Rangkuman Laser Dan Kaidah Seleksi Elektron
-
Upload
dhien-kusuma-wardani -
Category
Documents
-
view
254 -
download
23
Transcript of Rangkuman Laser Dan Kaidah Seleksi Elektron
Nama : Dhien Kusuma Wardani
Nrp : 2411100072
Tugas Teknik Optik ke-4
Kaidah Seleksi dan Laser
Tugas yang ke empat ini akan membahas mengenai kaidah transisi electron dan laser.
Apabila kita mengulas kembali tentang kaidah seleksi (selection rule) pasti kita akan ingat
pelajaran kimia maupun mekanika kuantum. Di teknik fisika sendiri mekanika kuantum semester
lalu dipelajari pada mata kuliah fisika bahan di sub bab pengantar mekanika kuantum. Yang
banyak saya pelajari mengenai kaidah seleksi pada mata kuliah kimia dasar yang erat kaitannya
dengan bilangan kuantum.
Kaidah seleksi menyatakan bahwa transisi yang diizinkan terjadi di dalam sebuah atom
harus memenuhi syarat-syarat ∆l = + 1 dan ∆m= 0, + 1, dimana l adalah bilangan kuantum orbit
dan j adalah momentum sudut total. Dari mekanika kuantum kita mengetahui bahwa hubungan
antara bilangan kuantum orbit (l ) dengan bilangan kuantum utama (n) dinyatakan oleh hubungan
berikut :
l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, ............., (n-1).
Contoh: untuk n = 4, nilai-nilai l yang mungkin adalah 0, 1, 2, dan 3.
Kenapa kaidah seleksi ini perlu kita pelajari? Sebab pada pelajaran Teknik opttik
ini kita mempelajari tentang laser yang pada dasarnya bekerja dengan prinsip
perpindahan electron. Electron mempunyai bebrapa tingkatan energy yang ada aturannya saat
ia mengalami transisi. Dengan tersedianya banyak tingkat energi dalam satu atom, maka
dimungkinkan terjadinya transisi (perpindahan) elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi
yang lain, jika keadaan memungkinkan. Dalam meninjau transisi (perpindahan status) elektron,
perlu diperhatikan kenyataan bahwa setiap tingkat energi memiliki beberapa status momentum.
Transisi elektron ini diikuti dengan emisi ataupun absorbsi photon, tergantung dari apakah
elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah atau
sebaliknya. Photon yang di-emisi-kan ataupun yang di-absorbsi dalam proses transisi ini juga
memiliki momentum. Karena dalam proses transisi elektron prinsip konservasi momentum tetap
harus dipenuhi, maka terdapat kaidah transisi. Untuk gerakan yang dipengaruhi gaya sentral,
kaidah seleksi transisi elektron adalah
Gambar 1. Bagan transisi eksitasi yang diizinkan oleh kaidah seleksi ∆l = + 1 dan ∆m = 0,
+ 1. Setiap baris dalam tabel sebelah kanan bersesuaian dengan setiap tingkat energi dalam
bagan di sebelah kanan.
Gambar 2. Nama sub-kulit
LASER
Laser berasal dari singkatan istilah Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation, yang berarti penguatan cahaya oleh pemancaran radiasi yang terstimulasi. Sesuai
namanya, mekanisme laser mampu memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya tidak
terlihat, melalui proses pancaran terstimulasi. Berkat proses ini, cahaya yang dipancarkan oleh
laser dapat memiliki karakteristik khas yang dimilikinya, yakni:
1. Monokromatik: memiliki satu panjang gelombang yang spesifik
2. Koheren: memiliki frekuensi yang sama
3. Menuju arah yang sama (sehingga menempuh garis lurus)
Berbeda dengan cahaya dari perangkat seperti lampu/senter yang cahayanya lemah karena
memiliki panjang gelombang dan frekuensi bermacam-macam, cahaya laser menjadi bersifat
kuat dan terkonsentrasi berkat sifat-sifat tersebut.
Prinsip yang melandasi mekanisme kerja laser dapat ditelusuri lebih lanjut dengan menelaah
sifat elektron yang berada di dalam atom. Mekanisme laser melibatkan tiga proses dasar interaksi
radiasi dengan materi, yaitu serapan, emisi spontan, dan emisi terstimulasi.
Prinsip Kerja Laser
Laser dihasilkan dari proses relaksasi elektron. Pada saat proses ini maka sejumlah foton
akan di lepaskan berbeda sengan cahaya senter emisi pada laser terjadi dengan teratur sedangkan
pada lampu senter emisi terjadi secara acak. Pada laser emisi akan menghasilkan cahaya yang
memiliki panjang gelombang tertentu. berbeda dengan lampu senter emisi akan mengasilkan
cahaya dengan banyak panjang gelombang. proses yang terjadi adalah elektron pada keadaan
ground state (pada pita valensi) mendapat energi kemudian statusnya naik menuju pita konduksi
( keadaan eksitasi) kemudian elektron tersebut kembali ke keadaan awal (ground state) diikuti
dengan beberapa foton yang terlepas kemudian agar energi yang dibawa cukup besar maka
dibutuhkan sebuah resonator resonator ini dapat berupa lensa atau cermin yang sering digunakan
adalah lensa dan cermin. ketika di dalam resonator maka foton-foton tersebut akan saling
memantul terhadap dinding resonator sehingga cukup kuat untuk meninggalkan resonator
tersebut.
Berdasarkan transisi elektron laser ada beberapa jenis, yaitu laser 3 tingkat, 2 tingkat, dan
4 tingkat.
Gambar. diagram tingkat energy laser 3 tingkat
Gambar. Laser 4 Tingkat
Jadi proses pemompaan oleh cahaya (pump light) dapat meningkatkan posisi dari keadaaan
E1 menuju keadaan E3. Lampu yang biasa digunakan untuk memompa menjadi kedaan tersebut
biasanya adalah lampu xenon, lampu krypton, lampu merkuri atau lampu tungsten.
Sebagian besar dari atom mentrasisikan energinya menuju level E2 dengan sangat singkat atau
sangat cepat tanpa mengeluarkan radiasi yang berupa foton. Energi transisi tersebut dirubah
dalam bentuk vibrasi dalam kristal atau (lattice). Akhirnya electron akan turun ke posisi ground
state dengan meradiasikan foton. Namun demikian foton yang diradiasikan belum tentu keluar
sebagai laser. Karena dalam laser proses pemompaan intensitas foton tersebut harus melebihi
nilai tertentu atau melebihi nilai threshold tertentu. Jika intensitas dari pemompaan (intensity
pumping) belum sampai pada thresholdnya maka dari posisi 2 akan secara dominant turun ke
posisi ground sebagai emisi spontan bukan emisi terstimulasi. Jika intensitas dari pemompaan
sudah melebihi batas threshold maka selain terjadi emisi spontan juga terjadi emisi terstimulasi.
Jenis-jenis Laser
Terdapat berbagai macam media yang dapat digunakan untuk menghasilkan sinar laser, sehingga
bermunculan pula jenis-jenis laser yang berbeda. Beberapa di antaranya adalah sebagai berikut:
1. Laser gas (gas laser): Laser yang mempergunakan gas sebagai sebagai medium. Terdapat
berbagai jenis laser gas; salah satunya adalah laser HeNe (helium-neon) yang mampu
beroperasi pada panjang gelombang yang bervariasi. Juga terdapat laser yang ditenagai
reaksi kimia, sehingga energi yang berjumlah besar bisa dihasilkan dalam waktu singkat,
yakni chemical laser ‘laser kimia’.
2. Laser keadaan padat (solid-state laser): Laser tipe ini, seperti laser rubi (sesuai namanya,
menggunakan medium rubi), menggunakan batangan kristalin atau kaca yang diberikan
(di-dope) ion yang mampu menghasilkan tingkat energy yang dibutuhkan. Dopant yang
digunakan, misalnya kromium, juga mempertahankan keadaan inversi populasi. Apabila
sinar diarahkan oleh pemantulan dalam total suatu serat optik, laser dinamai fibre laser
‘laser serat’.
3. Laser-laser jenis lainnya, seperti laser kristal fotonik, laser semikonduktor, laser dye, lser
elektron bebas, dan lainnya.
Aplikasi Laser
Laser memiliki fungsi dan penerapan di banyak bidang yaitu :
Sains dan Industri
1. Spektroskopi: Sifat sinar laser yang sangat terkonsentrasi menjadikan hasil spektroskopi
laser akurat
2. Penentuan jarak antara Bumi dan Bulan, dengan memancarkan sinar laser ke Bulan dan
mengukur waktu yang dibutuhkan bagi sinar itu untuk kembali ke Bumi
3. Pemrosesan materi: pemotongan, pengelasan, pengukiran, pembengkokan, dan tindakan
lain mampu dilakukan oleh laser karena sifatnya yang mampu menghasilkan panas.
Penggunaan laser untuk pemrosesan materi juga digemari karena presisinya.
4. Fotokimia: penggunaan pulsa sinar laser mengizinkan pengamatan proses suatu reaksi
dengan resolusi yang amat tinggi
5. Mikroskopi: Laser dapat digunakan untuk menghasilkan gambar spesimen mikroskopis
dengan ketajaman yang tinggi
Militer
Secara keseluruhan, aplikasi laser dalam dunia militer sangat bervariasi, dua di antaranya:
1. Penentuan target: atau target designation. Keakuratan serangan dapat ditingkatkan dengan
menggunakan laser sebagai pointer,dan sinar laser diarahkan ke target yang dituju. Target
designator dapat ditemukan pada pesawat tempur maupun senjata api.
2. Pertahanan: Laser juga dapat digunakan untuk pertahanan terhadap serangan musuh.
Salah satu kegunaannya adalah untuk membingungkan rudal pendeteksi panas sehingga
tidak mengenai target yang ditujunya.
Kedokteran
1. Cosmetic surgery, seperti penghapusan tato, penghilangan stretch mark atau bekas luka,
tanda lahir, keriput, dan bercak. Bahkan, laser bisa eniadakan bulu/rambut dengan lebih
efektif dan untuk jangka waktu lebih lama.
2. Kedokteran gigi juga memanfaatkan laser untuk berbagai hal, seperti pemutihan gigi dan
pembedahan mulut
3. Operasi mata: Operasi yang dilaksanakan pada mata dapat dilakukan dengan presisi
tinggi dan rasa sakit minimum karena laser mampu menarget bagian tertentu, seperti
dalam LASIK
4. Pembedahan lainnya yang memanfaatkan laser sebagai “pisau bedah” (laser scalpel) demi
presisi lebih tinggi ketimbang pisau bedah biasa
5. Penghilangan tumor dengan menargetkan tumor langsung menggunakan laser ketika
tumor tidak bisa disentuh langsung
Lainnya
Kegunaan laser juga dapat dijumpai dalam peralatan-peralatan yang kita temui sehari-hari,
seperti:
Barcode reader
Printer laser
Akselerometer (pengukur percepatan)
Holograf
Laser dioda, laser bertenaga lemah seperti yang digunakan pada pointer untuk presentasi,
pembaca maupun burner CD atau DVD, dan banyak lainnya
Telekomunikasi optik, melalui serat optik maupun ruang hampa