Laser mengacu pada proses dan instrumen pembangkitan berkas cahaya terkolimasi, monokromatik, dan koheren melalui amplifikasi radiasi terstimulasi dan umpan balik yang diperlukan. Pada dasarnya, pembangkitan laser membutuhkan tiga elemen: "resonator", "media penguat", dan "sumber pemompa".
A. Prinsip
Keadaan gerak atom dapat dibagi menjadi beberapa tingkat energi. Ketika atom bertransisi dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi rendah, ia akan melepaskan foton dengan energi yang sesuai (disebut radiasi spontan). Demikian pula, ketika foton jatuh pada sistem tingkat energi dan diserap olehnya, hal ini akan menyebabkan atom bertransisi dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi (disebut penyerapan tereksitasi); kemudian, beberapa atom yang bertransisi ke tingkat energi lebih tinggi akan bertransisi ke tingkat energi lebih rendah dan memancarkan foton (disebut radiasi terstimulasi). Pergerakan ini tidak terjadi secara terpisah, tetapi seringkali paralel. Ketika kita menciptakan kondisi, seperti penggunaan medium yang tepat, resonator, dan medan listrik eksternal yang cukup, radiasi terstimulasi akan diperkuat sehingga lebih besar daripada penyerapan terstimulasi, sehingga 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 solid-state.
C. Komposisi
Kebanyakan laser terdiri dari tiga bagian: sistem eksitasi, material laser, dan resonator optik. Sistem eksitasi adalah perangkat yang menghasilkan cahaya, energi listrik, atau kimia. Saat ini, sumber energi 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 serta arah laser.
D. Aplikasi
Laser digunakan secara luas, terutama komunikasi serat, jangkauan laser, pemotongan laser, senjata laser, cakram laser dan seterusnya.
E. Sejarah
Pada tahun 1958, ilmuwan Amerika Xiaoluo dan Townes menemukan fenomena ajaib: ketika mereka menempatkan cahaya yang dipancarkan oleh bola lampu internal pada kristal tanah jarang, molekul-molekul kristal tersebut akan memancarkan cahaya terang yang selalu kuat. Berdasarkan fenomena ini, mereka mengusulkan "prinsip laser", yaitu, ketika zat tersebut dieksitasi oleh energi yang sama dengan frekuensi osilasi alami molekulnya, ia akan menghasilkan cahaya kuat yang tidak menyimpang – laser. Mereka menemukan makalah penting untuk ini.
Setelah publikasi hasil penelitian Sciolo dan Townes, para ilmuwan dari berbagai negara mengajukan berbagai skema eksperimen, 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. Dengan demikian, Mayman menjadi ilmuwan pertama di dunia yang memperkenalkan laser ke dalam praktik.
Pada tanggal 7 Juli 1960, Mayman mengumumkan lahirnya laser pertama di dunia, skema Mayman adalah menggunakan tabung lampu kilat intensitas tinggi untuk merangsang atom kromium dalam kristal ruby, sehingga menghasilkan kolom cahaya merah tipis yang sangat terkonsentrasi, ketika ditembakkan pada titik tertentu, ia dapat mencapai suhu yang lebih tinggi dari permukaan matahari.
Ilmuwan Soviet H.Γ 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 antara lain: ukuran kecil, efisiensi kopling tinggi, kecepatan respons cepat, panjang gelombang dan ukuran yang 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 sudah sangat umum saat ini. Misalnya, kapal menggunakan lampu untuk berkomunikasi, dan lampu lalu lintas menggunakan warna merah, kuning, dan hijau. Namun, semua cara penyampaian informasi menggunakan cahaya biasa ini hanya dapat dibatasi pada jarak pendek. Jika Anda ingin menyampaikan informasi langsung ke tempat yang jauh melalui cahaya, Anda tidak dapat menggunakan cahaya biasa, melainkan hanya menggunakan laser.
Jadi, bagaimana laser dipancarkan? Kita tahu bahwa listrik dapat dihantarkan melalui kabel tembaga, tetapi cahaya tidak dapat dihantarkan melalui kabel logam biasa. Untuk tujuan ini, 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 lembut.
Faktanya, inti serat optik bagian dalam terbuat dari kaca optik transparan dengan indeks bias tinggi, sementara lapisan luarnya terbuat dari kaca atau plastik dengan indeks bias rendah. Struktur seperti itu, di satu sisi, dapat membuat cahaya dibiaskan di sepanjang inti serat, seperti air yang mengalir maju di dalam pipa, dan listrik yang dihantarkan maju di dalam kawat, meskipun ribuan lilitan tidak berpengaruh. Di sisi lain, lapisan indeks bias rendah dapat mencegah cahaya bocor keluar, seperti halnya pipa air yang tidak merembes dan lapisan insulasi kawat yang tidak menghantarkan listrik.
Kehadiran serat optik memang memecahkan masalah transmisi cahaya, tetapi bukan berarti cahaya apa pun dapat ditransmisikan hingga jarak yang sangat jauh. Hanya laser dengan kecerahan tinggi, warna murni, dan arah yang baik merupakan sumber cahaya paling ideal untuk mentransmisikan informasi. Laser ini diinput dari satu ujung serat, dan hampir tanpa kehilangan data, serta dioutput 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, dan sebagainya. Laser ini dipuji oleh para ilmuwan sebagai sebuah revolusi di bidang komunikasi, sekaligus merupakan salah satu pencapaian paling cemerlang dalam revolusi teknologi.
Waktu posting: 29-Jun-2023