Bab 3

OPTIKA KUANTUM3.1. SUMBER-SUMBER CAHAYA

Sumber cahaya yang paling umum adalah (1) benda padat yang dipanaskan, contoh

kawat pijar tungsten, dan (2) gas yang dilalui lucutan listrik, contoh lampu tabung. Gambar

3.2 menunjukkan daya yang dipancarkan oleh benda hitam sebagai fungsi panjang

gelombang untuk empat temperature yang berbeda. Kurva ini dikenal sebagai kurva distribusi

spectrum.

Salah satu fenomena yang dikaji pada akhir abad 19 adalah distribusi spectrum radiasi

benda hitam. Suatu benda hitam merupakan system ideal yang menyerap seluruh radiasi yang

datang padanya. Benda hitam ini dapat didekati oleh rongga dengan lubang yang sangat kecil,

seperti yang dilukiskan pada Gambar 3.1. Karakteristik radiasi dalam rongga hanya

bergantung pada temperature dindingnya.

Gambar 3.1. Rongga yang mendekati benda hitam ideal. Radiasi yang memasuki rongga memiliki peluang kecil untuk dapat keluar. Radiasi ini biasanya diserap

seluruhnya.

Pada temperature biasa (kira-kira di bawah 600 0C), radiasi termal yang dipancarkan oleh

benda hitam tidak tampak karena radiasi itu terkonsentrasi dalam daerah infra merah dari

spectrum elektromagnetik. Ketika bendanya dipanaskan, jumlah energy yang diradiasikan

meningkat sesuai dengan hukum Stefan-Boltzmann, dan konsentrasi energy bergeser ke

panjang gelombang yang lebih pendek (Gambar 3.2).

Gambar 3.2. Distribusi spektrum radiasi dari benda hitam untuk empat temperatur yang berbeda

Area di bawah kurva pada Gambar 3.2 menyatakan energi total (WB) yang dipancarkan

oleh benda hitam yang memiliki temperatur mutlak T. Menurut hukum Stefan Boltzmann

energi total dinyatakan dengan

W B=σT 4

(3.1)

Dengan σ=1 ,3567×10−11 kcal

m2sK 4

Atau σ=5 ,670×10−8J

m2sK 4

Panjang gelombang maksimum yang dihasilkan tergantung pada temperaturnya. Hukum

pergeseran Wien menyatakan hubungan antara panjang gelombang maksimum dengan

temperatur benda hitam

λmaks T=kons tan=2 ,8970×10−3mK(3.2)

Untuk benda tertentu, pada temperatur tertentu perbandingan radiasi emisi dengan

absorbsinya adalah sama, artinya energi yang dipancarkan ketika benda tersebut dipanasi

sama dengan energi yang diserap jika benda tersebut suhunya turun.

Wa

=kons tan=WB

(3.3)

W adalah energi total radiasi per meter kuadrat per sekon, dan a adalah bagian dari energi

yang datang yang tidak dipantulkan dan diteruskan oleh suatu permukaan. Untuk benda hitam

a = 1. Besarnya W dan a tergantung pada panjang gelombang

W λ

aλ

=WB λ

(3.4)

Bentuk dari kurvanya sendiri dinyatakan dengan hukum Planck yang dituliskan

dengan

W Bλ=hc 3 Δλ

λ5 (ehc / λkT−1 )(3.5)

WB adalah energi pada panjang gelombang antara ( + dalam joule per sekon per meter

kuadrat permukaan

Dengan h = konstanta Planck = 6,6262 x 10-34 Js

k = konstanta Boltzman = 1,3805 x 10-23 J/K

c = cepat rambat cahaya = 2,9979 x 108 m/c

e = logaritmik naperian = 2,7183

T = suhu mutlak

Contoh 3.1

Sebuah benda kecil tergantung dalam suatu ruangan yang bersuhu 300 K. Hitunglah

perbandingan panas yang ditransfer benda kecil tersebut ketika bersuhu 500 K dan

ketika bersuhu 400 K. Abaikan pengaruh konduksi panas.

Penyelesaian

Dengan menggunakan persamaan

W =ALσ (T 4−T04 )

A = luas permukaan pancar

L = angka pancaran

σ=5 ,670×10−8Jm2sK 4

Ketika bersuhu 500 K, benda kecil tersebut mentransfer energi

W 1=ALσ (5004−3004 )

Ketika bersuhu 400 K, benda kecil tersebut mentransfer energi

W 2=ALσ (4004−3004 )

W 1

W 2

=ALσ (5004−3004 )ALσ (4004−3004 )

=3,109

Contoh 3.2

Pada panjang gelombang berapa spektral emitans suatu benda hitam mencapai

maksimum jika temperaturnya: (a) 500 K, (b) 5000 K, (c) Pada temperatur berapa

spektrum emitans maksimum pada panjang gelombang 555 nm.

Penyelesaian

Dengan menggunakan persamaan λmaks T=2,8970×10−3mK

(a) T = 500 K maka

λmaks=2 ,8970×10−3 mK500 K

=5 ,794×10−6 m=5794nm

(b) T = 5000 K maka

λmaks=2 ,8970×10−3 mK5000 K

=579 , 4nm

(c)λmaks=555nm

Maka T = 5220 K

Spektrum yang dibentuk oleh radiasi benda padat yang dipanaskan dinamakan

spektrum emisi atau spektrum pancaran. Jenis-jenis spektrum emisi adalah spektrum

kontinu, spektrum garis dan spektrum pita.

Spektrum emisi kontinu

Jika sumber cahaya adalah zat padat atau zat cair pijar, maka spektrum emisinya

adalah kontinu, artinya cahaya yang dipancarkan terdiri dari semua panjang gelombang.

Gambar 3.3. Spektrum koninyu. (a) Spektrum emisi kontinyu dari zat padat yang teramati pada tiga temperatur dengan spektrograf quartz : tungsten pada 1000 dan 2000 0C dan kutub positip karbon pada 4000 0C. (b) Spektrum absorbsi kontinyu

dari sumber tunggal dan tiga jenis gelas

Spektrum emisi garis

Jika sumber adalah gas yang padanya dilalui pelepasan muatan listrik, atau sebuah

nyala api yang di dalamnya dimasukkan garam, maka spektrum terdiri dari seluruh macam

karakter yang muncul, bukan merupakan pita yang kontinu, tetapi hanya beberapa warna

dalam bentuk garis-garis sejajar yang terisolasi. Spektrum semacam ini dinamakan spektrum

garis. Panjang gelombang garis-garis itu merupakan karakteristik unsur-unsur yang

memancarkan cahaya tersebut.

Tabel 3.1 menunjukkan panjang gelombang karakteristik dari unsur-unsur tertentu.

Tabel 3.1. Panjang gelombang dalam angstrom dari beberapa unsur

Sodium Mercury Helium Cadmium Hydrogen

5889,95 s 4046,56 m 4387,93 w 4678,16 m 6562,82 s

5895,92 m 4077,81 m 4437,55 w 4799,92 s 4 861,33 m

4358,35 s 4471,48 s 5085.82 s 4340,46 w

4916,04 w 4713,14 m 6438,47 s 4101,74 w

5460, 74 s 4921,93 m

5769, 59 s 5015,67 s

5790, 65 s 5047,74 w

5875,62 s

6678,15 m

s = strong, m = medium, w = weak

Gambar 3.4. Spektrum garis. Spektrum emisi (a) Besi, (b) Spektrum mercuri diamati dengan spektrograf quartz, (c) Spektrum mercuri dalam gelas, (d) Helium dalam tabung gelas dilucuti muatan listrik, (e) Neon dalam tabung gelas dilucuti

muatan listrik, (f) Argon dalam tabung gelas dilucuti muatan listrik, (g) Deret Balmer dari hidrogen meliputi ultraviolet, (h) Spektrum kilat, menunjukkan spektrum emisi

dari gas khromosfer matahari. (i) spektrum absorbsi garis sodium dalam ultraviolet. (j)

Spektrum matahari. Dua garis kuat diserap oleh uap sodium dalam khromosfer matahari

Spektrum emisi pita

Sebagian besar gas mempunyai molekul-molekul yang terdiri dari dua atom atau

lebih. Untuk memperoleh suatu spektrum atom hidrogen, oksigen, nitrogen, CO dan

sebagainya diperlukan pelepas muatan listrik yang kuat untuk memisahkan molekul-molekul

menjadi atom. Jika pemisahan tidak terjadi, molekul-molekul itu memperlihatkan sejumlah

garis yang kuat, yang letaknya sangat dekat satu sama lain sehingga tampak sebagai pita-pita

yang kasar. Spektrum ini dinamakan spektrum pita. Contoh O2 memiliki panjang gelombang

7594 – 7621 0A.

Gambar 3.5. Spektrum pita. (a) Spektrum dari tabung berisi udara pada tekanan rendah yang dilucuti muatan, pita NO (2300 – 2700 0A), pita nitrogen negatip N2

- (2900 – 3500 0A), pita nitrogen positip kedua N2 (2900 – 5000 0A), pita nitrogen positip

pertama N2 (5500- 70000A). ( (b) Spektrum dari uap PbF........

Spektrum Absorbsi

Spektrum absorbsi adalah spektrum yang diserap bila cahaya melewati suatu zat yang

lebih dingin. Spektrum yang diserap oleh suatu zat yang dingin, sama dengan spektrum yang

diemisikan bila gas tersebut dalam keadaan panas.

Spektrum matahari adalah spektrum absorbsi. Sebagian besar benda padat dan cair

yang terdapat di matahari mengemisikan spektrum kontinu, dan gas memancarkan spektrum

garis. Bila cahaya yang intensif dari sebagian benda di matahari melewati uap yang lebih

dingin, garis-garis karakteristik dari unsur ini akan diserap. Dengan demikian spektrum

matahari muncul sebagai spektrum kontinu dengan beribu garis gelap yang lemah, yang

disebut garis-garis Fraunhofer. Dengan menganalisis garis-garis Fraunhofer, kita dapat

mengetahui unsur-unsur yang terdapat pada atmosfer matahari.

3.2. ATOM BOHR

Menurut Bohr atom hidrogen terdiri dari sebuah elektron dengan massa m, muatan –e,

yang berputar mengelilingi muatan positip dengan massa M, dan muatan +Ze, dengan Z

adalah nomor atom. Dalam hal ini Z = 1. Menurut hukum elektrodinamika klasik, selama

gerakannya elektron mengikuti:

Gaya centripetal = gaya elektrostatik

mv2

r=k

Ze2

r2

(3.5)

Asumsi kedua menyatakan bahwa besarnya momentum sudut elektron mvr selalu merupakan

kelipatan dari h /2 π , sehingga

mvr=nℏ (3.6)

Dengan

m =9,10956 x 10-31 kg

h = 6,62620 x 10-34 Js

k = 8,98755 x 109 Nm2/C2

e = - 1,602192 x 10-19C

ℏ = 1,054592 x 10-34 Js

z = 1, nomor atom hidrogen

n = 1, 2, 3, 4, dst

Gambar 3.6. Jari- jari orbit atom hidrogen model Bohr

dengan demikian jari-jari orbit elektron adalah

r=n2 ℏ2

m e2 zk=n2 (0 ,529177×10−10 )m (3.6)

Dan kecepatan orbit

v=1n

e2 zkh

=1n

( 2,18768× 106 ) ms

(3.7)

Atau jari-jari orbit Bohr yang pertama adalah

r0=0,53×10−8cm (3.8)

Energi kinetik elektron yang bergerak dalam salah satu orbit adalah

E kin=12

m v2=kz e2

2 r(3.8)

Energi potensialnya adalah

Epot=−kz e2

r(3.9)

Dengan demikian energi totalnya adalah

Etot=kz e1

2 r−k

z e2

r=-k

ze2

2 r

= −k

z e2

2( n2ℏ2

me2 zk ) ¿−me4 z2k 4

2n2ℏ2 (3.10)

Energi total mempunyai harga negatip, karena tingkat patokan energi potensial diambil

dengan jarak elektron dari inti adalah tak hingga. Energi atom terkecil bila elektronnya

beredar dalam orbit dengan n = 1, dalam hal ini Etotal mempunyai harga negatip yang paling

besar.

Etotal=−R1

n2 (3.11)

Dengan R=m e4 z2 k2

2ℏ2 =2,179350×10−18 J (3.12)

Jika elektron berpindah dari orbit awal (energi Ei) ke orbit akhir (energi Ef), maka selisih

energi yang besarnya Ei−Ef dapat disamakan dengan energi h ν dari foton yang diemisikan.

Ei−Ef =hν=−R( 1ni

2 −1nf

2 ) (3.13)

Ei adalah energi total pada orbit mula-mula dan Ef adalah energy total pada orbit akhir.

Sebagai gambaran, missal E1, E2,

Gambar 3.7. Radiasi cahaya dari atom hidrogen menurut theori kuantum Bohr

Frekuensi deret Lyman

ν=Rh ( 1

12 −1

n2 ), dengan n = 2, 3, 4, .................... (3.14)

Frekuensi deret Balmer

ν=Rh ( 1

22 −1

n2 ), dengan n = 3, 4, 5,...................... (3.15)

Frekuensi deret Paschen

ν=Rh ( 1

32 −1

n2 ), dengan n = 4, 5, 6, .................... (3.16)

Frekuensi deret Brackett

ν=Rh ( 1

42 −1

n2 ), dengan n = 5, 6, 7,. ..................... (3.17)

Frekuensi deret Pfun

ν=Rh ( 1

52 −1

n2 ), dengan n = 6, 7, 8, ..................... (3.18).

Gambar 3.8. Transisi bilangan kuantum utama akan memunculkan pancaran cahaya atau foton dengan frekuensi yang berbeda

Gambar 3.9. Diagram aras energy atom hydrogen. Transisi electron menunjukkan transisi elektron

Gambar 3.10. Spektrum atom hydrogen. (a) Deret Balmer. (b) Deret Lyman

Contoh 3.3

(a) Tentukan frekuensi dan panjang gelombang dari spectrum garis yang dipancarkan

oleh electron hydrogen model Bohr dari tingkat eksitasi ke empat ke tingkat

eksitasi ke tiga !

(b) Termasuk deret apakah spectrum yang terjadi?

Penyelesaian

(a) Menurut model Bohr untuk hydrogen

ν=Rh ( 1

32 −1

42 ) ν= 2,179350× 10−18 J

6,62620x 10−34 Js ( 7144 )=0,015988× 1016

Sedangkan panjang gelombangnya adalah

λ= cν= 3×108

0,015988 ×1016 =187,6×10−8m

(b) Spektrum ini merupakan anggota deret Paschen

3.3. GELOMBANG BERDIRI DAN KUANTISASI ENERGI

Dari Sub Bab 3.2 dapat dikatakan bahwa fisika klasik tidak sesuai dengan

kemantatapan hydrogen yang teramati. Elektron dalam atom ini diharuskan berputar

mengelilingi inti untuk mempertahankan diri supaya tidak tertarik ke dalam inti, tetapi

electron itu juga harus memancarkan radiasi energy elektromagnetik terus menerus. Untuk

menjawab permasalahan tersebut, marilah kita memeriksa kelakuan electron dalam orbit

sekitar inti hydrogen.

Elektron yang bergerak disekitar inti atom mempunyai kecepatan tertentu, sehingga

gerakan elektron ini merupakan gelombang yang sesuai dengan rumusan de Broglie. Panjang

gelombang de Broglie untuk electron ini adalah

λ=h

mv(3.18)

dengan v adalah kelajuan elektron yang dapat ditentukan bersadarkan persamaan (3.5)

mv2

r=k

Ze2

r2(3.19)

Dengan Z = 1, dan k= 14 π ε0

, ε 0 = permitivitas ruang hampa = 8,854× 10−12C2/N .m2 ,

sehingga

v=e

√4 π ε0 mr(3.20)

Dan panjang gelombangnya adalah

λ=he √ 4 π ε0 r

m (3.21)

Dengan jari-jari orbit Bohr yang pertama r = 5,3x 10-11 m, maka panjang gelombangnya

adalah

λ=33×10−11m

Kalau diperhatikan panjang gelombang ini sama dengan keliling orbit elektron

= 2r = 33 x 10-11 m

Jadi orbit elektron dalam atom hidrogen sesuai dengan satu gelombang elektron yang titik ujung dan pangkalnya dihubungkan.

Gambar 3.11. Orbit elektron dalam atom hydrogen bersesuaian dengan satu gelombang

de Broglie yang titik ujung pangkalnya dihubungkan

Jika kita anggap vibrasi sebuah sosok kawat, kita dapatkan bahwa kelilingnya tepat

sama dengan bilangan bulat kali panjang gelombang, sehingga setiap gelombang tersambung

secara malar dengan gelombang berikutnya.

Dengan menganggap kelakuan gelombang elektron dalam atom hidrogen serupa dengan

nvibrasi sosok kawat, maka dapat diambil postulat bahwa “sebuah elektron dapat

mengelilingi inti hanya dalam orbit yang mengandung bilangan bulat kali panjang gelombang

de Broglie”.

n = 1, 2, 3, ............ (3.22)

merupakan syarat kemantaban orbit.

dengan

rn = jejari orbit yang mengandung n panjang gelombang

n = bilangan bulat = bilangan kuantum

Gambar 3.12. Fibrasi sosok kawat

Jika panjang gelombang dinyatakan dalam persamaan (3.21), maka syarat kemantaban orbit

dapat dituliskan

nhe √ 4 π ε0 rn

m=2π r n

rn=n2h2 ε0

πme2 n= 1, 2, 3,............ (jejari orbit dalam atom Bohr)

Jejari orbit yang paling dalam biasa disebut jejari Bohr atom hidrogen

a0=r1=5,292×1011m=0,5292 A0

Sedangkan jejari yang lain dinyatakan dengan

rn=n2 a0

Energi elektron En dinyatakan dengan jejari orbit rn diberikan dengan persamaan…..

En=−e2

8 π ε0 rn

Atau En=−me4

8 ε 0h2 ( 1

n2 )Energi yang ditentukan oleh persamaan (…) disebut tingkat energy dari atom hydrogen,

yang digambarkan pada Gambar 3.10. Tingkat energy ini semuanya negative, hal ini

menyatakan bahwa electron tidak memiliki energy yang cukup untuk melepaskan diri dari

atom. Tingkat energy yang terendah E1 disebut keadaan dasar dari atom itu, dan tingkat

energy yang lebih tinggi E2, E3, E4, …….disebut keadaan eksitasi. Ketika bilangan kuantum n

bertambah, energy En yang bersesuaian mendekati nol; dalam limit n = ∞, E∞= 0 dan

elektronnya tidak lagi terikat pada inti untuk membentuk atom.

Gambar 3.13. Tingkat energy atom hidrogen

Contoh 3.4

3.4. LASER

Pengertian secara umum tentang Laser adalah suatu berkas cahaya yang sangat sempit,

hanya terdiri dari satu warna dengan intensitas yang sangat kuat. Warna cahaya tergantung

pada jenis Laser. Kata Laser sendiri adalah berupa singkatan dari “ Light Amplification by

Stimulated Emission of Radiation”, yang artinya : Penguatan cahaya dengan penguatan

100% 90-99%

Laser

radiasi. Pada awalnya sinar Laser seperti sinar biasa dalam lampu tabung, kemudian salah

satu atau lebih cahaya dengan panjang gelombang tertentu, intensitasnya diperkuat dengan

cara pantulan cahaya dan rangsangan berulang-ulang hingga diperoleh cahaya yang koheren

dengan intensitas yang kuat.

Cahaya Laser bersifat koheren, mempunyai panjang gelombang yang sama dengan fase

yang sama. Cahaya koheren ini dihasilkan dari pantulan yang berulang-ulang oleh dua cermin

yang dipasang pada ujung tabung Laser. Jika panjang tabung Laser adalah d. Pada kedua

ujungnya dipasang cermin pemantul. Cermin kiri mempunyai koefisien pantul tinggi

mendekati 100% , sedang cermin yang lain sekitar 90-99%.

Gambar 3.14. Penguatan intensitas cahaya dengan cara pantulan berulang

Pantulan berulang tersebut dapat menimbulkan gelombang cahaya berdiri antara dua

cermin. Bila jarak antaranya merupakan kelipatan bilangan bulat dari ½ , seperti pada

gelombang tali yang ujung-ujungnya di klem, sehingga ujung-ujungnya menjadi simpul.

Dengan demikian dapat dituliskan

d

Kualitas sinar Laser dikaitkan dengan sifat-sifat fisisnya antara lain :

1.Monokhromatik. Sinar Laser yang monokhromatik berarti hanya memiliki satu

panjang gelombang tunggal, tetapi pada umumnya sumber Laser memiliki lebih dari

satu panjang gelombang, serta ada pelebaran panjang gelombang.

2.Koheren. Jika pengaturan jarak d sempurna, akan diperoleh sinar Laser yang koheren

dengan intensitas yang optimum.

3.Pengarahan berkas. Arah berkas yang mendekati sejajar, merupakan karakter dari

sinar Laser. Jika arah berkas memencar, intensitasnya akan cepat berkurang terhadap

jarak

4.Daya sinar. Daya sinar Laser yang tinggi dapat menimbulkan panas yang tinggi,

dengan jarak jangkau yang jauh. Daya Laser bergantung pada jenis Laser, penyedia

daya listrik dan geometri tabung Laser.

Pada pembentukan sinar Laser, rangsangan cahaya dilakukan dua kali, pertama

rangsangan untuk menaikkan aras tenaga (level energy) pada sasaran bahan Laser, yang

diberi istilah pemompaan (pumping). Kedua, rangsangan oleh cahaya Laser untuk

1

Sinar Laser3

2

4

Rangsangan (pemompaan)

memperkuat intensitasnya. Proses rangsangan ini dapat digambarkan dalam skema aras

tenaga pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15. Skema aras tenaga pada pembentukan sinar Laser

Rangsangan pertama terhadap sasaran dengan cara radiasi cahaya dari luar atau dengan

tumbukan electron, akan menaikkan aras tenaganya ke aras yang lebih tinggi (aras 4). Pada

aras ini keadaannya tidak stabil, sehingga akan segera turun, tidak secara langsung, tetapi

melewati aras antara (aras 3 dan 2). Saat turun tersebut dilepaskan sinar dengan panjang

gelombang sesuai dengan jarak aras tenaganya.

E3−E2=h

cλ

Bila rangsangan berjalan terus, atau sesaat tetapi dengan intensitas besar (missal : lampu

kilat, lucutan electron oleh tegangan tinggi), jumlah sasaran (atom, molekul) yang menempati

aras tinggi menjadi besar. Sebagian turun ke aras lebih rendah dengan melepaskan sinar

Laser. Sinar laser ini mula-mula masih lemah, datang pada cermin dan akan dipantulkan

balik dan mengenai sasaran yang sedang berada di aras atas. Kejadian ini merupakan

rangsangan untuk mempercepat penurunan ke aras lebih rendah sambil melepaskan sinar

Laser.

Oleh pantulan yang berkali-kali, maka jumlah rangsangan semakin banyak, sehingga

intensitas sinar Laser semakin kuat, selanjutnya akan keluar lewat cermin yang koefisien

pantulnya lebih rendah. Dihasilkan sinar Laser yang koheren dengan panjang gelombang

Berikut akan kiata bahas beberapa jenis Laser yang sudah banyak digunakan orang.

Laser Rubi

LASER pertama yang berhasil dibuat, terbuat dari batang rubi (campuran

kristal aluminium oksida Al2O3 dengan beberapa ion Al3+ nya diganti dengan ion Kromium

Cr3+ yang menimbulkan warna merah). Sebuah ion Cr3+ memiliki tingkat meta mantab yang

umurnya sekitar 0,003 s. Cahaya dari lampu Xenon berfungsi untuk mengeksitasikan ion

Cr3+ ke tingkat energi yang lebih tinggi, yang kemudian jatuh ke tingkat meta mantab,

dengan memberikan energi kepada ion lain dalam kristal. Hasilnya adalah pulsa besar cahaya

monokhromatik koheren berwarna merah muncul dari ujung transparan sebagian, yang dibuat

pada ujung batang. Panjang gelombang yang dihasilkan 692,0 nm dan 694,3 nm.

Gambar 3.16. Laser Ruby, berupa batangan oksida alumunium, dikelilingi oleh lampu

kilat untuk rangsangan pertama

Gambar 3.17. Diagram aras energy Kristal Ruby

Gambar 3.18. Rangsangan koheren dari gelombang cahaya pada Laser zat padat

seperti kristal Ruby. Pantulan pada ujung-ujung batang membentuk gelombang berdiri

Atom He tumbukan

Keadaan meta mantab

Transisi tanpa radiasi

Emisi spontan

Transisi Laser 6328 0A

18,70eV

20,66eV

Keadaan dasar

Atom Ne

Laser He-Ne

Campuran gas yang terdiri dari tujuh bagian Helium dan satu bagian Neon pada

tekanan rendah (~ 1 mm Hg) diisikan kedalam tabung gelas yang memiliki cermin sejajar.

Jarak antara kedua cermin sama dengan bilangan bulat kali ½ L cahaya Laser.

Pelucutan listrik ditimbulkan dalam gas dengan cara memasang elektroda di luar

tabung. Tumbukan dengan elektron yang ditimbulkan oleh pelucutan mengeksitasi atom He

dan Ne kekeadaan metamantab 20,61 eV dan 20,66 eV di atas keadaan dasar. Beberapa atom

He yang tereksitasi mentransfer energinya ke keadaan dasar atom Ne dalam tumbukan

dengan penambahan energi 0,05 eV diambil dari energi kinetik atom. Jadi adanya atom He

menolong terjadinya populasi inversi dalam atom Ne.

Transisi laser dalam Ne adalah dari keadaan metamantab 20,66 eV ke keadaan eksitasi 18,70

eV, dengan memancarkan foton 6,328 0A. Keadaan foton lain terpancar secara spontan ke

keadaan metamantab yang lebih rendah, transisi ini menghasilkan cahaya tak koheren

(cahaya dengan panjang gelombang ini harus diserap)

Tumbukan

elektron

20,61eV

Gambar 3.19a. Diagram aras energy Helium dan Neon dalam Laser gas He-Ne

Gambar 3.19b. Diagram aras energy Helium dan Neon dalam Laser gas He-Ne

SOAL-SOAL

1.Suatu benda hitam memancarkan panas spectral emitance maksimum terletrak pada

panjang gelombang 800 nm, bila luas permukaan benda tersebut 100 cm2 , berapa

panas yang diberikan untuk mempertahankan temperaturnya, jika benda tersebut

dilingkungi oleh dinding yang tebal bersuhu 300 K. Abaikan konduksi panas.

2.Angka pancaran suatu bola lampu mendekati 0,35. Bola lampu tersebut berjari-jari 1

cm dan terletak didalam ruang yang besar bersuhu 300 K (tetap). Berapa panas yang

diserap dinding ruang tersebut bila suhu bola lampu 3000 K

3.Hitunglah panjang gelombang terpanjang dan terpendek pada deret Lymann, Brachet

dan Paschen dari atom hydrogen

4.Hitunglah panjang gelombang garis (a) kelima, (b) kesepuluh dan (c) kelimabelas dari

deret Balmer atom hidrogen