Pengertian Dioda Laser dan Aplikasinya

Dioda Laser (Laser Diode) adalah komponen semikonduktor yang dapat menghasilkan radiasi koheren yang dapat dilihat oleh mata ataupun dalam bentuk spektrum infra merah (Infrared/IR) ketika dialiri arus lisrik. Yang dimaksud dengan radiasi koheren adalah radiasi dimana semua gelombang berasal dari satu sumber yang sama dan berada pada frekuensi dan fasa yang sama juga.

Kata Laser merupakan singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation yang artinya adalah mekanisme dari suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik melalui proses pancaran terstimulasi. Radiasi elektromagnetik tersebut ada yang bisa dilihat oleh mata normal, ada juga yang tidak dapat dilihat.

Panjang Gelombang (Wavelength) terlihat yang terbuat dari GaAs Dioda Laser pertama kali diperkenalkan oleh Nick Holonyak Jr yaitu seorang ilmuwan yang bekerja di General Electric pada tahun 1962. Pada dasarnya, dioda laser hanyalah salah satu jenis perangkat ataupun teknologi yang dapat menghasilkan sinar laser. Jenis-jenis perangkat ataupun teknologi lainnya yang dapat menghasilkan sinar Laser diantaranya adalah Solid-State Laser, Laser Gas, Dye Laser dan Laser Excimer.

Baca juga :

Bentuk dan Simbol Dioda Laser

bentuk dan simbol dioda laser


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.

Prinsip Kerja Dioda Laser - Fungsi dan Aplikasinya

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.

Prinsip Kerja Dioda Laser - Fungsi dan Aplikasinya

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.

Prinsip Kerja Dioda Laser - Fungsi dan Aplikasinya

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.

Prinsip Kerja Dioda Laser - Fungsi dan Aplikasinya

Kelebihan Dioda Laser dibandingkan dengan Laser Konvensional

Berikut ini adalah beberapa kelebihan Dioda Laser jika dibandingkan dengan teknologi konvensional penghasil Laser lainnya :
Lebih kecil dan Ringan : Dioda Laser memiliki ukuran yang kecil, ada jenis Dioda Laser tertentu yang berukuran kurang dari 1mm dengan beratnya kurang dari 1gram. Dengan demikian, Dioda Laser sangat cocok untuk digunakan pada perangkat Elektronika yang berukuran kecil atau portabel.
Membutuhkan Arus listrik, Tegangan dan Daya yang rendah : Kebanyakan Dioda Laser hanya membutuhkan daya beberapa miliWatt dengan tegangan di sekitar 3 Volt hingga 12 Volt DC. Oleh karena itu, Dioda Laser dapat beroperasi dengan menggunakan sumber daya Baterai.
Intensitas rendah : Dioda Laser memiliki intensitas yang sangat rendah dibandingkan dengan perangkat laser lainnya. Namun Dioda Laser memiliki efisiensi output koheren yang tinggi dan kemudahan dalam modulasi untuk komunikasi dan aplikasi pengendalian. Perlu diketahui bahwa, Dioda Laser tidak dapat digunakan untuk memotong kertas ataupun melubangi baja sehingga relatif aman untuk digunakan pada perangkat konsumen atau rumah tangga. Meskipun relatif aman, tetap disarankan untuk tidak melihat langsung sinar Laser yang dipancarkan oleh perangkat-perangkat tersebut karena beresiko untuk merusak bagian-bagian sensitif Mata yaitu selaput Retina pada mata.
Sudut Beam yang lebar (Wide-angle Beam) : Bentuk berkas sinar yang lebih lebar dan berbentuk kerucut dan dapat lebih mudah dimodifikasi dengan menggunakan sebuah lensa cembung. Hal ini agak berbeda dengan Laser Konvensional yang hanya berbentuk lurus dan sulit untuk di dimodifikasi kelebarannya.

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.

Jenis Dioda Laser Cara Kerjanya

Pada dasarnya, Dioda Laser hampir sama dengan Lampu LED yaitu dapat mengkonversi energi listrik menjadi energi cahaya, namun Dioda Laser dapat menghasilkan sinar/cahaya atau Beam dengan Intensitas yang lebih tinggi. Berikut ini adalah Struktur Dioda Laser (Laser Diode) :
struktur dioda laser


Berdasarkan cara kerjanya, Dioda Laser dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu Injection Laser Diode (ILD) dan Optically Pumped Semiconductor Laser.

Injection Laser Diode (ILD)

Cara kerja Injection Laser Diode memiliki berbagai kemiripan dengan LED (Light Emitting Diode). Kedua-duanya dibuat berdasarkan proses dan teknologi yang hampir sama. Perbedaan utama pada Dioda Laser adalah adanya sebuah saluran atau kanal panjang yang sempit dengan ujung yang reflektif. Kanal tersebut berfungsi sebagai penuntun gelombang pada cahaya. Kanal tersebut biasanya disebut dengan Waveguide.
Pada pengoperasiannya, arus mengalir melalui persimpangan PN (PN Junction) dan menghasilkan cahaya seperti pada LED (Light Emitting Diode). Pancaran Fotonnya (Photon) disebabkan oleh bergabungnya kembali Elektron dan Lubang (Holes) di daerah persimpangan PN. Namun cahaya tersebut hanya dibatasi didalam waveguide (penuntun cahaya) pada Dioda Laser sendiri. Di Waveguide ini cahaya Laser direfleksikan dan kemudian diperkuat sehingga menghasilkan emisi terstimulasi sebelum dipancar keluar.

Optically Pumped Semiconductor Laser

Optically Pumped Semiconductor Laser atau disingkat dengan OPSL ini menggunakan chip semikonduktor III-V sebagai dasarnya, Chip semikonduktor ini bekerja sebagai media penguat optik. Dioda Laser yang terdapat didalamnya berfungsi sebagai sumber pompa. Terdapat beberapa Keuntungan dari Dioda Laser jenis Optically Pumped Semiconductor Laser ini, terutama dalam pemilihan panjang gelombang (wavelenght) dan mengurangi gangguan dari struktur elektroda internal.
Next Post Previous Post