LASER

Pendahuluan

Tentu kita tidak asing dengan kata laser. Laser banyak digunakan dalam dunia industri, manufaktur, kesehatan, sistem pengaman, seni pertunjukan, dan masih banyak lagi manfaatnya. Di tempat kerja saya terdapat juga system laser yang terdapat pada area packaging bottling line. Di sini laser dimanfaatkan untuk membuat atau mencetak kode produksi pada label botol. Kenapa saya tertarik untuk membahas laser pada kesempatan kali in? Karena baru-baru ini kami meliki masalah dengan system laser coding kami. Dimana system laser tidak bisa beroperasi karena terdapat kegagalan fungsi pada system vacumnya. System vacum berfungsi untuk menyedot dan menampung residu dari pembakaran laser karena residu tersbut berupa debu yang sangat halus dan sangat berbahaya bagi sistem pernafasan manusia. Ini merupakan sistem pengaman pada mesin laser coding untuk memastikan laser coding beroperasi dengan aman dan tidak membahayakan lingkungan sekitar termasuk operator. Hal inilah yang mengelitik saya untuk membuat sedikit tulisan mengenai laser.

Laser

Apakah sebenarnya yang disebut laser itu? Pada awal perkembangannya orang tidak memakai istilah laser melainkan MASER (Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation) yang pertama kali dikemukakan oleh Albert Einstein pada tahun 1916-1917. Namun MASER pada era Einstein hanyalah sebatas teori karena teknologi pada masa itu belum mampu untuk mewujudkan teori Einstein tersebut. Baru pada tahun 1958 seorang ilmuwan bernama Gordon Gould berhasil membuat maser optik perrtama dan menggunakan istilah LASER untuk pertama kalinya.

Laser adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Jadi laser dapat diartikan sebagai mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik. Biasanya dalam bentuk cahaya yang tidak dapat dilihat maupun dapat dilihat dengan mata normal, melalui proses pancaran terstimulasi. Pancaran laser biasanya tunggal dan memancarkan foton dalam pancaran koheren.

Ada beberapa jenis laser yang digunakan. Jenis laser dibedakan berdasarkan jenis bahan yang digunakan untuk penguatnya.

• Solid-state laser : menggunakan material ruby atau neodymium: yttrium-aluminium garnet laser yag. Laser neodymium-yag memancarkan cahaya infra merah pada 1064 nanometer.
• Laser gas : helium dan helium-neon/hene merupakan laser gas yang paling umum. 
• Laser excimer : namanya berasal dari gabungan kata excited dan dimer =excimer. Menggunakan gas reaktif seperti klorin dan fluorin yang dicampur dengan gas inert seperti argon, kripton, dan xenon. Laser excimer menghasilkan cahaya ultraviolet.
• Dye laser   :  menggunakan media penguat pewarna organik kompleks seperti rhodamine 6g dalam larutan atau suspensi.
• Semiconductor laser  : disebut juga sebagai laser dioda. Perangkat elektronik yang menggunakan laser jenis ini biasanya sangat kecil dan menggunakan daya yang rendah. Sebagai contoh printer laser dan cd player.

Prinsip kerja laser

Di tempat saya bekerja laser yang digunakan adalah laser gas. Sebagai gambaran umum cara kerjanya adalah sebagai berikut:
 Laser mempunyai beberapa bagian utama yaitu pumping device berupa electrode, laser resonator/laser tube, mirror/cermin, dan lensa. Laser resonator merupakan bahan aktif yang di dalamnya terisi oleh gas CO2. Pada kedua sisi tabung resonator ditempatkan dua cermin yang saling berhadapan secara sejajar. Pumping device/electrode berfungsi untuk mengeksitasi atom-atom gas CO2. Atom yang tereksitasi tersebut mengemisi foton sehingga menyebabkan pergerakan foton (gelombang elektromagnetik). Gelombang elektromagnetik merambat dalam arah yang tegak lurus dari cermin sehingga terjadi pemantulan oleh kedua cermin dan dikuatkan pada setiap lintasan melalui bahan aktif (gas CO2).

Prinsip kerja laser

Agar terjadi emisi terstimulasi maka harus ada inversi populasi. Pada kesetimbangan thermal absorbsi lebih dominan daripada emisi terstimulasi, sehingga diharapkan terjadi inversi populasi. Foton bergerak bolak-balik di dalam tabung resonator dan ketika sudah terstimulasi dengan cukup akan keluar sebagian melalui 95% mirror dan pancaran tadi akan difokuskan oleh lensa untuk melakukan pengikisan pada permukaan bahan.

Efek laser pada permukaan bahan

Sifat-sifat cahaya laser

Laser memiliki beberapa sifat yaitu monokromatis, koheren, terarah, dan brightness.

1. Monokromatis, artinya hanya satu frekuensi yang dipancarkan. sifat ini disebabkan oleh susunan dua cermin yang menyebabkan cavity-resonant sehingga osilasi hanya terjadi pada frekuensi yang sesuai dengan frekuensi cavity. Dan juga karena frekuensi yang dikuatkan hanya  satu [ν= (E2-E1)/h].
2. Koheren, dengan semua cahaya sefase dengan yang lainnya. Pola interferensi dapat diperoleh tidak hanya dengan melatakkan dua celah pada berkas cahaya laser, tetapi juga dengan memakai dua berkas laser yang terpisah.
3. Terarah, merupakan konsekuensi langsung dari ditempatkannya bahan aktif dalam cavity resonator. Hanya gelombang elektromagnetik yang merambat denga arah yang tegak lurus dengan kedua cermin yang dapat dipertahankan dalam cavity.
4. Brightness atau kecerahan suatu sumber cahaya didefinisikan sebagai daya yang dipancarkan persatuan luas permukaan persatuan sudut ruang. Suatu berkas laser bahkan dengan daya yang sedang (mW) mempunyai brightness atau tingkat kecerahan yang lebih tinggi dibandingkan dengan sumber cahya konvensional. Hal ini disebabkan oleh sifat keterarahan laser yang tinggi.
    

Standard dan klasifikasi laser 

Ada berbagai macam standard dan klasifikasi laser di dunia ini. Pada tulisan ini yang akan dibahas adalah standard dan klasifikasi menurut IEC (International Electrotechnical Commission). IEC adalah organisasi internasional yang menyiapkan dan menetapkan standard internasional untuk semua yang berhubungan dengan elektrik, elektronika, dan teknologi. Dokumen IEC nomor 60825-1 adalah standard utama yang mengatur mengenai keamanan dari produk-produk laser. Klasifikasi ini berdasarkan pada perhitungan yang dilakukan oleh AEL bersama ANSI dan beberapa kondisi berikut:

• Kelas 1     : sinar laser dapat terlihat  atau tidak terlihat dan tidak berbahaya/memiliki tingkat bahaya yang rendah. Bahkan ketika dilakukan penmabhan alat optik pada laser.
• Kelas 1M : sinar laser dapat terlihat atau tidak terlihat dan tidak berbahaya selama alat optik tambahan tidak digunakan. memiliki panjang gelombang 302,5nm - 4000nm.
• Kelas 2  : sinar laser berbahaya bagi keselamatan. Selama laser beroperasi seorangpun tidak diperkenankan masuk ke dalam area kerja laser. Memiliki panjang gelombang 400nm - 700nm.
• Kelas 2M  :  memiliki panjang gelombang 400nm - 700nm dan memiliki potensi bahaya jika dilihat menggunakan lat optik.
• Kelas 3R  : memiliki panjang gelombang antara 302,5nm-106nm, memiliki potensi bahaya langunsg ketika dilihat oleh mata (iritasi) tetapi resikonya masih lebih kecil dibandingkan dengan kelas 3R.
• Kelas 3B  : berbahaya bila melihat sinar laser secara langsung namun aman apabila melihat melalui cermin.
• Kelas 4  : Radiasi laser diakses dapat terlihat atau tak terlihat. Radiasi langsung berbahaya bagi mata dan kulit dan radiasi yang terpancar juga berbahaya bagi mata dan kulit dan dapat menimbulkan risiko kebakaran jika diproyeksikan ke bahan mudah terbakar.

Overview klasifikasi laser (Sumber: dokumen IEC 60825 (Ammend.2)