PENGUKURAN DAYA LASER CO 2 DAN LASER DPSS SERTA PENGAMATAN BEAM PROFILER SINAR LASER DPSS DAN LASER He-Ne MENGGUNAKAN CCD SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGUKURAN DAYA LASER CO 2 DAN LASER DPSS SERTA PENGAMATAN BEAM PROFILER SINAR LASER DPSS DAN LASER He-Ne MENGGUNAKAN CCD SKRIPSI HELEN MARTINA MANURUNG DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 PENGUKURAN DAYA LASER CO 2 DAN LASER DPSS SERTA PENGAMATAN BEAM PROFILER SINAR LASER DPSS DAN LASER He-Ne MENGGUNAKAN CCD SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains HELEN MARTINA MANURUNG DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

3 PERSETUJUAN Judul : Pengukuran Daya Laser CO 2 Dan Laser DPSS Serta Pengamatan Beam Profiler Sinar Laser DPSS dan Laser He-Ne Menggunakan CCD Kategori : Skripsi Nama : Helen Martina Manurung Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Diluluskan di Medan, 20 Agustus 2013 Komisi Pembimbing : Pembimbing 2, Pembimbing 1, Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc NIP NIP Diketahui/ disetujui Oleh : Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP

4 LEMBAR PENGESAHAN PENGUKURAN DAYA LASER CO 2 DAN LASER DPSS SERTA PENGAMATAN BEAM PROFILER SINAR LASER DPSS DAN LASER He-Ne MENGGUNAKAN CCD Oleh : Helen Martina Manurung NIM : Disetujui oleh : DR. Maria Margaretha Sulianti, MT NIP : Diketahui oleh : Kepala Pusat Penelitian Fisika PPF - LIPI DR. Bambang Widiyatmoko, M.Eng NIP :

5 PERNYATAAN PENGUKURAN DAYA LASER CO 2 DAN LASER DPSS SERTA PENGAMATAN BEAM PROFILER LASER DPSS DAN LASER He-Ne MENGGUNAKAN CCD SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dari ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, 20 Agustus 2013 HELEN MARTINA MANURUNG NIM

6 PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat dan anugerah kasihnya, kekuatan serta hikmat kebijaksanaan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan masukan, arahan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih buat semua pihak yang terlibat di dalam penulisan Tugas Akhir ini. Ucapan terimakasih saya sampaikan kepada : 1. Keluarga besar saya, orangtua saya H. Manurung dan R. Damanik, adikadik saya tersayang Hilda Manurung, Halason Manurung dan Hansen Manurung, terimakasih buat dukungan, doa, kesabaran dan kasih sayang yang diberikan. I always love you until the end of my life. 2. Para peneliti-peneliti di LIPI Serpong, Banten, yan telah banyak membantu saya diantaranya Ibu DR. Maria M. Suliyanti, M.T selaku pembimbing di P2F LIPI, Bapak Dr. Bambang Widyatmoko selaku kepala P2F LIPI, pak Prabowo, bu Ani, pak Suryadi, ibu Affi, ibu yuli, pak Bambang, Prof. Masno Ginting, Prof. Pardamean Sebayang dan seluruh staf/karyawan P2F LIPI Serpong, Banten, yang tidak dapat saya ucapkan satu persatu, saya mengucapkan terimakasih. 3. Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc dan bapak Dr. Bisman Peranginangin, M.Eng.Sc selaku dosen pembimbing saya yang telah memberikan banyak masukan, semangat, waktu dan pikiran untuk memberikan arahan dan bimbingan kepada saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir saya ini, saya mengucapkan terimakasih. 4. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA USU dan Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Si selaku Sekertaris Jurusan Fisika FMIPA USU dan dosen PA saya, serta seluruh dosen, staf/karyawan Departemen Fisika, saya mengucapkan terimakasih. 5. Personil fisika USU angkatan 2009 yang dikenal dengan sebutan stambuk briefing yang terdiri dari 36 orang personil terdiri dari : Agus Ningsih,

7 Fitri Yuniati Harahap, Arvilla Mikartini, Sabam P. Simbolon, Sukria Novianti, Monora Panca Bakara, Herdiana Purba, Ade Irma Y. Nasution, Zainaluddin Rambe (Komting 2009), Sony Togatorop, Agus P. Siahaan, Nurzannah, Ferdy Aulia Mirda, Masria Pane, Valentina Ginting, Eldo Jones Surbakti, Yosua Pinem, Esrawati Siregar, Wenny Yoweri Gulo, Septiana Manurung, Yenny T.S. Lubis, Resdina Silalahi, Emy Tarigan, Stevani Sigiro, Enra S. Tambunan, Silviana Simbolon, Kalam T.T. Siregar, Istas P. Manalu, Rieni K. Sitanggang, Suhartina Malau, Natanael Saragih, Timbul Mulia David Panjaitan, Poltak Simarmata, teman seperjuangan suka dan duka, bersama-sama mengarungi pahit manisnya masa-masa perkuliahan, bersama-sama mengarungi pahit manisnya masamasa kepanitiaan untuk kegiatan-kegiatan Ikatan Mahasiswa Fisika (IMF) dan kepengurusan IMF USU tahun I love you all and someday I will miss everything that we have done to do, guys. 6. Seluruh anggota Ikatan Mahasiswa Fisika (IMF) USU mulai dari anggota angkatan diatas stambuk saya maupun dibawah stambuk saya, saya mengucapkan terimakasih atas kerjasamanya selama perkuliahan. 7. Teman-teman almuni SMA RK Budi Mulia Pematangsiantar yang berada di JaBoDeTaBek yang telah banyak memberikan masukan selama saya penelitian di Serpong, Tangerang Selatan, Banten. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangunn dari para pembaca agar dapat menjadi acuan untuk penulisan selanjutnya. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca. God Bless You All.

8 ABSTRAK Dalam penelitian ini, dilakukan pengukuran daya dengan memvariasikan arus terhadap laser CO 2 dan laser DPSS, pengamatan beam profiler sinar laser DPSS dan laser He-Ne serta pengamatan spektrum panjang gelombang laser DPSS dan laser He-Ne. Pada pengukuran daya dengan memvariasikan arus terhadap laser CO 2 dan laser DPSS, pengukuran dilaksanakan lebih dari satu kali agar dapat disimpulkan bagaimana kestabilan daya yang dihasilkan dari masing-masing laser. Dari hasil pengukuran yang dilakukan, laser DPSS menghasilkan daya yang lebih stabil dibandingkan dengan laser CO 2. Namun, laser CO 2 menghasilkan daya yang jauh lebih besar dibandingkan dengan laser DPSS. Dalam penelitian ini juga mengamati beam profiler sinar laser DPSS dan laser He-Ne. Pengamatan ini menggunakan CCD sebagai sensor untuk merekam gambar cahaya yang dipancarkan oleh laser yang kemudian ditransmisikan ke komputer dan diolah menggunakan software Laser Beam Analyzers untuk menampilkan bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi dari laser. Setelah dilakukan pengamatan, pada laser DPSS, jarak CCD ke sumber laser yang tepat untuk menampilkan gambar yang bagus berada pada jarak 32 cm dengan diameter berkas laser sebesar 3,673 mm sedangkan untuk laser He-Ne berada pada jarak 10 cm dengan diameter berkas laser sebesar 4,451 mm. Pada penelitian ini juga dilakukan pengamatan spektrum panjang gelombang laser DPSS dan laser He-Ne menggunakan spektrometer HR4000. Kata kunci : Laser CO 2, Laser DPSS, Laser He-Ne, CCD

9 MEASURING POWER OF LASER CO 2 AND LASER DPSS AND OBSERVATION THE BEAM PROFILER OF LASER BEAM DPSS AND LASER BEAM He-Ne BY USING CCD ABSTRACT This research has done measuring the power by varying the current of laser CO 2 and laser DPSS, observation the beam profiler of laser beam DPSS and laser beam He-Ne and observation the spectrum wavelength of laser DPSS and laser He-Ne. In this case of measuring the power by varying the current of laser CO 2 and laser DPSS, the measuring has done more than once in order to concluded how the stability of the power that produced by each of the laser. The result of this measuring is laser DPSS produced the power more stable than the laser CO 2 but the laser CO 2 produced the power more bigger than the laser DPSS. In this research, the observation the beam profiler of laser beam DPSS and laser beam He-Ne by using CCD which is the censor to record the figure of light emited by the laser and then transmitted to the computer and processed by using software Laser Beam Analyzers to show the type of 2 dimension and 3 dimension of the laser. After that doing this observation, the conclusion are the distance of the CCD form the laser DPSS is 32 cm and the diameter of the laser beam is 3,673 mm and the distance of the CCD from the laser He-Ne is 10 cm and the diameter of the laser beam is 4,451 mm. In this research also made the observation of the spectrum wavelength of the laser by using spectrometer HR4000. Keywords : Laser CO 2, laser DPSS, Laser He-Ne, CCD

10 DAFTAR ISI Persetujuan Pengesahan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Halaman i ii iii iv vi vii viii x xi BAB I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Metode Penelitian Sistematika Penulisan 5 BAB II Tinjauan Pustaka 2.1 Karakteristik Sinar Spektrum Elektromagnetik Laser Defenisi Laser Light Amplification Stimulated Emission dan 10 Spontaneous Emission Komponen Laser Karakterisitik Laser Secara Umum Koherensi Monokromatik Keterarahan (directionality) Kecerahan (Brightness) Laser CO Laser DPSS (Diode-Pumped Solid State) Laser He-Ne 23 BAB III Metode Penelitian 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 25

11 3.1.1 Tempat Penelitian Waktu Penelitian Alat, Software dan Laser yang Diteliti Alat Penelitian Alat Laser CO 2 Kontinyu Alat Laser DPSS Beam Profiler Pengamatan Spektrum Panjang 34 Gelombang Laser Laser yang Diteliti Software Prosedur Penelitian Pengukuran Daya Laser Pengamatan Beam Profiler Sinar Laser Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser Analisa Data Diagram Kerja 40 BAB IV Hasil dan Pembahasan 4.1 Pengukuran Besar Daya Laser CO 2 Sebagai Fungsi Arus Pengukuran Besar Daya Laser DPSS Sebagai Fungsi Arus 45 dengan Variasi Cermin 4.3 Pengamatan Bentuk Berkas Sinar Laser Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser 57 BAB V Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan Saran 62 Daftar Pustaka Lampiran Lampiran A Lampiran Data Percobaan Lampiran B Lampiran Gambar

12 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel 4.1. Pengukuran daya laser CO 2 sebagai fungsi arus 42 (Rabu, 1 Mei 2013) 4.2. Pengukuran daya laser CO 2 sebagai fungsi arus 43 (Kamis, 2 Mei 2013) 4.3. Bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi berkas sinar laser 48 Dengan filter hijau hijau 4.4. Bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi berkas sinar laser 52 He-Ne dengan filter merah hitam hijau

13 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar 2.1. Spektrum elektromagnetik Panjang gelombang beberapa laser Interaksi cahaya dengan 2 level sistem Emisi spontan dan emisi terstimulasi Skema sederhana dari tipe laser Tiga komponen laser Skema rongga laser (Laser Cavity) Karakteristik sinar laser Sebuah prisma dapat digunakan untuk pengertian 18 konsep monokromatik Karena cahaya pada medium laser membuat 19 beberapa putaran diantara cermin, cahaya laser muncul dengan sudut penyimpangan yang kecil Skema laser Design laser CO Skema dari laser pemompa Skema laser He-Ne Laser head CO Kotak pengontrol Rangkaian sumber tegangan Rangkaian vacuum pump pada kotak pengontrol Sensor cahaya dan tabung gas campuran Power meter digital Rangkaian laser CO Cahaya laser DPSS yang dipantulkan ke cermin Power supply unit pada laser DPSS Beam profiler (seperangkat CCD dan filter) Diagram blok pengukuran daya pada laser CO Diagram blok pengukuran daya pada laser DPSS 37 sebagai fungsi arus dengan penggunaan cermin Diagram blok pengukuran daya pada laser DPSS 38 sebagai fungsi arus tanpa penggunaan cermin Diagram blok pengamatan beam profiler sinar 39 laser Diagram blok pengamatan spektrum panjang 39 gelombang laser Flow chart proses penelitian Grafik pengukuran daya laser CO 2 sebagai fungsi 44 arus (Rabu, 1 Mei 2013) 4.2. Grafik pengukuran daya laser CO 2 sebagai fungsi 44

14 Arus (Kamis, 2 Mei 2013) 4.3. Grafik pengukuran daya laser DPSS sebagai fungsi 46 arus tanpa penggunaan cermin dan dengan penggunaan cermin 4.4. Bentuk 2 dimensi sinar laser DPSS pada jarak cm 4.5. Bentuk 3 dimensi sinar laser DPSS pada jarak cm 4.6. Bentuk 2 dimensi sinar laser He-Ne pada jarak cm 4.7. Bentuk 3 dimensi sinar laser He-Ne pada jarak cm 4.8. Spektrum laser DPSS Spektrum laser He-Ne 59