Prinsip Kerja Dioda Laser - Fungsi dan Aplikasinya
Cahaya putih alami terdiri dari semua warna (VIBGYOR) dari spektrum cahaya tampak, yang merupakan board lebar pita dari berbagai frekuensi. LED biasa memberikan output cahaya yang biasanya terdiri dari satu warna, tetapi bahkan cahaya itu mengandung gelombang elektromagnetik, yang mencakup pita frekuensi yang cukup lebar.
Sistem lensa yang memfokuskan cahaya memiliki panjang fokus tetap, tetapi panjang fokus yang dibutuhkan untuk memfokuskan berbagai panjang gelombang (warna) cahaya berbeda. Oleh karena itu, setiap warna akan fokus pada titik yang berbeda, menyebabkan penyimpangan berwarna 'chromatic aberration'.
Lampu dioda laser hanya mengandung satu frekuensi. Oleh karena itu, dapat difokuskan bahkan oleh sistem lensa sederhana ke titik yang sangat kecil. Tidak ada penyimpangan warna karena hanya ada satu panjang gelombang, juga semua energi dari sumber cahaya terkonsentrasi menjadi titik cahaya yang sangat kecil. LASER adalah akronim untuk Amplifikasi Cahaya dari Stimulasi Emisi Radiasi.
Sementara dioda laser memiliki lapisan aktif tambahan dari galium arsenide (intrinsik) gallium yang memiliki ketebalan hanya beberapa nanometer, diapit antara lapisan P dan N, secara efektif menciptakan dioda PIN (P-tipe tipe-Intrinsik tipe-N). Di dalam lapisan inilah sinar laser dihasilkan.
Setelah tetap pada level itu untuk durasi yang sangat singkat, atom kembali ke keadaan dasar awalnya, memancarkan foton dalam proses, Proses ini disebut emisi spontan. Dua proses ini, penyerapan dan emisi spontan, berlangsung di sumber cahaya konvensional.
Dalam hal atom, masih dalam keadaan tereksitasi, dihantam oleh foton luar yang memiliki tepat energi yang diperlukan untuk emisi spontan, foton luar meningkat dengan yang diberikan oleh atom tereksitasi, Selain itu, kedua foton dilepaskan dari keadaan tereksitasi yang sama dalam fase yang sama,
Proses ini, yang disebut emisi terstimulasi, adalah dasar untuk fungsi dioda laser (ditunjukkan pada gambar di atas). Dalam proses ini, kuncinya adalah foton yang memiliki panjang gelombang persis sama dengan cahaya yang akan dipancarkan.
Ini menghasilkan peningkatan energi memancarkan satu panjang gelombang tertentu (cahaya monokromatik), berjalan secara koheren dalam arah tertentu yang tetap. Proses ini disebut amplifikasi oleh stimulasi emisi.
Jumlah atom di tingkat mana pun pada waktu tertentu disebut populasi tingkat itu. Biasanya, ketika material tidak tereksitasi secara eksternal, populasi dari tingkat bawah atau keadaan dasar lebih besar dari pada tingkat atas.
Ketika populasi tingkat atas melebihi tingkat yang lebih rendah, yang merupakan pembalikan dari hunian normal, proses ini disebut inversi populasi. Situasi ini sangat penting untuk tindakan laser. Untuk setiap emisi yang terstimulasi.
Adalah perlu bahwa tingkat energi atas atau bertemu dengan keadaan stabil harus memiliki masa hidup yang panjang, yaitu, atom harus berhenti pada keadaan stabil bertemu untuk lebih banyak waktu daripada pada tingkat yang lebih rendah.
Jadi, untuk aksi laser, mekanisme pemompaan (menggairahkan dengan sumber eksternal) harus berasal dari semacam itu, untuk mempertahankan populasi atom yang lebih tinggi di tingkat energi atas dibandingkan dengan di tingkat yang lebih rendah.
Dalam dioda laser, bagaimanapun, sinar laser tidak diproduksi sampai level arus mencapai level ambang ketika emisi yang distimulasi mulai terjadi. Arus ambang biasanya lebih dari 80% dari arus maksimum yang akan dilewati perangkat sebelum dihancurkan! Untuk alasan ini, arus melalui dioda laser harus diatur dengan hati-hati.
Masalah lain adalah bahwa emisi foton sangat tergantung pada suhu, dioda sudah dioperasikan mendekati batasnya sehingga menjadi panas, sehingga mengubah jumlah cahaya yang dipancarkan (foton) dan arus dioda.
Pada saat dioda laser bekerja dengan efisien, ia beroperasi di ambang kerusakan! Jika arus berkurang dan jatuh di bawah ambang batas, emisi yang distimulasi berhenti; hanya terlalu banyak arus dan dioda rusak.
Ketika lapisan aktif diisi dengan foton berosilasi, sebagian (biasanya sekitar 60%) dari cahaya lolos dalam sinar datar yang sempit dari tepi chip dioda. Seperti ditunjukkan di gambar bawah, beberapa cahaya residu juga lolos di tepi yang berlawanan dan digunakan untuk mengaktifkan Photodioda, yang mengubah cahaya kembali menjadi arus listrik.
Arus ini digunakan sebagai umpan balik ke rangkaian driver dioda otomatis, untuk mengukur aktivitas dalam dioda laser dan karenanya pastikan dengan mengendalikan arus melalui dioda laser, sehingga arus dan keluaran cahaya tetap pada tingkat yang konstan dan aman.
Laser berdaya rendah digunakan dalam semakin banyak aplikasi yang sudah dikenal termasuk pemutar dan perekam CD dan DVD, pembaca kode batang, sistem keamanan, komunikasi optik dan instrumen bedah
Aplikasi industri: Ukiran, memotong, memotong, mengebor, mengelas, dll.
Aplikasi medis: menghilangkan jaringan yang tidak diinginkan, diagnostik sel kanker menggunakan fluoresensi, pengobatan gigi. Secara umum, hasil menggunakan laser lebih baik daripada hasil menggunakan pisau bedah.
Dioda Laser yang digunakan untuk Telekomunikasi: Di bidang telekomunikasi 1.3 μm dan dioda laser pita 1.55 μm yang digunakan sebagai sumber cahaya utama untuk laser serat silika memiliki lebih sedikit kehilangan transmisi di pita. Dioda laser dengan pita berbeda digunakan untuk sumber pemompaan untuk amplifikasi optik atau untuk tautan optik jarak pendek.
Jadi, ini semua tentang Prinsip Kerja Dioa Laser dan Fungsi dioda laser dan Aplikasinya. Saya harap dengan membaca artikel ini Anda telah memperoleh beberapa pengetahuan dasar tentang Prinsip Kerja Dioa Laser dan Fungsi dioda laser dan Aplikasinya.
Sistem lensa yang memfokuskan cahaya memiliki panjang fokus tetap, tetapi panjang fokus yang dibutuhkan untuk memfokuskan berbagai panjang gelombang (warna) cahaya berbeda. Oleh karena itu, setiap warna akan fokus pada titik yang berbeda, menyebabkan penyimpangan berwarna 'chromatic aberration'.
Lampu dioda laser hanya mengandung satu frekuensi. Oleh karena itu, dapat difokuskan bahkan oleh sistem lensa sederhana ke titik yang sangat kecil. Tidak ada penyimpangan warna karena hanya ada satu panjang gelombang, juga semua energi dari sumber cahaya terkonsentrasi menjadi titik cahaya yang sangat kecil. LASER adalah akronim untuk Amplifikasi Cahaya dari Stimulasi Emisi Radiasi.
Konstruksi Dioda Laser
Gambar di atas menunjukkan konstruksi disederhanakan dari dioda laser, yang mirip dengan dioda pemancar cahaya (LED). Menggunakan gallium arsenide didoping dengan unsur-unsur seperti selenium, aluminium, atau silikon untuk menghasilkan tipe P dan tipe N bahan semikonduktor.Sementara dioda laser memiliki lapisan aktif tambahan dari galium arsenide (intrinsik) gallium yang memiliki ketebalan hanya beberapa nanometer, diapit antara lapisan P dan N, secara efektif menciptakan dioda PIN (P-tipe tipe-Intrinsik tipe-N). Di dalam lapisan inilah sinar laser dihasilkan.
Bagaimana Prinsip Kerja Dioda Laser?
Setiap atom menurut teori kuantum, hanya dapat memberi energi dalam tingkat energi diskrit tertentu. Biasanya, atom berada dalam keadaan energi terendah atau keadaan dasar. Ketika sumber energi yang diberikan kepada atom-atom dalam keadaan dasar dapat bersemangat untuk pergi ke salah satu tingkat yang lebih tinggi. Proses ini disebut penyerapan.Setelah tetap pada level itu untuk durasi yang sangat singkat, atom kembali ke keadaan dasar awalnya, memancarkan foton dalam proses, Proses ini disebut emisi spontan. Dua proses ini, penyerapan dan emisi spontan, berlangsung di sumber cahaya konvensional.
Dalam hal atom, masih dalam keadaan tereksitasi, dihantam oleh foton luar yang memiliki tepat energi yang diperlukan untuk emisi spontan, foton luar meningkat dengan yang diberikan oleh atom tereksitasi, Selain itu, kedua foton dilepaskan dari keadaan tereksitasi yang sama dalam fase yang sama,
Proses ini, yang disebut emisi terstimulasi, adalah dasar untuk fungsi dioda laser (ditunjukkan pada gambar di atas). Dalam proses ini, kuncinya adalah foton yang memiliki panjang gelombang persis sama dengan cahaya yang akan dipancarkan.
Amplifikasi dan Inversi Populasi
Ketika kondisi yang menguntungkan diciptakan untuk emisi terstimulasi, semakin banyak atom dipaksa untuk memancarkan foton sehingga memulai reaksi berantai dan melepaskan sejumlah besar energi.Ini menghasilkan peningkatan energi memancarkan satu panjang gelombang tertentu (cahaya monokromatik), berjalan secara koheren dalam arah tertentu yang tetap. Proses ini disebut amplifikasi oleh stimulasi emisi.
Jumlah atom di tingkat mana pun pada waktu tertentu disebut populasi tingkat itu. Biasanya, ketika material tidak tereksitasi secara eksternal, populasi dari tingkat bawah atau keadaan dasar lebih besar dari pada tingkat atas.
Ketika populasi tingkat atas melebihi tingkat yang lebih rendah, yang merupakan pembalikan dari hunian normal, proses ini disebut inversi populasi. Situasi ini sangat penting untuk tindakan laser. Untuk setiap emisi yang terstimulasi.
Adalah perlu bahwa tingkat energi atas atau bertemu dengan keadaan stabil harus memiliki masa hidup yang panjang, yaitu, atom harus berhenti pada keadaan stabil bertemu untuk lebih banyak waktu daripada pada tingkat yang lebih rendah.
Jadi, untuk aksi laser, mekanisme pemompaan (menggairahkan dengan sumber eksternal) harus berasal dari semacam itu, untuk mempertahankan populasi atom yang lebih tinggi di tingkat energi atas dibandingkan dengan di tingkat yang lebih rendah.
Mengontrol Dioda Laser
Dioda laser dioperasikan pada arus yang jauh lebih tinggi, biasanya sekitar 10 kali lebih besar dari dioda LED normal. Gambar di bawah ini membandingkan grafik output cahaya dari LED normal dan dioda laser. Dalam dioda LED, output cahaya meningkat dengan mantap seiring dengan meningkatnya arus dioda.Dalam dioda laser, bagaimanapun, sinar laser tidak diproduksi sampai level arus mencapai level ambang ketika emisi yang distimulasi mulai terjadi. Arus ambang biasanya lebih dari 80% dari arus maksimum yang akan dilewati perangkat sebelum dihancurkan! Untuk alasan ini, arus melalui dioda laser harus diatur dengan hati-hati.
Masalah lain adalah bahwa emisi foton sangat tergantung pada suhu, dioda sudah dioperasikan mendekati batasnya sehingga menjadi panas, sehingga mengubah jumlah cahaya yang dipancarkan (foton) dan arus dioda.
Pada saat dioda laser bekerja dengan efisien, ia beroperasi di ambang kerusakan! Jika arus berkurang dan jatuh di bawah ambang batas, emisi yang distimulasi berhenti; hanya terlalu banyak arus dan dioda rusak.
Ketika lapisan aktif diisi dengan foton berosilasi, sebagian (biasanya sekitar 60%) dari cahaya lolos dalam sinar datar yang sempit dari tepi chip dioda. Seperti ditunjukkan di gambar bawah, beberapa cahaya residu juga lolos di tepi yang berlawanan dan digunakan untuk mengaktifkan Photodioda, yang mengubah cahaya kembali menjadi arus listrik.
Arus ini digunakan sebagai umpan balik ke rangkaian driver dioda otomatis, untuk mengukur aktivitas dalam dioda laser dan karenanya pastikan dengan mengendalikan arus melalui dioda laser, sehingga arus dan keluaran cahaya tetap pada tingkat yang konstan dan aman.
Aplikasi Dioda Laser
Modul Dioda Laser ideal untuk aplikasi seperti sains kehidupan, industri, atau instrumentasi ilmiah. Modul Dioda Laser tersedia dalam berbagai macam panjang gelombang, daya output, atau bentuk balok.Laser berdaya rendah digunakan dalam semakin banyak aplikasi yang sudah dikenal termasuk pemutar dan perekam CD dan DVD, pembaca kode batang, sistem keamanan, komunikasi optik dan instrumen bedah
Aplikasi industri: Ukiran, memotong, memotong, mengebor, mengelas, dll.
Aplikasi medis: menghilangkan jaringan yang tidak diinginkan, diagnostik sel kanker menggunakan fluoresensi, pengobatan gigi. Secara umum, hasil menggunakan laser lebih baik daripada hasil menggunakan pisau bedah.
Dioda Laser yang digunakan untuk Telekomunikasi: Di bidang telekomunikasi 1.3 μm dan dioda laser pita 1.55 μm yang digunakan sebagai sumber cahaya utama untuk laser serat silika memiliki lebih sedikit kehilangan transmisi di pita. Dioda laser dengan pita berbeda digunakan untuk sumber pemompaan untuk amplifikasi optik atau untuk tautan optik jarak pendek.
Jadi, ini semua tentang Prinsip Kerja Dioa Laser dan Fungsi dioda laser dan Aplikasinya. Saya harap dengan membaca artikel ini Anda telah memperoleh beberapa pengetahuan dasar tentang Prinsip Kerja Dioa Laser dan Fungsi dioda laser dan Aplikasinya.