Jenis Laser 101: Panduan Anda untuk Klasifikasi Laser

Laser dapat diklasifikasikan dengan berbagai cara, biasanya berdasarkan media aktif, metode eksitasi, mode keluaran, dan rentang panjang gelombang.

Klasifikasi berdasarkan media aktif membagi laser menjadi laser solid-state, gas, cair, dan semikonduktor.

Lebih jauh lagi, laser dapat dikategorikan berdasarkan outputnya sebagai gelombang kontinu atau berdenyut.

(1) Laser Solid-State

Laser solid-state menggunakan bahan seperti ruby, kaca neodymium, dan yttrium aluminium garnet (YAG), di mana sejumlah kecil ion didoping secara seragam ke dalam kristal atau kaca inang. Ion yang didoping, yang dikenal sebagai ion aktif, bertanggung jawab atas emisi laser. Ion logam transisi seperti kromium (Cr³⁺) dan ion logam tanah jarang seperti neodymium (Nd³⁺) dan erbium dapat berfungsi sebagai ion aktif.

Laser ini biasanya dieksitasi oleh cahaya, dengan sumber cahaya berdenyut yang umum termasuk lampu flash xenon, dan sumber kontinu seperti lampu busur kripton, lampu tungsten yodium, dan lampu kalium rubidium. Pada laser kecil yang tahan lama, dioda pemancar cahaya atau cahaya matahari dapat digunakan sebagai sumber eksitasi. Beberapa laser solid-state baru juga dieksitasi oleh laser lain.

Laser solid-state memiliki ukuran yang ringkas, kokoh, mudah digunakan, dan daya output yang tinggi. Daya kontinu mereka dapat melebihi 100W, sementara daya puncak pulsa dapat mencapai hingga 10⁹W. Namun demikian, karena persiapan media aktif yang rumit, harganya cenderung mahal.

(2) Laser Gas

Laser gas menggunakan gas atau uap logam sebagai media aktif, biasanya terkandung dalam tabung pelepasan untuk menghasilkan ion aktif. Metode eksitasi utamanya meliputi listrik, aerodinamis, fotonik, dan kimiawi, dengan listrik sebagai metode yang paling umum.

Di bawah kondisi pelepasan yang tepat, partikel gas secara selektif tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi, menciptakan inversi jumlah partikel antara ini dan tingkat energi yang lebih rendah, yang mengarah ke transisi emisi terstimulasi. Laser gas dapat berupa laser atom, ionik, molekuler, atau excimer.

Laser gas molekuler sering kali menggunakan CO₂ sebagai media, terutama memancarkan panjang gelombang inframerah, yang karena efek termalnya yang tinggi, biasanya digunakan dalam pemotongan laseraplikasi medis, dan pemrosesan mekanis, serta untuk jangkauan dan komunikasi. Laser excimer memancarkan dalam rentang ultraviolet dan digunakan dalam pemesinan halus, fotolitografi, dan kedokteran.

Laser gas dicirikan oleh konstruksinya yang sederhana, biaya rendah, kenyamanan, kualitas sinar yang baik, dan kemampuan untuk beroperasi secara terus menerus dan stabil dalam waktu yang lama. Laser ini merupakan jenis laser yang paling beragam dan banyak digunakan.

(3) Laser Cair

Laser cair, juga dikenal sebagai laser pewarna, menggunakan pewarna organik sebagai media aktif yang dilarutkan dalam pelarut seperti etanol, aseton, atau air, tetapi juga dapat beroperasi dalam bentuk uap. Pewarna organik yang umum termasuk rhodamine, coumarin, dan phthalocyanine, yang memungkinkan dihasilkannya panjang gelombang laser yang berbeda dalam rentang yang terlihat. Laser cair sering kali dipompa secara optik, baik dengan laser atau lampu kilat.

Cakupan panjang gelombangnya berkisar dari ultraviolet hingga inframerah (321nm hingga 1,168μm), yang dapat diperluas ke dalam rentang ultraviolet vakum menggunakan teknik penggandaan frekuensi. Keunggulan laser cair mencakup output kontinu yang dapat disetel pada rentang yang luas dan terutama digunakan dalam penelitian ilmiah dan kedokteran, seperti spektroskopi laser, fotokimia, pemisahan isotop, dan fotobiologi.

(4) Laser Semikonduktor

Laser semikonduktor, juga dikenal sebagai dioda laser, memanfaatkan bahan semikonduktor sebagai media aktif. Karena perbedaan struktural, proses pembuatan laser cukup unik untuk berbagai jenis bahan semikonduktor. Bahan aktif yang umum termasuk gallium arsenide (GaAs), kadmium sulfida (CdS), indium fosfida (InP), dan seng sulfida (ZnS).

Ada tiga metode eksitasi utama: injeksi listrik, eksitasi berkas elektron, dan pemompaan optik. Laser semikonduktor dikategorikan ke dalam jenis homojunction, heterojunction tunggal, dan heterojunction ganda. Laser homojunction dan heterojunction tunggal umumnya beroperasi sebagai perangkat berdenyut pada suhu kamar, sedangkan laser heterojunction ganda dapat beroperasi secara terus menerus pada suhu kamar.

Laser semikonduktor ringkas, memiliki masa pakai yang lama, dan dapat dengan mudah dipompa melalui injeksi arus yang sederhana. Tegangan dan arus operasinya kompatibel dengan sirkuit terpadu, memungkinkan integrasi monolitik. Selain itu, mereka dapat dimodulasi secara langsung pada frekuensi hingga 50-100 GHz untuk output laser berkecepatan tinggi.

Karena keunggulan ini, laser semikonduktor banyak digunakan dalam komunikasi laser, penyimpanan optik, giroskop optik, pencetakan laser, pencarian jarak, dan aplikasi radar.

(5) Laser Serat

Laser serat adalah jenis laser solid-state dengan serat yang didoping tanah jarang sebagai media aktif. Sumber pompa laser serat terdiri dari satu atau lebih susunan dioda laser berdaya tinggi. Cahaya pompa yang dipancarkan digabungkan ke dalam serat yang didoping tanah jarang melalui struktur pemompaan khusus. Foton pada panjang gelombang pompa diserap oleh media serat yang didoping, menciptakan inversi populasi yang mengarah ke emisi terstimulasi.

Gelombang cahaya yang dipancarkan dipantulkan oleh cermin resonator, berosilasi untuk menghasilkan output laser. Laser serat memiliki efisiensi penggandengan yang tinggi, dapat dengan mudah mencapai kepadatan daya yang tinggi, dan memiliki pembuangan panas yang sangat baik, sehingga tidak memerlukan sistem pendingin yang besar. Mereka membanggakan efisiensi konversi yang tinggi, ambang batas rendah, kualitas sinar yang unggul, dan lebar garis yang sempit.

Selain itu, laser serat memiliki rongga resonator yang bebas dari lensa optik, sehingga menghasilkan pengoperasian yang bebas perawatan, stabilitas tinggi, dan masa pakai yang sangat lama melebihi 100.000 jam. Hasilnya, laser serat secara bertahap menggantikan jenis laser lainnya dalam aplikasi industri seperti pemotongan, penandaan, dan pengelasan.