Jelaskan cara kerja Ruby Laser dengan bantuan diagram tingkat energi.
Penyelesaian:
Laser ruby adalah laser solid-state yang menggunakan kristal ruby sintetis sebagai media lasernya. Pada tahun 1960 Maiman merancang laser ruby pertama yang berfungsi. Laser ruby adalah salah satu dari sedikit laser solid-state yang memancarkan cahaya tampak. Ini menghasilkan panjang gelombang 694,3 nm cahaya merah tua.
Dalam laser ruby, kristal ruby tunggal (Al 2 O 3 : Cr 3+ ) berfungsi sebagai media laser atau media aktif berbentuk silinder. Media laser dalam laser ruby terdiri dari inang safir (Al 2 O 3 ), yang didoping dengan sejumlah kecil ion kromium (Cr 3+ ). Ruby memiliki sifat termal yang baik.
Sumber pompa adalah komponen sistem laser ruby yang menyediakan energi ke media laser. Inversi populasi diperlukan dalam jenis laser ini untuk mencapai efisiensi laser Untuk mencapai inversi populasi, media laser harus disuplai dengan energi. Kita menggunakan tabung flash sebagai sumber daya laser ruby. Tabung flash menyediakan energi untuk media laser. Setelah elektron dengan tingkat energi yang lebih rendah memperoleh energi yang cukup dari tabung flash di media laser, mereka akan pindah ke keadaan tereksitasi.
Ujung-ujung batang ruby silindris itu rata dan sejajar. Batang ruby silinder diposisikan di antara dua cermin. Kedua cermin dilapisi dengan lapisan optik. Metode pengendapan lapisan tipis logam pada substrat kaca untuk membuat permukaan cermin dikenal sebagai silvering. Kedua cermin itu berwarna perak atau dilapisi secara berbeda.
Cermin sepenuhnya berwarna perak di salah satu ujung batang sementara cermin sebagian berwarna perak di ujung lainnya. Cermin perak sepenuhnya memantulkan cahaya sementara cermin perak sebagian memantulkan sebagian besar cahaya tetapi memungkinkan sebagian kecil cahaya menghasilkan keluaran sinar laser melaluinya.
Diagram tingkat energi
Pertimbangkan media laser ruby yang terdiri dari tiga tingkat energi E 1 , E 2 , E 3 dengan jumlah elektron N. Kita katakan tingkat energinya adalah E 1 < E 2 < E 3 . Tingkat energi E 1 disebut keadaan dasar, tingkat energi E 2 disebut keadaan metastabil, dan tingkat energi E 3 disebut keadaan energi tinggi. Mari kita asumsikan bahwa sebagian besar elektron pada awalnya berada dalam keadaan E 1 yang lebih rendah dan hanya sejumlah elektron yang terbatas yang berada dalam keadaan E 2 dan E 3 .
Sebagai media laser menyerap energi cahaya, elektron mendapatkan energi yang cukup dalam keadaan E 1 dan transfer ke keadaan E 3 . Umur negara pompa E3 adalah 10-8 detik yang sangat singkat, sehingga elektron dalam E 3 tidak tinggal untuk waktu yang lama. Setelah waktu yang singkat, mereka jatuh ke keadaan metastabil E 2 dengan melepaskan energi tanpa radiasi. Umur dari keadaan metastabil E 2 adalah 10-3 detik yang jauh lebih lama dari umur keadaan E 3 . Oleh karena itu, elektron mencapai E 2 jauh lebih cepat daripada meninggalkan E 2 .
Setelah waktu tertentu, dengan melepaskan energi dalam bentuk foton, elektron dalam keadaan metastabil E 2 jatuh ke keadaan energi yang lebih rendah E 1 . Ini dikenal sebagai emisi radiasi spontan. Ketika foton yang dipancarkan berinteraksi dengan elektron dalam keadaan metastabil, itu secara paksa menyebabkan elektron itu jatuh ke keadaan E 1 . Akibatnya, ia memancarkan dua foton. Ini disebut emisi radiasi terstimulasi dan karena reaksinya berkelanjutan, jutaan foton dihasilkan.
Mekanisme yang disebut emisi spontan menciptakan cahaya dalam media aktif. Cahaya yang dihasilkan di dalam media laser akan memantul di antara dua cermin. Dengan melepaskan energi cahaya ini menyebabkan elektron lain jatuh ke keadaan dasar. Ini disebut emisi terstimulasi. Demikian pula, itu menyebabkan jutaan elektron memancarkan cahaya. Dan perolehan cahaya tercapai.