Laser merujuk pada proses dan instrumen untuk menghasilkan berkas cahaya terkolimasi, monokromatik, dan koheren melalui amplifikasi radiasi terstimulasi dan umpan balik yang diperlukan. Pada dasarnya, pembangkitan laser membutuhkan tiga elemen: "resonator," "medium penguatan," dan "sumber pemompaan."
A. Prinsip
Keadaan gerak atom dapat dibagi menjadi berbagai tingkat energi, dan ketika atom bertransisi dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi rendah, ia melepaskan foton dengan energi yang sesuai (disebut radiasi spontan). Demikian pula, ketika foton mengenai sistem tingkat energi dan diserap olehnya, ia akan menyebabkan atom bertransisi dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi (disebut penyerapan tereksitasi); Kemudian, beberapa atom yang bertransisi ke tingkat energi yang lebih tinggi akan bertransisi ke tingkat energi yang lebih rendah dan memancarkan foton (disebut radiasi terstimulasi). Gerakan-gerakan ini tidak terjadi secara terpisah, tetapi seringkali secara paralel. Ketika kita menciptakan suatu kondisi, seperti menggunakan medium yang sesuai, resonator, medan listrik eksternal yang cukup, radiasi terstimulasi diperkuat sehingga lebih banyak daripada penyerapan terstimulasi, maka secara umum, akan ada foton yang dipancarkan, menghasilkan cahaya laser.
B. Klasifikasi
Berdasarkan medium penghasil lasernya, laser dapat dibagi menjadi laser cair, laser gas, dan laser padat. Saat ini, laser semikonduktor yang paling umum adalah jenis laser padat.
C. Komposisi
Sebagian besar laser terdiri dari tiga bagian: sistem eksitasi, material laser, dan resonator optik. Sistem eksitasi adalah perangkat yang menghasilkan energi cahaya, listrik, atau kimia. Saat ini, cara pemicu utama yang digunakan adalah cahaya, listrik, atau reaksi kimia. Zat laser adalah zat yang dapat menghasilkan cahaya laser, seperti rubi, kaca berilium, gas neon, semikonduktor, pewarna organik, dll. Peran kontrol resonansi optik adalah untuk meningkatkan kecerahan laser keluaran, menyesuaikan dan memilih panjang gelombang dan arah laser.
D. Aplikasi
Laser digunakan secara luas, terutama untuk komunikasi serat optik, pengukuran jarak menggunakan laser, pemotongan menggunakan laser, senjata laser, cakram laser, dan sebagainya.
E. Sejarah
Pada tahun 1958, ilmuwan Amerika Xiaoluo dan Townes menemukan fenomena ajaib: ketika mereka mengarahkan cahaya yang dipancarkan oleh bola lampu internal ke kristal tanah jarang, molekul kristal tersebut akan memancarkan cahaya terang yang selalu kuat dan menyatu. Berdasarkan fenomena ini, mereka mengusulkan "prinsip laser", yaitu, ketika suatu zat dirangsang oleh energi yang sama dengan frekuensi osilasi alami molekulnya, zat tersebut akan menghasilkan cahaya kuat yang tidak menyebar – laser. Mereka menemukan makalah-makalah penting untuk hal ini.
Setelah publikasi hasil penelitian Sciolo dan Townes, para ilmuwan dari berbagai negara mengusulkan berbagai skema eksperimental, tetapi tidak berhasil. Pada tanggal 15 Mei 1960, Mayman, seorang ilmuwan di Laboratorium Hughes di California, mengumumkan bahwa ia telah memperoleh laser dengan panjang gelombang 0,6943 mikron, yang merupakan laser pertama yang pernah diperoleh manusia, dan Mayman dengan demikian menjadi ilmuwan pertama di dunia yang memperkenalkan laser ke bidang praktis.
Pada tanggal 7 Juli 1960, Mayman mengumumkan kelahiran laser pertama di dunia. Skema Mayman adalah menggunakan tabung kilat intensitas tinggi untuk merangsang atom kromium dalam kristal rubi, sehingga menghasilkan kolom cahaya merah tipis yang sangat terkonsentrasi. Ketika ditembakkan pada titik tertentu, cahaya tersebut dapat mencapai suhu yang lebih tinggi daripada permukaan matahari.
Ilmuwan Soviet H.G. Basov menemukan laser semikonduktor pada tahun 1960. Struktur laser semikonduktor biasanya terdiri dari lapisan P, lapisan N, dan lapisan aktif yang membentuk heterojunction ganda. Karakteristiknya adalah: ukuran kecil, efisiensi kopling tinggi, kecepatan respons cepat, panjang gelombang dan ukuran sesuai dengan ukuran serat optik, dapat dimodulasi secara langsung, dan koherensi yang baik.
Enam, beberapa arah aplikasi utama laser
F. Komunikasi laser
Penggunaan cahaya untuk mengirimkan informasi sangat umum saat ini. Misalnya, kapal menggunakan lampu untuk berkomunikasi, dan lampu lalu lintas menggunakan warna merah, kuning, dan hijau. Namun, semua cara pengiriman informasi menggunakan cahaya biasa ini hanya terbatas pada jarak pendek. Jika Anda ingin mengirimkan informasi langsung ke tempat yang jauh melalui cahaya, Anda tidak dapat menggunakan cahaya biasa, tetapi hanya dapat menggunakan laser.
Jadi bagaimana cara mengirimkan laser? Kita tahu bahwa listrik dapat dialirkan melalui kawat tembaga, tetapi cahaya tidak dapat dialirkan melalui kawat logam biasa. Untuk itu, para ilmuwan telah mengembangkan filamen yang dapat mentransmisikan cahaya, yang disebut serat optik. Serat optik terbuat dari bahan kaca khusus, diameternya lebih tipis dari rambut manusia, biasanya 50 hingga 150 mikron, dan sangat lunak.
Sebenarnya, inti bagian dalam serat optik adalah kaca optik transparan dengan indeks bias tinggi, dan lapisan luarnya terbuat dari kaca atau plastik dengan indeks bias rendah. Struktur seperti ini, di satu sisi, dapat membuat cahaya dibiaskan sepanjang inti bagian dalam, seperti air yang mengalir ke depan di dalam pipa air, listrik yang ditransmisikan ke depan di dalam kawat, bahkan jika terjadi ribuan putaran dan belokan pun tidak akan berpengaruh. Di sisi lain, lapisan dengan indeks bias rendah dapat mencegah cahaya bocor keluar, seperti halnya pipa air yang tidak bocor dan lapisan isolasi kawat yang tidak menghantarkan listrik.
Munculnya serat optik memecahkan masalah cara transmisi cahaya, tetapi bukan berarti dengan itu, setiap cahaya dapat ditransmisikan ke jarak yang sangat jauh. Hanya laser dengan kecerahan tinggi, warna murni, dan arah yang baik, yang merupakan sumber cahaya paling ideal untuk mentransmisikan informasi; cahaya tersebut dimasukkan dari satu ujung serat, hampir tanpa kehilangan, dan dikeluarkan dari ujung lainnya. Oleh karena itu, komunikasi optik pada dasarnya adalah komunikasi laser, yang memiliki keunggulan kapasitas besar, kualitas tinggi, sumber material yang luas, kerahasiaan yang kuat, daya tahan, dll., dan dipuji oleh para ilmuwan sebagai revolusi di bidang komunikasi, serta merupakan salah satu pencapaian paling cemerlang dalam revolusi teknologi.
Waktu posting: 29 Juni 2023