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 berkas cahaya 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 yang presisi menjadikannya komponen inti dari banyak teknologi. Berikut adalah penjelasan rinci tentang prinsip kerja laser dan mekanisme berbagai jenis laser.
1. Emisi Terstimulasi
Emisi terstimulasiEmisi terstimulasi adalah prinsip fundamental di balik pembangkitan laser, yang pertama kali diusulkan oleh Einstein pada tahun 1917. Fenomena ini menjelaskan 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 tersebut bersifat acak dalam hal frekuensi, fase, dan arah, sehingga tidak memiliki koherensi.
Emisi TerstimulasiKunci dari emisi terstimulasi adalah ketika elektron dalam keadaan tereksitasi bertemu dengan foton dengan energi yang sesuai dengan energi transisinya, foton tersebut dapat mendorong elektron untuk kembali ke keadaan dasar sambil melepaskan foton baru. Foton baru ini identik dengan foton aslinya dalam hal frekuensi, fase, dan arah perambatan, sehingga menghasilkan cahaya koheren. Fenomena ini secara signifikan memperkuat jumlah dan energi foton dan merupakan mekanisme inti dari laser.
Efek Umpan Balik Positif dari Emisi TerstimulasiDalam desain 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 meningkat.
2. Dapatkan Sedang
Itumemperoleh mediumMedium penguat adalah material inti dalam laser yang menentukan amplifikasi foton dan daya keluaran laser. Ini adalah dasar fisik untuk emisi terstimulasi, dan sifat-sifatnya menentukan frekuensi, panjang gelombang, dan daya keluaran laser. Jenis dan karakteristik medium penguat 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 penyediaan energi eksternal. Mekanisme eksitasi umum meliputi:
Pompa Listrik: Menggerakkan elektron dalam medium penguatan dengan menerapkan arus listrik.
Pemompaan Optik: Menyinari medium dengan sumber cahaya (seperti lampu kilat atau laser lain).
Sistem Tingkat EnergiElektron dalam medium penguat biasanya terdistribusi dalam tingkat energi tertentu. Yang paling umum adalahsistem dua tingkatDansistem empat tingkatDalam sistem dua tingkat sederhana, elektron bertransisi dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi dan kemudian kembali ke keadaan dasar melalui emisi terstimulasi. Dalam sistem empat tingkat, elektron mengalami transisi yang lebih kompleks antara tingkat energi yang berbeda, yang seringkali menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi.
Jenis-jenis Media Penguatan:
Media Penguatan GasContohnya, laser helium-neon (He-Ne). Media penguat gas dikenal karena outputnya yang stabil dan panjang gelombang yang tetap, dan banyak digunakan sebagai sumber cahaya standar di laboratorium.
Medium Penguat CairContohnya, laser pewarna. Molekul pewarna memiliki sifat eksitasi yang baik di berbagai panjang gelombang, sehingga ideal untuk laser yang dapat disetel.
Penguatan Padat SedangContohnya, laser Nd (neodymium-doped yttrium aluminum garnet). Laser ini sangat efisien dan kuat, serta banyak digunakan dalam pemotongan industri, pengelasan, dan aplikasi medis.
Medium Penguatan SemikonduktorSebagai contoh, material 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 intinya adalah untuk meningkatkan jumlah foton yang dihasilkan melalui emisi terstimulasi dengan memantulkan dan memperkuatnya di dalam rongga, sehingga menghasilkan keluaran laser yang kuat dan terfokus.
Struktur Rongga ResonatorBiasanya terdiri dari dua cermin paralel. Salah satunya adalah cermin yang sepenuhnya memantulkan cahaya, yang dikenal sebagai cerminkaca spion belakang, dan yang lainnya adalah cermin yang memantulkan sebagian, yang dikenal sebagaicermin keluaranFoton memantul bolak-balik di dalam rongga dan diperkuat melalui interaksi dengan medium penguat.
Kondisi ResonansiDesain rongga resonator harus memenuhi kondisi tertentu, seperti memastikan bahwa foton membentuk gelombang berdiri di dalam rongga. Hal ini membutuhkan panjang rongga yang merupakan kelipatan dari panjang gelombang laser. Hanya gelombang cahaya yang memenuhi kondisi ini yang dapat diperkuat secara efektif di dalam rongga.
Sinar KeluaranCermin yang memantulkan sebagian cahaya memungkinkan sebagian dari 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 Jalan Furong ke-3, Distrik Xishan, Wuxi, 214000, Tiongkok
Telp: +86-0510 87381808.
Nomor ponsel: +86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Situs web: www.lumispot-tech.com
Waktu posting: 18 September 2024