Mengenal Laser Dan Aplikasinya Dalam Teknologi Saat Ini

Laser adalah kependekan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Kini, laser telah memegang peranan penting dalam aplikasi teknologi modern.

Konsep dasar laser ini pertama kali diberikan oleh imuwan Amerika yaitu Charles Hard Townes dan dua orang ilmuwan dari Uni Soviet yaitu Alexander Mikhailovich Prokhorov dan Nikolai Gennediyevich Basov, mereka memperoleh hadiah Nobel pada tahun 1964.

Laser merupakan teknologi abad ke-20 yang banyak digunakan pada teknologi

Sedangkan ilmuwan pertama yang melakukan demonstrasi pada eksperimen terhadap laser ini dilakukan oleh TH Maiman dari Hughes Research Laboratory, California. Penemuan pada abad ke-20 ini, membawa begitu banyak berbagai demonstrasi aplikasi yang membuat antusias orang-orang.

Perbedaan Sinar Laser Dengan Cahaya Biasa

Laser merupakan sumber cahaya yang kuat yang memiliki sifat-sifat tidak biasa seperti ditemukan pada lampu wolfram, lampu merkuri dan sebagainya. Sifat unik dari laser dibandingkan dengan cahaya biasa adalah gelombang cahayanya bisa merambat dengan jarak yang sangat jauh dengan sedikit perbedaan.

Dalam sinar laser, panjang gelombang tidak hanya berada dalam fase yang sama, tapi juga memiliki warna yang sama (panjang gelombang) melalui perjalanannya.

Fitur luar biasa dari sinar laser lainnya adalah memiliki konsentrasi dengan intensitas ekstrim yang sangat tinggi. Intensitas energi ini dapat bertahan dalam jarak yang sangat jauh karena perbedaan gelombang cahaya yang rendah saat merambat.

Jika sinar laser dengan tenaga 106 W difokuskan pada titik lensa dengan diameter  1/1000 centimeter, maka intensitasnya bisa meningkat sampai ratusan juta watt/cm². Konsentrasi ini sangat tinggi sehingga bisa mengionisasi udara di atmosfer untuk membuat percikan api, bahkan material terkeras seperti berlian dapat dengan dipotong dengan menggunakan sinar laser ini.

Karakter unik sinar laser ini pertama kali di aplikasikan pada eksperimen Apollo II Mission, pada tahun 1969, yaitu untuk mengukur jarak antara bumi dan bulan dengan akurasi sampai 15 cm, menggunakan teknik pantulan sinar laser yang ditembakkan dari bumi ke bulan dan kembali lagi ke bumi, kemudian diukur waktunya, setelah aplikasi ini berhasil, kemudian penggunaan teknologi ini semakin marak diberbagai bidang.

Bagaimana Laser Bekerja Secara Teori?

Secara teori, prinsip laser berdasarkan pada teori kuantum. Albert Einstein, seorang fisikawan modern terbesar menyatakan bahwa ketika suatu atom atau molekul distimulasi oleh gelombang elektromagnetik (misalnya cahaya), maka ia akan memancarkan foton (paket cahaya) dengan panjang gelombang yang sama dengan gelombang elektromagnetik yang menimpanya.

Setiap atom, menurut teori kuantum dapat memiliki energi hanya dalam diskrit tertentu atau tingkat energi. Suatu atom yang berada dalam keadaan dasarnya akan tereksitasi menuju posisi yang lebih tinggi bila diberi energi, misalnya oleh cahaya yang kuat dari suatu sumber, proses ini disebut dengan absorbsi atau penyerapan energi.

Setelah atom tersebut berada dalam level yang lebih tinggi tersebut dalam waktu yang sangat singkat, yaitu hanya sekitar 10^-8 detik, maka atom akan kembali pada posisi dasarnya dan memancarkan foton dalam proses tersebut. Proses pemancaran ini disebut dengan emisi spontan atau spontaneous emission.

Cara Kerja Mesin Laser

Mesin laser merupakan merupakan mesin yang mampu membuat milyaran atom memompa triliunan foton atau cahaya, sehingga partikel-partikel ini akan sejajar dan membentuk sinar-sinar yang terpusat atau terkonsentrasi.

Di bawah ini adalah bagan dari mesin laser merah atau red laser yang memiliki kristal terbuat dari ruby, ditunjukkan pada area berwarna hijau dengan flash tube yang ditunjukkan dengan garis hitam zig-zag yang melilit kristal tersebut.

Pembuatan sinar laser dengan flash tube dan kristal ruby

Berikut ini adalah penjelasan bagaimana sinar laser bisa dihasilkan dari kristal dan flash tube:

• A. Sumber listrik tegangan tinggi yang membuat flash tube pada posisi ON / OFF.


• B. Setiap kali tube berkedip, maka akan memompa energi pada tabung kristal dalam bentuk partikel cahaya atau foton.


• C. Atom dalam kristal akan mengabsorb atau menyerap energi tersebut. Pada saat atom menyerap energi tersebut, maka satu elektronnya akan tereksitasi atau naik ke orbital yang lebih tinggi. Walaupun demikian, elektron yang tereksitasi ini tidak stabil, sehingga hanya akan bertahan dalam hitungan milidetik saja, kemudian elektron aka kembali pada posisi dasarnya sambil melepaskan energi yang diterimanya tadi sebagai radiasi cahaya foton. Proses ini disebut dengan emisi spontan atau spontaneous emission.


• D. Foton yang dilepaskan atom tersebut akan bergerak naik turun dalam kristal, foton ini bergerak dengan kecepatan cahaya.


• E. Sangat intens terjadi, satu dari foton-foton tersebut bergerak dan menabrak atom yang tereksitasi, akibatnya atom tesebut tidak memberikan satu partikel cahaya foton melainkan dua partikel cahaya foton, akibatnya cahaya memiliki kekuatan yang meningkat. Proses ini disebut dengan stimulated emission, yang merupakan dasar dari bagaimana sinar laser bekerja dan memiliki energi yang sangat tinggi.


• F. Sebuah cermin di ujung flash tube yang membuat foton-foton terus memantul bolak-balik di dalam kristal.


• G. Sebuah cermin parsial di ujung lainnya yang memantulkan foton kembali pada kristal namun juga membiarkan sebagian terlepas.


• H. Foton yang terlepas membentuk sinar laser dengan kekuatan besar yang sangat terkonsentrasi.

Beberapa Aplikasi Sinar Laser Dalam Teknologi Saat Ini

Saat ini, laser telah digunakn dalam berbagai bidang teknologi, diantaranya adalah :

• Riset dalam bidang sains menggunakan laser
  Sejak pertama kali dikembangkan 56 tahun lalu, laser kini lebih kuat, lebih presisi dan juga lebih kecil. Saat ini, ilmuwan telah berhasil mengembangkan laser terkuat, yaitu di National Ignition Facility (NIF), di California, Amerika, untuk penelitian nuklir. 
  
  Teknologi ini menggunakan area yang sangat luas, terdiri dari 192 sumber penghasil laser, yang dapat memberikan energi 60 kali lipat dibandingkan dengan laser apapun, serta dapat menghasilkan suhu sampai seratus juta derajat celcius!.


• Laser untuk operasi mata dalam bidang medis
  Dalam bidang medis, kemampuan laser untuk memberikan presisi yang sangat tinggi digunakan dalam operasi mata, misalnya untuk menyambungkan retina mata yang terlepas, ataupun melakukan penyegelan terhadap pembuluh darah yang pecah di mata.
  
  

  

  Penggunaan laser untuk operasi mata dalam bidang medis

  
  Prosedur operasi ini tidak memberikan rasa sakit pada pasien, karena laser langsung melewati bola mata pasien. Selain itu laser juga dapat digunakan untuk memperbaiki masalah pada penglihatan seperti mata yang rabun.


• Laser digunakan sebagai alat pemotong
  Sebagai alat pemotong, laser tidak pernah menjadi tumpul. Laser dapat digunakan untuk memotong keramik, logam, plastik, pakaian, bahkan berlian yang sangat keras sekalipun.
  
  Teknologi pemotongan dengan sinar laser yang terintegrasi dengan komputer saat ini sangat populer di bidang industri, karena kemampuannya untuk memotong dengan sangat akurat dan memiliki presisi tinggi bila dibandingkan dengan alat pemotong yang konvensional.