Laser adalah balok cahaya yang menakjubkan yang cukup kuat untuk memperbesar mil ke langit atau menembus gumpalan logam.
Meskipun penemuan mereka tampak baru, mereka benar-benar telah bersama kita selama lebih dari setengah abad: teori ini ditemukan pada tahun 1958; laser praktis pertama dibangun pada tahun 1960. Pada saat itu, laser adalah contoh mendebarkan ilmu mutakhir: agen rahasia 007, James Bond, hampir dipotong setengahnya oleh sinar laser di film Goldfinger 1964. Tapi selain penjahat Bond, tidak ada orang lain yang tahu apa yang harus dilakukan dengan laser; Terkenal, mereka digambarkan sebagai "solusi mencari masalah." Hari ini, kita semua memiliki laser di rumah kita (di pemutar CD dan DVD), di kantor kami (di printer laser), dan di toko tempat kami berbelanja (di pemindai kode batang). Pakaian kami dipotong dengan laser, kami memperbaiki penglihatan kami dengan mereka, dan kami mengirim dan menerima email melalui Internet dengan sinyal bahwa laser mematikan kabel serat optik. Entah kita menyadarinya atau tidak, kita semua menggunakan laser sepanjang hari, tapi berapa banyak dari kita yang benar-benar mengerti apa itu atau bagaimana kinerjanya?
Ide dasar laser itu sederhana. Ini adalah tabung yang memusatkan cahaya berulang-ulang sampai muncul dengan sinar yang sangat kuat. Tapi bagaimana ini bisa terjadi? Apa yang terjadi di dalam laser? Mari kita lihat lebih dekat!
Foto: Eksperimen ilmiah untuk memeriksa keselarasan peralatan optik menggunakan sinar laser, yang dilakukan di Angkatan Laut AS Naval Surface Warfare Center (NSWC). Foto oleh Greg Vojtko milik Angkatan Laut Amerika Serikat.
Apa itu laser?
Laser lebih dari sekedar senter yang kuat. Perbedaan antara cahaya biasa dan sinar laser seperti perbedaan antara riak di bak mandi dan ombak besar di laut. Anda mungkin pernah memperhatikan bahwa jika Anda menggerakkan tangan Anda ke depan dan ke belakang di bak mandi, Anda bisa membuat gelombang yang cukup kuat. Jika Anda terus menggerakkan tangan Anda seiring dengan gelombang yang Anda buat,
ombaknya akan semakin besar. Bayangkan melakukan ini beberapa juta kali di lautan terbuka. Tak lama kemudian, Anda akan memiliki gelombang pegunungan yang menjulang di kepala Anda! Laser melakukan sesuatu yang mirip dengan gelombang cahaya. Ini dimulai dengan cahaya lemah dan terus menambahkan lebih banyak energi sehingga gelombang cahaya menjadi semakin terkonsentrasi.
Jika Anda bahkan pernah melihat laser di lab sains, Anda akan melihat dua perbedaan penting secara langsung:
Dimana senter menghasilkan cahaya "putih" (campuran dari semua warna berbeda, yang dibuat oleh gelombang cahaya dari semua frekuensi yang berbeda), laser membuat apa yang disebut cahaya monokromatik (dengan frekuensi dan warna tunggal yang sangat presisi - sering berwarna merah atau hijau terang atau terang sebuah "warna" tak terlihat seperti inframerah atau ultraviolet).
Di mana sinar senter menyebar melalui lensa menjadi kerucut pendek dan cukup kabur, laser memancarkan sinar yang jauh lebih ketat dan sempit di jarak yang jauh lebih lama (kami katakan itu sangat collimated).
Ada perbedaan penting ketiga yang tidak akan Anda sadari:
Di mana gelombang cahaya di balok senter tercampur aduk (dengan puncak beberapa balok yang dicampur dengan palung orang lain), gelombang di sinar laser tepat pada waktunya: puncak setiap gelombang berbaris dengan puncak setiap gelombang lainnya Kita katakan bahwa sinar laser adalah koheren. Bayangkan seberkas sinar senter sebagai kerumunan komuter, mendorong dan mendorong, berdesak-desakan menuruni platform stasiun kereta api; Sebagai perbandingan, sinar laser seperti parade tentara yang berbaris tepat pada langkahnya.
Ketiga hal ini membuat sinar laser yang tepat, kuat, dan sangat berguna.
Bagaimana tabung flash dan kristal membuat sinar laser?
Bagaimana laser bekerja?
Pasokan listrik bertegangan tinggi membuat tabung lampu kilat menyala dan mati.
Setiap kali tabung berkedip, itu "memompa" energi ke dalam kristal rubi. Kilatan itu membuat menyuntikkan energi ke dalam kristal dalam bentuk foton.
Atom di kristal rubi (gumpalan hijau besar) menyerap energi ini dalam proses yang disebut penyerapan. Atom menyerap energi ketika elektron mereka beralih ke tingkat energi yang lebih tinggi. Setelah beberapa milidetik, elektron kembali ke tingkat energi awal mereka (ground state) dengan memberikan foton cahaya (gumpalan biru kecil). Ini disebut emisi spontan.
Foton yang diberikan atom membesar naik turun di dalam kristal rubi, melaju dengan kecepatan cahaya.
Sering sekali, salah satu foton ini merangsang atom yang sudah senang. Ketika ini terjadi, atom yang bersemangat mengeluarkan foton dan kami mendapatkan foton asli kami kembali juga. Ini disebut emisi terstimulasi. Sekarang satu foton cahaya telah menghasilkan dua, jadi cahaya telah diperkuat (meningkat dalam kekuatan). Dengan kata lain, "amplifikasi cahaya" (peningkatan jumlah cahaya) disebabkan oleh "emisi radiasi terstimulasi" (oleh karena itu nama "laser", karena memang itulah cara kerja laser!)
Sebuah cermin di salah satu ujung tabung laser membuat foton memantul bolak-balik di dalam kristal.
Sebuah cermin parsial di ujung lain tabung memantulkan beberapa foton kembali ke kristal tapi membiarkan beberapa pelarian.
Foton yang melarikan diri membentuk sinar laser kuat yang sangat terkonsentrasi.