Dioda Laser: Pengertian, Cara Kerja, dan Aplikasinya
Dioda laser adalah perangkat semikonduktor yang menggunakan sambungan p-n (p-n junction) untuk menghasilkan radiasi koheren dengan frekuensi dan fase yang sama, baik dalam spektrum tampak atau inframerah. Teknologi dioda laser pada dasarnya mirip dengan yang ada pada LED.
Laser merupakan kepanjangan dari sistem yang digunakan, yaitu “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.” Dari semua perangkat yang menghasilkan sinar laser, dioda laser atau laser semikonduktor adalah yang paling efisien dan tersedia dalam kemasan yang lebih kecil.
Jadi, tidak heran jika dioda laser banyak digunakan di berbagai perangkat, seperti printer laser, pembaca kode batang, sistem keamanan, kendaraan otonom (LIDAR), komunikasi serat optik, dll.
Apa Perbedaan Sinar Laser dan Sinar Lainnya?
Pada siang hari Anda pasti melihat cahaya matahari dan cahaya lampu di malam hari. Nah, sinar dari kedua sumber cahaya tersebut memiliki gelombang di mana setiap panjang gelombangnya tidak sefasa satu sama lain.
Namun, berbeda dengan kedua sumber cahaya tersebut, dioda laser menghasilkan berkas cahaya laser yang sempit di mana semua gelombang cahaya memiliki panjang gelombang yang sama dan bergerak bersama dengan puncaknya yang berbaris. Inilah sebabnya mengapa sinar laser sangat terang, dan dapat difokuskan pada titik yang sangat kecil.
Baca Juga: Pengertian LED, Fungsi, Jenis, Simbol, dan Cara Kerjanya
Cara Kerja Dioda Laser
Cara kerja dioda laser terbagi dalam tiga langkah utama, yaitu Penyerapan energi, emisi spontan, dan emisi terstimulasi. Untuk lebih jelasnya simak penjelasan berikut ini:
Penyerapan Energi (Energy Absorption)
Dioda laser terdiri dari sambungan p-n di mana pada tipe-p terdapat hole (tidak ada elektron), sedangkan pada tipe-n terdapat elektron. Ketika tegangan tertentu diterapkan di persimpangan p-n, elektron menyerap energi dan bertransisi ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Hole sudah terbentuk pada posisi awal elektron tereksitasi. Elektron tetap dalam keadaan tereksitasi ini tidak bergabung kembali dengan hole untuk durasi waktu yang sangat cepat, biasa disebut sebagai waktu rekombinasi atau upper-state lifetime. Waktu rekombinasi adalah sekitar nanodetik untuk sebagian besar dioda laser.
Emisi Spontan (Spontaneous Emission)
Setelah upper-state lifetime elektron tereksitasi, elektron bergabung kembali dengan hole. Ketika elektron jatuh dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, perbedaan energi diubah menjadi foton atau radiasi elektromagnetik.
Proses yang sama digunakan untuk menghasilkan cahaya dalam LED. Energi foton yang dipancarkan terjadi akibat perbedaan antara dua tingkat energi.
Emisi Terstimulasi (Stimulated Emission)
Namun, sebetulnya masih membutuhkan lebih banyak foton koheren dari dioda laser daripada yang dipancarkan melalui proses emisi spontan.
Maka dari itu, cermin pemantul sebagian digunakan di kedua sisi dioda sehingga foton yang dilepaskan dari emisi spontan terperangkap di sambungan p-n sampai konsentrasinya mencapai nilai ambang batas.
Foton yang terperangkap ini merangsang elektron yang tereksitasi untuk bergabung kembali dengan hole bahkan sebelum waktu rekombinasinya. Ini menghasilkan pelepasan lebih banyak foton yang berada dalam fase yang tepat dengan foton awal sehingga keluarannya diperkuat.
Setelah konsentrasi foton melampaui ambang batas, foton akhirnya keluar dari cermin pemantul sebagian sehingga menghasilkan cahaya koheren monokromatik yang cerah.
Jenis-jenis Dioda Laser
- Double Heterostructure Laser Diode. Dioda laser ini memiliki lapisan kurungan tambahan dari bahan yang berbeda diapit di antara dua bahan tipe-p dan tipe-n. Setiap persimpangan antara bahan yang berbeda disebut heterostruktur. Karena adanya dua heterostruktur, jenis dioda laser ini disebut sebagai dioda laser heterostruktur ganda (DH). Keuntungan dari dioda laser DH ini adalah bahwa daerah aktif terbatas pada lapisan tipis yang memberikan amplifikasi optik yang lebih baik.
- Quantum Well Laser Diode. Dioda laser ini memiliki lapisan tengah yang sangat tipis yang berfungsi sebagai sumur kuantum. Elektron akan dapat menggunakan tingkat energi kuantum ketika transisi dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah. Ini memberikan efisiensi yang lebih baik untuk jenis dioda laser ini.
- Separate Confinement Heterostructure Laser Diode.
- Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode (VCSEL).
- Quantum Cascade Laser Diode.
- Interband Cascade Laser Diode.
- Distributed Bragg Reflector Laser Diode.
- Distributed Feedback Laser Diode.
- External Cavity Diode Laser.
- Vertical External Cavity Surface Emitting Laser Diode (VCSEL).
Aplikasi Dioda Laser
- Dunia medis: Dioda laser digunakan untuk menghilangkan jaringan dan tumor yang tidak diinginkan. Selain itu, dioda laser juga digunakan dalam pengobatan gigi.
- Instrumentasi ilmiah: Instrumen seperti spektrometer, range finder, dan juga pengukuran tanpa kontak.
- Peralatan Elektronik: Ini termasuk printer laser, pemutar CD dan DVD, dan komunikasi serat optik, dll.
- Dunia industri: Dalam hal aplikasi industri, dioda laser lebih disukai karena merupakan sumber sinar laser berintensitas tinggi dan dapat digunakan untuk memotong, mengebor, mengelas, dll.
- Telekomunikasi: Dioda laser dengan pita 1,3 m dan 1,55 m digunakan sebagai sumber cahaya utama di telekomunikasi.
Kelebihan Dioda Laser
- Daya operasional dioda laser lebih kecil.
- Penanganan dioda laser mudah karena kecil.
- Cahaya yang dihasilkan oleh dioda laser memiliki efisiensi tinggi.
Kekurangan Dioda Laser
- Dioda laser harganya mahal jika dibandingkan dengan perangkat pemancar cahaya lainnya.
- Cahaya yang dihasilkan oleh dioda laser berdampak buruk pada kesehatan mata.
