I. PENDAHULUAN
D
|
iera
global seperti sekarang ini, peralatan yang dibuat oleh para ahli sudah semakin
canggih. Misalnya saja pada bidang kesehatan, digunakan sinar laser untuk
pematrian titik pada retina yang sobek. Bahkan untuk yang lebih kompleks adalah
hologram 2D dan 3D. semua peralatan tersebut berdasarkan konsep foton dan
pancaran cahaya. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
(LASER) adalah sebuah alat yang menggunakan efek mekanika kuantum. Pancaran
terstimulasi untuk menghasilkan sebuah cahaya yang koherens dari medium yang
dikontrol kemurnian, ukuran, dan bentuknya.[3].
Cahaya bukanlah partikel saja atau
gelombang saja, melainkan partikel dan juga gelombang. Akan ttetapi cahaya
hanya memperlihatkan salah satu aspeknya tergantung pada macam percobaan yang
kita lakukan. Intensitas cahaya merupakan energi pper satuan waktu dan
sebanding dengan kuadrat amplitude gelombang. Warna cahaya berhubungan dengan
panjang gelombang atau frekuensi cahaya tersebut.[5].
Sebuah prisma memisahkan cahaya
putih menjadi pelangi yang warna warni. Cahaya putih merupakan campuran dari
sebuah panjang gelombang yang tampak, dan ketika jatuh pada prisma, panjang
gelombang yang berbeda tersebut dibelokkan dengan derajad yang berbeda – beda.
Karena indeks bias lebih besar untuk panjang gelombang yang lebih pendek,
cahaya ungu dibelokkan paling jauh dan cahaya merah paling sedikit. Penyebaran
cahaya putih menjadi spektrum lengkap ini disebut dispersi.[2].
Laser berhasil diciptakan pertama
kali oleh T.H. Mainan pada tahun 1960. Laser menggunakan kristal rubi. Kristal
rubi tesusun dari sejumlah besar alumunian oksida, sejumlah atom alumunium
diganti dengan atom kromium sekitar 42% dalam kristal Mainan. Rubi tersebut
dimasukkan kedalam sebuah batangan dengan diameter 0,5 cm dan panjang 4 cm.
ujung batang tersebut dilapisi dengan sempurna dengan menggunakan lempengan
perak dengan ujung yang satu lagi dilengkapi dengan cermin pemantul secara
keseluruhan, dan ujung yang satu lagi dilengkapi dengan cermin pemisah.
Batangan tersebut diletakkan dibagian dalam sebuah tabung cahaya elektronik
yang digulung, kemudian disambungkan dengan sebuah kapasitor besar disuplai
dengan tegangan cadangan. Ketika tebaga cadangan itu diaktifkan maka kapasitor
itu mengeluarkan muatan untuk menciptakan tegangan. Kemudian pembidik ditekan
sehingga tabung cahaya menyala, dan mengeluarkan fluk cahaya yang kuat dalam
jangka waktu yang sangat singkat. Peristiwa ini disebut dengan pemompaan dan
getaran cahaya meningkatkan sejumlah besar atom kromium ke satu tingkatan
eksitasi. Ketika atom-atom tertentu ditumbuk oleh foton – foton kromium, yang
merangsang atom – atom ini untuk memancarkan energi foton – foton dengan
panjang gelombang yang sama dan akhirnya memasuki keadaan paling besar.[1].
Prinsip kerja sebuah laser berawal dari atom -atom
dari keadaan dasar E1 dipompakan keatas kesebuah keadaan tereksitasi E3 dengan
menggunakan suatu mekanisme. Dari E3 atom atom meluruh secara cepat ke sebuah
keadaan yang energinya E2 , sedangkan pada tingkat energy E2 membutuhkan waktu
sedikit lama untuk meluruh ke tingkat E1, sehingga terjadi inversi populasi
dimana pada E2 terdapat energy lebih banyak daripada di E1. Sehingga peluruhan
atom atom dari E2 secara kontinu akan memancarkan foton dan itulah sinar laser.[3].
Sinar laser bersifat koheren, rentet gelombang untuk
sinar laser dapat mempunyai panjang gelombang barapa ratus kilometer.
Panjangnya koherensi yang bersangkutan untuk cahaya dari sebuah lampu pijar
tungsten atau dari sebuah tabung lucur gas secara khas sangat kurang dari satu
meter. Sinar laser bersifat sangat terarah. Sebuah sinar laser menyimpang dari
kesejajaran yang sempurna hanya karena efek – efek difraksi yang ditentukan
oleh panjang gelombang dan diameter dari lubang keluar. Sinar laser juga dapat
difokuskan secara tajam. Sifat ini berkaitan dengan kesejajaran sinar laser.[3].
Helium – Neon (He-Ne) adalah laser yang paling banyak
digunakan untuk inferometri karena murah dan mudah dioperasikan. Panjang
gelombang output yang paling umum adalah 0,63 µm dan 0,54 µm.[4].
Tidak ada sumber cahaya, termasuk sinar laser yang
mampu secara absolute menghasilak cahaya monokromatis. Untuk menyatakan lebih
kualitatif tentang tingkat kekromatisan cahaya, kita tandai penyebaran
frekuensi dari suatu garis dengan suatu lebar garis Δv. Monokromatis absolute
dimana Δv = 0, merupakan tujuan yang tidak pernah tercapau. Dapat dikatakan
bahwa cahaya laser mempunyai tingkat kemonokromatisan yang lebih tinggi.[6].
Photodiode adalah sebuah sambungan semikonduktor p-n
yang bekerjanya melibatkan pemancaran dan penyerapan cahaya. Photodiode bekerja
berdasarkan asas sebuah electron dalam pita valensi dapat menyerap foton dan
bertransisi ke pita konduksi. Karena foton cahaya tampak memiliki energy dalam
orde 2 atau 3eV, maka semikonduktor dengan energy celah berorde 1eV cocok untuk
transisi seperti itu. Sebaliknya sebuah electron tereksitasi dari pita konduksi
dapat turun kembali ke pita valensi dengan memancarkan sebuah foton.[3].
Sewaktu partikel bermuatan bergerak didalam sebuah rangkaian,
maka energi potensial listrik dipindahkan dari sebuah sumber ke dalam bentuk
energi lain. Kerja yang dilakukan atau tenaga yang dipindahkan dalam sebuah
rangkaian listrik atau dalam bagian sebuah rangkaian dinyatakan sebagai berikut
P =VI ...................................(1.1)
Sehingga daya adalah perkalian
tegangan dan arus listrik. satuan SI daya adalah watt[2].
II. METODE
Langkah pertama yang dilakukan pada percobaan daya
emisi foton ini adalah peralatan disiapkan terlebih dahulu. Yaitu terdiri atas laser He-Ne atau laser
pointer sebagai obyek yang akan dihitung besar dayanya, layar kertas karton
warna hitam yang berfungsi sebagai layar tempat diletakkannya photodioda,
ampermeter sebagai alat pengukur arus pada rangkaian, voltmeter sebagai alat pengukur
tegangan pada rangkaian, sensor photodioda sebagai obyek yang menerima cahaya
laser sehingga dapat diukur berapa tegangan dan arusnya, power supply
sebagai sumber tegangan, dan kabel buaya sebagai penghubung pada rangkaian.
Gambar 2.1.
rangkaian alat percobaan daya emisi foton.
Dipastikan bahwa peralatan sudah terangkai seperti
gambar 2.1. Kemudian jarak laser dan
layar diatur sesuai jarak yang telah ditentukan. Pada percobaan kali ini
digunakan 5 variasi jarak yaitu 6 cm, 7 cm, 8 cm, 9 cm, dan 10 cm. setelah
jarak ditentukan, photodioda disambungkan dengan ampermeter untuk mengukur arus
terlebih dahulu. Pada percobaan ini, hanya digunakan satu buah multimeter untuk
mengukur arus sekaligus tegangan. Rangkaian tidak terlalu rumit karena
sebelumnya telah dirangkai seri jika untuk mengukur arus, dan paralel jika akan
mengukur tegangan. Pada saat arus yang diukur, maka photodioda dan power supply
dirangkai seri. Sedangkan pada saat tegangan yang diukur, maka photodioda dan
power supply dirangkai paralel. Setelah dirangkai dengan ampermeter, kemudian
power supply dinyalakan dan diukur besar arus sebelum laser dinyalakan. Setelah itu, laser dinyalakan dan dicatat
berapa besar arus yang terbaca pada ampermeter. Begitu pula jika tegangan
yang akan diukur, dicatat pula tegangan
pada rangkaian sebelum laser dinyalakan. Kemudian laser dinyalakan dan dicatat
besar tegangan yang terbaca pada voltmeter. Percobaan ini dilakukan dengan 5
kali pengulangan setiap variasi jarak. Sehingga akan didapat data berupa arus sebelum,
arus sesudah, tegangan sebelum, dan tegangan sesudah. Yang masing – masing
didapatkan 25 data.
Flowchart untuk daya emisi foton dapat dilihat pada
gambar 2.2.
Gambar 2.2.
Flowchart percobaan daya emisi foton.
III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan data
sebagai berikut:
Tabel 2. Data hasil percobaan.
No
|
Jarak (cm)
|
Tegangan (Volt)
|
Arus (Ampere)
|
||
Sebelum
|
Sesudah
|
Sebelum
|
Sesudah
|
||
1
|
6
|
0,2474
|
0,3276
|
0,00735
|
0,00911
|
2
|
0,2456
|
0,3101
|
0,00729
|
0,00848
|
|
3
|
0,2441
|
0,3126
|
0,00731
|
0,00855
|
|
4
|
0,2502
|
0,3296
|
0,00727
|
0,00839
|
|
5
|
0,2417
|
0,3061
|
0,00732
|
0,00857
|
|
6
|
7
|
0,244
|
0,2838
|
0,00732
|
0,00837
|
7
|
0,2446
|
0,2812
|
0,00728
|
0,00839
|
|
8
|
0,2425
|
0,2766
|
0,00727
|
0,0084
|
|
9
|
0,2422
|
0,2733
|
0,00728
|
0,00836
|
|
10
|
0,2516
|
0,2735
|
0,00727
|
0,00838
|
|
11
|
8
|
0,2506
|
0,2624
|
0,00728
|
0,00782
|
12
|
0,2418
|
0,2613
|
0,0073
|
0,00781
|
|
13
|
0,2412
|
0,2641
|
0,00727
|
0,0078
|
|
14
|
0,2461
|
0,2634
|
0,00728
|
0,00782
|
|
15
|
0,2418
|
0,2665
|
0,00729
|
0,00781
|
|
16
|
9
|
0,2431
|
0,2603
|
0,00727
|
0,00781
|
17
|
0,2422
|
0,2601
|
0,00728
|
0,00778
|
|
18
|
0,2413
|
0,2603
|
0,00729
|
0,00777
|
|
19
|
0,2426
|
0,2615
|
0,00728
|
0,00778
|
|
20
|
0,2421
|
0,259
|
0,00721
|
0,00773
|
|
21
|
10
|
0,2459
|
0,25
|
0,00739
|
0,00772
|
22
|
0,2399
|
0,2512
|
0,00735
|
0,00769
|
|
23
|
0,2401
|
0,2513
|
0,00728
|
0,00766
|
|
24
|
0,2432
|
0,2456
|
0,00729
|
0,00765
|
|
25
|
0,2426
|
0,2459
|
0,00732
|
0,00768
|
|
Dengan menggunakan persamaan (1.1)
dapat dihitung nilai daya (P) dengan mencari selisih dari tegangan sebelum dan
sesudah laser dinyalakan, serta selisih antara arus sebelum dan sesudah laser
dinyalakan. Sehingga didapatkan data sebagai berikut.
Tabel 2. Data hasil perhitungan
daya (P).
No
|
Jarak (cm)
|
ΔV
(Volt)
|
ΔI
(Ampere)
|
P
(µ Watt)
|
1
|
6
|
0,0802
|
0,00176
|
141,15
|
2
|
0,0645
|
0,00119
|
76,76
|
|
3
|
0,0685
|
0,00124
|
84,94
|
|
4
|
0,0794
|
0,00112
|
88,93
|
|
5
|
0,0644
|
0,00125
|
80,50
|
|
6
|
7
|
0,0398
|
0,00105
|
41,79
|
7
|
0,0366
|
0,00111
|
40,63
|
|
8
|
0,0341
|
0,00113
|
38,53
|
|
9
|
0,0311
|
0,00108
|
33,59
|
|
10
|
0,0219
|
0,00111
|
24,31
|
|
11
|
8
|
0,0118
|
0,00054
|
6,37
|
12
|
0,0195
|
0,00051
|
9,94
|
|
13
|
0,0229
|
0,00053
|
12,14
|
|
14
|
0,0173
|
0,00054
|
9,34
|
|
15
|
0,0247
|
0,00052
|
12,84
|
|
16
|
9
|
0,0172
|
0,00054
|
9,29
|
17
|
0,0179
|
0,0005
|
8,95
|
|
18
|
0,019
|
0,00048
|
9,12
|
|
19
|
0,0189
|
0,0005
|
9,45
|
|
20
|
0,0169
|
0,00052
|
8,79
|
|
21
|
10
|
0,0041
|
0,00033
|
1,35
|
22
|
0,0113
|
0,00034
|
3,84
|
|
23
|
0,0112
|
0,00038
|
4,26
|
|
24
|
0,0024
|
0,00036
|
0,86
|
|
25
|
0,0033
|
0,00036
|
1,19
|
Dari perhitungan nilai daya pada
tabel 2, dapat dilihat bahwa jarang sangat berpengaruh terhadap besar daya yang
dihasilkan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.1. yang
menunjukkan grafik hubungan daya dan jarak antara layar dan laser.
Gambar 3.1. Grafik
hubungan antara jarak (s) dan daya (P).
Data hasil percobaan dapat dilihat
pada tabel 1 bahwa jarak laser-layar berbanding terbalik terhadap tegangan dan arus yang terukur. Semakin besar jarak
layar-laser, akan mengakibatkan nilai tegangan dan arus yang terukur semakin
kecil. Pada tabel 1 pula dapat dilihat bahwa ada beberapa penyimpangan yang
terjadi pada data pengukuran tegangan dan arus. Penyimpangan atau error ini terjadi
dikarenakan beberapa faktor yaitu kesalahan pengukuran oleh praktikan dan
karena adanya cahaya lain yang mengenai layar dan terdeteksi oleh photodiode.
Seperti yang diketahui bahwa photodiode adalah semikonduktor yang sangat peka
terhadap cahaya sehingga sedikit saja cahaya lain masuk maka akan terdeteksi
oleh sensor photodiode. Seharusnya percobaan ini dilakukan dengan keadaan tidak
ada cahaya lain yang masuk ke layar dan sensor photodiode selain sinar yang
akan diamati, dalam percobaan ini digunakan sinar laser. Karena faktor - faktor
tersebutlah yang menyebabkan penyimpangan hasil pengukuran tegangan dan arus.
Dari gambar 3.1. dapat dilihat
grafik hubungan antara daya dan jarak layar –laser. Terlihat bahwa hubungan
antara daya dan jarak adalah berbanding terbalik, semakin besar jarak, maka
daya akan semakin kecil dan begitu pula sebaliknya. Jika ditinjau secara fisis,
hal ini dapat dipengaruhi karena besar intensitas cahaya ketika jarak
layar-laser semakin kecil (dekat) maka
intensitas cahaya akan semakin besar. Intensitas cahaya ini akan membuat foton
yang menumbuk elektron pada photodiode semakin banyak, sehingga menyebabkan elektron
yang mengalir pada rangkaian juga semakin banyak. Ini menyebabkan arus dan
tegangan yang terukur juga semakin besar, sehingga daya yang terhitung juga
semakin besar.
Dari hasil perhitungan, diperoleh
daya rata-rata untuk setiap variasi jarak layar-laser ( 6, 7, 8, 8, 9, dam 10
cm). Nilai daya rata-rata untuk setiap variasi jarak layar-laser secara
berturut-turut yaitu 94,455 ; 35,769 ; 10,128 ; 9,119; dan 2,301 µWatt.
I.V. KESIMPULAN
Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan tentang daya emisi foton, dapat disimpulkan bahwa dari hasil perhitungan, diperoleh daya
rata-rata untuk setiap variasi jarak layar-laser ( 6, 7, 8, 8, 9, dam 10 cm).
Nilai daya rata-rata untuk setiap variasi jarak layar-laser secara berturut-turut
yaitu 94,455 ; 35,769 ; 10,128 ; 9,119; dan 2,301 µWatt. Pengaruh jarak
laser-layar terhadap daya emisi foton adalah menunjukkan hubungan yang
berbanding terbalik , ketika jarak diperbesar maka daya yang dihasilkan semakin
menurun, begitu juga sebaliknya.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan
terima kasih kepada M. Taufiqi, Dian
Agustinawati, Inechia Gevanda, Philin Yolanda, Rahmania M. selaku asisten praktikum daya emisi foton, rekan – rekan
praktikan, dan semua pihak terkait praktikum dalam melakukan percobaan dan
penyelesaian laporan ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Aman,
Mustavan.1985.Cahaya.ITB.Bandung.
[2] Giancoli,
C.Douglas.2001.Fisika.Erlangga.Jakarta.
[3] Halliday, David dan Robert
Resnik.1999.Fisika Modern. Erlangga.Jakarta.
[4] Hariharan.1900.Optical
Interferometry.School of Physics. Australia.
[5] Krane, Kennent.1992.Fisika
Modern.UI Press.Jakarta.
[6] Loud.B.B.1988.Laser dan
Optik Modern. UI Press. Jakarta.
Posting Komentar