LASER

LASER 

Kata LASER adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission

of Radiation, yang artinya perbesaran intensitas cahaya oleh pancaran terangsang. Kata

kuncinya adalah “perbesaran” dan “pancaran terangsang” yang akan menjadi jelas

kemudian. Dewasa ini, 30 tahun setelah ditemukan, kata laser telah menjadi

perbendaharaan kata sehari-hari. Peralatan yang menggunakan komponen laser dapat

ditemukan dimana-mana, seperti pembaca kode harga di kasir pasar swalayan, laserprinter,

compact - disk player, pemandu pesawat jet dan pertunjukan laser dalam festival

musik.

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.

Prinsip kerja 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 yangsedang

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.

Sebuah atom pada keadaan dasar dapat dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang

lebih tinggi dengan cara menumbukinya dengan elektron atau foton. Setelah beberapa saat

berada di tingkat tereksitasi ia secara acak akan segera kembali ke tingkat energi yang

lebih rendah, tidak harus ke keadaan dasar semula. Proses acak ini dikenalsebagai

fluoresensi terjadi dalam selang waktu rerata yang disebut umur rerata, lamanya

tergantung pada keadaan dan jenis atom tersebut.

Kebalikan dari umur ini dapat dipakai sebagai ukuran kebolehjadian atom tersebut

terdeeksitasi sambil memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih tingkat energi

asal dan tujuan. Foton ini dapat saja diserap kembali oleh atom yang lain sehingga

mengalami eksitasi tetapi dapat pula lolos keluar sistem sebagai cahaya. Sebetulnya atomatom

yang tereksitasi tidak perlu menunggu terlalu lama untuk memancar secara spontan,

asalkan terdapat foton yang merangsangnya. Syaratnya foton itu harus memiliki energi

yang sama dengan selisih tingkat energi asal dan tujuan.

Jenis-jenis laser

Terdapat tiga jenis dasar laser yang paling umum digunakan. Jenis-jenis lainnya

masih dalam taraf perkembangan. Ketiga jenis dasar itu adalah :

(1) Laser yang dipompa secara optis

Pada laser jenis inversi populasi diperoleh dengan cara pemompaan optis. Laser

ruby yang diciptakan pada bulan Juli 1960 oleh Theodore H.Maiman di Hughes Research

Laboratories adalah dari jenis ini. Laser ruby baik sekali diambil sebagai contoh untuk

membicarakan cara kerja laser yang menggunakan pemompaan optis. Ruby adalah batu permata buatan, terbuat dari Al2O3 dengan berbagai macam ketakmurnian. Ruby yang digunakan pada laser yang pertama berwarna merah jambu, memiliki kandungan 0,05 persen ion krom bervalensi tiga ( Cr + 3 ) dalam bentuk Cr2O3. Atom aluminium dan oksigen bersifat inert, sedangkan ion kromnya yang aktif. Kristal ruby berbentuk silinder, kira-kira berdiameter 6 mm dan panjangnya 4 sampai 5 cm.

(2) Laser yang dipompa secara elektris

Sistem laser jenis ini dipompa dengan lucutan listrik di antara dua buah elektroda.

Sistemnya terdiri dari satu atau lebih jenis gas.Atom-atom gas itu mengalami tumbukan dengan elektron-elektron lucutan sehingga memperoleh tambahan energi untuk bereksitasi. Perkembangan terakhir dalam perlaseran medium gasnya dapat diganti dengan uap logam, tetapi hal ini akan mengarah pada perkembangan jenis laser yang lain. Jenis laser uap logam akan dibicarakan secara tersendiri.

(3) Laser semikonduktor

Laser ini juga disebut laser injeksi, karena pemompaannya dilakukan dengan injeksi

arus listrik lewat sambungan PN semikonduktornya. Jadi laser ini tidak lain adalah sebuah

diode dengan bias maju biasa.

Laser semikonduktor yang pertama diciptakan secara bersamaan oleh tiga kelompok pada

tahun 1962. Mereka adalah R.H. Rediker dkk. (Lincoln Lab, MIT), M.I. Nathan dkk.

(Yorktown Heights, IBM) dan R.N. Hall dkk. (General Electric Research Lab.). Diodediode

yang digunakan adalah galiun arsenida-flosfida GaAsP (sinar-tampak merah). Proses laser jenis ini mirip dengan kerja LED biasa. Pancaran fotonnya disebabkan oleh bergabungnya kembali elektron dan lubang (hole) di daerah sambungan PN-nya.Bahan semikonduktor yang dipakai harus memiliki gap energi yang langsung, agar dapat melakukan radiasi foton tanpa melanggar hukum kekekalan momentum. Oleh sebab itulah laser semikonduktor tidak pernah menggunakan bahan seperti silikon maupun germanium yang gap energinya tidak langsung. Dibandingkan dengan LED, laser semikonduktor masih mempunyai dua syarat tambahan.Yang pertama, bahannya harus diberi doping banyak sekali sehingga tingkat energiFermi-nya melampaui tingkat energi pita konduksi di bagian N dan masuk ke bawahtingkat energi pita valensi di bagian P. Hal ini perlu agar keadaan inversi populasi di daerah sambungan PN dapat dicapai. Yang kedua, rapat arus listrik maju yang digunakan haruslah besar, begitu besar sehingga melampaui harga ambangnya. Besarnya sekitar 50 ribu ampere/cm2 agar laser yang dihasilkan bersifat kontinu. Rapat arus ini luar biasabesar, sehingga diode laser harus ditaruh di dalam kriostat supaya suhunya tetap rendah (77 K ), jika tidak arus yang besar ini dapat merusak daerah sambungan PN dan diode berhenti menghasilkan laser.

Jenis laser yang memberikan harapan

Ada tiga jenis laser yang layak disebutkan disini. Sekarang ini ketiganya sedang

dikembangkan karena dinilai memiliki potensi untuk memenuhi harapan manusia, yaitu

(Kristal no. 4/Juni/1991 11)

laser yang kuat dan berefisiensi tinggi. Mereka adalah laser sinar -X, laser elektron bebas

dan laser uap logam. Penulis akan membahasnya satu per satu pada edisi KRISTAL yang

akan datang.