Prinsip kerja dasar laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) didasarkan pada fenomena rangsangan emisi cahaya. 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 komunikasi, kedokteran, manufaktur, pengukuran, dan penelitian ilmiah. Efisiensi tinggi dan karakteristik pengendalian yang tepat menjadikannya komponen inti dari banyak teknologi. Di bawah ini adalah penjelasan rinci mengenai 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 Spontan: Dalam 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 beberapa saat. Selama proses ini, elektron melepaskan foton, yang merupakan emisi spontan. Foton-foton tersebut acak dalam hal frekuensi, fase, dan arah, sehingga kurang koherensi.
Emisi Terstimulasi: Kunci 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 asli dalam hal frekuensi, fase, dan arah rambat, sehingga menghasilkan cahaya yang koheren. Fenomena ini secara signifikan memperkuat jumlah dan energi foton dan merupakan mekanisme inti laser.
Efek Umpan Balik Positif dari Emisi Terstimulasi: Dalam desain laser, proses emisi terstimulasi diulangi 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 Sedang
Itumendapatkan mediaadalah bahan inti dalam laser yang menentukan amplifikasi foton dan keluaran laser. Ini adalah dasar fisik untuk emisi terstimulasi, dan sifat-sifatnya menentukan frekuensi, panjang gelombang, dan daya keluaran laser. Jenis dan karakteristik media penguatan secara langsung mempengaruhi penerapan dan kinerja laser.
Mekanisme Eksitasi: Elektron dalam media penguatan perlu dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi oleh sumber energi eksternal. Proses ini biasanya dicapai oleh sistem pasokan energi eksternal. Mekanisme eksitasi yang umum meliputi:
Pemompaan Listrik: Menggembirakan elektron dalam media penguatan dengan menerapkan arus listrik.
Pemompaan Optik: Menggairahkan media dengan sumber cahaya (seperti lampu flash atau laser lainnya).
Sistem Tingkat Energi: Elektron dalam media penguatan biasanya didistribusikan pada tingkat energi tertentu. Yang paling umum adalahsistem dua tingkatDansistem empat tingkat. Dalam sistem dua tingkat yang 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 Media Penguatan:
Perolehan Gas Sedang: Misalnya, laser helium-neon (He-Ne). Media penguatan gas dikenal karena keluarannya yang stabil dan panjang gelombangnya tetap, dan banyak digunakan sebagai sumber cahaya standar di laboratorium.
Media Penguatan Cair: Misalnya, laser pewarna. Molekul pewarna memiliki sifat eksitasi yang baik pada panjang gelombang berbeda, sehingga ideal untuk laser merdu.
Penguatan Sedang Padat: Misalnya, laser Nd(yttrium aluminium garnet yang didoping neodymium). Laser ini sangat efisien dan kuat, 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 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 Resonator: Biasanya terdiri dari dua cermin paralel. Salah satunya adalah cermin yang sepenuhnya reflektif, yang dikenal sebagaikaca spion, dan yang lainnya adalah cermin yang memantulkan sebagian, yang dikenal sebagaicermin keluaran. Foton dipantulkan bolak-balik di dalam rongga dan diperkuat melalui interaksi dengan media penguatan.
Kondisi Resonansi: Desain rongga resonator harus memenuhi syarat tertentu, seperti memastikan foton membentuk gelombang berdiri di dalam rongga. Hal ini memerlukan panjang rongga yang merupakan kelipatan panjang gelombang laser. Hanya gelombang cahaya yang memenuhi kondisi ini yang dapat diperkuat secara efektif di dalam rongga.
Sinar Keluaran: Cermin reflektif sebagian memungkinkan sebagian berkas cahaya yang diperkuat melewatinya, membentuk berkas keluaran laser. Sinar ini memiliki arah, koherensi, dan monokromatisitas yang tinggi.
Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut atau tertarik dengan laser, jangan ragu untuk menghubungi kami:
titik terang
Alamat: Gedung 4#, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. 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