Moda Laser

Dua cermin laser membentuk caviti resonan dalam pola gelombang berdiri terbentuk di antara dua cermin, seprti halnya pada gelombang berdiri pada tali atau pipa organda. Gelombang berdiri di nyatakan dengan

 = L

V =  

Dengan          L ≡ panjang lintasa optik antara dua cermin

                        ρ≡ moda axial

                        v ≡ frekuensi

jarak frekuensi antar moda di berikan

Δu =           

Mode axial terbentuk oleh gelombang bidang yang merambat sepanjang sumbu cavity laser pada garis yang menghubungkan pusat cermin. Sedangkan moda tranversal timbul karena gelombang merambat di luar sumbu ( off axis ), dan karena mereka mempunyai komponen medan elektromagnetik yang merambat tranversal terhadap arah perambatan maka di sebut dengan moda elektromagnetik transversal ( TEM ).

Sifat Cahaya Laser

           

1.      Kesearahan ( directionality )

Cahaya laser mempunyai kesearahan yang tinggi, berkas cahaya laser terkolimasi dengan sudut divergensi yang kecil ( sempit ), sehingga energi yang di bawa dapat terkumpul dengan mudah dan dapat di fokuskan dengan luasan yang kecil. Sedangkan cahaya yang diradiasi oleh sumber konvensional memancar ke segala arah dengan sudut ruang 40 steradian, sehingga sangat tidak mungkin energi dapat terkumpul dan untuk mendapatkan cahaya yang terfokus dengan luasan yang sempit.

2.      Linewidht yang sempit

      Laser mempunyai kemungkinan untuk di jadikan sumber cahaya yang meradiasi berkas monokromatis, yakni cahaya yang mempunyai panjang, gelombang tunggal sehingga mempunyai lebar garis spektrum yang cukup sempit. Sempitnya lebar garis yang di punyai cahay laser menjadikan laser merupakan pilihan sumber cahaya yang di gunakan dalam kegiatan eksperimental ilmu pengetahuan sperti photochemistry, spektroskopi, juga dalam sistem komunikasi.

3.      Koheren

      Radiasi dari laser mempunyai derajat koherensi spatial dan temperal yang sangat tinggi, yaitu sifat keserempakan phase gelombang cahaya yang terpancarkan. Sifat koheren cahaya merupakan suatu karakteristik yang cukup penting dalam pengukuran interferometrik dan deformasi, termasuk di dalamnya pengukuran dengan holografi dan spekel, yang banyak di gunakan dalam metrologi dan vibrasi. Satu variabel yang penting berhubungan dengan sifat koheren cahaya laser adalah panjang koherensi dengan nilai yang berbeda beda untuk jenis laser yang tidak sama.

4.      Brightnes atau kecerahan yang tinggi

      Brightnes di definisikan sebagai daya persatuan luas persatuan sudut ruang. Berdasarkan sifat kesearahan laser yang tinggi menyebabkan cahaya laser yang hampir terkolimasi maka cahaya laser walaupun mempunyai daya yang rendah mampu memberikan nilai kecerahan yang tinggi. Sebagai perbandingan kecerahan cahaya laser He-Ne dapat mencapai 10¹⁰ W m² sr^-1, sedangkan berkas cahaya dari matahari yang mencapai permukaan bumi mempunyai kecerahan hanya 1,3 x 10⁵ W m² sr^-1.

Emisi dan Absorpsi Radiasi

            Elektro dalam suatu atom yang bertransisi antara dua tingkat energi dengan beda energi ΔE, akan mengalami emisi atau absorpsi photon dengan frekuensi V = ΔE/h. Bila elektron berada pada tingkat energi E₁ mendapatkan energi photon sebesar ( E₂ – E₁ ) maka elektron akan tereaksitasi ketingkat energi yang lebih tinggi E₂ dengan menyerap photon tersebut. Tetapi bila elektron pada tingkat E_1, maka elektron akan meng-emisi photon dengan energi (E₂ – E₁ ).

Proses emisi di bagi menjadi dua macam yaitu:

a.      Emisi spontan yaitu elektron turun ketingkat dasar secara acak

b.      Emisi terangsang yaitu elektron bertransisi ke tingkat dasar setelah mendapatkan rangsangan dari photon lain yang mempunyai energi sama ( E₂ – E₁ )

Pada sistem kesetimbang termal jumlah populasi elektro pada tingkat energi E₁ jauh lebih besar di bandingkan jumlah populasi elektron pada tingkat energi E₂. Elektron pada tingkat dasar atau tingkat yang lebih kecil energinya dapat bertransisi ke tingkat energi yang lebih tinggi dengan cara menyerap energi dari luar. Kecenderungan elektron pada tingkat yang lebih tinggi kembali ke tinggkat asalnya menyebabkan terjadinya trasisi elektron ke tingkat energi yang lebih kecil. Bila elektron bertransisi ke tingkat yang lebih rendah terjadi secara acak atau dengan sendirinya maka proses yang terjadi di sebut emisi spontan, sedangkan transisi yang terjadi karena pengaruh photon lain di kenal dengan emisi terangsang. Dalam keadaan normal dan alamiah emisi terangsang jarang terjadi, sedangkan kemungkinan terjadi emisi spontan sangat besar. Waktu rata rata elektron berada pada tingkat energi yang lebih tinggi sebelum terjadi proses transisi spontan di sebut waktu hidup ( life time ) τ₂₁.