manfaat laser bagi dunia kedokteran BAB I. PENDAHULUAN
Laser Laser merupa merupakan kan singka singkatan tan dari dari Light Light Amplif Amplifica icati tion on by Stimul Stimulate ated d Emmiss Emmission ion of Radiation (penguatan cahaya dengan stimulasi emisi radiasi). Laser adalah sebuah alat yang menggu menggunaka nakan n efek efek mekani mekanika ka kuantum kuantum,, pancara pancaran n tersti terstimul mulasi asi,, untuk untuk menghas menghasil ilkan kan sebuah sebuah cahaya yang koheren dari medium "lasing" yang dikontrol dikontrol kemurnian, kemurnian, ukuran, ukuran, dan bentuknya.
Laser itu merupakan sinar panas yang dihasilkan dari loncatan atom akibat stimulasi energi dari radiasi listrik. Dengan radiasi yang bersumber dari energi listrik berkekuatan 15 hingga 30 watt, dari sebuah alat berujung optik, dihasilkan sinar bergelombang 532 sampai 1.064 nanometer yang memiliki kekuatan panas. Cahaya panas ini bisa digunakan untuk memotong kulit dan jaringan, menghancurkan pigmen warna kulit, dan pengobatan lainnya dalam dunia kedokteran dengan risiko perdarahan minimal dan waktu penyembuhan cepat. Untu Untuk k lebi lebih h mema memaha hami mi manf manfaa aatt lase laserr dala dalam m bida bidang ng kedok kedokte tera ran n kami kami membah membahasn asnya ya
dalam dalam
bentuk bentuk
makala makalah h
menc mencob obaa
dengan dengan harapan harapan dapat dapat bergun bergunaa bagi bagi orang orang lain lain
khususnya khususnya bagi kami. Kami selaku penulis penulis mengaharap mengaharap saran dan kritik yang membangun membangun dari pembaca agar makalah ini lebih sempurna. Kami Kami sela selaku ku penul penulis is mohon mohon maaf jika jika ada pembaha pembahasa san n yang yang kura kurang ng menyimpang, karena kami masih dalam proses belajar. Selamat membaca.
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Laser yang digunakan untuk kesehatan
tepat tepat dan
Penggunaan sinar laser di bidang medis sebenarnya telah dilakukan sejak tahun 1960. Tepatnya ketika Theodore H. Maiman menciptakan sinar laser dari ruby crystal. Fungsinya bisa digunakan digunakan untuk pengobatan pengobatan kelainan kulit, memecahkan batu ginjal, ginjal, operasi operasi mata, tumor, tumor, dan lain-lain. Penemuan terbaru adalah jenis mesin laser yang mampu menembakkan sinar laser sangat singkat (dalam hitungan nanosecond atau per juta detik). Kekuatan atau energinya begitu tinggi sehingga meminimalisir kerusakan jaringan kulit di luar target. Khusus untuk kulit, terapi laser merupakan cara mutakhir yang dianggap akan mampu mengam mengambil bil alih alih cara-ca cara-cara ra perawa perawatan tan konvens konvension ional, al, misaln misalnya ya dengan dengan krim krim atau atau dermab dermabras rasi. i. Selain bisa bertahan lebih lama ketimbang dengan cara konvensional, terapi laser untuk kulit bisa menciptakan peremajaan kulit (rejuvenate).
2.2 Jenis-jenis Laser yang digunakanu untuk kesehatan
Beberapa jenis laser yang umum digunakan untuk perawatan kecantikan khususnya di Indonesia, diantaranya :
1. Fractional CO2 Laser Laser Fracti Fractional onal CO2 adalah adalah laser laser yang menggun menggunakan akan teknol teknologi ogi fracti fractiona onall carbon carbon dioxide (SmartXide DOT) untuk mengatasi untuk mengatasi masalah jaringan parut (skar) dan kerut-kerut karena penuaan kulit. Sinar laser yang dihasilkan oleh alat ini secara akurat melakukan pengangkatan kulit lapis perlapis dan mampu merangsang pembentukan kolagen baru dengan cara memberi panas hanya pada kedalaman dan area kulit yang tertimpa sinar laser (teknologi SmartXide DOT). Biasa digunakan untuk peremajaan kulit, mencerahkan kulit serta mengatasi masalah kulit lainnya seperti keriput, pigmentasi, tumor jinak, jerawat,kutil dan bekas luka.
Untuk proses Laser kondisi berikut diperlukan: 1. Energi Energi dasar dasar yang dapat dapat terbal terbalik, ik, yaitu yaitu sebuah sebuah energi energik k tinggi tinggi dasar dasar senang senang berboho berbohong ng sedemikian rupa bahwa ada lebih banyak molekul ditemukan dalam keadaan tereksitasi dari dalam berbaring di bawah negara. 2. Antara kedua state, transisi optik harus diperbolehkan. 3. Harus ada mekanisme eksitasi dengan yang negara atas bisa senang efektif. 4. Harus ada sebuah "de-eksitasi mekanisme", sehingga molekul mencapai keadaan yang lebih rendah lagi di pembuangan dari mekanisme eksitasi.
Penggunaan sinar laser di bidang medis sebenarnya telah dilakukan sejak tahun 1960. Tepatnya ketika Theodore H. Maiman menciptakan sinar laser dari ruby crystal. Fungsinya bisa digunakan digunakan untuk pengobatan pengobatan kelainan kulit, memecahkan batu ginjal, ginjal, operasi operasi mata, tumor, tumor, dan lain-lain. Penemuan terbaru adalah jenis mesin laser yang mampu menembakkan sinar laser sangat singkat (dalam hitungan nanosecond atau per juta detik). Kekuatan atau energinya begitu tinggi sehingga meminimalisir kerusakan jaringan kulit di luar target. Khusus untuk kulit, terapi laser merupakan cara mutakhir yang dianggap akan mampu mengam mengambil bil alih alih cara-ca cara-cara ra perawa perawatan tan konvens konvension ional, al, misaln misalnya ya dengan dengan krim krim atau atau dermab dermabras rasi. i. Selain bisa bertahan lebih lama ketimbang dengan cara konvensional, terapi laser untuk kulit bisa menciptakan peremajaan kulit (rejuvenate).
2.2 Jenis-jenis Laser yang digunakanu untuk kesehatan
Beberapa jenis laser yang umum digunakan untuk perawatan kecantikan khususnya di Indonesia, diantaranya :
1. Fractional CO2 Laser Laser Fracti Fractional onal CO2 adalah adalah laser laser yang menggun menggunakan akan teknol teknologi ogi fracti fractiona onall carbon carbon dioxide (SmartXide DOT) untuk mengatasi untuk mengatasi masalah jaringan parut (skar) dan kerut-kerut karena penuaan kulit. Sinar laser yang dihasilkan oleh alat ini secara akurat melakukan pengangkatan kulit lapis perlapis dan mampu merangsang pembentukan kolagen baru dengan cara memberi panas hanya pada kedalaman dan area kulit yang tertimpa sinar laser (teknologi SmartXide DOT). Biasa digunakan untuk peremajaan kulit, mencerahkan kulit serta mengatasi masalah kulit lainnya seperti keriput, pigmentasi, tumor jinak, jerawat,kutil dan bekas luka.
Untuk proses Laser kondisi berikut diperlukan: 1. Energi Energi dasar dasar yang dapat dapat terbal terbalik, ik, yaitu yaitu sebuah sebuah energi energik k tinggi tinggi dasar dasar senang senang berboho berbohong ng sedemikian rupa bahwa ada lebih banyak molekul ditemukan dalam keadaan tereksitasi dari dalam berbaring di bawah negara. 2. Antara kedua state, transisi optik harus diperbolehkan. 3. Harus ada mekanisme eksitasi dengan yang negara atas bisa senang efektif. 4. Harus ada sebuah "de-eksitasi mekanisme", sehingga molekul mencapai keadaan yang lebih rendah lagi di pembuangan dari mekanisme eksitasi.
5. Untuk generasi cahaya laser optik yang cocok resonator diperlukan. 6. Untuk eksitasi sumber energi yang dibutuhkan
Eksitasi tingkat output Laser (001) hasil dari keadaan dasar (000) melalui mengalirkan listrik. Di sana, sebuah elektron bertabrakan dengan molekul tanah negara dan menggairahkan ini untuk state (001).
Eksitasi melalui mengalirkan listrik tidak pernah begitu selektif agar tidak juga merangsang tingkat eksitasi lain mode (00v3). Untungnya celah energi getaran tingkat hampir sama, sehingga "sangat sangat senang" molekul melalui tabrakan dengan molekul dari keadaan dasar lagi tiba di negara (001):
Dari tingkat (001) emisi spontan terjadi. Setelah itu, molekul (001) sebelumnya bersemangat masuk negara (100):
Emisi spontan adalah proses, yang tidak dapat dipengaruhi melalui manipulasi eksternal. Hal ini terg tergan antu tung ng seca secara ra eksk eksklu lusi siff pada pada keuni keunika kan n kead keadaan aan ener energi gi masi masing ng-m -mas asin ing. g. Pros Proses es ini ini bertanggung jawab untuk inisiasi Laser osilasi yang hanya dapat dimulai bila resonator optic tersed tersedia ia memenu memenuhi hi persya persyarat ratan an yang yang diperl diperluka ukan. n. Hal ini dijela dijelaska skan n secara secara rinci rinci dalam dalam bab tentang resonator Laser. Untuk membuat inversi populasi mungkin, harus dipastikan bahwa tingkat (100) dikosongkan lagi. Sebuah optik atau memancar transisi dari (100) untuk (000)
diperbolehkan, meskipun relatif lemah. Sebuah pertukaran jauh lebih efektif energy terjadi pada transisi resonan dekat:
Molekul dari negara (100) bertabrakan dengan molekul dari keadaan dasar (000). Dalam proses ini molekul ini mengumpulkan begitu banyak energi yang sangat tertarik ke (010) negara. Molekul bertabrakan menyimpan sejumlah residu energi yang hampir setara dengan sebuah molekul dari (010) negara. Dalam hal energi sisa hadir, ditransfer untuk menyatakan rotasi yang ada. Sekarang perlu untuk mengambil rintangan terakhir ke keadaan dasar. Jika itu tidak dating untuk langkah ini, maka tidak akan ada molekul tersedia yang dapat bersemangat untuk negara (001). Langkah terakhir dalam Bahkan, merupakan "botol-leher" dari keseluruhan siklus dan hanya dapat dicapai melalui tabrakan dengan dinding debit ruang, karena itu adalah tingkat terendah sebelum tingkat dasar dan transisi memancar tidak diijinkan. Dalam situasi seperti satu mencari tabrakan tepat pasangan yang supportingly mempercepat langkah terakhir ini. tapi di account tidak harus seperti pasangan tidak baik mempengaruhi siklus yang tersisa, dan juga harus tidak memiliki kimia reaksi dengan CO2. Di sini gas inert selalu menawarkan jasa mereka. Bahkan Dia telah terbukti seperti pasangan. Melalui campuran dari Helium gas CO2, botol-leher dapat dihapus. Namun, ada tertulis hukum untuk pelestarian leher botol; hampir tidak botol-leher akan dihapus dari satu negara dan yang baru terjadinya dijamin di tempat lain. Jadi di sini juga, botol-leher adalah mekanisme eksitasi ini. untuk meningkatkan yaitu atas ini, untuk membuatnya selektif, satu menggunakan homonucleus molekul, nitrogen. Fakta bahwa yang pertama bersemangat tingkat getaran dari N2 ini terletak di bawah energik padat negara (001) dari CO2 yang merupakan co-insiden didirikan. Itu perbedaan energi berjumlah hanya 18 cm-1.
Dengan diperkenalkannya nitrogen ke dalam campuran yang ada CO2 dan Dia, output daya Laser CO2 meningkatkan sekitar 20%. Karena nitrogen adalah homo-nuklir molekul, transisi dalam keadaan elektronik tidak mungkin. Itulah mengapa mekanisme relaksasi yang paling
mungkin adalah tabrakan dengan molekul CO2, dimana getaran energi N2 ditransfer ke resonansi molekul CO2. Ketika molekul CO2 sudah bersemangat menjalani tabrakan semacam itu, mereka dipindahkan ke tingkat berikutnya tangga getaran, tetapi kemudian tabrakan dengan molekul dari keadaan tanah (001) Negara diisi lagi.
Karena dalam molekul N2 juga, energik perbedaan tingkat getaran dengan nilai-nilai yang lebih rendah untuk v adalah juga berjarak sama, transfer getaran juga dapat terjadi dalam lebih tinggi (00v) menyatakan molekul CO2. Seperti yang terlihat sebelumnya, negara-negara ini, namun tiba lagi di negara (001). N2 adalah karena itu merupakan mitra yang sangat baik bagi peningkatan eksitasi selektivitas. Nilai-nilai khas untuk pencampuran optimal adalah 4 mbar CO2, 4 mbar dari N2 dan 27 mbar dari Dia. Namun, ini masih belum semua proses yang mempengaruhi Laser efisiensi. Sampai sekarang kami telah mengasumsikan bahwa negara-negara (100) dan (010) akan diisi oleh proses Laser dan lab AI melalui tabrakan. Namun, tingkat ini juga dapat diisi melalui dampak termal karena suhu gas - semakin tinggi suhu, semakin besar apakah kepadatan penduduk termal terlalu. Dengan itu, inverse antara negara-negara (100) dan (001) berkurang pada satu tangan dan di sisi lain depopulasi Negara (010) berkurang. Kedua efek berkontribusi terhadap efisiensi dari proses Laser. Suhu Lasergas tergantung pada kekuatan debit. Sebuah tinggi debit saat ini Sejalan mengangkat suhu, sehingga mengurangi daya keluaran laser. Oleh karena itu, batas kekuatan Laser CO2 ditentukan oleh efektivitas dari pendinginan dari gas Laser. Proses selanjutnya adalah produksi karbon monoksida yang berasal melalui pemisahan CO2 di bawah pengaruh debit listrik. Sementara CO membaik selektivitas di satu sisi, hal itu menyebabkan pengurangan jumlah molekul CO2 di sisi lain. Sebagai debit terjadi dalam kapiler tertutup (off disegel Laser), sehingga hanya masalah waktu sampai isi CO mendominasi dan proses Laser datang ke terhenti karena kurangnya CO2 molekul. 2. Nd YAG Teknik laser ini sangat baik digunakan untuk menghilangkan bulu-bulu atau rambut yang yang tumbuh pada area-area tertentu seperti di ketiak, area bikini, diatas bibir (kumis), di lengan dan tungkai.
3. Q Switched Nd YAG
Laser pigmen (Q-switch Nd:YAG laser) digunakan untuk mengatasi kelainan pigmentasi pada kulit karena photoaging seperti lentigo senilis, freckles, tanda lahir berupa bercak hitam keabuan/kecoklatan dan juga dapat menghilangkan tattoo pada tubuh.
2.3 Keunggulan Laser
Beberapa keunggulan Mengunakan Laser dalam bidang Kedokteran adalah sebagai berikut : 1. Hemat waktu: area perawatan lebih luas menggunakan kluster laser BTL berdaya tinggi (hingga 1800mW). 2. Berbagai pilihan probe laser BTL (hingga 400mW) untuk lapisan jaringan permukaan dan dalam. 3. Ensiklopedi online dengan protokol yang sudah ditetapkan sebelumnya berdasarkan riset medis bertahun-tahun. 4. Aplikasi yang disarankan untuk berbagai bidang kedokteran (rehabilitasi, dermatologi, ginekologi, ENT, kedokteran olahraga, dll.). 5. Layar sentuh mudah dioperasikan
2.4 Manfaat Laser dalam Bidang Kesehatan
1. Percantik Diri dengan Terapi Laser Teknik yang digunakan untuk perawatan kecantikan ini diyakini dapat mempercantik dan memperbaiki kondisi kulit tanpa harus melewati tindakan operasi. Perawatan ini tidak akan menyebabkan perubahan sel atau jaringan kulit di sekitar area yang tidak bermasalah jika dilakukan dengan prosedur yang tepat dan oleh dokter yang berpengalaman.
Cara kerja . Sinar laser yang ditembakkan pada kulit atau area yang bermasalah akan diserap oleh sel kulit tertentu dan kemudian diubah menjadi panas pada area tersebut. Fungsinya adalah untuk menstimulasi pembentukan sel kolagen baru yang menjaga kekenyalan kulit. Panjang gelombang dari sinar laser adalah yang terpenting pada perawatan ini. Alat dan jenis laser yang digunakan terkadang sama hanya panjang gelombangnya yang berbeda.
Fungsi. Banyak manfaat yang bisa Anda rasakan dari perawatan teknik laser ini, diantaranya : • Mengatasi kerutan dan garis yang muncul pada area wajah,mengencangkan kulit wajah dan leher, menghilangkan flek serta untuk peremajaan kulit • Memutihkan kulit wajah dan tubuh • Menghilangkan bekas luka, bekas jerawat, tahi lalat dan spider veins • Menghilangkan tato • Menghilangkan bulu-bulu (hair removal) yang tubuh pada bagian ketiak, kaki, tangan, wajah dan organ intim. • Melangsingkan tubuh dan menyamarkan stretch mark atau selulit.
Perlu diperhatikan
• Bagi Anda yang ingin melakukan perawatan ini, carilah klinik yang terpercaya dengan dokter dan staf yang sudah terlatih dan berpengalaman. • Berkonsultasilah terlebih dahulu dengan dokter untuk mendapatkan hasil yang optimal. Tanyakan indikasi dan kontradiksi dari perawatan tersebut serta jenis perawatan yang boleh atau harus dihindari saat Anda menstruasi. • Hindari melakukan perawatan laser hair removal jika Anda sedang melakukan perawatan tanning buatan dengan alat spray atau lotion.
• Perempuan hamil dan menyusui, memiliki masalah kulit seperti kanker kulit, sensitif dengan sinar ataupun habis terbakar sinar matahari, tidak dianjurkan untuk melakukan terapi laser. Setelah melakukan terapi ini, hindari paparan sinar matahari langsung. Selalu gunakan sunblock minimal SPF 30 atau sesuai dengan yang dianjurkan dokter klinik. Jangan pula menggunakan riasan apapun setidaknya selama 5 hari setelah perawatan.
2. Terapi Laser Untuk Atasi Nyeri. Penggunaan terapi laser kini makin meluas. Tak hanya untuk mencerahkan kulit, terapi laser juga bisa untuk menyembuhkan nyeri akut maupun nyeri kronik. Rumah Sakit Eka Hospital Tangerang, dalam rilisnya Rabu (5/1/2011) menjelaskan, terapi sinar laser atau Low Level Laser Therapy (LLLT) merupakan prosedur non invasive yang dapat menembus jauh ke dalam jaringan tubuh. Sehingga dapat mengurangi nyeri dan membantu perbaikan dan penye mbuhan jaringan tubuh. Terapi sinar laser telah digunakan lebih dari 30 tahun dan telah disetujui US Food and Drug Administration (FDA) untuk tatalaksana nyeri dan sampai saat ini belum ditemukan adanya efek samping dari terapi laser tersebut. Salah satu keuntungan terapi laser adalah prosedur terapi yang tidak terlalu lama dan hasil yang didapat lebih cepat dibandingkan prosedur lain.
Mekanisme Terapi Laser. Terapi laser menciptakan reaksi biokimia dalam jaringan tubuh untuk perbaikan sel, meningkatkan sirkulasi darah, dan mengurangi reaksi peradangan dan pembengkakan. Energi sinar laser akan menstimulasi sel yang rusak untuk menghasilkan suatu zat yang disebut adenosine triphospate (ATP), yang akan dipergunakan sel tersebut untuk mempertahankan fungsi normal dan meningkatkan perbaikan sel.
Proses Terapi Laser. Waktu yang dibutuhkan untuk terapi laser bergantung dari luas area tubuh yang diterapi. Namun pada umumnya berlangsung sekitar 10 sampai dengan 20 menit. Selama proses terapi
laser, pasien akan merasakan sensasi rasa hangat pada daerah yang diterapi. Setelah terapi selesai, keluhan nyeri akan berkurang atau menghilang.
3. Laser untuk Penyembuhan Luka. Laser merupakan suatu gelombang elektromagnetik yang dapat berinteraksi dengan biological tissue dengan efek samping bergantung dari daya dan exposure yang diterima oleh biological tissue tersebut. Hal inilah yang dijadikan sebuah dasar penggunaan laser untuk berbagai macam aplikasi penyembuhan luka. Pada paper ini akan dipaparkan aplikasi sebuah laser dengan bahan semikonduktor yakni Gallium-Aluminium-Arsenide yang memiliki panjang elombang 800-nm untuk terapi penyembuhan luka pada kulit.Metode terapi yang dilakukan adalah penyinaran laser dengan objek percobaan yaitu kulit hewan tikus yang telah dilukai. Penyinaran dilakukan tanpa menyentuh kulit (non invasive). Penggunaan laser GaAlAs didasarkan pada daya keluaran yang dihasilkan relatif kecil berkisar antara 3-5 mWatt. Parameter yang diamati pada proses terapi ini adalah daya keluaran laser yang diberikan (P), variasi panjang gelombang laser (λ), distribusi intensitas, diameter berkas pada laser dan kecepatan penyembuhan luka pada tikus itu sendiri. Dari hasil terapi yang dilakukan menggunakan laser GaAlAs dengan daya sebesar 5 mWatt, didapatkan kesimpulan untuk daya tertentu yang dihasilkan oleh laser, proses penyembuhan luka pada kulit tikus mencapai 100% pada hari ke 19. Metode terapi dengan menggunakan laser daya rendah seperti ini masih terus dikembangkan untuk keperluan medis lainnya.
4. Terapi Laser Efektif Obati Sakit Leher dan Atasi Nyeri Leher Penyembuhan sakit leher biasanya dilakukan dengan fisioterapi, pijat dan obat pengurang rasa nyeri. Tapi kini metode baru dengan terapi laser terbukti lebih efektif mengobati sakit leher. Sebuah studi menunjukkan terapi dengan tingkat radiasi yang rendah aman mengurangi sakit leher. Penelitian ini diketuai oleh Dr Robert Chow dari Brain and Mind Research Institute di University of Sydney, Australia. Sebanyak 820 orang yang dirawat karena sakit leher menjadi partisipan untuk penelitian ini. Peneliti menggunakan poin skala untuk menentukan perbedaan antara perawatan yang menggunakan laser dan yang menggunakan sinar biasa.
Hasil dari terapi laser tingkat rendah ini lebih menguntungkan dibanding dengan terapi lainnya yang digunakan secara luas. Terutama dengan intervensi farmakologisnya yang jarang ditemukan efek samping dan efektif untuk mengurangi nyeri di leher. Sakit pada leher diperkirakan menjadi masalah medis yang penting di beberapa negara, sehingga perawatan yang tidak memerlukan obat-obatan dan tidak memiliki efek samping akan lebih menarik. Tapi penggunaan terapi laser sebagai perawatan nyeri leher ini juga harus hati-hati dan jelas berapa tingkat radiasi yang aman. Badan pengawas obat dan makanan Amerika Serikat (FDA) telah menyetujui perangkat laser ini untuk mengobati sakit leher, persetujuan ini menunjukkan bahwa teknologi tersebut aman untuk digunakan sebagai pengobatan. 2.5 Foto
PercantikDiri dengan Terapi Laser
Laser untuk Penyembuhan Luka
Terapi Laser Untuk Atasi Nyeri.
Terapi Laser Efektif Obati SakitLeher dan Atasi Nyeri Leher
DAFTAR PUSTAKA
-
http:/ /laser/Pemanfaatan Sinar Laser dalam Bidang Kedokteran - Harian An alisa.htm
-
ZEBUA ,R.Z.2011.Jenis Laser yang Digunakan Sebagai modalitas Fisioterapi.Medan
Laser
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Laser tentu kata tersebut tidak asing lagi bagi kita. Saat ini perangkat alat elektronika
tersebut sudah banyak di gunakan dalam industri-industri atau perusahaan-perusahaan. Dalam dunia industri, perangkat elektronika ini menjadi kebutuhan mutlak. Laser merupakan cahaya yang dikuatkan kemudian di stimulasi untuk menghasilkan radiasi dalam lingkungan industri dan militer. Laser memberikan kemudahan dalam melakukan pekerjaan. Dengan kata lain, laser adalah alat yang digunakan untuk merubah suatu gelombang elektromagnetik dalam bentuk cahaya sehingga dapat membantu dalam melakukan tugas tertentu.
1.2 Rumusan Masalah Sejarah Laser • Pengertian Laser • Sifat-sifat Laser • Prinsip Kerja Laser • • Jenis-jenis Laser • Aplikasi Laser 1.3 Tujuan Tujuan penyusunan makalah ini untuk mengetahui, memahami serta menambah wawasan
bagi penulis maupun pembaca tentang Laser serta untuk memenuhi tugas mata kuliah fisika modern.
BAB II
ISI
2.1 Sejarah Laser
Pada tahun 1917 Albert Einstein mengembangkan teori tentang laser (pada teori kuantum) berdasarkan turunan dari teori max planc tentang radiasi. Konsep awal berasal dari kemungkinan adanya koeffisien absorbsi, Emisi Spontan danemisi yang di stimulasi (di picu) pada radiasi elektromagnetik. kemudian Rudolf W. Ladenburg (1928) mengumumkan bahwa fenomena ini memang benar ada.fenomena ini dan juga absorbsi negativ.kemudian pada tahun 1939 Valentin A. Fabrikant memperkirakan bahwa kemungkinan emisi “short” wave dapat dikuatkan (bukan gelombang pendek tapi cenderung ke emisi spontan yang waktunya sangat pendek mungkin dalam orde nanosekon). 1947,
Willis
E . Lamb and R. C. Rutherford
menemukan spektrum emisi dari atom hidrogen dan dapat di demonstrasikan ke khalayak. Pada 1950, Alfred Kastler mengusulkan untuk dilakukan penelitian tentang “optical Pumping” atau memompa elektron ke daerah yang memiliki energi lagi lebih tinggi sehingga saat relaksasi elektron akan di keluarkan foton dan hasil eksperimennya di laporkan 2 tahun kemudian oleh Brossel, Kastler, and Winter.16 May 1960, Theodore Maiman Laser pertama berhasil di fungsikan the Hughes Research Laboratories. Kemudian laser yang sekarang sudah kita rasakan banyak manfaatnya yaitu untuk pemutar CD, DVD dsb.
Gambar 2.1 Laser 2.2 Pengertian 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. 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.
2.3 Sifat-sifat Berkas Laser
Laser adalah gelombang-gelombang cahaya yang koheren yang memiliki 4 sifat, yaitu : 1. Cahaya koheren, dengan semua cahaya sefase dengan yang lainnya.Pola inteferensi dapat diproleh tidak hanya dengan meletakkan dua celah pada berkas laser, tetapi juga dengan memakai dua berkas laser yang terpisah. 2. Cahayanya hampir ekawarna (Monokromatik). 3. Berkas laser memiliki intensitas sangat tinggi, jauh lebih besar dari cahaya sumber lainnya. Untuk bisa menimbulkan kerapatan energi sama dengan kerapatan energi pada berkas laser, benda yang panas harus bertemperatur 1030 K. 4. Berkas laser hampir tidak menyebar (mempunyai satu arah tertentu). Berkas semacam ini dikirim dari bumi menuju ke cermin pada bulan oleh ekspedisi Apollo 11, tetap merupakan berkas yang cukup tajam, sehingga terdeteksi ketika kembali ke bumi, walawpun telah menempuh jarak total lebih dari tiga per empat juga kilometer. Berkas cahaya yang ditimbulkan dengan cara lain akan menyebar terlau banyak. 2.4 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 yang sedang menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut dia ada 3 proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancaran spontan (fluorensi) dan pancaran terangsang, 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 dikenal sebagai 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 tereksitasi sambil memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih tingkat energy 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 atom-atom yang tereksitasi tidak perlu menunggu terlalu lama untuk memancar secara spontan, asalkan terdapat foton yang merangsangnya. Syaratnya foton itu harus memiliki energy yang sama dengan selisih tingkat energi asal dan tujuan. Tinjauan dua tingkat energi dalam sebuah atom E1 dan E2, dengan E1 < E2. Cacah atom yang berada di masing-masing tingkat energi adalah N1 dan N2. Untuk menggambarkan distribusi energi pada atom-atom itu dalam kesetimbangan termal berlakulah statistik Maxwell Boltzmann :
Persamaan ini menunjukkan bahwa dalam keadaan stimbang N1 selalu lebih besar daripada N2, tingkat energi rendah selalu lebih padat populasinya dibandingkan dengan tingkat yang lebih tinggi. Dalam keadaan tak setmbang terjadilah perpindahan populasi melalui ketiga proses serapan dan pancaran tersebut di atas.
Gambar 2.2. Serapan, pancaran spontan dan pancaran terangsang Atom-atom di E2 dapat saja melompat ke E1 secara spontan dengan kebolehjadian transisinya A21 per satuan waktu. Apabila terdapat radiasi dengan frekuensi ν dan rapat energi e ( ν
), terjadilah transisi akibat serapan dari E1 ke E2, dengan kebolehjadian sebut saja B12. e ( ν )
karena terlihat jelas kebolehjadian ini sebanding pula dengan rapat energy fotonnya. Pancaran spontan ini dapat pula merangsang transisi dari E2 ke E1 akibat interaksinya dengan atom-atom yang berada dalam keadaan tereksitasi E2, kebolehjadiannya B21. e ( ν ). Sudah tentu semua transisi yang terjadi di sini berbanding lurus dengan populasi atom di tingkat energi asalnya masing-masing. Perubahan N2 secara lengkap :
Perubahan populasi ini disebabkan oleh pertambahan akibat serapan dan pengurangan akibat pancaran. Setelah tercapai kesetimbangan antara atom-atom itu dengan radiasinya, pengaruh serapan dan pancaran akan saling meniadakan dN2/dt = 0.
Setelah digabungkan dengan persamaan (1), substitusi E2 - E1 = h. n (energi foton yang dilepaskan pada saat deeksitasi) dan manipulasi aljabar biasa didapatlah persamaan :
Jika persamaan (4) ini dibandingkan dengan distribusi statistik Bose Einstein, tampak bahwa foton adalah boson, dan persamaan radiasi Planck dengan harga-harga :
Persamaan (6) menunjukkan bahwa kebolehjadian atom-atom tersebut melakukan transisi serapan adalah sama dengan kebolehjadiannya melakukan transisi akibat pancaran terangsang. Tetapi pada keadaan normal pengaruh serapanlah yang lebih terasa karena populasi atom lebih besar di tingkat energi yang lebih rendah. Dari penjelasan di atas tampaknya ketiga proses : serapan, pancaran spontan dan terangsang, terjadi melalui suatu persaingan. Laser yang dihasilkan oleh pancaran terangsang dengan demikian hanya bisa terjadi jika pancaran terangsang dapat dibuat mengungguli dua proses yang lain. Nisbah laju pancaran terangsang terhadap serapan dapat dihitung sebagai berikut:
Dari persamaan ini tebukti tidaklah mungkin pancaran terangsang dapat mengungguli serapan pada kesetimbangan termal, karena N1 yang selalu lebih besar daripada N2. Laser bisa dibuat hanya jika N2 > N1 yang tentu saja tidak alamiah, keadaan terbalik seperti ini disebut inversi populasi. Inversi populasi ini harus dipertahankan selama laser bekerja, dan cara-caranya akan dijelaskan di bagian berikut. Cara-cara untuk mencapai keadaan inversi populasi ini antara lain adalah pemompaan optis dan pemompaan elektris. Pemompaan optis adalah penembakan foton sedangkan pemompaan elektris adalah penembakan elektron melalui lucutan listrik. Untuk menuju keadaan inversi populasi pemompaan ini harus melakukan pemindahan atom ketingkat eksitasi dengan laju yang lebih cepat dibandingkan dengan laju pancaran spontannya. Hal ini
dapat dilakukan jika dipergunakan medium laser yang atom-atomnya memiliki tingkat energi yang metastabil . Sebuah tastabil memerlukan waktu yang relative lebih lama sebelum terdeeksitasi dibandingkan dengan umurnya di tingkat eksitasinya yang lain. Dengan demikian pada saat pemompaan terus berlangsung, terjadilah kemacetan lalu lintas di tingkat metastabil ini, populasinya akan lebih padat dibandingkan dengan populasi tingkat energi di bawahnya. Populasi tingkat energi dasar kini sudah terlampaui populasi tingkat metastabil. Bila suatu saat secara spontan dipancarkan satu foton saja yang berenergi sama dengan selisih energi antara tingkat metastabil dengan tingkat dasar, ia akan memicu dan mengajak atom-atom lain di tingkat metastabil untuk kembali ke tingkat dasar.
Gambar 2.3. Tingkat metastabil pada system laser 3 – tingkat
Akibatnya atom-atom itu melepaskan foton-foton yang energi dan fasenya persis sama dengan foton yang mengajaknya tadi, terjadilah laser. Proses demikian inilah yang terjadi pada banyak jenis laser seperti pada laser ruby dan laser-laser gas. Pada laser uap tembaga yang terjadi adalah efek radiasi resonansi, inversi populasi dicapai dengan cara memperpanjang umur atom tereksitasi terhadap tingkat energi dasar, sedangkan umurnya terhadap tingkat metastabil tidak berubah. Dengan demikian inverse populasi terjadi antara tingkat energi tinggi dengan tingkat metastabil. Setelah laser dihasilkan, atom-atom akan banyak terdapat di tingkat metastabil. Koherensi keluaran laser bersifat spasial maupun temporal, semua foton memiliki fase yang sama. Mereka saling mendukung satu sama lain, yang secara gelombang dikatakan berinterferensi konstruktif, sehingga intensitasnya berbanding langsung kepada N2, dengan N adalah cacah foton. Jelaslah intensitasnya ini jauh lebih besar dibandingkan dengan intensitas radiasi tak - koheren yang hanya sebanding dengan N saja.
Syarat penting lainnya untuk menghasilkan laser adalah meningkatkan nisbah laju pancaran terangsang terhadap laju pancaran spontannya. Nisbah tersebut mudah sekali didapat.
Persamaan (8a) menunjukkan bahwa rapat energi e ( ν ) harus cukup besar agar laser dapat dihasilkan. Rapat energi foton ini dapat ditingkatkan dengan cara memberikan suatu rongga resonansi optik. Di rongga itulah rapat energi foton tumbuh menjadi besar sekali melalui pantulan yang berulang-ulang pada kedua ujung rongga, dan terjadilah perbesaran intensitas seperti yang ditunjukkan oleh nama laser. Pembuatan rongga resonansi ini merupakan masalah yang memerlukan penanganan yang paling teliti pada saat membangun suatu sistem laser. Persamaan (8b) diperoleh dari gabungan (8a) dan (4). Kedua jenis pancaran itu akan sama pentingnya apabila selisih tingkat energi h. ν memiliki orde yang sama malahan jauh lebih kecil dibandingkan dengan energi termal k.T. misalnya saja pada gelombang mikro pada suhu kamar. Oleh sebab itulah laser berenergi tinggi dengan frekuensi yang tinggi pula amat sulit dibuat, karena pancaran spontan akan lebih terbolehjadi.
2.5 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 Cr 2O3. 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. Gambar 3 memperlihatkan diagram tingkat energi yang dimiliki ion Cr dalam kristal ruby.
Gambar 2.4. Diagram tingkat energy Kristal ruby
Laser ini dihasilkan melalui transisi atom dari tingkat metastabil ke tingkat energidasar, radiasinya memiliki panjang gelombang 6920 A° dan 6943 A°. Yang paling terang dan jelas adalah yang 6943 A°, berwarna merah tua. Pemompaan optisnya dilakukan dengan menempatkan batang ruby di dalam tabung cahaya ini banyak dipakai sebagai perlengkapan kamera untuk menghasilkan kilatan cahaya. Foton-foton yang dihasilkan tabung ini akan bertumbukan dengan ion-ion Cr dalam ruby, mengakibatkan eksitasi besar-besaran ke pita tingkat nergy tinggi. Dengan cepat ion-ion itu meluruh ke tingkat metastabil, di tingkat ini mereka berumur kira-kira 0,005 detik, suatu selang waktu yang nergy cukup panjang sebelum mereka kembali ke tingkat nergy dasar. Tentu saja pemompaan terjadi dengan laju yang lebih cepat disbanding selang waktu tersebut sehingga terjadi energy populasi. Setelah terjadi satu saja pancaran spontan ion Cr, maka beramairamailah ion-ion yang lain melakukan hal yang sama, dan mereka semua memancarkan foton dengan nergy dan fase yang sama, yaitu laser.
Gambar 2.5. Skema sebuah laser ruby
Jika pada laser ini dibuatkan rongga resonansi optis maka cacah foton yang dipancarkan dapat dibuat banyak sekali. Rongga resonansinya adalah batang ruby itu sendiri. Batang tersebut harus dipotong dan digosok rata di kedua ujungnya. Kedua ujung juga harus betul-betul sejajar, yang satu dilapisi tebal dengan perak dan satunya lagi tipis saja. Akibatnya rapat energi foton makin lama makin besar dengan terjadinya pemantulan berulang-ulang yang dilakukan kedua ujung batang ruby, sampai suatu saat ujung yang berlapis tipis tidak mampu lagi memantulkan foton yang datang, sehingga tumpahlah foton-foton dari ujung tersebut sebagai sinar yang kuat, monokromatik dankoheren yang tidak lain adalah laser. Pada saat pancaran terangsang berlangsung, tentu saja tingkat metastabil akan cepat sekali berkurang populasinya. Akibatnya keluaran laser terdiri dari pulsa-pulsa berintensitas tinggi yang selangnya masing-masing sekitar beberapa nanodetik sampai milidetik. Setelah letupan laser terjadi, proses inversi populasi dan perbesaran rapat energy foton dimulai dari awal lagi, demikianlah seterusnya sehingga terjadi retetan letupanletupan berupa pulsa-pulsa. Keluaran yang kontinu dapat diperoleh yaitu jika system lasernya ditaruh dalam sebuah kriostat agar suhu operasi laser menjadi rendah sekali. Efisiensi laser ruby ini sangat rendah, karena terlalu banyak energi yang harus dipakai untuk mencapai inversi populasinya. Sebagian besar cahaya dari tabung cahaya tidak memiliki panjang gelombang yang diharapkan untuk proses pemimpaan sehingga merupakan pemborosan energi. Walaupun demikian daya rerata dari tiap pulsa laser dapat mencapai beberapa kilowatt karena selang waktunya yang sangat pendek. Dengan daya sebesar ini laser dapat digunakan untuk melubangi, memotong maupun mengelas logam.
(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. Laser gas mampu memancarkan radiasi dengan panjang gelombang mulai dari spectrum ultra ungu sampai dengan infra merah. Laser nitrogen yang menggunakan gas N2 merupakan salah satu laser terpenting dari jenis ini, panjang gelombnag lasernya berada di daerah ultra ungu (3371 A° ). Sedangkan laser karbondioksida yang merupakan laser gas yang terkuat memancarkan laser pada daerah infra merah (10600 A °). Laser gas yang populer tentu saja laser helium-neon, banyak dipakai sebagai peralatan laboratorium dan pembaca harga di pasar sawalayan. Laser yang dihasilkan berada di spektrum tampak berwarna merah (6328 A° ). Laser helium-neon ini merupakan laser gas yang pertama, diciptakan oleh Ali Javan dkk. dari Bell Laboratories pada tahun 1961. Untuk penjelasan laser gas secara umum laser helium-neon ini dapat diambil sebagai contoh. Dalam keadaan normal atom helium berada di tingkat energi dasarnya 1S0, karena konfigurasi elektron terluarnya adalah 1s2. Pada saat elektron lucutan menumbuknya ato helium itu mendapatkan energi untuk bereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi seperti 1s0 dan 3s1 dari konfigurasi elektron 1s2s. Begitu atom helium tereksitasi ke tingkat-tingkat itu ia tak dapat lagi balik ke tingkat dasar, suatu hal yang dilarang oleh aturan seleksi radiasi. Suatu hal kebetulan bahwa beberapa tingkat energi yang dimiliki atom neon hamper sama dengan tingkat energi atom helium. Akibatnya transfer energi antara kedua jenis atom itu sangat terbolehjadi melalui tumbukan-tumbukan . Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa atom neon yang ditumbuk oleh atom helium 1S0 akan tereksitasi ke tingkat 3P1, 3P0, 3P1 , 3P2 dari konfigurasi elektron 2p55s. Setelah bertumbukan atom helium akan segera kembali ke tingkat energi dasar. Oleh karena aturan seleksi memperbolehkan transisi dari tingkat-tingkat energi inike sepuluh tingkat energi yang dimiliki konfigurasi 2p53p, maka atom neon dapat dipicu untuk memancarkan laser.
Syarat inversi populasi dengan sendirinya sudah terpenuhi, karena pada kesetimbangan termal tingkat-tingkat di 2p53p atom Ne amat jarang populasinya.
Gambar 2.6. Diagram tingkat energy He dan Ne Laser yang dihasilkan akan memiliki intensitas yang paling jelas di panjang gelombang 6328 A° tadi. Sebetulnya pancaran laser He-Ne yang terkuat berada di 11523 A° (infra merah dekat) yang ditimbulkan oleh transisi dari satu di antara 4 tingkat di 2p54s atom Ne, yang kebetulan berdekatan dengan tingkat energi 3S1 atom He, ke salah satu dari 10 tingkat energi di 2p53p. Sistem laser ini berbentuk tabung gas silindris dengan panjang satu meter dan diameter 17 mm. Kedua ujung tabung ditutup oleh dua cermin pantul yang sejajar, disebut cermin Fabry Perot, sehingga tabung gas ini sekaligus berfungsi sebagai rongga resonansi optisnya. Dua buah elektroda dipasang di dekat ujung-ujungnya dan dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi untuk menimbulkan lucutan dalam tabung. Tekanan He dan Ne dalam tabung adalah sekitar 1 torr dan 0,1 torr, dengan kata lain atom He kira-kira 10 kali lebih banyak dibandingkan dengan atom Ne. Cacah He yang lebih banyak ini mampu mempertahankan inversi populasi secara terus menerus, sehingga laser yang dihasilkan juga bersifat kontinu, tidak terputus-putus sebagai pulsa seperti pada laser ruby. Sifat kontinu ini merupakan keunggulan laser gas dibanding laser ruby. Laser yang kontinu amat berguna untuk transmisi pembicaraan dalam komunikasi, musik atau gambar-gambar televisi. Efisiensi laser He-Ne ini juga rendah, hanya sekitar 1 persen, keluaran lasernya hanya berorde miliwatt. Sedangkan laser CO2 dapat menghasilkan laser kontinu berdaya beberapa kilowatt dengan efisiensi lebih tinggi.
Gambar 2.7. Sistem Laser gas Untuk menghasilkan laser sinar-tampak berwarna-warni, beberapa produsenseperti Laser Science Inc. misalnya, mengembangkan laser cairan yang dipompanya secara optis oleh sebuah laser nitrogen. Cairan yang dipakai adalah zat warna yang dilarutkan dalam pelarut semacam metanol, dsb. Konsentrasi larutan kira-kira 0,001 Milar. Contoh larutan ini adalah LD-690 yang menghasilkan laser merah ( 6960 A° ) dan Coumarin-440 yang menghasilkan laser ungu ( 4450 A° ). Jenis larutan dapat diubah-ubah sesuai denganwarna yang dikehendaki.
(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.). Diode-diode 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 energy Fermi-nya melampaui tingkat energi pita konduksi di bagian N dan masuk ke bawah tingkat
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 biasa besar, 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.
Gambar 2.8. Laser semikonduktor beserta diagram energinya
Pada gambar 7 tampak bahwa di sebagian daerah deplesi terjadi inversi populasi jika sambungan PN diberi tegangan maju, daerah ini disebut lapisan aktif. Daerah deplesi adalah daerah di sekitar sambungan PN yang tidak memiliki pembawa muatan listrik bebas. Pada saat dilakukan injeksi arus listrik melalui sambungan, elektron-elektron di pita konduksi pada lapisan aktif dapat bergabung kembali dengan lubang-lubang di pita valensi. Untuk arus injeksi yang kecil penggabungan ini terjadi secara acak dan menghasilkan radiasi, proses ini adalah yang terjadi pada LED. Tetapi apabila arus injeksinya cukup besar, pancaran terangsang mulai terjadi di daerah lapisan aktif. Lapisan ini berfungsi pula sebagai rongga resonansi optisnya, sehingga laser akan terjadi sepanjang lapisan ini. Pelapisan seperti yang dilakukan pada cermin di sini tidak diperlukan lagi karena bahan diode sendiri sudah mengkilap (metalik), cukup bagian luarnya digosok agar dapat memantulkan sinar yang dihasilkan dalam lapisa aktif. Kelemahan sistem laser ini adalah sifatnya yang tidak monokromatik, karena transisi elektron yang terjadi bukanlah antar tingkat energi tapi antar pita energi, padahal pita energi terdiri dari banyak tingkat energi. `
Sambungan yang dijelaskan di atas biasa disebut homojunction, karena yang
dipisahkannya adalah tipe P dan N dari substrat yang sama, ayitu misalnya GaAs tadi. Tipe P
GaAs biasanya diberi doping seng ( Zn ) dan tipe N-nya dengan doping tellurium ( Te ). Sebenarnya hanya sebagian kecil elektronelektron yang diinjeksikan dari daerah N yang bergabung dengan lubang di lapisan aktif, kebanyakan dari mereka berdifusi jauh masuk ke dalam daerah P sebelum bergabung kembali dengan lubang-lubang. Efek difusi inilah yang menyebabkan besarnya rapat arus listrik yang dibutuhkan dalam proses kerja laser semikonduktor. Tetapi besarnya rapat arus listrik ini dapat diturunkan dengan cara membatasi gerakan elektron yang diinjeksikan itu disuatu daerah yang sempit, agar mereka tidak berdifusi kemana-mana. Hal ini dapat dilakukan dengan cara membuat sambungan heterojunction. Heterjunction yang apling umum dipakai adalah sambungan antara GaAs dan AlGaAs. GaAs memiliki gap energi yang lebih sempit, sehingga bila ia dijepit oleh dua daerah AlGaAs bertipe P dan N, elektron-elektron yang diinjeksikan dari daerah N dan lubang-lubang dari daerah P akan bergabung di GaAs ini, jadi GaAs berfungsi sebagai lapisan aktifnya. Lihat gambar 8.
Gambar 2.9. Diagram energi heterojunction Laser heterojunction GaAs - AlGaAs dapat bekerja secara kontinu pada suhu kamar hanya dengan rapat arus minimum sebesar 100 ampere/cm2, 500 kali lebih kecil dibandingkan rapat arus pada laser GaAs yang homojunction. Keunggulan yang dimiliki laser semikonduktor lebih banyak dibandingkan dengan kelemahannya. Yang paling nyata adalah dimensi ukurannya, yaitu hanya sekitar 0,1 x 0,1 x 1,25 mm, sehingga amat cocok untuk peralatan yang dapat dibawa-bawa. Keunggulan lainnya adalah fleksibilitas gap energi bahan-bahan yang dipakai. Lebar gap dapat diatur sesuai dengan kebutuhan, yang berarti orang dapat memilih panjang gelombang laser yang dihasilkannya. Misalnya, substrat indium fosfida ( InP ) yang dipakai pada laser InGaAsP, laser yangdihasilkan dapat diatur berpanjang gelombang sekitar 1,3 atau 1,55 mikrometer, panjang gelombang dimana gelombang elektromagnetik paling sedikit diserap oleh
bahan serat optik. Hal ini membuat laser InGaAsp menjadi pilihan yang tepat untuk komunikasi jarak jauh dengan serat optik.
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 laser yang kuat dan berefisiensi tinggi. Mereka adalah laser sinar-X, laser elektron bebas dan laser uap logam.
2.6 Aplikasi Laser Terdapat berbagai jenis laser, dari orde beberapa mW (laser yang digunakan dalam sistem
audio laser disk) hingga beberapa juta watt (laser yang dikembangkan untuk senjata). Bidang
Kedokteran
Sifat laser yang dapat menghasilkan sinar monokromatik (yang tipis) sangat berguna dalam pembedahan sebagai “pisau”. Kelebihan “pisau laser” dibandingkan dengan pisau bedah konvensional adalah bahwa sinar laser memotong sekaligus menggumpalkan darah pada saat yang bersamaan, sehingga mengurangi pendarahan. Laser juga digunakan untuk memilik jaringan-jaringan yang rusak, misalkan dalam pemusnahan tumor dan kanker kulit. Sifat atau fakta bahwa gelombang laser yang berbeda dapat diserap oleh jaringan-jaringan tertentu digunakan pada operasi (bedah) mata untuk mengatasi keadaan mata yang membesar, yang disebut glaucoma. Glaucoma disebabkan tekanan cairan (fluida) yang tinggi dalam mata, hal ini dapat mengarah pada kerusakan saraf optik, yang akhirnya menyebabkan kebutaan. Suatu operasi laser sederhana (iredectomy) dapat “membakar” untuk membuka sebuah lubang tipis dalam selaput yang tersumbat, sehingga tekanan cairan yang merusak, dapat diperkecil. Sifat laser yang menghasilkan berkas sinar yang tipis tetapi intensitasnya cukup untuk menguapkan apa saja yang dilaluinya juga digunakan dalam pengobatan suatu retina yang lepas dari koroid. Suatu letusan radiasi laser yang singkat merusakkan permukaan kecil retina, dan bekas luka jaringan yang dihasilkan dapat “mematri” retina kembali pada koroid. Pada bulan Juli 1995, rumah sakit mata di Jakarta telah tersedia alat yang disebut Excimer Laser . Digunakan untuk mengoreksi cacat mata miopia (rabun jauh). Penderita miopia panjang
sumbu bola mata tidak seimbang dengan lengkung korneanya, sehingga sinar yang masuk ke mata menghasilkan bayangan yang tidak dapat jatuh tepat di retina. Akibatnya pandangan matapun menjadi buram jika melihat benda-benda jauh, dan harus dikoreksi dengan kaca mata atau lensa kotak. Dengan excimer laser, bentuk kornea mata dikoreksi sehingga akhirnya bayangan bisa tepat jatuh di retina. Artinya kalau kita berkacamata tebal, maka setelah dikoreksi dengan excimer laser, kita tidak perlu lagi memakai kacamata. Keberhasilan excimer laser sekitar 96 persen. Excimer laser juga dapat digunakan untuk mengoreksi astigmatisma dan kekeruhan kornea yang jika tidak ditangani bisa membawa kebutaan. Laser juga membantu para dokter gigi merapikan gigi pasien yang berantakan, mengobati luka penderita kencing manis (diabetes), dan bahkan juga dapat terangsang produksi sperma pria yang mandul. Bidang
Pelayanan
Laser dapat digunakan untuk memeriksa secara teliti dan menghitung total harga pembelian secara tepat dengan cara menempatkan label kode batang barang diatas meja penghitung yang disinari dari bawah oleh sinar laser. Untuk keperluan ini digunakan laser helium-neon yang berdaya rendah dan tidak membahayakan mata. Bidang
Industri
Sinar laser berkekuatan beberapa juta watt sanggup untuk memotong keping baja dengan lebih cepat dan lebih bersih daripada alat potong konvensional. Sinar laser yang tinggi baik sekali dalam pengeboran. Kemampuan berkas sinar laser untuk menempuh jarak yang jauh tanpa menyebar membuatnya sangat berguna untuk para penyelidik, terutama dalam ketepatan pengeboran jarak jauh, misalnya sebuah pengeboran terowongan panjang yang pengeborannya dilakukan dari kedua ujungnya.
Bidang
Astronomi
Digunakan untuk mengukur jarak bumi – bulan dengan teliti. Dengan menggunakan kelajuan cahaya (3 x 108 m/s) dan mengukur selang waktu pulsa kirim dan pulsa terima, kita dapat menentukan bahwa jarak bumi – bulan adalah 380.000 km, dengan ketelitian lebih dari 10 cm. Informasi ini sangat berguna, misalkan dalam membuat prakiraan gempa bumi yang lebih dapat diandalkan dan juga untuk mempelajari lebih banyak tentang gerakan sistem bumi – bulan.
Teknik ini memerlukan pulsa laser berdaya tinggi sehingga suatu pancaran foton yang dikirim harus mampu kembali ke teleskop pengumpul di bumi dan terdeteksi (dikenal). Variasi (ragam) dari metoda ini juga digunakan untuk mengukur jarak titik-titik yang tidak dapat dicapai dari bumi. Bidang
Fotografi
Penggunaan laser yang sangat menarik adalah dalam menghasilkan bayangan tiga dimensi dari suatu benda, dalam proses yang disebut holografi . Menunjukkan fotografi sebuah hologram yang dibuat menggunakan sebuah film silindris. Bidang
Elektronika
Laser solid-state berukuran sangat kecil digunakan dalam sistem audio compact-disk dan video compact-disk. Penggunaan laser baru akan berkembang dimasa depan, seperti penyaluran sinyal dengan modulasi cahaya tampak dan penyimpan memori optik (optical memory storage) dalam komputer. Bidang
Komunikasi
Laser berfungsi untuk memperkuat cahaya, sehingga dapat menyalurkan suara dan sinyal gambar. Dengan serat optik, pengiriman sinar laser yang membawa sinyal komunikasi pun menjadi semakin mudah dari satu stasiun relai ke stasiun relai lainnya tanpa banyak kehilangan energi. BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan •
Kata LASER adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, yang artinya perbesaran intensitas cahaya oleh pancaran terangsang.
•
Sifat-sifat Berkas Laser
1. Cahaya koheren 2. Cahayanya hampir ekawarna (Monokromatik). 3. Berkas laser memiliki intensitas sangat tinggi 4. Berkas laser hampir tidak menyebar. •
Prinsip Kerja Laser
Laser dibuat dalam tabung pelucutan listrik sama dengan tabung lucutan lampu neon (TL) yang mengandung 2 jenis gas (15 % helium dan 85 % neon). Ada 3 proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancaran spontan (fluorensi) dan pancaran terangsang, artinya memancarkan laser. Proses yang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada keadaan normal serapan dan pancaran spontan sangat dominan. Sistem otomer dibuat dari atom * helium dan neon. Dengan 3 tingkat energi yakni E 1 , E 2 dan E 3 . Sebelum muatan diaktifkan, atom * tidak tereksitasi. Tingkat energi E 1 terisi elektron. Ketika suatu tegangan tinggi diberikan antara ujung * tabung, terjadilah pelepasan muatan didalamnya. Elektron * dieksitasi ke tingkat * energi E 3 dan E 2 . Dalam waktu singkat (10-8 dt) elektron * pada tingkat E 3 jatuh ke tingkat E 2 . Tingkat energi E 2 ini dinamakan metastabil (metastable state) adalah keadaan saat elektron * dapat tinggal dalam waktu relatif lama (10-3 dt) dibanding dengan (10-8 dt). Karena E 2 punya kemampuan untuk menahan elektron tinggal lebih lama, maka tingkat E 2 terisi elektron * dalam jumlah besar. Akhirnya tingkat E 2 memiliki lebih banyak elektron daripada tingkat E 1. Keadaan ini disebut infersi populasi (population inversion) adalah keadaan yang menunjukkan tingkat E 1 yang seharusnya memiliki lebih banyak elektron daripada E 2 , dan sebaliknya. •
Jenis-jenis Laser
1. Laser yang dipompa secara optis 2. Laser yang dipompa secara elektris 3. Laser semikonduktor
Jenis laser yang memberikan harapan : laser sinar-X, laser elektron bebas dan laser uap logam. •
Aplikasi Laser
1. Bidang Kedokteran 2. Bidang Pelayanan 3. Bidang Industri 4. Bidang Astronomi 5. Bidang Fotografi 6. Bidang Elektronika 7. Bidang Komunikasi
DAFTAR PUSTAKA
Beiser, Athur. 1992. Konsep Fisika Modern. Erlangga: Jakarta. http://www.oocities.org/ikhsan75/prinsiplaser.htm http://hadirwong.blogspot.com/2009/12/sinar laser.html http://ms.wikipedia.org/wiki/Laser http://www.google.co.id/url? sa=t&rct=j&q=makalah+tentang+Laser&source=web&cd=6&ved=0CEQQFjAF&url=http%3A %2F%2Feprints.undip.ac.id %2F1627%2F1%2FDifraksi_Fraunhofer_Sebagai_Metode_Alternatif_Sederhana_untuk_Spektr oskopi.pdf&ei=ec5eT_KiLc6IrAefpon4BQ&usg=AFQjCNGOt2k-M3TrVjWLcRVhIbg68x50w&cad=rja http://www.google.co.id/url? sa=t&rct=j&q=artikel+Laser.pdf&source=web&cd=7&ved=0CEUQFjAG&url=http%3A%2F %2Feprints.undip.ac.id %2F1627%2F1%2FDifraksi_Fraunhofer_Sebagai_Metode_Alternatif_Sederhana_untuk_Spektr oskopi.pdf&ei=ctBeT7_mFoLtrQfpp_ykBg&usg=AFQjCNGOt2k-M3TrVjWLcRVhIbg68x50w&cad=rja http://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=pembahasan+ +Laser.pdf&source=web&cd=3&ved=0CCwQFjAC&url=http%3A%2F%2Foc.its.ac.id
