Pengertian Dioda Laser, Fungsi, Prinsip Kerja & Jenisnya

Baca Cepat Buka

Finoo.id – Pengertian Dioda Laser, Fungsi, Prinsip Kerja & Jenisnya. Dioda merupakan salah satu komponen yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Komponen ini selalu digunakan dalam rangkaian-rangkaian untuk menciptakan teknologi.

Ada banyak jenis dioda yang telah digunakan dalam teknologi canggih seperti televisi, handphone, panel surya, dan banyak lagi.

Pada artikel ini, kami akan membahas tentang dioda laser, termasuk pengertiannya, prinsip kerjanya, simbolnya, bentuknya, kelebihan aplikasinya, penggunaannya, konstruksinya, dan jenis-jenisnya. Mari simak pembahasannya di sini.

Sejarah Singkat Dioda Laser

Panjang gelombang pertama kali terlihat dari dioda laser yang terbuat dari GaAs diperkenalkan oleh Nick Holonyak Jr., seorang ilmuwan yang bekerja di General Electric pada tahun 1962.

Pada dasarnya, dioda laser merupakan salah satu jenis perangkat atau teknologi yang mampu menghasilkan sinar laser.

Ada juga jenis perangkat atau teknologi lain yang mampu menghasilkan sinar laser, seperti laser padat (solid-state laser), laser excimer, laser gas, dan dye laser.

Pengertian Dioda Laser

Dioda Laser (Laser Diode) merupakan sebuah komponen semikonduktor yang dapat menghasilkan radiasi koheren yang terlihat oleh mata manusia atau dalam bentuk spektrum infra merah (Infrared/IR) ketika dialiri arus listrik.

Radiasi koheren mengacu pada radiasi di mana semua gelombang berasal dari sumber yang sama dan memiliki frekuensi serta fase yang seragam.

Kata “Laser” merupakan singkatan dari “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” yang mengacu pada mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik melalui proses pancaran terstimulasi.

Radiasi elektromagnetik tersebut ada yang dapat dilihat oleh mata manusia normal, dan ada pula yang tidak dapat dilihat.

Apa Saja Fungsi Dioda Laser?

HYang membedakan dioda laser dari dioda lainnya adalah jenis cahaya laser yang dihasilkan. Pada dioda laser, energi listrik yang masuk langsung diubah menjadi energi cahaya.

Singkatan dari “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” atau yang dikenal sebagai laser, merupakan cahaya yang dihasilkan melalui stimulasi emisi foton.

Stimulasi emisi foton tersebut menghasilkan cahaya laser dengan panjang gelombang, koherensi, dan fasa yang seragam.

Salah satu karakteristik khas lainnya adalah cahaya laser yang dihasilkan tidak tersebar, melainkan keluar secara lurus dan terfokus. Inilah yang menyebabkan terjadi peningkatan suhu yang tinggi pada proses tersebut.

Dioda laser memiliki beberapa fungsi sebagai berikut:

Sebagai alat bantu pengukur jarak.
Sebagai penunjuk laser.
Sebagai alat bidik.
Digunakan untuk membaca barcode khusus.
Digunakan sebagai laser pemotong.
Digunakan dalam perlengkapan alat bedah medis.
Digunakan pada lampu sorot untuk kebutuhan khusus.
Digunakan dalam pemutar VCD/DVD.
Digunakan dalam perangkat spektometri.
Digunakan dalam komunikasi serat optik dan banyak lagi penggunaan lainnya.

Prinsip Kerja Dioda Laser

Menurut teori kuantum, setiap atom hanya mampu menghasilkan energi dalam tingkat tertentu di wilayah tertentu.

Biasanya, atom berada dalam keadaan dasar saat energinya rendah.

Ketika atom dasar diberikan energi yang cukup untuk naik ke tingkat energi yang lebih tinggi, fenomena ini disebut penyerapan.

Setelah atom tidak lagi naik ke tingkat energi yang lebih tinggi, ia akan berada dalam keadaan tertentu untuk waktu yang sangat singkat, kemudian kembali ke keadaan dasar.

Selama proses ini, atom akan memancarkan foton melalui emisi spontan.

Pada sumber cahaya konvensional, proses penyerapan dan emisi spontan terjadi saat foton yang diserap dan diproses oleh atom menghasilkan pemancaran foton.

Atom yang masih dalam keadaan tereksitasi dapat terkena foton dari luar. Foton yang mengenai atom harus memiliki energi yang sesuai untuk emisi spontan.

Akibatnya, jumlah foton dari luar meningkat karena ditambahkan oleh atom yang tereksitasi.

Ketika foton mencapai keadaan maksimal, foton akan dikeluarkan dalam keadaan tereksitasi dan dengan fase yang sama.

Proses pengeluaran foton ini merupakan prinsip kerja dioda laser. Kunci keluaran laser adalah memiliki panjang gelombang yang sama dengan cahaya yang dipancarkannya.

Simbol dan Bentuk Dioda Laser

Berikut ini adalah gambar simbol dan bentuk dioda laser dalam sebuah rangkaian.

Konstruksi Dioda Laser

Dioda laser menggunakan bahan gallium arsenide yang telah didoping dengan beberapa unsur, seperti aluminium, silikon, dan selenium.

Tujuannya adalah untuk menciptakan bahan semikonduktor tipe N dan tipe P. Dalam rangka mencapai struktur dioda PIN (tipe-P, tipe-intrinsik, dan tipe-N), dioda laser dilapisi dengan lapisan aktif yang memiliki ketebalan hanya beberapa nanometer menggunakan gallium arsenide.

Setelah dilapisi dengan lapisan aktif, dioda laser tersebut dikelilingi oleh lapisan P dan lapisan N dengan cara yang efektif, sehingga membentuk struktur dioda PIN. Sinar laser kemudian keluar melalui dioda PIN ini.

Aplikasi Dioda Laser

Dioda laser telah banyak digunakan dalam berbagai perangkat yang sering kita gunakan sehari-hari. Beberapa perangkat tersebut meliputi:

Laser pointer: Dioda laser digunakan dalam laser pointer yang sering digunakan dalam presentasi, ceramah, atau pengajaran. Laser pointer memberikan sinar laser yang terarah untuk menyoroti atau menunjukkan titik-titik penting pada layar atau objek.
Laser printer: Dioda laser juga digunakan dalam printer laser. Printer laser menggunakan sinar laser untuk membentuk gambar atau teks pada kertas dengan presisi yang tinggi. Ini membuat printer laser lebih cepat dan menghasilkan kualitas cetakan yang lebih baik dibandingkan dengan printer inkjet.
Konsol game: Beberapa konsol game modern menggunakan dioda laser sebagai bagian dari sistem deteksi gerak. Dioda laser digunakan untuk melacak gerakan pemain dan mengintegrasikannya dengan permainan yang dimainkan.
Alat ukur jarak: Dalam alat ukur jarak seperti telemeter laser atau rangefinder, dioda laser digunakan untuk mengirimkan pulsa laser yang diukur waktu pulangannya. Dari waktu tersebut, alat tersebut dapat menghitung jarak antara perangkat dan objek yang dituju dengan akurasi tinggi.
Remote control: Beberapa remote control menggunakan dioda laser sebagai bagian dari sistem pengiriman sinyal. Dioda laser dapat mengirimkan sinyal inframerah yang diinterpretasikan oleh perangkat yang dikendalikan, seperti TV, pemutar DVD, atau sistem audio.
Barcode scanner: Dioda laser digunakan dalam barcode scanner untuk membaca dan menguraikan informasi yang terkandung dalam barcode. Dengan mengarahkan sinar laser ke barcode, scanner dapat mengidentifikasi produk dan membaca informasi yang terkandung dalam kode tersebut.
Sistem serat optik: Dioda laser digunakan dalam sistem serat optik untuk mentransmisikan data dalam bentuk cahaya. Dioda laser menghasilkan sinar laser yang dimodulasi, yang kemudian dikirimkan melalui serat optik untuk mentransmisikan sinyal data jarak jauh dengan kecepatan tinggi.
Pemain CD/VCD/DVD/Blu-ray: Dioda laser juga digunakan dalam pemutar media seperti CD, VCD, DVD, dan Blu-ray. Sinar laser digunakan untuk membaca informasi yang terdapat pada cakram optik, seperti musik atau data visual, sehingga kita dapat menikmati konten yang tersimpan dalam format tersebut.

Penggunaan Dioda Laser

Beberapa perangkat yang menggunakan dioda laser antara lain:

Bidang Medis: Dioda laser digunakan untuk menghilangkan jaringan atau sel yang tidak diinginkan, diagnosis sel kanker dengan fluoresensi, dan perawatan gigi. Penggunaan laser umumnya memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan pisau bedah.
Bidang Industri: Dioda laser digunakan untuk pemotongan, pengeboran, pengukiran, pengelasan, dan berbagai aplikasi lainnya dalam industri.
Bidang Telekomunikasi: Dioda laser dengan panjang gelombang 1.3 μm dan 1.5 μm umumnya digunakan sebagai sumber cahaya utama dalam komunikasi serat optik. Dioda laser ini memiliki kehilangan transmisi yang lebih rendah pada pita gelombang tersebut.
Pemompaan Optik dan Tautan Optik: Dioda laser dengan panjang gelombang yang berbeda digunakan sebagai sumber pemompaan untuk amplifikasi optik atau tautan optik jarak pendek.

Jenis Dioda Laser Berdasarkan Cara Kerjanya

Dioda laser memiliki kemiripan dengan lampu LED dalam hal konversi energi listrik menjadi energi cahaya. Namun, dioda laser mampu menghasilkan cahaya atau sinar dengan intensitas yang lebih tinggi. Berikut adalah struktur dioda laser:

Berdasarkan prinsip kerjanya, dioda laser dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu Injection Laser Diode (ILD) dan Optically Pumped Semiconductor Laser.

1. Injection Laser Diode (ILD)

Cara kerja injection laser diode memiliki banyak kesamaan dengan Light Emitting Diode (LED). Keduanya dibuat menggunakan proses dan teknologi yang hampir sama.

Perbedaan utamanya terletak pada adanya saluran sempit dengan ujung reflektif pada injection laser diode. Saluran ini berfungsi sebagai penuntun gelombang cahaya dan sering disebut sebagai waveguide.

Pada saat dioperasikan, arus mengalir melalui persimpangan PN (PN Junction) dan menghasilkan cahaya seperti yang terjadi pada LED.

Pancaran foton (photon) terjadi karena elektron dan lubang (holes) bergabung kembali di daerah persimpangan PN.

Namun, cahaya tersebut hanya terbatas di dalam waveguide (penuntun cahaya) di dalam dioda laser itu sendiri.

Di dalam waveguide ini, cahaya laser direfleksikan dan diperkuat, sehingga menghasilkan emisi terstimulasi sebelum akhirnya dipancarkan keluar.

2. Optically Pumped Semiconductor Laser (OPSL)

Optically pumped semiconductor laser (OPSL) menggunakan chip semikonduktor III-V sebagai basisnya.

Chip semikonduktor ini berperan sebagai media penguat optik. Dioda laser yang terdapat di dalamnya berfungsi sebagai sumber pompa.

Terdapat beberapa keuntungan dalam menggunakan dioda laser ini, terutama dalam hal pemilihan panjang gelombang (wavelength) dan mengurangi gangguan dari struktur elektroda internal.