Pemompaan Laser

Atom-atom mempunyai kecenderungan untuk selalu menempati tingkat energi paling bawah, hal ini merupakan sesuatu yang secara alami terjadi di alam ini, sama halnya dengan air yang mengalir dari suatu tempat yang lebih tinggi ke tempat lebih randah, atau udara panas mengalir ke udara dingin. Untuk menaikkan (mengeksitasi) tingkat energi atom ke tingkat energi diatasnya, diperlukan suatu energi, misalnya dalam bentuk; pemanasan, tumbukan mekanik, energi cahaya (absorpsi). Atom-atom yang telah tereksitasi tersebut secara alamiah juga akan selalu mempunyai kecenderungan untuk turun ke tingkat energi bawah. Ketika suatu atom turun ke turun ke tingkat energi di bawahnya, maka atom tersebut akan mengembalikan energi yang didapatnya ketika eksitasi, pengembalian energi (emisi) tersebut dapat berupa cahaya, panas, dan lain-lain. Karena atom-atom tersebut turun ke tingkat energi bawah secara alami, maka hal ini disebut emisi spontan. Contoh emisi spontan; lampu natrium, lampu neon, dan lain-lain.

Gambar 1Emisi

Lalu dengan memanfaatkan emisi yang dihasilkan, terutama yang berupa cahaya, maka untuk menjaga cahaya yang ditimbulkan dapat dikendalikan serta dapat dikuatkan maka atom-atom yang berada di tingkat energi bawah, dirangsang dengan pemompaan untuk dapat eksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Sehingga jumlah atom di E2 lebih banyak dibandingkan atom yang berada di E1, hal ini disebut inversi populasi. Maka dengan cahaya pemicu, atom-atom yang saling bertumpukan di E2 akan runtuh ke bawah menghasilkan emisi berupa cahaya. Proses ini disebut emisi terangsang. Dengan kata lain, perbedaan dari emisi spontan dan emisi terangsang ialah,
emisi spontan : Terjadi dengan sendiri, terjadi secara, ke segala arah
emisi terangsang: Ada cahaya pemicu, arah dan fasa cahaya pemicu searah dengan cahaya perangsang

Agar inversi populasi terjadi, maka diperlukan pemompaan. Sekarang kita tinjau mengenai tingkat energi yang digunakan untuk emisi. Pertama, tingkat energi dua tingkat

Gambar 3 Tidak Ada Inversi Populasi
Gambar 2 Emisi terangsang

Pada tingkat energi ini, tingkat energi dasar berada di E1, atom-atom di E1 dieksitasi ke E2. Cahaya yang dihasilkan akan sedikit-sedikit, hal ini dikarenakan ketika atom-atom jatuh dari E2 ke E1, E2 akan tertinggal sedikit sekali atom, maka diperlukan pemompaan kembali untuk membuat inversi populasi. Keadaan ini akan membuat cahaya yang dihasilkan tidak berkesinambungan (continue).

Kedua, Sistem pemompaan 3 tingkat

Gambar 4 Pemompaan sistem 3 tingkat

Pada sistem ini terdapat 3 tingkat energi, E1, E2, dan E3, seperti dapat dilihat dalam gambar diatas. E1 merupakan tingkat energi dasar. Atom-atom di E1 akan dipompa ke tingkat E3, Lalu dari E3 ke E2, lalu dari E2 ke E1. Di E2 ke E1 terjadi emisi terangsang. Hal ini terjadi dengan syarat, pada tingkat E3, atom-atom tidak boleh jatuh ke E1, oleh karena itu diperlukan material yang mempunyai tingkat probabilitas aton yang sangat kecil agar atom-atom yang telah dieksitasi dari E3 tidak jatuh ke E1. Pada E3 ke E2 atom-atom yang jatuh pasti mengeluarkan emisi, emisi ini bisa berupa getaran, panas atau yang lainnya. Dan di E2 ke E1 terjadi emisi terangsang. Pada sistem 3 tingkat ini juga terjadi kekurangan, karena E1 yang merupakan tingkat dasar bertindak pula sebagai tempat emisi terangsang dari E2 ke E1. Sehingga jumlah atom di E1 yang dieksitasikan ke E3 akan tidak maksimal, dikarenakan atom-atomnya harus menunggu terlebih dahulu atom-atom jatuh ke E1.

Oleh karena itu, maka dibuatlah sistem 4 tingkat,

Gambar 5 Sistem Pemompaan 4 Tingkat

Sistem ini mirip dengan sistem 3 tingkat, hanya ditambah tingkat energi E0 sebagai tingkat energi dasar. Keuntungannya ialah atom-atom yang akan dieksitasi ke E3 dari E0 tidak akan bergantung kembali ke tingkat E2, seperti kita lihat di sistem 3 tingkat. Kejadiannya ialah, E0 dieksitasi ke E3, emisi dari E3 ke E0 dibuat sedemikian rupa sehingga kemungkinan emisi dari E3 ke E0 sangat kecil. Lalu emisi dari E3 ke E2 berupa getaran, atau panas. Dari E2 ke E1 merupakan emisi terangsang, dengan cahaya pemicu maka populasi atom di E2 jatuh ke E1. Lalu atom-atom di E1 akan turun ke E0. Kejadiannya berulang terus seperti itu.

Tetapi untuk menghasilkan emisi dengan cahaya pemicu, maka diperlukan frekuensi cahaya yang persis sama antara 2 tingkat energi. 2 tingkat energi itu mempunyai harga yang eksak.
h = E2  E1
h = konstanta Planck;  = frekuensi cahaya

hal itu sulit untuk dilakukan, oleh karena itu dirancanglah sistem dengan tingkat energi yang tidak tajam.

Gambar 6 Sistem Pemompaan 4 Tingkat 2

Dengan sistem seperti terlihat pada gambar diatas, maka frekuensi cahaya untuk pemompaan maupun untuk emisi akan lebih mudah, karena frekuensi cahaya yang dibutuhkan untuk emisi tidak harus tunggal.

Cara-cara Pemompaan
Pemompaan bisa terjadi dengan berbagai cara, yaitu;
1. Loncatan listrik
2. Optik
3. Arus listrik
4. Pengembangan gas (gas dynamic)
5. Reaksi kimia

Dalam tugas ini, akan dibahas mengenai cara pemompaan dengan loncatan listrik dan cara optik.

Loncatan Listrik

Cara pemompaan dengan menggunakan loncatan listrik, pada umumnya cocok untuk laser yang menggunakan gas. Karena pada gas, tingkat energinya sempit sehingga sukar dengan menggunakan cara optik untuk pemompaan. Molekul-molekul gas juga renggang, sehingga mudah bagi loncatan listrik menembus gas. Contohnya; laser HeNe, laser argon

Optik
Cara pemompaan dengan menggunakan optik, pada umumnya cocok untuk laser yang menggunakan bahan padat dan cair. Karena tingkat energi pada umumnya lebar dan listrik sukar mengalir pada bahan isolator. Cara pemompaan optik ini menggunakan cahaya yang kuat atau flash untuk mengeksitasi atom. Pada gambar dibawah, dapat dilihat contoh laser dengan pemompaan optik. Suatu bahan padat kristal Nd-YAG dikelilingi oleh flash tube, Pada ujung-ujung flash tube tersebut terdapat elektroda untuk menghasilkan cahaya “flash”. Contoh: laser ruby (694 nm), laser Nd-YAG (1064 nm)

Gambar 7 Sistem Pemompaan Secara Optik

  1. gambarnya mana bro, nice artikel cuman gambar kok tdaik keluar.. mohon dibenahi .. thx

  1. No trackbacks yet.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: