LAPORAN RESMI PRAKTIKUM – P1PENGUKURAN INTENSITAS CAHAYA LASER

TRIA NAILUL MUNANRP. 2413031038

ASISTEN

NRP. 2412100xxx

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASIJURUSAN TEKNIK FISIKAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2015

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM – P1PENGUKURAN INTENSITAS CAHAYA LASER

TRIA NAILUL MUNANRP. 2413031038

ASISTEN

NRP. 2412100xxx

ii

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASIJURUSAN TEKNIK FISIKAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2015

ABSTRAK

PRAKTIKUM 1PENGUKURAN INTENSITAS CAHAYA LASER

Nama Mahasiswa : Tria Nailul Muna NRP : 2413 031 038Program Studi : D3 Metrologi dan InstrumentasiJurusan : Teknik Fisika FTI-ITSAsisten :

Abstrak

LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) yaitu penguatan cahaya oleh emisi radiasi yang terstimulasi. Besarnya intensitas cahaya laser dapat dipengaruhi oleh besarnya tegangan yang di terima oleh laser. Pada percobaan ini rangkaian laser diberi supply bertegangan 5 Volt dan 9 Volt. Pada supply dengan tegangan 5 Volt diperoleh nilai penunjukan multimeter sebesar 2,12 Volt – 3,34 Volt, dan besar tegangan 9 Volt yang terukur pada multimeter sebesar 2,12 Volt – 6,45 Volt. Intensitas cahaya laser diukur dengan OPM (Optical Power Meter). Tegangan yang lebih besar maka nilai intensitas cahaya laser juga semakin besar.

Kata Kunci : LASER, emisi terstimulasi, tegangan, intensitas

ABSTRACT

PRAKTIKUM 1MEASUREMENT OF LASER INTENSITY LIGHT

Name : Tria Nailul Muna NRP : 2413 031 038Program Study : Diploma 3 Metrology and InstrumentationDepartment : Physics Engineering FTI-ITSAsistance :

Abstract

LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) is strengthening light by stimulated emission of radiation. The amount of laser light intensity can be influenced by the amount of voltage received by the laser. In this experiment a series of laser given supply voltage 5 Volts and 9 Volts. At the 5 Volt supply voltage multimeter values obtained designation of 2.12 Volt - 3.34 Volt, and a large voltage is 9 Volt measured on the multimeter of 2.12 Volt - 6.45 Volt. Laser light intensity is measured by OPM (Optical Power Meter). Voltage is greater then the value of the intensity of the laser light is also getting bigger.

Keywords: LASER, stimulated emission, voltage, intensity

iii

KATA PENGANTAR

KATA PENGANTAR

Puji syukur alhamdulillah kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Resmi Praktikum P1 yang berjudul “PENGUKURAN INTENSITAS CAHAYA LASER”.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan dan penyusunan laporan resmi ini. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih atas bantuan dan motivasi kepada :1. Bapak Purwandi Agus selaku Kepala Program Studi D3

Metrologi dan Instrumentasi.2. Bapak Agus Muhamad Hatta, ST, MSi, Ph.D selaku ketua

Jurusan Teknik Fisika ITS.3. Asistan Laboratorium Akustik dan Vibrasi Teknik Fisika

ITS.4. Rekan-rekan yang namanya tidak bias saya sebutkan satu

persatu.Penulis menyadari bahwa penyusunan laporan resmi

praktikum P1 ini masih belum sempurna, untuk itu saran serta kritik yang membangun sangat diharapkan. Penulis berharap semoga laporan ini bermanfaat bagi pembacanya.

Surabaya, November 2015

Penulis

iv

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL............................................................... iLEMBAR PENGESAHAN..................................................... iiiABSTRAK............................................................................... vABTRACT............................................................................... viiKATA PENGANTAR............................................................. ixDAFTAR ISI............................................................................ xiDAFTAR GAMBAR............................................................... xiiiDAFTAR TABEL.................................................................... xvBAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang..................................................... 11.2 Perumusan Masalah.............................................. 11.3 Tujuan................................................................... 11.4 Sistematika Laporan............................................. 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA2.1 Interaksi Cahaya dengan Materi............................ 32.1.1 Absorbsi............................................................... 32.1.2 Emisi Spontan...................................................... 42.1.3 Emisi Terstimulasi............................................... 42.2 Laser...................................................................... 52.3 Sifat – sifat Berkas Cahaya Laser.......................... 62.3.1 Monokromatis...................................................... 62.3.2 Koheren............................................................... 72.3.3 Directional........................................................... 8

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN3.1 Alat dan Bahan....................................................... 93.2 Prosedur Percobaan................................................ 9

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 Analisa Data........................................................... 11

v

4.2 Pembahasan............................................................ 12vi

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN5.1 Kesimpulan............................................................. 135.2 Saran....................................................................... 13

DAFTAR PUSTAKALAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Absorbsi................................................ 3Gambar 2.2 Proses Emisi Spontan....................................... 4Gambar 2.3 Proses Emisi Terstimulasi................................ 5Gambar 2.4 Skema Dasar Laser........................................... 6Gambar 2.5 Contoh Gelombang EM dengan Waktu Koheren

τ0....................................................................... 8Gambar 3.6 Skema Eksperimen............................................. 9

ix

DAFTAR TABEL

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Intensitas Cahaya dengan tegangan 5 Volt..............................................................................................................................................................11

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Intensitas Cahaya dengan tegangan 5 Volt..............................................................................................................................................................11

x

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangDewasa ini laser sudah menjadi hal yang tidak asing lagi bagi

manusia. Pengaplikasian laser sudah banyak digunakan baik di industri, pendidikan, medis maupun peralatan rumah tangga.

Laser dibedakan menjadi laser yang berbahaya dan tidak berbahaya. Umumnya laser yang memiliki panjang gelombang yang tinggi termasuk laser yang tergolong berbahaya. Laser dapat berbahaya apabila berkontak langsung dengan manusia.

Selain panjang gelombang hal yang juga penting diperhatikan yakni intensitas cahaya laser. Besarnya intensitas cahaya laser dapat dipengaruhi oleh besarnya tegangan yang dihubungkan dengan laser. Oleh karena itu pada percobaan ini akan diketahui pengaruh besarnya tegangan pada intensitas laser.

1.2 Perumusan MasalahAdapun permasalahan yang akan dibahas pada percobaan ini

adalah bagaimana cara mengetahui pengaruh tegangan terhadap intensitas laser.

1.3 TujuanAdapun tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui

pengaruh tegangan terhadap intensitas laser.

1.4 Sistematika LaporanLaporan resmi ini disusun dengan sistematika sebagai berikut,

bab I pendahuluan yang berisi latar belakang, permasalahan, tujuan, dan sistematika laporan. Bab II dasar teori yang membahas tentang pengertian laser dan pengaruh tegangan terhadap intensitas laser. Bab III metodologi percobaan yang

1

2

meliputi peralatan dan prosedur kerja. Bab IV analisa data dan pembahasan yang merupakan hasil dan analisa data hasil percobaan. Bab V penutup yang meliputi kesimpulan dan saran.

BAB IIDASAR TEORI

2.1. Interaksi Cahaya dengan MateriPada dasarnya ada tiga macam bentuk interaksi yang terjadi

antara cahaya dengan materi, yaitu absorpsi, emisi spontan dan emisi terstimulasi. [2]

2.2.1. AbsorbsiAbsorbsi adalah proses tereksistensinya electron dari tingkat

energi E1 ke E2 akibat penyerapan foton dengan energi hv > (E2 – E1), dimana h adalah konstanta Planck 6,727 x 10-34 J.s.

Gambar 2.1 Proses Absorbsi[2]

Laju transisi populasi dari tingkat energi E1 ke tingkat energi E2 dinyatakan dengan rumus berikut:

(2.1)

dengan N adalah jumlah molekul/ atom per satuan volume yang menduduki tingkat energi ke – i pada waktu t (populasi level – i)

dan adalah laju absorpsi yang didefinisikan sebagai:

(2.2)

3

4

di mana adalah penumpang absorbsi dan F adalah fluks foton

(cm-2det-1).

2.2.2. Emisi SpontanEmisi spontan adalah proses meluruhnya electron yang

tereksitensi di tingkatan energi E2 ke tingkatan energi E1. Karena E2 > E1, maka proses peluruhan akan melepaskan energi yang berupa:

a. Emisi radiatif (memancarkan foton dengan energi = E2 – E1)

b. Emisi non – radiatif (tidak memancarkan foton)

Gambar 2.2 Proses Emisi Spontan[2]

Emisi spontan merupakan laju transisi populasi dari tingkatan energi E2 ke energi E1, dinyatakan dengan rumus:

(2.3)

dengan A adalah laju emisi spontan atau disebut juga koefisien

Einstein (det -1), dan = A-1 = lifetime spontan (det). Untuk

emisi non radiatif berlaku:

(2.4)

5

dengan = lifetime emisi spontan (det). Perbedaan antara emisi

spontan dan emisi non- radiatif adalah pada lifetimenya, dimana

hanya bergantung pada transisi tertentu, sedangkan bergantung pada transisi dan keadaan mesia sekelilingnya. [2]

2.2.3. Emisi TerstimulasiEmisi terstimulasi adalah proses yang melibatkan elektron –

elektron yang sudah berada di E1 distimulasi/ diransang oleh foton yang datang untuk meluruh ke E2, sehingga akan memperkuat energi cahaya yang dating (amplification by Stimulated emission of radiation). [2]

Gambar 2.3 Proses Emisi Terstimulasi[2]

Emisi terstimulasi sama dengan emisi spontan, di mana terjadi laju transisi dari E2 ke E1, dinyatakan dengan rumus berikut:

(2.5)

dengan adalah laju emisis terstimulasi (det-1) yang

didefinisikan sebagai:

6

(2.6)

dimana adalah penampang emisi terstimulasi dan F adalah

fluks foton (cm-2det-1).Proses emisi terstimulasi dicirikan oleh emisi terstimulasi

dan absorpsi, dimana menurut Einstein:g1W21 = g1W12 (2.7)

g2 = g1 (2.8)

dengan g1 adalah jumlah degenerasi di tingkatan energi E1 dan g2

adalah jumlah degenerasi di tingkatan energi E2.

2.2. LaserLASER merupakan singkatan dari Light Amplification by

Stimulated Emission of Radiation, yaitu terjadinya proses penguatan cahaya oleh emisi radiasi yang terstimulasi. Emisi pada laser adalah emisi terstimulasi. Laser tersusun atas beberapa komponen dasar yaitu cermin(resonansi), medium aktif. [2]

Gambar 2.4 Skema Dasar Laser[2]

Cahaya laser dapat dibedakan berdasarkan bentuk fisik bahan aktif, panjang gelombang dan durasi berkas yang dipancarkan. Berdasarkan bentuk fisik bahan aktif, laser dibedakan menjadi laser zat padat, cair dan gas. Sedangkan berdasarkan panjang gelombang yang dipancarkan maka terdapat beberapa jenis laser seperti, laser UV(ultra – violet), visible dan infra merah. Berdasarkan surasi berkas cahaya, laser dibedakan

7

mejadi laser kontinu (continuous wave laser) dan pulsa (pulsed laser). Disamping itu, ada bentuk khusus dari jenis laser, yaitu laser electron bebas (free electron laser) dimana bahan aktifnya terdiri dari elektron – elektron bebas dengan bergerak melewati susunan medan magnet yang periodik. [2]

2.3. Sifat – Sifat Berkas Cahaya LaserSifat – sifat cahaya laser dicirikan oleh monokromatik,

koheren, dan directional.2.3.1. Monokromatik

Monokromatik artinya cahaya hanya satu frekuensi yang dipancarkan. Sifat ini diakibatkan oleh: [2]

a. Hanya satu frekuensi yang dikuatkan [v = (E2- E1)/h]b. Susunan dua cermin yang membentuk cavity resonant

sehingga osilasi hanya terjadi pada frekuensi yang sesuai dengan frekuensi cavity.

2.3.2. KoherenKoheren dibagi menjadi 2, yaitu:

a. Koheren ruang (spatial coherence)Pandang dua buah titik P1dan P dimana pada waktu t = 0

terletak pada bidang muka gelombang cahaya/EM yang sama. Andaikan E2(t) adalah medan-medan listrik pada kedua titik tadi. Pada t = 0 perbedaan fasa kedua medan ini adalah nol. Jika perbedaan fasa ini dapat dipertahankan pada t > 0, maka dikatakan koheren ruang sempurna ( perfect spatial coherence). Jika titik P1 dan P2 terletak pada beberapa titik memiliki korelasi fasa yang baik (perbedaan fasanya kecil), maka disebut koheren ruang sebagian (partial spatial cohenrence). [2]

b. Koheren Waktu (temporal coherence)Pandang medan listrik suatu gelombang EM pada titik P

pada waktu t dan t +τ. Jika pada sembarang waktu τ yang

8

diberikan, perbedaan fasa antara dua medan tetap sama seperti pada waktu t, maka dikatakan terjadi koheren waktu sepanjang waktu τ. Jika hal ini terjadi pada sembarang nilai τ, maka gelombang EM dikatakan koheren waktu sempurna (perfect temporal coherence). Jika hanya terjadi untuk waktu delay τ, dimana 0 < τ < τ maka gelombang EM dikatakan koheren waktu sebagian dengan waktu koherense τ0. Contoh suatu gelombang EM dengan waktu koherensi τ ditunjukkan pada Gambar 2.5, dimana medan listrik mengalami lompatan fasa pada interval waktu τ0. [2]

Gambar 2.5 Contoh Gelombang EM dengan Waktu Koheren τ0[2]

2.3.3. Directional (Keterarahan)Merupakan konsekuensi langsung ditempatkannya bahan

aktif dalam cavity resonant, dimana hanya gelombang yang merambat dalam arah yang tegak lurus terhadap cermin-cermin yang dapat dipertahankan dalam cavity. [2]

9

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan BahanAdapun peralatan yang digunakan dalam percobaan ini

adalah sebagai berikut: [1]

a. Rangkaian Laser Diodab. Adaptor dengan tegangan 5 volt dan 9 voltc. Optical Power Meter (OPM)d. Multimeter

3.2 Prosedur PercobaanProsedur yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai

berikut: [1]

Gambar 3.1 Skema Eksperimen[1]

a. Peralatan dirancang seperti gambar 3.1b. Laser diode dinyalakan dengan tegangan 5 Voltc. Tegangan diukur dengan menggunakan multimeter dengan

memutar potendiometer sampai maksimald. Hasil rentang minimal sampai rentang maksimal dibagi

menjadi 5 rentang.e. Intensitas cahaya laser diukur menggunakan OPM dengan

input tegangan masukan berbeda.

10

11

Halaman ini memang dikosongkan

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1. Analisa DataPengukuran intensitas cahaya laser dilakukan dengan

menggunakan OPM (Optical Power Meter) dengan memberikan tegangan sebesar 5 Volt dan 9 Volt. Dengan menyambungkan rangkaian laser dengan tegangan 5 Volt diperoleh nilai tegangan yang terukur pada multimeter sebesar 2,12 Volt – 3,34 Volt. Sedangkan untuk tegangan 9 Volt diperoleh nilai tegangan yang terukur pada multimeter sebesar 2,12 Volt – 6,45 Volt. Berikut ini merupakan data yang diperoleh dari hasil pengukuran intensitas cahaya laser:

Table 4.1 Hasil Pengukuran Intensitas Cahaya dengan tegangan 5Volt

Range (Volt) Rata –Rata Hasil Pengukuran dengan OPM

2 2,886µw2,475 13,3µw2,95 35,3µw3,425 1,081mw3,9 3,65mw

Table 4.2 Hasil Pengukuran Intensitas Cahaya dengan tegangan 9Volt

Range (Volt) Hasil Pengukuran dengan OPM2 1,082 µw3,3125 2,971mw4,625 7,58 mw5,9375 10,64mw7,25 10,503 mw

12

13

Table 4.3 Hasil Pengukuran Intensitas Cahaya dengan tegangan 12 Volt

Range (Volt) Hasil Pengukuran dengan OPM1,96 0,803µw4,11 31,956 µw6,26 52,23 µw8,41 41,33 µw10,56 25,67 µw

Dari hasil pengukuran tersebut dapat diketahui pengaruh tegangan dengan intensitas laser, semakin besar tegangan listrik (12 volt > 9 Volt > 5 Volt) yang diberikan pada laser, semakin besar intensitas cahaya laser. Semakin besar tegangan pada sumber yang sama (5 Volt , 9 Volt , 12 volt ), semakin besar pula intensitas cahaya laser yang diperoleh.

4.1. PembahasanPada pengukuran intensitas cahaya laser, rangkaian laser

disambungkan pada tegangan listrik yakni tegangan 5 Volt,9 Volt dan 12 volt. Besar tegangan 5 Volt yang disambungkan dengan rangkaian laser pada multimeter sebesar 2 Volt – 3,9 Volt, besar tegangan 9 Volt yang terukur pada multimeter sebesar 2 Volt – 7,25 Volt dan besar tegangan 12 volt disambungkan dengan rangkaian laser pada multimeter sebesar 1,96-10,56 . Untuk mengetahui besarnya intensitas laser terhadap pengaruh tegangan, rangkaian laser yang sudah terhubung dengan tegangan listrik disambungkan dengan OPM (Optical Power Meter). Untuk mendapatkan hasil pengukuran pada nilai yang steady maka pengukuran tiap tegangannya diberikan jeda waktu 10 detik. Dari hasil pengukuran tersebut diperoleh kesimpulan bahwa ketika rangkaian laser dihubungkan dengan tegangan yang lebih besar maka nilai intensitas cahaya laser juga semakin besar. Kendala

14

yang dihadapi pada percobaan ini yaitu pengaruh pencahayaan dari ruangan laboratorium yang dapat mempengaruhi pengukuran intensitas cahaya laser dan juga pengaturan ketepatan tegangan pada multimeter dengan opm dan rangkaian laser nya.

BAB VPENUTUP

5.1 KesimpulanDari percobaan yang telah dilaksanakan dapat disimpulkan

sebagai berikut:1. Semakin kecil nilai tegangan yang diberikan pada laser maka

semakin besar intensitas cahaya laser yang dikeluarkan, tegangan 5V < 9V < 12 V

2. Semakin tinggi range pada suatu tegangan tertentu maka semakin besar nilai intensitas cahaya laser yang dibutuhkan.

5.2 SaranDari serangkaian kegiatan percobaan yang telah dilakukan

diharapkan sebelum melakukan percobaan asistan maupun praktikan lebih memahami prosedur kerja dan mengecek kondisi peralatan yang akan digunakan dalam percobaan.

15

16

Halaman ini memang dikosongkan

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim. 2015. Modul Praktikum Pengukuran Intensitas Cahaya Laser. Laboratorium Fotonik. Surabaya

[2] Bahtiar, Ayi. 2008. “Diktat Kuliah Rekayasa Optik”. Jurusan Fisika, Universitas Padjajaran Bandung.