Search
Categories
Archives
Links:

MAKALAH BIOFISIKA UMUM

TOPIK : FISIKA MODERN

STIMMULATED LASERS FOR HUMAN BODY

LASMA ELIEZABETH G84100024

RONY MASRI RAMADANA G84100032

DENNY YOGA PRATAMA G84100086

DAFTAR ISI

Pendahuluan …………………………………………………………………. 2

a. Latar Belakang …………………………………………………………….. 2

b. Tujuan ……………………………………………………………………… 3

Isi …………………………………………………………………………….. 4

a. Sejarah …………………………………………………………………….. 4

b. Prinsip Kerja ………………………………………………………………. 9

c. Aplikasi ………………………………………………………………..….. 11

d. Manfaat dan Bahaya …………………………………………………..…. 11

Penutup ………………………………………………………………..……. 14

Kesimpulan ……………………………………………………………….… 14

Daftar Pustaka ……………………………………………………………… 15

1

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Riwayat perkembangan fisika modern merupakan sejarah panjang perkembangan pemikiran serta penemuan. Para fisikawan menginginkan adanya sebuah pemahaman yang menyatukan semua cabang fisika yang ada. Menurut pandangan ini, mereka ingin menciptakan sebuah teori yang menjelaskan segala sesuatu dengan sangat tuntas hingga tidak ada lagi yang tidak dapat dijelaskan. Tapi perlu diingat, tidak berarti bahwa penjelasan tersebut dapat merefleksikan bagaimana segala sesuatu itu sesungguhnya. Meskipun mekanika klasik hampir cocok dengan teori klasik lainnya seperti elektrodinamika dan termodinamika klasik, ada beberapa ketidaksamaan ditemukan di abad 19 yang hanya bisa diselesaikan dengan fisika modern.  Contohnya saja teori relativisitas, elektrodinamika klasik tanpa relativitas memperkirakan bahwa kecepatan cahaya adalah konstan, ternyata setelah diteliti lebih lanjut, kecepatan cahaya tidak selalu konstan seperti yang kita pahami sebelumnya. Contoh lainnya yaitu mengenai massa, dahulu para fisikawan menganggap bahwa massa suatu benda itu selalu tetap, tetapi ternyata setelah diteliti lebih lanjut, pada saat perubahan fisik es menjadi air, ada saat dimana massanya hilang, sehingga massa itu mengalami penyusutan. Beberapa contoh di atas merupakan hanya sebagian kecil permasalahan yang tidak dapat hanya dijelaskan dengan hukum fisika klasik, tetapi hanya dapat dijelaskan dengan hukum fisika modern. Oleh karena itulah konsep fisika modern sangat penting untuk ditelaah secara lebih mendalam.

Dalam makalah ini, kami mengangkat topik mengenai fisika modern yang berhubungan dengan laser. Laser  termasuk salah satu penemuan yang sangat penting dalam perkembangan ilmu dan teknologi. Dewasa ini penggunaan teknologi laser sudah dibutuhkan di hampir semua bidang pekerjaan. Pada bidang komunikasi, industri, medis, hingga bidang hiburan, bahkan militer pun juga dijamah oleh laser. Dari perangkat komputer hingga peralatan elektronik permainan anak-anak. Tidak dapat dibayangkan seandainya teknologi laser tidak pernah dibuat. Penelitian dan pengembangan terhadap berkas sinar yang disebut laser ini terus dilakukan para ahli dari tahun ke tahun. Terus digali manfaatnya untuk kepentingan kemanusiaan.

 

2

B. Tujuan

  1. Untuk mengetahui sejarah perkembangan teknologi laser.
  2. Untuk mengetahui prinsip-prinsip kerja pada laser.
  3. Untuk mengetahui jenis-jenis laser yang telah dikembangkan beserta kegunaannya.
  4. Untuk mengetahui  beberapa manfaat dan bahaya laser terutama bagi tubuh manusia.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

ISI

A. Sejarah Laser

LASER merupakan akronim dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Amplifikasi Cahaya dengan Emisi Simulasi dari Radiasi). Pada awal perkembangannya, orang menyebut istilah laser dengan kata MASER (Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation). Sekitar tahun  1916 – 1917. Albert Enstein berpendapat bahwa cahaya atau sinar bukan hanya terdiri dari gelombang elektromagnetik, tapi juga bermuatan partikel dan energi. Akhirnya dikenallah istilah radiasi. Tapi pada saat itu hal ini baru sebatas teori. Banyak ilmuwan yang menganggap teori Enstein itu sebagai teori yang kontroversial.

 

The first maser Charles H. Townes (left), winner of the 1964 Nobel Prize for Physics, and associate James P. Gordon in 1955 with the first maser. (Seratoptik.com)

4

Sekitar tahun 1957 Charles Townes, James Gordon, dan Herbert Zeiger berhasil mengembangkan maser pertama. Hal ini menyebabkan para ilmuan mulai mempercayai teori Enstein tersebut. Pada tahun-tahun selanjutnya maser semakin berkembang, Charles H. Townes bersama Arthur Schawlow meneliti kemungkinan pembuatan maser optik (yang kemudian berkembang menjadi laser) dan sinar infra merah. Memasuki tahun 1960 Theodore Maiman mewujudkan kerja sinar laser. Maiman menggunakan silinder batu Ruby untuk memicu timbulnya laser hingga laser buatannya dikenal sebagai Ruby Laser. Semenjak saat itu penelitian tentang laser terus berkembang dengan pesat. Pada tahun 1966, Charles Kao dan George Hockham, peneliti dari Standard Telecommunication Laboratories Inggris, mempublikasikan paper yang mendemonstrasikan bahwa serat optik dapat mentransmisikan sinar laser pertama dan apabila menggunakan jenis gelas yang sangat murni, dapat memperkecil redaman sinar.

 

Dengan penemuan ini, kemudian para peneliti memfokuskan pada pembuatan dan pemurnian bahan gelas. Hingga tahun 1970, ilmuwan Corning Glass Works, yaitu Donald Keck, Piter Schultz, dan Robert Maurer melaporkan penemuan mengenai serat optik yang memenuhi standar yang telah ditentukan oleh Kao dan Hockham. Gelas paling murni tersebut terdiri atas gabungan silica dalam tahap uap dan mampu mengurangi redaman cahaya kurang dari 20 dB/Km. Pada tahun 1972, tim ini menemukan gelas dengan redaman cahaya hanya 4 dB/Km. Juga pada tahun 1970, Morton Panish dan Izuo Hayashi dari Bell Laboratories dengan tim Ioffe Physical Institute di Leningrad, mendemontrasikan semikonduktor laser yang dapat dioperasikan pada temperatur ruang. Kedua penemuan tersebut merupakan terobosan dalam komersialisasi penggunaan serat optik.

5

Pada tahun 1973 Proses Chemical vapor deposition John MacChesney dan Paul O. Connor dari Bell Laboratories mengembangkan proses chemical vapor deposition process yang memanaskan uap kimia dan oksigen ke bentuk ultratransparent glass yang dapat diproduksi masal ke dalam serat optik yang mempunyai redaman sangat kecil. Tahun 1975, Insinyur dari Laser Diode Labs mengembangkan semikonduktor laser komersial pertama yang dapat dioperasikan pada suhu kamar. Tahun 1977, Perusahaan telepon memulai penggunaan serat optik untuk pertama kalinya yang membawa lalu lintas telepon. GTE membuka jalur antara Long Beach dan Artesia, California, yang menggunakan transmisi light-emitting diode. Bell Labs mendirikan sambungan yang sama pada sistem telepon di Chicago dengan jarak 1,5 mil di bawah tanah yang menghubungkan 2 switching station.

Pada saat ini sudah dikenal lima jenis laser :

(1)        Solid-state laser material telah dikuatkan terdistribusi dalam matriks padat (seperti ruby atau neodymium: yttrium-aluminium garnet laser yag). Laser neodymium-yag memancarkan cahaya inframerah pada 1.064 nanometer (nm).

(Laserfest.org)

(2)        Laser Gas (helium dan helium-neon, hene, merupakan laser gas yang paling umum) memiliki output utama dari lampu inframerah. CO2 laser memancarkan energi jauh dr inframerah, dan digunakan untuk memotong material keras.

6

(Repairfaq.org)

 

(3)        Dye laser menggunakan pewarna organik kompleks, seperti rhodamine 6g, dalam larutan cair atau suspensi sebagai media penguat.

 

(Technology.niagarac.on.ca)

(4)        Laser Excimer (nama ini berasal dari istilah excited dan dimers) menggunakan gas reaktif, seperti klorin dan fluorin, dicampur dengan gas inert seperti argon, kripton atau xenon. Ketika elektrik dirangsang, molekul pseudo (dimer), dimer menghasilkan cahaya dalam kisaran ultraviolet

 

7

(Materials.web.psi.cs)

(5) Semiconductor laser, kadang-kadang disebut dioda laser, laser yg tidak solid-state. Perangkat elektronik yg menggunakan ini umumnya sangat kecil dan menggunakan daya yang rendah. Mereka dapat dibangun menjadi array yang lebih besar, seperti sumber penulisan dalam beberapa printer laser atau CD player.

 

(web.file.uci.edu)                (technology.am)

Hingga saat ini aplikasi laser begitu banyak digunakan, mulai dari penggunaan dalam ilmu kedokteran, ilmu pengetahuan, industri, pertanian dan dalam bidang militer.

 

 

8

B. Prinsip Kerja Laser

Pada awalnya, Ilmuwan menganggap cahaya sebagai gelombang yang bergerak. Jarak dari kulit sebuah gelombang ke kulit berikutnya disebut panjang gelombang. Cahaya dari matahari atau dari lampu adalah campuran banyak panjang gelombang. Setiap panjang gelombang yang berbeda menghasilkan warna yang berbeda.
(Fig. 3)

Berbeda dari cahaya yang ada pada umumnya, sinar laser terbuat dari cahaya yang semuanya terdiri dari panjang gelombang yang sama (F. A. Jenkins and H. E. White 1981). Berkas cahaya dalam cahaya biasa mengalir ke arah yang berbeda. Sinar laser bergerak dalam arah yang sama persis. Hal ini mengakibatkan laser memiliki beberapa keistimewaan. Contohnya saja, laser mempunyai kemampuan untuk mencapai jarak yang sangat jauh tanpa mengalami penyebaran berkas cahaya sehingga cahayanya tidak melemah walaupun dipancarkan dari jarak yang sangat jauh. Bahkan laser bisa menembus luar angkasa. Dengan kemampuan laser inilah awak apolo 11 berhasil mengetahui jarak antara Bumi dengan bulan bahkan dengan akurasi sampai dalam satuan meter.

Keistimewaan lainnya yaitu laser dapat memperkuat berkas cahaya. Laser dapat mengumpulkan berkas cahaya yang lemah kemudian membuatnya menjadi berkas yang kuat. Bahkan beberapa laser dapat memiliki berkas yang sangat kuat, sehingga bias membakar lubang kecil dalam selembar besi dalam waktu kurang dari satu detik. Berkas cahaya tersebut dihasilkan oleh adanya rangsangan (stimulasi) dari luar berupa energi foton yang diinteraksikan terhadap bahan aktif laser.  Mekanisme laser melibatkan tiga proses dasar interaksi radiasi dengan materi, yaitu serapan, emisi spontan, dan emisi terstimulasi.

9

Tabel 1. Beberapa perbedaan antara pancaran spontan dan pancaran terstimulasi.

Pancaran Spontan Pancaran Terstimulasi
Tidak ada hubungan fase antara gelombang-gelombang (radiasi) elektromagnet yang dipancarkan oleh atom-atom (molekul-molekul) Gelombang (radiasi) elektromagnet yang dipancarkan oleh atom (molekul) memiliki fase yang sama dengan gelombang elektromagnet yang datang, sehingga saling memperkuat.
Radiasi elektromagnet (foton) dipancarkan dalam arah sembarang. Radiasi elektromagnet (foton) yang dipancarkan atom (molekul) memiliki arah yang sama dengan arah foton datang.
Laju pancaran spontan tidak bergantung pada rapat tenaga (intensitas) radiasi datang. Laju pancaran terstimulasi bergantung pada rapat tenaga (intensitas) radiasi datang.

 

Serapan merupakan proses ketika radiasi elektromagnet (foton) mengenai suatu molekul atau atom yang berada pada keadaan dasar (aras tenaga 1), sehingga menyebabkan atom tersebut menjadi tereksitasi (aras tenaga 2). Setelah atom berada pada keadaan tereksitasi, menyebabkan energi pada aras tenaga 2 lebih besar dari aras tenaga 1, maka atom (molekul) dapat mengalami transisi deeksitasi ke aras tenaga dasar (aras tenaga 1) secara radiatif (memancarkan foton). Proses ini terjadi tanpa pengaruh dari luar (lingkungan sistem) dan disebut sebagai pancaran spontan atau emisi spontan. Pada proses emisi terstimulasi, mula-mula atom (molekul) berada pada keadaan tereksitasi, jika sebuah foton dengan frekuensi seperti pada saat serapan mengenai atom (molekul) ini, maka foton ini cenderung merangsang (menstimulasi) atom untuk mengalami deeksitasi ke aras tenaga 1 sambil memacarkan foton yang berfrekuensi sama.

Mekanisme di atas merupakan hanya tahapan-tahapan umum mengapa sinar laser mempunyai keistimewaan disbanding dengan sinar biasa, dan mengapa sinar laser tidak melemah walaupun ditembakkan dalam jarak yang cukup jauh.

 

 

 

10

C. Aplikasi penggunaan Laser

Perkembangan yang cukup penting terjadi pada tahun 1962 ketika seorang ilmuwan yang bekerja pada perusahaan General Electric, Robert Hall, menemukan laser semikonduktor berukuran mini dengan biaya murah. Biasanya mesin atau peralatan pemroduksi sinar laser berukuran besar. Laser buatan Rober Hall inilah yang hingga kini digunakan pada perangkat vcd dan dvd player, printer laser, pembaca kode bar, drive pada CPU, sistem komunikasi yang menggunakan serat optik, dan sebagainya.

Dalam kehidupan sehari-hari, laser digunakan pada berbagai bidang. Dalam penggunaannya, energi laser yang terpancar tiap satuan waktu dinyatakan dengan orde dari beberapa mW(Laser yand digunakan dalam system audio laser disk) sampai dengan beberapa MW(Laser yang digunakan untuk senjata). Besarnya energi laser yang dipilih bergantung pada penggunaannya. Pemanfaatan sinar laser misalnya pada bidang kedokteran, pelayanan (jasa), industri, astronomi, fotografi, elektronika, dan komunikasi.

Dalam bidang kedokteran dan kesehatan, sinar laser digunakan antara lain untuk mendiagnosis penyakit, pengobatan penyakit, dan perbaikan suatu cacat serta penbedahan. Pada bidang industri, sinar laser bermanfaat untuk pengelasan, pemotongan lempeng baja, serta untuk pengeboran.Pada bidang astronomi, sinar laser berdaya tinggi dapat digunakan untuk mengukur jarak Bumi Bulan dengan teliti. Dalam bidang fotografi, laser mampu menghasilkan bayangan tiga dimensi dari suatu benda, disebut holografi. Dalam bidang elektronika, laser solid state berukuran kecil digunakan dalam system penyimpanan memori optik dalam komputer. Dalam bidang komunikasi, laser berfungsi untuk memperkuat cahaya sehingga dapat menyalurkan suara dan sinyal gambar melalui serat optik.

D. Manfaat dan bahaya laser bagi tubuh

Pada saat ini begitu gencarnya pengobatan dalam menggunakan laser, terutama dalam bidang kecantikan. Contohnya yaitu Laser Surgery. Laser Surgery merupakan salah satu terapi kecantikan yang digunakan untuk menghilangkan noda atau bercak-bercak pada wajah dan pigmentasi secara estetik.

Pigmen pada kulit atau wajah sering menimbulkan masalah estetik. Banyak cara untuk menghilangkan pigmen pada kulit, tetapi umumnya menimbulkan bekas luka pada kulit. Salah satu cara yang digunakan yaitu dengan menggunakan laser.

11

Laser dapat menghilangkan pigmen pada kulit, baik pigmen yang sudah didapat sejak lahir (bercak-bercak coklat) atau pigmen karena sinar matahari (bercak-bercak coklat hitam di pipi) maupun pigmen yang ditanam di luar (taco tubuh, alis, dan sebagainya).

 

(ms.hairdresser-models.eu)

Laser menggunakan mekanisme pertahanan tubuh sendiri untuk menghilangkan pigmen. Pigmen pada kulit terbungkus oleh jaringan kolagen. Laser dapat menghancurkan kapsul kolagen, sehingga pigmen hancur menjadi butiran-butiran kecil. Selanjutnya mekanisme pertahanan tubuh akan menyingkirkan butiran-butiran pigmen tersebut secara bertahap. Jadi tenaga laser dapat menghancurkan pigmen pada dermis tanpa menghancurkan epidermis yang dilewatinya.

Efek samping dari pengobatan menggunakan laser ini adalah hipopigmentasi dan hiperpigmentasi. Hipopigmentasi merupakan suatu kelainan pada kulit karena hilangnya/berkurangnya warna kulit. Sedangkan hiperpigmentasi merupakan penggelapan area kulit akibatmeningkatnya kadar melanin. Hiperpigmentasi lebih rentan terhadap orang yang memiliki warna kulit lebih gelap, seperti Asia, Mediterania, dan Afrika.

Selain itu, laser juga dapat menyebabkan kebutaan, baik itu kebutaan sesaat (sementara) maupun kebutaan permanen. Hal ini disebabkan karena berkas cahaya yang dipancarkan laser begitu kuat, sehingga dapat merusak bagian-bagian mata, seperti pupil maupun retina.

12

Dampak lainnya yaitu laser juga dapat merusak bahkan menghancurkan organ-organ yang ada pada tubuh manusia. Jika kita terkena radiasi laser dalam waktu yang cukup lama juga dapat menyebabkan terjadinya denaturasi pada enzim-enzim yang ada pada tubuh, sehingga dapat mengganggu proses metabolisme.

Dampak jangka panjang dari laser yaitu dapat menimbulkan terjadinya cacat pada tubuh, maupun pada keturunan.

Masih banyak bahaya laser yang lainnya terhadap tubuh manusia. Memang, laser memiliki banyak manfaat dalam kecantikan, tetapi juga harus diperhatikan bahwa laser juga memiliki bahaya yang tidak kalah banyaknya dibandingkan dengan manfaatnya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

PENUTUP

A. Kesimpulan

Laser telah berkembang dari sebatas teori yang dikembangkan oleh Albert Enstein mengenai muatan partikel dan energi yang terdapat pada cahaya. Penemuan serat optik menjadi salah satu pelopor perkembangan laser. Pada awal penggunaannya laser dipakai untuk keperluan militer yaitu untuk pengembangan radar. Berbagai penemuan-penemuan telah berkembang pesat hingga laser telah di banyak digunakan untuk keperluan dibidang kedokteran, industri pelayanan (jasa), astronomi, fotografi, elektronika, dan komunikasi.

Penelitian dan pengembangan terhadap berkas sinar yang disebut laser ini terus dilakukan para ahli dari tahun ke tahun. Terus digali manfaatnya untuk kepentingan kemanusiaan.

14

Daftar Pustaka

F. A. Jenkins and H. E. White, “ Fundamentals of Optics”, 4th ed. McGraw-Hill, 1981.

A. Yariv, “Quantum Electronics”, 3rd ed. Wiley 1989.

Suseno.

Sources:
C.V. Raman and K.S. Krishna. Nature 121, 501 (1928).

“Lasers; Tunable Lasers.” Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemistry Technology. 3rd edition
(New York, NY: John Wiley & Sons), 1981. vol.14, p.61.

Tunable Lasers and Applications : Proceedings of the Loen Conference, Norway, 1976
editors, A. Mooradian, T. Jaeger, and P. Stokseth. (Berlin ; New York : Springer-Verlag), 1976.
Published as part of the Springer Series in Optical Sciences, vol.3.

“Applications in Solid . . . FEL (Free-Electron Lasers)”,
Shaw et al., Laser Conference, New Orleans. December (1980) (S&S Press), pp. 53-60

“Theoretical Considerations for FEL’s in the Far Infrared.”,
E. D. Shaw et al. Free-Electron Generators of Coherent Radiation, (New York, NY: Addison-Wesley), 1980. p. 665-669.

 

 

 

 

 

 

15

Selamat datang di Blog Mahasiswa IPB. Ini adalah postingan pertamamu. Edit atau hapus postingan ini dan mulailah menulis blog sekarang juga!