Laser
Laser (singkatan dari bahasa Inggris: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya dalam bentuk cahaya yang tidak dapat dilihat maupun dapat lihat dengan mata normal, melalui proses pancaran terstimulasi. Pancaran laser biasanya tunggal, memancarkan foton dalam pancaran koheren. Laser juga dapat dikatakan efek dari mekanika kuantum.
Deskripsi
Dalam teknologi laser, cahaya yang koheren menunjukkan suatu sumber cahaya yang memancarkan panjang gelombang yang diidentifikasi dari frekuensi yang sama, beda fase yang konstan[1] dan polarisasinya. Selanjutnya untuk menghasilkan sebuah cahaya yang koheren dari medium lasing adalah dengan mengontrol kemurnian, ukuran, dan bentuknya. Keluaran yang berkelanjutan dari laser dengan amplituda-konstan (dikenal sebagai CW atau gelombang berkelanjutan), atau detak, adalah dengan menggunakan teknik Q-switching, modelocking, atau gain-switching.
Dalam operasi detak, dimana sejumlah daya puncak yang lebih tinggi dapat dicapai. Sebuah medium laser juga dapat berfungsi sebagai penguat optik ketika di-seed dengan cahaya dari sumber lainnya. Sinyal yang diperkuat dapat menjadi sangat mirip dengan sinyal input dalam istilah panjang gelombang, fase, dan polarisasi; Ini tentunya penting dalam telekomunikasi serat optik.
Sumber cahaya umum, seperti bola lampu incandescent, memancarkan foton hampir ke seluruh arah, biasanya melewati spektrum elektromagnetik dari panjang gelombang yang luas. Sifat koheren sulit ditemui pada sumber cahaya atau incoherens; dimana terjadi beda fase yang tidak tetap antara foton yang dipancarkan oleh sumber cahaya. Secara kontras, laser biasanya memancarkan foton dalam cahaya yang sempit, terpolarisasi, sinar koheren mendekati monokromatik, terdiri dari panjang gelombang tunggal atau satu warna.
Beberapa jenis laser, seperti laser dye dan laser vibronik benda-padat (vibronic solid-state lasers) dapat memproduksi cahaya lewat jangka lebar gelombang; properti ini membuat mereka cocok untuk penciptaan detak singkat sangat pendek dari cahaya, dalam jangka femtodetik (10-15 detik). Banyak teori mekanika kuantum dan termodinamika dapat digunakan kepada aksi laser, meskipun nyatanya banyak jenis laser ditemukan dengan cara trial and error.
Sejarah
LASER (singkatan dari bahasa Inggris: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).Laser memperkuat cahaya.Laser dapat mengambil berkas cahaya yang lemah dan membuatnya menjadi berkas yang kuat.Beberapa laser menghasilkan berkas yang sangat kuat sehingga dapat membakar lubang kecil di dalam selembar besi dalam waktu kurang dari satu detik.Sinar laser dapat mencapai jarak jauh melalui angkasa luar tanpa menyebar dan menjadi lemah. Karena itulah, sinar laser menjadi alat komunikasi penting dalam berkomunikasi dalam zaman angkasa luar. Banyak kegunaan laser sudah ditemukan dalam ilmu kedokteran, ilmu pengetahuan, dan industri.
Ilmuwan menganggap cahaya sebagai gelombang yang bergerak. Jarak dari kulit sebuah gelombang ke kulit berikutnya disebut panjang gelombang. Cahaya dari matahari atau dari lampu adalah campuran banyak panjang gelombang. Setiap panjang gelombang yang berbeda menghasilkan warna yang berbeda.
Sinar laser terbuat dari cahaya yang semuanya terdiri dari panjang gelombang yang sama. Berkas cahaya dalam cahaya biasa mengalir ke arah yang berbeda. Sinar laser bergerak dalam arah yang sama persis. Sinar laser tidak menyebar dan tidak melemah
Pada awal perkembangannya, orang tidak menyebut dengan nama laser. Para ahli masa itu menyebutnya sebagai MASER (Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation). Dan orang yang disebut-sebut pertama kali mengungkapkan keberadaan maser adalah Albert Einstein antara tahun 1916 - 1917. Ilmuwan yang terkenal eksentrik ini juga yang pertama kali berpendapat bahwa cahaya atau sinar bukan hanya terdiri dari gelombang elektromagnetik, tapi juga bermuatan partikel dan energi. Dan dikenal lah apa yang disebut sebagai radiasi. Tapi maser dari Einsten ini baru sebatas teori. Teknologi pada dekade kedua abad 20 belum mampu mewujudkannya. Disamping itu, banyak ilmuwan yang menganggap teori dari Eisntein itu sebagai teori yang kontroversial.
Pada tahun-tahun berikutnya, terlebih pada perang dunia kedua, maser lebih banyak digunakan untuk kepentingan militer, yaitu untuk pengembangan radar. Hingga akhirnya Charles H. Townes, James Gordon, dan Herbert Zeiger, berhasil membuat maser dengan menggunakan gas Amoniak. Dan inilah maser yang pertama kali dibuat orang. Keberhasilan itu dipublikasikan pada tahun 1954. Itu merupakan maser dengan satu tingkat energi. Selanjutnya ide emisi dua tingkat untuk mempertahankan inversi pada maser telah dikembangkan oleh dua orang ilmuwan Sovyet, Nikolai Basov dan Alexander Prokhorov. Karena sumbangannya yang sangat penting ini dalam pengembangan maser, Charles H. Townes, Nikolai Basov, dan Alexander Prokhorov berbagi hadiah Nobel bidang Fisika pada tahun 1964.
Charles H. Townes memang orang yang berperan penting dalam dunia maser. Sebelumnya dia bersama Arthur Schawlow telah meneliti kemungkinan pembuatan maser optik (yang kemudian berkembang menjadi laser) dan sinar infra merah. Rincian penelitian itu diterbitkan pada bulan Desember 1958. Namun mereka berdua masih menemui kesulitan dan pembuatan laser (maser optik). Hingga akhirnya sebelum memasuki tahun 1960 Theodore Maiman bisa mewujudkan kerja sinar laser. Maiman menggunakan silinder batu Ruby untuk memicu timbulnya laser hingga laser buatannya dikenal sebagai Ruby Laser. Tapi Ruby Laser hanya mampu bekerja pada energi tingkat ketiga. Setelah memasuki tahun 1960, Peter Sorokin dan Mirek Stevenson mulai mengembangkan laser tingkat keempat yang pertama. Tapi itu pun masih sebatas teori dan tujuan untuk merealisasikannya masih belum tercapai. Namun sejak saat itu lah era laser dimulai.
Sekilas bahwa Theodore Maiman dianggap sebagai orang yang pertama kali berhasil membuat laser (bukan maser). Tapi sebenarnya ada orang lain yang telah mendahuluinya yaitu Gordon Gould. Pada tahun 1958, Gordon Gould kabarnya telah berhasil membuat maser optik (laser) bahkan dia juga yang dianggap sebagai orang yang pertama kali menggunakan istilah Laser (Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation). Tapi Gordon gagal mendaftarkan paten laser-nya pada tahun 1959. Hingga pada tahun 1977 Gordon memenangkan paten tersebut. Butuh waktu 8 tahun untuk mendapatkan pengakuan itu.
Pada masa yang hampir bersamaan juga beberapa ilmuwan lain berhasil membuat laser dengan menggunakan bahan yang berbeda. Misalnya Ali Javan, William Bennet dan Donald Herriot yang membuat laser dengan media gas helium dan neon pada tahun 1960 dan keberhasilannya baru dipublikasikan pada tahun 1961. Kumar N. Patel membuat laser dengan perantaraan karbondioksida, nitrogen, dan helium pada tahun 1964. Dan pada tahun yang sama juga (1964), Earl Bell membuat laser dengan bantuan helium dan merkuri. Para ilmuwan ini dianggap pembuat untuk laser gas karena bahan-bahan yang mereka gunakan untuk membuat laser pada umumnya berupa zat gas.
Perkembangan yang cukup penting terjadi pada tahun 1962 ketika seorang ilmuwan yang bekerja pada perusahaan General Electric, Robert Hall, menemukan laser semikonduktor berukuran mini dengan biaya murah. Biasanya mesin atau peralatan pemroduksi sinar laser berukuran besar. Laser buatan Rober Hall inilah yang hingga kini digunakan pada perangkat vcd dan dvd player, printer laser, pembaca kode bar, drive pada CPU, sistem komunikasi yang menggunakan serat optik, dan sebagainya.
Sebuah penemuan yang revolusioner dibuat pada tahun 1970 ketika Charles Kao dan George Hockham berhasil membuat apa yang sekarang disebut serat optik (fiberglass). Mereka berdua memang tidak membuat laser, tapi penemuannya sangat penting dalam penggunaan aplikasi laser. Dan seperti kita tahu, serat optik banyak digunakan dalam bidang komunikasi. Bidang inilah yang memang dianggap sebagai pengguna terbesar aplikasi laser. Laser dan serat optik memang dua penemuan yang sangat saling mendukung.
Ada berbagai jenis laser. Medium laser bisa padat, gas, cair atau semikonduktor. Laser biasanya ditentukan oleh jenis bahan yang digunakan oleh penguatnya
- Solid-state laser material telah dikuatkan terdistribusi dalam matriks padat (seperti ruby atau neodymium: yttrium-aluminium garnet laser yag). Laser neodymium-yag memancarkan cahaya inframerah pada 1.064 nanometer (nm).
- Laser Gas (helium dan helium-neon, hene, merupakan laser gas yang paling umum) memiliki output utama dari lampu inframerah. CO2 laser memancarkan energi jauh dr inframerah, dan digunakan untuk memotong material keras.
- Laser Excimer (nama ini berasal dari istilah excited dan dimers) menggunakan gas reaktif, seperti klorin dan fluorin, dicampur dengan gas inert seperti argon, kripton atau xenon. Ketika elektrik dirangsang, molekul pseudo (dimer). Ketika lased, dimer menghasilkan cahaya dalam kisaran ultraviolet.
- Dye laser menggunakan pewarna organik kompleks, seperti rhodamine 6g, dalam larutan cair atau suspensi sebagai media penguat.
- Semiconductor laser, kadang-kadang disebut dioda laser, laser yg tidak solid-state. Perangkat elektronik yg menggunakan ini umumnya sangat kecil dan menggunakan daya yang rendah. Mereka dapat dibangun menjadi array yang lebih besar, seperti sumber penulisan dalam beberapa printer laser atau CD player.[2]
Manfaat laser
Dalam kehidupan sehari-hari, laser digunakan pada berbagai bidang. Dalam penggunaannya, energi laser yang terpancar tiap satuan waktu dinyatakan dengan orde dari beberapa mW(Laser yand digunakan dalam system audio laser disk) sampai dengan beberapa MW(Laser yang digunakan untuk senjata). Besarnya energi laser yang dipilih bergantung pada penggunaannya. Pemanfaatan sinar laser misalnya pada bidang kedokteran, pelayanan (jasa), industri, astronomi, fotografi, elektronika, dan komunikasi.
Dalam bidang kedokteran dan kesehatan, sinar laser digunakan antara lain untuk mendiagnosis penyakit, pengobatan penyakit, dan perbaikan suatu cacat serta penbedahan.
- Pada bidang industri, sinar laser bermanfaat untuk pengelasan, pemotongan lempeng baja, serta untuk pengeboran.
- Pada bidang astronomi, sinar laser berdaya tinggi dapat digunakan untuk mengukur jarak Bumi Bulan dengan teliti.
- Dala bidang fotografi, laser mampu menghasilkan bayangan tiga dimensi dari suatu benda, disebut holografi.
- Dalam bidang elektronika, laser solid state berukuran kecil digunakan dalam system penyimpanan memori optik dalam computer.
- Dalam bidang komunikasi, laser berfungsi untuk memperkuat cahaya sehingga dapat menyalurkan suara dan sinyal gambar melalui serat optik.
Aplikasi
Sejak diperkenalkannya laser pada tahun 1960, sebagai sebuah penyelesaian suatu masalah[3], maka dalam perkembangan berikutnya laser telah digunakan secara meluas, dalam bermacam-macam aplikasi modern, termasuk dalam bidang optik, elektronik, optoelektronik, teknologi informasi, sains, kedokteran, industri, dan militer. Secara umum, laser dianggap suatu pencapaian teknologi yang paling berpengaruh dalam abad ke-20.
Umumnya laser beroperasi dalam spektrum tampak pada frekuensi sekitar 1014 Hertz-15 Hertz atau ratusan ribu kali frekuensi gelombang mikro. Pada awalnya peralatan penghasil sinar laser masih serba besar dan merepotkan. Selain tidak efisien, ia baru dapat berfungsi pada suhu sangat rendah. Sinar laser yang dihasilkan belum terpancar lurus. Pada kondisi cahaya sangat cerah pun, pancarannya gampang meliuk-liuk mengikuti kepadatan atmosfer. Waktu itu, sebuah pancaran laser dalam jarak 1 km, bisa tiba di tujuan akhir pada banyak titik dengan simpangan jarak hingga hitungan meter.
Beberapa kelebihan laser diantaranya adalah kekuatan daya keluarannya yang amat tinggi sangat diminati untuk beberapa applikasinya. Namun laser dengan daya yang rendah sekalipun (beberapa miliwatt) yang digunakan dalam pemancaran, masih dapat membahayakan penglihatan manusia, karena pancaran cahaya laser dapat mengakibatkan mata seseorang yang terkena mengalami kebutaan dalam sesaat atau tetap.
| Kekuatan | Kegunaan / Fungsinya |
|---|---|
| 1-5 mW | Laser Penunjuk |
| 5 mW | Perangkat CD-ROM |
| 5–10 mW | DVD Player Atau Perangkat DVD-ROM |
| 100 mW | Kecepatan Tinggi Pembakaran Citra CD-RW |
| 250 mW | Pemakai Pembakaran DVD-R 16x |
| 400 mW | Membakar Kotak Perhiasan Dengan Diska Didalamnya Selama 4 Detik[4] |
| Percetakan DVD Piringan Ganda 24x[5] | |
| 1 W | Laser Hijau Digunakan Di dalam Piringan Holographic Versatile Disc (HVD) |
| 1–20 W | Tidak Dijual Umum, Tetapi Ada Dan Digunakan Untuk Mesin Kecil |
| 30–100 W | Pembedahan CO2 |
| 100–3000 W | Pembedahan CO2 Dan Laser Ini Digunakan Untuk Pemotongan Di Pabrik |
| 5 kW | Daya Pengeluarannya Mencapai 1 Cm/Bar |
| 100 kW | Digunakan Dalam Bidang Persenjataan Dan Didistribusikan Oleh Northrop Grumman |
Referensi
- ^ Conceptual physics, Paul Hewitt, 2002
- ^ "Laser Diode Market". Hanel Photonics. Diakses tanggal Sep 26, 2014.
- ^ Charles H. Townes (2003). "The first laser". Dalam Laura Garwin and Tim Lincoln. A Century of Nature: Twenty-One Discoveries that Changed Science and the World. University of Chicago Press. hlm. 107–12. ISBN 0-226-28413-1. Diakses tanggal 2008-02-02.
- ^ "Green Laser 400 mW burn a box CD in 4 second". youtube.com. Diakses tanggal 2011-12-10.
- ^ "Laser Diode Power Output Based on DVD-R/RW specs". elabz.com. Diakses tanggal 2011-12-10.
Lihat pula
Pranala luar
- Sam's Laser FAQ by Samuel M. Goldwasser
- Encyclopedia of laser physics and technology by Rüdiger Paschotta
- Liquid Light by Phil Schewe, James Riordon, and Ben Stein
- Light turns into glowing liquid by Eugenie Samuel
- Experiments Detail How Powerful Ultrashort Laser Pulses Propagate through Air
- Filamentation and Propagation of Ultra-Short, Intense Laser Pulses in Air
- Lasing Activity without Population Inversion by Phillip F. Schewe and Ben Stein
- Lasing without Inversion by Phillip F. Schewe and Ben Stein