas Cahaya Laser
Sifat cahaya laser dicirikan oleh monokromatik, koheren, terarah, dam brightness.
2.2.1 Monokromatik
Monokromatik artinya hanya satu frekuensi yang dipancarkan. Sifat ini diakibatkan oleh :
• Susunan dua cermin yang membentuk cavity resonant sehingga osilasi hanya terjadi pada frekuensi yang sesuai dengan frekuensicavity.
2.2.2 Koheren
• Koheren waktu (temporal coherence)
Jenis koherensi ini dimasudkan adalah korelasi antara medan disuatu titik dan medan pada titik yang sama pada saat berikutnya ; yakni hubungan antara E (x,y,z,t1) dan E ( x,y,z,t2). Jika beda fase antara dua medan tetap selama periode yang diamati, yang berkisar antara beberapa mikrodetik, gelombang tersebut kita namakan memiliki koherensi temporal. Jika beda fase berubah beberapa kali dan secara tidak teratur selama periode pengamatan yang singkat, gelombang dikatakan tidak–koheren.
• Koheren ruang (spatial coherence)
2.2.3 Keterarahan(Directionality)
Merupakan konsekuensi langsung ditempatkannya bahan aktif dalam cavity resonant, dimana gelombang yang merambat dalam arah yang tegak lurus terhadap cermin-cermin yang dapat dipertahankan dalam cavity. Menuju arah yang sama (sehingga menempuh garis lurus). Berbeda dengan lampu/senter yang cahayanya lemah karena memiliki panjang gelombang dan frekuensi berbeda-beda.
2.2.4 Brightness (Kecemerlangan)
Brightness suatu sumber cahaya disefinisikan sebagai daya yang dipancarkan persatuan luas permukaan persatuan sudut ruang. Suatu berkas laser bahkan dengan daya sedang (mW) mempunyai brightness beberapa orde yang lebih tinggi dibandingkan sumber cahaya konvensional. Hal ini akibat oleh sifat keterahan yang tinggi.
2.3 Mode Berkas Cahaya Laser
Dua mode ruang yang umum digunakan untuk menggambarkan berkas sinar, yaitu longitudinal dan transversal modes. Kedua mode ruang tersebut pada dasarnya berbeda satu sama lain, karena dimensi transversal dalam resonator biasanya jauh lebih kecil dari dimensi longitudinal.
2.3.1Longitudinal Modes
Sebuah longitudinal modes tor adalah gelombang berdiri dengan pola tertentu yang
dibentuk oleh gelombang batas antar rongga resonator. Longitudinal modes disesuaikan
dengan panjang gelombang dari gelombang yang diperkuat oleh konstruktif gangguan
setelah banyak refleksi dari mencerminkan permukaan rongga itu. Semua panjang
lubang dalam resonator. Da
modes yang dihasilkan. TEM pada simetri balok.
Gamba
2.4Laser Processing Mat
Dalam proses interaks terjadi, yaitu :
Gam
r. Dalam laser gas, aliran gas dan debit listrik juga n. TEM digambarkan oleh serangkaian subscript y
mbar 2.6Transversal Modesberkas sinar laser
aterial
aksi laser dengan material, terdapat beberapa mac
Gambar 2.7 Mekanismelaser processing material
uga mempengaruhi pt yang bergantung
acam proses yang
Koefisien absorpsi yang berasal dari fungsi dielektrik suatu material dan konduktivitasnya yang akan menentukan tingkat penyerapan cahaya sebagai kedalaman fungsinya. Namun, mekanisme tertentu di mana penyerapan terjadi akan tergantung pada jenis bahan. Secara umum, foton akan bergerak ke arah sumbu yang tepat atau sumber getaran dalam materi tergantung pada energi foton. Dalam isolator dan semikonduktor, penyerapan sinar laser terutama terjadi melalui resonansi. Eksitasi seperti transisi elektron pita valensi ke pita konduksi (interband transisi) atau pita dalam (intersubband transisi).
Sedangkan pada bagian tereksitasi dapat mentransfer energi pada fonon. Foton dengan energi di bawah dalam pita bahan itu tidak akan diserap (kecuali ada yang kelainan pasangan, bagian yang rusak atau jika ada penyerapan multiphoton). Pada isolator energi biasanya berada dibawah frekuensi cahaya ultraviolet dan semikonduktor terlihat spektrum inframerah. Namun,pada beberapa penelitian tinggi resonansi frekuensi pada fonon optik berada mendekati daerah inframerah.
Sebaliknya, seseorang dapat meyesuaikan energi laser yang diserap berubah langsung menjadi panas. Proses seperti ini disebut fotothermal (pirolitik) dan respon materi dapat diobati dengan cara yang murni termal. Misalnya, laser pengolahan logam atau semikonduktor dengan waktu pulsa laser yang lambat (> ns) biasanya ditandai dengan mekanisme fotothermal. Ketika tingkat eksitasi laser yang diinduksi tinggi dibandingkan dengan yang tingkat thermalisasi , perpindahan besar dapat dibangun pada daerah-daerah tersebut. Eksitasi energi ini cukup dapat untuk langsung memutuskan ikatan (foto-dekomposisi).
Jenis modifikasi bahan non-termal ini biasanya disebut sebagai fotokimia (Fotolitik) pengolahan. Selama proses fotokimia murni, suhu sistem relatif tetap, tidak berubah. Panjang gelombang sinar laser, di mana energi foton berada di urutan ikatan kimia energi, adalah contoh dari proses fotokimia. Demikian pula,ultrafast femtosecond
Pemanasan laser yang mengalir dibawah batas ambang pencairan dapat mengaktifkan beragam suhu, proses tergantung dalam bahan padat. Tingginya suhu dihasilkan dapat meningkatkan tingkat difusi mempromosikan doping pengotor, reorganisasi dari struktur kristal dan sintering bahan berpori. Energi hambatan untuk reaksi kimia dapat diatasi juga, mereka meningkatkan kinetika reaksi jauh melampaui tingkat suhu kamar. Transformasi untuk fase kristal pada temperatur tinggi dapat terjadi cepat. Gradien suhu yang besar dicapai dengan pemanasan laser tersebut dapat menyebabkan cepatnya proses pendinginan material itu sendiri, yang tersimpang dalam struktur di non-ekuilibrium. Kemudian selanjutnya gradient suhu tinggi dengan cepat dapat menginduksi tegangan termal dan eksitasi thermoelastic gelombang akustik. Tekanan ini dapat berkontribusi pada respon mekanik dari bahan tersebut sebagai pekerjaan pengerasan,warping, ataucracking.
Ketika terdapat perbedaan temperature pada suatu medium atau antar medium, maka transfer panas akan muncul. Salah satu mekanisme transfer panas yang terjadi pada suatu medium, khususnya padatan adalah melalui konduksi. Transfer energi secara konduksi berkaitan dengan aktivitas atomic dan molekuler penyusun bahan tersebut.
2.4.3 Pelelehan (Melting)
Proses melting adalah proses peleburan material (ingot) dengan cara
memanaskannya hingga mencapai titik cair material yang dilebur, berjalan di dalam
sebuah unit yang disebutmelting furnace.
2.4.4 Penguapan (Evaporation)
Crater yang merupakan bekas penguapan material akibat interaksinya dengan laser. Suatu bahan dapat dihitung massa terevaporasinya dengan rumus pada persamaan 2.5 dibawah ini :
m = ρ V (2.5)
dimana : ρ = massa jenis material V = 1/3 πt (d12+ d1d2+ d22)
t = kedalamancrater
d1= diameter luar d2= diameter dalam
2.4.5Melt Expulsion
Melt expultion terjadi ketika tekanan uap diterapkan pada permukaan bebas cairan yang pada gilirannya mendorong mencair dalam arah radial. Untuk mencapai melt expulsion
halus, pola aliran lelehan perlu diprediksi dengan tepat, terutama kecepatan aliran lelehan di pinggir lubang itu.
2.5 Sifat Bahan Material
Dalam proses interaksi laser dengan material, sifat dari masing-masing bahan material yang digunakan sangat mempengaruhi hasil interaksi atau disebut crater. Adapun sifat-sifat bahan material yang mempengaruhi adalah sebagai berikut.
2.5.1 Penyerapan (Absrobtion)
energi foton dengan panjang gelombang yang terletak di atas daerah ultraviolet dari spektrum elektromagnetik relatif rendah, yang berarti bahwa konduksi termal klasik melalui tabrakan dengan cacat kisi dan elektron lain adalah mekanisme perpindahan panas yang dominan.
Suhu dapat membuat perubahan suatu materi, absorptivitas dapat meningkat atau menurun, tergantung pada sifat dan modifikasi optik ke permukaan, misalnya reaksi oksidasi atau transformasi fasa. Absorptivitas juga bervariasi dengan kekasaran permukaan. Permukaan kasar menyajikan luas permukaan yang lebih besar untuk sinar laser, dan menyebabkan cahaya akan tercermin beberapa kali, sehingga meningkatkan total absorptivitas.
2.5.2 Konduktivitas Termals
Spesifik kapasitas panas material adalah ukuran dari energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar 1oC pada tekanan konstan. Hal ini dinyatakan dalam satuan J kg-1K-1, atau sebagai jumlah volumetrik sebagai Jm-3K-1. Temperatur kapasitas panas biasanya digunakan untuk menggambarkan jumlah molar, dan memiliki unit J mol-1 K-1. Volumetrik kapasitas panas spesifik untuk bahan homogen pada suhu kamar adalah sekitar 3 × 10-6 Jm-3 K-1. Kapasitas panas logam dan paduan meningkat dengan suhu sampai mencapai nilai membatasi 25 J mol-1K-1. Untuk keramik dan gelas kapasitas panas meningkat dengan suhu sekitar 1000oC, di atas yang ketetapan mendekati konstan. Dalam polimer untuk meningkatkan terus sampai suhu transisi kaca tercapai.
2.5.3 Kerapatan (Density)
Hasil Tutup kemasan hasil atom memiliki kepadatan tinggi dan titik leleh tinggi. Logam dan paduan mempunyai nilai densityyang tinggi, dan bahan polimer mempunyai
densityyang rendah.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret 2013 sampai Mei 2013 di Laboratorium Laser CO2 dan Laser Dpss , bidang instrumentasi fisis dan optoelektronika Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) kompleks puspitek Setu, Tanggerang Selatan.
3.2 Obyek Penelitian
3.3 Diagram Kerja
Skema penelitian diberikan dengan blok seperti pada gambar:
Proses Interaksi Bahan Material dengan Laser CO2dan Laser DPSS
MULAI
Perencanaan Penyiapan Bahan
Material (sample)
Pengoperasian laser CO2 (CW) dan Laser DPSS
Pengukurandiametercrater (software Image Raster)
Data Hasil Pengujian
Set-upVariasi Parameter Laser terhadap bahan Pemotongan Bahan material
Peletakan padamagnetic base (Laser CO2)danvaccum place(laser DPSS)
Uji Struktur Mikro (SoftwareOptilab)
Pembahasan
Gambar 3.2 Skema tabung laser
Berdasarkan Gambar 3.2 tersebut tabung laser dapat dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu :
Rongga resonator
Adalah rongga yang dibentuk oleh tabung laser. Berfungsi untuk menampung gas CO2 yang akan mengalami eksitasi. Semakin besar volume rongga ini maka semakin besar daya keluaran laser yang dihasilkan.
Cermin Resonator
Cermin ini terdiri dari satu buah cermin pemantul 100% dan satu buah cermin pemantul sebagian (80%), diletakkan pada kedua ujung rongga resonator dalam posisi saling berhadapan. Apabila cahaya melewati rongga resonator maka cahaya akan memantul bolak-balik (berosilasi) diantara kedua cermin tersebut.
Jendela Brewster
Elektroda
Elektroda terdiri dari dua buah katoda yang diletakkan di ujung-ujung rongga resonator atau satu buah anoda yang diletakkan di tengah-tengah rongga resonator. Elektroda ini berfungsi untuk memberikan lucutan listrik pada rongga resonator.
• Pendingin
Dalam suatu proses laser CO2, akan terjadi peningkatan temperature pada tabung laser dengan cepat dan cukup tinggi. Dengan naiknya temperature maka akan menyebabkan ketidakstabilan pada sistem laser. Selain daripada itu akan menyebabkan kerusakan pada bagian-bagian tabung laser tersebut, yang akhirnya akan merusak system laser. Oleh karena itu digunakan sistem pendingin air yang terdiri dari :
• pompa sirkulasi
• tabung pendingin
sisstem pendingin ini diperlihatkan pada Gambar 3.3 berikut ini :
Gambar 3.3 Sistem pendingin Pencampur Gas dan Penghampa Udara
Besarnya tekanan diatur oleh pencampur gas dan kondisinya dipertahankan oleh kombinasi antara laju gas yang mengalir pada rongga resonator dan laju penghampaan udara oleh pompa vakum. Skema ini diperlihatkan pada Gambar 3.4 berikut ini :
Gambar 3.4 Skema aliran gas
Pada vakum juga berfungsi untuk menghampakan udara pada rongga resonator pada saat sebelum campuran gas dialirkan ke rongga resonator. Hal ini dilakukan untuk menghindari terbuangnya campuran gas dengan percuma pada saat dilakukan pengaturan tekanan gas di dalam rongga resonator.
Catu Daya
Catu daya pada sistem laser CO2 berfungsi sebagai pengeksitasi molekul-molekul gas agar terjadi pembalikan populasi pada sistem molekul-molekul tersebut yang selanjutnya akan menghasilkan laser. Eksitasi akan terjadi apabila ada lucutan listrik si antara anoda dan katoda pada rongga resonator. Sistem laser ini membutuhkan sistem aliran arus listrik yang konstan pada rongga resonator agar menghasilkan daya keluaran laser yang stabil. Pada rongga resonator dialirkan capuran gas dengan tekanan tertentu, dimana tekanan ini berhubungan dengan resistansi gas pada rongga resonator. Dengan kata lain, resistenasi gas pada rongga resonator merupakan fungsi tekanan gas pada rongga resonator. Untuk
He N2 CO2
PENCAMPUR GAS
RESONATOR POMPA
Step Key Switch Stand by Laser hit Keterangan
1 OFF OFF OFF Main switch + vacuum + pendingin ON
2 OFF ON ON Tunggu sampai nilai 0 Torr
3 OFF ON ON Atur gas sampai 22 Torr (sampai stabil) 4 OFF OFF OFF Current control diatur dari nilai nol
5 ON ON OFF Tunggu tekanan menjadi 10 Torr
6 ON ON ON Tekanan menjadi 22 Torr, arus 20 mA 7 OFF OFF OFF Mematikan laser CO2(tutup aliran gas_ 8 OFF OFF OFF Main switch +Vacuum pump + main
3.4.3 Spesifikasi Laser CO2
Tabel 3.2 Spesifikasi laser CO2
Medium laser CO2,N2, He
Laser panjang gelombang: 10600nm
Laser Mode: Quasi-mono modus
Cara Kerja: Kontinyu (CW)
Laser output daya ±8 Watt TEM00CWmin (all lines) Diameter berkas Berkisar 8 mm (I/e2)
Divergensi berkas Berkisar 2 mrads
Polarisasi 500 :1
Panjang rongga 1 meter
Tegangan 1–5KVolts
Arus 10–50 mA total dari kedua system
katoda dan anoda Laser Input Daya 240V AC 50 Hz 1,5 KW
Power supply: 100/110V ,50-60Hz, 230-260V ,50-60Hz Pengaman dilindungi lagi dengan short circuit
tegangan tinggi, suhu yang terlalu tinggi dan pendingin dengan laju alir yang rendah
Sistem Aliran Gas
Medium lasing CO2,N2, He dengan persentase percampuran yang tetap
Penyimpanan 100 cu.ft 2000 PSI silinder
Laju alir minimum 50 Gal/menit
Suhu air maksimum 30o
Serat optik
Keyswitch
Rotary encoder
Status indicators
Value adjust button
Soft keys (4 off)
Shuttercontrol buttons
Shutter status indicators Liquid crytal display
Soft Keys
Empat tombol soft keys yang digunakan untuk mengontrol laser. Garis bawah LCD menampilkan fungsi dari setiap tombol. tergantung pada status sistem. mereka kontrol seri dan dapat digunakan untuk mengatur nilai-nilai (dalam konjungsi dengan ebcoder dan "menyesuaikan" tombol) dan beralih laser dan mematikan.
Indicators
Menunjukkan bahwa sistem memiliki daya listrik terapan, bentuk saklar power supply internalmenghasilkan tegangan dan berfungsi sebagai microprossesor. Emission ( Yellow)
menegaskan bahwa laser siap untuk digunakan. ini berarti bahwa energy sudah di tetapkan, keyswitch berada di posisi ON dan rantai interlock tertutup.
RS232 Mode active ( Mode active (Yellow)
Menunjukkan bahwa laser berjalan di bawah kontrol RS232 dan kontrol panel depan tidak akan respon.
Interlock (Red)
Menunjukkan bahwa rantai interlock terbuka. Rantai ini terdiri dari konektor interlock eksternal, dan swicthes termal internal. Ketika kondisi interlock terbuka terdeteksi, keadaan (bila ditentukan) ditutup dan laser yang ditutup sudah dalam kondisi aman . Akan tetapi diperlukan ulang kait interlock dengan memutar kembali tombol off sehingga laser akan menyala lagi setelah memperbaharui interlock.
Fault (Red)
Mains input
Fuse RS232 port
UserInterface
Q-switch RF drive
Umbilical connector
UPS digunakan sebagai batrai cadangan pada laser DPSS. Sehingga ketika arud listrik mati, laser DPSS masih dapa keadaan hidup. Ini dikarenakan pada laser DPSS tidaka memiliki alat pendingin.
3.4.5Operating SystemLaser DPSS
- Dinyalakan UPS, kemuadian dihidupkan saklar AC dan DC UPS dibagian belakang UPS, kemeudian tekan tombol power UPS bagian depan
- Dinyalakan tombolmain powerON laser tunggu hingga ± 5 menit
- Tekan tombol soft key 4 dan putar keysswitch pada posisi ON secara bersamaan hingga dilayar / LCD keluar tampilan gambar 3.10 sebagai berikut :
Gambar 3.10 Tampilan pada layar catudaya
Tekan tombol open shutter
Tekan tombolsoft key1 untuk meyalakan laser ( laserOn)
Tekan tombol soft key 3 untuk mengeset arus ( Iset ) kemudian tekan tombol adjust untuk memilih besar arus yang diinginkan, kemudian tekan tombolsoft key4
Untuk mematikan laser, ditekan tombol close shutter LASER OFF, QSW : EXT
ON QSW Iset = 1,2 A
ON QSW Iset = 1,2 A
Putar keyswitch pada posisioff
Matikan main power laser Matikan UPS
3.4.6 Spesifikasi Laser DPSS Tabel 3.3 Spesifikasi laser DPSS
Model Name HPG5000
Wavelength 532nm
Output Power 5W
Spatial Mode TEM00, M2 < 1.2
Power Stability <+/- 2 % over 1 hour
Noise <3% peak to peak
Beam Diameter <2mm at output aperture
Beam Divergence <1mRad
Polarisation >100:1, Vertical or Horizontal (please specify with order) Laser Head
Size(mm3) 127x110x297
Power supply 2U high 19" rack
Control Front panel / RS232
Cooling Air cooled
3.5 Perangkat dan Prosedur Interaksi Laser dengan Material
Target
Focusing
Sample holder
Focusing lens
5 Kertas Karbon
Digunakan sebagai bahan yang akan menutupi cermin belakang yang ada pada laser untuk menghentikan interaksi laser terhadap material.
• Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk menghitung variasi waktu yang diberikan saat laser
berinteraksi dengan material.
3.5.2 Prosedur Interaksi Laser dengan Material
• ProsedurInteraksi laser CO2 (CW) dengan Material
Gambar 3.17 Skema Pengaturan interaksi laser CO2kontinyu
• Prosedur Interaksi Laser DPSS dengan material
Pada penelitian digunakan laser DPSS Seri FQ dan FC model HPG 5000 merek Elforlight yang merupakan laser generasi 4 dengan panjang gelombang 532 nm. Laser tipe ini dapat dikontrol nilai Iset (arus yang disetting pada saat pengambilan data) sehingga mampu menghasilkan daya keluaran yang bervariasi dan mempunyai pola keluaran laser TEM00.
ditembak dengan laser DPSS kontinyu yang diatur dengan beberapa variasi dari dari yang daya tertinggi sampai daya terendah dengan waktu penembakan disesuaikan dengan material yang ditembakkan. Hasil interaksi laser DPSS dengan material diamati dengan mikroskop. sedangkan set-up laser DPSS sesudah dengan cermin pada gambar 3.20 di bawah ini.
LASER DPSS
MATERIAL
FOCUSING LENS
Gambar 3.18Set-uplaser DPSS dengan cermin
3.6 Perangkat dan Prosedur Pengujian Interaksi Laser dengan Material
3.6.1 Perangkat Pengujian Daya Keluaran Laser
6 Powermeter Digital
Digunakan untuk mengukur berapa besar daya laser yang dipancarkan oleh sinar
laser.
7 Sensor Powermeter
Digunakan untuk menyerap atau menangkap sinar laser CO2 ,berupa energi panas
secara langsung sehingga besar daya bisa dibaca dan ditampilkan oleh powermeter
Sensor Cahaya
Powermeter digital
Camera
yang terdiri dari kaki dan lengan mikroskop, diafragma, meja objek/meja preparat,
pemutar halus dan kasar, penjepit kaca objek (preparat), dan sumber cahaya.
Tujuan mikroskop cahaya dan elektron adalah menghasilkan bayangan dari benda
yang dimikroskop lebih besar. Pembesaran ini tergantung pada berbgai faktor,
diantaranya titik fokus kedua lensa( objektif f1 dan okuler f2, panjang tubulus atau
jarak(t) lensa objektif terhadap lensa okuler dan yang ketiga adalah jarak pandang
mata normal(sn).
- Camera
Camera digunakan untuk menangkap gambar yang terdeteksi di dalam mikroskop.
Sehingga objek dapat di ambil dan di simpan dalam proses pengumpulan data.
- Komputer
Digunakan sebagai sarana untuk manampilkan hasil uji di dalam mikroskop.
Sehingga mempermudah pengamatan dan pengolahan data.
• Perangkat Lunak
- Optilab
Optilab ialahsoftware yang digunakan untuk menampilkan hasil uji mikroskopi ke dalam komputer. Sehingga dapat dilakukan pengamatan secara langsung terhadap material yang di uji melalui computer.
- Image Raster
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini, akan dibahas tentang pengujian bahan material hasil interaksi dengan laser. Pengujian ini dilakukan unutk mengetahui bagaimana hasil interaksi material tersebut dan untuk mengetahui apakah sistem kerja laser dengan parameter-parameternya telah bekerja sesuai. Melalui spesifikasi masing-masing laser kita ketahui bahwa panjang gelombang laser CO2 10600 nm dan laser DPSS 532 nm. Dengan mengetahui panjang gelombang kedua laser yang berbeda, maka akan dilihat masing-masing hasil interaksi kedua laser terhadap material yang diuji. Hal ini yang akan dibahas pada bab berikut ini.
4.1 Hasil Pengujian Interaksi dengan Laser CO2
4.1.1 Pengukuran Kestabilan Daya Laser CO2
Pada proses interaksi laser terhadap material, daya laser merupakan parameter yang sangat mempengaruhi hasil interaksi nantinya. Oleh sebab itu diperlukan pengujian kestabilan daya laser dengan alat pengukur daya, yaitu powermeter.
Dalam sub bab ini aka mikroskop. Pembahasan ha dan fokus defokus laser C
Dalam penelitian memvariasikan daya dan pengaruh pemberian varia
kan dibahas mengenai hasil citra crater yang n hasil interaksi akan dibahas, mulai dari pember r CO2.
an ini, proses interaksi laser dengan material di dan jarak fokus defokus laser. Sehingga akan da
riasi tersebut terhahap material.
ksi laser CO2 dengan material dilakukan dengan pe , yaitu dari daya yang tertinggi hingga daya terenda
No Jenis Material Daya (Watt) Waktu
1 Silicon rubber 6,67 1 menit
2 Plastik 3,75 10 detik
3 Acrylic 4,47 10 detik
4.2 Hasil Pengujian Interaksi dengan Laser DPSS 4.2.1 Pengukuran Daya Laser DPSS
Berbeda dengan laser CO2Kontinyu, laser DPSS merupakan laser dengan keluaran daya lebih stabil. Kestabilan daya laser ditunjukkan pada tabel 4.2 dan gambar 4.7. Pada penelitian ini, di gunakan laser DPSS (Diode Pump Solid State) dengan cermin (seperti pada gambar 3.12). Cermin mempengaruhi daya keluaran laser, dengan adanya cermin maka sebagian energi akan hilang karena absorbsi dan refleksi oleh cermin. Melalui pengukuran daya keluaran laser DPSS ini, akan dapat divariasikan dengan daya laser yang digunakan pada interaksinya dengan material.
Tabel 4.3 Hasil pengukuran daya laser DPSS Kontinyu
Iset (mA) Imon (mA) Daya (watt)
4.2.2 Pengujian Interaks
nteraksi dengan laser DPSS, dalam penelitian riasi daya dan fokus defokus laser.
Diode Pump Solid State) dengan material, prose nteraksi laser CO2, yaitu variasi dengan daya yang waktu tertentu, tergantung material yang digun rhadap material. Material yang digunakan adalah raksi dengan laser DPSS proses juga sama seperti ran laser lebih stabil. Tetapi perlakuan interaksi laser CO2terhadap masing-masing material.
(b) (c)
Tabel 4.4 Data interaksi pada fokus dan defokus laser DPSS
No Jenis Material Daya (Watt) Waktu
1 Silicon rubber 2,75 9 menit
2 Plastik 1,48 30 detik
3 Acrylic 1,48 30 detik
Jarak fokus laser , yaitu 12,5 cm dan dalam penelitian ini defokus laser di letakkan pada jarak 13,5 cm (di depan lensa) . Dari gambar 4.11 dan gambar 4.12 di atas, dapat dilihat perbedaan hasil interaksi. Pada laser DPSS juga dalam keadaan fokus, interaksinya menghasilkan cráter yang lebih dalam di bandingkan pada interaksi dalam keadaan defokus. Tetapi dengan laser DPSS yang memvariasikan fokus dan defokus laser ini, untuk bahan acrylic dengan daya 1,48 watt dan dalam waktu 30 detik, dalam keadaan defokus ( 13,5 cm di depan lensa) tidak ada terdapat hasil interaksi apapun. Sedangkan dalam keadaan fokus (12,5 cm di depan lensa), interaksi laser dengan acrylic
menghasilkan cráter yang pinggirannya sangat bulat dan dalam. Ini membuktikan bahwa fokus dan defokus laser sangat mempengaruhi interaksi laser dengan material. Interaksi yang dilakukan dalam jaak fokus laser akan menghasilkan cráter yang bagus dibandingkan pada jarak defokus laser.
4.3 Pengukuran DiameterCrater
4.3.1 Diameter Crater Hasil Interaksi dengan Laser CO2Kontinyu
Dibawah ini adalah hasil pengukuran diameter crater yang diperoleh.
• Silicon rubber(Perbesaran 4X)
Tabel 4.5 DiameterSilicon rubber
NO Daya
(Watt) WAKTU
Fokus (5 cm) Defokus (7 cm)
Diameter
Dari keterangan tabel 4.5 diatas, dapat dilihat bahwa untuk bahan silicon rubber pada keadaan defokus dan daya yang paling rendah 4,41 watt tidak ada terjadi interaksi sehingga tidak dapat dihitung nilai diameter craternya.
• Acrylic(Perbesaran 4X)
Tabel 4.7 DiameterAcrylic
Daya
(Watt) WAKTU
Fokus (5 cm) Defokus (7 cm)
Diameter
Pada bahan silicon rubber yang titik lelehnya 1410oC dengan pemberian daya laser CO2sebesar 4,41, 5,72 dan 6,67 Watt, lebih tinggi dari pada acrylic(2,75, 3,66, dan 4,41 Watt) dan plastik (2,92, 3,66, dan 4,41 Watt), ukuran diameter crater yang diperoleh
silicon rubber lebih besar dibandingkan acrylic dan plastik. Dari sifat bahan masing-masing materialacrylic memiliki titik leleh 160oC dan plastik memiliki titik leleh 115-125oC, dengan titik leleh tersebut maka dapat dilihat perbedaan ukuran diameter melalui perbandingan daya laser yang diberikan dan waktu interaksinya. Semakin tinggi titik leleh suatu bahan material maka daya yang dibutuhkan juga semakin besar. Silicon rubber yang titik leleh tertinggi memerlukan daya laser yang lebih tinggi dalam proses interaksinya. Waktu yang diperlukan juga lebih lama dikarenakan sifat silicon rubber
yang elastis dan tahan terhadap suhu ekstrim. Sedangkan pada bahanacrylic dan plastik yang tidak tahan terhadap suhu tinggi, proses interaksi laser dengan material dapat terjadi hanya dengan waktu yang singkat, yaitu 10. Melalui penjelasan tersebut maka dapat dilihat hasil diameter crater silicon rubber yang lebih lebar dibandingkan acrylic dan plastik.
NO Daya
(Watt) WAKTU
• Plastik (Perbesaran 4X)
Tabel 4.9 Diameter Plastik
NO Daya
(Watt) WAKTU
Fokus (12,5 cm) Defokus (13,5 cm) Diameter
Fokus (12,5 cm) Defokus (13,5 cm) Diameter Begitu juga dengan laser DPSS, melalui hasil keterangan tabel diatas untuk masing-masing bahan menunjukkan bahwa bahan silicon rubber yang titik lelehnya 1410oC dengan pemberian daya laser CO2sebesar 2,75, 4,0 dan 4,34 Watt, lebih tinggi dari pada
acrylic dan plastik yang dayanya 1,48, 1,80, dan 2,17 Watt dengan titik leleh acrylic
160oC dan plastik 115-125oC, ukuran diameter crater yang diperoleh silicon rubberjuga lebih besar dibandingkanacrylic dan plastik. Waktu yang digunakansilicon rubber juga jauh lebih besar dari pada bahanacrylicdan plastik.
atas juga dapat dilihat bahwa dengan menggunakan laser DPSS ukuran diameter crater pada titik fokus lebih besar dibandingkan pada titik defokusnya.
Melalui hasil keteranagan tabel diameter crater diatas untuk masing-masing bahan menunjukkan bahwa semakin besar daya laser yang berinteraksi dengan material, maka semakin besar juga nilai diameter crater yang dihasilkan. Hal tersebut menunjukkan bahwa semakin besar daya. intensitas cahaya laser akan semakin besar. Intensitas cahaya laser merupakan intensitas radiasi elektromagnetik dan dengan semakin besar radiasi elektromagnetik, maka jumlah foton yang dipancarkan akan semakin banyak. Setiap bahan material sifat menyerap radiasi elektromagnetik.
Pada saat cahaya laser berinteraksi dengan material, maka cahaya laser akan membawa fungsi temperatur sesuai dengan hukum Stefan Boltzman, yaitu semakin besar daya berarti semakin besar pula densitas daya, maka temperatur yang dibawa radiasi semakin besar pula sehingga mampu memanaskan (heating) dan melelehkan material (melting) lebih banyak dibandingkan radiasi elektromagnetik yang dibawa oleh laser yang berdaya kecil. Pemanasan dan pelelehan yang terjadi akan menyebabkan terbentuknya
crater. Semakin banyak pemanasan dan pelelehan yang terjadi akan menyebabkan crater
semakin lebar dan diameter craternya pun semakin besar. Dengan begitu semakin besar daya laser maka semakin besar pula diameter yang dihasilkan.
bahanacrylic yang digunakan adalah 0,37 g dengan massa jenis (ρ) sebesar 1,17 g/cm3, sehingga perubahan suhu yang didapat pada masing-masing daya yang digunakan adalah
Untuk daya 2,92 watt maka perubahan suhu yang didapat dengan waktu interaksinya, dapat diketahui melalui hukum kalor dalam bentuk energi dengan waktu yang digunakan 10 detik adalah: digunakan sebesar 2,92 watt merupakan daya terendah, sehingga untuk daya laser yang digunakan sebesar 3,66 watt dan 4,41 watt maka suhu yang dikeluarkan oleh laser CO2 akan lebih besar yaitu 84,5 oC dan 101,8 oC. Sehingga dengan semakin besarnya suhu yang dikeluarkan oleh laser CO2 akan mengakibatkan hasil interaksi berupa crater akan semakin lebar. Pengaruh suhu juga terjadi terhadap bahan material lainnya dengan tingkatan daya yang digunakan pada masing-masing bahan.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil metode penelitian hingga pengujian dan pembahasan maka penulis dapat
menarik kesimpulan, antara lain :
1. Proses interaksi laser CO2 dan DPSS Kontinyu dengan material dipengaruhi oleh keluaran daya laser, semakin tinggi daya yang digunakan maka diameter dan lebar permukaancrater(material yang mengalami penguapan) akan semakin lebar. 2. Waktu interaksi yang digunakan pada bahan silicon rubber jauh lebih lama
dibandingkan dengan acrylic dan plastik. Pada proses interaksi laser dengan material ini, sifat fisis material yang paling berpengaruh adalah titik leleh material. Titik lelehsilicon rubber, yaitu 1410oC lebih tinggi dibandingkan bahan acrylic memiliki titik leleh 160oC dan plastik memiliki titik leleh 115-125oC. Semakin tinggi titik leleh bahan maka daya yang digunakan juga semakin besar dan waktu interaksi juga semakin lama. silicon rubbermembutuhkan daya paling tinggi dan waktu terlama sehingga ukuran diameternya lebih lebar dibandingkan bahan material plastik danacrylic.
5.2 Saran
Setelah melakukan penelitian, diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk
dilakukan penelitian lebih lanjut yaitu :
1. Sebaiknya digunakan pengembangan lebih lanjut untuk menggunakan laser CO2dan
DPSS kontinyu yang berdaya tinggi, agar dapat dilihat lebih jelas hasil interaksi
lasernya dan dengan laser berdaya tinggi, material logam juga dapat digunakan
sebagai bahan interaksi
2. Sebaiknya digunakan laser pulsa untuk melihat perbedaan interaksi dengan laser
DAFTAR PUSTAKA
Brown, S Matthew and Craig B. Arnold. 2010. Fundamentals of Laser-Material Interaction and Application to Multiscale Surface Modification
Bahtiar, Ayi Dr. Rekayasa Optic. 2008. UNPAD. Bandung
Davarcioglu, Burhan. 2010. An Overview of Diode Pumped Solid State (DPSS) Lasers. Facultyof Science and Art, Department of Physics, Aksaray- TURKEY. 2010 Ganesh, RK, A. Faghri dan Y. Hahn, "A Modeling Generalized termal untuk Laser
Drilling Proses:.. 1 Pemodelan Matematika dan Numerik Metodologi" Int. J. Panas Massa Transfer, 40 (1997)
M.C, Hutley. 1982. Difraction Grating.Academic Press, Inc : New York.
Rahman, Abdul Q M. 2008. CO2 Laser Cutting Of Ceramic Tiles .Faculty Of
Manufacturing Engineering : Universiti Teknikal Malaysia Melaka.
Research Tunable 50W (ALL LINES) CW CO2 Laser. Laser Electronics PTY LTD.
Queensland, Australia
Svelto, Orazio, and D. C. Hanna. 1998.Principles of Lasers. Plenum Press : New York. Shimoda, Koichi. 1984.Introduction to Laser Physics. Springer-Verlag : Berlin.
Yariv, Amnon, and Amnon Yariv. Optical Electronics in Modern Communications. The Oxford series in electrical and computer engineering. New York: Oxford University Press, 1997.
Zhou, B., Kane, T.J., Dixon, G.J. & Byer, R.L. (1985). Efficient, frequency stable laser diode
