29
Pengaruh Optical Chopper pada Interaksi Laser DPSS dengan
Material Silicon Rubber
AFFI NUR HIDAYAH, M.M SULIYANTI DAN SURYADIPusat Penelitian Fisika – LIPI, Komplek PUSPIPTEK Tangerang, Indonesia
E-MAIL : [email protected]
INTISARI : Pemasangan optical chopper dilakukan pada set-up laser DPSS kontinyu Seri FQ dan FC model HPG 5000
merek Elforlight. Dengan fungsi pengaturan frekuensi yang dimiliki oleh optical chopper, optical chopper akan berputar sesuai dengan prinsip gerak melingkar beraturan sehingga mampu memotong-motong cahaya kontinyu yang melewatinya menjadi pulsa. Optical chopper yang diatur pada frekuensi 10 Hz dan waktu pengambilan data 2 menit menghasilkan banyaknya putaran 1200 putaran, pulsa yang dihasilkan 1200 pulsa/detik, kecepatan sudut 62,8 rad/s dan kecepatan linier 3,14 m/s. Pada penelitian ini akan dibandingkan hasil interaksi laser DPSS sebelum dipasang optical chopper dan sesudah dipasang optical chopper dengan material silicon rubber. Laser DPSS sebelum dan sesudah dipasang optical
chopper diatur dengan variasi tiga daya yaitu 1,57 Watt, 2,11 Watt dan 2,58 Watt. Interaksi laser DPSS sebelum
dipasang optical chopper menunjukkan bahwa semakin tinggi daya laser maka kedalaman crater pada silicon rubber akan semakin dalam dan interaksi laser DPSS sesudah dipasang dengan optical chopper menunjukkan bahwa crater akan terlihat pada daya 2,58 Watt dengan bentuk yang berbeda dan lebih kecil dibandingkan dengan crater yang dihasilkan dari interaksi laser DPSS sebelum dipasang optical chopper. Sedangkan pada daya 1,57 dan 2,11 Watt belum terlihat crater pada permukaan silicon rubber.
KATA KUNCI : laser DPSS, cahaya kontinyu, optical chopper, pulsa, silicon rubber.
ABSTRACT: Setting of optical chopper is done in the set-up continuous DPSS laser type of FQ and FC series HPG 5000
Elforlight branch. Adjusting frequency of optical chopper will make optical chopper rotating like uniform circular motion that makes optical chopper copping continous light into pulses. Optical chopper adjusted frequency of 10 Hz and 2 minutes of shooting time has 1200 cycles, pulses 1200 shoot/second, angular velocity 62,8 rad/s and linier velocity 3,14 m/s. In this research will be compared interaction of set-up DPSS laser with optical chopper and without optical chopper on silicon rubberr. Both of set-up DPSS laser with optical chopper and without optical chopper are adjusted 3 kinds of power 1,57 Watts, 2,11 Watts and 2,58 Watts. Interaction of DPSS laser with optical chopper shows that higher power laser makes depth crater on silicon rubber depper and interaction of DPSS laser without optical chopper shows that crater happens in power of 2,58 Watts and the shape of crater is different and smaller than crater’s DPSS laser interaction with optical chopper. Whereas 1,57 Watts and 2,11 Watts power don’t show crater on silicon rubber. KEYWORDS : DPSS laser, continous light, optical chopper, pulsa, silicon rubber.
1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi memacu perkembangan pemanfaatan laser di berbagai macam aplikasi modern, antara lain dalam bidang optik, elektronik, optoelekrronika, teknologi informasi, sains, kedokteran, industri, militer, dan lainnya. Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam pemanfaatan laser adalah proses interaksi laser dengan material yang dikenal sebagai laser processing material. Laser (Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation) adalah alat yang menghasilkan dan memperkuat radiasi koheren pada
frekuensi-frekuensi di daerah inframerah, cahaya tampak (visible), atau daerah ultraviolet dari spektrum elektomagnetik [1]. Laser dapat beroperasi pada modus kontinyu (continuous wave) dengan amplitudo keluaran konstan atau beroperasi dalam bentuk pulsa. Dalam operasi kontinyu, berkas laser yang dihasilkan relatif konstan terhadap waktu. Proses tersebut dihasilkan dari populasi inversi yang berlangsung terus-menerus menggunakan sumber pemompa energi yang stabil. Sedangkan dalam operasi pulsa, berkas laser yang dihasilkan berubah terhadap waktu secara bolak-balik dengan mode on dan off [2]. Laser DPSS
(Diode-pumped Solid State) merupakan laser dioda yang mampu secara optik untuk membangkitkan atau memompa
media aktif yang ada didalam material padatan yang masih terisolasi. Selain YAG dan kaca, material utama yang digunakan di dalam laser DPSS adalah yttrium lithium fluoride (YLiF4, yang dikenal sebagai YLF) dan
perovskite (YAlO3, YAP). Neodymium dan lanthanide yang lain seperti holmium (Ho), erbium (Er) dan
thulium (Tm) digunakan sebagai pengotor [3]. Laser dioda digunakan sebagai laser pemompa karena mempunyai efisiensi daya yang cukup tinggi, dapat menghasilkan keluaran daya yang tinggi ketika ditumpuk, tersedia dalam berbagai panjang gelombang, hanya membutuhkan perawatan yang simpel karena umumnya dapat bekerja lebih dari 12.000 jam, ukurannya jauh lebih kecil sehingga lebih portable [4]. Pada penelitian ini laser DPSS digunakan untuk menembak material dengan dua tipe set-up, yaitu set-up sebelum dipasang optical chopper dan set-up sesudah dipasang optical chopper. Selain melihat fenomena perubahan cahaya laser DPSS yang diteruskan oleh optical chopper, akan diamati juga bentuk interaksi laser DPSS sebelum dipasang optical chopper dan sesudah dipasang optical chopper dengan material silicon rubber.
30
prinsip optical chopper itulah yang mampu mengubah sinyal kontinyu menjadi pulsa. Optical chopper bergerak melingkar mengikuti aturan gerak melingkar beraturan. Gerak melingkar beraturan adalah gerak dengan lintasan berbentuk lingkaran dengan kecepatan konstan [5].
2. METODOLOGI
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 [6]. Optical Chopper yang ditambahkan adalah Optical Chopper
merek Stanford Research System (SRS) model SR540 Chopper Controller yang mempunyai daerah frekuensi untuk mencopping 4 Hz sampai 400 Hz dan frekuensi 400 Hz sampai 3,7 kHz [7]. Sedangkan bahan yang digunakan untuk mengetahui pengaruh interaksi laser DPSS sebelum dipasang optical chopper dan sesudah dipasang optical chopper adalah polimer karet silicon rubber. Proses pengambilan data dimulai denga set-up laser sebelum dipasang optical chopper, kemudian silicon rubber ditembak dengan laser DPSS kontinyu yang diatur dengan 3 variasi daya (1,57 watt, 2,11 Watt dan 2,58 Watt) dengan waktu penembakan 2 menit. Setelah hasil interaksi laser DPSS kontinyu dengan silicon rubber didapatkan, langkah selanjutnya adalah melakukan set-up laser DPSS dengan menambahkan optical chopper yang diatur dengan frekuensi 10 Hz, kemudian silicon rubber ditembak dengan laser DPSS yang diatur dengan 3 variasi daya (1,57 Watt, 2,11 Watt dan 2,58 Watt) dengan waktu penembakan 2 menit. Hasil interaksi laser DPSS dengan silicon rubber sebelum dipasang optical chopper dan sesudah dipasang optical chopper diamati dengan mikroskop. Set-up laser DPSS sebelum dipasang optical chopper ditunjukkan pada gambar 1, sedangkan set-up laser DPSS sesudah dipasang optical chopper dan gambar eksperimennya ditunjukkan pada gambar 2.
31
(a)
(b)
Gambar 2.(a) Set-up laser DPSS dan (b) gambar eksperimen setelah dipasang optical chopper. Setelah didapatkan frekuensi (10Hz), waktu pengambilan data 2 menit dan pengukuran jari-jari lingkaran = 0,05 m, maka dengan penghitungan gerak melingkar beraturan dapat dihitung banyaknya putaran yang terjadi, kecepatan sudut dan kecepatan linier. Gambar gerak melingkar beraturan dan penghitungannya ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Menunjukkan gambar (a) gerak melingkar beraturan, (b) penghitungan pada gerak melingkar
beraturan [5].
3. HASIL DAN DISKUSI
Pada penelitian ini, optical chopper diletakkan pada lintasan laser DPSS dan akan dilihat pengaruhnya terhadap interaksi material. Material yang dipakai adalah silicon rubber karena sifatnya yang lentur, tidak sekeras logam dan agak lunak sehingga mudah untuk mengamati crater pada permukaannya. Setting yang dilakukan pada laser DPSS sebelum dipasang optical chopper dan sesudah dipasang optical chopper di atur dengan variasi daya yang sama (1,57 Watt, 2,11 Watt dan 2,58 Watt), waktu interaksi laser 2 menit, frekuensi
optical chopper 10 Hz dan dari pengukuran didapatkan jari-jari lempeng optical chopper 0,05 m. Dari
data-data tersebut dapat dihitung kondisi banyaknya putaran, kecepatan sudut dan kecepatan linier lingkaran pada
optical chopper dengan menggunakan prinsip gerak melingkar beraturan. Hasil penghitungan ditunjukkan
32
Gambar 4. Hasil penghitungan jumlah pulsa, kecepatan sudut dan kecepatan linier pada gerak melingkar optical chopper.
Dari gambar 4 dapat diketahui bahwa optical chopper bergerak melingkar dengan 1200 putaran, kecepatan sudut 62,8 rad/s dan kecepatan linier 3,14 m/s. Optical chopper yang digunakan mempunyai 2 slot
blade ( dua lubang) pada lempengnya. Gambar optical chopper yang digunakan ditunjukkan pada gambar 5.
Slot blade I
Slot blade II
Gambar 5. Optical chopper SRS 540 yang lempengnya sudah dimodifikasi menjadi lempeng yang
mempunyai dua slot blade.
Gambar 5 menunjukkan optical chopper yang lempengnya sudah dimodifikasi. Lempeng optical
chopper yang digunakan mempunyai dua slot blade (dua lubang) dimana slot blade II menjadi tempat lubang
dari cahaya laser yang akan dilewatkan, sehingga posisi slot blade II disejajarkan dengan posisi lintasan lubang buka tutup (shutter) sumber cahaya laser. Pada saat optical chopper bergerak satu putaran penuh (360o) , slot blade II akan ikut berputar dan ketika slot blade II mengenai lintasan cahaya laser dari sumbernya, cahaya laser diteruskan dan kemudian akan terhalang seiring dengan perputaran optical chopper karena slot blade II meninggalkan lintasan cahaya laser. Cahaya laser yang terhalang akan diteruskan kembali pada putaran kedua ketika slot blade II berputar dan mengenai sumber cahaya laser lagi. Proses perputaran tersebut akan terus berulang sampai waktu yang ditentukan. Dengan adanya optical chopper, cahaya laser akan dipotong-potong dan hanya melewatkan satu cahaya saja pada satu putaran optical
chopper, selebihnya terhalang. Satu cahaya yang diteruskan dalam satu putaran optical chopper merupakan
satu pulsa dari cahaya laser DPSS. Proses perputaran optical chopper inilah yang menyebabkan cahaya kontinyu laser DPSS berubah menjadi sinyal pulsa. Sehingga optical chopper yang berputar dengan 1200 putaran, jumlah pulsa yang dihasilkan 1200 pulsa/detik. Selain pengaruh cahaya yang dihasilkan berbeda antara sebelum dipasang optical chopper dan sesudah dipasang optical chopper, akan dilihat juga pengaruh
optical chopper pada interaksi laser DPSS dengan silicon rubber. Hasil interaksi laser dengan silicon rubber
sebelum dipasang optical chopper ditunjukkan pada gambar 6. Sedangkan hasil interaksi laser sesudah dipasang optical chopper ditunjukkan pada gambar 7.
33
hasil crater
paling dalam
(a) (b) (c)
Gambar 6. Hasil interaksi laser DPSS dengan silicon rubber sebelum dipasang optical chopper yang dilihat
dengan mikroskop dengan M= 4X (a) Daya 1,57 Watt, (b) Daya 2,11 Watt dan (c) Daya 2,58 Watt.
Hasil crater berbeda dengan gambar 6
(a) (b) (c)
Gambar 7. Hasil interaksi laser DPSS dengan silicon rubber sesudah dipasang optical chopper yang dilihat
dengan mikroskop dengan M= 4X (a) Daya 1,57 Watt, (b) Daya 2,11 Watt dan (c) Daya 2,58 Watt. Karena hasil crater yang dihasilkan pada daya 2,58 Watt (gambar 7c) lebih kecil dibandingkan dengan hasil crater pada gambar 6, maka untuk melihat perbedaan bentuk crater, crater dilihat dengan perbesaran mikroskop dengan M berbeda (10X, 20X dan 40X) yang ditunjukkan pada gambar 8.
(a) (b) (c)
Gambar 8. Hasil crater pada silicon rubber pada daya 2,58 Watt yang dilihat dengan perbesaran mikroskop
berbeda-beda (a) 10 X, (b) 20 X dan (c) 40 X.
Hasil interaksi laser DPSS kontinyu pada gambar 6 menunjukkan bahwa semakin besar daya laser maka tingkat kedalaman crater dipermukaan silicon rubber akan semakin dalam. Hal ini ditunjukkan oleh perbedaan gambar 6a, 6b dan 6c, dimana gambar 6c dengan daya paling tinggi (2,58 Watt) menunjukkan kedalaman crater yang paling dalam diantara 6a (1,57 Watt) dan 6b (2,11 Watt). Gambar 7 menunjukkan bahwa laser DPSS yang telah dipasang optical chopper menghasilkan interaksi yang berbeda dengan gambar 6. Gambar 7c (2,58 Watt) menunjukkan adanya crater yang lebih kecil dan bentuknya berbeda (gambar 8) dibandingkan dengan crater pada gambar 6c (2,58 Watt). Dan pada gambar 7a (1,57 Watt) serta 7b (2,11 Watt), dari pengamatan mikroskop belum didapatkan crater pada permukaan silicon rubber. Perbedaan crater disebabkan karena adanya optical chopper. Optical Chopper yang berputar akan membatasi perambatan gelombang pada cahaya laser DPSS kontinyu yang melewatinya, sehingga cahaya laser ada yang diteruskan dan ada yang terhalang. Pola cahaya yang diteruskan dan terhalang akan mengubah sinyal kontinyu yang perambatannya konstan terhadap waktu menjadi sinyal pulsa yang perambatannya berubah terhadap waktu. Pada saat laser DPSS sebelum dipasang optical chopper berinteraki dengan material, cahaya laser yang beinteraksi dengan silicon rubber menyebabkan adanya proses pemanasan (heating) terus menerus sehingga akan ada permukaan silicon rubber yang terbakar dan berlubang. Sedangkan pada interaksi laser DPSS setelah dipasang optical chopper dengan material, silicon rubber akan ditumbuk oleh cahaya pulsa. Tumbukan cahaya yang terjadinya pada material menyebabkan pemanasan (heating) pada permukaan
silicon rubber tidak berlangsung terus menerus sepanjang waktu, sehingga crater yang dihasilkan lebih kecil
34
Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa pemasangan optical chopper pada set-up laser DPSS mengubah cahaya kontinyu menjadi sinyal pulsa karena fungsi frekuensi yang dimiliki oleh optical chopper menyebabkan optical chopper berputar dan memotong-motong cahaya kontinyu menjadi pulsa. Dengan menggunakan penghitungan gerak melingkar beraturan didapatkah bahwa optical chopper bergerak melingkar dengan 1200 putaran, pulsa yang dihasilkan 1200 pulsa/detik, kecepatan sudut 62,8 rad/s dan kecepatan linier 3,14 m/s. Interaksi laser DPSS sebelum dipasang optical choper dengan silicon rubber menunjukkan bahwa semakin tinggi daya laser maka tingkat kedalaman pada crater di permukaan silicon
crubberr akan semakin dalam. Pada hasil penelitian didapatkan bahwa laser DPSS dengan daya 2,58 Watt
menghasilkan crater paling dalam dibandingkan dengan crater yang dihasilkan pada daya laser 1,57 Watt dan 2,11 Watt. Sedangkan hasil interaksi laser DPSS setelah dipasang optical chopper dengan silicon rubber menunjukkan pada daya 2,58 Watt dihasilkan crater yang berbeda dan ukurannya lebih kecil dibandingkan dengan interaksi laser DPSS sebelum dipasang optical chopper pada daya 2,58 Watt. Dan untuk daya 1,57 Watt dan 2,11 Watt belum terlihat adanya crater. Perbedaan hasil interaksi antara dua set-up laser disebabkan karena adanya optical chopper yang berputar sehingga mengurangi pemanasan (heating) terus menerus pada material.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] A.E. Siegman, Lasers (University Science Books, Mill Valley, 1986), hlm.1.
[2] S. Hidayat, Prinsip Dasar Laser Polimer Hibrid (ISBN : 978-979-3985-73-7), Bandung, 2009, editor: W. Nadeak, T.P. Sendjaja, F. Djajasudarma, B.A. Kurnani, D. Hariyadi, Wahya, C. Sobarna dan D. Indira (Unpad Press), hlm. 6-7.
[3] J.C. Ion, Laser Processing of Engineering Materials (Principles, Procedure and Industrial Application ) (Elsevier Butterworth-Heinemann, Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP, 2005), hlm.32. [4] E.J. Asibu, Priciples of Laser Materials Processing (John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey,
2009), hlm.65.
[5] P.M. Fishbane, S.G. Gasiorowicz dan S.T. Thornton, Physics for Scientists and Engineers with Modern
Physics (Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey, 2005), hlm.74.
[6] Elforlight, FQ and FC Series Diode Pumped Solid State Lasers (Elforlight Ltd, 4B Brunel Close, Daventry, Northants NN11 8RB, UK). http://www.elforlight.com/pdf/FQ_series_1064.pdf, 17 Maret 2010,.
[7] Stanford Research System, Model SR540 Optical Chopper (Stanford Research System, Inc., 1290-D Reamwood Ave, Sunnyvale, CA 94089, USA, 1997).
