cara kerja laser dan manfaat laser bagi kehidupan

1.     Laser

Kata LASER adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emissionof Radiation, yang artinya perbesaran intensitas cahaya oleh pancaran terangsang. Kata kuncinya adalah “perbesaran” dan “pancaran terangsang” yang akan menjadi jelas kemudian. Laser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat lurus. Cara kerjanya mencakup optika dan elektronika. Para ilmuwan biasa menggolongkannya dalam bidang elektronika kuantum. Sebetulnya laser merupakan perkembangan dari MASER, huruf M disini singkatan dari Microwave, artinya gelombang mikro. Cara kerja maser dan laser adalah sama, hanya saja mereka bekerja pada panjang gelombang yang berbeda. Laser bekerja pada spektrum infra merah sampai ultra ungu, sedangkan maser memancarkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang jauh lebih panjang, sekitar 5 cm, lebih pendek sedikit dibandingkan dengan sinyal TV - UHF. Laser yang memancarkan sinar tampak disebut laser - optik.

2.      Prinsip Kerja Laser

Terjadinya laser sudah diramalkan jauh hari sebelum dikembangkannya mekanika kuantum. Pada tahun 1917, Albert Einstein mempostulatkan pancaran imbas pada peristiwa radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu gas yang sedang menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut dia ada 3 proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancarn spontan (disebut fluorensi) dan pancaran terangsang ( atau lasing dalam bahasa Inggrisnya, artinya memancarkan laser). Proses yang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada keadaan normal serapan dan pancaran spontan sangat dominan. Sebuah atom pada keadaan dasar dapat dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang lebih tinggi dengan cara menumbukinya dengan elektron atau foton. Setelah beberapa saat berada di tingkat tereksitasi ia secara acak akan segera kembali ke tingkat energi yang lebih rendah, tidak harus ke keadaan dasar semula. Proses acak ini dikenal sebagai fluoresensi terjadi dalam selang waktu rerata yang disebut umur rerata, lamanya tergantung pada keadaan dan jenis atom tersebut. Kebalikan dari umur ini dapat dipakai sebagai ukuran kebolehjadian atom tersebut terdeeksitasi sambil memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih tingkat energi asal dan tujuan. Foton ini dapat saja diserap kembali oleh atom yang lain sehingga mengalami eksitasi tetapi dapat pula lolos keluar sistem sebagai cahaya. Sebetulnya atom atom yang tereksitasi tidak perlu

Gambar prinsip kerja laser

menunggu terlalu lama untuk memancar secara spontan, asalkan terdapat foton yang merangsangnya. Syaratnya foton itu harus memiliki energi yang sama dengan selisih tingkat energi asal dan tujuan.

Tinjauan dua tingkat energi dalam sebuah atom E1 dan E2, dengan E1 < E2. Cacah atom yang berada di masing-masing tingkat energi adalah N1 dan N2. Untuk menggambarkan distribusi energi pada atom-atom itu dalam kesetimbangan termal berlakulah statistik Maxwell - Boltzmann :

N1 / N2 = exp ( E2 - E1 ) / kT ........................................(1)

Persamaan ini menunjukkan bahwa dalam keadaan stimbang N1 selalu lebih besar daripada N2, tingkat energi rendah selalu lebih padat populasinya dibandingkan dengan tingkat yang lebih tinggi. Dalam keadaan tak setmbang terjadilah perpindahan populasi melalui ketiga proses serapan dan pancaran tersebut di atas.

Atom-atom di E₂ dapat saja melompat ke E₁ secara spontan dengan kebolehjadian transisinya A₂₁ per satuan waktu. Apabila terdapat radiasi dengan frekuensi n dan rapat energi e ( n ), terjadilah transisi akibat serapan dari E₁ ke E₂, dengan kebolehjadian sebut saja B₁ 2.e ( n ) karena terlihat jelas kebolehjadian ini sebanding pula dengan rapat energi fotonnya. Pancaran spontan ini dapat pula merangsang transisi dari E₂ ke E₁ akibat interaksinya dengan atom-atom yang berada dalam keadaan tereksitasi E₂, kebolehjadiannya B₂₁. e ( n ). Sudah tentu semua transisi yang terjadi di sini berbanding lurus dengan populasi atom di tingkat energi asalnya masing-masing. Perubahan N₂ secara lengkap :

dN2/dt = B12.e (). N1 - [A21 + B21.e () ]. N2 ................................................(2)

Perubahan populasi ini disebabkan oleh pertambahan akibat serapan dan pengurangan

akibat pancaran. Setelah tercapai kesetimbangan antara atom-atom itu dengan radiasinya,

pengaruh serapan dan pancaran akan saling meniadakan dN2/dt = 0.

B12.e () . N1 = [A21 + B21.e ()] . N2 ................................................................(3)

Setelah digabungkan dengan persamaan (1), substitusi E2 - E1 = h.  (energi foton yang

dilepaskan pada saat deeksitasi) dan manipulasi aljabar biasa didapatlah persamaan :

                     (4)

Jika persamaan (4) ini dibandingkan dengan distribusi statistik Bose Einstein, tampak

bahwa foton adalah boson, dan persamaan radiasi Planck dengan harga-harga :      

A21/B12 = 8  h.  /..........................................................(5)

B21/B12 = 1 ...................................................(6)

Persamaan (6) menunjukkan bahwa kebolehjadian atom-atom tersebut melakukan transisi serapan adalah sama dengan kebolehjadiannya melakukan transisi akibat pancaran terangsang. Tetapi pada keadaan normal pengaruh serapanlah yang lebih terasa karena populasi atom lebih besar di tingkat energi yang lebih rendah. Dari penjelasan di atas tampaknya ketiga proses : serapan, pancaran spontan dan terangsang, terjadi melalui suatu persaingan. Laser yang dihasilkan oleh pancaran terangsang dengan demikian hanya bisa terjadi jika pancaran terangsang dapat dibuat mengungguli dua proses yang lain. Nisbah laju pancaran terangsang terhadap serapan dapat dihitung sebagai berikut.

 =

Dari persamaan ini terbukti tidaklah mungkin pancaran terangsang dapat mengungguli serapan pada kesetimbangan termal, karena N1 yang selalu lebih besar daripada N2. Laser bisa dibuat hanya jika N2 > N1 yang tentu saja tidak alamiah, keadaan terbalik seperti ini disebut inversi populasi. Inversi populasi ini harus dipertahankan selama laser bekerja, dan cara-caranya akan dijelaskan di bagian berikut Cara-cara untuk mencapai keadaan inversi populasi ini antara lain adalah pemompaan optis dan pemompaan elektris. Pemompaan optis adalah penembakan foton sedangkan pemompaan elektris adalah penembakan elektron melalui lucutan listrik. Untuk menuju keadaan inversi populasi pemompaan ini harus melakukan pemindahan atom ke tingkat eksitasi dengan laju yang lebih cepat dibandingkan dengan laju pancaran spontannya. Hal ini dapat dilakukan jika dipergunakan medium laser yang atom-atomnya memiliki tingkat energi yang metastabil. Sebuah tastabil memerlukan waktu yang relatif lebih lama sebelum terdeeksitasi dibandingkan dengan umurnya di tingkat eksitasinya yang lain. Dengan demikian pada saat pemompaan terus berlangsung, terjadilah kemacetan

lalu lintas di tingkat metastabil ini, populasinya akan lebih padat dibandingkan dengan

populasi tingkat energi di bawahnya. Populasi tingkat energi dasar kini sudah terlampaui populasi tingkat metastabil. Bila suatu saat secara spontan dipancarkan satu foton saja yang berenergi sama dengan selisih energi antara tingkat metastabil dengan tingkat dasar, ia akan memicu dan mengajak atom-atom lain di tingkat metastabil untuk kembali ke tingkat dasar.

Akibatnya atom-atom itu melepaskan foton-foton yang energi dan fasenya persis sama dengan foton yang mengajaknya tadi, terjadilah laser. Proses demikian inilah yang terjadi pada banyak jenis laser seperti pada laser ruby dan laser-laser gas. Pada laser uap tembaga yang terjadi adalah efek radiasi resonansi, inversi populasi dicapai dengan cara memperpanjang umur atom tereksitasi terhadap tingkat energi dasar, sedangkan umurnya terhadap tingkat metastabil tidak berubah. Dengan demikian inversi populasi terjadi antara tingkat energi tinggi dengan tingkat metastabil. Setelah laser dihasilkan, atom-atom akan banyak terdapat di tingkat metastabil. Koherensi keluaran laser bersifat spasial maupun temporal, semua foton memiliki fase yang sama. Mereka saling mendukung satu sama lain, yang secara gelombang dikatakan berinterferensi konstruktif, sehingga intensitasnya berbanding langsung kepada N2, dengan N adalah cacah foton. Jelaslah intensitasnya ini jauh lebih besar dibandingkan dengan intensitas radiasi tak - koheren yang hanya sebanding dengan N saja. Syarat penting lainnya untuk menghasilkan laser adalah meningkatkan nisbah laju pancaran terangsang terhadap laju pancaran spontannya. Nisbah tersebut mudah sekali

Didapat

 = ^-1

Persamaan (8a) menunjukkan bahwa rapat energi e () harus cukup besar agar laser dapat dihasilkan. Rapat energi foton ini dapat ditingkatkan dengan cara memberikan suatu rongga resonansi optik. Di rongga itulah rapat energi foton tumbuh menjadi besar sekali melalui pantulan yang berulang-ulang pada kedua ujung rongga, dan terjadilah perbesaran intensitas seperti yang ditunjukkan oleh nama laser. Pembuatan rongga resonansi ini merupakan masalah yang memerlukan penanganan yang paling teliti pada saat membangun suatu sistem laser. Persamaan (8b) diperoleh dari gabungan (8a) dan (4). Kedua jenis pancaran itu akan sama pentingnya apabila selisih tingkat energi h.   memiliki orde yang sama malahan jauh lebih kecil dibandingkan dengan energi termal k.T. misalnya saja pada gelombang mikro pada suhu kamar. Oleh sebab itulah laser berenergi tinggi dengan frekuensi yang tinggi pula amat sulit dibuat, karena pancaran spontan akan lebih terbolehjadi.

Pada teknologi laser, cahaya yang dihasilkan mempunyai karakteristik tersendiri: monokromatik (satu panjang gelombang yang spesifik), koheren (pada frekuensi yang sama), dan menuju satu arah yang sama sehingga cahayanya menjadi sangat kuat, terkonsentrasi, dan terkoordinir dengan baik. Bagaimana cara mengontrol emisi cahaya ini? Dengan menggunakan bantuan cermin! Pada Gambar 5 kita melihat dua buah cermin yang diletakkan di kedua ujung batu ruby. Salah satu cermin dibuat half-silvered (hanya memantulkan sebagian cahaya; sementara cahaya yang tidak dipantulkan dapat menerobos keluar). Ruby diberi stimulasi energi (disinari dengan cahaya) sehingga beberapa elektronnya tereksitasi. Kemudian elektron yang tereksitasi ini berusaha kembali ke tingkat energi awal dengan melepaskan cahaya (foton). Cahaya ini memantul-mantul pada permukaan cermin dan menyinari elektronelektron

‘tetangga’nya sehingga menyebabkan tereksitasinya para elektron ‘tetangga’ tersebut. Elektron-elektron ini kemudian juga mengemisikan cahaya untuk kembali ke keadaan normalnya. Begitu seterusnya! Seperti reaksi berantai! Sebagian cahaya berhasil menerobos keluar dari half-silvered mirror. Sinar ini merupakan sinar yang monokromatik, koheren, dan berfasa tunggal (single phase). Sinar inilah yang kita kenal sebagai sinar laser.

Gambar 5 Teknologi Laser

Ada bermacam media yang dapat digunakan untuk menghasilkan sinar laser, misalnya solid state laser (menggunakan bahan padat sebagai medianya; contoh: batu ruby), dan gas laser (misalnya gas helium, neon, CO2). Kekuatan laser sangat bervariasi, bergantung pada panjang gelombang yang dihasilkannya. Sebagai perbandingan, panjang gelombang yang dihasilkan ruby laser adalah 694 nm (6,94x10-7 m), sedangkan panjang gelombang yang dihasilkan gas CO2 adalah 10.600 nm (1,06x10-5 m). Batu ruby (CrAlO3) menghasilkan sinar laser berwarna merah, sedangkan gas CO2 menghasilkan sinar pada daerah inframerah dan gelombang mikro (microwave). Radiasi inframerah berbentuk panas sehingga laser yang dihasilkan mampu melelehkan benda apa pun yang terkena sinarnya, bahkan bisa digunakan untuk memotong baja! Sinar laser yang berwarna-warni dihasilkan dari medium yang memiliki panjang gelombang berbeda-beda. Biasanya laser yang berwarna-warni ini relatif tidak berbahaya karena berada pada panjang gelombang yang relatif kecil.

3.      Cara kerja Printer Laser

Cara Kerja printer laser adalah dengan prinsip elektrik statis. Awalnya Photoreceptor Drum (OPC Drum) diberi muatan positif oleh Primary Charging Roller (PCR), dengan memberikan arus listrik padanya. (Bagian ini ada di dalam Toner Catrid).

Kemudian printer menyorotkan sinar laser yang sangat kecil melewati permukaan photoreceptor drum untuk membentuk image tulisan atau gambar sesuai dengan data yang dikirim oleh komputer, berupa satu garis horizontal pada satu waktu.

Sinar laser menyorotkan cahaya pada Photoreceptor Drum untuk membentuk titik dan mematikan cahaya untuk tempat kosong per halaman. Sinar laser tidak bergerak dengan sendirinya namun sinar laser itu dipantulkan melalui cermin yang bisa bergerak sendiri. Sinar laser ini pasti berhenti pada titik di photoreceptor drum dan membentuk image electrostatic. Bagian permukaan drum yg terkena sinar laser yang berubah menjadi bermuatan negatif.

Setelah pola image lengkap, serbuk toner yang tersimpan di Toner hopper (di dalam cartridge) diambil oleh Unit Developer (Magnetic Sleeve) . Toner yang bermuatan positif melekat pada area Photoreceptor Drum yang telah membentuk image electrostastik, yaitu bagian Photoreceptor Drum yg terkena sinar laser (muatan negative) (hukum alam positf akan mendekat pada negatif)

Lembar kertas (dengan muatan negatif yang lebih kuat dari Photoreceptor Drum) bergerak sepanjang sabuk dan roll diatas drum yang telah dibubuhi serbuk toner yang berpola. Kertas mendorong bubuk toner dari drum untuk berpindah melekat pada kertas sehingga pola image berserbuk toner berpindah pada kertas dan siap untuk difinishing pada Fuser.

Toner yang tidak menempel pada kertas dan masih melekat pada OPC Drum akan dihapus oleh Wiper Blade dan kemudian masuk ke dalam Waste Bin (Pembuangan)

Fuser (Pemanas)

Fuser mengeringkan serbuk toner yang telah berbentuk image pada kertas agar kuat melekat pada kertas. Kemudian kertas yang telah tercetak dikeluarkan menuju tray pengeluaran kertas pada printer.

Sedangkan bagian yang memancarkan sinar laser yg kita bahas di bagian atas adalah :

Laser Scanner Assembly
Laser Scanner biasanya terdiri dari 3 unit bagian :
1. Laser
2. Cermin berputar
3. Lensa
Unit laser menerima data gambar maupun text dari komputer, lalu data tersebut dipancarkan ke drum berupa titik-titik yang membentuk text atau gambar, bertahap secara horizontal pada drum.

4.      Prinsip Kerja Printer Laser

Printer laser adalah Jenis printer yang menggunakan sinar laser untuk menghasilkan sebuah gambar pada drum. Cahaya laser mengubah muatan listrik pada drum . Drum kemudian digulung melalui reservoir toner, yang dijemput oleh bagian bermuatan dari drum. Akhirnya, toner ditransfer ke kertas melalui kombinasi dari panas dan tekanan. Ini juga merupakan cara kerja mesin fotokopi.

Karena seluruh halaman ditransmisikan ke drum sebelum toner diterapkan, printer laser kadang-kadang disebut printer halaman. Ada dua jenis lain dari printer halaman yang termasuk dalam kategori printer laser meskipun mereka tidak menggunakan laser sama sekali. Satu menggunakan sebuah array LED untuk mengekspos drum, dan lainnya menggunakan LCD., Bagaimanapun, mereka berdua beroperasi seperti printer laser nyata.

Salah satu karakteristik utama dari printer laser adalah resolusi mereka  yang dinyatakan dengan berapa banyak titik per inci (dpi). Resolusi-resolusi yang tersedia mulai dari 300 dpi pada akhir rendah untuk 1.200 dpi pada akhir yang tinggi. Sebagai perbandingan, cetak offset biasanya mencetak di 1.200 atau 2.400 dpi. Beberapa printer laser mencapai resolusi yang lebih tinggi dengan teknik khusus yang dikenal umum sebagai peningkatan resolusi.

Di samping printer laser monokrom standar, yang menggunakan toner tunggal, ada juga ada printer laser warna yang menggunakan empat toner untuk mencetak warna. laser printer warna cenderung sekitar lima sampai sepuluh kali lebih mahal dibanding printer laser monokrom.

Laser printer menghasilkan hasil cetak berkualitas tingga dan mampu mencetak berbagai font yang hampir tidak terbatas. Kebanyakan laser printer datang dengan satu set dasar font, yang disebut font internal, tetapi Anda dapat menambahkan font tambahan dalam salah satu dari dua cara:

cartridge font #: printer Laser memiliki slot di mana Anda dapat memasukkan cartridge font, ROM font papan yang telah dicatat. Keuntungan dari cartridge font yang mereka gunakan tidak ada memori printer.

soft font: printer laser yang datang dengan sejumlah memori RAM, dan Anda biasanya dapat meningkatkan jumlah memori dengan menambahkan papan memori dalam slot ekspansi printer. Anda kemudian dapat menyalin font dari sebuah disk ke RAM printer.  Sebuah font yang telah didownload sering disebut sebagai soft font, untuk membedakannya dari hard font tersedia pada cartridge font. Semakin banyak RAM printer, semakin banyak font yang dapat didownload pada satu waktu.

Selain mencetak teks, printer laser juga digunakan untuk mencetak grafis karena hasilnya yg bagus. Namun, Anda memerlukan sejumlah besar memori dalam printer untuk mencetak grafis resolusi tinggi. Untuk mencetak satu halaman penuh grafis di 300 dpi, misalnya, Anda memerlukan setidaknya 1 MB (megabyte) RAM printer. Untuk grafis 600-dpi, Anda memerlukan setidaknya 4 MB RAM.

Karena printer laser printer nonimpact, mereka menjadi tidak berisik dibandingkan printer dot matrix.. Mereka juga relatif cepat, meskipun tidak secepat beberapa printer dot-matrix. Kecepatan printer laser berkisar dari sekitar 4 sampai 20 halaman teks per menit (ppm). Tingkat khas dari 6 ppm adalah setara dengan sekitar 40 karakter per detik (cps).