Prinsip kerja dasar laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) didasarkan pada fenomena emisi cahaya terstimulasi. Melalui serangkaian desain dan struktur yang presisi, laser menghasilkan sinar dengan koherensi, monokromatisitas, dan kecerahan tinggi. Laser banyak digunakan dalam teknologi modern, termasuk di bidang-bidang seperti komunikasi, kedokteran, manufaktur, pengukuran, dan penelitian ilmiah. Efisiensi tinggi dan karakteristik kontrol presisinya menjadikannya komponen inti dari banyak teknologi. Berikut ini penjelasan detail tentang prinsip kerja laser dan mekanisme berbagai jenis laser.
1. Emisi Terstimulasi
Emisi terstimulasiadalah prinsip dasar di balik pembangkitan laser, yang pertama kali diusulkan oleh Einstein pada tahun 1917. Fenomena ini menggambarkan bagaimana foton yang lebih koheren dihasilkan melalui interaksi antara cahaya dan materi dalam keadaan tereksitasi. Untuk lebih memahami emisi terstimulasi, mari kita mulai dengan emisi spontan:
Emisi SpontanDalam atom, molekul, atau partikel mikroskopis lainnya, elektron dapat menyerap energi eksternal (seperti energi listrik atau optik) dan bertransisi ke tingkat energi yang lebih tinggi, yang dikenal sebagai keadaan tereksitasi. Namun, elektron dalam keadaan tereksitasi tidak stabil dan pada akhirnya akan kembali ke tingkat energi yang lebih rendah, yang dikenal sebagai keadaan dasar, setelah periode singkat. Selama proses ini, elektron melepaskan foton, yang merupakan emisi spontan. Foton-foton tersebut bersifat acak dalam hal frekuensi, fase, dan arah, sehingga tidak koheren.
Emisi TerstimulasiKunci emisi terstimulasi adalah ketika elektron dalam keadaan tereksitasi bertemu dengan foton dengan energi yang sesuai dengan energi transisinya, foton tersebut dapat mendorong elektron tersebut untuk kembali ke keadaan dasar sambil melepaskan foton baru. Foton baru tersebut identik dengan foton awal dalam hal frekuensi, fase, dan arah perambatan, sehingga menghasilkan cahaya yang koheren. Fenomena ini secara signifikan meningkatkan jumlah dan energi foton dan merupakan mekanisme inti laser.
Efek Umpan Balik Positif dari Emisi TerstimulasiDalam perancangan laser, proses emisi terstimulasi diulang beberapa kali, dan efek umpan balik positif ini dapat meningkatkan jumlah foton secara eksponensial. Dengan bantuan rongga resonansi, koherensi foton dipertahankan, dan intensitas berkas cahaya terus ditingkatkan.
2. Dapatkan Medium
Itumendapatkan mediumadalah material inti dalam laser yang menentukan amplifikasi foton dan keluaran laser. Material ini merupakan dasar fisik untuk emisi terstimulasi, dan sifat-sifatnya menentukan frekuensi, panjang gelombang, dan daya keluaran laser. Jenis dan karakteristik media penguatan secara langsung memengaruhi aplikasi dan kinerja laser.
Mekanisme EksitasiElektron dalam medium penguatan perlu dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi oleh sumber energi eksternal. Proses ini biasanya dicapai melalui sistem pasokan energi eksternal. Mekanisme eksitasi yang umum meliputi:
Pompa Listrik:Membangkitkan elektron dalam media penguatan dengan menerapkan arus listrik.
Pemompaan Optik: Menggugah medium dengan sumber cahaya (seperti lampu kilat atau laser lainnya).
Sistem Tingkat EnergiElektron dalam media penguat biasanya terdistribusi pada tingkat energi tertentu. Tingkat energi yang paling umum adalahsistem dua tingkatDansistem empat tingkatDalam sistem dua tingkat yang sederhana, elektron bertransisi dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi, lalu kembali ke keadaan dasar melalui emisi terstimulasi. Dalam sistem empat tingkat, elektron mengalami transisi yang lebih kompleks antar tingkat energi yang berbeda, yang seringkali menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi.
Jenis-jenis Media Penguatan:
Gas Gain MediumContohnya, laser helium-neon (He-Ne). Media penguat gas dikenal karena keluarannya yang stabil dan panjang gelombangnya yang tetap, dan banyak digunakan sebagai sumber cahaya standar di laboratorium.
Liquid Gain MediumMisalnya, laser pewarna. Molekul pewarna memiliki sifat eksitasi yang baik pada berbagai panjang gelombang, sehingga ideal untuk laser yang dapat disetel.
Solid Gain MediumContohnya, laser Nd (garnet aluminium yttrium yang didoping neodymium). Laser ini sangat efisien dan bertenaga, serta banyak digunakan dalam pemotongan industri, pengelasan, dan aplikasi medis.
Penguatan Semikonduktor Sedang:Misalnya, bahan galium arsenida (GaAs) banyak digunakan dalam perangkat komunikasi dan optoelektronik seperti dioda laser.
3. Rongga Resonator
Iturongga resonatoradalah komponen struktural dalam laser yang digunakan untuk umpan balik dan amplifikasi. Fungsi utamanya adalah meningkatkan jumlah foton yang dihasilkan melalui emisi terstimulasi dengan memantulkan dan mengamplifikasinya di dalam rongga, sehingga menghasilkan keluaran laser yang kuat dan terfokus.
Struktur Rongga Resonator:Biasanya terdiri dari dua cermin paralel. Salah satunya adalah cermin yang sepenuhnya reflektif, yang dikenal sebagaikaca spion, dan yang lainnya adalah cermin yang sebagian memantulkan, yang dikenal sebagaicermin keluaranFoton dipantulkan bolak-balik dalam rongga dan diperkuat melalui interaksi dengan media penguatan.
Kondisi ResonansiDesain rongga resonator harus memenuhi persyaratan tertentu, seperti memastikan foton membentuk gelombang berdiri di dalam rongga. Hal ini mengharuskan panjang rongga menjadi kelipatan panjang gelombang laser. Hanya gelombang cahaya yang memenuhi persyaratan ini yang dapat diperkuat secara efektif di dalam rongga.
Balok KeluaranCermin yang sebagian memantulkan cahaya memungkinkan sebagian berkas cahaya yang diperkuat untuk melewatinya, membentuk berkas keluaran laser. Berkas ini memiliki arah, koherensi, dan monokromatisitas yang tinggi..
Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut atau tertarik dengan laser, jangan ragu untuk menghubungi kami:
Lumispot
Alamat: Gedung 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Distrik Xishan, Wuxi, 214000, Tiongkok
Telp: + 86-0510 87381808.
Ponsel: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Situs web: www.lumispot-tech.com
Waktu posting: 18-Sep-2024