Generasi Laser

Generasi Laser
Pembentukan laser pertama kali diusulkan oleh Einstein pada tahun 1916 dengan teorinya tentang "emisi spontan dan terstimulasi". Teori ini membentuk dasar fisik dari sistem laser modern. Interaksi antara foton dan atom dapat menyebabkan tiga proses transisi: penyerapan terstimulasi, emisi spontan, dan emisi terstimulasi. Selama emisi terstimulasi dapat dipertahankan dan stabil, laser dapat diperoleh. Oleh karena itu, perangkat khusus – laser – harus diproduksi. Komposisi laser umumnya terdiri dari tiga bagian utama: zat kerja, perangkat eksitasi, dan resonator optik.

1. Zat kerja

Zat dalam laser yang dapat menghasilkan cahaya laser disebut zat kerja. Dalam keadaan normal, distribusi nomor atom dalam zat tersebut pada setiap tingkat energi adalah distribusi normal. Jumlah atom pada tingkat energi yang lebih rendah selalu lebih besar daripada jumlah atom pada tingkat energi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, ketika cahaya melewati keadaan normal zat luminesen, proses penyerapan mendominasi, dan cahaya selalu melemah. Untuk membuat cahaya diperkuat setelah melewati zat luminesen dan mencapai penguatan cahaya, perlu untuk membuat emisi terstimulasi menjadi dominan. Untuk membuat jumlah atom pada tingkat energi yang lebih tinggi lebih besar daripada jumlah atom pada tingkat energi yang lebih rendah, distribusi ini berlawanan dengan distribusi normal dan disebut inversi jumlah partikel.
2. Perangkat Eksitasi
Fungsi perangkat eksitasi adalah untuk mengeksitasi atom pada tingkat energi yang lebih rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi, sehingga memungkinkan zat kerja mencapai inversi jumlah partikel. Tingkat energi zat tersebut meliputi keadaan dasar dan keadaan tereksitasi, serta keadaan metastabil. Keadaan metastabil kurang stabil daripada keadaan dasar, tetapi jauh lebih stabil daripada keadaan tereksitasi. Secara relatif, atom dapat tetap berada dalam keadaan metastabil untuk jangka waktu yang lebih lama. Misalnya, ion kromium (Cr3+) dalam rubi memiliki keadaan metastabil dengan waktu hidup sekitar 10-3 detik. Setelah zat kerja tereksitasi dan mencapai inversi jumlah partikel, awalnya, karena arah perambatan foton yang dipancarkan oleh radiasi spontan berbeda, foton radiasi terstimulasi juga memiliki arah perambatan yang berbeda, dan terdapat banyak kehilangan dalam keluaran dan penyerapan; keluaran laser yang stabil tidak dapat dihasilkan. Untuk memungkinkan radiasi terstimulasi terus ada dalam volume terbatas zat kerja, diperlukan resonator optik untuk mencapai seleksi dan amplifikasi cahaya.
3. Resonator Optik
Ini adalah sepasang cermin pemantul yang saling sejajar yang dipasang di kedua ujung zat kerja, tegak lurus terhadap sumbu utama. Satu ujung adalah cermin pemantul total (dengan tingkat pemantulan 100%), dan ujung lainnya adalah cermin yang sebagian transparan dan sebagian memantulkan cahaya (dengan tingkat pemantulan 90% hingga 99%).
Fungsi resonator adalah: ① menghasilkan dan mempertahankan penguatan optik; ② memilih arah cahaya keluaran; ③ memilih panjang gelombang cahaya keluaran. Untuk zat kerja tertentu, karena berbagai faktor, panjang gelombang cahaya yang dipancarkan sebenarnya tidak unik, dan spektrumnya memiliki lebar tertentu. Resonator dapat berperan dalam pemilihan frekuensi, sehingga meningkatkan monokromatisitas laser.