Apa Itu Dioda Laser?

Perangkat semikonduktor yang menghasilkan cahaya koheren dengan intensitas tinggi dikenal sebagai dioda laser. LASER adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Emisi yang dirangsang adalah dasar kerja dioda laser.

Dioda laser mirip dengan LED, namun berbeda dengan LED, sambungan PN dari dioda laser menghasilkan radiasi yang koheren. Radiasi koheren artinya gelombang cahaya yang dibangkitkan oleh perangkat memiliki frekuensi dan fase yang sama.

Konstruksi Dioda Laser

Gambar di bawah ini menunjukkan konstruksi dasar dioda laser:

Ini dibentuk oleh doping aluminium atau silikon ke bahan galium arsenida untuk menghasilkan lapisan tipe-n dan tipe-p. Bersamaan dengan ini, lapisan aktif tambahan GaAs yang tidak diop ditempatkan di antara dua lapisan.

Ketebalan lapisan aktif ini hanya beberapa nanometer. Tujuan mengapit lapisan ini di antara lapisan tipe p dan n adalah untuk meningkatkan luas kombinasi elektron dan lubang. Akibatnya meningkatkan radiasi yang dipancarkan. Keluaran laser diambil dari daerah aktif dioda laser.

Pada dioda laser, pemolesan pada kedua ujung sambungan dilakukan untuk menghasilkan permukaan seperti cermin. Melalui refleksi dari permukaan ini, lebih banyak elektron dan pasangan lubang dihasilkan. Hasilnya menghasilkan lebih banyak radiasi melalui perangkat.

Cara Kerja Dioda Laser

Cara kerja dioda laser melibatkan 3 proses: penyerapan, emisi spontan, dan emisi terstimulasi.

Mari kita pahami dulu proses penyerapan.

Pertimbangkan 2 tingkat energi E1 dan E2. Untuk kesederhanaan mari kita asumsikan E1 adalah tingkat energi yang lebih rendah dan E2 adalah tingkat energi yang lebih tinggi.

Awalnya, diasumsikan bahwa atom berada pada keadaan energi yang lebih rendah yaitu E1. Untuk mendapatkan transisi dari tingkat energi yang lebih rendah ke yang lebih tinggi, atom perlu mengatasi perbedaan energi antara dua tingkat, yang diberikan oleh, E2 - E1.

Jadi, beberapa stimulus eksternal diberikan ke atom yang ada di keadaan dasar. Jadi, gelombang elektromagnetik frekuensi ν diberikan ke atom di permukaan tanah. Gelombang ini memberikan energi yang cukup ke elektron untuk mengkompensasi perbedaan energi dan mengalami transisi dari E1 ke E2. Proses ini dikenal sebagai absorpsi.

Melangkah lebih jauh sekarang memahami proses emisi spontan.

Karena absorpsi, atom berada pada tingkat energi E2. Jadi, saat umur atom berakhir, ia sekarang kembali ke tingkat dasar dari tingkat energi yang lebih tinggi. Saat kembali ke permukaan tanah, atom memancarkan perbedaan energi dari dua tingkat energi yaitu, E2 - E1.

Energi ini dipancarkan oleh atom dalam bentuk gelombang elektromagnetik, menghasilkan energi foton. Proses ini disebut emisi spontan.

Fenomena emisi radiasi ini biasanya terlihat pada perangkat optoelektronik seperti LED.

Sekarang mari kita pahami proses emisi terstimulasi

Misalkan setelah absorpsi, atom berada pada tingkat energi yang lebih tinggi sebelum habis masa pakainya. Jadi, gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi atom yang dipancarkan secara spontan disediakan untuk atom.

Hal ini menyebabkan atom melakukan transisi dari E2 ke E1. Sekarang, kali ini atom akan melepaskan energi dua foton dalam transisi ini.

Karena kami telah memasukkan seluruh rakitan persimpangan dengan cermin yang memantulkan sebagian. Dengan demikian, hal ini akan menyebabkan pergerakan atom maju mundur. Hasilnya, ini akan menghasilkan lebih banyak foton.

Segera setelah ambang batas tercapai, foton akan lolos dari permukaan cermin, radiasi koheren terang dipancarkan oleh perangkat.

Seperti pada saat emisi terstimulasi, kami menyediakan energi foton ke atom. Sehingga foton yang dipancarkan akan berada pada fase yang sama dengan foton yang datang. Sehingga, menghasilkan cahaya terang monokromatik.

Bentuk dan Simbol Dioda Laser

Dibawah ini adalah gambar Bentuk dan Simbol Dioda Laser pada Rangkaian.

Jenis Dioda Laser

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) :

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.

Karakteristik Dioda Laser

Gambar di bawah ini menunjukkan kurva karakteristik dioda laser:

Di sini, garis horizontal menunjukkan arus dan garis vertikal menunjukkan kekuatan optik cahaya yang dihasilkan. Dapat dilihat dengan jelas dari gambar bahwa peningkatan daya secara bertahap diperhatikan sampai titik ambang tercapai.

Setelah nilai ambang batas, peningkatan daya yang cepat terlihat bahkan untuk peningkatan kecil pada arus. Daya yang dihasilkan oleh dioda laser juga bergantung pada suhu yang terkait dengan perangkat.

Properti Sinar Laser

Sinar laser yang dipancarkan oleh dioda laser memiliki properti berikut:

• Koherensi: Ini adalah properti laser yang penting, yang ada karena emisi terstimulasi. Ini hanya menunjukkan bahwa panjang gelombang gelombang cahaya yang dipancarkan berada dalam fase. Ketika kita berbicara tentang sumber cahaya biasa misalnya LED, maka itu tidak menunjukkan sifat koherensi karena dihasilkan dari proses emisi foton secara spontan.
• Monokromatisitas: Cahaya yang dipancarkan oleh dioda laser bersifat monokrom yang berarti memiliki panjang gelombang tunggal. Gelombang yang memiliki panjang gelombang tunggal menunjukkan bahwa radiasi yang dipancarkan memiliki warna tunggal.
• Kecerahan: Kecerahan cahaya pada dasarnya ditentukan oleh daya per satuan luas permukaan per satuan sudut padat. Karena pantulan terus menerus, cahaya dengan intensitas tinggi dan lebih banyak daya dihasilkan oleh dioda laser. Hasilnya memungkinkan generasi cahaya terang melalui perangkat.
• Arah: Sinar laser sangat terarah, ini berarti bahwa cahaya yang dipancarkan oleh dioda laser tidak menunjukkan banyak perbedaan. Arah dalam dioda laser dicapai karena foton yang dipancarkan menjalani banyak refleksi melalui cermin. Setiap kali cahaya menyimpang dari porosnya, ia akan dilewati. Jadi, hanya berkas cahaya yang sangat terfokus yang dicapai.

Kelebihan Dioda Laser dibandingkan dengan Laser Konvensional

Berikut ini adalah beberapa kelebihan Dioda Laser jika dibandingkan dengan teknologi konvensional penghasil Laser lainnya :

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

Kekurangan Dioda Laser

1. Karena memberikan cahaya dengan kepadatan tinggi, terkadang menimbulkan efek buruk pada mata.
2. Itu mahal.

Aplikasi Dioda Laser

Dioda laser banyak digunakan dalam telekomunikasi dan industri pertahanan. Komunikasi serat optik juga menggunakan sinar laser untuk transmisi sinyal karena serat optik memerlukan sinar yang sangat terfokus. Ini sangat digunakan dalam printer laser juga. 

Share :

You may like these posts: