MAKALAH FISIKA PRINSIP DAN PENGGUNAAN LASER

MAKALAH FISIKA

“PRINSIP DAN PENGGUNAAN LASER”

Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Fisika

yang Diampu oleh Dr. Parno. M.Si

Disusun Oleh:

PUAN MAHARANI

(210343606425)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

PROGRAM STUDI BIOTEKNOLOGI

NOVEMBER 2021

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan ilmu pengetahuan yang sangat pesat telah melahirkan banyak teknologi baru yang membuat kehidupan manusia dapat dijalankan dengan lebih efektif dan efisien. Salah satu teknologi yang tengah berkembang saat ini adalah laser. Laser merupakan partikel cahaya atau foton yang tereksitasi dengan arus pancarkan energi berbentuk cahaya. Cahaya tersebut kemudian bergabung menjadi sebuah sinar yang kemudian dikenal dengan sinar laser. Saat ini laser banyak dikembangkan ke dalam berbagai bidang seperti kesehatan, lingkungan, industri, bahkan seni.

Beberapa keunggulan dari laser adalah kecepatan pengerjaan yang tinggi dan pengerjaan dapat dilakukan dengan lebih presisi. Adapula kekurangan dari laser yaitu harga produksi yang lebih mahal dan potensi adanya radiasi berlebihan akibat kesalahan perhitungan. Namun terlepas dari kekurangannya, laser merupakan salah satu teknologi yang sangat berpotensi untuk dikembangkan terlebih dalam dunia modern yang serba cepat saat ini. Dengan mempelajari dasar prinsip kerja laser dan mengeksplorasi hal-hal yang dapat dilakukan dengan laser, bukan tidak mungkin kita dapat mengurangi kelemahan dari teknologi ini atau membuat inovasi baru yang bermanfaat berdasarkan penerapan prinsip yang telah dipelajari.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan laser?

2. Apa saja sifat-sifat laser?

3. Bagaimana prinsip kerja laser?

4. Apa saja kegunaan dari laser ?

5. Apa penerapan teknologi laser dalam bidang bioteknologi?

1.3 Tujuan

1. Mengetahui pengertian laser

2. Mengetahui prinsip kerja dan penggunaan laser

3. Memahami aplikasi laser dalam bidang bioteknologi

BAB II
URAIAN MATERI

2.1 Pengertian Laser

Laser adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation yang dapat diartikan sebagai pembesaran cahaya karena emisi dari radiasi yang terus menerus. Laser akan menghasilkan berkas cahaya dengan panjang setiap gelombang yang sangat mirip dan memiliki ketinggian puncak gelombang yang sama. Karena itu sinar yang dihasilkan akan terlihat sempit/kecil, sangat terang dan sangat fokus. Karena sinar yang fokus dan tidak berpendar, sinar laser dapat menempuh jarak yang sangat jauh dan dapat mengonsentrasikan energi yang besar ke area yang sangat kecil. Laser tidak dapat terjadi secara alamiah di alam, perlu dilakukan suatu teknologi untuk menciptakan cahaya laser secara artifisial. Teknologi yang dapat mengendalikan emisi cahaya pada laser adalah dengan bantuan cermin.

2.2 Prinsip Kerja Laser

Laser memiliki sebuah tabung yang disebut dengan media laser, ini adalah tempat dimana atom akan tereksitasi dan sinar laser akan terbentuk. Kita perlu mengingat bahwa atom memiliki elektron yang bergerak disekitar nukleus. Elektron dapat tereksitasi atau naik ke tingkat energi yang lebih tinggi karena beberapa cara. Dalam kaitannya dengan cara kerja laser, eksitasi elektron terjadi adalah karena adanya energi listrik dan adanya foton.

Di dalam laser, energi listrik yang dihasilkan oleh baterai akan memicu elektron di dalam media laser untuk bereksitasi. Atom yang telah tereksitasi akan kembali ke kesetimbangan energi semula dan menghasilkan foton. Foton yang dihasilkan dari eksitasi akan memicu atom lain untuk bereksitasi dan seterusnya. Atom-atom dalam media laser diperangkap diantara dua cermin, sehingga foton yang dihasilkan akan memantul disekitar media laser dan memicu eksitasi atom terus menerus. Salah satu cermin memiliki transparansi yang lebih rendah sehingga memungkinkan beberapa foton untuk keluar, foton inilah yang kita lihat sebagai sinar laser.

2.3 Sifat-Sifat Laser

Laser memiliki beberapa sifat yang tidak dimiliki oleh sumber lain, yaitu:

a. Monokromatis

Artinya adalah memiliki satu warna. Hal ini disebabkan karena gelombang cahaya yang dihasilkan laser memiliki panjang gelombang yang sama. Panjang gelombang yang dihasilkan sendiri tergantung dari jumlah energi yang dilepaskan ketika atom tereksitasi turun ke keadaan setimbang. Panjang gelombang yang berbeda akan menghasilkan warna yang berbeda pula.

b. Koherensi

Artinya gelombang yang dihasilkan selalu sama baik dalam fase maupun arah penjalarannya. Koherensi sendiri memiliki dua konsep yaitu konsep ruang dan konsep waktu.

· Konsep ruang adalah sifat yang dimiliki dua buah gelombang dari sumber yang sama yang menempuh lintasan berbeda namun akan tiba di dua titik yang sama jauhnya dari sumber dengan fase dan frekuensi yang sama.

· Konsep koherensi waktu adalah sifat dimana dua gelombang dengan sumber yang sama tiba dititik yang sama dengan fase yang tetap setelah melewati lintasan yang berbeda. Laser memiliki koherensi terhadap ruang dan waktu yang lebih besar dibanding sumber cahaya lainnya

c. Intensitas

Laser memiliki gelombang cahaya dengan fase yang sama sehingga gelombang tersebut saling memperkuat yang menyebabkan laser memiliki pancaran yang kuat dan terlihat sangat terang

d. Kesearahan

Pada laser, cahaya tidak membias namun memancar dalam satu arah yang sama sehingga cahaya yang dihasilkan akan sangat fokus

2.4 Penggunaan Laser

Saat ini teknologi laser digunakan dalam bidang dalam kehidupan manusia, beberapa diantaranya adalah:

Bidang kesehatan

· Menghilangkan bekas tanda lahir yang abnormal

· Pengangkatan tumor jinak

· Prosedur lasik untuk menhilangkan gangguan pengelihatan

· Pemecahan batu ginjal

· Prosedur kemoterapi

· Prosedur perawatan kecantikan seperti menghilangkan flek hitam dan IPL

Bidang industri

· Alat pengukuran yang presisi

· Alat pengecek barcode

· Pemotongan lempeng baja dan besi

· Pengelasan

Bidang teknologi komputasi

· Printer laser

· Pembuatan komponen alat elektronik

Bidang pengembangan ilmu pengetahuan

· Digunakan dalam alat spektrometer yang dapat membantu ilmuwan menemukan bahan penyusun suatu benda

· Membuat pemetaan planet, bumi dan asteroid

· Mengukur jarak bumi dan bulan

2.5 Contoh Soal Berkaitan Dengan Laser

1. Seberkas sinar laser jatuh pada permukaan kaca plan paralel dapat membentuk sudut datang sebesar 45°. Jika tebal kaca plan paralel 5 cm dan sudut bias yang dihasilkan adalah 20°. Tentukan besar pergeseran yang dialami oleh sinar laser tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

i₁ = 45°

d = 5 cm

r₁ = 20°

Ditanyakan: t

Jawab:

t	=	d sin (i₁ – r₁)
		cos r₁
t	=	(5) sin (45° – 20°)
		cos 20°

t	=	(5) sin (25°)
		cos 20°
t	=	(5)(0,42)
		0,94

t	=	2,1	=	2,2
		0,94

Jadi, ketika melewati kaca plan paralel, sinar laser mengalami pergeseran sejauh 2,2 cm dari arah semula.

2. Sebuah laser diarahkan ke salah satu sisi kaca plan paralel yang mempunyai ketebalan 4 cm. Jika sudut datang sinar tersebut 30° dan indeks bias kaca 2, tentukanlah pergeseran sinar pada kaca!

Penyelesaian:

Diketahui:

d = 4 cm

n_kaca = 2

i₁ = 30°

Ditanyakan: t

Jawab:

Untuk mencari t, terlebih dahulu kita mencari sudut bias (r₁). Sesuai dengan Hukum Pembiasan, kita mendapatkan:

n_udara sin i₁ = n_kaca sin r₁

(1) sin i₁ = n_kaca sin r₁

sin i₁ = n_kaca sin r₁

sin r₁	=		sin i₁
		n_kaca
sin r₁	=		sin 30°
		2

sin r₁	=		1/2
		2
sin r₁	=		1
		4

r₁ = sin^-1(1/4)

r₁ = 14,48°

Kemudian besar pergeseran sinar dapat kita cari dengan persamaan berikut:

t	=	d sin (i₁ – r₁)
		cos r₁
t	=	(4) sin (30° – 14,48°)
		cos 14,48°

t	=	(4) sin (15,52°)
		cos 14,48°
t	=	(4)(0,268)
		0,968

t	=	1,072	=	1,11
		0,968

Jadi, pergeseran sinar tersebut adalah 1,11 cm.

BAB III
KETERKAITAN DENGAN BIOTEKNOLOGI

3.1 Fenomena Dalam Bidang Bioteknologi

Baru-baru ini ditemukan sel yang mempu memancarkan sinar laser. Dalam membuat laser dibutuhkan setidaknya dua hal yaitu bahan yang dapat memendar cahaya dan cermin sebagai pengonsentrasi cahaya dan pengarah lintasan. Sinar laser dari sel ini didapat dengan memanfaat bahan bernama green fluorescent protein (GFP) sebagai pembangkit.. Peneliti ini melakukan rekayasa genetika terhadap sel ginjal dari embrio manusia untuk menghasilkan protein pemendar. Protein pemendar tersebut di tempatkan di satu sel diantara dua kaca berjarak sepertiga tebal rambut manusia. Kemudian seberkas cahaya ditembakan ke protein tersebut dan berhasil menghasilkan laser. Bentuk sel yang berupa bola juga memiliki fungsi tambahan sebagai lensa yang dapat memfokuskan cahaya.

3.2 Teknologi Pada Bidang Bioteknologi

Mesin penghilang tatto merupakan salah satu penerapan teknologi laser yang banyak digunakan. Jenis laser yang digunakan adalah Ultra Short Pulse Laser, laser ini daat menembakan cahaya hingga kecepatan picosecond (1^-11 second). Laser yang ditembakan akan diatur dengan frekuensi sebesar 775 nanometer. Panjang gelombang yang rendah memungkinkan sinar laser masuk dan menemus ke dalam kulit.

Tinta tato terbentuk dari komponen yang sebagian besarnya mengandung logam berat. Secara mikroskopik, dapat dilihat bahwa logam berat tersebut terdiri dari logam berbentuk butiran sangat halus dan butiran yang agak besar. Dalam proses pembuatan tato, jarum akan ditusukan kedalam kulit untuk memasukan partikel-partikel logam di dalam tinta tadi ke dalam lapisan dermis. Ketika partikel logam tersebut memasuki tubuh, sel darah putih akan bereaksi untuk membuang benda asing tersebut. Sel darah putih sendiri merupakan sel yang berukuran sangat kecil, sedangkan tinta mengandung partikel berukuran kecil dan besar. Karena itu sel darah putih hanya dapat menelan partikel logam berukuran kecil yang nantinya akan dibawa ke liver untuk dibuang dari tubuh. Sedangkan partikel yang lebih besar akan tertinggal di lapisan dermis dan membuat warna tinta tato menjadi permanen. Seiring berjalannya waktu, partikel logam tersebut akan terurai sedikit demi sedikit sehingga memungkinkan sel darah putih untuk membawanya, karena itu meskipun permanen tinta tato akan memudar setelah beberapa waktu.

Permasalahan dalam penghilangan tato secara alami adalah perbedaan antara ukuran sel darah putih dan partikel logam dalam tinta. Maka teknologi dalam mesin penghilang tato hadir untuk menjawab permasalahan tersebut. Ketika laser ditembakan ke dalam kulit, sinar dari laser memancarkan energi radiasi ke partikel logam, sehingga partikel logam tersebut mengalami kenaikan suhu dan memanas. Panas yang dihasilkan akan memecah partikel tersebut menjadi pecahan-pecahan kecil. Dengan begitu sel darah putih akan lebih mudah menelan dan membawa partikel logam tersebut untuk dibuang.

3.3 Permasalahan Kontekstual pada Bidang Bioteknologi, Solusi Penyelesaiannya, dan Disain Miniatur Teknologi Penyelesaiannya

Saat ini penulis belum menemukan permasalahan kontekstual dan penyelesaiannnya. Kedepannya tulisan ini akan disunting kembali untuk penambahan materi pada sub pembahasan ini.

BAB IV
PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Perkembangan pengetahuan memungkinkan kita untuk menikmati manfaat penggunaan laser dalam berbagai bidang. Laser sendiri merupakan pembesaran cahaya karena emisi dari radiasi yang terus menerus. Laser memiliki ciri khas dibandingkan dengan sumber cahaya lain yaitu sifat koherensi, monokromatik dan kesearahan. Prinsip kerja laser adalah memanfaatkan eksitasi dari atom untuk menghasilkan foton yang diperangkap dalam sebuah tabung dengan cermin sehingga eksitasi dapat berjalan terus menerus dan menghasilkan cahaya dengan intensitas yang tinggi. Saat ini penggunaan laser sangat banyak digunakan dalam berbagai bidang dan memungkinkan adanya perkembangan teknologi kedepannya.

4.2 Saran

Kita dapat mempelajari cara kerja laser sehingga dapat tercipta inovasi-inovasi baru yang memudahkan kehidupan kita. Penulis mengetahui bahwa makalah ini masih jauh dari kata sempurna. Maka dari itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun agar makalah ini dapat diperbaiki menjadi lebih baik.

Daftar Pustaka

https://lasers.llnl.gov/education/how_lasers_work

http://www.planet-science.com/categories/over-11s/technology/2012/01/what-is-a-laser.aspx

https://spaceplace.nasa.gov/laser/en/

https://core.ac.uk/download/pdf/11703678.pdf

Sadimin, Mengenal Laser dan Hologram, 2020

Sri Jumini, FISIKA KEDOKTERAN, 2018

Fisikasik

Search This Blog