Sabtu, 10 Maret 2012

Laser Industri

1. Tujuan Praktikum
1. Mengetahui peran laser di bidang industri
2. Menegetahui distribusi intensitas berdasarkan titik fokus lensa.

2. Dasar Teori
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) merupakan sebuah alat yang menggunakan efek mekanika kuantum, pancaran terstimulasi, untuk menghasilkan sebuah cahaya yang koherens dari medium "lasing" yang dikontrol kemurnian, ukuran, dan bentuknya. Pengeluaran dari laser dapat berkelanjutan dan dengan amplituda-konstan (dikenal sebagai CW atau gelombang berkelanjutan), atau detak, dengan menggunak teknik Q-switching, modelocking, atau gain-switching.

Jenis Laser
1. Berdasarkan bentuk fisik bahan aktif: laser zat padat, zat cair dan gas.
2. Bentuk khusus : laser elektron bebas (free- electron LASER) adalah bahan aktifnya terdiri dari
    elektron-elektron bebas dengan bergerak melewati susunan medan magnet yang periodik.
3. Berdasarkan panjang gelombang yang dipancarkan : UV laser, visible, infra-merah
4. Berdaskan durasi berkas cahaya: kontinu dan pulsa

Komponen Dasar dari LASER
Untuk membuat suatu osilator dari amplifier, maka diperlukan suatu feedback positif yang sesuai. Dalam kasus Laser, feedback diperoleh dengan menempatkan bahanaktif diantara dua cermin pemantul (reflecting mirrors), seperti cermin bidang yang sejajar.
 
Gambar skema lasing
Gelombang EM menjalar dalam arah yang tegak lurus dari cermin, sehingga terjadi pemantulan oleh kedua cermin, dan dikuatkan pada setiap lintasan melalui bahan aktif. Jika cermin-2 dibuat transparan sebagian, maka berkas cahaya output akan diperoleh dari cermin-2.
Agar terjadi emisi terstimulasi, maka harus ada inversi populasi.
1. Pada kesetimbangan termal, absorpsi lebih dominan daripada emisi terstimulasi, sehingga diharapkan akan terjadi inversi populasi. Namun kenyataannya tidak pernah terjadi (setidaknya pada kasus steady state).
2. Populasi inversi tidak akan pernah bisa dihasilkan oleh material dengan dua tingkatan energi (two-level).
3, Agar terjadi inversi populasi, maka harus dilakukan pada three-level atau four level
 
Gambar skema laser (a) three-level(b)four-level
Perbedaan tingkat tiga level dengan empat level adalah ketika pada level tiga cahaya masuk melewati pumping yang kemudian dilanjutkan ke fast decay dimana cahaya turun dan kekuatannya masih dalam taraf rendah. Kemudian setelah laser menuju ke bawah maka kecepatan cahayanya semakin cepat. Sedangkan pada tingkat empat level cahaya masuk melalui pumping yang kemudian dilanjutkan ke fast decay dimana kondisi ini menunjukkan bahwa cahaya yang akan turun ditahan lebih lama kemudian setelah selang beberapa waktu cahaya tersebut baru diturunkan menuju ke fast decay yang terakhir. Perbedaan dari level tiga dan empat ini terletak pada posisi fast decay.
Sifat Sinar Laser
a. Penyebaran kecil
b. Monokromatik
c. Kecerahan Tinggi
d. Koherensi tinggi

Klasifikasi Laser
Laser diklasifikasikan kedalam 4-kelas berdasarkan pada potensi kerusakan pada organ biologis.
1. Kelas I : Tidak berbahaya. 
2. Kelas I.A. : Laser ini tidak boleh langsung mengenai mata (scanner di supermarket). Batas atas
   dayanya 4.0 mW.
3. Kelas II : Laser cahaya tampak berdaya rendah. Daya maksimum 1 mW.
4. Kelas IIIA : Laser berdaya sedang (cw: 1-5 mW), yang hanya berbahaya jika mengenai mata 
   secara langsung. (contoh : laser pointer).
5. Kelas IIIB : Laser berdaya sedang.
6. Kelas IV : Laser berdaya tinggi (cw: 500 mW, pulsed: 10 J/cm2).

3. Prosedur percobaan

Alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut:
a. Dua buah lensa cembung besar dan kecil
b. Layar Putih
c. Laser He-Ne
d. Lux Meter
Prosedur dalam melakukan percobaan ini adalah sebagai berikut :
 
Gambar prosedur percobaan
1. Merancang Peralatan sesuai dengan gambar.
2.Menyalakan Laser He-Ne.
3. Mengatur letak lensa agar berkas laser tepat mengenai di tengah lensa.
4. Ukur besar Intensitas reflektansi dan Intensitas cahaya laser dengan 6 kali percobaan dimulai dari
    lensa kecil dan dilanjutkan dengan menggunakan lensa besar.

4. Data Percobaan
 Perhitungan
Nilai daya laser diperoleh dri perhitungan menggunakan rumus 4.1 dan 4.2.
Keterangan :
A = berkas luasan laser pada balok pembatas
r = jari-jari
P = daya laser
I = Intensitas laser

5. Tugas Khusus
1. Jelaskan jenis dan sifat-sifat laser
2. Jelaskan ukuran spot laser dititik fokus lensa, dan 2 buah aplikasi di industri

Sumber:
SERAT OPTIK UNTUK KOMUNIKASI

1. TUJUAN

Tujuan dari percobaan ini antara lain untuk mengukur nilai numerical apertur NA dari serat optik serta mengetahui peranan NA pada serat optik.

2. DASAR TEORI :
Numerical Apperture adalah suatu ukuran atau besaran sudut yang dibentuk dari berkas cahaya yang dipancarkan oleh sumber optik ke serat optik sehingga cahaya tersebut merambat tanpa mengalami gangguan.
Gambar 2.1 Numerical Apperture
Prinsip Perambatan Cahaya Dalam Serat optik :
 
Gambar 2.2 Lintas Cahaya Dalam Serat
Lintasan cahaya yang merambat di dalam serat :
·Sinar merambat lurus sepanjang sumbu serat tanpa mengalami gangguan
·Sinar mengalami refleksi, karena memiliki sudut datang yang lebih besar dari sudut kritis dan akan
  merambat sepanjang serat melalui pantulan-pantulan
·Sinar akan mengalami refraksi dan tidak akan dirambatkan sepanjang serat karena memiliki sudut 
 datang yang lebih kecil dari sudut kritis.
Jenis Serat Optik
· Multimode Step Index
Gambar 2.3 Multimode Step Index
Multimode Step Index memiliki kelibihan yaitu mudah terminasi, kopling efisien, tidak mahal. Tetapi disamping kelebihan, multimodde step index ini juga mempunyai kekurangan yaitu dispersi lebar, BW minimum.
· Multimode Graded Index
 
Gambar 2.4 Multimode Graded Index
Multimode graded index juga mempunyai kelebihan yaitu Dispersi lebih kecil dibanding dengan Multimode Step Index, Digunakan untuk jarak menengah dan lebar pita frekuensi besar dan juga mempunyai kekurangan diantaranya yaitu Harga relatif mahal dari SI, karena faktor pembuatannya lebih sulit.
· Singlemode Step Index
 
Gambar 2.5 Singlemode Step Index
Singlemode step index memiliki keuntungan yaitu dispersi minimum, BW lebar,dan sangat efisien. Selain itu juga mempunyai kekurangan diantaranya yaitu NA kecil, butuh terminasi dan mahal. Serat optik tidak menggunakan gelombang elektromagnetik atau listrik sebagai gelombang pembawanya melainkan menggunakan sinar atau cahaya laser. Sistem Komunikasi Serat Optik adalah suatu sistem komunikasi yang menggunakan Kabel Serat Optik sebagai media transmisinya yang dapat menyalurkan informasi dengan kapasitas besar dan tingkat keandalan yang tinggi. Sistem Komunikasi Serat Optik adalah suatu sistem komunikasi yang menggunakan Kabel Serat Optik sebagai media transmisinya yang dapat menyalurkan informasi dengan kapasitas besar dan tingkat keandalan yang tinggi.
 
Gambar 2.6 Serat optik
Bagian - bagian serat optik antara lain :
a. Bagian yang paling utama dinamakan inti (core)
Terbuat dari kaca. Inti (core) mempunyai diameter yang bervariasi antara 8 – 200 mm tergantung jenis serat optiknya. indeks bias lebih besar daripada cladding
b. Bagian kedua dinamakan lapisan selimut / selubung (cladding )
Bagian ini mengelilingi bagian inti dan mempunyai indeks bias lebih kecil dibanding dengan bagian inti, dan terbuat dari kaca. Cladding mempunyai diameter yang bervariasi antara 125 mm (untuk siglemode dan multimode step index) dan 250 mm (untuk multimode gradeindex).
c. Bagian ketiga dinamakan jacket (coating)
Bagian ini merupakan pelindung lapisan inti dan selimut yang terbuat dari bahan plastik elastik (PVC).
Prinsip kerja dari serat optik yaitu sinyal awal yang berbentuk sinyal listrik pada transmitter diubah oleh transducer elektrooptik (Dioda / Laser Dioda) menjadi gelombang cahaya yang kemudian ditransmisikan melalui kabel serat optik menuju penerima / receiver yang terletak pada ujung lainnya dari serat optik, pada penerima sinyal optik ini diubah oleh transducer Optoelektronik (Photo Dioda / Avalanche Photo Dioda) menjadi sinyal elektris kembali.
Dalam perjalanan sinyal optik dari transmitter menuju receiver akan terjadi redaman cahaya di sepanjang kabel optik, sambungan-sambungan kabel dan konektor-konektor di perangkatnya, oleh karena itu jika jarak transmisinya jauh maka diperlukan sebuah atau beberapa repeater yang berfungsi untuk memperkuat gelombang cahaya yang telah mengalami redaman sepanjang perjalanannya.
 
Gambar 2.7 Prinsip kerja serat optik untuk komunikasi
Gambar 2.8 Komponen dalam transmisi serat optik
Komponen – komponen yang diperlukan dalam transmisi serat optik antara lain :
a. Optical Transmitter
Light Emitting Diode (LED), Laser Diode (LD), Injection Laser (IL), laser.
b. Optical Receiver
APD (Avalanche Photo Diode), PIN-diode (P intrinsic N Diode).
c. Fiber Optik Cable
Step atau Graded Index, Single atau Multi mode Glass, Plastic Clad Silika, plastik.
d. Connector
SC, DIN, ST (Straight Tail), SMA, FOC (Fibre Optik Connector), Bionic .
e. Sambungan
Mekanik, Thermal, perekat
f.  Accecories
T_connector, star connector, through connector, copling
g. Coupler and Branches
Alat untuk mencabangkan cahaya ke dalam dua jalur atau lebih (wavelength multiplexer)
h. Repeater
Terdiri atas optical receiver, elektronik, dan opticel transmitter
i. Optical Amplifier
Gain 20-30 dB
Dalam pentransmisian melalui serat optik ada beberapa hal yang menjadi karakteristik atau komponennya,yaitu: Sambungan (Connection) Coupler MRP Spesification (Minimum Required Power)
Ada 2 jenis koneksi pada serat optik, yaitu:
1. Connector
diperlukan apabila fiber dalam pentransmisiannya harus disambung/diputus. Beberapa jenis connector antara lain : Fiber to fiber ; Fiber to source ; Fiber to detector ; Multiport coupler connection.
2. Splices
diperlukan pada sistem fiber optik bila ada 2 fiber yang akan dihubungkan secara permanen. Bentuknya ada 2 macam antara lain : Outside plant splice dan Pigtail splice.

3. PROSEDUR PRAKTIKUM
3.1 Peralatan
Dalam percobaan kali ini, adapun peralatan yang dibutuhkan antara lain adalah sebagai berikut yang tercantum di bawah ini:
1. Focusing Lensa
2. Fiber Lighting
3. Layar Datar
4. Micro-Diplacement
5. Penggaris
3.2 Prosedur Percobaan
Adapun langkah – langkah dalam melakukan percobaan adalah sebagai berikut :
 
Gambar Skema Peralatan
Ada beberapa langkah yang harus ditempuh dalam proses pengambilan data pada praktikum kali ini. Langkah-langkah tersebut adalah sebagai berikut :
1. Merangkai peralatan sesuai dengan gambar di atas
2. Melakukan 9 percobaan dengan jarak fokus dan intensitas yang sudah di tentukan.
3. Mengukur tebal ukuran dari laser dengan menggunakan penggaris
4. Mengukur diameter spot dan jarak fokus laser dari sumber yang ditembakan sampai ke layar datar
  dengan menggunakan penggaris
5. Nilai intensitas laser saat melewati fiber lighting berdasarkan percobaan
6. Mengukur Intensitas Cahaya menggunakan Luxmeter dengan jarak yang sama dengan urutan
    percobaan.

4. DATA PERCOBAAN
a) MengetahuiJarak lensa ke panjang fokus
b) Mengetahui Besar intensitas laser berdasarkan percobaan pada jarak lensa ke fokus
c) Mengetahui nilai intensitas laser saat melewati fiber lighting berdasarkan percobaan dengan jarak
    x yaitu sebagai berikut :