Bengkeltv.id – Memahami Dasar Teknologi : Cara Kerja Dioda Laser. Dioda laser, atau yang lebih dikenal sebagai laser, merupakan salah satu inovasi teknologi yang memiliki peran penting dalam berbagai bidang, mulai dari industri hingga kehidupan sehari-hari. Keunggulan dioda laser terletak pada kemampuannya menghasilkan cahaya koheren yang fokus dan intens, sehingga banyak digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pemindai barcode, pemotong laser, dan bahkan pengobatan medis.
Namun, bagaimana sebenarnya dioda laser bekerja? Apa prinsip dasar di balik kemampuannya menghasilkan cahaya yang sangat terfokus? Artikel ini akan membahas secara rinci cara kerja dioda laser dan bagaimana teknologi ini menjadi bagian integral dari perkembangan teknologi modern.
Pengertian Dioda Laser
Dioda laser merupakan jenis dioda yang pada tahap tertentu dapat menghasilkan radiasi kohern dalam bentuk spektrum inframerah. Dalam bahasa Inggris, dioda laser sering disebut sebagai laser diode.
Ketika arus listrik berasal dari satu sumber tegangan dengan frekuensi dan fasa yang sama, gelombang tersebut akan menghasilkan radiasi kohern. Langkah berikutnya adalah pembentukan spektrum inframerah.
Apabila sebuah perangkat memancarkan sinar inframerah, proses pemancaran yang terstimulasi tersebut akan menghasilkan radiasi elektromagnetik. Meskipun begitu, sinar laser yang dipancarkan oleh perangkat bisa memiliki variasi yang signifikan. Beberapa dapat terlihat dengan mata telanjang, sementara yang lain tidak dapat. Oleh karena itu, pengamatan sinar laser yang dihasilkan memerlukan penggunaan alat bantu khusus.
Gambar Simbol Dioda Laser
Dalam konteks rangkaian elektronika, simbol dioda laser memiliki lambang gambar yang mudah dikenali. Simbol dioda laser dapat diidentifikasi melalui ilustrasi pada gambar berikut:
Apa Saja Fungsi Dioda Laser?
Perbedaan utama dioda laser dengan dioda lainnya terletak pada cahaya laser yang dihasilkannya. Pada laser diode, energi listrik yang masuk dapat segera diubah menjadi energi cahaya.
Singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Laser) merujuk pada cahaya yang dihasilkan melalui stimulasi emisi foton. Proses ini menghasilkan cahaya laser dengan panjang gelombang, koherensi, dan fase yang seragam.
Ciri khas lainnya dari dioda laser adalah bahwa cahaya laser yang dihasilkan tidak menyebar; sebaliknya, ia terpancar lurus dan terfokus. Hal ini menjadi penyebab dari produksi energi panas yang tinggi pada tahap akhir.
Fungsi dioda laser melibatkan berbagai aplikasi, antara lain:
- Sebagai alat bantu pengukur jarak.
- Sebagai penunjuk laser.
- Sebagai alat bidik.
- Untuk membaca barcode khusus.
- Digunakan dalam laser pemotong.
- Digunakan dalam peralatan bedah medis.
- Digunakan dalam lampu sorot untuk kebutuhan khusus.
- Digunakan dalam pemutar VCD/DVD.
- Digunakan dalam perangkat spektometri.
- Dipakai dalam komunikasi serat optik, dan berbagai aplikasi lainnya.
Cara Kerja Dioda Laser
Cara kerja dioda laser terbagi dalam tiga langkah utama, melibatkan penyerapan energi, emisi spontan, dan emisi terstimulasi. Untuk pemahaman yang lebih mendalam, berikut adalah penjelasan lebih rinci.
1. Penyerapan energi
Dioda laser terbentuk melalui persimpangan PN yang mengandung elektron dan hole. Ketika tegangan listrik diterapkan pada dioda, elektron di persimpangan PN akan menyerap energi dari sumber tegangan dan beralih ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Hole terbentuk pada tahap awal ketika elektron mengalami eksitasi. Sementara itu, elektron tetap dalam keadaan eksitasi tanpa bergabung dengan hole dalam waktu yang sangat singkat yang disebut sebagai recombination time. Durasi waktu ini terjadi dalam rentang waktu nano detik.
2. Emisi spontan
Setelah melewati fase recombination time, elektron akan menyatu dengan hole yang terdapat di persimpangan PN. Saat terjadi penyatuan tersebut, terjadi transisi energi pada elektron dari tingkat yang tinggi ke tingkat yang lebih rendah.
Perubahan energi ini mengakibatkan pelepasan foton atau radiasi elektromagnetik. Cahaya yang dipancarkan oleh dioda laser merupakan hasil dari pelepasan foton tersebut.
3. Emisi terstimulasi
Diperlukan jumlah foton koheren yang lebih banyak dari dioda laser daripada foton yang dipancarkan melalui proses emisi spontan.
Oleh karena itu, cermin pantul sering dipasang pada kedua sisi dioda untuk menangkap foton yang dipancarkan melalui emisi spontan di persimpangan PN hingga mencapai jumlah ambang batas.
Foton yang tertangkap ini akan memicu elektron yang tereksitasi untuk bergabung kembali dengan hole.
Kondisi ini mengakibatkan pelepasan foton tambahan dalam fase yang sama dengan foton awal, sehingga output foton yang dihasilkan menjadi lebih diperkuat.
Ketika jumlah foton melebihi ambang batas, foton akan lepas dari cermin dan sebagian akan memantul, menghasilkan cahaya koheren monokromatik yang sangat terang.
Kontruksi Dioda Laser
Agar dapat beroperasi dan berfungsi secara optimal, hal tersebut sangat tergantung pada peran dari komponen-komponen penyusun dioda laser.
Beberapa komponen penyusun dioda laser meliputi:
- Kontak Logam
- Semikonduktor Tipe P
- Intrinsik Layer (Area Aktif)
- Semikonduktor Tipe N
- Kontak Logam
Jenis – jenis Dioda Laser
Dioda laser adalah komponen elektronika yang mengonversi energi listrik menjadi energi cahaya. Jika dibandingkan dengan dioda konvensional, cahaya yang dipancarkan oleh dioda laser memiliki beam dengan intensitas yang lebih tinggi.
A. Jenis Dioda Berdasarkan Cara Kerjanya
Berdasarkan prinsip kerjanya, jenis dioda laser dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:
1. Injection Laser Dioda (ILD)
Injection Laser Dioda (ILD) serupa dengan teknologi Light Emitting Dioda (LED), dirancang untuk mengubah energi listrik menjadi energi cahaya. Konstruksinya melibatkan penggunaan waveguide, suatu kanal sempit yang panjang dengan ujung reflektif.
Cahaya yang mengalir melalui waveguide melewati PN junction (persimpangan PN), di mana cahaya yang berasal dari pancaran foton diperkuat. Cahaya yang memasuki PN junction kemudian direfleksikan pada waveguide, mengalami penguatan, dan akhirnya diubah menjadi cahaya yang mengandung emisi terstimulasi yang siap dipancarkan.
2. Optically Pumped Semicondutor Laser (OPSL)
Optically Pumped Semicondutor Laser (OPSL) adalah jenis dioda yang berfungsi sebagai sumber pompa. OPSL umumnya menggunakan chip semikonduktor tipe III-V sebagai media optik.
Chip semikonduktor ini berperan sebagai dasar yang memperkuat optik dan berfungsi sebagai sumber pompa. Dioda laser OPSL memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan versi ILD, salah satunya adalah opsi pemulihan panjang gelombang. Proses pemulihan ini mengurangi gangguan yang mungkin terjadi pada struktur elektroda internal.
B. Jenis Dioda Berdasarkan Strukturnya
Selain berdasarkan cara kerjanya, jenis dioda laser juga dapat dibedakan berdasarkan struktur konstruksinya. Beberapa jenis struktur dioda laser antara lain:
1. Double Heterostructure
Dikenal sebagai dioda double heterostructure karena strukturnya memiliki lapisan selubung gKalian. Artinya, dua jenis lapisan selubung dengan bahan yang berbeda ditempatkan pada persimpangan PN. Penggunaan selubung gKalian pada konstruksinya memberikan beberapa kelebihan, salah satunya adalah meningkatkan penguatan optik yang dihasilkan.
2. Quantum Well
Jenis dioda laser ini disebut quantum well atau dioda sumur quantum karena memiliki lapisan tipis di bagian tengah yang berfungsi sebagai sumur quantum. Untuk mendapatkan energi quantum, elektron harus mengalami proses transisi, yaitu berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah. Dibandingkan dengan dioda double heterostructure, dioda quantum well memiliki tingkat efisiensi yang lebih baik.
3. Separate Confiment Heterostructure
Separate confiment heterostructure merupakan perbaikan dari quantum well. Berbeda dengan dioda quantum well, komponen sumur quantum pada jenis ini lebih kecil dan tipis. Konstruksi separate confiment heterostructure dibuat dengan sistem selubung gKalian yang terpisah. Sumur kuantum yang tipis dan kecil pada jenis ini mempengaruhi efektivitas pancaran cahaya. Maka, penciptaan dioda ini bertujuan untuk menyempurnakan struktur sebelumnya agar fungsinya lebih optimal.
4. Vertical Cavity Surface Emitting
Jika pada tiga dioda sebelumnya rongga optik berada tegak lurus dengan arus listrik, Vertical Cavity Surface Emitting bekerja berbeda. Pada jenis ini, rongga optik berada sepanjang sumbu arus listrik.
Aplikasi Dioda Laser.
Berikut adalah berbagai Aplikasi Dioda Laser yang perlu dipahami:
1. Dunia Medis
Dioda laser digunakan untuk menghilangkan jaringan dan tumor yang tidak diinginkan dalam konteks medis. Selain itu, dioda laser juga diterapkan dalam prosedur pengobatan gigi.
2. Instrumentasi Ilmiah
Instrumen seperti spektrometer, range finder, dan peralatan pengukuran tanpa kontak juga menggunakan dioda laser dalam dunia ilmiah.
3. Peralatan Elektronik
Printer laser, pemutar CD dan DVD, serta sistem komunikasi serat optik turut memanfaatkan dioda laser dalam peralatan elektronik.
4. Dunia Industri
Dalam konteks industri, dioda laser digunakan sebagai sumber sinar laser berintensitas tinggi untuk keperluan pemotongan, pengeboran, dan pengelasan.
5. Telekomunikasi
Dioda laser dengan panjang gelombang 1,3 µm dan 1,55 µm digunakan sebagai sumber cahaya utama dalam infrastruktur telekomunikasi.
Kelebihan dan Kekurangan Dioda Laser
Sudah familiar dengan Cara Kerja Dioda Laser? Selanjutnya, mirip dengan jenis komponen elektronik lainnya, dioda laser memiliki kelebihan dan kekurangan. Berikut adalah poin-poin tersebut:
Kelebihan
- Daya operasional dioda laser lebih rendah dibandingkan dengan perangkat pemancar cahaya lainnya.
- Ukuran dioda laser yang kecil memudahkan dalam penanganannya.
- Cahaya yang dihasilkan oleh dioda laser memiliki tingkat efisiensi yang tinggi.
Kekurangan
- Harga dioda laser relatif lebih mahal dibandingkan dengan perangkat pemancar cahaya lainnya.
- Cahaya yang dihasilkan oleh dioda laser dapat berdampak buruk pada mata.
Pewnutup
Dalam penutup, bengkeltv.id telah menjelajahi secara mendalam mengenai cara kerja dioda laser. Dari konsep dasar hingga implementasi praktisnya, dioda laser membawa revolusi dalam berbagai bidang, mulai dari teknologi komunikasi hingga perawatan medis. Keberhasilan dioda laser tidak hanya terletak pada prinsip optiknya, tetapi juga pada kemampuannya untuk menyempurnakan berbagai aplikasi modern.
Semakin kita memahami prinsip kerja dioda laser, semakin besar potensinya untuk mengubah dunia teknologi di masa depan. Dengan terus mengeksplorasi dan mengembangkan teknologi ini, kita dapat membuka pintu menuju inovasi yang lebih besar dan solusi yang lebih efisien. Dengan demikian, pengetahuan tentang cara kerja dioda laser tidak hanya menjadi aspek ilmiah, tetapi juga kunci untuk menciptakan masa depan yang lebih terang dan canggih.
