Prinsip Kerja LASER

LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) adalah alat pembangkit cahaya yang memanfaatkan peristiwa transisi elektron dalam suatu atom yang menghasilkan energi dimana elektron berpindah dari tingkat energi tinggi ke rendah. Energi yang dihasilkan berupa gelombang elektromagnet yang mempunyai panjang gelombang tertentu tergantung perpindahan tingkat energinya. 

Gambar 1 : Spektrum Gelombang EM akibat transisi elektron

Secara umum suatu divais laser terdiri dari media penguat berkas cahaya (gain medium), sumber energi pemompa (pumping source), dan resonator optik (optical resonator). 

Gambar 2 : Rangkaian Komponen Laser Secara Umum

Media penguat adalah suatu bahan yang mempunyai sifat dapat meningkatkan intensitas cahaya dengan cara emisi terstimulasi. Sedangkan resonator optic, secara sederhana terdiri dari susunan cermin yang dipasang berhadapan sehingga berkas cahaya dapat bergerak bolak-balik. Salah satu cermin bersifat agak transparan, sehingga dapat berfungsi sebagai jalur keluar berkas laser (output coupler). Berkas cahaya yang melewati media penguat akan mengalami penguatan daya. Jika daerah sekelilingnya merupakan cermin, maka cahaya akan bergerak bolak-balik dan melewati media penguat berkali-kali. 

Gambar 3 : Medium Penguat pada Laser

Dengan demikian cahaya akan mengalami penguatan daya beberapa kali lipat. Setelah mengalami penguatan daya, cahaya dapat keluar melewati cermin yang bersifat agak transparan sebagai berkas laser.

Proses memasukkan energi sebagai syarat untuk terjadinya penguatan daya dinamakan dengan pumping (memompa). Energi yang dipompakan dapat berupa arus listrik atau berkas cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Untuk pompa energi dalam bentuk cahaya, dapat digunakan lampu flash atau laser semikonduktor. Selain komponen-komponen utama di atas, suatu perangkat laser biasanya dilengkapi dengan beberapa komponen pendukung untuk menghasilkan berkas laser yang tajam.

Bahan media penguat dapat berupa gas, cairan, padatan, atau plasma. Media penguat menyerap energi yang dipompakan dan mengakibatkan sejumlah elektron tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. 

Gambar 4 : Skema Laju Energi Laser

Partikel dapat berinteraksi dengan cahaya melalui cara mengabsorpsi atau mengemisikan foton. Emisi cahaya dapat terjadi secara spontan atau dengan cara stimulasi. Ketika jumlah elektron pada suatu tingkat eksitasi melebihi jumlah elektron pada tingkat energi di bawahnya, maka populasi inversi telah terjadi. Hal tersebut dapat mengakibatkan terjadinya emisi terstimulasi yang jumlahnya lebih besar daripada yang diabsorpsi. Dengan demikian cahaya mengalami penguatan. Jika media penguat ini ditempatkan di dalam resonator optik, maka penguatan cahaya dapat terjadi berkali-kali dan selanjutnya menghasilkan berkas laser.

Gambar 5 : Proses Terjadinya Cahaya LASER

Kavitas optik merupakan salah satu bentuk dari resonator. Kavitas mengandung berkas koheren yang dilingkupi oleh permukaan bersifat reflektif yang memungkinkan berkas cahaya tersebut bergerak bolak-balik melewati media penguat. 

Gambar 6 : Jenis-jenis Kavitas Optik

Cahaya yang bergerak bolak-balik di dalam kavitas dapat mengalami kehilangan daya (loss) yang disebabkan oleh absorpsi atau difraksi. Jika penguatan di dalam media tersebut lebih besar dibandingkan dengan kehilangan daya dalam resonator, maka daya laser akan naik secara eksponensial. Pada setiap kejadian emisi terstimulasi, sejumlah partikel akan berpindah dari tingkat energi tereksitasi ke keadaan dasar, hal ini akan mengurangi kapasitas media penguat. Untuk mengembalikannya ke kondisi terstimulasi, harus dipompa kembali dengan energi tertentu. Besarnya energi yang dipompakan harus mempertimbangkan batas ambang dari media penguat dan kehilangan daya di dalam kavitas. Jika daya yang dipompakan terlalu kecil, maka emisi yang dihasilkan tidak akan cukup untuk mengimbangi kehilangan daya akibat absorpsi di dalam kavitas. Sebaliknya jika energi yang dipompakan terlalu besar, maka akan mempercepat degradasi media penguat sehingga memperpendek usia penggunaannya. Oleh karena itu, diperlukan optimasi batas minium energi yang dipompakan (lasing threshold), sehingga berkas laser yang dihasilkan cukup signifikan dengan umur pemakaian yang panjang.

Sumber : http://blogs.phys.unpad.ac.id/sahrul/2010/02/23/apa-yang-dimaksud-dengan-laser/ (dengan penambahan)

Continue

Struktur Kristal Logam

Konsep

Bahan padat diklasifikasikan berdasarkan keteraturan antar atom. Susunan antar atom yang  berulang atau periodik dengan jarak atom yang sama besar tersebut disebut kristal. Dimana struktur kristal yang dibentuk oleh zat padat juga dapat dipandang sebagai pola tiga dimensi yang berulang, dengan antar atom terikat satu sama lain. Semua logam, sebagian besar bahan keramik, dan polimer tertentu membentuk struktur kristal dalam kondisi pembekuan normal.

Bentuk kristal yang dibentuk oleh zat padat juga mempengaruhi sifat-sifat yang dimiliki oleh padatan kristal itu sendiri. Terdapat banyak jenis dari struktur kristal, struktur kristal dapat membentuk susunan yang relatif simpel sampai kompleks sehingga dapat membentuk kristal padatan yang utuh seperi misalnya keramik dan polimer.

Sel Satuan

Urutan atom dalam padatan kristal menunjukkan bahwa kelompok-kelompok kecil dari atom membentuk pola berulang . Dengan demikian , dalam menggambarkan struktur kristal , perlu untuk membagi struktur menjadi entitas berulang berukuran kecil yang disebut sel satuan. Sel satuan mewakili simetri dari struktur kristal, dimana semua posisi atom dalam kristal dapat diwakili oleh  sel satuan yang terpisahkan jarak sepanjang masing-masing dari tepinya. Jadi, sel satuan adalah unit struktural dasar dari struktur kristal yang menentukan struktur kristal berdasarkan geometri dan posisi atom di dalamnya.

Struktur Kristal Logam

Pada ikatan atom pada bahan logam terdapat pembatasan minimal untuk jumlah dan posisi atom terdekat, hal ini menyebabkan jumlah yang relatif besar pada atom terdekat dan kerapatan atom untuk sebagian struktur kristal metalik. Untuk menganalisa logam, dapat menggunakan model bola pejal untuk struktur kristal yang terbentuk, dimana masing-masing mewakili lingkup inti ion. 

Tabel 1 : Radius Atomik dan Struktur Beberapa Kristal Logam

Pada tabel 1 menyajikan jari-jari atom untuk sejumlah logam dan stuktur yang membentuknya. Tiga struktur kristal yang ditemukan untuk sebagian besar logam biasa yaitu face-centered cubic, body-centered cubic, dan hexagonal-close packed.

Sumber : 

Materials Science and Engineering an Introduction, W.D. Callister

http://piyohsiat.blogspot.com/2011/01/struktur-kristal-logam.html

Continue