BAGIAN PERTAMA

LASER DAN PENGGUNAANNYA

PEMBANGKITAN SINAR LASER

STRUKTUR ATOMModel atom Thomson

Bola pejal (positif) yang mengandung butiran elektron (negatif)

PEMBANGKITAN SINAR LASER

STRUKTUR ATOMModel atom Rutherford

Inti (positif) yang dikelilingi elektron-elektron (negatif)

PEMBANGKITAN SINAR LASER

STRUKTUR ATOMModel atom Niels Bohr Setiap elektron hanya dapat beredar pada

orbit yang tertentu ✏ atom memiliki tingkat energi tertentu

Perpindahan tingkat energi hanya dapat terjadi dengan pelepasan atau penerimaan sejumlah energi tertentu

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIAbsorpsi

12 EEh.υ h = konstanta Planck = 6,625 . 10-34 J sƲ = frekuensi cahaya

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIAbsorpsiLaju kenaikan :

N1 = jumlah atom pada tingkat energi E1

F = fluks cahaya datang

σ12 = penampang absorpsi

1121 .NW

dt

dN

.FσW 1212

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIAbsorpsiContoh gejala : garis-garis hitam pada spektrum cahaya matahari ✏ absorpsi pada gas di sekeliling matahari

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIEmisi spontan

12 EEh.υ h = konstanta Planck = 6,625 . 10-34 J sƲ = frekuensi cahaya

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIEmisi spontanLaju penurunan :

N2 = jumlah atom pada tingkat energi E2

A = kemungkinan emisi spontan

= koefisien Einstein

Waktu tinggal rata-rata :

2spontan

2 A.Ndt

dN

A

1τspontan

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIEmisi spontanContoh gejala : lampu natrium lapisan fluoresensi bahan fosforesensi

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIEmisi spontan

Lampu natrium :

Ketika kembali ke bawah, atom natrium mengeluarkan cahaya kuning (589 nm)

Loncatan listrik menaikkan tingkat energi gas natrium di dalam tabung

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIEmisi spontan

Lampu natrium :

λ = 589 nm ➨ Hz5,093.10m589.10

m3.10

λ

c 149

8

ν

eV 2,106 1,602.10

J3,374.10

J 3,374.10

5,093.10 . 6,625.10h.E

eVJ19-

19-

19-

1434

νΔ

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIEmisi spontan

Fluoresensi :

Ketika turun kembali, bahan mengeluarkan cahaya (tampak)

Bahan dijatuhi pancaran (biasanya UV) ✏ tingkat energi naik

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIEmisi spontan

Fluoresensi :

Lapisan fluoresensi mengubah UV menjadi cahaya tampak

Lampu TL berisi gas merkuri (Hg) ✏ banyak mengeluarkan UV

gas merkuri

lapisan fluoresensi

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIEmisi spontan

Fosforesensi :

Fluoresensi yang berlangsung lama

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIEmisi terangsang

12 EEh.υ h = konstanta Planck = 6,625 . 10-34 J sƲ = frekuensi cahaya

PEMBANGKITAN SINAR LASER

ABSORPSI DAN EMISIEmisi terangsangLaju penurunan :

dengan :

dan

σ21 = σ12 = jumlah atom pada tingkat energi E2

F = fluks foton

221terangsang

2 .NWdt

dN

.FσW 2121

PEMBANGKITAN SINAR LASER

Emisi spontan Terjadi dengan sendiri Ke segala arah

Emisi terangsang Ada cahaya pemicu ✏

mengalami penguatan Arah dan fasa sama

dengan cahaya pemicu

ABSORPSI DAN EMISI

Perbedaan emisi spontan dan emisi terangsang

PEMBANGKITAN SINAR LASER

INVERSI POPULASI

Emisi terangsang :

Absorpsi :

Keseluruhan (netto) :

.dzσ.F.Nkonst dt

dNdF 2

dz dalam

2terangsang

.dz NNσ.F.konst dF 12

.dzσ.F.Nkonst dt

dNdF 1

dz dalam

1absorpsi

segmen bahan laser

dz

F F + dF

PEMBANGKITAN SINAR LASER

INVERSI POPULASI

Statistik Boltzmann :

dengan : k=konstanta Boltzmann=1,381.10-23 J/K

Supaya N2>N1 harus terjadi inversi populasi

Usaha untuk memperoleh inversi populasi : pemompaan

k.T

EE exp

N

N 12e

1

e2

PEMBANGKITAN SINAR LASER

INVERSI POPULASISistem Dua tingkat :

Jika N2 ≈ N1 : two level saturation

inversipopulasi

emisi terangsang

E

E1

2

tidak adainversi populasi

PEMBANGKITAN SINAR LASER

INVERSI POPULASISistem Tiga Tingkat

E3 langsung ke E1 : dilarang

E3 ke E2 : tanpa emisi

ΔEpemompaan ≠ ΔElaser

pemompaan

E3

E2

E1

PEMBANGKITAN SINAR LASER

INVERSI POPULASISistem Empat Tingkat

E3 langsung ke E0 : dilarang

E3 ke E2 dan E1 ke E0 : tanpa emisi

E1 : dalam keadaan biasa kosong

pemompaan

E3

E2

E1

E0

PEMBANGKITAN SINAR LASER

INVERSI POPULASISistem Beberapa TingkatEmpat tingkat :

Jika E3 membentuk pita : pemompaan lebih mudah

E3

E2

E1

E0

pemompaan