PENGEMBANGAN METODE PENYETABIL SUMBER CAHAYA LASER HE-NE dengan MENGGUNAKAN PLAT λ/4

Transkripsi

1

2 PENGEMBANGAN METODE PENYETABIL SUMBER CAHAYA LASER HE-NE dengan MENGGUNAKAN PLAT λ/4 Wiwis Sasmitaninghidayah*, Ari Santoso**, dan Agus Rubiyanto* *Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ** Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Institiut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya ABSTRAK Eksperimen penyetabil sumber cahaya laser He-Ne dilakukan dengan menggunakan laser He-Ne 10 mw, polarisator, 2 pelat λ/4, analisator, fotodetektor, interferometer Michelson dengan vibrator akustik yang dibangkitkan dengan function generator dan osciloskop. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa dengan menggunakan sudut polarisator 0 o, pelat λ/4 pertama 30 o, pelat λ/4 kedua -30 o, analisator 90 o, interferometer Michelson dengan vibrasi akustik 1-60 MHz, diperoleh berkas laser yang stabil dengan jumlah berkas yang terefleksi terkecil. Kata kunci : penyetabil laser He-Ne, plat λ/4. 1. Pendahuluan Laser memiliki keunggulan dibandingkan cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya lain. Antara lain laser bersifat monokromatis, kesejajaran tinggi, kecerahan tinggi dan koheren. Laser banyak digunakan dalam bidang spektroskopi, industri, kesehatan, hiburan, komunikasi, pertahanan, dan sebagai sumber cahaya dalam pengujian ilmiah pada skala laboratorium. Laser He-Ne digunakan sebagai sumber cahaya tampak dalam skala laboratorium maupun pada pengujian kelurusan sistem dan digunakan dengan panjang gelombang tertentu. Penggunaan sumber cahaya laser He-Ne yang bebas refleksi diharapkan dapat memperoleh output yang memiliki tingkat kesalahan minimal. Beberapa penelitian yang terkait dengan penstabilan berkas laser He-Ne antara lain: iodine penyetabil laser He-Ne pada MRI dengan menambahkan sell iodine pada laser MRI3 (Hu, 1995), metode pengukuran optis dengan menggunakan Bragg sel (Vairac, 1996), respon suhu polarisator sebagai penyetabil laser He Ne dengan memberikan variasi suhu (Makinen, 1998), dan Desain dan fabrikasi laser vibrometer dengan menggunakan isolator optis (Rubiyanto, 2002).

3 2. Penyetabil Berkas Laser He-Ne Penyetabilan berkas laser He-Ne dilakukan dengan menggunakan polarisator dan analisator serta pelat λ/4. Polarisasi didefinisikan sebagai orientasi medan listrik gelombang elektromagnetik E(r,t). Gelombang bidang yang monokromatik (berkas laser) yang memiliki frekuensi ν, merambat searah sumbu z dengan kecepatan c, medan listriknya dideskripsikan dengan persamaan:, exp 2 (1) dengan (2) adalah vektor dengan komponen kompleks A x dan A y Berkas laser merupakan gelombang bidang yang monokromatik dengan frekuensi ν dan merambah searah sumbu z, dengan A x = a x exp (jφ x ) dan A y = a y exp (jφ y ) adalah komponen x dan y dari medan listrik, dapat direpresentasikan dalan matriks (3) Pelat λ/4 (Г= π/2) berfungsi untuk mengubah cahaya yang terpolarisasi linier menjadi cahaya yang terpolarisasi melingkar ke kiri, dan sebaliknya mengubah cahaya yang terpolarisasi melingkar ke kiri menjadi cahaya yang terpolarisasi linier. Pelat ini memiliki representasi matriks 1 0 (4) 0 exp Γ 3. Metode penelitian Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian ini disusun seperti gambar berikut: Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Untuk mempermudah analisis optik, diasumsikan bahwa berkas laser monokroma-tik dan dianggap sebagai gelombang bidang. Polarisasi dideskribsikan dalam Matriks jones oleh vektor kolom (5)

4 dimana E x dan E y merupakan dua bilangan kompleks yang merepresentasikan koordinat medan yang kompleks. Transformasi matriks dari plat λ/4 dapat dituliskan sebagai berikut / / (7) 4. Hasil dan Pembahasan Vektor cahaya yang terpolarisasi linier pada sumbu x dan y diberikan oleh persamaan sin dan sin. (8) Dalam eksperimen digunakan intensitas cahaya sebagai besaran yang diobservasi, karena intensitas sebanding dengan kuadrat amplitude medan listrik dari gelombang cahaya. Jika notasi kompleks dikuadratkan maka dapat dihitung dengan mengalikan kompleks konjugetnya. Maka, diperoleh intensitas sebesar = A x 2 + A y 2. Berkas cahaya melewati polarisator, pelat λ/4, analisator memiliki intensitas sebesar: cos sin 0 1 sin cos 0 exp π/2 1 0 cos sin 0 exp π/2 sin cos Dalam eksperimen diketahui bahwa kombinasi sudut yang terbentuk oleh polaritor 0 o, QWP 30 o, QWP -30 o, dan analisator analisator 90 o, dengan persebaran tegangan sebagai keluaran dari foto detector atas berkas masukan ditunjukkan sebagai berikut. Table 1. Hasil tegangan keluaran dengan menggunakan P laser = 10mW Modulasi Frek out Teg out (MHz) (MHz) (mv)

5 Tegangan mv a b Frekuensi Modulasi MHz Gambar 1. a. Intensitas Laser He-Ne tanpa penyetabil, b. dengan penyetabil. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan menggunakan pelat λ/4 dan susunan seperti yang telah disebutkan dapat diperoleh berkas laser dengan refleksi minimum. Sehingga apabila berkas digunakan untuk penelitian lebih dalam dalam berbagai bidang, efek refleksi dapat dihilangkan dengan penggunaan sistem ini. 5. Kesimpulan Sistem dengan penyusunan polarisator, pelat λ/4, pelat λ/4, analisator dengan sudut yang dibentuk masing-masing plat berturut-turut 0 o, 30 o, -30 o, dan 90 o menghasilkan sistem yang dapat meminimalkan efek refleksi berkas laser He-Ne. 6. Ucapan Terima Kasih Terima kasih yang sebesar-besarnya disampaikan kepada DP2M DIKTI KEMENDIKNAS dengan Kontrak No. 042/SP2H/PP/DP2M/III/2010 Tanggal 1 Maret 2010 yang telah membantu dalam penelitian. 7. Daftar Pustaka Hu, J., Ahola, T., dan Ikonen, E. (1995), Development of iodine stabilized He-Ne lasers at MRI, Measurement, Vol. 16, hal Mäkinen, J., dan Ståhlberg, B. (1998), Long-term frequency stability and temperature response of a polarization-stabilized He Ne laser, Measurement, Vol. 24, hal Pedrotti, Frank L., and Pedotti, Leno S. (1993), Introduction to Optics, Prentice Hall, New Jersey.

6 Rahayuingtijas, Endang S., Rohedi, Ali Y., dan Yudoyono, G. (2003), Optika, Lecture handout: Optika Modern, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Rubiyanto,A. (2002), Integriet akustooptisches Heterodyninterferometer in LiNbO 3, Desertasi Doktoral, Paderborn University, Paderborn. Saleh, Bahaa E.A., dan Teich, Malvin Carl. (1991), Fundamental of Photonics, John Wiley & Sons, Inc., New York. Vairac, P., dan Cretin, B. (1996), New Structures for Heterodyne Interferometric Probes using Double-Pass, Optics Communications, 132, Tischler, M. (1992), Optoelectronics: Fiber Optics and Laser, 2 nd edition, McGraw-Hill, Singapore. Wilson, J., dan Hawkes, J.F.B. (1987), Lasers : Principles and Applications, Prentice Hall, new castle. Yudoyono, G., Rohedi, Ali Y., Rahayuning tijas, Endang S., dan Setijono, A. (2001), Optoelektronika, Lecture handout: Optika Modern, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya